DE3219506A1 - Thermische isolierung - Google Patents
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Description
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BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Mannheim ' 17. Mai 1982
Mp.-Nr. 560/82 ZPT/P1 - Kr/Sd
Thermische Isolierung
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche thermischen' Isolierungen kommen in der Energietechnik
zur Anwendung, insbesondere bei Einrichtungen, bei denen Wärmeverluste vermieden werden sollen. Thermische
Isolierungen werden unter anderem bei Hochtemperatur-Speicherbatterien auf der Basis von Alkalimetall
und Chalkogen verwendet. Die Speicherzellen werden mit einer thermischen Isolierung umgeben, um ihre Abkühlung
vor allem in den Betriebspausen der Hochtemperatur-Speicherbatterie zu verhindern, damit auch nach den Pausen
ein.e Temperatur von etwa 35O0C in den Speicherzellen
herrscht, was eine notwendige Voraussetzung für die optimale Funktionsweise der Speicherzellen ist.
Aus der DE-OS 30 83 142 ist eine thermische Isolierung
mit einem doppelwandigen Gehäuse bekannt, zwischen .
Mp.-Nr. 560/82 4Γ
decGon beiden Coh.'iusewandungen ein evakuierter Raum
vorgesehen ist, der vollständig mit mindestens einem Isoliermaterial ausgefüllt ist. Als Isoliermaterial
dienen hierbei zwei infrarotoptische Trübungsmittel, insbesondere Magnetit und Titanoxid. Von Nachteil ist
hierbei, daß bei einer Beschädigung der äußeren Gehäusewand, insbesondere wenn diese aufgerissen wird, die
Wirkung der thermischen Isolierung vollständig verlorengeht. Wird die thermische Isolierung bei einer Speicherbatterie
verwendet, die als elektrische Energiequelle für ein Elektrofahrzeug dient, so ist es bei einem
Unfall nicht auszuschließen, daß es zu einer Verletzung
der Isolierung kommt. Dies bewirkt den sofortigen Ausfall der thermischen Isolierung, wodurch auch die
Funktionsfähigkeit der Batterie verlorengeht, da die Arbeitstemperatur von 35O0C, insbesondere in Ruhepausen
nicht mehr gehalten werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine thermische Isolierung zu schaffen, bei der, auch bei
einer teilweisen Beschädigung, der Wärmehaushalt inn.. Inneren in der gewünschten Weise aufrecht erhalten werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden in dem Raum zwischen den beiden Gehäusewandungen des Gehäuses mehrere Wärmedämmkissen
angeordnet. Vorzugsweise werden mindestens 4 bis 15 Lagen dieser Wärmedämmkissen um die innere Gehäusewandung
angeordnet, insbesondere gewickelt. Die Hülle eines jeden Warn ;dämmkissens ist aus Aluminium oder einem
warmfester Stahl gefertigt. Vorzusgweise werden zwei 35
Mp .--Nr. 560/82 *"" *βΦ ***-"" " '*" OZ I 30U0
Folien aus den oben genannten Werkstoffen vakuumdicht miteinander verschweißt oder verlötet. Jedes Wärmedämmkissen
ist vollständig evakuiert und mit wenigstens einem Isoliermaterial ausgefüllt. Hierfür können zwei
pulverförmige miteinander vermischte infrarotoptische Trübungsmittel verwendet werden. Besonders geeignet ist
hierfür Titanoxid und Eisenoxid (Magnetit). Die Teilchengröße des Titanoxids sollte höchstens 0,01 Mm
betragen. Die Teilchengröße von Eisenoxid sollte 0,2 nicht überschreiten.
Anstelle dieser beiden infrarptpptisfihen Trübungsmittel
kann als Isoliermaterial auch Glas- oder Keramikfaserpapier verwendet werden, das in mehrere Schichten innerhalb
des Wärmedämmkissens angeordnet ist. Vorzugsweise wird zwischen je zwei aufeinanderfolgendenSchichten von
Glas- oder Keramikfaserpapier eine Zwischenschicht aus Glasseidegewebe angeordnet.
