DE1954992C3

DE1954992C3 - Mechanisch belastbare Warmeiso herung

Info

Publication number: DE1954992C3
Application number: DE19691954992
Authority: DE
Inventors: Louis A. Toronto Ontario Pogorski (Kanada)
Original assignee: Gulf Oil Canada Ltd; CHEMICAL PROJECTS Ltd
Current assignee: Gulf Canada Ltd
Priority date: 1968-10-05
Filing date: 1969-10-31
Publication date: 1973-10-11
Also published as: DE1954992A1; GB1210275A; DE1954992B2; CA861470A; FR2067505A5

Description

mechanische Kräfte aukunehraen. Zu weiteren Nach-

teilen verschiedener mehrphasiger I⁵⁰'»«""«««'*⁰«

die Taltsache, daß ein hohes Vakuum aufrechterhalten

Die Frfindung betrifft eine mechanisch belastbare ₅o werden muß und daß sich J^^ränkun8^en ^ Wärmeisolierung mit in einer flexiblen Umhüllung züglich der Betnebstemperaltur ergeben. vorgesehenen kleinen Materialteilchen oder Material- Isolierungen in Form fester Schaumstoffe

fasern sowie bevomig.e V„wendungsm6gl.chke,l«n _{WännekilIälliekelt} von iemischtphasige. tau»

in

nicht unendlich dünn ausgebildet werden können. Beispielsweise begünstigen dünne Wände eine Diffusion von Wärme besser leitenden Gasen oder Dämpfen aus der Umgebung in das Isoliermaterial hinein, wobei sich im Fall von Zellen, die mit Gasen gefüllt sind, deren Druck unter dem Atmosphärendruck liegt, ein Gleichgewicht zwischen dem Gasdruck innerhalb der Zellen und dem Gasdruck in der Umgebung einstellt. Dieser Faktor führt zu einer Beschränkung der Leistungsfähigkeit von Isolierungen in Form fester Schaumstoffe. In der Praxis muß man

eine Kompromißlösung zwischen der Festigkeit und der gesamten Wärmeleitfähigkeit der Isolierung zu erreichen versuchen. Die praktisch erreichbaren Werte der Wärmeleitfähigkeit von festen Schaumstoffisolierungen beschränken sich allgemein auf einen Bereich, der in der Nähe des Atmosphärendnucks liegt, und es läßt sich sin Wärmeleitfähigkeitswert von etwa 0,0248 kcal/m ⁰C h erreichen.

In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene bekannte Wärmeisoliermaterialien aufgeführt und in ihren Werten miteinander verglichen.

Tabelle 1

Eigenschaften verschiedener Arten typischer Wärmeisolierungssysteme

	II Unter Laboratoriums	III	IV
	bedingungen in dem in	Druckbereich	Praktische Grenzen unter tatsächlichen Betriebsbedingungen
1 Art der Isolierung	Spalte UI genannten Druck bereich ermittelter Wärme- leitungslähigkeitsbe reich
	der Isolierungen	Τοπ
	ksal/m ⁰Ch
a) Einphasig	>0,1241		Relativ hohe Leitfähigkeit, relativ hohes
Massive			spezifisches Gewicht
Isolierung		ίο-"	Unterstützungen erforderlich, effektive
Gasförmige	0,001241		Leitfähigkeit durch Wärmelecks an
Isolierung			Verbindungswänden und Unterstützun
			gen des inneren Behälters

b) Mehrphasig		100 bis 760	Halten hohen mechanischen Beanspruchun
Isolierungen	0,02482		gen nicht stand; Erhöhung der effek
aus festen	bis		tiven Leitfähigkeit durch erforderliche
Schaumstoffen	0,04964		Unterstützungen; begrenzter Betriebs
			bereich; durch Wärme bei 150 bis
			260⁰C verbrennbar oder zerstörbar
		10-⁴ bis 760	Halten hohen mechanischen Beanspruchun
Bekannte pulver-	0,000174		gen nicht stand; Erhöhung der effek
und faserförmige	bis		tiven Leitfähigkeit durch erforderliche
Isolierungen	0,02482		Unterstützungen.
		10-' bis 10-«	Halten hohen mechanischen Beanspruchun
Mehrschichtige	0,0000248		gen nicht stand; Erhöhung der effek
Isolierungen	bis		tiven Leitfähigkeit durch erforderliche
	0,000248		Unterstützungen; hohes Vakuum er
			forderlich ; Beschränkung des Einsatzes
			durch thermische Zerstörung bei hohen
			Temperaturen.
		10-·	Halten hohen mechanischen Beanspruchun
Reflektierende	0,0000124		gen nicht stand; Erhöhung der effek
Abschirmungen	bis		tiven Leitfähigkeit durch erforderliche
bei Vakuum	0,001241		Unterstützungen; hohes Vakuum er
isolierungen			forderlich.

