DE69535617T2

DE69535617T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen und transportieren eines aerosols zum fernbeschichten und fernabdichten

Info

Publication number: DE69535617T2
Application number: DE69535617T
Authority: DE
Inventors: Mark P. Piedmont MODERA; Francois Remy Carrie
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: JPH10508534A; ES2292169T3; CA2202885C; AU703360B2; EP0793543B1; EP0793543A4; DE69535617D1; BR9509601A; WO1996014166A1; US5522930A; AU4104696A; EP0793543A1; CA2202885A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen und Liefern eines Aerosols zum Fernabdichten und Fernbeschichten. Insbesondere betrifft die Erfindung die Abdichtung von Lecks von der Innenseite von Hüllen oder das Aufbringen einer gleichmäßigen Beschichtung auf die Innenfläche dieser Hüllen aus der Ferne mittels Einleiten eines Aerosols in die abzudichtende Hülle.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt einen beträchtlichen Bedarf für Verfahren zum Fernabdichten und Fernbeschichten. Die Forschung hat gezeigt, dass das Energieeinsparungspotential der Abdichtung von Leitungslecks in der Größenordnung von 20% der Feuerungs- oder Klimaanlagenenergieverwendung liegt (Modera, M. P. (1993 Energy and Buildings, 20: 65–75). Während der vergangenen fünf Jahre hat die Forschung die Auswirkungen von Heimleitungssystemlecks auf den HVAC-Energieverbrauch und den Spitzenelektrizitätsbedarf quantifiziert. Ein typisches kalifornisches Haus mit Leitungen, die sich auf dem Dachboden oder im Zwischenboden befinden, verschwendet ungefähr 20% an Heiz- und Kühlenergie durch Lecks und entnimmt ungefähr 0,5 kW mehr Elektrizität während Spitzenkühlperioden. In Anbetracht dessen, dass 25% bis 75% der Lecks nicht zugänglich sind, sind außerdem herkömmliche Technologien wie z. B. Verwenden von Leitungsklebeband oder Mastix häufig nicht zufrieden stellend.
Einbettharze für Leitungssysteme wurden früher offenbart und einige von diesen fanden durch Einleiten eines Nebels in das Leitungssystem Anwendung.
Shinno lehrt die Abdichtung und Beschichtung eines Rohrs durch das Aufbringen eines Nebels auf die Innenfläche des Rohrs [ US-Patent Nr. 4 327 132 Method for Lining of Inner Surface of a Pipe (27. April 1982)]. Dieses Patent erörtert die Verwendung eines auf einem Mehrkomponentenepoxid basierenden Nebels, der mit einem schnellen Luftstrom aufgebracht und dann an der Stelle mit demselben schnellen Luftstrom getrocknet wird. Es erörtert auch die Entnahme und Auffrischung von aus dem Rohrauslass ausgelassenem restlichen Lack. Das Shinno-Patent erfordert mehrere Gasströme, einen zum Zerstäuben der aufzubringenden Flüssigkeit und einen weiteren zum Blasen des Nebels das Rohr hinab. Shinno erfordert auch Mischgeschwindigkeiten zwischen 30 Metern/Sekunde und 100 Metern/Sekunde.
Koga lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Kunststoffnebelss für die Abscheidung auf der Innenfläche eines Rohrs [ US-Patent Nr. 4 454 173 Method for Lining Pipes in a Pipeline (12. Juni 1984) und US-Patent Nr. 4 454 174 Method for Lining Pipes of a Pipeline (12. Juni 1984)]. Diese Patente beschränken sich auf die Abgabe eines Kunststoffnebels auf die innere Rohroberfläche. Die Koga-Patente beschreiben die Verwendung eines Kompressors und eines Vakuumgenerators, um den Nebel durch die Rohrleitung zu transportieren. Außerdem lehren diese Patente die Verwendung von niedrigem Luftdruck in einer Stufe und hohem Luftdruck in einer anderen. Im Koga-Patent wird eine Heizvorrichtung verwendet, um den Kunststoff in einer flüssigen Form zu halten.
Hyodo et al. lehrt ein Verfahren zum Abdichten von Rohren, das das Zuführen eines Dichtungsmittels vom Aerosoltyp in ein Rohr in Form eines Schaums umfasst [ US-Patent Nr. 4 768 561 Process for Sealing Pipes (6. September 1988)]. Das offenbarte Dichtungsmittel ist eines, das ein wässeriges Harz enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Emulsionen und Latizes als Hauptkomponente besteht und zu dem ein Treibmittel wie z. B. Freon 12/Freon 114 zugegeben wird.
In GB 2 195 416 A wird ein Verfahren zum Einleiten vor Ort zum Abdichten einer Gasrohrleitung mit Gas, das in der Rohrleitung strömt, dargestellt. Ein Nebel wird durch direktes Sprühen eines flüssigen Dichtungsmittels aus einer Sprühspitze, die innerhalb einer Gasrohrleitung angeordnet wird, in den Gasstrom innerhalb der Gasrohrleitung erzeugt.
In US 4 994 307 A wird ein Dauerzerstäubungssystem für Gashauptleitungen verwendet, bei dem man zu den Gashauptleitungen von der Innenseite gelangt, um entfernte Lecks zu abzudichten. Somit trägt die kontinuierliche Zerstäubung das Harzdichtungsmittel zu Lecks in Abhängigkeit von den aktuellen Strömungs- und Leckbedingungen.
US 4 768 561 A offenbart ein Verfahren zum Abdichten von Rohren, bei dem ein Schaum in das Rohr eingeleitet wird, indem ein Fluid aus einer Spraydose eingesprüht wird. Schaum wird in das Rohr gesprüht, bis ein vorbestimmter Druck erreicht und aufrechterhalten wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Lecks innerhalb einer Hülle abzudichten.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 15 bzw. 20 definiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fernabdichten und Fernbeschichten einer Hülle von innen. Sie ermöglicht eine genaue Steuerung dessen, wo das Abdichtungsmaterial abgeschieden wird, und ist in der Lage, Lecks entfernt innerhalb einer Hülle wirksam abzudichten, selbst wenn ein komplexes Netzwerk von Biegungen, T-Stücken und Rohrverzweigungen enthalten ist.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung betrifft die Verwendung von Aerosoldichtungsmitteln, wobei die Vielseitigkeit dieses Verfahrens darin besteht, dass es wirksam in einer Hülle mit Biegungen und Verzweigungen verwendet werden kann, ohne sich signifikant auf die Dichtungsleistung auszuwirken.
Das Verfahren beinhaltet das Blasen eines Aerosols durch eine Hülle oder ein Leitungssystem, um die Lecks von innen abzudichten, wobei das Prinzip darin besteht, dass die Aerosolteilchen sich in den Rissen des Leitungssystems ablagern, wenn sie aufgrund der Druckdifferenz durch das Blasen versuchen zu entweichen. Das bloße Einleiten eines Aerosols mit willkürlich bemessenen Teilchen führt jedoch nicht zu einer Abdichtung. Ein Verfahren gemäß der Erfindung verwendet ein besseres Verständnis des Aerosoltransports in einem ADS (Luftverteilungssystem) sowie eine Teilchenabscheidung in den Lecks, um eine quantifizierbare Dichtungsleistung bereitzustellen.
Ein Verfahren auf Aerosolbasis wird verwendet, um die Undichtheit von Luftverteilungssystemen (ADS) signifikant zu verringern. Ein aus einer Flüssigkeitssuspension eines Vinylpolymers bestehendes Aerosol kann 16 cm² effektive Leckfläche in einem Zweig eines Heimleitungssystems in weniger als 30 Minuten verschließen. Bei einem kleinen Leitungssystem kann die effektive Leckfläche einer typischen Leitung um etwa 80% in 20 Minuten verringert werden (siehe Tabelle 1, nachstehend).
Die Verwendung eines Aerosols zum Abdichten von Lecks innerhalb einer Hülle oder zum Aufbringen einer gleichmäßigen Beschichtung entlang der Innenfläche einer Hülle erfordert eine sorgfältige Vorbereitung des Aerosols und die Steuerung der Strömung durch die Hülle. Im Fall der Leckabdichtung muss der Druck innerhalb der Hülle auch gesteuert werden, damit sich das Aerosol an den Lecks abscheidet.
Die vorliegende Erfindung stellt einen drastischen Durchbruch in der Technologie dar, da sie in der Lage ist, eine Hülle von der Ferne von innen sowohl abzudichten als auch zu beschichten. Nicht nur zum Abdichten und Beschichten von Leitungen und anderen Hüllen nützlich ist diese Technologie auch auf das Füllen von Leerstellen in Hüllen und anderen Hohlräumen für eine erhöhte strukturelle Integrität, Schalldämmung und Isolierung anwendbar. Das Abdichtungs- und Beschichtungsverfahren und die Abdichtungs- und Beschichtungsvorrichtung, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, bieten signifikante Vorteile gegenüber der herkömmlichen Technologie.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitstellen zu können, die Lecks abdichten können, ohne auf spezielle Öffnungen gerichtet werden zu müssen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitstellen zu können, die leicht transportiert werden kann.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitstellen zu können, die sicher und einfach zu verwenden ist.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden vollständig ersichtlich, wenn die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Implementieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Graph eines Beispiels des Eindringwirkungsgrades, der als Funktion der Durchflussrate für verschiedene Teilchengrößen aufgetragen ist.
Nomenklatur

