Opis patentowy opublikowano: 31.01.1984 1 120553 Int . Cl.» H05B 6/10 F16L 53/00 CirltLMA Uw»dl» Patentowego Twórcy wynalazku: Marek Niemczyk, Janina Wiacek, Tadeusz Osuch, Andrzej Pasek, Jan Olechowski, Jan Niescioruk, Jerzy Mendryk Uprawniony z patentu: Osrodek Badawczo-Rozwojowy Przemyslu Siar¬ kowego „Siarkopol", Tarnobrzeg (Polska) Wielozwojowa rura grzejna Przedimdoiteni wynalazku jest wielozwojowa rura grzejna, zwlaszcza do ogrzewania rurociagów i zbiorników zawierajacych substancje wymagajace doprowadzenia' energii cieplnej, oraz do ogrzewa¬ nia innych obiektów przemyslowych badz komu¬ nikacyjnych.IZhane sa rury grzejne wytwarzajace cieplo przy uzyciu pradu elektrycznego na przyklad opisane w rozwiazaniach wedlug nastepujacych patentów USA: 3 29,3 407, 3 5:15 8137, 3 522 4|4i0 -oraz 3 575 58il, zawierajace co najmniej jedna rure z materialu ferromagnetycznego i izolowany przewótd elek¬ tryczny umieszczony wewnatrz wymienionej rury przez cala jej dlugosc, podlaczony do zródla pradu przemiennego w sposób odpowiedni dla przyjetej metody wytwarzania energii cieplnej: indukcyjnej badz indukcyjno-oporowej.Powyzsze rury grzejne zawieraja tylko jeden przewód wprowadzony do ich wnetrza, w wyniku czego posiadaja zbyt mala jednostkowa wydajnosc cieplna liczona na jednostke dlugosci, co w za¬ sadniczy sposób ogranicza ich przydatnosc, jak na przyklad rozwiazania wedlug paftentów Nr 3 515 8;37 i Nr 3 293; 407.Powyzsze rozwiazania moga miec zastosowanie jedynie do pokrywania malych strat ciepla przy niskich (temperaturach substancji ogrzewanych rze.du od 30 do 6iO°C. Rozwiazania te nie sa przy¬ datne do rozgrzewania: cieczy latiwokrzejpliwych o wysokiej temperaturze topnienia i pokrywania 20 25 30 duzych strat ciepla. Zwiekszenie wydajnosci ciepl¬ nej poszczególnych rur mozliwe jest wylacznie przez wzrost pradu przeplywajacego przez prze¬ wód, co wymaga zwiekszenia pradu zródla za¬ silania. Zaistniala wiec potrzeba opracowania rury grzejnej o wysokiej1 jednostkowej wytdajinoiscli cieplnej, przy pomocy której przy takilm samyfm pradzie zródla mozna uzyiskac zwielokrotniony efekt grzejmy.Istota rozwiazania wedlug wynalazku polega na tym, ze do wnetrza ferromagnetycznej rury grzej¬ nej wprowadzono co najmniej dwa izolowane prze¬ wody tworzace co najmniej jeden zwój zamkniety poza zródlem i podlaczone do zródla pradu prze¬ miennego tak ze prad plynacy ze zródla we .wiszyt- kich przewodach wewnatrz rury poisiada ten sam kierunek przeplywu dla ogrzewania indukcyjnego i indukcyjno-oporowego. Rura grzejna moze olbej- mowac czesc zwoju (lub zwojów), caly zwój (lub zwoje), oraz moze- byc podzielona na dwie czesci tworzace pare rur grzejnych obejmujacych caly zwój (lub zwoje). Przestrzen zawarta miedzy po¬ wierzchnia wewnetrzna rury grzejnej a przewo¬ dami tworzacymi zwój (lub zwoje) moze byc wy¬ pelniona dowolnym wypelniaczem, korzystnie o wlasnosciach ferromagnetycznych.Rozwiazanie wedlug wynalazku moze polegac na wprowadzeniu przewodu do wnetrza rury grzejnej i wyprowadzeniu go z przeciwnej strony, oraz ponownym wprowadzeniu do wnetrza rury grzej- 120 5533 nej dla uzyskania jednego zwoju wzglednie w za¬ leznosci od potrzeb wielokrotnym wprowadzaniu i wyprowadzaniu przewodu z rury grzejnej dla uzyskania wielu zwojów, dzieki! czemu uizyckuje sie zwlielokrclaienie przeplywu' pradu elekfrrj-czne- go we wnetrzu rury w jednym kierunku i zwia¬ zane z tym zwielokrotnienie efektu grzejnego.Zaleta rozwiazania wedlug wynalazku jeut mozli¬ wosc zwielokrotnienia efektu cieplnego rury grzej¬ nej "przy stalej wielkosci pradu pioKeranego- ze zródla zasilania. Ponadto istnieje mozliwosc two¬ rzenia ukladów grzejnych przez zwaeLckrotniianie pojedynczych wielozwojowych rur (lub par rur) jr^2_jilQW£lnjm.. ich laczeniu miedzy soba w ukla- Ijij&tK zagiitoia^zjicrpwrio jedno- jak i wielofazowych.Przedmiot wynalazku przedstarAtono w przykla- «; dzie wykonania, tia rysunku, na którym