WO2002046658A1

WO2002046658A1 - Thermal shielding for liquid helium supply systems, particularly for particle accelerator installations

Info

Publication number: WO2002046658A1
Application number: PCT/EP2001/014223
Authority: WO
Inventors: Frank Kemter; Gerhard Schwierin; Shaheen Sheikh
Original assignee: Kraftanlagen Nukleartechnik Gmbh
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2002-06-13
Also published as: DE10060554A1

Abstract

The invention relates to a thermal shielding (12) for liquid helium supply systems, particularly in line systems for supplying the superconducting magnets required for generating magnetic fields in particle accelerator installations. The thermal shielding (12) is connected to one of the pipes of the supply system, through which a cooling medium flows, while forming an integral unit. This pipe (20), on both sides, comprises integrally connecting strip-shaped wall sections (44), which have an arched cross-section and which collectively form a continuous wall part (42) of the thermal shielding that surrounds the pipes only in a lower partial area of the cylindrical shell. This lower continuous wall part is completed by shell sections (48) to form a closed cylindrical shell. Said shell sections are made of a material with a good thermal conductivity, they follow one another in a longitudinal direction, and are attached in a thermally conductive manner to the free edges of the lower continuous wall part. Separating joints, each of which radially encircling up to the lower continuous wall part, are provided between the shell sections (48).

Description

Thermalschild für Flüssig-Helium-Versorgungssysteme, insbesondere für TeilchenbeschleunigeranlagenThermal shield for liquid helium supply systems, especially for particle accelerator systems

Die Erfindung betrifft ein Thermalschild für Flüssig-Heli- um-Versorgungssysteme, insbesodere in Leitungssystemen für die Versorgung der zur Erzeugung von Magnetfeldern der erforderlichen Stärke in Teilchenbeschleunigeranlagen erforderlichen supraleitenden Magnete mit Kühlmedium, welches innerhalb einer sie umschließenden hochevakuierbaren Hüll- Rohrleitung eine Anzahl von gesonderten Rohrleitungen für die Zufuhr von Kühlmedium zu den und die Abfuhr von demgegenüber erwärmtem Kühlmedium von den supraleitenden Magneten und weitere von Kühlmedium durchströmte Rohrleitungen aufweist, welche innerhalb eines sie im Wesentlichen über ihre gesamte Länge umschließenden als zylindrische Schale ausgebildeten und im Wesentlichen konzentrisch mit Abstand von der inneren Wandfläche der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung gehalterten Thermalschilds aus gut wärmeleitendem Material angeordnet sind.The invention relates to a thermal shield for liquid helium supply systems, in particular in line systems for supplying the superconducting magnets required for generating magnetic fields of the required strength in particle accelerator systems with cooling medium, which has a number of separate pipelines within a high-vacuum envelope pipe surrounding them for the supply of cooling medium to and the discharge of the cooling medium heated against it by the superconducting magnets and further pipelines through which cooling medium flows, which is formed within a cylindrical shell and enclosing them essentially over its entire length and essentially concentrically at a distance from the inner one Wall surface of the highly evacuable envelope pipeline-held thermal shield made of a good heat-conducting material are arranged.

Für die bisher bedeutendste Ringbeschleunigeranlage derFor the most important ring accelerator system of the

Welt des europäischen Teilchenforschungszentrums CERN bei Genf, die auch als "LARGE ELEKTRON-POSITRON COLLIDER (LEP) " bezeichnet wird, ist eine noch leistungsfähigere Nachfolgeanlage, die "LARGE HADRON COLLIDER (LHC) " projektiert, welche in der bestehenden Tunneltrasse installiert werden soll. Mit Hilfe dieser neu projektierten Beschleunigeranlage sollen vertiefe Erkenntnisse über die Zusammenhänge in der Welt der kleinsten Teilchen gewonnen werden. Um die für die erforderliche Protonenergie von 7 TeV erforderlichen starken Magnetfelder erzeugen zu können, müssen supralei- tende Magnete verwendet werden, die bei einer Betriebstemperatur von 1,9° K arbeiten. Zur Versorgung der bei der in Frage stehenden Anlage 1800 supraleitenden Magneten mit dem als Kühlmittel verwendeten superflüssigen Helium muss im bestehenden Tunnel ein neues Versorgungs-Leitungssystem eingebaut werden, über welches den Magneten das Kühlmittel zugeführt und das erwärmte Kühlmittel zur erneuten Abkühlung abgeführt wird. Insgesamt umfasst das projektierte System für die Versorgung der supraleitenden Magneten mit dem Kühlmedium, d.h. superflüssigem Helium, vier oder fünf als Rohrleitungen ausgeführte Prozessleitungen, die zusammen in einer hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung eingeschlossen sind. Durch die Evakuierung der Hüll-Rohrleitung soll der Wärmetransport zwischen den einzelnen Leitungen so gering wie möglich gehalten werden.World of the European particle research center CERN Geneva, which is also referred to as "LARGE ELEKTRON-POSITRON COLLIDER (LEP)", is an even more powerful follow-up system that projects "LARGE HADRON COLLIDER (LHC)", which is to be installed in the existing tunnel route. With the help of this newly designed accelerator system, in-depth knowledge about the relationships in the world of the smallest particles is to be gained. In order to be able to generate the strong magnetic fields required for the required proton energy of 7 TeV, superconducting magnets must be used which work at an operating temperature of 1.9 ° K. To supply the superconducting magnets in the 1800 plant in question with the super-liquid helium used as a coolant, a new supply line system must be installed in the existing tunnel, via which the coolant is supplied to the magnets and the heated coolant is removed for cooling again. Overall, the planned system for supplying the superconducting magnets with the cooling medium, ie superfluid helium, comprises four or five process lines designed as pipelines, which are enclosed in a highly evacuable envelope pipeline. The evacuation of the envelope pipeline is intended to keep the heat transport between the individual lines as low as possible.

