DE2835150A1

DE2835150A1 - Waermeisolationsanordnung zum transport und zur verarbeitung unter hohem druck stehender heisser gase

Info

Publication number: DE2835150A1
Application number: DE19782835150
Authority: DE
Inventors: Tokunori Mathusima; Takeshi Sato; Akira Uenishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1979-02-22
Also published as: JPS5430561A; DE2835150C2; GB2002486B; GB2002486A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeisolationsanordnung zur Verwendung beim Transport von Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck, insbesondere auf eine Wärmeisolationsanordnung zur Anwendung in Doppelrohren zum Transport von Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck.

Herkömmlicherweise wird heißes, unter hohem Druck stehendes Gas, beispielsweise Arbeitsgas, in chemischen Anlagen oder Kraftwerken mittels eines Rohrs transportiert, dessen Material hohe Temperaturen und hohe Gasdrücke aushält. Dieses Rohr ist üblicherweise mit einem Wärmeisolationsmaterial ummantelt, um Wärmeverluste nach außen zu verhindern.

Die gegenwärtige Tendenz zur Diversifikation der Energieanwendung und zur Verbesserung des Wirkungsgrades in chemischen Anlagen und Kraftwerken erfordert eine hohe Temperatur des Arbeitsgases von bis zu 1.00O⁰C und mehr. So hohe Temperaturen können herkömmliche Rohrmaterialien kaum aushalten, insbesondere nicht, wenn das Gas unter hohem Druck steht. Es ist daher üblich, Doppelrohranordnungen mit einem inneren VJarmeisolationsmaterial zum Transport unter hohem Druck stehender heißer Gase zu verwenden.

Dieser Doppelrohraufbau ist erforderlich, um die Verminderung der mechanischen Festigkeit des Rohrs infolg3 des Temperaturanstiegs des Rohrmaterials zu kompensieren, wobei das Gas gut abgedichtet sein soll und Wärmeverluste vermieden werden sollen. Daher werden die Eigenschaften des Wärmeisolationsmaterials oder der Wärmeisolationsanordnung als Faktor bei der Konstruktion von Rohren zum Transport unter hohem Druck stehender heißer Gase immer bedeutsamer.

Bei den meisten herkömmlich verwendeten Wärmeisolationsmaterialien handelt es sich um sogenannte Ummantelungen, die unter Atmosphärendruck verwenden werden können. In den meisten Fällen wird der erforderliche Wärmeisolationseffekt

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erreicht, indem lediglich derartiges Wärmeisolationsmaterial mit geeigneter Stärke an dem Teil befestigt wird, der vor Wärmeverlusten geschützt werden soll. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit kann daher sehr einfach als Funktion der mittleren Temperatur des Wärmeisolationsmaterials angegeben werden.

Wenn das Wärmeisolationsmaterial bei einem unter Druck stehenden heißen Gas, beispielsweise Helium, dessen thermische Eigenschaften sich von denen von Luft stark unterscheiden, angewendet wird, so ist im Gegensatz dazu die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeisolationsmaterials abhängig von verschiedenen Faktoren, beispielsweise der Temperatur und dem Druck des Gases, dem Strahlungsfaktor, der Prandtl'sehen Zahl, der Dhassi¹ sehen Zahl, der Rayleigh'sehen Zahl, der Fülldichte des Wärmeisolationsmaterials usw.. Das Wärmeisolationsmaterial hat also bei Verwendung bei unter hohen Drücken stehenden heißen Gasen extrem komplizierte Eigenschaften.

Wird in Kombination mit dem Doppelrohraufbau für hohe Temperaturen ein herkömmliches poröses Wärmeisolationsmaterial verwendet, so verformt sich dieses wegen der Gleitbewegung der Oberfläche des Wärmeisolationsmaterials gegenüber der inneren Oberfläche des Rohrs verhältnismäßig schnell.

Darüberhinaus wird das Erholungsvermögen des Wärmeisolationsmaterials allmählich verschlechtert, weil es bei hohem Druck und hoher Temperatur für viele Stunden dauernd beansprucht wird, und weil sich Temperatur und Druck wiederholt oder zyklisch ändern. Infolgedessen entstehen im Wärmeisolationsmaterial Spalte oder Hohlräume mit allmählich größer werdendem Volumen. All diese Erscheinungen führen zu einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit, d.h. zu einer Verschlechterung des Wärmeisolationsvermögens.

Ein typisches Doppelrohr der beschriebenen Art hat folgenden Aufbau:

Der Doppelrohraufbau enthält ein Außenrohr und ein im Außen-

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rohr angeordnetes Innenrohr, das vom äußeren mittels Abstandshaltern in einem Abstand angeordnet ist, abgedichtete Rohre zur Zirkulation eines unter Druck stehenden Kühlgases niedriger Temperatur durch den Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr, ein Leerrohr aus Wärmebeständigem Metall, das im Innenrohr angeordnet ist und einen Kanal des zu transportierenden Arbeitsgases begrenzt, und Wärmeisolationsanordnungen, die zwischen dem Leerrohr und dem Innenrohr angeordnet sind und den Wärmeaustausch zwischen dem transportierten Gas und dem Kühlgas sowie das Temperaturdifferential über die Wand des Innenrohrs vermindern.

