CH622850A5

CH622850A5 -

Info

Publication number: CH622850A5
Application number: CH1012177A
Authority: CH
Inventors: Emil Baechli
Original assignee: Emil Baechli
Priority date: 1977-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2400601A1; FR2400601B1; US4153103A; DE2833231A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumbehälter, insbesondere zur Langzeit-Wärmespeicherung, bestehend aus einem äusseren Druckmantel, einem Innenmantel und einem evakuierten Zwischenraum.

Um Wärme über längere Zeitspannen hinweg zu speichern, wurden bislang verschiedene Systeme verwendet. So wurden im Hinblick auf die Verwendung von Sonnenenergie die Probleme der Wärmespeicherung, insbesondere Langzeit-Wärme-speicherung immer aktueller, da gerade in Jahreszeiten, in welchen die Wärme am notwendigsten ist, beispielsweise im Winter, die Sonneneinstrahlung nicht immer zur Verfügung steht. Es sind daher bislang verschiedene Systeme zur Anwendung gekommen, beispielsweise unter Verwendung von unterirdischen Speicheranlagen. So wurden Kavernen verwendet, und zwar in verschiedener Weise, entweder dass die bestehende Kaverne nach oben hin abgedichtet wurde und mit Zuleitungen versehen worden ist, oder dass in derartigen Kavernen Ausmauerungen oder Auskleidungen aus Metall eingebracht wurden. Derartige Anlagen sind jedoch recht aufwendig und nur dort zu verwenden, wo die Bodenverhältnisse ohne zusätzliche umfangreiche Baumassnahmen es gestatten.

Eine weitere Möglichkeit wurde in der Verwendung der Vakuum-Technik gesehen. Unter Verwendung dieser Technik ist es möglich, hohe Isolationswerte zu erreichen, wie sie unter anderen Bedingungen nicht einmal durch sehr dicke Schichten von Isolationsmaterialien erzielt werden können.

Um derartig hervorragende Isolationswerte zu erzielen, sind Vakuumbehälter erforderlich. Diese werden bislang aus Stahl oder Materialien hergestellt, welche keine Porosität aufweisen und vorzugsweise aus Edelstahl bestehen. Derartige Vakuumbehälter müssen natürlich eine sehr grosse Wandstärke aufweisen, damit sie durch den atmosphärischen Aussendruck nicht zusammengedrückt werden. Durch die konstruktiven Aufwendungen und die hohen Materialkosten sind derartige Behälter sowohl für Gross-Speicheranlagen, als auch für kleinere Wärmespeicheranlagen, beispielsweise für Wohnhäuser, zu aufwendig und teuer.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen isolierten Behälter zur Langzeit-Wärmespeicherung zu schaffen, welcher einfach im Aufbau und kostengünstig herstellbar ist und welcher sehr geringe Wärmeverluste aufweist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der aussenliegende Druckmantel eine äussere Druckschicht, einen an derselben anliegenden inneren Metallüberzug und an demselben angeordnete, in der Druckschicht verankerte Abstützungen umfasst, und dass der Innenmantel im Abstand zum inneren Metallüberzug angeordnet ist.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist insbesondere darin zu erblicken, dass die äussere Wandung der Druckschicht aus Beton besteht, welche im Formverfahren einfach herstellbar ist und den örtlichen Verhältnissen leicht angepasst werden kann. Der auf die Druckschicht aus Beton anliegende Metallüberzug, welcher gleichzeitig die gasdichte Schicht darstellt, kann vorzugsweise aus Stahl- oder Chromstahlblech bestehen und wird mit der Druckschicht durch Bolzen verbunden, so dass eine innige Verbindung zwischen dieser und dem Metallüberzug besteht. Es besteht jedoch die Möglichkeit, den Metallüberzug ebenfalls durch entsprechende Klebeverfahren auf die äussere Druclcschicht aufzukleben. Durch die innige Verbindung des Metallüberzuges mit der Druckschicht wird erreicht, dass der gesamte atmosphärische Aussendruck auf den Vakuumkessel, welcher etwa 10 Tonnen pro m2 der Druckschicht beträgt, von dieser aufgenommen wird, während die innere Schicht, d.h. der Metallüberzug lediglich die Aufgabe hat, den Innenraum abzudichten.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist zwischen der Druckschicht und dem Innenmantel wärme-reflektierende Schicht vorgesehen. Eine derartige Ausbildung ermöglicht auf einfache Weise eine zusätzliche Wärmeisolierung und verhindert eine Abstrahlung der gespeicherten Wärme aus dem Innenraum. Ferner ist es möglich, an der zwischen der Druckschicht und dem Innenmantel vorgesehenen wärme-reflektierenden Schicht flüssigkeitsführende Rohrschlangen zur Abfuhr von Strahlungswärme vorzusehen.

Dadurch ist es möglich, eventuelle Verlustwärme, welche nach aussen abgestrahlt wird, über die flüssigkeitsführenden Rohrschlangen ebenfalls zu verwerten.

Ausserdem ist es vorteilhaft, als Verankerungen zwischen dem Metallüberzug und dem Druckmantel vorgeformten Armierungsstahl vorzusehen und zur Festigkeitserhöhung den Metallüberzug zu profilieren.

Die Verwendung von vorgeformtem Armierungsstahl als Verankerung zwischen dem inneren Metallüberzug und dem äusseren Druckmantel wird sich überall dort empfehlen, wo es sich tun grössere Behälter handelt, da der vorgeformte Armierungsstahl auf die Aussenoberfläche des Metallüberzuges gelegt werden kann und mit Punktschweissmaschinen mit dem Metallüberzug leicht verschweissbar ist.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen der äusseren Druckschicht und dem Metallüberzug eine Isoherschicht als Wärmeableitungsschutz vorgesehen wird, und dass als Hilfsmittel zum Transport über die gesamte Länge des fertigen Druckbehälters gleichmässig verteilte Armierungen mit Aufhängepunkten vorgesehen sind.

Die Isoherschicht zwischen der Druckschicht und dem Metallüberzug bewirkt, dass beim Ausheizen des Metallüber2

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zuges im Falle einer erforderlichen Entgasung desselben keine Wärme an die Druckschicht gelangt.

Die Anordnungen von Armierungen über die gesamte Länge des Behälters wird sich überall dort empfehlen, wo der Behälter vorfabriziert wird und zum Bestimmungsort transportiert werden muss. Bei der Anordnung der Armierungen kann darauf Rücksicht genommen werden, ob der Behälter in horizontaler oder senkrechter Lage transportiert bzw. aufgestellt werden soll.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Form dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Langzeit-Wärmespeicher,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Wärmespeichers mit angeordneten Rohrschlangen,

Fig. 3 einen Wärmespeicher mit Reflektorfolien mit unten liegender Öffnung,

Fig. 4, 5, 6 und 7 Detaildarstellungen der Druckmantelausbildungen des Behälters,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Behälters, mit daran ringförmig angeordneten Armierungen.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen worden.

Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine äussere Druckschicht bezeichnet, welche vorzugsweise aus Beton hergestellt ist, und an deren Innenseite ein dicht an diese anliegender Metallüberzug 2, vorzugsweise aus Stahl- oder Chromstahl mittels in der Druckschicht 1 verankerten Abstützungen angeordnet ist.

Im Abstand zum Metallüberzug 2 ist ein Innenmantel 4 angeordnet, welcher aus einem druckfesten Material gebildet wird. Zwischen dem Innenmantel 4 und dem Metallüberzug 2 ist ein evakuierter Raum 5 vorgesehen. Die Druckschicht 1 mit dem Metallüberzug 2 und dem Innenmantel 4 bilden somit einen umschlossenen Behälterraum 6, welcher eine Öffnung 7 aufweist, die mit einem dicht anliegenden verschraubbaren Deckel 8 verschliessbar ist. Der Metallüberzug 2 und der Innenmantel 4 sind vorzugsweise an der Öffnung 7 des Behälterraumes 6 miteinander dicht verbunden, vorzugsweise miteinander verschweisst, damit im evakuierten Raum 5 ein Vakuum erhalten bleibt. Zum Einfüllen von Speichermedium ist ein Einfüllrohr 9, sowie zur Entnahme des Speichermediums ein Entnahmerohr 10 im Deckel 8 vorgesehen. Dabei ist es ohne weiteres möglich, die Einspeisung und/oder Entnahme über ausserhalb des Wärmespeichers angeordnete (nicht dargestellte) Umschaltventile vorzusehen.

Der in der Fig. 2 dargestellte Behälter ist analog zum Behälter gemäss der Fig. 1 ausgebildet, jedoch sind zwischen dem Metallüberzug 2 und dem Innenmantel 4 flüssigkeitsführende Rohrschlangen 11 vorgesehen, welche zusätzlich noch von einer wärme-reflektierenden Schicht 12 überdeckt sind. Die flüssigkeitsführenden Rohrschlangen 11, zusammen mit der wärme-reflektierenden Schicht 12 ermöglichen eine Wärme-ausnützung bzw. Wärmeabfuhr von Restwärme, welche durch den Innenmantel 4 in den evakuierten Raum 5 eindringt. Dabei ist es möglich, die flüssigkeitsführenden Rohrschlangen 11 mit dem Einfüllrohr 9 über ein (nicht dargestelltes) Ventil so zu verbinden, dass die in den flüssigkeitsführenden Rohrschlangen 11 befindliche angewärmte Flüssigkeit in den Wärmekreislauf des Speichermediums eingeleitet wird.

Der in der Fig. 3 dargestellte Behälter ist ebenfalls analog zu den Fig. 1 und 2 ausgebildet, jedoch befindet sich die Öffnung 7 an der Unterseite des Behälters. Zwischen dem Innenmantel 4 und dem Metallüberzug 2 ist eine wärmereflektierende Folie 13, vorzugsweise eine Aluminiumfolie oder ein an sich bekanntes Material vorgesehen.