Das gesamte Versorgungs-Leitungssystem der Ringbeschleunigeranlage ist in acht Sektoren unterteilt, die jeweils eine in sich abgeschlossene Versorgungseinheit von Kälteerzeugungsstation bis zum Umkehrmodul und zurück bilden.The entire supply line system of the ring accelerator system is divided into eight sectors, each of which forms a self-contained supply unit from the refrigeration station to the reversing module and back.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches mit einem Thermalschild versehenes Versorgungssystem für die Versorgung der supraleitenden Magnete in Teilchenbeschleunigeranlagen mit dem Kühlmittel zu schaffen, bei welchem nicht nur die bei der extrem niedrigen Betriebstemperatur geforderten kryotechnischen Anforderungen, insbesondere die Abschirmung der Prozessleitungen gegen Umgebungstemperatu- ren im stationären Betrieb erfüllt werden, sondern darüber hinaus auch den bei Anfahrvorgängen oder auch bei Störfällen und dadurch bedingten Temperaturänderungen auftretenden Betriebsbedingungen Rechnung tragen, wobei gleichzeitig ein optimales Tragsystem für die erforderliche Superisolation geschaffen werden soll.The invention has for its object to provide such a supply system provided with a thermal shield for supplying the superconducting magnets in particle accelerator systems with the coolant, in which not only the cryotechnical requirements required at the extremely low operating temperature, in particular the shielding of the process lines against ambient temperature ren in stationary operation, but also take into account the operating conditions that occur during start-up processes or in the event of accidents and the resulting temperature changes, while at the same time creating an optimal support system for the required superinsulation.

Ausgehend von einem Versorgungssystem der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Thermalschild mit einer der Rohrleitungen zu einer integralen Einheit verbunden ist, dass die zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehene Rohrleitung beidseitig integral anschließende streifenförmige Wandungsabschnitte mit bogenförmig gekrümmtem Querschnitt aufweist, welche zusammenge- nommen einen die Rohrleitung nur in einem unteren Teilbereich der zylindrischen Schale umschließenden Wandungsteil des Thermalschilds bilden, und dass der diesen unteren durchgehenden Wandungsteil zur geschlossenen zylindrischen Schale ergänzende Bereich des Thermalschilds von in Längs- richtung aufeinander folgenden, an den freien Rändern des unteren durchgehenden Wandungsteils wärmeleitend angesetzten Schalenabschnitten aus gut wärmeleitendem Material gebildet wird, zwischen denen jeweils bis zum unteren durchgehenden Wandungsteil radial umlaufende Trennfugen vorgese- hen sind. Die Verwendung und Ausgestaltung des^" in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten, seinerseits durch das Kühlmedium gekühlten Thermalschilds dient - neben der Evakuierung der Hüll-Rohrleitung und ggf. weiter vorgesehenen Isolationsmaßnahmen - der Abschirmung der das Kühlmedium führenden Prozess-Rohrleitungen gegen Wärmeaufnahme aus derStarting from a supply system of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the thermal shield is connected to one of the pipelines to form an integral unit, that the pipeline provided for cooling the thermal shield has integrally adjoining strip-shaped wall sections on both sides with an arcuately curved cross section, which join together - Assume that the wall part of the thermal shield enclosing the pipeline only in a lower partial region of the cylindrical shell, and that the region of the thermal shield which supplements this lower continuous wall part to form the closed cylindrical shell from successive in the longitudinal direction on the free edges of the lower continuous wall part shell sections made of heat-conducting material and between which radial separating joints are provided, all the way to the lower continuous wall part are married. The use and configuration of the ^" thermal shield designed in the manner according to the invention, which in turn is cooled by the cooling medium, serves - in addition to the evacuation of the enveloping pipeline and any further insulation measures that are provided - to shield the process pipelines carrying the cooling medium against heat absorption from the

