DE102017207254A1 - Abdichtkupplung between at least two mutually storable pipes of an electrolysis plant and use - Google Patents

Abdichtkupplung between at least two mutually storable pipes of an electrolysis plant and use Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Rohrkupplungen eingerichtet zur Verwendung in Elektrolyseanlagen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Abdichtkupplung (10) zwischen wenigstens zwei aneinander lagerbaren Rohren (11, 13) einer Elektrolyseanlage, wobei die Abdichtkupplung an aneinander anliegenden Mantelflächen (11.3, 13.1) gebildet ist, wobei die Rohre (11, 13) relativ zueinander in axialer Richtung ineinander abdichtend an einer Dichtfläche (11.31) mit unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre größenkonstantem Flächeninhalt loslagerbar sind. Dies ermöglicht zusätzlich zu hoher Betriebssicherheit auch eine Vereinfachung des Montagevorganges. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Rohr-in-Rohr-Anordnung als wärmedehnungstolerante Rohrkupplung in einer Elektrolyseanlage.

Figure DE102017207254A1_0000
The invention relates to pipe couplings set up for use in electrolysis plants. In particular, the invention relates to a Abdichtkupplung (10) between at least two mutually storable pipes (11, 13) of an electrolysis plant, wherein the Abdichtkupplung formed on abutting lateral surfaces (11.3, 13.1), wherein the tubes (11, 13) relative to each other in axial Direction into one another sealingly on a sealing surface (11.31) with independent of an axial relative movement or relative position of the tubes size constant surface area are releasable. This allows in addition to high reliability and simplification of the assembly process. Furthermore, the invention relates to the use of a tube-in-tube arrangement as a heat-expansion-tolerant pipe coupling in an electrolysis plant.
Figure DE102017207254A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft abdichtende Vorrichtungen an oder zwischen zwei Rohren, die mit einem gewissen axialen Spiel relativ zueinander aneinander gelagert werden sollen. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Rohr-in-Rohr-Anordnung zum Bereitstellen einer solchen abdichtenden Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Abdichtkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to sealing devices on or between two tubes to be stored with a certain axial play relative to each other. Furthermore, the invention relates to the use of a tube-in-tube arrangement for providing such a sealing device. In particular, the invention relates to a sealing coupling according to the preamble of claim 1.

Abdichtende Rohr-in-Rohr-Verbindungen werden insbesondere in Elektrolyseanlagen benötigt. Es gibt Elektrolyseanlagen zur Gewinnung von Chlor, Wasserstoff oder Natronlauge. Die jeweiligen Stoffe werden dabei innerhalb von Zellen der Elektrolyseanlagen gewonnen, und müssen für die weitere Verwendung aus den Zellen heraus gefördert werden. Üblicherweise werden dazu Sammelkanäle aus Metall eingesetzt, welche über Standrohre aus Kunststoffen eine Verbindung zur jeweiligen Zelle herstellen.Sealing tube-in-tube connections are required in particular in electrolysis systems. There are electrolysis systems for the production of chlorine, hydrogen or caustic soda. The respective substances are thereby obtained within cells of the electrolysis plants, and must be promoted for further use out of the cells. Usually, collecting ducts made of metal are used, which produce a connection to the respective cell via standpipes made of plastics.

Bedingt durch enge Platzverhältnisse und Kostendruck muss die Verbindung zwischen Sammelkanälen und Standrohr zum einen eine schnelle und zuverlässige Montage und zum anderen auch eine dichte Verbindung über die gesamte Betriebszeit der Zelle ermöglichen. Hinderlich für eine gute Abdichtung können insbesondere die folgenden Faktoren sein: unterschiedliche Ausdehnungen bei Sammelkanal und Standrohr, insbesondere bei Temperaturen bis knapp 100°C; größere Fertigungstoleranzen bei Kunststoff im Vergleich zu Metall. Dabei wird insbesondere auch nach einer universellen Verbindung bei unterschiedlichen Geometrien der Standrohre gestrebt.Due to the tight space and cost pressure, the connection between the collecting ducts and the standpipe must, on the one hand, enable fast and reliable assembly and, on the other hand, a tight connection over the entire service life of the cell. In particular, the following factors can be a hindrance to a good seal: different expansions in the collecting channel and standpipe, in particular at temperatures of up to almost 100 ° C; greater manufacturing tolerances in plastic compared to metal. In this case, the aim is in particular for a universal connection with different geometries of the stanchions.

Um möglichst vielen dieser Anforderungen gerecht werden zu können, wird z.B. ein konischer Stutzen am Sammelkanal vorgesehen, auf welchen das Standrohr geschoben werden kann. Aufgrund einer axialen Vorspannung kann eine gute Dichtigkeit bei einer einfachen Montage erzielt werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass diese Art der Kupplung insbesondere bei Temperaturschwankungen Nachteile mit sich bringt. Bei erhöhten Temperaturen dehnt sich das Standrohr aus Kunststoff stärker aus als die metallischen Bauteile der Zelle, so dass sich die axiale Vorspannung erhöht. In manchen Fällen kann dann nicht vermieden werden, dass ab einer kritischen Vorspannung ein Verbiegen des Standrohres erfolgt. Dies bringt das Risiko mit sich, dass es zu unerwünschtem Kontakt zwischen Standrohr und Elektrode kommen, mit der Folge einer Unterversorgung der Elektrode mit Elektrolyten und/oder zu hohem Druck auf die Membrane der Anlage. Damit einher gehende Fehlfunktionen und verkürzte Lebensdauer sollten jedoch vermieden werden.In order to meet as many of these requirements as possible, e.g. a conical nozzle provided on the collecting channel, on which the standpipe can be pushed. Due to an axial preload, a good tightness can be achieved with a simple assembly. However, it has been shown that this type of coupling brings disadvantages, in particular with temperature fluctuations. At elevated temperatures, the plastic standpipe expands more than the metallic components of the cell, increasing the axial preload. In some cases, it can not be avoided that bending of the standpipe occurs from a critical preload. This entails the risk of undesirable contact between the standpipe and the electrode, with the result that the electrode is undersupplied with electrolyte and / or the pressure on the membrane of the system is too high. However, associated malfunction and shortened life should be avoided.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, womit bei Rohren, die mit gewissem axialem Spiel relativ zueinander aneinander gelagert werden sollen, eine Abdichtung mit guter Betriebssicherheit sichergestellt werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe, eine Kupplung bereitzustellen, welche auch hinsichtlich thermisch begründeter Relativbewegungen oder bei unterschiedlichen Materialien der Kupplungselemente eine zuverlässige Abdichtung sicherstellen kann, insbesondere mit hoher Betriebssicherheit über eine lange Lebensdauer.The object of the invention is to provide a device, which with pipes to be stored with some axial play relative to each other to each other, a seal with good reliability can be ensured. In particular, it is an object to provide a coupling which can ensure reliable sealing even with regard to thermally induced relative movements or with different materials of the coupling elements, in particular with high operational reliability over a long service life.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abdichtkupplung zwischen wenigstens zwei aneinander lagerbaren/gelagerten Rohren einer Elektrolyseanlage, insbesondere zwischen wenigstens einem mit einer Zelle der Elektrolyseanlage verbundenen Standrohr und wenigstens einem Sammelrohr, wobei die Abdichtkupplung an wenigstens einem Rohrpaar der Rohre an aneinander anliegenden Mantelflächen gebildet ist, wobei die Rohre des (jeweiligen) Rohrpaares relativ zueinander in axialer Richtung ineinander abdichtend an einer Dichtfläche mit unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre größenkonstantem Flächeninhalt losgelagert/loslagerbar sind. Dies liefert eine vergleichsweise exakt vordefinierbare Flächenpressung bzw. Dichtwirkung. Es kann sichergestellt werden, dass sich die Bedingungen und damit die Flächenpressung lokal an der Dichtfläche bei Relativbewegungen nicht mehr oder nicht spürbar ändern. Es kann ein quasi-statischer Abdicht-Zustand sichergestellt werden.This object is achieved by a Abdichtkupplung between at least two mutually storable / mounted pipes of an electrolysis, in particular between at least one connected to a cell of the electrolysis plant standpipe and at least one manifold, wherein the Abdichtkupplung is formed on at least one pair of tubes of the tubes against abutting lateral surfaces , wherein the tubes of the (respective) pair of tubes relative to each other in the axial direction sealingly abutted against each other on a sealing surface with independent of an axial relative movement or relative position of the tubes size constant surface area / are releasable. This provides a comparatively exactly predefinable surface pressure or sealing effect. It can be ensured that the conditions and thus the surface pressure do not change any more or not perceptibly locally at the sealing surface during relative movements. A quasi-static sealing condition can be ensured.

