DE3247968A1

DE3247968A1 - Thermal insulation

Info

Publication number: DE3247968A1
Application number: DE19823247968
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Phys.Dr. 6906 Leimen Reiss
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1984-06-28

Abstract

The invention relates to a thermal insulation (1) having a double-walled housing (2). Between the housing walls (2A and 2B) there is located an evacuated space (5) which is filled with an insulating material (6) which hinders heat flow. The opening (7) which releases the interior (3) of the thermal insulation (1) is closed by a stopper (8). This stopper (8) is equipped with a heat-storage means (9) which compensates for the heat losses in the stopper region. <IMAGE>

Description

Thermische Isolierung Thermal insulation

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolierung gemäß dem Oberbegriff des Patentans#ruches 1.The invention relates to thermal insulation according to the Generic term of patent claim 1.

Solche thermischen Isolierungen kommen in der Energletechnik zur Anwendung, insbesondere bei Einrichtungen, bei denen der Verlust von Wärme vermieden werden soll.Such thermal insulation is used in energy technology, especially in facilities where the loss of heat is avoided target.

Thermische Isolierungen werden vor allem bei HochtemDeraturspeicherbatterien auf der Basis von Alkalimetal und Chalkogen verwendet, die von einer W.ermedämmung umgeben sind, um eine Abkühlung der SDeicherzellen vor allem in den Betriebspausen zu verhindern.Thermal insulation is mainly used in high-temperature storage batteries on the basis of alkali metal and chalcogen used by a thermal insulation are surrounded to allow the storage cells to cool down, especially during breaks in operation to prevent.

Aus der DE-OS 30 38 142 ist eine thermische Isolierung bekannt, die aus einem dopDelwandigen Gehäuse besteht Der Raum zwischen der inneren und äußeren Gehäusewandung ist evakuiert und mit einem Isoliermaterial ausgefüllt.From DE-OS 30 38 142 thermal insulation is known which The space between the inner and outer consists of a double-walled housing The housing wall is evacuated and filled with an insulating material.

Bei dieser thermischen Isolierung besteht das Isoliermaterie1 aus zwei pulverförmigen miteinander vermischten infrarotoptischen Trübungsmitteln. Vorzugsweise enthält die thermische Isolierung Fitanoxid @ad Maghatit als Isoliermaterial.In this thermal insulation, the Isoliermaterie1 consists of two powdery infrared optical opacifiers mixed together. Preferably contains the thermal insulation Fitanoxid @ad Maghatit as an insulating material.

Eine Schwachstelle be%üglich der Wärmeisolierung stellt die Öffnung der thermischen Isolierung dar, über welche der Innenraum des Gehäuses zugnnglich ist. Diese Offnunz ist durch einen Stopfen verschlossen, der innen ebenfalls evakuiert und mit dem oben erwähnten IsoGiermaterial ausgefüllt ist. Die Warmeverluste über das Stopfen material sind relativ gering. Erheblich größer sind jedoch die Verluste, welche durch die Kühlleitungen, die Stromschienen und die metallischen Außenwände des Stopfens bzw. Innenwandungen des Gehäuses bewirkt werden.The opening represents a weak point in terms of thermal insulation the thermal insulation through which the interior of the housing is accessible is. This opening is closed by a plug that also evacuates inside and is filled with the insulating material mentioned above. The heat losses over the stopper material is relatively small. However, the losses are considerably greater, which through the cooling lines, the busbars and the metallic outer walls of the plug or inner walls of the housing are effected.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolierung zu schaffen, deren Wärmeverluste über den gesamten StoDfenbereich auf ein Minimum herabgesetzt werden.The invention is therefore based on the object of a thermal To create insulation whose heat losses over the entire surface area be reduced to a minimum.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