Die erfindungsgemäße thermische Isolierung weist einen überraschend einfachen Aufbau auf, der es gestattet
diese Isolierung sehr leicht, in großer Serie herzustellen. Die Wärmedämmung erfolgt alleine curch die Wärmedämmkissen,
so daß das Gehäuse der Iso3 ierung nicht gasdicht ausgebildet werden muß. Die Herstellung der Wärmedämmkissen
ist ebenfalls einfach möglich, da die äußere Hülle der Kissen durch zwei Folien gebildet wird,
zwischen denen das Isoliermaterial angeordnet ist, und die mittels bekannter Verfahren miteinander verschweißt
werden können. Die Evakuierung der Kissen ist ebenfalls mit den bereits zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen
auf einfache Weise möglich. Kommt es zu einer teilweisen Verletzung des die Isolierung bildenden
Gehäuses, so geht die wärmedämmende Wirkung nicht ver-35
Mp.-Nr. 560/82 X
loren. Die Anzahl der um die innere Gehäusewandung angeordneten
Wärmedämmkissen ist so groß gewählt, daß auch bei Beschädigung einiger weiter außen angeordneter
Wärmedämmki.ssen eine ausreichend Isolierung des Innenbereiches
sichergestellt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitf durch eine thermische Isolierung für eine Hochtemperatur-Speicherbatterie,
15
15
Fig. 2 ein Wärmedämmkissen im Schnitt*, Fig. 3 ein weiteres Wärmedämmkissen im Schnitt,
Fig. H die Herstellung eines Wärmedämmkissens,
Fig. 5 eine Rohrleitung, die mit der erfindungsgemäßen Isolierung umgeben ist.
Fig. 1 zeigt die thermische Isolierung 1, die von einem
doppelwandigen Gehäuse 2 begrenzt wird. Dieses ist • quaderförmig ausgebildet. Es besitzt einen Innenraum 3,
der, zum Beispiel, für die Aufnahme von elektrochemischen Speicherzellen 3 I geeignet ist. Die äußere und die
innere Gehäusewandung 2A und 2B sind aus einem warmfesten Stahl hergestellt. Ihre Wandstärken sind aus
Gewichtsgründen nicht zu groß gewählt. Ihre Dicke beträgt 0,2 bis 1mm vorzugsweise 0,H bis 0,7mm. Die
äußere und die innere Gehäusewandung 2A und 2B sind in 35
1 Q R Π R
IJJUU
Mp.-Nr. 560/82 -5-
— ο, -
einem vorgebbaren Abstand so voneinander angeordnet, daß
zwischen ihnen der Raum 6 gebildet wird. Die Größe·des
Abstandes zwischen der äußeren und inneren Gehäusewandung 2A und 2B richtet sich nach der gewünschten Breite
dieses Raumes 6. Innerhalb dieses Raumes 6 sind Wärmedämmkissen 7 angeordnet. Wie anhand von Fig. 1 zu sehen
ist, sind die Wärmedämmkissen rund um die innere Gehäusewandung 2B angeordnet. Vorzugsweise werden zwischen 2J
bis 15 Lagen solcher Wärmedämmkissen um die innere ™ Gehäusewandung 2B angeordnet, insbesondere gewickelt.
Fig. 2 zeigt ein solches Wärmedämmkissen 7 im Schnitt. Die äußere Hülle 8 des Wärmedämmkissens 7 wird Vorzugsweise
durch zwei Aluminiumfolien 8A und 8B gebildet.
^ Anstelle dieser Aluminiumfolien können auch Folien aus
warmfestem Stahl bzw. Edelstahl verwendet werden. Das Herstellungsverfahren dieser Wärmedämmkissen 7 wird
nachfolgend noch ausführlich erläutert. Das Wärmedämmkissen 7 wird so in den Raum 6 eingesetzt, daß die
beiden Folien 8A und 8B senkrecht zum Temperaturgradienten angeordnet sind. Die beiden Folien sind etwa 0,05
bis 0,2mra vorzugweise 0,1 bis 0,2mm dick. Zusätzlich weisen die beiden Folien die gleichen Abmessungen auf.
