DE19617619A1 - Vorrichtung bzw. Verdampfer zum Vereisen eines Rohrabschnitts - Google Patents

Description

Die Erfindung fällt allgemein in das Gebiet der Vorrichtungen und Verfahren zum Einfrieren des Inhaltsmediums eines Rohrabschnitts zum Erzeugen einer Durchflußblockade, die angebracht wird, damit die Teile des Rohrs, die strömungsunterhalb des gefrorenen Ab­ schnitts liegen, geprüft, repariert oder in sonstiger Weise be­ arbeitet werden können.

Beim Prüfen von Wasserleitungen oder anderen Rohrleitungen oder Kanälen auf Leckstellen oder zum Reparieren oder Ersetzen von Rohrabschnitten in der Leitung war es üblich, die Leitung zu entleeren, das Rohr zu durchtrennen und das freiliegende Ende mit einer Kappe zu versehen, und später das Rohr wieder anzuschließen und unter Druck zu setzen. Dies ist jedoch ein zeitintensives und aufwendiges Vorgehen.

Gemäß einem neueren Verfahren wird ein Abschnitt des Rohrs, ohne daß es durchtrennt wird oder sein Inhalt ausgelassen wird, einge­ froren, also im Fall von Wasser vereist; und dann wird der Teil der Rohrleitung, der strömungsunterhalb vom eingefrorenen Rohrabschnitt liegt, geprüft, repariert oder bearbeitet. Nach Abschluß der Tätigkeit wird der eingefrorene Abschnitt aufgetaut, um die Strö­ mung durch die Leitung wieder aufzunehmen.

Eine solche Rohrvereisungsvorrichtung ist in der US-Patentschrift 4 309 875 beschrieben. Zum Einfriersystem gehört ein "U"-förmiger Verdampfer, der auf das Rohr aufgesetzt wird. Der Verdampfer weist eine hohle Kammer auf, in die das Kühlmittel unter Druck gepumpt wird. Es verdampft in dieser Kammer, wodurch Wärme aus dem Rohr abgezogen wird und dessen Inhalt bis zur Erstarrungstemperatur abgekühlt wird.

Ein Nachteil der beschriebenen Einfriervorrichtung ist, daß Wasser oder ein frierbares Gel benötigt werden, um einen eventuell wesent­ lichen Zwischenraum oder Spalt zwischen dem U-förmigen Verdampfer und dem unter Umständen viel dünneren Rohr auszufüllen, damit die Wärme effizient vom Rohr weg übertragen und abtransportiert werden kann. Demgegenüber wäre ein Verdampfer erwünscht, der Lager für Rohre verschiedener Größe bietet.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, eine Rohrvereisungsein­ heit zu schaffen, deren Verdampfer zu Rohren verschiedener Größen paßt. Sie schafft einen Verdampfer mit mehreren Lagern oder konka­ ven Räumen, indem an ihrem Umfang mehrere insbesondere rinnenförmi­ ge Rohraufnahmeflächen oder -lager gebildet sind, von denen jedes Lager so dimensioniert ist, daß es ein Rohr eines bestimmten Durchmessers aufnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Rohr-Einfrier­ vorrichtung ein komplementäres Paar solcher Verdampfer mit mehreren Lagern. Jeder Verdampfer des Paars hat z. B. vier Lager in Form als Rinnen zu bezeichnender konkaver etwa halbzylindrischer Rohrauf­ nahmekanäle jeweils mit einem bestimmten Wandradius, und insofern insgesamt mit einer solchen Form, daß vier gegebene Rohrstärken darin aufgenommen werden können. Weiterhin gehören Hülsensegmente verschiedener Größe dazu, deren Außenfläche mit einem der rinnen­ förmigen Rohraufnahme-Lager des Verdampfers übereinstimmt und deren Innenfläche selbst rinnenförmig konkav, aber mit einem Radius ausgebildet ist, der sich von den Radien der rinnenartigen Lager des Verdampfers unterscheidet.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Rohr-Einfriervorrichtung, die zwei erfindungsgemäße Verdampfer, jeweils mit mehreren Lagern, umfaßt, die unter gegenseitigem Abstand an einem Rohr angeordnet sind, wobei einer der Verdampfer zusammen mit dem zugehörigen Rohrabschnitt im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines der Verdampfer auf dem Rohr in einer Ebene 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch zwei Verdampfer mit mehreren Lagern auf einem Rohr eines kleineren Durchmessers als dem gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht durch zwei als Paar angeordnete Ver­ dampfer mit mehreren Lagern auf einem Rohr mit dazwischen angeordneten Hülsensegmenten;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Verdampfers mit drei Lagern auf einem größeren Rohr mit dazwischenliegendem Hülsensegment; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht von zwei als Paar angeordneten Verdampfern mit mehreren Lagern, die mit Hilfe einer Me­ tallklammer auf einem Rohr montiert sind.

