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1. WO2011050802 - DISPOSITIF DE CLOISON ÉTANCHE POUR ENSEMBLES DOUBLE PAROI SOUS VIDE

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[ DE ]
Schottvorrichtung für evakuierte Doppelwandanordnungen

Die Erfindung betrifft eine Schottvorrichtung für evakuierte Doppelwandanordnungen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Es ist bekannt, dass evakuierte Doppelrohre zum Isolieren kalter oder warmer Fluide die effektivste Dämmungstechnologie darstellen. Jedoch werden die Rohrleitungen aus einzelnen getrennt versiegelten Rohrabschnitten zusammengesetzt, sodass immer an Verbindungsstellen Wärmebrücken vorhanden sind. Man kann jedoch Rohrleitungen auch prinzipiell endlos bzw. sehr lang aneinander wärmebrückenfrei zusammenfügen, immer innere Rohre mit inneren und äußere Rohre mit äußeren verbindend, wie in einer

Veröffentlichung des vorliegenden Autors offenbart. So kann ein ausgedehntes

doppelwandig Vakuum isoliertes Leitungsnetz entstehen, das nach Fertigstellung evakuiert werden kann.

Doch in diesem Fall kommt das Problem auf, dass bei einer Störung ein großes

Rohrleitungsnetz mit daran angeschlossenen Behältern ausfällt. Im Falle einer Wartung oder Instandsetzung muss ebenso das gesamte Netz vom Betrieb genommen werden, was hohe Kosten verursachen kann. Der Einsatz konventioneller Ventileinheiten zu diesem Zweck erzwingt aber Inkaufnahme von Wärmebrücken, die man im Sinne der Verlustminimierung vermeiden sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unterteilung eines ausgedehnten doppelwandig isolierten Rohrleitungsnetzes in getrennte Abschnitte, wobei im Betrieb keine Wärmebrücken bestehen sollen.

Dadurch, dass eine Schott-Vorrichtungfür evakuierte Doppelwandanordnunge, mit einem Hohlraum, zwei feststehende, ein außenraumseitiges und ein nutzraumseitiges, voneinander rundum kontaktlos mit einem vorgegebenen Spalt beabstandete Gegendichtungselemente aufweist, die mit ihren Kanten derart im Hohlraum ausgerichtet sind, dass sie von einem beweglichen, vorzugsweise elastischen Dichtungsmittel gleichzeitig kontaktiert sein können, um dadurch eine Schließung des Spaltes zwischen Gegendichtungselementen zu bewirken, sind die Aufgaben der Erfindung gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Dichtungsmittel an einem beweglich angeordneten Ankerelement angeordnet.

Das Ankerelement ist bevorzugt von einem elektromechanischen Antriebselement antreibbar, bevorzugt durch eine elektromagnetische Spule.

Die elektromagnetische Spule kann vorzugsweise innerhalb oder außerhalb der

Doppelwandanordnung angeordnet sein und durch die äußere Wandung hindurch elektromagnetisch wirken.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Schott-Vorrichtung;

Figur 1 zeigt eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Schott-Vorrichtung.

Eine Doppeldichtungsverbindungs-Anordnung 180 ist hierbei auf ein Rohrsystem

angewendet, das beispielsweise dazu dient, ein kaltes oder heißes Fluid zwischen zwei (nicht dargestellten) Behältern auszutauschen. Die Rohre können jedoch einen beliebig geformten Querschnitt aufweisen, wobei die runde Form wegen Druckbeanspruchung im Nutzraum wohl am meisten zum Einsatz kommt.

Ein angeschlossener Ummantelungs-Gegenstand 10/3, bzw. Abstandhalteranordnung, weist voneinander beabstandete Gegendichtungselemente 180/3 und 180/4 auf, die jeweils randumlaufend an einem äußeren Rohr 120/1 c und inneren Rohr 120/2c gasdicht angeordnet sind. Die Spannvorrichtungen 180/5 verbinden mit einer vorgegebenen

Schließkraft die Doppeldichtungsverbindungs-Anordnung 180. Die Übertragung der

Schließkräfte von dem äußeren Rohr 120/1 c auf das innere Rohr 120/2c zum inneren Gegendichtungselement 180/4 ist durch im Hohlraum 121/c angeordnetes

Rückkräfteübertragungsmittel 130/2 bewerkstelligt, das bevorzugt als Zugkraftelemente mit wärmedämmend optimiertem Querschnitt und mit einer maximierten Länge ausgebildet ist.

Ein weiteres entgegen wirkendes Rückkräfteübertragungsmittel 130/1 kann optional vorgesehen sein, um die Position der beiden Gegendichtungselemente 180/3/, 180/4 auch nach Trennung der Schott-Vorrichtung 190 beibehalten zu können.

Die Schott-Vorrichtung 190 weist vor allem zwei feststehende, ein außenraumseitiges und ein nutzraumseitiges, voneinander rundum kontaktlos beabstandete

Gegendichtungselemente 190/2 und 190/3 auf. Diese sind im vorliegenden Beispiel als je ein vorzugsweise aus Metallblech geformtes Element ausgebildet, deren Dichtungskanten voneinander in einem ausreichenden Abstand, beispielsweise von 1 mm bis mehreren mm, in einer zur Längsachse Z vorzugsweise normalen Ebene verlaufen. Ein bewegliches, vorzugsweise elastisches Dichtungsmittel 190/4 ist an einem beweglich angeordneten Ankerelement 190/5 angeordnet und in dargestelltem Zustand in seiner offenen Stellung. Die Teilhohlräume 121/a und 121/b sind miteinander und somit auch mit dem angeschlossenen Teilhohlraum 121/c verbunden.

Damit die Dichtungskanten der Gegendichtungselemente 190/2 und 190/3 in Längsrichtung Z nicht gegeneinander infolge von mechanischen oder thermisch bedingten Verschiebungen der inneren und äußeren Rohre verschoben werden und dadurch nicht mehr abdichtbar wären, werden sie in Längsrichtung Z durch einen speziellen Halter 130/10 mit

Rückkräfteübertragungsmitteln 130/1 und 130/2 in Position gehalten. Diese sind bevorzugt als Zugkraftelemente mit einem wärmedämmend optimierten Querschnitt ausgebildet. Die erforderliche thermische Ausdehnungskompensation des Rohrsystems muss daher vor und nach der Schott-Vorrichtung 190 ausgeführt werden, da sie selbst eine feste Positionierung der Dichtungskanten benötigt. Der Halter 130/10 mit Rückkräfteübertragungsmitteln 130/1 und 130/2 ist beispielsweise mittels zwei ineinander positionierten Hülsen ausgebildet, deren Durchmesser jeweils durch Durchmesser der korrespondierenden inneren und äußeren Rohre 120/2b, 120/1 b vorgegeben ist, sodass sie in den Hohlraum einführbar sind.

Abschließend müssen beide Hülsen an beiden der jeweiligen Rohrwandungen kraftschlüssig befestigt werden, z.B. durch Presssitz, Verklebung, Verschweißung, Verlötung oder

Quetschung oder ähnlich.

In radialen Richtungen X, Y ist das innere Rohr 120/2b in dem äußeren Rohr 120/1 b bevorzugt durch zwei Abstandhalter 10/i und 10/i+1 mit einem vorgegebenen Rohrabstand AD beabstandet und möglichst genau positioniert. Die beiden Abstandhalter 10/i und 10/i+1 können von einem beliebigen, jedoch evakuierbaren Typ sein, werden bevorzugt jedoch

wenn höchste Wärmedämmung verlangt ist, als Zugkraft-Übertragungselemente ausgebildet. Beispielsweise eignet sich hierzu ein Abstandhalter in Formgestalt von Speichenrad nach einer weiteren Anmeldung des vorliegenden Anmelders hervorragend.

Ferner können die Funktionen der Rückkräfteübertragungsmittel 130/1 und 130/2 auch in wenigstens einen der Abstandhalter 10/i und 10/i+1 verlagert sein, indem seine

Speichenelemente entsprechend geneigt angeordnet werden.