Die gesamte Dicke ei-nes jeden Wärmedämmkissens 7 einschließlich der beiden Folien 8A und 8B beträgt 0,2 bis
0,6mra. Zwischen den beiden Folien ist das Isoliermaterial 9 angeordnet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel wird das Isoliermaterial durch zwei pulverförmige miteinander vermischte infrarotpotische
Trübungsmittel 10 und 11 gebildet. Bei dem infrarotoptischen Trübungsmittel 10 handelt es sich um Magnetit
(FegOi}), das nadeiförmige Kristalle aufweist. Diese
Kristalle werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie senkrecht zum Temperaturgradienten verlaufen. Als zwei-.
t y 4*
Mp.-Nr. Γ)60/8? -#
tos infraroLoptjsohes Trübungsmittel wird Titanoxid
verwendet. Die beiden infrarotoptischen Trübungsmittel können in einem Mischungsverhältnis von 1:1 in dem
Wärmedämmkissen enthalten sein. Zusätzlich ist das Wärmedämmkissen 7 evakuiert, so daß in seinem Inneren
höchstens hoch ein Restgasdruck von 1 bis 10 mbar herrscht. Tm die Evakuierung des Wärmedämmkissens auf
lange Zeit sicherzustellen, kann das Kissen zusätzlich ein Getterrnaterial (hier nicht dargestellt) enthalten.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Wärmedämmkissen 7 das ebenfalls durch zwei Metallfolien"8A und 8B begrenzt ist.
Die beider Folien weisen ebenfalls die oben genannte Dicke auf und sind gleich groß. In ihren Randbereichen,
^5 in denen s5e sich berühren, sind sie miteinander verschweißt.
Zwischen den beiden Folien 8A und 8B ist widerum das Isoliermaterial 9 angeordnet. Bei dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Isoliermaterial 9 durch Glas- oder Keramikfaserpapiere 12 gebildet.
Mehrere solche Papiere sind in vorgebbarem Abstand parallel zueinander und parallel zu den Folien 8A und 8B
angeordnet. Um eine optimale Isolierung zu erhalten, darf sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Papieren
12 kein punktförmiger oder flächiger Kontakt ausbilden. Um dies sicherzustellen, ist zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Papieren 12 wenigstens eine Zwischenschicht
13 angeordnet. Diese wird bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
durch eine Glasseidegewebelage 13 gebildet.
Die Herstellung eines solchen Wärmekissens 7 ist in Fig. ^ veranschaulicht dargestellt. Für die Herstellung des
Wärmekissens 7 werden zwei Folien 8A und 8B aus Aluminium oder Edelstahl, insbesondere einem warmfesten
35
Mp.-Nr. 560/82 .:.*....: " :..: .*/' :..:.:.'. 3219506
-3 -
Stahl, verwendet. Die beiden Folien sind gleich groß.
Vorzugsweise sind sie viereckig, insbesondere rechteckig ausgebildet. Zwischen den beiden Folien 8A und 8B ist
das Isoliermaterial 9 angeordnet. Die Größe der Folien 8a und 8b ist so gewählt, daß sie das Isoliermaterial 9
gut überdecken. Das Isoliermaterial 9 kann aus den oben beschriebenen Materialien oder einem anderen hierfür
geeigneten Werkstoff bestehen. Die beiden Folien 8A und 8b werden in ihren Randbereichen, in denen sie sich
berühren, längs der unterbrochen gezeichneten Linie 15 dauerhaft miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die
beiden Folien durch eine Rollnahtschweißung vakuumdicht miteinander verbunden. Zwischen' den beiden Folien 8A und
8b ist außerdem ein Rohr 16 dicht eingeschweißt. In diesem Rohr 16 steckt ein zweites Rohr 17, welches bis
an das Isoliermaterial 9 (hier nicht dargestellt) heranragt.
Über die beiden Rohre 16 und 17 ist ein Gurnmischlauch 18 geschoben, der sowohl auf dem Rohr 16 als
auch auf dem Rohr 17 fest aufsitzt. An den Schlauch 18 ist eine Vakuumpumpe (hier nicht dargestellt) angeschlossen.
Nachdem die beiden Folien ftst miteinander verbunden sind, wird der Raum zwischen ihnen evakuiert.
Während dieses Vorganges wird das Wärmedämmkissen 7 auf einer Temperatur gehalten, die etwa gif ich der Arbeitstemperatur
der elektrochemischen Speicherbatterie 3 I bzw. einer anderen innerhalb des Raumer 6 der thermischen
Isolierung 1 angeordneten Vorrichtung ist. Ist das gewünschte Vakuum zwischen den Folien erreicht, wird
das innere Rohr 17 soweit nach außen gezogen, daß seine innere Öffnung mit der inneren Öffnung des äußeren
Rohres 16 in einer Ebene liegt. Anschließend werden die beiden Folien 8A und 8B auch in dem Bereich, der bis
jetzt von dem Rohr 17 durchsetzt war, vakuumdicht miteinander verbunden. Damit ist der Innenbereich des Wär-
Mp.--Nr. 560/8?
medämrakissona 7 nach außen hin gasdicht verschlossen.
