DE19937730C1 - High temperature latent heat storage device, especially for use in space, comprises graphite or ceramic container brazed to lid by a gold- or copper-based active brazing material - Google Patents
High temperature latent heat storage device, especially for use in space, comprises graphite or ceramic container brazed to lid by a gold- or copper-based active brazing materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem Speicherbehälter, in dem ein Speicherraum zur Aufnahme eines Speichermediums gebildet ist, und mit einem Behälterdeckel zum Verschluß des Speicherbehälters, wobei mindestens der Speicherbehälter aus Graphit oder einem keramischen Material gefertigt ist.The invention relates to a latent heat storage with a Storage container in which a storage space for holding a Storage medium is formed, and with a container lid to close the storage container, at least the Storage containers made of graphite or a ceramic material is made.
Zur Speicherung von Wärme bei hohen Temperaturen sind der artige Latentwärmespeicher besonders gut geeignet. Als Speichermedien kommen insbesondere Alkali- oder Erdalkali- Fluoride oder deren Eutektika aufgrund ihrer hohen Schmelzwärme in Betracht.For storing heat at high temperatures are the like latent heat storage particularly well suited. As Storage media come in particular alkali or alkaline earth Fluorides or their eutectics due to their high Heat of fusion into consideration.
Es wurde vorgeschlagen, den Speicherbehälter mit Wänden aus Graphit zu fertigen (siehe zum Beispiel DE 39 05 706 A1). Dieses Material hat den Vor teil, daß es hohe Temperaturen aushält, bei entsprechender Beschichtung korrosionsbeständig ist und durch das Speicher medium im wesentlichen nicht benetzbar ist.It was suggested that To produce storage tanks with walls made of graphite (see for example DE 39 05 706 A1). This material has the intent partly that it can withstand high temperatures, with appropriate Coating is corrosion resistant and through the memory medium is essentially not wettable.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Latentwärmespeicher der gattungs gemäßen Art derart auszubilden, daß dieser dicht ist und eine möglichst lange Lebensdauer hat, und insbesondere Dichtigkeit auch über eine Vielzahl von Schmelz- und Erstarrungsprozessen gewährleistet ist.The invention is based on this prior art the task is based on a latent heat storage of the genus form according to such that it is tight and a has the longest possible service life, and in particular tightness also through a variety of melting and solidification processes is guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Speicherbehälter und der Behälterdeckel mittels Lötung unter Verwendung eines Aktivlots verbunden sind und daß das Aktiv lot ein Goldbasis-Lot oder ein Kupferbasis-Lot ist.This object is achieved in that the Storage tank and the tank lid by soldering underneath Use of an active solder are connected and that the active solder is a gold-based solder or a copper-based solder.
Durch Verwendung eines Aktivlots auf Goldbasis oder auf Kupferbasis läßt sich, wie entsprechende Versuche ergeben haben, ohne mechanisches Versagen oder Undichtigkeiten eine Vielzahl von Heizzyklen mit dem erfindungsgemäßen Latent wärmespeicher fahren. Die Löttemperatur der genannten Materialien liegt oberhalb der üblichen Schmelztemperaturen der Speichermedien, so daß die Festigkeit der Lötverbindung auch bei hohen Gebrauchstemperaturen beispielsweise über 900°C bestehen bleibt. Dar erfindungsgemäße Latentwärme speicher läßt sich auch unter Vakuumbedingungen und insbe sondere im Weltraum einsetzen. Das Aktivlot enthält dabei einen geeigneten Aktivator.By using an active solder based on gold or Copper base can be, as appropriate tests show have one without mechanical failure or leakage Numerous heating cycles with the latent according to the invention drive heat storage. The soldering temperature of the above Materials are above the usual melting temperatures of the storage media so that the strength of the solder joint even at high temperatures, for example 900 ° C remains. Dar latent heat according to the invention memory can also under vacuum conditions and esp use especially in space. The active solder contains a suitable activator.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch der Behälterdeckel aus dem gleichen Material wie der Speicherbehälter und insbe sondere aus Graphit gefertigt ist, da auf diese Weise zum einen eine besonders gute Lötverbindung zwischen den Be hälterteilen erreichbar ist und die vorteilhaften Eigen schaften von insbesondere Graphit auch für den Deckel nutzbar sind. Auf diese lassen sich die mechanischen Spannungen beim und nach dem Erkalten klein halten. It is particularly advantageous if the container lid, too from the same material as the storage container and esp is made of graphite, because in this way a particularly good solder connection between the Be container parts can be reached and the advantageous own Especially graphite can also be used for the lid are. The mechanical stresses in the and keep it small after cooling.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zu verbindende Behälterteile aus einheitlichem und isotropem Material und insbesondere Graphit. Dadurch weisen die ver schiedenen Behälterteile den gleichen Wärmeausdehnungskoeffi zienten auf und ein sogenanntes "thermal mismatch", das bei spielsweise zu Verzerrungen, Verwölbungen und hohen Spannun gen führen kann, ist weitgehend vermieden. Die nachteiligen Folgen eines solchen "thermal mismatch" treten besonders beim Abkühlen nach dem Löten auf.In a particularly advantageous embodiment, connecting container parts made of uniform and isotropic Material and especially graphite. As a result, the ver different container parts have the same coefficient of thermal expansion target and a so-called "thermal mismatch", which at for example to distortion, warping and high tension gene can be largely avoided. The disadvantageous Consequences of such a "thermal mismatch" occur particularly Cool down after soldering.
Vorteilhafterweise sind den Speicherraum bildende Begren zungsflächen bei Graphit als Behältermaterial mit Pyrokohlen stoff beschichtet. Graphit selber ist porös und durch die Pyrokohlenstoffbeschichtung, das heißt durch die Beschichtung mit Kohlenstoff aus der Gasphase läßt sich eine Vakuum dichtigkeit der entsprechenden Behälterteile erreichen. Die Beschichtung mit Pyrokohlenstoff gewährleistet weiterhin eine weitgehende Nichtbenetzbarkeit der Begrenzungsflächen durch das Speichermedium.The storage space is advantageously limited surfaces with graphite as a container material with pyrocoals fabric coated. Graphite itself is porous and through that Pyrocarbon coating, that is, through the coating With carbon from the gas phase, a vacuum can be created achieve the tightness of the corresponding container parts. The Coating with pyrocarbon continues to ensure extensive non-wettability of the boundary surfaces through the storage medium.
Vorteilhafterweise ist der Latentwärmespeicher auf seiner Außenfläche mit Siliziumcarbid beschichtet. Die Silizium carbidbeschichtung bewirkt zum einen Passivierung gegenüber reaktiven Molekülen und Radikalen wie Sauerstoff, die sonst die Behälterwände angreifen würden. Es ist zu beachten, daß im Weltraum ein verhältnismäßig hoher Anteil an reaktivem atomaren Sauerstoff vorhanden ist. Andererseits gewährleistet eine solche Siliziumcarbidbeschichtung die Vakuumdichtigkeit des Latentwärmespeichers. Advantageously, the latent heat store is on it Outside surface coated with silicon carbide. The silicon On the one hand, carbide coating causes passivation reactive molecules and radicals like oxygen that otherwise would attack the container walls. It should be noted that a relatively high proportion of reactive in space atomic oxygen is present. On the other hand, guaranteed such a silicon carbide coating the vacuum tightness of the latent heat storage.
Bisher wurden keine Aussagen gemacht über den Aktivator des Aktivlots. Eine besonders gute, das heißt dauerhaft dichte Lötverbindung ergibt sich, wenn das Aktivlot auf Kupferbasis Chrom als Aktivator enthält. Günstigerweise liegt dabei der Chromanteil im Bereich zwischen 0,5% und 1,8% und insbeson dere im Bereich zwischen 0,8% und 1,5%. Durch solche Mengenanteile ist die Aktivatorwirkung gewährleistet. Zu dem erhält man eine duktile Lötverbindung, die beim Abkühlen nach dem Lötvorgang mechanisch stabil bleibt.No statements have yet been made about the activator of the Active lots. A particularly good one, that is, it is permanently tight Solder connection results when the active solder is copper-based Contains chromium as an activator. Conveniently lies the Chromium content in the range between 0.5% and 1.8% and in particular others in the range between 0.8% and 1.5%. Through such The activator effect is guaranteed in proportions. To that you get a ductile solder joint that after cooling the soldering process remains mechanically stable.
Um die Wirkung des Aktivators nicht zu verhindern oder zu verringern, liegt dabei vorteilhafterweise der Sauerstoff gehalt im Aktivlot unterhalb 0,001 Gewichts-%.So as not to prevent or prevent the action of the activator reduce, the oxygen is advantageously content in the active solder below 0.001% by weight.
Bei der weiteren Ausführungsform, bei der das Aktivlot auf Goldbasis ist, enthält dieses günstigerweise als Aktivator Vanadium, wobei der Vanadiumanteil im Bereich zwischen 1,5% bis 2,3% liegt und vorteilhafterweise bei ca. 1,75% liegt. Zur Verhinderung der Passivierung der Aktivatorwirkung muß der Sauerstoffanteil günstigerweise im Aktivlot unterhalb von 0,008 Gewichts-% liegen. Es kann - insbesondere zusätzlich zu Vanadium - auch Nickel als Aktivator mit einem Nickelanteil von 0,5% bis 1% und insbesondere von ca. 0,75% enthalten sein.In the further embodiment, in which the active solder is on Is gold-based, it advantageously contains this as an activator Vanadium, with the vanadium content in the range between 1.5% is up to 2.3% and is advantageously about 1.75%. To prevent the passivation of the activator effect the proportion of oxygen in the active solder is advantageously below 0.008% by weight. It can - especially in addition to Vanadium - also nickel as an activator with a nickel content from 0.5% to 1% and in particular from about 0.75%.
Es kann vorgesehen sein, daß der Speicherbehälter selber durch Verlötung von einzelnen Behälterteilen zusammensetzbar ist.It can be provided that the storage container itself can be assembled by soldering individual container parts is.
Um eine dichte und dauerhafte Lötverbindung zwischen einem ersten Behälterteil und einem zweiten Behälterteil zu erreichen, weist das erste Behälterteil zur Verbindung mit dem zweiten Behälterteil durch Aktivlötung günstigerweise eine mit einer Lotaufnahme versehene Verbindungsfläche auf. In diese Lotaufnahme läßt sich das Lotmaterial einlegen und durch entsprechende Wärmebehandlung bei der Löttemperatur läßt sich die Lötverbindung herstellen. Durch die Lotaufnahme läßt sich ein definiertes Lotbett herstellen mit einem defi nierten Abstand zwischen den zu verbindenden Behälterteilen, wobei dadurch auch ein definiertes Volumen für das Lot bereitgestellt wird.For a tight and permanent solder connection between one first container part and a second container part reach, the first container part for connection the second container part favorably by active soldering a connection surface provided with a solder holder. The solder material can be inserted into this solder receptacle by appropriate heat treatment at the soldering temperature the solder connection can be made. By soldering a defined solder bed can be made with a defi distance between the parts of the container to be connected, whereby also a defined volume for the solder provided.
Fertigungstechnisch besonders einfach ist es, wenn die Lotaufnahme durch eine Ausnehmung gebildet ist, die sich dann auf einfache Weise, beispielsweise durch spanalhebende Materialbearbeitung wie Fräsbearbeitung herstellen läßt.It is particularly easy in terms of production technology if the Soldering is formed by a recess, which is then in a simple way, for example by cutting Material processing such as milling can be made.
Um eine gute Lötverbindung zwischen zu verbindenden Behälter teilen herzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Lotaufnahme ein im wesentlichen rechteckförmiges Profil aufweist. Dadurch läßt sich eine Lötverbindung auf einfache Weise über einen größeren Flächenbereich herstellen.To ensure a good solder connection between the container to be connected parts, it has proven to be beneficial that the solder pickup is a substantially rectangular Has profile. This enables a soldered connection to be made easily produce over a larger area.
Günstigerweise ist eine äußere Kante der Lotaufnahme abge rundet, so daß in den entsprechenden Bereich Aktivlot fließen kann, wodurch die Festigkeit und Dichtigkeit der Lötverbin dung zwischen zwei Behälterteilen erhöht wird.An outer edge of the solder receptacle is advantageously removed rounds so that active solder flows into the corresponding area can, reducing the strength and tightness of the solder joint between two container parts is increased.
Ähnlich ist es vorteilhaft, wenn eine innere Kante der Lotaufnahme abgerundet ist. Dadurch wird bei Löttemperatur die Fließfähigkeit des Lots innerhalb der Lotaufnahme ver bessert, da keine "singulären" Randpunkte vorhanden sind. Similarly, it is advantageous if an inner edge of the Solder pick is rounded. This will result in soldering temperature ver the flowability of the solder within the solder intake improves since there are no "singular" boundary points.
Günstigerweise liegt die Höhe einer Lotaufnahme im Bereich zwischen 0,15 mm und 0,25 mm. Solche Höhen haben sich als optimal für die Dicke der Lötschicht bei der Aktivlötung von Graphitteilen erwiesen.The height of a solder pick is favorably in the range between 0.15 mm and 0.25 mm. Such heights have turned out to be optimal for the thickness of the solder layer for active soldering of Graphite parts proved.
Bei einer ganz besonderen vorteilhaften Ausführungsform weist eine Lotaufnahme eine umlaufende Nase auf. Dadurch läßt sich zum einen die Höhe eines Lotbettes präzise festlegen und damit auch die Abmessungen eines gelöteten erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers. Zum anderen ist dadurch die Ausbildung von Lottränen beim Löten vermieden. Die verwendeten Aktivlote neigen stark dazu, durch den Einfluß von Gravitations- und Kohäsionskräften an Außenkanten der Lotaufnahmen tränenförmig nach außen und nach unten abzufließen. Durch die Neigung des Aktivlots zum Zusammenziehen, bilden sich dann in der Löt schicht in der Lotaufnahme unregelmäßige Löcher bis hin zu Undichtigkeiten, die die Festigkeit und Dichtigkeit der Löt verbindung beeinträchtigen können. Die erfindungsgemäß vorge sehenen Nasen vermeiden solche Vorgänge.In a very special advantageous embodiment a plumb bob on a circumferential nose. This allows on the one hand precisely determine the height of a plumb bunk and hence the dimensions of a soldered invention Latent heat storage. Secondly, it is training avoided from soldering tears during soldering. The active solders used tend to be strongly influenced by gravitational and Cohesive forces tear-shaped on the outer edges of the solder mounts to flow outwards and downwards. Due to the inclination of the Active solder to contract, then form in the solder layer irregular holes up to in the solder pick Leaks affecting the strength and tightness of the solder can affect the connection. The pre-invented seen noses avoid such processes.
