DE3146017A1 - Thermal insulation - Google Patents
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Abstract
Description
Thermische Isolierung Thermal insulation
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to thermal insulation according to the Preamble of claim 1.
Solche thermischen Isolierungen kommen in der Energietechnik 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 Hochtemperaturspeicherbatterien auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen verwendet, die mit einer Wärmedämmung umgeben sind, um eine Abkühlung der Speicherzellen vor allem in den Betriebspausen zu verhindern.Thermal insulation is mainly used in high-temperature storage batteries based on alkali metal and chalcogen used with thermal insulation are surrounded to allow the storage cells to cool down, especially during breaks in operation to prevent.
Bis jetzt ist es üblich, für solche Hochtemperaturspeicherbatterien Isolierungen zu verwenden, die zum Beispiel aus Glaswolle oder Mineralwolle aufgebaut sind.Until now, it has been common for such high-temperature storage batteries To use insulation, for example made of glass wool or mineral wool are.
Bei diesen Isolierungen müssen zur Erzielung einer ausreichenden Wirkung erhebliche Wandstärken vorgesehen werden, da die Hochtemperaturspeicherbatterien bei Temperaturen arbeiten, die bei 3500 liegen. Diese thermischen Isolierungen müssen so aufgebaut sein, daß die oben angegebenen Temperaturen während der Betriebspausen, die Tage betragen können, aufrecht erhalten werden.These insulations must be used to achieve a sufficient effect Considerable wall thicknesses are provided because of the high temperature storage batteries work at temperatures that are around 3500. This thermal insulation must be constructed in such a way that the temperatures specified above during the breaks in operation, the days can be maintained.
Da solche dickwandigen lsolierungen die Abmessungen und/oder das Gewicht der Hochtemperaturspeicherbatterie erheblich vergrößern, ist die Energiespeicherdichte das heißt die pro Gewichts- oder Volumeneinheit spoicherbare elektrische Energie, gering. Dies ist, insbesondere für solche elektrochemischen Hochtemperaturspeicherbatterien von Nachteil, die für die Energieversorgung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden sollen.As such thick-walled insulation the dimensions and / or the weight Significantly enlarge the high temperature storage battery is the energy storage density i.e. the electrical energy that can be saved per unit of weight or volume, small amount. This is especially true for such high temperature electrochemical storage batteries disadvantageous for the energy supply of electrically operated vehicles should be used.
Es ist eine weitere thermische Isolierung für elektrochemische Hochtemperaturspeicherbatterien bekannt. Diese wird im wesentlichen durch einen evakuierten Hohlraum gebildet, innerhalb dessen Metallfolien angeordnet sind.It is another thermal insulation for high temperature electrochemical storage batteries known. This is essentially formed by an evacuated cavity inside whose metal foils are arranged.
Diese Metallfolien bestehen beispielsweise aus Aluminium und sind in einem vorgebbaren Abstand voneinander angeordnet. Der Hohlraum wird durch metallische Wände begrenzt, die mit einem kleinen Wärmeausdehn#ngskoeffizienten versehen sind. Um ein Durchbiegen der Begrenzungswände, aufgrund des vorhandenen Vakuums, nach innen zu vermeiden, sind im Inneren des Hohlraums stabförmige Abstützungen zwischen parallel zueinander verlaufenden Begrenzungswänden angeordnet. Die Stützelemente bewirken jedoch einen großen Wärmefluß von der Innenseite der Isolierung nach außen hin. Dadurch geht die mit den metallischen Folien erzielte geringe Leitfähigkeit der Isolierung zum großen Teil wieder verloren.These metal foils consist, for example, of aluminum and are arranged at a predeterminable distance from one another. The cavity is made by metallic Walls limited, which are provided with a small coefficient of thermal expansion. To prevent the boundary walls from sagging due to the existing vacuum to be avoided inside, rod-shaped supports are in the interior of the cavity between arranged parallel to each other extending boundary walls. The support elements however, cause a large flow of heat from the inside of the insulation to the outside there. This results in the low conductivity achieved with the metallic foils the isolation is largely lost again.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde#, eine thermische Isolierung zu schaffen, die möglichst leicht und dünnwandig ist, und deren Wärmeleitfähigkeit bei Betriebstemperaturen von 3500C und mehr unterhalb von l < 5 ~ 10-3W/(m ~ K) liegt. Ferner soll die thermische Isolierung so ausgebildet sein, daß auf stabförmige Stützelemente im Hohlraum der Isolierung vollständig verzichtet werden an.The invention is therefore based on the object #, thermal insulation to create that is as light and thin-walled as possible, and its thermal conductivity at operating temperatures of 3500C and more below l <5 ~ 10-3W / (m ~ K) lies. Furthermore, the thermal insulation should be designed so that on rod-shaped Support elements in the cavity of the insulation completely waived will be on.
