EP4449010A1 - Isoliereinrichtung sowie verfahren zur herstellung einer isoliereinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) zur Isolierung eines Nutzraums (4) gegenüber einer Außenumgebung, mit einer Innenhülle (2; 52; 62), die einen Nutzraum (4) berandet und die von einer Außenhülle (3; 63) umgeben ist, wobei die Innenhülle (2; 52; 62) beweglich in der Außenhülle (3; 63) auf genommen ist und mit der Außenhülle (3; 63) einen Isolierraum (5) begrenzt und wobei der Innenhülle (2; 52; 62) eine Supraleitereinrichtung (6) zugeordnet ist, sowie mit einer der Außenhülle (3; 63) zugeordneten Magneteinrichtung (7), die für eine kraftübertragende Wechselwirkung mit der Supraleitereinrichtung (6) zur kontaktlosen Bereitstellung von Stützkräften für die Innenhülle (2; 52; 62) ausgebildet ist.

Description

Isoliereinrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Isoliereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Isoliereinrichtung zur Isolierung eines Nutzraums gegenüber einer Außenumgebung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Isoliereinrichtung.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise ein Behälter zur Aufbewahrung eines verflüssigten Gases bekannt, der auch als Dewargefäß bezeichnet wird und der zur Lagerung und zum Transport eines verflüssigten Gases oder einer anderen, vorzugsweise fließfähigen Substanz mit einer Temperatur, die erheblich niedriger als die typische Raumtemperatur von 20 Grad Celsius, insbesondere im Bereich von minus 150 Grad Celsius bis minus 200 Grad Celsius angesiedelt ist, genutzt werden kann .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Isoliereinrichtung mit verbesserten Isolationseigenschaften sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Innenhülle für eine derartige Isoliereinrichtung bereitzustellen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Isoliereinrichtung eine Innenhülle aufweist, die einen Nutzraum berandet und die von einer Außenhülle umgeben ist, wobei die Innenhülle beweglich in der Außenhülle aufgenommen ist und mit der Außenhülle einen Isolierraum begrenzt und wobei der Innenhülle eine Supraleitereinrichtung zugeordnet ist, sowie mit einer der Außenhülle zugeordneten Magneteinrich- tung, die für eine kraf tübertragende Wechselwirkung mit der Supraleitereinrichtung zur kontaktlosen Bereitstellung von Stützkräf ten für die Innenhülle ausgebildet ist .

Der von der Innenhülle berandete Nutzraum weist wenigstens eine Öf fnung auf , so dass der Nutzraum beispielsweise zur Aufbewahrung eines verf lüssigten Gases genutzt werden kann, das durch diese Öf fnung in den Nutzraum eingefüllt oder durch diese Öf fnung aus dem Nutzraum entnommen werden kann . Alternativ ist vorgesehen, dass der Nutzraum mehrere Öf fnungen, insbesondere an einander abgewandten Endbereichen des Nutz - raums , auf weist und hiermit beispielsweise in der Art einer Rohrleitung zur Weiterleitung eines verf lüssigten Gases genutzt werden kann . Die Innenhülle ist aus einem Material hergestellt , das derart beschaf fen ist , dass Substanzen gelagert und transportiert werden können, die eine Temperatur von 100 Kelvin oder weniger aufweisen, ohne dass hierdurch eine die Funktion der Innenhülle in Frage stellende Versprödung des Materials der Innenhülle auf treten würde . Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Innenhülle zumindest im Rahmen des bestimmungsgemäßen Gebrauchs und unter Berücksichtigung des gegebenenfalls im Nutzraum vorliegenden Überdrucks und/oder unter Berücksichtigung der Masse des im Nutzraum auf zunehmenden Fluids , allenfalls eine elastische Deformation erfährt und nicht plastisch deformiert wird oder eine Rissbildung auf tritt . Vorzugsweise ist die Innenhülle derart ausgelegt , dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch der I soliereinrichtung als formstabil oder gestaltfest anzusehen ist . Die Außenhülle weist ähnliche Eigenschaf ten wie die Innenhülle auf , vorzugs weise ist vorgesehen, dass auch die Außenhülle im bestimmungsgemäßen Gebrauch der I soliereinrichtung allenfalls elas tische Deformationen erfährt und als formstabil oder gestalt fest anzusehen ist . Die Aufgabe der Außenhülle besteht zum einen in der Bereitstellung eines mechanischen Schutzes für die Innenhülle und für einen zwischen Innenhülle und Außenhülle gebildeten I solierraum . Zum anderen hat die Außenhülle die Aufgabe , eine oder mehrere Magneteinrichtungen, vorzugs weise einer Permanentmagneteinrichtung, zu tragen, die für die kraf tübertragende Wechselwirkung mit einer der Innenhülle zugeordneten Magneteinrichtung, insbesondere einer Permanent magneteinrichtung und/oder einer Supraleitereinrichtung, aus gebildet sind .

Die der Innenhülle zugeordnete Magneteinrichtung kann wahl weise , insbesondere teilweise , im Nutzraum und damit an einer Innenoberf läche der Innenhülle und/außerhalb des Nutzraums und damit an einer Außenoberf läche der Innenhülle festgelegt sein . Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Supraleitereinrichtung zumindest teilweise in das Materi al der Innenhülle integriert ist .

