DE2242566B2

DE2242566B2 - Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierten Leitungssystems

Info

Publication number: DE2242566B2
Application number: DE19722242566
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Hildebrandt; Albert Dipl.-Ing. 8022 Gruenwald Hofmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1972-08-30
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2198085B1; JPS5620091B2; DE2242566C3; GB1389794A; JPS4959065A; FR2198085A1; DE2242566A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Leitungssystems für tiefkalte Medien, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und aus der US- PS 33 97 720 bekannt ist ^h()

Als Vielschichtisolierung ansgebildete Wärmeisolierungen für tiefkalte Medien sind in der Kältetechnik gebräuchlich. So ist aus der DE-PS 1218 331 ein Wärmedämmstoff zur thermischen Isolierung für verflüssigte, tiefsiedene Gase bekannt, die in einem <·' Vakuum-Doppelmantel-Behälter aufbewahrt werden. Der Wärmedämmstoff besteht danach aus abwechselnden Schichten von Metallfolien und Isolierstoffen. Die Isolierfolien, die beispielsweise aus Kunststoff, Faserstoffen und insbesondere aus Glasfaserpapier bestehen, sollen dabei wenigstens teilweise mit einem Metallüberzug versehen sein. Diese Wärmestrahlung gut reflektierenden Metallschichten können beispielsweise aus Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium bestehen und können etwa durch Aufdampfen aufgebracht werden. Aus der DE-OS 20 22 381 ist bekannt, daß eine Superisolationspackung aus abwechselnd angeordneten Lagen aus die Wärmestrahlung stark reflektierenden und aus die Wärme schlecht leitenden Materialien bestehen kann, wobei die ersteren durch Aufdampfen auf die letzteren aufgebracht werden. Die die Wärme schlecht leitende Schicht kann aus Kunststoff, insbesondere oberflächenrauhem Vinyl-Mischpolymerisat, oder auch aus Wasserglas bestehen. Die so aufgebauten Superisolationspakkungen können bis zu 10 000 Lagen je cm enthalten. In der DE-PS 1918 536 sind als schlecht wärmeleitende Materialien Glasfaserpapiervlies und Glasseidengewebe genannt Gemäß der US-PS 33 97 720 werden zu diesem Zweck als »Mylar« bezeichnete Polyesterschichten verwendet

Soll eine wärmeisolierte, aus zwei konzentrischen Rohren bestehende Kältemittelleitung mit einer der obengenannten Wärmeisolierungen ausgestattet werden, so ist es erforderlich, die beiden ineinandergeführten Rohre durch zusätzliche Abstandshalter zu zentrieren. Die Zentrierung kann, insbesondere bei flexiblen Leitungen, nicht allein durch die Wärmeisolierung vorgenommen werden, da dadurch eine zu starke meschanische Beanspruchung und eine starke Veränderbarkeit des druckabhängigen Wärmewiderstandes gegeben wäre.

Aus der DE-PS 8 86 989 ist nun eine Rohrleitung bekannt, bei der durch die aus Mineralfaserschalen bzw. -matten bestehende Wärmeisolierung stiftförmige Abstandshalter hindurchgedrückt werden. Diese Verfahrensweise ist jedoch bei Wärmeisolierungen, die Metallfolien enthalten, nicht mehr möglich. Anderseits ist aus der DE-OS 19 36641 eine Anordnung bekannt, bei der die Funktionen der Wärmedämmung und Abstandshaltung durch ein aus schlecht wärmeleitenden Schichten bestehendes, schraubenförmig um das innere Rohr herumgelegtes Abstandsband vereinigt werden. Eine derartige Anordnung weist jedoch ebenfalls die oben bereits erwähnten, die mechanische Belastbarkeit sowie die Veränderbarkeit des druckabhängigen Wärmewiderstandes betreffenden Nachteile auf.

Auch die in der US-PS 33 97 720 gezeigte Anordnung bringt erhebliche Nachteile mit sich. Bei ihr sind um das Innenrohr herum in regelmäßiger Folge ringförmige Abstandshalter vorgesehen. Diese dienen zugleich als Halterungen für die zylinderförmig ausgebildete Vielschichtisolierung, die jeweils in eine kreisringförmige Rille der Abstandshalter eingreift Zunächst ist für diese Leitung die Herstellung relativ kompliziert gestalteter Abstandshalter erforderlich. Sodann bilden die Abstandshalter unerwünschte Wärmebrücken erheblichen Ausmaßes. Außerdem kann die Wärmeisolierung nicht in einem Arbeitsgang aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem ein Leitungssystem für tiefkalte Medien mit maximalem Wärmeisolationsvermögen einfach hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gegebene Verfahrensweise gelöst

Ein solchermaßen hergestelltes Leitungssystem, das sich besonders zur Leitung eines tiefkalten Mediums,

wie verflüssigtes Helium, eignet, besitzt eine Reihe von Vorteilen:

Einmal ist der der Aufbringung der Wärmeisolierung zugrunde liegende Freiheitsgrad beliebig groß. Die Wärmeisolierung, die beispielsweise aus alternierenden, schlecht wärmeleitenden Gewebebahnen und stark reflektierenden Metallfolien besteht, kann in beliebiger Weise auf den inneren Mantel, z. B. durch gleichsinniges oder gegensinniges Aufwickeln, aufgebracht werden. Beim Aufbringen braucht im Gegensatz zu dem bereits früher vorgeschlagenen Leitungssystem gemäß der US-PS 33 97 720 auf benötige Abstandshalter in keiner Weise Rücksicht genommen werden, da diese erfindungsgemäß erst später in die Wärmeisolierung eingebracht werden. Es kann also zunächst mit minimalem maschinellem Aufwand eine kompakte, keinerlei das Wärmeabschirmvermögen beeinträchtigende Wärmebrücken enthaltende Wärmeisolierung auf den inneren Mantel aufgebracht werden.

Sobald die Wärmeisolierung fertiggestellt ist, werden nunmehr nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt in diese die Wärmeisolierung von außen nach innen durchdringende Passagen eingebrannt Das Einbrennen der Passagen erweist sich deshalb als besonders vorteilhaft, da hierbei die empfindliche Isolierschicht keinerlei Druckbelastungen ausgesetzt wird. Diese Passagen, die im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, dessen Durchmesser den Durchmessern der Abstandshalter angenähert werden kann, können entweder senkrecht zur Längsachse des Leitungssystems die Isolierung durchdringen oder aber auch unter fast beliebigem Winkel schräg durch die Isolierung durchgebrannt werden. Welche spezielle Anorordnung zu wählen ist, hängt davon ab, ob axiale oder nur radiale Relativbewegungen der beiden Mäntel durch die Abstandshalter verhindert werden sollen. Zur Herstellung der Passagen eignen sich in vorteilhafter Weise entweder stabförmige Brenner, die eine offene Flamme besitzen oder aber stabförmige, beheizte Kolben.

Sobald nun die Passagen in die Wärmeisolierung eingebrannt worden sind, werden gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt die Abstandshalter in die Passagen eingeführt und an ihrem einen Ende mit dem inneren Mantel verbunden. Da die Abstandshalter nur auf Zug beansprucht werden sollen, werden sie beispielsweise aus dünnen, schlecht wärmeleitenden Drähten hergestellt Die Verwendung zugbelasteter Abstandshalter bietet den Vorteil, daß die Durchmesser der Passagen klein gehalten werden können, wodurch die Kälteverluste des fertigen Leitungssystems durch Wärmeeinstrahlung durch die Passagen sehr gering gehalten werden. Im Gegensatz zu dem früher vorgeschlagenen Verfahren sind bei dem erfindungsgemäßen die durch die Anordnung der Abstandshalter bedingten Wärmebrücken innerhalb der Wärmeisolierung wesentlich kleiner und somit die Kälteverluste insgesamt bedeutend geringer.