Durch den Finbau eines Wärmespeichers wird die Wärme, welche ilber die Leitungen und Wände aus dem Innenbereich der thermischen Isolierung abgeleitet wird, voAlständig ersetzt. Der Wä.rmes#eicher ist als Latentwärmespeicher ausgebildet und wird durch ein elektrisches Heizelement, das im Inneren des Wärmespeichers angeordnet ist, aufgeheizt. Wird die thermische Isolierung beis#ielsweise für HochtemDeraturspeicherbatterien verwendet, so wird der Wärmespeicher vorzugsweise während der Ladung der Speicherzellen aufgeheizt. Er gibt dann, insbesondere während der Ruhenausen der Batterie, die zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur notwendige Wärme an den Innenraum der thermischen Isolierung ab. Der Wärmesneicher ist erfindungsgemäß so inne@halb des Stopfens angeordnet, daß er wenigstens bereichsweise gut wärmeleitend mit der inneren Gehäusewandung der thermischen Isolierung in Verbindung steht und an diese die Wärme abgibt, die dem Innenraum der thermischen Isolierung über die nach außen geführten Leitungen verloren geht. Die Dicke des Stopfens beträgt etwa 0,2 m. Die durch ihn hindurchefiihrten Kilhlleitungen und Stromschienen sind in diesem Bereich über eine Länge von 0,5 m vakuumisoliert und gekapselt, so daß die Wärmeverluste im Bereich des StoDfens höchstens 47 W betragen.By building a heat accumulator, the heat is the pipes and walls derived from the interior of the thermal insulation will be completely replaced. The Wä.rmes # eicher is designed as a latent heat store and is by an electrical heating element, which is arranged inside the heat accumulator is heated up. If the thermal insulation is used, for example, for high-temperature storage batteries is used, the heat store is preferably used while the storage cells are being charged heated up. He then gives the heat necessary to maintain the required temperature in the interior thermal insulation. Of the Heat securing is according to the invention so arranged inside @ half of the plug that it conducts heat well at least in some areas is connected to the inner housing wall of the thermal insulation and to this gives off the heat that the interior of the thermal insulation on the outside lines is lost. The thickness of the plug is approximately 0.2 m. The cooling lines and busbars running through it are in this area vacuum-insulated and encapsulated over a length of 0.5 m, so that the Heat losses in the area of the joint do not exceed 47 W.

Das Speichermaterial des IVarmesDeichers besteht vorzugsweise aus Lithiumfluorid oder einem Eutektikum. Als eutektisdhes Material ist besonders ein Gemisch aus 12 Einheiten Natriumfluorid, 40 Einheiten Kaliumfluorid, 44 Einheiten Lithiumfluorid und 4 Einheiten Magnesiumfluorid geeignet. Ein S#eicherstein aus Magnesiumoxid kann ebenfalls verwendet werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die von diesem Speicherstein abgegebene Wärme nach seiner Aufheizung sehr groß ist, jedoch mit der Zeit an Intensität abnimmt.The storage material of the IVarmesDeichers preferably consists of Lithium fluoride or a eutectic. A special eutectic material is a Mixture of 12 units of sodium fluoride, 40 units of potassium fluoride, 44 units Lithium fluoride and 4 units of magnesium fluoride are suitable. A security stone from Magnesium oxide can also be used. However, it must be taken into account here that the heat given off by this storage stone is very great after it has been heated but decreases in intensity over time.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further features essential to the invention are set out in the subclaims marked.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.The invention is explained below with reference to drawings.

Es zeigen: Figur 1 eine thermische Isolierung mit unverschlossener Öffnung, Figur 2 eine thermische Isolierung mit eingesetztem Stopfen, Figur 3 einen Horizontalschnitt durch die in Figur 2 dargestellte thermische Isolierung.They show: FIG. 1 a thermal insulation with an unsealed Opening, FIG. 2 a thermal insulation with an inserted stopper, FIG. 3 a Horizontal section through the thermal insulation shown in FIG.

Die in Figur 1 dargestellte thermische Isolierung 1 wird im wesentlichen durch ein dontelwandiges metallisches Gehäuse 2 gebildet. Das Gehäuse weist die Form eines Ouaders auf. Seine äußere und seine innere Gehäusewandung 2 A und 2 B sind aus Edelstahl gefertigt. Im Inneren weist das Gehause 2 einen Raum 3 auf. Bei dem hier dargeste]#lten Ausführungsbeispiel sind im Inneren des Raumes 3 die elektrochemischen SDeichere#len 4 einer Hochtemperaturspeicherbatterie angeordnet. Die äußere und die innere Gehäusewandung 2 A und 2 R sind aus einem warmfesten Stahl hergestellt. Die beiden Gehäusewandungen 2 A und 2 B sind in einem vorgebbaren Abstand voneinander angeordnet, derart, daß zwischen ihnen der Raum 5 gebildet wird. Die Größe des Abstandes zwischen der äußeren und inneren Gehäusewandung 2 A und 2 B richtet sich nach der gewünschten Breite diese Raumes 5.The thermal insulation 1 shown in Figure 1 is essentially formed by a dontel-walled metallic housing 2. The case has the Shape of an ouader. Its outer and inner housing walls 2 A and 2 B are made of stainless steel. Inside, the housing 2 has a space 3. at the embodiment shown here are inside the room 3 the electrochemical SDeichere # len 4 of a high temperature storage battery arranged. The outer and inner housing walls 2 A and 2 R are made of a heat-resistant steel manufactured. The two housing walls 2 A and 2 B are at a predeterminable distance arranged from each other in such a way that the space 5 is formed between them. the Size of the distance between the outer and inner housing walls 2 A and 2 B depends on the desired width of this space 5.

Die Metallfla#chen, welche die äußere Gehäusewandung 2 A bilden, sind so miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, daß die Gehäusewandung 2 A gasdicht ausgebildet ist. Das Gleiche gilt für die innere Gehäusewandung 2 B. Damit ist es möglich, den Raum 5 zu evakuieren. Dies ist bei dem hier dargestellten Ausffihrungsbeispiel auch der Fall. Zusätzlich ist der Raum 5 mit einem Isoliermaterial 6 vollständig ausgefüllt. Bei dem Isoliermaterial 6 handelt es sich um zwei pulverförmige miteinander vermischte infrarotoptische Trunasmittel.The metal surfaces that form the outer housing wall 2 A are so connected, in particular welded, that the housing wall 2 A gas-tight is trained. The same applies to the inner housing wall 2 B. That is it possible to evacuate room 5. This is the case with the exemplary embodiment shown here also the case. In addition, the space 5 is complete with an insulating material 6 filled out. The insulating material 6 is two powdered together mixed infrared optical Trunasmittel.

Vorzugsweise wird hierfür Titanoxid und Magnetit verwendet.Titanium oxide and magnetite are preferably used for this.

Die Öffnung 7 der thermischen Isolierung 1, die den Innenraum 3 freigibt, kann wie anhand von Figur 2 zu sehen ist durch einen sDeziell ausgebildeten StoDfen 8 so verschlossen werden, daß die Wärmeverluste der thermischen Isolierung in dem Bereich des Stopfens 8 höchstens 47 W betragen. Der StoDfen 8 weist innen den gleichen Querschnitt wie das Gehäuse 2 auf Ein Vertikalschnitt durch den stoffen 8 ist in Fig. 2 dargestellt. eine äußeren Begrenzungsflächen 8 C sind aus dem gleichen Werkstoff gefertigt wie die Gehäusewandungen 2 A und 2 B. Die Abmessungen seiner Stirnflsche 8 s, welche gegen die die Öffnung 7 aufweisende Seite der Isolierung 1 gesetzt wird, sind etwas größer gewählt.The opening 7 of the thermal insulation 1, which exposes the interior 3, can, as can be seen from FIG. 2, by means of a specially designed joint 8 are closed so that the heat loss of the thermal insulation in the The area of the plug 8 should not exceed 47 W. The StoDfen 8 has the inside same A vertical section through the fabrics 8 is shown in FIG Fig. 2 shown. an outer boundary surfaces 8 C are made of the same material manufactured like the housing walls 2 A and 2 B. The dimensions of its front flange 8 s, which is placed against the side of the insulation 1 having the opening 7, are chosen somewhat larger.