Fig. 1 zeigt die Grundform einer Vorrichtung 10 mit geschlossenem Kühlsystem, bei dem ein Rohr 12 bis zu einem Punkt gekühlt wird, bei dem sein Inhaltsstoff, nämlich ein Strömungsmedium 14 wie Wasser, eingefroren wird, um ein Arbeiten am Rohr zu ermöglichen. Das Kühlsystem hat eine tragbare Einheit 16, die einen Kompressor 18, zwei Kondensoren 20 und ein Gebläse 22 umfaßt.

Die tragbare Einheit 16 ist mit zwei Verdampfern 24, 26 mit jeweils mehreren Lagern verbunden zum Zweck, das Strömungsmedium an zwei Stellen des Rohrs einzufrieren. Der Verdampfer 24 ist mit der Einheit 16 über eine Leitung 28 und der Verdampfer 26 über eine Leitung 30 verbunden. Jede der Leitungen 28 und 30 hat ein Innen­ rohr 32 und ein Außenrohr 34.

Im System zirkuliert unter Druck ein Kühlmittel 36. In jedem Zyklus ändert sich die Kühlmittelphase von flüssig zu dampfförmig und zurück zu flüssig, wodurch Wärme vom Rohr 12 über die Verdampfer 24 und 26 absorbiert und durch den Kondensor 20 freigegeben wird. Im einzelnen gelangt das unterkühlte flüssige Kühlmittel 36 in die Verdampfer 24 und 26 über ihr jeweiliges Innenrohr 32, und zwar speziell in eine innere Kammer 38. Das Innenrohr 32 dient als Zumeßvorrichtung, um das unter hohem Druck stehende flüssige Kühlmittel 36 in Form eines unter niedrigem Druck stehenden Sprüh­ regens in die innere Kammer 38 einzubringen, wodurch das Kühlmittel verdampfen kann. Hierbei absorbiert es über die Verdampfer Wärme aus dem angrenzenden Abschnitt des Rohrs 12 und dem darin befindli­ chen Strömungsmedium 14. Der Dampf des Kühlmittels wird durch Sog aus der inneren Kammer 38 über einen Raum 40 zwischen dem Innenrohr 32 und dem Außenrohr 34 abgezogen und kehrt in den Kompressor 18 zurück, der den Dampf verdichtet. Der nun unter hohem Druck stehen­ de Dampf tritt durch den Kondensor 20, in dem er einer großen Kühlfläche und einem durch das Gebläse 22 verstärkten Luftstrom ausgesetzt wird. Das Kühlmittel 36 wird gekühlt, wodurch es seine Kondensationswärme abgibt, und wechselt seine Phase zurück zu einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Dampf beider Verdampfer 24 und 26 durch die Leitungen 28 und 30 zum einzigen, gemeinsamen Kompressor 18 geleitet und dann nach der Verdichtung, aber vor dem Eintritt in den Kondensor 20, wieder in die beiden System aufgeteilt.

Die mit mehreren Lagern ausgestatteten Verdampfer 24 und 26 sind identisch, jeder weist eine Außenfläche 42 mit einer Mehrzahl von rohraufnehmenden Seiten 44 und mit zwei Enden 46 auf. Jeder Ver­ dampfer hat eine Bohrung 48, die sich vom einen Ende 46 zur inneren Kammer 38 erstreckt. Die Leitung 28 verläuft durch die Bohrung 48, wobei sich das Innenrohr 32 über fast die gesamte Länge der inneren Kammer 38 erstreckt. Das Außenrohr 34 ist so lang, daß es gerade noch in die innere Kammer 38 reicht.

Jeder der Verdampfer ist am Rohr 12 durch ein Befestigungselement 52 wie einen justierbaren Riemen oder ein Band 54 befestigt, das einen Haken und einen Schlaufenbefestigungsmechanismus des im Handel unter der Bezeichnung VELCRO® erhältlichen Typs sowie einen Metallring 56 aufweist.