Die Wärmeisolationsanordnung besteht aus einem faserigen Wärmeisolationsmaterial und einem harten, filzartigen geformten faserigen Wärmeisolationsmaterial, das verhindert_s daß ein Teil des Wärmeisolationsmaterials vom Arbeitsgas mitgenommen wird. In Axialrichtung sind mehrere Wärmeisolationsanordnungen abwechselnd und unabhängig angeordnet. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Wärmedehnung der Wärmeisolationsanordnungen in Axialrichtung von den Spalten oder freien Räume'n zwischen benachbarten Anordnungen aufgenommen werden.

Diese Wärmeisolationsanordnung besteht aus zwei Schichten, die durch Trenn-Zwischenrohre mit ringförmigen Schlitzen getrennt sind; letztere dienen zum Austausch der Gase innerhalb der Wärmeisolationsanordnung. Das längs der inneren Schicht der Wärmeisolationsanordnung verlaufende Trenn-Zwischenrohr ist mittels Abstandshaltern in einen Abstand vom Leerrohr angeordnet, um einen bestimmten Spalt zwischen beiden aufrechtzuerhalten. Das Leerrohr ist in Axialrichtung mit mehreren Gleitverbindungen versehen, um die Wärmedehnung in Axialrichtung aufzunehmen.

Die beschriebene herkömmliche Wärmeisolationsanordnung für Doppelrohre wird jedoch in starkem Maße deformiert und erlaubt die Bildung verschiedener Spaltformen. Dies liegt an der Gleitbewegung des heißen Gas-Abdichtrohrs, des Zwischen-

Trennrohrs und des faserigen Wärmeisoliermaterials gegeneinander infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten. Ferner wird das Erholungsvermögen des Wärmeisoliermaterials allmählich verschlechtert, wenn es für viele Stunden hohen Temperaturen und Drücken und plötzlichen Druck - und Temperaturänderungen ausgesetzt ist, wenn die Anlage wiederholt angefahren und stillgesetzt wird, sowie an den wiederholten Laständerungen. Demzufolge vergrößern sich die Spalte oder Hohlräume allmählich, so daß das Wärmeisoliervermögen verschlechtert wird.

Insbesondere, wenn sich die Spalte oder Hohlräume in Radialrichtung erstrecken, tritt das transportierte Gas durch die Spalte in den Gleitverbindungen und Schlitzen in diese Spalte oder Hohlräume ein und strömt dann durch die axialen Spalte. Somit bilden die radialen Spalte oder Hohlräume und die axialen Spalte zusammen Nebenkanäle für das Gas.

Der Anstieg der scheinbaren Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolieranordnung, d.h. die Verschlechterung des Wärmeisoliervermögens des Doppelrohrs infolge dieser Spalte oder Hohlräume ist wesentlich größer als der durch natürliche Konvektion im Wärmeisoliermaterial und in den Spalten bedingte, so daß das Außen- und das innere Rohr mit großem Innendurchmesser ausgeführt werden müssen. Die Verschlechterung des Wärmeisoliervermögens erfordert weiter eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases und erhöht die Temperaturdifferenz über die Wand des Innenrohrs. Daher kommt es zu erhöhten thermischen Beanspruchungen und somit zu einer schlechteren Zuverlässigkeit der Rohrleitung insgesamt.

Da ferner die Wärmeisoliermaterialien nicht fest sind, können sie sich, in Längsrichtung leicht verschieben.'Wenn daher die Rohre einem Erdbeben oder sonstigen Erschütterungen ausgesetzt werden, bewegen sich die Wärmeisoliermaterialien in Längsrich-

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tung, so daß die Axialspalte größer werden und sich örtlich große Bypass-Kanäle bilden. In einem solchen Fall kommen große Mengen des transportierten heißen Gases in direkte Berührung mit dem Innenrohr, so daß oft heiße Stellen entstehen, die Risse im Innenrohr nach sich ziehen.

Die sich, wie erwähnt, bildenden Bypass-Kanäle des Gases umfassen die Spalte in den Gleitverbindungen und Schlitzen und haben äußerst komplizierte Verbindungsformen. Hinsichtlich der Schicht niederer Temperatur der Wärmeisolieranordnung können diese Bypass-Kanäle in folgende drei Arten unterteilt werden, nämlich Kanäle (A), die längs des Zwischen-Trennrohrs verlaufen, Kanäle (B), die axial in der Mitte der Wärmeisoliermaterialien ausgebildet sind, und Kanäle (C), die längs des abgedichteten Innenrohrs verlaufen.

