DE10164004A1 - Non-destructive method for testing vacuum insulation panels, whereby panels have a small coarse insert within their micro-porous insulation core that has different, detectable, heat transfer behavior to that of the main core - Google Patents

Non-destructive method for testing vacuum insulation panels, whereby panels have a small coarse insert within their micro-porous insulation core that has different, detectable, heat transfer behavior to that of the main core

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Abstract

Vacuum insulation panel has a micro-porous filling core (1) with a small detection insert (2) of more porous material. The insert has different heat transfer behavior in the pressure range between 0 and 100 mbar to that of the micro-porous insulation core. An Independent claim is included for a corresponding method for testing an inventive vacuum insulation panel. Accordingly the panel is heated with a radiation lamp (4) and its cooling behavior monitored with an infrared camera. If the panel sealing is good, i.e. it has no leaks, then heat transfer in the insert and insulation core will be approximately the same. If sealing is poor and the pressure in the panel is significantly above its design value of some 1 mbar, the coarse insert will cool more quickly and this will be easily detectable.

Description

Vakuumisolationspaneele zur effizienten Wärmedämmung bestehen üblicherweise aus einem mikroporösen Füllkern und einer gasdichten Umhüllung. Der Innendruck beträgt üblicherweise ca. 1 mbar. Die Wärmeleitfähigkeit des mikroporösen Füllmaterials hängt im Druckbereich von ca. 1 mbar bis 10 mbar nur unwesentlich vom Druck ab. Erst bei einem Innendruck zwischen 10 mbar und 100 mbar steigt die Wärmeleitfähigkeit des Paneels stark an. Der mit der Zeit langsame, jedoch unvermeidbare Druckanstieg zwischen ca. 1 mbar und 10 mbar ist ein Maß für die Lebensdauer des Vakuumisolationspaneels. Für die Anwendung von Vakuumpaneelen im Baubereich ist eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren notwendig. Vacuum insulation panels for efficient thermal insulation usually consist of a microporous filling core and a gas-tight envelope. The internal pressure is usually about 1 mbar. The thermal conductivity of the microporous Filling material hangs in the pressure range from approx. 1 mbar to 10 mbar only insignificantly from the pressure. Only with an internal pressure The thermal conductivity increases between 10 mbar and 100 mbar of the panel. The slow one over time, however unavoidable pressure rise between approx. 1 mbar and 10 mbar is a measure of the lifespan of the vacuum insulation panel. For the application of vacuum panels in the construction area is one Lifetime of more than 20 years necessary.

Das erfindungsgemäße Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1 der Erfindung erlaubt die zerstörungsfreie und wiederholbare Detektion des Innendrucks des Vakuumisolationspaneels zur Verbesserung der Qualitätskontrolle. The vacuum insulation panel according to the invention according to claim 1 of the invention allows the non-destructive and repeatable detection of the internal pressure of the vacuum insulation panel Improve quality control.

Stand der TechnikState of the art

Für die Bestimmung des Gasdrucks in Vakuumisolationspaneelen mit Folienumhüllung wird bisher ein einfaches und effektives Verfahren eingesetzt. Dabei wird das Paneel in eine Vakuumkammer eingebracht. Bei der Evakuierung der Kammer hebt sich die Folie ab, sobald der Innendruck im Paneel größer wird als der Druck in der Vakuumkammer. Mit diesem Verfahren lässt sich der Druck relativ genau (ca. ±0,5 mbar) messen. Allerdings ist dieses Verfahren für eine schnelle Qualitätskontrolle zu zeitaufwendig (> 5 min), da für jede Messung das Vakuumisolationspaneel in eine Vakuumkammer eingebracht werden muss und diese erst evakuiert werden muss. For the determination of the gas pressure in Vacuum insulation panels with foil wrapping has so far been a simple and effective method used. The panel is in one Vacuum chamber introduced. When evacuating the chamber lifts the film comes off as soon as the internal pressure in the panel increases is called the pressure in the vacuum chamber. With this procedure the pressure can be measured relatively precisely (approx. ± 0.5 mbar). However, this procedure is for quick Quality control too time-consuming (> 5 min), because that for each measurement Vacuum insulation panel placed in a vacuum chamber must be and this must first be evacuated.

Prinzipiell kann der Gasdruck auch indirekt über die gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit gemessen werden. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig (> 1 h). Außerdem ist dieses Verfahren für Paneele mit mikroporösem Füllmaterial nicht geeignet, da im zu messenden Druckbereich (ca. 1-10 mbar) die Wärmeleitfähigkeit nur unwesentlich vom Druck abhängt. In principle, the gas pressure can also be indirectly via the gas pressure-dependent thermal conductivity can be measured. This Procedure is very time consuming (> 1 h). Besides, this is Process for panels with microporous filler not suitable because in the pressure range to be measured (approx. 1-10 mbar) the thermal conductivity depends only insignificantly on the pressure.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die schnelle indirekte Erfassung des Gasdrucks in Vakuumisolationspaneelen zur Qualitätskontrolle. Dies wird ermöglicht durch Einbringen eines im Vergleich zum Füllmaterial des Vakuumpaneels gröberporigen Einsatzes, dessen Wärmeleitfähigkeit im zu messenden Druckbereich wesentlich stärker vom Paneelinnendruck abhängt, als das eigentliche Füllmaterial. Durch Wärmezufuhr bzw. durch anschließende Abkühlung und infrarotoptischer Messung (Wärmebildkamera) des Oberflächentemperaturverlaufs, kann der Gasdruck indirekt aus dem unterschiedlichen Temperaturverhalten der Oberflächentemperatur des eigentlichen Füllmaterials und der Oberflächentemperatur des "Detektionseinsatzes" gemessen werden. The object of the invention is the rapid indirect detection of gas pressure in vacuum insulation panels Quality control. This is made possible by introducing an im Coarser-pored compared to the filling material of the vacuum panel Use whose thermal conductivity in the to be measured Pressure range depends much more on the panel pressure than the actual filling material. By supplying heat or by subsequent cooling and infrared optical measurement (Thermal imager) of the surface temperature profile, the Gas pressure indirectly from the different Temperature behavior of the surface temperature of the actual filling material and the surface temperature of the "detection insert" be measured.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Vakuumisolationspaneelen (VIP), die als thermische hocheffiziente Dämmungen eingesetzt werden. VIPs bestehen aus evakuierten, meist mikroporösen Füllkernen (z. B. auf der Basis von verpreßtem Pulver), die von einer vakuumdichten Umhüllung, z. B. Mehrschichthochbarrierefolien, umschlossen sind. Durch die Evakuierung auf Innendrücke um oder unter 1 mbar wird die Wärmeleitung der Luft in den Mikroporen des Kerns praktisch eliminiert. Um eine möglichst hohe Lebensdauer zu erreichen, werden einwandfrei versiegelte und leckfreie Umhüllungen benötigt. Die Hüllen sollten so dicht sein, dass ein möglichst niedriger Gasdruckanstieg, typischerweise kleiner als 1-2 mbar/a, gewährleistet ist. Nur dann lassen sich hohe Lebensdauern von über 20 Jahren erreichen. Wegen dieser niedrigen Druckanstiegsraten ist der schnelle Nachweis von geringsten Lecks (Mikro-Lecks) in der Hülle äußerst schwierig. Andererseits ist die Eliminierung von VIPs mit Mikro-Lecks aus einer Produktionscharge gerade dann unerlässlich, wenn sie für Langzeit-Anwendungen vorgesehen sind. The invention relates to a method for Quality control of vacuum insulation panels (VIP) used as thermal highly efficient insulation can be used. VIPs consist of evacuated, mostly microporous filling cores (e.g. on the Base of compressed powder), which is vacuum-tight Wrapping, e.g. B. multi-layer high barrier films enclosed are. By evacuating to internal pressures around or below The heat conduction of the air in the micropores of the Kerns practically eliminated. To be as high as possible To achieve lifespan will be properly sealed and leak free Wrappings needed. The envelopes should be so tight that the lowest possible gas pressure rise, typically less than 1-2 mbar / a, is guaranteed. Only then long lifespans of over 20 years can be achieved. Because of this low pressure increase rate is the quick proof extremely small leaks (micro-leaks) in the casing difficult. On the other hand, VIPs are eliminated Micro leaks from a production batch just then indispensable if they are intended for long-term use.

