DE1936609A1 - Isolierter Behaelter - Google Patents
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Description
A 37 516 h
16.7.1969
U.S.Ser.No. 747,284
Vacuum Barrier Corporation, Woburn, Massachusetts, U.S.A.
Isolierter Behälter
Die Erfindung bezieht sich auf einen isolierten, vorzugsweise länglichen Behälter, insbesondere für cryogenische Fließmedien,
mit einem Innengefäß, das mit Hilfe eines Abstandshalters von einem Außengefäß im Abstand umgeben ist,· wobei der Zwischenraum
wärmeisolierend ist.
Es ist bereits bekannt, zur Wärmeisolierung um ein Innenrohr
im Abstand ein Außenrohr anzuordnen und die beiden Rohre durch Abstandsmittel im Abstand zu halten. Im Zwischenraum
können isolierende Materialien angeordnet sein.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Isolierkonstruktion
zu schaffen, die den Wärmeleckabfluß von derartigen Behältern weiter herabsetzt. Diese Aufgabe wird gemäß
der Erfindung bei dem eingangs erwähnten Behälter dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Gefäßen mindestens eine,
wärmeleitende, axial sich erstreckende Hülle vorhanden ist, die durch Abstandshalter im radialen Abstand von den Gefäßen
gehalten ist, und daß- mindestens ein wärmeleitendes Rohr · axial zwischen den Gefäßen angeordnet ist, das in Berührung
mit der Hülle ist. ' - 2 -
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Die erfindungsgemäße Konstruktion kann dabei zur Herabsetzung
des Wärmeleckflusses aus irgendeinem gespeicherten oder fliessenden Pließmediun heraus oder in ein solches Medium hinein
verwendet werden.
Insbesondere im Falle von cryogenischen Fließmedien sind die Rohre als Kühlrohre ausgebildet, die, falls der Behälter
halbflexibel ist, geriffelt, gewellt oder schraubenförmig angeordnet sind, so daß die Flexibilität noch vorhanden ist.
Das hohle Kühlrohr oder die hohlen Kühlrohre sind aus einem _ thermisch leitenden Material gebildet und in Berührung mit
™ den dünnen, thermisch gut leitenden und vorzugsweise Strahlung
reflektierenden Hüllen aus Folien oder Tafelmaterial, die sich um das Innengefäß herum erstrecken, wobei Abstandsmittel dazwischen
angeordnet sind, um die radiale Wärmeleitung zu beschränken, derart,, daß ein relativ stabiles Temperaturdifferential
zwischen den Gefäßen und den diese umgebenden,thermisch
gut leitenden Hüllen geschaffen ist.
Weitere Gruppen von hohlen Kühlrohren können radial nach außen angeordnet sein, wobei jede einzelne Gruppe von der
nächstinneren Gruppe der Kühlrohre isoliert ist und jede
dabei eine getrennte, gut thermisch leitende Hülle berührt.
™ Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, wobei aufeinanderfolgende Lagen zur Erläuterung abgeschnitten sind,
• Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein rohrartiges, gewelltes, vakuumdichtes, vorzugsweise metallisches Inner.gefäß 10, um das ein Abstandshalter
12 schraubenförmig herumgewickelt ist, der ein Kunststoff- oder ein Metallband oder gegebenenfalls auch ein Band aus isolierendem
Fas-ermaterial sein kann. Um das Innengefäß 10 ist
im Abstand hiervon entsprechend dem Abstandshalter 12 ein vorzugsweise metallisches, vakuumdicht es Rohr T4·, Herumgewickelt,-das
in der Zeichnung zwar nicht gewellt gezeigt ist, das jedoch gegebenenfalls auch eine Wellung aufweisen kann.
Die Steigung des Rohres 14 ist größer als die des Abstandshalters 12.
Um den Abstandshalter 12 herum ist ferner eine voll abdeckende
Hülle 16 aus einem Wärmestrahlen reflektierenden Material, wie beispielsweise Metallfolie, angeordnet, die gut wärmeleitend ist und das Rohr 14 berührt.
Ferner ist auf der Hülle 16 ein Abstandshalter 18 in entgegengesetzter
Richtung zum Abstandshalter 12 aufgewickelt, der aus dem gleichen Material wie der letztere seinjcann. Um· den
Abstandshalter 18 herum sind zur Bildung einer isolierenden
Abdeckung 20 Schichten aus Isoliermaterial angebracht. Die ganze Anordnung ist von einem gewellten, rohrartigen und
vakuumdichten Außengefäß 24 umgeben.
Das Isolationsmaterial der Abdeckung 20 kann von der Art sein,
wie es in den USA-Patentschriften 3 009 600, 3 265 236 und
3 236 406 beschrieben ist und kann abwechselnd Schichten aus Fasermaterial und wärmereflektierendem Folienmaterial aufweisen.
