DE19939405C1 - Thermischer Isolationsaufbau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolationsaufbau im evakuierten Ringspalt zwischen flexiblen Wellrohren. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stützsystem mit hohem Wärmewiderstand für flexible Leitungen bereitzustellen. DOLLAR A Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Aufteilung der Querabstützungen zwischen innerem und äußerem Wellrohr mittels einer Wendel, so daß ringförmige Abstandshalter zwischen innerem Wellrohr und Wendel versetzt zu ringförmigen Abstandshaltern zwischen Wendel und äußerem Wellrohr angeordnet werden, wobei die Superisolation sowohl um die Wendel als auch um das innere Wellrohr gewickelt werden kann und nur durch die Querabstützungen unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolationsaufbau im evakuierten Ringspalt zwischen zwei flexiblen Wellrohren.

Derartige flexible Wellrohre werden als Transferleitungen für Kältemittel, wie z. B. flüssiges Helium oder flüssiger Stickstoff eingesetzt. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet sind Supralei­ terkabel, die mit Helium, oder Hochtemperatursupraleiter, die z. B. mit Stickstoff oder Neon gekühlt werden und in einem flexi­ blen Wellrohr eingezogen werden.

Für die Isolierung wird das zu isolierende Wellrohr mit Superi­ solation umwickelt, welche sich in einem evakuierten Ringspalt zwischen zwei Wellrohren befindet. Um eine möglichst gute Iso­ lierung zu erzielen, sollte eine Berührung zwischen äußerem Wellrohr und Superisolation durch Abstandshalter vermieden wer­ den. Aus S. Yamada, T. Mito, H. Chikaraishi, S. Tanahashi, S. Kitagawa, J. Yamamoto and O. Motojima: "Superconducting Current Feeder System for the Large Helical Device"; presented at MT-14, Tampere Finnland, Jun. 11-16, 1995, B72 ist ein Superaleiter mit einem Abstandshalter, bestehend aus vier ineinander verflochte­ nen Schläuchen, bekannt, der um die Superisolation gewickelt wird, um das innere Wellrohr im äußeren zu zentrieren und einen Kontakt zwischen Superisolation und äußerem Wellrohr zu vermei­ den. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der thermische Widerstand der Superisolation erheblich durch die Aufnahme der radialen Druckbelastung über den Abstandshalter vermindert wird. Bei starren Leitungen wird die Superisolation nach relativ großen Abständen für Abstützungen zwischen innerem und äußerem Rohr unterbrochen. Die Qualität der Superisolation wird somit nicht durch radiale Belastung beeinträchtigt und die relativ große Wärmeübertragung an den Stützstellen wird durch die großen Abstände der Stützstellen in Bezug auf den übertrage­ nen Wärmestrom pro Längeneinheit gering gehalten. Aufgrund von möglichen Krümmungen ist man bei flexiblen Leitungen auf ent­ sprechend kürzere Abstände der Abstützungen in Abhängigkeit vom Mindestbiegeradius der Leitung angewiesen

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Isolationsaufbau mit hohem Wärmewiderstand für flexible Leitungen bereitzustel­ len.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung.

Die Erfindung erzielt für flexible Leitungen eine Trennung von Isolation und Stützsystem in so kurzen Abständen, wie es für die Zentrierung des Wellrohres bei Einhaltung des Mindestbiegeradius nötig ist, wobei der Wärmeleitungsanteil durch Aufteilung der Querabstützungen zwischen innerem und äußerem Wellrohr mittels einer Wendel und Versetzung der Querabstützungen zwischen inne­ rem Wellrohr und Wendel und der Querabstützungen zwischen Wendel und äußerem Wellrohr in Leitungsrichtung klein gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispie­ les mit Hilfe der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Hierbei zeigt Fig. 1 eine isometrische Darstellung des Isolati­ onsaufbaues mit dem Stützsystem zwischen den Wellrohren mit Stu­ fenschnitten, die Fig. 2 eine Querschnittszeichnung des Isola­ tionsaufbaues mit dem Stützsystem, die Fig. 3 einen Längs­ schnitt des Isolationsaufbaues mit dem Stützsystem zur Verdeut­ lichung der Abstützungen zwischen den Wellrohren durch das Stützsystem und die Fig. 4 verschiedene Querschnittsformen der ringförmigen Abstützungen.