Die der Innenhülle zugeordnete Magneteinrichtung hat die Auf gabe , in eine kraf tübertragende Wechselwirkung mit der Magneteinrichtung der Außenhülle zu treten, um eine kontaktlose Bereitstellung von Stützkräf ten für die Innenhülle zu ermöglichen . Durch diese kraf tübertragende Wechselwirkung zwischen den Magneteinrichtungen kann ein mechanischer Kontakt zwi schen der Innenhülle und der Außenhülle auf ein Minimalmaß, insbesondere auf Null , reduziert werden . Hierdurch wird eine konvektive Wärmeleitung von der Außenhülle auf die Innenhülle auf ein Minimalmaß reduziert , womit eine lang anhaltende I solationswirkung durch die I soliereinrichtung erzielt werden kann . Die Supraleitereinrichtung, die der Innenhülle zugeordnet ist und in einer Aus führungs form als Bestandteil der Innenhülle ausgebildet ist , umfasst vorzugsweise wenigstens ei nen so genannten Hochtemperatursupraleiter oder Typ- I I - Supraleiter , ist also aus einem Material hergestellt , das fernab des absoluten Temperaturnullpunkts von 0 Kelvin supraleitende Eigenschaf ten aufweist . Als Beispiel für einen Supraleitermaterial kann YBCO (Yttriumbariumkupferoxid) genannt werden, dessen Sprungtemperatur bei minus 181 Grad Celsius liegt und das beispielsweise bei einer Kühlung durch verf lüs sigten Stickstof f , der eine Temperatur von kleiner als minus 192 Grad Celsius aufweist , supraleitende Eigenschaf ten auf - weist .

Für die Funktion der I soliereinrichtung ist vorgesehen, dass die Innenhülle vor einer Inbetriebnahme der I soliereinrichtung, insbesondere vor einer Zuführung eines verf lüssigten Gases , das eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur der Supraleitereinrichtung aufweist , mit geeigneten Mitteln, ins besondere durch Aufbringung äußerer Kräf te , in eine Funkti onsposition gebracht wird . Diese Funktionsposition soll die Innenhülle gegenüber der Außenhülle auch während des nachfol genden bestimmungsgemäßen Gebrauchs einnehmen oder es ist vorgesehen, dass diese Funktionsposition zumindest in enger räumlicher Nähe zu einer gewünschten Funktionsposition für die Innenhülle gegenüber der Außenhülle liegt .

Anschließend erfolgt die Zufuhr des Stof f s oder Fluids , der bzw . das eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur der Supraleitereinrichtung aufweist , in den Nutzraum . Hierdurch wird gewissermaßen eine Programmierung der Supraleitereinrichtung auf den von der Magneteinrichtung bereitgestellten magnetischen Fluss erfolgt . Sofern die Temperatur der Supraleitereinrichtung nachfolgend unterhalb der materialspezif i schen Sprungtemperatur verbleibt , stellt die Supraleitereinrichtung bei einer Positionsauslenkung der Innenhülle aus der „programmierten" Funktionsposition in Wechselwirkung mit der Magneteinrichtung Reaktionskräf te bereit , die dafür sorgen, dass die Innenhülle zumindest im Wesentlichen in der gewünschten Funktionsposition verbleibt .

Der vorstehend genannte Ef fekt der „ Programmierung" der Supraleitereinrichtung wird auch als Pinning bezeichnet , hierbei werden Wirbelstrom- Flussschläuche in der Supraleitereinrichtung hervorgerufen, die aufgrund der supraleitenden Eigenschaf ten des Materials der Supraleitereinrichtung verlustf rei auf rechterhalten werden können, bis die Supraleitereinrichtung wieder über ihre materialspezif ische Sprungtemperatur erwärmt wird . Der Vorteil der Verwendung von supraleitendem Material liegt darin, dass in Wechselwirkung mit der Magneteinrichtung der Außenhülle eine stabile Positionierung für die Innenhülle gegenüber der Außenhülle bewirkt werden kann, ohne dass hierfür eine Steuerung oder Regelung oder eine Energiezufuhr erforderlich ist .

Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erf indung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Zweckmäßig ist es , wenn der I solierraum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle gasdicht ausgebildet ist , insbesondere evakuiert ist . Um eine vorteilhaf te I solationswirkung für die I soliereinrichtung gewährleisten zu können ist es vorteilhaf t , wenn in diesem I solierraum nur eine geringe Zahl von Molekülen vorhanden ist , die einen Wärmetransport von der Außenhülle zur Innenhülle bewirken könnten . Dementsprechend ist vorzugsweise vorgesehen, den gasdicht ausgebildeten I solierraum zumindest weitgehend zu evakuieren, damit die Anzahl von Molekülen im I solierraum gegenüber einer Umgebungs situation für die I soliereinrichtung, in der Atmosphärenbedingungen herrschen, minimal ist . Vorteilhaf t ist es , wenn im I solierraum zwischen der Innenhülle und der Außenhülle ein elastisch oder bei Temperaturabsenkung unter die materialspezif ische Sprungtemperatur der Supraleitereinrichtung gestaltverändernd deformierbar ausgebildetes Stützelement angeordnet ist , das zur Abstützung der Gewichtskraf t der Innenhülle ausgebildet ist . Die Aufgabe des Stützelements besteht darin, die Innenhülle gegenüber der Außenhülle in eine Position zu bringen, die zumindest im Wesentlichen der Funktionsposition für die Innenhülle gegenüber der Außenhülle nach einer Zufuhr eines Materials oder Fluids , dessen Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur für die Supraleitereinrichtung liegt , vorzugeben . Vorzugsweise ist das Stützelement aus einem Material hergestellt , das einen hohen Wärmewiderstand und damit einen geringen Wärmeleitkoef f izienten aufweist . Vorzugsweise ist das Stützelement derart dimensioniert , dass es die Innenhülle vor einer Inbetriebnahme der I soliereinrichtung in einer Position halten kann, die einer späteren Position der Innenhülle gegenüber der Außenhülle nach einer Inbetriebnahme der I soliereinrichtung zumindest im Wesentlichen entspricht . Ferner ist vorgesehen, dass das Stützelement in einer Weise elastisch deformierbar ausgebil det ist , dass eine Relativbewegung zwischen der Innenhülle und der Außenhülle während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der I soliereinrichtung möglichst nur in geringem Umfang behindert wird . Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Stüt zelement durch eine entsprechende Materialauswahl und/oder eine entsprechende geometrische Gestaltung derart ausgebildet ist , dass es bei Temperaturen oberhalb der materialspezif i schen Sprungtemperatur der Supraleitereinrichtung eine Abstützung der Gewichtskraf t zwischen der Innenhülle und der Außenhülle gewährleistet und bei Unterschreitung der materi alspezif ischen Sprungtemperatur des Supraleitereinrichtung eine signif ikante , insbesondere sprunghaf te , Gestaltverände- rung durchführt , mit der gewährleistet wird, dass eine vor Erreichen der Sprungtemperatur vorhandene konduktive Kopplung zwischen der Innenhülle und der Außenhülle nach Unterschrei - tung der Sprungtemperatur auf gehoben wird . Beispielhaf t kann das Stützelement aus zwei Materialien mit unterschiedlichen temperaturabhängigen Ausdehnungskoef f izienten hergestellt sein, so dass bei Unterschreitung der Sprungtemperatur eine innere Spannung im Stützelement die gewünschte Gestaltänderung herbeiführt . Hierbei wird davon ausgegangen, dass diese Gestaltänderung reversibel ist und bei Ansteigen der Temperatur im I solierbehälter eine selbsttätige Rückdeformation des Stützelements stattf indet , so dass bei Temperaturen oberhalb der materialspezif ischen Sprungtemperatur des Supraleiterelements die gewünschte Schutzwirkung zwischen Innenhülle und Außenhülle gewährleistet ist .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magneteinrichtung ortsveränderlich an der Außenhülle angeordnet ist . Hiermit kann eine magnetische Wechselwirkung zwischen der Magneteinrichtung und der Supraleitereinrichtung in Abhängigkeit von der Nutzung des Nutzraums , beispielsweise durch Befüllen des Nutzraums mit einem Fluid oder durch Entnehmen von Fluid aus dem Nutz - raum, an die j eweils abzustützende Masse der Innenhülle angepasst werden . Beispielhaf t ist vorgesehen, dass die Magneteinrichtung linearbeweglich an der Außenhülle festgelegt ist und eine manuelle Einstellung für die Positionierung der Magneteinrichtung durch einen Benutzer oder eine automati sierte Positionsveränderung für die Magneteinrichtung vorgesehen ist .

Bei einer Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Innenhülle längs eines , insbesondere geradlinigen, Prof ilabschnitts mit einer konstanten Prof ilierung ausgebildet ist und dass längs des Prof ilabschnitts mehrere , insbesondere in gleicher Teilung, beabstandet angeordnete Permanentmagnete und/oder Supraleiterelemente vorgesehen sind . Beispielhaf t ist vorgesehen, dass die Innenhülle längs des Prof ilabschnitts rohrförmig, insbesondere mit kreisrunder Prof ilierung, ausgebildet ist und dass entlang dieses geradlinigen Prof ilabschnitts mehrere Permanentmagnete und/oder Supralei terelemente angeordnet sind, um eine möglichst gleichförmige Stützwirkung auf die Innenhülle ausüben zu können . Eine derartige Anordnung einer Vielzahl von Permanentmagneten und/oder Supraleiterelementen an der Innenhülle ist insbesondere dann von Interesse , wenn ein Betrag einer Länge des Prof ilabschnitts der Innenhülle erheblich größer als ein maximaler Innendurchmesser der Innenhülle ist .

