DE3524706A1 - Thermische isolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolie­ rung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche thermischen Isolierungen kommen in der Energie­ technik bei Einrichtungen zur Anwendung, bei denen der Verlust von Wärme vermieden werden soll. Thermische Iso­ lierungen werden vor allem bei Hochtemperatur-Speicher­ batterien auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen verwendet, die von einer Wärmedämmung umgeben werden müssen, um eine Abkühlung der Speicherzellen vor allem in den Betriebspausen zu verhindern.

Aus der DE-OS 32 47 968 ist eine thermische Isolierung zur Bildung einer Hochtemperatur-Speicherbatterie be­ kannt. Die thermische Isolierung wird durch ein doppel­ wandiges Gehäuse nach innen und außen begrenzt. Zwischen den Gehäusewandungen befindet sich ein evakuierter Raum, der mit einem den Wärmefluß hemmenden Isoliermaterial ausgefüllt ist. Die Öffnung des Gehäuses, die den Innen­ raum der thermischen Isolierung freigibt, wird durch einen Stopfen verschlossen. Der Stopfen ist ebenfalls doppelwandig ausgebildet. Zwischen seinen Gehäusewandun­ gen ist ein Isoliermaterial angeordnet. Der Stopfen ist von Durchführungen durchsetzt, durch welche Kühl­ leitungen und elektrische Anschlußleitungen hindurchge­ führt sind.

Nachteilig ist bei dieser thermischen Isolierung, daß im Bereich des Stopfens ein sehr großer Wärmeverlust er­ folgt. Dies geschieht zum einen deshalb, weil das Stop­ fenmaterial keinen hohen Wärmeleitkoeffizienten und kei­ ne hohe mechanische Festigkeit aufweist. Der Stopfen verfügt ferner über keine flexible umlaufende Oberfläche zur luftdichten Abdichtung des Innenraums. Als weiterer Nachteil sind die Durchführungen im Bereich des Stopfens anzusehen, die einen ebenfalls sehr großen Wärmeverlust bewirken.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolierung zu schaffen, bei der die Wärmever­ luste auf ein Minimum reduziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Trennung von Verschlußbereich und Durchfüh­ rungsbereich ist es möglich, das Gehäuse, welche die thermische Isolierung nach innen und außen begrenzt, wahlweise durch einen Stopfen oder durch Verschlußbleche zu verschließen. Insbesondere besteht die Möglichkeit das Gehäuse durch Verschlußbleche zu verschließen, die mit dem übrigen Gehäuse verschraubt oder verschweißt sind. Erfindungsgemäß werden die Durchführungen für die Kühlleitungen und elektrischen Versorgungsleitungen auf der dem Verschlußbereich gegenüberliegenden Seite ange­ ordnet. Die Begrenzungswand einer jeden Durchführung ist als zylinderischer Faltenbalg ausgebildet. Hierdurch wird eine mechanische Verlängerung der Durchführung be­ wirkt. Jede Begrenzungswand ist höchstens 0,1 bis 0,2 mm dick und aus Edelstahl gefertigt. Die Begrenzungswand einer jeden Durchführung ist mit der inneren und äußeren Gehäusewandung des die thermische Isolierung begrenzen­ den Gehäuses vakuumdicht verschweißt. Je größer die An­ zahl der Falten in der Begrenzungswand einer jeden Durchführung ist, um so größer ist auch die Wärmedäm­ mung. Die so ausgebildete Begrenzungswand weist neben einem kleinen Wärmeverlust auch den Vorteil auf, daß sie eine flexible Verbindung zwischen dem inneren und äuße­ ren Gehäuse bildet, so daß das Gehäuse insgesamt besser auf mechanische Belastungen reagieren kann. Der Wärme­ verlust im Bereich der Durchführungen beträgt höchstens 10% des gesamten Wärmeverlustes. 42% der in der ther­ mischen Isolierung gespeicherten Wärme geht über den Verschlußbereich verloren.

Dadurch, daß der Verschlußbereich frei von Durchführun­ gen ist, können für den Verschluß anstelle eines Stop­ fens auch Verschlußbleche verwendet werden. Dies bedeu­ tet, daß das Gehäuse, welches die thermische Isolierung begrenzt, kleiner ausgebildet werden kann, und dennoch einen größeren Innenraum aufweist.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Eine thermische Isolierung, deren Gehäuse durch einen Stopfen verschlossen ist, im Ver­ tikalschnitt.

