DE1936609B2 - Flexible Leitung zum Befördern von cryogenischen Fließmedien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flexible Leitung zum Befördern von cryogenischen Fließmedien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die US-PS 33 32 446 ist bereits eine Leitung zum Befördern von cryogenischen Fließmedien bekannt geworden. Hier ist zum eigentlichen Befördern ein Innenrohr aus einem Material, wie beispielsweise Kupfer, mit einer hohen Wärmeabstrahlung vorgesehen. Um dieses Innenrohr ist schraubenförmig ein Abstandshalter herumgewickelt, auf dem in entsprechendem Abstand vom Innenrohr ein Außenrobr angeordnet ist, dessen Material dem Material des Innenrohres ähnlich ist. Auf dem Außenrohr ist eine Abdeckung aus synthetischem Kunststoff angebracht. Durch diese Konstruktion wird zwar eine Wärmeisolierung des das cryogenische Fließmedium führenden Innenrohres geschaffen, doch kann bei extremen Bedingungen ein verhältnismäßig großer Wärmeleck-

fluß nicht vermieden werden.

Durch die GB-PS 10 01 628 ist ein Rohrstück bekannt geworden, bei dem ein das flüssige Medium führendes Innenrohr von einem aus Kupfer bestehenden Zwischenrohr umgeben ist. Im Abstand vom Zwischenrohr befindet sich ein Außenrohr. Die drei Rohre sind durch Flansche im Abstand gehalten. Die Kühlung des Innenrohres erfolgt über ein aus Kupfer bestehendes Kühlrohr, das in den Raum zwischen dem Außenrohr und dem Zwischenrohr eingeführt ist und das von flüssigem Stickstoff durchflossen wird. Dieses Kühlrohr ist im wesentlichen auf der ganzen Länge des Zwischenrohres mit diesem verschweißt Durch diese Konstruktion kann in einem speziellen Fall die gewünschte Kühlung des Innenrohres erreicht werden, doch eignet sich diese Bauart nicht für längere Leitungen. Außerdem ist ein erheblicher Wärmeleckfluß unvermeidlich.

Um bei einem mh einem cryogenischen Fließmedium gefüllten Behälter eine bessere Wärmeisolierung zu erhalten, ist bei der Konstruktion nach der US-PS 31 22 004 die Anordnung so getroffen, daß ein inneres, das cryogenische Fließmedium aufnehmendes Gefäß von einem äußeren Gefäß umgeben ist, wobei zwischen den beiden Gefäßen eine Zwischenhülle au? Metall zur Abschirmung angeordnet ist. Der Raum zwischen dem Außengefäß und der Zwischenhülle ist mit Isoliermaterial gefüllt. In dem freien Raum zwischen der Zwischenhülle und dem Innengefäß ist in schraubenförmiger Anordnung ein Rohr vorgesehen, in das aus dem Innengefäß Gasdampf hindurchgeführt wird, der dann ins Freie entweicht. Dieses Rohr ist in Wärmetauscherbeziehung zur Zwischenhülle angeordnet und kühlt dabei diese Zwischenhülle ab. Diese verbesserte Art der Isolierung ist nicht in allen Fällen ausreichend. Außerdem eignet sie sich nicht für längere Leitungen, durch die cryogenische Fließmedien hindurchfließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für cryogenische Fließmedien geeignete Leitung zu schaffen, die bei konstruktiver Einfachheit die Möglichkeit bietet, eine für einen bestimmten Zweck ausreichende Isolierung vorzusehen und die auch in extremen Fällen die Möglichkeit bietet, den Wärmeleckfluß auf ein Minimum herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Leitung gemäß der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer einzigen Zwischenhülle ist nun das aus thermisch leitendem Material bestehende Kühlrohr in einem festen Abstand zu dem gut wärmeleitenden Innenmantel auf einer beliebigen Länge durch das einfache, an sich bekannte Mittel eines Abstandshalters gehalten. Damit ergibt sich eine mechanisch und in bezug auf das

« Temperaturdifferential stabile Konstruktion.

Durch die Anordnung mehrerer Zwischenhüllen mit entsprechenden Kühlrohren kann das System bestimmten Bedingungen angepaßt und/oder der Wärmeleckfluß entsprechend verkleinert werden.

In der nachfolgenden Beschreibung sind im Zusammenhang mit der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei aufeinandcrfolgende Lagen zur Erläuterung abgeschnitten sind.
F i g. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1,
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen rohrartigen, gewellten, vakuumdichten, vorzugsweise metallischen Innenmantel 10. um den ein Abstandshalter 12 schraubenlinienförmig herumgewickelt ist, der ein Band aus Kunststoff, Metall oder isolierendem Fasermaterial seir kann. Um den Innenmantel 10 ist im Abstand hiervon entsprechend dem Abstandshalter 12 ein vorzugsweise metallisches, vakuumdichtes Kühlrohr 14 schraubenlinienförmig herumgewickelt, das in der Zeichnung zwar nicht gewellt gezeigt ist, das jedoch gegebenenfalls auch eine Wellung aufweisen kann. Die Steigung des Kühlrohres 14 ist größer als die des Abstandshalters IZ

Um den Abstandshalter 12 herum ist ferner eine voll abdeckende Zwischenhülle 16 aus einem Wärmestrahlen reflektierenden Material, wie beispielsweise Metallfolie, angeordnet, die gut wärmeleitend ist und das Kühlrohr 14 berührt.

Ferner ist auf der Zwischenhülle 16 ein Abstandshalter 18 in entgegengesetzter Richtung zum Abstandshalter 12 aufgewickelt, der aus dem gleichen Material wie der letztere sein kann. Um den Abstandshalter 18 herum sind zur Bildung einer isolierenden Abdeckung 20 Schichten aus Isoliermaterial angebracht. Die ganze Anordnung ist von einem gewellten, rohrartigen und vakuumdichten Außenmantel 24 umgeben.

Das Isolationsmaterial der Abdeckung 20 kann von der Art sein, wie es in den USA-Patent chriften 30 09 600, 32 65 236 und 32 36 406 beschrieben ist und kann abwechselnd Schichten aus Fasermateriai und wärmereflektierendem Folienmaterial aufweisen.

Der Ringraum zwischen den rohrartigen Mänteln 10 und 24 ist mit Ausnahme des von dem Kühirohr eingenommenen Volumens evakuiert. Beim Gebrauch wird der Innenmantel 10 als Transportleitung zum Leiten eines cryogenischen Fließmediums, wie beispielsweise Helium, bei einer erheblicn unterhalb von 80 K liegenden Temperatur mit oder ohne einen elektrischen Leiter benützt. Das Kühlrohr 14 kann ein cryogenisches Fließmedium, wie beispielsweise Stickstoff, bei einer Temperatur zwischen den Temperaturen des Innenmantels 10 und des Außenmantels 24 führen, wobei die gut wärmeleitende Zwischenhülle 16 dazu dient, die Zwischentemperatur umfangsmäßig zu stabilisieren.

Gegebenenfalls können am Ausflußende des Innenmantels 10 Anschlüsse angeordnet sein, um cryogenisches, vom Innenmantel 10 abgezapftes Fließmedium entgegen der Stromrichtung durch das Kühlrohr 14 zurückströmen zu lassen.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine Vielzahl von Gruppen von einander umgebenden Rohren vorgesehen, wobei jede Rohrgruppe in Berührung mit einer sich umfangsmäßig erstreckenden Zwischenhülle aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Metallfolie, ist, so daß eine Vielzahl von getrennten und isolierten Temperaturstufen radial zur koaxialen Anordnung geschaffen wird.

In Fig.3 ist ein vakuumdichter Innenmantel 10 von einem schraubenlinienförmig aufgewickelten Abstandshalter 8 umgeben. Das Stützrohr 6, das den Innenmantel 10 im Abstand des Abstandshalters 8 umgibt, kann ähnlich dem Innenmantel 10 der Fig. 1 ausgebildet, jedoch vakuumdicht oder auch nicht vakuumdicht sein. Es dient insbesondere zur Bildung eines weiteren mechanischen Haltes.

Das Stützrohr 6 ist von einer gut wärmeleitenden Zwischenhülle 30 umgeben, die ein einzelnes, schraubenlinienförmig gewickeltes, vakuumdichtes Kühlrohr 32 umschließt. Anschließend wird schraubenlinienförmig in einer Richtung um die wärmeleitende Zwischenhülle 30 ein Abstandshalter 34 herumgewickelt, der eine sich umfangsmäßig erstreckende, thermisch gut leitende Zwischenhülle 36 im Abstand hält, die ein Paar von vakuumdichten Kühlrohren 38 umschließt und in Berührung mit diesen ist Auf diese folgt radial nach außen ein Abstandshalter 40, der schraubenlinienförmig in entgegengesetzter Richtung um die Z'vischenhülle 36 herumgewickelt ist wodurch nach außen im Abstand eine dritte, gut leitende Hülle 42 gehalten ist. die eine Gruppe von drei vakuumdichten Kühlrohren 44 umschließt und in Berührung mit diesen ist.

Ein weiterer Abstandshalter 46 hält dann mindestens eine weitere Zwischenhülle 48 aus gut wärmeleitendem Material nach außen, die eine Gruppe von vier schraubenlinienförmig aufgewickelten, vakuumdichten Kühlrohren 50 umschließt. Eine dann folgende Abdekkung 20 ist ähnlich der Abdeckung 20 in der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2. Die ganze Konstruktion befindet sich ferner in einem äußeren, vakuumdichten, gewellten Außenmantel 24.

Irgendeine Gruppe der Kühlrohre kann weiterhin dadurch gestützt werden, daß sie mit einer starren, koaxialen gewellten Zwischenhülle in Berührung sind, ähnlich wie bei der Anordnung der Teile 10, 32 und 30. oder daß andere Versteifungskonstruktionen angebracht sind.

Es wird nun angenommen, daß ein Kühlmedium in Flußabwärtsrichtung im Kühlrohr 32 und zurück in der anderen Richtung durch die Kühlrohre 38 und dann im umgekehrten Fluß durch die Kühlrohre 44 und schließlich zurück durch die Gruppe von vier Kühlrohren 50 fließt, wobei die erhöhte Zahl der Kühlrohre die Expansion des Fließmediums bei der Erwärmung berücksichtigt. Gegebenenfalls kann der Eingang zum Kühlrohr 32 eine Abzweigung vom Innenmante! 10 sein, oder es können auch irgendwelche Gruppen von Kühlrohren an getrennte Kühlquellen allein oder in Kombination angeschlossen sein, so daß die Verwendung von unterschiedlichen cryogenischen Fließmedien in unterschiedlichen Stufen möglich ist.

Ohne Rücksicht auf den Anschluß soll Wärme in Längsrichtung über das Fließmedium in den einzelnen Gruppen der Kühlrohre abgeführt werden, so daß hierdurch die Temperatur innerhalb der einzelnen gut wärmeleitenden Zwischenhüllen reduziert wird, was den gesamten Wärmeleckfluß zum Innenmantel 10 hin und vom Innenmantel 10 weg wesentlich reduziert.

Die Durchmesser und die Anzahl der Kühlrohre können in den gleichen oder unterschiedlichen Stufen entsprechend der Temperatur des verwendeten Fließmediums und der Länge so abgewandelt werden, daß eine optimale Arbeitsweise erreicht wird.

Es ist ferner vorgesehen, daß die Ringräume zwischen vakuumdichten, koaxialen Zwischenhüllen, die nicht durch Kühlrohre ausgefüllt sind, getrennt evakuiert werden, oder, falls irgendeine koaxiale Zwischenhülle nicht vakuumdicht ist, können sie auch zusammen evakuiert werden. In diesem letzteren Fall können die koaxialen ZwischenhüHen oder die Stützrohre perforiert sein.

Zwar hat die Zwischenhülle 16 der F i g. 1 und 2 eine voüj Abdeckwirkung. Wenn jedoch mehrere ZwischenhüHen, wie in Fig. 3, vorhanden sind, braucht nur die äußere eine volle Abdeckwirkung zu haben und sollte wärmereflektierend sein, wobei dann die inneren leitenden ZwischenhüHen schraubenlinienförmig mit im Abstand angeordneten Windungen als eine lediglich

teilweise Abdeckung herumgewickelt sein können. Volle Abdeckung kann entweder durch eine manschettenartige Umwicklung oder durch anstoßende oder überlappende, schraubenlinienförmige Windungen erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Flexible Leitung zum Befördern von cryogenischen Fließmedien mit einem vakuumdichten Außenmantel und einem koaxialen vakuumdichten Innenmantel, die im Abstand durch mindestens einen schraubenlinienförmigen, nichtwärmeleitenden Abstandshalter gehalten sind, der sich über die ganze Länge der beiden Mäntel erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Mänteln (10, 24) mindestens eine achsparallele, wärmeleitende Zwischenhülle (16, 30, 36, 42, 48) angeordnet ist, die auf ihrer Innenseite in Berührung mit mindestens einem wärmeleitenden, schraubenlinienförmig angeordneten ICühlrohr (14, 32, 38, 44, 50) steht, das oder die vom Innenmantel bzw. — im Fail von mehreren Zwischenhüllen — von der nach innen benachbarten Zwischenhülle durch den jeweils zugehörigen schraubeniinienförmigen Abstandshalter (8, 12, 34, 40, 46) im Abstand gehalten ist oder gehalten sind.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bandartige Abstandshalter (12, 34, 40, 46) außerdem um seine eigene Achse verdrillt ist.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (14,32,38,44,50) relativ zum Abstandshalter (12,34,40,46) entgegengesetzt schraubenlinienförmig aufgewickelt ist.

4. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Kühlrohres (14,32,38,44,50) größer als die Steigung des Abstandshalters (12,34,40,46) ist.

5. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Außenmantel (24) benachbarte Zwischenhülle (16) durch einen schraubenlinienförmigen Abstandshalter (18) im Abstand vom Außenmantel (24) gehalten ist.

6. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Kühlrohre (32, 38, 44, 50) mit der Lage der Zwischenhüllen (30, 36, 42, 48) nach außen zu zunimmt.