DE3725162A1 - Verfahren zur entgasung eines vakuumbehaelters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung eines Vakuumbehälters, insbesondere des zwischen einem einen Speicherkern umschließenden inneren Gehäuses eines Wärme­ speichers, insbesondere eines Latentwärmespeichers für durch Motorabwärme gespeiste Kraftfahrzeugheizungen, und einem diesen mit Abstand umgebenden äußeren Gehäuse aus­ gebildeten Isolierraumes durch Wärmeeinwirkung.

Die Aufrechterhaltung eines Vakuums in einem Behälter für einen längeren Zeitraum ist verhältnismäßig schwie­ rig, wobei einer der Gründe für den allmählichen Abbau des Vakuums darin zu sehen ist, daß von der dem Behälter­ inneren zugewandten Behälterwandung mit der Zeit Gasmole­ küle in den Behälterraum austreten. Es handelt sich dabei insbesondere um verdampfendes Wasser, das an diesen Wän­ den anhaftet.

Bei Wärmespeichern für Kraftfahrzeuge besteht das Bedürf­ nis, derartige Wärmespeicher mit einem verhältnismäßig geringem Gewicht und Volumen herzustellen, während ande­ rerseits die Lebensdauer derartiger Wärmespeicher etwa der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs entsprechen sollte. Der Forderung nach geringem Gewicht und geringem Volumen kommt am besten eine Isolierung durch einen Vakuummantel entgegen, andererseits stellt sich aus den oben erläu­ terten Gründen das Problem, ein wirksames Vakuum gegebe­ nenfalls für mehrere Jahre aufrecht zu erhalten.

Um aus dem zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse ausgebildeten Vakuumbehälter die Gase zu entfernen, wel­ che gegebenenfalls später das Vakuum zerstören könnten, ist eine Wärmeeinwirkung erforderlich. Diese löst die innere Oberflächenschicht, die frei werdenden Gase wer­ den mit einer Vakuumpumpe abgesaugt. Bei dieser Wärme­ einwirkung, auch Entgasung oder Ausheizung genannt, sind Temperatur und Dauer in umgekehrtem Verhältnis miteinan­ der verbunden. In Fachkreisen gilt als Anhaltswert, daß die erforderliche Entgasungsdauer halbiert wird, wenn die Wandtemperatur um 10°K steigt.

Als Wärmespeicher für Kraftfahrzeuge kommen insbesondere Latentwärmespeicher wegen ihres bei einer gegebenen Spei­ cherkapazität geringen Bauvolumens und geringen Gewichts in Frage. Der Speicherkern eines Latentwärmespeichers ist jedoch gegen Überhitzung empfindlich und sollte beispielsweise eine Temperatur von etwa 150°C nicht überschreiten. Es stellt sich somit das weitere Problem, daß eine verhältnismäßig lange Heizdauer erforderlich ist, um eine wirksame Entgasung zu erreichen. Mit der Dauer der Beheizung steigen aber die Herstellungskosten, die in Grenzen gehalten werden müssen, um derartige Wärme­ speicher wirtschaftlich sinnvoll in Kraftfahrzeugen ver­ wenden zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entgasung von Vakuumbehältern der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einerseits eine wirksame Entga­ sung ermöglicht, andererseits den Speicherkern eines La­ tentwärmespeichers nicht gefährdet und schließlich eine verhältnismäßig kurze Verfahrensdauer aufweist, so daß diese Verfahrensdauer als Kostenfaktor nur geringe Be­ deutung besitzt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Oberflächen der dem Isolierraum zugewandten Be­ hälterwandung kurzzeitig einer wesentlich über der für den Speicherkern zulässigen Höchsttemperatur liegenden Temperatur ausgesetzt werden.

Durch die vergleichsweise hohe Temperatur kann die für eine wirksame Entgasung erforderliche Dauer der Wärme­ einwirkung so kurz sein, daß der Speicherkern davon unbeeinflußt bleibt.

