DE2249560A1

DE2249560A1 - Endverschluss fuer tieftemperaturkabel

Info

Publication number: DE2249560A1
Application number: DE2249560A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dipl Ing D Hildebrandt
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1972-10-10
Publication date: 1974-04-18
Also published as: DE2249560B2; FR2202387B1; US3885636A; GB1396849A; JPS4972685A; FR2202387A1

Description

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(H 704) H 7g/59

Endverschluß für Tieftemperatur-" kabel

Die Erfindung betrifft einen Endverschluß für ein tiefgekühltes, einen thermisch isolierten zentralen Kanal und mehrere durch koaxiale Wellrohre gebildete Ringkanäle enthaltendes Kabel, wobei der elektrische Leiter und die elektrische Isolierung im zentralen Kanal angeordnet sind, mit einer Tieftemperaturzone, einer Kühlzone und einer warmen Zone, wobei der elektrische
Strom Über geeignete Leiter die warme Zone, die Kühlzone und die Tieftemperaturzone, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, durchfließt.

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Es ist bereits ein Endverschluß für ein supraleitendes Koaxialkabel bekannt geworden, das aus drei koaxial zueinander angeordneten Leitern besteht (deutsche Offenlegungsschrift 1 811 679).

Dieser bekannte Endverschluß ist Jedoch durch die Geometrie und Anordnung der Leiter innerhalb des Endverschlusses sehr kompliziert, so daß an seine Herstellung große Anforderungen gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Endverschluß für ein Tieftemperaturkabel zu entwickeln, der einfach herzustellen 1st und dennoch alle Anforderungen hinsichtlich der Kühlung sowie der thermischen und elektrischen Isolierung sicher erfüllt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektrische Leiter in der KUhlzone aus einem oder mehreren parallel geschalteten Rohren besteht, deren Wand und/oder Einbauten elektrisch leitfähig sind, die einen Strömungsquerschnitt für das Kältemittel aufweisen und die auf der Seite der Tleftemperaturzone mit dem elektrischen Leiter des Kabels elektrisch leitend verbunden sind und daß die elektrische Isolierung in der Tieftemperaturzone einen axialen Ringkanal für tiefkaltes Kältemittel aufweist,der einerseits mit einer auf Erdpotential befindlichen Kältemittelleitung und andererseits sowohl mit

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dem innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels als auch mit dem Strömungsquerschnitt der Rohre des Leiters der KUhlzone in Verbindung steht.

Ein solcher Endverschluß ermöglicht auf einfachste Weise die gleichzeitige Kühlung der elektrischen Leiter der Kühlzone und des in die Tieftemperaturzone mündenden elektrischen Leiters des Kabels, der - innerhalb des zentralen Kanals des Kabels vorgesehen ist, durch je einen Teil des über eine einzige Leitung zugefUhrten Kältemittels. Das Kältemittel strömt aus der Kältemittelzufuhrleitung zunächst durch den axialen Ringkanal der Tieftemperaturzone, der durch die elektrische Isolierung gebildet ist, und verteilt sich dann teilweise auf den innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels, in dem sich der Leiter befindet, und restlich auf den Strömungsquerschnitt der elektrisch leitenden Rohre der Kühlzone. Am anderen Ende des Kabels verläuft die Strömung des Kältemittels im innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels, im axialen Ringkanal und in der Kältemittelzufuhrleitung in umgekehrter Richtung.

Zur thermischen Isolierung ist für die Tieftemperaturzone und die KUhlzone ein gemeinsamer Vakuumteil mit Strahlungsschild vorgesehen, wobei das Strahlungsschild wiederum wärmeleitend mit dem durch ein Kühlmittel, z.B. flüssigen Stickstoff, gekühlten Strahlungsschild des Kabels verbunden ist.

