DE1640807C2

DE1640807C2 - Supraleitende Energieübertragungsleitung

Info

Publication number: DE1640807C2
Application number: DE1640807A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Dipl.-Ing. Dr. Techn. Graz Klaudy (Oesterreich)
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-04-23
Filing date: 1966-04-19
Publication date: 1973-09-13
Also published as: CH456194A; NL6605463A; GB1145382A; DE1640807B1; NL6705565A

Description

ϊ 640

Die Eiriindup.ii betrifTt eine supraleitende Energieübertrügungslei'.up.g mit mehreren die oder den Supraleiter u π !heuenden, gegeneinander durch schlecht wärmeleitende Abstandshalter abgestützten hohlzylindrischen Mänteln, zwischen denen sich c%akuierte und oder von verflüssigten Gasen erfüllte Räume befinden.

I'm die Stromleiter supraleitender Kabel auf tiefsten in der Nähe des absoluten Nullpunktes liegenden Temperaturen zu halten, ist es bekannt, die Leiter im Inneren normaler Metallrohrleitungen, die die kühlfliissigkeh z. B. flüssiges Helium enthalten oder indirekt durch die Kühlflüssigkeit gekühlt sind, unterzubringen (siehe ζ. Β. Mac Fee: Power Engineering". Okt. I¹XiI, S. <S0 bis 82). Die Wärme- :₅ isolation nach außen wird dabei durch Anordnung konzentri>cher die Metallrohrleitung umgebender, mittels schlecht teilender Abstandshalter gegeneinander und gegen das ursprüngliche Rohr abgestützter Rohre, zwischen denen sich Vakuum oder flüssige Gase befinden, erreicht. In den Fig. 1 und 2 sind Beispiele solcher bekannter Einrichtungen dargestellt. Darin bedeutet Ii, die die supraleitenden l.cits.'¹" /. und das t'..issige Helium He enthaltenden, inneren Metallrohre; A die Abstandshalter, die z. B. aus schlecht wärmeleitendem V2A-Stah!, der die R<»hroherliäehen nur an kleinen Oberflächenteilen berührt, hergestellt werde·' können; V_x und V., die evakuieren Zwischenräume zwischen den Rohren, die zur möglichsten Ausschaltung vor Warmeleitungsvcriusien vorgesehen werden, und Λ'., ein· η durch flüssigen S:ickMofF erfüllten Raum. Die Zwischenschaltung des mit flüssigem Stickstoff erfüllten Raumes (s. Fig. 2) dient dazu, das ren'.peraturgefälle zwischen der Außenltifi und dem flüssigen Helium zu unterteilen. um die von der vierten Potenz der Temperatur abhangigen Strahlungsverluste gegenüber der einfacheren Ausführung nach Fig. 1 herabzusetzen. In den evakuierien Räumen werden in neuerer Z.it in bekannter Weise auch Glas- oder Kunststoff-Fasern, Metallpulver oder besser noch Metallfoiien, die wie zwischengeschaltete, das Temperaturgefälle weiter unterteilende Spiegel wirken und eine starke Verringerung der Strahlungsverluste bewirken, verwendet (Superisolation).

Supraleitende Kabel solcher bekannter Bauart besitzen jedoch den schweren Nachteil, daß die den Wärmeschutz bildenden Rohre (Fig. 1, 2) aus aus Transportgründen kurzen Rohrslücken nach deren Verlegung im Gelände durch Verlöten oder Vcrschweißen hergestellt werden müssen, was nur mit außerordentlichen Kosten und Inkaufnahme großer Störanfälligkeit der Rohrleitungen hinsichtlich ihrer Gas- und Vakuumdichtigkeit verwirklicht werden kann. Um die erforderliche Wärmedehnung der Rohre im Betrieb zu ermöglichen, ist es bei den bisher vorgeschlagenen Einrichtungen weiter auch nötig, zusätzliche Vorkehrungen (wie etwa die Einschaltung von Rohrbogen oder von kurzen Metallschläuchen) im Zuge der Rohrleitungen vorzusehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Encrgieübcrtragungsleitung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die in großen Längen herstellbar, transportierbar und mit einer nur geringen Anzahl von Verbindungsstellen verlcgbar ist und die trotzdem ein absolut zuverlässiges Kühl- und Isoliersyslcm aufweist, welches es gestattet, die Stromleiter unter allen Umständen an jeder Stelle und zu jedem Zeitpunkt auf tiefsten Temperaturen zu halten Gelöst wird diese Aufgabe erfindungs- »emäß dadurch, daß die Mäntel in an sich bekannter Weise als biegsame, dehnbare und dichte Wellrohre ausg-ebilde'. sind.