Zur Befestigung der Abstandshalter an dem inneren Mantel gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten: Entweder können die Abstandshalter unmittelbar in auf der Außenseite des inneren Mantels angebrachte kleine Befestigungselemente, wie Haken, ösen oder Schlingen eingehängt werden oder sie können in Befestigungselemente eingehängt werden, die sich auf einem zusätzlich über dem inneren Mantel angebrachten Träger befinden. Dabei entspricht die Gesamtzahl der Befestigungselemente und deren Verteilung auf dem Innenmantel oder Träger der gewünschten Anzahl und Verteilung der Abstandshalter. Diese an sich einfache Befestigungsprinzip ist jedoch mit einem gewissen Nachteil verbunden, der darin liegt, beim Einbrennen ■> der Passagen diese Befestigungselemente, die ja von der Wärmeisolierung zunächst noch verdeckt sind, zu finden. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten kann man jedoch eine Schablone herstellen, die auf die Isolierung gestülpt und mit die Lage der Befestigungselemente auf dem inneren Mantel oder Träger angebenden Markierungen versehen, eine exakte Auffindung der Befestigungselemente ermöglicht Dieses Prinzip setzt jedoch eine gewisse Präzision bei der Fertigung voraus.

π Um die Wahrscheinlichkeit der Auffindung der Befestigungselemente zu vergrößern, besteht eine weitere Möglichkeit darin, daß man deren Anzahl im Verhältnis zur Zahl der erforderlichen Abstandshalter erhöht, wobei die Wahrscheinlichkeit gleich 1 ist, wenn so viele Befestigungselemente vorgesehen werden, daß ihre Anzahl pro der einer Passage äquivalenten Querschnittsfläche mindestens gleich 1 ist

Besonders einfach läßt sich das Problem der Befestigung der Abstandshalter auf dem inneren Mantel

r> jedoch lösen, wenn erfindungsgemäß über dem inneren Mantel ein Träger angeordnet ist Dabei kann als Träger ein gelochter Mantel aus einem stabilen, vorzugsweise metallischen, Material benutzt werden, wobei die Lochdichte auf dem Mantel auch wieder dadurch

jo bestimmt ist, daG auf einer der Querschnittsfläche der Passagen äquivalenten Mantelfläche mindestens ein Loch vorgesehen ist Nach Fertigstellung der Passagen können die Abstandshalter mit ihrem einen Ende dann unmittelbar in ein entsprechendes Loch des gelochten Mantels eingehängt werden. Durch die Definition der Lochdichte ist die Wahrscheinlichkeit, bei beliebiger räumlicher Verteilung der Abstandshalter innerhalb der Wärmeisolierung ein geeignetes Loch zur Befestigung zu finden, gleich eins. Anstelle des gelochten Mantels über dem inneren Mantel kann als Träger auch ein gelochtes Band wendelförmig und vorzugsweise lückenlos auf den inneren Mantel aufgewickelt werden. Eine besonders vorteilhafte Variante dieser Art der Befestigung besteht darin, anstelle eines gelochten Mantels oder gelochten Bandes als Träger Maschendraht zu verwenden, wobei auch hier die Definition der Maschendichte gleich der bereits geschilderten Definition der Lochdichte ist
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es besonders im Hinblick auf eine maschinelle Durchführung des Verfahrens von Vorteil sein, anstatt erst die Passagen einzubrennen und dann in die fertigen Passagen die Abstandshalter einzubringen und zu befestigen, nunmehr die Abstandshalter gleichzeitig mit den die Passagen erzeugenden Vorrichtungen in die Isolierung miteinzuführen und sofort nach Fertigstellung der Passage mit dem inneren Mantel zu befestigen, z. B. durch Einhängung in entsprechende Befestigungselemente des Trägers.

Durch eine solche Maßnahme wird in vorteilhafter Weise ein Arbeitsgang gespart

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens liegt darin, die Abstandshalter nicht in Befestigungselemente einzuhängen, sondern diese un-

6ϊ mittelbar mit dem inneren Mantel oder gegebenfalls auch mit einem zusätzlichen, über dem inneren Mantel angeordneten Schutzmantel zu verschweißen oder zu verkleben.

Die Verschweißung kann hierbei beispielsweise derart durchgeführt werden, daß mittels der offenen Flamme des Brenners nach dem Durchtrennen der Isolierung auf dem inneren Mantel oder auf dem zusätzlichen Schutzmantel nach einer gewissen Verweilzeit des Brenners eine Schmelze erzeugt wird, und daß in diese Schmelze der Abstandshalter eingetaucht wird. Eine weitere Möglichkeit der Verschweißung der Abstandshalter liegt darin, diese innerhalb einer hohlen Elektrode in die fertiggestellten Passagen einzuführen und mit dem inneren Mantel oder dem zusätzlichen Schutzmantel durch Punktschweißung zu verbinden.