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Innerhalb des Vakuuinteils kann noch eine zusätzliche Vlelschlchtisolierung, beispielsweise aus alternierenden Lagen schlecht wärmeleitender Gewebebahnen und stark reflektierender Metallfolien angeordnet sein. Diese Konzeption ermöglicht eine wirksame thermische Isolierung der kalten Zonen des Endverschlusses, ohne zusätzlichen KUhlmittelraum, also z.B. ohne zusätzlichen Stickstoffraum.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die elektrischen Leiter in der KUhlzone aus einem Material hergestellt sind, dessen spezifischer Widerstand im Bereich der Betriebstemperatur, die etwa zwischen 4 und J50Q K liegen kann, etwa mit Tⁿ wächst, wobei η größer 0,5 ist. Solche Eigenschaften besitzen Eeinstmetalle wie z.B. Reinstkupfer, gegebenenfalls mit eingelagertem oder von außen aufgebrachtem supraleitfähigen! Material. Durch die Wahl eines Materials mit diesen Eigenschaften wird die thermodynamisch wünschenswerte, gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die Rohr der KUhlzone erreicht. Würde die Temperatur eines der Leiter beispielsweise fallen, so würde sein anteiliger Kältemittelmassenstrom wegen dessen* steigender Dichte, gleichzeitig aber auch die elektrischen Heizleistungen wegen des sinkenden elektrischen Widerstandes zunehmen, wobei der Druck- und Spannungsabfall über die Leiterlänge als konstant angesehen wird. Die Aufnahmefähigkeit des erhöhten Kältemittel-

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massenstromes für die elektrische Heizleistung des Leiters wird aber nur ausgeschöpft, wenn die elektrische Heizleistung des Leiters mindestens ebenso schnell mit sinkender Temperatur des Leiters und damit des Kältemittels zunimmt wie der Kältemittelmassenstrom. Dies wird bei turbulenter Strömung gerade dann erreicht, wenn η 0,5 ist.

Mit Vorteil sind die Rohre der KUhlzone, die am kalten Ende in einen elektrisch leitenden Rohrboden eingelötet sind, von einem gemeinsamen Mantel umgeben, der entweder ganz oder teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, oder zumindest an einer Stelle gegen die elektrisch leitenden Rohre isoliert ist, so daß ein Stromfluß durch den niclt von strömendem Kältemittel gekühlten Mantel und damit seine elektrische Aufheizung vermieden wird.

Am warmen Ende der KUhlzone sind die Rohre direkt in Bohrungen in der Stirnseite des dickwandigen, aus Kupfer bestehenden Leiters der warmen Zone eingelötet und stehen mit ihren Innenräumen über radiale Stichbohrungen, die innerhalb des dickwandigen Leiters vorgesehen sind, mit dem Innenraum des Leiters in Verbindung, so daß einerseits ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Leiter der warmen Zone und den Leitern der KUhlzone und andererseits eine Abzugsmöglichkeit des warmen Kältemittels aus der KUhlzone gewährleistet ist.

Zur Vermeidung von thermisohen Spannungen innerhalb

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des die Rohre der KUhlzone umgebenden Mantels kann ein elastischer Balg zur Abdichtung des Mantels gegenüber dem Rohrboden auf der kalten Seite der KUhlzone herangezogen werden. Der mit dem Kältemitteldruck beaufschlagte Raum des elastischen Balges steht an der kalten Seite der KUhlzone mit dem Kältemittel der kalten Zone in Verbindung und wirkt als kaltes Puffervolumen. Bei Druckschwankungen des Kältemittels können so aber keine unnötigen thermodynamisehen Verluste auftreten, indem nooh warmes Kältemittel zu kalten Teilen nooh kaltes Kältemittel zu warmen Teilen gelangen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, den Zwischenraum zwischen den Rohren der KUhlzone entweder zu evakuieren oder mit Kältemittel konstanten Druckes auszufüllen. Auf diese Weise wird auch hier vermieden, daß Kältemittel in diesem Zwischenraum bei Druckschwankungen in Zonen anderer Temperatur gelangt und dabei thermodynamisehe Verluste hervorruft.

ils Teil der elektrischen Isolierung des Endverschlusses 1st ein druckfestes Kunststoffrohr vorgesehen, das die Jeweillegen Leiter umgebend, sich aus dem Kältemittelteil der Tieftemperaturzone über die KUhlzone in dl· warme Zone des Endverschlusses erstreckt uid dort an seinem Ende gegenüber dem Leiter abgedichtet 1st. Zur Verbesserung des elektrischen Isolationsvermögens können in der Tieftemperaturzone innrhalb des durch das Kunststoffrohr und die verstärkte Leiterisolierung gebildeten axialen Ringkanals wendeiförmige elektrisch Isolierende Abstands-

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halter eingebaut sein, die für das Kältemittel einen schraubenförmigen Strömungskanal bilden und/oder die beiden Begrenzungswände dieses axialen Ringkanals können mit Stufen, ähnlich wie die bei. bekannten Freiluftisolatoren, versehen sein.