Die Erfindung besteht im wesentlichen aus der Aufteilung der Querabstützungen zwischen innerem und äußerem Wellrohr mittels einer Wendel, so daß ringförmige Abstandshalter zwischen innerem Wellrohr und Wendel versetzt zu ringförmigen Abstandshaltern zwischen Wendel und äußerem Wellrohr angeordnet werden, wobei die Supersisolation sowohl um die Wendel als auch um das innere Wellrohr gewickelt werden kann und nur durch die Querabstützun­ gen unterbrochen wird. Die Abstände der Querabstützungen richten sich im wesentlichen nach dem minimal einzuhaltenden Biegeradius der Gesamtanordnung, der radial auftretenden Belastung, dem Un­ terschied der Dicke der Superisolationsschicht und der Dicke des Querschnittes der ringförmigen Abstützungen und der Steifigkeit der Wendel 1.

Das Stützsystem wird isometrisch in der Fig. 1 dargestellt. Von links nach rechts sind die einzelnen konzentrischen Schichten, wie sie aufeinanderfolgen dargestellt. Links sieht man das in­ nere Wellrohr 5. Diesem folgt nach außen ein konventioneller Ab­ standshalter 4, der aus einem genopten Band bestehen kann, wel­ ches schraubenförmig um das innere Wellrohr gewickelt wird, wie in Fig. 1 dargestellt oder der aus mehreren ineinander ver­ flochtenen Hohlschläuchen bestehen kann, die ebenfalls schrau­ benförmig um das innere Wellrohr gewickelt werden. Als nächstes folgt eine Wendel 1, bei der sich die Wendelgänge in Leitungs­ richtung nicht berühren sollten. Der Drehsinn dieser Wendel ist gegensinnig zum Drehsinn des konventionellen Abstandshalters 4 (Noppenband), um eine leichtere Evakuierung zu ermöglichen. Um dies auch bei Einhaltung des Mindestbiegeradius zu gewährleisten können auch noppenartige Abstandshalter (hier nicht dargestellt) an einer Seite der Wendel 1 angebracht werden. Um diese Wendel 1 wird die erste Schicht Superisolation 3 gewickelt, die in Lei­ tungsrichtung von ringförmigen Abstandshaltern 2 unterbrochen wird, welche in gleichbleibenden Abständen ebenfalls um die in­ nere Wendel 1 angeordnet sind. Dann folgt eine zweite Wendel 1, die durch die ersten ringförmigen Abstandshalter 2 zentriert wird. Der Abstand zwischen innerer und äußerer Wendel 1 und so­ mit die Querschnittsdicke der ringförmigen Abstandhalter 2 soll­ te so groß sein, daß eine Berührung der inneren Schicht Su­ persisolation 3 mit der äußeren Wendel 1 auch bei Einhaltung des Mindestbiegeradius der Gesamtanordnung vermieden wird. Die äuße­ re Wendel 1 wird wiederum mit einer mehrlagigen Schicht Superi­ solation 3 umwickelt, die in Leitungsrichtung von ringförmigen Abstandshaltern 2 unterbrochen wird, welche in gleichbleibenden Abständen ebenfalls um die äußere Wendel 1 angeordnet sind. Hierbei ist besonders darauf zu achten, daß die inneren ringför­ migen Abstandshalter 2 in Leitungsrichtung versetzt zu den äuße­ ren ringförmigen Abstandshaltern angeordnet sind. Dieser Anord­ nung umgibt das äußere Wellrohr 6, welches üblicherweise noch mit einem PE-Schutzmantel umgeben wird. Der Abstand zwischen äu­ ßerer Wendel 1 und äußerem Wellrohr 6 und somit die Quer­ schnittsdicke der ringförmigen Abstandhalter 2 sollte so groß sein, daß eine Berührung der äußeren Schicht Supersisolation 3 mit der äußeren Wendel 1 auch bei Einhaltung des Mindestbiegera­ dius der Gesamtanordnung vermieden wird.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt (senkrecht zur Symmetrieachse) durch ein Stützsystem, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die ringförmigen Abstandshalter sind hierbei nicht eingezeichnet.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Isolationsaufbau, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Die Symmetrieachse ist als Strich-Punkt-Linie dargestellt. Durch die ringförmigen Abstands­ halter 2 und das genopte Band 4 werden die Isolationsschichten auf konzentrischem Abstand gehalten.

Fig. 4 zeigt verschiedene Querschnittsformen für ringförmige Abstandshalter. Fig. 4a ist ein ringförmiger Abstandshalter 2 aus einem dünnwandigen Schlauch, der zur Stabilisierung mit Iso­ lationsmaterial ausgefüllt wird, oder aus einem Schlauch mit ei­ ner Wanddicke, die eine ausreichende Stützfunktion gewährlei­ stet, wobei dieser Schlauch auch gelöchert sein kann, um einen niedrigen Strömungswiderstand bei der Evakuierung zu gewährlei­ sten. Bei Fig. 4b besteht der Abstandshalter aus drei zusammen­ gepackten Schläuchen, die wiederum dünnwandig und mit Isolati­ onsmaterial gefüllt sind bzw. eine ausreichende Wanddicke zur Übernahme der Stützfunktion besitzen und auch gelöchert sein können. Fig. 4c zeigt einen Ring mit Doppel-T-Profil, der eben­ falls gelöchert sein kann, um einen niedrigen Strömungswider­ stand bei der Evakuierung zu gewährleisten.

Claims (8)

1. Thermischer Isolationsaufbau in einem evakuierbaren Ringspalt zwischen zwei flexiblen Wellrohren (5, 6) bestehend aus

• a) mindestens einer zwischen den flexiblen Wellrohren (5, 6) konzentrisch angeordneten Wendel (1), die durch ringför­ mige Abstandshalter (2), gegen die beiden Wellrohre (5, 6) abgestützt wird und
• b) zwei Schichten Superisolation (3) zwischen den ringförmi­ gen Abstandshaltern (2) die um das innere Wellrohr bezie­ hungsweise um die Wendel (1) gewickelt sind, wobei die innen liegenden ringförmigen Abstandshalter (2) gegenüber den außen liegenden ringförmigen Abstandshaltern (2) ver­ setzt angeordnet sind.

2. Thermischer Isolationsaufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Wendel (1) zwischen innerem Wellrohr (5) und der inneren Superisolationsschicht (3) mit den zugehöri­ gen Abstandshaltern (2).

3. Thermischer Isolationsaufbau nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch weitere Wendel (1) mit weiteren Superisolati­ onsschichten (3) mit dazugehörigen ringförmigen Abstandshal­ tern (2), wobei sich Wendel (1) und Superisolation (3) ab­ wechseln.

4. Thermischer Isolationsaufbau nach Anspruch 1, 2 oder 3, ge­ kennzeichnet durch einen konventionellen Abstandshalter (4) direkt auf dem inneren Wellrohr (5).

5. Thermischer Isolationsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (1) mit noppenarti­ gen Abstandshaltern versehen sind, wodurch der Wärmeleitungs­ widerstand bei Berührung benachbarter Wendelgänge erhöht wird.

6. Thermischer Isolationsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Abstandshal­ ter (2) aus einem dünnwandigen Schlauch bestehen, der zur Stabilisierung mit Isolationsmaterial ausgefüllt wird, oder der gelocht ist.

7. Thermischer Isolationsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Abstandshal­ ter (2) aus drei zusammengepackten Schläuchen besteht.

8. Thermischer Isolationsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Abstandshal­ ter (2) ein Doppel-T-Profil aufweisen.