DE3940649A1 - Waermeisolationseinrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeisolationsein
richtung, welche auch als Vakuumisolation bekannt ist.
Eine solche Wärmeisolationseinrichtung kann aus einem
doppelwandigen, gasdichten, z. B. quaderförmigen Metall
gehäuse bestehen, dessen Zwischenraum mit einem porösen
Wärmeisolationsmaterial ausgefüllt ist und welches
evakuiert ist. Die Wärmeisolationseinrichtung kann aber
nach dem gleichen Prinzip auch als wärmedämmende Platte
ausgeführt sein oder eine beliebige andere Form haben.
Solche Wärmeisolationseinrichtungen werden beispielswei
se als Gehäuse für Hochtemperaturbatterien verwendet. Im
Fall einer Natrium-Schwefelbatterie sind beispielsweise
Batteriezellen, die bei etwa 300°C arbeiten, gegen die
Umgebungstemperatur thermisch zu isolieren.
Ein solches als Wärmeisolationseinrichtung ausgeführtes
doppelwandiges Gehäuse besteht aus einem Innengehäuse
und einem Außengehäuse aus relativ dünnen Blechen, wel
che im evakuierten Zustand aufgrund des außenwirkenden
Luftdruckes druckbelastet werden. Um zu verhindern, daß
ein direkter Wärmestrahlungsaustausch zwischen Innenwand
und Außenwand stattfindet und auch zur generellen Ab
stützung des Innengehäuses gegenüber dem Außengehäuse,
ist eine geeignete Abstützeinrichtung erforderlich. Dies
kann zweckmäßig durch Einsatz eines Formteils aus Wärme
isolationsmaterial geschehen, das beispielsweise aus
Keramik- oder aus Glasfasern bestehen kann. Zur Verbes
serung der Isolationswirkung werden am Schluß der Fer
tigstellung der Wärmeisolationseinrichtung mit Hilfe
einer Vakuumpumpe aus dem Zwischenraum zwischen dem in
neren und äußeren Gehäuse die vorhandenen Gase abge
saugt.
Der Evakuierungsvorgang dauert lange, nämlich mehrere
Stunden, abhängig von den Gehäusedimensionen, weil das
Isoliermaterial einen großen Saugwiderstand darstellt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Wärmeisolationseinrichtung mit Vakuumisolation anzuge
ben, welche sich in kürzerer Zeit evakuieren läßt.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmeisolationseinrich
tung, bestehend aus einem vakuumdichten Metallgehäuse,
welches ein Formteil aus Wärmeisoliermaterial um
schließt, gelöst, wobei das Formteil an seiner Oberflä
che rillenförmige Vertiefungen aufweist, welche in Ver
bindung mit der Wand des Metallgehäuses Saugkanäle für
einen erleichterten Transport von Gasen während eines
Evakuierungsvorganges bilden.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß keine
zusätzlichen Bauteile benötigt werden.
In vorausgegangenen Versuchen, den Saugwiderstand der
Anordnung zu verringern, wurde ein Netzgebilde zwischen
einem Formteil aus Wärmeisoliermaterial und der Geäuse
wand eingefügt. Damit sollte ein Abstand des Wärmeiso
liermaterials von der Wand gewährleistet sein und da
durch der Saugwiderstand verringert werden. Der Erfolg
dieser Maßnahme war jedoch nicht befriedigend, da sich
das Netz weitgehend in das Formteil eindrückte und somit
praktisch kein Saugquerschnitt zur Verfügung stand. Die
Kosten für das Netz und seine Montage waren relativ
hoch.
Mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Formteils wurde
dagegen eine deutliche Verringerung, z. B. Halbierung der
Evakuierungsdauer erzielt und außerdem - im Vergleich zu
einer Ausführung mit Netz oder anderen Einsatzteilen -
Material und Montagearbeit eingespart.
Außer kanalförmigen Aussparungen können nach einer vor
teilhaften Ausgestaltung auch taschenförmige Aussparun
gen im wärmeisolierenden Formteil vorgesehen werden,
welche Zusatzmaterialien, z. B. Gettermaterial, aufnehmen
können.
Eine genauere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie
len. Ein erstes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf
eine Wärmeisolationseinrichtung, welche als ein wärme
isolierendes Wandelement ausgeführt ist. Fig. 1 zeigt
einen Blick auf ein solches Wandelement, dessen Metall
wand auf der betriebsmäßig heißen Seite entfernt wurde
und Fig. 2 einen Schnitt durch das gesamte Wandelement.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schnittbilder
zeigen ein Wärmeisolationselement, das aus einem Form
teil 1 aus Wärmeisoliermaterial und einem Metallgehäuse
2 besteht, welches das Formteil 1 allseitig umgibt. Das
Metallgehäuse 2 weist einen Saugflansch 3 für den An
schluß einer Vakuumpumpe auf. Eine mit dem Bezugszeichen
4 versehene Wandseite des Wärmeisolationselements ist
die betriebsmäßig als heiße Seite vorgesehene Seite.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine in Fig. 1 einge
tragene Ebene A-B. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch
eine in Fig. 2 angegebene Ebene C-D.
Das Formteil 1 kann beispielsweise aus Keramik oder
Glasfaser hergestellt sein. Es weist rillenförmige Ver
tiefungen 5 auf, welche zusammen mit der Wand des Me
tallgehäuses 2 Saugkanäle 6 bilden, welche zu dem Saug
flansch 3 führen. Die optimale Breite und Tiefe der Ver
tiefungen 5 und damit auch der Saugkanäle 6 hängt von
der Wandstärke und dem Material des Metallgehäuses 2 ab.
Beispielsweise ist für ein Metallgehäuse 2 aus 0,8 mm
dickem Edelstahlblech ein Verhältnis von Kanaltiefe zu
Kanalbreite bis zu 1 : 20 günstig, wobei die Kanaltiefe
1,5 mm nicht überschreiten sollte. Außerdem sollte der
gesamte Kanalquerschnitt, also die Summe der Querschnit
te der einzelnen Saugkanäle 6, eine Fläche von 650 mm2
nicht überschreiten, bezogen auf 1 m Breite der Wärme
isolationseinrichtung und 1 m für die größte Distanz
zwischen Saugstutzen und entferntester Stelle der Isola
tionseinrichtung (Transportweg für Gasmoleküle).
Die Saugkanäle 6 verringern den Saugwiderstand der An
ordnung wesentlich, da beim Evakuieren abzuführende Gase
nur kurze Strecken innerhalb des Materials des Formteils
1 zurücklegen müssen bis ein Saugkanal 6 erreicht ist,
durch welchen die Gase gesammelt abgeführt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Form
teil 1 außerdem lokale Vertiefungen 7 auf, welche zusam
men mit dem Gehäuse 2 Kammern 8 bilden. Die Kammern 8
sind auf der heißen Wandseite 4 angeordnet und sind zur
Aufnahme von Gettermaterial vorgesehen. Solches Getter
material wird zum Binden von Gasen, mit Ausnahme von
Edelgasen und H2O, eingesetzt und kann mit Hilfe der
auch als Taschen bezeichneten Kammern 8 flächenmäßig
verteilt angeordnet werden.
Die rillenförmigen Vertiefungen 5 und lokalen Vertiefun
gen 7 am Formkörper 1 lassen sich sehr einfach bei der
Formgebung des Wärmeisoliermaterials herstellen. Die
Vertiefungen 5, 7 sollen allerdings nur in einem solchen
Umfang vorgesehen werden, daß sich der Wärmewiderstand
des Wärmeisolationselements nicht wesentlich verändert.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3 und 4
dargestellt, welche Schnitte durch eine als quaderförmi
ges Gehäuse ausgeführte Wärmeisolationseinrichtung zei
gen. Ein solches Gehäuse könnte beispielsweise eine
Hochtemperaturbatterie umschließen.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine in Fig. 4 einge
tragene Ebene B-B. Aus der Darstellung ist ein inneres
Gehäuse 44 und ein äußeres Gehäuse 45 zu erkennen, wel
che zusammen ein Metallgehäuse 22 bilden, in welches ein
Formteil 11 eingebettet ist. Das äußere Gehäuse 45 weist
einen Saugflansch 33 auf. Das wärmeisolierende Formteil
11 hat auf seiner dem äußeren Gehäuse 45 zugewandten
Seite sich kreuzende Saugkanäle 66. Bei der Betrachtung
des Formteils 11 ist zu beachten, daß der Schnitt B-B
durch einen Saugkanal 66 gelegt ist. Mit gestrichelten
Linien ist angedeutet, daß auf der dem inneren Gehäuse
44 zugewandten Seite des Formteils 11 lokale Vertiefun
gen 77 vorhanden sein können, welche zusammen mit dem
inneren Gehäuse 44 Kammern 88 bilden zur Aufnahme von
Gettermaterial.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine in Fig. 3 einge
tragene Ebene A-A, ebenfalls ein Schnitt durch eine
Stelle, an der ein Saugkanal 66 vorhanden ist.
Claims (3)
1. Wärmeisolationseinrichtung, bestehend aus einem
vakuumdichten Metallgehäuse, welches ein Formteil aus
Wärmeisoliermaterial umschließt, wobei die Wärmeisolati
onseinrichtung z. B. plattenförmig oder vorzugsweise als
doppelwandiges, z. B. quaderförmiges Gehäuse ausgeführt
sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil
(1, 11) an seiner Oberfläche rillenförmige Vertiefungen
(5, 55) aufweist, welche in Verbindung mit der Wand des
Metallgehäuses (2, 22) Saugkanäle (6, 66) für einen er
leichterten Transport von Gasen während eines Evakuie
rungsvorganges bilden.
2. Wärmeisolationseinrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß das Formteil (1, 11) außerdem
auf einer der Gehäusewand mit der betriebsmäßig höheren
Temperatur zugewandten Seite (4, 44) lokale Vertiefungen
(7, 77) aufweist, welche in Verbindung mit der Gehäuse
wand Kammern (8, 88) zur Aufnahme von Gettermaterial bil
den, wobei die Tiefe der Kammern vorzugsweise so gewählt
ist, daß das z. B. als Tablette geformte Gettermaterial
an die heiße Wand angedrückt wird.
3. Wärmeisolationseinrichtung nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (2, 22)
aus etwa 0,8 mm dickem Edelstahlblech hergestellt ist
und die Saugkanäle (6, 66) ein Verhältnis von Kanaltiefe
zu Kanalbreite von bis zu 1 : 20 bei einer maximalen
Kanaltiefe von 1,5 mm aufweisen.
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