Bei einer Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Innenhülle als Innenrohr ausgebildet ist und dass die Außenhülle als Außenrohr ausgebildet ist und dass das Innenrohr mit dem Außenrohr j eweils endseitig abdichtend verbunden ist . Bei dieser Aus führungs form bildet die I soliereinrichtung ei nen Rohrabschnitt , durch den beispielsweise ein verf lüssigtes Gas , insbesondere verf lüssigter Stickstof f , möglichst erwärmungsf rei transportiert werden kann . Beispielsweise kann eine derartige ausgebildete I soliereinrichtung zur f luidisch kommunizierenden Verbindung zwischen einem Fluidspeicher und ei nem Fluidverbraucher eingesetzt werden . Um die gewünschte gasdichte Ausgestaltung des I solierraums zu gewährleisten sind voneinander abweisende Endbereiche des Innenrohrs mit voneinander abweisenden Endbereichen des Außenrohrs abdichtend verbunden, wobei hierzu j eweils eine ringförmige Verbindungszone vorzusehen ist , die eine j eweils endseitig an der I soliereinrichtung angeordnete Mündungsöf f nung für den Nutz raum koaxial umgibt . Bei einer alternativen Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Innenhülle f laschenförmig ausgebildet ist und eine Mündungsöf f nung für den Nutzraum aufweist , wobei die f laschenförmig ausgebildete Außenhülle im Bereich der Mün- dungsöf fnung abdichtend mit der Innenhülle verbunden ist . Hierbei dient die I soliereinrichtung als Behälter zur Aufnahme eines Fluids oder einer anderen f ließfähigen Substanz , die eine Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur der Supralei tereinrichtung aufweist und über einen längeren Zeitraum auf dieser Temperatur verbleiben soll . Hierzu kann die Substanz bzw . das Fluid in die f laschenförmig ausgebildete Innenhülle durch die Mündungsöf f nung eingefüllt werden, wobei ein Querschnitt der Mündungsöf fnung erheblich kleiner als ein Querschnitt des sich daran anschließenden Behälterabschnitts der Innenhülle ausgebildet ist .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass benachbart zu einem Bodenbereich der f laschenförmig ausgebildeten Innenhülle ein erstes Supraleiterelement angeordnet ist und dass an einer , vorzugs weise mit konstanter Prof ilierung, insbesondere kreiszylindrisch prof ilierten, Seitenwand, die zwischen dem Bodenbereich und einem Halsbereich der Innenhülle ausgebildet ist , ein Permanentmagnet und/oder ein zweites Supraleiterelement angeordnet ist . Dabei kommt dem ersten Supraleiterelement der Innenhülle und einer korrespondierenden Magneteinrichtung, ins besondere einer Permanentmagneteinrichtung an der Außenhülle , die Aufgabe zu , die Gewichtskraf t der Innenhülle abzufangen . Die an der Seitenwand festgelegten Permanentmagnete oder Supraleiterelemente sind zur Abstützung der Gewichtskraf t des zu lagernden Fluid vorgesehen .

In weiterer Ausgestaltung der Erf indung ist vorgesehen, dass die Innenhülle zumindest bereichsweise aus einem Verbundmaterial hergestellt ist , das einen Anteil an Supraleitermaterial umfasst . Beispielhaf t kann vorgesehen sein, dass die Innenhülle als Wickelkörper , beispielsweise durch Umwickeln einer Wickelform mit einem oder mehreren Bandmaterialien, die zumindest anteilig aus Supraleitermaterial hergestellt sind oder Supraleitermaterial umfassen, hergestellt ist . Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Innenhülle in einem Kunst stof f - Spritzgussverfahren aus einem thermoplastischen Materi al mit einem Anteil an supraleitenden Partikeln hergestellt wird oder in einem Gießprozesses aus einem duroplastischen Material mit einem Anteil an supraleitenden Partikeln hergestellt wird . Bei einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass eine Innenoberf läche und/oder eine Außenoberf läche der Innenhülle mit einer Beschichtung versehen wird, die ei nen supraleitenden Werkstof f enthält . Beispielsweise kann hierzu eine Lackierung oder ein Flammenspritzen oder eine Bedampfung der Innenhülle mit supraleitendem Material vorgesehen werden .

Die Aufgabe der Erf indung wird gemäß einem zweiten Aspekt durch ein Verfahren zum Herstellen einer erf indungsgemäßen I soliereinrichtung gelöst . Hierbei ist vorgesehen, dass die Innenhülle mit einem Verfahren aus der Gruppe : Herstellen der Innenhülle durch Umwickeln einer Wickelform mit einem oder mehreren Bandmaterialien, die zumindest anteilig aus Supraleitermaterial hergestellt sind oder Supraleitermaterial umfassen, Herstellen der Innenhülle im Kunststof f Spritzguss unter Verwendung eines thermoplastischen Materials , das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält , Herstellen der Innenhülle mit einem Gießprozess unter Verwendung eines duroplastischen Materials , das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält , Herstellen der Innenhülle durch Beschichtung einer Innenoberf läche und/oder einer Außenoberf läche ei nes Behälterrohlings mit einem supraleitenden Werkstof f , her- gestellt wird und in einem nachfolgenden Schritt in die Außenhülle eingebracht wird .

Es kann auch vorgesehen werden, eine f laschenförmige oder rohrförmige Hülle durch Umwickeln einer Wickelform mit einem

5 oder mehreren Bandmaterialien, die zumindest anteilig aus Supraleitermaterial hergestellt sind oder Supraleitermaterial umfassen, Herstellen der Innenhülle im Kunststof f Spritzguss unter Verwendung eines thermoplastischen Materials , das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält , Herstellen der0 Innenhülle mit einem Gießprozess unter Verwendung eines duroplastischen Materials , das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält , Herstellen der Innenhülle durch Beschichtung einer Innenoberf läche und/oder einer Außenoberf läche ei nes Behälterrohlings mit einem supraleitenden Werkstof f , herzustellen und diese Hülle anderen Zwecken als einem Einbau in eine I soliereinrichtung zuzuführen .

Bei der Durchführung eines Wickelvorgangs kann vorgesehen werden, die Wickelform mit unterschiedlichen bandförmigen und/oder fadenförmigen Materialien zu wickeln, wobei wenigs ¬0 tens eines dieser Materialien aus einem supraleitenden Material hergestellt ist oder einen Anteil eines supraleitenden Materials enthält . Um einen festen Verbund zwischen den bandförmigen und/oder fadenförmigen Materialien und abschließend eine abdichtend ausgebildete Hülle , insbesondere Innenhülle ,5 zu erzielen, kann entweder vorgesehen sein, dass eines oder mehrerer der bandförmigen und/oder fadenförmigen Materialien mit einem Klebstof f beschichtet ist , der beispielsweise durch äußere Energieeinwirkung wie ultraviolettes Licht oder Wärmestrahlung aktiviert werden kann . Alternativ kann vorgesehen0 sein, dass ein Klebstof f als Zusatzmaterial während der Durchführung des Wickelvorgangs oder nach der Durchführung des Wickelvorgangs auf die Wickelform mit den bandförmigen und/oder fadenförmigen Materialien aufgebracht wird .

Alternativ kann vorgesehen sein, die Hülle , insbesondere Innenhülle , in einer geeigneten Form durch Einbringen mehrerer Lagen eines f lexiblen, insbesondere biegeschlaf fen, Gewebes in die Form und ein Verbinden der Gewebelagen durch eine geeignetes Bindemittel wie einen Klebstof f miteinander zu verbinden, was auch als Laminiervorgang bezeichnet wird .

Bei einer weiteren Alternative für die Herstellung einer Hül le , insbesondere einer Innenhülle , kann vorgesehen werden, einen Behälterrohling im Zuge eines Beschichtungsvorgangs mit einer Beschichtung versehen, die zumindest anteilig aus einem supraleitenden Material besteht . Hierbei können Beschichtungsvorgänge wie Lackieren, Flammspritzen oder Bedampfen eingesetzt werden .

Bei einer vorteilhaf ten Weiterbildung der Erf indung ist vorgesehen, dass im I solierraum eine I solierschicht , insbesondere eine mehrlagige I solierfolienanordnung, angeordnet ist .

Vorteilhaf te Aus führungs formen der Erf indung sind in der Zeichnung dargestellt . Hierbei zeigt :

Figur 1 eine erste Aus führungs form einer I soliereinrichtung mit einer Außenhülle , einer I solationsschicht , ei ner Innenhülle , eine Supraleitereinrichtung sowie einer Permanentmagneteinrichtung,

Figur 2 eine zweite Aus führungs form einer I soliereinrichtung, die als Variante der I soliereinrichtung gemäß der Figur 1 ausgebildet ist und eine geänderte Kon- f iguration im Hinblick auf die Supraleitereinrichtung und die Permanentmagneteinrichtung auf weist ,

Figur 3 eine dritte Aus führungs form einer I soliereinrichtung, bei der die Innenhülle aus einem Verbundmaterial hergestellt ist , und

Figur 4 eine vierte Aus führungs form einer I soliereinrichtung, bei der die Außenhülle und die Innenhülle rohrförmig ausgebildet sind .

Eine in der Figur 1 gezeigte erste Aus führungs form einer I soliereinrichtung 1 dient zur Aufbewahrung einer Flüssigkeit , beispielsweise eines verf lüssigten Gases wie Stickstof f , wobei die I soliereinrichtung 1 derart beschaf fen ist , dass ein möglichst geringer Wärmeeintrag aus einer Umgebung der I soliereinrichtung 1 in die auf zubewahrende Flüssigkeit gewährleistet wird .

Die I soliereinrichtung 1 umfasst rein exemplarisch eine f laschenförmig ausgebildete Innenhülle 2 , die beispielhaf t rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse 11 ausgebildet ist . Die Innenhülle 2 ist in einer ebenfalls rein exemplarisch rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 11 ausgebildeten Außenhülle 3 aufgenommen und wird von dieser zumindest nahezu vollständig umschlossen . Beispielhaf t ist vorgesehen, dass die Außenhülle 3 eine als kreiszylindrische Hülse ausgebildete Seitenwand 20 sowie einen kreisscheibenförmig ausgebildeten Bodenbereich 21 und einen kreisringförmig ausgebildeten Deckelbereich 22 aufweist . Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Seitenwand 20 einstückig mit dem Bodenbereich 21 und dem Deckelbereich 22 ausgebildet ist . Ferner ist beispielhaf t vorgesehen, dass die Innenhülle 2 ei ne als kreiszylindrische Hülse ausgebildete Seitenwand 25 sowie einen kreisscheibenförmig ausgebildeten Bodenbereich 26 und einen kreisringförmig ausgebildeten Deckelbereich 27 auf weist , wobei sich an den Deckelbereich 27 ein rein exemplarisch als kreiszylindrische Hülse ausgebildeter Flaschenhals 28 anschließt , der eine Mündungsöf f nung 10 berandet . Dabei ist vorgesehen, dass der Flaschenhals 28 eine Ausnehmung 23 in Deckelbereich 22 der Außenhülle 3 durchsetzt .

Ein Außendurchmesser der Seitenwand 25 der Innenhülle 2 ist kleiner als ein Innendurchmesser der Seitenwand 20 der Außenhülle 3 gewählt . Ferner ist ein Abstand zwischen dem Bodenbereich 26 und dem Deckelbereich 27 der Innenhülle 2 kleiner als ein Abstand zwischen dem Bodenbereich 21 und dem Deckel bereich 92 der Außenhülle 3 gewählt ist . Der Raumbereich zwi schen der Innenhülle 2 und der Außenhülle 3 wird als I solierraum 5 bezeichnet . Im I solierraum 5 , der vorzugsweise evakuiert ist , ist eine I solierfolienanordnung 15 vorgesehen, die beispielsweise aus einer Mehrzahl nicht näher dargestellter I solierfolienlagen aufgebaut ist und eine Wärmeisolation zwi schen der Außenhülle 3 und der Innenhülle 2 gewährleistet .

Um eine gasdichte Ausgestaltung des I solierraums 5 gewährleisten zu können ist ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Dichtelement 16 vorgesehen, das sowohl in der Ausnehmung 23 als auch am Flaschenhals 28 festgelegt ist . Das Dichtelement 16 ist rein exemplarisch bereichsweise in der Art eines Falt enbalgs ausgebildet und ermöglicht damit eine lineare Relativbewegung längs der Symmetrieachse 11 zwischen der Innenhülle 2 und der Außenhülle 3 .

Beispielhaf t ist vorgesehen, dass die Außenhülle 3 und das Dichtelement 16 aus einem metallischen Werkstof f hergestellt sind . Die Innenhülle 2 kann wahlweise aus einem metallischen oder keramischen oder glasartigen Werkstof f oder einem Kunst stof f hergestellt sein .

Wie aus der Figur 1 ferner entnommen werden kann, ist zwi schen dem Bodenbereich 26 der Innenhülle 2 und dem Bodenbereich 21 der Außenhülle 3 ein Stützelement 12 angeordnet , das für eine Abstützung der Gewichtskraf t der Innenhülle 2 vorgesehen ist . Beispielhaf t ist das Stützelement 12 aus einem, insbesondere elastisch deformierbaren, Schaummaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt . Um eine kraf tübertragende Anbindung der Innenhülle 2 gegenüber der Außenhülle 3 zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Stützelement 12 die I solierfolienanordnung 15 durchsetzt , die hierzu mit ei ner Ausnehmung 17 versehen ist .

An einer Innenoberf läche 30 der Innenhülle 2 ist eine Supraleiteranordnung 6 angeordnet , währen eine Permanentmagneteinrichtung 7 an einer Außenoberf läche 31 der Innenhülle 2 angeordnet ist . Hierbei umfasst die Supraleiteranordnung 6 rein exemplarisch zwei quaderförmig ausgebildete Supraleiterelemente 35 , die am Bodenbereich 26 angeordnet sind . Die Permanentmagneteinrichtung 7 umfasst rein exemplarisch vier Permanentmagnete 36 , die radial nach außen abragend an der Seitenwand 25 angeordnet sind .

An einer Innenoberf läche 24 der Außenhülle 3 sind sowohl an der Seitenwand 20 als auch am Bodenbereich 21 j eweils bei spielhaf t quaderförmig ausgebildete Permanentmagnete 37 angeordnet . Rein exemplarisch sind an der Außenhülle insgesamt sechs Permanentmagnete 37 angeordnet , wobei die am Bodenbereich 21 angeordneten Permanentmagnete 37 gemäß der Darstel lung der Figur 1 vertikal unterhalb der Supraleiterelemente 35 angeordnet sind . Die an der Seitenwand 20 angebrachten Permanentmagnete 37 sind in radialer Richtung nach außen benachbart zu den Permanentmagneten 36 der Innenhülle 2 angeordnet , weisen aber im Vergleich zu den Permanentmagneten 36 einen geringeren Abstand zum Bodenbereich 21 auf .

Bei einer Befüllung der f laschenförmig ausgebildeten Innenhülle mit einer Substanz , die eine Temperatur auf weist , die unterhalb einer Sprungtemperatur der Supraleiterelemente 35 liegt , werden die Supraleiterelemente 35 am Bodenbereich 26 der Innenhülle 2 durch den Kontakt mit der Substanz in einen supraleitenden Zustand versetzt , wobei die Magnetfelder der gegenüberliegend am Bodenbereich 21 der Außenhülle 3 angeordneten Permanentmagnete 37 durch Pinning in den Supralei terelementen 35 gespeichert werden . Bei einer weiteren Befül lung der Innenhülle 2 kommt es aufgrund der zunehmenden Gewichtskraf t zu einer elastischen Deformation des Stützelements 12 und dadurch zu einer Veränderung des Abstands zwi schen den Supraleiterelementen 35 und den gegenüberliegenden Permanentmagneten 37 , wodurch Reaktionskräf te zwischen den Supraleiterelementen 35 und den Permanentmagneten 37 hervorgerufen werden, die dieser linearen Verlagerung der Innenhül le entgegenwirken .

