DE19516454A1 - Sanitärrohr-Vereisungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zur Atmosphäre hin abge­ schlossene Vorrichtung zum örtlichen Einfrieren der Flüssigkeit in Rohrleitungen, bei dem mittels einer kreis­ förmig vorgeformten, elastomeren, die Rohroberfläche fest umschließenden Manschette, mit einem zur Oberfläche des Rohres offenen Ringraum, welcher den Rohrumfang möglichst weit umschließt, ein sich nicht verbrauchendes, umwelt­ freundliches Kühlmedium, das das Rohr gepumpt umströmt, wobei die elastomere Manschette selbst von einer geeigne­ ten, handhabungseinfachen Befestigung verrutsch- und ver­ liersicher direkt am Rohr gehalten wird.

Vorrichtungen beschriebener Art finden vorzugsweise im Hei­ zungs- und Sanitärbereich Anwendung, um lokal begrenzte Wartungs- und Reparaturarbeiten durchführen zu können, ohne das zusammenhängende Rohrleitungsnetz völlig entleeren und später wieder befüllen und entlüften zu müssen. Damit werden zum einen längere Reparatur- sowie Betriebsausfall­ zeiten der Heizungsanlage vermieden, zum anderen aber auch einer unerwünschten Korrosionsbildung vorgebeugt. Rohrlei­ tungen werden hierzu vor und hinter der zu öffnenden Stelle soweit abgekühlt, daß sich im Rohr ein Eispfropfen bildet, der das Rohr in axialer Richtung vollständig abdichtet und den Kreislauf damit unterbricht. Damit wird erreicht, daß nur noch der Bereich zwischen den Vereisungsstellen entleert werden muß. Diese Vorgehensweise bringt die von den Heizungs- und Sanitärbetrieben gewünschte erhebliche Zeitersparnis.

Um diesen Zweck erreichen zu können, sind bereits einige Einfriervorrichtungen konzipiert geworden, die sich grob in zwei Gruppen unterscheiden lassen:

1. Indirekt, geschlossene Vorrichtungen

Diese Systeme zeichnen sich durch einen geschlossenen Kältekreislauf aus, wobei es sich um einen hermetischen Kaltdampfkreislauf handelt und die an das einzufrierende Rohr angelegte Vorrichtung als Wärmetauscher wirkt.

Da in solchen Kaltdampfmaschinen unterschiedliche Drücke sowohl über als auch unter Atmosphärendruck auftreten können, diese Maschinen aber auf austretendes Kältemittel oder eintretende Luft und Feuchtigkeit sehr bald mit Aus­ fall reagieren, muß auf Dichtigkeit sehr großen Wert gelegt werden. Daher können die das Rohr umschließenden Vorrich­ tungen auch nicht zur Rohrwand hin offen ausgebildet werden, so daß das Kältemittel das Rohr nicht direkt kühlen kann. Die zusätzliche Trennwand zum Rohr hin erhöht den Wärmeübergangswiderstand, weshalb insbesondere bei ver­ rosteten oder gestrichenen Rohren sehr schlechte Wärme­ übergänge auftreten.

2. Direkte, offene Vorrichtungen

Um dem Handwerk möglichst einfache und wirkungsvolle Geräte zur Verfügung zu stellen, werden sogenannte offene Systeme angeboten, die mit verdampfenden Kältemitteln arbeiten. Bei diesen Systemen ist das um das Rohr gelegte Gehäuse zur Rohrwand hin offen, so daß das zugeführte verdampfende Kältemittel die Rohroberfläche direkt berührt, wodurch ein sehr hoher Wärmeübergang und damit kurze Einfrierzeiten er­ reicht werden können.

Für die das Rohr umschließende Gehäuse gibt es eine Viel­ zahl von Patenten, die sich durch unterschiedlichen Ver­ brauch der Kältemittel auszeichnen. All diesen Systemen ist jedoch gemeinsam, daß es sich um offene Verschleißprozesse handelt und das Kältemittel zunächst in den Arbeitsbereich und dann in die Atmosphäre entweicht. Hierdurch ist die Auswahl der Kältemittel sowohl aus ökologischer wie auch aus ökonomischer Sicht sehr eingeschränkt. Früher wurden meist Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe verwendet, die mitt­ lerweile aus ökologischer Sicht verboten sind. Auch die Verwendung von Kohlenwasserstoffen ist wegen der Bildung explosiver Gasgemische im Arbeitsbereich bedenklich. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff bringt große Lager- und Transportprobleme mit sich. Derzeit am verbreitesten ist der Gebrauch von flüssigem Kohlendioxid, welches jedoch in höheren Konzentrationen am Arbeitsplatz gesundheitsschäd­ lich sein kann (Sauerstoff-Verdrängungsproblem). Zudem er­ geben sich bei seinem Übergang in den festen Aggregatzu­ stand, beim Entspannen auf Umgebungsdruck, vielfältige Pro­ bleme. Eine weitere Unzulänglichkeit dieser offenen Ver­ brauchsverfahren ist die Tatsache, daß das Kältemittel während der Reparaturdauer nicht ausgehen darf, da das Rohr permanent in Kühlung gehalten werden muß. Aus Vorsorge­ gründen müssen daher stets zwei Kühlmittelvorratsbehälter mitgeführt werden, die jedoch dem ursprünglichen Gedanken eines handhabungseinfachen Geräts entgegenstehen.