In den Fig. 4, 5, 6 und 7 sind Ausbildungen der Druckschicht 1 dargestellt, und zwar mit dem daran dichtend befestigten Metallüberzug 2. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, ist die Druckschicht 1, welche vorzugsweise aus Beton besteht, an der der Behälter-Innenseite zugekehrten Fläche mit dem Metallüberzug 2 überzogen, und zwar derart, dass der Metallüberzug

2 eng mit dem Beton verbunden ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass am Metallüberzug 2 die Verankerungen

3 angeschweisst sind und im Material der Druckschicht 1, beispielsweise im Beton eingegossen werden. In der Ausbildung gemäss der Fig. 5 ist zwischen der Druckschicht 1 und dem Metallüberzug 2 eine zusätzliche Isolierschicht 14 vorgesehen, welche vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material besteht, wodurch die Druckschicht beim Ausheizen zur Evakuierung vor Wärmeableitung geschützt wird. Eine weitere mögliche Ausbildungsform der Druckschicht 1 mit dem Metallüberzug 2 und den Verankerungen 3 ist aus der Fig. 6 ersichtlich. In dieser Ausbildungsform sind die Verankerungen 3 vorzugsweise aus Betoneisen, welches zickzackför-mig vorgeformt wird, hergestellt, wobei die nach der Behälterseite zeigenden Stellen mittels Schweisspunkten 15 am Metallüberzug 2 befestigt sind. Um bei den Behältern mit geringeren Wandstärken auszukommen, ist es angebracht, die Ausbildung der Druckschicht 1 und des Metallüberzuges 2 gemäss der Darstellung in Fig. 7 zu gestalten. Hier ist der Metallüberzug profiliert ausgebildet, wobei die Verankerungen 3 ebenfalls am Metallüberzug 2, vorzugsweise an den nach aussen zeigenden Profilstellen befestigt sind.

Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Aussenansicht des isolierten Behälters, an welchem als Hilfsmittel zum Transport des fertigen Druckbehälters über dessen gesamte Länge gleichmässig verteilte Armierungen 16 mit (nicht dargestellten) Aufhängepunkten vorgesehen sind. Dabei werden vorteilhafterweise die Armierungen von einer Betonschicht überdeckt, und lediglich die vorzugsweise als Ösen ausgebildeten Aufhängepunkte ragen aus der Oberfläche hervor.

Die Armierungen 16 werden an der Innenoberfläche ebenfalls am Metallüberzug 2 verschweisst, beispielsweise mittels Punktschweissung.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung gegenüber den bekannten Vakuumbehältern ist insbesondere in der einfachen und billigen Herstellungsweise derartiger Behälter zu sehen. Gerade an solchen Orten, wo solche Behälter stationär verwendet werden, wird sich die erfindungsgemässe Ausbildung überall anbieten.

Weiterhin ist es möglich, bei besonders grossen Ausbildungen von Vakuumbehältern den Innenmantel gegenüber dem Druckmantel mit Abstützungen und/oder Aufhängungen zu versehen.

Bei Wärmespeicheranlagen empfiehlt es sich, derartige Abstützungen mit flüssigkeitsführenden Rohrschlangen zu versehen, um eventuell auftretende Ableitwärme auszunützen.

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4 Blatt Zeichnungen

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622 850 PATENTANSPRÜCHE

1. Vakuumbehälter, insbesondere zur Langzeit-Wärmespei-cherung, bestehend aus einem äusseren Druckmantel, einem Innenmantel (4) und einem evakuierten Zwischenraum (5), dadurch gekennzeichnet, dass der aussenliegende Druckmantel eine äussere Druckschicht (1), einen an derselben anliegenden inneren Metallüberzug (2) und an demselben angeordnete, in der Druckschicht (1) verankerte AbStützungen (3) umfasst, und dass der Innenmantel (4) im Abstand zum inneren Metallüberzug angeordnet ist.

2. Vakuumbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckschicht (1) und dem Innenmantel (4) eine wärmereflektierende Schicht (12) vorgesehen ist.

3. Vakuumbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der wärmereflektierenden Schicht (12) flüssigkeitsführende Rohrschlangen (11) zur Abfuhr von Strahlungswärme vorgesehen sind.

4. Vakuumbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verankerungen (3) des Metallüberzuges (2) in der äusseren Druckschicht (1) vorgeformter Armierungsstahl vorgesehen ist.

5. Vakuumbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festigkeitserhöhung und zur Erhöhung gegen Zugbeanspruchung der Oberflächen der Metallüberzug (2) profiliert ist.

6. Vakuumbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äusseren Druckschicht (1) und dem Metallüberzug (2) eine Isolierschicht (14) als Wärmeableitungsschutz vorgesehen ist.

7. Vakuumbehälter nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsmittel zum Transport über die gesamte Länge des fertigen Druckbehälters gleichmässig verteilte Armierungen (16) mit Aufhängepunkten vorgesehen sind.