Die Lösung erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.The solution takes place according to the characterizing part of claim 1.
Der die thermische Isolierung bildende Hohlraum ist mit wenigstens 3 pulverförmigen, miteinander vermischten, infrarotopt ischen Trübungsmitteln voll ständig ausgefüllt. Erfindungsgemäß wird hierfür ein erstes Trübungsmittel verwendet, das höchstens eine Primärteilchengröße von 0,01 bis 0,03#m hat und einen großen Brechungsindex im Infraroten aufweist. Ferner umfaßt das in den Hohlraum gefüllte, pulverförmlge Gemisch ein zweites infrarotpotisches Trübungsmittel, das einen Primärteilohendurchmesser von höchstens 0,2 bis 0,5#m aufweist. Das zweite Trübungsmittel besitzt in vorteilhafter Weise eine nadelförmige Kristallstruktur. Insbesondere sind die Längsachsen der nadelförmigen Kristalle senkrecht zum Verlauf der Temperaturgradienten angeordnet. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem zweiten Trübungsmittel um ein ferromagnetisches Material. Als erstes Trübungsmittel kommt vorzugsweise Titanoxid zur Anwendung, während als zweites Trübungsmittel Magnetit Fe304 verwendet wird. Als drittes Trilbungsmittel werden pulverförmiges Zirkoniumoxid, Thoriumoxid, Tantaloxid, Hafniumoxid, Uranoxid, Chromoxid, Ceroxid, Yttriumoxid oder andere Oxide der Seltenen Erden verwendet. Dieses dritte Trübungsmittel weist einen Primärteilohendurohmesser von 1 bis 5P>m auf. Die beiden ersten infrarotoptischen Trübungsmittel können in Mischungsverhältnissen zwischen 1 ~ 2 bis 10 : 1 Gewichtsanteilen Titanoxid und Magnetit als Isoliermaterial in den Hohlraum gefüllt werden. Das dritte Trübungsmittel wird in einer Konzentration von 0,1 bis 0,3 g/cm3 den beiden anderen Trübungsmitteln beigemischt. Die Auswahl des dritten optischen Trübungsmittels aus den oben angeführten Metalloxiden erfolgt temperaturspezifisch.The cavity forming the thermal insulation is at least 3 powdery, mixed, infrared optical opacifiers full constantly filled out. According to the invention, a first opacifier is used for this purpose, which has at most a primary particle size of 0.01 to 0.03 # m and a large one Has refractive index in the infrared. Furthermore, the filled in the cavity, powdered mixture a second infrared potic opacifier, which has a primary part ohm diameter of at most 0.2 to 0.5 # m. The second opacifier has more advantageous Way a needle-shaped crystal structure. In particular, the longitudinal axes are the needle-shaped crystals arranged perpendicular to the course of the temperature gradient. The second opacifier is advantageously a ferromagnetic one Material. Titanium oxide is preferably used as the first opacifying agent, while magnetite Fe304 is used as the second opacifier. As a third antifouling agent powdered zirconium oxide, thorium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, uranium oxide, Chromium oxide, cerium oxide, yttrium oxide or other rare earth oxides are used. This third opacifier has a primary part diameter of 1 to 5P> m on. The first two infrared optical opacifiers can be used in mixing ratios between 1 ~ 2 to 10: 1 parts by weight of titanium oxide and magnetite as insulating material be filled into the cavity. The third opacifier is used in one concentration from 0.1 to 0.3 g / cm3 the two mixed with other opacifiers. The selection of the third optical opacifier from the metal oxides listed above is temperature-specific.