Die Anstiegsgeschwindigkeit der Wärmeleitfähigkeit, d.h. das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolieranordnung nach Ausbildung der Bypass-Kanäle zur Wärmeleitfähigkeit vor deren Ausbildung, steigt mit der Temperatur des transportierten Gases stark an, und die Bypass-Kanäle bilden sich immer näher an der Seite mit niedriger Temperatur aus. Gleichzeitig wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Wärmeleitfähigkeit mit dem Druck des transportierten Gases höher, weil die Wärmeleitfähigkeit des Gases selbst mit ansteigendem Druck ebenfalls ansteigt. Zusätzlich wird natürlich die Anstiegsgeschwindigkeit der Wärmeleitfähigkeit mit der Strömungsgeschwindigkeit des Gases in den Bypass-Kanälen größer.

In "Study of Machines", Band 26, Nr. 10 (1974), Seite 23, wird vorgeschlagen das in einem druckbeständigen Rohr, d„h. im abgedichteten Rohr befindliche Wärmeisoliermaterial an der Wand des druckbeständigen Rohrs zu befestigen, um so die Ausbildung von Bypass-Kanälen zu verhindern. Dieser Lösungsweg ist jedoch unbefriedigend, weil, wie erwähnt, das Erholungsvermögen des Wärmeisoliermaterials sich infolge der wiederholten Erzeugung von Wärmebeanspruchungen wegen der

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unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten zwischen Rohr und Wärmeisoliermaterial, allmählich verschlechtert, so daß verschiedene Spalte entstehen, die bald zu Bypass-Kanälen wachsen.

Wie erwähnt, ist bei den herkömmlichen Rohren zum Transport von unter hohem Druck stehenden heißen Gasen die Verschlechterung des Wärmeisoliervermögens des Wärmeisoliermaterials infolge der Bildung von Bypass-Kanälen beträchtlich. Diese Tendenz wird mit steigender Temperatur und/oder sieLgendem Druck immer ernster.

Alle anderen Konstruktionen, die ein unter hohem Druck stehendes heißes Gas enthalten und eine Wärmeisolieranordnung aufweisen, haben die gleichen Mängel.

Die Vermeidung der Ausbildung von Spalten im Wärmeisoliermaterial ist daher für die sichere und wirkungsvolle Verarbeitung und den Transport von Arbeitsgasen in verschiedenen Anlagen äußerst wichtig, bei denen Druck und Temperatur in jüngster Zeit immer höher werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Wärmeisolieranordnung für die Verarbeitung und den Transport von unter hohem Druck stehenden heißen Gasen zu schaffen, wobei zwischen einem Rohr und dem durch das Rohr strömenden Gas ein Wärmeisoliermaterial angeordnet ist, wobei der Wärmetransport vom Gas zum Rohr möglichst gering sein soll, und wobei die Ausbildung von Bypass-Kanälen wirksam unterdrückt werden soll, durch die ein direkter Kontakt des Gases mit dem Rohr ermöglicht wird. Weiter soll eine Wärmeisolieranordnung zur Benutzung bei der Handhabung und beim Transport von unter hohem Druck stehenden heißen Gasen geschaffen v/erden, die so aufgebaut ist, daß die Bildung von Bypass-Kanälen durch das Wärmeisoliermaterial und durch den ringförmigen Spalt zwischen der Rohrwandung und

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dem Wärmeisoliermaterial vermieden ist. Ferner soll eine äußerst zuverlässige Wärmeisolieranordnung geschaffen werden, durch die die Bildung von Bypass-Kanälen durch das Wärmeisoliermaterial und durch den ringförmigen Spalt zwischen Rohrwandung und Wärmeisoliermaterial vermieden ist, und bei der gleichzeitig die Vermischung des Wärmeisoliermaterials mit dem durch das Rohr strömenden Gas verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Wärmeisolationsanordnung enthält einen rohrförmigen zylindrischen Körper, durch den ein Gas mit hoher Temperatur unter hohem Druck strömt, ein in dem rohrförmigen zylindrischen Körper angeordnetes Rohr aus hitzebeständigem Metall, das einen Kanal für das unter Druck stehende heiße Gas bildet, ein zwischen dem rohrförmigen zylindrischen Körper und dem Rohr angeordnetes Wärmeisoliermaterial, um zu verhindern, daß die Wärme des Gases nach außen übertragen wird, und elastische Teile , die das Wärmeisoliermaterial ständig in Radialrichtung vorspannen .

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Wärmeisolieranordnung zur Bearbeitung und zum Transport eines unter hohem Druck stehenden heißen Gases;

Fig. 2 den Querschnitt II-II der Fig. 1; Fig. 3,

4 u. 5 Querschnitte von Beispielen erfindungsgemäß in die Wärmeisolieranordnung eingebauter elastischer Teile; und

Fig. 6 einen Teil-Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmeisolieranordnung .

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeisolieranordnung bzw. des erfindungsgemäßen Rohrs wird im folgenden anhand Fig. 1 und 2 beschrieben.