Darüber hinaus sind im Rahmen der EU-Öko-Audit-VO Nr. 1836/ 93 die Vorgaben für die ab April 1995 geplante Umsetzung eines freiwilligen, betrieblichen Zertifizierungs- und Au­ diting-Systems in nationales Recht festgelegt. Bei zu­ nehmendem Umweltbewußtsein der Bevölkerung ist es daher für Heizungs- und Sanitärbetriebe erstrebenswert, auf ein be­ triebseigenes Umweltmanagement-System verweisen zu können. In diesem Rahmen kann eine Zertifizierung jedoch nur er­ langt werden, wenn der Betrieb den Normen der ISO 9000 ff analog, umweltbeinträchtigende Einflüsse auf ein größtmög­ liches Minimum reduziert. Betrieben, denen dies gelingt, bekommen ein zusätzliches Werbeargument an die Hand. Sie erlangen Wettbewerbsvorteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ver­ eisungsvorrichtung zu schaffen, die bei einem geschlossenen System und zugleich hohem Wirkungsgrad und unter Verwendung eines gesundheitlich wie ökologisch unbedenklichen Kühl­ fluids, eine anwenderfreundliche, handhabungssichere wie einfache, kostengünstige und zudem ressourcen-schonende Lösung beinhaltet.

Die Lösung dieser gestellten Aufgabe erfolgt erfindungs­ gemäß dadurch, daß ein geschlossenes, nicht-verbrauchendes und damit verschleißfreies und ökologisch unbedenkliches Sekundärkreislaufsystem geschaffen wird, welches das Rohr über einen manschetten-förmig konzipierten, zur Rohrober­ fläche offenen und gegen die Atmosphäre hin geschlossenen Wärmetauscher, unmittelbar kühlt und somit das Anwachsen des Eispfropfens im Rohr bewirkt. Das pumpend betriebene Sekundärkreislaufsystem wird dabei von einem geschlossenen Primärkreislauf gekühlt.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß das im Pri­ märkreislauf gekühlte Fluid des Sekundärkreislaufs mittels einer Pumpe über eine am Rohr angelegte Kühlmanschette im Kreislauf gepumpt wird. Die Kühlmanschette ist dabei so ausgelegt, daß das Kühlfluid direkt und in Umfangsrichtung möglichst weit umfließend, mit der Rohroberfläche in Kon­ takt treten kann.

Erfindungsgemäß kommt es zu dem gewünschten, direkten Kontakt des Kühlfluids mit der Rohrwand, wodurch ein sehr guter Wärmeübergang erzielt wird, was wiederum zu kurzen Einfrierzeiten führt. Da sowohl Primär- als auch Sekundär­ kreis lauf geschlossene, dichte Systeme sind, tritt zudem kein Verbrauch von Kältemittel im Primär- und Kühlfluid im Sekundärkreislauf auf. Die Lösung ist somit ressourcen­ schonend.

Erfindungsgemäß findet als Kühlfluid ein Alkohol-Wasser-Ge­ misch, vorzugsweise ein Äthanol-Wasser-Gemisch in einer zur beabsichtigten Wirkung im Verhältnis stehenden höheren oder niedrigeren Alkohol-Konzentration Anwendung, daß in diesem System ökologisch unbedenklich und zudem schwer entflammbar ist. Durch das Alkohol-Wasser-Gemisch ist weiterhin sicher­ gestellt, daß selbst bei niedrigen Temperaturen die Visko­ sität gering genug ist, um einen günstigen Wärmeübergang bei kleiner Pumpenleistung zu gewährleiten.

Die um das zu vereisende Rohr anzulegende und zu spannende Kühlmanschette ist erfindungsgemäß so konzipiert, daß durch die Wahl eines wärme- sowie -kältebeständigen, elastischen Materials, wie vorzugsweise Silikonkautschuk, eine durch Vorformung sowohl paßgenaue, dichte als auch arbeitsmittel­ beständige Manschette geschaffen ist.

Wahlweise wird vorgeschlagen, daß obige Kühlmanschette er­ findungsgemäß auch so konzipiert sein kann, daß diese in eine Manschette festerer Art eingepaßt wird, wobei letztere mit einem handhabungseinfachen, klammernden Verschluß als Befestigungsvorrichtung zusammengehalten wird.