Umgebung durch Wärmestrahlung. Die Kühlung des Thermalschilds im Anfahrbetrieb setzt zunächst im unteren durchgehenden Wandungsteil ein, während die hieran anschließenden, das Thermalschild in Umf ngsrichtung zur zylindrischen Schale ergänzenden Schalenabschnitte erst zeitverzögert durch Wärmeleitung gekühlt werden, bis unter stationären Betriebsbedingungen die Temperaturdifferenzen über den Um- fang des Thermalschilds weitgehend ausgeglichen sind. Der bei Anfahr-Betriebsbedingungen zwangsläufig auftretende Temperaturgradient über den Umfang des Thermalschilds führt zu unterschiedlichen Wärmekontraktionen im unteren durchge- henden Wandungsteil und den oberen Schalenabschnitten. Die Unterteilung des oberen Teils des Thermalschilds in Schalenabschnitte mit Trennfugen hat nun zur Folge, dass eine dementsprechend bogen- oder bananenförmige Verformung, welche ein durchgehendes zylindrisches Thermalschild aufgrund des Temperaturgradienten erfahren würde, minimiert wird, weil die in den dem unteren durchgehenden Wandungsteil gegenüberliegenden Bereichen der Schalenabschnitte erfolgenden stärkeren Wärmekontraktionen aufgrund der entsprechend breit bemessenen Trennfugen sich nicht addieren können.Environment through heat radiation. The cooling of the thermal shield in start-up mode begins in the lower continuous wall part, while the adjoining shell sections, which complement the thermal shield in the circumferential direction to the cylindrical shell, are only cooled by heat conduction until the temperature differences above the circumference are reduced under steady-state operating conditions. beginning of the thermal shield are largely balanced. The temperature gradient over the circumference of the thermal shield, which inevitably occurs during start-up operating conditions, leads to different heat contractions in the lower continuous wall part and the upper shell sections. The subdivision of the upper part of the thermal shield into shell sections with parting lines now has the result that a correspondingly curved or banana-shaped deformation, which a continuous cylindrical thermal shield would experience due to the temperature gradient, is minimized because that in the regions opposite the lower continuous wall part of the Stronger heat contractions occurring in the shell sections cannot add up due to the correspondingly wide separation joints.

Sowohl der untere durchgehende Wandungsteil des Thermalschilds als auch die den unteren durchgehenden Wandungsteil zum zylindrischen Thermalschild ergänzenden Schalenabschnitten sind zur Sicherung einer schnellen Erreichung ei- nes stationären Betriebszustands aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium aus diesem Material hergestellt, wobei der untere durchgehende Wandungsteil zweckmäßig als integrales Strang-Pressprofil ausgebildet ist.Both the lower continuous wall part of the thermal shield and the shell sections supplementing the lower continuous wall part to form the cylindrical thermal shield are made of this material in order to ensure that a steady state of operation is quickly achieved due to the high thermal conductivity of aluminum, the lower continuous wall part expediently as an integral strand -Press profile is formed.

Die Schalenabschnitte sind dann bevorzugt mit den unteren Längsrändern des unteren durchgehenden Wandungsteils verschweißt .The shell sections are then preferably welded to the lower longitudinal edges of the lower continuous wall part.

Als zusätzliche Isolationsmaßnahme empfiehlt es sich, das Thermalschild mit einer mehrlagigen Umhüllung aus biegeweichem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Superisolation zu versehen, d. h. das Thermalschild dient dann auch als Träger für die Superisolation.As an additional insulation measure, it is advisable to provide the thermal shield with a multi-layer covering made of flexible, heat-insulating sheet material as super insulation, i.e. H. the thermal shield then also serves as a carrier for the super insulation.

Darüber hinaus kann es notwendig sein, auch die im Thermalschild verlaufenden Rohrleitungen mit einer mehrlagigen Umhüllung aus biegeweichem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Superisolation zu versehen.In addition, it may be necessary to use a multi-layer sheathing made of flexible, heat-insulating sheet material to run the pipes running in the thermal shield To provide super insulation.