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Gemäß Pig. 1 ist ein Innenrohr 2 innerhalb eines Außenrohrs angeordnet und mittels mehrerer Abstandshalter 6 von diesem in einem Abstand angeordnet, so daß zwischen beiden Rohren ein ringförmiger Raum 5 besteht. Wie durch einen Pfeil 10 angedeutet, kann durch den Ringraum 5 ein Kühlgas zirkulieren. Ein im Innenrohr 2 ausgebildetes Leer- oder Blindrohr 4 aus ■wärmebeständigem Metall begrenzt einen Kanal für das zu transportierende Arbeitsgas. Das Gas strömt in Richtung eines Pfeils 9 in dem vom Blindrohr 4 gebildeten ringförmigen Kanal. Das Blindrohr 4 besteht aus mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitten, die durch Gleitverbindungen miteinander verbunden sind. Zwischen dem Leerrohr 4 und dem Innenrohr 2 befindet sich eine im folgenden zu beschreibende Wärmeisolieranordnung, durch die der Wärmeaustausch zwischen dem transportierten Arbeitsgas 9 und dem Kühlgas 10 so vermindert wird, daß die Temperaturdifferenz über die Wandung des Innenrohrs 2 möglichst gering ist.

Die Wärmeisolieranordnung 3 besteht aus mehreren Schichten 30, 31. Diese Schichten sind im wesentlichen gleich aufgebaut, können jedoch unterschiedliche Größe haben. Die Schichten 30, 31 enthalten je geformtes faseriges Wärmeisoliermaterial 31a und ein faseriges Wärmeisoliermaterial 31b, die in Axialrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt sind. Die unabhängigen Abschnitte dieser beiden Arten von Wärmeisoliermaterial sind in Axialrichtung in jeder Schicht 30, 31 abwechselnd angeordnet. Die V/ärmeisoliermaterialien 31a, 31b sind durch Zwischen-Trennrohre 13 gehalten, die in Axialrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt sind. Zwischen den benachbarten Abschnitten sind Schlitze 12 ausgebildet. Das Zwischen-Trennrohr 13 für die Schicht 30 wirkt nicht als Trennwand, sondern begrenzt lediglich den Kanal für das Gas und trägt das Wärmeisoliermaterial. ·

Gemäß Fig. 2 besteht das geformte faserige Wärmeisoliermaterial 31a aus laminierten halbgeformten Faser-Wärmeisoliermaterialien 35 mit je ringförmigem Querschnitt, die in Um-

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fangsrichtung durch wenigstens eine gebogene Schnittfläche getrennt sind. Zwischen dem Trennrohr 13 und den halbgeformten faserigen Wärmeisoliermaterialien 35 ist ein federndes Teil 33 niit in Umfangsrichtung durchgehendem Querschnitt '(Fig. 7) angeordnet. Das federnde Teil 33 übt eine Kraft Fr aus, so daß die halbgeformten Wärmeisoliermaterialien stets in Radialrichtung vorgespannt sind.

Der vom federnden Teil 33 selbst gebildete Raum 36 und der Raum 37 zwischen dem federnden Teil 33 und der Trennwand sind mit einem voluminösen faserigen Wärmeisoliermaterial mit guter Elastizität oder einem elastischen Wärmeisolierteil 38 aus einem Metallfaser-Wärmeisoliermaterial ausgefüllt.

Das faserige Wärmeisoliermaterial 31b ist mit mehreren Federn versehen, die in Axialrichtung des darin ausgebildeten Rohrs drücken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind kreisförmige Federn 45 mit einem gewellten Abschnitt in Axialrichtung vorgesehen. Rings um jede kreisförmige Feder 45 ist ein elastisches Wärmeisolierteil 47 gelegt, das aus einem voluminösen faserigen Wärmeisoliermateräl 46 besteht. Das voluminöse faserige Wärmeisoliermaterial 46 hat einen großen Faserdurchmesser und daher eine hohe Elastizität, so daß ein Axialdruck Fq ausgeübt wird.

Zwischen benachbarten elastischen Wärmeisolierteilen 47, d.h. an der Innen- und der Außenseite jedes elastischen Wärmeisolierteils 47, sind halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterialien 41 vorgesehen.

Das so ausgebildete faserige Wärmeisoliermaterial fluchtet axial mit dem Schlitz 12 zwischen benachbarten axialen Abschnitten des Zwischen-Trennrohrs 13.Das innerste halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 41, das den Schlitz direkt berührt, ist ein metallumschloss-enes Wärmeisoliermaterial 49, das aus dem halbgeformten Wärmeisoliermaterial besteht und von einer hitzebeständigen Metallfolie, z.B.

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aus Nickelchrom oder dergleichen, umschlossen ist.

