DE102004001805B3 - Evakuierbarer Isolierbehälter für eine zu kühlende Anwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen evakuierbaren Isolierbehälter (11) mit einer zu kühlenden Anwendung (12), in dem mittels einer Vakuumpumpe (22) ein Vakuum aufgebaut werden kann. Um im Normalbetrieb die Vakuumpumpe (22) abschalten zu können, ist in dem Isolierbehälter ein Gettermaterial (26) angeordnet, welches aufgrund von unvermeidbaren Leckagen in den Isolierbehälter eindringende Gasbestandteile bindet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gettermaterial in Wartungsräumen (20) untergebracht ist, welche sich mittels Ventilen (21) von dem die Anwendung (12) enthaltenden Arbeitsraum (18) abtrennen lassen. Auf diese Weise können die Gettermaterialien (26) in jeweils einem Wartungsraum ausgetauscht oder regeneriert werden, während der Betrieb der zu kühlenden Anwendung (12) wegen der Abschottung des Arbeitsraumes (18) vom Wartungsraum (20) aufrechterhalten werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft einen evakuierbaren Isolierbehälter für eine zu kühlende Anwendung, in dem zur Aufrechterhaltung des Vakuums ein Gettermaterial vorgesehen ist.
• Ein Isolierbehälter der eingangs genannten Art kann beispielsweise dem Abstract zur japanischen Patentanmeldung JP 2000-249055 A entnommen werden. Dieses Dokument offenbart einen Isolierbehälter, in dem eine zu kühlende Anwendung, beispielsweise eine Einrichtung der Supraleitungstechnik wie eine Magnetspule oder eine Transformatorwicklung untergebracht ist. Der Isolierbehälter ist mittels einer Vakuumpumpe evakuierbar, wobei durch die Evakuierung die thermische Isolationswirkung des Isolierbehälters verbessert wird. Um das Vakuum im Isolierbehälter über einen längeren Zeitraum zu halten, ohne dass die Vakuumpumpe ständig arbeiten muss, ist im Inneren des Isolierbehälters weiterhin ein Gettermaterial angeordnet, welches im Rahmen seiner Aufnahmekapazität Gasmoleküle aufnimmt, die aufgrund unvermeidlicher Leckageeffekte in das Innere des Isolierbehälters gelangen und daher das Vakuum beeinträchtigen würden.
• Weiterhin ist aus der US 4,969,556 ein Vakuumbehälter bekannt, der zum Transport von Bauteilen in Vakuumatmosphäre geeignet ist. Dieser weist einen evakuierbaren Arbeitsraum zur Aufnahme dieser Bauteile auf, der über eine abdichtbare Öffnung zugänglich ist. In diesem Arbeitraum ist zur Aufrechterhaltung des Vakuums während des Transportes u. a. eine Getterpumpe angeordnet. Weiterhin ist der mechanische Betätigungsmechanismus für die Zugangsöffnung zum Vakuumbehälter in einem getrennten Raum mit flexibler Wand untergebracht, damit einerseits eine Verstellung des Betätigungsmechanismus und des mit ihm verbundenen Verschlussmechanismus möglich ist und andererseits der Betätigungsmechanismus außerhalb des evakuierten Arbeitsraums liegen kann.
• Zuletzt ist in der DE 196 22 245 C1 ein Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas beschrieben, wobei der Kleinbehälter als Kühlaggregat in einem Isolierbehälter zum Einsatz kommen soll. Durch Verdampfung des verflüssigten Gases wird die benötigte Kälte erzeugt, wobei das Gas anschließend in einem Gettermaterial gebunden wird und deswegen nicht in den Kühlbehälter entweicht.
