WO2018065088A1 - Verbindungselement zum verbinden von fluidleitenden bauteilen - Google Patents

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WO2018065088A1
WO2018065088A1 PCT/EP2017/001143 EP2017001143W WO2018065088A1 WO 2018065088 A1 WO2018065088 A1 WO 2018065088A1 EP 2017001143 W EP2017001143 W EP 2017001143W WO 2018065088 A1 WO2018065088 A1 WO 2018065088A1
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region
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jacket
shell
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Hanno Tautz
Michael Huber
Volkmar Lemme
Maximilian Märkl
Peter Sauerwein
Christian Fohlmeister
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Linde GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups
    • F16L9/153—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups comprising only layers of metal and concrete with or without reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a connecting element for connecting fluid-conducting components, which is adapted to a first end with a first
  • Fasteners may be used in equipment to interconnect individual fluid-conducting components such as pipes, outlet headers, inlet headers, and so on.
  • the corresponding connecting element can be connected at its two ends to a respective fluid-conducting component, e.g. be welded. Through the interior of such fasteners thus a fluid is passed, which usually has a high temperature.
  • the connecting elements are thus exposed to high thermal loads.
  • a connection element is described in US Pat. No. 5,690,168.
  • Such fasteners have an inner skirt or an inner tube made of metal which is in direct contact with the fluid.
  • This metallic inner shirt may be surrounded by an insulating material. It may be provided a cavity between the inner metal shirt and the insulating material in order to compensate for a thermal expansion of the metal can. Nevertheless, there is the risk due to the high thermal load that deformations and damage to the inner shirt and thus the entire connecting element occur. Corrosive fluids can also cause corrosion or wear of the metallic inner shirt. This can result in a flow of fluid through the system no longer being maintained or sufficient
  • the connecting element is adapted to be connected at a first end to a first fluid-conducting component and at a second end to a second fluid-conducting component, e.g. welded, to become.
  • the connecting element has an inner jacket and an outer jacket.
  • the inner jacket is made of at least one refractory material and the outer jacket is made of a metallic material.
  • a refractory material is to be understood as meaning, in particular, a material which has a conical falling point of at least SK17 at 1500 ° C. in a shear cone test according to DIN 51063.
  • the fluid-conducting components may be part of a system, e.g. one
  • Reforming plant a heat exchanger, a steam generator, one
  • a fluid is passed through the fluid-conducting components and the connecting element in the operation of the respective system, in particular a hot gas or gas mixture.
  • the connecting element according to the invention thus has no or at least hardly any portions of metallic material which is in direct contact with the fluid.
  • the connecting element thus executed without metallic inner shirt.
  • the refractory material of the connecting element is in contact with the fluid.
  • the refractory material can in particular withstand high thermal loads, without causing deformation or
  • the refractory material continues to serve in particular for thermal insulation of the connecting element.
  • the outer sheath of the metallic valuable material serves in particular static purposes, expediently to give sufficient stability to the connecting element.
  • the inner jacket is to be regarded in particular as a temperature-carrying part of the connecting element, the outer jacket in particular as a pressure-carrying part.
  • an inner diameter of the inner shell is along one
  • Main extension direction of the connecting element constant.
  • the inner diameter of the inner shell suitably corresponds to the inner diameter of the connecting element.
  • This main extension direction of the connecting element is in particular parallel to a flow direction, along which a respective fluid can be passed through the connecting element.
  • the inner surface of the inner shell is thus formed in particular cylindrical.
  • the inner diameter of the inner jacket is preferably made to be variable at least in a region of the connecting element along the main extension direction of the connecting element.
  • parameters of the fluid passing through the connecting element may be influenced in this manner, e.g. Flow velocity, flow rate, pressure, etc.
  • the inner diameter of the inner jacket extends at least in the region of the connecting element along the main extension direction of the Connecting element conical.
  • the inner surface of the inner shell is thus formed in particular at least partially cone-shaped.
  • an outer diameter of the outer jacket is at least in a region of the connecting element along a main extension direction of the
  • the outer diameter of the outer shell suitably corresponds to the outer diameter of the
  • the inner jacket does not extend in a first region extending along the main extension direction of the connecting element.
  • only the outer jacket extends in this first region.
  • both the inner and outer sheath extend.
  • the outer diameter of the outer jacket is constant in this first region of the connecting element.
  • the outer diameter of the outer jacket widens preferably conically.
  • the outer diameter of the outer jacket is preferably constant.
