ES2712143T3 - Línea de transferencia de un fluido criogénico - Google Patents
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Abstract
Línea de transferencia de un fluido criogénico que incluye una envoltura exterior (2) tubular que acoge a al menos dos tubos (3) interiores de transferencia del fluido y una pantalla térmica (4) que forma una pared de aislamiento situada alrededor de los tubos (3) interiores, incluyendo a su vez la envoltura exterior (2) una abertura (5) lateral de bombeo destinada a estar conectada a un órgano (6) de bombeo destinado a formar un vacío de aire en la envoltura exterior (2), incluyendo la pantalla térmica (4) un orificio (14) situado de manera adyacente a la abertura (5), incluyendo la línea igualmente al menos una capa (13) de aislamiento térmico situada en el interior de la envoltura (2) exterior, caracterizada por que la línea incluye además al menos un trenzado (11) de unión de un material conductor del calor especialmente al menos uno entre: cobre, aluminio, y un escondite (7) óptico distinto de la o las capas (13) de aislamiento térmico, incluyendo el escondite (7) óptico una placa de un material conductor del calor, especialmente un metal, de cobre o de aluminio y por que la citada placa está termalizada, es decir enfriada por contacto y por conducción con una parte fría de la línea de transferencia que sirve para termalizar la pantalla térmica (4), estando situado el escondite (7) óptico enfrente del orificio (14) y en un plano distinto de el de la pared de la pantalla (4) térmica, para impedir o limitar la radiación térmica directa de la envoltura exterior (2) hacia los tubos (3) interiores, siendo enfriado el escondite (7) óptico por contacto y por conducción con la pantalla térmica (4) a través del citado al menos un trenzado (11) de unión de un material conductor del calor, especialmente uno al menos entre: cobre o aluminio.
Description
DESCRIPCION
Lmea de transferencia de un fluido criogenico
El presente invento se refiere a una lmea de transferencia de un fluido criogenico.
El invento se refiere de una manera mas particular a una lmea de transferencia de un fluido criogenico que incluye una envoltura exterior tubular que acoge a al menos dos tubos interiores de transferencia del fluido y una pantalla termica que forma una pared de aislamiento situada alrededor de los tubos interiores, incluyendo a su vez la envoltura exterior una abertura lateral para el bombeo unida a un organo de bombeo destinado a formar un vado de aire en la envoltura exterior, incluyendo la pantalla termica un orificio situado de forma adyacente a la abertura y un escondite optico, estando situado el escondite optico enfrente del orificio y en un plano distinto que el de la pared de la pantalla termica, para impedir o limitar la radiacion termica directa de la envoltura exterior hacia los tubos interiores.
Este orificio forma de esta manera un camino privilegiado para el gas bombeado que permite aumentar su conduccion a traves de la pantalla termica y mejorar, por lo tanto, la eficacia del bombeo y, por lo tanto, tambien, la eficacia del vado y las prestaciones termicas finales de la lmea criogenica.
Las lmeas de transferencia de los fluidos criogenicos incluyen generalmente una envoltura exterior que acoge, en su volumen interno al vado, uno o varios tubos (conductos) que vehiculan el fluido a una temperatura criogenica (por ejemplo, entre 4K y 80K) y un sistema de aislamiento termico.
Los documentos FR2803898A1 y EP 1020678A1 ilustran unos ejemplos de detalles de las lmeas de transferencia de los fluidos criogenicos.
El sistema de aislamiento termico de tales lmeas incluye generalmente una pantalla termica (llamada a veces igualmente “pantalla fna”) que incluye una pared conductora (aluminio u otro) situada alrededor del o de los tubos y enfriada (“termalizada”) por ejemplo, a traves de un contacto con un tubo frio (a 80K, por ejemplo).
El sistema de aislamiento termico incluye generalmente y de igual manera un aislamiento termico multicapa situado entre la pantalla termica y la envoltura exterior.
El documento US3945215 describe tal arquitectura.
La pantalla termica esta centrada en la envoltura exterior gracias a unos organos separadores situados regularmente en toda su longitud y mantenidos sobre uno de los tubos que se utiliza para su termalizacion gracias a unos puntos repartidos en toda su longitud. Ademas, el o los tubos de transferencia del fluido estan mantenidos gracias a unos puntos fijos y deslizantes situados transversalmente en la envoltura exterior.