Das faserige Wärmeisoliermaterial 31b ist an seinem einen Ende gegen axiale Bewegung gesichert, und zwar durch ein Verankerungsteil 43, das seinerseits starr am Innenrohr 2 oder am Zwischen-Trennrohr durch einen Einsatz oder "Verschweißung befestigt ist. Das andere Ende des faserigen Wärmeisoliermaterials 311> ist von einem gleitend beweglichen Halteteil 44 getragen, das die axiale Dehnung der kreisförmigen Federn 45 oder des elastischen Wärmeisolierteils 38 erleichtert.

Bei dem Doppelrohr zum Transport unter hohem Druck stehenden heißen Gases, das die Wärmeisolieranordnung dieser Ausführungsform enthält, ist das faserige Wärmeisoliermaterial 31a durch die Kraft Er.stets in Radialrichtung vorgespannt, während das faserige Wärmeisoliermaterial 31b durch die Kraft F_Q stets in Axialrichtung vorgespannt ist.

Infolge dieser Vorspannkräfte entsteht in der Wärmeisolieranordnung selbst dann kein Spalt, wenn infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten eine Kraft entsteht, die die Bestandteile der Anordnung verschieben und deformieren würde. Hierdurch wird die Bildung von Bypass-Kanälen sicher vermieden. Die Wärmeisolieranordnung behält daher ihr ursprüngliches Wärmeisoliervermögen. Mit anderen Worten, das Wärmeisoliervermögen wird beträchtlich verbessert. Diese beträchtliche Verbesserung des Wärmeisoliervermögens wird dadurch begünstigt, daß die Ausbildung von Bypass-Kanälen an der Seite mit niedriger Temperatur der Wärmeisolieranordnung vermieden ist, die das Wärmeisoliervermögen äußerst nachteilig beeinflussen würde.

Da das geformte faserige Wärmeisoliermaterial 31a laminiert aufgebaut ist, wobei die halbgeformten Isoliermaterialien je einen ringförmigen, längs der gebogenen Schnittfläche 34

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geschnittenen Querschnitt haben, kann das faserige Wärmeisoliermaterial 31a etwas größer als wirklich erforderlich hergestellt, werden, um die Querschnittslänge abzudecken, die durch das halbgeformte faserige Isoliermaterial 35 isoliert werden soll. Infolgedessen kann das Federteil 33 einan größeren effektiven Druckhub haben. Mit anderen V/orten, die radiale Breite oder Stärke des geformten faserigen Wärmeisoliermaterials 35, die durch die durch das Federteil 33 ausgeübte Radialkraft Fr steuerbar ist, wird wesentlich vergrößert. Gleichzeitig verläuft die Gleitbewegung des geformten faserigen Wärmeisoliermaterials 31a glatter. Ferner verläuft auch die Gleitbewegung des Federteils 33 selbst glatter, weil der vom Federteil 33 selbst gebildete Raum 36 und der Raum 37 zwischen dem Federteil 33 und dem Zwischen-Trennrohr 13 mit einem Wärmeisoliermaterial gefüllt sind, das eine gute Elastizität aufweist, oder mit dem elastischen Wärmeisolierteil 38, das aus einen Metallfaser-Wärmeisoliermaterial besteht. Das gut elastische Wärmeisoliermaterial oder das elastische Wärmeisolierteil 38 verbessern weiter das Wärmeisoliervermögen.

Würde längs des Spaltes oder Raums zwischen dem Federteil 33 und dem Zv/ischen-Trennrohr 13 ein Bypass-Kanal gebildet, so tritt das durch diesen strömende Gas in das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 ein, so daß nicht nur das Wärmeisoliervermögen verschlechtert sondern auch das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 brechen würde, wenn das Federteil 33 in Umfangsrichtung eine Unterbrechung aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau kann jedoch kein Gas in das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 eintreten, selbst wenn sich ein Bypass-Kanal gebildet hat,-weil das Federteil 33 einen in Umfangsrichtung durchgehenden Querschnitt ohne Spalt auf v/eist, durch den das Gas in Radialrichtung durchtreten könnte. Dieser vorteilhafte Effekt tritt noch deutlicher hervor, wenn die radiale Breite der Räume 36, 37 mit dem elastischen Wärmeisolierteil 38 ausgefüllt ist, d.h. wenn die radiale Höhe t des Federteils 33

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klein ist. Die radiale Höhe t wird daher vorzugsweise klein ausgeführt.

Weiter ist bei dieser Ausführungsform das faserige Wärmeisoliermaterial ^1 angrenzend an den Schlitz 12 zwischen benachbarten Abschnitten der Zwischen-Trennwand 13 angeordnet. Gleichzeitig üben das Federteil 45 mit dem gewählten Querschnitt und das elastische Wärmeisolierteil 47 eine axiale Druckkraft F_Q aus. Daher wird der in Radialrichtung verlaufende Spalt, der sich sonst örtlich infolge der Verschiebung der aneinander angrenzenden Wärmeisoliermaterialien 35 oder infolge einer ungleichmäßigen Dichteverteilung und Unregelmäßigkeit der Querschnittform des Wärmeisoliermaterials, die praktisch unvermeidlich sind, bilden würde, dank der Axialkraft Fq vermieden. Infolgedessen wird die scheinbare oder effektive Wärmeleitfähigkeit des halbgeformten faserigen Wärmeisoliermaterials ausreichend gering und das ursprünglich gute Wärmeisoliervermögen beibehalten. Darüberhinaus wird der Eintritt heißen Gases in das halbgeformte Wärmeisoliermaterial 35 und damit ein Bruch desselben durch das heiße Gas sicher vermieden.