  • This first region extends in particular from one of the two ends of the connecting element, for example, without limiting the generality, from the first end.
  • the outer diameter of the outer jacket in this first region may suitably correspond to an outer diameter of the first component, which is connected at the first end to the connecting element.
  • the third area extends from the other of the two ends of the
  • the outer diameter of the outer jacket in this third region corresponds in particular to an outer diameter of the second component connected to the connecting element at the second end.
  • the outer diameter of the outer shell thus advantageously has a different value in the first region than in the third region.
  • the value of the outer diameter thus changes from a first value in the first range to a value different from the first value in the third range.
  • the outer diameter changes with a constant pitch.
  • the inner diameter of the inner shell in each of the second and third regions is constant.
  • the inner surface of the inner shell is thus designed in particular cylindrical.
  • the inner diameter of the inner shell widens conically in the second and third regions.
  • the inner surface of the inner jacket is therefore in particular cylindrical, in particular in the second and third regions in the form of a cone.
  • the inner diameter of the inner shell expediently corresponds to the inner diameter of the with the
  • the outer shell has a notch and the inner shell a curvature, wherein the curvature and the notch mesh. Curvature and indentation are in particular positively matched to each other. This notch is advantageously formed as a groove or a depression in the outer shell. In particular, this indentation and curvature each extend mainly parallel to the
  • an inverse embodiment is also conceivable, that is to say that the outer casing has a curvature and the inner casing has a notch.
  • the notch is arranged in the outer jacket, in particular in a region from which the inner jacket extends.
  • the curvature is arranged in particular on a front side of the inner shell.
  • About this curvature and indentation of the inner and outer mantle are suitably connected or fixed together.
  • Figures 1 and 2 each show schematically a preferred embodiment of a connecting element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention
  • the connecting element 100 is used, for example, in a reforming plant to connect a first fluid-conducting component in the form of a first tube 103, which is externally insulated, for example, to a second fluid-conducting component in the form of a second tube 104, which is internally insulated, for example.
  • the connector 100 is connected at a first end 101 to the first tube 103, e.g. welded, and at a second end 102 with the second tube 104.
  • a hot fluid having a temperature of in particular over 900 ° C through the tubes 103 and 104 and the
  • the connecting element 100 has an inner shell 1 10, which is made of a refractory material, in particular of a ceramic material.
  • the inner cladding has two layers, wherein a first layer of a first ceramic material 1 10A and a second layer of a second ceramic material 1 10B is made.
  • the connecting element 100 has an outer jacket 120, which is made of a metallic material.
  • An inner surface 1 1 1 of the inner shell 1 10 thereby forms at least partially the inner surface of the connecting element 100 and is in direct contact with the fluid during operation of the reforming plant.
  • An outer surface 121 of the outer shell 120 forms the outer surface of the connecting element 100.
  • the outer diameter of the outer shell 120 is constant in this first region and has a first value RAI of, for example, 6 cm.
  • RAI of the outer diameter corresponds in particular to the outer diameter of the first tube 103.
  • a corresponding second value RA2 of the outer diameter thus changes in the second region 132.
  • the outer diameter of the outer jacket 20 is constant and has a third value RA3 of, for example, 12 cm.
  • this third value RA3 corresponds to the outer diameter of the second tube 104.
  • the outer diameter of the outer shell 120 tapers conically from the smaller first value RAI to the larger third value RA3.
  • the inner diameter of the inner shell 1 10 is along the
  • Main extension direction 105 of the connecting element 100 is constant and has, for example, a value Ri of 4 cm.
  • the inner diameter of the inner jacket 110 particularly corresponds in each case to the inner diameter of the first tube 103, so that the free cross section for the fluid remains constant.
  • An outer diameter of the inner shell 110 changes in the second area 132 and is constant in the third area 133.
  • has the Outer diameter of the inner shell 1 10 in the third region 133 has a value of 10 cm.
  • FIG. 2 schematically shows a further preferred embodiment of a connecting element according to the invention and designated by 200.
  • the connecting element 200 likewise has an inner jacket 210 made of a first ceramic material 210A and a second ceramic material 21BB having an inner surface 21 1 and an outer jacket 220 made of a metallic material having an outer surface 221.
  • the shape of the outer surface 221 corresponds for example to the outer surface 121 of the connecting element 100 shown in Figure 1. Accordingly, has
  • the constant first value RAI e.g. 6 cm, which corresponds for example to the outer diameter of the first tube 203.