Wahlweise wird zudem vorgeschlagen, daß entsprechend den Standardnormen der Rohre paßgenaue und dichte Kühlmanschetten in paarweiser Halbschalen-Form konzipiert werden, wobei Vor- und Rücklauf entweder nebeneinander oder genau gegenüber angebracht sind. Erstere Lösung ist mit einem Trennsteg als Strömungswiderstand zwischen Vor- und Rücklauf versehen, um zu vermeiden, daß das Kühlfluid das Rohr nur auf dem kürzesten Wege umströmt. Der Trennsteg selbst ist hierzu so ausgelegt, daß keine vollständige Trennung bewirkt wird, so daß Bereiche niedriger Wirkung im Strömungsbereich der Kühlmanschette vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird wahlweise weiter vorgeschlagen, daß die elastomere Kühlmanschette statt von einer Manschette nach oben beschriebener Art, auch von einen Textilgewebe mit Klettverschluß gehalten werden kann, wobei die weiche Kühlmanschette in dieses Gewebe eingearbeitet ist und so Flexibilität bzgl. der Anlegbarkeit und Handhabbarkeit der Manschette erreicht wird.

Von obiger Standardnorm-Lösung (paarweise Halbschalen-Form) abgesehen, ist allen hier beschriebenen Manschetten-Lö­ sungen erfindungsgemäß gemeinsam, daß Flexibilität bzgl. der Rohrzwischengrößen besteht und daher weniger Manschet­ ten vorgehalten und mitgeführt werden müssen.

Erfindungsgemäß sind alle Manschetten so konzipiert, daß diese selbst mit tauglichen Isolierungen versehen sind, wo­ durch Wärmeverluste an die Umgebung vermindert werden.

Die hier vorgeschlagenen Ausführungen der Kühlmanschetten sind erfindungsgemäß so konzipiert, daß die Abmessung der Kühlstelle in axialer Rohrrichtung kurz gehalten werden kann, um bei vorgegebener Kühlleistung einen hohen Tempe­ raturgradienten zur Rohrwand zu erzielen, der den Eis­ pfropfen im Rohr schnell anwachsen läßt. Eine zu große Länge der Kühlstelle erfordert eine unnötig hohe Kälte­ leistung, da auf breiter Fläche ein hoher Temperatur­ gradient aufrecht zu erhalten ist. Kann jedoch aufgrund be­ grenzter Kälteleistung dieser Gradient nicht hoch gehalten werden, so bildet sich der Eispfropfen im Rohr nur sehr langsam aus. Dies hat zur Folge, daß ein Großteil der an das Rohr geführten Kälteleistung durch sich ausbildende Konvektionsströme im Rohr wegtransportiert wird. Versuche haben ergeben, daß ein 18 mm CU-Rohr mit schmalen Kühlman­ schetten (Strömungsspalt 6 mm) in weniger als 08 Min. mit einem Eispfropfen versperrt ist und Drücken von bis zu 0,6 MPa (6 bar) standhalten kann, so wie sie üblicherweise in Wasserleitungen vorkommen.

Erfindungsgemäß ermöglichen schmale und elastomer-flexible Kühlmanschetten den nahezu uneingeschränkten Einsatz auch bei verwinkelten oder wandnahen Rohrleitungen. Der gefor­ derten vielseitigen und universellen Einsetzbarkeit wird dadurch auf einfache Weise genügt.

Zur weiteren Minderung der Energieverluste wird erfindungs­ gemäß vorgeschlagen, daß eine, die Ein- und Auslaßöffnungen der Kühlmanschette aussparende, ca. 1 cm dicke und 20 cm lange aufgeschäumte Kunststoff-Isolierung die nähere Ver­ eisungsumgebung vollständig und paßgenau umgibt, wobei die Isolierung selbst wiederum durch einen handhabungs­ einfachen Klettverschluß gehalten wird. Zu- und abführende Schläuche des Sekundärkreislaufs sind zwecks Erzielung eines optimalen Vereisungseffekts ebenso mit einer aufge­ schäumten Kunststoff-Isolierung vollständig umgeben.

Die Ein- und Auslaßöffnungen der Kühlmanschetten sind er­ findungsgemäß so beschaffen, daß in den klammernden Schnellverschluß bzw. in der elastomeren Kühlmanschette oder den halbschalenförmigen Manschetten selbstschließende Schnellverschlüsse fest eingelassen sind, die ein sicheres und daher so gut wie tropffreies An- und Abkuppeln der Schläuche des Sekundärkreislaufs ermöglichen.

