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DE3247968A1 - Thermische isolierung - Google Patents

Thermische isolierung

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Publication number
DE3247968A1
DE3247968A1 DE19823247968 DE3247968A DE3247968A1 DE 3247968 A1 DE3247968 A1 DE 3247968A1 DE 19823247968 DE19823247968 DE 19823247968 DE 3247968 A DE3247968 A DE 3247968A DE 3247968 A1 DE3247968 A1 DE 3247968A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thermal insulation
heat
insulation according
housing
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823247968
Other languages
English (en)
Inventor
Harald Dipl.-Phys.Dr. 6906 Leimen Reiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB AG Germany
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brown Boveri und Cie AG Germany, BBC Brown Boveri AG Germany filed Critical Brown Boveri und Cie AG Germany
Priority to DE19823247968 priority Critical patent/DE3247968A1/de
Publication of DE3247968A1 publication Critical patent/DE3247968A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643Cylindrical cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

  • Thermische Isolierung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolierung gemäß dem Oberbegriff des Patentans#ruches 1.
  • Solche thermischen Isolierungen kommen in der Energletechnik zur Anwendung, insbesondere bei Einrichtungen, bei denen der Verlust von Wärme vermieden werden soll.
  • 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.
  • 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.
  • Bei dieser thermischen Isolierung besteht das Isoliermaterie1 aus zwei pulverförmigen miteinander vermischten infrarotoptischen Trübungsmitteln. Vorzugsweise enthält die thermische Isolierung Fitanoxid @ad Maghatit als Isoliermaterial.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolierung zu schaffen, deren Wärmeverluste über den gesamten StoDfenbereich auf ein Minimum herabgesetzt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise wird hierfür Titanoxid und Magnetit verwendet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • - Leerseite -

Claims (10)

  1. A n s s r ii c h e t19 Thermische Isolierung (1) mit einem dopDelwandigen Gehallse (2), wobei der Raum (5) zwischen den Gehäusewandungen (2 A und 2 B) evakuiert und mit einem den Wärmefluß hemmenden Isoliermaterial (6) ausgefüllt und die Öffnung (7) des Gehäuses (2) durch den Kern (8 K) eines mit dem Gehäuse (2) lösbar verbundenen Stopfens (8) verschlossen ist, -dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (8 K) des Stopfens (8) wenigstens einen WärmesDeicher (9) aufweist, der mindestens die Wärmeverluste des Stopfens (8) ausgleicht.
  2. 2.Thermische Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (9) mindestens in dem an die innere Gehäusewandung (2 B! des Gehäuses (2) angrenzenden Bereich des Kerns (8 K) angeordnet ist, und gut wärmeleitend mit dieser in Verbindung steht.
  3. 3. Thermische Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (9) durch einen doppelwandigen Ringkanal (10) begrenzt ist, der längs des gesamten Umfangs des Kerns (8 K) verläuft.
  4. 4. Thermische Isolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der inneren und äußeren Begrenzungswandung des Ringkanals (10) bis auf einen definierten Bereich (12) ein Isoliermaterial (6 A) enthält.
  5. 5. Thermische Iso#.#ejung nXCh:Ansraet-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12) in wärmeleitender Verbindung mit der inneren Gehäusewandung t2 R) steht und mit einem sehr gut wärmeleitenden Werkstoff ausgefüllt ist.
  6. 6. Thermische Isolierung nach einem der AnsDrüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (10) einen weiteren Bereich (12 A) aufweist, der mit einem gut wärmeleitenden Material ausgefüllt ist, und direkt an den Innenraum (3) angrenzt.
  7. 7. Thermische Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (9) Lithiumfluorid als Speichermaterial enthält.
  8. 8. Thermische Isolierung nach einem der Anspr.#che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (9) ein Gemisch aus. Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Lithiumfluorid und Magnesiumfluorid oder einen Speicherstein aus Magnesiumoxid als Speichermaterial enthält.
  9. 9. Thermische Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (9) wenigstens ein elektrisches Heizelement (14) enthalt.
  10. 10. Thermische Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da der Stopfen (8) die äußere Gehäusewandung (2 A) mit seinem Rand (8 R) hüllenartig umgibt.
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