Die Mantel der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung können aus Metall, wie beispielsweise Aluminium od"er Stahl, und/oder Kunststoff bestehen. Die zwischen den Mänteln evakuierten Räume sind mindestens teilweise mit Giaskunststoffasern kr Metallfolie!! ausgefüllt. Die zwischen den Welln.<;-.ren angeordneten Abstandshalter sind vorzugsweise auf den Rohren mit jeweils dem kleineren Durchmesser befestigt. Sie weisen eine mit der Oberfläche üct Wellrohre im wesentlichen in Punkt- oder Linienberührung stehendes Profil auf. Die Abstandshalter können gemäß der Frfindung in Richtung ihv.r L än^crsfreekung abwechselnd Abschnitte mit volkn Proiilquerschnitt' und Abschnitte mit verringert' Ou.rschnittshöhe aufweisen. Die tragenden Qu. schnitte der Abstandshalter s.nd entsprechend (J. durch die Druckunterschiede zwischen den W,; rohren hervorgerufenen mechanischen Belastung t-emessen. In weiterer Ausgestaltung der Hrtindii: sind die auf der Außenseite die Abstandshalter ir. genden Wellrohre gegenüber den Wellrohren mit di > jeweils nächstgrößeren Durchmesser mit einem de-· artigen Spiel versehen, dal" sie in das im Geiäpa. verlegte Wellrohr mit dem nächstgrößeren Dur;-messer einziehbar sind. Vorteilhaft ist es auch, d . birilaren oder sonst eng nebeneinanderliegenden oder koaxial ausgeführten einzelnen Supraleiter im mnesten Wellrohr so locker zu ν erlegen, daß sie in das im Gelände verlegte Wellrohr einziehbar sind.

Die erfindungsgemäße lueruieübertragungsleituriL! erfüllt alle Bedingungen für lip Aufrechtorhaltui);; der Supraleitfähigkeit der Stromleiter und gewähr leistet damit ihre"volle Belastbarkeit. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung ist darin zu sehen, daß sie sich in großen Längen, beispielsweise bis zu 15QOm und mehr, avif Spe/ialmaschinen herstellen läßt. Die Wellrohre sind verhältnismäßig leicht biegbar und können für den Transport auf große Trommeln aufgewickelt werden. Sie werden an Ort und Stelle durch Abrollen von den Trommeln wie gewöhnliche Kabel verlegt. Da die Wellrohre in großen Längen herstellbar sind, enteilen bei ihrer Anwendung die bei den bisher vorgeschlagenen supraleitenden Kabeln notwendigen zahlreichen Verbindungsstellen der kurzen Rohrstücke im Gelände, wodurch eine große Ersparnis an Montagekosten bei gleichzeitiger außerordentlicher Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht werden kann. Die bei den bisher vorgeschlagenen supraleitenden Kabeln notwendigen Maßnahmen zur Ermöglichung der Wärmedehnungen fallen weg, weil die Wellrohre in der Lage sind, die Wärmedehnungen selbst unmittelbar aufzunehmen. Wegen der absoluten Gasbzw. Vakuumdichtigkeit der Wellrohre und ihrer großen mechanischen Widerstandsfähigkeit ist es ohne weiteres möglich, evakuierte, teilweise gegebenenfalls mit Superisolation erfüllte Zwischenräume bei einem Vakuum von 10~⁴ bis 10~^e mm Quecksilbersäule, wie es mittels billiger und betriebssicherer Vorpumpen und Hg-Diffusionspumpen erreicht werden kann, aufrechtzuerhalten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung besteht darin, daß die Abstandshalter

zwischen den Wellrohren auftretende mechanische Kräfte aufzunehmen in der Laue sind.

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 3 und 4 der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Ils zeiizt die Fig. 3 einen Längs- und einen Querschnitt durch die erfindungsgeniäßc· Energieübertragung.-JeiiuRü. Fig. 4 zeigt ^ inen Längs- und einen Querschnitt durch einen nach tier Erfindung vorgesehenen Abstandshalter.

Nach Fig. 3 sind die supraleitfähigen Leiter der übertragungsleitung in dem mit Helium He gefüllten innersten Wellrohr untergebracht. Dieses Wellrohr wird von weiteren We!lro'--_L-n konzentrisch umgeben, wobei die einzelnen We! öhre durch Abstandshalter voneinander gelrennt sind. Zur Abstandshaltung der j'bercinarJergeschobenen Wellrohre kann beispielsweise, wie aus dem Längsschnitt rr.teh F i g. 3 ersichtlich, ein spiralförmig gewickelter, entsprechend profilierter Draht oder ein Kunststoffband angewendet werden, die die gewellten RoI -e zur Kleinhaltung so der Wärmeleitung nur an sehr kleinen TVUen ihrer Oberflächen berühren. Um die Berührungsflächen zwischen den Abstandshaltern und den Wellrohren noch /u verkleinern, ist es zweckmäßig, die Abstandshalter ihrer Länge nach nicht mit dem gleichen Profil, sondern so. wie in der Abrollung in F i g 4 angedeutet ist. auszuführen. Die Räume zwischen den Wellrohren sind entweder als Vakuumräume V vomcsehen oder mit einem Kühlmittel, beispielsweise N., gefüllt. Dadurch wird eine Wärmeübertragung von außen /u de¹ im innersten Rohr angeordneten Energieübertragungsieitung weitgehend verhindert. Die Verluste durch Wärmestrahlung werden gleichzeitig möglichst gering «ehalten. Die Abstandshalter sind jeweils auf dem inneren Rohr befestigt. Zwischen jedem dieser einen Abstandshalter tragenden Rohre einschließlich dei auf ihnen befestigten Abstandshalter und den jeweils darauffolgenden Rohren ist so \iel Spiel vorzusehen, daß die kleineren Wellrohre im Gelände nach der Verlegunc der größeren Wellrolue in diese eingezogen werden können.

Die Wcüungen der Rohre können spiralförmig oder auch senkrecht zur Rohrachse verlaufen. Die Wellrohre können nahtlos oder mit Naht hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

L Supraleitende Energieübertragungsleitung mit mehreren die oder den Supraleiter umgebenden, gegeneinander durch schlecht wärmeleitende Al·- stanüshaller abgestützten, hohlzylindrischen Mänteln, zwischen denen sich evakuierte und/oder von verflüssigten Gasen erfüllte Räume befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantel in an sich bekannter Weise als biegsame, dehnbare und dichte Wellrohre ausgebildet sind.
2. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne., daß öie Mantel aus Metall und/oder Kunststoff bestehen.
3. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die evakuierten Räume zwischen den Wellrohren mindestens teilweise durch Glas- oder Kunststoffasern oder Metallfolie« ausgefüllt sind.
4. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die /wischen den Wellrohren angeordneten Abstandshalter vorzugsweise auf den Rohren mit jeweils dem ki^neren Durchmesser befestigt sind und ein mit der Oberfläche der Wellrohre im wesentlichen in Punkt- oder Linienberührung stehendes Profi! aufweisen.
5. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter in Richtung ihrer Längserstreckung abwechselnd Abschnitte mit vollem Profilquerschnitt und Ab schnitte mit verringerter Querschnittshöhe aufweisen.
6. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Querschnitte der Abstandshalter entsprechend den durch die Druckunterschiede zwischen den Wellrohren hervorgerufenen mechanischen Belastungen bemessen sind.
7. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außenseite Abstandshalter tragenden Wellrohre gegenüber den Wellrohren mit dem jeweils nächstgrößeren Durchmesser so viel Spiel besitzen, daß sie in das im Gelände verlegte Wellrohr mit dem nächslgrößeren Durchmesser einziehbar sind.
8. Supraleitende Energieübertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bifilarcn oder sonst eng nebeneinanderliegendcn oder koaxial ausgeführten einzelnen Supraleiter im innersten Wellrohr locker verlegt und gegebenenfalls in das im Gelände verlegte Wellrohr einziehbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen