DE1775410C3 - Abstandswendel für koaxiale Rohrsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstandswendel für koaxiale Rohrsysteme, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und aus der OE-PS 1 50 565 bekannt ist.

Bekannt ist bereits ein elektrisches Hochfrequenzkabel mit einer Luftraumisolation und einem Abstandswendel großer radialer Ausdehnung (OE-PS 1 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 gegeneinander gehindert werden. Diese Bandkonstruktion liefert daher einen verhältnismäßig kleinen Wärmewiderstand, wenn diese Wendet gleichzeitig als Wärmeisolierung zwischen einem inneren und einem äußeren Rohr verwendet werden solL

Zur Übertragung elektrischer Energie sind auch soEenannte tiefstgekühlte Kabel bekannt geworden, bei

denen die Leitungsstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres angeordnet sind. Der Wärmeschutz nach außen wird durch weitere, dieses Rohr konzentrisch umgebende und Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet Im

,o 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 evaku-

Auch ist es bereits bekannt für den Transport von Flüssigkeiten oder Gasen koaxiale Anordnungen zu

ο 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 Evakuierung oder Einbringen

eines Isolie-stoffes, z. B. eines Schaumstoffes möglich.

Zur Zentrierung und Abstützung solcher Rohrsysteme sindAbstandshalter 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 bereits versucht, den Wärmeübergang zwischen den Rohren durch entspre- -,c chende 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. .„ Neben den durch die notwendigen Abstandshalter bedingten Verluste infolge Wärmeleitung über die Stützelemente sind die durch Wärmestrahlung hervorgerufenen Wärmeverluste zu berücksichtigen, die bei dem Aufbau solpher koaxialer Rohrsysteme erhebliche _4S Schwierigkeiten bereiten. Das gilt beispielsweise dann, wenn bei einem koaxialen Rohrsystem aus vier Rohren der Zwischenraum zwischen 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 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 Isolierstoffolie 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 Wärmeverluste wesentlich

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reduziert werden. Darüber hinaus werden durch die metallische Oberfläche der geschichteten 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 werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die zahlreichen, lose 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 verteilte" Berührungsstellen zwischen den einzelnen Lagen gebildet werden, so daß die ν armeübertragende 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 Kunststoffnagel zu gewährleisten. Auf diese Weise ist es möglich, auch an der Verbindung bzw. Halterungsstelle die Berührungsstelle zwischen den einzelnen Bändern und damit die zur Wärmeübertragung zur Verfügung 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 betreffende Rohr aufzuwickeln und nach dem Aufbringen des letzten Bandes an den betreffenden Stellen die Bänder zusammenzuhalten.

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 1 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 Temperaturen 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 Seite 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 F i g. 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)

Patentansprüche:

1. Abstandswendel für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle, beispiels-

- weise 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;.Jängs 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 Berührungsstellcn 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 werden.

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. Abstandswendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in den Schichtenaufbau der lose übereinander angeordneten Bänder aus einem isolierenden Material Metallfolien eingefügt sind.