DE2547423A1

DE2547423A1 - Abstandshalter fuer koaxiale rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten rohren bestehenden temperaturgefaelle

Info

Publication number: DE2547423A1
Application number: DE19752547423
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schatz; Ernst Prof Scheffler; Gerhard Dr Ing Ziemek
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1975-10-23
Publication date: 1977-04-28
Also published as: JPS5253285A; US4220179A; CA1041029A; FR2328913A1; FR2328913B3

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 1422 17.10.75

Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle

Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle, z.B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenem elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter oder gekühlter, flüssiger oder gasförmiger Medien, wobei im Raum zwischen jeweils zwei Rohren eine oder mehrere die begrenzenden Rohrflächen zumindest an einzelnen Stellen längs des Rohrsystems berührende Wendeln aus übereinander angeordneten Strängen eines isolierenden Materials geringer thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind.

Es ist bereitssbekannt, z.B. für die übertragung elektrischer Energie tiefstgekühlte Kabel zu verwenden, bei denen die Leiterstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gekühlten Rohrvs angeordnet sind. Der Wärmeschutz nach außen wird durch weitere, dieses Rohr konzentrisch umgebende und jeweils Zwischenräume bildende Rohre jeweils größeren Durchmessers gebildet. In dem Raum zwischen dem innersten und dem nächstfolgenden Rohr kann z.B. ein Vakuum aufrecht erhalten werden, während der Raum zwischen dem zweiten und dritten Rohr üblicherweise zur Unterteilung des von außen nach innen gerichteten Temperaturgefälles mit flüs-

709817/0524

s ig em Stickstoff gefüllt ist. Der Raum zwischen dem dritten und dem letzten, auf Raumtemperatur stehenden Rohr kann wiederum evakuiert sein. Ähnlich aufgebaute Rohrsysteme, z.B. ohne eine sog. Zwischen-kühlung mit Stickstoff, können aber auch als Kälteleirungen zum Transport von flüssigen Gasen oder anderen tiefgekühlten Medien Verwendung finden. Wesentlich bei all diesen Konstruktionen ist, daß die Wärmeverluste, sei es durch Wärmeleitung oder Strahlung, auf ein Minimum reduziert werden, damit ein wirtschaftlicher Betrieb solcher Systeme überhaupt möglich ist.

Zu diesem Zweck sind bereits zahlreiche Vorschläge für verlustarme Abstandshalter gemacht worden, die in Form einer das innere Rohr umgebenden Wendel oder auch als Scheiben oder sonstige radial angeordnete Stützelemente ausgebildet sind.

Bekannt ist auch bereits (DOS 1 775 4lO) eine Äbstandshalterkonstruktion für koaxiale Rohrsysteme in Form einer aus lose übereinander angeordneten Bändern bestehenden Wendel, die im aufgebrachten Zustand noch verdrillt sein kann, um den Wärmeübergang von dem einen zum anderen Rohr weiter zu verringern.

Ausgehend von dieser bekannten Wendelkonstruktion liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wärmeübergang zwischen jeweils zwei Rohren durch eine besondere Ausbildung der zu einer Wendel zusammengefaßten Bändernweiter zu verschlechtern. Es hat sich nämlich zwischenzeitlich herausgestellt, daß die beim Einsatz solcher Wendeln auftretenden Warneverluste für eine wirtschaftliche Energieübertragung z.B. noch als zu hoch anzusehen sind.

Diese Aufgabe wird bei Abstandshaltern für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten

— 3 —

709817/0524

Rohren bestehenden Temperaturgefälle gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch besondere Formgebung und / oder Anordnung der einzelnen Stränge punkt- oder linienförmige Berührungsstellen mit den angrenzenden Rohrflächen gebildet werden· Auf diese Weise ist es möglich, eine Wendelkonstruktion für die Abstandshalterung solcher Rohrsysteme einzusetzen, ohne daß es zu einem unwirtschaftlichen Wärmeeinbruch kommt. Wärmebrücken zwischen dem jeweils inneren und dem äußeren Rohr treten nur an vereinzelten Stellen auf. Unabhängig davon ist durch die aufgebrachte Wendel der geforderte Abstand über die gesamte Länge des Rohrsystems stets gewährleistet, so daß es nirgends zu einer Berührung zwischen zwei Rohren kommt, die ggf. zu einem Ausfall des Kabels oder der Leitung führen könnte.

Bestehen die übereinander angeordneten Stränge der Wendel aus einzelnen Bändern, dann hat es sich in Weiterführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest die einander zugekehrten Flächen dieser Bänder eine unterschiedliche Profilierung aufweisen. Diese Profilierung kann in Weiterführung des Erfindungsgedankens darin bestehen, daß die begrenzenden Flächen der Bänder Längs- τχή4/ oder Quernuten mit dachförmig ausgebildeten begrenzenden Flächen aufweisen. Auf diese Weise ist der gegenseitige Kontakt zwischen den einzelnen Bändern weiter verringert, so daß Gebiete erhöhter Wärmeübertragung vermieden sind. Desgleichen kann es auch vorteilhaft sein, die Profilierung der Bänder oder die besondere Ausbildung der einzelnen Stränge bezüglich punkt- und / oder linienförmiger Berührungsstellen periodisch sich ändern zu lassen.

Zweckmäßig ist es auch, wenn die Wendel zur Abstandshalterung zweier Rohre aus einer Anzahl übereinandergelegter Bänder besteht, das jeweils zwischen zwei Bändern liegende Band beid-

709817/0524

seitig zu profilieren, so daß sich hierdurch eine weitere Reduzierung der wärmeübertragenden Flächen ergibt. Eine weitere Möglichkeit, die dem gleichen Zweck dient, ist die, zwischen zwei Bändern oder anderen Strängen einen Strang, vorzugsweise ein Band, anzuordnen, das mit einem zweiten ggf. profilierten Strang umwickelt ist.

Des weiteren ist es möglich und oft von besonderem Vorteil, die übereinander angeordneten Stränge miteinander zu verseilen, Hierdurch ergibt sich neben der Verschiebung der einzelnen Elemente im Verband und der Verringerung von berührenden Flächen der weitere Vorteil einVer verbesserten Stabilität in radialer Richtung, so daß eine erhöhte Kraftübertragung möglich ist.

Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, die einzelnen zu einer Wendel zusammengebrachten Elemente, seien es Bänder oder andere profilierte oder nicht profilierte Stränge, zumindest in Abständen durch mechanische Mittel, wie Nähen, Nageln, Kleben usw.,zusammenzuhalten. Hierdurch ergeben sich insbesondere Vorteile bei der Fertigung solcher für Tieftemperaturen einsetzbarer Rolussysteme.

Die Wendel selbst kann aus drei profilierten Bändern oder Strängen bestehen, aber auch vier oder mehr Bänder oder Stränge sind geeignet,als selbsttragende Wendel zwischen konzentrische Rohre gewickelt zu werden, um für eine mechanisch feste, die Wärme schlecht leitende Abstandshalterung zu sorgen.

Die einzelnen Bänder der Wendel können aus beliebigen, für tiefe Temperaturen geeigneten Materialien bestehen. So haben sich z.B, Kunststoffe auf der Basis von Polytetrafluorethylen als geeignet erwiesen. Mitunter kann es aber auch weitere Vorteile bringen, wenn die einzelnen

— 5 —

709817/0524

anexnandergrenzenden Bänder aus unterschiedlichem Material hergestellt sind, wobei z.B. auch Schichten unterschiedlicher Wärmeübergangszahlen und mechanischer Festigkeit einander abwechseln können. Ebenso kann eine Materialauswahl, je nach Aufbau der Wendi zweckmäßig sein, wenn an unterschiedlichen Stellen des wendeiförmigen Abstandshalters verschiedene mechanische Kräfte, z.B. Zug- und / oder Druckkräfte wirksam werden.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Wie aus der Figur 1 ersichtlich, besteht die dortige Abstands halterwendel für supraleitfähige Kabel oder Rohrsysteme aus den beiden Bändern 1 und 2, zwischen denen als ab standshaltendes Element ein aus zwei Einzelelementen 3 und 4 bestehender, verseilter Strang angeordnet ist. Diese Ausführung liefert eine punkt- bzw. linienförmige Berührung zwischen den angrenzenden Flächen der Bänder, eine Verminderung der Wärmeübertragungsverluste ist erreicht. Eine ähnliche Ausführung ist in der Figur 2 dargestellt, bei der zwischen den Bändern 1 und 2 ein Band 5 angeordnet ist, das von einer Wendel 6 umgeben wird, die den eigentlichen mechanischen Kontakt zu den Bändern 1 und 2 herstellt.

Figur 3 zeigt zwischen den Bändern 1 und 2 ein beidseitig profiliertes Band 7» dessen Profilierung im wesentlichen aus quer verlaufenden Nuten 8 besteht, so daß dachförmige Flächen 9 gebildet werden, die mit ihrer oberen Kante eine Berührung zu den angrenzenden Bändern 1 und 2 haben.

Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 3 ist in der Figur 4 eine Anordnung dargestellt, bei der grundsätzlich profilierte Bänder 10, 11 und 12 verwendet wer-

709817/0524

den. Während das mittlere Band 11 Profilierungen nach beiden Seiten aufweist, die einmal in Längsrichtung und zum anderen in Querrichtung verlaufen, zeigt das Band lO auf der dem Band 11 zugekehrten Seite eine Nutung 13 in Querrichtung, so daß die Kanten 14 zusammen mit den dachförmig verlaufenden Flächen 15» bzw. deren Kanten l6, die in Längsrichtung verlaufen, eine punktförmige Berührung darstellen. Die gleiche punktförmige Berührung ergibt sich auch zwischen dem Band 11 und dem darunter liegenden Band 12, von denen das eine, nämlich das Band 11, mit einer Querrillung oder Nutung und das Band 12 mit einer Längsnutung vers.ehen ist. Die vorgenommene Verbindung durch Nähen, Nageln oder dergl. ist schematisch angedeutet und mit 17 bezeichnet.

Die Figur 5 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die entsprechend der Figur 3 aufgebaute Wendelaaus den Bändern 1, 2 und dem dazwischen liegenden profilierten Band 7 in sich verdrillt ist. Wie ersichtlich, werden dadurch Linienzüge gebildet, die, wenn diese Wendel zur Abstandshalterung zwischen konzentrischen Rohren eingesetzt wird, an den begrenzenden Rohrflächen höchstens linienförmig anliegen oder auch punktförmig, insbesondere dann, wenn es sich bei den begrenzenden Rohrflächen um solche gewellter Metallrohre handelt. Insbesondere im letzten Fall liefern die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Abstandshalterwendeln ein Minimum an Wärmeübergang zwischen den einzelnen Rohren, so daß das gesamte System mit wirtschaftlichem Aufwand betriebsbereit ist.

709817/0524

Leerseite

Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengeeellschaft

1 1422 17.10.75

Patentansprüche

Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle, z.B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenes elektrisches Kabel oder ein Rohrsystem für den Transport erwärmter, flüssiger oder gasförmiger Medien, wobei im Raum zwischen jeweils zwei Rohren eine oder mehrere, die begrenzenden Rohrflächen zumindest an einzelnen Stellen längs des Rohrsystems berührende Wendeln aus übereinander angeordneten Strängen eiaes isolierenden Materials geringer thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Formgebung und / oder Anordnung der einzelnen Stränge punkt- oder linienförmige Berührungsstellen mit den angrenzenden Rohrflächen gebildet werden.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1 mit mehreren übereinander angeordneten Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die einander zugekehrten Flächen dieser Bänder eine unterschiedliche Profilierung aufweisen.

3· Abstandshalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzenden Flächen der Bänder Längs- und / oder Quernuten mit dachförmig ausgebildeten, begrenzenden Flächen aufweisen.

709817/0524

ORIGINAL INSPECTEL

k. Abstandshalter nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß von den übereinanderliegenden Bändern jeweils das zwischen je zwei Bändern liegende Band beidseitig profiliert ist.

5· Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen je zwei Strängen liegende mittlere Strang aus verseilten Einzelelementen besteht.

6. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere zwischen zwei Bändern aus einem glatten Band mit einem um dieses Band herum gewickelten Strang besteht.

7· Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Stränge gegeneinander verdrillt sind.

8, Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet« daß die einzelnen Stränge zumindest in Abständen durch Nähen Kleben, Nageln oder dgl. zusammengehalten sind.

709817/0524