Da der Teil des Wärmeisoliermaterials, der den Schlitz 12 direkt berührt, aus einem von einer hitzebeständigen Metallfolie umschlossenen Wärmeisoliermaterial 49 besteht, können keine Fasern des Wärmeisoliermaterials vom Gas mitgerissen werden und dieses verschmutzen. Dieser Vorteil ist, was Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebs der Anlage betrifft, äußerst vorteilhaft.

Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht das Blindrohr 4 aus einer Zuschläge von z.B. Molybdän, Chrom, Mangan, Kupfer, Silizium und Eisen je nach Verwendung in wechselnden Mengen enthaltendea Nickellegierung mit der Bezeichnung "Hastelloy", während die Federteile 33, 45 aus Nickelchrom oder dergleichen bestehen.

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Fig. 3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Federteils 33. Wie erwähnt, muß das Federteil 33 einen in Umfangsrichtung durchgehenden Querschnitt und vorzugsweise eine geringe radiale Breite oder Stärke des mit dem elastischen Wärmeisoliermaterial 38 zu füllenden Raumes aufweisen, d.h., die radiale Höhe t ist vorzugsweise gering. Ferner soll das Eederteil 33 ein gutes Erholungsvermögen haben, so daß es die Verschlechterung des ErholungsVermögens des Wärmeisolierteils 35 wirksam ausgleichen und somit die Bildung und Vergrößerung von Spalten mit der Zeit verhindert, falls sich solche Spalte gebildet haben.

Bei jeder der Ausführungsformen der Fig. 3, 4 und 5 ist der Raum außerhalb des Zwischen-Trennrohrs 13 mit dem elastischen Wärmeisolierteil 38 ausgefüllt, das seinerseits von dem halbgeformten faserigen Wärmeisoliermaterial 35 umgeben ist. Gemäß Fig. 3 besteht das Federteil 33 aus einer die Federkraft einstellenden Platte 74, bestehend aus einer kreisförmig gekrümmten gewellten Platte, die in der Schicht des elastischen Wärmexsolxermaterials 38 angeordnet ist, und aus einer Schutzplatte 76 zum Schutz des Wärmexsolxermaterials 38. Die Schutzplatte 76 hat einen kreisringförmigen Querschnitt und liegt über einem Keil 75 der Spitzen der Federkraft-Einstellplatte 74, wobei sie sich längs der inneren Umfangsflache des Wärmeisoliermaterials 35 erstreckt. Die Federkraft-Einstellplatte 76 und die hiermit verbundene Schutzplatte 75 sind in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet. Dieses Federteil ist leicht herstellbar, weil die Wellen des Federteils mittels einer Presse oder dergleichen leicht herstellbar sind. Darüberhinaus läßt sich die Federkraft Fr gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilen, indem die Anzahl η der Spitzen und Täler der Wellen vergrößert wird.

Das in Fig. 4 gezeigte Federteil 33 besteht aus einer in Umfangsrichtung durchlaufenden Platte mit mehreren sich längs

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der äußeren Oberfläche des Zwischen-Trennrohrs 15 erstreckenden inneren Abschnitten 77, mehreren äußeren Abschnitten 78, die je eine erste und zweite Schicht enthalten, die sich längs der inneren Umfangsfläche des halbgeformten faserigen Wärmeisoliermaterials 38 einander entgegengesetzt in Umfangsrichtung erstrecken, und mehrer en Federkraft-Einstellabschnitten 79, mit deren Hilfe der innere und äußere Abschnitt 77, 78 miteinander verbunden sind. Die Federkraft Fr wird also durch den Federkraft-Einstellabschnitt 79 mit dem Krümmungsradius r_& erzeugt. Auf diese Weise kann eine extrem große Federkraft Fr erzeugt werden, indem der Federkraft-Einstellabschnitt 79 mit einem großen freien Krümmungsradius r_oa ausgeführt wird, d.h. mit einem großen Krümmungsradius im unbelasteten Zustand vor dem Einbau. Auf diese Weise kann ein großer effektiver Radialdruckhub des Federteils, d.h. eine große radiale Breite der Erholbarkeit erzielt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 berührt das Federteil 33 das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 auf seinem größten Teil. Das Federteil 33 ist an verschiedenen Stellen teilweise nach innen zum äußeren Umfang der Oberfläche des Zwischen-Trennrohrs 13 vorstehend ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht ein leichtes Einsetzen des Wärmeisolierteils 38, weil der Querschnitt des Raums zwischen Federteil 33 und Zwischen-Trennrohr 13 einfach ausgebildet ist