Ferner stehen die in vertikaler Richtung geringfügig beab- standeten Permanentmagnete 36 und die an der Seitenwand der Außenhülle 3 angebrachten Permanentmagnete 37 in magnetischer Wechselwirkung und bilden damit ein magnetisch vorgespanntes System . Bei einer weiteren Zunahme der Gewichtskraf t der Innenhülle 2 durch weitere Befüllung mit der kalten Substanz kommt es bei einer eventuellen linearen Verlagerung der Innenhülle 2 gegenüber der Außenhülle 3 zu einer Verstärkung der magnetischen Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten 36 und 37 , so dass eine zusätzliche Stützwirkung in vertikaler Richtung für die Innenhülle 2 hervorgerufen wird . Vorzugsweise sind die Supraleiterelemente 35 , die Permanent magnete 36 und 37 , das Stützelement 12 und das Dichtelement 16 derart aufeinander abgestimmt , dass der überwiegende Anteil der Stützkräf te für die Innenhülle durch kontaktlose magnetische Wechselwirkung zwischen der Supraleitereinrichtung 6 und der Permanentmagneteinrichtung 7 bewirkt wird . Dadurch kann erreicht werden, dass das Stützelement 12 und das Dichtelement 16 möglichst f iligran bzw . dünnwandig gestaltet werden können und damit auch nur einen geringen Wärmeeintrag in den I solierraum 5 zulassen .

Bei der zweiten Aus führungs form gemäß der Figur 2 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Aus führungs form gemäß der Figur 1 verwendet . Abweichend von der I soliereinrichtung 1 gemäß der Figur 1 ist bei der I soliereinrichtung 41 die Innenhülle 2 ausschließlich mit Supraleiterelementen 35 ausgerüstet . Ferner ist ein Stüt zelement 42 vorgesehen, das in der Art eines rotationssymmet risch ausgebildeten Faltenbalgs geformt ist . Bevorzugt ist das Stützelement 42 aus einem Werkstof f oder einer Werkstof f kombination hergestellt , die bei Unterschreitung einer vorgebbaren Temperatur , insbesondere bei Unterschreitung der Sprungtemperatur der Supraleiter 35 eine Verkürzung des Stüt zelements 42 bewirkt . Wird ferner vorgesehen, dass das Stüt zelement 42 an der Unterseite der Innenhülle 2 angebracht ist , so kann eine Stützwirkung durch das Stützelement 42 und damit eine thermisch konduktive Kopplung zwischen der Innenhülle 2 und der Außenhülle 3 aufgehoben werden, sobald durch Einfüllen einer kalten Substanz in den Nutzraum 4 der Innenhülle 2 die Sprungtemperatur der Supraleiter 35 unterschrit ten wird und die Supraleiter 35 in magnetischer Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 37 stehen, so dass keine Abstützung der Innenhülle 2 durch das Stützelement 42 mehr erforderlich ist . Wird die Innenhülle 2 zu einem späteren Zeit - punkt wieder über die Sprungtemperatur der Supraleiter 35 erwärmt , so verändert sich auch die Länge des Stützelements 42 wieder auf die Längenausdehnung, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist . Damit wird die Abstützung der Innenhülle 2 zu diesem Zeitpunkt wieder durch das Stützelement 42 gewährleis tet .

Bei der dritten Aus führungs form gemäß der Figur 3 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Aus führungs form gemäß der Figur 1 verwendet . Die I soliereinrichtung 51 unterscheidet sich von der I soliereinrichtung 1 dadurch, dass die Innenhülle 52 aus einem nicht näher dargestellten Verbundwerkstof f , beispielsweise als Wi ckelkörper , ausgebildet ist . Dabei ist vorgesehen, dass der Verbundwerkstof f der Innenhülle 52 einen vorgebbaren Anteil an supraleitendem Material enthält , so dass keine zusätzli chen Supraleiterelemente erforderlich sind, um eine magneti sche Wechselwirkung zwischen der Innenhülle 52 und den Permanentmagneten 37 an der Außenhülle 3 hervorzurufen . Zur zusätzlichen Abstützung der Innenhülle 52 und einer darin auf - genommenen Flüssigkeit können innenseitig am Boden der Innenhülle 52 und an der Außenoberf läche 31 der Innenhülle 52 festgelegte Permanentmagnete 36 vorgesehen werden . Diese sind für eine magnetische Wechselwirkung mit Permanentmagneten 37 vorgesehen, die j eweils benachbart zu den Permanentmagneten 36 angeordnet sind und zum Teil auch an der Außenoberf läche der Außenhülle 3 festgelegt sind .

Bei der vierten Aus führungs form gemäß der Figur 4 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Aus führungs form gemäß der Figur 1 verwendet . Die I soliereinrichtung 61 ist als Rohrleitungsabschnitt aus gebildet , bei dem sowohl die Innenhülle 62 als auch die Außenhülle 63 längs eines Prof ilabschnitts 73 eine konstante , beispielsweise eine kreisrunde Profilierung aufweisen. Dementsprechend sind an einander entgegengesetzten Endbereichen der Isoliereinrichtung 61 jeweils abdichtende Verbindungen zwischen der Innenhülle 62 und der Außenhülle 63, jeweils un- ter Verwendung eines Dichtelements 16, vorgesehen.

