DE4109818A1 - Verfahren und vorrichtung zum tiefkuehlen elektrischer hohlleiter stromdurchflossener spulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Tiefkühlen elektrischer Hohlleiter stromdurchflossener Spulen, die zur Erzeugung elektrischer Magnetfelder angewendet werden, insbesondere elektrische Induktionsspulen für Teilchenbeschleuniger und die Magnettomographie, oder zur induktiven Erhitzung von Metallen in Induktionsöfen und zur induktiven Pyrolyse von Abfallstoffen mit Metall- oder Graphitpartikelzusatz und ist ein Zusatz zu P 40 41 603.8.

Ein solches Verfahren ist in der Patenthauptanmeldung beschrieben.

Mit der Erfindung soll insbesondere die zu Beginn der elektrischen Spulenaktivierung im Hohlleiterkörper übermäßig entstehende Menge an Stromverlustwärme reduziert und die äußere Einwirkung von Wärme und Luftfeuchtigkeit auf den Hohlleiter verhindert werden.

Zur gewünschten Widerstandssenkung ist eine einheitliche Tieftemperatur gleichmäßig in allen Bereichen des Hohlleiters erforderlich, da auch schon kleine, partielle Temperaturerhöhungen den Effekt schädigen.

Üblicherweise beginnt der Tiefkühleffekt zeitgleich mit der elektrischen Aktivierung der Spule.

Nachteilig ist, daß dann, in dem dabei noch nicht tiefkalten Hohlleiterkörper, der elektrische Widerstand noch nicht genügend abgesenkt ist, so daß durch eine schlagartig einsetzende Kettenreaktion von Widerstand und ohmscher Verluste die Hohlleitertemperatur übermäßig ansteigt. Dadurch entsteht schon zu Beginn ein großer Kältemittelbedarf und ein hoher Stromverbrauch. Diese Kettenreaktion breitet sich auch von einer partiellen Erwärmung des Hohlleiters aus, die durch äußere Wärmeeinwirkung oder ungenügenden Kälteeffekt entstehen kann.

Herkömmlich wird der elektrische Hohlleiter außen nicht oder lediglich mit Isolierstoffen wärmeisoliert, die nur einen beschränkten Schutz gegen Wärme und Luftfeuchtigkeit darstellen.

Dies führt zu unvorteilhaften Kälteverlusten und der Absorbtion von Umgebungswärme, die ebenfalls abgeführt werden muß mit erhöhtem Kältemitteleinsatz. Durch kondensierende Luftfeuchtigkeit bedingt, entstehen Anfrierungen außen am Hohlleiter, die elektrische Überschläge verursachen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Entstehen von Stromverlustwärme im elektrischen Hohlleiter, insbesondere schon zu Beginn der elektrischen Aktivierung, weitmöglichst zu verhindern und ihn außen gegen Wärmeeinwirkung und Anfrierungen zu schützen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe damit gelöst, daß der elektrische Hohlleiter schon vor der elektrischen Aktivierung, im Vorlauf automatisch geregelt, tiefgekühlt wird mit dem verflüssigten Gas, das flüssig durch einen innenliegenden, perforierten Schlauch eingetragen wird zur Versiedung an der Hohlleiterinnenfläche, daß das dabei entstehende Abgas teilweise durch Perforationen in der Hohlleiterwand nach außen geleitet wird und daß die Außenfläche des elektrischen Hohlleiters mit dieser tiefkalten Abgasatmosphäre umspült wird in einem Zwischenraum zu dessen Ummantelung.

Dies wird dadurch ermöglicht, daß in der Wandung des elektrischen Hohlleiters Perforationen angebracht sind und daß der elektrische Hohlleiter oder die Spule im Ganzen abständlich von einer Ummantelung umgeben ist, so daß ein Freiraum um den Hohlleiter besteht.

Diese Ummantelung kann ein Schlauch sein oder ein der Form entsprechendes Behältnis, in das die gesamte Spule im Ganzen eingesetzt ist und von der Abgasatmosphäre umspült werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in folgendem beschrieben.