Die innerhalb des Thermalschilds verlaufenden, aus geeigneten Stahllegierungen hergestellten Rohrleitungen werden in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch eine Anzahl von voneinander beabstandeten und auf dem unteren durchgehenden Wandungsteil des Thermalschilds längsverschieblich abgestützten Querscheiben in der vorgegebenen relativen Lage zueinander innerhalb des Thermalschilds gehalten. Durch längsverschiebliche Abstützung dieser Querscheiben werden die unterschiedlichen Wärmedehnungen der für die Rohrleitung einerseits und das Wärmeschild andererseits verwendeten Materialien ausgeglichen.In an advantageous further development of the invention, the pipelines running within the thermal shield and made of suitable steel alloys are held in the predetermined relative position to one another within the thermal shield by a number of spaced-apart transverse disks that are supported on the lower continuous wall part of the thermal shield. The longitudinally displaceable support of these transverse disks compensates for the different thermal expansions of the materials used for the pipeline on the one hand and the heat shield on the other.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Querscheiben dabei durch jeweils wenigstens zwei auf den Innenflächen der integral an der zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehenen Rohrleitungen anschließenden streifenförmigen Wandungsabschnitten des unteren durchgehenden Wandungsteils abgestützten drehbar gelagerte Rollen längsverschieblich im Thermalschild gehalten.In a preferred embodiment of the invention, the transverse disks are held in the thermal shield in a longitudinally displaceable manner by in each case at least two rotatably mounted rollers which are supported on the inner surfaces of the strip-shaped wall sections of the lower continuous wall part which are integrally connected to the pipes provided for cooling the thermal shield.

Der untere durchgehende Wandungsteil seinerseits ist dann im Bereich der Längsränder der integral an die zur Durch- Strömung mit Kühlmittel bestimmte Rohrleitung anschließenden Wandungsabschnitte mit jeweils wenigstens einer nach innen vortretenden durchgehenden Längsrippe zur Längsfüh- rung der an den Querscheiben drehbar gelagerten Rollen versehen. Eine Verdrehung der Querscheibe in ihrer Ebene in- nerhalb des Ther alschildes wird dadurch mit Sicherheit vermieden.The lower continuous wall part in turn is then provided in the region of the longitudinal edges of the wall sections integrally adjoining the pipeline intended for the flow of coolant, each with at least one continuous longitudinal rib projecting inwards for longitudinal guidance of the rollers rotatably mounted on the transverse disks. This will surely prevent the transverse disc from twisting in its plane within the thermal shield.

Da die innerhalb des Thermalschildes verlaufenden Rohrleitungen bei stationären Betriebsbedingungen Kühlmittel un- terschiedlicher Temperatur führen, muss die Möglichkeit des Ausgleichs unterschiedlicher Längenänderungen der Rohrleitungen gegeben sein, was in an sich bekannter Weise durch Einschaltung entsprechender Kompensatoren möglich ist. Im Bereich der Querscheiben wird diesen unterschiedlichen Längenänderungen zweckmäßig dadurch Rechnung getragen, dass zumindest ein Teil der innerhalb des Thermalschilds verlau- fenden Rohrleitungen längsverschieblich in den Querscheiben gehalten ist, wobei eine der Leitungen zweckmäßig fest mit den Querscheiben verbunden ist . Diese fest mit den Querscheiben verbundene Leitung bestimmt die axiale Lageänderung der Querscheiben innerhalb des Thermalschilds, welche durch die längsverschiebliche Halterung der restlichen Rohrleitung nicht behindert wird.Since the pipelines running within the thermal shield carry coolants of different temperatures under steady-state operating conditions, it is necessary to compensate for different changes in length of the pipelines, which is done in a manner known per se Appropriate compensators are possible. In the area of the transverse disks, these different changes in length are expediently taken into account by holding at least some of the pipelines running within the thermal shield in a longitudinally displaceable manner in the transverse disks, one of the lines appropriately being firmly connected to the transverse disks. This line, which is firmly connected to the transverse disks, determines the axial change in position of the transverse disks within the thermal shield, which is not impeded by the longitudinally displaceable mounting of the rest of the pipeline.

Die Querscheiben sind zweckmäßig aus Kunststoff, vorzugsweise glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff, herge- stellt, um Wärmetransport zwischen den innerhalb des Thermalschildes verlaufenden Rohrleitungen über die Querscheiben zu vermeiden.The cross disks are expediently made of plastic, preferably glass or carbon fiber reinforced plastic, in order to avoid heat being transported between the pipes running inside the thermal shield via the cross disks.

Das Thermalschild seinerseits wird in bevorzugter Weiter- bildung der Erfindung durch im erforderlichen Längsabstand und am Umfang versetzt angeordnete Rollen längsverschieblich innerhalb der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung gelagert .For its part, the thermal shield is, in a preferred development of the invention, supported in a longitudinally displaceable manner within the highly-evacuatable sheath pipeline by rollers arranged offset in the required longitudinal distance and on the circumference.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:The invention is explained in more detail in the following description of an embodiment of the invention in conjunction with the drawing, which shows:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Teilabschnitts eines Leitungssystems für die Versorgung der supraleitenden Magnete von Teilchenbeschleunigern mit Flussig-Helium als Kühlmedium in perspektivischer Dar- Stellung; Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Leitungssystem, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;Figure 1 is a schematic view of the structure of a portion of a line system for supplying the superconducting magnets of particle accelerators with liquid helium as a cooling medium in a perspective view. Fig. 2 is a sectional view through the pipe system, seen in the direction of arrows 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Abschnitts des Thermalschilds des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Leitungssystems;3 shows a schematic diagram of a section of the thermal shield of the line system shown in FIGS. 1 and 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht durch das Thermalschild, gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3;Fig. 4 is a sectional view through the thermal shield, seen in the direction of arrows 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht durch das Thermalschild im Bereich der Trennfuge zwischen zwei aufeinander folgenden Schalenabschnitten, gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 3; und5 shows a sectional view through the thermal shield in the region of the parting line between two successive shell sections, viewed in the direction of arrows 5-5 in FIG. 3; and

