DE2406604C2

DE2406604C2 - Wärmeisolierung aus Stapeln einzelner hohler, abgedichteter Elemente aus Metall

Info

Publication number: DE2406604C2
Application number: DE2406604A
Authority: DE
Inventors: Andre Morsang sur Orge Barriere; Pierre Orsay Rouge
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB1447563A; ES423152A1; JPS49113092A; FR2217628B1; DE2406604A1; IT1004963B; JPS5740399B2; US3958714A; FR2217628A1

Description

bildet , .

3 Wärmeisolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung ein Bolzen (15) ist, der den Abstandhalter (8) jedes Elements (1, 10) durchsetzt und einen mit dem Bolzen zusammenwirkenden Preßkopf (16) aufweist

4. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (1, 10) eine Füllkörperstruktur (5a, Sb) aufweist die in jeder der Abteilungen (la, lö; 10a, lOty seines Hohlraums angeordnet ist

5. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß alle ein Element bildenden Teile zusammengesetzt alle Schweißverbindungen zwischen diesen Teilen, außer einer, nach einem beliebigen Verfahren hergestellt werden, dann der Innenraum des Elements evakuiert und die letzte Schweißnaht durch Schweißen unter Vakuum hergestellt wird.

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[■' Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Wärme-

isolierung aus Stapeln einzelner hohler, abgedichteter

£ Elemente aus Metall, deren Ränder die Ränder von in

te der gleichen Schicht liegenden Elementen benachbarter

φ Stapel überdecken. Eine solche Wärmeisolierung

1$ kommt bestimmungsgemäß in unmittelbare Berührung

$ mit wärmeübertragenden Fluiden, welche beispielswei-

$ se in Kernreaktorbehältern und Behältern der chemi-

'H sehen Industrie verwendet werden.

I'; Eine Wärmeisolierung der oben angegebenen Art ist

\>y beschrieben in der FR-FS 15 94 269. Bei dieser bekann-

■■' ten Wärmeisolierung muß zwischen den Umfangsrän-

;;■ dem der benachbarten Elemente ein Spielraum zum

■;?' Ausgleich von Wärmeausdehnungsdifferenzen vorhanden sein, der ebenso wie die verhältnismäßig kurzen, schräg zur Ebene der Elemente verlaufenden Fugen zwischen den Elementen zu einer erheblichen und nicht einstellbaren Wärmeleitung zwischen der zu isolierenden Behälterwand und dem wärmeübertragenden Fluid führt, falls nicht die ganze Wärmeisolierung in einem Gehäuse angeordnet ist. Bei dieser bekannten Wärmeisolierung müssen bei den an einer senkrechten Behalterwand angeordneten Elementen die Ecken abgeschrägt sein, um den Durchtritt von Befestigungsvorrichtungen zu ermöglichen, und es müssen zwischen den Elementen Zwischenräume für den Durchtritt senkrecht verlaufender Tragseile verbleiben, welche die Befestigungsmittel tragen. Bei waagerecht verlaufenden Stapeln von Elementen sind diese nur am Rand des Stapels bzw. durch eine Abdeckung gehalten. Insgesamt ist die erreichte Wärmeisolierwirkung noch nicht befriedigend, und die Befestigung der Elemente ist verhältnismäßig kompliziert was Reparaturen und einen Austausch einzelner Elemente erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wärmeisolierung der angegebenen Art das Eindringen von Wärmeübertragungsfluiden, besonders flüssigen Metallen, sowie das Entstehen einer Wärmebrücke zwischen den Stapeln zu verhindern, und sie ohne Abdekkung gegen das Wärmeübertragungsfluid auszubilden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeisolierung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Stapel können in ebenen oder gewölbten Stapeln oder auch im rechten Winkel zueinander entsprechend dem Profi! der Wand des Behälters angeordnet sein, an der die Elemente montiert sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jedes der einzelnen Elemente folgende Merkmale auf:

— einen dichten Raum, der in zwei gleiche Abteilungen in Form rechtwinkliger Flachprismen unterteilt ist die gegeneinander in Richtung einer Diagonalen versetzt sind und an ihren gemeinsamen Innenflächen miteinander in Verbindung stehen;

— stufenförmige Randleisten, welche die entsprechenden Randleisten benachbarter Elemente der gleichen Schicht überdecken und von den in ein und derselben Diagonale gegeneinander versetzten Abteilungen gebildet werden;

— einen zwischen Grundfläche und Deckfläche des Elements befestigten Abstandhalter und

— eine Füllkörperstruktur in jeder der Abteilungen.

Im Stapel aus einzelnen Elementen bewirken die einander überdeckenden versetzten Randleisten eine Umlenkung des Wärmeübertragungsfluids, welche die gewünschte Abdichtung bewirkt und das Eindringen von Wärmeübertragungsfluid begrenzt.

Zur Erleichterung des Ein- und Ausbaus von Elementen, die in der gleichen Ebene an einer Wand angeordnet sind, sind als Abwandlung der erwähnten Ausführungsform einige Elemente als sogenannte »Schlüsselelemente« mit folgenden Merkmalen ausgebildet:

— ein dichter Raum, der in zwei ungleiche Abteilungen in Form rechtwinkliger Flachprismen unterteilt ist, die hinsichtlich der Schnittpunkte der jeweiligen Flächendiagonalen zentrisch angeordnet sind, und an ihren gemeinsamen Innenflächen miteinander in Verbindung stehen;

überdeckende Randleisten, die von den Abteilungen gebildet sind,

ein Abstandhalter, der zwischen Grundfläche und Deckfläche des Elements befestigt ist, und eine Füllkörperstruktur in jeder der Abteilungen.

Die dieser Abwandlung entsprechenden Elemente bilden Verbindungselemente zwischen denjenigen Elementen, deren Randleisten in der gleichen Richtung versetzt sind, und zwar in gleicher Höhe und mit gleichen Abständen beiderseits des Abstandhalters jedes der Elemente mit zentrierten Randleisten. Sie finden eine besonders vorteilhafte Verwendung bei teilweisem Ein- oder Ausbau der Wärmeisolation.

Die beiden oben beschriebenen Ausführungsformen können abgewandelte Seitenflächen aufweisen, um sich bestimmten Bereichen der Wärmeisolation anzupassen, beispielsweise an Wandecken, Leitungsabzweigungen usw.

Zwischen den senkrecht zur Grundfläche verlaufenden Seitenflächen der Elemente ist genügend Spiel vorgesehen, um ihre freie Ausdehnung zu ermöglichen.

Für jeden Stapel von einzelnen Elementen ist eine einzige Befestigungsvorrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise einen Bolzen aufweist, der durch den Abstandhalter im Innenraum jedes Elementes geht und mit einer Druckscheibe zusammenwirkt, um den Stapel zu halten und mit einem genügenden Druck zwischen den Auflageflächen der Elemente zusammenzudrücken, um so das Eindringen von Wärmeübertragungsfluid zu begrenzen.

Vorzugsweise weist jedes Element in jeder der Abteilungen seines Hohlraums eine Füllkörperstruktur auf, die vorzugsweise aus Metall und genügend starr sowie möglichst gering wärmeleitend ausgebildet ist Dafür kommen mehrere Typen von Einbauten in Frage, z. B. gefaltete, waffel- oder wabenförmige Strukturen, dünne Rohre oder auch gepreßte Pulver. Die Füllkörpereinbauten sind durch eine Zwischenwand getrennt, die nicht unbedingt fest mit der Raumbegrenzung verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeisolierung werden alle ein Element bildenden Teile zusammengesetzt, alle Schweißverbindungen zwischen diesen Teilen, außer einer, nach einem beliebigen Verfahren hergestellt, und es wird dann der Innenraum des Elements evakuiert und die letzte Schweißnaht durch Schweißen unter Vakuum hergestellt.

Wenn das Element einen ringförmigen Abstandhalter aufweist, der die Durchtrittsöffnung für die Befestigungsvorrichtung bildet und senkrecht zur Grundfläche sowie konzentrisch zu der zur Grundfläche senkrechten Schwerachse des Elements angeordnet ist, so wird nach Herstellung aller übrigen Schweißverbindungen nach einem beliebigen Verfahren, z. B. Argon-Lichtbogenschweißung, zuletzt dieser Abstandhalter nach Erzeugen eines Vakuums im Inneren des Elements an dessen Grund- und Deckflächen mittels Elektronen- oder Lasersirahlschweißung dicht angeschweißt, so daß im fertigen Element ein Vakuum herrscht.

Die erfindungsgemäße Wärmeisolierung bietet gegenüber bekannten derartigen Wärmeisolierungen den Vorteil einer genau einstellbaren und auf einen äußerst geringen Wert herabgesetzten Wärmeleitung ohne Wärmekurzschlüsse bei Vermeidung eines besonderen Gehäuses und mit wesentlich vereinfachter Befestigung des einzelnen Elements an einer zu isolierenden Wand, mit der Möglichkeit des Teilaustausches von Elementen, wodurch sich insgesamt eine erhebliche Material- und Kostenersparnis sowie Vereinfachung von Montage, Wartung und Reparatur dtr Wärmeisolation und eine hohe Betriebssicherheit derselben ergibt.

Die folgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen. Hierin zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Elements mit rechteckiger Grundfläche der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung: F i g. 2 einen Schnitt durch einen geraden Stapel von Elementen;

F i g. 3 einen Schnitt durch einen gekrümmten Stapel von Elementen;
Fig.4 einen Schnitt durch einen Winkelstapel von

ίο Elementen;

F i g. 5 im Schnitt Einzelheiten der Befestigung eines Stapels.

F i g. 1 zeigt ein Element 1, das einen dichten Raum umschließt, der in zwei gleiche Abteilungen la und Xb in Form rechtwinkliger Flachprismen unterteilt ist Diese Abteilungen sind in Richtung einer der Deckfläche 2a und Grundfläche 2b des Elements 1 gemeinsamen Diagonalen verschoben, so daß das Element 1 stufenförmige Randleisten 3a und 3b von gleicher Breite aufweist, welche ebenfalls versetzt sind.

Das Element 1 hat eine im Verhältnis zur Oberfläche seiner Flächen 2a, 2b sehr geringe Höhe, nämlich die Summe der Höhe seiner kleinen Seitenflächen 4a und Ab.

Die Abteilungen la und ib sind so aufgebaut, daß sie durch die gemeinsamen Abschnitte ihrer Innenflächen miteinander in Verbindung stehen. Die Füllkörperstrukturen 5a und 5b sind genügend starr und so wenig leitend wie möglich gewählt Sie werden aus gefaltetem oder waffeiförmig oder wabenförmig ausgebildetem Metall oder aus dünnen Rohren oder auch aus gepreßtem Pulver gebildet. In F i g. 1 bestehen sie aus einem dünnen Blech, das mit beiderseits aus einer Ebene vorspringenden Buckeln bzw. Vertiefungen 5c von gleicher Höhe geprägt ist. Die Füllkörperstrukturen der jeweiligen Abteilungen sind durch eine freie Zwischenplatte 6 getrennt. Ein Abstandring 8 ist senkrecht zu den großen Flächen 2a, 2b befestigt, so daß seine Achse durch die zu diesen Flächen senkrechte Schwerachse des Elements 1 geht

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden alle ein Element bildenden Teile zusammengesetzt, alle Schweißverbindungen zwischen diesen Teilen, außer einer, nach einem beliebigen Verfahren hergestellt, und es wird dann der Innenraum des Elements evakuiert, worauf der Abstandring 8 durch einen Elektronenstrahl an der Grund- bzw. Deckfläche dicht angeschweißt wird, so daß im fertigen Bauteil das Vakuum erhalten bleibt. Durch dieses Verfahren verhindert man jeden Wärmeaustausch durch Konvektion im Innenraum des Elements 1.

Die versetzten Randleisten 3a, 3b jedes Elements 1 ermöglichen eine geometrische schuppenartige Überdeckung der Stapel der wärmeisolierenden Elemente (Fig.2bis4).