Innerhalb der warmen Zone ist der Raum zwischen dem Leiter und einem äußeren Porzellanisolator, in den sich das druckfeste Kunststoffrohr erstreckt, mit öl, das nur eine vernachlässigbar kleine spezifische Leitfähigkeit besitzt, gefüllt. Durch diese Maßnahme kann die warme Zone des Endverschlusses im Vergleich zur Länge des Porzellanisolators verkürzt ausgebildet werden.

Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung beziehen sich auf die Abdichtung des gemeinsamen Vakuumteils und des zentralen Kanals der Tieftemperatür- und Kühlzone gegeneinander, gegenüber der Atmosphäre und gegenüber dem in der warmen Zone zwischen dem Kunststoffrohr und dem äußeren Porzellanisolator vorgesehenen ölraum. Dies wird erfindungsgemäß durch eine aus zwei Flanschen bestehende Flanschverbindung auf der Höhe des warmen Endes der Kühlzone ermöglicht, wobei der eine Flansch mit dem warmen Ende des den zentralen Kanal abschließenden Rohrmantels und der andere Flansch, der parallel zu dem ersten Flansch angeordnet ist, mit dem oberen Ende des Vakuummantels, und dem unteren Ende des Porzellanisolators verbunden ist. Die Flanschverbindung enthält zwei Dichtungen, von denen eine nur an den beiden Flanschen, die zweite zusätzlich an dera druckfesten

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Kunststoffrohr anliegt. Zwischen beiden Dichtungen befindet sich ein Ringkanal, der über einen EntlUftungskanal entweder vorzugsweise mit der Atmosphäre oder mit dem ölraum der warmen Zone verbunden ist. Hierbei dichtet die eine Dichtung den Vakuumraum gegen den Ringkanal ab, während die andere Dichtung den zentra·^ len Kanal, den Ringkanal und den ölraum der warmen Zone gegeneinander abdichtet. Durch diese Konzeption der Abdichtung wird vermieden, daß bei einer Beschädigung einer der Dichtungen unmittelbar Kältemittel in den Vakuumteil des Endverschlusses Übertreten kann. Darüber hinaus wird durch diese Art der Abdichtung die Suche nach etwaigen Lecks innerhalb des Endverschlusses über den EntlUftungskanal erleichtert.

Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf die gegenseitige Abtrennung aller Vakuumteile, also der Vakuumkanäle des Kabels und des Endverschlusses. Hierzu sind die versetzten Enden der entsprechenden Wellrohre kraftschlUssig und dicht mit Flanschen versehen, zwischen denen Jeweils ein elastischer, schlecht wärmeleitender, gasdichter Balg angeordnet ist. Zur Befestigung eines Flansches auf dem entsprechenden Wellrohr wird das mit Längsschlitzen versehene Ende des Flansches zunächst formschlüssig auf das Wellrohr aufgepaßt. Daraufhin werden die Längsschlitze verschweißt, so daß durch die Kontraktion des Schweißgutes beim Erkalten eine feste Wellrohr-Flansch-Verbindung zustande kommt. Die Abdichtung schließlich wird durch eine stirnseitige Schweißnaht zwischen Wellrohrende und Flansch hergestellt» die wegen der Art der Flanschverbindung mit dem WeIl-

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rohr keinen thermisch bedingten Spannungen ausgesetzt ist, so daß insgesamt eine sichere Abdichtung gewährleistet ist.

Zur Entlastung der Bälge von mechanischen Belastungen, die durch thermische Kontraktion von kalten Kabel- und Endverschlußteilen hervorgerufen werden, sind,zwischen den Planschen zusätzliche schlecht wärmeleitende Stützelemente vorgesehen.Hierbei wird die schlechte Wärmeleitung im wesentlichen durch eins entsprechende Geometrie der Stutzelemente, die der Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Temperatur Rechnung trägt, gewährleistet.

Die gegenseitige Abtrennung aller Vakuumteile voneinander bringt die Vorteile, daß bei einem Leck in irgendeinem der Teile nicht das gesamte Vakuum zusammenbricht, daß die Lokalisierung solcher Lecks, z.B. mit Hilfe eines Lecksuchgerätes, erleichtert wird, und daß bei einer teilweisen Zerlegung des Enverschlusses nicht auch das Kabel belüftet werden muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Vermeidung von thermisch bedingten Spannungen innerhalb des Endverschlusses besteht darin, in der" TLeftemperaturzone die Abstandshalter zwischen dem Rohrmantel des zentralen Kanals und dem Strahlungsschild derart anzubringen, daß axiale Relativbewegungen zwischen Rohrmantel und Strahlungsschild zugelassen sind, .radiale Relativbewegungen und Torsionsbewegungen jedoch unterbunden werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist am Ende 409816/0589 . ./. .