Diese nur für kurze Zeit im Isolierraum zu erzeugende hohe Temperatur kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann im Isolierraum unter Ver­ wendung nicht-wasserbildender Reaktoren eine explosions­ artige, exotherme Reaktion herbeigeführt werden, wobei beispielsweise Kohlenmonoxid und Sauerstoff explosions­ artig zu Kohlendioxid verbrannt und anschließend abge­ saugt wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die kurzzeitige Wärmeentwicklung durch eine elektrische Entladung zu erzeugen.

Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die kurzzeitige Wärmeentwicklung durch eine elektrische Widerstandsheizung hervorgerufen wird.

Im Falle einer elektrischen Entladung oder einer elek­ trischen Widerstandsheizung kann der Isolierraum während der Wärmeentwicklung evakuiert werden.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß feste Brennstoffe in den Isolierraum eingebracht und gezündet werden, die vorzugsweise die Form von Pulver, Schnüren oder Folien aufweisen.

Noch eine andere Ausführungsform ist es, daß die zu entgasenden Oberflächen mit einem brennbaren Material überzogen und dieses gezündet wird, wozu vorzugsweise eine brennbare Flüssigkeit auf die zu entgasenden Oberflächen aufgesprüht wird.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematische Querschnitte durch das Gehäuse eines Latentwärmespeichers bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

Das insgesamt mit 10 bezeichnete Speichergehäuse besteht aus einem inneren Gehäuse 12, in welches eine Zuflußlei­ tung 14 und eine Rückflußleitung 16 für ein wärmetrans­ portierendes Medium, beispielsweise das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors, münden. Das innere Gehäuse 12 wird von einem äußeren Gehäuse 18 umschlossen, so daß ein das innere Gehäuse umgebender Isolierraum 20 gebildet wird, welcher von den Leitungen 14 und 16 durchquert wird.

Das innere Gehäuse 12 nimmt den sogenannten Speicherkern auf, der insbesondere zur Wärmespeicherung schmelzende Salzgemische oder Salzlösungen enthält.

Um eine hochwirksame Wärmeisolierung zu erreichen, wird im Isolierraum 20 ein Vakuum erzeugt. Damit dieses Vakuum dauerhaft aufrecht erhalten werden kann, müssen die dem Isolierraum 20 zugewandten Oberflächen des inneren Gehäu­ ses 12 und des äußeren Gehäuses 18 vor oder während des Aufbaus des Vakuums entgast werden, wozu eine Wärmeein­ wirkung erforderlich ist, die andererseits so gestaltet sein muß, daß sie sich nicht nachteilig auf den im inne­ ren Gehäuse 12 befindlichen Speicherkern auswirkt.

Zu diesem Zweck wird das Speichergehäuse 10 vorgewärmt, um eine Kondensation der durch die kurzzeitige Wärmeein­ wirkung abzudampfenden Oberflächenbeschichtung zu verhindern. Hierbei wird man möglichst nah an die für den Speicherkern zulässige Höchsttemperatur herangehen. Anschließend wird Kohlenmonoxid und Sauerstoff durch einen Befüll- und Evakuierstutzen 22 in den Isolierraum 20 eingefüllt, worauf die Zündung des Explosionsgemisches durch eine Zündkerze 24 (Fig. 1) erfolgt. Das entste­ hende Kohlendioxid und die von den Wänden abgedampften Stoffe werden anschließend durch den Befüll- und Eva­ kuierstutzen 22 abgesaugt, worauf der Stutzen 22 ver­ schlossen wird. Vorzugsweise wird die Temperierung des Speichergehäuses 10 auf dem Niveau der Vorwärmung gehal­ ten, bis der Isolierraum 20 verschlossen ist. Anschlies­ send ist der Isolierraum 20 gebrauchsfertig; es können aber auch noch sogenannte Getter 26 gezündet werden, die die Fähigkeit zur Langzeitabsorption von noch verblie­ benen Gasen oder von Gasen haben, die aus den Wänden des Speichergehäuses 10 in den Isolierraum 20 eintreten.

In den Fig. 2 und 3 sind Speichergehäuse 10 dargestellt, die dazu vorbereitet sind, die kurzzeitige Erwärmung der dem Isolierraum 20 zugewandten Oberflächen durch elek­ trische Entladungen zu bewerkstelligen. Hierbei wird im Prinzip zwischen zwei im Bereich des Isolierraumes 20 angeordneten Elektroden durch Anlegen einer hohen Strom­ spannung eine kurzzeitige Entladung herbeigeführt, wobei die entstehende Wärme an die Wände des Speicherge­ häuses 10 abgegeben wird. In Fig. 2 sind im Isolierraum 20 zwei gegenüber dessen Wänden elektrisch isolierte Elektroden 28 und 30 angebracht. In Fig. 3 dienen das innere Gehäuse 12 und das äußere Gehäuse 18, die zu diesem Zweck durch eine elektrische Isolierung 32 von einander getrennt sind, selbst als Elektroden. Während und nach dieser Entladung wird der Isolierraum 20 abge­ pumpt, wodurch die abdampfenden Gase entfernt werden und das Vakuum erzeugt wird. Anschließend erfolgt das Ver­ schließen des Isolierraumes 20 und gegebenenfalls das Zünden von Gettern. Die Wirkung der kurzzeitigen Erwär­ mung wird hier wie bei allen anderen Ausführungsformen durch eine Vorwärmung des Speichergehäuses 10 zur Ver­ hinderung der Kondensation freiwerdender Gase verstärkt.

Das Speichergehäuse 10 in Fig. 4 ist im Isolierraum 20 mit einem Widerstandsdraht 34 versehen, dessen Enden 36 und 38 elektrisch isoliert durch das äußere Gehäuse 18 nach außen geführt sind, wo an sie die zur kurzzeiti­ gen Erwärmung erforderliche elektrische Spannung ange­ legt werden kann. Zur Sicherung der Wirkung kann der Widerstandsdraht 34 im Inneren des Speichergehäuses 10 elektrisch isoliert abgestützt sein, wie dies bei­ spielsweise bei 40 und 42 dargestellt ist.

Für andere Verfahrensweisen zur kurzzeitigen Erwärmung können beispielsweise durch den Befüll- und Evakuier­ stutzen feste Brennstoffe in Form von Pulver, Schnüren oder Folien eingebracht werden, oder es kann ein flüssi­ ger Brennstoff auf die dem Isolierraum 20 zugewandten Oberflächen aufgesprüht werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Entgasung eines Vakuumbehälters, insbesondere des zwischen einem einen Speicherkern um­ schließenden inneren Gehäuse eines Wärmespeichers, ins­ besondere eines Latentwärmespeichers für durch Motorab­ wärme gespeiste Kraftfahrzeugheizungen und einem diesen mit Abstand umgebenden äußeren Gehäuse ausgebildeten Isolierraumes durch Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberflächen der dem Isolierraum zugewand­ ten Behälterwandung kurzzeitig einer wesentlich über der für den Speicherkern zulässigen Höchsttemperatur liegen­ den Temperatur ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Vakuumbehälter unter Verwendung nicht-wasser­ bildender Reaktoren eine explosionsartige, exotherme Re­ aktion herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Kohlenmonoxid und Sauerstoff explosionsartig zu Kohlendioxid verbrannt und anschließend abgesaugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die kurzzeitige Wärmeentwicklung durch eine elektrische Entladung erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die kurzzeitige Wärmeentwicklung durch eine elektrische Widerstandsheizung erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter während der Wärmeeinwirkung evakuiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß feste Brennstoffe in den Isolierraum eingebracht und gezündet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die festen Brennstoffe die Form von Pulver, Schnüren oder Folien aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zu entgasenden Oberflächen mit einem brenn­ baren Material überzogen und dieses gezündet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß eine brennbare Flüssigkeit auf die zu entgasen­ den Oberflächen aufgesprüht wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter vor der kurzzeitigen Wärmeeinwirkung vorzugsweise bis nah an die zulässige Höchsttemperatur vorgewärmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorwärmung bis zum Schließen des evakuierten Vakuumbehälters aufrechterhalten wird.