DE2529261A1

DE2529261A1 - Abstandshalter fuer koaxiale rohrsysteme

Info

Publication number: DE2529261A1
Application number: DE19752529261
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Rer Nat Rohner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1975-07-01
Filing date: 1975-07-01
Publication date: 1977-01-27
Also published as: FR2316519B3; FR2316519A1; JPS526156A; GB1500642A

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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27. Juni 1975

Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme

Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme mit einem zwischen den konzentrisch angeordneten Rohren bestehenden Temperaturgefälle, ζ. B. für ein in supraleitendem Zustand betriebenes 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 Bändern eines isolierenden Materials geringer thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind.

Es ist bereits bekannt, z. B. für die Übertragung elektrischer Energie,tiefstgekühlte Kabel zu verwenden, bei denen die Leiterstränge im Innern eines mit flüssigem Helium gefüllten Rohres 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 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 flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Der Raum zwischen dem dritten und dem letzten, auf Raumtemperatur stehenden Rohr ist wiederum evakuiert.

Ähnlich aufgebaute Rohrsysteme können aber auch als sog. Kälteleitungen zum Transport von flüssigen Gasen oder anderen tiefgekühlten Medien Anwendung finden. Wesentlich bei all diesen

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Konstruktionen 1st, 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 jedoch in Form einer das innere Rohr umgebenden Wendel oder auch als Scheiben oder sonstige radial angeordnete Stützelemente ausgebildet sind.

Bekannt ist es auch bereits (DOS 1 775 4lO), Abstandshalter für koaxiale Rohrsysteme in Form einer aus lose übereinander angeordneten Bändern bestehende Wendel einzusetzen, die im aufgebrachten Zustand noch verdrillt ist, um den Wärmeübergang von dem einen zu dem 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 Bänder weiter zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird bei einem Abstandshalter der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß zumindest die einander benachbarten der übereinander angeordneten Bänder ein im Querschnitt unterschiedliches Profil aufweisen. Das hat zur Folge, daß die an sich lose übereinanderliegenden Bänder einander nur ρunkt- oder linienförmig über bestimmte Strecken längs des Rohrsystems berühren, so daß Wärmebrücken zwischen dem jeweils inneren und dem äußeren Rohr nur an vereinzelten Stellen auftreten. Unabhängig davon ist durch die aufgebrachte Wendel der Abstand über die ganze Länge stets gewährleistet, eine Berührung zwischen zwei Rohren, die ggf. zu einem Ausfall z. B. des Kabels oder der Leitung führen könnte, tritt nicht auf.

Vorteilhaft wird man in Weiterbildung der Erfindung das Querschnittsprofil der benachbarten Bänder so wählen, daß zwischen

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den Lagen ein Minimum an gegenseitigem Kontakt besteht, um so Gebiete erhöhter Wärmeübertragung weiter zu reduzieren. Zum gleichen Zweck kann man auch in Fortführung der Erfindung ein oder mehrere Bänder verwenden, deren Querschnitt entlang ihrer Längsachse sich periodisch ändert.

Da die aus den einzelnen Bändern bestehende Wendel auf das jeweils innere Rohr aufgewickelt wird, ist es weiterhin vorteil-' haft, um den Fertigungsablauf nicht zu stören und darüber hinaus zu vermeiden, daß die Wendel zur Abstandshalterung nicht in der ordnungsgemäßen Weise aufgebracht wird, für die Bänder ein Querschnittsprofil zu wählen, das auch beim Aufwickeln ein seitliches Verrutschen der einzelnen Lagen verhindert. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß in wechselnder Folge Bänder mit konvexem bzw. konkavem Querschnitt verwendet werden.

Die Wendel kann in Weiterführung der Erfindung aus drei profilierten Bändern bestehen, aber auch vier oder mehr Bänder 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 beliebigem,für tiefe Temperaturen geeignetem Material hergestellt sein. So haben sich z. B. Kunststoffe auf der Bais von Polytetrafluoräthylen als geeignet erwiesen. Mitunter kann es aber auch weitere Vorteile bringen, wenn die einzelnen aneinandergrenzenden Bänder aus unterschiedlichem Material hergestellt sind, wobei sich z. B. auch Schichten unterschiedlicher Wärmeübergangszahlen und mechanischer Festigkeit einander abwechseln können. Ebenso kann eine Materialauswahl je nach Aufbau der Wendel zweckmäßig sein, wenn an unterschiedlichen Stellen des wendelförmigen Abstandshalters verschiedene mechanische Kräfte, z. B. Zug- und Druckkräfte, wirksam werden.

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Die Erfindung sei anhand des in den Figuren 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellten Abstandshalters für ein Rohrsystem näher erläutert.

In der Fig. 1 diene das innere Rohr 1 zum Transport des thermisch zu schützenden flüssigen oder gasförmigen Mediums, welches sich auf einer tieferen (höheren) Temperatur befindet als das äußere Rohr 2. Zur Reduzierung der Wärmeleitung zwischen den Rohren ist der Ringraum evakuiert und zur mechanischen Fixierung des Innenrohres 1 der thermisch schlecht leitende Abstandshalter 3 aufgebracht.

Eine solche Anordnung ist z. B. Teil eines Supraleiterkabels, wobei der Innenraum des Rohres 1, in dem sich der Supraleiter befindet, mit Helium von ca. 4K durchspült wird, während das Rohr 2 außen von flüssigem Stickstoff von ca. 77⁰C umströmt wird. Zwischen den Rohren herrscht also eine Temperaturdifferenz von ca. 73 K.

Da der größte Anteil der Wärmeübertragung über die bei solchen Rohrsystemen nun einmal erforderliche Abstandshalterung erfolgt, kommt es darauf an, daß hier Abstandshalter verwendet werden, die einmal in der Lage sind, die konzentrischen Rohre über die gesamte Länge, d. h. z. B. bei der Verwendung von Wellrohren über eine Fertigungslänge von 250 m, in Lage zu halten und außerdem möglichst wenig Wärmeverluste hervorrufen.

Aus diesem GLrunde ist z. B. für die Abstandshalterung der Rohre und 2 die Wendel 3 vorgesehen, die, wie in der Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt, aus einzelnen Bändern mit im Querschnitt unterschiedlichem Profil besteht. Die an eich lose übereinander angeordneten Bänder können auch in gewissen Abständen fest miteinander verbunden sein.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist die Wendel 3 aus drei übereinander angeordneten Bändern aufgebaut, von denen die Blinder k

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einen konvexen, ζ. Β. ellipsenartigen Querschnitt, aufweisen, während das dazwischenliegende Band 5 einen konkaven, z. B.
hyperbelartigen, Querschnitt zeigt. Die Krümmungen der Bandquerschnitte sind hierbei so gewählt, daß die Bänder einander lediglich an den Stellen 6 berühren, so daß der Wärmeübergang durch diese Wendel nur äußerst gering ist. Die in diesem Ausführungsbeispiel gewählte Form der einzelnen Bänder k und 5
hat darüber hinaus den Vorteil, daß die einzelnen Lagen gegen ein seitliches Verrutschen stabil sind, d. h. auch beim Aufwickeln der aus diesen Bändern bestehenden Wendel auf das
Rohr 1 kommt es nicht zu einem Auseinanderfallen der einzelnen Lagen.

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Claims

ι b e 1 - und Metallwerk Gutehoffnungehütte Aktiengesellschaft

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Patentansprüche

(l.J 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 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 Bändern eines isolierenden Materials geringer thermischer Leitfähigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die einander benachbarten der übereinander angeordneten Bänder ein im Querschnitt unterschiedliches Profil aufweisen.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil der benachbarten Bänder so gewählt ist, daß zwischen den Lagen ein Minimum an gegenseitigem Kontakt besteht.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Querschnittsprofil ein seitliches Verrutschen der einzelnen Lagen verhindert.

k. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus mindestens drei profilierten Bändern besteht.

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5. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in wechselnder Folge Bänder mit konvexem bzw. konkavem Querschnitt verwendet sind.

6. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Bänder verwendet sind, deren Querschnitt entlang ihrer Längsachse sich periodisch ändert.

7· Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils benachbarten Bänder aus unterschiedlichem Material hergestellt sind.

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