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Wärmeisoliertes Leitungsrohr
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Die Erfindung betrifft ein Wärmeisoliertes Leitungsrohr zur Verlegung
in Erde oder auch außerhalb der Erde zum Transport von gegenüber der Umgebung erwärmten
Gasen oder Flüssigkeiten, vorzugsweise von Fernwärme, bestehend aus zwei im wesentlichen
koaxial verlaufenden metallischen Rohren mit schrauben- oder ringförmiger Wellung,
die durch Abstandhalter in ihrer koaxialen Anordnung gehalten sind und durch geeignete
Mittel thermisch gegeneinander isoliert sind.
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Aus der DE-PS 1525658 ist ein warmeisoliertes Leitungsrohr bekannt,
welches sich als Fernwärmeleitungsrohr auf dem Markt durchgesetzt hat.
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Das Leitungsrohr besteht aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten
metallischen Wellrohre und einer zwischen den Wellrohren angeordneten Isolierschicht
auf der Basis von aufgeschäumtem Polyurethan. Auf dem Außenrohr ist ein Kunststoffmantel
angeordnet, welcher das Außenrohr vor Korrosion schützt. Der Vorteil dieser bekannten
Konstruktion ist daran
zu sehen, daß aufgrund der Wellung der Rohre
die Rohrkonstruktion so flexibel ist, daß sie wie ein elektrisches Kabel auf Kabeltrommeln
aufgewickelt und ebenso verlegt werden kann. Die thermisch bedingten Längenveränderungen
brauchen weder beim Aufbau des Leitungsrohres in der Schichtenfolge noch bei der
Verlegung berücksichtigt zu werden, weil die Wellung der Rohre diese in sich selbst
ausgleicht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des bekannten Leitungsrohres ist darin
zu sehen, daß dieses in einer kontinuierlichen Fertigung in nahezu unbegrenzten
Längen herstellbar ist. Dadurch entfallen bei der Verlegung die sonst im Fernwärmebau
üblichen Verbindungsstellen.
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Ein Nachteil dieses Leitungsrohres besteht darin, daß infolge der
Schaumstoffisolierung Medien mit einer Temperatur von mehr als 150 °C, wie beispielsweise
Heißdampf, nicht mehr transportiert werden können, da der Polyurethanschaum bei
dieser Temperatur zerstört wird.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte wa'rmeisolierte
Leitungsrohr dahingehend. zu verbessern, daß mit ihm Medien höherer Temperatur als
130 bzw. 150 0C transportiert werden können und gleichzeitig die Verlustleistung
des Leitungsrohres verringert wird.
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Diese Aufgabe wird durch folgende Merkmale gelöst: a) Die Rohre sind
durch Abstandhalter aus keramischem Werkstoff und/oder hartem Kunststoff gehalten.
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b) Der Ringraum zwischen den Rohren ist an den Rohrenden vakuumdicht
abgeschottet.
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c) Der Ringraum ist auf mindestens 10-1 mbar evakuiert.
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d) Im Ringraum ist ein Isoliermaterial in Form von um das Innenrohr
gewickelten, eine Metallschicht aufweisenden Bändern bzw. Schüttgut angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist sämtliche Vorteile des bekannten
wärmeisolierten Leitungsrohres auf und ist darüber hinaus geeignet, Medien von mehr
als 150 0C bei geringeren Verlustleistungen zu transportieren. Die Evakuierung des
Ringraumes führt zu wesentlich geringeren Verlustleistungen als die bekannte Schaumstoffisolierung.
Daraus resultiert, daß das wärmeisolierte Leitungsrohr gemäß der Lehre der Erfindung
bei einem vergleichbaren Abstand von Innen- und Außenrohr geringere Wärmeverluste
aufweist bzw. bei gleichen Wärmeverlusten der Abstand zwischen den Rohren verringert
werden kann. Da die Nennweite des Innenrohres vorgegeben ist, wird man zweckmä.-#igerweise
den Durchmesser des Außenrohres verringern. Das führt dazu, daß einerseits Material-Tüu
das AuI,3enrohr gespart werden kann - dies gilt auch für den Kunststoffmantel -,
andererseits, bedingt durch den geringeren Außendurchinesser der Rohrkonstruktion,
größere Mengen des Leitungsrohres auf eine Kabel trommel aufgewickelt werden können.