Fig. 2 zeigt den auf dem Rohr 12 montierten Verdampfer 26 im Schnitt. Jede rohraufnehmende Seite 44 hat eine ein Lager 60 bildende konkave Fläche, die von zwei Montagerändern 62 flankiert wird. Jedes der vier Lager 60 hat einen gegebenen Radius, mit der Folge, daß der Verdampfer Rohre von vier verschiedenen Rohrstärken aufnehmen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Rundungsradius der Wände der vier Lager 0,325′′/8,255 mm, 0,450′′/11,43 mm, 0,575′′/14,605 mm bzw. 0,825′′/20,955 mm. Die Wände der Lage 60 bestimmen also Hohlräume oder Rinnen, die so geformt sind, daß darin Rohre mit einem Außendurchmesser von 0,625′′/ 15,875 mm (Innendurchmesser 1/2′′/12,7 mm), 0,875′′/22,225 mm Außendurchmesser (3/4′′/19,05 mm Innendurchmesser), 1,125′′/ 28,575 mm Außendurchmesser (1′′/25,4 mm Innendurchmesser) bzw. 1,625′′/41,275 mm Außendurchmesser (1 1/2′′/38,10 mm Innendurch­ messer) hineinpassen.

Die Montageränder 62 und ein Teil der Wandfläche der Lager 60 sind jeweils Teil eines flügelartigen Stegs 64, der von einem zentralen Bereich 66 des Verdampfers 26 ausgeht, welcher seinerseits die innere Kammer 38 enthält, durch die das Kühlmittel 36 fließt. Die Stege 64 tragen dazu bei, die Wärme vom Rohr 12 auf das Kühlmittel 36 zu übertragen. Das Befestigungselement 52 sichert den Verdampfer 26 auf dem Rohr 12.

Fig. 3 zeigt eine komplementäre, gegenüberliegende Anordnung der beiden Verdampfer 24 und 26 zum Zweck des Vereisens des Rohrs 12 an einer einzigen Stelle. Da jede der Wandflächen der Lager 60 einen Bogen von 180° beschreibt, greifen die Montageränder 62 der Verdampfer 24 und 26 aneinander an und das Rohr 12 wird so um­ schlossen, daß eine maximale Wärmeübergangsfläche entsteht. Zwei der justierbaren Befestigungselemente 52 sind in einer Paarordnung um die beiden Verdampfer 24 und 26 herumgelegt, um diese an Ort und Stelle zu halten.

Gemäß Fig. 4, die zwei Verdampfer mit einer anderen Umrißlinie zeigt, ist die Rohr-Einfrieranordnung weiterhin mit zwei Hülsenseg­ menten 70 versehen. Jedes Hülsensegment 70 hat eine konvexe Außen­ fläche 72, die so geformt ist, daß sie genau mit Wandberührung in eines der konkaven Lager 60 paßt, und hat eine konkave Innenfläche 74 zur Aufnahme des Rohrs 12, das in diesem Fall einen kleineren Radius hat als die Wandfläche des Lagers 60, in dem das Hülsenseg­ ment angeordnet ist. Beim beschriebenen bevorzugten Ausführungsbei­ spiel passen die beiden Hülsensegmente 70 mit identischen Wand­ flächen in die zur Aufnahme eines Rohrs mit einem Radius von 0,825′′ /20,955 mm bestimmten Lager 60, und ihre eigene konkave Innen­ fläche hat einen Radius von 0,700′′/17;780 mm zur Aufnahme eines Rohrs mit einem Außendurchmesser von 1,375′′/34,925 mm (ein 1 1/4′′/28,575 mm-Rohr ist eines mit einem Außendurchmesser von 1,375′′/34,925 mm). Das Hülsensegment 70 ermöglicht somit, daß der mit mehreren Lagern versehene Verdampfer 24 mit Rohren von fünf Nenndurchmessern zusammenwirken kann.

Fig. 5 zeigt als weitere Alternative einen Verdampfer 80 mit drei Lagern anstelle des Verdampfers mit vier Lagern gemäß den vorher­ gehenden Ausführungsformen. Die Angabe, daß der Verdampfer mehrere Lager haben soll, umfaßt also die Verdampfer 24, 26 mit vier Lagern, den Verdampfer 80 mit drei Lagern und andere Multilager-Verdampfer. Der Verdampfer 80 mit drei Lagern hat eine Außenfläche 82 mit zwei Endflächen 84 (von denen nur eine sichtbar ist) und drei rohraufnehmenden Seiten 86. In gleicher Weise wie die oben beschriebenen Verdampfer 24 und 26 mit vier Lagern hat auch der Verdampfer 80 mit drei Lagern eine innere Kammer und eine Bohrung für den Zutritt zur inneren Kammer. Jede rohraufnehmende Seite 86 hat ein Lager 88 mit konkaver, zylindersegmentförmiger Wandfläche. Die Wandflächen der Lager 88 haben jeweils unterschiedliche Run­ dungsradien zur Aufnahme einer bestimmten Rohrstärke. Bei einer bevorzugten Ausführungsform betragen die Rundungsradien der drei konkaven Lagerwandflächen 1,075′′/26,305 mm, 1,575′′/40,005 mm bzw. 2,075′′/60,725 mm als Lager für ein 2′′/50,8 mm-, 3′′/ 76,2 mm- bzw. 4′′/101,6 mm-Rohr (mit Rohr-Außendurchmessern von 2,125′′/53,975 mm, 3,125′′/79,375 mm bzw. 4,125′′/104,975 mm). Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen er­ streckt sich die Wandfläche der Lager 88 nicht über einen Halb­ kreisbogen von 180°.

