DE1300380B - Rohrleitungssystem fuer tiefkalte und/oder verfluessigte Gase mit einem evakuierten Mantelrohr - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrleitungssystem für tiefkalte und/oder verflüssigte Gase, z. B. für Helium, bestehend aus je einer zwischen einer Kältemaschine und einem Verbraucher verlaufenden Hin- und Rückleitung. Hin- und Rückleitung sind aus durch Kupplungen verbundenen Rohren gebildet und zur Wärmeisolierung von einem evakuierten Mantelrohr umgeben.
• Bei Rohrleitungssystemen, die für tiefkalte und/ oder verflüssigte Gase verwendbar sein sollen, kommt es darauf an, die durch Strahlung verursachten Wärmeeinfälle auf der Länge des Rohrleitungssystems so gering wie möglich zu halten. Außerdem müssen Verluste durch Wärmeleitung so klein wie möglich gehalten werden. Man hat versucht, dies dadurch zu erreichen, daß in einem Mantelrohr Hin-und Rückleitung achsparallel geführt sind. Es zeigte sich jedoch, daß dabei die Verluste durch Wärmeleitung, insbesondere an den Kupplungsstellen, so groß waren, daß der Wirkungsgrad der Anlage erheblich vermindert wurde. Man hat auch versucht, Hin- und Rückleitung konzentrisch in einem Mantelrohr anzuordnen. Dies hat zwar den Vorteil, daß bei gleichem Strömungsquerschnitt die kalte Oberfläche des Leitungssystems kleiner ist als bei achsparalleler Führung von Hin- und Rückleitung. Daher sind in diesem Fall die Leistungsverluste durch Wärmeeinfälle von außen verringert. Doch zeigt sich, daß die Einflüsse der höheren Temperatur in der Rückleitung auf das in der Hinleitung strömende Medium insbesondere während des Anfahrvorganges so groß sind, daß es nicht möglich ist, einem in größerer Entfernung von dem Kälteerzeuger aufgestellten Verbraucher das Medium - also ein tiefkaltes und/oder verflüssigtes Gas - mit der gewünschten Temperatur zuzuführen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rohrleitungssystem zu schaffen, bei dem auch über längere Strecken Verluste durch Wärmeeinfälle und Wärmeleitung so klein wie möglich gehalten werden und bei dem außerdem trotz Anordnung der Rohrleitung in einem evakuierten Mantelrohr gelegentlich erforderliche Reparaturen möglichst einfach durchführbar sind.
• Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Verluste in einem Rohrleitungssystem der genannten Art dadurch vermindert werden können, daß an den Kupplungsstellen die sonst achsparallel geführten Leitungen koaxial geführt sind. Dabei lassen sich die bei achsparallelen Leitungen besonders großen Verluste durch Wärmeeinfall an den Kupplungsstellen vermeiden, wobei auf diesen kurzen koaxialen Leitungsstrecken die nachteilige Auswirkung der höheren Temperatur der Rückleitung auf das in der Hinleitung strömende Medium in Kauf genommen werden kann.
• Von dieser Erkenntnis ausgehend, wird die Erfindungsaufgabe bei einem Rohrleitungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Hinleitung und die Rückleitung mit Ausnahme der Rohrverbindungsstellen zur Verminderung des Wärmeaustausches durch Wärmeleitung in dem evakuierten Mantelrohr achsparallel geführt sind, wobei die Rückleitung mit einem an sich bekannten, die Hinleitung mit Abstand umgreifenden, vorzugsweise metallischen, Strahlungsschild verbunden ist, während im Bereich der Kupplungen zur Verringerung des Wärmeeinfalls von außen die Hinleitung von der Rückleitung koaxial umschlossen ist.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform des Rohrleitungssystems gemäß der Erfindung besteht darin, daß 5 im Bereich von zwischen dem Strahlungsschild und dem Mantelrohr vorgesehenen Abstandshaltern die Verbindung zwischen dem Strahlungsschild und der Rückleitung zur Vermeidung von Wärmeeinbrüchen unterbrochen ist.