C_m: Massenkonzentration des Aerosols [kg/m³]
D: Leitungsdurchmesser [m]
d(): Differential [-]
d_p: Teilchendurchmesser [m]
dU / dy: Geschwindigkeitsgradient der sich nähernden Strömung [s^–1]
e: Leitungswanddicke [m]
f: Reibungsfaktor [-]
g: Erdbeschleunigung [m/s²]
h: Leckbreite [m]
i: Index [-]
L: Leitungslänge [m]
P: Eindringung [-]
Q: Durchflussrate [m³/s]
Re_D: Leitungs-Reynolds-Zahl UD / ν [-]
Re_p: Teilchen-Reynolds-Zahl (auf der Basis der relativen Geschwindigkeit) [-]
S: Teilchen-Luftdichte-Verhältnis [-]
SE: Abdichtungswirkungsgrad [-]
t: Zeit [s]
t_i: i-te charakteristische Abdichtungszeit [s]
U: Mittlere Geschwindigkeit in der Leitung [m/s]
U_S: Geschwindigkeit stromaufwärts des Schlitzes bei y = y_s [m/s]
u: Geschwindigkeit entlang x [m/s]
u →: Geschwindigkeitsvektor [m/s]
V_d: Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion [m/s]
V_e: Effektive mittlere Abscheidungsgeschwindigkeit an der Wand [m/s]
V_g: Schwerkraftabsetzgeschwindigkeit V_g = g τ [m/s]
: Dimensionslose Abscheidungsgeschwindigkeit [-]
v: Geschwindigkeit entlang y [m/s]
v_r: Radiale Geschwindigkeit des Teilchens [m/s]
v_s: Fortpflanzungsgeschwindigkeit durch den Schlitz; hier
w: Dicke der Dichtung [m]
w_r: Relative Geschwindigkeit des Teilchens wr = ||u →p – u →f|| [m/s]
x: horizontale Koordinate [m]
y: vertikale Koordinate [m]
y_s: Höhe der Teilungssaugstromlinie [m]