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der warmen Zone ein elektrisch nicht leitendes Rohr oder ein entsprechender Schlauch vorgesehen, der eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Leiters« durch denmrmes Kältemittel strömt und weiteren« auf Erdpotential befindlichen Kältemittelleitungen, die sich außerhalb dee Endverschlusses befinden, herstellt.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in den , Figuren schematisch dargestellten AusfUhrungsbeisplel zu entnehmen. Oleiche Vorrichtungstelle sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Die Figuren 1 bis > ein einziges AusfUhrungsbeispiel eines erfindungsgemäSen Endverschlusses, wobei die Figur 1 von links nach rechts den Übergang vom Kabel zu der KUhIzone des Endverschlusses, also im wesentlichen die Tieftemperaturzone des Endverschlusses, die Figur 2 die Fortsetzung der Figur 1 nach rechts, also den Übergang von der Tieftemperaturzone zur warmen Zone und somit im wesentlichen die KUhlzone und die Figur 3 die Fortsetzung der Figur 2 nach rechts, also die warme Zone de· EndVerschlusses zeigen.

In Figur 1 ist der Übergang des Kabels zur KUhlzone des Endversohlusses, also die Tieftemperaturzone des Endverschlusses dargestellt. Das Kabel besitzt eheη inneren, durch das erste Wellrohr 1 gebildeten zentralen Kanal, einen ersten, durch die Wellrohre 1 und 2 gebildeten evakuierten Ringkanal,- einen zweiten, duroh die Wellrohre 2 und 2 gebildeten Ringkanal, der flüssigen Stickstoff enthält und «Inen dritten, durch die Wellrohre 3 und 4 gebildeten Ringkanal, der

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ebenfalls evakuiert ist. Alle Wellrohre sind an ihren versetzten Enden mit Planschen versehen, also das Wellrohre 4 mit dem Flansch 5» das Wellrohr 3 mit dem Flansch 6, das Wellrohr 2 mit dem Flansch 7 und das Wellrohr 1 mit dem Flansch 8. Zur Befestigung der Flansche auf den Wellrohren werden diese auf der dem Kabel zugekehrten Seite mit Längsschlitzen versehen und formschlüssig dem Wellrohr angepaßt. Daraufhin wird der formschlüssig an die Wellrohre angepaßte Teil der Flansche zusammengepreßt und die Längsschlitze verschweißt, so daß durch Kontraktion des Schweißgutes beim Erkalten eine feste Verbindung zwischen Wellrohr und Flansch entsteht. Die Abdichtung zwischen Wellrohr und Flansch wird durch Verschweißen beider Teile auf der vom Kabel abgekehrten Seite des Flansches erreicht.

Die Abdichtung der Vakuumkanäle gegen den Vakuumraum des Endverschlusses wird durch Bälge 9 und 10 hergestellt], die zwischen den jeweiligen, die entsprechenden Wellrohre abschließenden Flansche 5 und 6 sowie 7 und 8 vorgesehen sind. Diese Bälge, die aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt sind, nur eine geringe Querschnittsfliehe besitzen und hochelastisch sind, bringen die Vorteile, daß einmal wegen der geringen Querschnittsfläche die Wärmeleitung zwischen den einzelnen, durch sie verbundenen Flansche, die auf verschiedenen Temperaturniveaus liegen, nur sehr gering ist.

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Alle parallel zueinanderliegenden Plansche können zur Verhinderung von Torsions-, Radial- oder Axialbewegungen innerhalb des Kabels noch mit Stutzelementen 12 versehen sein. Diese Stützelemente weisen mit Vorteil die Form von ebenen oder aus gekrümmten Flächen gebildeten Dreiecken auf, wobei die gegebenenfalls gekrümmten Seiten dieser Dreiecke an dem kälteren Flansch und die Spitzen an dem wärmeren Flansch befestigt sind. Eine solche geometrische Gestaltung der Stützelemente trägt der Abhängigkeit ihrer Wärmeleitung von der Temperatur Rechnung, so daß diese ingesamt durch die Stützelemente hindurch gering ist.

Flüssiger Stickstoff wird dem zweiten Ringkanal des Kabels über die Stickstoffleitung 11 zugeführt.