Die axiale Loslagerung ermöglicht eine relative Verschiebung, z.B. bei Temperaturschwankungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dies ermöglicht, die Spannungen im jeweiligen Rohr zu minimieren. Dabei kann die Dichtwirkung insbesondere durch elastisches Aufweiten des äußeren Rohres (Standrohres) und die damit einher gehende Flächenpressung sichergestellt werden.The axial floating allows relative displacement, e.g. with temperature fluctuations due to different thermal expansion coefficients. This makes it possible to minimize the stresses in the respective tube. In this case, the sealing effect can be ensured in particular by elastic expansion of the outer tube (standpipe) and the associated surface pressure.

Insbesondere kann sichergestellt werden, dass Spannungen im jeweiligen Rohr, speziell auch im Standrohr, bei Relativbewegungen gleich bleiben, sodass ein Knicken des Rohres (z.B. 1,2 m Länge) verhindert werden kann. Die (Vorspann-)Kräfte im jeweiligen Rohr können unabhängig von einer jeweiligen relativen Axialposition sichergestellt werden bzw. zumindest annähernd konstant gehalten werden.In particular, it can be ensured that stresses in the respective tube, especially in the standpipe, remain the same during relative movements, so that buckling of the tube (FIG. z .B. 1.2 m in length) can be prevented. The (biasing) forces in the respective tube can be ensured independently of a respective relative axial position or at least kept approximately constant.

Die Dichtfläche kann dabei auch bei einer Relativbewegung gleichbleibend groß bleiben. Die Dichtfläche kann auch bei einer Relativbewegung exakt an derselben Axialposition angeordnet bleiben. Beide Effekte wirken sich vorteilhaft auf die Betriebssicherheit und die Auslegung der Dichtung aus.The sealing surface can remain consistently large even with a relative movement. The sealing surface can remain arranged at a relative movement exactly at the same axial position. Both effects have an advantageous effect on the reliability and the design of the seal.

Beispielsweise kann vollständig auf eine Konizität an den Rohren verzichtet werden. Damit kann auch das Risiko minimiert werden, dass bei besonders hohen Spannungen ein Verkeilen oder Knicken erfolgt. Überproportional ansteigende (Vorspann-)Kräfte können vermieden werden. Vielmehr kann eine Verbindung/Kupplung mit unabhängig von den Betriebsbedingungen konstanter axialer Vorspannung auf die Rohre realisiert werden. Die Größe (der Flächeninhalt) der Dichtfläche kann konstant bleiben, und damit auch die Flächenpressung und die wirkenden Anpresskräfte. Die Dichtwirkung kann auf vergleichsweise exakte Weise vordefiniert werden, unabhängig von Lagetoleranzen oder Längendehnungen. Längendehnungen können ohne signifikante Erhöhung axialer Spannungen im jeweiligen Rohr ausgeglichen werden. For example, it is entirely possible to dispense with a conicity on the tubes. This also minimizes the risk of wedging or kinking at particularly high stresses. Disproportionately increasing (biasing) forces can be avoided. Rather, a compound / coupling can be realized with independent of the operating conditions constant axial preload on the pipes. The size (the surface area) of the sealing surface can remain constant, and thus also the surface pressure and the acting contact forces. The sealing effect can be predefined in a relatively exact manner, regardless of positional tolerances or elongations. Longitudinal expansions can be compensated for without significant increase in axial stresses in the respective tube.

Insbesondere kann eine zuverlässige, betriebssichere Kupplung zwischen Sammelkanal einem (collecting channel) und einem Standrohr (discharge pipe) bei der NaCl- und Wasserelektrolyse realisiert werden, unabhängig von thermischen Dehnungen, Standrohrlängentoleranzen oder geometrischen Formen ist.In particular, a reliable, reliable coupling between collecting channel a (collecting channel) and a standpipe (discharge pipe) in the NaCl and water electrolysis can be realized, regardless of thermal strains, stand pipe tolerances or geometric shapes.

Als Rohre können z.B. Leitungen oder Stutzen zum Fördern von Fluiden zum Einsatz kommen. Als Materialien eignen sich insbesondere Polymere, speziell PTFE, und metallische umgeformte Rohre oder Bleche. Wenigstens eines der Rohre kann als Standrohr in einer Zelle einer Elektrolyseanlage ausgebildet sein. Das Standrohr besteht zweckdienlicher Weise aus Kunststoff bzw. dem Polymer PTFE. Das Standrohr weist z.B. eine Länge im Bereich von 1 bis 1,5m auf.As tubes, e.g. Pipes or nozzles are used for conveying fluids. Particularly suitable materials are polymers, especially PTFE, and metallic formed tubes or sheets. At least one of the tubes may be formed as a standpipe in a cell of an electrolysis system. The standpipe is expediently made of plastic or the polymer PTFE. The standpipe has e.g. a length in the range of 1 to 1.5m.

Als Standrohr kann z.B. ein PTFE-Rohr mit einem Durchmesser im Bereich von 30mm und einer Länge im Bereich von 1 bis 1.5m vorgesehen sein. Hieraus ergibt sich auch eine gewisse Elastizität bzw. Flexibilität. Je nachdem, wie flexible das Material des Rohres ist, kann das Rohr auch als Schlauch bezeichnet werden. Bei einem zylindrischen, runden Rohr kann die Abdichtkupplung auf besonders einfache Weise realisiert werden. Jedoch können auch abweichende Geometrien realisiert werden.As a standpipe, e.g. a PTFE tube with a diameter in the range of 30mm and a length in the range of 1 to 1.5m be provided. This also results in a certain elasticity or flexibility. Depending on how flexible the material of the tube is, the tube can also be referred to as a tube. In a cylindrical, round tube, the Abdichtkupplung can be realized in a particularly simple manner. However, deviating geometries can also be realized.

Wenigstens eines der Rohre kann als Sammelrohr in einer Zelle einer Elektrolyseanlage ausgebildet sein. Das Sammelrohr besteht zweckdienlicher Weise aus einem metallischen Werkstoff bzw. aus Blech.At least one of the tubes may be formed as a manifold in a cell of an electrolysis system. The manifold is suitably made of a metallic material or sheet metal.

Das eine Rohr, insbesondere Standrohr kann im unteren Teil einer Zelle einer Elektrolyseanlage an einem Flansch befestigt sein. Bei dieser Anordnung der Abdichtkupplung ergibt sich durch Wärmedehnung beim Betrieb der Zelle (ca. 90 °C) eine Relativbewegung zwischen Standrohr (insbesondere aus Kunststoffe) und Zelle (insbesondere aus Metall).The one pipe, in particular standpipe, may be fastened to a flange in the lower part of a cell of an electrolysis plant. In this arrangement of Abdichtkupplung results from thermal expansion during operation of the cell (about 90 ° C), a relative movement between standpipe (in particular made of plastics) and cell (especially metal).

Die Abdicht-Wirkung bzw. der Flächendruck der Passung kann erfindungsgemäß durch unterschiedliche Maßnahmen sichergestellt werden, insbesondere durch unterschiedliche Rohrwandstärken, durch unterschiedliche Elastizitätsmodule, durch unterschiedliche Verformungseigenschaften, durch anisotrope Verformungseigenschaften (insbesondere bezüglich Zug- und Druckkräften).The sealing effect or the surface pressure of the fit can be ensured according to the invention by different measures, in particular by different tube wall thicknesses, by different moduli of elasticity, by different deformation properties, by anisotropic deformation properties (in particular with respect to tensile and compressive forces).

Es hat sich gezeigt, dass möglichst geringe Flächenpressungen vorteilhaft sind für das Ziel, ein Verbiegen oder Abknicken von Rohren zu vermeiden. Nichtsdestotrotz soll ausreichende Dichtwirkung mit guter Betriebssicherheit gewährleistet werden können. Die Abdichtkupplung kann daher hinsichtlich möglichst geringer Flächenpressung optimiert sein, insbesondere derart, dass ein unterer Schwellwert für die Abdichtwirkung eine minimale Flächenpressung vorgibt.It has been found that the lowest possible surface pressures are advantageous for the goal of avoiding bending or kinking of pipes. Nevertheless, adequate sealing effect should be able to be ensured with good reliability. The sealing coupling can therefore be optimized with regard to the lowest possible surface pressure, in particular in such a way that a lower threshold value for the sealing effect specifies a minimum surface pressure.