Para realizar un vado de aire en la envoltura 2 exterior, esta ultima incluye en general una abertura 5 lateral de bombeo unida a un organo 6 de bombeo.
El bombeo aspira, por lo tanto, el gas:
-en el espacio comprendido entre el aislamiento multicapa y la exterior;
- a traves del aislamiento multicapa;
- entre los intersticios de la pantalla termica (intersticios debidos a la estructura de la pantalla termica constituida por unos tramos ensamblados uno detras de otro).
El bombeo en el volumen interno de la pantalla fna (en donde se encuentran los tubos que transportan el fluido) esta entonces fuertemente ralentizado y limitado por las perdidas de carga y la conductividad en la capa de aislamiento y entre las uniones de la pantalla termica. Esto puede influir de una manera fuerte en las prestaciones termicas finales de la lmea de transferencia pues el nivel de presion mmimo deseado no se alcanza a la fuerza en algunos lugares, y cualquiera que sea la capacidad de bombeo utilizada.
Un objetivo del presente invento es el de paliar todos o parte de los inconvenientes de la tecnica anterior revelados anteriormente.
Con esta finalidad, la lmea de transferencia segun el invento, de acuerdo, por otra parte, con la definicion generica que se da en el preambulo anterior, esta definida en la reivindicacion 1. Es decir, que el escondite optico incluye una placa de un material conductor del calor, especialmente un metal, de cobre o de aluminio y la citada placa esta termalizada, es decir enfriada por el contacto por conduccion con una parte fna de la lmea de transferencia que sirve para la termalizacion de la pantalla termica y el escondite optico es enfriado por el contacto por conduccion con la pantalla termica a traves de al menos un trenzado de union de un material conductor del calor, especialmente al menos uno entre el cobre o el aluminio.
Por otra parte, unos modos de realizacion del invento pueden incluir una o varias de las siguientes caractensticas: -el escondite optico esta dimensionado y posicionado en relacion con el orificio para interceptar todos los rayos opticos rectilmeos que partan de la envoltura exterior y que se dirijan hacia los tubos interiores a traves del orificio, es decir, cualquiera que sea el angulo de vision, la envoltura exterior no es visible directamente por parte de los tubos interiores a traves del orificio,
- el escondite optico incluye una capa de un material aislante termico especialmente una estructura multicapa (“MU”).
- la pantalla termica es termalizada, es decir enfriada por contacto y conduccion termica con uno de los tubos interiores,
- segun una direccion transversal a la lmea, el escondite optico esta situado entre la pantalla termica y la envoltura exterior,
- la seccion de paso del orificio tiene una superficie comprendida entre 0,8 veces y cinco veces la superficie de la seccion de paso de la abertura lateral,
- el espacio situado entre el escondite optico y la pantalla termica puede estar comprendido entre una vez y cinco veces la seccion de paso del orificio,
- segun una direccion transversal a la lmea, el orificio de la pantalla termica esta situado delante de la abertura de la envoltura exterior o en una zona adyacente a la porcion de pantalla termica situada delante de la citada abertura, - el escondite optico esta ngidamente unido a la pantalla termica a traves de una varilla de union,
- la pantalla termica esta termalizada a una temperatura comprendida entre 50K y 100K y preferentemente comprendida entre 70K y 90K,
- el escondite optico esta termalizado a una temperatura comprendida entre 50K y 100K y preferentemente comprendida entre 70K y 90K,
- la pantalla termica incluye una pared cilmdrica formada por unos tramos tubulares o unos semi-tramos tubulares montados y sujetos a la envoltura exterior mediante unos organos espaciadores,
- la lmea incluye unos organos de sujecion del al menos un tubo interior, estando situados los organos de sujecion transversalmente en la envoltura exterior e incluyendo un paso respectivo para el al menos un tubo interior, - la lmea se extiende segun una direccion longitudinal,
- segun una direccion transversal a la lmea, el escondite optico esta situado en un plano distinto de la al menos una capa de aislamiento termico y situado especialmente en un plano paralelo a la direccion longitudinal de la lmea, - segun una direccion transversal a la direccion longitudinal de la lmea, el escondite optico esta situado entre la al menos una capa de aislamiento termico y el al menos un tubo o entre la envoltura exterior y la al menos una capa de aislamiento termico,
- la capa de aislamiento termico incluye una estructura multicapa, que incluye especialmente varias capas de pantalla y capas intercaladas,
- el invento puede referirse igualmente a cualquier dispositivo o procedimiento alternativo que incluya cualquier combinacion de las caractensticas anteriores o posteriores.