Mit dem Flansch 8 des ersten Wellrohres 1 ist ein Rohrmantel 13 verbunden, der den zentralen Kanal, der an dieser Stelle erweitert ist, abschließt. Dieser zentrale Kanal steht mit der Heliumzufuhrleiturij 14 in Verbindung, so daß tiefkaltes Helium unter dem erforderlichen Druck von beispielsweise 10 ata in diesen eindringen kann.

Ein weiterer Rohrmantel 17 schließt den Vakuumraum des Endverschlusses ab. Der Rohrmantel 17 ist dicht mit dem Flansch 5 des vierten Wellrohres 4 verbunden. Innerhalb des Vakuumraumes 18 ist ein zusätzliches Strahlungsschild 19 vorge-

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sehen, welches wärmeleitend mit dem stickstoffgekühlten Plansch 7 des Stickstoffkanals des Kabels verbunden ist. Hierdurch erübrigt sich mit Vorteil ein zusätzlicher Stickstoff raum des Endverschlusses. Das Strahlungsschild 19 ist über Abstandshalter 20 mit dem Plansch 8 derart verbunden, daß axiale Relativbewegungen zwischen Strahlungsschild und Rohrmantel ermöglicht, Radial- und Torsionsbewegungen jedoch unterbunden werden, d.h. die Abstandshalter 20 sind in Richtungen, die axial zu dem Rohrmantel verlaufen, gleitend mit diesem, in Richtungen aber, die radial oder in Umfangsrichtung zu dem Rohrmantel verlaufen, starr mit diesem verbunden.

Der aus elektrisch leitenden Bändern, die wendelförmig auf einen aus Teilstücken bestehenden Kunststoffkern 14 gewickelt sind, bestehende Leiter 15 des Rebels befindet sich innerhalb des zentralen Kanals, wobei die elektrische Isolierung 16 dee Kabels zwischen Leiter und Wellrohr vorgesehen ist. Dieser Leiter durchläuft den erweiterten zentralen Kanal 51 koaxial und ist an seinen Enden mit den Leitern der Kühlzone, wie in Figur 2 beschrieben, verbunden. Die Isolierung 16 bedeckt innerhalb des zentralen Kanals den Leiter 15 nur teilweise. Ein Teil des tiefkalten Heliums aus dem zentralen Kanal dringt entlang dem nicht isolierten Teilstück des Leiters durch die Lücken der wendeiförmigen Wicklungen in den innersten Kabe!querschnitt und durchströmt diesen in Pfeilrichtung. Der

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Rest strömt, wie in Figur 2 näher beschrieben, in die KUhI-zone und dient zur Kühlung der in dieser angeordneten Leiter auf Heliumtemperatur.

Innerhalb des zentralen Kanals der Tieftemperaturzone mündet ein druckfestes, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehendes Rohr 21, z.B. aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, das sich aus der warmen Zone über die KUhlzone in die Tief teraperaturzone des End ν er Schlusses erstreckt. Dieses Rohr ist unter Freilassung eines schmalen Ringspaltes 22 nahe dem Rohrmantel 15 des zentralen Kanals angeordnet. Seine äußere Fläche wird über einen elektrisch leitenden konischen Metallring 52, dernit Heliumdurchtrittsöffnungen 24 versehen ist, auf Erdpotential gehalten. Ein weiterer, ebenfalls mit Heliumdurchtrittsoffnungen 24 versehener konischer Metallring 25 liegt auf Leiterpotential. Diese Maßnahmen dienen zur Glättung der in diesem Übergangsgebiet auftretenden Spitzen der elektrischen Feldstärke.

Alle Vakuumräume, also der erste und dritte Ringkanal des Kabels sowie der Vakuumraum 18 des Endverschlusses sind voneinander getrennt und über Jeweils voneinander unabhängige Leitungen 26, 27 und 28 evakuierbar, so daß beim Auftreten eines Lecks nicht das gesamte Vakuum innerhalb des Kabels und des Endversohlusses zusammenbricht. Die Leitungen selbst sind an ihren DurchdringeteIlen durch Bauteile des End-

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Verschlusses mit diesen über elastische Bttlge 29 abgedichtet.

In Figur 2 ist die Portsetzung des in Figur 1 teilweise dargestellten Endverschlusses nach rechts/ also in Richtung der wärmen Zone dargestellt. Sie umfaßt im wesentlichen die KUhlzone des Endverschlusees. In dieser Zone setzt sich der elektrische Leiter aus einer Reihe von Rohren 30 zusammen, die am kalten Ende über einen elektrisch leitenden Rohrboden 31, in die sie eingelötet sind, in Abstand gehalten werden. Am warmen Ende sind die Rohre 30 direkt in Bohrungen in die Stirnseite eines dickwandigen Kupferrohres, das den Leiter 36 in der warmen Zone des Endverschlusses bildet, eingelötet, wobei radiale Stichbohrungen 32 den Innenraum der Rohre 30 mit dem Innenraum des Leiters 36 verbinden.Alle Rohre 30 sind von einem gemeinsamen Mantel 33 umgeben, der an seinen kalten Enden mit dem Rohrboden 31 und an seinem warmen Ende mit dem Leiter der warmen Zone gasdicht verbunden ist. Mit letzterem allerdings unter Zwisßhenlegung eines elektrisch nicht leitenden Ringes 3^» so daß der Mantel 33 keine Parallelleiter zu den Rohren 30 darstellen kann. Schließlich kann es noch von Bedeutung sein, zur Vermeidung von thermisch bedingten Spannungen zwischen Mantel und den in diesem befindlichen Rohren am kalten Ende des Mantels die Verbindung zwischen dem Rohrboden 31 und dem Mantel elastisch, z.B. über einen Balg 35, zu gestalten.

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Tiefkaltes flüssiges Helium strömt nun aus dem zentralen Kanal des Tieftemperaturteils in die elektrisch leitenden Rohre 30 der KUhlzone und kühlt diese. Das erwärmte Helium verläßt den Endverschluß über das Innere des Leiters 36 der vfarmen Zone. Der elektrische Strom fließt vom Leiter 36 der warmen Zone über die Rohre 30 der KUhlzone und den diese miteinander verbindenden Rohrboden 3I in den Leiter 15 des Kabels. Der Zwischenraum zwischen den Rohren ist mit Vorteil entweder evakuiert oder mit Helium konstanten Druckes ausgefüllt.

Zur Abtrennung der Kühlzone von der warmen Zone des Endverschlusses, ist auf der Höhe des warmen Endes der KUhlzone eine Flanschverbindung aus zwei Flanschen 39 und 40 vorgesehen, wobei der Flansch 39 mit dem Ende des Rohrmantels 13 fest verbunden ist. Zwischen den beiden Flanschen befinden sich zwei Dichtungen 45 und 46 mit e.nem dazwischen liegenden Ringraum 41, der über einen Entlüftungskanal 42 mit der Atmosphäre verbunden ist. Somit dLchtet die Dichtung 45 den Vakuumraum gegen den EntlUftungskanal ab, während die Dichtung 46 den Heliumtell des Endverschlusses, den ölraum 36 der warmen Zone und den EntlUftungskanal gegeneinander abdichtet. Schließlich ist der Vakuummantel 17 des Endverschlusses ebenso wie das eine Ende des Porzellanisolators 37 fest mit dem Flansch 40 verbunden. Zu letzterem dient eine Schraubenverbindung 44.

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Diese Art der Abdichtung bringt folgenden Vorteil: Bei einer Beschädigung der Dichtung 46 kann unter relativ hohem Druck stehendes Helium aus dem zentralen Kanal nicht unmittelbar in den Vakuumraum 18 eintreten, was zu einem Zusammenbrechen der Wärmeisolation des Endverschlusses führen würde, sondern dieses wird direkt über den EntlUftungskanal 42 abgeführt. Eine Beschädigung des Dichtringes 46 führt also lediglich zu gewissen Heliumverlusten. Andererseits verhindert der Dichtring 45 das Eindringen von Luft in den Vakuumräum über den EntlUftungskanal 42.

Insgesamt ermöglicht diese Abdichtkonzeption somit auf einfache und doch sichere Art und Weise eire vollständige Abtrennung aller im Endverschluß voneinander zu trennenden Räume, also des Vakuumraumes 18, des zentralen Kanals sowie des ölraumes }8 mittels einer einzigen Flanschverbindung. Somit ergibt sich aber, daß bei Störungen das Innere des Endverschlusses leicht zugänglich gemacht werden kanu.

Die Figur 3 zeigt die Fortsetzung des Endverschlusses gemäß Figur 2 nach rechts. Sie beschreibt im wesentlichen die warme Zone des Endverschlusses. Hierbei stellt 36 den elektrischen Leiter dar.

Gasförmiges warmes Helium wird aus der KUhlzone kommend über das Innere des Leiters 36 abgezogen und einer hier nicht dargestellten Heliumkälteanlage direkt zugeführt.

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Das druckfeste Kunststoffrohr 21 endet in dieser Zone. An seinem Ende ist es über die Dichtung 43 gegen den Leiter 36 abgedichtet, über einen mittleren Bereich seines Verlaufes in der warmen Zone ist das Rohr mit einer zusätzlichen Isolierschicht 49 versehen.

Der Porzellanisolator 37 erstreckt sich über die gesamte warme Zone des Endverschlusses unter Bildung eines ölraumes 38. Die warme Zone kann also in bekannter Weise ausgeführt werden.

Da das Kunststoffrohr 21 sich über alle drei dem Endverschluß zugrunde liegenden Zonen erstreckt, ist es verschiedenen, insbesondere thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Es besitzt einen Temperaturgradienten, der von relativ hohen Temperaturen in der warmen Zone bis hin zu Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt reicht. Es muß also eine gute thermische Beständigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es in der warmen Zone einem relativ hohen Druck von ca. 10 ata ausgesetzt, so daß es also auch druckfest sein muß. Diese Druckbelastung ergibt sich daraus, daß der ölraum 38, z.B. unter Atmosphärendruck steht, während der Raum zwischen dem Leiter 36 und dem Kunststoffrohr 21, der durch die Dichtung 43 gegen den ölraum 38 abgedichtet ist, mit Helium unter relativ hohem Druck, nämlich dem Drück des zentralen Kanals, beaufschlagt ist.

22 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

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(η 704) " 22A9560 _{H 72/59}

La/bd ioao.1972

Patentansprüche

IJ Endverschluß für ein tiefgekühltes, einen thermisch isolierten zentralen Kanal und mehrere durch koaxiale Wellrohre gebildete Ringkanäle enthaltendes Kabel, wobei der elektrische Leiter und die elektrische Isolierung im zentralen Kanal angeordnet sind,.mit einer Tieftemperaturzone, einer KUhlzone und einer warmen Zone, wobei der elektrische Strom über geeignete Leiter die warme Zone, die KUhlzone und die Tieftemperaturzone, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, durchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter in der KUhlzone aus einem oder mehreren parallel geschalteten Rohren (30) besteht, deren Wand und/oder Einbauten elektrisch leitfähig sind, die einen Strömungsquerschnitt für das Kältemittel aufweisen und die auf der Seite der Tieftemperatürζone mit dem elektrischen Leiter (15) des Kabels elektrisch leitend verbunden sind und daß die elektrische Isolierung in der Tieftenperaturzone einen axialen Ringkanal (51) für tiefkaltes Kältemittel aufweist, der einerseits mit einer auf Erdpotential befindlichen Kälte· mittelleitung (14) und andererseits sowohl mit dem-innersten Raum des zentralen Kanals des Kabels als auch mit dem Strömungsquerschnitt der Rohre (30) des Leiters der Kühlzone in Verbindung steht.

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2. Endverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tieftemperaturzone und die KUhlzone einen gemeinsamen Vakuumraum (l8) aufweisen.
3. Endverschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Vakuumraumes (18) ein Strahlungsschild (19) vorgesehen ist, der wärmeleitend mit dem durch ein Kühlmittel gekühlten Strahlungsschild des Kabels in Verbindung steht.
4. Endverschluß nach Anspruch 2 und 3# dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumraum (18) teilweise mit Vielschichtisolierung versehen ist.
5· Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30) der KUhlzone und/oder ihre Einbauten aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind, dessen spezifischer Widerstand im Bereich der Betriebstemperatur T etwa mit Tⁿ wächst, wobei n> 0,5 ist.
6. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30) der KUhlzone von einem gemeinsamen Mantel (33) umgeben sind, der ganz oder teilweise aus elektrisch isolierendem Material besteht, oder mindestens eine elektrisch isolierende Verbindungsstelle enthält.

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7. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüohe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30) der KUhlzone an ihrem warmen Ende direkt' in Bohrungen in der Stirnseite eines dickwandigen Kupferrohres (36), das den Leiter in der warmen Zone des Endverschlusses bildet, eingelötet sindj wobei radiale Stichbohrungen (32) die Innenräume der Rohre (j50) der Kühlzone mit dem Innenraum des dickwandigen Kupferrohres verbinden.
8. Endverschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine abdichtende Verbindung zwischen Rohrboden (3I) und Mantel (33) am kalten Ende der KUhlzone über einen elastischen Balg (35) hergestellt ist.
9. Endverschluß nach den Ansprüchen 6 bis 8, daduroh gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Rohren (30) der KUhlzone und dem Mantel evakuiert oder mit Kältemittel konstanten Druckes ausgefüllt ist.
10. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil der elektrischen Isolierung ein druckfestes Kunststoffrohr (21) vorgesehen ist, das die Jeweiligen Leiter umgebend sich aus der Tieftemperaturzone über die KUhlzone in die warme Zone des Endverschlusses erstreckt.

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11. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß auf der Höhe des warmen Endes der KUhlzone eine Planschverbindung aus zwei Flanschen (39* 40) mit zwei Dichtungen (45, 46) und einem Ringraum (41) zwischen den beiden Dichtungen vorgesehen ist, wobei die eine Dichtung (45) den Vakuumraum (18) vom Ringraum (41) trennt und die andere Dichtung (46) den Ringraum (41), den ölraum (38) und den zentralen Kanal gegeneinander abdichtet, Indem sie an den beiden Planschen (39, 4o) und mittelbar oder unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Kunststoffrohres (21) anliegt.
12. Endverschluß nach Anspruch 11, dadurch gekennzächnet, daß der Ringraum (41) entweder durch eine Bohrung mit dem Clraum oder durch einen EntlUftungskanal (42) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
13. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (36) In der warmen Zone von einem, von dem Leiter selbst und einem Porzellanisolator (37) begrenzten Raum (3b) umgeben ist, in den sich das druckfeste Kunststoffrohr (21) als Isolierring erstreckt, daß dieser Raum außerhalb des Kuntstoffrohres (21) mit öl gefüllt ist und daB der Spalt zwischen Leiter und Kunststoffrohr an dessen oberen Ende ) abgedichtet ist.

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14. Endverschluß nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß sich der Porzellänisolator (37) zumindest über einen Teil der KUhlzone erstreckt und an seinem kabelseitigen Ende mit dem äußeren Mantel (17) des Vakuumraumes (l8) öldicht verbunden ist.
15- Endverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Vakuumkanäle des in die Tieftemperaturzone . mündenden Kabels über elastische Bälge (9, 10) mit hohem Wärmewiderstand gasdicht abgeschlossen sind.
16. Endverschluß nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Jeweils einen Vakuumkanal bildenden Wellrohre (1, 2; 3» *0 des Kabels an ihren Enden mit gegeneinander versetzten Flanschen (8, 7 J 6, 5) versehen sind und daß der Balg (9, 8) Jeweils zwischen zwei Flanschen angeordnet ist.
17. Endverschluß nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (5, 6; 7» 8) formschlüssig den Wellrohren des Kabels angepaßt, mit kabelseitigen Längsschlitzen versehen, durch beim Verschweißen der Längsschlitz« an der Kabelseite erzeugte Schrumpfspannungen kraftschlüssig mit den Wellrohren verbunden und durch Dichtschweißung mit dem Wellrohr an der von Längskräften in den Wellrohren freien kabelfernen Seite abgedichtet sind.

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18. Endverschluß nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Flanschen verschiedener Temperatur Abstutzelemente (12), die die Form von ebenen oder aus gekrtimmten Flächen gebildeten Dreiecken aufweisen, in im wesentlichen axialer Richtung vorgesehen sind, derart, daß die gegebenenfalls gekrümmten Seiten dieser Dreiecke an dem kälteren Flansch und die Spitzen an dem wärmeren Flansch befestigt sind.
19. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß in der Tieftemperaturzone Abstandshalter (20) an dem den zentralen Kanal bildenden Rohrmantel (I3) angebracht sind, wobei jeder Abstandshalter radial und/oder im Umfangsrichtung starr und in axialer Richtung gleitend mit dem Strahlungsschild (19) verbunden ist.
20. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19* dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal (51) ein wendeiförmiger, elektrisch isolierender Abstandshalter eingebaut ist, durch den für das Kältemittel ein schraubenförmiger Strömungskanal gebildet ist.

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21. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Begrenzungswände des Ringkanals ähnlich Freiluftisolatoren mit Stufen versehen sind.
22. Endverschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der warmen Zone ein Rohr oder ein Schlauch aus einem elektrisch nicht leitendem Material vorgesehen ist, das den Innenraum des Leiters mit äußeren, auf Erdpotential befindlichen Kältemittelleitungen verbindet.

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