DE10034816A1 - Double-walled, evacuated container, for use e.g. as heat shield for fuel cells, has integral load-bearing components consisting of profiles filled with insulating support material - Google Patents

Double-walled, evacuated container, for use e.g. as heat shield for fuel cells, has integral load-bearing components consisting of profiles filled with insulating support material

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
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Abstract

The double-walled, evacuated container (1, 6) has integral load-bearing components. These consist of profiles (3) filled with insulating support material (4).

Description

Vakuumisolierte Gehäuse für Speicher oder als Hitzeschutzbehälter z. B. für Brennstoffzellen sind unter anderem aus DE 198 03 908 A1, DE 196 48 305 A1 oder DE 38 43 907 A1 bekannt. Die dort verwendeten "gestützten Vakuumisolations-Systeme" zeichnen sich einerseits durch hervorragende Isoliereigenschaften aus und sind andererseits in der Lage Druckbelastungen bis zu 8 bar (abhängig vom verwendeten Aufbau) aufzunehmen. Im evakuierten Zustand weisen derartige Aufbauten eine hohe Biegesteifigkeit auf, wie dies auch von Sandwich-Strukturen bekannt ist. In der praktischen Anwendung ist man jedoch darauf angewiesen, mögliche Krafteinleitungen in die Isolierung großflächig vorzunehmen.Vacuum insulated housing for storage or as a heat protection container e.g. B. for Fuel cells are, inter alia, from DE 198 03 908 A1, DE 196 48 305 A1 or DE 38 43 907 A1 known. The "supported" used there Vacuum insulation systems "are characterized on the one hand by excellent Isolation properties and on the other hand are able to withstand pressure loads up to 8 bar (depending on the structure used). In the evacuated Such structures have a high degree of bending stiffness, as does this of sandwich structures is known. One is in practical use however, relies on possible force transmission into the insulation large-scale.

Da aus Gewichtsgründen (insbesondere bei Systemen für den mobilen Einsatz) in der Regel sehr dünne Hüllmaterialien zum Aufbau der vakuumdichten Ummantelung verwendet werden, besteht bei bekannten Systemen jedoch die grundsätzliche Schwierigkeit Zug- und/oder Schubkräfte in derartige Isolierhüllen einzuleiten bzw. auf außen liegende Befestigungs-Elemente zu übertragen. Gerade bei Systemen für den Automotivbereich besteht aber häufig die Forderung Gewichts- und Beschleunigungskräfte der zu isolierenden Elemente (z. B. Brennstoffzellen) über die Isolierhülle abzufangen oder in entsprechende Fahrzeugstrukturen einzuleiten.Because of weight reasons (especially for systems for mobile use) in usually very thin wrapping materials to build the vacuum-tight Sheathing is used, however, in known systems fundamental difficulty tensile and / or shear forces in such insulating sleeves initiate or transfer to external fasteners. However, this is often the case with systems for the automotive sector Demand weight and acceleration forces of the elements to be insulated (e.g. fuel cells) over the insulating sleeve or in corresponding Initiate vehicle structures.

Zusätzliche Schwierigkeiten sind bekannt, wenn z. B. aufgrund von Leckagen in der Isolationshülle das Isolationsvakuum zusammenbricht; die dann sehr labile (weil dünnwandige) Ummantelung kann keine Kräfte mehr aufnehmen.Additional difficulties are known when e.g. B. due to leakage in the insulation envelope breaks down the insulation vacuum; then very unstable (because thin-walled) sheathing can no longer absorb forces.

Der Einbau bekannter Tragstrukturen mit hohem Lastaufnahmevermögen, z. B. metallische Stege, die zwischen Innen- und Außenmantel eingeschweißt sind, ist nicht möglich, weil derartige Elemente als Wärmebrücken anzusehen sind und die Dämmeigenschaften des Gesamtgehäuses dadurch erheblich verschlechtert werden.The installation of known support structures with high load capacity, e.g. B. metallic webs, which are welded between the inner and outer jacket not possible because such elements are to be regarded as thermal bridges and the Insulation properties of the entire housing deteriorated considerably as a result become.

Aufgabe der dargestellten Erfindung ist es, beliebige Kräfte so in die Isolierhülle einzuleiten, dass die Isoliereigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Diese Aufgabe wird durch die nach Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. The object of the invention shown is so any forces in the insulating sleeve initiate that the insulation properties are not impaired. This The object is achieved by the features specified in claim 1. The Subclaims contain further developments and refinements of the invention.  

Technische Untersuchungen haben gezeigt, dass durch die Kombination spezieller Stützmaterialien (4) mit mechanisch hochbelastbaren Strukturen - z. B. Profilleisten (3) - Kräfte und Momente übertragen werden können, ohne dass unzulässige Wärmebrücken entstehen.Technical studies have shown that the combination of special support materials ( 4 ) with mechanically heavy-duty structures - e.g. B. Profile strips ( 3 ) - Forces and moments can be transmitted without creating unacceptable thermal bridges.

Die in solchen Vakuumisolierungen standardmäßig verwendeten Füll- bzw. Stützmaterialien (5) sind so ausgelegt, dass sie Druckbelastungen von in der Regel 1 bar - in Ausnahmefällen bis zu 8 bar - aufnehmen können. Wie Versuche gezeigt haben, ist es möglich z. B. mineralische Fasern und/ oder Pulver durch höhere Verdichtung so aufzuarbeiten, dass hohe, örtliche Druck- und Schubkräfte aufgenommen werden können. Durch entsprechende Ausgestaltung der lasteinleitenden Komponenten - z. B. ineinander greifende Profile (3) - wird zudem erreicht, dass im isolierenden Stützmaterial (4) vorzugsweise Druckbelastungen auftreten.The filling or supporting materials ( 5 ) used as standard in such vacuum insulation are designed so that they can generally withstand pressure loads of 1 bar - in exceptional cases up to 8 bar. As experiments have shown, it is possible e.g. B. mineral fibers and / or powder by higher compression so that high local pressure and shear forces can be absorbed. By appropriate design of the load-introducing components - z. B. interlocking profiles ( 3 ) - is also achieved that preferably occur in the insulating support material ( 4 ) pressure loads.

Die verwendeten Tragstrukturen/Profile (3) werden in der Regel eine unzulässig hohe Festkörperwärmeleitung aufweisen; es ist daher darauf zu achten, dass sich die verwendeten Elemente unter keinen Umständen berühren und so zur Bildung von Wärmebrücken führen. Der wirksamen wärmetechnischen Entkopplung der Profile dienen die vorgenannten speziellen Stützmaterialien (4).The supporting structures / profiles ( 3 ) used will generally have an impermissibly high solid-state heat conduction; It must therefore be ensured that the elements used do not touch under any circumstances and thus lead to the formation of thermal bridges. The above-mentioned special support materials ( 4 ) are used for effective thermal decoupling of the profiles.

Bei in sich geschlossenen Isolierbehältern kann das beschriebene Lastauf­ nahmeelement (wie in Fig. 1 dargestellt) als umlaufender Ring oder Rahmen ausgebildet sein, wodurch sich die Belastbarkeit nochmals deutlich erhöht.With self-contained insulated containers, the load-receiving element described (as shown in FIG. 1) can be designed as a circumferential ring or frame, which significantly increases the load-bearing capacity again.

Am inneren und/oder äußeren Tragprofil können Befestigungselemente - z. B. Schweißbolzen (7) - angebracht werden, die der Lasteinleitung in das eigentliche Tragelement dienen.Fastening elements - e.g. B. welding studs ( 7 ) - are attached, which serve to initiate the load in the actual support element.

Als weitere Möglichkeit der Krafteinleitung ist die Verwendung von formschlüssigen Elementen gegeben (Fig. 2; Pos. 7)Another possibility of applying force is the use of form-fitting elements ( Fig. 2; Item 7)

Bei sehr dünnen Vakuumisolierungen kann die erforderliche Bauhöhe des Tragelementes die Isolationsdicke überschreiten; in diesen Fällen muß die Tragstruktur nach innen oder außen - wie in Fig. 1 dargestellt - über die Kontur des Isolierbehälters hinausgebaut werden.In the case of very thin vacuum insulation, the required overall height of the support element can exceed the insulation thickness; in these cases, the support structure must be built inwards or outwards - as shown in Fig. 1 - beyond the contour of the insulating container.

Mit solchen Elementen können entsprechend den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Stützmaterials Zug-/Druck- und Schubkräfte sowie Momente aufgenommen werden - dies gilt auch für den Fall, dass das Isolationsvakuum zusammenbricht.With such elements can according to the mechanical properties of the support material used tensile / compressive and shear forces as well as moments be included - this also applies in the event that the insulation vacuum collapses.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Tragelementes ist in Fig. 2 dargestellt. Wegen der hier nicht gegebenen Verzahnung der Profilstrukturen ermöglicht diese Ausführungsform lediglich die Aufnahme von Schubkräften Another possible embodiment of the support element is shown in Fig. 2. Because of the toothing of the profile structures not given here, this embodiment only enables the absorption of thrust forces

Fig. 1 zeigt als Schnitt durch die Wandung einer gestützten Vakuumisolation und den Aufbau sowie die Wirkungsweise eines Lastaufnahmeelementes gemäß Anspruch 1. Die Komponenten sind im einzelnen wie folgt bezeichnet: 1 vakuumdichte Außenhülle der Isolierung
2 vakuumdichte Verbindung zwischen Hüllmaterial und Tragprofil
3 ineinandergreifende Tragprofile
4 Stützmaterial mit hoher Tragfähigkeit
5 Standardmäßig verwendetes Stützmaterial
6 Innere, vakuumdichte Hülle
7 Befestigungselement für Lasten
 Fig. 1 shows a section through the wall of a supported vacuum insulation and the structure and operation of a load-bearing element according to claim 1. The components are designated in detail as follows: 1 vacuum-tight outer shell of the insulation
2 vacuum-tight connection between casing material and support profile
3 interlocking support profiles
4 Support material with high load-bearing capacity
5 Support material used as standard
6 Inner, vacuum-tight cover
7 fastener for loads