Das bewegliche Ankerelement 190/5 ist durch ein schematisch dargestelltes Federelement 190/6 in seiner geöffneten Stellung gehalten. Die auf das Ankerelement 190/5 bevorzugt durch die Wandung 120/1 b hindurch wirkende elektromagnetische Spule 190/1 ist derzeit unbestromt. Es liegt ein Dauerbetriebszustand vor, in dem keine Wärmebrücken zwischen äußerem und innerem Rohren bestehen. Der Evakuierungsanschluss bzw. Ventil 180/10 ist dicht verschlossen. Es kann ein Fluid in dem Nutzraum 120/21 in gewünschter Richtung fließen.

Nachdem ein Fluidaustauschvorgang abgeschlossen ist, beispielsweise ein Speichertank entleert oder befüllt, kann ein Abtrennungsvorgang eingeleitet werden. Hierzu wird zunächst die Schott- Vorrichtung 190 geschlossen, indem die Spule 190/1 bestromt wird. Das

Ankerelement 190/5 wird elektromagnetisch bzw. magnetisch durch die äußere Wandung hindurch angezogen und presst mit einer vorgegebenen Schließkraft das elastische zentrale bewegliche Dichtungsmittel 190/4 gleichzeitig gegen die beiden voneinander beabstandeten Dichtungskanten der feststehenden Gegendichtungselemente 190/2 und 190/3. Diese können einwenig elastisch nachgeben, um kleine Positionsungenauigkeiten auszugleichen. Dadurch ist eine Trennung zwischen den Teilhohlräumen 121/a und 121/b realisiert und zugleich jedoch auch eine temporäre Wärmeübertragungsbrücke über das zentrale

Dichtungsmittel 190/4 geschaffen, das dadurch selbst der Betriebstemperatur des

Nutzraums 120/21 ausgesetzt wird.

Dies ist jedoch eine temporäre Situation, die lediglich während des Trennvorgangs aufrecht erhalten wird. Im nächsten Schritt kann die Spannvorrichtung 180/5 aufgelöst werden und der Teilhohlraum 121/b und 121/c mit Außenluft befluidet werden. Anzumerken ist, dass auch das abzutrennende Rohr 10/3 auf seiner Seite eine baugleiche Schott-Vorrichtung aufweisen kann, die zuvor genauso betätigbar wäre.

Nachdem die Doppeldichtungsverbindungs-Anordnung 180 aufgelöst ist, kann im nächsten Schritt ein Deckel angeschlossen und mittels der Spannvorrichtungen 180/5 kraftschlüssig verschlossen werden. Wenn dieses abgeschlossen ist, kann im nächsten Schritt der Teilhohlraum 121/b über den Evakuierungsanschluss/ Ventil 180/10 mithilfe einer

Vakuumpumpe evakuiert werden. Es wird hierbei ein relativ kleiner Teilhohlraum evakuiert, sodass Zeit- und Energieaufwand gering gehalten werden, wodurch einer Art

Schleußenvorrichtung realisiert ist.

Nachdem im Teilhohlraum 121/b der gewünschte Evakuierungsgrad erreicht ist, kann anschließend das Ventil 180/10 dicht verschlossen und die Schott- Vorrichtung 190 wieder geöffnet und die Teilhohlräume des Deckels 121/1 b und 121/1 a miteinander durchgehend verbunden werden. Die Wärmebrücke ist dadurch aufgehoben und war nur kurze Zeit zugeschaltet. Die Spule 190/1 ist in diesem zweiten Dauerbetriebszustand ebenso unbestromt und das zentrale Dichtungselement 190/4 hat keine Berührung mit dem nutzraumseitigen Temperaturpotenzial, sondern über das Ankerelement 190/5 mit dem außenraumseitigen Temperaturpotenzial. Der angeschlossene Deckel gewährleistet eine durchgehende randlose Beabstandung ohne Wärmebrücken, sodass die volle Effektivität der Wärmedämmung zum Tragen kommen kann.

Die Spule 190/1 kann in anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen auch im Hohlraum 121/b angeordnet werden, was jedoch einen zusätzlichen Aufwand zu ihrer Stromversorgung erforderlich macht.

Anwendungen sind sehr vielfältig und können im Bereich sehr heißer Wärmeenergiespeicher oder Behälter sehr kalter kryogener Temperaturen für flüssige Gase wie Stickstoff, Helium oder Wasserstoff sowohl feststehend als auch für Transport vorgesehen sein. Rohrleitungen oder SupraStromleitungen bieten weitere Einsatzfelder.