fig. 1 j pr^Bidis^a^iaP^rfe grzejna w przekroju podluznym i obeg.rxtiud^^,.C2eSJLizwoijiu w systemue indukcyjnym, ¦ fig. 2 -— ..przekrój podluzny rury grzejnej obejmu¬ jacej caly zwój w systemie indukcyjnym, fig. 3 — przekrój podluzny pary rur grzejnych w systemie indukcyjnym, fig. 4 — przekrój podluzny rury grzejnej obejmujacej czesc zwoju w systemile ogrzewania indukcyj.no-oporowego, fig. 5 — prze¬ krój podluzny pary rur w systemie ogrzewania indukcyjno-cporowego o zróznicowanej wydajnosci cieplnej poszczególnych rur, fig. 6 — przekrój po¬ dluzny pary rur grzejnych w systemie ogrzewania indukcyjno-oporowego o jednakowej wydajnosci cieplnej poszczególnych rur, fig. 7 — przedstawila przekrój poprzeczny rury grzejnej z kilkomai-prze¬ wodami i wypelniac z etm.Jak uwidoczniono na rysunku, przedmiot wyna¬ lazku zbudowany jest z rury grzejnej 1, wewnatrz której umieszczone sa przewody 2 tworzace co najmniej jeden zwój i podlaczone do zródla pradu przemiennego 3. Konce rur grzejnych w systemie ogrzewania indukcyjnego polaczone sa dodaitko- wym przewodem 4 o bardzo malej impedancji.Przesteen miedzy wewnejtrizna $cwierzchnia rury -grzejnej la poszczególnymi przewodami 2 moze byc wypelniona wypelniaczem 5, lub moze nie zawierac wypelniacza.Przedmiot wynalazku przedstawiony na fig. 1 przedstawia rure grzejna 1, do której wprowa¬ dzone sa .dwa przewody 2 tworzace jeden "zam¬ kniety zwój i podlaczone do zródla pradu prze¬ miennego 3. Zwój jest zamkniety czesciowo w rurze grzejnej a czesciowo znajduje sie poza nia. KoAce rury grzejnej polaczone sa elektrycznie dodatkowym przewodem 4 o bardzo malej impe- damcji. ^ - Prad elektryczny ze zródla 3 przeplywa przez przewód 2, który stanowi obwód pierwotny ukladu grzejnego/Stworzenie zwoju z przewodu 2 daje , w efekcie dwukrotny przeplyw w jednym kierunku tej samej wielkosci pradu pobieranego ze zródla.W obwodzie wtórnym który stanowi rura. grzejna 1 i przewód 4 laczacy jej konce, indukuje sie parad witónny, którego wartosc jest proporcjonalna do sumy pradów plynacych w jednym kierunku przewodami we wnetrzu rury grzejnej. Wskutek .przeplywu w rurze grzejnej pradu indukowanego wj*w»nza isde w niej energia cieplna, Strumien 10 553 4 cieplny rurki grzejnej jest proporcjonalny do sumy pradów plynacych przawodami w jej wnetrzu. Po¬ laczenie konców rury przewodem o malej inipe- dancji zapewnia przeplyw pradu indukowanego- je- 5 dymie po wewnetrznej powierzchni rury grzejnej i tym przewodem. Na zewnetrznej powierzchni rury nie pojawia sie zaden potencjal, elektryczny.Na fig. 2 przedstawiono uklad polaczen prze¬ wodu grzejnego 2 ze zródlem 3, który jest taki 10 sam jak na fig. 1, W ukladzie tym caly zwój obwodu pierwotnego jesit zamkniety rura grzejna 1 stanowiaca obwód wtórny, dzidki; czemu jest wy¬ korzystana, .do. celów; grzewczych calkowClta dlugosc zwoju. Równoczesnie dodatkowy przewód- 4 laczacy 15 obydwa konce rury jest wydatnie skrócony^ przez co poprawca • sile- efekt naskórkowoisci.Na fig. 3 uwidoczniono dwa odcinki rur; grzej- ,nych stanowiace obwód wtórny jednego zwoju, których zarówno poczatki jak i konce sa podla¬ czone ze soba dodatkowymi przewodami 4. Uklad . taki jest latwiejszy do montazu instalacji grzew¬ czej. .':... .".'¦•.Przedstawione uklady na fig. 1, 2, 3 — dotycza ogrzewania metoda indukcyjna. 25 Na fig. 4 przedstawiono rure grzejna 1 z wpro¬ wadzonym do jej wnetrza przewodem 2r stano¬ wiacym jeden zwój. Jeden koniec przewodu 2 pod¬ laczony jest z jednej strony do jednego bieguna zródla pradu 3, natomiast drugi koniec jest po¬ laczony z drugim biegunem zródla pradu poprzez ..scianke .rury grzejnej.Przy zastosowaniu stalowych rur grzejnych, gestosc pradu nie jest równomierna w calym prze¬ kroju rury, ze wzgledu na efekt naskórkowosci 30 pradu przenniemnego w substancji ferromagnetycz¬ nej, lecz koncentruje sie ona na wewnetrznej czesci scianki rury, natomiast na zewnetrznej czesci tej scianki