• Das Gettermaterial kann beispielsweise Aktivkohle sein, wobei dieses im gekühlten Zustand die Gasmoleküle physikalisch an sich bindet. Es gibt jedoch auch chemische Gettermaterialien, die z. B. Wasserstoff durch Aufspaltung von Kohlenstoffdoppelbindungen binden können. Sobald eine Sättigung des Gettermaterials auftritt, muss dieses im Falle einer Verwendung von chemisch wirkenden Gettermaterialien ausgewechselt und im Fall von physikalisch wirkenden Gettermaterialien regeneriert werden. Für den Wechsel des Gettermaterials muss der Isolier behälter geöffnet werden; eine Regeneration des Gettermaterials ist mit dessen Erwärmung verbunden, so dass das Gettermaterial das gebundene Kondensat abgibt. In beiden Fällen ist daher eine Unterbrechung des Einsatzes der zu kühlenden Anwendung notwendig, da eine hinreichende Kühlung derselben weder bei einer Erwärmung des Gettermaterials noch bei einem Zusammenbrechen des im Isolierbehälter aufgebauten Vakuums aufgrund des Austausches des Gettermaterials gewährleistet ist.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen evakuierbaren Isolierbehälter für eine zu kühlende Anwendung mit einem darin enthaltenen Gettermaterial anzugeben, bei dem eine Wartung des eingesetzten Gettermaterials ohne Unterbrechung des Einsatzes der zu kühlenden Anwendung möglich ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Isolierbehälter mindestens ein Wartungsraum von einem die zu kühlende Anwendung enthaltenden Arbeitsraum abgeteilt ist, in dem sich das Gettermaterial befindet und der über ein Ventil mit dem Arbeitsraum verbindbar ist. Die Unterbringung des Gettermaterials in dem Wartungsraum ermöglicht vorteilhaft ein Wechseln oder Regenerieren des Gettermaterials unter Verschluss des Ventils zum Arbeitsraum, so dass das Vakuum im Arbeitsraum aufrecht erhalten werden kann und so der Einsatz der zu kühlenden Anwendung während der Wartungsarbeiten nicht unterbrochen werden muss. Für das Auswechseln des Gettermaterials kann der Wartungsraum nämlich geöffnet werden, wobei lediglich in diesem das Vakuum zusammenbricht und im Arbeitsraum des Isolierbehälters aufrecht erhalten bleibt. Wird das Gettermaterial für eine Regeneration erwärmt, so wird durch das freigesetzte Kondensat ebenfalls nur das Vakuum im Wartungsraum beeinflusst. Nach Abschluss der Wartungsarbeiten braucht daher nur der Wartungsraum wieder evakuiert werden, bevor das Ventil zum Arbeitsraum wieder geöffnet wird.
• Während der Wartungsarbeiten steht das Gettermaterial nicht zur Aufrechterhaltung des Vakuums im Arbeitsraum des Isolierbehälters zur Verfügung. Dieser Effekt kann abgeschwächt werden, wenn mehrere Einheiten des Gettermaterials in mehreren Wartungsräumen untergebracht sind, wobei die Wartungsarbeiten jeweils immer nur in einem der Wartungsräume durchgeführt werden, während die Einheiten des Gettermaterials in den anderen Wartungsräumen im Einsatz bleiben. Im Übrigen kann das Vakuum im Arbeitsraum auch durch die ohnehin am Isolierbehälter vorgesehene Vakuumpumpe aufrecht erhalten werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest in einem Wartungsraum eine Aufnahme für einen Kälteerzeuger vorgesehen ist. Der Wartungsraum kann dann vorteilhaft sowohl für Wartungsarbeiten bezüglich des Gettermaterials als auch für Wartungsarbeiten am Kälteerzeuger genutzt werden. Der Kälteerzeuger besteht beispielsweise aus einem Kaltkopf, der die erzeugte Kälte in den Isolierbehälter abgibt. Wird dieser beispielsweise zwecks regelmäßig anstehender Wartungsarbeiten aus dem Wartungsraum entfernt, so regeneriert sich aufgrund der ausbleibenden Kühlung vorteilhaft automatisch auch das Gettermaterial. Bei geeigneter Auslegung des Gettermaterials erübrigen sich hierdurch im Normalbetrieb zusätzliche Wartungsarbeiten (Regeneration) für das Gettermaterial.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Kälteerzeuger über einen Kondensor mit einem nach dem Thermosyphon-Prinzip arbeitenden Leitungssystem in Kontakt steht, welches mit der zu kühlenden Anwendung verbunden ist. Das im Leitungssystem befindliche Kühlmittel transportiert dabei Wärmeenergie von der zu kühlenden Anwendung zu dem Kondensor, wo die Wärmeenergie an den mit dem Kondensor in Kontakt stehenden Kälteerzeuger abgegeben wird. Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Gettermaterial mit dem Kondensor in direkter Verbindung steht. Hierdurch kann das Gettermaterial durch die Nähe zum Kälteerzeuger optimal gekühlt werden, wodurch sich die physikalische Wirkung einer Kondensation von im Vakuum befindlichen Gasmolekülen verbessern lässt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wartungsraum einen Anschluss für eine Vakuumpumpe aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Wartungsraum nach Abschluss der Wartungsarbeiten gesondert evakuiert werden kann, bevor das Ventil zum Arbeitsraum hin wieder geöffnet wird. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass der Wartungsraum durch eine am Arbeitsraum angeschlossene Wartungspumpe über den Umweg durch den Arbeitsraum abgepumpt werden muss. Der Anschluss am Wartungsraum kann dabei vorteilhaft ebenfalls zu der am Arbeitsraum angeschlossenen Vakuumpumpe führen, so dass der konstruktive Aufwand vorteilhaft in Grenzen gehalten werden kann.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Isolierbehälters mit zwei Wartungsräumen im schematischen Schnitt.