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des innerhalb des Kreises 6 in Fig. 3 liegenden Bereichs des Thermalschilds in vergrößertem Maßstab .Fig. 6 is an enlarged view of the area of the thermal shield lying within the circle 6 in Fig. 3 on an enlarged scale.

In Fig. 1 ist schematisch ein Abschnitt eines in seiner Ge- samtheit mit 10 bezeichneten AusführungsbeiSpiels eines mit einem in der erfindungsgemäßen Weise ausgestalteten Thermalschild versehenen Leitungssystems gezeigt, wobei die Anordnung und relative Lage der das Kühlmittel innerhalb des als zylindrische Schale ausgeführten Thermalschildes 12 und dessen konzentrische Anordnung innerhalb einer hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung 14 erkennbar sind. Die beim tatsächlich ausgeführten Leitungssystem 10 vorgesehenen Isolierungen des Thermalschilds 12 und der einzelnen Rohrleitungen sind dabei nicht dargestellt.1 schematically shows a section of an exemplary embodiment, designated in its entirety by 10, of a line system provided with a thermal shield designed in the manner according to the invention, the arrangement and relative position of the coolant within the thermal shield 12, which is embodied as a cylindrical shell, and its Concentric arrangement within a highly evacuable envelope pipeline 14 can be seen. The insulation of the thermal shield 12 and the individual pipelines provided in the actually implemented line system 10 are not shown.

Innerhalb des Thermalschildes 12 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel vier voneinander beabstandete Rohrleitun- gen 16, 18, 20 und 22 angeordnet, von denen die Rohrleitungen 16 und 22 die Prozessleitung für die Zuführung des Kühlmittels, d.h. des flüssigen Heliums, zu bzw. die Rückführung des erwärmten Heliums von den supraleitenden Magne- ten dienen, während die untere, in wärmeleitenden Anlage am Thermalschild 12 zu denkende Rohrleitung 20 das Kühlmittel für die Kühlung des Thermalschildes führt. Die schließlich noch dargestellte Rohrleitung 18 ist eine Abführleitung für bei eventuellen Störfällen in den supraleitenden Magneten in gasförmiger Form anfallendes Helium.In the exemplary embodiment shown, four spaced-apart pipelines are located inside the thermal shield 12. gen 16, 18, 20 and 22, of which the pipes 16 and 22 serve the process line for the supply of the coolant, ie the liquid helium, or the return of the heated helium from the superconducting magnets, while the lower, in a thermally conductive system on the thermal shield 12, the pipeline 20 to be thought of carries the coolant for cooling the thermal shield. The pipeline 18, which is finally shown, is a discharge line for helium occurring in the gaseous form in the event of possible malfunctions in the superconducting magnets.

In Fig. 2 ist die Anordnung und Lagerung der Rohrleitungen 16 bis 22 innerhalb des Thermalschilds 12 und dessen Lagerung innerhalb der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung 14 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Lager-Ausgestaltung, welche unterschiedliche Längenänderungen der Rohrleitungen aufgrund von unterschiedlichen Längenänderungen infolge unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen oder auch infolge der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Wärme- dehnungskoeffizienten durch relative Längsverschiebung auszugleichen erlaubt.2 shows the arrangement and storage of the pipelines 16 to 22 within the thermal shield 12 and its storage within the highly evacuable envelope pipeline 14. This is a bearing configuration which allows different changes in length of the pipelines due to different changes in length due to different coolant temperatures or also due to the use of materials with different thermal expansion coefficients to be compensated for by relative longitudinal displacement.

