DE1775410B2 - Abstandswendel fuer koaxiale rohrsysteme - Google Patents
Abstandswendel fuer koaxiale rohrsystemeInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16L59/125—Helical spacers
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abstandswendel für koaxiale Rohrsysteme, wie sie im Oberbegriff des
Anspruchs 1 beschrieben und aus der OE-PS I 50 565 bekannt ist.
Bekannt ist bereits ein elektrisches Hochfrequenzkabel mit einer Luftraumisolation und einem Abstands- ^0
wendel großer radialer Ausdehnung (OE-PS t 50 565). Diese Abstandswendeln bestehen aus dünnen Bändern,
die übereinander geschichtet sind und durch besondere Maßnahmen, wie festes Verkleben oder Ausbildung der
Bandränder mit Verstärkungen, an einem Verschieben f,5
gegeneinander gehindert werden. Diese Bandkonstruk tion liefert daher einen verhältnismäßig kleinen
Wiirmewiderstand, wenn diese Wendel gleichzeitig als
Wärmeisolierung zwischen einem inneren und einem äußeren Rohr verwendet werden soll.
Zur Übertragung elektrischer Energie sind auch sogenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt geworden, bei
denen die Leiiungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind. Der Wärme
schutz nach außen wird durch weitere, dieses Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende
Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet. Im 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 isi es bereits bekannt, für den Transport von
Flüssigkeiten oder Gasen koaxiale Anordnungen /u verwenden, die aus mehreren konzentrischen Roiiren
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 Evakuierung oder Einbringen eines Isolierstoffes, z. B. eines Schaumstoffes möglich.
Zur Zentrierung und Abstützung solcher Rohrsysteme sind Abstandshalter vorgeschlagen worden, die aus
wendeiförmigen Stegen bestehen. Solche Wendeln bilden jedoch infolge des von innen nach außen
gerichteten Temperaturgefälles eine ununterbrochene wärmeleitende Brücke zwischen den konzentrischen
Rohren. Man hat deshalb bei cits versucht, den Wärmeübergang zwischen den Rohren durch entsprechende
Materialauswahl, z.B. duich Verwendung von Wendeln aus Polyietrafluoräthylen. zu reduzieren. Die
hierbei ermittelten Werte für die Wärmeverluste haben sich jedoch für eine wirtschaftliche Auslegung von
solchen koaxialen Anordnungen als zu hoch erwiesen.
Neben den durch die notwendigen Abstandshalter bedingten Verluste infolge Wärmeleiturg über die
Stützelemente 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 zwischen dem zweiten und dritten
Rolir 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 eingeschaltetem
Temperaturgefälle bringt hierbei auch keine Verbesserung, da mit steigender Anzahl konzentrischer Rohre
die z. B. für die Verlegung geforderte Biegbarkeit des Rohrsystems auch bei Verwendung von Wellrohren
erheblich absinkt.
Aus diesem Grunde ist es auch bereits vorgeschlagen worden, als Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme,
bei denen zwischen den Rohren ein Temperaturgefälle aufrecht erhalten werden soll, mehrere Lagen einer den
Raum zwischen jeweils zwei Rohren zumindest an einzelnen Stellen längs des Rohrsystems ausfüllenden
Metallfolie oder metallisierten lsoliersloffolie zu verwenden, deren in radialer Richtung jeweils benachbarte
Lagen durch thermisch isolierende Zwischenlagen hoher mechanischer Festigkeit getrennt sind. Durch die
Materialarmut solcher Abstandshalter können die durch Wärmeleitung auftretenden Wärmcverluste wesentlich
reduziert werden. Darüber hinaus werden durch die metallische Oberfläche der geschichtet Folien die
Verluste durch Wärmestrahlung beträchtlich vermindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Abstandswendeln für koaxiale Rohrsysteme
so zu verbessern, daß die Wärmeverluste weiter reduziert wurden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die zahlreichen, lese übereinander liegenden Bänder
einer solchen Wendel, die einen Bruchteil der geforderten Dicke der Wendel aufweisen und lediglich
in bestimmten Abständen zusammengehalten werden, berühren sich in den Zwischenräumen nur punkt- oder
linienförmig. Das hat zur Folge, daß Wärmebrücken lediglich an den statistisch verteilten Berührungsstellen
zwischen den einzelnen Lagen gebildet werden, so daß die wärmeübertragende Gesamtfläche wesentlich reduziert
wird. Darüber hinaus tritt an den Berührungsstellen der einzelnen lose übereinander liegenden Bänder
durch Spaltwirkung ein Temperatursprung auf. so daß der Wärmewiderstand der gemäß der Erfindung
aufgebauten Wendel weiter erhöht wird.
Die einzelnen Bänder der Wendel können eine glatte Oberfläche aufweisen; es ist aber auch möglich, die
Wendel beispielsweise aus geriffelten oder sonstwie verformten Isolierstoffbändern herzustellen oder abwechselnd
übereinander geriffelte Bänder oder solche mit glatter Oberfläche anzuordnen. In Durchführung
des Erfindungsgedankens werden die an sich lose übereinanderliegenden Bänder in bestimmten Abständen,
vorzugsweise von 2 bis 20 cm, miteinander verklebt. Vorteilhaft kann es aber auch oft sein, auf ein
Verkleben der Bänder zu verzichten und statt dessen den Zusammenhalt an den betreffenden Stellen durch
einen durch die Bänder hindurchgeführten Kunststcflnagcl zu gewährleisten. Auf diese Weise ist es möglich,
auch an der Verbindung bzw. Halterungsstelle die Bcrührungsstelle zwischen den einzelnen Bändern und
damit die zur Wärmeübertragung zur Verfugung stehenden Flächen so gering wie möglich zu halten.
Weiterhin ist es auch möglich, für die Wendeln durchlöcherte Bänder zu verwenden, die übereinander
angeordnet werden. Auch kann man in den Schichtenaufbau solcher Bänder Metallfolien einfügen, um die
Wärmeabstrahlung nach außen weiter zu reduzieren.
Zur Herstellung eines koaxialen Rohrsystems mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren
bestehenden Temperaturgefälle wird man zweckmäßig so vorgehen, daß auf das betreffende Rohr die bereits
vorgefertigte Wendel aus den lose übereinander angeordneten und lediglich in bestimmten Abständen
zusammengehaltenen Bändern aufgewickelt wird. Es ist aber auch möglich, im Zuge der Herstellung die
einzelnen Bänder nacheinander wendelförmig auf das befeffendc Rohr aufzuwickeln und nach dem Aufbringen
des letzten Bandes an den betreffenden Stellen die
Die Erfindung sei anhand des in den F i g. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellten elektrischen Kabels
näher erläutert-
Zum Betrieb des aus den konzentrisch zueinander angeordneten Rohren 1, 2 und 3 bestehenden
elektrischen Kabels in supraleitendem Zustand befindet sich in dem inneren Rohr 1, das auch zur Aufnahme
elektrischer Leiter dienen kann, flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4° K. Im Raum zwischen
den in der F i g. 1 angedeuteten Rohren 2 und 3 befindet sich flüssiger Stickstoff von etwa 77° K, so daß in dem
Raum zwischen den Rohren I und 2 eine Temperaturdifferenz von etwa 70° K herrscht. Da dieser Raum
evakuiert ist, fällt die Wärmeübertragung durch Leitung mittels Luft oder Konvektion fort. Der Wärmeübergang
durch Strahlung ist außerordentlich klein, da die Temperaiuren sehr tief sind, und die beiden Oberflächen
der Metallrohre gut reflektierend gemacht werden können. Der größte Anteil der Wärmeübertragung
erfolgt daher durch die bei solchen Rohrsystemen nun einmal erforderliche Abstandshalterung zwischen den
beiden Rohren. Hierbei kommt es also darauf an, stabile Abstandshalter zwischen den Rohren mit möglichst
wenig Material eines sehr schlecht wärmeleitenden Werkstoffes zu verwenden.
Um nun den Anforderungen, die an solche thermische Abstandshalter gestellt werden, zu genügen, und auf der
anderen Seile eine rationelle Fertigung sicherzustellen, werden in Durchführung der Erfindung Abstandshalter
in Form einer den Raum zwischen den angrenzenden Rohren zumindest an einzelnen Stellen ausfüllenden
Wendel verwendet, die aus lose übereinander angeordneten Bändern eines isolierenden Materials besteht, die
gemeinsam verdrillt sind, um die Kontaktfläche weiter zu verringern. Als für die Bänder geeignetes Material
haben sich beispielsweise Polyamide erwiesen. Diese Bänder 5 werden, wie insbesondere aus der Fig. 2
ersichtlich, an den Stellen 6, 7 und 8, die vorzugsweise einen Abstand von 2 bis 20 cm aufweisen, zusammengehalten.
Hierzu kann ein geeigneter Klebstoff verwendet werden; es ist aber auch möglich, zum Zusammenhalt
der einzelnen Bänder an den betreffenden Stellen die gestrichelt angedeuteten Nägel, beispielsweise aus
einem die Wärme schlecht leitenden Material zu verwenden oder die Bänder untereinander zu verschweißen.
Die auf diese Weise erreichte statistische Verteilung der Berührungsstellen zwischen den einzelnen
Bändern 5, die mit glatter Oberfläche oder auch als geriffelte Bänder ausgeführt sein können, läßt nur eine
geringe Anzahl von Wärmebrücken entstehen, so daß die hierbei verwendete Wendel einen hohen Wärmewiderstand
aufweist. Diese Wendel ermöglicht daher unter Berücksichtigung der aus Festigkeitsgründen
äußersten Materialeinschränkung die wärmeübertragenden Wendelflächen über das mechanisch notwendige
Minimum hinaus zu verringern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Abstandswendel für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten
Rohren bestehenden Temperaturgefälle, beispielsweise für ein in supraleitendem Zustand betriebenes
elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter oder gekühlter flüssiger oder
gasförmiger Medien, wobei die in einer üblichen Breite ausgebildete, einen Raum zwischen den zwei
Rohren zumindest an einzelnen Stellen längs des Rohrsystems ausfüllende, in sich stabile Wendel aus
übereinander angeordneten Bändern eines isolierenden Materials geringer thermischer Leitfähigkeit,
die jeweils nur einen Bruchteil der Dicke der Wendel aufweisen, besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bänder (5) lose übereinander liegen, in Abständen zusammengehalten sind, sowie in Einbauzustand
nur an statistisch verteilten Beruhrungsstellen aneinanderliegen und dazwischen Spalte aufweisen.
2. Abstandswendel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bänder der
Wendel eine glatte Oberfläche aufweisen.
3. Abstandswendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einzelne Bänder
der Wendel geriffelt ausgebildet sind.
4. Abstandswendel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder der
Wendel in Abständen miteinander verklebt oder verschweißt sind.
5. Abstandswendel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder der
Wendel durch in Abständen angeordnete Nägel aus einem isolierenden Werkstoff zusammengehalten
werden.
6. Abstandswendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lose übereinander liegenden
Bänder in einem Abstand von etwa 2 bis 20 cm zusammengehalten weiden.
7. Abstandswendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lose übereinander liegenden
Bänder gemeinsam verdrillt sind.
8. Abstandswendel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die lose übereinander liegenden
Bänder durchlöchert sind.
9. Abstandswcndel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schichtenaufbau der lose
übereinander angeordneten Bänder aus einem isolierenden Material Metallfolien eingefügt sind.
Priority Applications (7)
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GB3454069A GB1237470A (en) | 1968-08-08 | 1969-07-09 | Spacers for coaxial tube assemblies |
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AT671870A AT323268B (de) | 1968-08-08 | 1970-07-22 | Abstandshalter für rohrsysteme aus zwei oder mehreren konzentrischen rohren |
SU1821885A SU550999A3 (ru) | 1968-08-08 | 1972-08-22 | Коаксиальна система теплоизолированных труб |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1775410A1 DE1775410A1 (de) | 1971-07-08 |
DE1775410B2 true DE1775410B2 (de) | 1976-07-01 |
DE1775410C3 DE1775410C3 (de) | 1977-02-10 |
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Also Published As
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DE1775410A1 (de) | 1971-07-08 |
FR2015253A1 (de) | 1970-04-24 |
AT297125B (de) | 1972-03-10 |
GB1237470A (en) | 1971-06-30 |
JPS4929027B1 (de) | 1974-07-31 |
SU550999A3 (ru) | 1977-03-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KABELMETAL ELECTRO GMBH, 3000 HANNOVER, DE |
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