• Ein Isolierbehälter 11 gemäß der Figur nimmt eine schematisch angedeutete, zu kühlende Anwendung 12 auf. Diese steht in nicht näher dargestellter Form mit einem Leitungssystem 13 in Verbindung, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Das Leitungssystem verzweigt sich und endet nach oben hin in zwei Kondensoren 14, wo die von der zu kühlenden Anwendung 12 aufgenommene Wärme über eine Verbindungsfläche 15 an mit dieser in Kontakt stehende Kälteerzeuger 16 abgegeben wird, die als Kaltköpfe ausgebildet sind. Die Kaltköpfe sind über Befestigungsflansche 17 an dem Isolierbehälter 11 befestigt.
• In dem Isolierbehälter ist ein die zu kühlende Anwendung 12 enthaltender Arbeitsraum 18 durch je eine Trennwand 19 von zwei Wartungsräumen 20 abgeteilt. In den Trennwänden befinden sich Ventile 21, die beispielsweise als Magnetventil ausgeführt sein können und im Normalbetrieb des Isolierbehälters 11 eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 18 und den Wartungsräumen 20 herstellen. Für den Normalbetrieb wird der Isolierbehälter 11 mittels einer Vakuumpumpe 22 evakuiert. Hierzu werden beispielsweise die Ventile 21 und ein Pumpenventil 23a geöffnet, so dass die Evakuierung über eine Abpumpleitung 24 erfolgen kann. Zusätzlich oder anstelle der Ventile 21 können die Pumpenventile 23b, 23c geöffnet werden, so dass die Wartungsräume 20 über Anschlüsse 25 direkt abgepumpt werden können.
• Während des Normalbetriebes des Isolierbehälters sind die Pumpenventile 23a, 23b, 23c geschlossen, damit die Vakuumpumpe 22 abgeschaltet werden kann. Um einen Druckanstieg im Vakuum aufgrund unvermeidlicher Leckageeffekte zu verhindern, sind in den Wartungsräumen Einheiten des Gettermaterials 26 aus Aktivkohle angeordnet, die mit den Kondensoren 14 in direkter Verbindung stehen. An den durch die Kondensoren gekühlten Gettermaterialien werden im Vakuum befindliche Gasmoleküle gebunden, bis das Gettermaterial gesättigt ist. Ist die Sättigung des Gettermaterials 26 erreicht, so kann eines der Ventile 21 geschlossen werden und das betreffende Gettermaterial durch Erwärmung regeneriert werden, d. h. die gebundenen Gasmoleküle aufgrund der Erwärmung in den Wartungsraum 20 abgegeben und über die Vakuumpumpe 22 durch Öffnen der Pumpenventile 23b, 23c abgepumpt werden. Hierzu muss der Kälteerzeuger 16 des betroffenen Wartungsraumes 20 abgeschaltet werden, wobei der Betrieb der zu kühlenden Anwendung 12 durch Kühlung mittels des verbleibenden Kälteerzeugers 16 aufrecht erhalten werden kann. Während der Wartungsphase kann das Vakuum im Arbeitsraum 18 zusätzlich durch Öffnen des Pumpenventils 23a mittels der Vakuumpumpe 22 aufrecht erhalten werden.
• Durch Schließen der Ventile 21 kann außerdem bei laufendem Betrieb der zu kühlenden Anwendung 12 jeweils einer der Kälteerzeuger 16 beispielsweise zu Wartungszwecken ausgebaut werden. Hierzu wird der Befestigungsflansch 17 des betreffenden Kälteerzeugers 16, der im montierten Zustand den Wartungsraum 20 verschließt, von dem Isolierbehälter gelöst. Beim Ausbau des Kälteerzeugers wird das Gettermaterial, welches sich aufgrund der ausbleibenden Kühlung erwärmt, automatisch regeneriert, so dass der Wartungsaufwand für den Isolierbehälter durch Synchronisation der Wartungsarbeiten für Gettermaterial 26 und Kälteerzeuger 16 vorteilhaft minimiert wird.

Claims (6)

1. Evakuierbarer Isolierbehälter für eine zu kühlende Anwendung (12), in dem zur Aufrechterhaltung des Vakuums ein Gettermaterial (26) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Isolierbehälter mindestens ein Wartungsraum (20) von einem die zu kühlende Anwendung (12) enthaltenden Arbeitsraum (18) abgeteilt ist, in dem sich das Gettermaterial (26) befindet und der über ein Ventil (21) mit dem Arbeitsraum (18) verbindbar ist.
2. Isolierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Wartungsraum (20) eine Aufnahme für einen Kälteerzeuger (16) vorgesehen ist.
3. Isolierbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kälteerzeuger (16) über einen Kondensor (14) mit einem nach dem Thermosyphon-Prinzip arbeitenden Leitungssystem (13) in Kontakt steht, welches mit der zu kühlenden Anwendung (12) verbunden ist.
4. Isolierbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermaterial (26) mit dem Kondensor in direkter Verbindung steht.
5. Isolierbehälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wartungsraum (20) einen Anschluss (25) für eine Vakuumpumpe aufweist
6. Isolierbehälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gettermaterial (26) auswechselbar im Wartungsraum (20) angeordnet ist.