Durch die Wandung des elektrischen Hohlleiters sind Perforationen angebracht in jeweils erforderlichem Abstand und Größe. Der Hohlleiterkörper ist auf der gesamten Länge abständlich von einem Schlauch umgeben, so daß ein Freiraum besteht zwischen Schlauchinnen- und Hohlleiteraußenfläche. An beiden Enden des Schlauches ist ein Abführanschluß angeordnet.

Durch den Schubeffekt der Versiedungsexpansion in Gasform entweicht ein Teil der durch Versiedung im Hohlleiter entstehenden tiefkalten Abgasatmosphäre kontinuierlich durch die Perforationen des Hohlleiters, umspült diesen in dem Freiraum und entweicht durch die beiden Abführanschlüsse. Der Ablauf erfolgt vollkommen selbsttätig.

Die elektrische Aktivierung des elektrischen Hohlleiters wird mit dessen Temperatur über ein Thermostat durch ein Schaltrelais automatisch geregelt.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß durch die Vorlauftiefkühlung des Hohlleiters, die bei Kupfermaterial lediglich eine Kühlleistung von cirka 0,465 kJ pro Grad/kg erfordert, eine Senkung dessen elektrischen Widerstands schon mit Beginn der elektrischen Aktivierung erfolgt ist, so daß die Entstehung von Stromverlustwärme von Anfang an weitmöglichst verhindert wird, beständig, so lange eine gleichmäßige Tiefkühlung des gesamten Hohlleiterkörpers fortgesetzt wird. Je tiefer die Tiefkühlung erfolgt, desto wirtschaftlicher gestaltet sich die Anwendung.

Durch die Umspülung des elektrischen Hohlleiters mit dieser tiefkalten Abgasatmosphäre wird die Luftatmosphäre aus dem Freiraum verdrängt und damit deren Wärme, Feuchtigkeit und der Sauerstoff. Anfrierungen am elektrischen Hohlleiter, auch des Sauerstoffs bei Tiefsttemperaturen, werden damit verhindert. Eine äußere Einwirkung von Kontakt- oder Strahlenwärme auf den Hohlleiter ist unmöglich. Auch kann, in einem längeren Kühlkreis, kein Staudruck entstehen durch die Verdampfungsexpansion. Die Ummantelung fungiert außerdem als elektrischer Isolator zwischen den Windungen.

Bei Induktionsöfen kann die Ummantelung, zum Beispiel ein hitze- und kältebeständiger Teflonschlauch, stabil und reißfest durch entsprechende Verstärkung, die korbartige Stützfunktion der Spule am Schmelztiegel übernehmen.

Die entstehende Kälte wird so verlustarm genutzt, was, bei der damit möglichen Tiefstkühlung, die Energiebilanz deutlich verbessert beziehungsweise wirtschaftlich gestaltet.

Claims (2)

1. Verfahren zum Tiefkühlen elektrischer Hohlleiter stromdurchflossener Spulen, die zur Erzeugung elektrischer Magnetfelder angewendet werden, insbesondere elektrische Induktionsspulen für Teilchenbeschleuniger und die Magnettomographie, oder zur induktiven Erhitzung von Metallen in Induktionsöfen und zur induktiven Pyrolyse von Abfallstoffen mit Metall- oder Graphitpartikelzusatz, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Hohlleiter schon vor der elektrischen Aktivierung, im Vorlauf automatisch geregelt, tiefgekühlt wird mit dem verflüssigten Gas, das flüssig durch einen innenliegenden, perforierten Schlauch eingetragen wird zur Versiedung an der Hohlleiterinnenfläche, daß das dabei entstehende Abgas teilweise durch Perforationen in der Hohlleiterwand nach außen geleitet wird und daß die Außenfläche des elektrischen Hohlleiters mit dieser tiefkalten Abgasatmosphäre umspült wird in einem Zwischenraum zu dessen Ummantelung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des elektrischen Hohlleiters Perforationen angebracht sind und daß der elektrische Hohlleiter oder die Spule im Ganzen abständlich von einer Ummantelung umgeben ist, so daß ein Freiraum um den Hohlleiter besteht.