Vorzugsweise wird als drittes optisches Trübungsmittel eines der metalloxide ausgewählt, das einen hohen Brechungsindex im Infraroten und die von allen Matalloxiden geringste Festkörperleitfähigkeit bei den möglichen Betriebstemperaturen besitzt. Alle drei in den Hohlraum gefüllten Trübungsmittel weisen eine hohe Porosität auf. Eine niedrige Porosität des Gemischs bedeutet eine große Dichte, was wiederum eine große Festkörperleitfähigkeit des Gemischs bedeutet, während bei zu hoher Porosität das Pulvergemisch im Infraroten wieder durchsichtig wird. Die drei infrarotoptischen Trübungsmittel können zum Beispiel in einem Mischungsverhältnis von 1:1:1 und einer Dichte von S C 0.75 g/cm3 in den Hohlraum geführt werden. Ein Mischungsverhältnis von 2 Gewichtsanteilen Titanoxid, einem Gewichtsanteil Eisenoxid und zwei Gewichtsanteilen Zirkoniumoxid in einer Dichte von 2 o 0.65 g/cm3 ist ebenfalls möglich. Die drei puverfcrnigen Trübungsmittel können beim Einfüllen oder schon zu einem früheren Zeitpunkt miteinander vermischt werden. Bei einem Restgasdruck von höchstens 1 bis 10 mbar innerhalb des Hohlraums wird bei Anwendung eines der oben angegebenen Mischungsverhältnisse zum Beispiel bei einer Temperatur von 300ob, eine Wärmeleitfähigkeit A c 5 ~ 10-3 W/(m ~ K) erreicht. Durch das Ausfüllen des Hohlraums mit den drei miteinander vermischten infrarotoptischen Trübungsmitteln erhalten die metallischen Begrenzungswände desselben eine in vielen Anwendungsfällen bereits ausreichende Stütze. In jedem Fall ist das die drei infrarotoptischem Trübungsmittel umfassende pulverförmige Gemisch mit einer solchen Porosität in den Hohlraum zu füllen, daß die metallischen Begrenzungswände auch bei einem sehr geringen Restgasdruck p. = 0,1 mbar-sieh nicht zu stark nach innen biegen. Falls es die Gegebenheiten erfordern, kann das die Trübungmittel umfassende pulverförmige Gemisch zur besseren Stützung der Begrenzungswände wenigstens bereichsweise mit einer niedrigeren Porosität innerhalb des Hohlraums angeordnet werden. Dabei muß allerdings eine Erhöhung der Festkörperleitfähigkeit des Gemischs in diesen Bereichen in Kauf genommen werden.One of the metal oxides is preferably used as the third optical opacifier selected that has a high refractive index in the infrared and that of all metal oxides Has the lowest solid-state conductivity at the possible operating temperatures. All three opacifiers filled in the cavity have a high porosity. A low porosity of the mixture means a high density, which in turn means a high solid-state conductivity of the mixture means, while with too high a porosity the powder mixture becomes transparent again in the infrared. The three infrared optical Opacifiers can, for example, in a mixing ratio of 1: 1: 1 and one Density of S C 0.75 g / cm3 can be fed into the cavity. A mix ratio of 2 parts by weight of titanium oxide, one part by weight of iron oxide and two parts by weight Zirconium oxide with a density of 2 o 0.65 g / cm3 is also possible. The three Powdery opacifiers can be added when filling or at an earlier time Time to be mixed together. With a residual gas pressure of at most 1 to 10 mbar inside the cavity is achieved when using one of the mixing ratios given above For example, at a temperature of 300ob, a thermal conductivity A c 5 ~ 10-3 W / (m ~ K) reached. By filling the cavity with the three mixed together Infrared optical opacifiers keep the metallic boundary walls of the same a sufficient support in many applications. In any case it is the three infrared optical opacifier comprising powdery mixture with a to fill the cavity with such porosity that the metallic ones Boundary walls even with a very low residual gas pressure p. = 0.1 mbar-don't see bending inward too much. If the circumstances so require, this can be done by the opacifiers comprehensive powdery mixture for better support of the boundary walls at least arranged in areas with a lower porosity within the cavity will. In this case, however, an increase in the solid-state conductivity of the mixture must be achieved be accepted in these areas.
Die Wärmedämmung der erfindungsgemäßen Isolierung wird insgesamt nicht beeinträchtigt, wenn diese Bereiche nach Möglichkeit klein gewählt werden. Natürlich kann die Druckfestigkeit der Isolierung auch dadurch erhöht werden, daß dem die Trübungmittel umfassenden Gemisch ein Zusatz von etwa 50 bis 60 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht des verwendeten Isoliermaterials an hochdisperser Kieselsäure zugesetzt und das Gemisch hochverdichtet wird.The thermal insulation of the insulation according to the invention is not overall impaired if these areas are chosen as small as possible. Naturally the compressive strength of the insulation can also be increased by the fact that the Mixture comprising opacifying agents, an addition of about 50 to 60% by weight, based on the total weight of the finely divided silica used in the insulation material added and the mixture is highly compressed.
Zur Erhöhung der Biegefestigkeit können 5 bis 10 Ges.% Mikrofasern als Zusatz beigegeben werden. Die angegebene Gewichtsmenge bezieht sich auf das Gesamtgewicht des verwendeten Isoliermaterials. Bei den Fasern, die den infrarotoptischen Trübungsmitteln zugesetzt sind, handelt es sich um Glas- oder Keramikfasern, insbesondere Fasern aus Zirkoniumoxid, Thoriumoxid, Tantaloxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Uranoxid, Chromoxid, Yttriumoxid oder andere Oxide der Seltenenerdmetalle. Die Fasern müssen ebenso wie die Kristallnadeln des Magnetits senkrecht zum Verlauf der Temperaturgradienten innerhalb des Hohlraums angeordnet werden. Die verwendeten Fasern sollen einen Durchmesser von höchstens 15/um und eine Länge von nicht mehr als 5 bis 10 mm aufweisen. Sol die thermische Isolierung eine besonders hohe Druckbelastbarkeit aufweisen, so können aus dem oben beschriebenen Gemisch Platten gepreßt werden, mit denen dann der Hohlraum ausgefüllt wird.To increase the flexural strength, 5 to 10% total microfibers can be used be added as an addition. The specified weight refers to the Total weight of the insulation material used. In the case of the fibers that make up the infrared optical Opacifiers are added, it is glass or ceramic fibers, in particular Fibers made of zirconium oxide, thorium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, cerium oxide, uranium oxide, Chromium oxide, yttrium oxide or other oxides of the rare earth metals. The fibers must just like the crystal needles of magnetite perpendicular to the course of the temperature gradients be placed within the cavity. The fibers used should have a diameter of at most 15 µm and a length of not more than 5 to 10 mm. Sol the thermal insulation have a particularly high pressure resistance, so can from the above Mixture plates are pressed with which then the cavity is filled.
In vorteilhafter Weise kann die thermische Isolierung nicht nur für die Wärmedämmung von Einrichtungen verwendet werden, die eine Temperatur zwischen 300 und 600ob aufweisen, vielmehr besteht die Möglichkeit, diese thermische Isolierung auch im Hochtemperaturbereich anzuwenden. Insbesondere kommt die Isolierung zum Beispiel als Wärmedämmung für Rohrleitungsnetze in Frage, die für den Transport von strömenden Medien vorgesehen sind.The thermal insulation can advantageously not only be used for the insulation used by facilities that maintain a temperature between 300 and 600ob have, rather there is the possibility of this thermal insulation can also be used in the high temperature range. In particular, the isolation comes to the Example as thermal insulation for pipeline networks in question for transportation of flowing media are provided.
Diese thermische Isolierung ist für Temperaturen von 8000C und mehr ausgelegt. Für die Wärmedämmung von ohrleitungssystemen, die sich über mehrere km erstrecken, ist diese Isolierung besonders geeignet.This thermal insulation is suitable for temperatures of 8000C and more designed. For the thermal insulation of pipe systems that extend over several km extend, this insulation is particularly suitable.
Erfindungsgemäß wird der die Isolierung bildende Hohlraum mit mindestens 3 miteinander vermischten Trübungsmitteln ausgefüllt, die einen hohen Brechungsindex im Infraroten aufweisen und deshalb besonders zur Strahlenextinktion geeignet sind. Durch die Zugabe von Magnetit zum Titanoxid wird die Strahlenextinktion verstärkt.According to the invention, the cavity forming the insulation is at least 3 intermingled opacifiers filled with a high refractive index in the infrared and are therefore particularly suitable for radiation extinction. The addition of magnetite to the titanium oxide increases the radiation absorbance.
Hierdurch läßt sich die T3-Abhängigkeit der Strahlungsleitfähigkeit noch besser reduzieren als mit reinem Titanoxid. Wie bereits erwähnt, wird als zweites Trübungsmittel insbesondere Magnetit verwendet, da dieses zum Teil eine nadelförmige Kristallstruktur aufweist.This allows the T3 dependence of the radiation conductivity reduce even better than with pure titanium oxide. As mentioned earlier, the second is Opacifiers used in particular magnetite, as this is partly needle-shaped Has crystal structure.
Erfindungsgemäß werden diese nadelförmigen Kristalle beim Einfüllen des Pulvergemischs in den Hohlraum unter Zuhilfenahme eines außen angelegten Magnetfeldes so geordnet, daß ihre Längsachsen senkrecht zur Richtung der Temperaturgradienten ausgerichtet sind. Die Orientierung der Kristallnadeln des Magnetits wird dann durch das Verdichten des Pulvergemischs, zum Beispiel durch Rütteln oder Pressen so fixiert, daß eine andere Ausrichtung der Nadeln nicht mehr möglich ist. Durch diese Maßnahme wird die Unterdrückung der Strahlungsleitung und der Festkörperleitung begünstigt. Die Orientierung der nadelförmigen Kristalle des Magnetits in die oben angegebene Richtung bewirkt eine Reduzierung der Festkörperleitfähigkeit, da der Wärmestrom in die Richtung der längeren Achsen in die Kristallnadeln gelenkt wird.According to the present invention, these needle-shaped crystals become when filled of the powder mixture into the cavity with the aid of an externally applied magnetic field ordered so that their long axes are perpendicular to the direction of the temperature gradient are aligned. The orientation of the crystal needles of the magnetite is then through compacting the powder mixture, for example by Shaking or Presses fixed in such a way that a different orientation of the needles is no longer possible. This measure suppresses the radiation conduction and the solid-state conduction favored. The orientation of the needle-shaped crystals of magnetite in the above indicated direction causes a reduction of the solid state conductivity, since the Heat flow is directed in the direction of the longer axes in the crystal needles.
Ferner wird hierdurch die Strahlungsleitfähigkeit durch erhöhte Streuquerschnitte reduziert. Eine weitere Reduzierung der Strahlungsleitfähigkeit läßt sich durch die Zugabe des etwas gröberen Zirkoniumoxid bzw. eines der oben genannten Metalloxide erzielen. Der Teilchendurchmesser des Zirkoniumoxids bzw. der oben angeführten Metalloxide, die als drittes optisches Trübungsmittel infrage kommen, wird so gewählt, daß optimal große Streuquerschnitte erreicht werden. Hierzu muß der Teilchendurchmesser für eine Temperatur von 300ob etwa bei 2 bis oAlm liegen. Damit die etwas gröberen Teilchen des dritten Trübungsmittels nicht die Festkörperleitfähigkeit des Gemisches vergrößern, wird ein Material mit sehr kleiner Wärmeleitfähigkeit verwendet. Bei den ersten beiden Trübungsmitteln bewirkt der viel kleinere Teilchendurchmesser in jedem Fall nur kleine Festkörperleitungsanteile im Gemisch. Besonders geeignet sind Zirkoniumoxid und Thoriumoxid als drittes optisches Trübungsmittel, da sie von allen oben angegebenen Metalloxiden bei hohen Temperaturen nur eine äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit im Festkörperzustand aufweisen.Furthermore, this increases the radiation conductivity through increased scattering cross-sections reduced. A further reduction in radiation conductivity can be achieved the addition of the somewhat coarser zirconium oxide or one of the above-mentioned metal oxides achieve. The particle diameter of the zirconium oxide or the metal oxides listed above, which come into question as a third optical opacifier is chosen so that it is optimal large scattering cross-sections can be achieved. For this purpose, the particle diameter for a temperature of 300ob be around 2 to 0Alm. So that the somewhat coarser particles the third opacifier does not increase the solid-state conductivity of the mixture, a material with very low thermal conductivity is used. The first Both opacifiers are caused by the much smaller particle diameter in each case only small proportions of solid-state conduction in the mixture. Zirconium oxide is particularly suitable and thorium oxide as the third optical opacifier as they are different from all of the above Metal oxides only have an extremely low thermal conductivity at high temperatures exhibit in the solid state.
Erfindungsgemäß wird das im Hohlraum eingefüllte Magnetit zusätzlich zur Bildung des Vakuums im Hohlraum verwendet. Insbesondere wird hierbei von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß das Magnetit Je304 auch in der Form FeO ~ Fe203 vorliegt. Beim Erhitzen dieses Materials kommt es zu einer Sauerstoffaufnahme des FeO, wobei dieses in eine höhere Okidationsstufe, insbesondere in Fe203 umgesetzt wird. Durch die Bindung des Sauerstoffs an das Eisenoxid wird der Partialdruck des im Hohlraum vorhandenen Sauerstoffs zusätzlich abgebaut. Das Magnetit wirkt als 02-Getter, insbesondere bei hohen Temperaturei#.According to the invention, the magnetite filled in the cavity is additionally used to create the vacuum in the cavity. In particular, the The fact made use of the fact that the magnetite Je304 is also present in the shape FeO ~ Fe203 is present. When this material is heated, oxygen is absorbed of FeO, this being converted into a higher degree of occlusion, in particular into Fe203 will. By binding the oxygen to the iron oxide, the partial pressure of the oxygen present in the cavity is additionally broken down. The magnetite acts as a 02 getter, especially at high temperaturesi #.
Die Erfindung wird nachfo]gend anhand von Zeichnungen erlutert.The invention is explained below with reference to drawings.
Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine elektrochemische Hochtemperaturspeicherbatterie mit thermischer Isolierung, Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Hochtemperaturspeicherbatterie, Fig. 3 eine für heiße strömende Medien vorgesehene Rohrleitung mit der erfindungsgemäßen thermischen Isolierung.1 shows a vertical section through an electrochemical one High-temperature storage battery with thermal insulation, FIG. 2 is a horizontal section by the high-temperature storage battery shown in Fig. 1, Fig. 3 one for hot flowing media provided pipeline with the thermal according to the invention Insulation.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße thermische Isolierung, die um eine Hochtemperaturspeicherbatterie angeordnet ist. Die thermische Isolierung 1 umfaßt im wesentlichen ein doppelwandiges Gehäuse 2. Dieses ist quaderförmig ausgebildet, im Inneren hohl, und aus Edelstahl gefertigt. Zwischen den beiden metallischen Wänden des Gehäuses 2 ist ein gasdichter Hohlraum 6 ausgebildet. Die Abmessungen des Hohlraumes 6, insbesondere seine Breite, ist auf die gewünschte Dicke der erfindungsgemäßen thermischen Isolierung 1 abgestimmt.Fig. 1 shows the thermal insulation according to the invention, which is around a High temperature storage battery is arranged. The thermal insulation 1 includes essentially a double-walled housing 2. This is cuboid-shaped, hollow inside and made of stainless steel. Between the two metal walls a gas-tight cavity 6 is formed in the housing 2. The dimensions of the cavity 6, especially its width, is to the desired thickness of the according to the invention thermal insulation 1 matched.
Die äußeren metallischen Begrenzungsflächen 2A des Gehäuses 2 sind gasdicht miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Das Gleiche gilt für die inneren metallischen Begrenzungsflächen 213 des Gehäuses 2. Damit wird erreicht, daß der zwischen den metallischen Wänden liegende Hohlraum 6 gasdicht verschlossen ist. Vor dem endgÜltigen gasdichten Verschließen des Hohlraumes 6 wird dieser mit einem pulw verförmigen Gemisch ausgefüllt, das erfindungsgemäß aus mindestens drei infrarotoptischen Trübungsmitteln X, 4 und 5 besteht. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht das erste Trübungsmittel 3 aus Titanoxid, als zweites Trübungsmittel II wird Magnetit verwendet. Als drittes infrarotoptisches Mittel kann zum Beispiel Zirkoniumoxid verwendet werden. Es besteht die Möglichkeit auch vhoriumoxid, Tantaloxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Uranoxid, Chromoxid, Yttriumoxid oder ein anderes Oxid der Seltenenerdmetalle zu verwenden. Bei dem hier beschriebenen Beispiel sind die infrarotoptischen Trübungsmittel 3, 4 und 5 in einem Mischungsverhältnis von 1:1:1 in den Hohlraum 6 eingefüllt. Das pulverförmige Gemisch weist eine Porosität# t auf, die zwischen 0,85 und 0,95 liegt. Innerhalb des Hohlraumes 6 wird ein Gasdruck angestrebt, der höchstens einen Wert von 1 bis 10 mbar aufweist. Ein Restgasdruck von 0,1 mbar ist wünschenswert. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, insbesondere der Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen thermischen Isolierung ist den optischen Trübungsmitteln 3, 4 und 5 ein Zusatz an hochdispersen Kieselsäuren 7A und Fasern 7B beigemischt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel betragen die Gewichjbsanteile der hochdispersen Kieselsäuren 7A etwa 50 bis 80 Gew.%, während die Gewichtsanteile der Fasern 7B etwa 5 bis 10 Gew.% betragen. Die Angaben in Gew.% beziehen sich auf das Gesamtgewicht des verwendeten Isoliermaterials. Vorzugsweise wird das die infrarotoptischen Trübungsmittel 3, 4 und 5 umfassende Pulvrfasergemisch mit Glas- oder Keramikfasern 7B dotiert. Die hier verwendeten Fasern 7B werden zusammen mit den Trübungsmitteln 3, 4 und 5 derart in den Hohlraum 6 eingefüllt, daß ihre Ausdehnungsrichtung senkrecht zum Verlauf der Temperaturgradienten angeordnet ist. Der Durchmesser der hier verwendeten Fasern 7B ist kleiner 15 m. Die Fasern 7B sind nicht länger als 5 bis 10 mm. Die in Fig. 1 dargestellte, und hier beschriebene Isolierung hat bei 300ob nur eine Wärmeleitfähigkeit von A z 5 x 10-3 W/(m ~ K).The outer metallic boundary surfaces 2A of the housing 2 are connected to one another in a gas-tight manner, in particular welded to one another. The same applies to the inner metallic boundary surfaces 213 of the housing 2 achieves that the cavity 6 lying between the metallic walls is gas-tight is locked. Before the final gas-tight sealing of the cavity 6 is this is filled with a powdery mixture which, according to the invention, consists of at least three infrared optical opacifiers X, 4 and 5. With the one described here In the exemplary embodiment, the first opacifier 3 consists of titanium oxide, as the second Opacifier II, magnetite is used. As a third infrared optical means for example, zirconia can be used. There is also the possibility vhorium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, cerium oxide, uranium oxide, chromium oxide, yttrium oxide or to use another oxide of the rare earth metals. With the one described here Examples are the infrared optical opacifiers 3, 4 and 5 in a mixing ratio 1: 1: 1 is filled into the cavity 6. The powdery mixture has a porosity # t, which is between 0.85 and 0.95. Inside the cavity 6 is a gas pressure aimed at, which has a maximum value of 1 to 10 mbar. A residual gas pressure 0.1 mbar is desirable. To increase mechanical stability, in particular the load-bearing capacity of the thermal insulation according to the invention is the optical one Opacifiers 3, 4 and 5 an addition of highly disperse silicas 7A and fibers 7B mixed in. In the exemplary embodiment described here, the weight proportions are of the highly disperse silicas 7A about 50 to 80% by weight, while the proportions by weight of fibers 7B about 5 to 10 wt.%. The information in% by weight relate to the total weight of the insulating material used. Preferably becomes the powder fiber mixture comprising the infrared optical opacifiers 3, 4 and 5 doped with glass or ceramic fibers 7B. The fibers 7B used here become together filled with the opacifiers 3, 4 and 5 in the cavity 6 in such a way that their The direction of expansion is arranged perpendicular to the course of the temperature gradient. The diameter of the fibers 7B used here is less than 15 m. The fibers 7B are no longer than 5 to 10 mm. The one shown in Fig. 1 and described here At 300ob insulation only has a thermal conductivity of A z 5 x 10-3 W / (m ~ K).
Wie bereits eingangs erwähnt, ist die thermische Isolierung 1 um eine Hochtemperaturspeicherbatterie angeordnet, die aus einer oder mehreren Speicherzellen 8auf der Basis von Natrium und Schwefel aufgebaut ist. Die Speicherzellen 8 sind im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet, das die thermische Isolierung 1 bildet. Sie sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur schematisch dargestellt.As mentioned above, the thermal insulation is 1 by one High temperature storage battery arranged, which consists of one or more storage cells 8 is based on sodium and sulfur. The memory cells 8 are arranged inside the housing 2, which forms the thermal insulation 1. she are only shown schematically in the embodiment shown in FIG.
Die Speicherzellen 8 sind unter Zwischenschaltung von elektrisch leitenden Bauelementen 9 auf einer inneren Begrenzungswand des quaderförmigenohlraumes 6 abgestützt. Hierbei dienen die elektrisch leitenden Bauelemente 9 zur elektrischen Verbindung der Außenwände der Speicherzellen 8, die einen elektrischen Pol der Speicherzellen 8 bilden. Die zweiten elektrischen Pole der Speicherzellen 8, welche sich an den oberen Enden derselben befinden, sind über eine elektrische Leitung 10 miteinander verbunden. Diese ist elektrisch isoliert (hier nicht dargestellt) nach außen geführt.The memory cells 8 are electrically conductive with the interposition of Components 9 supported on an inner boundary wall of the cuboid cavity 6. Here, the electrically conductive components 9 are used for electrical connection of the outer walls of the storage cells 8, which form an electrical pole of the storage cells 8 form. The second electrical poles of the memory cells 8, which are connected to the The upper ends of the same are connected to one another via an electrical line 10 tied together. This is electrically insulated (not shown here) to the outside.
Wie bereits oben erwähnt, wird als zweites Trübungsmittel pulverförmiges Magnetit in den Hohlraum 6 eingefüllt. Dieses Magnetit weist eine nadelförmige Kristallstruktur auf. Erfindungsgemäß werden diese nadelförmigen Kristalle beim Einfüllen in den Hohlraum 6 unter Anlegung eines äußeren Magnetfeldes so orientiert, daß die Längsachsen ihrer Nadeln senkrecht zu den Temperaturgradienten ausgerichtet sind.As already mentioned above, the second opacifier is powdery Magnetite is filled into the cavity 6. This magnetite has a needle-shaped crystal structure on. According to the invention, these needle-shaped crystals are when filled into the Cavity 6 oriented with the application of an external magnetic field so that the longitudinal axes their needles are oriented perpendicular to the temperature gradient.