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Die Abschottung des Ringraumes zwischen den Rohren kann entweder bereits
werkseitig vorgenommen werden oder aber nach der Verlegung des Leitungsrohres an
der Baustelle. Der zwischen den Abstandhaltern verbleibende Raum zwischen Innen-
und Außenrohr kann durch metallbeschichtete Bänder bzw. Metallbänder, die um das
Innenrohr herumgewickelt sind, oder aber durch Schüttgut aus anorganischem Material
wie beispielsweise Blähton ausgefüllt werden.
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Die Abstandhalter bestehen vorteilhafterweise aus vorzugsweise drei
im Abstand von 1200 angeordneten Klötzen aus Keramik oder hartem Kunststoff, die
durch einen kreisbogenartig geformten Draht zusammengehalten sind. Solche Abstandhalter
können in einfacher Weise während der Fertigung auf das Innenrohr aufgesteckt werden.
In den zwischen den Abstandhaltern gelegenen Bereichen werden zweckmäßigerweise
mehrere Lagen eines metallbedampften Kunststoffbandes angeordnet. Damit die Kunststoffo-Jnder
keinen Kontakt zueinander erhalten, ist es zweckmäßig, zwischeij den einzelnen Lagen
ein Geflecht aus Kunststoff oder einem geeigneten keramischen Material anzuordnen.
Aus Gründen der Fertigung
ist es vorteilhaft, die Abstandhalter
wendelartig auszubilden und das metallbedampfte Kunststoffband und das Geflecht
wendelartig zwischen den Abstandhaltern zu verlegen. Diese Maßnahme führt zu einer
kontinuierlichen Fertigung.
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Bei dem bekannten Leitungsrohr wird die Druckfestigkeit des Innenrohres
über den Schaum, der das Innenrohr im Außenrohr verankert, vergröiiert.
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Bei dem Leitungsrohr, gemäß der Lehre der Erfindung, ist das Innenrohr
zur Steigerung der Druckfestigkeit zweckmäi3igerweise mit wendelförmig aufgebrachten
metallischen Drähten oder Bändern armiert. Diese werden mit langem Schlag über das
Innenrohr gelegt (0,5 bis 1,0 m).
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Mit besonderem Vorteil ist der Raum zwischen den Rohren auf mindestens
10-3 mbar evakuiert. Bei diesem Vakuum tritt keine Konvektion mehr auf, so da die
Wärmeverluste lediglich über Wärmeleitung und Wärmestrahlung auftreten können. Die
Wärmestrahlung wird durch die Metallbänder, die zwischen den Abstandhaltern gelegen
sind, weitestgehend verhindert. Die Verluste infolge Wärmeleitung werden durch Auswahl
geeigneter Materialien für die Abstandhalter auf ein Mindestmaß gebracht.
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Zweckmäßigerweise sind im Ringraum Restgase absorbierende Gettermaterialien
angeordnet. Einige Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe, neigen zum sog.-Nachgasen,
d. h., es werden nach der Evakuierung des Ringraumes Gasmoleküle abgespalten, die
das Vakuum verringern. Das Getterinaterial fängt diese Gasmoleküle ein und macht
sie unschädlich. Jeder Ringraum einer abgeschotteten Rohrlänge sollte drucküberwacht
sein. Bei einer Beschädigung des Innenrohres oder des Außenrohres steigt der Druck
im Ringraum schlagartig an, und dieser Druckanstieg führt zu einer Alarmgabe in
einer Zentrale. Die beschädigte Rohrlänge muß dann entweder ausgebessert oder ausgewechselt
werden. Die Klötze der Abstandhaiter weisen zweckmäßigerweise eine Prismaform auf
und liegen mit einer Flachseite auf dem Innenrohr auf, wogegen sie sich mit ihrer
spitzen Kante im Außenrohr abstützen. Da die Oberfläche des Innenrohres ge.-#ibt
ist und die angrenzende Fl'-cile der Klötze eben ist, entsteht eine punktförmige
Berührung, welche den 'Härmetlber3ang auf ein Riinimum
reduziert.