  • the outer diameter of the outer jacket 220 has the constant third value R A 3 of, for example, 12 cm, which corresponds, for example, to the outer diameter of the second tube 204.
  • the outer diameter R A2 of the outer jacket 220 widens along a main extension direction 205 of the connecting element 200.
  • the inner jacket 210 extends in the second region 232 and the third region 233. Similar to the embodiment according to FIG. 1, the outer jacket 220 has a notch 225 and the inner jacket 210 has a bulge 215. Unlike the example shown in Figure 1, the inner diameter of the inner shell 2 0 according to Figure 2 is not constant along the
  • Main extension direction 205 of the connecting element 200 and at least in a region of the connecting element 200 along the main extension direction 205 is formed variable.
  • the inner diameter R12 of the inner shell 210 widens conically.
  • the inner surface 211 of the inner shell 210 is thus cone-shaped.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement (100) zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen (103, 104), das dazu eingerichtet ist, an einem ersten Ende (101) mit einem ersten fluidleitenden Bauteil (103) und an einem zweiten Ende (102) mit einem zweiten fluidleitenden Bauteil (104) verbunden zu werden, wobei das Verbindungselement (100) einen inneren Mantel (110) und einen äußeren Mantel (120) aufweist, wobei der innere Mantel (110) aus wenigstens einem feuerfesten Werkstoff und der äußere Mantel (120) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind.

Description

Beschreibung
Verbindungselement zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen, das dazu eingerichtet ist, an einem ersten Ende mit einem ersten
fluidleitenden Bauteil und an einem zweiten Ende mit einem zweiten fluidleitenden Bauteil verbunden zu werden.
Stand der Technik Verbindungselemente können in Anlagen verwendet werden, um einzelne fluidleitende Bauteile wie Rohre, Austrittssammler, Eintrittssammler usw., miteinander zu verbinden. Das entsprechende Verbindungselement kann an seinen beiden Enden jeweils mit einem fluidleitenden Bauteil verbunden, z.B. verschweißt sein. Durch das Innere derartiger Verbindungselemente wird somit ein Fluid geleitet, welches zumeist eine hohe Temperatur besitzt. Die Verbindungselemente sind somit hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Beispielsweise ist ein derartiges Verbindungselement in der US 5 690 168 beschrieben.
Oftmals weisen derartige Verbindungselemente ein Innenhemd bzw. ein Innenrohr aus Metall auf, welches direkt mit dem Fluid in Kontakt ist. Dieses metallische Innenhemd kann von einem isolierenden Material umgegeben sein. Es kann ein Hohlraum zwischen dem metallischen Innenhemd und dem isolierenden Material vorgesehen sein, um eine thermische Ausdehnung des Metalls ausgleichen zu können. Dennoch besteht durch die hohe thermische Belastung die Gefahr, dass es zu Verformungen und Beschädigungen des Innenhemds und somit des gesamten Verbindungselements kommt. Bei korrosiven Fluiden kann es weiterhin zu Korrosion bzw. Verschleiß des metallischen Innenhemds kommen. Dies kann dazu führen, dass ein Fluss des Fluids durch die Anlage nicht mehr aufrechterhalten oder in ausreichendem Maße
sichergestellt werden kann. Es kann dazu kommen, dass kein Fluid mehr durch das Verbindungselement geleitet werden kann und dass die miteinander verbundenen Bauteile blockiert sind. Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Verbindungselement zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen bereitzustellen, welches hohen thermischen Belastungen standhalten kann. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verbindungselement zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Das Verbindungselement ist dazu eingerichtet, an einem ersten Ende mit einem ersten fluidleitenden Bauteil und an einem zweiten Ende mit einem zweiten fluidleitenden Bauteil verbunden, z.B. verschweißt, zu werden. Das Verbindungselement weist einen inneren Mantel und einen äußeren Mantel auf. Der innere Mantel ist aus wenigstens einem feuerfesten Werkstoff und der äußere Mantel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt.
Unter einem feuerfesten Werkstoff sei in diesem Zusammenhang insbesondere ein Werkstoff zu verstehen, der bei einer Segerkegelprüfung nach DIN 51063 einen Kegelfallpunkt von mindestens SK17 bei 1500°C besitzt.
Die fluidleitenden Bauteile können Teil einer Anlage sein, z.B. einer
Reformierungsanlage, eines Wärmetauschers, eines Dampferzeugers, eines
Steamcrackers, usw. Durch die fluidleitenden Bauteile und das Verbindungselement wird somit im Betreib der jeweiligen Anlage ein Fluid geleitet, insbesondere ein heißes Gas bzw. Gasgemisch.
Eine Innenseite bzw. Innenfläche des inneren Mantels steht dabei direkt mit dem Fluid in Kontakt. Das erfindungsgemäße Verbindungselement weist somit keine oder zumindest kaum Abschnitte aus metallischem Werkstoff auf, welches mit dem Fluid direkt in Kontakt steht. Zweckmäßigerweise ist das erfindungsgemäße
Verbindungselement somit ohne metallisches Innenhemd ausgeführt. Somit steht hauptsächlich der feuerfeste Werkstoff des Verbindungselements in Kontakt mit dem Fluid. Der feuerfeste Werkstoff kann insbesondere auch hohen thermischen Belastungen standhalten, ohne dass es zu Verformungen oder
Beschädigungen kommt. Somit können auch Fluide mit sehr hohen Temperaturen durch das Verbindungselement geleitet werden, ohne dass das Verbindungselement dabei beschädigt wird. Weiterhin kommt es auch bei korrosiven Fluiden insbesondere nicht oder zumindest kaum zu Korrosion oder Verschleiß des inneren Mantels und des Verbindungselements. Es besteht somit nicht die Gefahr, dass die miteinander verbundenen Bauteile blockiert werden und dass ein Fluss des Fluids durch die Anlage nicht mehr aufrechterhalten werden kann.
Der feuerfeste Werkstoff dient weiterhin insbesondere zur thermischen Isolierung des Verbindungselements. Der äußere Mantel aus dem metallischen Wertstoff dient insbesondere statischen Zwecken, zweckmäßigerweise um dem Verbindungselement ausreichend Stabilität zu verleihen. Der innere Mantel ist insbesondere als ein temperaturführender Teil des Verbindungselements anzusehen, der äußere Mantel insbesondere als ein druckführender Teil.
Vorteilhafterweise ist ein Innendurchmesser des inneren Mantels entlang einer
Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements konstant. Der Innendurchmesser des inneren Mantels entspricht zweckmäßigerweise dem Innendurchmesser des Verbindungselements. Diese Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements ist insbesondere parallel zu einer Flussrichtung, entlang welcher ein jeweiliges Fluid durch das Verbindungselement geleitet werden kann. Die Innenfläche des inneren Mantels ist somit insbesondere zylinderförmig ausgebildet.
Alternativ ist der Innendurchmesser des inneren Mantels vorzugsweise zumindest in einem Bereich des Verbindungselements entlang der Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements veränderlich ausgebildet. Beispielsweise können auf diese Weise Parameter des durch das Verbindungselements geleiteten Fluids beeinflusst werden, z.B. Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Druck usw.
Vorzugsweise erweitert sich der Innendurchmesser des inneren Mantels zumindest in dem Bereich des Verbindungselements entlang der Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements konisch. Die Innenfläche des inneren Mantels ist somit insbesondere zumindest zum Teil konusförmig ausgebildet.
Bevorzugt ist ein Außendurchmesser des äußeren Mantels zumindest in einem Bereich des Verbindungselements entlang einer Haupterstreckungsrichtung des
Verbindungselements veränderlich ausgebildet. Der Außendurchmesser des äußeren Mantels entspricht zweckmäßigerweise dem Außendurchmesser des
Verbindungselements. Vorteilhafterweise erstreckt sich der innere Mantel nicht in einem sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements erstreckenden ersten Bereich. Insbesondere erstreckt sich in diesem ersten Bereich nur der äußere Mantel. In dem restlichen Bereich des Verbindungselements erstrecken sich vorzugsweise sowohl der innere als auch der äußere Mantel.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser des äußeren Mantels in diesem ersten Bereich des Verbindungselements konstant. In einem an den ersten Bereich anschließenden zweiten Bereich erweitert sich der Außendurchmesser des äußeren Mantels vorzugsweise konisch. In einem sich an dem zweiten Bereich anschließenden dritten Bereich des Verbindungselements ist der Außendurchmesser des äußeren Mantels vorzugsweise konstant.
