DE3885897T2

DE3885897T2 - Kühlvorrichtung zum Schutz eines länglichen Apparates gegen eine heisse Umgebung.

Info

Publication number: DE3885897T2
Application number: DE88115012T
Authority: DE
Inventors: Tiziano Vinicio Businaro; Rodney Cusack; Tullio Raimondi
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2008-09-15
Also published as: PT91709B; PT91709A; ATE97761T1; EP0358793A1; DE3885897D1; EP0358793B1; ES2047009T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung zum Schutz eines länglichen Geräts vor einer heißen Umgebung mittels einer Kühlflüssigkeit, die um das Gerät zirkuliert. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Kühlung einer Fernsehkamera, die sich am inneren Ende eines Kessel-Inspektionsrohrs befindet.
Bei vielen industriellen Anwendungen werden Fernsehkameras zur Fernüberwachung des Inneren von Kesseln verwendet, in denen Vakuum, Strahlung und/oder hohen Temperaturen herrschen. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Fusionsexperimenten, die in einem torusförmigen Vakuumgefäß durchgeführt werden. Wie aus der Druckschrift Fusion Technology, Vol. 11, Januar 1987, Seiten 277 bis 281 ersichtlich ist, befindet sich die Fernsehkamera am unteren Ende eines langen Metallrohrs, das in einem Glaszylinder endet. Die Kamera wird in den Kessel abgesenkt durch einen Wagen, der an der oberen Kesselwand aufgehängt ist, wobei die Vakuumsperre durch lange Bälge gebildet wird, die den senkrechten Hub der Kamera ermöglichen.
Bis heute konnte die Inspektion des Gefäßes nur stattfinden, wenn die Kesseltemperatur niedrig genug war für die von der Fernsehkamera tolerierte Temperatur. Daher konnte der Kessel nicht sofort nach einem Fusionsexperiment untersucht werden, da die Temperatur innerhalb des Kessels 350ºC beträgt, während die Kameratemperatur 40ºC nicht überschreiten sollte.
Es ist anzumerken, daß aufgrund der Größe des Gefäßes und seiner umgebenden Schutzwände die Länge des Rohrs, in dem die Kamera untergebracht ist, 4 m und mehr beträgt, was übliche Wärmeschutzlösungen inpraktikabel macht. Solche Lösungen sind zum Beispiel doppelwandige Container, bei denen der Zwischenraum zwischen den Wänden evakuiert wird, oder eine Mineralwolleschicht um das empfindliche Gerät. Ohne eine solche Schicht könnte ein Kühlfluid alleine nicht die gewünschte Wirkung haben, da dieses Flüid auf seinem langen Weg zur Kamera erhitzt würde.
Die Druckschrift D1: DE-U-8 316 125 beschreibt eine Kühlvorrichtung zum Schutz einer Fernsehkamera mittels eines Kühlfluids, das um das Gerät zwischen drei rohrförmigen konzentrischen Metallhüllen zirkuliert. Das Kühlfluid wird zwischen die mittlere und die innere Hülle eingeführt, wobei die mittlere Hülle an ihren Enden mit Öffnungen versehen ist, um dem Kühlfluid Zugang zwischen die mittlere und die äußere Hülle zu erlauben.
Es ist das hauptsächliche Ziel der Erfindung, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die ein längliches Gerät gegen eine heiße Umgebung mittels eines Kühlfluids schützt, das um das Gerät zirkuliert und das die Kamera bei einer Temperatur unter 35ºC halten kann, während die Umgebungstemperatur 350ºC beträgt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Minimum an Platzbedarf für diese Vorrichtung vorzusehen, die für ein längliches Gerät beträchtlicher Länge, z.B. 4 m, verwendbar ist und die einer Kernstrahlung im Kesselinneren widersteht.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Vorrichtung enthält
- zwei rohrförmige konzentrische Metallhüllen, die koaxial um das längliche Gerät angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Hüllen an einem ersten ihrer Enden verschlossen ist und ein Kühlfluideinlaß und ein Kühlfluidauslaß einem zweiten ihrer Enden zugeordnet sind,
- eine Vielzahl von parallelen Kühlfluidrohren, die sich von diesem zweiten Ende bis zu einem Niveau in kurzem Abstand vom ersten Ende erstrecken, wobei die Achsen dieser Rohre parallel zu der der Hüllen und regelmäßig in diesem Zwischenraum verteilt sind, wobei der Außendurchmesser der dünnen Rohre der radialen Weite des Zwischenraums entspricht und der Kühlfluideinlaß an die Gesamtheit dieser Rohre am zweiten Ende gekoppelt ist, während der Kühlfluidauslaß an diesem zweiten Ende an den Zwischenraum außerhalb dieser Rohre gekoppelt ist.
In Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung wird nun im Einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Inspektionssystem in einem Toruskessel eines Fusionsexperiments, der die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält.
Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 in vergrößertem Maßstab.
Das ganze Inspektionssystem ist in ein senkrechtes Rohr aus rostfreiem Stahl 1 eingeschlossen, dessen unteres Ende einen Inspektionsglaszylinder 2 trägt und dessen oberes Ende mit einem Balg 3 verbunden ist. Das Rohr 1 kann senkrecht von einer Stellung, in der der Inspektionsglaszylinder 2 aus dem Kessel zurückgezogen ist, und einer Stellung, in der er in den Kessel hineinragt, bewegt werden. Aufgrund des Balgs 3 ist das Innere des Rohrs 1 immer gegen das Vakuum des Kessels 4 abgedichtet.
Das Rohr 1 von etwa 4 m Länge enthält in seinem unteren Teil eine Fernsehkamera 5 und einige Linsen 6 sowie ein Prisma 7 und eine Lichtquelle 8 in der gleichen Art, wie sie im oben erwähnten Stand der Technik beschrieben ist (Fusion Technology, Vol. 11, Januar 1987). Diese Bauteile können in Betrieb von Motoren wie 9 über Steuersignale gesteuert werden, die durch ein elektrisches Kabel 10 vom oberen Ende des Rohrs 1 übertragen werden. Außerdem könnten Luftkühlmittel für die Kamera vorgesehen sein, um Hitze, die durch den Glaszylinder zur Kamera eingestrahlt wird, zu entfernen. Die Luft wird zwischen zwei Fenstern 23 und 24 durchgeführt, die vor der Linse 6 angeordnet sind.
Die Vorrichtung zum Kühlen der Kamera gegen die hohe Temperatur in dem Kessel 4 besteht aus zwei konzentrischen rohrförmigen Metallhüllen 11 und 13 und aus einer Vielzahl von dünnen Metallrohren 13, die dazwischen angeordnet sind, wie in genauer in Figur 2 gezeigt. Die Hüllen und die dünnen Rohre sind aus rostfreiem Stahl. Die Hüllen 11 und 12 sind konzentrisch in Bezug auf die Achse 14 des Rohrs 1 und erstrecken sich über fast die ganze Länge dieses Rohrs zwischen einem ersten Ende 15 in Höhe des Übergangs zwischen dem Rohr 2 aus rostfreiem Stahl und einem zweiten Ende 16 oberhalb des Balgs 3. Der äußere Durchmesser der dünnen Rohre 13 ist so gewählt, daß diese Rohre dicht in den Zwischenraum zwischen den beiden Hüllen 11 und 12 passen. Die äußere Hülle weist nahe ihrem ersten Ende eine Schulter 17 auf, an der die Enden der Rohre 13 in Anschlag gelangen können. Die Achsen der Rohre 13 verlaufen alle parallel zur Achse 14 des Rohrs 1, und ihr Abstand entspricht mindestens dreimal ihrem äußeren Durchmesser, um den gesamten Raum zwischen den Hüllen 11 und 12 in zwei Bereiche von etwa gleichem Gesamt-Querschnitt aufzuteilen, wobei der erste Bereich durch den inneren Querschnitt aller dünnen Rohre 13 und der zweite durch den restlichen Raum in diesem Zwischenraum außerhalb der Rohre 13 bestimmt wird.
Der Zwischenraum zwischen beiden Hüllen 11, 12 ist dicht am ersten Ende unterhalb der Schulter 17 geschlossen. Am zweiten Ende 16 ist über den beiden Hüllen ein Kollektor- und Verteilerkopf 18 für ein Kühlfluid wie Wasser angeordnet. Dieser Kopf enthält einen Wassereinlaß 19 und einen Wasserauslaß 20 und ist in zwei Räume 21 und 22 aufgeteilt, von denen der erste mit dem Einlaß 19 einerseits und den dünnen Rohren 13 andererseits gekoppelt ist und der andere mit dem Auslaß 20 einerseits und dem Zwischenraum zwischen den Hüllen 11 und 12 andererseits gekoppelt ist.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Das am Einlaß 19 eingespeiste Kühlwasser fließt zum ersten Ende 15 innerhalb der dünnen Rohre 13 und kehrt durch den Raum dazwischen zurück. Aufgrund der Tatsache, daß nur Linienberührung zwischen den Rohren 13 und der äußeren Hülle besteht, wird das Kühlwasser nur sehr wenig durch die heiße Umgebung innerhalb des Kessels 4 während seines Wegs nach unten in den Rohren 13 aufgeheizt. Am unteren Ende der dünnen Rohre 13 (in Höhe der Schulter 17) verläßt das kalte Wasser die dünnen Rohre und beginnt nach oben zu fließen, während es Hitze wegträgt, wodurch es die Temperatur vor allem im unteren Bereich der Vorrichtung nahe dem ersten Ende 15 auf einem sehr niedrigen Niveau hält.
Praktische Ergebnisse können berichtet werden, die sich auf eine 4 m lange Vorrichtung beziehen mit einer äußeren Hülle 11 von 44,4 mm Durchmesser, einer inneren Hülle von 38,1 mm Durchmesser und 22 dünnen Rohren 13 dazwischen mit einem Durchmesser von 3 mm. Wenn Wasser mit einem Durchsatz von 6 l/min und 18ºC am Einlaß 19 eingespeist wird und die Temperatur im Kessel etwa 350ºC beträgt, wird die Kamera auf einer Temperatur von 35ºC gehalten, ohne daß irgendwelche zusätzliche Kühlluft innerhalb der Kamera fließt. Der entstehende Druckabfall zwischen dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 wurde mit nur etwa 100 mbar gemessen. Aber in diesem bestimmten Fall kann das System 7 Bar aushalten.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform begrenzt. Die Kühlvorrichtung kann auf andere längliche Geräte und auf andere Umgebungen als Fusionsexperiment-Kessel angewendet werden.
Die dünnen Rohre können zwischen den beiden Hüllen mittels Schweißnähten oder nur durch Reibung gehalten werden, da sie keinerlei Verwindungskräften ausgesetzt sind und da sogar eine geringfügige Verschiebung der Rohre den korrekten Betrieb der Vorrichtung nicht stört. Die ganze erfindungsgemäße Vorrichtung kann in das zu schützende längliche Gerät integriert werden oder auch eine individuelle Kühlummantelung bilden, die am äußeren Rohr 1 befestigt ist.

Claims

1. Kühlvorrichtung zum Schutz eines länglichen Geräts vor einer heißen Umgebung mittels eines Kühlfluids, das um das Gerät (5, 6, 9) zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung enthält

- zwei rohrförmige konzentrische Metallhüllen (11, 12), die koaxial um das längliche Gerät (5, 6, 9) angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Hüllen an einem ersten ihrer Enden (15) verschlossen ist und ein Kühlfluideinlaß (19) und ein Kühlfluidauslaß (20) einem zweiten ihrer Enden (16) zugeordnet sind,

- eine Vielzahl von parallelen Kühlfluidrohren (13), die sich von diesem zweiten Ende (16) bis zu einem Niveau in kurzem Abstand vom ersten Ende (15) erstrecken, wobei die Achsen dieser Rohre parallel zu der (14) der Hüllen (11, 12) und regelmäßig in diesem Zwischenraum verteilt sind, wobei der Außendurchmesser der dünnen Rohre der radialen Weite des Zwischenraums entspricht und der Kühlfluideinlaß (19) an die Gesamtheit dieser Rohre (13) am zweiten Ende (16) gekoppelt ist, während der Kühlfluidauslaß (20) an diesem zweiten Ende (16) an den Zwischenraum außerhalb dieser Rohre (13) gekoppelt ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Hüllen (11) eine Schulter (17) auf dem erwähnten Niveau knapp vor dem ersten Ende (15) aufweist, die als Anschlag für die Enden der Rohre (13) wirkt.

3. Kühlvorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid Wasser ist.