·
Der Ringraum zwischen den rohrartigen Gefässen 10 und 24 ist
mit Ausnahme des von dem Rohr 14 eingenommenen Volumens eva-
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kuiert. Beim Gebrauch wird häufig das Innengefäß 10 als Transportleitung
zum Leiten eines cryogenischen Fließmediums, wie ■beispielsweise Helium, bei einer erheblich unterhalb von 80° K
liegenden Temperatur mit oder ohne einen elektrischen Leiter benützt. Das Rohr 14 kann ein cryogenisches Fließmedium, wie
beispielsweise Stickstoff, bei einer Temperatur zwischen den Temperaturen des Innengefässes 10 und des Außengefässes 24
führen, wobei die gut wärmeleitende Hülle 16 dazu dient, die Zwischentemperatur umfangsmäßig zu stabilisieren,
i
Gegebenenfalls können am Ausflußende des Innengefässes 10 Anschlüsse angeordnet sein, um cryogenisches, vom Innengefäß
10 abgezapftes Fließmedium entgegen der Stromrichtung durch das Rohr 14 zurückströmen zu lassen.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Vielzahl von
Gruppen von einander umgebenden Rohren vorgesehen, wobei jede Rohrgruppe in Berührung mit einer sich umfangsmäßig erstreckenden
Hülle aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Metallfolie, ist, so daß eine Vielzahl von getrennten und isolierten
Temperaturstufen radial zur koaxialen Anordnung geschaffen wird.
Hier ist beispielsweise ein vakuumdichtes Mittelrohr 6 von einem
schraubenförmig aufgewiekelten Abstandshalter 8 umgeben.
Das Innenrohr 10 kann ähnlich dem Innengefäß 10 der Fig. 1
ausgebildet, jedoch vakuumdicht oder auch nicht vakuumdicht
sein. Es dient insbesondere zur Bildung eines weiteren mechanischen' Haltes.
Das Innenröhr TO ist von einer gut wärmelextenden Hülle 30
umgeben, die ein einzelnes, schraubenförmig gewickeltes,
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vakuumdichtes Rohr 32 umschließt. Anschließend wird schraubenförmig
in einer Richtung um die leitende Hülle 30 ein Abstandshalter 34 herumgewickelt, der eine sich umfangsmäßig
erstreckende, thermisch gut leitende Hülle 36 im Abstand hält, die ein Paar von vakuumdichten Rohren 38 umschließt und
• in Berührung mit diesen ist. Auf diese folgt radial nach außen ein Abstandshalter 40, der schraubenförmig in entgegengesetzter
Richtung um die Hülle 36 herumgewickelt ist, wodurch nach außen im Abstand eine dritte, gut leitende Hülle
42 gehalten ist, die eine Gruppe von drei vakuumdichten Rohren 44 umschließt und in Berührung mit diesen ist.
Ein weiterer Abstandshalter 46 hält dann mindestens eine weitere Hülle 48 aus gut leitendem Material nach außen, die
eine Gruppe von vier schraubenförmig aufgewickelten, vakuumdichten Rohren 50 umschließt,und die nächste Abdeckung 20 ist
ähnlich der Abdeckung 20 in der Ausführungsform gemäß Eig. und 2. Die ganze Konstruktion befindet sich ferner in einem
äußeren, vakuumdichten, gewellten Außengefäß 24.
Irgendeine Gruppe der Rohre kann weiterhin dadurch gestützt werden, daß sie mit starren, koaxialen, gewellten Gefässen
in Berührung sind, ähnlich wie bei der Anordnung der Elemente 10, 32 und 30, oder daß andere Versteifungskonstruktionen
ai anderen Gruppen von Rohren mit größerem Radius angebracht sind.
Es wird nun angenommen, daß ein Kühlmedium in Abwärtsrichtung
im Rohr 32 und zurück in der anderen Richtung durch die Rohre 38 und dann im umgekehrten Fluß durch die Rohre
und schließlich zurück durch die Gruppe von vier Rohren 50 fließt, wobei die erhöhte Zahl der Rohre die Expansion des
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Fließmediums bei der Erwärmung "berücksichtigt.. Wie im Fall
der Fig. 1 und 2 kann gegebenenfalls der Eingang zum Rohr 32 eine Abzweigung vom Mittelrohr 6 sein, oder es können auch
irgendwelche Gruppen von Rohren an getrennte Kühlquellen .allein oder in Kombination angeschlossen sein, so daß die Verwendung
von unterschiedlichen cryogenischen Fließraedien in
unterschiedlichen Stufen möglich ist.
Ohne Rücksicht auf den Anschluß soll gemäß der Erfindung Wärme in Längsrichtung über das Fließmedium in den einzelnen
Gruppen der Kühlrohre abgeführt werden, so daß hierdurch die Temperatur in den einzelnen gut wärmeleitenden
Hüllen reduziert wird, was den gesamten Wärmeleckfluß zum Mittelrohr 6 und vom Mittelrohr 6 weg wesentlich reduziert. -
Die Durchmesser und die Anzahl der Kühlrohre können in den gleichen oder unterschiedlichen Stufen entsprechend der Temperatur
des verwendeten Fließmediums und der Länge so abgewandelt werden, daß eine optimale Arbeitsweise erreicht wird.
Es ist fern er vorgesehen, daß die Ringräume zwischen vakuuiadichten,
koaxialen Gefäßen, die nicht durch Kühlrohre ausgefüllt sind, getrennt evakuiert werden, oder, falls Irgendein
koaxiales Zwischenrohr nicht vakuumdicht ist, können sie auch zusammen evakuiert werden. In diesem letzteren Fall kann das
koaxiale Zwischenrohr oder die Zwischenrohre perforiert sein.
Zwar hat die leitende Hülle 16 der Fig. 1 und 2 eine hundertprozentige
Abdeckwirkung, doch wenn leitende Vielfachhüllen, wie in Fig. 3, vorhanden sind, braucht nur die äußere eine
hundertprozentige Abdeckwirkung zu haben und sollte wärmereflektierend sein, v/obei dann die inneren leitenden Hüllen
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schraubenförmig mit im Abstand angeordneten Windungen
als eine lediglich teilweise Abdeckung herumgewickelt sein können. Eine hundertprozentige Abdeckung kann entweder durch
eine manschettenartige Umwicklung oder durch anstoßende oder überlappende, schraubenförmige Y/indungen erreicht werden.
Zwar ist der Vorratsbehälter gemäß der Erfindung im besonderen für cryogenische lließmedien vorteilhaft, doch kann
er auch zur Kontrolle des V/ärmeleckflusses in Fließmedien
hinein oder aus Fließmedien heraus benützt werden, und zwar
auch für Fließmedien, die höhere Siedepunkte haben, wie beispielsweise Methan oder Fluorkohlenstoffe.
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Claims (1)
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• A 37 516 h "- 8 -
h-24 ■■-■■*.
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Patentansprüche
ί'Λ
>
( 1J Isolierter, vorzugsweise länglicher Behälter, insbeson-
^~-^ dere für cryogenische Fließraedien, mit einem Innengefäß,
das mit Hilfe eines Abstandshalters von einem Außengefäß im Abstand umgeben ist, wobei der Zwischenraum wärmeisolierend
ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Gefäßen (10, 24) mindestens eine wärmeleitende, axial
sich erstreckende Hülle (16) vorhanden ist, die durch Abstandshalter (12, 18) im radialen Abstand von den Gefäßen
fe (10, 24) gehalten ist, und daß mindestens ein wärmeleitendes Rohr (14) axial zwischen den Gefäßen (10, 24) angeordnet
ist, das in Berührung mit der Hülle (16) ist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
mindestens eine Rohr (14) von innen her mit der mindestens
einen Hülle (16) in Berührung ist.
3. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Hüllen (30, 36, 42,
48) vorhanden ist, die jeweils mit mindestens einem Rohr
(32, 38, 44, 50) in Berührung sind.
4. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohre (32, 38, 44·, 50) jex^eils auf
W Abstandshaltern (10, 34, 40, 46) aufliegen, die mindestens
zum Seil streifenartig sein können.
5. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Außengefäßes (24), vorzugsweise
unmittelbar innerhalb desselben, eine wärmeisolieremje Abdeckung (20) angeordnet ist· . -·.-.··
6. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Hüllen (16), vorzugsweise die der Abdeckung (20) am nächsten liegende,
wärmereflektierend ist.
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7. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (10, 34, 40 , 46)
nur einen kleinen Teil des betreffenden Zwischenraumes einnehmen.
.8. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Abstandshalter
(10, 34, 40, 46) aus wärmeisolierendem Material ist.
9. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der innerste Abstandshalter (12) ein schraubenförmig aufgewickeltes Band ist.
10. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rohr (14) und/ oder mindestens ein Teil der Abstandshalter (12, 18)
schraubenförmig sind, wobei die Steigung unterschiedlich, vorzugsweise für das Rohr (14) höher, sein kann.
11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die benachbarten Rohre (14) und Abstandshalter (14, 16) in umgekehrtem Wickelsinn angeordnet sind.
12. Behälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwindungen der einzelnen Wicklungen
(12, 14, 18) im Abstand voneinander sind,
13. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Rohre (32, 38, 44, 50)
mit der Reihenfolge der Hüllen (30, 36, 42, 48) von innen nach.außen progressiv zunimmt.
14. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß gegen die äußerste (48) von mindestens
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drei Hüllen (30, 36, 42, 48) mindestens drei Rohre (50) und mehr Rohre als an alle inneren Hüllen (30, 36, 42)
anliegen.
15. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gefäße (10, 24) rohrartig und vorzugsweise gewellt sind.
16. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße (10, 24) vakuumdicht
sind.
17. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen
den Gefäßen (10, 24) evakuiert sind.
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Leierseife
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