Um den Ein- und Ausbau dieser Elemente zu erleichtern, sind erfindungsgemäß auch Verbindungselemente 10, sogenannte »Schlüsselelemente« vorgesehen (F i g. 2 und 3). Ein solches Element 10 ist in zwei ungleiche

Abteilungen 10a und 10Z» unterteilt, die jeweils die Form eines rechtwinkligen Flachprismas haben und bezüglich des Schnittpunkts der Diagonalen der verschieden großer. Deckfläche 11a und Grundfläche 116 zentrisch angeordnet sind, so daß der Umfang des Elements 10 stu-

fenförmige Randleisten 12a von gleichen Breiten aufweist. Im übrigen ist das Element 10) hinsichtlich seiner Konstruktion und Füllkörperstrukturen wie das Element 1 ausgebildet

Es sei bemerkt, daß die Randleisten 3a, 36 und 12a der Elemente 1 und 10 alle die gleiche Breite haben, so daß entweder Elemente 1 mit versetzten Grund- und Deckflächen oder Elemente 10 mit zueinander zentrischen Grund- und Deckflächen schuppenförmig ineinander gesetzt werden können.

F i g. 2 zeigt einen Stapel von Elementen 1 mit versetzten Randleisten 3a, 36, die an einer Behälterwand 13 in gerader Linie angeordnet sind.

F i g. 3 zeigt den gleichen Stapel in gewölbter Anordnung. In beiden Figuren kommen die »Schlüsselelemente« 10 mit ihren zentrierten Randleisten 12a auf die versetzten Randleisten 3b der modularen Elemente 1 zu liegen.

Die Stapel von Elementen der beiden Typen sind durch einen Bolzen 15 gehalten, welcher durch die Abstandringe 8 verläuft (F i g. 5). Wenn zwei Wände 13a, 136 des Behälters im Winkel aneinanderstoßen, muß man die in F i g. 4 gezeigte Anordnung wählen. In diesem Fall sind die Seiten der Elemente abgewandelt, um ein stufenförmiges Ineinanderschachteln zu ermöglichen und Abdeckungen 18a und 186 zu bilden, welche die gleiche Rolle wie die Randleisten 3a, 36 und 12a spielen.

F i g. 5 zeigt in Einzelheiten ein Beispiel einer zusammengebauten Wärmeisolierung. Durch die Konstruktion der Elemente 1 (oder 10) sind die Abstandringe 8 in ein und derselben Achse ausgerichtet, so daß die Montage und Befestigung der Stapel mittels eines einzigen, durch diese Abstandringe gehenden Bolzen 15 erfolgt Der Bolzen 15 ist an einer Seite in der Wand 13 des zu isolierenden Behälters verankert und wirkt an seinem anderen Ende mit einer Befestigungsvorrichtung, z. B. einer Mutter 19 zusammen, um den Preßkopf 16 auf den Stapel zu drücken. Die Abmessungen des Preßkopfes 16 sind gleich denen oder kleiner als die der Deckfläche eines Elements. Der Preßkopf kann beispielsweise aus einem dicken Blech oder als Kreuzstrebe hergestellt sein.

In allen gezeigten Fällen werden Dimensionsveränderungen des Stapels wärmeisolierender Elemente unter der Wirkung von Wärmespannungen (Ausdehnung und Verformung der Elemente 1 oder 10) durch die zwischen den Stapeln vorgesehenen Spielräume 20 kompensiert

Die Form der Elemente 1 oder 10 ist nicht in besonderer Weise begrenzt sondern die Erfindung umfaßt auch andere geometrische Formen der Grund- bzw. Deckflächen, wie dreieckig, hexagonal quadratisch oktagonal usw.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1 Wärmeisolierung aus Stapeln einzelner hohler, abgedichteter Elemente aus Metall, deren Ränder die Ränder von in der gleichen Schicht liegenden Elementen benachbarter Stapel überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element die Form eines flachen Prismas hat, bei dem die Grundfläche (26, »^gegenüber der Deckfläche (2a, Ua) so versetzt angeordnet ist, daß alle Kanten der Grundfläche gegenüber den entsprechenden Kanten der Deckfläche in Richtung ihrer Normalen verschoben sind, daß die Seitenflächen (4a, Ab) als stufenförmige Randleisten (3a, 3b; YIa) ausgebildet sind und daß jeder Stapel mittels einer einzigen Befestigungsvorrichtung (15), die jedes Element in der zur Grundfläche senkrechten Schwerachse durchdringt, an der zu dämmenden Fläche (13) befestigt ist
2 Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (1,10) einen ringförmigen Abstandhalter (8) aufweist, der die Durchtrittsöffnung für die Befestigungsvorrichtung (15)