DE1765527A1

DE1765527A1 - Abstandshalter fuer koaxiale Rohrsysteme

Info

Publication number: DE1765527A1
Application number: DE19681765527
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Ing Scheffler
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1968-06-01
Filing date: 1968-06-01
Publication date: 1971-08-26
Also published as: AT300065B; BE728979A; DE1765527C3; NL6905805A; JPS4928554B1; GB1211183A; DE1765527B2; FR2010000A1

Description

K*bel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 89(1 31·5·1968

Abstandshalter für koaxiale Rohrsyeteme

Zur Übertragung elektrischer Energie sind sogenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt «geworden, bei denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind. Der Wärmeschutz nach außen wird durch drei weitere, dieses Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet. Xm Raum zwischen dem innersten und dem nächstfolgenden Rohr wird ein Vakuum aufrechterhalten, während der Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr zur Unterteilung des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefälles mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der Zwischenraum vom dritten zum letzten, auf Raumtemperatur stehenden Rohr ist wiederum evakuiert.

Auch ist es bereits bekannt, für den Transport von Flüssigkeiten oder Gasen koaxiale Anordnungen zu verwenden, die aus mehreren konzentrischen Rohren bestehen. Bei Verwendung von zwei Rohren wird das innere Rohr zur Fortleitung der Flüssigkeit oder des Gases benutzt, während der Raum zwischen den Rohren thermisch isoliert ist· Eine thermische Isolierung ist beispielsweise durch Evakuieren oder Einbringen eines Isolierstoffes, z.B. eines Schaumstoffes, möglich.

Zur Zentrierung und Abstützung solcher Rohrsysteme sind Abstandshalter vorgeschlagen worden, die aus wendeiförmigen Stegen bestehen. Solehe Vendeln bilden jedoch infolge des von innen nach außen gerichteten Temperaturgefäjilles eine ununterbrochene wärmeleitende Brück· zwischen den konzentrischen Rohren. Man hat deshalb bereits

10983 5/0511

versucht, den Wärmeübergang zwischen den Rohren durch entsprechende Materialauswahl, z.B. durch Verwendung von Wendeln aus Polytetrafluorethylen, zu reduzieren. Die hierbei ermittelten Werte für die Wärmeverluste haben sich jedoch für eine wirtschaftliche Auslegung von solchen koaxialen Anordnungen als zu hoch erwiesen.

Auch ist bereits vorgeschlagen worden, als Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme, bei denen zwischen den Rohren ein Temperaturgefalle aufrechterhalten werden soll, drei oder mehrere radial zwischen je zwei Rohren angeordnete und gleichmäßig um die Achse des Rohrsystems verteilte Stützelemente zu verwenden, deren thermische Leitfähigkeit durch Bemessung und/oder Materialauswahl unter Berücksichtigung der mechanischen Beanspruchung auf einen möglichst kleinen Wert gehalten wird. Die Stützelemente werden hierbei durch einen oder mehrere zu den Rohren konzentrische Ringe in Lage gehalten. Da die mit den Rohren in Berührung stehenden Kontaktflächen gegenüber den der bekannten Anordnungen erheblich verkleinert sind, werden bei ausreichender mechanischer Belastbarkeit äußerst geringe Wärmeverluste erzielt.

Neben den durch die notwendigen Abstandshalter bedingten Verlusten infolge Wärmeleitung über die Sützielemente sind die durch Wärmestrahlung hervorgerufenen Wärmeverluste zu berücksichtigen, die bei dem Aufbau solcher koaxialer Rohrsysteme erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Das gilt beispielsweise dann, wenn bei einem koaxialen Rohrsystem aus vier Rohren der Zwischenraum ζwischein dem zweiten und dritten Rohr mit flüssigem Stickstoff gefüllt und der Raum zwischen dem dritten und vierten Rohr, das sich bereits auf Raumtemperatur befindet, evakuiert ist. Das Zwischenfügen weiterer Rohre mit eingeschal· tetem Temperaturgefälle bringt hierbei auch keine Verbesserung, da mit steigender Zahl konzentrischer Rohre die z.B. für die Verlegung geforderte Biegbarkeit des Rohrsystens auch bei Verwendung von Wellrohren erheblich absinkt.