Lottränen lassen sich ebenfalls vermeiden, wenn ein Lotbett in der Lotaufnahme durch eine oder mehrere Anlageflächen des zweiten Behälterteils bestimmt ist. Dadurch ist bei der Löt temperatur das Lotmaterial auf die Lotaufnahme eingeschränkt und kein Lotmaterial kann aus dieser herausfließen. Dies er möglicht eine definierte Einstellung der Lotverbindung über die Wahl der Abmessungen der Lotaufnahme und Unregelmäßig keiten in der Lötschicht sind weitgehend vermieden. Solder tears can also be avoided if a solder bed in the plumb line through one or more contact surfaces of the second container part is determined. This is when soldering temperature limits the solder material to the solder intake and no solder material can flow out of it. This he enables a defined setting of the solder connection via the choice of the dimensions of the plumb bob and irregular The solder layer is largely avoided.
Günstigerweise ist das Volumen des Lotbetts im wesentlichen durch das Volumen der Lotaufnahme bestimmt. Dadurch läßt sich die Ausbildung eines definierten Lotbettes erreichen.Favorably, the volume of the solder bed is essentially determined by the volume of the solder intake. This allows achieve the formation of a defined solder bed.
Zur Erzielung einer dauerhaften und dichten Lötverbindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lotaufnahme frei von Pyro kohlenstoff ist. Versuche haben gezeigt, daß eine direkte Lötung auf mit Pyrokohlenstoff beschichtete Stellen zwar mög lich ist und grundsätzlich die Lötverbindung auch dicht ist, jedoch eine ungenügende mechanische Festigkeit zeigt, die über Rißbildung indirekt zu Undichtigkeit führen kann. Die Festigkeit läßt sich erhöhen, wenn mittels Aktivlötung zu verbindende Flächen frei von Pyrokohlenstoff sind.To achieve a permanent and tight solder joint it is particularly advantageous if the solder pickup is free of pyro is carbon. Experiments have shown that direct Soldering on places coated with pyrocarbon is possible Lich and basically the solder joint is also tight, however shows insufficient mechanical strength that can indirectly lead to leakage through crack formation. The Strength can be increased when using active soldering connecting surfaces are free of pyrocarbon.
Bisher wurden keine Aussagen gemacht über die geometrische Gestalt des Speicherbehälters. Bei einer fertigungstechnisch und in der Anwendung besonders günstigen Ausführungsform ist der Speicherbehälter im Querschnitt ringförmig ausgebildet mit einer inneren Zylinderwand und einer äußeren Zylinder wand. Über die innere Zylinderwand läßt sich über eine große Fläche dem Speichermedium im Speicherraum Wärme zuführen bzw. von diesem abführen. Der Latentwärmespeicher läßt sich dann auch mit nur wenigen Lötverbindungen zusammensetzen.So far no statements have been made about the geometric Shape of the storage container. With a manufacturing technology and in the application is particularly favorable embodiment the storage container is annular in cross section with an inner cylinder wall and an outer cylinder wall. Over the inner cylinder wall can be a large Add heat to the storage medium in the storage space or dissipate from this. The latent heat storage can then assemble with just a few solder connections.
Vorteilhafterweise ist der Latentwärmespeicher aus einem inneren Wandteil, einem äußeren Wandteil und dem Behälter deckel zusammengesetzt. Dadurch kommt man mit drei Behälter teilen aus und grundsätzlich genügen drei Lötverbindungen zum Zusammensetzen des Latentwärmespeichers (nämlich der Lötver bindung zum Zusammensetzen der zwei Wandteile und jeweils einer Lötverbindung zur Verbindung des Behälterdeckels mit dem entsprechenden Wandteil).The latent heat store is advantageously made of one inner wall part, an outer wall part and the container lid assembled. This gives you three containers hand out and basically three solder connections are sufficient Composing the latent heat storage (namely the soldering binding to assemble the two wall parts and each a solder connection to connect the container lid with the corresponding wall part).
Günstigerweise ist dabei eine Lotaufnahme durch eine um laufende Ausnehmung jeweils auf einer dem Behälterdeckel zu gewandten Stirnfläche der äußeren Zylinderwand und der inneren Zylinderwand gebildet. Dadurch läßt sich die Lötver bindung auf einfache Weise herstellen, da insbesondere das Lötmaterial vor der Lötung in die entsprechend ausgebildete Lotaufnahme einlegbar ist, der Behälterdeckel dann aufsetzbar ist und durch Erhitzung die Lötung erfolgt.Advantageously, a solder pick-up is by a running recess on each one of the container lid facing end face of the outer cylinder wall and the inner cylinder wall formed. This allows the soldering create a bond in a simple way, because especially that Solder material before soldering into the appropriately trained one Solder holder can be inserted, the container lid can then be put on is and the soldering is done by heating.
Günstigerweise weist der Behälterdeckel eine Ringleiste auf, welche an die Ringfläche zwischen innerer Zylinderwand und äußerer Zylinderwand angepaßt ist. Dadurch wird der mecha nische Sitz des Behälterdeckels am Speicherbehälter ver bessert, da er in dem Ringraum im wesentlichen nicht beweg lich ist. Durch die Ringleiste läßt sich auch das Lotbett auf einfache Weise begrenzen, so daß insgesamt bei dieser erfin dungsgemäßen Ausführungsform ein dauerhaft dichter Verschluß des Latentwärmespeichers erreichbar ist.Conveniently, the container lid has a ring bar, which on the ring surface between the inner cylinder wall and outer cylinder wall is adapted. This will make the mecha Verical seat of the container lid on the storage container improves since it essentially does not move in the annulus is. The solder bed can also be opened through the ring bar limit simple way, so that invented overall at this embodiment according to the invention a permanently tight closure of the latent heat storage is accessible.
Vorteilhafterweise ist auch ein Behälterboden mittels Aktiv lötung mit einer Behälterwand verbunden, um die hohe Dichtig keit dauerhaft zu erreichen, wobei günstigerweise auch der Behälterboden aus Graphit gefertigt ist.A container bottom by means of active is also advantageous soldering connected to a container wall to make the high density speed to achieve permanently, with the convenience also Container bottom is made of graphite.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Bodenelement ein stückig mit einem Wandelement des Speicherbehälters verbunden ist. Für dieses Bodenelement muß dann keine Verbindungslötung vorgesehen werden und die entsprechenden Dichtigkeitsprobleme entfallen. Weiterhin ist es günstig, wenn ein weiteres Wand element ein weiteres einstückig daran gebildetes Bodenelement aufweist, welches bezüglich des Bodenelements des anderen Wandelements in einer solchen axialen Höhe sitzt, daß bei zusammengesetztem Speicherbehälter das Bodenelement an dem weiteren Bodenelement anliegt. Dadurch lassen sich die Wand elemente mittels nur einer Verbindungslötung zusammenfügen, wobei durch diese Verbindungslötung auch gleichzeitig der Behälterboden gebildet ist.It is particularly advantageous if a floor element connected in pieces to a wall element of the storage container is. No connection soldering is then required for this floor element are provided and the corresponding tightness problems omitted. Furthermore, it is convenient if another wall element another floor element formed integrally thereon which, with respect to the floor element of the other Wall element sits at such an axial height that at composite storage container the bottom element on the another floor element is present. This allows the wall assemble elements using only one connection soldering, with this connection soldering also the Container bottom is formed.
Günstigerweise ist dazu ein Bodenelement und/oder im weiteren Bodenelement die Lotaufnahme derart angeordnet, daß ein Lot bett zur Verbindung zwischen dem Bodenelement und dem weiteren Bodenelement bildbar ist.For this purpose, a base element and / or in addition is favorable Bottom element arranged the solder holder so that a solder bed for connection between the floor element and the another floor element can be formed.
Für einen zylindrischen Latentwärmespeicher und insbesondere einen solchen, bei dem die Wärmezuleitung und -ableitung über ein Innenrohr erfolgt, ist günstigerweise das Bodenelement ringförmig und auch das weitere Bodenelement ringförmig.For a cylindrical latent heat storage and in particular one in which the heat supply and dissipation via if there is an inner tube, the bottom element is expediently ring-shaped and also the further base element ring-shaped.
Bei einer Variante eines Ausführungsbeispieles ist eine Ver schraubung des Behälterdeckels mit dem Speicherbehälter vor gesehen. Eine solche Verschraubung erhöht die mechanische Festigkeit, wobei die Dichtigkeit durch die Lötung gewähr leistet ist. Dies ist zum Beispiel erforderlich, wenn in dem Speicherraum ein hoher Innendruck herrscht, weil das einge füllte Speichermedium einen hohen Dampfdruck aufweist. Auch bei der Verwendung des Aktivlots auf Goldbasis, das geringere Festigkeitswerte aufweist als das Aktivlot auf Kupferbasis, kann eine zusätzliche Verschraubung zur Erhöhung der mecha nischen Festigkeit empfehlenswert sein. Versuche haben gezeigt, daß dabei die Verwendung einer einzigen Verschrau bung auf der Deckelseite genügt.In a variant of an embodiment, a Ver screwing the container lid with the storage container seen. Such a screw connection increases the mechanical Strength, the tightness guaranteed by the soldering is accomplished. This is necessary, for example, if in the Storage space there is a high internal pressure because of that filled storage medium has a high vapor pressure. Also when using the gold-based active solder, the lower Has strength values as the active solder based on copper, can be an additional screw connection to increase the mecha strength should be recommended. Have attempts shown that the use of a single screw Exercise on the cover side is sufficient.
Grundsätzlich kann hierzu mindestens eine Verbindungsschraube zum Angriff an einer Behälterwand vorgesehen sein, konstruk tiv besonders einfach ist es jedoch, wenn der Behälterdeckel als Schraubverschluß ausgebildet ist, falls beispielsweise die Behälterwände nicht dick genug sind, um Gewindelöcher für Schrauben aufnehmen zu können. Bei rotationssymmetrischen Speicherbehältern kann ein entsprechendes Gewinde auf ein fache Weise am Speicherbehälter angeordnet werden.In principle, at least one connecting screw can be used for this be provided for attack on a container wall, construct However, it is particularly easy if the container lid is designed as a screw cap, if for example the container walls are not thick enough to accommodate threaded holes To be able to take up screws. With rotationally symmetrical Storage tanks can have a corresponding thread on one be arranged on the storage container.
Günstigerweise ist also an einer oder mehreren Behälterwänden ein Gewinde für den Behälterdeckel angeordnet.It is therefore advantageous to have one or more container walls a thread is arranged for the container lid.
Um als zusätzliche Sicherheit eine Dichtigkeit auch über das Gewinde zu erreichen, ist vorteilhafterweise in einem Gewinde des Behälterdeckels und/oder einer Behälterwand Aktivlot in Drahtform eingelegt. Bei Erreichen der Löttemperatur bildet sich dann zwischen den ineinander eingreifenden Gewinden eine zusätzliche Lötverbindung, die entsprechend die Dichtigkeit (und auch die mechanische Festigkeit) erhöht.In order to ensure a tightness also as an additional security Achieving threads is advantageously in a thread of the container lid and / or a container wall active solder in Wire shape inserted. When the soldering temperature is reached then one between the interlocking threads additional solder joint, which corresponds to the tightness (and also the mechanical strength) increased.
Günstigerweise kommt als Speichermedium eine Alkaliverbindung oder eine Erdalkaliverbindung zum Einsatz, insbesondere ein Alkalihalogenid oder ein Erdalkalihalogenid oder deren Eutek tika. An alkali compound advantageously comes as the storage medium or an alkaline earth metal compound, in particular a Alkali halide or an alkaline earth halide or their Eutek tika.
Eine besonders hohe Speicherfähigkeit von Latentwärme läßt sich beim Einsatz von Lithiumflorid als Speichermedium erreichen.A particularly high storage capacity of latent heat leaves when using lithium fluoride as a storage medium to reach.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befüllung eines Latentwärmespeichers, welcher einen Speicherbehälter mit einem Speicherraum zur Aufnahme eines Speichermediums umfaßt und einen Behälterdeckel zum Verschluß des Speicher raums umfaßt, wobei mindestens der Speicherbehälter aus Graphit oder einem keramischen Material gefertigt ist.The invention further relates to a method for filling a latent heat storage, which a storage container with a storage space for receiving a storage medium comprises and a container lid for closing the memory comprises space, with at least the storage container Graphite or a ceramic material is made.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befüllung eines Latentwärmespeichers zu schaffen, mittels welchem sich auf einfache Weise dieser befüllen und ver schließen läßt.The invention has for its object a method for To fill a latent heat storage to create which easily fill and ver lets close.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Ofengang in den Speicherraum gefülltes festes Speicher medium geschmolzen wird und der Behälterdeckel unter Verwen dung eines Aktivlots mit dem Speicherbehälter verlötet wird.This object is achieved in that in a solid storage filled in the furnace room medium is melted and the container lid is used an active solder is soldered to the storage container.
Der Befüllungsvorgang des Speicherbehälters ist gesteuert vorzunehmen, da die zum Einsatz kommenden Speichermedien, die eine hohe Latentwärme aufweisen, beim Übergang vom Er starrungszustand in den vollständig geschmolzenen Zustand Volumenänderungen bis zu 20% bis 35% unterworfen sind. Des halb ist vor dem Verschließen des Behälterdeckels das Speichermedium zu schmelzen, um insbesondere auf diese Weise Hohlräume im Speichermedium zu vermeiden und eine Überfüllung zu verhindern, die zu einer starken mechanischen Belastung führen könnte. Eine Überfüllung kann auch während eines Löt vorgangs zum Herausströmen von Speichermedium führen, so daß sich insgesamt kein dichter Verschluß des Behälterdeckels ergibt. Andererseits wird die Aktivlötung unter hoher Tempe ratur, nämlich bei der Lottemperatur, durchgeführt. Man kann dann auf zeitsparende Weise den gleichen Ofengang zur Schmelzung des Speichermediums und zur Verschlußlötung des Behälterdeckels mit dem Speicherbehälter nutzen. Bei ent sprechender Regelung des Temperaturgangs lassen sich dann beide Ziele in einem Ofengang ohne zwischenzeitliche Heraus nahme des Speicherbehälters aus dem Ofen erreichen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei jeder Herausnahme von Behälter teilen aus dem Ofen diese Gas aufnehmen können wie beispiels weise Sauerstoff und Wasserdampf. Diese müssen dann erst wieder entgast werden, was entsprechend zeitraubend ist. Die Gegenwart von ausgasendem Sauerstoff beim Lötvorgang kann den Aktivator des Aktivlots passivieren, so daß ein Entgasungs schritt zwingend erforderlich wäre, aber durch das erfin dungsgemäße Konzept vermieden ist, da die Gasaufnahme selber vermieden wird.The filling process of the storage container is controlled because the storage media used, the have a high latent heat at the transition from the Er rigid state to the fully melted state Volume changes up to 20% to 35% are subject. Des this is half before closing the container lid Storage medium to melt, especially in this way Avoid voids in the storage medium and overfill to prevent that from causing a strong mechanical load could lead. An overfill can also occur during a solder operation lead to the outflow of storage medium, so that overall there is no tight closure of the container lid results. On the other hand, active soldering is carried out at high temperatures temperature, namely at the soldering temperature. One can then the same furnace operation in a time-saving manner Melting of the storage medium and for soldering the closure Use the container lid with the storage container. With ent speaking regulation of the temperature response can then both goals in one oven run without interim exit Remove the storage container from the oven. It is to take into account that each time containers are removed parts from the oven can absorb this gas as for example wise oxygen and water vapor. Then they have to be degassed again, which is correspondingly time-consuming. The The presence of outgassing oxygen during the soldering process can Passivating the activator of the active solder, so that a degassing step would be mandatory, but through the inventions concept according to the invention is avoided since the gas absorption itself is avoided.
Um eine kontrollierte Befüllung des Speicherraums zu erreichen unter Vermeidung eines Herausströmens von flüssigem Speichermedium bei der Verlötung ist es besonders vorteil haft, wenn in den Speicherraum eine erste Ladung an festem Speichermedium gefüllt wird und anschließend diese erste Ladung geschmolzen wird. Günstigerweise wird nachfolgend eine zweite Ladung an festem Speichermedium eingefüllt und anschließend der Behälterdeckel mit dem Speicherbehälter ver lötet. To ensure a controlled filling of the storage space achieve while avoiding liquid flowing out Storage medium when soldering it is particularly advantageous stuck when a first charge of solid in the storage space Storage medium is filled and then this first Charge is melted. Conveniently, one becomes second charge of solid storage medium and then ver the container lid with the storage container solder.
Die Anzahl der Befüllungsschritte läßt sich minimieren, wenn vor einer Befüllung des Speicherbehälters aus pulverförmigem oder granularem Speichermedium feste Befüllungskörper geformt werden. Beispielsweise läßt sich Lithiumfluorid, das als Speichermedium in Frage kommt und eine besonders hohe Latent wärme aufweist, mit dem erforderlichen Reinheitsgrad nur in Pulverform erwerben. Eine Pulverschüttung weist gesamt einen großen Anteil von Zwischenräumen zwischen den Pulverkörnern auf. Damit beim Schmelzen des Speichermediums dieses nicht aus dem Speicherraum beim Auflöten des Behälterdeckels strömen kann, müssen deswegen eben aufgrund dieses hohen Hohlraumanteils viele Schmelzschritte durchgeführt werden. Durch die vorbereitende Maßnahme der Formung von festen Befüllungskörpern und insbesondere von Vollkörpern läßt sich die Anzahl der Ladungsschritte verringern und insbesondere auf zwei Ladungsschritte zurückführen.The number of filling steps can be minimized if before filling the storage container from powder or granular storage medium shaped filling body become. For example, lithium fluoride, which as Storage medium comes into question and a particularly high latent has heat, with the required degree of purity only in Purchase powder form. A total of one powder spill has one large proportion of spaces between the powder grains on. So that when the storage medium melts, it does not from the storage space when soldering on the container lid can flow because of this high Void share many melting steps are carried out. Through the preparatory measure of forming solid Filling bodies and in particular full bodies can be reduce the number of charge steps and in particular attributed to two loading steps.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Befüllungskörper ring förmig ausgebildet ist und insbesondere eine toroidale Gestalt hat. Ist ein solcher Befüllungskörper an den ring förmigen Querschnitt eines Speicherraums angepaßt, dann erhält man eine hohe Füllungsdichte mit nur einem geringen Hohlraumanteil zwischen den festen Befüllungskörpern. Beim Schmelzen unterscheidet sich dann das Volumen der Schmelze nur in geringem Maße von dem Volumen der Befüllungskörper plus der materialspezifischen Volumenausdehnung zwischen vollständig geschmolzenem Zustand und vollständig erstarrtem Zustand.It when a filler ring is particularly advantageous is shaped and in particular a toroidal Has shape. Such a filling body is attached to the ring shaped cross section of a storage space, then you get a high filling density with only a low one Void percentage between the solid packing. At the Melting then differs in the volume of the melt only to a small extent from the volume of the packing plus the material-specific volume expansion between completely melted and completely solidified Status.
Günstigerweise wird das Speichermedium in einem gefüllten und verschlossenen Latentwärmespeicher bei einer horizontalen Position des Latentwärmespeichers umgeschmolzen. Dies ist insbesondere aus Sicherheitsgründen erforderlich. Bei erstarrtem Speichermedium ist zwischen dem Speichermedium und dem Behälterdeckel ein Zwischenraum gebildet, wenn das Speichermedium in einer vertikalen Position eingefüllt und geschmolzen wird. In diesen Zwischenraum hinein dehnt sich beim Schmelzen das Speichermedium aus. Wird das Speicher medium in der horizontalen Position des Latentwärmespeichers umgeschmolzen, dann ist der Zwischenraum zwischen Speicher medium und Behälterwand gebildet und weist damit eine viel größere Fläche zum Speichermedium hin auf. Beim Schmelzen kann sich dann das Speichermedium leichter in diesen Zwischenraum ausdehnen und die mechanische Belastung des Latentwärmespeichers ist verringert.Conveniently, the storage medium is filled and sealed latent heat storage at a horizontal Position of the latent heat storage remelted. This is Required especially for security reasons. At solidified storage medium is between the storage medium and the container lid formed a space if that Storage medium filled in a vertical position and is melted. It stretches into this space when melting the storage medium. Will the memory medium in the horizontal position of the latent heat storage remelted, then the gap between the memory medium and container wall formed and thus has a lot larger area towards the storage medium. When melting the storage medium can then be more easily in it Extend the space and the mechanical load on the Latent heat storage is reduced.
Günstigerweise erfolgt vor Befüllung des Speicherbehälters eine Bodenlötung unter Verwendung eines Aktivlots. Dadurch erhält man einen dichten Behälter, welcher befüllt werden kann, wobei durch die Verwendung des Aktivlots die Dichtig keit gewährleistet ist.Conveniently, before the storage container is filled ground soldering using an active solder. Thereby you get a sealed container, which is filled can, with the use of the active solder the leak is guaranteed.
Günstigerweise wird vor einem eigentlichen Lötvorgang eine bestimmte Temperatur für eine bestimmte Zeit im wesentlichen konstant gehalten, um oberflächlich aufgenommene Gase zu ent fernen. Durch diesen Ausgasvorgang wird insbesondere auch Sauerstoff und Wasserdampf entfernt, der unter Umständen die Wirkung des Aktivators im Aktivlot beeinträchtigen oder gar verhindern könnte.Favorably, before an actual soldering process certain temperature for a certain time essentially kept constant to remove superficial gases distant. This outgassing process in particular also Oxygen and water vapor may be removed Impact the effect of the activator in the active solder or even could prevent.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erhitzung zur Schmelzung des Speichermediums und zum Erreichen der Löttemperatur in einem Heizofen, welcher als Zonenofen mit getrennten Heiz zonen ausgebildet ist, welche insbesondere individuell an steuerbar sind. Dadurch lassen sich die in verschiedenen Bereichen des Speicherbehälters einzustellenden Temperaturen auf einfache Weise steuern und entsprechende Korrekturen durchführen. Beispielsweise ist zu berücksichtigen, daß in der Nähe eines Abschlußflansches höhere Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung auftreten und in der zugeordneten Heizzone dann unter Umständen eine große Wärmezufuhr eingestellt werden muß als für andere Heizzonen.In a particularly advantageous embodiment of the inventions The process according to the invention is carried out for melting of the storage medium and to reach the soldering temperature in a heating furnace, which is a zone furnace with separate heating zones is formed, which in particular individually are controllable. This allows the different Areas of the storage tank temperatures to be set easily control and make corrections carry out. For example, it should be borne in mind that in higher heat losses due to the proximity of an end flange Heat radiation occur and in the assigned heating zone then a large amount of heat may be set must be than for other heating zones.
Ein konstruktiv besonders einfach und kostengünstig herstell barer Heizofen läßt sich dadurch ausbilden, daß durch eine Quarzglaswand hindurch ein Heizraum strahlungsbeheizt wird. Insbesondere sollte der Heizraum evakuierbar sein.A constructively particularly simple and inexpensive to manufacture barer heater can be trained in that by a A heating room is radially heated through a quartz glass wall. In particular, the boiler room should be evacuable.
Günstigerweise ist zwischen der Quarzglaswand und im Heizofen positionierten Werkstücken eine Schutzfolie angeordnet. Bei dem Einsatz von Alkalihalogeniden oder Erdalkalihalogeniden kann dampfförmiges Material oder können Spritzer an heißem Speichermedium zu der Quarzglaswand gelangen und in bekannten Hochtemperaturreaktionen entstehende Verbindungen diese angreifen. Die Schutzfolie verhindert dies. Günstigerweise ist die Schutzfolie aus Graphit gefertigt.It is convenient between the quartz glass wall and in the heating furnace positioned workpieces arranged a protective film. At the use of alkali halides or alkaline earth halides can be vaporous material or can splash on hot Storage medium to get to the quartz glass wall and in known Compounds resulting from high temperature reactions attack. The protective film prevents this. Conveniently the protective film is made of graphite.
Um eine Steuerung und Regelung des Erhitzungsprozesses in dem Heizofen zu erhalten und damit eine Temperatursteuerung und -regelung des Befüllungsvorganges und des Lötvorganges ist es günstigerweise vorgesehen, daß der Heizofen mit Temperatur sensoren versehen ist, die getrennten Heizzonen zugeordnet sind. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn Tempe ratursensoren in der Nähe der Lötstellen vorgesehen sind. Dadurch läßt sich der Lötvorgang überwachen und insbesondere auch überwachen, ob die Löttemperaturen erreicht sind.To control and regulate the heating process in the To get a heater and thus a temperature control and It is control of the filling process and the soldering process Conveniently provided that the heater with temperature sensors is provided, the separate heating zones assigned are. Furthermore, it is particularly advantageous if Tempe rature sensors are provided near the solder joints. This allows the soldering process to be monitored, and in particular also monitor whether the soldering temperatures have been reached.
Vorteilhafterweise sind Temperatursensoren zur Ermittlung der Temperatur im Heizraum vorgesehen.Temperature sensors are advantageously used to determine the Temperature provided in the boiler room.
Bei der Steuerung und Regelung eines Heizgangs zum Schmelzen des Speichermediums ist vorteilhafterweise darauf zu achten, daß die Temperatur im Speichermedium überall so hoch ist, daß sie über dem Schmelzpunkt des Speichermediums liegt und daß sie nicht so hoch ist, daß infolge seiner Wärmeausdehnung das Speichermedium aus dem Speicherraum läuft.When controlling and regulating a heating cycle for melting of the storage medium should advantageously be taken that the temperature in the storage medium is so high that it is above the melting point of the storage medium and that it is not so high that due to its thermal expansion Storage medium runs out of the storage space.
Weiterhin wird vorteilhafterweise ein Heizgang beim Löten so gesteuert und geregelt, daß eine Löttemperatur über eine bestimmte Zeit aufrechterhalten wird und anschließend eine Abkühlung mit einer solchen Abkühlgeschwindigkeit erfolgt, daß ein Spannungsabbau im Lot erfolgen kann. Dadurch ist erreicht, daß sich eine gute Lötverbindung ausbilden kann und diese beim Abkühlen auch nicht reißt.Furthermore, a heating cycle when soldering is advantageously so controlled and regulated that a soldering temperature over a certain time is maintained and then a Cooling takes place at such a cooling rate, that a stress relief can take place in the plumb line. This is achieved that a good solder joint can form and it also does not tear when it cools down.
Günstigerweise erfolgt die Steuerung und Regelung eines Heiz gangs über Steuerung und Regelung der Temperatur der einzel nen Heizzonen. Die Steuerung und Regelung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Zeit.A heater is advantageously controlled and regulated gangs about control and regulation of the temperature of the individual heating zones. The control and regulation takes place in Dependence on time.
Um eine gute und dauerhafte Lötverbindung zwischen zu ver bindenden Teilen zu erreichen, wird günstigerweise zwischen mittels Aktivlötung zu verbindende Teile während des Lötvor gangs eine Druckkraft ausgeübt. Diese Druckkraft preßt die beiden Teile zusammen. Aktivlote sind üblicherweise zäh flüssig und neigen beim Schmelzen wegen der vergleichsweise hohen Kohäsionskräfte zum Zusammenziehen. Durch die Aufein anderpressung ist dieses Zusammenziehen vermieden.To ensure a good and permanent solder connection between ver to reach binding parts is conveniently between Parts to be connected by means of active soldering during the soldering process exerted a pressure force. This pressure force presses the two parts together. Active solders are usually tough liquid and tend to melt when melting because of the comparatively high cohesive forces to contract. By the Aufein this compression is avoided.
Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn die Druckkraft mittels einem oder mehreren Gewichtskörpern erzeugt wird. Vorteilhafterweise sind bei Graphitlötungen diese Gewichts körper aus Graphit gefertigt, so daß keine Materialunverträg lichkeiten entstehen können.It is structurally particularly simple if the pressure force is generated by means of one or more weight bodies. These are advantageous in the case of graphite soldering body made of graphite, so that no material incompatibility opportunities can arise.
Günstigerweise erfolgt eine Lötung in einer Schutzgasatmos phäre. Läßt man unter einem bestimmten Druck Schutzgas durch den Heizofen strömen, dann wird dadurch durch Lecks ein strömender oder durch Ausgasen entstehender Sauerstoff un mittelbar weggespült.Soldering is advantageously carried out in a protective gas atmosphere sphere. If you let protective gas through under a certain pressure flow the heater, then it will leak through flowing or evolving oxygen un indirectly washed away.
Besonders kostengünstig ist es, wenn Argon als Schutzgas zum Einsatz kommt. Argon läßt sich mit der erforderlichen Rein heit kostengünstig im Vergleich zu anderen möglichen Schutz gasen beziehen.It is particularly cost-effective if argon is used as a protective gas Commitment comes. Argon can be used with the required purity cost-effective compared to other possible protection obtain gases.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Verlötung des Behälterdeckels mit dem Speicherbehälter der Druck des Schutzgases so eingestellt wird, daß er im wesentlichen dem Dampfdruck des Speichermediums bei der Löttemperatur der ver wendeten Aktivlote entspricht. Der Dampfdruck über dem Speichermedium bewirkt einen Austritt von dampfförmigem Speichermedium aus dem Speicherraum. Andererseits bewirkt unter Druck durch einen Heizraum geführtes Schutzgas, daß dieses in den Speicherraum eindringen kann. Wird der Druck des Schutzgases gerade so gewählt, daß er den Dampfdruck des Speichermediums bei der Löttemperatur, das heißt bei der prinzipiell höchsten erreichten Temperatur, kompensiert, wird dadurch einerseits verhindert, daß Speichermedium ausdringen kann und andererseits Schutzgas in den Speicherraum bei noch nicht verlötetem Behälterdeckel eindringen kann.It is particularly advantageous if the soldering of the Container lid with the storage tank the pressure of the Shielding gas is adjusted so that it is essentially the Vapor pressure of the storage medium at the soldering temperature of the ver corresponds to the active solders used. The vapor pressure above that Storage medium causes vapor to escape Storage medium from the storage space. On the other hand protective gas passed under pressure through a boiler room that this can penetrate into the storage space. Will the pressure of the protective gas just chosen so that it the vapor pressure of the Storage medium at the soldering temperature, that is at the principally the highest temperature reached, is compensated on the one hand this prevents the storage medium from escaping can and on the other hand protective gas in the storage space at can not penetrate the soldered container lid.
Auf einfache und zeitsparende Weise läßt sich eine definierte Lötverbindung herstellen, indem vorbereitend in eine Lotauf nahme eines Behälterteils, welcher mit einem weiteren Be hälterteil verlötet werden soll, Lotmaterial in Form eines Lotkörpers eingesetzt wird. Der Lotkörper kann an die geo metrische Form der Lotaufnahme angepaßt werden und auf diese Weise läßt sich eine im wesentlichen vollständige Füllung der Lotaufnahme auf einfache Weise erreichen, so daß sich während der Verlötung ein definiertes Lotbett bildet. Günstigerweise entspricht dabei eine geometrische Abmessung des Lotkörpers im wesentlichen der entsprechenden geometrischen Abmessung der Lotaufnahme.A defined one can be created in a simple and time-saving manner Make the solder joint by preparatory to a solder run took a container part, which with another Be holder part is to be soldered, solder material in the form of a Solder body is used. The solder body can be connected to the geo metric shape of the plumb bob can be adapted to this In this way, an essentially complete filling of the Reach solder pick in a simple way, so that during the soldering forms a defined solder bed. Conveniently corresponds to a geometrical dimension of the solder body essentially the corresponding geometric dimension the plumb bob.
Fertigungstechnisch besonders einfach ist es, wenn der Lot körper aus einer Folie oder einem Draht geformt wird, bei spielsweise durch Stanzen. Die Folie kann mit einer ent sprechenden Dicke hergestellt werden, welche im wesentlichen der Dicke der Lotaufnahme entspricht, um so eine gute Aus füllung der Lotaufnahme zu erreichen. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Lotkörper aus einer dünnen Folie gefertigt werden und mehrere Lotkörper übereinander gelegt werden, um so die Lotaufnahme auszufüllen. It is particularly easy in terms of production technology if the solder body is formed from a foil or a wire for example by punching. The film can be made with an ent speaking thickness, which are essentially corresponds to the thickness of the solder holder, so a good off filling of the solder pick. It can also be provided be that the solder body made of a thin film and several solder bodies are placed on top of each other so fill out the solder record.
Günstigerweise werden mit Aktivlot zu verbindende Flächen von einer Beschichtung befreit. Diese vorbereitende Maßnahme vor der Aktivlötung dient dazu, die mechanische Festigkeit der Lötverbindung zu erhöhen. Versuche haben gezeigt, daß grund sätzlich bei Graphitteilen zwar eine Lötverbindung über Pyro kohlenstoffbeschichtungen dicht ist, aber keine genügende mechanische Festigkeit aufweist.Areas of exempted from a coating. This preparatory action The active soldering serves to improve the mechanical strength of the Increase solder joint. Experiments have shown that basic additionally with graphite parts a solder connection via pyro carbon coatings is tight, but not enough has mechanical strength.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zu verlötende Behälter teile mittels einer Einbringvorrichtung in einen Heizofen gebracht werden. Da mehrere Ofengänge vorgesehen sein müssen, beispielsweise ein erster Ofengang zur Bodenlötung, ein zweiter Ofengang zum Schmelzen der ersten Ladung an Speicher medium und schließlich ein dritter Ofengang zum Schmelzen des gesamten Speichermediums und zum Verlöten des Behälterdeckels mit dem Speicherbehälter läßt sich dann mittels der Einbring vorrichtung ein schnelles und zeitsparendes Einbringen bzw. Ausführen des Werkstückes aus dem Heizofen erreichen.It is particularly advantageous if containers to be soldered parts in a heating furnace by means of an insertion device to be brought. Since several furnace passes must be provided, for example, a first oven run to solder the floor second furnace run to melt the first load of storage medium and finally a third furnace to melt the entire storage medium and for soldering the container lid with the storage container can then by means of the introduction device a quick and time-saving introduction or Reach out the workpiece from the heating oven.
Günstigerweise umfaßt dazu die Einbringvorrichtung eine bewegliche Spindel, an der zu verbindende Behälterteile posi tionierbar sind.For this purpose, the introduction device advantageously comprises a movable spindle on which the container parts to be connected are posi are ionizable.
Damit die Spindel durch die hohen Temperaturen im Heizofen nicht beschädigt wird und mit dem Material des Latentwärme speichers verträglich ist, ist diese aus einem verträglichen Material und vorzugsweise aus Aluminiumoxid gefertigt. So that the spindle due to the high temperatures in the heating furnace is not damaged and with the material of latent heat memory is compatible, this is from a compatible Material and preferably made of aluminum oxide.
Zur einfachen Betätigung der Einbringvorrichtung sitzt günstigerweise zur Positionierung zu verbindender Behälter teile an der Spindel eine Auflageplatte, auf der diese Be hälterteile aufgesetzt werden können.Sits for easy actuation of the insertion device conveniently for positioning containers to be connected share on the spindle a platen on which this Be holder parts can be put on.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn an der Spindel ein Abschlußflansch für einen Heizofen sitzt. Durch Einführen der Spindel in den Ofen läßt sich dann gleichzeitig das Werkstück in dem Ofen positionieren und sich dieser verschließen, um ihn anschließend evakuieren zu können.It is also advantageous if a on the spindle End flange for a heater sits. By introducing the Spindle in the furnace can then simultaneously the workpiece position in the oven and close it to to be able to evacuate him afterwards.
Der Latentwärmespeicher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist vorteilhafterweise die Ausführungsformen und Varianten von Ausführungsformen auf, wie sie und ihre Vorteile bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher beschrieben wurden.The latent heat store in the method according to the invention advantageously has the embodiments and variants from embodiments to how they already and their advantages in connection with the latent heat storage according to the invention have been described.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der nä heren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments the invention serves in connection with the drawing of the nä here explanation. Show it:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Latentwärme speichers in schematischer Darstellung; Figure 1 is a side sectional view of a latent heat storage in a schematic representation.
Fig. 2 eine Schnittansicht des Latentwärmespeichers nach Fig. 1 entlang der Linie A-A; FIG. 2 shows a sectional view of the latent heat store according to FIG. 1 along the line AA;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Lötverbindungen bei dem Latentwärmespeicher der Fig. 1; FIG. 3 shows a schematic illustration of soldered connections in the latent heat store of FIG. 1;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Lotaufnahme; Fig. 4 is a side view of an embodiment of a solder pick;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Lötverbindung; Fig. 5 shows another embodiment of a solder joint;
Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht eines Heizofens, in welchem Speichermedium geschmolzen wird und zu ver bindende Teile des Latentwärmespeichers miteinander verlötet werden; Figure 6 is a side sectional view of a heating furnace in which storage medium is melted and parts of the latent heat storage to be ver are soldered together.
Fig. 7 in den Schritten (a), (b), (c) und (d) die Be füllung und Verlötung eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers in schematischer Darstellung und Fig. 7 in steps (a), (b), (c) and (d) the filling and soldering of a latent heat storage according to the invention in a schematic representation and
Fig. 8 ein Beispiel für Temperaturverläufe über der Zeit bei der Verlötung eines Behälterdeckels mit einem Speicherbehälter des erfindungsgemäßen Latentwärme speichers. Fig. 8 shows an example of temperature curves over time when soldering a container lid to a storage container of the latent heat according to the invention.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latent wärmespeichers, welcher in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeich net ist, umfaßt ein Speicherbehälter 12 ein erstes Behälter teil 13 mit einer inneren zylindrischen Wand 14 und ein zweites Behälterteil 15 mit einer äußeren zylindrischen Wand 16. An der äußeren Wand 16 sitzt einstückig mit dieser ein ringförmiges Bodenelement 18 radial nach innen weisend und insbesondere senkrecht zu einer Wandlängsachse, so daß sich im seitlichen Querschnitt ein L-förmiges Profil ergibt. An der inneren Wand 14 ist einstückig mit dieser ein ring förmiges Bodenelement 20 gebildet, welches radial nach außen weist und insbesondere senkrecht zu einer Wandachse der inneren Wand 14 liegt. Das Bodenelement 20 ist bezogen auf ein unteres Ende der inneren Wand 14 in einer axialen Höhe angeordnet, welche der axialen Höhe des Bodenelements 18 der äußeren Wand 16 entspricht, so daß bei einem zusammen gesetzten Speicherbehälter 12 das Bodenelement 20 auf dem Bodenelement 18 aufliegt und der Speicherbehälter eine ebene äußere Bodenfläche 22 aufweist. Die Bodenelemente 18 und 20 sind bei einem zusammengesetzten Speicherbehälter 12 über eine Lötverbindung 24 verbunden. Dies wird untenstehend noch näher beschrieben.In one embodiment of a latent heat accumulator according to the invention, which is designated as a whole with 10 in FIG. 1, a storage container 12 comprises a first container part 13 with an inner cylindrical wall 14 and a second container part 15 with an outer cylindrical wall 16 . On the outer wall 16 sits in one piece with this an annular base element 18 pointing radially inwards and in particular perpendicular to a longitudinal wall axis, so that an L-shaped profile results in the lateral cross section. On the inner wall 14 , a ring-shaped base element 20 is formed integrally therewith, which points radially outward and is in particular perpendicular to a wall axis of the inner wall 14 . The bottom element 20 is arranged with respect to a lower end of the inner wall 14 at an axial height which corresponds to the axial height of the bottom element 18 of the outer wall 16 , so that when the storage container 12 is assembled, the bottom element 20 rests on the bottom element 18 and the Storage container has a flat outer bottom surface 22 . The bottom elements 18 and 20 are connected to a composite storage container 12 via a solder connection 24 . This is described in more detail below.
Die innere Wand 14 mit dem Bodenelement 20 und die äußere Wand 16 mit dem Bodenelement 18 sind aus Graphit gefertigt und insbesondere aus einheitlichem und isotropen Graphit, damit beide Teile einen im wesentlichen gleichen Wärmeaus dehnungskoeffizienten aufweisen und Verzerrungen, Verwöl bungen oder hohe Spannungen und dergleichen ("thermal mismatch") insbesondere beim Abkühlen nach hohen Temperaturen weitgehend vermieden sind.The inner wall 14 with the bottom element 20 and the outer wall 16 with the bottom element 18 are made of graphite and in particular of uniform and isotropic graphite, so that both parts have a substantially equal coefficient of thermal expansion and distortions, warping or high voltages and the like ( "thermal mismatch") are largely avoided, especially when cooling after high temperatures.
Unbeschichteter Graphit ist porös, so daß eine Beschichtung gegenüber dem Außenraum und gegenüber dem Speicherraum 26 notwendig ist.Uncoated graphite is porous, so that a coating in relation to the outside and to the storage space 26 is necessary.
Zwischen der inneren zylindrischen Wand 14 und der äußeren zylindrischen Wand 16 ist ein ringförmiger Speicherraum 26 gebildet, der zur Aufnahme eines Speichermediums dient, in welchem latente Wärme speicherbar ist. Als Speichermedium kommen insbesondere Alkaliverbindungen oder Erdalkaliver bindung oder deren Eutektika zum Einsatz. Ein bevorzugtes Speichermedium ist Lithiumflorid (LiF), das bei einer Schmelztemperatur von ca. 1121 K (848°C) eine Schmelzent halpie von ca. 1044 kJ/kg hat. Die Volumenänderung dieses Speichermediums beim Übergang von dem vollständig festen (erstarrten) zu dem vollständig flüssigen Zustand beträgt bei der Schmelztemperatur ca. 22%.Between the inner cylindrical wall 14 and the outer cylindrical wall 16 , an annular storage space 26 is formed, which serves to receive a storage medium in which latent heat can be stored. In particular, alkali compounds or alkaline earth compounds or their eutectics are used as the storage medium. A preferred storage medium is lithium fluoride (LiF), which has a melting enthalpy of approximately 1044 kJ / kg at a melting temperature of approximately 1121 K (848 ° C.). The change in volume of this storage medium during the transition from the completely solid (solidified) to the completely liquid state is approximately 22% at the melting temperature.
Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die dem Speicherraum 26 zugewandte Zylinderfläche 28 der inneren Wand 14 mit in axialer Richtung 30 liegenden zum Speicherraum 26 offenen nutförmigen Ausnehmungen 32 versehen, welche eine solche Öffnungsweite aufweisen und in Umfangsrichtung (Fig. 2) in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß das Speichermedium in vollständig flüssigem Zustand aufgrund der Kapillarkräfte in diese im wesentlichen nicht eindringt. Die Wirkungsweise solcher zu dem Speicherraum 26 hin offenen Ausnehmungen und vorteilhafte Ausbildungen davon sind in der DE 39 05 706 A1 oder in der US 5 088 548 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the cylinder surface 28 of the inner wall 14 facing the storage space 26 is provided with groove-shaped recesses 32 which lie in the axial direction 30 and are open to the storage space 26 and have such an opening width and in the circumferential direction ( FIG. 2). are arranged at such a distance from one another that the storage medium in a completely liquid state essentially does not penetrate them due to the capillary forces. The mode of operation of such recesses open towards the storage space 26 and advantageous configurations thereof are described in DE 39 05 706 A1 or in US Pat. No. 5,088,548, to which reference is hereby made.
Die innere Fläche des Speicherraums 26, welche die Zylinder fläche 28, eine Zylinderfläche 36 der äußeren Wand 16, eine Ringfläche 38 des Bodenelements 20 und eine entsprechende Ringfläche 40 eines Behälterdeckels 42 umfaßt, ist dabei aus einem vom Speichermedium nicht benetzbaren Material.The inner surface of the storage space 26 , which includes the cylinder surface 28 , a cylindrical surface 36 of the outer wall 16 , an annular surface 38 of the base member 20 and a corresponding annular surface 40 of a container lid 42 , is made of a non-wettable material from the storage medium.
