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