Otras particularidades y ventajas apareceran con la lectura de la descripcion que viene a continuacion, hecha haciendo referencias a las figuras en las cuales:
-la figura 1 representa una vista en corte longitudinal, esquematico y parcial, que ilustra un ejemplo de estructura y de funcionamiento de un tramo de la lmea de transferencia del fluido criogenico segun el invento,
- la figura 2 representa una vista en corte, esquematica y parcial, que ilustra un detalle de la lmea de la figura 1 segun un primer modo de realizacion de un orificio provisto con un escondite optico de la pantalla termica,
- la figura 3 representa una vista en corte, esquematica y parcial, que ilustra un detalle de la lmea de la figura 1 segun un segundo modo de realizacion de un orificio provisto con un escondite de la pantalla termica,
La figura 1 ilustra un ejemplo de un tramo de la lmea de transferencia del fluido criogenico.
Este dispositivo incluye de una manera clasica una envoltura exterior 2 tubular que acoge en este ejemplo a varios tubos 3 interiores destinados a transportar respectivamente fluidos criogenicos. Este segmento de lmea ilustrado a
tftulo de ejemplo no limitativo incluye tres tubos 3 interiores mantenidos paralelos mediante unos organos 12 de sujecion fijos o deslizantes (por ejemplo, placas montadas transversalmente y que incluyen unos pasos para recibir a los tubos 3). El termino “transversal” se refiere a una direccion perpendicular a la direccion “longitudinal” paralela al eje longitudinal de la lmea y de los tubos (direccion de flujo de los fluidos).
La envoltura 2 exterior acoge igualmente a una pantalla termica 4 que forma una pared de aislamiento alrededor de los tubos 3 interiores. La pantalla termica 4 protege a los tubos 3 de la radiacion exterior a 300K. La pantalla termica 4, esta compuesta, por ejemplo, de unos tramos o semi-tramos cilmdricos ensamblados una detras de otro para formar una funda cilmdrica alrededor de los tubos. La pantalla 4 termica esta centrada, por ejemplo, por unos organos espaciadores 10 que se apoyan sobre la envoltura 2 exterior y sujetos sobre uno de los tubos 3 que es utilizado para la termalizacion (es decir, el enfriamiento) de la pantalla termica 4 a traves de unos puntos fijos y deslizantes.
La pantalla 4 termica esta constituida preferentemente, por ejemplo, por aluminio, cobre o cualquier otro material apropiado y esta, preferentemente, termalizada, es decir, enfriada o mantenida a una temperatura determinada por contacto y por conduccion con una fuente de frio, especialmente con uno de los tubos 3 de transferencia. Por ejemplo, la pantalla termica es mantenida a una temperatura del orden de 80K.
Un aislamiento termico 13 esta previsto igualmente en el interior de la envoltura 2 interior, especialmente entre la pantalla termica 4 y la envoltura 2 exterior. Este aislamiento 13 simbolizado por unos punteados en las figuras puede incluir una estructura multicapa conocida en sf (“MLI” por “Multi Layer Insulation”) que incluye varias capas alternas de laminas de aluminio (pantalla) y de capas intercaladas de papel o de fibra de vidrio sub-micronico, de poliester o analogo.
Las capas de la pantalla pueden ser del tipo conocido en sf especialmente: de aluminio, de Mylar ® (poliester) aluminizado flexible de doble cara, de Kapton ®
Las capas intercaladas pueden ser, especialmente. Del tipo entre: tul de poliester, Lydall®, Dextar®, Bollore®.
Pueden estar previstos otros sistemas de aislamiento apropiados.
De una manera clasica, la envoltura exterior 2 incluye una abertura 5 lateral de bombeo unida a un organo 6 de bombeo, por ejemplo, una bomba de vacfo.
El organo 6 de bombeo esta destinado a formar un vacfo de aire en el volumen interno de la envoltura exterior 2. Segun una particularidad ventajosa, la pantalla termica 4 incluye un orificio 14 situado de manera adyacente a la abertura 5 de bombeo para facilitar el bombeo y la realizacion de un vacfo relativo en el volumen interior de la envoltura 2 exterior.