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die in Fig.1 dargestellte Hochtemperaturspeicherbatterie 1. Anhand dieser Zeichnung ist deutlich die Orientierung der nadelförmigen Magnetit Kristalle senkrecht zum Verlauf der Temperaturgradienten zu sehen. In diesem Beispiel sind die Trübungsmittel 3, 14 und 5 in einem Mischungsverhältnis 1:1:1 und einer Dichte 2 t 0.75 g/cm3 in den Hohlraum 6 eingefüllt.FIG. 2 shows a horizontal section through the one shown in FIG High-temperature storage battery 1. This drawing clearly shows the orientation of needle-shaped magnetite crystals perpendicular to the course of the temperature gradient to see. In this example the opacifiers 3, 14 and 5 are in a mixing ratio 1: 1: 1 and a density of 2 t 0.75 g / cm3 is filled into the cavity 6.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der thermischen Isolierung 1. Diese ist bei dem hier gezeigten Beispiel um ein Rohrleitungssystem 20 angeordnet, innerhalb dessen heiße strömende Medien, wie zum Beispiel Gase transportiert werden. Fig. 3 zeigt nur einen begrenzten Abschnitt dieses Rohrleitungssytems 20. Die thermische Isolierung 1 wird auch hierbei wiederum durch einen gasdicht nach außen verschlossenen Hohlraum 6 gebildet. Die beiden Begrenzungswände des Hohlraumes 6 werden durch zwei Rohre 21 und 22 gebildet, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere ist das mit dem kleineren Durchmesser versehene Rohr 21 konzentrisch innerhalb des Rohres 22 angeordnet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Zwischenraum zwischen beiden Rohren 21 und 22 geschaffen, der als Hohlraum 6 für die thermische Isolierung 1 dient. An den Enden dieser beiden Rohre 21 und 22 ist der Hohlraum durch metallische Ringscheiben (hier nicht dargestellt) gasdicht verschlossen. Das Innere des Hohlraumes 6 ist wiederum mit drei miteinander vermischten infrarotoptischen Trübungsmitteln 3, 14 und 5 ausgefüllt. Das erste infrarotische Trübungsmittel 3 ist Titanoxid. Als zweites Trübungsmittel 14 wird Eisenoxid, insbesondere Magnetit verwendet. Das dritte infrarotoptische Trübungsmittel 5 besteht beispielsweise aus Zirkoniumoxid. Es kann jedoch auch ein anderes Metalloxid verwendet werden, insbesondere sind auch hierfür die in der Beschreibung zu Fig. 1 genannten Metalloxide geeignet. Bei der Herstellung der thermischen Isolierung werden die nadelförmigen Kristalle des Magnetits auch bei dieser Ausführungsform so ausgerichtet und fixiert, daß sie senkrecht zur Richtung des Temperaturgradienten dauerhaft angeordnet sind. Der gasdicht verschlossene, mit den drei Trübungsmitteln ausgefüllte Hohlraum 6 ist so weit evakuiert, daß er noch einen Restgasdruck von 1 bis 10 mbar aufweist.Fig. 3 shows a further embodiment of the thermal insulation 1. In the example shown here, this is arranged around a pipeline system 20, within which hot flowing media, such as gases, are transported. Fig. 3 shows only a limited section of this pipeline system 20. The thermal Insulation 1 is in turn closed off to the outside by a gas-tight one Cavity 6 is formed. The two boundary walls of the cavity 6 are through two Tubes 21 and 22 formed which have different diameters. In particular is the smaller diameter tube 21 concentric within the Tube 22 arranged. This creates an even space between the two Tubes 21 and 22 created as a cavity 6 for the thermal insulation 1 serves. At the ends of these two tubes 21 and 22, the cavity is made of metal Ring disks (not shown here) sealed gas-tight. The inside of the cavity 6 is again with three infrared optical opacifiers mixed with one another 3, 14 and 5 filled out. The first infrared opacifier 3 is titanium oxide. Iron oxide, in particular magnetite, is used as the second opacifying agent 14. That third infrared optical opacifier 5 consists for example of zirconium oxide. However, another metal oxide can also be used, and in particular are also the metal oxides mentioned in the description of FIG. 1 are suitable for this purpose. In the The needle-shaped crystals of magnetite are used to produce the thermal insulation also aligned and fixed in this embodiment so that they are perpendicular to Direction of the temperature gradient are arranged permanently. The gas-tight, with the three opacifiers filled cavity 6 is evacuated so far that he still has a residual gas pressure of 1 to 10 mbar.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die in den Figuren 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele, vielmehr umfaßt sie alle thermischen Isolierungen, bei denen mindestens drei infrarotoptische Trübungsmittel als Isoliermaterial in einen evakuierten Hohlraum eingefüllt werden.The invention is not limited to that shown in FIGS 3 illustrated embodiments, rather it includes all thermal insulation, in which at least three infrared optical opacifiers are used as insulating material be filled into an evacuated cavity.
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| DE3146017A1 true DE3146017A1 (en) | 1983-05-26 |
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| DE (1) | DE3146017A1 (en) |
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |