DE60005227T2

DE60005227T2 - Übertragungsleitung für kryogenes Fluid und Verwendung für den Transport von flüssigem Helium

Info

Publication number: DE60005227T2
Application number: DE60005227T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Sengelin
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-01-08
Also published as: FR2788327B1; EP1020678A1; JP2000213699A; US6354090B1; DE60005227D1; ATE250200T1; PT1020678E; FR2788327A1; EP1020678B1; ES2207467T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Übertragungsleitungen für Tiefsttemperaturfluide der Art, die in einer rohrförmigen Außenhülle zumindest ein Innenrohr zur Übertragung von einem Fluid und zumindest ein Abstandselement umfasst, das sich quer zu dem Rohr und der Hülle erstreckt.
Beim Stand der Technik, siehe zum Beispiel das Dokument US-A-3762447, sind die Abstandselemente im Allgemeinen aus nicht oxidierbarem Rohstahl und überdimensioniert, um die leitungsbedingten Wärmeverluste zu begrenzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluidübertragungsleitung und insbesondere optimierte Strukturen von Abstandselementen vorzuschlagen, die es auf einfache Weise und ohne bedeutende Mehrkosten gestatten, die Wärmeverluste signifikant zu reduzieren.
Hierzu weist das erfindungsgemäße Abstandselement typischerweise eine durch die Auftragung einer Schicht eines reflektierenden Produkts glänzende Außenfläche auf.
Gemäß bevorzugten Aspekten der Erfindung:

– umfassen die Kontaktbereiche des Abstandselements mit dem Innenrohr und der Außenhülle eine Winkelausdehnung von kleiner als 90°, typischerweise von kleiner als 60°, wobei die Kontaktbereiche mit dem Rohr einerseits und der Hülle andererseits vorteilhafterweise angular versetzt sind,
– ist ein Zwischenrohrabschnitt aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Abstandselement und dem Innenrohr angeordnet, vorteilhafterweise unter Einfügung einer Schicht aus isolierendem Material zwischen dem Zwischenrohrabschnitt und dem Innenrohr.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenso die Verwendung einer derartigen Tiefsttemperatur-Übertragungsleitung für die Übertragung von flüssigem Helium.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervorgehen, die nur zur Veranschaulichung und in keiner Weise einschränkend unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen erfolgt
1 ist eine Teilansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;
2 ist eine Querschnittansicht entlang der Schnittebene II-II der 1;
3 ist eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung teilweise im Längsschnitt; und
4 ist eine Querschnittansicht entlang der Schnittebene IV-IV der 3.
In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen tragen identische oder analoge Elemente die gleichen Bezugszeichen.
In 1 erkennt man die hauptsächlichen Elemente einer einfachen Übertragungsleitung für ein Tiefsttemperaturfluid, nämlich eine dichte Außenhülle 1, in der sich ein Tiefsttemperaturfluid-Übertragungsrohr 2 erstreckt, das hier mittels Abstandselementen 3, die in im Wesentlichen regelmäßigen Intervallen entlang des Rohres 2 angeordnet und angular voneinander relativ zur Achse der Letzteren versetzt sind, konzentrisch in der Hülle 1 in Position gehalten wird. Herkömmlicherweise ist das Rohr 2 von einem Mantel 4 aus einem hochisolierenden Material umgeben oder bedeckt, das zum Beispiel durch Umwicklung hergestellt ist, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung NH12ST durch die Gesellschaft Cascadec vertrieben wird.
Bei der Ausführungsform der 1 und 2 erstreckt sich das Abstandselement 3 radial auf einer einzigen Seite des Rohrs 2. Erfindungsgemäß liegt es außen an der Innenfläche des Außenrohrs 1 über einen Endbereich 30 von geringer Winkelausdehnung an, die in dem dargestellten Beispiel weniger als 30° beträgt. Das Rohr 2 ist seinerseits in eine Bohrung 31 des Abstandselements 3 eingeführt, von der ein Teil durch eine angulare Ausnehmung 32 vergrößert ist, die gegenüber dem distalen Kontaktbereich 30 liegt und eine Winkelausdehnung hat, die größer als dieser Letztere ist, so dass keine direkte Wärmebrücke zwischen dem Innenrohr 2 und der Hülle 1 am Ort des Kontaktbereichs 30 besteht.
Bei der Ausführungsform der 3 und 4 weist das Abstandselement 3 eine allgemeine dreieckige Form mit drei Außenbereichen 30 zur Abstützung an der Hülle 1 auf, jeweils mit einer reduzierten Winkelausdehnung, die kleiner als 30° ist. Entsprechend reduziert sich hier die Innenbohrung 31 auf 3 Finger 33 mit einer Winkelausdehnung von kleiner als 30°, die durch drei Ausnehmungen 32 getrennt sind, die jeweils gegenüber einem distalen Stützbereich 30 liegen.
Bei dieser Ausführungsform der 3 und 4 trägt zudem das Abstandselement 3 das Innenrohr 2 nicht direkt: eine koaxiale Zwischenstruktur aus zumindest einem Teil des Zwischenrohrs 5 und einer rohrförmigen Lage 6 aus einem isolierenden oder hochisolierenden Material ist zwischen den Fingern 33 des Abstandselements 3 und dem Innenrohr 2 eingefügt. Die Lage 6 ist vorteilhafterweise um das Rohr 2 gewickelt und die Rohrteile 5 werden um die Lage 6 durch die Finger 33 gehalten. Bei dieser Ausführungsform setzt sich der wärmeisolierende Mantel 4 des Innenrohrs 2 um die Zwischenstruktur fort, indem er das Zwischenrohr 5 umgibt, wie in 3 gut zu sehen ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Abstandselemente 3 aus einem nichtmetallischen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, typischerweise aus Glasfaser und Epoxidkunstharz, und ihre Außenflächen, in diesem Fall zumindest die axial gegenüberliegenden Seiten, werden einer geeigneten Oberflächenbehandlung, typischerweise durch Plattierung oder Beschichtung mit einem metallischen Überzug mit sehr geringer Dicke und vorteilhafterweise aus Aluminium, unterzogen, um das Phänomen des schwarzen Körpers zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Zwischenrohr 5 ebenso aus einem gering leitenden Material, zum Beispiel aus nicht oxidierbarem Stahl oder einer Eisen/Nickel Legierung hergestellt, oder auch aus Epoxid-Glasfaser. Die isolierende Innenhülse 6 wird typischerweise aus dem gleichen hochisolierenden Material hergestellt wie der Mantel 4.
Die Außenhülle 1 besteht typischerweise aus nicht oxidierbarem Stahl. Das Innenrohr 2 ist ebenso aus nicht oxidierbarem Stahl oder einer Eisen/Nickel-Legierung des Invar-Typs. Der Raum innerhalb der Hülle 1 steht dauerhaft unter Vakuum.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung eignet sich insbesondere für die Übertragung von Tiefsttemperaturfluiden bei sehr niedriger Temperatur und insbesondere für die Übertragung von flüssigem Helium insbesondere zu Plasmaeinschlusseinrichtungen mit supraleitenden Magneten.
Auch wenn die vorliegende Erfindung in Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern im Gegenteil im durch die folgenden Ansprüche definierten Rahmen für Modifikationen und Varianten offen, die für den Fachmann offenbar sind. Sie betrifft ebenso Übertragungsleitungen mit einem Bündel von parallelen Innenrohren, die jeweils in der Hülle 1 durch einseitige Abstandselemente gehaltert werden, wie beispielsweise den in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen.

Claims

Übertragungsleitung für ein Tiefsttemperaturfluid mit in einer rohrförmigen Außenhülle (1) zumindest einem Innenrohr zur Übertragung von Fluiden (2) und zumindest einem Abstandselement (3), das sich quer zu dem Innenrohr und der Hülle erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (3) eine typischerweise durch Auftragung einer Schicht eines reflektierenden Produkts glänzende Außenfläche aufweist.
Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die axialen Seiten des Abstandselements (3) mit einer Schicht eines reflektierenden Produkts bedeckt sind.
Leitung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (30, 33) des Abstandselements (3) mit zumindest der Außenhülle (1) eine Winkelausdehnung von kleiner als 90°, vorzugsweise von kleiner als 60°, umfassen.
Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (30, 33) des Abstandselements (3) mit dem Innenrohr und der Hülle angular versetzt sind.
Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Zwischenrohrabschnitt (5) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit umfasst, der zwischen dem Abstandselement (3) und dem Innenrohr (2) angeordnet ist.
Leitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Schicht aus isolierendem Material (6) zwischen dem Zwischenrohrabschnitt (5) und dem Innenrohr (2) umfasst.
Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (3) aus einem nichtmetallischen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) von einem Mantel (4) aus isolierendem Material umgeben ist.
Leitung nach Anspruch 8 in seinem Rückbezug auf einen der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (4) ebenso den Zwischenrohrabschnitt (5) umgibt.
Verwendung einer Übertragungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Übertragung von flüssigem Helium.