Die Rohre 16 und 17 und der Schlauch 18, der bis jetzt noch auf den beiden Rohren 16 und 17 aufsitzt, werden
nun von der Wärmedämmkissen abgetrennt. Damit ist der Herstellunisvorgang abgeschlossen.
Fig. 5 zei; t eine weitere Ausführungsform der thermischen
IsoMerung 1. Diese ist hierbei um ein Rohrleitungssyster
20 angeordnet, innerhalb dessen heiße strömende Medien, wie z.B., Gase transportiert werden.
Fig. 5 zeißt nur einen begrenzten Abschnitt dieses Rohrleitungssystems
20. Die thermische Isolierung weist auch hierbei wiederum einen Raum 6 auf, der durch eine innere
und eine äußere Gehäusewandung begrenzt ist. Die Begrenzung des Raumes 6 erfolgt durch zwei Rohre 21 und 22, '
die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere ist das mit dem kleineren Durchmesser versehene Rohr 21
konzentrisch innerhalb des Rohres 22 angeordnet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Zwischenraum zwischen den beiden
Rohren 21 und 22 geschaffen, der als Raum 6 für die thermische Isolierung 1 dient. Innerhalb des Raumes 6 ·
sind wiederum eine Vielzahl von Wärmedämmkissen 7 angeordnet. Vorzugsweise sind die Wärmedämmkissen 7 in
mehreren Lagen um das innere Rohr 21 gewickelt, so daß dieses von einer Vielzahl Wärmedämmkissen 7 umgeben ist.
Diese Wärm' dämrakissen 7 sind so ausgebildet, wie oben
beschrieben. Das Isoliermaterial 9, das sich innerhalb dieser War: icdämmki ssen 7 befindet, kann beispielsweise
auch aus ζ /ei infz^arotoptischen Trübungsmitteln oder aus
Glas- oder Keramikfaserpapier bestehen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die in den Figuren 1 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele,
vielmehr umfaßt sie alle thermischen Isolierungen, die 35
Mp .'-Nr. 560/82 sf
-JA-
ein doppelwandiges Gehäuse aufweisen, zwischen dessen beiden Gehäusewandungen Wärmedämmkissen angeordnet sind.
Claims (9)
1. Thermische Isolierung (1) mit einem doppelwandigen Gehäuse (2) zwischen dessen Gehäusewandungen (2A und
2B) ein Raum (6) vorgesehen ist, der mindestens eine den Wärmefluß zwischen den beiden Gehäusewandungen (2A und
2B) hemmende senkrecht zum Temperaturgradienten angeordnete Abschirmung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschirmung (7) als Wärmedämmkissen ausgebildet ist.
2. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmedämmkissen (7) evakuiert
und vollständig mit wenigstens einem Isoliermaterial (9) ausgefüllt ist.
3. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (6) mehrere
Wärmedämmkissen (7) angeordnet sind.
4. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämrnkissen (7) in
wenigstens 4 bis 15 Lagen rund um die innere Gehäusewandung (2B) angeordnet sind.
5. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (8) des Wärmedämmkissens
(7) aus Aluminium oder einem warmfesten Stahl gefertigt ist/
Mp.-Nr. 560/82 -TT
6. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (8) des Wärme-
. dämmkissens (7) aus zwei Folien (8A und 8B) gebildet ist, die vakuumdicht miteinander verschweißt oder
verlötet sind.
7. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wärmedämmkissen (7)
zwei infrarotoptische Trübungsmittel (10 und 11) als Isoliermateria]i?;eingefüllt sind.
8. Thermische Isolierung"nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das Wärmedämmkissen (7) Magnetit
(Fe2C^) und Titanoxid als Isoliermaterial (9) eingefüllt
sind. ..,
9. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmedämmkissen (7)
Glas- oder Keramikfaserpapier (12) als Isoliermaterial
(9) angeordnet ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BBC BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |