DE102007022520A1

DE102007022520A1 - Kühlmittelschlauch

Info

Publication number: DE102007022520A1
Application number: DE102007022520A
Authority: DE
Inventors: Günter Heidrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2008-11-20
Also published as: US20080283233A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelschlauch (1) mit einem Schlauchmantel (2), der erfindungsgemäß aus einem Kunststoffmaterial besteht, das einen hohen Diffusionskoeffizienten (D) für das Gas aufweist und zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelschlauch mit einem Schlauchmantel.
Ein derartiger Kühlmittelschlauch ist aus Gründen des Explosionsschutzes aus einem Metall gefertigt. In dem bekannten Kühlmittelschlauch wird ein Kühlmedium, z. B. ein Hochspannungs-Isolieröl, mittels einer Pumpe in einem Kühlkreislauf zwischen einem Kühlaggregat und einem Wärme abgebenden Gerät, z. B. einem Hochleistungs-Röntgenstrahler, transportiert.
Abhängig von der maximal abzuführenden Wärmemenge muss die mögliche Kühlleistung entsprechend ausgelegt sein. Bei maximaler Kühlleistung treten hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums auf, die zu einer entsprechenden Reibung des Kühlmediums an der Innenseite des Schlauchmantels führt, wodurch der Schlauchmantel elektrostatisch aufgeladen wird. Diese elektrostatische Aufladung kann zu einem Durchschlag des Schlauchmantels und damit zu einer Leckage des Kühlmittelschlauchs führen. Bei einer kleinen Leckage tritt u. U. nur ein schleichender Kühlmittelverlust auf, der nicht rechtzeitig bemerkt wird.
Tritt bei dem Kühlmittel während seiner Betriebszeit eine Zersetzung auf, bei der Gase frei werden, dann kann dies zu einer Sättigung des Kühlmediums führen. Dient das Kühlmittel auch der Isolation, dann verschlechtern sich durch die Zersetzungsreaktionen die Isolationseigenschaften des Kühlmittels entsprechend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlmittelschlauch der eingangs genannten Art zu schaffen, der während seiner ganzen Betriebszeit eine optimale Kühlung durch das verwendete Kühlmittel gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kühlmittelschlauch gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlschlauchs sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Der Kühlmittelschlauch gemäß Anspruch 1 umfasst einen Schlauchmantel, der erfindungsgemäß aus einem Kunststoffmaterial besteht, das einen hohen Diffusionskoeffizienten für Gas aufweist und zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "Kunststoffmaterial" nicht auf ein Material beschränkt, das nur aus einem einzigen Kunststoff besteht. Vielmehr soll dieser Begriff beispielsweise auch eine Kunststoffmatrix aus mehreren verschiedenen Kunststoffen oder einen Compound-Werkstoff, der nicht notwendigerweise ausschließlich aus Kunststoffen bestehen muss, umfassen.
Bei dem Kühlmittelschlauch nach Anspruch 1 können Gase, die bei einer Zersetzung des Kühlmittels frei werden, aufgrund der Möglichkeit, durch den Schlauchmantel zu diffundieren, den Kühlmittelschlauch verlassen. Eine Sättigung des im erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauch geführten Kühlmediums mit Gasen wird dadurch zuverlässig verhindert. Die Isolationseigenschaften des Kühlmediums werden somit nicht negativ beeinflusst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauch entsteht zwischen dem Schlauchmantel, der zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält, und einer an der Außenseite des Kühlmittelschlauchs bzw. Schlauchmantels angeordneten, ebenfalls elektrisch leitfähigen Anschlussarmatur eine elektrisch leitende Verbindung, die zu einem Potentialausgleich zwischen der Innenseite des Schlauchmantels, die sich durch die Reibung des Kühlmediums elektrostatisch auflädt, und der Anschlussarmatur führt.
Eine Leckage des Kühlmittelschlauchs mit den unerwünschten Folgeerscheinungen wird dadurch zuverlässig vermieden.
Das Kunststoffmaterial weist vorzugsweise einen Diffusionskoeffizienten (Diffusionskonstante) für das aus dem Kühlmedium austretende Gas von mindestens etwa 3 m²/s auf. Gegenüber einem Schlauchmantel aus Metall – der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff in Eisen beträgt 124·10^–13 m²/s – können damit die Gase, die bei einer Zersetzung des Kühlmittels frei werden, den Kühlmittelschlauch unmittelbar nach ihrer Bildung verlassen. Eine Sättigung des im Kühlmittelschlauch geführten Kühlmediums mit Gasen tritt somit nicht ein, wodurch die Isolationseigenschaften des Kühlmediums nicht negativ beeinflusst werden.
Ist der Kühlmittelschlauch Teil eines Kühlkreislaufs bei einem Hochleistungs-Röntgenstrahler, dann zersetzt die erzeugte Röntgenstrahlung das Hochspannungs-Isolieröl im Kühlkreislauf und es entsteht dabei Wasserstoff (H₂). Dies kann zu einer Sättigung des Hochspannungs-Isolieröls mit Wasserstoff führen. Dient das Kühlmedium auch zur Isolation gegenüber der am Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung, dann verschlechtern sich durch die Zersetzungsreaktionen die Isolationseigenschaften des Hochspannungs-Isolieröls entsprechend.
Für das Gas Wasserstoff (H₂) hat sich ein Diffusionskoeffizient von etwa 14,7 m²/s als vollkommen ausreichend herausgestellt. Ein Kunststoffmaterial, das einen Diffusionskoeffizient von etwa 14,7 m²/s aufweist, ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), das auch unter dem Handelsnamen Teflon^® bekannt ist.
Abhängig von den geometrischen Abmessungen des Kühlmittelschlauchs und/oder abhängig vom Herstellungsverfahren des Schlauchmantels sind z. B. die folgenden elektrisch leitfähigen Zusätze für eine Einbettung im Kunststoffmaterial geeignet: Grafitpulver, Metallpulver, Grafitpartikel sowie Metallpartikel. Weitere geeignete elektrisch leitfähige Zusätze sind Grafitfasern und Metallfasern sowie elektrisch leitfähige Drahtgewebe. Die beispielhaft genannten elektrisch leitfähigen Zusätze können im Rahmen der Erfindung entweder alternativ oder in einer beliebigen Kombination in das Kunststoffmaterial eingebracht sein. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauch auf einfache Weise eine Anpassung des Schlauchmantels hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit an den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
Falls das Kunststoffmaterial besonders hohen mechanischen Ansprüchen ausgesetzt ist, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauchs zwischen dem Schlauchmantel und dem Schutzmantel zumindest partiell eine Zwischenschicht angeordnet sein. Ist mit einem Gasaustritt zu rechnen, dann muss bei einem metallischen Schutzmantel dieser als Gewebe (z. B. Stahlgewebe) ausgeführt sein, um die Diffusion des aus dem Kühlmedium austretenden Gases nicht zu behindern.
Insbesondere bei einem Schutzmantel aus einem metallischen Gewebe ist es zum mechanischen Schutz des Schlauchmantels vorteilhaft, zwischen dem Schlauchmantel und dem Schutzmantel zumindest partiell eine Zwischenschicht anzuordnen, die beispielsweise als Kunststoffgewebe ausgebildet ist.
Nachfolgend ist ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelsschlauchs in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die einzige Figur zeigt den Kühlmittelschlauch, in einem Längsschnitt.
In der Zeichnung ist ein Kühlmittelschlauch 1 dargestellt, der einen Schlauchmantel 2 umfasst. Der Schlauchmantel 2 besteht erfindungsgemäß aus einem Kunststoffmaterial, das einen hohen Diffusionskoeffizienten D für Gas aufweist und zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält.
Der in der Zeichnung dargestellte Kühlmittelschlauch 1 ist Teil eines Kühlkreislaufs zwischen einem Kühlaggregat und einem Hochleistungs-Röntgenstrahler. Als Kühlmedium 3 dient in diesem Fall Hochspannungs-Isolieröl, das mittels einer Pumpe im Kühlkreislauf transportiert wird. Kühlaggregat, Hochleistungs-Röntgenstrahler und Pumpe sind an sich bekannt und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die erzeugte Röntgenstrahlung das Hochspannungs-Isolieröl 3 im Kühlkreislauf und es entsteht dabei Wasserstoff (H₂). Dies kann zu einer Sättigung des Hochspannungs-Isolieröls 3 mit Wasserstoff führen. Das Kühlmedium 3, das auch zur Isolation gegenüber der am Röntgenstrahler anliegenden Hochspannung dient, verschlechtert sich durch die Zersetzungsreaktionen in seinen Isolationseigenschaften entsprechend. Da die Zersetzungsreaktionen Kühlmedium 3 nicht verhindert werden können, muss der Wasserstoff aus dem Kühlmedium 3 entfernt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass für den Schlauchmantel 2 ein Kunststoffmaterial gewählt wird, das einen ausreichend hohen Diffusionskoeffizienten für Wasserstoff aufweist. Ein Kunststoffmaterial mit einem ausreichend hohen Diffusionskoeffizienten für Wasserstoff ist Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses Material besitzt für Wasserstoff einen Diffusionskoeffizienten von etwa 14,7 m²/s.
Abhängig von den geometrischen Abmessungen des Kühlmittelschlauchs 1 und/oder abhängig vom Herstellungsverfahren des Schlauchmantels 2 sind z. B. Grafitpulver, Metallpulver, Grafitpartikel sowie Metallpartikel möglich. Weitere geeignete elektrisch leitfähige Zusätze sind Grafitfasern und Metallfasern sowie elektrisch leitfähige Drahtgewebe. Die beispielhaft genannten elektrisch leitfähigen Zusätze können im Rahmen der Erfindung entweder alternativ oder in einer beliebigen Kombination in das Kunststoffmaterial des Schlauchmantels 2 eingebracht sein. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauch 1 auf einfache Weise eine Anpassung des Schlauchmantels 2 hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit an den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
Der Kühlmittelschlauch 1 ist mit seinem Schlauchmantel 2 mit einer Anschlussarmatur 4 über eine elektrisch leitende Verpressung 5 elektrisch leitend verbunden, wodurch zwischen der Innenseite des Schlauchmantels 2, die sich durch die Reibung des Kühlmediums 3 elektrostatisch auflädt, und der Anschlussarmatur 4 ein Potentialausgleich auftritt.
Eine Leckage des Kühlmittelschlauchs 1 mit den unerwünschten Folgeerscheinungen wird durch diesen Potentialausgleich zuverlässig vermieden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelschlauch entsteht zwischen dem Schlauchmantel, der zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält, und einer an der Außenseite des Kühlmittelschlauchs bzw. Schlauchmantels angeordneten, ebenfalls elektrisch leitfähigen Anschlussarmatur eine elektrisch leitende Verbindung, die zu einem Potentialausgleich zwischen der Innenseite des Schlauchmantels, die sich durch die Reibung des Kühlmittels elektrostatisch auflädt, und der Anschlussarmatur führt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Schlauchmantel 2 an seiner Außenfläche einen Schutzmantel 6 aus einem metallischen Gewebe, beispielsweise einem Stahlgewebe, auf. Durch den Schutzmantel 6 wird einerseits die mechanische Unempfindlichkeit erhöht und andererseits wird die elektrische Leitfähigkeit der Verpressung 5 mit der Anschlussarmatur 4 nochmals verbessert.
Weiterhin kann zwischen dem Schlauchmantel 2 aus einem Kunststoffmaterial und dem Schutzmantel 4 aus einem metallischen Gewebe eine Zwischenschicht (in der Zeichnung nicht dargestellt) angeordnet sein, die z. B. einem Kunststoffgewebe besteht.
Durch die Gewebestruktur bei dem gegebenenfalls vorhandenen Schutzmantel 5 und bei der gegebenenfalls vorhandenen Zwi schenschicht wird der durch den Schlauchmantel 2 diffundierende Wasserstoff nicht an seinem Austritt aus dem Schlauchmantel 2 gehindert, so dass sich die Diffusionseigenschaften des Schlauchmantels 2 für Wasserstoff nicht verschlechtern.