Hier setzt das neue Verfahren an. In den mikroporösen Füllkern wird ein kleiner, gröber-strukturierter (grobporöser) und offenporiger Einsatz (z. B. ein Schaumstoffpropfen oder ein Schaumstoffplättchen von ca. 1 cm Durchmesser) integriert, bevor die Evakuierung, die Umhüllung und Versiegelung vorgenommen werden. This is where the new process comes in. In the microporous Filling core becomes a small, coarser structure (coarse-porous) and open-pore use (e.g. a foam plug) or a foam plate of about 1 cm in diameter) integrated before evacuation, wrapping and Sealing be made.

Wegen der gröberen Porenstruktur steigt die Luft-Wärmeleitung in dem Detektionseinsatz im Falle leckage-bedingten, zunehmenden Druckes im VIP deutlich schneller an als im mikroporösen Füllkern (siehe Fig. 2). Die Gesamtwärmeleitung im VIP wird durch den kleinen Einsatz aber nicht beeinflußt. Because of the coarser pore structure, the air-heat conduction in the detection insert increases significantly faster in the case of leakage-related increasing pressure in the VIP than in the microporous filling core (see FIG. 2). The total heat conduction in the VIP is not affected by the small use.

Führt man dem VIP - z. B. über eine leistungsfähige Blitzlampe-Wärme zu, so dringt die resultierende Wärmewelle im Detektionseinsatz schneller ein als in der mikroporösen Umgebung. Es ergeben sich temporär Temperaturunterschiede an der VIP-Oberfläche zwischen Detektionseinsatz und mikroporösem Kern (siehe Fig. 3). Diese lassen sich z. B. über eine Wärmebildkamera nachweisen. If you lead the VIP - e.g. B. via a powerful flash lamp heat, the resulting heat wave penetrates faster in the detection operation than in the microporous environment. There are temporary temperature differences on the VIP surface between the detection insert and the microporous core (see FIG. 3). These can e.g. B. demonstrate using a thermal imager.

Fig. 1 zeigt den generellen Aufbau des Meßverfahrens: Das Vakuumisolationspaneel mit Umhüllung (3), Füllkern (1) und Detektionseinsatz (2) wird in der Umgebung des Detektionseinsatzes durch eine Wärmequelle, bzw. Strahlungsquelle (4) erwärmt und dieser Bereich mit einer Wärmebildkamera aufgenommen. Als Wärmequelle kann auch ein Laser oder ein beheizter Körper, der kurzzeitig auf das Vakuumpaneel aufgedrückt wird, verwendet werden. Gegebenfalls muß die Dauer der Beheizung nicht nur über einen Wärmeimpuls, sondern über einen längeren Zeitraum oder periodisch erfolgen; dies kann z. B. notwendig werden, wenn die Querleitfähigkeit der Hüllfolie hoch ist. Fig. 1 shows the general structure of the measuring method: The vacuum insulation panel with casing ( 3 ), filling core ( 1 ) and detection insert ( 2 ) is heated in the vicinity of the detection insert by a heat source or radiation source ( 4 ) and this area with a thermal imager added. A laser or a heated body that is briefly pressed onto the vacuum panel can also be used as the heat source. If necessary, the duration of the heating must take place not only via a heat pulse, but over a longer period or periodically; this can e.g. B. may be necessary if the transverse conductivity of the envelope film is high.

Der Detektionseinsatz kann sowohl auf der Oberfläche des mikroporösen Füllkerns einpasst sein (Fig. 1) oder von der Oberseite zur Unterseite des Füllkerns reichen. Damit kann die Aufnahme mit der Wärmebildkamera auch auf der Rückseite des Paneels durchgeführt werden. The detection insert can either be fitted on the surface of the microporous filling core ( FIG. 1) or extend from the top to the bottom of the filling core. This means that the image can also be taken with the thermal imager on the back of the panel.

Zur Qualitätskontrolle werden mit Detektionseinsatz versehene VIPs vor Verlassen der Fabrik "geblitzt" und auf die unterschiedliche zeitliche Entwicklung der Oberflächentemperatur im Bereich des Detektionseinsatzes hin infrarotoptisch abgetastet. Ist die Paneelhülle dicht, d. h. ist der Druck im VIP kleiner als 1 mbar, sind die Wärmeleitfähigkeiten von mikroporösem Füllkern und Detektionseinsatz annähernd vergleichbar. Es ergeben sich nur geringe Unterschiede in der zeitlichen Entwicklung des Wärmebildes. Besitzt die Paneelhülle ein Leck, dann steigt der Druck im Paneel während der Verweildauer des Paneels in der Fabrik auf Werte über 1 mbar an. Daraufhin divergieren die Leitfähigkeiten von Füllkern und Detektionseinsatz und die Oberfläche an dem Detektionseinsatzes kühlt sich nach der Wärmezufuhr schneller ab als an dem Füllkern. Das defekte Paneel kann dann ausgesondert werden. Die Änderungen im zeitlichen Temperaturverlauf werden durch die Effusivität


bzw. durch die Diffusivität


bestimmt (λ = Wärmeleitfähigkeit, ρ = Dichte, Cp = massenspez. Wärmekapazität). Für das vorgeschlagene Verfahren ist es vorteilhaft, wenn ρ.cp annähernd gleich sind. Durch den leckagebedingten Druckanstieg ändert sich nur die Wärmeleitfähigkeit des gröberporigen Detektionseinsatzes. So ändert sich bei einem Druckanstieg von 1 auf 10 mbar die Wärmleitfähigkeit der Einsatzes um ein Mehrfaches im Vergleich zum mikroporösen Füllkern. Dies beeinflusst das Abkühlverhalten nach der thermischen Anregung und kann somit mit der Wärmebildkamera nachgewiesen werden. For quality control, VIPs provided with a detection insert are "flashed" before leaving the factory and infrared optically scanned for the different development over time of the surface temperature in the area of the detection insert. If the panel covering is tight, ie if the pressure in the VIP is less than 1 mbar, the thermal conductivity of the microporous filler core and the detection insert are roughly comparable. There are only slight differences in the temporal development of the thermal image. If the panel covering has a leak, the pressure in the panel increases to over 1 mbar during the time the panel is in the factory. The conductivities of the filling core and the detection insert then diverge and the surface on the detection insert cools down more quickly after the supply of heat than on the filling core. The defective panel can then be discarded. The changes in the temperature profile over time are due to the effusivity


or through the diffusivity


determined (λ = thermal conductivity, ρ = density, C p = mass-specific heat capacity). For the proposed method, it is advantageous if ρ.c p are approximately the same. Due to the leakage-related pressure increase, only the thermal conductivity of the coarser-pored detection insert changes. When the pressure rises from 1 to 10 mbar, the thermal conductivity of the insert changes several times compared to the microporous filling core. This influences the cooling behavior after thermal excitation and can therefore be verified with the thermal imager.

Nicht ausgeschlossen werden soll ein Verfahren, bei dem der Füllkern grobporös und der Detektionseinsatz mikroporös ist. A procedure in which the Filling core is roughly porous and the detection insert is microporous.

Zur differenzierten Messung des Restgasdruckes im VIP durch infrarotoptische Methoden ist es gegebenenfalls angebracht, mehrere Detektionseinsätze mit unterschiedlichen Porositäten in den mikroporösen Füllkern einzubauen. For differentiated measurement of the residual gas pressure in the VIP infrared optical methods may be appropriate several detection inserts with different porosities to be built into the microporous filling core.

Die Oberflächentemperaturen des Vakuumisolationspaneels können auch mit Hilfe einer Laserabtastung nach dem Prinzip der photothermischen Ablenkung (Mirageeffekt) bestimmt werden. The surface temperatures of the vacuum insulation panel can also be done using laser scanning on the principle the photothermal deflection (mirage effect) become.

Claims (9)

1. Vakuumisolationspaneel, geeignet zur zerstörungsfreien Detektion des Innendruckes desselben, dadurch gekennzeichnet, dass in den mikroporösen Füllkern ein kleinerer Einsatz (Detektionseinsatz) eines Materials gröberer Porosität eingepasst ist, dessen druckabhängige Wärmeleitfähigkeit im Druckbereich zwischen 0 mbar und 100 mbar ein anderes Verhalten aufweist, als die Wärmeleitfähigkeit des mikroporösen Pulverkerns. 1. Vacuum insulation panel, suitable for the non-destructive detection of the internal pressure thereof, characterized in that a smaller insert (detection insert) of a material of coarser porosity is fitted into the microporous filling core, the pressure-dependent thermal conductivity of which in the pressure range between 0 mbar and 100 mbar has a different behavior than the thermal conductivity of the microporous powder core. 2. Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Detektionseinsatz mit gröberer Porosität auf der Oberfläche des mikroporösen Füllkerns befindet oder dass der Einsatz mit gröberer Porosität von der Oberseite zur Unterseite des mikroporösen Füllkerns reicht. 2. Vacuum insulation panel according to claim 1, characterized characterized that the detection insert with coarser Porosity on the surface of the microporous filling core or that the insert with coarser porosity of the top to the bottom of the microporous filling core enough. 3. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere Detektionseinsätze mit unterschiedlicher Porosität in dem mikroporösen Füllkern befinden. 3. Vacuum insulation panel according to one of claims 1 or 2, characterized in that there are several Detection inserts with different porosity in the microporous filling core. 4. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionseinsatz aus einem mikroporösen Material und der Füllkern aus einem Material gröberer Porosität besteht. 4. Vacuum insulation panel according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the detection insert made of a microporous material and the filling core a material of coarser porosity. 5. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus Dichte und spezifischer Wärmekapazität ρ.cp für Füllmaterial und Detektionseinsatz annähernd gleich ist. 5. Vacuum insulation panel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the product of density and specific heat capacity ρ.c p for filler and detection insert is approximately the same. 6. Verfahren zur Detektion des Innendrucks eines Vakuumisolationspaneels nach einem einem der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zufuhr von Wärme auf das Vakuumisolationspaneel das Gebiet um und an dem Detektionseinsatz erwärmt wird und die Erwärmung und/oder anschließende Abkühlung von Detektionseinsatz und Füllkern mit Hilfe einer Wärmebildkamera aufgenommen wird und aus dem unterschiedlichen Temperaturverlauf des Detektionseinsatzes und seiner Umgebung der Innendruck des Vakuumisolationspaneels bestimmt wird. 6. Method for detecting the internal pressure of a Vacuum insulation panels according to one of claims 1 to 5, characterized in that by applying heat to the Vacuum insulation panel around and on the Detection insert is heated and the heating and / or subsequent cooling of the detection insert and filling core is recorded with the help of a thermal imager and off the different temperature profile of the Detection insert and its surroundings the internal pressure of the Vacuum insulation panels is determined. 7. Verfahren zur Detektion des Innendrucks eines Vakuumisolationspaneels gemäß einem der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zufuhr von Wärme auf das Vakuumisolationspaneel das Gebiet um und an dem Detektionseinsatz erwärmt wird und die Erwärmung und/oder anschließende Abkühlung von Detektionseinsatz und Füllkern mit Hilfe einer Laserabtastung (Mirageeffekt) die unterschiedlichen Oberflächentemperaturen des Vakuumisolationspaneels gemessen werden und aus dem unterschiedlichen Temperaturverlauf des Detektionseinsatzes und seiner Umgebung der Innendruck des Vakuumisolationspaneels bestimmt wird. 7. Method for detecting the internal pressure of a Vacuum insulation panels according to one of claims 1 to 5, characterized characterized by the addition of heat to the Vacuum insulation panel the area around and on the detection insert is heated and the warming and / or subsequent Cooling of the detection insert and filling core with the help of a Laser scanning (mirage effect) the different Surface temperatures of the vacuum insulation panel measured be and from the different temperature profile of the Detection insert and its surroundings the internal pressure of the vacuum insulation panel is determined. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Gebietes um und an dem Detektionseinsatz kurzzeitig oder längerfristig oder periodisch erfolgt. 8. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized characterized that the warming of the area every now and then the detection use for a short or long term or periodically. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mit Hilfe einer Strahlungsheizung oder einer Blitzlampe oder einem Laser oder einem beheizten Körper, der auf das Vakuumisolationspaneel aufgedrückt wird, erfolgt. 9. The method according to any one of claims 5, 6 or 7, characterized characterized that the warming with the help of a Radiant heating or a flash lamp or a laser or a heated body on the vacuum insulation panel is pressed, takes place.
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