Da die Masse des elastischen Wärmeisolierteils 38a zwischen dem Wärmeisoliermaterial 35 und dem Federteil 33 wesentlich kleiner ist als die des elastischen Wärmeisoliermaterials 38b zwischen dem Federteil 33 und dem Zwischen-Trennrohr 13, wird das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 selbst dann kaum nachteilig beeinflußt, wenn in dem Wärmeisolierteil 38 in diesem Raum Spalte entstehen, v/eil sich das Federteil 35 radial nach außen erholt. Demzufolge erlaubt diese Ausführungsfcrm die Verwendung eines Federteils 33 mit großem Erholungsveraögen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeisolieranordnung, bei der das faserige Wärmeisoliermaterial unterschiedlich angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das halbgeformte faserige Wärmeisoliermaterial 35 im wesentlichen ebenso ausgebildet wie das der ersten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 6 enthält die faserige Wärmeisolieranordnung Federteile 61, 62, die radiale und axiale Druckkräfte Fr und Ft ausüben. Die Federteile 61 und 62 sind von elastis diem faserigem Wärmeisoliermaterial 38 mit einem größeren Faserdurchmesser umgeben, so daß die Elastizität größer ist als die normalen faserigen Wärmeisoliermaterialien. Die inneren und äußeren Räume sind getrennt mit halbgeformtem faserigem Wärmeisoliermaterial 63 gefüllt. Diese Bestandteile sind als Einheit geformt.

Auf dem Schlitz 12 zwischen den Längsabschnitten des Zwischen-Trennrohrs 13 ist ein mit einer Metallfolie 48 ummanteltes Wärmeisoliermaterial 49 angeordnet. Die Funktion eines Verankerungsteils 43 und eines gleitend beweglichen Tragteils 44 ist ähnlich wie die im ersten Ausführungsbeispiel .

Bei der faserigen Wärmeisolieranordnung dieser Ausführungsform werden von den Federteilen 61 Vorspannkräfte nicht nur in Axialrichtung, sondern auch in Radialrichtung ausgeübt, so daß die Bildung innerer Spalte wirksam unterdrückt wird. Das Wärmeisoliervermögen wird weiter dadurch verbessert, daß dieses faserige Wärmeisoliermaterial zusammen mit dem geformten faserigen Wärmeisoliermaterial verwendet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden durch die Federteile in Axial- und in Radialrichtung Vorspann- oder Druckkräfte ausgeübt. Es ist jedoch nicht immer notwendig, die Ausbildung von Spalten in Radial- und in Axialrichtung zu verhindern.

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Hat sich nämlich ein Bypass-Kanal gebildet, so beeinflußt längs des axial verlaufenden Kanals strömendes heißes Gas das Wärmeisoliermaterial nachteiliger als radial strömendes Gas. Es ist daher wesentlich, die Bildung des axial verlaufenden Bypass-Kanals zu verhindern, d.h. die Bildung radialer Spalte.

Statt bei einem Doppelrohr kann die Erfindung auch bei anderen Konstrukt ions formen und für andere Zwecke angewendet werden, die eine Wärmeisolierung für unter hohem Druck stehendes heißes Gas erfordern.

Die erfindungsgemäße Wärmeisolieranordnung für unter hohem Druck stehende heiße Gase enthält also einen rohrförmigen zylindrischen Körper, der ein unter hohem Druck stehendes heißes Gas aufnimmt, ein Rohr aus hitzebeständigem Metall, das in dem rohrförmigen zylindrischen Körper angeordnet ist und einen Kanal für das Gas bildet, ein zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Rohr angeordnetes Wärmeisoliermaterial, das verhindert, daß die Wärme des Gases nach außen austritt, und ein in dem Wärmeisoliermaterial angeordnetes elastisches Teil, das letzteres stets in Radialrichtung vorspannt. Durch die radiale Vorspannkraft wird also erfindungsgemäß die Bildung innerer Spalte, die durch die relativen Bewegungen des Wärmeisoliermaterials infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten entstehen, vermieden.

Es bilden sich daher keine Bypass-Kanäle, die eine Verschlechterung des Wärmeisoliervermögens zur Folge hätten, so daß das ursprüngliche Wärmeisoliervermögen der Wärmeisolieranordnung über lange Benutzungszeiten beibehalten wird.

Die erfindungsgemäße Wärmeisolieranordnung bietet ein hohes Wärmeisoliervermögen bei Benutzung zum Transport und zur Handhabung von unter hohem Druck stehenden heißen Gasen.

