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Aus mindestens zwei konzentrischen Rohren bestehendes Itohrs stem
Y Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem aus mindestens zwei konzentrischen
Rohren bestehenden Rohrsystem, beispielsweise einem bei tiefen Temperaturen betriebenen
elektrischen Kabel oder einer Rohrleitung für den Transport erwärmter oder gekühlter,
flüssiger oder gasförmiger Medien.
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Die hierbei verwendeten Rohre sind vorzugsweise mit einer Wellung,
in wendelförmigem Verlauf oder in Form geschlossener Ringe versehen.
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Bekannt sind bereits tiefgekühlte Kabel, bei denen zur Übertragung
elektrischer Energie im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres Lciterstränge
angeordnet sind. Dieses, die Leiterstränge aufnehmende Rohr, das vorteilhaft gewellt
ist, wird zum Schutz nach außen von weiteren konzentrischen Rohren umgeben, die
jeweils etwas grösseren Durchmesser besitzen, so daß entsprechende Zwischenräume
gebildet werden. Im innersten Zwischenraum kann beispielsweise ein Vakuum aufrechterhalten
werden, während der mittlere Zwischenraum zum Zwecke der Unterteilung des vom Kabel
innern nach außen gerichteten Temperaturgefälles und damit zur Erzielung einer Zwischenkühlung
mit flüssigem Stickstoff gefällt ist.
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Es sind auch bereits Rohrsysteme bekannt, beispielsweise aus vier
konzentrischen Rohren, die zur Fortleitung flüssiger Gase, wie Wasserstoff oder
Helium verwendet werden. Zur Zentrierung und-Abstützung solcher Rohrsysteme bzw.
der Rohre untereinander sind bereits Abstandshalter der unterschiedlichsten Ausführungen
verwendet worden. Diese Abstandshalter haben beispielsweise die Form einer aus Kunststoff
bestehenden Wendel, die um das jeweils innere Rohr herumgelegt ist. Sie können aber
auch aus drei oder mehreren radial zwischen jeweils zwei Rohren angeordneten und
gleichmäßig über den Umfang des jeweiligen Innenrohres verteilten Stützelementen
aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen. Wegen der durch diese bekannten Abstandshalter
in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei Rohren eingebrachten verhältnismäßig großen
Massen sind diese Abstandshalter jedoch z.B. dann nicht geeignet, wenn der Zwischenraum
zwischen jeweils zwei Rohren zur Aufnahme eines wärmenden oder kühlenden Mediums
verwendet werden soll.
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Eine solche Führung eines beispielsweise flüssigen oder gasförmigen,
gekühlten oder erwärmten Mediums ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das
innere Rohr zur Fortleitung eines strömenden Mediums, z.B. Schwefel verwendet werden
soll, das zum kontinuierlichen Transport wegen der einzuhaltenden Viskosität auf
bestimmte Temperaturen gehalten werden muß. Auf der anderen Seite ist die Verwendung
eines kühlenden Mediums dann erforderlich, wenn in das zu transportierende Medium
führende
Rohr beispielsweise bei tiefen Temperaturen flüssige Gase,
wie Wasserstoff oder Helium weitergeleitet werden sollen. Abweichend hiervon tritt
aber auch das Problem einer sog. Zwischenkühlung dann auf, wennusich beispielsweise
bei dem rohrförmigen Gebilde um ein in supraleitendem Zustand betriebenes Kabel
handelt, das aus vier konzentrischen Rohren besteht, und bei dem zwischen dem zweiten
und dem dritten Rohr beispielsweise flüssiger Stickstoff geführt wird.
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In all diesen Fällen, wo es darauf ankommt, den Zwischenraum zwischen
jeweils zwei Rohren mit einem beispielsweise strömenden flüssigen oder gasförmigen
Medium auszufüllen, ist es wesentlich, daß das Medium ohne große Verluste durch
den Zwischenraum geführt und dadurch eine intensive Kühlung bzw. Erwärmung ermöglicht
wird. höhere Strömungsverluste bedingen darüberhinaus eine größere Anzahl an über
die Strecke verteilten Pumpstationen, die das flüssige oder gasförmige Medium durch
das Rohrsystem befördern.
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Alle die bisher bekannten Konstruktionen für die verschiedensten Anwendungsgebiete
mit mehreren konzentrischen, vorzugsweise gewellten Metallrohren, ließen sich wesentlich
vereinfachen, d.h. entsprechend verbilligen, wenn beispielsweise das Innenrohr im
Außenrohr durch eine möglichst materialarme Halterung zentriert werden könnte. Der
geforderte geringe Materialanteil soll die Wärmeverluste, die durch i# Leitung übertragen
werden, auf ein Minimum reduzieren.
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Die Abstandshalterquerschnitte, die hierfür benötigt werden, bzw.
überhaupt in Frage kämen, haben einen derartig geringen Querschnitt, das sternßwendel
oder andersförmige Abstandshalter, die bei den bekannten Anordnungen verwendet und
dort auf Druck beansprucht werden, entfallen müssen.
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Zur Überwindung der genannten Schwierigleiten bei koaxialen Rohrsystemen,
beispielsweise für ein bei tiefen Temperaturen betriebenes elektrisches Kabel oder
ein Rohrsystem für den Transport gekühlter oder erwärmter, flüssiger oder gasförmiger
Medien aus mindestens zwei vorzugsweise gewellten Metallrohren geht die Erfindung
einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung besteht jeder Abstandshalter aus mindestens
zwei, vorzugsweise drei Ringen, mit einem dem Durchmesser des jeweiligen Innenrohres
entsprechenden Ausschnitt, deren durch den Ausschnitt erzeugte Enden zur Halterung
eines Fadens oder Drahtes als Träger für das jeweilige Innenrohr dienen, und die
bezogen auf der4#usschnitt 0 jeweils um 120 versetzt in Achsrichtung hintereinander
angeordnet sind. Die Strömungsverluste durch solche Abstandshalter sind äußerst
gering, so daß eine besonders intensive Kühlung in dem von den Rohren gebildeten
Raum möglich wird. Die Aufhängung des jeweils inneren Rohres bedeutet eines äußerst
materialarme Abstandshalterung, die Wärmeverluste durch Leitung sind praktisch zu
vernachlässigen. Die Abstandshalter selbst werden nur auf Zug beansprucht.
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In Durchführung der Erfindung besteht jeder Abstandshalter
aus
drei gleich aufgebauten Ringen, die einzeln auf den jeweils inneren Leiter aufgesetzt
und nach dem Aufsetzen miteinander verbunden und damit zu einer Einheit zusammengefaßt
werden. Dadurch, daß die jeweils dei einzelnen Ringe um jeweils 1200 versetzt in
Achsrichtung hintereinander angeordnet sind, und durch beispielsweise Querstifte
miteinander verkeilt sind, tragen sich die so gebildeten Abstandshalter auf dem
jeweils inneren Rohr von selbst.
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Statt drei solcher Einzelelemente ist es auch möglich, nur zwei oder
mehrere zu verwenden, wesentlich ist lediglich, daß für die jeweilige Elementzahl
die Anordnung der Löcher für die Verbindungsstifte oder Halteringe so angeordnet
werden, daß ein Normelement entsteht. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der
von den Drähten oder Fäden gehaltene Innenleiter parallel gewellt ist, so daß alle
Fäden in ein Wellental eingreifen können.
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Als Garn, Faden oder Draht hoher Zugfestigkeit kann beispielsweise
ein solcher aus einem geeigneten#Kunststoff beispielsweise einem vorgereckten Polyester,
Nylon und dergl. verwendet werden, es ist aber auch möglich, einen Faden oder Draht
aus einem Metall zu verwenden.
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Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Zum Transport flüssiger oder gasförmiger Medien, die während des Transportes
auf gleichbleibender
tiefer oder hoher Temperatur gehalten werden
sollen, dient, wie aus der Figur ersichtlich, das beispielsweise aus Kupfer oder
nichtrostendem Stahl bestehende parallel gewellte Metallrohr 1. Konzentrisch zu
diesem, das zu transportierende Medium führende Rohr 1 ist ein weiteres Rohr 2 angeordnet,
das in bekannter Weise beispielsweise von einem aus einem thermoplastiscbn Kunststoff
bestehenden Mantel 3 umgeben ist. Um sicherzustellen, daß das im Rohr 1 befindliche
Medium, beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von 4,2 K auf dieser
Temperatur gehalten werden kann, ist der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 zur Wärmeisolierung
evakuiert und ganz oder teilweise mit einer sog.
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Superisolation aus geschichteten Metallfolien bzw. metallisierten
Kunststoffolien mit zwischenliegenden Lagen aus z.B. Glasfaservlies oder -gewebe
ausgefüllt. Da die Wärmeleitung durch die gewählte Abstandshalterung in Form der
Fäden oder Drähte praktisch vernachlässigbar ist, reicht die in dem Raum zwischen
den Rohren 1 und 2 befindliche Superisolierung und das bestehende Vakuum aus, das
im Innenrohr 1 befindliche Helium auf der gewünschten Temperatur zu halten. Weitere
konzentrische Rohre über dem Außenrohr 1 als Wärmeschild nach außen sind nicht mehr
erforderlich, die Konstruktion eines Supraleiterkabels, für den Fall, daß im inneren
Rohr die elektrischen Leiter angeordnet werden, oder einer sog. Kältemittelübertragungsleitung
ist damit wesentlich vereinfacht
Zur Halterung des Innenrohres 1
innerhalb des konzentrisch hierzu angeordneten Rohres 2 dienen mindestens zwei in
Achsrichtung hintereinander angeordnete Ringe 4, die mit einer Aussparung 5 versehen
sind, welche dem Außendurchmesser des jeweiligen Innenrohres entspricht, so daß
die Ringe über den Innenleiter geschoben werden können. An den Stellen 6 und 7 sind
die zur Halterung dienenden aus Metall oder Kunststoff bestehenden Fäden oder Drähte
8 befestigt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel auf Zug beansprucht werden.
Zur Abstützung der Ringe 4 am äußeren beispielsweise gewellten Metallrohr 2 dienen
in Achsrichtung verlaufende Querstreben 9, mit der sich die Ringe 4 an den Wellenbergen
des Außenrohres 2 abstü-tzen. Mit 10 sind Stifte oder Bolzen bezeichnet, die im
montierten Zustand in entsprechende Bohrungen des in Achsrichtung dahinter oder
davor liegenden Ringes eingreifen und mit diesen verkeilt werden.
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Wie aus der Figur ersichtlich, liegen in Achsrichtung hinter dem Ring
4 zwei weitere entsprechend aufgebaute Ringe, die in Bezug auf die Aussparung 5
gegenüber dem ersten Ring um 1200 versetzt angeordnet sind. Nach Verkeilung dieser
einzelnen Ringe mittels der Bolzen oder Stifte 10 ist damit ein selbsttragendes
Gebilde geschaffen, das, auf den Innenleiter aufgebracht, in seiner Lage fixiert
ist, so daß das Außenrohr 2 ohne Schwierigkeiten darüber gefahren werden kann.
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Wie bereits angedeutet, kann das Rohrsystem nach dem Ausführungsbeispiel
auch zur Aufnahme supraleitender Drähte oder Bänder verwendet werden, die infolge
der niedrigen Temperaturen im Innenrohr 1 in den supraleitenden Zustand überführt
zum Stromtransport, sei es als Energie- oder Nachrichtenübertragungskabel, verwendet
werden.
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Abgesehen von der Aufnahme supraleitender Drähte oder Bänder kann
das innere Rohr 1 auch zur Aufnahme von Leitern verwendet werden, die auf tiefe
Te#mperaturen abgekühlt, z.B. auf die Temperatur des flüssigen Wasserstoffes, die
Seele sog. Widerstandskabel bilden. Diese Kabel bzw. deren Leiter weisen einen gegenüber
den bei Normaltemperatur betliebenen erheblich geringen elektrischen Widerstand
auf, der sich aus dem Verhältnis des Widerstandes bei der Temperatur im Innenrohr
zu dem bei Raumtemperatur ergibt.