Erfindungsgemäß erlauben die im Wärmeaustausch stehenden Kreisläufe des Primär- und Sekundärkreislaufs die frei vor­ wählbare Temperatur des Kühlfluids. Damit kann der latent drohenden Überbeanspruchung des Rohrmaterials wegen zu tiefer Kälteleistung regulierbar entgegengewirkt werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands wird nachfolgend in den Fig. 1-3 dargestellt und näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 den konzeptionellen Aufbau und das Funktionsprinzip der Vereisungsvorrichtung im Überblick mit den im Wärmeaus­ tausch stehenden Primär-Kältekreislauf (1) und den die Vereisung bewirkenden Kühlmittelkreislauf (2). Darge­ stellt ist eine Kühlmanschette (3) mit nebeneinander lie­ gendem Vor- und Rücklauf des Kühlfluids und dazwischen­ liegendem, leichtdurchlässigem Trennsteg (4).

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Kühlmanschette mit nebeneinander liegendem Vor- (5) und Rücklauf (6), wobei die elastomere und vorgeformte Manschette (7) in ein um­ gebendes Textilgewebe eingearbeitet ist (8). Das Gewebe mit seinen zungenförmigen Klettverschlüssen (9) dient hier als leicht handhabbare Befestigungsvorrichtung und übernimmt bereits isolierende Funktion. Ein selbstschließender Schnellverschluß (10) ermöglicht ein fast tropffreies An- und Abkuppeln der Schläuche des Sekundärkreislaufs (2).

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlman­ schette, wiederum mit nebeneinander liegendem Vor- (5) und Rücklauf (6), wobei die elastomere und vorgeformte Man­ schette (7) jedoch von einer Befestigungsvorrichtung (11) festerer Art um das Rohr (12) geführt wird. Das Kühlfluid umströmt das Rohr in einem zur Rohroberfläche offenen Strömungskanal (13) der Kühlmanschette.

Claims (16)

1. Vereisungsvorrichtung zum örtlichen Einfrieren der Flüssigkeit in Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus den im Wärmeaustausch stehenden Primär- Kältekreislauf und einem die Rohrleitungen vereisenden Sekundärkreislauf (Kühlmittelkreislauf) besteht.

2. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Kühlfluid ein ökologisch unbedenkliches und schwer entflammbares Alkohol-Wasser-Gemisch, vorzugs­ weise ein Äthanol-Wasser-Gemisch, Anwendung findet.

3. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sekundärkreislauf-System (Kühlmittel­ kreis lauf) pumpend umströmend am Rohr wirkt.

4. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das System zur Atmosphäre geschlossen und nicht Kühlmittel-verbrauchend ist.

5. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlmanschetten im inneren Strömungs­ kanal zur Rohroberfläche hin offen sind und das Kühlmittel des Sekundärkreislaufs unmittelbar und direkt an der Rohr­ oberfläche wirkt.

6. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmanschetten, soweit wahlweise keine Hartschalen Anwendung finden, aus einem kreisrund vorgeformten, wärme- und kältebeständigen, elastomeren Ma­ terial, vorzugsweise Silikonkautschuk, bestehen.

7. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 4-6 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmanschette auch in einen klam­ mernden Verschluß als Befestigungsvorrichtung eingepaßt werden kann.

8. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 4-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmanschetten wahlweise auch aus paarweisen Halbschalen bestehen können, die den Standard­ nomen der gängigen Rohrgrößen entsprechen und zur Atmosphäre dicht abschließen.

9. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1-8 dadurch ge­ kennzeichnet, daß Vor- und Rücklauf des Kühlfluids an der Kühlmanschette wahlweise entweder nebeneinander oder genau gegenüber angebracht sind.

10. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 9 dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei nebeneinander liegendem Vor- und Rücklauf ein schwach-durchlässiger Trennsteg einen Strömungswiderstand aufbaut.

11. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1, 4, 5, 7, 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Kühlmanschette wahlweise in ein Textilgewebe eingearbeitet ist, welches mit einem Klettverschluß versehen, zugleich als Befesti­ gungsvorrichtung dient.

12. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Kühlmanschette flexibel für Rohrzwischengrößen ist.

13. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 5-8 und 11 und 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmanschetten mit taug­ lichem Material isoliert sind und den Wärmeaustausch mit der Umgebung vermindern.

14. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Strömungskanals der Kühlmanschette an die Kälteleistung so angepaßt ist, daß ein hoher Temperaturgradient für kurze Einfrierzeiten er­ reicht wird.

15. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1-15 dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein horizontal geführtes 18 mm CU-Rohr in weniger als 08 Min. mit einem Eispfropfen versperrt werden kann.

16. Vereisungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß an beiden Enden des Vor- und Rücklaufs selbstschließende Schnellverschlüsse ein tropffreies An- und Abkuppeln der Schläuche ermöglichen und ein Austreten des Kühlmediums aus dem Sekundärkreislaufs verhindern.