Dieser erste Bereich erstreckt sich insbesondere von einem der beiden Enden des Verbindungselements aus, beispielsweise, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, von dem ersten Ende aus. Der Außendurchmesser des äußeren Mantels in diesem ersten Bereich kann zweckmäßigerweise einem Außendurchmesser des ersten Bauteils entsprechen, welches an dem ersten Ende mit dem Verbindungselement verbunden ist. Analog erstreckt sich der dritte Bereich von dem anderen der beiden Enden des
Verbindungselements aus, beispielsweise, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, von dem zweiten Ende aus. Der Außendurchmesser des äußeren Mantels in diesem dritten Bereich entspricht insbesondere einem Außendurchmesser des an dem zweiten Ende mit dem Verbindungselement verbundenen zweiten Bauteils. Der Außendurchmesser des äußeren Mantels besitzt somit in dem ersten Bereich zweckmäßigerweise einen anderen Wert als in dem dritten Bereich. In dem zweiten Bereich verändert sich der Wert des Außendurchmessers somit von einem ersten Wert in dem ersten Bereich zu einem von dem ersten Wert verschiedenen Wert in dem dritten Bereich. Insbesondere verändert sich der Außendurchmesser dabei mit einer konstanten Steigung.
Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser des inneren Mantels in dem zweiten und dritten Bereich jeweils konstant. Wie oben erläutert ist die Innenfläche des inneren Mantels somit insbesondere zylinderförmig ausgebildet. Alternativ erweitert sich der Innendurchmesser des inneren Mantels in dem zweiten und dritten Bereich bevorzugt konisch. In dem ersten Bereich ist die Innenfläche des inneren Mantels somit insbesondere zylinderförmig, in dem zweiten und dritten Bereich insbesondere konusförmig ausgebildet.
An dem ersten Ende des Verbindungselements entspricht der Innendurchmesser des inneren Mantels zweckmäßigerweise dem Innendurchmesser des mit dem
Verbindungselement an diesem Ende verbundenen ersten Bauteils. Analog entspricht der Innendurchmesser des zweiten Bauteils, welches an dem zweiten Ende mit dem Verbindungselement verbunden ist, zweckmäßigerweise dem Innendurchmesser des inneren Mantels an dem zweiten Ende. Der Innendurchmesser des inneren Mantels verändert sich in dem zweiten und dritten Bereich zweckmäßigerweise mit konstanter Steigung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der äußere Mantel eine Einkerbung und der innere Mantel eine Wölbung auf, wobei die Wölbung und die Einkerbung ineinandergreifen. Wölbung und Einkerbung sind insbesondere formschlüssig aufeinander abgestimmt. Diese Einkerbung ist vorteilhafterweise als eine Nut bzw. eine Vertiefung in dem äußeren Mantel ausgebildet. Insbesondere erstrecken sich diese Einkerbung und Wölbung jeweils hauptsächlich parallel zu der
Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements und verlaufen insbesondere konzentrisch zu dieser Haupterstreckungsrichtung. Es sei angemerkt, dass
vorteilhafterweise auch eine inverse Ausgestaltung denkbar ist, dass also der äußere Mantel eine Wölbung und der innere Mantel eine Einkerbung aufweist. Die Einkerbung ist in dem äußeren Mantel insbesondere in einem Bereich angeordnet, ab welchem sich der innere Mantel erstreckt. Die Wölbung ist insbesondere an einer Stirnseite des inneren Mantels angeordnet. Über diese Wölbung und Einkerbung sind der innere und äußere Mantel zweckmäßig miteinander verbunden bzw. fixiert. Durch eine derartige Fixierung kann insbesondere eine Beschädigung des inneren und äußeren Mantels verhindert werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass feuerfeste Werkstoffe, z.B. Keramik, brechen oder auf andere Art beschädigt werden.
Vorzugsweise ist der innere Mantel aus einem keramischen Material und/oder aus Beton gefertigt. Der innere Mantel ist vorzugsweise aus verschiedenen feuerfesten Werkstoffen gefertigt. Bevorzugt weist der innere Mantel wenigstens zwei Schichten auf, welche jeweils aus unterschiedlichen feuerfesten Werkstoffen gefertigt sind. Die Frontschicht ist insbesondere verschleißfest ausgeführt. Bevorzugt ist das Verbindungselement dazu eingerichtet, ein Fluid mit einer
Temperatur von über 900°C zu leiten. Das Verbindungselement ist für den Einsatz unter vergleichsweise hohen Temperaturen geeignet und kann diesen hohen thermischen Belastungen ohne Schaden zu nehmen standhalten. Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement dazu eingerichtet, mit einem Rohr und/oder mit einem Austrittssammler und/oder mit einem Eintrittssammler als erstes fluidleitendes Bauteil und/oder als zweites fluidleitendes Bauteil verbunden zu werden. Zweckmäßigerweise kann eines der beiden Bauteile als ein innenisoliertes Bauteil ausgebildet sein und das andere der beiden Bauteile als ein außenisoliertes Bauteil.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 und 2 zeigen jeweils schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements. Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Verbindungselements schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.