• Eine weitere Ausbildungsform des Rohrleitungssystems gemäß der Erfindung besteht darin, daß im Bereich der Rohrkupplungen, in dem die Hinleitung koaxial von der Rückleitung umschlossen ist, zur Verminderung des Wärmeübergangs in der Hinleitung ein Einsatzrohr vorgesehen ist, das aus zwei mit radialem Abstand ineinander angeordneten und dicht verschweißten Rohrstücken besteht. Durch dieses Einsatzrohr wird insbesondere dann eine besonders gute Isolierung auch an den Kupplungsstellen erreicht, wenn der von den beiden Rohrstücken begrenzte Ringspalt evakuiert oder mit einem bei Abkühlung des Leitungssystems ausfrierenden Gas gefüllt ist.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Rohrleitungssystems für tiefkalte und/oder verflüssigte Gase gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Rohrleitungssystem im Schnitt, F i g. 2 einen Schnitt durch F i g. 1 nach der Lini A-A, F i g. 3 einen Schnitt durch F i g. 1 nach der Linie B-B, F i g. 4 eine Rohrkupplung für das Rohrleitungssystem und F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Rohrkupplung.
• Eine Hinleitung 1 zur Zuführung von tiefkaltem und/oder verflüssigtem Gas von einer Kältemaschine zu einem Verbraucher und eine Rückleitung 2 vom Verbraucher zur Kältemaschine sind gemeinsam in einem evakuierten Mantelrohr 3 angeordnet. Dabei ist die Rückleitung 2 gut wärmeleitend mit einem an sich bekannten, die Hinleitung 1 umgreifenden, vorzugsweise metallischen, Strahlungsschild 4 verbunden. Die Rückleitung 2 und der Strahlungsschild 4 sind in an sich bekannter Weise mittels Distanzstücken 5 gegen das Mantelrohr 3 abgestützt. Dabei ist, um Wärmeeinfälle weitgehend auszuschließen, an den Stellen, an denen über die Distanzstücke 5 Verbindung zwischen dem Strahlungsschild 4 und dem Mantelrohr 3 besteht, die Verbindung zwischen Rückleitung 2 und Strahlungsschild 4 unterbrochen. Die Stützung der Hinleitung 1 innerhalb des Strahlungsschilds 4 erfolgt mittels Distanzstücken 6. Beide Leitungen, die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2, sind auf dem achsparallel geführten Teil des erfindungsgemäßen Rohrleitungssystems von einem gut isolierenden Werkstoff 7 umgeben.
• An ihren Kupplungsstellen sind gemäß F i g. 4 die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2 koaxial geführt, wobei die Hinleitung innerhalb der Rückleitung verläuft. Der übergang von der achsparallelen Führung zur koaxialen Führung kann beispielsweise mittels eines übergangsstückes 8 erfolgen. Die koaxiale Führung von Hinleitung 1 und Rückleitung 2 an den Kupplungsstellen ermöglicht es, den achsparallelen Strecken der an den Kupplungsstellen miteinander in Verbindung stehenden Rohrstücke jede beliebige Winkelstellung zueinander zu erteilen. Zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen sind in der Hinleitung 1 und in der Rückleitung 2 in an sich bekannter Weise Faltenbälge 9, 10, 11 vorgesehen. Die freien Enden der Faltenbälge 10, 11 sind jeweils mit einem Flansch 12 und 13 verbunden, deren Berührungsflächen zur Erzielung einer guten Abdichtung kegelförmig ausgebildet sind. Die Rohrenden der Hinleitung 1 sind ineinander gesteckt. Die Faltenbälge 10 und 11 stehen in an sich bekannter Weise unter einer solchen Vorspannung, daß Hinleitung 1 und Rückleitung 2 hinreichend gegeneinander abgedichtet geführt sind. Zur Führung der Faltenbälge 10, 11 und zur Führung der koaxial zur Hinleitung 1 verlaufenden Rückleitung 2 ist ein rohrförmiges Führungsstück 16 vorgesehen. Die Flansche 12 und 13 sind mittels eines überwurfringes 17 verschraubt. Die Kupplung wird nach ihrer Montage mit einem nicht dargestellten, gut isolierenden Werkstoff so umgeben, daß die Isolierung an die der achsparallel geführten Leitungen 1, 2 anschließt.