Dabei kann sichergestellt werden, dass während einer Relativbewegung nur eine elastische Verformung des (jeweiligen) Rohres erfolgt. Die Rohre der jeweiligen Rohrpaarung sind derart dimensioniert, dass bei Relativbewegungen eine Verformung ausschließlich im elastischen Bereich erfolgt. Dies kann eine hohe Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit sicherstellen. Inwieweit die jeweilige Passung ausgelegt werden muss, lässt sich in Abhängigkeit der gewählte Materialpaarungen anhand von Werkstofftabellen und Spannungs-Dehnungs-Diagrammen ermitteln.It can be ensured that during a relative movement only an elastic deformation of the (respective) tube takes place. The tubes of the respective tube pairing are dimensioned such that during relative movements a deformation takes place exclusively in the elastic region. This can ensure a long service life and high reliability. The extent to which the respective fit has to be designed can be determined on the basis of material tables and stress-strain diagrams, depending on the selected material pairings.

Wahlweise kann dem inneren Rohr (insbesondere Sammelrohr) teilweise auch eine plastische Verformung aufgezwungen werden, insbesondere bei der Erstmontage. Dies kann bei bestimmten Materialpaarungen besonders hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Dabei kann durch Auswahl der geeigneten Toleranz bzw. des adäquaten Übermaßes sichergestellt werden, dass das äußere Rohr (insbesondere Standrohr) jedenfalls nur im elastischen Bereich verformt wird.Alternatively, the inner tube (in particular collecting tube) can be forced partly also a plastic deformation, especially during initial assembly. This can ensure particularly high reliability with certain material pairings. It can be ensured by selecting the appropriate tolerance or adequate oversize that the outer tube (in particular standpipe) is deformed in any case only in the elastic range.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Mantelfläche des inneren Rohres des (jeweiligen) Rohrpaares an wenigstens einer vordefinierten Axialposition eine Radialverdickung nach außen mit Dichtfunktion auf, die an der vordefinierten Axialposition zumindest abschnittsweise die Dichtfläche definiert, wobei die Radialverdickung einen unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre größenkonstanten, gleichbleibenden Flächeninhalt der Dichtfläche definiert. Dies liefert auch einen sehr robusten, einfachen Aufbau.According to one embodiment, the lateral surface of the inner tube of the (respective) pair of tubes at least one predefined axial position to a radially outward thickening with sealing function, which defines the sealing surface at least partially at the predefined axial position, wherein the radial thickening independent of an axial relative movement or relative position Pipes size constants, constant surface area of the sealing surface defined. This also provides a very robust, simple construction.

Die Radialverdickung, insbesondere Radialaufweitung kann z.B. im Bereich von 1 bis 3% des Durchmessers des Rohres liegen. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige, vergleichsweise geringe Verdickung bereits sehr gute Betriebssicherheit liefert, und bei einer Vielzahl von Materialpaarungen realisierbar ist. Können Fertigungstoleranzen nicht besonders exakt eingehalten werden, so ist es sinnvoll, die Radialverdickung eher etwas größer, also im Bereich 2 bis 3% oder noch größer zu wählen. Es ist nicht auszuschließen, dass für bestimmte Anwendungen Radialverdickungen von bis zu 5% besonders zweckdienlich sind. The radial thickening, in particular radial expansion can be, for example, in the range of 1 to 3% of the diameter of the tube. It has been shown that such a comparatively small thickening already provides very good operational reliability, and can be realized with a large number of material pairings. If manufacturing tolerances can not be maintained particularly accurately, it makes sense to choose the radial thickening rather slightly larger, that is to say in the range of 2 to 3% or even greater. It can not be ruled out that radial thickening of up to 5% is particularly expedient for certain applications.

Die Radialverdickung kann wahlweise durch Material des inneren Rohres oder auch durch ein davon abweichendes Material oder durch ein daran befestigtes Element bereitgestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn Rohr und Radialverdickung einstückig sind. Dies liefert gute Robustheit, ein exakt vorgebbares Dehnungsverhalten, sowie effektive Abdichtung.The radial thickening may optionally be provided by material of the inner tube or by a material deviating therefrom or by an element attached thereto. It is advantageous if tube and radial thickening are integral. This provides good robustness, an exactly predetermined elongation behavior, as well as effective sealing.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die gleichbleibende, größenkonstante Dichtfläche umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend. Am äußeren Rohr kann ein geometrisch korrespondierender Dichtflächenabschnitt vorgesehen sein. Hierdurch wird vollumfänglich dieselbe Dichtwirkung sichergestellt, und Biegemomente auf die Rohre können vermieden werden.According to one embodiment, the constant, constant-size sealing surface is circumferential, in particular completely circumferential. On the outer tube, a geometrically corresponding sealing surface portion may be provided. This fully ensures the same sealing effect, and bending moments on the pipes can be avoided.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die gleichbleibende, größenkonstante Dichtfläche rotationssymmetrisch. Hierdurch können die wirkenden Kräfte rotationssymmetrisch verteilt werden.According to one embodiment, the constant, constant-size sealing surface is rotationally symmetrical. As a result, the forces acting can be distributed rotationally symmetrical.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die gleichbleibende, größenkonstante Dichtfläche linienförmig oder weist in axialer Richtung eine Breite kleiner 20% des Durchmessers des inneren Rohres auf, insbesondere eine vollumfänglich konstante Breite. Hierdurch kann eine effektive Abdichtung erfolgen, insbesondere bei vergleichsweise großen radialen Flächenpresskräften (großer radialer Druck bei vergleichsweise kleinen axialen Kräften) und bei nur vergleichsweise kleinem axialem Reibungswiderstand. Es kann eine möglichst kleinflächige Dichtung bis hin zu einer Linienkontaktdichtung realisiert werden. Dabei kann die Dichtfläche je nach gewählter Materialpaarung derart ausgelegt bzw. dimensioniert werden, dass eine radiale Flächenpressung an der Radialverdickung unabhängig von der relativen Axialposition weitgehend konstant bleibt.According to one embodiment, the constant, constant-size sealing surface is linear or has in the axial direction a width less than 20% of the diameter of the inner tube, in particular a fully constant width. In this way, an effective seal can be made, in particular with comparatively large radial surface pressure forces (large radial pressure with comparatively small axial forces) and with only comparatively small axial frictional resistance. It can be realized as small a seal as possible to a line contact seal. In this case, depending on the selected material pairing, the sealing surface can be designed or dimensioned such that a radial surface pressure at the radial thickening remains largely constant independently of the relative axial position.

Je nach Anwendung kann dabei ein Kompromiss zwischen Dicke und Breite der Radialverdickung gewählt werden. Eine größere Dicke bewirkt höhere Kontaktdrücke, erfordert jedoch größere Axialkräfte für den Längenausgleich. Eine größere Breite kann die Dichtwirkung verbessern, ohne die Kontaktkräfte (Flächenpressung) zu erhöhen, bedingt bei vielen Materialpaarungen jedoch auch größere Axialkräfte, und erfordert auch mehr Bauraum. Ein optimaler Kompromiss kann daher je Anwendungsfall individuell gefunden werden.Depending on the application, a compromise between thickness and width of the radial thickening can be chosen. A greater thickness causes higher contact pressures, but requires greater axial forces for the length compensation. A greater width can improve the sealing effect without increasing the contact forces (surface pressure), but also requires greater axial forces in many material combinations, and also requires more installation space. An optimal compromise can therefore be found individually for each application.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung an der Mantelfläche symmetrisch bezüglich einer Querschnittsebene orthogonal zur Längsachse des inneren Rohres. Hierdurch kann auf besonders effektive Weise eine Abdichtung mit symmetrischer Kraftverteilung bereitgestellt werden.According to one embodiment, the radial thickening on the lateral surface is symmetrical with respect to a cross-sectional plane orthogonal to the longitudinal axis of the inner tube. As a result, a seal with symmetrical force distribution can be provided in a particularly effective manner.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung an der Mantelfläche durch eine Wandung des Rohres gebildet, insbesondere durch eine plastische Umformung. Hierdurch kann eine hohe Betriebssicherheit und gute Festigkeit realisiert werden. Zudem wird die Anzahl der Komponenten der Abdichtkupplung reduziert, insbesondere auf die minimal mögliche Anzahl von zwei Komponenten, nämlich den beiden Rohren. Separate Dicht-Materialien sind nicht erforderlich.According to one embodiment, the radial thickening on the lateral surface is formed by a wall of the tube, in particular by a plastic deformation. As a result, high reliability and good strength can be realized. In addition, the number of components of the Abdichtkupplung is reduced, in particular to the minimum possible number of two components, namely the two tubes. Separate sealing materials are not required.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung durch eine Aufweitung des Rohres gebildet. Auch dies liefert hohe Betriebssicherheit und gute Festigkeit.According to one embodiment, the radial thickening is formed by a widening of the tube. This also provides high reliability and good strength.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung in einem Abstand von mindestens 1mm oder 2% des Durchmessers des inneren Rohres von einem freien Ende des inneren Rohres angeordnet. Dies vermeidet Randeffekte, insbesondere ungewollte Abweichungen von einer gewünschten Anordnung, und kann gute Festigkeit und enge Toleranzen sicherstellen.According to one embodiment, the radial thickening is arranged at a distance of at least 1 mm or 2% of the diameter of the inner tube from a free end of the inner tube. This avoids edge effects, especially unwanted deviations from a desired arrangement, and can ensure good strength and tight tolerances.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung in einem Abstand von maximal 2mm oder 20% des Durchmessers des inneren Rohres von einem freien Ende des inneren Rohres angeordnet. Dies liefert nicht zuletzt einen guten Kompromiss zwischen Platzbedarf und Genauigkeit der Anordnung bzw. hinsichtlich möglichst kleiner Fertigungstoleranzen der Radialverdickung.According to one embodiment, the radial thickening is arranged at a distance of at most 2 mm or 20% of the diameter of the inner tube from a free end of the inner tube. This not least provides a good compromise between space requirements and accuracy of the arrangement or with respect to smallest possible manufacturing tolerances of the radial thickening.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung in radialer Richtung größer als 2% des Durchmessers des äußeren Rohres. Hierdurch kann auch bei einem vergleichsweise weichen, elastischen, flexiblen äußeren Rohr eine ausreichend hohe Flächenpressung sichergestellt werden. Beispielsweise ist die Radialverdickung in axialer Richtung kleiner als 30% des Durchmessers des inneren Rohres. Dies liefert auch Vorteile hinsichtlich Platzbedarf.According to one embodiment, the radial thickening in the radial direction is greater than 2% of the diameter of the outer tube. As a result, a sufficiently high surface pressure can be ensured even with a comparatively soft, elastic, flexible outer tube. For example, the radial thickening in the axial direction is less than 30% of the diameter of the inner tube. This also provides advantages in terms of space requirements.

Insbesondere weist die Radialverdickung axial vor und hinter der Dichtfläche eine Flanke mit stetiger Kontur auf, insbesondere sich symmetrisch vor und hinter der Dichtfläche verjüngende Flanken.In particular, the radial thickening has a flank axially in front of and behind the sealing surface continuous contour, in particular symmetrically in front of and behind the sealing surface tapered flanks.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Radialverdickung in radialer Richtung kleiner als 15% des Durchmessers des äußeren Rohres. Dies erlaubt auch eine Integration der Radialverdickung in die Rohrwandung, bei diversen Materialien.In one embodiment, the radial thickening in the radial direction is less than 15% of the diameter of the outer tube. This also allows integration of the radial thickening in the pipe wall, with various materials.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel Ist die Radialverdickung in axialer Richtung vom äußeren Rohr überlappt, insbesondere um mindestens 15 oder 20% des Durchmessers des äußeren Rohres. Dies ermöglicht nicht zuletzt eine Entkopplung von Spannungsverhältnissen an einem freien Ende des äußeren Rohres. Ferner kann auch eine gewisse Winkeltoleranz sichergestellt werden. Hierdurch kann auch eine gewisse Lagetoleranz in axialer Richtung sichergestellt werden.According to one embodiment, the radial thickening in the axial direction is overlapped by the outer tube, in particular by at least 15 or 20% of the diameter of the outer tube. This not least allows a decoupling of stress conditions at a free end of the outer tube. Furthermore, a certain angular tolerance can also be ensured. In this way, a certain positional tolerance in the axial direction can be ensured.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein freies Ende des äußeren Rohres frei beabstandet von der Mantelfläche des inneren Rohres angeordnet/anordenbar. Dies kann Relativbewegungen begünstigen und dazu beitragen, dass Verspannungen minimiert werden, insbesondere auch Verspannungen aufgrund von winkeliger, nicht 100% exakt axialer Verlagerung.According to one embodiment, a free end of the outer tube is arranged / arranged freely spaced from the lateral surface of the inner tube. This can promote relative movements and help to minimize tension, especially tension due to angled, not 100% exactly axial displacement.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Rohre des Rohrpaares derart dimensioniert, dass die Abdichtkupplung durch eine kraftschlüssige axialtolerante Rohr-in-Rohr-Anordnung eingerichtet zum Abdichten bei durch elastische Verformung bewirktem Kraftschluss zwischen der Dichtfläche und einem korrespondierenden Dichtflächenabschnitt des äußeren Rohres gebildet ist. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.According to one embodiment, the tubes of the tube pair are dimensioned such that the Abdichtkupplung is formed by a frictional axially tolerant tube-in-tube arrangement for sealing caused by elastic deformation frictional connection between the sealing surface and a corresponding sealing surface portion of the outer tube. This results in the aforementioned advantages.

Wünschenswert wären möglichst geringe Axialkräfte, da dies das Risiko eines Ausknickens des Rohres minimiert. Die axiale Relativbewegung bedingt oder bewirkt eine elastische Verformung des Rohres, wozu eine gewisse Mindest-Axialkraft überschritten werden muss, abhängig vom Material und der Größenverhältnisse der Rohre. Es wird erwartet, dass für zahlreichen Anwendungen ein möglichst niedriger Reibwert vorteilhaft ist, so dass die aufzubringende Axialkraft im Wesentlichen durch die aufzubringenden Kräfte für elastische Verformung definiert wird. PTFE-Material weist einen vorteilhaft niedrigen Reibwert auf. Die Reibwerte für Gleitreibung und Haftreibung können dabei vorteilhafter Weise beide möglichst niedrig sein, insbesondere um eine Relativbewegung möglichst unabhängig von Haftreibung sicherstellen zu können.It would be desirable to have the lowest possible axial forces, as this minimizes the risk of buckling of the pipe. The axial relative movement causes or causes an elastic deformation of the tube, for which purpose a certain minimum axial force must be exceeded, depending on the material and the size ratios of the tubes. It is expected that for many applications the lowest possible coefficient of friction is advantageous, so that the axial force to be applied is defined essentially by the forces to be applied for elastic deformation. PTFE material has an advantageous low coefficient of friction. The coefficients of friction for sliding friction and static friction can advantageously both be as low as possible, in particular in order to ensure a relative movement as independent as possible of static friction can.

Die Abdichtkupplung kann derart ausgelegt sein, dass bei Relativbewegung auftretende Axialkräfte kleiner als ein Knicken des jeweiligen Rohres hervorrufende Knickkräfte sind, insbesondere mit einem individuell auslegbaren Sicherheitsfaktor, z.B. im Bereich von 1.5, 2 oder 2.5, oder auch deutlich größer.The sealing coupling may be designed such that axial forces occurring during relative movement are smaller than buckling forces which cause kinking of the respective tube, in particular with an individually configurable safety factor, e.g. in the range of 1.5, 2 or 2.5, or significantly larger.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht ein Rohr des Rohrpaars, insbesondere das innere Rohr, oder zumindest dessen freies Ende aus Metall, und das andere Rohr des Rohrpaars oder zumindest dessen freies Ende besteht aus Kunststoff, insbesondere PTFE. Bei dieser Ausgestaltung kann die Abdichtkupplung beispielsweise in einer Elektrolyseanlage verwendet werden.According to one embodiment, a tube of the tube pair, in particular the inner tube, or at least the free end of metal, and the other tube of the tube pair or at least the free end is made of plastic, in particular PTFE. In this embodiment, the Abdichtkupplung can be used for example in an electrolysis system.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Abdichtkupplung eingerichtet für axiale Relativbewegungen im Bereich von 5 bis 15mm oder 20 bis 40% des Durchmessers des inneren Rohres, insbesondere 10mm oder 30% des Durchmessers des inneren Rohres. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.According to one embodiment, the sealing coupling is arranged for axial relative movements in the range of 5 to 15 mm or 20 to 40% of the diameter of the inner tube, in particular 10 mm or 30% of the diameter of the inner tube. This results in the aforementioned advantages.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abdichtkupplung zwischen wenigstens zwei aneinander gelagerten Rohren einer Elektrolyseanlage, insbesondere durch eine zuvor beschriebene Abdichtkupplung, hergestellt durch Kuppeln von zwei Rohren an deren freien Enden an aneinander anliegenden Mantelflächen und durch Loslagern der Rohre relativ zueinander mittels der Kupplung, wobei die Loslagerung und Abdichtung an wenigstens einer vordefinierten Axialposition des inneren Rohres an einer Dichtfläche, insbesondere an einer Radialverdickung nach außen, derart erfolgt, dass unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre die Dichtfläche größenkonstant dimensioniert oder gleichbleibend unverändert angeordnet bleibt, so dass abdichtendes aneinander Anliegen der Mantelflächen bei zumindest annähernd gleichbleibender axialer Vorspannkraft auch bei relativer axialer Verlagerung der Rohre zueinander sichergestellt wird. Dies liefert zuvor genannte Vorteile.The aforementioned object is achieved by a Abdichtkupplung between at least two mutually mounted pipes of an electrolysis plant, in particular by a Abdichtkupplung described above, made by coupling two pipes at the free ends of abutting lateral surfaces and by displacing the tubes relative to each other by means of the coupling , wherein the floating bearing and sealing at least one predefined axial position of the inner tube to a sealing surface, in particular to a radial thickening outwards, such that regardless of an axial relative movement or relative position of the tubes, the sealing surface dimensioned constant size or remains unchanged unchanged, so that sealing mutual abutment of the lateral surfaces is ensured at least approximately constant axial preload force even with relative axial displacement of the tubes to each other. This provides the aforementioned advantages.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Abdichtkupplung eingerichtet oder ausgebildet als selbstsichernde, axial losgelagerte wärmedehnungstolerante Kupplung, insbesondere mit einem Wärmedehnkoeffizienten des äußeren Rohres größer als ein Wärmedehnkoeffizient des inneren Rohres. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Radialverdickung auch bei Temperaturdifferenzen eine zumindest annähernd konstante Geometrie aufweisen kann, und sich das äußere Rohr axial verlagern kann, insbesondere leichter mit stärker werdenden Temperaturspannungen. Die Kupplung ist selbstsichernd. Auch bei besonders hohen Temperaturschwankungen wird die Relativbewegung ermöglicht, vorteilhafterweise im dem Grade mit weniger Widerstand, in welchem auch die Festigkeit oder Knickkraft bzw. Knickwiderstandskraft des äußeren Rohres abnimmt.According to one embodiment, the Abdichtkupplung is set up or designed as a self-locking, axially detached heat-expansion-tolerant coupling, in particular with a coefficient of thermal expansion of the outer tube greater than a coefficient of thermal expansion of the inner tube. This arrangement has the advantage that the radial thickening can have an at least approximately constant geometry even with temperature differences, and the outer tube can shift axially, in particular more easily with increasing temperature stresses. The coupling is self-locking. Even with particularly high temperature fluctuations, the relative movement is made possible, advantageously in the degree with less resistance, in which also decreases the strength or buckling force or kink resistance of the outer tube.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung einer Rohr-in-Rohr-Anordnung zum Bilden einer abdichtenden Kupplung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Abdichtkupplung, zwischen wenigstens einem Rohr aus Metall und wenigstens einem Rohr aus Kunststoff in einer Elektrolyseanlage, insbesondere eines innen überlappenden Sammelrohres aus Metall und eines außen überlappenden Standrohres aus Kunststoff, wobei das innere Rohr mittels wenigstens einer an einer vordefinierten Axialposition am inneren Rohr ausgebildeten Dichtfläche, insbesondere an einer Radialverdickung nach außen, mit unabhängig von einer axialen Relativbewegung gleichbleibendem, größenkonstantem Flächeninhalt an einem geometrisch korrespondierenden Dichtflächenabschnitt des überlappenden äußeren Rohres bei durch elastische Verformung des äußeren Rohres bewirktem Kraftschluss axialtolerant, insbesondere wärmedehnungstolerant abgedichtet wird. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Die Wärmedehnungstoleranz der Kupplung kann dabei beispielsweise in einem Bereich von Raumtemperatur bis über 100°C, insbesondere bis ca. 150°C sichergestellt werden.The aforementioned object is achieved according to the invention by using a tube-in-tube arrangement for forming a sealing coupling, in particular a previously described Abdichtkupplung, between at least one tube made of metal and at least one tube made of plastic in an electrolysis system, in particular an internally overlapping manifold made of metal and an outer overlapping standpipe made of plastic, wherein the inner tube by means of at least one formed at a predefined axial position on the inner tube sealing surface, in particular on a radial thickening outward, with constant independent of an axial relative motion, constant-size surface area on a geometrically corresponding sealing surface portion of the overlapping outer tube in axial elasticity caused by elastic deformation of the outer tube axial adhesion, in particular is sealed heat expansion tolerant. This provides the aforementioned advantages. The thermal expansion tolerance of the coupling can be ensured, for example, in a range of room temperature to over 100 ° C, in particular to about 150 ° C.

Die Erfindung betrifft auch eine Elektrolyseanlage mit einer zuvor beschriebenen Abdichtkupplung, insbesondere in Anordnung oder Ausbildung zwischen wenigstens einem Standrohr und wenigstens einem Sammelrohr.The invention also relates to an electrolysis system with a previously described Abdichtkupplung, in particular in arrangement or training between at least one standpipe and at least one manifold.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren, sowie aus den Figuren selbst. Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung

  • 1A, 1B jeweils in geschnittener Seitenansicht eine vorbekannte, konische Rohr-in-Rohr-Anordnung gemäß dem Stand der Technik;
  • 2A, 2B jeweils in geschnittener Seitenansicht eine Abdichtkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer nicht-konischen Rohr-in-Rohr-Anordnung;
  • 3 einen Vergleich der Belastungen bei einer vorbekannten Rohr-in-Rohr-Anordnung gemäß dem Stand der Technik und bei einer Abdichtkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel, in Abhängigkeit von einem Ausmaß einer axialen Relativbewegung; und
  • 4A, 4B in einer Seitenansicht und in einer Schnittansicht gemäß der strichpunktierten Schnittlinie einen Teil einer Elektrolyseanlage mit einer Zelle mit einer darin verbauten Abdichtkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of at least one embodiment with reference to figures, and from the figures themselves. Reference numerals which are not explicitly described with respect to a single figure, reference is made to the other figures. In each case show in a schematic representation
  • 1A . 1B each in a sectional side view of a prior art, conical tube-in-tube arrangement according to the prior art;
  • 2A . 2 B each in a sectional side view of a sealing coupling according to an embodiment with a non-conical tube-in-tube arrangement;
  • 3 a comparison of the loads in a prior art pipe-in-pipe arrangement according to the prior art and in a Abdichtkupplung according to an embodiment, in dependence on a degree of axial relative movement; and
  • 4A . 4B in a side view and in a sectional view along the dash-dotted line section of a part of an electrolysis plant with a cell with a sealing coupling installed therein according to an embodiment.

Die 1A, 1B zeigen eine Rohr-in-Rohr-Anordnung 5 mit einem inneren Rohr 11 und einem äußeren Rohr 13, welche sich in einem Überlappungsbereich 5.1 einander überlappen. Dabei erfolgt eine Abdichtung an einer jeweiligen konischen Mantelfläche der Rohre, an welcher jeweils eine (innere) Dichtfläche mit der axialen Erstreckung z11 und eine (äußere) Dichtfläche mit der axialen Erstreckung z13 gebildet ist. In diesem Fall sind die axialen Erstreckungen z11, z13 zumindest annähernd gleich groß/breit/lang. Aus 1B geht hervor, dass sich die axialen Erstreckungen z11, z13 bei axialer Relativbewegung (angedeutet durch die dicken Pfeile in z-Richtung) zumindest annähernd in dem Maße vergrößern, in welchem sich der Überlappungsbereich 5.1 vergrößert. Anders ausgedrückt: Mit zunehmender Überlappung wird die Dichtfläche größer, insbesondere proportional. Aufgrund der Konizität steigen die Spannungen in den Rohren dabei stark an, möglicherweise auch überproportional. Ungünstig bzw. nachteilig kann hierbei auch sein, dass an der Schnittstelle unten am freien Ende des inneren Rohres die Dichtigkeit immer schlechter wird, je größer die Überlappung wird. Die Abdichtstelle wird von der eigentlichen Schnittstelle zwischen innerem und äußerem Rohr weg verlagert. Dies kann technisch nachteilige Effekte haben, insbesondere dann, wenn das äußere Rohr mit der Zeit an Elastizität verliert. Auch hat sich gezeigt, dass bei Anordnungen, in welchen die Rohre relativ zueinander verkanten oder sich zumindest in einem kleinen Winkelbereich relativ zueinander ausrichten, eine Abdichtung nicht mit guter Sicherheit sichergestellt werden kann. Dabei können auch hohe Biegespannungen erzeugt werden, was die Betriebssicherheit senkt.The 1A . 1B show a tube-in-tube arrangement 5 with an inner tube 11 and an outer tube 13 , which are in an overlapping area 5.1 overlap each other. In this case, a seal is made on a respective conical lateral surface of the tubes, on each of which an (inner) sealing surface with the axial extent z11 and an (outer) sealing surface with the axial extent z13 is formed. In this case, the axial extensions z11 . z13 at least approximately the same size / width / long. Out 1B shows that the axial extensions z11 . z13 increase in axial relative movement (indicated by the thick arrows in the z direction) at least approximately to the extent in which the overlap region 5.1 increased. In other words, as the overlap increases, the sealing surface becomes larger, in particular, proportional. Due to the taper, the tensions in the pipes rise sharply, possibly also disproportionately. Unfavorable or detrimental here may also be that at the interface down at the free end of the inner tube, the tightness is getting worse, the greater the overlap. The sealing point is displaced away from the actual interface between the inner and outer tube. This can have technically disadvantageous effects, especially if the outer tube loses elasticity over time. It has also been found that in arrangements in which the tubes tilt relative to one another or align themselves at least in a small angular range relative to one another, a seal can not be ensured with good reliability. This also high bending stresses can be generated, which reduces the reliability.

Die 2A, 2B zeigen eine Abdichtkupplung 10 mit einem inneren (ersten) Rohr 11, insbesondere einem Sammelrohr in einer Zelle einer Elektrolyseanlage, und einem äußeren (zweiten) Rohr 13, insbesondere Standrohr, welche Rohre zusammen eine Rohr-in-Rohr-Anordnung 15 mit einem Überlappungsbereich 15.1 bilden.The 2A . 2 B show a sealing coupling 10 with an inner (first) tube 11 , in particular a collecting tube in a cell of an electrolysis plant, and an outer (second) tube 13 , in particular standpipe, which tubes together a tube-in-tube arrangement 15 with an overlap region 15.1 form.

Die Abdichtkupplung 10 weist eine Radialverdickung 11.7 auf, welche an einer Rohrwandung 11.2 des inneren Rohres 11 ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Radialverdickung 11.7 sowohl an einer inneren Mantelfläche 11.1 als auch an einer äußeren Mantelfläche 11.3 ausgebildet, indem die Rohrwandung 11.2 aufgeweitet wurde, um die Radialverdickung 11.7 zu bilden. Die wirksame Dichtfläche 11.31 wird durch die äußere Mantelfläche 11.3 bereitgestellt. Ein freies Ende 11.5 ist frei radial beabstandet vom äußeren Rohr 13 angeordnet.The sealing coupling 10 has a radial thickening 11.7 on which on a pipe wall 11.2 of the inner tube 11 is trained. In this case, the radial thickening 11.7 both on an inner circumferential surface 11.1 as well as on an outer lateral surface 11.3 formed by the pipe wall 11.2 was widened to the radial thickening 11.7 to build. The effective sealing surface 11:31 is through the outer surface 11.3 provided. A free end 11.5 is freely radially spaced from the outer tube 13 arranged.

Die am äußeren Rohr 13 wirksame Dichtfläche bzw. der entsprechende Dichtflächenabschnitt 13.11 wird durch dessen innere Mantelfläche 13.1 bereitgestellt. Die äußere Mantelfläche 13.3 übernimmt im Zusammenhang mit der Abdichtung allenfalls eine indirekte Funktion wie z.B. Sicherstellen einer gewünschten Flächenpressung bzw. eines Anpressdruckes von radial außen auf die Radialverdickung 11.7. Ein freies Ende 13.5 ist frei radial beabstandet vom inneren Rohr 11 angeordnet. Dies ermöglicht eine gewisse Lage- bzw. Ausrichtungs-Toleranz. The on the outer tube 13 effective sealing surface or the corresponding sealing surface portion 13:11 becomes through its inner lateral surface 13.1 provided. The outer lateral surface 13.3 at best assumes an indirect function in connection with the sealing, such as ensuring a desired surface pressure or a contact pressure from radially outside to the radial thickening 11.7 , A free end 13.5 is freely radially spaced from the inner tube 11 arranged. This allows for a certain orientation tolerance.

Beide Rohre 11, 13 erstrecken sich streng axial (koaxial) entlang einer Mittenlängsachse M, jedoch liefert die Abdichtkupplung 10 auf eine gewisse Lagetoleranz für eine leicht winkelige Stellung. Dies kann insbesondere hinsichtlich thermischer Dehnungen und thermisch begründeter Relativbewegungen den Vorteil liefern, dass sich die Abdichtkupplung 10 autonom einstellt, ohne dass die Rohre verkanten, bei minimalen Spannungen (Selbstjustage). Die Abdichtkupplung 10 ermöglicht daher auch eine lange Lebensdauer bzw. hohe Betriebssicherheit.Both pipes 11 . 13 extend strictly axially (coaxially) along a central longitudinal axis M , however, provides the Abdichtkupplung 10 to a certain positional tolerance for a slightly angular position. This can provide the advantage in particular with regard to thermal expansions and thermally induced relative movements that the sealing coupling 10 autonomously adjusted without the tubes tilting, at minimum tension (self-adjustment). The sealing coupling 10 therefore also allows a long life and high reliability.

Die Radialverdickung 11.7 weist in radialer Richtung r eine radiale Erstreckung r7 auf, die je nach Anwendungsfall und Materialpaarungen individuell gewählt werden kann. Die radiale Erstreckung r7 bleibt dabei im Betrieb weitgehend konstant. Auch eine/die Axialposition z71 der Radialverdickung bleibt im Betrieb weitgehend konstant. Jedenfalls ist die Axialposition z71 unabhängig von einer axialen Relativbewegung des äußeren Rohres 13 relativ zum inneren Rohr. Gleiches kann für eine/die axiale Erstreckung z72 der Radialverdickung gelten: auch die axiale Erstreckung z72 kann konstant bleiben, mit dem Effekt, dass sich die Verhältnisse an der abdichtenden Schnittstelle nicht verändern, sondern Unabhängigkeit von einer axialen Relativbewegung des äußeren Rohres 13 relativ zum inneren Rohr sichergestellt werden kann. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Betriebssicherheit und Lebensdauer bzw. Beanspruchung der Rohre aus. Mit dem Zeichen u ist die Umfangsrichtung angedeutet. Bei der hier gezeigten Abdichtkupplung 10 kann eine Abdichtung in Umfangsrichtung u vollständig umlaufend sichergestellt werden.The radial thickening 11.7 points in the radial direction r a radial extent r7 on, which can be selected individually depending on the application and material pairings. The radial extent r7 remains largely constant during operation. Also one / the axial position z71 The radial thickening remains largely constant during operation. Anyway, the axial position z71 independent of an axial relative movement of the outer tube 13 relative to the inner tube. The same can for one / the axial extent Z72 the radial thickening apply: also the axial extent Z72 can remain constant, with the effect that the conditions at the sealing interface do not change, but independence from an axial relative movement of the outer tube 13 can be ensured relative to the inner tube. This also has an advantageous effect on the reliability and durability or stress of the pipes. With the sign u the circumferential direction is indicated. In the case of the sealing coupling shown here 10 can be a seal in the circumferential direction u be ensured completely circulating.

Die 3 verdeutlicht schematisch einige Vorteile der Abdichtkupplung 10. Bei einer axialen Relativbewegung Δz der Rohre relativ zueinander kann ein Kennwert s für Materialspannung/-beanspruchung im jeweiligen Rohr weitgehend konstant gehalten werden, wohingegen bei einer konischen Rohr-in-Rohr-Anordnung 5 gemäß dem Stand der Technik ein proportionaler oder sogar überproportionaler Spannungsanstieg in Kauf genommen werden muss, mit hohem Risiko, dass wenigstens eines der Rohre zu stark beansprucht wird und z.B. abknickt. Jedenfalls wirken sich diese unterschiedlichen Spannungen sehr nachteilig auf die Dichtigkeit aus. Es ist schwierig, ein derart breites Spektrum von SpannungenThe 3 illustrates schematically some advantages of Abdichtkupplung 10 , In an axial relative movement .DELTA.z of the tubes relative to each other, a characteristic value s be kept substantially constant for material stress / stress in the respective tube, whereas in a conical tube-in-tube arrangement 5 according to the prior art, a proportional or even disproportionate voltage rise must be accepted with high risk that at least one of Pipes is stressed too much and, for example, kinks. In any case, these different voltages have a very adverse effect on the tightness. It is difficult to have such a wide range of voltages

Das Ausmaß einer axialen Relativbewegung ist hier mittels des Zeichens Δz kenntlich gemacht und auf der Abszisse aufgetragen.The extent of an axial relative movement is indicated here by means of the symbol Δz and plotted on the abscissa.

Die 4A, 4B zeigen schematisch eine Elektrolyseanlage 1 mit einer oder mehreren Zelle 3, in welcher jeweils wenigstens eine Abdichtkupplung 10 vorgesehen sein kann. Bei dieser Anwendung der Abdichtkupplung 10 kann das äußere Standrohr 13 insbesondere aus Kunststoff ausgebildet sein, und das innere Sammelrohr 11 ein vergleichsweise kurzer Rohrstutzen insbesondere aus Metall sein. Thermisch begründete Lageänderungen erfolgen dann erfahrungsgemäß vor allem im Standrohr 13.The 4A . 4B show schematically an electrolysis system 1 with one or more cells 3 in which in each case at least one Abdichtkupplung 10 can be provided. In this application of Abdichtkupplung 10 can the outer standpipe 13 be formed in particular of plastic, and the inner manifold 11 a comparatively short pipe socket, in particular be made of metal. Thermally-based changes in position then take place, according to experience, especially in the standpipe 13 ,

Zur Funktionsweise der Elektrolyseanlage 1 lässt sich noch Folgendes anmerken: Die Zelle 3 besteht aus zwei Hälften, von denen in 4B nur eine Hälfte dargestellt ist. Die beiden Hälften werden aufeinander gelegt und dichtend miteinander verschraubt. Ein Auslaufstutzen bzw. ein Auslass aus der Zelle befindet sich unten (4B) bzw. links unten (4A). In den Auslaufstutzen wird das so genannte Standrohr 13 eingesetzt und an dessen oberen Ende mit dem metallischen Sammelrohr bzw. Stutzen 11 verbunden bzw. verkuppelt. Im Betrieb läuft die Zelle 3 voll mit Flüssigkeit, bis oben hin. Der Stutzen 11 übernimmt dann die Funktion eines Überlaufes, in der Art eines aus der Zelle oder Elektrolyseanlage abführenden Rohres, und die Flüssigkeit kann über das Standrohr 13 in den Auslass gelangen. Somit ist es wichtig, dass an dieser Kupplung zwischen Stutzen 11 und Standrohr 13 Dichtheit sichergestellt werden kann, auch bei vergleichsweise großen Lageänderungen bzw. Spannungs-Schwankungen.For the functioning of the electrolysis system 1 the following can be said: The cell 3 consists of two halves, one of which is in 4B only one half is shown. The two halves are placed on top of each other and screwed together sealingly. An outlet or an outlet from the cell is below ( 4B ) or lower left ( 4A ). In the outlet is the so-called standpipe 13 used and at its upper end with the metallic manifold or nozzle 11 connected or verkuppelt. In operation, the cell is running 3 full of liquid, up to the top. The stub 11 then takes over the function of an overflow, in the manner of a pipe discharging from the cell or electrolysis plant, and the liquid can pass through the standpipe 13 get into the outlet. Thus, it is important that at this coupling between nozzles 11 and standpipe 13 Tightness can be ensured, even with relatively large changes in position or voltage fluctuations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrolyseanlageelectrolysis plant
33
Zellecell
55
Rohr-in-Rohr-AnordnungTube-in-tube assembly
5.15.1
Überlappungsbereichoverlap area
1010
AbdichtkupplungAbdichtkupplung
1111
inneres (erstes) Rohr, insbesondere Sammelrohrinner (first) pipe, in particular collecting pipe
11.111.1
innere Mantelflächeinner jacket surface
11.211.2
Rohrwandungpipe wall
11.311.3
äußere Mantelflächeouter jacket surface
11.3111:31
Dichtflächesealing surface
11.511.5
freies Endefree end
11.711.7
Radialverdickungradial enlargement
1313
äußeres (zweites) Rohr, insbesondere Standrohrouter (second) tube, in particular standpipe
13.113.1
innere Mantelflächeinner jacket surface
13.1113:11
Dichtfläche bzw. DichtflächenabschnittSealing surface or sealing surface section
13.313.3
äußere Mantelflächeouter jacket surface
13.513.5
freies Endefree end
1515
Rohr-in-Rohr-AnordnungTube-in-tube assembly
15.115.1
Überlappungsbereichoverlap area
MM
Mittenlängsachsecentral longitudinal axis
r7r7
radiale Erstreckung der RadialverdickungRadial extension of the radial thickening
ss
Kennwert für Materialspannung/-beanspruchungCharacteristic value for material stress / stress
z71z71
Axialposition der RadialverdickungAxial position of the radial thickening
z72Z72
axiale Erstreckung der Radialverdickungaxial extension of the radial thickening
z11z11
axiale Erstreckung der (inneren) Dichtflächeaxial extension of the (inner) sealing surface
z13z13
axiale Erstreckung der (äußeren) Dichtflächeaxial extension of the (outer) sealing surface
rr
radiale Richtungradial direction
uu
Umfangsrichtungcircumferentially
zz
axiale Richtungaxial direction

Claims (15)

Abdichtkupplung (10) zwischen wenigstens zwei aneinander lagerbaren/gelagerten Rohren (11, 13) einer Elektrolyseanlage, insbesondere zwischen wenigstens einem mit einer Zelle der Elektrolyseanlage verbundenen Standrohr und wenigstens einem aus der Zelle oder Elektrolyseanlage abführenden Sammelrohr, wobei die Abdichtkupplung an wenigstens einem Rohrpaar der Rohre an aneinander anliegenden Mantelflächen (11.3, 13.1) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11, 13) des Rohrpaares relativ zueinander in axialer Richtung ineinander abdichtend an einer Dichtfläche (11.31) mit unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre größenkonstantem Flächeninhalt losgelagert/loslagerbar sind.Sealing coupling (10) between at least two mutually storable / stored pipes (11, 13) of an electrolysis plant, in particular between at least one connected to a cell of the electrolysis plant standpipe and at least one outgoing from the cell or electrolysis plant manifold, the Abdichtkupplung on at least one pair of tubes Tubes on mutually abutting lateral surfaces (11.3, 13.1) is formed, characterized in that the tubes (11, 13) of the pair of tubes relative to each other in the axial direction sealingly against each other on a sealing surface (11.31) with size independent of an axial relative movement or relative position of the tubes Area are stored / loslagerbar. Abdichtkupplung nach Anspruch 1, wobei die Mantelfläche (11.3) des inneren Rohres des Rohrpaares an wenigstens einer vordefinierten Axialposition (z71) eine Radialverdickung (11.7) nach außen mit Dichtfunktion aufweist, die an der vordefinierten Axialposition zumindest abschnittsweise die Dichtfläche (11.31) definiert, wobei die Radialverdickung einen unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre größenkonstanten Flächeninhalt der Dichtfläche definiert.Sealing coupling after Claim 1 , wherein the lateral surface (11.3) of the inner tube of the tube pair at least one predefined axial position (z71) has a radial thickening (11.7) to the outside with sealing function, which at least partially defines the sealing surface (11.31) at the predefined axial position, the radial thickening being independent defined by an axial relative movement or relative position of the tubes size constant surface area of the sealing surface. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die größenkonstante Dichtfläche (11.31) umlaufend ist; und/oder wobei die größenkonstante Dichtfläche (11.31) rotationssymmetrisch ist.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein the size-constant sealing surface (11.31) is circumferential; and / or wherein the size-constant sealing surface (11.31) is rotationally symmetrical. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die größenkonstante Dichtfläche (11.31) linienförmig ist oder in axialer Richtung eine Breite (z11) kleiner 20% des Durchmessers des inneren Rohres (11) aufweist, insbesondere eine vollumfänglich konstante Breite; und/oder wobei eine/die Radialverdickung (11.7) an der Mantelfläche symmetrisch ist bezüglich einer Querschnittsebene orthogonal zur Längsachse (M) des inneren Rohres (11).Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein the size constant sealing surface (11.31) is linear or in the axial direction has a width (z11) less than 20% of the diameter of the inner tube (11), in particular a fully constant width; and / or wherein a radial thickening (11.7) on the lateral surface is symmetrical with respect to a cross-sectional plane orthogonal to the longitudinal axis (M) of the inner tube (11). Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine/die Radialverdickung (11.7) an der Mantelfläche durch eine Wandung (11.2) des Rohres gebildet ist; und/oder wobei die Radialverdickung durch eine Aufweitung des Rohres gebildet ist.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein a / the radial thickening (11.7) on the lateral surface by a wall (11.2) of the tube is formed; and / or wherein the radial thickening is formed by a widening of the tube. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine/die Radialverdickung (11.7) an der Mantelfläche in einem Abstand von mindestens 1mm oder 2% des Durchmessers des inneren Rohres von einem freien Ende des inneren Rohres angeordnet ist; und/oder wobei die Radialverdickung (11.7) in einem Abstand von maximal 2mm oder 20% des Durchmessers des inneren Rohres von einem freien Ende des inneren Rohres angeordnet ist.A sealing coupling according to any one of the preceding claims, wherein a radial thickening (11.7) is disposed on the shell surface at a distance of at least 1mm or 2% of the diameter of the inner tube from a free end of the inner tube; and / or wherein the radial thickening (11.7) is arranged at a distance of at most 2 mm or 20% of the diameter of the inner tube from a free end of the inner tube. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine/die Radialverdickung (11.7) an der Mantelfläche in radialer Richtung (r7) größer ist als 2% des Durchmessers des äußeren Rohres (13); und/oder wobei die Radialverdickung in radialer Richtung kleiner ist als 15% des Durchmessers des äußeren Rohres.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein a / the radial thickening (11.7) on the lateral surface in the radial direction (r7) is greater than 2% of the diameter of the outer tube (13); and / or wherein the radial thickening in the radial direction is less than 15% of the diameter of the outer tube. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine/die Radialverdickung (11.7) an der Mantelfläche in axialer Richtung vom äußeren Rohr (13) überlappt ist, insbesondere um mindestens 15 oder 20% des Durchmessers des äußeren Rohres.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein a / the radial thickening (11.7) is overlapped on the lateral surface in the axial direction of the outer tube (13), in particular by at least 15 or 20% of the diameter of the outer tube. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein freies Ende (13.5) des äußeren Rohres (13) frei beabstandet von der Mantelfläche des inneren Rohres (11) angeordnet/anordenbar ist.A sealing coupling according to any one of the preceding claims, wherein a free end (13.5) of the outer tube (13) is arranged / disposable freely spaced from the lateral surface of the inner tube (11). Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohre (11, 13) des Rohrpaares derart dimensioniert sind, dass die Abdichtkupplung durch eine kraftschlüssige axialtolerante Rohr-in-Rohr-Anordnung (15) eingerichtet zum Abdichten bei durch elastische Verformung bewirktem Kraftschluss zwischen der Dichtfläche (11.31) und einem korrespondierenden Dichtflächenabschnitt (13.11) des äußeren Rohres gebildet ist.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein the tubes (11, 13) of the pair of tubes are dimensioned such that the Abdichtkupplung by a frictional axial tolerant tube-in-tube arrangement (15) is arranged for sealing caused by elastic deformation frictional connection between the sealing surface (11.31) and a corresponding sealing surface portion (13.11) of the outer tube , Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rohr des Rohrpaars, insbesondere das innere Rohr (11), oder zumindest dessen freies Ende (11.5) aus Metall besteht und wobei das andere Rohr des Rohrpaars oder zumindest dessen freies Ende (13.5) aus Kunststoff besteht, insbesondere PTFE.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein a tube of the tube pair, in particular the inner tube (11), or at least its free end (11.5) consists of metal and wherein the other tube of the tube pair or at least its free end (13.5) consists of plastic , in particular PTFE. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdichtkupplung eingerichtet ist für axiale Relativbewegungen im Bereich von 5 bis 15mm oder 20 bis 40% des Durchmessers des inneren Rohres (11), insbesondere 10mm oder 30% des Durchmessers des inneren Rohres.Sealing coupling according to one of the preceding claims, wherein the Abdichtkupplung is adapted for axial relative movements in the range of 5 to 15mm or 20 to 40% of the diameter of the inner tube (11), in particular 10mm or 30% of the diameter of the inner tube. Abdichtkupplung zwischen wenigstens zwei aneinander gelagerten Rohren (11, 13) einer Elektrolyseanlage, insbesondere Abdichtkupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, hergestellt durch Kuppeln von zwei Rohren an deren freien Enden (11.5, 13.5) an aneinander anliegenden Mantelflächen (11.3, 13.1) und durch Loslagern der Rohre relativ zueinander mittels der Kupplung, wobei die Loslagerung und Abdichtung an wenigstens einer vordefinierten Axialposition (z71) des inneren Rohres an einer Dichtfläche (11.31) derart erfolgt, dass unabhängig von einer axialen Relativbewegung oder Relativposition der Rohre die Dichtfläche größenkonstant dimensioniert oder gleichbleibend angeordnet bleibt.Sealing coupling between at least two mutually mounted tubes (11, 13) of an electrolysis plant, in particular a sealing coupling (10) according to one of the preceding claims, produced by coupling two tubes at their free ends (11.5, 13.5) to abutting lateral surfaces (11.3, 13.1) and by releasing the tubes relative to each other by means of the coupling, wherein the floating bearing and sealing on at least one predefined axial position (z71) of the inner tube to a sealing surface (11.31) takes place such that regardless of an axial relative movement or relative position of the tubes, the sealing surface sized constant or remains arranged. Abdichtkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingerichtet oder ausgebildet als selbstsichernde, axial losgelagerte wärmedehnungstolerante Kupplung, insbesondere mit einem Wärmedehnkoeffizienten des äußeren Rohres (13) größer als ein Wärmedehnkoeffizient des inneren Rohres (11).Sealing coupling according to one of the preceding claims, set up or designed as a self-locking, axially released heat-expansion-tolerant coupling, in particular with a coefficient of thermal expansion of the outer tube (13) greater than a coefficient of thermal expansion of the inner tube (11). Verwendung einer Rohr-in-Rohr-Anordnung (15) zum Bilden einer abdichtenden Kupplung, insbesondere einer Abdichtkupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zwischen wenigstens einem Rohr (11) aus Metall und wenigstens einem Rohr (13) aus Kunststoff in einer Elektrolyseanlage, insbesondere eines innen überlappenden Sammelrohres aus Metall und eines außen überlappenden Standrohres aus Kunststoff, wobei das innere Rohr (11) mittels wenigstens einer an einer vordefinierten Axialposition (z71) am inneren Rohr ausgebildeten Dichtfläche (11.31) mit unabhängig von einer axialen Relativbewegung größenkonstantem Flächeninhalt an einem geometrisch korrespondierenden Dichtflächenabschnitt (13.11) des überlappenden äußeren Rohres (13) bei durch elastische Verformung des äußeren Rohres bewirktem Kraftschluss axialtolerant abgedichtet wird.Use of a tube-in-tube arrangement (15) for forming a sealing coupling, in particular a sealing coupling (10) according to one of the preceding claims, between at least one tube (11) of metal and at least one tube (13) of plastic in one Electrolysis system, in particular an internally overlapping collecting tube made of metal and an externally overlapping standpipe made of plastic, wherein the inner tube (11) by means of at least one at a predefined axial position (z71) on the inner tube formed sealing surface (11.31) with size independent of an axial relative motion size constant area at a geometrically corresponding sealing surface portion (13.11) of the overlapping outer tube (13) is sealed axialtolerant at effected by elastic deformation of the outer tube adhesion.
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