Das Thermalschild 12 ist innerhalb der evakuierbaren Hüll- Rohrleitung 14 durch eine Anzahl von in Längsrichtung von- einander beabstandeten Rollensätze verschieblich gelagert, wobei jeder Rollensatz aus drei in Umfangsrichtung zueinander versetzten, auf der Außenseite des Thermalschilds 12 drehbar gelagerten und auf der Innenfläche der Hüll-Rohrleitung 14 abrollenden Rollen 26 gebildet wird. Die Rohr- leitungen 16, 18 und 22 sind innerhalb des Thermalschilds 12 durch in Längsrichtung voneinander beabstandeten Querscheiben 28 aus glasfaserverstärktem Kunststoff gehaltert, welche ihrerseits durch im unteren Bereich auf der Innenfläche des Thermalschilds 12 abgestützten Rollen 30 längs- verschieblich im Thermalschild 12 gelagert sind. Die Rohrleitungen 16 und 18 sind längsverschieblich in zylindrischen Lagerhülsen 32 bzw. 34 geführt, die ihrerseits durch mit der jeweiligen Querscheibe 28 verschraubte Spannbänder 36 und 38 gehalten sind. Die im Durchmesser größere Abführleitung 22 ist dagegen durch ein mit der Querscheibe 28 verschraubtes Spannband 40 kraftschlüssig verbunden. Die Lage der Querscheiben 28 innerhalb des Thermalschilds 12 wird also durch ihre unverschiebliche Fixierung an der Rohrleitung 22 bestimmt.The thermal shield 12 is displaceably mounted within the evacuable enveloping pipeline 14 by a number of roller sets which are spaced apart in the longitudinal direction, each roller set comprising three circumferentially offset, rotatably mounted on the outside of the thermal shield 12 and on the inner surface of the enveloping Pipeline 14 rolling rollers 26 is formed. The pipes 16, 18 and 22 are held within the thermal shield 12 by longitudinally spaced transverse disks 28 made of glass fiber reinforced plastic, which in turn are supported in the thermal shield 12 by rollers 30 supported in the lower area on the inner surface of the thermal shield 12. The pipes 16 and 18 are longitudinally displaceable in cylindrical bearing sleeves 32 and 34, which in turn through with the respective transverse disc 28 screwed straps 36 and 38 are held. The discharge line 22, which is larger in diameter, is non-positively connected by means of a tensioning strap 40 screwed to the transverse disk 28. The position of the transverse disks 28 within the thermal shield 12 is thus determined by their immovable fixation on the pipeline 22.

In Fig. 2 ist dann noch erkennbar, dass die das Kühlmittel für das Thermalschild 12 führende Rohrleitung 20 integraler Teil eines unteren durchgehenden Wandungsteils 42 des Thermalschilds 12, d.h. nicht in den Querscheiben 28 gelagert ist . Dieser untere durchgehende Wandungsteil 42 des Thermalschilds 12 ist ein Aluminium-Stranggussteil, welches beidseitig integral an der Rohrleitung 20 angesetzte, im Querschnitt bogenförmig gekrümmte Wandungsabschnitte 44 aufweist . Der Radius der Wandungsabschnitte 44 entspricht im Wesentlichen dem Radius des Thermalschilds 12. An den freien Rändern der Wandungsabschnitte 44 des Wandungsteils 42 ist jeweils eine radial nach innen vortretende Längsrippe 46 ausgebildet, welche seitliche Führungen für die zugeordneten, die Querscheiben 28 längsverschieblich lagernden Rollen 30 bilden.In Fig. 2 it can then still be seen that the pipeline 20 carrying the coolant for the thermal shield 12 is an integral part of a lower continuous wall part 42 of the thermal shield 12, i.e. is not stored in the transverse disks 28. This lower continuous wall part 42 of the thermal shield 12 is an extruded aluminum part which has wall sections 44 which are integrally attached to the pipeline 20 on both sides and are curved in cross section. The radius of the wall sections 44 essentially corresponds to the radius of the thermal shield 12. A radially inwardly projecting longitudinal rib 46 is formed on the free edges of the wall sections 44 of the wall part 42, which form lateral guides for the associated rollers 30 which support the transverse disks 28 in a longitudinally displaceable manner ,

Um den unteren durchgehenden Wandungsteil 42 des Thermalschilds 12 zur geschlossenen zylindrischen Schale zu ergänzen, sind an den freien Rändern des Wandungsteils 42 in Längsrichtung aufeinander folgende Schalenabschnitte 48 aus Aluminium angeschweißt, die aber nicht ununterbrochen über die gesamte Länge des Wandungsteils 42 durchlaufen, sondern zwischen denen jeweils bis zum durchgehenden Wandungsteil radial umlaufende Trennfugen 50 (Fig. 3 und 6) ausgebildet sind.In order to complement the lower continuous wall part 42 of the thermal shield 12 to form a closed cylindrical shell, successive shell sections 48 made of aluminum are welded to the free edges of the wall part 42 in the longitudinal direction, but do not run continuously over the entire length of the wall part 42, but between them Radially circumferential parting lines 50 (FIGS. 3 and 6) are each formed up to the continuous wall part.

In den Figuren 3 bis 6 ist das Thermalschild 12 noch - wenn auch in schematisierter und vereinfachter Form - gesondert dargestellt. Insbesondere ist erkennbar, dass die den unte- L co to H o in o o LΠIn Figures 3 to 6, the thermal shield 12 is still shown separately - albeit in a schematic and simplified form. In particular, it can be seen that the L co to H o in oo LΠ

D-D-

ΦΦ

K.K.

H-

PP

P φP φ

H trH tr

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P^J P ^J

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H- b-¹ α.H- b- ¹ α.

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0 fT0 fT

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ΦΦ

H-

H-

tungen ebenso wie auf die konstruktive Verwirklichung der längsverschieblichen Lagerung der Rohrleitungen in denas well as the constructive realization of the longitudinally displaceable mounting of the pipelines in the

Querscheiben 28, der Querscheiben 28 im Thermalschild 12 und/oder des Thermalschilds 12 in der Hüll-Rohrleitung 14 beziehen. Obtain cross disks 28, the cross disks 28 in the thermal shield 12 and / or the thermal shield 12 in the enveloping pipeline 14.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims

1. Thermalschild für Flüssig-Helium-Versorgungssysteme, insbesondere in Leitungssystemen (10) für die Versorgung der zur Erzeugung von Magnetfeldern der erforderlichen Stärke in Teilchenbeschleunigeranlagen erforderlichen supraleitenden Magnete mit Kühlmedium, welches innerhalb einer sie umschließenden hochevakuierbaren Hüll -Rohrleitung (14) eine Anzahl von gesonderten Rohrleitungen (16; 22) für die Zufuhr von Kühlmedium zu den und die Abfuhr von demgegenüber erwärmtem Kühlmedium von den supraleitenden Magneten und weitere von Kühlmedium durchströmte Rohrleitungen (20; 18) aufweist, welche innerhalb des sie im Wesentlichen über ihre gesamte Länge umschließenden als zylindrische1.Thermal shield for liquid helium supply systems, in particular in line systems (10) for supplying the superconducting magnets required for generating magnetic fields of the required strength in particle accelerator systems with cooling medium, which has a number of them within a high-vacuum hose (14) surrounding them has separate pipelines (16; 22) for the supply of cooling medium to and the removal of the cooling medium heated against it by the superconducting magnets and further pipelines (20; 18) through which cooling medium flows, which within the enclosing them essentially over their entire length as cylindrical

Schale ausgebildeten und im Wesentlichen konzentrisch mit Abstand von der inneren Wandfläche der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitung (14) gehalterten Thermalschilds (12) aus gut wärmeleitendem Material angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Thermalschild (12) mit einer der von Kühlmedium durchströmten Rohrleitungen (Rohrleitung 20) zu einer integralen Einheit verbunden ist, dass die zur Kühlung des Thermalschilds vorgesehene Rohr- leitung (20) beidseitig integral anschließende^' streifenför- mige Wandungsabschnitte (44) mit bogenförmig gekrümmtem Querschnitt aufweist, welche zusammengenommen einen die Rohrleitungen (16; 18; 22) nur in einem unteren Teilbereich der zylindrischen Schale umschließenden durchgehenden Wan- dungsteil (42) des Thermalschilds bilden, und dass der diesen unteren durchgehenden Wandungsteil (42) zur geschlossenen zylindrischen Schale ergänzende Bereich des Thermalschilds (12) von in Längsrichtung aufeinander folgenden, an den freien Rändern des unteren durchgehenden Wandungsteils (42) wärmeleitend angesetzten Schalenabschnitten (48) aus gut wärmeleitendem Material gebildet wird, zwischen denen jeweils bis zum unteren durchgehenden Wandungsteil (42) radial umlaufende Trennfugen (50) vorgesehen sind.Shell-shaped thermal shields (12) made of a good heat-conducting material and arranged essentially concentrically at a distance from the inner wall surface of the highly evacuable enveloping pipeline (14), characterized in that the thermal shield (12) is connected to one of the pipelines through which cooling medium flows (pipeline 20 is) connected into an integral unit that is provided for cooling the thermal shield pipework (20) on both sides integrally subsequent ^{'strip--shaped} wall sections (44) having arcuately curved cross-section, which, taken together, the pipes (16; 18; 22) form only in a lower part of the cylindrical shell continuous wall part (42) of the thermal shield, and that the lower continuous wall part (42) complementary to the closed cylindrical shell region of the thermal shield (12) from successive in the longitudinal direction to the free margins n of the lower continuous wall part (42) of heat-conducting shell sections (48) is formed from a good heat-conducting material, between each of which up to the lower continuous Wall part (42) radially circumferential parting lines (50) are provided.

2. Thermalschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere durchgehende Wandungsteil (42) des Thermalschilds (12) ein integrales Strangpressprofil aus Aluminium ist .2. Thermal shield according to claim 1, characterized in that the lower continuous wall part (42) of the thermal shield (12) is an integral extruded profile made of aluminum.

3. Thermalschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den unteren durchgehenden Wandungsteil (42) zum zylindrischen Thermalschild (12) ergänzenden Schalenabschnitte (48) aus Aluminium hergestellt und mit den Längsrändern des unteren durchgehenden Wandungsteils (42) verschweißt sind.3. Thermal shield according to claim 2, characterized in that the lower continuous wall part (42) to the cylindrical thermal shield (12) supplementary shell sections (48) made of aluminum and are welded to the longitudinal edges of the lower continuous wall part (42).

4. Thermalschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermalschild (12) mit einer mehrlagigen Umhüllung aus biegeweichem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Superisolation versehen ist.4. Thermal shield according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thermal shield (12) is provided with a multi-layer covering made of flexible, heat-insulating sheet material as super insulation.

5. Thermalschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Thermalschild (12) verlaufenden Rohrleitungen (16; 18; 22) mit einer mehrlagigen Umhüllung aus biegeweichem wärmeisolierendem Bahnmaterial als Super- isolation versehen sind.5. Thermal shield according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pipes (16; 18; 22) running in the thermal shield (12) are provided with a multi-layer covering made of flexible, heat-insulating sheet material as super-insulation.

6. Thermalschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des Thermalschilds (12) verlaufenden Rohrleitungen (16; 18; 22) durch eine Anzahl von voneinander beabstandeten und auf dem unteren durchgehenden Wandungsteil (42) des Thermalschilds (12) längsverschieblich abgestützten Querscheiben (28) in der vorgegebenen relativen Lage zueinander innerhalb des Thermalschilds (12) gehalten sind.6. Thermal shield according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pipes (16; 18; 22) running within the thermal shield (12) through a number of spaced apart and on the lower continuous wall part (42) of the thermal shield (12 ) longitudinally displaceably supported transverse disks (28) are held in the predetermined relative position to one another within the thermal shield (12).

7. Thermalschild nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querscheiben (28) durch jeweils wenigstens zwei auf den Innenflächen der integral an der zur Kühlung des Thermalschilds (12) vorgesehenen Rohrleitung (20) anschließenden streifenförmigen Wandungsabschnitten (44) des unteren durchgehenden Wandungsteils (42) abgestützte drehbar gelagerte Rollen (30) längsverschieblich im Thermalschild (12) gehalten sind.7. Thermal shield according to claim 6, characterized in that the transverse disks (28) by at least two on the inner surfaces of the strip-shaped wall sections (44) of the lower continuous wall part (42), which are integrally supported on the pipeline (20) provided for cooling the thermal shield (12), rotatably supported rollers (30) are held longitudinally displaceably in the thermal shield (12).

8. Thermalschild nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der untere durchgehende Wandungsteil (42) im Bereich der Längsränder der integral an die zur Durchströmung mit Kühlmittel bestimmte Rohrleitung (20) anschließenden Wandungsabschnitte (44) mit jeweils wenigstens einer radial nach innen vortretenden durchgehenden Längsrippe (46) zur Längsführung der an den Querscheiben (28) drehbar gelager- ten Rollen (30) versehen ist.8. Thermal shield according to claim 7, characterized in that the lower continuous wall part (42) in the region of the longitudinal edges of the wall sections (44) integrally adjoining the pipe (20) intended for flow through with coolant, each with at least one radially inwardly projecting continuous longitudinal rib (46) for the longitudinal guidance of the rollers (30) rotatably mounted on the transverse disks (28).

9. Thermalschild nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der innerhalb des Thermalschilds (12) verlaufenden Rohrleitungen (16; 18) längsverschieblich in den Querscheiben (28) gehalten ist.9. Thermal shield according to one of claims 6 to 8, characterized in that at least a part of the pipes (16; 18) running within the thermal shield (12) is held in the transverse disks (28) so as to be longitudinally displaceable.

10. Thermalschild nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der innerhalb des Thermalschilds (12) verlaufenden Leitungen (22) fest mit den Querscheiben (28) verbunden ist.10. Thermal shield according to claim 9, characterized in that one of the lines (22) extending within the thermal shield (12) is fixedly connected to the transverse disks (28).

11. Thermalschild nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querscheiben (28) aus Kunststoff, vorzugsweise glas- oder kohlefaserverstärktem Kunst- Stoff hergestellt sind.11. Thermal shield according to one of claims 6 to 10, characterized in that the transverse disks (28) are made of plastic, preferably glass or carbon fiber reinforced plastic.

12. Thermalschild nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermalschild (12) durch im erforderlichen Längsabstand und am Umfang zueinander ver- setzt angeordnete Rollen (26) längsverschieblich innerhalb der hochevakuierbaren Hüll-Rohrleitungen (14) gelagert ist. 12. Thermal shield according to one of claims 1 to 11, characterized in that the thermal shield (12) is mounted so as to be longitudinally displaceable within the highly evacuable sheath pipelines (14) by means of rollers (26) which are arranged offset from one another at the required longitudinal distance and on the circumference.