Claims

Kühlmittelschlauch mit einem Schlauchmantel, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchmantel (2) aus einem Kunststoffmaterial besteht, das einen hohen Diffusionskoeffizienten (D) für Gas aufweist und zumindest einen elektrisch leitfähigen Zusatz enthält.
Kühlmittelschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial einen Diffusionskoeffizienten (D) für Gas von mindestens etwa 3 m²/s aufweist.
Kühlmittelschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial einen Diffusionskoeffizienten (D) für Wasserstoff (H₂) von etwa 14,7 m²/s aufweist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polytetrafluorethylen (PTFE) ist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial als Verbundmaterial ausgebildet ist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Zusatz im Kunststoffmaterial Grafit- und/oder Metallpulver vorgesehen ist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Zusatz im Kunststoffmaterial Grafit- und/oder Metallpartikel vorgesehen sind.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Zusatz im Kunststoffmaterial Grafit- und/oder Metallfasern vorgesehen sind.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Zusatz als im Kunststoffmaterial eingebettetes elektrisch leitfähiges Drahtgeflecht und/oder als im Kunststoffmaterial eingebettetes elektrisch leitfähiges Drahtgewebe ausgeführt ist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchmantel (2) an seiner Außenfläche zumindest partiell einen Schutzmantel (6) aufweist.
Kühlmittelschlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (6) aus einem metallischen Gewebe, beispielsweise einem Stahlgewebe, besteht.
Kühlmittelschlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schlauchmantel (2) und dem Schutzmantel (6) zumindest partiell eine Zwischenschicht angeordnet ist.
Kühlmittelschlauch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einem Kunststoffgewebe besteht.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchmantel (2) einen Innendurchmesser zwischen ca. 4 mm und ca. 50 mm aufweist.
Kühlmittelschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchmantel (2) eine Wandstärke zwischen ca. 0,2 mm und ca. 0,5 mm aufweist.