Außerdem ist die beschriebene Schott-Vorrichtung 190 auch in einem ausgedehnten Rohrleitungssystem zum Unterteilen in trennbare Sektionen verwendbar, die ferngesteuert von einem Steuerungssystem ein- und ausschaltbar sind. Auf diese Weise kann ein erkannter Leckvorfall lokal eingeschränkt werden, oder Bau- und Servicearbeiten lokal ausgeführt werden, ohne dass dafür aufwendig beispielsweise ein kilometerlanges

Rohrsystem vollständig deevakuiert werden muss.

Die Schott-Vorrichtung 190 ist bevorzugt als eine Baueinheit ausgeführt, die beiderseits Rohr-Anschlüssmittel aufweist, um dadurch in einem Rohrsystem an gewünschter Stelle einfügbar zu sein.

Im vorliegenden Beispiel ist dies bevorzugt durch eine mittels je einer geneigten radialen Verbindungskante 120/34 entlang der Berührungskante 120/15 geschaffenen

außenraumseitigen Verbindung und einer nutzraumseitigen Verbindung durch eine

Verbindungsnaht 120/20 realisiert. Damit die innere Verbindung in zugänglicher Weise ausgeführt werden kann, ist das innere Rohr 120/2b um eine Vorstrecklänge /120 gegenüber dem äußeren Rohr 120/1 b vorragend angeordnet. Diese Vorstrecklänge kann in anderen bevorzugten Ausgestaltung genau anders herum angeordnet werden, denn es hängt davon ab, in welcher Reihenfolge die Rohre und die Schott-Vorrichtung miteinander verbunden werden sollen.

Es können alle bekannten Verbindungsarten außen als auch innen angewendet werden, wie Verschweißung, Verlötung, Verschraubung mit einer Gegengewindemuffe oder

Flanschverschraubung usw..

Damit die Spule 190/1 in ihre Position montierbar und austauschbar ist, wird sie bevorzugt aus wenigstens zwei Teilsegmenten, d.h. eigentlich aus zwei getrennten Spulen

zusammengesetzt, die das äußere Rohr 120/1 b umschließen. Da das Ankerelement 190/5 in vorliegender Ausgestaltung einen größeren Durchmesser aufweisen muss als das äußere Rohr, ist es in einer nach außen vorragend ausgeformten Ankernut angeordnet. Nach seiner Anordnung darin werden die zwei Hälften des hierfür geteilt ausgebildeten äußeren Rohres 120/1 b entlang der Berührungskante 120/16 gasdicht verbunden.

Anzumerken ist, dass erfindungemäße Schott-Vorrichtungen ferner alternativ manuell betätigbar und/oder durch einen Elektromotor/Getriebe betätigbar ausgebildet sein können.

Ferner müssen sie nicht allein auf Rohrverbindungen eingeschränkt bleiben. Neben Rohren beliebiger Querschnittsform können abgeschottete Lücken, Türen und/oder Fenster in größeren Gehäusen, Behältern bzw. Gebäuden, Schiffen, Flugzeugen etc. realisiert werden, wobei die Formgebung der Dichtungs- und Gegendichtungselemente beliebig 2- oder 3-dimensional vorgegeben sein kann.

Die erfindungsgemäße Schott-Vorrichtung ist also höchst nützlich, die Aufgaben der Erfindung noch effektiver auf die Schaffung ausgedehnter, randlos wärmegedämmter thermischer Verbund-Systeme auszudehnen, weil je größer so ein thermisches System wird, umso wahrscheinlicher lokale Störfälle auftreten können und folglich umso größer der Aufwand wird, gesamten zusammenhängenden Hohlraum 121 zu befluiden und wieder zu evakuieren.

In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen kann die Spannvorrichtung nach einem bekannten Mittel, beispielsweise als ein Bajonettanschluss oder Gewindeverschraubung realisiert sein.

Es sei angemerkt, dass die dargestellten Ausgestaltung/en nicht den gesamten Umfang der vorliegenden Erfindung beschreiben können, sondern es einem durchschnittlichen

Fachmann möglich ist, weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen zu kreieren, die von dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang erfasst sind, ohne dass er hierzu erfinderisch tätig werden muss.