wynosi praktycznie zero i mie pojawia sie. zaden potencjal elektiryczny. W ukladzie takim- 43 efekt grzania jest jeszcze powiekszony w wyniku przeplywu pradu pierwotnego przez rure grzejna, przy równoczesnym zmniejszeniu dlugosci prze¬ wodu stanowiacego zwój.Fig. 5 pokazuje przekrój podluzny pary rur 45 w systemie ogrzewania indiukcyjno-oporowego z takim samym ukladem polaczen przewodu grzej¬ nego 2 ze zródlem 3, jak na fig. 4. Uwidocznione dwa odcinki rur grzejnych 1, maja zróznicowana wydajnosc cieplna kazdej rury w wyniku wytwa- 50 rzania energii cieplnej w jednej z nich tylko Sjpo- sobem indukcyjnm. Uklad grzejny wedlug fig. 5 jest bardziej efektywny w porównaniu do ukladu. . wedlug fig. 4, dzieki zastosowaniiu drugiej rury grzejinej. 55 Na fig. 6 przedstawiono uklad grzewczy : pary rur grzejnych w systmie ogrzewania indulkcyjno- -oporowego z polaczeniami przewodu grzewczego, zapewniajacymi . przeplyw pradu przez obydwie rury grzejne. W ukladzie tym obydwie rury grzej- 60 ne obejmuja jeden zwój. W takim ukladzie grzej¬ nym uzyskana jest najwieksza wydajnosc cieplna i obydwie rury maja praktycznie jednakowa wy¬ dajnosc.Fig. 7 pokazuje przekrój poprzeczny rury grzej- 65 nej z czterema przewodami wewnatrz niej i wy-120553 pelniaczeirn- zajtmmjacyim przestrzen miedzy po¬ wierzcnniami zewnetrzymi przewodów a po¬ wierzchnia wewnetrzna przedmiotowej ruTy.W ukladach grzejnych przedstawionych na fi¬ gurach: 1, 2, 3, 4 rury grzejnej moga byc (lub nie) polaczone ze soba eleiktryicizinJie, natomiast na fig. 5 i 6 — rury grzejne muisza byc izolowane od siebie elektrycznie.Przedstawiione w przykladzie wykonania uklady rozwiazan wedlug wynalazku, ograniezono dla lep¬ szego zrozumienia istoty wynalazku tylko do dwóch przewodów wprowadzonych do wnetrza rury grzejnej tworzacych jeldem zwój. W praktycz¬ nych wykonaniach^ w zaleznosci od potrzeb, ilosc wprowadzonych przewodów i zwojów, jak równiez i rur grzejnych moze byc dowolnie powiekszona.Opisane powyzej rozwiaizania wynalazku moga miec szerokie zastopowanie przy ogrzewaniu ruro¬ ciagów, zbiorników — zwlaszcza z cieczami latwo- krzepnacymi, scian, podlóg, dróg, pasów starto¬ wych, oraz wszedzie tani, gdzie istnieja trudnosci zastosowania innego rozdzaju ogrzewania. 6 PLThe patent description was published: 01/31/1984 1 120553 Int. Cl. » H05B 6/10 F16L 53/00 CirltLMA Patent Inventors: Marek Niemczyk, Janina Wiacek, Tadeusz Osuch, Andrzej Pasek, Jan Olechowski, Jan Niescioruk, Jerzy Mendryk Authorized by the patent: Research and Development Center for the Sulfur Industry " Siarkopol ", Tarnobrzeg (Poland) The multi-turn heating pipe The preimdoiteni of the invention is a multi-turn heating pipe, especially for heating pipelines and tanks containing substances that require the supply of thermal energy, and for heating other industrial or communication facilities. There are heating pipes that produce heat when using an electric current, for example, described in the following US patents: 3 29.3 407, 3 5:15 8137, 3 522 4 | 4i0 - and 3 575 58il, containing at least one ferromagnetic material pipe and an insulated electric wire electric circuit located inside the replaced pipe through its entire length, connected to an alternating current source in a manner appropriate to the adopted method generation of heat energy: inductive or inductive-resistance.The above heating pipes contain only one conductor inserted into their interior, as a result of which they have too small a specific thermal efficiency per unit length, which significantly limits their usefulness, such as solutions according to paftenty No. 3 515 8; 37 and No. 3 293; 407. The above solutions can only be used to cover small heat losses at low (temperatures of substances heated ranging from 30 to 6 ° C. These solutions are not suitable for heating: hot-heat liquids with high melting point and covering 20 25 30 Increasing the thermal efficiency of