Es kann noch ein Satz von Hülsensegmenten dazu gehören, wobei jedes Hülsensegment 90 eine Außenfläche 92, die so dimensioniert ist, daß sie konform eine der konkaven Wandflächen der Lager 88 zusammen­ paßt, und eine Innenfläche 94 aufweist. Fig. 5 zeigt in zweien der Lager 88 jeweils eine Hülse. Sind drei Hülsensegmente vorhanden, von denen jeweils eines in eines der drei Lager 88 (mit 1,075′′/ 26,305 mm, 1,575′′/40,005 mm bzw. 2,075′′/60,775 mm) paßt, und haben die drei Hülsensegmente Innenflächen mit Radien von 0,825′′ /22,479 mm, 1,325′′/33,655 mm bzw. 1,825′′/47,879 mm, so kann der Verdampfer 80 mit drei Lagern verwendet werden für folgende Rohrstärken: Innendurchmesser 1 1/2′′/38,10 mm, 2′′/50,8 mm, 2 1/2′′/63,5 mm, 3′′/76,2 mm, 3 1/2′′/88,9 mm bzw. 4′′/101,6 mm entsprechend Außendurchmessern 1,625′′/41,275 mm, 2,125′′/53,975 mm, 2,625′′/66,675 mm, 3,125′′/79,375 mm, 3,625′′/92,075 mm bzw. 4,125′′/104,775 mm.

In Fig. 6 ist gezeigt, wie die Verdampfer 24, 26 mit jeweils vier Lagern unter Verwendung einer federnden bügelartigen Klammer 100, die sie zusammenhält, als konformes Paar um das Rohr 12 montiert sind. Die Klammer 100 weist zwei Schenkel 102 auf, von denen nur einer sichtbar ist und die in engem Angriff an der Wandfläche jeweils eines der Lager 60 auf die Verdampfer auf schiebbar sind. Die Klammer 100 hat eine gebogene Basis 104 zwischen den Schenkeln 102, die durch diesen Kurvenverlauf um das Rohr 12 herum verläuft. Unter bestimmten Umständen kann es einfacher sein, die Verdampfer dadurch zu installieren, daß man sie an das Rohr hält und die Klammer aufschiebt, als durch die Verwendung der justierbaren Befestigungselemente 52.

Auf Wunsch kann eine Wasserschicht zwischen das Rohr und den Verdampfer gesprüht werden, um den Wärmeübergang vom Rohr zu unterstützen.

Claims (16)

1. Verdampfer (24, 26, 80) zum Einfrieren des Inhaltsmediums (14) eines Rohrs (12) unter Verwendung eines Kühlmittels (36), mit:
einer Außenfläche (42), die Seitenflächen (44) und wenigstens eine Endfläche (46) umfaßt;
einer inneren Kammer (38); und
einer von der Endfläche (46) zur inneren Kammer (38) ver­ laufenden Bohrung (48) für den Transport des Kühlmittels (36) in die und aus der inneren Kammer (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen eine Mehrzahl von rohraufnehmenden Seiten (44) umfassen, von denen jede ein Lager (60, 88) mit konkaver Wandfläche zur Aufnahme des Rohrs (12) umfaßt, und die konkaven Wandflächen jeweils gegebene Rundungsradien zur Aufnahme von Rohren unterschiedlicher Durchmesser aufweisen.

2. Vorrichtung (10) zum Einfrieren des Inhaltsmediums (14) eines Rohrs (12) unter Verwendung eines Kühlmittels (36), mit:
einem Kompressor (18) zum Verdichten des Kühlmittels (36) von niedrigem Druck auf hohen Druck;
einem Kondensor (20), der in Strömungsrichtung hinter dem Kompressor liegt, zum Kondensieren des Kühlmittels von einem Gas hoher Temperatur zu einer Flüssigkeit niedriger Tempera­ tur;
einem Verdampfer (24, 26, 80) mit einer Außenfläche (42) und einer inneren Kammer (38);
einer ersten Rohrleitung (32), die zwischen dem Kondensor und dem Verdampfer verläuft, um das Kühlmittel zum Verdampfer zu bringen; und
einer zweiten Rohrleitung (34), die zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor verläuft, um das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kompressor zu bringen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (42) des Verdamp­ fers (24, 26, 80) wenigstens zwei rohraufnehmende Seiten (44) und zwei Endflächen (46) aufweist und der Verdampfer (24, 26, 80) eine Bohrung (48) hat, die von einer der Endflächen (46) zur inneren Kammer (38) verläuft und in die die zweite Rohr­ leitung (34) unter dichtem Abschluß der Kammer verläuft, wobei das Kühlmittel in die innere Kammer über die erste Rohrleitung (32) fließt und aus der inneren Kammer über die zweite Rohr­ leitung (34) fließt, und daß jede der rohraufnehmenden Seiten (44) eine eigene Fläche (60) zum Aufnehmen eines Rohrs (12) spezifischer Größe umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohraufnehmende Seite (44) als ihr Lager bzw. ihre Fläche (60) zum Aufnehmen eines Rohrs (12) eine konkave Rinne aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (24, 26) vier rohraufnehmende Seiten (44) hat und die konkave Rinne jeder rohraufnehmenden Seite einen spezi­ fischen eigenen Rundungsradius aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (80) drei rohraufnehmende Seiten (44) hat und die konkave Rinne jeder rohraufnehmenden Seite einen spezifischen eigenen Rundungsradius aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die konkave Rinne einen Bogen von angenähert 180° bildet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die rohraufnehmenden Seiten (44) beiderseits der konkaven Rinnen jeweils Montageflächen (62) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin wenigstens ein Hülsenstück (70) mit einer Außenfläche (72) und einer Innenfläche (74) umfaßt, wobei die Außenfläche konvex und komplementär einer der Wand­ flächen der konkaven Rinnen des Verdampfers (24, 26, 80) ist und die Innenfläche zur Rohraufnahme ausgebildet ist und einen Rundungsradius hat, der unterschiedlich von dem der konkaven Rinnen des Verdampfers ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein justierbares Befestigungselement (52) zum Befestigen des Verdampfers (24, 26, 80) am Rohr (12).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen zweiten Verdampfer (26, 24) umfaßt, der generell dem ersten Verdampfer (24, 26) identisch ist, und daß die Verdampfer beiderseits der konkaven Flächen (60) Montageflächen (62) aufweisen, die dazu ausgebildet sind, an den Montageflächen des anderen Verdampfers anzugreifen, um so das Rohr (12) zu umschließen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Klam­ mer (100) mit zwei Schenkeln (102), die jeweils in einer der konkaven Flächen (60) eines der beiden Verdampfer (24, 26) zum Festlegen der Verdampfer in der Lage um das Rohr (12) mit Anlage an diesem aufnehmbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen justierbaren Befestigungsmechanismus (52, 52) zum Festlegen der beiden Verdampfer am Rohr.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rohrleitung (34) die erste Rohrleitung (32) für zumindest einen Teil ihrer Länge umschließt.

14. Verfahren zum Einfrieren des Inhaltsmediums eines Rohrs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
Bereitstellung eines Kühlsystems mit einem Kompressor, einem Kondensor und einem Verdampfer mit mehreren Rohrlagern, näm­ lich mit wenigstens zwei rohraufnehmenden Seiten, von denen jede eine konkave Rinne anderen Rundungsradiusses aufweist;
Auswahl derjenigen rohraufnehmenden Seite, die die konkave Rinne aufweist, die zur Aufnahme des Rohrs am besten dimensio­ niert;
Befestigung des Verdampfers am Rohr so, daß die gewählte konkave Rinne am Rohr angreift;
Zirkulieren eines Kühlmittels durch das Kühlsystem und hierbei Reduzieren der Temperatur des Verdampfers und des Rohrs und Einfrieren des Inhaltsmediums des Rohrs.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kühlsystem mit einem zweiten Verdampfer mit mehreren Rohrlagern bereitstellt und daß der zusätzliche Schritt durch­ geführt wird, daß man jeden Verdampfer am Rohr so befestigt, daß die konkaven Rinnen das Rohr umgeben und die Verdampfer aneinander anliegen.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kühlsystem mit einem Verdampfer mit mehreren Rohrlagern bereitstellt und daß der zusätzliche Schritt durchgeführt wird, daß man die Verdampfer am Rohr unter gegenseitigem entlang dem Rohr verlaufendem Abstand befestigt.