10983 5/0511

Diese Schwierigkeiten bei koaxialen Rohrsystemen mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle werden durch die Erfindung überwunden. Gemäß der Erfindung dienen als Abstandshalter mehrere Lagen einer den Raum zwischen jeweils zwei Rohren zumindest an einzelnen Stellen längs des Rohrsystems ausfüllenden Metallfolie oder metallisierten Isolierstoff-Folie, deren An radialer Richtung jeweils benachbarte Lagen durch thermisch isolierende Zwischeziagen hoher mechanischer Festigkeit getrennt sind· Durch die Materialarmut dieser Abstandshalter können die durch Wärmeleitung auftretenden Wärmeverluste auf ein Mini»mum reduziert werden· Darüber hinaus werden durch die metallische Oberfläche der geschichteten Folien die Verluste durch Wärmestrahlung beträchtlich vermindert, wobei durch die isolierenden Zwischenlagen die erforderliche Stabilität des Rohrsystems auCÜbeim Transport und bei der Verlegung gewährleistet ist.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens können die die Abstandshalter für die konzentrischen Rohre bildenden Lagen und/oder Zwischenlagen spiral- oder wendelförmig auf das jeweils innere zweier konzentrischer Rohre aufgewickelt werden. Dabei kann es oft von Vorteil sein, die Lagen undfoder Zwischenlagen mit Lücke aufzubringen. So können beispielsweise die isolierenden Zwischenlagen, etwa ein Glasfasergewebe, ein Glasfasergespinst oder eine Glasfasermatte, mit Lücke aufgesponnen werden, wobei jedes^mal die Lücke durch die darüber liegende Glasfaser- M lage überdeckt ist. Auf diese Weise kann der Materialaufwand für solche Abstandshalter weiter vermindert werdeno

Anstatt die einzelnen Lagen spiral- oder wendelförmig aufzuwickeln, ist es aber auch möglich und oft von besonderem Vorteil, ff für die einzelnen Lagen und Zwischenlagen beispielsweise mit einer Metallschicht bedampfte Kunststoff-Folien oder Glasgespinste in Bandform zu verwenden, die längseinlaufend um das diese Lagen als Abstandshalter tragende Rohr herumgebogen werden. Die einzelnen Lagen können hierbei auf Stoß oder auch überlappt aufgebracht werden.

1 0 9 B : ':- / η R

Die Erfindung sei an Hand des in den Figuren 1 und 2 als Aueführungsbeispiel dargestellten elektrisdhen Kabels näher erläutert·

Zum Betrieb des aus den konzentrisch zueinander angeordneten Rohren 1,2, 3 und 4 bestehenden elektrischen Kabels in supraleitendem Zustand befindet sich in dem inneren Rohr 1, in das die isolierten Drähte 5 von geringem Durchmesser eingezogen sind, flüssiges Helium, mit einer Temperatur von etwa 4 K. Der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 ist evakuiert, wobei als Abstandshalter für diese beiden Rohre auf einem bandförmigen Träger 6 angeordnete walzen- oder rollenförmige Formkörper 7 verwendet sind,/Jf die gleich*eeJ»e% an Umfang verteilt, eine linienförmige Berührung mit dem Rohr 2 aufweisen, so daß die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung auf ein Minimum begrenzt wird. Die gleichen Abstandshalter befinden sich auch zwischen dem Rohr2und 3,indem der die walzen- oder rollenförmigen Formkörper 8 tragende Träger 9 wendelförmig auf das Rohr 2 aufgewickelt ist. Der Raum zwischen den Rohren 2 und 3 ist mit flüssigem Stickstoff von etwa 77°K gefüllt.