Damit wird erreicht, daß der Rand 8 R des Stonfens 8 die äußere Gehäusewandung 2 A hüllenartig umgeben kann. Der Rand 8 R ist doDnelwandiz ausgebildet, so daß zwischen den beiden Begrenzungsflächen eine ausreichende Menge an Isoliermaterial eingefüllt werden kann.This ensures that the edge 8 R of the stone 8 is the outer housing wall 2 A can surround like a shell. The edge 8 R is formed doDnelwandiz so that a sufficient amount of insulating material between the two boundary surfaces can be filled.

Den Verschluß der Öffnung 7 erfolgt durch den Kern 8 K des Stopfens 8. Dieser Kern 8 K wird durch die im Randbereich des Stoofens 8 vorgesehenen Ausnehmungen 8 A, in welche die Ränder der Gehäusewandungen 2 A und 2 B des Gehäuses 2 bei geschlossener Öffnung 7 eingesetzt sind, begrenzt. Die Abmessungen des Kerns 8 K sind so gewählt, daß dieser gerade noch in die Öffnung 7 einsetzbar ist. Wie anhand der Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist der Kern 8 K einen Wärmespeicher 9 auf. Dieser ist in dem Bereich des Kerns 8 K angeordnet, der im eingebauten Zustand des Stopfens 8 am weitesten innerhalb des Raumes 3 angeordnet ist. Der Wärmespeicher q ist des weiteren so angeordnet, daß er sich im Randbereich des Kerns 8 K befindet. Er wird durch einen doDpelwandigen Ringkanal 10 begrenzt. Dieser verläuft entlang des gesamten Umfangs des Kernes 8X. Er bildet sowohl einen Teil der dem Innenraum 3 zugewandten Fläche des Kerns 8 K sowie einen Teil der seitlichen Begrenzung des Kerns 8 K, welche an der inneren Gehäusewandung 2 B des Gehäuses 2 anliegt. Der den Wärmespeicher 9 begrenzende Ringkanal 10 weist zwischen seiner inneren und seiner äußeren Begrenzungsfläche, bis auf den Bereich, der in Figur 3 mit 12 bezeichnet ist, ein Isoliermate- rial 6 A auf. In dem Bereich~17, dgr an die niere Gehäusewandung 2 B des Gehäuses 2 angrenzt, befindet sich ein Werkstoff, der sehr gut wärmeleitend ist. Der Bereich 12 erstreckt sich silber die gesamte Länge des Ringkanals 10, und ist über seine gesamte Lanze mit einem wärmeleitenden Material beispielsweise einer Metallfolie ausgefüllt.The opening 7 is closed by the core 8 K of the plug 8. This core 8 K is provided by the recesses provided in the edge area of the fabric 8 8 A, in which the edges of the housing walls 2 A and 2 B of the housing 2 when closed Opening 7 are used, limited. The dimensions of the core 8 K are chosen so that that this can just be inserted into the opening 7. As shown in FIGS 1 and 3, the core 8 K has a heat accumulator 9. This is arranged in the area of the core 8 K, which is in the installed state of the plug 8 is arranged furthest within the space 3. The heat storage q is des further arranged so that it is located in the edge region of the core 8K. He will bounded by a double-walled ring channel 10. This runs along the entire 8X core circumference. It forms both a part of the interior 3 facing Area of the core 8 K and part of the lateral boundary of the core 8 K, which rests against the inner housing wall 2 B of the housing 2. The heat storage 9 delimiting annular channel 10 has between its inner and its outer boundary surface, except for the area designated by 12 in Figure 3, an insulating material rial 6 A on. In the area ~ 17, which adjoins the kidney housing wall 2 B of the housing 2, there is a material that conducts heat very well. The area 12 extends silver is the entire length of the ring channel 10, and is over its entire lance filled with a thermally conductive material, for example a metal foil.

Über diesen Bereich 12 wird die in dem WarmesDeicher q enthaltene Wärme an die innere Gehäusewandung 2 B abgegeben. Die Wärmeabgabe wird durch die Geometrie unddie Materialzusammensetzung des Bereiches 12 so dosiert, daß sich an dem Bereich der inneren Gehausewandung 2 B, die an den Bereich 12 angrenzt, eine Temperatur einstellt, die mindestens gleich oder höher als die Betriebstemperatur der Batterie ist. Der durch den Wärmespeicher 9 erwärmte Bereich 12 wirkt somit für den Innenraum der Hochtemperatursneicherbatterie als Temperaturbatterie, die den Wärmeabfluß aus dem Innenraum 3 über die Begrenzungswände und die Leitungen verhindert bzw. kompensiert. Anstelle des Bereiches 12 oder zusätzlich kann ein weiterer Bereich 12 A innerhalb des Ringkanales 10 vorgesehen werden, der ebenfalls mit einem gut wärmeleitenden Material ausgefüllt ist. In Fig. 3 ist ein solcher Bereich 12 A dargestellt. Dieser grenzt direkt an den Innenraum 3 der Hochtemperaturspeicherbatterie an. Der Bereich 12 A gibt seine Wärme vorwiegend durch Strahlung und Wärmeleitung an den Innenraum 3 ab. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher 9 als Latentspeicher ausgebildet. Das in ihm enthaltene Speichermaterial 13 besteht aus Lithiumfluorid. Ferner sind im Inneren des Wärmespeichers 9 ein oder mehrere elektrische Heizelemente 14 angeordnet. Mit diesen wird der WArmesDeicher 9 aufgeheizt. Die elektrischen Heizelemente 14 können durch Anschluß an das Netz, beispielsweise während der Ladung der Speicherzellen 4 betätigt werden. Der gesamte übrige Innenbereich des Stopfens 8, einschließlich des Kerns 8 K, ist evakuiert und mit dem Iso]iermaterial 6 ausgefü]lt. Der erfindungsgemäße Wärmespeicher 9 ist so ausgelegt, daß die im StoDfenbereich auftretenden Wärmeverluste, die durch Ableitung der Wärme über die Kilhlleitungen 15 und die Stromschienen 16 hervorgerufen werden, vollständig ausgeglichen werden. Während des Betriebs einer Hochtemperaturspeicherbatterie, zu der die Speicherzellen 4 gehören, können die Warmeverluste durch die S#eicherzellen selbst ausgeglichen werden. In den RuheDausen ist dies jedoch nicht möglich. Der erfindungsgemäße Wärmespeicher 9 ist so ausgelegt, daß er die Wärmeverluste von ungefähr 47 W vollständig ausgleicht.About this area 12 is contained in the WarmesDeicher q Heat given off to the inner housing wall 2 B. The heat dissipation is due to the Geometry and the material composition of the area 12 dosed so that the area of the inner housing wall 2 B, which is adjacent to the area 12, a Temperature sets at least equal to or higher than the operating temperature the battery is. The area 12 heated by the heat accumulator 9 thus acts for the interior of the high-temperature accumulator battery as a temperature battery that the heat outflow from the interior 3 via the boundary walls and the lines prevented or compensated. Instead of the area 12 or in addition, a further area 12 A are provided within the annular channel 10, which is also is filled with a material that conducts heat well. In Fig. 3 is such a Area 12 A shown. This is directly adjacent to the interior 3 of the high-temperature storage battery at. The area 12 A emits its heat mainly through radiation and heat conduction to the interior 3. In the embodiment shown here, the heat accumulator is 9 designed as latent storage. The storage material 13 contained in it consists made of lithium fluoride. Furthermore, one or more are inside the heat accumulator 9 electrical heating elements 14 arranged. The WARMESDeicher 9 is heated with these. The electrical heating elements 14 can be connected to the network, for example are actuated during the charging of the memory cells 4. All of the rest of the interior of the plug 8, including the core 8 K, is evacuated and with the insulating material 6 completed. The heat accumulator 9 according to the invention is designed so that the Heat losses occurring in the joint area, which are caused by the dissipation of the heat via the cooling lines 15 and the busbars 16 are caused completely be balanced. During the operation of a high temperature storage battery, to which the storage cells 4 belong, the heat losses through the storage cells be balanced by yourself. However, this is not possible during the rest periods. Of the heat accumulator 9 according to the invention is designed so that it absorbs the heat losses of fully compensates for approximately 47 W.

Die durch den Stopfen 8 hindurchgeführten Kiihlleitungen 15 und Stromschienen 16 sind gekapselt und vakuumisoliert, so daß hierdurch geringere Wärmeverluste auftreten als bei bisher bekannten Einrichtungen dieser Art.The cooling lines 15 and busbars passed through the plug 8 16 are encapsulated and vacuum-insulated, so that lower heat losses occur as a result than with previously known devices of this type.

Anstelle von Lithiumfluorid kann auch ein Eutektikum bestehend aus Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Lithiumfluorid und Magnesiumfluorid als Speichermaterial verwendet werden. Die Verwendung eines Speichersteins aus Magnesiumoxid ist ebenfalls möglich.Instead of lithium fluoride, a eutectic consisting of Sodium fluoride, potassium fluoride, lithium fluoride and magnesium fluoride as storage material be used. The use of a storage stone made from magnesium oxide is also possible.

Ferner besteht die Möglichkeit, den Stopfen im Redarfsfall mit einem oder mehreren solchen Wärmespeichern 9 zu versehen, die so angeordnet und so ausgebildet sind, daß sie mit ihrer die Wärme Übertragenden Flache direkt an den Innenraum 3 angrenzen und somit die Wärme direkt dorthin abgeben können.There is also the option of replacing the plug with a or to provide a plurality of such heat accumulators 9, which are arranged and designed in this way are that they with their heat transferring surface directly to the interior 3 and thus can give off the heat directly there.

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Claims

A n s s r ii c h e t19 Thermal insulation (1) with a double-walled Gehallse (2), the space (5) between the housing walls (2 A and 2 B) being evacuated and filled with a heat flow inhibiting insulating material (6) and the opening (7) of the housing (2) through the core (8 K) of a detachably connected to the housing (2) Stopper (8) is closed, characterized in that the core (8 K) of the stopper (8) has at least one heat accumulator (9) which at least absorbs the heat losses of the plug (8).

2. Thermal insulation according to claim 1, characterized in that that the heat accumulator (9) at least in the one on the inner housing wall (2 B! des Housing (2) adjacent region of the core (8 K) is arranged, and good thermal conductivity is related to this.

3. Thermal insulation according to claim 1 or 2, characterized in that that the heat accumulator (9) is limited by a double-walled annular channel (10), which runs along the entire circumference of the core (8 K).

4. Thermal insulation according to claim 3, characterized in that that the space between the inner and outer boundary wall of the annular channel (10) contains an insulating material (6 A) except for a defined area (12).

5. Thermal Iso #. # Ejung nXCh: Ansraet-4, characterized that the area (12) in thermally conductive connection with the inner housing wall t2 R) and is filled with a very good heat-conducting material.

6. Thermal insulation according to one of Claims 1 to 3, thereby characterized in that the annular channel (10) has a further area (12 A) which is filled with a material that conducts heat well, and directly to the interior (3) adjoins.

7. Thermal insulation according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the heat store (9) contains lithium fluoride as a storage material.

8. Thermal insulation according to one of claims 1 to 6, thereby characterized in that the heat accumulator (9) is a mixture of. Sodium fluoride, potassium fluoride, Lithium fluoride and magnesium fluoride or a storage stone made of magnesium oxide as Contains storage material.

9. Thermal insulation according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the heat accumulator (9) has at least one electrical heating element (14) contains.

10. Thermal insulation according to one of claims 1 to 9, characterized characterized because the plug (8) the outer housing wall (2 A) with its edge (8 R) surrounds like an envelope.