Das Verbindungselement 100 wird beispielsweise in einer Reformierungsanlage verwendet, um ein erstes fluidleitendes Bauteil in Form eines ersten Rohrs 103, welches beispielsweise außenisoliert ist, mit einem zweiten fluidleitenden Bauteil in Form eines zweiten Rohrs 104 zu verbinden, welches beispielsweise innenisoliert ist.
Das Verbindungselement 100 ist an einem ersten Ende 101 mit dem ersten Rohr 103 verbunden, z.B. verschweißt, und an einem zweiten Ende 102 mit dem zweiten Rohr 104. Im Betrieb der Reformierungsanlage wird ein heißes Fluid mit einer Temperatur von insbesondere über 900°C durch die Rohre 103 und 104 sowie das
Verbindungselement 100 geleitet.
Das Verbindungselement 100 weist einen inneren Mantel 1 10 auf, welcher aus einem feuerfesten Werkstoff, insbesondere aus einem keramischen Werkstoff, gefertigt ist. In diesem Beispiel weist der innere Mantel zwei Schichten auf, wobei eine erste Schicht aus einem ersten keramischen Werkstoff 1 10A und eine zweite Schicht aus einem zweiten keramischen Werkstoff 1 10B gefertigt ist.
Weiterhin weist das Verbindungselement 100 einen äußeren Mantel 120 auf, welcher aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Eine Innenfläche 1 1 1 des inneren Mantels 1 10 bildet dabei zumindest teilweise die Innenfläche des Verbindungselements 100 und ist im Betrieb der Reformierungsanlage in direktem Kontakt mit dem Fluid. Eine Außenfläche 121 des äußeren Mantels 120 bildet die Außenfläche des Verbindungselements 100.
In einem ersten Bereich 131 des Verbindungselements 100 erstreckt sich
insbesondere nur der äußere Mantel 120 und nicht der innere Mantel 1 10.
Zweckmäßigerweise ist der Außendurchmesser des äußeren Mantels 120 in diesem ersten Bereich konstant und besitzt einen ersten Wert RAI von z.B. 6 cm. Dieser erste Wert RAI des Außendurchmessers entspricht dabei insbesondere dem Außendurchmesser des ersten Rohrs 103.
In einem zweiten Bereich 132, welcher sich an den ersten Bereich 131 anschließt, ist der Außendurchmesser des äußeren Mantels 120 entlang einer
Haupterstreckungsrichtung 105 des Verbindungselements 100 veränderlich
ausgebildet. Ein entsprechender zweiter Wert RA2 des Außendurchmessers verändert sich somit in dem zweiten Bereich 132. In einem dritten Bereich 133, welcher sich an den zweiten Bereich 132 anschließt, ist der Außendurchmesser des äußeren Mantels 20 konstant und besitzt einen dritten Wert RA3 von beispielsweise 12 cm. Dieser dritte Wert RA3 entspricht insbesondere dem Außendurchmesser des zweiten Rohrs 104. In dem zweiten Bereich 132 erweitert sich der Außendurchmesser des äußeren Mantels 120 konisch von dem kleineren ersten Wert RAI auf den größeren dritten Wert RA3.
Der innere Mantel erstreckt sich in dem zweiten und dem dritten Bereich 132, 133. In einem Verbindungsbereich zwischen innerem und äußerem Mantel 1 10, 120 weist der äußere Mantel 120 eine Einkerbung 125 auf und der innere Mantel 1 10 eine Wölbung 1 15, welche ineinander greifen. Durch diese Einkerbung 1 15 und Wölbung 125 können innerer und äußerer Mantel 1 10, 120 fixiert werden und es kann eine Beschädigung des keramischen Materials 1 10A verhindert werden. Einkerbung und Wölbung erstrecken sich jeweils hauptsächlich parallel zu der Haupterstreckungsrichtung 105 des Verbindungselements 100 und verlaufen konzentrisch zu dieser
Haupterstreckungsrichtung 105.
Der Innendurchmesser des inneren Mantels 1 10 ist entlang der
Haupterstreckungsrichtung 105 des Verbindungselements 100 konstant und besitzt beispielsweise einen Wert Ri von 4 cm. Der Innendurchmesser des inneren Mantels 1 10 entspricht insbesondere jeweils dem Innendurchmesser des ersten Rohrs 103, so dass der freie Querschnitt für das Fluid konstant bleibt.