Um nun trotz des Temperaturgefälles von 77 K zwischen dem Rohr 3 und dem Außenrohr 4, das sich auf Raumtemperatur befindet, die wärme-Verluste durch Strahlung und Leitung auf ein Minimum zu beschränken, sind als Abstandshalter Io zwischen den Rohren 3 und 4, wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich, mehrere Lagen einer den z.B. evakuierten Raum zwischen den Rohren längs des Kabels an verteilten Stellen ausfüllenden, z.B. mit Kupfer oder dergleichen metallisierten Kunststoff-Folie mit Zwischenlagen aus einem Glasfasergespinst vorgesehen. Eine solche Abstandshalterung, die auch zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den anderen Rohren 1 bis 3 verwendet werden kann und sich durch äußerste Materialarmut bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität auszeichnet, ist in der Figur 2 in einem gegenüber der Figur 1 vergrößerten Maßstab dargestellt· über der Mit der Metallschicht 12 versehenen Kunststoff-Folie 11 befindet sieh im

10983 5/0511 -5-

Weiteren Schichtenaufbau das Qlasfasergespinst 13· Dieses Gespinst oder Gewebe hält den Abstand zwischen den übereinander angeordneten metallisierten Kunststoff-Folien 11, verhindert also eine "iunterbarochene Wärmeleitung, und sichert andererseits die an die Abstandshalterung gestellte Forderung nach hoher mechanischer Festigkeit· Der Wärmeabgabe nach außen durch Strahlung wirken die auf die Kunststoff-Folien aufgedampften Metallschichten 12 entgegen, die infolge ihrer äußerst gerigen Wandstärke keine Wärmespeicher bilden·

Austeile der metallisierten Kunststoff-Folien können auch Metallfolien, z.B. Kupferfolien oder Folien aus anderen geeigneten Metallen verwendet werden, die durch Glasfasergespinste voneinander getrennt sind· Werden die Folien längs einlaufend mmmxese Folien als Abstandshalter tragende Rohr herumgelegt, wird man zweckmäßig die jeweiligen Stoß- oder Überlappungsstellen der einzelnen Schieb.tercam Umfang des Rohres verteilt anordnen.

Xn dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rohre 1 bis 4 als Glattrohre dargestellt. Aus Transportgründen und wegen der Forderung nach unbedingter Richtigkeit der den Wärmeschutz des supraleitenden kabel* bewirkenden Rohre hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, hierfür sogenannte Wellrohre aus Metall, z.B. Kupfer,, Aluminium oder Stahl, zu verwenden, die in großen Längen herstellbar Wad wegen ihrer Biegsamkeit ähnlich den normalen Kabeln behandelt werden können« Neben der notwendigen Dichtigkeit sind solche Rohre darüber hinaus auch inder Lage, große Wärmedehnungen aufzunehmen.

10 9 8 3 5/0511

Claims

S 1765^27 Kabel- und Metallwerke GulAioffnungshütte Aktiengesellschaft ί 8s»4 31*5.1^68 Pat entansprüche

1. Abstandshalter für koaxiale Rohrsyteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rehren bestehenden Temperaturgefälle, beispielsweise für ein in supraleitendem Zustand betriebenes elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter W oder gekühlter flüssiger oder gasförmiger Medien, gekennzeichnet durch mehrere Lagen einer den Raum zwischen jeweils zwei Rohren zumindest an einzelnenSteilen längs des Rohrsystems ausfüllenden Metallfolie oder metallisierten Isolierstoff-Folie, deren in radialer Richtung jeweils benachbarte Lagen ?fiermisch isolierende Zwischenlagen hoher mechanischer Festigkeit getrennt sind.

2· Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abstandshalter bildenden Lagen und/oder Zwischenlagen spiral- oder wendelförmig auf das jeweils innere zweier konzentrischer Rohre aufgewickelt sind·

Jk 3o Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen und ioder Zwischenlagen durch längseinlaufende und um das innere zweier konzentrischer Rohre herumgebogene Bänder erzeugt sind.

4. Abstandshalter nach Ansprucß^r3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abstandshalter bildenden Lagen und/oder Zwischenlagen mit Lücke, auf Stoß oder überlappt aufgewickelt sind·

109835/0511

ORIGINAL INSPECTED

5· Abstandshalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen der Lücke, der Stoß- und Überlappungseteilen d£ereinzelnen Lagen- am Umfangjj des Rohres verteilt angeordnet sind·

6, Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch isolierende Lage hoher £ mechanischer Festigkeit ein Glasfasergespinst oder eine Glasfasermatte dient·

7· Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallisierte Isolierstoff-Folien mit einer Metallschicht bedampfte Kunststoff-Folien verwendet sind.

109835^0511

Leerseite