DE102011001574A1 - Gasdichte Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine gasdichte Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen, aufweisend eine Kunststoffträgerfolie mit wenigstens einer dünnen gasdichten Beschichtung aus Metall, zur vollständigen oder wenigstens abschnittsweisen Umhüllung eines evakuierten Hohlraums, insbesondere zum gasdichten Versiegeln von Wärmerandbrücken. Es ist vorgesehen, dass die metallische Beschichtung mit einem Metall besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist. Die metallische Beschichtung weist bevorzugt ein Metall mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus einer nicht vollständigen Aufzählung von Titan, Edelstahl, Blei, Zinn, Zink, Bismut, Tantal, Nickel, Platin, Wolfram oder deren Legierungen auf. Ferner ist eine Verwendung der gasdichten Hülle zum gasdichten Randschließen von VIP (vacuum insulated panel), VIG (vacuum insulated glas) und/oder einem Vakuum isolierten Randlos-Verbund-System an unvermeidbaren Randschließungsabschnitten vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine gasdichte Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen und eine Verwendung dieser mit den im Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs genannten Merkmalen.
- Es ist bekannt, dass Vakuum isolierende Anordnungen wie VIPs (vacuum insulated panel), VIGs (vacuum insulated glas) und Randlos-Verbund-Systeme insbesondere in deren unvermeidbaren gasdicht zu verschleißenden Randbereichen Wärmebrücken aufweisen müssen. Speziell bei kleineren Objekten wie VIPs, VIGs oder bspw. Kühlboxen erreicht der zusätzliche Wärmeübertrag oft den Wert der ganzen übrigen Anordnung oder übertrifft ihn gar. Es werden wegen geforderte Vakuumdichtheit ausschließlich gasdichte Stoffe wie Metalle oder Glas/Keramik dazu eingesetzt, weil Kunststoffe zu hohe Gasdurchlässigkeit haben. Man verwendet zumeist eine 10 bis 50E-6 m dünne Edelstahlfolie mit ihrem niedrigen für Metalle Wärmeleitwert von nur 15 W/mK oder eine Kunststofffolie mit 50-100E-9 m aufgesputterter oder aufgedampfter Aluminiumschicht. Aluminium hat sich wegen seiner großen Verbreitung zur Herstellung von metallisierten Folien für Lebensmittelverpackungen und für Reflexionsfolienanwendungen durchgesetzt, weist jedoch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von 260 W/mK auf. Deswegen ist man bemüht, die Schichtdicke möglichst dünn zu halten, bspw. 20 nm oder 3 mal 20 nm. Bei solch dünnen Metallschichten sind jedoch sogenannte „pin-holes” vorhanden, sodass die Gasdichtheit nur für groben Vakuum von 1 bis 100 mbar zufriedenstellend ist. Dadurch ist man gezwungen, als Abstandfüllstoff den teueren nanostrukturierten Siliziumdioxid (Kieselsäure) oder noch teuerere Aerogele einzusetzen, die mit solchem Grobvakuum auskommen und Langzeitversiegelung von bis zu 60 Jahren erreichen. Selbst dann jedoch sind die Randwärmebrücken erheblich und führen zu einer Minderung des Wärmeleitwertes von VIPs bspw. von 0,004 W/mK „in der Mitte” um Faktor 2 bis 10. Ferner müssen die VIPs nach Ablauf ihrer Lebensdauer erneuert werden, da deren Wärmedämmung bereits nur noch halb so gut wie am Anfang ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gasdichte metallische Beschichtung derart zu verbessern, dass der Wärmeübertrag durch sie deutlich reduziert wird und/oder eine größere Gasdichtheit erreicht wird, die eine längere Lebensdauer und/oder Nutzung preiswerter Füllstoffe bei tieferem Vakuum ermöglichen.
- Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden dadurch gelöst, dass bei einer gasdichten Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen, aufweisend eine Kunststoffträgerfolie mit wenigstens einer dünnen gasdichten Beschichtung aus Metall, die zur vollständigen oder wenigstens abschnittsweisen Umhüllung eines evakuierten Hohlraums, insbesondere zum gasdichten Versiegeln von Wärmerandbrücken verwendet wird, die metallische Beschichtung mit einem Metall besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die metallische Beschichtung ein Metall mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus einer nicht vollständigen Aufzählung von Titan, Edelstahl, Blei, Zinn, Zink, Bismut, Tantal, Nickel, Platin, Wolfram oder deren Legierungen. Dabei haben diese Metalle folgende Wärmeleitwerte Bismut/Wismut (8,4 W/mK), Platin (71 W/mK), Silizium (148 W/mK), Quecksilber (8,3 W/mK), Zinn (67 W/mK) Zink (110 W/mK), Nickel (85 W/mK), Tantal (54 W/mK), Blei (35 W/mK), Wolfram (167 W/mK) und Edelstahl 15 W/mK. Es ist möglich, mit bekannten Aufsputterungs- und/oder Aufdampfungsverfahren sogar Edelstahlschichten auf Kunststofffolien abzuscheiden. Bismut ermöglicht somit für Anwendungen unter 200 Celsius eine Reduzierung der Randwärmeübertragung um Faktor 30 oder bei verdoppelter Dicke und somit wesentlich besserer Gasdichtheit noch um 15. Bismut ist zudem ungiftig und hat besonders dichten Schichtaufbau, sodass mit einer erhöhten Gasdichtheit zu rechnen ist.
- Nach einem weiteren Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch eine Verwendung der gasdichten Hülle nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen zum gasdichten Randschließen von VIP (vacuum insulated panel), VIG (vacuum insulated glas) und/oder einem Vakuum isolierten Randlos-Verbund-System an unvermeidbaren Randschließungsabschnitten gelöst.
- Die VIPs, VIGs und/oder Randlos-Verbund-System/e werden bevorzugt zum Ausbilden wenigstens eines von folgenden funktionell zusammenhängenden thermoisolierenden/thermoisolierten und/oder schalisolierenden Isolations-Systemen in einer nicht vollständigen Aufzählung verwendet: Gebäudewandungen, Fundamentunterwandungen, Boden-/Etagenunterwandungen, Plattenbau-Paneele, Türen- und Fensterrahmen- und -zergen, Dachwandungen, Gewächshäuser, flache und Rohr-Solarkollektoren, Rohrleitungen und Rohrfittinge, Rohrarmaturen, Ventile/Drosseln, elektrische Stromschalter, stationäre und portable Wärme-/Kältespeicher, Kälte-/Wärmetauscher gegenüber Außenumgebung, Kessel, Befüllungsanlagen/Anschlusse für heiße und/oder kalte Medien, Durchflussmesseinheiten, Kraftwerks- und Antriebs-Turbinen-, Dampfkondensatoren, Falltürme, Raketen-Antriebe und Gastanks, Elektro-Generatoren-, wärmeentkoppelte Drehwellen, Transformatoren-, Antriebskraftmaschinen-, Wärmekraftmaschinen, Stirlingmotor, Brenner-, Schornsteine, Müllverbrennungsanlagen, Brennstoffzellen-Ummantelung, Stromsupraleiter/Magnetspulen, Tokamak-/Kernfusionsreaktoren, Spinkerntomograf, Wärmetauscher, Wärmepumpen, Fernwärmeleitungen, Behälter/Container/Deckel, Versandmittel, Lebensmittel- und pharma-medizinische Verpackungsmittel, Dewarflaschen/Thermosflaschen, Schiffs-, Fluggerät-, Schienen- und Landfahrzeuggehäuse-/Rümpfe/Wandungen/Karosserien, Gehäuse, Kühlräume und Karosserien und Antriebsmaschinen, Kältegeräte, Kochgeschirr/Kochkessel-/Backgeräte, Schmelztiegel und -öfen, Thermobehandlungsanlagen, Öfen, Geschosstreibmittel aus Heißdampf, Wärmeschutzbekleidung/Schuhe, Taucheranzüge, flexible Abschirmungen/Zeltbehausungen, Hitzeschildelemente, Raffinerie-/Chemieanlagen und Rohrleitungen, Bremsleitungen, Pressluftbehälter, Flüssiggasbehälter, Helium-/Wasserstofftanks, eine Schottvorrichtung, VIP-Paneele und VIP-Winkel-/Eckenelemente, Schallisolationsumhüllungen für Kraftmaschinen und andere Anwendungen.
- Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
- Es sei angemerkt, dass die dargestellten Ausgestaltungen nicht den gesamten Umfang der vorliegenden Erfindung beschreiben können, sondern es einem durchschnittlichen Fachmann möglich ist, weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen zu kreieren, die von dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang erfasst sind, ohne dass er hierzu erfinderisch tätig werden muss.
Claims (4)
- Gasdichte Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen, aufweisend eine Kunststoffträgerfolie mit wenigstens einer dünnen gasdichten Beschichtung aus Metall, zur vollständigen oder wenigstens abschnittsweisen Umhüllung eines evakuierten Hohlraums, insbesondere zum gasdichten Versiegeln von Wärmerandbrücken, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung mit einem Metall niedriger Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist.
- Gasdichte Hülle für Vakuum isolierende Anordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung ein Metall mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus einer nicht vollständigen Aufzählung von Titan, Edelstahl, Blei, Zinn, Zink, Bismut, Tantal, Nickel, Platin, Wolfram oder deren Legierungen aufweist.
- Verwendung der gasdichten Hülle nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum gasdichten Randschließen von VIP (vacuum insulated panel), VIG (vacuum insulated glas) und/oder einem Vakuum isolierten Randlos-Verbund-System an unvermeidbaren Randschließungsabschnitten.
- Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die VIPs, VIGs und/oder Randlos-Verbund-System/e zum Ausbilden wenigstens eines von folgenden funktionell zusammenhängenden thermoisolierenden/thermoisolierten und/oder schalisolierenden Isolations-Systemen in einer nicht vollständigen Aufzählung verwendet werden: Gebäudewandungen, Fundamentunterwandungen, Boden-/Etagenunterwandungen, Plattenbau-Paneele, Türen- und Fensterrahmen- und -zargen, Dachwandungen, Gewächshäuser, flache und Rohr-Solarkollektoren, Rohrleitungen und Rohrfittinge, Rohrarmaturen, Ventile/Drosseln, elektrische Stromschalter, stationäre und portable Wärme-/Kältespeicher, Kälte-/Wärmetauscher gegenüber Außenumgebung, Kessel, Befüllungsanlagen/Anschlusse für heiße und/oder kalte Medien, Durchflussmesseinheiten, Kraftwerks- und Antriebs-Turbinen-, Dampfkondensatoren, Falltürme, Raketen-Antriebe und Gastanks, Elektro-Generatoren-, wärmeentkoppelte Drehwellen, Transformatoren-, Antriebskraftmaschinen-, Wärmekraftmaschinen, Stirlingmotor, Brenner-, Schornsteine, Müllverbrennungsanlagen, Brennstoffzellen-Ummantelung, Stromsupraleiter/Magnetspulen, Tokamak-/Kernfusionsreaktoren, Spinkerntomograf, Wärmetauscher, Wärmepumpen, Fernwärmeleitungen, Behälter/Container/Deckel, Versandmittel, Lebensmittel- und pharma-medizinische Verpackungsmittel, Dewarflaschen/Thermosflaschen, Schiffs-, Fluggerät-, Schienen- und Landfahrzeuggehäuse-/Rümpfe/Wandungen/Karosserien, Gehäuse, Kühlräume und Karosserien und Antriebsmaschinen, Kältegeräte, Kochgeschirr/Kochkessel-/Backgeräte, Schmelztiegel und -öfen, Thermobehandlungsanlagen, Öfen, Geschosstreibmittel aus Heißdampf, Wärmeschutzbekleidung/Schuhe, Taucheranzüge, flexible Abschirmungen/Zeltbehausungen, Hitzeschildelemente, Raffinerie-/Chemieanlagen und Rohrleitungen, Bremsleitungen, Pressluftbehälter, Flüssiggasbehälter, Helium-/Wasserstofftanks, eine Schottvorrichtung, VIP-Paneele und VIP-Winkel-/Eckenelemente, Schallisolationsumhüllungen für Kraftmaschinen und andere Anwendungen.
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| CN102411661A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-04-11 | 北京理工大学 | 一种用于氢内燃机的稳压轨的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE112011101036A5 (de) | 2013-01-24 |
| WO2011116766A2 (de) | 2011-09-29 |
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