Griechische Symbole:

α: Dimensionsloser Geschwindigkeitsgradient der sich nähernden Strömung
ΔP: Druckdifferenz über dem Schlitz [Pa]
γ: Winkel [rd]
η: Abscheidungswirkungsgrad [-]
ν: Kinematische Viskosität des interessierenden Fluids [m²/s]
ρ: Dichte [kg/m³]
τ: Teilchenrelaxationszeit [s]
: Dimensionslose Teilchenrelaxationszeit [-]

Tiefgestellte Indizes und hochgestellte Indizes:

f: betrifft das interessierende Fluid
0: bei t = 0, am Beginn des Experiments
D: betrifft die Leitung
p: betrifft das Teilchen
ref: bei der Bezugsdruckdruckdifferenz
s: betrifft den Schlitz
seal: betrifft den Teilchenaufbau
-: Mittelwert
*: Dimensionslose Größen

Abkürzungen:

ADS

Luftverteilungssystem

ELA

Effektive Leckfläche [m²]

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die entfernte Abdichtung und/oder Beschichtung einer Struktur von innen. Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Vorbereiten, Transportieren und entfernten Abscheiden eines Aerosols entlang der inneren Oberfläche einer Hülle und/oder Abscheiden des Aerosols in irgendwelchen Lecks oder Öffnungen in dieser Hülle, um diese Lecks oder Öffnungen abzudichten. Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung, die in der Lage ist, das Verfahren durchzuführen.
Das Verfahren
Es gibt vier Schritte für das allgemeine Verfahren der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird ein Aerosol vorbereitet (beispielsweise aus einem in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoff). Zweitens wird ein Träger-(Fluid)Strom erzeugt. Drittens wird das Aerosol in den Trägerstrom eingeleitet. Viertens wird der mit Aerosol beladene Trägerstrom verwendet, um die abzudichtende Hülle mit Druck zu beaufschlagen.
Der kritischste Aspekt der Vorbereitung des Aerosols für den Leckabdichtungsaspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es geeignet bemessen und im Wesentlichen verfestigt sein muss, bevor es die abzudichtenden Lecks erreicht. Das Aerosol muss klein genug bemessen sein, um zu den Lecks strömen zu können, bevor es den Trägerstrom durch Absetzen infolge Schwerkraft verlässt, und groß genug sein, um den Luftstrom zu verlassen und sich entlang der Leckgrenzen abzuscheiden, sobald das Leck erreicht ist. Wenn es für die Abdichtung verwendet wird, müssen die Teilchen klebrig sein und sie müssen im Wesentlichen ihre Form beibehalten, so dass sie sich aufeinander aufbauen können, wenn sie auf die innere Oberfläche der Hülle auftreffen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird diese Vorbereitung entweder durch 1) Trocknen der Luft vor der Einleitung eines Aerosols mit in einer Flüssigkeit suspendiertem Feststoff oder 2) Erhitzen des eingehenden Luftstroms von der Aerosoleinleitung durchgeführt. Wenn eine Flüssigkeitsbasis für das Abdichtungsaerosol verwendet wird, sind zwei Mittel für die Steuerung der Größe der Aerosolteilchen der Typ der verwendeten Einleitungsdüse und der Grad der Verdünnung der Flüssigkeitssuspension. Alternativ ist es möglich, dass ein Festphasen-Aerosol direkt verwendet werden könnte.
Die wichtigsten Variablen, die sich auf den Transport und die Abscheidung des Aerosols auswirken, sind die Leitungs-(d. h. Hüllen)Durchflussrate, die Größe des Teilchens und der Leitungsdruck. Diese Variablen wirken sich auf die Rate und den Wirkungsgrad aus, mit denen die Abdichtung (alle drei Variablen) und die Beschichtung (Durchflussrate und Größe) stattfinden. Sie legen auch fest, wie weit sich ein Teilchen vor dem Absetzen infolge Schwerkraft die Leitung (oder das Rohr) hinab bewegt.
Diese Variablen können berechnet werden, sobald ein spezieller Abdichtungswirkungsgrad gewählt wurde. Der Abdichtungswirkungsgrad ist das Produkt aus Eindringwirkungsgrad (P) und Abscheidungswirkungsgrad (η). [Abdichtungswirkungsgrad] = (P)/η)
Die Stokes-Zahl ist definiert durch:
Berechnungen wurden unter Verwendung der Modelle für die Geschwindigkeit, die durch durch turbulente Diffusion (V_d) verursacht wird, durchgeführt, experimentell abgeleitete Korrelationen (siehe Anand, N. K. und Mc Farland, A. R. American Industrial Hygiene Association, 50: 307–312) wurden verwendet, um die Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion (V_d) zu ermitteln:
wobei der Reibungsfaktor f durch die Blasius-Gleichung gegeben ist:
Die effektive mittlere Abscheidungsgeschwindigkeit Ve kann abgeschätzt werden:
Vom Gesichtspunkt der Beschichtung gilt, wie aus einer genauen Untersuchung von 2 verstanden werden kann, je größer die Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion (V_d) im Vergleich zur Schwerkraftabsetzgeschwindigkeit (V_g) ist, desto gleichmäßiger ist die Teilchenabscheidung in einem Querschnitt der interessierenden Leitung.
Was den Abscheidungswirkungsgrad (η) betrifft, so kann er im Fall der Teilchenabscheidung in einem zweidimensionalen Schlitz aus einem Querstrom (was das Abscheidungsphänomen darstellt, das in vielen Lecks auftritt, die in Luftverteilungssystemen angetroffen werden, und zum Nähern der Abdichtung von ringförmigen Verbindungslecks und kreisförmigen Löchern verwendet werden kann) folgendermaßen ermittelt werden:
wobei die Symbole in der Nomenklatur aufgelistet sind und v_S und y_S mit den folgenden Gleichungen berechnet werden können.
Die theoretischen Grenzen einer solchen Analyse werden durch Folgendes genähert:
Es gibt mehr als einen Satz von Durchflussraten, Teilchengrößen und Leitungsdrücken, die diese Gleichungen erfüllen. Für den Abdichtungsaspekt der vorliegenden Erfindung kann das feste Aerosolteilchen zwischen 1 und 100 Mikrometer messen. In ihrem bevorzugten Bereich sollte die Teilchengröße zwischen 2 und 40 Mikrometer im Durchmesser mit einem am meisten bevorzugten Bereich zwischen 3 und 15 Mikrometer im Durchmesser liegen. Durchflussraten können im Bereich von 20–20000 Kubikmeter pro Stunde liegen. Bei einem Leitungssystem für Wohnungen liegt der bevorzugte Bereich für die Durchflussraten zwischen 100 und 5000 Kubikmeter pro Stunde mit einem am meisten bevorzugten Bereich zwischen 200 und 600 Kubikmetern pro Stunde. Bei einem kommerziellen Leitungssystem liegt der bevorzugte Bereich für die Durchflussrate zwischen 500 und 5000 Kubikmetern pro Stunde. Es besteht eine obere Grenze für den Leitungsdruck, der durch die strukturelle Integrität der abzudichtenden Hülle hergestellt wird.
Im Hinblick auf die Abdichtung von Lecks wird eine Teilchenabscheidung durch "Aufbauen einer Brücke" zwischen den durch ein Leck in der Hülle gebildeten Grenzen erreicht. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das teilchenförmige Dichtungsmaterial in einer flüssigen Basis suspendiert. Ein Festphasen-Aerosol wird durch Entfernen der Flüssigkeit während der Aerosoleinleitung gebildet. Ein Beispiel eines geeigneten Materials besteht darin, Vinylkunststoffe in Wasser zur Verwendung als Aerosol zu suspendieren. Insbesondere wird ein Aerosol aus einer Flüssigkeitssuspension eines Acetat-Acrylat-Vinylpolymers erzeugt und dann getrocknet, um feste, klebrige Teilchen zu erhalten. Ungeachtet des gewählten Materials ist es entscheidend, dass die Teilchen ihre Form beim Auftreffen auf die Leckgrenzen beibehalten. Wenn die Teilchen zu verformbar sind, verteilen sie sich gewöhnlich über die Leckgrenzen, was jeglichen Teilchenaufbau, der sich über die Lecks erstreckt, verhindert.
In der tatsächlichen Praxis des vorstehend beschriebenen Verfahrens müssen die Leitungsdurchflussrate und der Druck innerhalb der Umhüllung aufrechterhalten werden, um den Verlust an Dichtungsmaterial zu minimieren. In der Praxis müssen der Druck und die Durchflussrate über einem Minimalwert gehalten werden.
Die Vorbereitung der abzudichtenden Hülle umfasst typischerweise das Verschließen von in der Hülle vorgesehenen zweckbestimmten Öffnungen. Die Lüftungsöffnungen in einem Heizsystem würden beispielsweise geschlossen werden. Ein weiterer möglicher Schritt bei der Vorbereitung der Hülle wäre die Einführung von Beutelfiltern, um die Geschwindigkeit innerhalb des Systems aufrechtzuerhalten. In der realen Welt wäre es auch erforderlich, irgendwelche Objekte innerhalb der Hülle, die gegen die Beschichtung empfindlich sein könnten, zu isolieren.
Bei der Anwendung der Abdichtung macht es das Schließen von zweckbestimmten Öffnungen und die Verwendung eines Gases als Träger möglich, dass die Erfindung eine unmittelbare Rückkopplung über die Luftdichtheit der abgedichteten Hülle bereitstellt. Dies wird durch Überwachung des Trägerstroms und des Hüllendrucks während des Abdichtungsprozesses bewerkstelligt.
Allgemeines Beschichtungskonzept
Mittels der in dieser Anmeldung offenbarten Kenntnis kann die Aerosoleinleitung optimiert werden, um vielmehr das Innere von Hüllen zu beschichten als bevorzugt an den Lecks in diesen Hüllen eine Anreicherung vorzusehen. Dies wird durch Arbeiten in einem Bereich des Aerosoltransports durchgeführt, der von turbulenter Diffusion dominiert ist und nicht die Verwendung von Teilchen mit "begrenzter Gleitfähigkeit" (d. h. Teilchen, die sich aufbauen) erfordert. Dies kann durch Untersuchen der Gleichungen für den Eindringwirkungsgrad P und die Abscheidungsgeschwindigkeit V_e verstanden werden. Die Abscheidungsgeschwindigkeit besteht aus zwei Komponenten, der Schwerkraftabsetzgeschwindigkeit V_g und der Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion V_D. Wenn die Luftdurchflussrate erhöht wird, werden die Geschwindigkeit und die Reynolds-Zahl der Strömung durch die Hülle erhöht, was die Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion V_d erhöht. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit der turbulenten Diffusion wird die Wandabscheidung durch die turbulente Diffusion dominierend und wird daher gleichmäßig. Dagegen geschieht bei niedrigen Durchflussraten (d. h. Geschwindigkeiten und Reynolds-Zahlen) die Wandabscheidung prinzipiell mittels Absetzen infolge Schwerkraft und wird daher am Boden der Hülle konzentriert.
Da sich das Aerosol nicht über irgendwelche Spalte für die Beschichtungsaufbringung erstrecken muss, wird außerdem die Einschränkung, dass die Teilchen eine "begrenzte Gleitfähigkeit" aufweisen (d. h. dass sie nach dem Kontakt nicht merklich strömen) gelockert. Tatsächlich ist ein gewisser Teilchenfluss in dieser Anwendung vorteilhaft, da er zu einer gleichmäßigeren Beschichtung führt.
2 stellt Betriebsbereiche für die spezielle Anwendung einer Luftleitung dar. Bei niedrigen Luftdurchflussraten geschieht die Entfernung von Teilchen aus dem Luftstrom prinzipiell durch Absetzen infolge Schwerkraft, was zur Abscheidung am Boden der Leitung und daher einer geringen Eindringung führt. Wenn die Luftströmung verstärkt wird, wird die Wandabscheidung aufgrund der Tatsache, dass die Teilchen sich schneller durch die Leitung bewegen und daher weiter laufen, bevor sie auf den Boden fallen, verringert, was einer hohen Eindringung entspricht. Um Teilchen an den Lecks bevorzugt abzuscheiden, werden Teilchengrößen und Durchflussraten, die den Hülleneindringwirkungsgrad maximieren, während ein angemessener Abscheidungswirkungsgrad aufrechterhalten wird, gewählt. Wenn die Luftdurchflussrate weiter erhöht wird, beginnt die Entfernung an den Wänden aufgrund der Erhöhung der turbulenten Diffusion zu den Wänden bei höheren Reynolds-Zahlen zuzunehmen, was wiederum zu einer niedrigen Eindringung führt. Es ist dieser dritte Bereich, der zu einer relativ gleichmäßigen Beschichtung auf den Innenwänden der Leitung führt.
Ein Diagramm der effektiven Leckfläche als Funktion der Zeit dokumentiert eine große Verringerung der Leckfläche. Die Zeitgeschichte der Leckverringerung stellt eine Dokumentation des Abdichtungsprozesses bereit. Die Dokumentation der Leckflächenverringerung kann Drittzuhörern präsentiert werden, um die Wirksamkeit der Abdichtung und die anschließende Energieeinsparung infolge der Verwendung der Teilchen zum Abdichten von entfernten Lecks zu quantifizieren. Die ELA-Kurve ist für verschiedene Leitungssysteme, sogar Leitungssysteme, die scheinbar identisch konstruiert sind, verschieden. Identische Kurven weisen eine sehr niedrige Wahrscheinlichkeit im Vorkommen auf.
Eine Vorrichtung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Die Vorrichtung besteht aus einem primären Körper 2, der aus einer hohlen Struktur besteht, die in ein Vorbereitungsende 4 und ein Abgabeende 6 unterteilt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der primäre Körper 2 eine zylindrische Form auf, wobei sich das Vorbereitungsende 4 zu einem Kegelstumpf verjüngt.
Ein Gebläse 8 ist mit dem Vorbereitungsende 4 des primären Körpers 2 verbunden. Das Gebläse 8 erzeugt einen Luftstrom durch den hohlen Teil des primären Körpers 2, wobei der Luftstrom am Abgabeende 6 des primären Körpers 2 austritt. Der erzeugte Luftstrom ist der Trägerstrom, in den das Festphasen-Aerosol eingeleitet wird und der verwendet wird, um die abzudichtende Hülle mit Druck zu beaufschlagen. Ein Lufterhitzer 10, der zwischen dem Gebläse 8 und dem Abgabeende 6 des primären Körpers 2 angeordnet ist, erhitzt den eingehenden Luftstrom. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte der Lufterhitzer 10 gegen die Verwendung eines Entfeuchtungsmittels ausgetauscht werden. Ein Filter 12 ist zwischen den Lufterhitzer 10 und das Abgabeende 6 des primären Körpers 2 eingefügt, um irgendwelche Teilchenverunreinigungen vor dem Einleiten des Aerosols zu verringern und sicherzustellen, dass die Aerosolteilchen nicht mit dem Erhitzer 10 in Kontakt kommen.
Ein Thermostat 14 befindet sich innerhalb des primären Körpers 2. Ein Druckschalter 16 befindet sich innerhalb des primären Körpers 2. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich der Schalter 16 im Abgabeende 6 des primären Körpers 2. Ein Steuermechanismus 18, der das Gebläse 8, den Druckschalter 16, den Lufterhitzer 10 und den Thermostaten 14 in Verbindung mit diesen Teilen verbindet, steuert die Temperatur und Geschwindigkeit des Trägerstroms.
Ein Durchflussmesssensor 19 ist mit dem Einlass des Gebläses 8 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Druckdifferenz über einer Messblende mit einem Druckwandler gemessen. Der Durchfluss durch die Einheit ist proportional zur Quadratwurzel der Druckdifferenz über der Messblende.
Eine Einleitungsdüse 20 ist in den primären Körper 2 zwischen dem Filter 12 und dem Abgabeende 6 des primären Körpers 2 eingesetzt. Eine Flüssigkeitssuspension von Aerosol wird zur Einleitungsdüse 20 von einer Aerosolquelle 22 geliefert. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Aerosolquelle 22 aus einem Luftkompressor, einem Druckregler und einem Flüssigkeitsspeichertank. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Einleitungsdüse und die Aerosolquelle ein monodisperses Aerosol erzeugen. Wenn eine trockene Aerosolquelle verwendet wird, kann der Lufterhitzer 10 weggelassen werden.
Ein Paar von Griffen 24 sind am primären Körper 2 der Vorrichtung angebracht, um den Transport und die Handhabung der Vorrichtung zu unterstützen. Außerdem ist ein Satz von Füßen 26 an der Unterseite des primären Körpers 2 befestigt, um die Einheit zu stabilisieren und die Positionierung der Vorrichtung zu unterstützen.
Bei der tatsächlichen Verwendung wird das Abgabeende 6 mit einer Öffnung in der abzudichtenden Hülle verbunden. Das Gebläse 8 erzeugt einen Trägerstrom, der durch den Durchflussmesssensor 19 gesaugt, durch den Lufterhitzer 10 erhitzt und dann durch den Filter 12 zum Entfernen von Verunreinigungen geleitet wird. Aerosol wird von der Aerosolquelle 22 durch die Einleitungsdüse 20 in das Vorbereitungsende 4 der Vorrichtung eingeleitet. Das Aerosol wird durch den durch das Gebläse 8 erzeugten Trägerstrom und aus dem Abgabeende 6 der Vorrichtung getragen. Die Flüssigkeit im Aerosol verdampft und der Trägerstrom mit dem restlichen Festphasen-Aerosol wird verwendet, um die abzudichtende Hülle mit Druck zu beaufschlagen.
Die Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Hülle und der äußeren Atmosphäre verursacht, dass die Teilchen des Festphasen-Aerosols die Lecks in der Hülle finden. Wenn das Aerosol auf die inneren Grenzen der Lecks auftrifft, klebt es, wenn es einen Kontakt herstellt. Durch diesen Prozess wird eine "Brücke" zwischen den durch ein Leck in der Hülle gebildeten Grenzen aufgebaut.
Wenn Lecks abgedichtet werden, steigt der Druck in der Hülle an. Der Druckanstieg wirkt als Rückkopplung zur Vorrichtung und der Druckschalter 16 in Verbindung mit dem Steuermechanismus 18 schaltet die Vorrichtung ab, sobald der Druck einen Pegel erreicht, der anzeigt, dass die Lecks abgedichtet sind.
Beispiel 1

Experimente wurden unter Verwendung einer Vorrichtung ähnlich dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung 16 cm² effektive Leckfläche (ELA) in einer Hülle in weniger als 30 Minuten abdichten können. Die Ergebnisse in Tabelle 1 sehen einen Beweis des Konzepts der Abdichtung einer Hülle mit Aerosolen vor. Tabelle 1 stellt typische Ergebnisse dar. TABELLE 1 – ELA-Verringerung nach Aerosoleinleitung

#	Anfängliche Durchflussrate [m³/h]	Enddruck [Pa]	Flüssigkeitsdurchflussrate [cm³/min]	Dauer [min]	ELA vor der Einleitung [cm²]	Genauigkeit der anfänglichen ELA-Messung (in %)	ELA-Verringerung (in %)
1	40	60	5,7	50	16,4	3,0	34
2	70	96	10	25	16,4	3,0	18
3	60	135	6	20	16,4	3,0	84
4	50	210	5	30	16,4	3,0	95
5	50	205	5	30	16,4	3,0	82
6	40	210	410	30	16,4	3,04	94
7	40	209	4	30	16,4	3,0	94
8	30	18	3	30,4	16,4	3,0	29
9	60	105	6	30	16,4	3,0	94
10	40	10	4	30	36,1	2,4	37
11	50	15	5	30	26,3	2,7	42

In den Experimenten (#) 1–11, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, wurde eine Heizvorrichtung in der Leitung verwendet, um den Wassergehalt der Aerosolteilchen vor der Aerosoleinleitung zu verringern.
Aus Tabelle 1 ist zu sehen, dass die ELA die Hülle um mehr als 90% in 20 bis 45 Minuten verringert werden kann. Außerdem kann die anfängliche Luftdurchflussrate bis auf 40 Kubikmeter/Stunde pro Zweig gesenkt werden und stellt immer noch ausreichend Aerosoleindringung und signifikante ELA-Verringerung bereit (siehe Experimente 6 und 7). Gemäß unseren Experimenten geschieht das Abdichten eines Äquivalents von 16 cm² in etwa 30 Minuten. Größere anfängliche Lecks erfordern mehr Zeit zum Abdichten (siehe Experimente 10 und 11).
Beispiel 2
Der in 2 gezeigte Graph stellt den Eindringwirkungsgrad als Funktion der Durchflussrate und Teilchengröße dar. Dieses Beispiel wurde unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in einer Leitung mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Länge von 10 Metern ausgeführt. Die Leiste in den Diagrammen stellt die Bedingungen dar, unter denen sich die maximale Eindringung aus einem Gleichgewicht von Geschwindigkeit V_d der turbulenten Diffusion zu den Wänden der Leitung und der Schwerkraftabsetzungsgeschwindigkeit V_g für eine spezielle Teilchengröße, die sich durch die Leitung bewegt, ergibt.

Claims

Verfahren zum Abdichten von Lecks in einer Fluidhülle mit den Schritten: a) Beaufschlagen der Hülle mit Druck unter Verwendung eines Fluids, das mit einer speziellen Fluiddurchflussrate von einem Fluideinleitungsort zu und durch Lecks in der Fluidhülle strömt und eine spezielle Druckdifferenz über den Lecks vorsieht; b) Überwachen der Fluidströmung und des Drucks innerhalb der Fluidhülle; c) Einleiten eines Aerosols mit Teilchen in einem Größenbereich zwischen 1 und 100 Mikrometer im Durchmesser in die Fluidhülle; und d) Einführen der Teilchen in das zu den und durch die Lecks strömende Fluid, wobei die Teilchen ihre Form im Wesentlichen beibehalten und an der Hüllenwand und aneinander bei einem Zusammenstoß an Stellen benachbart zu den Lecks haften, um eine Brücke von Teilchen aufzubauen, die sich zwischen den Grenzen von jedem der Lecks erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen in einem Größenbereich zwischen 2 und 40 Mikrometer im Durchmesser liegen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Teilchen in einem Größenbereich zwischen 3 und 15 Mikrometer im Durchmesser liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erzeugte Fluiddurchflussrate zwischen 20 und 20000 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erzeugte Fluiddurchflussrate zwischen 100 und 5000 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erzeugte Fluiddurchflussrate zwischen 200 und 600 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen ein Festphasen-Aerosol sind, wobei Schritt d) die Schritte aufweist: e) Verdünnen eines in einer Trägerflüssigkeit suspendierten Dichtungsmittels; f) Einleiten des in der Trägerflüssigkeit suspendierten Dichtungsmittels in die Fluidströmung, und g) Verringern des Sättigungsgrades der Dampfphase der Trägerflüssigkeit in der Fluidströmung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt g) den Schritt aufweist: h) Trocknen des Gases in der Fluidströmung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt g) den Schritt aufweist: h) Erhitzen des Gases in der Fluidströmung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt a) zum Unterstützen der Druckbeaufschlagung der Hülle die Schritte aufweist: e) Schließen von irgendwelchen absichtlichen Öffnungen in der Hülle; und f) Isolieren oder Entfernen von beschichtungsempfindlichen Strukturen aus dem Inneren der Hülle.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt a) zum weiteren Unterstützen der Druckbeaufschlagung der Hülle den zusätzlichen Schritt aufweist: g) Verwenden eines Filters an einer absichtlichen Öffnung der Hülle, um den Innendruck zu verringern und die Fluidströmungsgeschwindigkeiten zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt a) zum weiteren Unterstützen der Druckbeaufschlagung der Hülle den zusätzlichen Schritt aufweist: g) Induzieren einer Turbulenz in der Hülle, um zu helfen, Teilchen im Luftstrom suspendiert zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Festphasen-Aerosol in Wasser suspendiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zum Erzeugen der Trägerströmung verwendete Gas Luft ist.
Vorrichtung zum Fernabdichten und Fernbeschichten einer Hülle von innen mit: a) einem primären Körper (2), der aus einer hohlen Struktur besteht, die in ein Vorbereitungsende (4) und ein Abgabeende (6) unterteilt ist, b) einem Gebläse (8), das mit dem Vorbereitungsende (4) des primären Körpers (2) verbunden ist, c) einem Lufterhitzer (10), der zwischen dem Gebläse und dem Abgabeende des primären Körpers angeordnet ist, d) einem Filter (12), der zwischen dem Lufterhitzer und dem Abgabeende des primären Körpers angeordnet ist, e) einem Thermostaten (14), der sich innerhalb des primären Körpers befindet, f) einem Druckschalter (16), der sich innerhalb des primären Körpers befindet, g) einem Steuermechanismus (18), der das Gebläse, den Drucksensor, den Lufterhitzer und den Thermostaten verbindet, h) einer Einleitungsdüse (20), die in den primären Körper zwischen dem Filter und dem Abgabeende des primären Körpers eingesetzt ist, und i) einer Aerosolquelle (22), die mit der Einleitungsdüse verbunden ist; wobei die Einleitungsdüse (20) dazu ausgelegt ist, ein Aerosol mit Teilchen in einem Größenbereich zwischen 1 und 100 Mikrometer im Durchmesser einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei eine Durchflussmessvorrichtung (19) mit dem Gebläse verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Druckschalter (16) eine entfernte Einheit ist, die sich innerhalb der abzudichtenden Hülle befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Einleitungsdüse (20) eine Ultraschalldüse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Aerosolquelle (22) einen Luftkompressor, einen Druckregler und einen Flüssigkeitsspeichertank aufweist.
Dichtung für eine Lecköffnung in einer Hülle mit: Teilchen, die im Wesentlichen ihre Form beibehalten und an einer Hüllenwand und aneinander an Stellen benachbart zu einer Lecköffnung in der Hüllenwand haften, wobei die Teilchen infolge ihrer Haftung aneinander an Stellen benachbart zu der Lecköffnung eine Brücke von Teilchen bilden, die eine Dichtung herstellt, die sich zwischen den Grenzen des Lecks erstreckt; wobei die Lecköffnungsdichtung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 aufgebracht wird; oder wobei die Lecköffnungsdichtung unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 aufgebracht wird.