Ein Außendurchmesser des inneren Mantels 1 10 verändert sich in dem zweiten Bereich 132 und ist in dem dritten Bereich 133 konstant. Beispielsweise besitzt der Außendurchmesser des inneren Mantels 1 10 in dem dritten Bereich 133 einen Wert von 10 cm.
In Figur 2 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet.
Analog zu dem Verbindungselement 100 ist auch das Verbindungselement 200 gemäß Figur 2 an einem ersten Ende 201 mit einem ersten Rohr 203 einer
Reformierungsanlage und an einem zweiten Ende 202 mit einem zweiten Rohr 204 dieser Reformierungsanlage verschweißt.
Das Verbindungselement 200 weist ebenfalls einen inneren Mantel 210 aus einem ersten keramischen Werkstoff 210A und einem zweiten keramischen Werkstoff 21 OB mit einer Innenfläche 21 1 und einen äußeren Mantel 220 aus einem metallischen Werkstoff mit einer Außenfläche 221 auf.
Die Form der Außenfläche 221 entspricht beispielsweise der Außenfläche 121 des in Figur 1 dargestellten Verbindungselements 100. Demgemäß besitzt der
Außendurchmesser des äußeren Mantels 220 in einem ersten Bereich 231 des Verbindungselements 200 den konstanten ersten Wert RAI von z.B. 6 cm, welcher beispielsweise dem Außendurchmesser des ersten Rohrs 203 entspricht.
In einem dritten Bereich 233 besitzt der Außendurchmesser des äußeren Mantels 220 den konstanten dritten Wert RA3 von beispielsweise 12 cm, welcher beispielsweise dem Außendurchmesser des zweiten Rohrs 204 entspricht.
In einem zweiten Bereich 232 zwischen erstem und drittem Bereich 231 und 233 erweitert sich der Außendurchmesser RA2 des äußeren Mantels 220 entlang einer Haupterstreckungsrichtung 205 des Verbindungselements 200.
Der innere Mantel 210 erstreckt sich in dem zweiten Bereich 232 und dem dritten Bereich 233. Analog zu der Ausgestaltung gemäß Figur 1 weist der äußere Mantel 220 eine Einkerbung 225 und der innere Mantel 210 eine Wölbung 215 auf. Anders als bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ist der Innendurchmesser des inneren Mantels 2 0 gemäß Figur 2 nicht konstant entlang der
Haupterstreckungsrichtung 205 des Verbindungselements 200 und zumindest in einem Bereich des Verbindungselements 200 entlang der Haupterstreckungsrichtung 205 veränderlich ausgebildet.
In dem zweiten und dritten Bereich 232 und 233 erweitert sich der Innendurchmesser R12 des inneren Mantels 210 konisch. In dem zweiten und dritten Bereich 232 und 233 ist die Innenfläche 211 des inneren Mantels 210 somit konusförmig ausgebildet.
Bezugszeichenliste
100 Verbindungselement
101 erstes Ende des Verbindungselements
102 zweites Ende des Verbindungselements
103 erstes fluidleitendes Bauteil, erstes Rohr
104 zweites fluidleitendes Bauteil, zweites Rohr
105 Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements
110 innerer Mantel
110A erster feuerfester Werkstoff
110B zweiter feuerfester Werkstoff
1 11 Innenfläche des inneren Mantels
115 Wölbung
120 äußerer Mantel aus metallischem Werkstoff
121 Außenfläche des äußeren Mantels
125 Einkerbung
131 erster Bereich des Verbindungselements
132 zweiter Bereich des Verbindungselements
132 dritter Bereich des Verbindungselements
200 Verbindungselement
201 erstes Ende des Verbindungselements
202 zweites Ende des Verbindungselements
203 erstes fluidleitendes Bauteil, erstes Rohr
204 zweites fluidleitendes Bauteil, zweites Rohr
205 Haupterstreckungsrichtung des Verbindungselements
210 innerer Mantel210A erster feuerfester Werkstoff 210B zweiter feuerfester Werkstoff
211 Innenfläche des inneren Mantels
215 Wölbung
220 äußerer Mantel aus metallischem Werkstoff
221 Außenfläche des äußeren Mantels
225 Einkerbung
231 erster Bereich des Verbindungselements
232 zweiter Bereich des Verbindungselements 232 dritter Bereich des Verbindungselements
RAI erster konstanter Wert des Außendurchmessers des äußeren Mantels
RA2 zweiter veränderlicher Wert des Außendurchmessers des äußeren Mantels RA3 dritter konstanter Wert des Außendurchmessers des äußeren Mantels
Ri konstanter Innendurchmesser des inneren Mantels
R12 veränderlicher Innendurchmesser des inneren Mantels

Claims

Patentansprüche
Verbindungselement (100, 200) zum Verbinden von fluidleitenden Bauteilen (103, 104, 203, 204),
das dazu eingerichtet ist, an einem ersten Ende (101 , 201) mit einem ersten fluidleitenden Bauteil (103, 203) und an einem zweiten Ende (102, 202) mit einem zweiten fluidleitenden Bauteil (104, 204) verbunden zu werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (100, 200) einen inneren Mantel (1 10, 210) und einen äußeren Mantel (120, 220) aufweist, wobei der innere Mantel (1 10, 210) aus wenigstens einem feuerfesten Werkstoff und der äußere Mantel (120, 220) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind.