An einer Außenoberfläche 75 der Innenhülle 62 sind rein exemplarisch kreisringförmig ausgebildete Supraleiterelemente 68, bevorzugt in gleichmäßiger Teilung längs der Symmetrieachse 11, angeordnet. In radialer Richtung gegenüberliegend zur den Supraleiterelementen 68 sind Permanentmagnete 69 angeordnet, die beispielhaft als Ringmagnete ausgebildet sind und die an einer Innenoberfläche 74 der Außenhülle 63 festgelegt sind. Die Isolierfolienanordnung 76 ist an den, verglichen mit den anderen Isoliereinrichtungen 1, 41, und 51, reduzierten Durchmesser der Innenhülle 62 und der Außenhülle 63 angepasst .

Claims

Ansprüche

1. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) zur Isolierung eines Nutzraums (4) gegenüber einer Außenumgebung, mit einer Innenhülle (2; 52; 62) , die einen Nutzraum (4) berandet und die von einer Außenhülle (3; 63) umgeben ist, wobei die Innenhülle (2; 52; 62) beweglich in der Außenhülle (3; 63) aufgenom- men ist und mit der Außenhülle (3; 63) einen Isolierraum (5) begrenzt und wobei der Innenhülle (2; 52; 62) eine Supraleitereinrichtung (6) zugeordnet ist, sowie mit einer der Außenhülle (3; 63) zugeordneten Magneteinrichtung (7) , die für eine kraftübertragende Wechselwirkung mit der Supraleitereinrichtung (6) zur kontaktlosen Bereitstellung von Stützkräften für die Innenhülle (2; 52; 62) ausgebildet ist.

2. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierraum (5) zwischen der Innenhülle (2; 52; 62) und der Außenhülle gasdicht ausgebildet ist, insbesondere evakuiert ist.

3. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Isolierraum (5) zwischen der Innenhülle (2; 52; 62) und der Außenhülle (6; 63) ein elastisch deformierbar oder bei Temperaturabsenkung unter die materialspezifische Sprungtemperatur der Supraleitereinrichtung (6) gestaltverändernd ausgebildetes Stützelement (12;

42) angeordnet ist, das zur Abstützung der Gewichtskraft der Innenhülle (2; 52; 62) ausgebildet ist.

4. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (7) ortsveränderlich an der Außenhülle (3; 63) angeordnet ist .

5. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2; 52; 62) längs eines, insbesondere geradlinigen, Profilabschnitts (73) mit einer konstanten Profilierung ausgebildet ist und dass längs des Profilabschnitts (73) mehrere, insbesondere in gleicher Teilung, beabstandet angeordnete Permanentmagnete (37) und/oder Supraleiterelemente (35) vorgesehen sind.

6. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2; 52; 62) als Innenrohr ausgebildet ist und dass die Außenhülle als Außenrohr ausgebildet ist und dass das Innenrohr (2; 52; 62) mit dem Außenrohr jeweils endseitig abdichtend verbunden ist .

7. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2; 52; 62) flaschenförmig ausgebildet ist und eine Mündungsöf f - nung (10) für den Nutzraum (4) aufweist, wobei die flaschenförmig ausgebildete Außenhülle (3; 63) im Bereich der Mün- dungsöffnung (10) abdichtend mit der Innenhülle (2; 52; 62) verbunden ist .

8. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu einem Bodenbereich (26) der flaschenförmig ausgebildeten Innenhülle (2; 52; 62) ein erstes Supraleiterelement (35) angeordnet ist und dass an einer, vorzugsweise mit konstanter Profilierung, insbesondere kreiszylindrisch profilierten, Seitenwand (25) , die zwischen dem Bodenbereich (26) und einem Halsbereich der Innenhülle (2; 52; 62) ausgebildet ist, ein Permanentmagnet (36) und/oder ein zweites Supraleiterelement (35) angeordnet ist.

9. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2; 52; 62) zumindest bereichsweise aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das einen Anteil an Supraleitermaterial, insbesondere Yttrium-Barium-Kupf eroxid, umfasst.

10. Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Isolierraum (5) eine Isolierschicht (15; 76) , insbesondere eine mehrlagige Isolierfolienanordnung, angeordnet ist.

11. Verfahren zum Herstellen einer Isoliereinrichtung (1; 41; 51; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2; 52; 62) mit einem Verfahren aus der Gruppe: Herstellen der Innenhülle (2; 52; 62) durch Umwickeln einer Wickelform mit einem oder mehreren Bandmaterialien, die zumindest anteilig aus Supraleitermaterial hergestellt sind oder Supraleitermaterial umfassen, Herstellen der Innenhülle (2; 52; 62) im Kunststoff Spritzguss unter Verwendung eines thermoplastischen Materials, das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält, Herstellen der Innenhülle (2; 52; 62) mit einem Gießprozess unter Verwendung eines duroplastischen Materials, das einen Anteil an supraleitenden Partikeln enthält, Herstellen der Innenhülle (2;

52; 62) durch Beschichtung einer Innenoberfläche und/oder einer Außenoberfläche eines Behälterrohlings mit einem supraleitenden Werkstoff, hergestellt wird und in einem nachfolgenden Schritt in die Außenhülle (3; 63) eingebracht wird.