• Die Mantelrohre 3 enden in Höhe des Übergangs von der achsparallelen Führung von Hinleitung 1 und Rückleitung 2 in die koaxiale Führung beider Leitungen. An dieser Stelle sind die Mantelrohre über lösbare Verbindungen 18 mit Hülsen 19 vakuumdicht verbunden, während an den freien Enden der Hülsen 19 Flansche einer verschraubbaren Kupplung 20 angeordnet sind. Dabei sind die Dichtflächen 21, 22 sphärisch ausgebildet, um zu verhindern, daß geringe Schrägstellungen der Hülsen 19 die Abdichtung der kalten Verbindung beeinträchtigen.
• Bei der Rohrkupplung nach F i g. 5 ist im Kupplungsbereich in die Hinleitung 1 ein Einsatzrohr 23 eingelegt. Das Einsatzrohr 23 besteht aus zwei koaxial, mit Abstand zueinander angeordneten Rohrstücken 24, 25 und weist die gleiche Länge auf wie die Strecke, in der Hin- und Rückleitung 1 und 2 koaxial geführt sind. Der Ringspalt 26, der von den Rohrstücken 24 und 25 gebildet wird, ist dabei zur Isolation entweder evakuiert oder mit einem hochsiedenden Gas gefüllt, welches beim Kaltfahren des Leitungssystems ausfriert.
• Durch das erfindungsgemäße Rohrleitungssystem für tiefkalte und/oder verflüssigte Gase wird erreicht, daß der Wärmeeinfall in der Hinleitung sehr klein ist. Die koaxiale Führung an den Rohrverbindungsstellen ermöglicht eine gute Isolierung, so daß auch an diesen Stellen nur geringe Verluste auftreten.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Rohrleitungssystem für tiefkalte und/oder verflüssigte Gase, z. B. für Helium, bestehend aus je einer zwischen einer Kältemaschine und einem Verbraucher verlaufenden Hin- und Rückleitung, die aus durch Kupplungen verbundenen Rohren gebildet und zur Wärmeisolierung von einem evakuierten Mantelrohr umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinleitung (1) und die Rückleitung (2) mit Ausnahme der Rohrverbindungsstellen zur Verminderung des Wärmeaustausches durch Wärmeleitung in dem evakuierten Mantelrohr (3) achsparallel geführt sind, wobei die Rückleitung (2) mit einem an sich bekannten, die Hinleitung (1) mit Abstand umgreifenden, vorzugsweise metallischen, Strahlungsschild (4) verbunden ist, während im Bereich der Kupplungen zur Verringerung des Wärmeeinfalls von außen die Hinleitung (1) von der Rückleitung (2) koaxial umschlossen ist.
2. 2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich von zwischen dem Strahlungsschild (4) und dem Mantelrohr (3) vorgesehenen Abstandshaltern (5) die Verbindung zwischen dem Strahlungsschild und der Rückleitung (2) zur Vermeidung von Wärmeeinbrüchen unterbrochen ist.
3. 3. Rohrleitungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Rohrkupplungen, in dem die Hinleitung (1) koaxial von der Rückleitung (2) umschlossen ist, zur Verminderung des Wärmeübergangs in der Hinleitung ein Einsatzrohr (23) vorgesehen ist, das aus zwei mit radialem Abstand ineinander angeordneten und dicht verschweißten Rohrstücken (24, 25) besteht.
4. 4. Rohrleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden Rohrstücken (24, 25) begrenzte Ringspalt (26) evakuiert oder mit einem bei Abkühlung des Leitungssystems ausfrierenden Gas gefüllt ist.