Fig. 2: eine Variante der in Fig. 1 dargestellten thermischen Isolierung, ebenfalls im Vertikal­ schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte thermische Isolierung wird nach innen und außen durch ein quaderförmiges Gehäuse 2 begrenzt, daß doppelwandig ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der äußeren und der inneren Gehäusewandung 2 A und 2 I ist so bemessen, daß zwischen beiden ein Raum 4 gebildet wird. Die Gehäusewandungen 2 A und 2 I sind vaku­ umdicht verschweißt, so daß der zwischen ihnen gebildete Raum 4 evakuiert werden kann. Der Raum 4 ist zusätzlich mit einem Isoliermaterial 5 ausgefüllt. Hierfür eignen sich pulverförmige Isoliermaterialien sowie Fasern und mehrschichtige Lagen aus Glimmerfolie oder Glaspapier. Das Gehäuse 2 weist einen Innenraum 6 auf. Dieser ist geeignet, vor Wärmeverlusten zu schützende Bauelemente aufzunehmen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind im Inneren des Raumes 6 eine Vielzahl von Speicherzellen 7 auf der Basis von Natrium und Schwefel angeordnet. Die Speicherzellen 7 sind nur schematisch dargestellt. Wiederaufladbare elektrochemische Speicher­ zellen 7 auf der Basis von Natrium und Schwefel arbeiten bei einer Temperatur von 350° C. Während des Betriebs der Speicherzellen wird die erforderliche Wärme in aus­ reichender Menge von den Speicherzellen 7 selbst er­ zeugt. In den Betriebspausen jedoch müssen die Speicher­ zellen von einer thermischen Isolierung umgeben sein, die sicherstellt, daß die Arbeitstemperatur der Spei­ cherzellen auch noch nach einigen Ruhestunden im Inneren der Isolierung vorherrscht, so daß die Speicherzellen auch nach einer längeren Pause sofort wieder arbeiten. Um die Speicherzellen in den Innenraum der Isolierung 1 einsetzen zu können, ist das Gehäuse 2 mit einer Öffnung 8 versehen. Diese befindet sich an der ersten Stirnseite des Gehäuses 2 und ist durch einen Stopfen 9 verschlos­ sen. Der Kern des Stopfens wird ebenfalls durch ein Iso­ liermaterial 5 gebildet, das so gewählt ist, daß die Wärmeverluste im Bereich der Öffnung 8 und des Stopfens 9 auf einen Minimalwert reduziert sind. Wie Fig. 1 wei­ ter zu entnehmen ist, ist das Gehäuse auf der der Öff­ nung 8 gegenüberliegenden Seite mit Durchführungen 10 für Kühlleitungen 11 und elektrische Anschlußleitungen 12 versehen. Jede Durchführung 10 wird durch eine Be­ grenzungswand 13 begrenzt, die als zylindrischer Falten­ balg ausgebildet ist. Die Durchführungen 10 durchsetzen das thermische Isolierungsmaterial 5 und sind mit der äußeren und inneren Gehäusewandung 2 A, 2 I vakuumdicht verschweißt. Die Begrenzungswände 13 der Durchführungen 10 sind aus Edelstahl gefertigt und höchstens 0,1 bis 0,2 mm dick. Da die Begrenzungswände 13 als Faltenbalge ausgebildet sind, wird die Verbindung zwischen dem In­ nenraum 6 und dem Außenbereich der thermischen Isolie­ rung 1 verlängert, und dadurch der Wärmeverlust verring­ ert. Je größer die Anzahl der Falten in jeder Begren­ zungswand 13 ist, um so geringer ist der Wärmeverlust. Der Abstand zwischen den Falten muß jedoch so gewählt werden, daß sie sich nicht berühren, da sonst der Wärme­ verlust nur geringfügig gemindert werden kann.

Fig. 2 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemä­ ßen thermischen Isolierung 1. Diese wird ebenfalls durch ein doppelwandiges Gehäuse 2 nach innen und außen be­ grenzt. Der Abstand zwischen der inneren und äußeren Gehäusewandung 2 A und 2 I ist auch hierbei so gewählt, daß wiederum ein Raum 4 gebildet wird, der das Isolier­ material 5 aufnimmt. Der Raum 4 ist zusätzlich evaku­ iert. Der Innenraum 6 der thermischen Isolierung ist für die Aufnahme von Speicherzellen 7 auf der Basis von Na­ trium und Schwefel vorgesehen. Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die hier gezeigte thermische Isolierung 1 dauerhaft durch Ver­ schlußbleche 9 A und 9 I verschlossen. Das innere Verschlußblech 9 I ist dauerhaft mit der inneren Gehäuse­ wandung 2 I verschweißt, während das äußere Verschluß­ blech 9 A ebenfalls dauerhaft mit der äußeren Gehäusewan­ dung 2 A verschweißt ist. Der Abstand zwischen den Ver­ schlußblechen 9 A und 9 I ist so gewählt, daß zwischen ihnen der gleiche Abstand wie zwischen den beiden Gehäu­ sewandungen 2 A und 2 I gebildet wird. Hierdurch wird er­ reicht, daß ein zusammenhängender Raum 4 gebildet wird, der vollständig mit Isoliermaterial 5 ausgefüllt ist. Die Verschlußbleche 9 A und 9 I sind vakuumdicht mit den Gehäusewandungen 2 A und 2 I verbunden, so daß der Raum 4 evakuiert werden kann. Wie anhand von Fig. 2 weiter zu sehen ist, sind die Durchführungen 10 für die Kühllei­ tungen 11 und elektrischen Anschlußleitungen 12 zwischen den Speicherzellen 7 und dem Außenbereich auf der den Verschlußblechen gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2, insbesondere an dessen zweiter Stirnseite angeordnet. Jede Durchführung 10 wird auch hierbei durch eine als zylindrischer Faltenbalg ausgebildete Begrenzungswand 13 nach außenhin begrenzt. Die Begrenzungswand 13 ist aus Edelstahl gefertigt und höchstens 0,1 bis 0,2 mm dick. Zusätzlich ist sie mit der inneren und der äußeren Ge­ häusewandung 2 A und 2 I vakuumdicht verschweißt.

Durch den dauerhaften Verschluß des Gehäuses 2 mit den Verschlußblechen 9 A und 9 I kann die thermische Isolie­ rung im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsform kürzer ausgebildet werden. In ihrem Innen­ raum 6 können dennoch die gleiche Anzahl an Speicher­ zellen untergebracht werden. Es besteht andererseits die Möglichkeit, die hier gezeigte thermischen Isolierung ebensolang wie die in Fig. 1 dargestellte auszubilden, und im Innenraum 6 eine größere Anzahl an Speicherzellen unterzubringen, als dies beim Verschluß des Gehäuses 2 durch einen Stopfen 9 der Fall ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr umfaßt die Erfindung auch Ausführungsformen bei denen die Durchführungen 10 nicht auf der den Verschluß­ blechen 9 A, 9 I bzw. dem Stopfen 9 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet sind. Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsbeispiele, bei denen die Durch­ führungen 10 im Bereich der an die Verschlußbleche 9 A und 9 I bzw. an den Stopfen 9 angrenzenden Seitenflächen des Gehäuses 2 angeordnet sind.

Claims (4)

1. Thermische Isolierung (1) mit einem doppelwandi­ gen Gehäuse (2), bei dem der Raum (4) zwischen den Ge­ häusewandungen (2 A, 2 B) evakuuiert und mit einem Isolier­ material (5) ausgefüllt ist, und zwischen dem Innenraum (6) des Gehäuses (2) und dem Außenbereich Durchführungen (10) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußbereich (9 V) des Gehäuses (2) frei von Durch­ führungen (10) ist, und daß jede Begrenzungswand (13) einer jeden Durchführung (10) mechanisch verlängert und vakuumdicht mit den Gehäusewandungen (2 A, 2 I) verbunden ist.

2. Thermische Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswand (13) einer jeden Durchführung (10) als zylindrischer Faltenbalg ausgebil­ det ist.

3. Thermische Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Begrenzungswand (13) aus einem thermisch schlecht leitenden Werkstoff gefertigt und sehr dünn ausgebildet ist.

4. Thermische Isolierung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Begrenzungswand (13) aus Edelstahl gefertigt und höchstens 0,1 bis 0,2 mm dick ist.