Aufgrund der Nichtbenetzbarkeit der inneren Fläche 34 des Speicherraums 26 durch das Speichermedium ist zum einen jegliche Art von Korrosionsschäden unterbunden. Zum anderen sind die Kapillarkräfte, die ein Eindringen des Speicher mediums in dessem flüssigen Zustand in die offenen Ausneh mungen 32 verhindern, entsprechend groß.Due to the non-wettability of the inner surface 34 of the storage space 26 by the storage medium, any type of corrosion damage is prevented. On the other hand, the capillary forces that prevent penetration of the storage medium in its liquid state into the open recesses 32 are correspondingly large.
Zum Verschluß des Speicherbehälters 12 ist der Behälterdeckel 42 vorgesehen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs beispiel ist der Behälterdeckel 42 ringförmig ausgebildet und weist dem Speicherraum 26 zugewandt eine Ringleiste 44 zur Einführung in den Zwischenraum zwischen der inneren Wand 14 und der äußeren Wand 16 auf. Die oben beschriebene Ringfläche 40 ist an der Ringleiste 44 gebildet. Der Behälterdeckel 42 wird über eine Lötverbindung 46, die untenstehend näher beschrieben wird, mit dem Speicherbehälter 12 verbunden.To close the storage container 12 , the container lid 42 is provided. In the embodiment shown in FIG. 1, the container lid 42 is annular and has a ring bar 44 facing the storage space 26 for insertion into the space between the inner wall 14 and the outer wall 16 . The ring surface 40 described above is formed on the ring bar 44 . The container lid 42 is connected to the storage container 12 via a solder connection 46 , which is described in more detail below.
Der Behälterdeckel 42 kann aus einem Keramikmaterial gefertigt sein. Vorteilhafterweise ist er aber aus Graphit gefertigt, wobei der Graphit isotrop und einheitlich zu dem Graphitmaterial der Wände 14 und 16 ist, um den oben beschriebenen "thermal mismatch" weitgehend zu vermeiden.The container lid 42 can be made of a ceramic material. However, it is advantageously made of graphite, the graphite being isotropic and uniform to the graphite material of the walls 14 and 16 in order to largely avoid the "thermal mismatch" described above.
Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher 10 ist auf seiner Außenseite, welche die Bodenfläche 22, eine Außenfläche 48 der äußeren Wand 16, eine innere Fläche 50 der inneren Wand 14 und, eine Deckelfläche 52 umfaßt, mit Siliziumcarbid (SiC) beschichtet. Unbeschichteter Graphit ist porös und die Beschichtung der Außenseite wie auch die Beschichtung des Speicherraums 26 mit Pyrokohlenstoff (PyC) dient zur Abdich tung. Die SiC-Beschichtung dient auch zur Passivierung gegen über Korrosion. (Eine "nackte" Graphitoberfläche ist stark korrosionsanfällig gegenüber Sauerstoff.) The latent heat accumulator 10 according to the invention is coated on its outside, which comprises the bottom surface 22 , an outer surface 48 of the outer wall 16 , an inner surface 50 of the inner wall 14 and a cover surface 52 , with silicon carbide (SiC). Uncoated graphite is porous and the coating of the outside as well as the coating of the storage space 26 with pyrocarbon (PyC) is used for sealing. The SiC coating is also used for passivation against corrosion. (A "bare" graphite surface is highly susceptible to corrosion by oxygen.)
Der Speicherraum 26 umschließt ein zylindrisches Rohr 54. Über dieses Rohr 54 wird dem Latentwärmespeicher 10 Wärme zugeführt bzw. von diesem Wärme abgeführt. Damit dient die gesamte innere Wand 14 des Speicherbehälters 12 zur Wärme einleitung und Wärmeableitung.The storage space 26 encloses a cylindrical tube 54 . Via this tube 54 , the latent heat accumulator 10 is supplied with heat or heat is removed therefrom. So that the entire inner wall 14 of the storage container 12 is used for heat introduction and heat dissipation.
Die Lötverbindung 24 zwischen Bodenelement 20 und Bodenele ment 18, um die Behälterteile 13 und 15 miteinander zu ver binden (Bodenlötung) ist, wie in Fig. 3 gezeigt, über ein Lotbett 56 hergestellt. Dazu ist in dem Bodenelement 20 des ersten Behälterteils 13 eine ringförmige Ausnehmung 58 gebil det, wobei die Ausnehmung sich in radialer Richtung von der inneren Wand 14 her erstreckt und einen bestimmten Abstand zu dem äußeren Umfang des Bodenelements 20 aufweist, so daß die Ausnehmung 58 nach außen durch eine umlaufende Nase 60 be grenzt ist. Die Ausnehmung 58 ist eben ausgebildet und weist eine Höhe im Bereich zwischen 0,15 mm und 0,25 mm auf. Diese Höhe entspricht dann im wesentlichen der Dicke der Lot schicht.The soldered connection 24 between the base element 20 and the base element 18 in order to bind the container parts 13 and 15 to one another (base soldering), as shown in FIG. 3, is produced via a solder bed 56 . For this purpose, an annular recess 58 is formed in the bottom element 20 of the first container part 13 , the recess extending in the radial direction from the inner wall 14 and a certain distance from the outer circumference of the bottom element 20 , so that the recess 58 after is bordered by a circumferential nose 60 be outside. The recess 58 is flat and has a height in the range between 0.15 mm and 0.25 mm. This height then corresponds essentially to the thickness of the solder layer.
Das Lotbett 56 ist damit bezüglich des Bodenelements 20 durch die Ausnehmung 58 in diesem Bodenelement 20 begrenzt. Die Begrenzung gegenüber dem Bodenelement 18 ist durch eine ent sprechende Anlagefläche des Bodenelements 18 selber gebildet.The solder bed 56 is thus limited with respect to the base element 20 by the recess 58 in this base element 20 . The boundary with respect to the base element 18 is formed by a corresponding contact surface of the base element 18 itself.
Als Lötmaterial kommt ein Aktivlot zum Einsatz. Ein solches Aktivlot enthält einen Aktivator, der die Lotfestigkeit und Lotdichtigkeit gewährleistet. Grundsätzlich kann als Aktivlot ein solches auf Silberbasis zum Einsatz kommen mit ent sprechend gewähltem Aktivator wie Titan. Besonders vorteil haft für die Anwendung in Latentwärmespeichern mit einem hochschmelzenden Speichermedium wie LiF und aus Graphit gefertigten Behälterteilen ist jedoch der Einsatz eines Aktivlots auf Kupferbasis mit Chrom als Aktivator. Der Chrom anteil liegt dabei im Bereich zwischen 0,75% und 1,5%. Die Schmelztemperatur des Aktivlots liegt dann mit genügendem Abstand oberhalb der Gebrauchstemperatur des Latentwärme speichers und folglich oberhalb der Schmelztemperatur des Speichermediums. Das Lot ist duktil, und es reißt beim Ab kühlen des Latentwärmespeichers 10 nicht. Zudem ist die Dichtigkeit des Latentwärmespeichers 10, das heißt die Dichtigkeit des Speicherraums 26 gegenüber dem Außenraum auch bei Einsatz des Latentwärmespeichers im Vakuum über lange Gebrauchszyklen gewährleistet. Bevorzugterweise liegt der Chromanteil als Aktivator bei ca. 1% ("Cu1Cr"). Der Sauer stoffgehalt muß unter 0,001 Gewichts-% liegen, da sonst die Wirkung des Aktivators verringert werden würde.An active solder is used as the soldering material. Such an active solder contains an activator that ensures solder strength and solder tightness. In principle, such a silver-based active solder can be used with an appropriately selected activator such as titanium. However, the use of a copper-based active solder with chromium as an activator is particularly advantageous for use in latent heat stores with a high-melting storage medium such as LiF and container parts made from graphite. The chrome content is between 0.75% and 1.5%. The melting temperature of the active solder is then at a sufficient distance above the temperature of use of the latent heat storage and consequently above the melting temperature of the storage medium. The solder is ductile and it does not tear when the latent heat accumulator 10 cools down. In addition, the tightness of the latent heat store 10 , that is to say the tightness of the storage space 26 with respect to the outside space, is ensured even when the latent heat store is used in a vacuum over long use cycles. The chromium content as activator is preferably approximately 1% (“Cu1Cr”). The oxygen content must be less than 0.001% by weight, otherwise the effect of the activator would be reduced.
Möglich ist auch der Einsatz eines Aktivlots auf Goldbasis mit Vanadium und insbesondere auch zusätzlich Nickel als Aktivator. Vorteilhafterweise liegt der Anteil an Vanadium dabei bei ca. 1,75% und der Nickelanteil bei ca. 0,75%. Der Sauerstoffgehalt im Aktivlot ist unter 0,008% zu halten. Mit einem solchen Aktivlot auf Goldbasis ließen sich in Versuchen längere Gebrauchszeiten für einen erfindungsgemäßen Latent wärmespeicher erhalten.It is also possible to use a gold-based active solder with vanadium and in particular also nickel as Activator. The proportion of vanadium is advantageously at about 1.75% and the nickel content at about 0.75%. The Oxygen content in the active solder should be kept below 0.008%. With Such a gold-based active solder could be tested longer periods of use for a latent according to the invention preserve heat storage.
Zur Bildung der Lötverbindung 46 des Behälterdeckels 42 mit dem Speicherbehälter 12 ist jeweils an der dem Behälterdeckel 42 zugewandten Stirnfläche der inneren Wand 14 bzw. der äußeren Wand 16 eine ringförmige Ausnehmung 62 bzw. 64 ge bildet, welche jeweils als Lotaufnahme dienen. Die Ausnehmung 64 ist gegenüber dem Speicherraum 26 offen und radial nach außen durch eine umlaufende Nase 66 begrenzt. Die Ausnehmung 62 ist ebenfalls gegenüber dem Speicherraum 26 offen, wobei diese Ausnehmung 62 durch eine radial innenliegende um laufende Nase 68 begrenzt ist. Ein Lotbett 70, welches mittels des oben bereits beschriebenen Aktivlots gebildet wird, ist in axialer Richtung durch eine Ringfläche 72 des Behälterdeckels 42 begrenzt und in radialer Richtung durch eine entsprechende seitliche Fläche der Ringleiste 44.To form the solder joint 46 of the container lid 42 to the storage tank 12 is in each case at the container lid 42 facing end surface of the inner wall 14 or the outer wall of an annular recess forms ge 16 62 and 64, respectively, each of which serve as solder pick. The recess 64 is open with respect to the storage space 26 and is delimited radially outwards by a circumferential nose 66 . The recess 62 is also open to the storage space 26 , this recess 62 being delimited by a radially inner circumferential nose 68 . A solder bed 70 , which is formed by means of the active solder already described above, is delimited in the axial direction by an annular surface 72 of the container cover 42 and in the radial direction by a corresponding lateral surface of the ring strip 44 .
Die umlaufenden Nasen 60 bzw. 66 bzw. 68 dienen dazu, daß während der Verlötung von zu verbindenden Teilen flüssiges Lötmaterial nicht aus den entsprechenden Lotaufnahmen laufen kann. Dadurch wird die Ausbildung von Löttränen beim Löten vermieden, die in der Lötschicht zu Unregelmäßigkeit bis hin zu Undichtigkeiten führen könnten. Die umlaufenden Nasen 60 bzw. 66 bzw. 68 erlauben auch eine präzise Festlegung einer Höhe der entsprechenden Lotaufnahme und damit eine präzise Festlegung der Abmessung eines verlöteten Latentwärme speichers 10 in der korrespondierenden Richtung.The circumferential lugs 60 and 66 and 68 serve to ensure that liquid solder material cannot run out of the corresponding solder receptacles during the soldering of parts to be connected. This avoids the formation of tears during soldering, which could lead to irregularities or even leaks in the solder layer. The circumferential lugs 60 and 66 and 68 also allow a precise determination of a height of the corresponding solder receptacle and thus a precise determination of the dimension of a soldered latent heat store 10 in the corresponding direction.
Die Lotaufnahmen, welche in dem in Fig. 3 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel durch die. Ausnehmungen 58, 62 und 64 gebildet sind, sind bevorzugterweise an ihren konvexen und konkaven Kanten abgerundet. Dies ist schematisch in Fig. 4 anhand der durch die Ausnehmung 64 gebildeten Lotaufnahme gezeigt. Die Nase 66 definiert bei einer Ausnehmung mit rechteckförmigem Profil der inneren Wand 14 zugewandt eine obere Kante 74, die in einem konvexen Übergang liegt. Zur Vermeidung einer solchen scharfen Kante ist ein Übergang 76 abgerundet, wobei dies ausgehend von einer scharfen Kante 74 durch Materialent fernung erfolgt. In diesen Übergangsbereich 76 kann dann bei der Lötung Aktivlot einfließen und so insgesamt die Festig keit und Dichtigkeit der Lötverbindung (hier der Lötver bindung 46) erhöhen.The solder recordings, which in the exemplary embodiment shown in FIG . Recesses 58 , 62 and 64 are formed, are preferably rounded at their convex and concave edges. This is shown schematically in FIG. 4 on the basis of the solder receptacle formed by the recess 64 . In the case of a recess with a rectangular profile facing the inner wall 14 , the nose 66 defines an upper edge 74 which lies in a convex transition. To avoid such a sharp edge, a transition 76 is rounded, this being done starting from a sharp edge 74 by material removal. In this transition area 76 active solder can then flow in during the soldering and thus increase the overall strength and tightness of the soldered connection (here the soldered connection 46 ).
Weiterhin definiert die Ausnehmung 64 bei genau rechteck förmigem Profil eine untere Kante 78, über die ein konvexer Übergang 80 gebildet ist. Dieser Übergang 80 wird beispiels weise durch Materialauftrag abgerundet, so daß Aktivlot nicht in eine spitze Ecke einzudringen braucht und somit insgesamt während der Verlötung die Strömungsfähigkeit des Aktivlots verbessert wird durch die Vermeidung von "singulären" Rand bedingungen. Auch durch diese Maßnahme werden insgesamt die Festigkeit und Dichtigkeit der Lötverbindung erhöht.Furthermore, the recess 64 defines a lower edge 78 with a precisely rectangular profile, over which a convex transition 80 is formed. This transition 80 is rounded, for example, by applying material, so that active solder does not need to penetrate a sharp corner and thus overall the flowability of the active solder is improved during the soldering by avoiding "singular" boundary conditions. This measure also increases the overall strength and tightness of the solder joint.
Versuche haben gezeigt, daß eine direkte Lötung auf mit Pyro kohlenstoff beschichtete Stellen möglich ist und auch dicht ist, daß jedoch die mechanische Festigkeit nicht genügend ist. Deshalb werden entsprechende Lötflächen nicht mit Pyro kohlenstoff beschichtet bzw. die Pyrokohlenstoff-Beschichtung wird von diesen Flächen nachträglich entfernt, beispielsweise durch mechanisches Abkratzen.Experiments have shown that direct soldering with Pyro carbon coated areas is possible and also tight is that however the mechanical strength is not sufficient is. Therefore, corresponding soldering areas are not made with Pyro carbon coated or the pyrocarbon coating is subsequently removed from these surfaces, for example by mechanical scraping.
Bei einer Variante einer Ausführungsform, welche in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Behälterdeckel 42 als Schraubverschluß ausgebildet. Er umfaßt dazu eine Ringleiste 82, die an der Unterseite des Behälterdeckels 42 zum Eingriff in den Zwischenraum zwischen der inneren Wand 14 und der äußeren Wand 16 gebildet ist. Die Ringleiste ist mit einem Gewinde 84 zum Eingriff in ein entsprechendes Gewinde 86 der äußeren Wand 16 und/oder der inneren Wand 14 versehen. In dem ge zeigten Ausführungsbeispiel weist die Ringleiste 82 ein Außengewinde zum Eingriff in ein an der äußeren Wand 16 gebildetes Innengewinde 86 auf. Dadurch läßt sich der Be hälterdeckel 42 mit dem Speicherbehälter 12 verschrauben. In das Innengewinde 86 der äußeren Wand 16 ist in Drahtform 88 Aktivlotmaterial eingelegt, um bei der Verlötung Zwischen räume, welche zwischen den ineinander eingreifenden Gewinden 84 und 86 gebildet sind, voneinander zu trennen bzw. zu schließen, um so die Dichtigkeit der Verbindung zu erhöhen. Weiterhin sind, wie bereits oben anhand der Fig. 3 beispiel haft beschrieben, Lötverbindungen 46 zwischen Stirnflächen der Wände 14 und 16 und dem Behälterdeckel 42 vorgesehen.In a variant of an embodiment, which is shown in FIG. 5, the container lid 42 is designed as a screw closure. For this purpose, it comprises a ring strip 82 which is formed on the underside of the container lid 42 for engaging in the space between the inner wall 14 and the outer wall 16 . The ring bar is provided with a thread 84 for engagement in a corresponding thread 86 of the outer wall 16 and / or the inner wall 14 . In the exemplary embodiment shown, the ring strip 82 has an external thread for engaging in an internal thread 86 formed on the outer wall 16 . As a result, the container lid 42 can be screwed to the storage container 12 . In the internal thread 86 of the outer wall 16 , active solder material is inserted in wire form 88 in order to separate or close spaces, which are formed between the interlocking threads 84 and 86 , during soldering, in order to increase the tightness of the connection . Furthermore, as already described by way of example above with reference to FIG. 3, solder connections 46 are provided between end faces of the walls 14 and 16 and the container lid 42 .
Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher läßt sich wie folgt
einsetzen:
Das Befüllungsverfahren und Verlötungsverfahren bei dem
erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher wird untenstehend
beschrieben. Ist der Latentwärmespeicher mit Speichermedium
befüllt und der Behälterdeckel 42 durch Lötung verschlossen,
dann ist der Latentwärmespeicher (gegebenenfalls nach einem
unten näher beschriebenen horizontalen Umschmelzvorgang) ein
satzbereit. Über das Rohr 54 läßt sich dem Speichermedium im
Speicherraum 26 Wärme zuführen. Ist die Wärmezufuhr so groß,
daß die Schmelztemperatur von 1121 K bei LiF erreicht bzw.
überschritten wird, dann beginnt sich das Speichermedium zu
verflüssigen. Dabei nimmt das Volumen des Speichermediums zu.
Nimmt aufgrund der Volumenzunahme der Druck im Speichermedium
zu, so daß dieses entgegen der Wirkung der Kapillarkräfte in
die offenen Ausnehmungen 32 eindringen kann, dann ist der
Speicherbehälter keinen verstärkten Druckkräften ausgesetzt.
In vollständig geschmolzenen Zustand sind dann die Ausneh
mungen 32 frei von Speichermedium, da die Kapillarkräfte
eventuell während des Schmelzprozesses eingedrungenes
Speichermedium herausgedrängt haben.The latent heat store according to the invention can be used as follows:
The filling process and soldering process in the latent heat storage device according to the invention is described below. If the latent heat store is filled with storage medium and the container lid 42 is closed by soldering, then the latent heat store is ready for use (possibly after a horizontal remelting process described in more detail below). Heat can be supplied to the storage medium in the storage space 26 via the tube 54 . If the heat supply is so great that the melting temperature of 1121 K at LiF is reached or exceeded, then the storage medium begins to liquefy. The volume of the storage medium increases. If, due to the increase in volume, the pressure in the storage medium increases, so that it can penetrate into the open recesses 32 against the action of the capillary forces, then the storage container is not exposed to increased pressure forces. In the completely melted state, the recesses 32 are then free of storage medium, since the capillary forces may have forced out storage medium that has penetrated during the melting process.
Bei Wärmeentzug über das Rohr 54 sinkt die Temperatur im Speicherraum 26 und das Speichermedium beginnt zu erstarren. Aufgrund der starken Volumenänderung zwischen dem vollständig geschmolzenen Speichermedium gegenüber dem erstarrten Speichermedium können durch Volumenkontraktion beim Erstarren des Speichermediums Hohlräume (Lunker) im Innern des Speichermediums gebildet werden. Sobald dann ein hinreichend großer Teil des Speichermediums geschmolzen ist, wird dieses die Möglichkeit haben, in die beim Erstarrungsprozeß aufgrund der Volumenkontraktion im Innern des Speichermediums ent standenen Hohlräume einzudringen, so daß eine Druckentlastung auftritt.When heat is removed via the tube 54 , the temperature in the storage space 26 drops and the storage medium begins to solidify. Due to the large volume change between the completely melted storage medium compared to the solidified storage medium, cavities (voids) can be formed in the interior of the storage medium by volume contraction when the storage medium solidifies. As soon as a sufficiently large part of the storage medium has melted, this will have the opportunity to penetrate into the cavities during the solidification process due to the volume contraction inside the storage medium, so that pressure relief occurs.
Beim Erstarrungsprozeß wird latente Wärme freigesetzt, die über das Rohr 54 abgeführt werden kann.During the solidification process, latent heat is released, which can be dissipated via the tube 54 .
Die Lötverbindung mittels des Aktivlots auf Kupfer- oder Goldbasis erlaubt dabei eine hohe Gebrauchstemperatur, die auch über 900°C liegen kann und einen Einsatz im Vakuum, das heißt insbesondere auch im Weltraum erlaubt. Es sind Tempe raturwechselbeanspruchungen zwischen 800 und 900°C möglich und dies auch über eine lange Betriebszeit von insbesondere 10 000 bis 100 000 Betriebsstunden. The solder connection using the active solder on copper or Gold base allows a high service temperature that can also be above 900 ° C and use in a vacuum that means especially allowed in space. It's tempe temperature changes between 800 and 900 ° C possible and this also in particular over a long operating time 10,000 to 100,000 operating hours.
Das erfindungsgemäße Befüllungsverfahren und Lötverfahren ist
wie folgt:
Das erfindungsgemäße Löt- und Befüllungsverfahren läßt sich
vorteilhafterweise unter Verwendung eines Heizofens, welcher
in Fig. 6 gezeigt und als Ganzes mit 100 bezeichnet ist,
durchführen. Dieser Heizofen 100 weist ein zylindrisches Rohr
102 auf, das aus Quarzglas gefertigt ist und an seinem
unteren Ende (in Fig. 6 nicht gezeigt) geschlossen ist. Um
das Rohr 102 sind axial beabstandet mehrere Heizspulen 104
angeordnet, welche getrennt voneinander ansteuerbar sind.
Dadurch ist ein Heizraum 106 des Heizofens in getrennte Heiz
zonen unterteilbar. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungs
beispiel läßt sich mittels einer ersten Heizspule 108 eine
erste Heizzone 110 beheizen. Der ersten Heizspule 108 ist ein
erster Temperatursensor 112 zur Ermittlung der Heiztemperatur
(Wärmezufuhr) zugeordnet. Durch eine benachbart angeordnete
zweite Heizspule 114 läßt sich eine zweite Heizzone 116 in
dem Heizraum 106 beheizen, wobei zur Temperaturermittlung ein
zweiter Temperatursensor 118 vorgesehen ist. Dazu benachbart
ist eine dritte Heizspule 120 zur Beheizung einer dritten
Heizzone 122 angeordnet mit einem dritten Temperatursensor
124. Dazu wiederum benachbart ist eine vierte Heizspule 126
für eine Heizzone 128 angeordnet, wobei ein vierter Tempera
tursensor 130 vorgesehen ist. Es können noch weitere Heiz
spulen vorgesehen sein. Beispielsweise ist der Heizofen als
Zehnzonenofen ausgebildet.
The filling method and soldering method according to the invention is as follows:
The soldering and filling method according to the invention can advantageously be carried out using a heating furnace which is shown in FIG. 6 and is designated 100 as a whole. This heating furnace 100 has a cylindrical tube 102 which is made of quartz glass and is closed at its lower end (not shown in FIG. 6). A plurality of heating coils 104 , which can be controlled separately from one another, are arranged axially spaced around the tube 102 . As a result, a boiler room 106 of the heater can be divided into separate heating zones. In the embodiment shown in FIG. 6, a first heating zone 110 can be heated by means of a first heating coil 108 . The first heating coil 108 is assigned a first temperature sensor 112 for determining the heating temperature (heat supply). A second heating zone 116 can be heated in the heating space 106 by means of an adjacently arranged second heating coil 114 , a second temperature sensor 118 being provided for temperature determination. Adjacent to this is a third heating coil 120 for heating a third heating zone 122 with a third temperature sensor 124 . To this end, in turn, a fourth heating coil 126 is arranged for a heating zone 128 , a fourth temperature sensor 130 being provided. Other heating coils can be provided. For example, the heating furnace is designed as a ten-zone furnace.
Das Rohr 102 ist zum einen Ende hin offen, um darüber ein Werkstück in den Heizraum 106 einführen zu können. Zum Ver schluß des Heizraumes 106 zu diesem Ende zu ist ein Abschluß flansch vorgesehen, welcher unten näher beschrieben wird.The tube 102 is open at one end in order to be able to insert a workpiece into the heating chamber 106 . At the end of the boiler room 106 at this end, a closure flange is provided, which is described in more detail below.
Zur Einführung und Positionierung eines Werkstückes in dem Heizraum 106 ist eine Einbringvorrichtung vorgesehen (in der Zeichnung nicht gezeigt), welche eine bewegliche Spindel 132 umfaßt, die bezüglich einer Längsachse des Heizraums ver schieblich ist. An der Spindel 132 sitzt eine kreisförmige Auflageplatte 134, auf oder an welcher sich ein Werkstück positionieren läßt. Ferner sitzt an der Spindel 132, welche insbesondere aus Aluminiumoxid gefertigt ist, ein Abschluß flansch 136 für den Heizraum 106. Dieser Abschlußflansch 136 ist insbesondere lösbar an der Spindel 132 gehalten und läßt sich in seiner Höhenlage an der Spindel verstellen.For the introduction and positioning of a workpiece in the heating chamber 106 , an insertion device is provided (not shown in the drawing), which comprises a movable spindle 132 which is slidable ver with respect to a longitudinal axis of the heating chamber. A circular support plate 134 sits on the spindle 132 , on or on which a workpiece can be positioned. Furthermore, an end flange 136 for the heating chamber 106 sits on the spindle 132 , which is made in particular of aluminum oxide. This end flange 136 is in particular detachably held on the spindle 132 and can be adjusted in height on the spindle.
In dem Heizraum 106 sind mehrere Temperatursensoren ange ordnet, die zur Überwachung des Lötvorgangs und des Schmelz vorgangs nach der Befüllung dienen. Auf der Auflageplatte 134 ist ein Temperatursensor 138 angeordnet, mittels dem sich die Temperatur an der Aufliegestelle eines aufliegenden Werk stückes ermitteln läßt. In der Nähe der Spindel 132 ist ein Temperatursensor 140 angeordnet, welcher insbesondere zur Ermittlung der Temperatur der inneren Wand 14 des Speicher behälters 12 dient und der damit Informationen über die Temperatur in dem Speicherraum 26 liefert. Ein weiterer Temperatursensor 142 ist ebenfalls in der Nähe der Spindel 132 angeordnet und zwar in einer solchen axialen Höhe gegen über der Auflageplatte 134, die im wesentlichen der axialen Höhe eines Latentwärmespeichers 10 entspricht, um die Tempe ratur bei einer Verlötung des Behälterdeckels 42 mit dem Speicherbehälter 12 zu überwachen oder auch die Temperatur bei der Verlötung der Behälterteile 13 und 15.In the heating room 106 , several temperature sensors are arranged, which are used to monitor the soldering process and the melting process after filling. On the support plate 134 , a temperature sensor 138 is arranged, by means of which the temperature at the support point of an overlying work piece can be determined. In the vicinity of the spindle 132 , a temperature sensor 140 is arranged, which is used in particular to determine the temperature of the inner wall 14 of the storage container 12 and which thus provides information about the temperature in the storage space 26 . Another temperature sensor 142 is also arranged in the vicinity of the spindle 132 and in such an axial height relative to the support plate 134 , which essentially corresponds to the axial height of a latent heat storage 10 , to the temperature when the container lid 42 is soldered to the storage container 12 to monitor or the temperature when soldering the container parts 13 and 15th
Zum Einbringen eines zu verlötenden Speicherbehälters 12 wird beispielsweise bei der Verlötung des Behälterdeckels 42 mit dem Speicherbehälter 12 die Spindel 132 in den Innenraum des Rohres 54 geschoben, bis der Speicherbehälter auf der Auf lageplatte 134 aufsteht. Die Lötaufnahme werden wie unten stehend beschrieben präpariert (oder sind bereits ent sprechend präpariert) und der Behälterdeckel 42 aufgesetzt. Dann wird ein keilförmiges Ringelement 144 auf die Spindel 132 aufgeschoben und mittels Keilflächen erfolgt eine Ver klemmung zwischen dem Speicherbehälter 12 und der Spindel 132, so daß der Speicherbehälter 12 gegenüber dieser fest gelegt ist. Auf den Behälterdeckel 42 werden Gewichte 146 aufgelegt, die zur Ausübung einer Druckkraft auf den Deckel 42 gegenüber dem Speicherbehälter 12 bei der Verlötung dienen. Durch den Abschlußflansch 136 läßt sich der Heizraum 106 an seinem offenen Ende verschließen.For introducing a brazed to the storage container 12 is pushed for example, in soldering of the container lid 42 to the storage tank 12, the spindle 132 in the interior of the tube 54 until the storage tank on the up platter 134 stands up. The solder receptacle is prepared as described below (or has already been prepared accordingly) and the container lid 42 is placed on. Then a wedge-shaped ring element 144 is pushed onto the spindle 132 and by means of wedge surfaces there is a clamping between the storage container 12 and the spindle 132 , so that the storage container 12 is fixed relative to the latter. On the container cover 42 weights 146 are placed which serve to exert a compressive force on the lid 42 relative to the storage container 12 in the soldering. The heating flange 106 can be closed at its open end by the end flange 136 .
Zwischen dem Werkstück, das heißt den zu verlötenden Be hälterteilen, und der Quarzglaswand des Rohres 102 des Heiz ofens 100 ist koaxial zur Achse des Heizraumes 106 eine Schutzfolie 148 angeordnet. Diese ist aus Graphit gefertigt. Sie dient dazu zu verhindern, daß möglicherweise aus dem Speicherbehälter 12 entweichendes LiF zum Quarzglas gelangen kann. Dadurch könnte die Quarzwand 102 angegriffen werden und diese undicht machen. Between the workpiece, that is, the container parts to be soldered, and the quartz glass wall of the tube 102 of the heating furnace 100 , a protective film 148 is arranged coaxially to the axis of the heating chamber 106 . This is made of graphite. It serves to prevent LiF escaping from the storage container 12 from reaching the quartz glass. This could attack the quartz wall 102 and cause it to leak.
Das Verfahren zum Zusammenfügen der Behälterteile des Latent wärmespeichers 10 erfolgt, wie in Fig. 7 schematisch darge stellt, in vier grundsätzlichen Schritten:The process for joining the container parts of the latent heat store 10 takes place, as shown schematically in FIG. 7, in four basic steps:
In einem ersten Schritt (a) werden die beiden Behälterteile 13 und 15 durch Verlötung der Bodenelemente 18 und 20 mitein ander verlötet (Bodenlötung). Dazu wird - ohne Lotver bindung - der zur Zentrierung dienende Behälterdeckel 42 auf den (unverlöteten) Speicherbehälter 12 aufgesetzt und dann das Werkstück mit dem Behälterdeckel 42 nach unten auf die Auflageplatte 134 aufgelegt. Die Lotaufnahme 24 wird zuvor wie untenstehend präpariert. In dem Heizofen 100 erfolgt dann die Verlötung.In a first step (a), the two container parts 13 and 15 are soldered together by soldering the bottom elements 18 and 20 (bottom soldering). For this purpose - without soldering connection - the container lid 42 serving for centering is placed on the (unsoldered) storage container 12 and then the workpiece is placed with the container lid 42 down on the support plate 134 . The solder receptacle 24 is previously prepared as below. The soldering then takes place in the heating furnace 100 .
Der dadurch gebildete Speicherbehälter 12 wird aus dem Heiz ofen 100 genommen und umgedreht, so daß später beim Deckel löten die Bodenfläche 22 auf der Auflagenplatte 134 liegt und dann das Speichermedium eingefüllt.The storage container 12 thus formed is removed from the heating oven 100 and turned over so that later when the lid is soldered, the bottom surface 22 lies on the support plate 134 and then the storage medium is filled.
LiF als Speichermedium ist in der erforderlichen Reinheit nur in Pulverform erhältlich. Grundsätzlich kann das Speicher medium in Pulverform eingefüllt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn vor der Befüllung das Speichermedium um geschmolzen wird in Speichermediumkörper, d. h. in größere Stücke oder in Vollmaterial. Der Vorteil dabei ist, daß die Leervolumina zwischen Speichermediumkörpern kleiner sind als bei Pulver und so die Anzahl von Füllvorgängen verringerbar ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, das LiF-Material in ringförmige oder torusförmige Stücke umzuschmelzen, deren Ab messungen der Ringform des Speicherraums 26 entsprechen. Nach Befüllung des Speicherraums 26 mit der ersten Ladung an Speichermedium wird der Speicherbehälter in den Heizraum 106 gebracht und das feste Speichermedium geschmolzen, um Hohl räume zwischen den Befüllungskörpern zu "füllen". Man läßt dann das Speichermedium wieder erstarren.LiF as a storage medium is only available in the required purity in powder form. In principle, the storage medium can be filled in powder form. However, it is particularly advantageous if the storage medium is melted before being filled into storage medium bodies, ie into larger pieces or in solid material. The advantage here is that the empty volumes between the storage medium bodies are smaller than in the case of powder and the number of filling processes can thus be reduced. In particular, it is advantageous to remelt the LiF material into annular or toroidal pieces, the dimensions of which correspond to the annular shape of the storage space 26 . After the storage space 26 has been filled with the first charge of storage medium, the storage container is brought into the heating space 106 and the solid storage medium is melted in order to “fill” cavities between the filling bodies. The storage medium is then allowed to solidify again.
In dem nächsten Schritt (c) wird der Speicherraum 26 mit einer zweiten Ladung an festem Speichermedium insbesondere in der Form von Speichermediumkörpern befüllt. Die Lötaufnahmen 62 und 64 werden präpariert oder sind bereits präpariert und der Behälterdeckel 42 aufgesetzt. In einem Ofengang wird dann das Speichermedium umgeschmolzen und der Deckel 42 mit dem Speicherbehälter 12 verlötet. Bei der Befüllung mit der zweiten Ladung an Speichermedium ist zu beachten, daß der Speicherbehälter 12 mit ca. 2 bis 4% weniger LiF gefüllt ist als er insgesamt im flüssigen Zustand des Speichermediums bei dessen Schmelztemperatur aufnehmen kann. Zum einen ist die Volumenausdehnung beim Schmelzen zu berücksichtigen und zum anderen die Wärmeausdehnung bei der Löttemperatur, die höher liegt als die Schmelztemperatur des Speichermediums, mit einem genügenden Sicherheitsabstand. Durch eine derartige Befüllung ist gewährleistet, daß beim Löten kein Speicher medium aus dem Behälter auslaufen kann. Indem Schritt (c) erfolgt die Deckellötung.In the next step (c), the storage space 26 is filled with a second charge of solid storage medium, in particular in the form of storage medium bodies. The solder receptacles 62 and 64 are prepared or are already prepared and the container lid 42 is placed on. The storage medium is then remelted in an oven pass and the lid 42 is soldered to the storage container 12 . When filling with the second charge of storage medium, it should be noted that the storage container 12 is filled with approximately 2 to 4% less LiF than it can hold in total in the liquid state of the storage medium at its melting temperature. On the one hand, the volume expansion during melting must be taken into account and, on the other hand, the thermal expansion at the soldering temperature, which is higher than the melting temperature of the storage medium, with a sufficient safety margin. Such a filling ensures that no storage medium can leak from the container during soldering. The cover is soldered in step (c).
Falls die Befüllung und Verlötung des Behälterdeckels 42 in einer vertikalen Stellung erfolgt ist, muß in einem weiteren Schritt (d) das Speichermedium bei horizontaler Stellung des Latentwärmespeichers 10 umgeschmolzen werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, da nachfolgend diesem Schritt ein in dem Speicherraum 26 bei erstarrtem Speicher medium gebildeter Hohlraum 150 zwischen Speichermedium 152 und entsprechender Behälterwand eine größere Fläche gegenüber dem Speichermedium 152 aufweist. Dadurch ist beim Schmelzen dem Speichermedium ein größerer Raum zur Verfügung gestellt, in welchen es sich ausdehnen kann.If the filling and soldering of the container lid 42 has been carried out in a vertical position, the storage medium must be remelted in a further step (d) with the latent heat accumulator 10 in the horizontal position. This is necessary for security reasons, because following this step, a cavity 150 formed in the storage space 26 when the storage medium has solidified between the storage medium 152 and the corresponding container wall has a larger area than the storage medium 152 . This provides the storage medium with a larger space during melting, in which it can expand.
Die Verfahrensschritte zur Vorbereitung und Durchführung
eines Lötvorgangs sind nun wie folgt:
Falls mittels Aktivlötung zu verbindende Flächen mit einer
Pyrokohlenstoff-Beschichtung versehen sind, wird diese
Beschichtung mechanisch entfernt, beispielsweise durch mecha
nische Abkratzung. Die vollständigen Behälterteile (dies sind
also Behälterteile 13 und 15 und der Behälterdeckel 42)
werden mit einer feinen Bürste mechanisch gereinigt, in einem
Azetonbad mit Ultraschall entfettet und nachgereinigt. Sie
werden dann in den Heizofen eingebracht, wo dann im Vakuum
langsam hochgeheizt wird, um aufgenommene Verunreinigungen
wie Wasser, Azeton, Sauerstoff oder andere Gase über eine
Heizzeit von ca. 30 Minuten bei ca. 1200°C im Vakuum auszu
gasen. Nach Abkühlung im Vakuum werden die Behälterteile dann
innerhalb von ca. 30 Minuten außerhalb des Heizofens 100
zusammengebaut, wieder in den Ofen gebracht und dieser wird
evakuiert und anschließend erfolgt die Bodenlötung gemäß dem
Schritt (a) der Fig. 7.The process steps for preparing and performing a soldering process are now as follows:
If surfaces to be connected by means of active soldering are provided with a pyrocarbon coating, this coating is removed mechanically, for example by mechanical scraping. The complete container parts (these are container parts 13 and 15 and the container lid 42 ) are mechanically cleaned with a fine brush, degreased in an acetone bath with ultrasound and then cleaned. They are then placed in the heating furnace, where they are then slowly heated in a vacuum in order to outgass contaminants such as water, acetone, oxygen or other gases over a heating time of approx. 30 minutes at approx. 1200 ° C in a vacuum. After cooling in a vacuum, the container parts are then assembled outside the heating furnace 100 within about 30 minutes, put back into the furnace and this is evacuated and then the bottom is soldered in accordance with step (a) of FIG. 7.
Das Lotmaterial ist beispielsweise in Folienform bereit gestellt, wobei die Folien beispielsweise eine Dicke zwischen 0,15 mm und 0,25 mm aufweisen. Aus einer solchen Folie wird ein Lotring ausgeformt, beispielsweise durch Ausstanzen, so daß der Lotring in die entsprechende Lotaufnahme paßt. Bei der Bodenlötung werden also Lotringe ausgeformt, die in die Ausnehmung 58 passen. Die Höhe einer Lotaufnahme muß dabei mit der Höhe einer Lotringscheibe übereinstimmen oder darf höchstens geringfügig kleiner sein. Sind die Folien sehr dünn, dann lassen sich mehrere Lotringscheiben zur Ausfüllung einer Lotaufnahme übereinanderlegen. Alternativ wird die Foliendicke und die Höhe der Lotaufnahme aneinander angepaßt.The solder material is provided, for example, in the form of a film, the films, for example, having a thickness between 0.15 mm and 0.25 mm. A solder ring is formed from such a film, for example by punching out, so that the solder ring fits into the corresponding solder receptacle. In the case of floor soldering, solder rings are thus formed which fit into the recess 58 . The height of a solder receptacle must match the height of a solder washer or may at most be slightly smaller. If the foils are very thin, several solder ring disks can be placed one above the other to fill out a solder receptacle. Alternatively, the film thickness and the height of the solder holder are adapted to one another.
Vor ihrem Einbau zum Löten wird die Oberfläche einer solchen Lotringscheibe mit einem Metallradierer mechanisch entoxi diert und in einem Azetonbad mit Ultraschall entfettet und gereinigt.Before they are installed for soldering, the surface of one Solder ring washer with a metal eraser mechanically deoxy dated and degreased with ultrasound in an acetone bath and cleaned.
Die Lotringscheibe wird dann in die entsprechende Lot ringscheibe eingelegt, die Behälterteile zusammengefügt, das heißt bei der Bodenlötung werden die Behälterteile 13 und 15 mit dem Lotring zwischen den Bodenteilen 18 und 20 zusammen gefügt und bei der Deckellötung wird der Deckel 42 mit dem Speicherbehälter 12 und den Lotringscheiben in den Ausnehmun gen 62 und 64 zusammengefügt.The solder ring washer is then inserted into the corresponding solder ring disk, the container parts are joined, that is to say in the case of bottom soldering, the container parts 13 and 15 are joined together with the solder ring between the bottom parts 18 and 20 , and in the case of the cover soldering, the lid 42 with the storage container 12 and the solder washers in the recesses gene 62 and 64 assembled.
Das Werkstück wird dann in den Heizraum 106 eingebracht.The workpiece is then placed in the heating room 106 .
Bei der Bodenlötung gemäß Fig. 7(a) wird die Temperatur im Heizofen 100 am Werkstück für eine längere Zeit gehalten, um während des Zusammenbaus oberflächlich aufgenommene Gase zu entfernen. Beispielsweise wird bei einem Aktivlot auf Kupfer basis eine Temperatur von ca. 1030°C für ca. 50 bis 100 min gehalten oder bei Aktivlot auf Goldbasis eine Temperatur im Bereich von 950°C bis 960°C für ca. 50 bis 100 min. In the Bodenlötung of FIG. 7 (a) maintaining the temperature in the heating furnace 100 on the workpiece for a longer time to remove during assembly superficially absorbed gases. For example, with an active solder based on copper, a temperature of approx. 1030 ° C is maintained for approx. 50 to 100 min or with an active solder based on gold, a temperature in the range from 950 ° C to 960 ° C for approx. 50 to 100 min.
Es haben sich mit einem Aktivlot auf Kupferbasis mit einem
Aktivatoranteil von 1% an Cr (Cu1Cr) folgende Einstellungen
als erfolgreich erwiesen:
Ausgehend von einer Temperatur von 300°C wird zur Bodenlötung
(Fig. 7(a)) eine Aufheizrampe mit einer Aufheizgeschwindig
keit von 10 bis 35 K/min gefahren, dann der oben genannte
Zwischenhalt zum Ausgasen bei ca. 1030°C eingelegt, dann eine
Aufheizrampe mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 3 bis 6
K/min gefahren und anschließend bei einer Löttemperatur im
Bereich zwischen 1140°C und 1150°C die Lötung vorgenommen.
Die Lötdauer beträgt in etwa 8 bis 15 Minuten, wobei davon 5
bis 8 Minuten eine Temperatur von 1150°C oder geringfügig
darüber gefahren wird. Die Gesamtaufheizzeit an der Löt
stelle, das heißt an der Lötverbindung 24 beträgt dabei 115
bis 125 Minuten. Danach wird eine Abkühlrampe gefahren, wobei
die Abkühlgeschwindigkeit zwischen 5 K/min bis 8 K/min liegt
und eher langsames Abkühlen bei 5 K/min bevorzugt ist. Durch
eine derartige Abkühlgeschwindigkeit läßt sich während des
Abkühlens ein Spannungsabbau im duktilen Lot erreichen.The following settings have proven successful with a copper-based active solder with an activator content of 1% Cr (Cu1Cr):
Starting from a temperature of 300 ° C for floor soldering ( Fig. 7 (a)), a heating ramp with a heating speed of 10 to 35 K / min is driven, then the above-mentioned stop for outgassing is inserted at approx. 1030 ° C, then driven a heating ramp with a heating rate of 3 to 6 K / min and then carried out the soldering at a soldering temperature in the range between 1140 ° C and 1150 ° C. The soldering time is about 8 to 15 minutes, of which 5 to 8 minutes a temperature of 1150 ° C or slightly higher. The total heating time at the soldering point, that is, at the solder connection 24, is 115 to 125 minutes. A cooling ramp is then run, the cooling rate being between 5 K / min to 8 K / min and slow cooling at 5 K / min being preferred. Such a cooling rate allows stress reduction in the ductile solder to be achieved during cooling.
Nach Einfüllen der ersten Ladung an Speichermedium wird gemäß Fig. 7(b) ein Schmelzgang zur Schmelzung dieser ersten Ladung an Speichermedium gefahren. Dazu wird ausgehend von einer Temperatur von 300°C eine Aufheizrampe mit einer Aufheiz geschwindigkeit von 10 bis 35 K/min gefahren, wobei bei den gewählten Abmessungen des Latentwärmespeichers die Schmelz zeit des Speichermediums LiF 15 bis 25 Minuten beträgt. Der Weiteranstieg bis ca. 870°C wird mit einer Heizgeschwindig keit von 1 K/min bis 3 K/min gefahren. Die gesamte Aufheiz zeit von 300°C bis 870°C liegt bei 57 bis 65 Minuten. Danach wird eine Abkühlrampe gefahren, die anfangs bei 1,5 K/min bis 2,7 K/min liegt.After the first charge of storage medium has been filled in, a melting process for melting this first charge of storage medium is carried out as shown in FIG. 7 (b). For this purpose, starting from a temperature of 300 ° C, a heating ramp is run at a heating speed of 10 to 35 K / min, the melting time of the storage medium LiF being 15 to 25 minutes for the selected dimensions of the latent heat storage. The further increase to approx. 870 ° C is carried out at a heating speed of 1 K / min to 3 K / min. The total heating time from 300 ° C to 870 ° C is 57 to 65 minutes. Then a cooling ramp is run, which is initially at 1.5 K / min to 2.7 K / min.
Die erwähnten Abkühlrampen sind dabei natürlich Abkühlrampen, die sich aus einer Abschaltung aller Heizspulen ergeben; das heißt bei den genannten Ausführungsbeispielen ist keine zusätzliche Kühlung vorgesehen.The cooling ramps mentioned are of course cooling ramps, which result from switching off all heating coils; the means in the above-mentioned embodiments there is none additional cooling provided.
Besonders wichtig sind die Einstellungen bei der Deckellötung gemäß Fig. 7(c), da in gleichem Ofengang auch das Speicher medium geschmolzen wird. Dazu überwachen die Temperatursen soren 138, 140 und 142 den Heizgang. Es ist dabei insbeson dere zu berücksichtigen, daß zur Lötzeit die Temperatur des eingefüllten LiF an allen Stellen im Speicherraum 26 über dessen Schmelzpunkt liegt, damit dieses vollständig ge schmolzen ist. (Wenn sich erstarrtes Speichermedium mit Lunkern im Speicherraum 26 befindet, kann es vorkommen, daß erstarrte Bereiche den Abfluß von Speichermedium vom Be hälterdeckel 42 weg hemmen und damit im Bereich des Behälter deckels 42 sich mehr flüssiges Speichermedium befindet als es im vollständig geschmolzenen Zustand der Fall wäre.) Anderer seits darf die mittlere Temperatur das geschmolzene LiF nicht zu groß werden, da sonst die Wärmeausdehnung zu groß ist und das Speichermedium aus dem Speicherbehälter 12 läuft und damit eine Verlötung verhindert.The settings for the cover soldering according to FIG. 7 (c) are particularly important, since the storage medium is also melted in the same furnace pass. To do this, the temperature sensors 138 , 140 and 142 monitor the heating cycle. It must be taken into account in particular that at the soldering time the temperature of the filled LiF is above its melting point at all points in the storage space 26 so that it is completely melted. (When solidified storage medium is with voids in the storage chamber 26, it may happen that solidified areas hälterdeckel the drain of storage medium loading 42 inhibit away and thus the lid in the region of the container 42 more liquid storage medium is than in the completely molten state of the case, On the other hand, the mean temperature of the molten LiF must not become too high, since otherwise the thermal expansion is too great and the storage medium runs out of the storage container 12 and thus prevents soldering.
In Fig. 8 ist ein Heizverlauf für die Deckellötung gezeigt, der diese Anforderungen erfüllt. Dieser Heizverlauf ergibt sich, wenn ausgehend von einer Temperatur von 300°C im Heiz ofen 100 eine Aufheizrampe mit einer Heizgeschwindigkeit von 10 bis 35 K/min gefahren wird, dann nach Hochstellung der Heizung für das Speichermedium Speicherraum 26 eine weitere Heizrampe mit einer Heizgeschwindigkeit von 3 bis 6 K/min gefahren wird und bei einer Löttemperatur von 1140°C bis 1150°C bei einer Lötzeit von insgesamt 8 bis 15 Minuten, wovon zwischen 5 Minuten bis 8 Minuten eine Löttemperatur bei ca. 1150°C oder etwas darüber vorliegt, eine Gesamtaufheiz zeit an der Lötstelle zur Herstellung der Lötverbindung 46 von 110 Minuten bis 115 Minuten gefahren wird. Danach schließt sich eine Abkühlrampe an mit einer Abkühlgeschwin digkeit von anfangs 5 K/min bis 8 K/min.In FIG. 8, a heating course for the Deckellötung is shown which meets these requirements. This heating curve results if, starting from a temperature of 300 ° C in the heating furnace 100, a heating ramp is run at a heating speed of 10 to 35 K / min, then after the heating for the storage medium storage space 26 has been raised, a further heating ramp with a heating speed of 3 to 6 K / min and at a soldering temperature of 1140 ° C to 1150 ° C with a total soldering time of 8 to 15 minutes, of which there is a soldering temperature of approx. 1150 ° C or slightly above between 5 minutes and 8 minutes, a total heating time at the soldering point for producing the soldered connection 46 is driven from 110 minutes to 115 minutes. This is followed by a cooling ramp with a cooling speed of initially 5 K / min to 8 K / min.
Das Diagramm in Fig. 8 zeigt bei diesen Einstellungen die Temperaturverläufe, wie sie durch verschiedene Sensoren im Heizraum 106 gemessen werden. Die waagrechte Linie 154 liegt dabei bei der Schmelztemperatur von LiF und die waagrechte Linie 156 bei der Löttemperatur von Cu1Cr. Der durchgezogene Temperaturverlauf 158 ist durch den vierten Temperatursensor 130 ermittelt, der gestrichelte Temperaturverlauf 160 durch einen Temperatursensor 162, welcher unten an dem Gewicht 146 angeordnet ist und dem Speicherbehälter 12 im Heizraum 106 des Heizofens 100 am nächsten liegt.With these settings, the diagram in FIG. 8 shows the temperature profiles as measured by various sensors in the heating room 106 . The horizontal line 154 lies at the melting temperature of LiF and the horizontal line 156 at the soldering temperature of Cu1Cr. The solid temperature curve 158 is determined by the fourth temperature sensor 130 , the dashed temperature curve 160 by a temperature sensor 162 , which is arranged at the bottom of the weight 146 and is closest to the storage container 12 in the heating chamber 106 of the heating furnace 100 .
Der Temperaturverlauf 164 ist durch den zweiten Temperatur sensor 118 ermittelt und der Temperaturverlauf 166 durch den Temperatursensor 140 im Rohr 54. Der Temperaturverlauf 168 schließlich ist durch den ersten Temperatursensor 112 er mittelt und der Temperaturverlauf 170 durch den Temperatur sensor 138 an der Auflageplatte 134 der Spindel 132. The temperature profile 164 is determined by the second temperature sensor 118 and the temperature profile 166 by the temperature sensor 140 in the tube 54 . Finally, the temperature profile 168 is averaged by the first temperature sensor 112 and the temperature profile 170 by the temperature sensor 138 on the support plate 134 of the spindle 132 .
Der Temperaturgang selber wird durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Steuer- und Regeleinheit vorgegeben, mittels welcher die einzelnen Heizspulen (in Fig. 6 108, 114, 120, 126) gesteuert werden.The temperature response itself is specified by a control and regulating unit, not shown in the drawing, by means of which the individual heating coils (in FIG. 6, 108 , 114 , 120 , 126 ) are controlled.
Bei der Beheizung der vierten Heizzone 128 muß beispielsweise berücksichtigt werden, daß auch die Gewichte 146 mit aufge heizt werden und daß außerdem Strahlungswärme über den Ab schlußflansch 136 abgegeben wird, der insbesondere dazu auch noch ventilatorgekühlt sein kann. In der Heizspule 126 muß deshalb beim Schmelzen der ersten Ladung an Speichermedium eine höhere Temperatur als die Schmelztemperatur eingestellt werden und bei der Lötung eine höhere Temperatur als die Löt temperatur.When heating the fourth heating zone 128, it must be taken into account, for example, that the weights 146 are also heated up and that radiant heat is also emitted via the end flange 136 , which in particular can also be fan-cooled. In the heating coil 126 must therefore be set a higher temperature than the melting temperature when melting the first charge of storage medium and a higher temperature than the soldering temperature during soldering.
Andererseits muß die Temperatur in der ersten Heizzone 110 und in der zweiten Heizzone 116 niedriger liegen, damit sich das Lithiumfluorid in dem Speicherraum 26 nicht zu stark aus dehnt und bis zur Lötstelle vordringt. Deshalb wird für diese Heizzonen nach ca. 60 bzw. 66 Minuten die Temperatur stufen weise höhergestellt und zwar in mehreren Schritten in Inter vallen von 5 bis 20 Minuten. Dies kommt in den Temperaturver läufen 164 und 168 im Diagramm in Fig. 8 zum Ausdruck. Das Fahren von Intervallen ist notwendig, da die Wärmeabfuhr vom Behälterdeckel 42 in den Speichermediumbereich nach Erreichen der Schmelztemperatur groß ist und deshalb der Temperatur anstieg in der Nähe des Behälterdeckels 42 langsam erfolgt und zu gering ist. Mit der gewählten Vorgabe läßt sich ein gewünschter Abstand zwischen der Temperatur des Behälter deckels und der mittleren Temperatur im Speichermedium er halten, wie in den Temperaturverläufen 166 und 170 gezeigt. On the other hand, the temperature in the first heating zone 110 and in the second heating zone 116 must be lower so that the lithium fluoride in the storage space 26 does not expand too much and penetrate to the soldering point. For this reason, the temperature is gradually increased for these heating zones after approx. 60 or 66 minutes, in several steps at intervals of 5 to 20 minutes. This is expressed in the temperature profiles 164 and 168 in the diagram in FIG. 8. The driving of intervals is necessary because the heat dissipation from the container lid 42 into the storage medium area is large after reaching the melting temperature and therefore the temperature rise near the container lid 42 is slow and too low. With the selected specification, a desired distance between the temperature of the container lid and the average temperature in the storage medium can be maintained, as shown in the temperature profiles 166 and 170 .
Die Lötung selber erfolgt unter Schutzgas, wobei bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens Argon als solches verwendet wird. Erforderlich ist ein Reinheits grad des Schutzgases von mindestens 99,9999%. Bei der Boden lötung gemäß Fig. 7(a) wird bei einer Variante einer Ausfüh rungsform ein Druck von 1 mbar für das Schutzgas eingestellt.The soldering itself is carried out under protective gas, argon being used as such in one embodiment of the method according to the invention. A purity of the protective gas of at least 99.9999% is required. At the bottom of FIG soldering. 7 (a) is conducted at a variant of an exporting a pressure of 1 mbar approximate shape for the shielding gas set.
Bei der Deckellötung nach Fig. 7(b) ist der Druck des Schutz gases ist so zu wählen, daß er dem Dampfdruck des Speicher mediums bei der Löttemperatur entspricht. Durch den Dampf druck über dem Speichermedium bei der Löttemperatur wird gas förmiges Speichermedium aus dem Speicherbehälter 12 bei noch nicht verlötetem Behälterdeckel 42 gedrängt. Durch den ent sprechend eingestellten Gegendruck des Schutzgases läßt sich dann das Ausströmen von gasförmigen Speichermedium verhindern und andererseits das Einströmen von Schutzgas in den Speicherraum 26 weitgehend vermieden, da durch die Druck kompensation der Gasaustausch aufgrund von Druckdifferenzen stark reduziert ist und im wesentlichen nur noch Diffusions ströme auftreten, die im großen und ganzen quantitativ be deutungslos sind. Bei einer Löttemperatur des KupferbasisLots von ca. 1150°C und bei der Verwendung von Lithiumfluorid als Speichermedium ist ein Druck von ca. 7 bis 8 Millibar für das Schutzgas einzustellen. Bei einem Kupferbasis-Lot mit Löttem peratur von 1100°C ist ein Druck von ca. 3 bis 4 Millibar für Argon einzustellen.In the Deckellötung of FIG. 7 (b) the pressure of the protective gas should be selected so that it corresponds to the vapor pressure of the storage medium at the brazing temperature. By the vapor pressure over the storage medium at the soldering temperature, gaseous storage medium is pushed out of the storage container 12 with the container lid 42 not yet soldered. By accordingly set back pressure of the protective gas can then prevent the outflow of gaseous storage medium and on the other hand largely prevents the inflow of protective gas into the storage space 26 , since the pressure compensation gas exchange is greatly reduced due to pressure differences and essentially only diffusion flows occur that are largely quantitatively insignificant. At a soldering temperature of the copper-based solder of approx. 1150 ° C and when using lithium fluoride as storage medium, a pressure of approx. 7 to 8 millibars must be set for the shielding gas. With a copper-based solder with a soldering temperature of 1100 ° C, a pressure of approx. 3 to 4 millibars must be set for argon.
Der Druck wird dabei mittels eines Durchflußreglers einge stellt, wobei das Schutzgas das Rohr 102 ständig durchströmt. Auf diese Weise wird auch durch Lecks einströmender oder durch Restausgasung entstehender Sauerstoff weggespült, der sonst den Aktivator im Aktivlot passivieren könnte.The pressure is set by means of a flow controller, the protective gas constantly flowing through the tube 102 . In this way, oxygen flowing in through leaks or due to residual outgassing is also washed away, which could otherwise passivate the activator in the active solder.
Claims (78)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19937730A DE19937730C1 (en) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | High temperature latent heat storage device, especially for use in space, comprises graphite or ceramic container brazed to lid by a gold- or copper-based active brazing material |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19937730A DE19937730C1 (en) | 1999-08-10 | 1999-08-10 | High temperature latent heat storage device, especially for use in space, comprises graphite or ceramic container brazed to lid by a gold- or copper-based active brazing material |
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