individual pipes is possible only by increasing the current flowing through the pipe, which requires increasing the current of the supply source. Thus, there was a need to develop a heating pipe with a high specific heat output, with the help of which the current of the source can obtain a multiplied heating effect. The essence of the solution according to the invention is that at least two insulated wires are introduced into the interior of the ferromagnetic heating pipe, forming at least one coil closed outside the source and connected to the source of alternating current so that the current flowing from the source in The inside of the pipe follows the same flow direction for induction and induction-resistance heating. The heat pipe may be as large as part of the coil (or coils), the entire coil (or coils), and may be divided into two parts to form a pair of heat pipes covering the entire coil (or coils). The space between the inner surface of the heating pipe and the conductors forming the coil (or coils) may be filled with any filler, preferably of ferromagnetic properties. The solution according to the invention may consist in introducing the cable inside the heating pipe and leading it out from the opposite side. , and reintroducing the heat pipe to the inside of the heat pipe to obtain one turn, or as required by repeatedly inserting and exiting the wire from the heat pipe to obtain multiple turns, thanks! why is it possible to reduce the flow of electric current inside the pipe in one direction and the associated multiplication of the heating effect. The advantage of the solution according to the invention is the possibility of multiplying the thermal effect of the heating pipe "at a constant value of the vertical current Moreover, it is possible to create heating systems by folding individual multi-turn pipes (or pairs of pipes) jr ^ 2_jilQW ^ lnjm .. their connection between each other in the form of a single-phase and multi-phase invention. 1j pr ^ Bidis ^ a ^ iaP ^ rfe heating in a longitudinal section and obeg.rxtiud ^^, C2eSJLizwoijiu in an induction system, Fig. 2 -— .. longitudinal section of a heating pipe including the entire coil in the induction system, Fig. 3 - longitudinal section of a pair of heating pipes in the induction system, Fig. 4 - longitudinal section of a heating pipe including part of the coil in the system Fig. 5 - longitudinal section of a pair of pipes in the induction-resistance heating system with different thermal efficiency of individual pipes, Fig. 6 - longitudinal section of a pair of heating pipes in an induction-resistance heating system of the same 7 shows the cross-section of a heating pipe with several conductors and is filled with heat exchanger. As shown in the drawing, the object of the invention consists of a heating pipe 1, inside which are placed pipes 2 forming at least one coil and connected to an alternating current source 3. The ends of the heating pipes in the induction heating system are connected by an additional cable 4 of very low impedance. The space between the inner surface of the heating pipe and the individual conductors 2 may be filled with filler 5, or may not be 1 shows a heating pipe 1 into which there are introduced a filler. A series of conductors 2 forming one "closed coil" and connected to an AC source 3. The coil is partially enclosed in the heat pipe and partially outside it. The ends of the heating pipe are electrically connected by an additional cable 4 with very low impedance. ^ - The electric current from the source 3 flows through the conductor 2, which is the primary circuit of the heating system. Creating the coil from the conductor 2 results in a double flow in one direction of the same amount of current drawn from the source. In the secondary circuit which is the pipe. heating 1 and the cable 4 connecting its ends, a spring parade is induced, the value of which