Die Längskanten des Prismas weisen dabei in Längsrichtung des Rohres, und die Länge
der Kanten ist mindestens gleich dem Abstand zweier Wellenkuppen des Außenrohres.
Ein Verkanten der Klötze ist damit ausgeschlossen.
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Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Das Innenrohr 1 besteht aus einem längsnahtgeschweii3ten und gewellten
Metallrohr, vorzugsweise aus Edelstahl. Konzentrisch zum Innenrohr 1 ist ein Außenrohr
2 angeordnet, welches ebenfalls als längsnahtgeschweißtas und gewelltes Metallrohr,
vorzugsweise aus normalem Stahl, ausgebildet ist. Das Außenrohr 2 ist von einem
Kunststoffmantel 3 umgeben, wobei zwischen dem Außenrohr 2 und dem Kunststoffmantel
3 noch eine korrosionsverhindernde Schicht auf der Basis von Bitumen angeordnet
sein kann. innenrohr i und Außenrohr 2 sind durch Abstandhalter 4 konzentrisch zueinander
gehalten. Der Abstandhalter 4 besteht zweckmäßigerweise aus drei prismatischen Klötzen
5, die um 1200 versetzt zueinander angeordnet sind und durch einen Haltedraht 6
auf dem Innenrohr 1 gehalten sind. Die Klötze 5 bestehen vorteilhafterweise aus
einem keramischen Werkstoff oder aber einem harten Kunststoff, der hochtemperaturbeständig
sein soll. Die Länge der Kiötze 5 in längsaxialer Richtung sollte mindestens so
groß sein, dai3 jeder Klotz auf mindestens auf zwei Wellenbergen des Innenrohres
1 aufliegt, so daß ein Verkanten der Klötze 5 nicht möglich ist. Die Klötze 5 tangieren
das Innenrohr 1 mit einer flachen Seite, wogegen sich eine Spitze an der inneren
Oberfläche des Außenrohres 2 abstützt. Durch diese konstruktive Ausgestaltuny ergeben
sich für jeden der Klötze 5 nur wenige punktförmige Berührungen mit den Rohren 1
und 2, so daß der Wärmeübergang im Bereich der k'.Iötze 5 äußerst gering ist. Zwischen
den Abstandhaltern 4 sind mehrere Lagen von Metallfolien bzw. metallbedampften Kunststoffolien
7 auf das Innenrohr 1 aufgewickelt, die ihrerseits durch mattenartige, flexible
Abstandhalter aus Kunststoff oder keramischem Werkstoff in Abstand zueinander gehalten
sind. Die metalibedampften Kunststoffolien bzw. die Metallfolien 7 dienen dazu,
die Strahlungsverluste zu reduzieren. Um die Verluste infolge Konvektion zu verringern,
wird der Ringraum
zwischen dem Innenrohr 1 und dem Außenrohr 2
evakuiert. Hierzu ist der Ringraum am Ende jeder Rohrlänge vakuumdicht abgeschottet.
Das Vakuum im Ringraum sollte mindestens 10-3 mbar betragen. Bei einem geringeren
Vakuum würde bereits Konvektion auftreten, und anstelle der Metallfolien 7, bzw.
zusätzlich zu diesen, müßte Schüttgut in den Ringraum eingebracht werden. Eine solche
Konstruktion wäre jedoch gegenüber der dargestellten Ausführungsform bezüglich der
Wärmeverluste schlechter.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Abstandhalter 4 wendelartig
ausgebildet, d. h., der Haltedraht 6 weist die Form einer Wendel auf, so daß die
einzelnen Iötze 5 in längsaxialem Abstand das Innenrohr 1 berühren. Auch in diesem
Ausführungsbeispiel sind die Abstandhalter 4 einzeln auf das Innenrohr 1 aufsteckbar,
d. h., sie bestehen vorteilhafterweise aus drei Klötzen 5. Die wendelartige Ausgestaltung
der Abstandhalter 4 hat den Vorteil, daß auch der zwischen zwei benachbarten Abstandhaltern
4 gelegene Bereich wendelartig verläuft, so daß in diesen die Folien 7 und die Abstandhalter
8 ebenfalls wendelartig eingebracht werden können. Dies ist vorteilhaft im Sinne
einer kontinuierlichen Fertigung.
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Soll im Innenrohr 1 ein Medium transportiert werden, welches unter
einem relativ hohen Druck steht, ist es zweckmäi3ig, das Innenrohr mit nicht dargestellten
Drähten oder Bändern, die in langen Schlägen über das Innenrohr 1 gelegt werden,
zu armieren, wobei die Armierung in einer Richtung oder mit wechselnder Richtung
aufgebracht sein kann.
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Das Leitungsrohr, gemäß der Lehre der Erfindung, kann bereits werkseitig
vorkonfektioniert werden, d. h. endseitig abgeschottet und evakuiert sein. Andererseits
besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Arbeiten nach der Verlegung des Leitungsrohres
vorzunehmen. Bei dem wärmeisolierten Leitungsrohr, gemäß der Lehre der Erfindung,
sind die Wärmeverluste bei gleichen geometrischen Abmessungen deutlich geringer
als bei dem gattunysgemäßen Leitungsrohr. Sie betragen gröl3enordnungsmäßig ungefähr
15 bis 20 % der Wärneverluste des bekannten Leitungsrohres. Will man gleiche Wärmeverluste
einkauf nehmen, kann man beim Leitungsrohr nach der Erfinoung den Abstand zwischen
Innenrohr 1 und Au[#enrohr 2 deutlich
kleiner wählen, d. h.,
der Außendurchmesser des Außenrohres 2 wird deutlich geringer. Das bedeutet, daß
eine wesentlich größere Leitungsrohrlänge auf eine Kabeltrommel aufgewickelt werden
kann, so daß weniger Verbindungsstellen beim Verlegen erforderlich sind. Weiterhin
fallen geringere Herstellungskosten bei gleichen Wärmeverlusten an.
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Bei der Herstellung eines wärmeisolierten Leitungsrohres gemäß der
Lehre der Erfindung, geht man zweckmäßigerweise so vor, daß man zunächst das Innenrohr
1 durch Formen eines längseinlaufenden Metallbandes, Längsnahtverschweißen und anschließendes
Wellen desselben herstellt. Das Innenrohr 1 wird dann zweckmäßigerweise auf eine
Kabel trommel aufgewickelt. In einem nächsten Arbeitsgang wird das gewellte Innenrohr
1 von der Kabel trommel abgezogen, die Abstandhalter 4 auf das Innenrohr 1 aufgesteckt
und der Bereich zwischen den Abstandhaltern mit den Folien 7 und den Abstandhaltern
8 bewickelt. Zusätzlich können noch sog. Gettermaterialien aufgebracht werden, welche
nach der Evakuierung des Ringraumes Gasmoleküle, die durch Nachgasen aufgetaucht
sind, zu binden und somit unschädlich zu machen. Das mi't-'den Abstandhaltern 4
und der Superisolierung 7, 8 versehene Innenrohr 1 wird dann von einem längseinlaufenden
Metallband umhüllt, welches zum Schlitzrohr geformt, längsnahtverschweißt und gewellt
wird. Die Oberfläche des gewellten Außenrohres 2 wird dann mit einer Korrosionsschutzschicht
gespült und abschließend der Kunststoffmantel 3 aufextrudiert. Nach der Abkühlung
des Kunststoffmantels 3 wird das fertige Leitungsrohr auf eine Kabeltrommel gewickelt
und kann wie beschrieben konfektioniert und verlegt bzw. zunächst verlegt und dann
konfektioniert werden.
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