Die auf dem inneren Mantel befestigten Abstandshalter werden nunmehr mit ihrem anderen Ende an über der Isolierung angebrachten Halterung befestigt, wobei dann Ober diesen Halterungen der äußere Mantel aufgebracht wird.

Insgesamt stellt das erfindungsgemäße Verfahren somit ein Verfahren dar, mit dem isolierte, doppelwandige Leitungssysteme einfach herzustellen sind, wobei diese Leitungssysteme ein hervorragendes Wärmeisolationsvermögen besitzen, so daß sie sich besonders vorteilhaft für tiefkalte Medien, wie z. B. verflüssigtes Helium, eignen.

Ein Auszug eines nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Leitungssystems ist in der Figur schematisch im Längsschnitt dargestellt.

Gemäß der Figur besteht das Leitungssystem aus einem gewellten inneren Mantel 1 und einem gewellten äußeren Mantel 2. Die Pfeilrichtung gibt die Strömungsrichtung des flüssigen Heliums innerhalb des inneren Mantels an. Auf der Außenseite des inneren Mantels ist

hi ein Netz 3 aus Maschendraht angeordnet, über dem sich die aus Gewebebahnen und Metallfolien bestehende vielschichtige Wärmeisolierung 4, in welche Passagen 5 eingebrannt sind, befindet. Die Abstandshalter 6 sind innerhalb dieser Passagen angeordnet und mit ihrem

ι "> einen Ende in das Netz 3 aus Maschendraht eingehängt sowie mit ihrem anderen Ende an den ringförmigen Halterungen 7 befestigt Die an den Halterungen 8 und 9 befestigten Abstandshalter liegen jeweils um 120° versetzt unterhalb bzw. oberhalb der Zeichenebene. Die

.'ο Breite der Halterungen ist so festgelegt, daß sie mindestens der Wellenlänge des gewellten äußeren Mantels 2 entspricht. Der äußere Mantel 2 schließlich ist über den Halterungen 7,8 und 9 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierten Leitungssystems für tiefkalte Medien mit einem inneren und einem äußeren Mantel, einer als '· Vielschichtisolierung ausgebildeten, im Zwischenraum der Mantel angeordneten Wärmeisolierung, die Wärmestrahlung gut reflektierende Schichten enthält, und mit Abstandshaltern zur Zentrierung der beiden Mäntel, wobei die Wärmeisolierung auf "' den inneren Mantel aufgebracht, der äußere Mantel über der Wärmeisolierung angeordnet und der Zwischenraum zwischen den Mänteln evakuiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die fertige, auf den inneren Mantel aufgebrachte ^r-Wärmeisolierung diese von außen nach innen durchdringende Passagen eingebrannt und in diese Passagen die Abstandshalter eingebracht werden, und daß die Abstandshalter mit ihrem einen Ende an der Außenseite des inneren Mantels oder an einem -" über dem inneren Mantel angeordneten Träger und mit ihrem anderen Ende an äußeren Halterungen befestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein gelochtes Material -> verwendet wird, und daß die Abstandshalter in die Löcher dieses Materials eingehängt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein wendelförmig um den inneren Mantel gewickeltes gelochtes Band verwen- '" det wird und die Abstandshalter in die Löcher des gelochten Bandes eingehängt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gelochtes Material oder als gelochtes Band Maschendraht verwendet ^i:' wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter zusammen mit den die Passagen erzeugenden Heizvorrichtungen in die Wärmeisolierung eingeführt werden und unmittelbar nach Fertigstellung der Passägen mit den inneren Mantel oder einem zusätzlich auf dem inneren Mantel angebrachten Schutzmantel verbunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekerm- ^4r> zeichnet, daß die Abstandshalter mit dem inneren Mantel oder dem Schutzmantel verschweißt oder verklebt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel aus ^r>n einem Band besteht, das wendelförmig auf den inneren Mantel aufgewickelt wird.