is proportional to the sum of currents flowing in one direction through the pipes inside the heating pipe. Due to the flow of current induced in the heating pipe by the heat energy, the thermal flux of the heating pipe is proportional to the sum of the currents flowing inside it. The connection of the ends of the pipe with a conduit of low impedance ensures the flow of the induced current over the inner surface of the heat pipe and the conduit. No electric potential appears on the outer surface of the tube. Fig. 2 shows the connection arrangement of the heating cable 2 with the source 3, which is the same as in Fig. 1. In this arrangement, the entire primary circuit is a closed heating pipe. 1 constituting the secondary circuit, dzidki; why it is used. goals; total coil length. At the same time, the additional conduit 4 connecting both ends of the pipe is significantly shortened, thereby improving the strength-skin effect. Fig. 3 shows two pipe sections; heating elements constituting a secondary circuit of one turn, the beginnings and ends of which are connected with each other by additional conductors. 4. this is easier to install the heating system. . ': .... ".' The circuits shown in Figs. 1, 2, 3 - relate to induction heating. 25 Fig. 4 shows a heating pipe 1 with a conductor 2r inserted inside it, constituting one coil One end of the cable 2 is connected on one side to one pole of the current source 3, while the other end is connected to the other pole of the current source through the wall of the heating pipe. When steel heating pipes are used, the current density does not it is uniform throughout the pipe cross-section due to the skin effect of the alternating current in the ferromagnetic material, but it is concentrated on the inner wall of the pipe, while on the outer part of the pipe it is practically zero and no electric potential appears. In such a system, the heating effect is further magnified by the flow of the primary current through the heating pipe, while reducing the length of the coil wire. Fig. 5 shows the longitudinal section of the pair r. Ur 45 in an induction-resistance heating system with the same system of connections between the heating cable 2 and the source 3 as in Fig. 4. The two sections of heating pipes 1 shown have different thermal efficiency of each pipe as a result of the heat energy produced in one of them only inductively. The heating system according to Fig. 5 is more efficient compared to the system. . according to Fig. 4, thanks to the use of a second heating pipe. Fig. 6 shows a heating system: pairs of heating pipes in an induction-resistance heating system with heating cable connections that provide. current flow through both heating pipes. In this system, both heating pipes 60 enclose one coil. In such a heating system the greatest thermal efficiency is obtained and both pipes have practically the same efficiency. 7 shows the cross-section of a heating pipe with four wires inside and a filling space between the outer surfaces of the wires and the inner surface of the pipe in question. The heating systems shown in the figures: 1, 2, 3 4 heating pipes may be (or not) connected with each other, while in Figs. 5 and 6 - heating pipes must be electrically insulated from each other. The systems of solutions according to the invention presented in the example, for a better understanding of the essence of the invention, are limited only to two wires inserted into the inside of the heating pipe, forming a coil. In practical implementations, depending on the needs, the number of introduced wires and coils, as well as the number of heating pipes can be freely increased. The solutions of the invention described above may have a wide stop in heating pipes, tanks - especially with liquids that freeze, walls, floors, roads, runways, and cheap everywhere, where it is difficult to use any other type of heating. 6 PL