In Fig. 2 ist ein vereinfachter Aufbau dargestellt, der jedoch lediglich die Übertragung von Schubkräften zulässt.In FIG. 2 a simplified configuration is shown, but which allows only the transmission of thrust forces.

Claims (11)

1. Doppelwandiges Isoliergehäuse mit ausgefülltem, evakuiertem Zwischenraum dadurch gekennzeichnet, dass bereichsweise ein oder mehrere Lastauf­ nahmeelemente in die Isolierhülle integriert sind.1. Double-walled insulating housing with filled, evacuated space, characterized in that areas or one or more load-bearing elements are integrated in the insulating sleeve. 2. Isoliergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastaufnahmeelement aus ineinander greifenden Profilen sowie diese Profile separierende Stützmaterialien mit wärmedämmender Funktion aufgebaut ist.2. Insulating housing according to claim 1, characterized in that the Load-bearing element made of interlocking profiles as well as these profiles separating support materials with a heat-insulating function is constructed. 3. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus hochverdichteter Mikroglasfaser ohne Bindemittel bestehen - vorzugsweise mit einer Dichte von mehr als 0,38 g/cm3.3. Insulating housing according to claim 1 and 2, characterized in that the separating support materials consist of highly compressed microglass fiber without binders - preferably with a density of more than 0.38 g / cm 3 . 4. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus hochverdichteten Pulvermischungen - vorzugsweise pürogener Kieselsäure - bestehen, die auf eine Dichte von mehr als 0,3 g/cm3 verpreßt sind.4. Insulating housing according to claim 1 and 2, characterized in that the separating support materials consist of high-density powder mixtures - preferably pure silica - which are pressed to a density of more than 0.3 g / cm 3 . 5. Isoliergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die separierenden Stützmaterialien aus gesinterten Formkörpern aus Schaumglasgranulat mit einer Dichte von 0,3 bis 0,5 g/cm3 bestehen.5. Insulating housing according to claim 1 and 2, characterized in that the separating support materials consist of sintered moldings made of foam glass granulate with a density of 0.3 to 0.5 g / cm 3 . 6. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile aus Metall sind und vakuumdicht mit den ebenfalls metallischen Mänteln des Isoliergehäuses verschweißt sind.6. insulating housing according to claims 1 to 5, characterized in that the interlocking profiles made of metal and vacuum-tight with the same metallic sheaths of the insulating housing are welded. 7. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile aus Kunststoff sind und vakuumdicht mit den ebenfalls aus Kunststoffen gefertigten Mänteln des Isoliergehäuses verklebt oder verschweißt sind.7. insulating housing according to claims 1 to 5, characterized in that the interlocking profiles made of plastic and vacuum-tight with the also made of plastic sheaths of the insulating housing glued or are welded. 8. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Profile auf der Gehäuseinnenseite aus Metall und auf der Gehäuseaußenseite aus Kunststoff sind (oder umgekehrt) und vakuumdicht mit den jeweils aus artgleichem Werkstoff gefertigten Mänteln des Isoliergehäuses verklebt und/oder verschweißt sind.8. Insulating housing according to claims 1 to 5, characterized in that the interlocking profiles on the inside of the housing made of metal and on the The outside of the housing is made of plastic (or vice versa) and is vacuum-tight the sleeves of the insulating housing made of the same type of material are glued and / or welded. 9. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile und damit die Lastaufnahmeelemente insgesamt zu einem das Isoliergehäuse umfassenden, in sich geschlossenen Rahmen zusammengefügt sind. 9. insulating housing according to claims 1 to 8, characterized in that the Profiles and thus the load-bearing elements as a whole Insulated enclosing comprehensive, self-contained frame assembled are.   10. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein rahmenförmiges Lastaufnahmeelement die vakuumdichten Gehäusemäntel nicht unterbricht, sondern z. B. durch Punktschweißen oder Kleben eingefügt und möglichst großflächig mit dem Innen- und Außenmantel verbunden wird.10. insulating housing according to claims 1 to 9, characterized in that a frame-shaped load-bearing element the vacuum-tight casing does not interrupt, but z. B. inserted by spot welding or gluing and is connected to the inner and outer jacket as large as possible. 11. Isoliergehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Kräfte und Momente formschlüssig erfolgt.11. Insulating housing according to claims 1 to 10, characterized in that the transfer of forces and moments is form-fitting.
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