El orificio 14 esta realizado, preferentemente, enfrente (delante) de la abertura 5 y del puerto de bombeo. Por supuesto que, el orificio 14 puede estar igualmente decalado longitudinal o transversalmente con respecto a la abertura 5 pero, preferentemente, esta situado lo mas cerca posible de la abertura 5. Esto permite mejorar los tiempos de bombeo, el nivel de la presion global en la envoltura en vacfo y, por lo tanto, la prestacion termica del conjunto de la lmea criogenica.
Para evitar o limitar la entrada de calor a traves de este orificio 14 especialmente por radiacion desde la envoltura 2 exterior (que esta, por ejemplo, a una temperatura de 300K) hacia los tubos 3 interiores, preferentemente la lmea 1 incluye un escondite 7 llamado “escondite optico”.
Como esta ilustrado en la figura 2, el escondite 7 optico esta situado enfrente del orificio 14 y preferentemente en un plano distinto al de la pared de la pantalla 4 termica. El escondite 7 optico forma una barrera para impedir o limitar la radiacion termica directa de la envoltura exterior 2 hacia los tubos 3 interiores.
En el ejemplo de la figura 2 el escondite optico esta situado entre la pantalla 4 termica y la envoltura 2 exterior. Preferentemente, el escondite 7 optico esta dimensionado y posicionado con respecto al orificio 14 para interceptar todos los rayos opticos 8 rectilmeos que partan de la envoltura exterior 2 y que se dirijan hacia los tubos 3 interiores a traves del orificio 14. Es decir, que cualquiera que sea el angulo de vision, la envoltura exterior 2 no es directamente visible, preferentemente, por los tubos 3 interiores a traves del orificio 14.
Por ejemplo, la seccion de paso del orificio 14 tiene una superficie comprendida entre 0,8 veces y cinco veces la superficie de la seccion de paso de la abertura 5, y comprendida, especialmente, entre una vez y cuatro veces la superficie de la seccion de paso de la abertura 5.
Ademas, el espacio anular situado entre el escondite 7 optico y la pantalla termica 4 puede estar comprendido entre una vez y cinco veces la seccion de paso del orificio 5. Es decir, que la superficie de paso que esta situada entre la periferia del escondite optico 7 y la pantalla termica 4 que permite al gas alcanzar el orificio 14 esta comprendida
preferentemente entre una vez y cinco veces la superficie de la seccion de paso de la abertura 5. Esta superficie de paso entre del escondite optico 7 y la pantalla 4 esta dada por: la distancia entre el escondite optico 7 y la pantalla termica 4 multiplicada por el penmetro del escondite optico 7.
El escondite 7 optico puede estar unido ngidamente a la pantalla termica 4 a traves de al menos y preferentemente de dos varillas 9 de union y preferentemente de varias varillas 9 y especialmente de 9 varillas fileteadas.
El escondite 7 optico puede incluir una placa de un material conductor del calor, especialmente de metal, de cobre, de aluminio y esta placa esta, preferentemente, termalizada, es decir enfriada por contacto y por conduccion con una parte fna de la lmea de transferencia, especialmente de la pantalla termica 4.
Ademas de las varillas 9 de union, el escondite 7 optico es enfriado por contacto y por conduccion con la pantalla termica 4 a traves de uno o de varios trenzados 11 de union de un material conductor del calor, especialmente al menos uno entre: cobre, aluminio.
Ademas, el escondite 7 optico puede incluir al menos un espesor de aislante termico, por ejemplo, de la misma naturaleza que el aislante de la capa aislante 13 situada entre la pantalla termica 4 y la envoltura 2 exterior.
Esta disposicion permite un bombeo eficaz (la salida del gas bombeado esta simbolizada con una flecha en la figura 2) limitando al mismo tiempo las entradas de calor en la lmea 1 aislada al vacm.
La figura 1 simboliza a traves de una multitud de flechas los diferentes pasos del flujo del gas bombeado en el segmento de lmea 1 criogenica.
El ejemplo de la figura 3 se distingue del de la figura 2 unicamente en que el escondite 7 optico esta situado entre la pantalla 4 termica y en los tubos 3 interiores. Es decir, que el escondite 7 optico esta situado en el interior del volumen de la pantalla 4 termica. Por necesidades de concision, los elementos identicos a los descritos anteriormente son designados con las mismas referencias numericas y no son descritos por segunda vez. Estas dos alternativas permiten especialmente adaptar la localizacion del escondite 7 optico en funcion del espacio disponible en la lmea 1.