Verbindungselement (100) nach Anspruch 1 , wobei ein Innendurchmesser (Ri) des inneren Mantels (110) entlang einer Haupterstreckungsrichtung (105) des
Verbindungselements (100) konstant ist oder zumindest in einem Bereich des Verbindungselements (200) entlang einer Haupterstreckungsrichtung (205) des Verbindungselements (200) veränderlich ausgebildet ist.
3. Verbindungselement (200) nach Anspruch 2, wobei sich der veränderliche
Innendurchmesser (R12) des inneren Mantels (210) zumindest in dem Bereich des Verbindungselements (200) entlang der Haupterstreckungsrichtung (205) des Verbindungselements (200) konisch erweitert.
4. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Außendurchmesser (RA2) des äußeren Mantels (120, 220) zumindest in einem Bereich des Verbindungselements (100, 200) entlang einer
Haupterstreckungsrichtung (105, 205) des Verbindungselements (100, 200) veränderlich ausgebildet ist.
Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem sich entlang der Haupterstreckungsrichtung (105, 205) des
Verbindungselements (100, 200) erstreckenden ersten Bereich (131 , 231), wobei sich der innere Mantel (110, 210) nicht in diesen ersten Bereich (131 , 231) hinein erstreckt.
6. Verbindungselement (100, 200) nach Anspruch 5, wobei der Außendurchmesser (RAI) des äußeren Mantels (120, 220) in dem ersten Bereich (131 , 231 ) des Verbindungselements (100, 200) konstant ist, wobei sich der Außendurchmesser (RA2) des äußeren Mantels (120, 220) in einem an den ersten Bereich (131 , 231 ) anschließenden zweiten Bereich (132, 232) konisch erweitert und wobei der Außendurchmesser (RA3) des äußeren Mantels (120, 220) in einem sich an den zweiten Bereich (132, 232) anschließenden dritten Bereich (133, 233) des
Verbindungselements (100, 200) konstant ist.
7. Verbindungselement (100, 200) nach Anspruch 6, wobei der Innendurchmesser (Ri) des inneren Mantels (1 10, 210) in dem zweiten und dritten Bereich (132, 133; 232, 233) jeweils konstant ist oder wobei der Innendurchmesser (R|2) des inneren Mantels (1 10, 210) sich in dem zweiten und dritten Bereich (132, 133; 232, 233) konisch erweitert.
8. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der äußere Mantel (120, 220) eine Einkerbung (125, 225) und der innere Mantel (1 10, 210) eine Wölbung (1 15, 215) aufweist, wobei die Einkerbung (125, 225) und die Wölbung (1 15, 215) ineinander greifen.
9. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der innere Mantel (1 10, 210) aus einem keramischen Material und/oder aus Beton gefertigt ist.
10. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der innere Mantel (1 10, 210) wenigstens zwei Schichten aufweist, welche jeweils aus unterschiedlichen feuerfesten Werkstoffen gefertigt sind.
1 1 . Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, ein Fluid mit einer Temperatur von über 900°C, zu leiten.
12. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, mit einem Rohr (103, 104, 203, 204) und/oder mit einem Austrittssammler und/oder mit einem Eintrittssammler als erstes fluidleitendes Bauteil und/oder als zweites fluidleitendes Bauteil verbunden zu werden.
13. Verbindungselement (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, in einer Reformierungsanlage und/oder einem
Wärmetauscher und/oder einem Dampferzeuger und/oder einem Steamcracker verwendet zu werden.
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