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Claims

PATENTANWÄLTE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS .FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O1 D-8000 MÜNCHEN 95 KARL LUDWIG SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÖNER DIPL. ING. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. ING. DIETER EQBINGHAUS DR. ING. DIETER FINCK TELEFON (OSO) 48 20 64 TELEX 5-23565 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN HITACHI, LTD. DEA-14325 ; . 10. August 1978 Wärmeisolationsanordnung zum Transport und zur Verarbeitung unter hohem Druck stehender heißer Gase Pate

1. Wärmeisolationsanordnung zur Verhinderung des Übertritts der Wärme in einem unter hohem Druck stehenden heißen Gas in einem rohrförmigen zylindrischen Körper nach außen, gekennzeichnet durch ein Rohr (13) aus hitzebeständigem Metall, das in dem rohrförmigen Körper (1) angeordnet ist und einen Kanal für das Gas bildet, durch ein zwischen rohrförmigem zylindrischem Körper und Rohr angeordnetes Wärmeisoliermaterial (3), und durch ein in dem Wärmeisoliermaterial angeordnetes elastisches Teil (33), das das Wärmeisoliermaterial ständig gegen den rohrförmigen zylindrischen Körper vorspannt.

2. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 1, dadurch g ekennze ichnet, daß das Rohr (13) in Axialrichtung in mehrere axiale Abschnitte unterteilt ist, so daß mehrere Schlitze (12) gebildet werden, durch die das Gas zwischen Paaren benachbarter axialer Schlitze hindurchfließen kann.

3. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil aus

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einer kreisförmigen Feder (33) besteht.

4. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 1, dadurch g ekennze ichnet, daß das Wärmeisoliermaterial (3) aus mehreren faserigen Wärmeisoliermaterialien (31b) und mehreren geformten faserigen Wärmeisoliermaterialien (31a) besteht, wobei die faserigen Wärmeisoliermaterialien und die geformten faserigen Wärmeisoliermaterialien abwechselnd und unabhängig voneinander angeordnet sind, das faserige Wärmeisoliermaterial in dem Raum des Rohrs (13) angeordnet ist und das geformte faserige Wärmeisoliermaterial (31a) durch das elastische Teil (33) gegen das Rohr vorgespannt ist.

5. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 4, dadurch g ekennzeichnet, daß das Wärmeisoliermaterial (3) in Radialrichtung zumindest an einem Teil desselben in Radialrichtung in mehrere Schichten (30, 31) unterteilt ist, die je wenigstens ein Rohr (13) enthalten, daß das Rohr in Axialrichtung in mehrere axiale Abschnitte unterteilt ist, so daß zwischen Paaren aneinander angrenzender axialer Abschnitte Schlitze (12) entstehen, und daß das faserige Wärmeisoliermaterial (31b) axial mit den Schlitzen fluchtend angeordnet ist.

6. Warmeisolieranordnung nach Anspruch 4, dadurch g ekennz e i chne t, daß das geformte faserige Wärmeisoliermaterial rohrförmig ausgebildet ist und aus mehreren Schichten (35) besteht, und daß jede Schicht eine in Axialrichtung verlaufende gebogene Schnittfläche (34) aufweist, so daß das rohrförmig geformte faserige Wärmeisoliermaterial an den gebogenen Schnittflächen aufgeschnitten ist,

7· Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 4, ferner g ekennzeichnet durch ein elastisches Teil (45), das das Wärmeisolierteil (31a) in Axialrichtung zusammendrückt .

90980d/Q98S

8. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 7, dadurch g ekennzeichnet, daß das elastische Teil zum Zusammendrücken des Wärmeisoliermaterials (31a) in Axialrichtung aus einer in Axialrichtung dehnbaren gewellten kreisförmigen Feder (45) besteht und in dem faserigen Wärmeisoliermaterial (31b) angeordnet ist.

9. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch S, dadurch g ekennzeichnet, daß der Raum rings um die gewellte kreisförmige Feder (45) mit einem voluminösem faserigen Wärmeisoliermaterial (46) gefüllt ist.

10. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 9, dadurch g ekennzeichnet, daß das Wärmeisoliermaterial (46) in Radialrichtung durch wenigstens ein Zwischen-Trennrohr (13) geteilt ist, und daß das Zwischen-Trennrohr in mehrere axiale Abschnitte mit Schlitzen (12) zwischen den aufeinander folgenden axialen Abschnitten unterteilt ist, wobei über den Schlitzen ein von einer Metallfolie umhülltes faseriges Wärmeisoliermaterial (49) angeordnet ist.

11. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 10, dadurch g ekennzeichnet, daß das faserige Wärmeisoliermaterial (31b) an einem axialen Ende durch ein Verankerungsteil (43) und an seinem anderen axialen Ende durch ein axial gleitend bewegliches Teil (44) befestigt ist.

12. Wärmeisolieranordnung nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß das elastische Teil (61) das Wärmeisoliermaterial in Axial- und Radialrichtung vorspannt und in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet ist, so daß ein Gasdurchtritt durch dasselbe verhindert wird.

909808/0985

Beschreibung ./.