Se concibe, por lo tanto, facilmente que, al tener una estructura sencilla y poco costosa, el invento permite resolver de una manera ventajosa los problemas de la tecnica anterior.
Claims (12)
1. Lmea de transferencia de un fluido criogenico que incluye una envoltura exterior (2) tubular que acoge a al menos dos tubos (3) interiores de transferencia del fluido y una pantalla termica (4) que forma una pared de aislamiento situada alrededor de los tubos (3) interiores, incluyendo a su vez la envoltura exterior (2) una abertura (5) lateral de bombeo destinada a estar conectada a un organo (6) de bombeo destinado a formar un vado de aire en la envoltura exterior (2), incluyendo la pantalla termica (4) un orificio (14) situado de manera adyacente a la abertura (5), incluyendo la lmea igualmente al menos una capa (13) de aislamiento termico situada en el interior de la envoltura (2) exterior, caracterizada por que la lmea incluye ademas al menos un trenzado (11) de union de un material conductor del calor especialmente al menos uno entre: cobre, aluminio, y un escondite (7) optico distinto de la o las capas (13) de aislamiento termico, incluyendo el escondite (7) optico una placa de un material conductor del calor, especialmente un metal, de cobre o de aluminio y por que la citada placa esta termalizada, es decir enfriada por contacto y por conduccion con una parte fna de la lmea de transferencia que sirve para termalizar la pantalla termica (4), estando situado el escondite (7) optico enfrente del orificio (14) y en un plano distinto de el de la pared de la pantalla (4) termica, para impedir o limitar la radiacion termica directa de la envoltura exterior (2) hacia los tubos (3) interiores, siendo enfriado el escondite (7) optico por contacto y por conduccion con la pantalla termica (4) a traves del citado al menos un trenzado (11) de union de un material conductor del calor, especialmente uno al menos entre: cobre o aluminio.
2. Lmea segun la reivindicacion 1, caracterizada por que, segun una direccion transversal a la lmea, el escondite (7) optico esta situado en un plano distinto de la al menos una capa (13) de aislamiento termico y situado especialmente en un plano paralelo a la direccion longitudinal de la lmea.
3. Lmea segun la reivindicacion 2, caracterizada por que segun una direccion transversal a la direccion longitudinal de la lmea, el escondite (7) optico esta situado entre la al menos una capa (13) de aislamiento termico y el al menos un tubo o entre la envoltura (2) exterior y la al menos una capa (13) de aislamiento termico.
4. lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la capa (13) de aislamiento termico incluye una estructura multicapa, incluyendo especialmente varias capas de pantalla y de capas intercaladas.
5. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el escondite (7) optico esta dimensionado y posicionado en relacion con el orificio (14) para interceptar todos los radios opticos (8) rectilmeos que partan de la envoltura exterior (2) y que se dirijan hacia los tubos (3) interiores a traves del orificio (14), es decir cualquiera que sea el angulo de vision, la envoltura exterior (2) no es directamente visible por los tubos (3) interiores a traves del orificio (14).
6. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el escondite (7) optico incluye una capa de un material aislante termico especialmente una estructura multicapa (“MLI”) distinta de la capa (13) de aislamiento termico, es decir separada de la capa (13) de aislamiento termico.
7. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que la pantalla (4) termica esta termalizada, es decir enfriada por contacto y por conduccion termica con uno de los tubos (3) interiores.
8. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que, segun una direccion transversal a la lmea, el escondite (7) optico esta situado entre la pantalla (4) termica y los tubos (3) interiores o entre la pantalla (4) termica y la envoltura (2) exterior.
9. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que la seccion de paso del orificio (14) tiene una superficie comprendida entre 0,8 veces y cinco veces la superficie de la seccion de paso de la abertura (5) lateral.
10. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que, el espacio situado entre el escondite (7) optico y la pantalla termica (4) puede estar comprendido entre una vez y cinco veces la seccion de paso del orificio (5).
11. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que, segun una direccion transversal a la lmea, el orificio (14) de la pantalla (4) termica esta situado enfrente de la abertura (5) de la envoltura exterior o en una zona adyacente a la porcion de pantalla (4) termica situada enfrente de la. citada abertura (5).
12. Lmea segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que el escondite (7) optico esta ngidamente unido a la pantalla (4) termica a traves de una varilla (9) de union.
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