Bekannte pulver- oder faserförmige Isolierstoffe

Der Gedanke, pulverförmige Materialien oder lose Fasern als Wärmeisolierungsstoffe zu verwenden, ermöglicht eine weitere Herabsetzung der Wärmeleitfähigkeit bis auf Werte, die bei der Verwendung schaumförmiger Isolierstoffe nicht erreichbar sind. Hei solchen Isoliermaterialien wird die Kontinuität des Wärmeübergangs infolge einer direkten Wärmeleitung durch eine feste Wand, die bei festen Schaumstoffen verringert, jedoch nicht völlig ausgeschaltet

werden kann, nahezu vollständig dadurch unterbrochen, daß die festen Teilchen jeweils von einer Gasschicht umgeben sind. Die hierbei noch auftretende Wärmeleitung, die auf eine direkte Wärmeleitung dur~h massives Material zurückzuführen ist, wird dadurch verringert, daß sich die festen Teilchen nur an einer begrenzten Zahl von Punkten berühren,

während die meisten Außenflächen der Teilchen durch restliche Gasfilme bzw. Gaskissen abgeschirmt wirden, welche unter normalen Bedingungen an den Flächen der festen Teilchen haften. Auf diese Weise

5 6

wird der Anteil der insgesamt durch ein Pulver über- werte in der Größenordnung von 0,0000124 kcal/m

trigenen Wärme, der auf die Wärmeleitung durch °C herzielen.

fe;te Körper zurückzuführen ist, auf ein Minimum „ . . ». i_- · \, ι

/ .· , . τ , ι ■ u.ι· u α,η Reflektierende Abschirmungen im Vakuum

verringert; dies ist aus der Talsache ersichtlich, dalJ ^&

die gesamte Wärmeleitfähigkeit von Pulvern nur 5 In einem Vakuum angeordnete reflektierende Abgeringfügig durch die Wärmeleitfähigkeit des pulver- schirmungen, die ein sehr wirksames Wärmeisolierförmigen Materials beeinflußt wird. material bilden, mittels dessen Wärmeleitfähigkeits-Für Wärmestrahlung undurchlässige Pulver oder werte bis herab zu der Größenordnung von 0,0000124 Pulvergemische bewirken eine Verkleinerung des kcal/m ⁰C h erzielt werden können, setzt sich aus Anteils der Wärmestrahlung an der insgesamt noch io mehreren reflektierenden, in einem Vakuum aufübertragenen Wärme. Da die Anteile des restlichen gehängten Strahlungsabschirmungen zusammen. Je-Wärmeübergangs infolge der Wärmeleitung durch doch ergeben sich bezüglich der praktischen Verfeste Materialien sowie durch Wärmestrahlung klein Wendung eines solchen Isoliermaterials erhebliche ist, nähern sich die theoretischen Grenzwerte der Schwierigkeiten aus der Notwendigkeit, die Ab-Wärmeisolierungsfähigkeit von Pulvern nicht nur der 15 schirmungen aufzuhängen und ein sehr hohes Vakuum Isolierfähigkeit des zwischen den Teilchen vorhan- von mehr als 10 * Torr aufrechtzuerhalten.
denen Gases, sondern sie überschreiten sie sogar noch, Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeisowenn bestimmte Erfordernisse erfüllt werden. Diese liefung zu schaffen, die bei einfachstem Aufbau Erfordernisse, die aus der kinetischen Gastheorie eine gute Wärmeisolierung ermöglicl t und trotzdem voraussagbar sind, lassen erkennen, daß die Wärme- 20 auch mechanisch hoch belastbar ist.
leitfähigkeit eines sich aus festem Material und Gas Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Wärmezusammensetzenden Systems niedriger sein kann als isolierung der eingangs erwähnten Art, erfindungsdie Wärmeleitfähigkeit des Gases zwischen den gemäß dadurch gelöst, daß die Materialteilchen oder Teilchen bei gegebenen Temperatur- und Druck- -fasern in der Umhüllung derart verdichtet vorgesehen bedingungen, wenn die Abmessungen der Lücken 25 sind, daß sie auf die Innenfläche der Umhüllung einen zwischen den locker gepackten Teilchen mit den Druck von mindestens etwa 0,07 kg/cm² ausüben freien Molekülbahnen in der Gasphase vergleichbar und daß der Wärmeleitfähigkeitsbeiwert des verdich- oder kleiner als diese sind. teten Materials niedriger ist als derjenige des zwischen Man kann diese Forderungen dadurch erfüllen, den Teilchen oder Fasern vorhandenen Gases unter daß man den Druck des Gases zwischen den festen 30 den gleichen Temperatur- und Druckbedingungen. Teilchen verringert und so die Länge der freien Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungs-Molekülbahnen vergrößert, daß man die Größe gemäßen Wärmeisolierung sowie deren Verwendung der Teilchen verringert oder daß man beide Maß- ergeben sich aus den Unteransprüchen,
nahmen gleichzeitig anwendet. Bei der Anwendung Eine erfindungsgemäße Wärmeisolierung ist medicscr Verfahren kann die Wärmeleitfähigkeit von 35 chanisch hochbelastbar und besitzt trotzdem extrem Isoliersystemen, bei denen ein Pulver oder ein Ma-, gute Wärmeisoliereigenschafien, ohne daß dabei ein terial in Form loser Fasern verwendet wird, bis auf hohes Vakuum nötig ist. Eine erfindungsgemäße einen Punkt herabgesetzt werden, an dem der Wärme- Wärmeisolierung hält auch starken mechanischen strahlung und der restlichen Wärmeleitung an den Schwingungen stand und ist je nach den gewählten Berührungspunkten zwischen den festen Teilchen 40 Materialien innerhalb eires großen Temperaturbegegenüber der Wärmekonvektion vorherrschend wird. reiches verwendbar. Eine erfii.dungsgemäße Wärme-Die Wärmeleitfähigkeit von geeigneten evakuierten isolierung, deren Materialteilchen in der Umhüllung Pulver- oder Fasergemischen kann in der Praxis beispielsweise unter einem Druck zwischen 0,07 bei einem mäßigen Vakuum (10 ' bis 10~² bis 10 ⁴ und 21 kg/cm² stehen, kann beispielsweise mecha-(Torr) einen Tiefstwert von etwa 0,00124 bis etwa 45 nische Lasten ebenfalls in der Größenordnung diese; 0,000248 erreichen. . Druckes ohne weiteres aufnehmen und besitzt trotzderr ... , . , . ... eine Ge: antwärmeleitfähigkeit von etwa nur 0.C01241 Mehrschichtige Isolierungen kcal/m" C h. Ähnliche gute Belastungs- und Wärme Die Verwendung mehrschichtiger Wärmt nolierun- leitfähigkeits-Werte können bei einer mit einer er gen stellt eine Erweiterung des Gedankens der Ver- 50 findungsgemäßen Wärmeisolierung aufgebauten Vor Wendung einer zusammengesetzten Phase dar. Hierbei richtung erreicht werden, beispielsweise bei einen wird die Prüfer-Gas-Trennschicht durch eine Massiv- donpelwandigen Rohr, einer doppelwandigen ge Film-Gas-Trennschicht ersetzt. Die Filme sind ge- steppten Decke od. dgl.

wohnlich in einem aus Schichten aufgebauten Verband Die erfindungsgemäße Wärmeisolierung ist mi

angeordnet, der sich aus miteinander abwechselnden 55 Erfolg bei Betriebstemperaturen zwischen nahe den

Schichten aus isolierenden und reflektierenden Ma- absoluten Nullpunkt und bis zu etwa 1650^rC un<

terialien zusammensetzt. Die Leistungsfähigkeit einer mehr einsetzbar. Sie eignet sich insbesondere aucl

solchen sehr wirksamen Isolierung richtet sich nach für solche Anwendungsfälie, bei denen sie in eine

der Art der verwendeten Materialien, der Zahl und Umgebung verwendet wird, die Gase unter einer

Dicke der Filme, den physikalischen und chemischen 60 relativ hohen Druck enthalten, der zwischen einer

Eigenschaften der Schichten, der Größe der Ober- Unterdruck und relativ hohem Überdruck liegei

fläche, der Art der Berührungsstellen zwischen den kann. Auch bei schnell ablaufenden Ternperatui

Schichten usw. sowie nach der Einhaltung eil er sehr änderungen oder Druckänderungen bleiben die voi

wichtigen Bedingung, die darin besteht, daß während teilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wäi

des Gebrauchs ein hohes Vakuum in der Größenord- 65 meisolierung voll erhalten.

nung von 10 * bis 10 'Torr aufrechterhalten wird. Die E'findung wird im folgenden an Hand schems

Bei hohen Werten des während des Betriebs aufrecht- tischer Zeichnungen an Ausführungsbcispielcn nähe

erhaltenen Vakuums lassen sich Wärmcleitfähigkcits- erläutert

ί 954 992

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt einen typischen doppelwandigen Behälter bekannter Art, der thermisch durch ein in einem Vakuum angeordnetes Puiver isoliert ist;

F i g. 2 ähnelt F i g. 1, zeigt jedoch im Längsschnitt eine wärmeisolierte Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 in

F ig. 2;

F i g. 4 ähnelt einem Teil von F i g. 2, zeigt jedoch

isolierung benötigt, und daß die Erfindung insbesondere zur Anwendung bei doppelwandigen Behältern oder Rohrleitungen geeignet ist. Der Behälter 10 nach F i g. 2 umfaßt ähnlich wie der bekannte Be-S hälter nach F i g. 1 eine eine Kammer 13 abgrenzende innere Wand 11 und eine äußere Wand 12. In dem Raum 14 zwischen den Wänden 11 und 12 sind drei Schichten aus einem erfindungsgemäßen Wärmcisoliermaterial 17 angeordnet Der Aufbau einer er-

einen Teil des Behälters in einem größeren Maßstab; io findungsgemäßen Wärmeisolierung ist am besten aus F i g. 5 zeigt perspektivisch eine Rolle aus einem F i g. 4 ersichtlich, wo gezeigt ist, daß sich die Iso-" "" ■ '■'—^{L J}—¹^- lierung aus einer flexiblen Umschließung 18 und

einer in dieser angeordneten Füllung 19 aus einem verdichteten Material zusammensetzt. Das verdichtete

Der in F i g. 1 gezeigte bekannte Behälter 10 ist doppelwandig und umfaßt eine innere Wand 11 und eine äußere Wand 12. Die innere Wand 11 begrenzt

licht das Evakuieren von Gas aus dem Inneren der Umschließung, nachdem die Umschließung in der gewünschten Weise angeordnet worden ist, z. B.

rohrförmigen Wärmeisolierungsmaterial nach der Erfindung;

F i g 6 ist eine perspektivische Darstellung einer
erfindunEsgemäßen Wärmeisolierung in Form einer 15 Material, das pulver- oder faserformig oder ein eesteopten Decke. Gemisch aus Pulver- und Faserteilchen sein kann, ist

"' -■ -' ■ · · --- ⁿ-^L="--^{in :}-« in der flexiblen Umschließung 18 in einem solchen

Ausmaß verdichtet, daß es einen Druck auf die gesamte Innenfläche der Umschließung ausübt.

eiiie zu isolierende Kammer 13, die z. B. ein ver- 20 Da die Umschließung 18 flexibel ist, kann sie so flüssigtes Gas enthalten kann. geformt und gebogen werden, daß sie sich den Kon-

Der Raum 14 zwischen der inneren Wand 11 und türen der Wände einer zu isolierenden Vorrichtung der äußeren Wand 12 ist mit einem als Wärme- anpaßt, doch sei bemerkt, daß die Starrheit der erisolierung dienenden Pulver 15 gefüllt. Da ein loses findungsgemäßen Wärmeisolierung zunimmt, wenn Pulver keine großen mechanischen Kräfte aufnehmen 25 der Druck des verdichteten Materials in der Umkann bzw da es sich unter der Wirkung von Schwin- Schließung 18 erhöht wird. Die Umschließung 18 kann Euneen verdichten würde, sind massive Unter- für Gas durchlässig oder undurchlässig sein. Die Verstützungen 16 zwischen der inneren Wand 11 und Wendung einer gasdurchlässigen Umschließung erder äußeren Wand 12 vorgesehen, die dazu dienen, weist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die innere und die äußere Wand in einem festen 30 die Wärmeisolierung teilweise evakuiert werden soll. Abstand voneinander zu halten. Die innere und die denn die Durchlässigkeit der Umschließung ermögäußcre Wand des Behälters sowie die Unterstützungen
16 können aus Metall oder einem anderen Werkstoff
bestehen. Der Wärmedurchgang durch die Unter-Stützungen 16 der im allgemeinen im Vergleich zu 35 gemäß F1 g. 2 zwischen den Wanden 11 und 12 dem Wärmedurchgang durch das Pulver 15 sehr des Behälter 10. Wenn die Umschließung 18 gashoch ist führt zu einer erheblichen Verringerung des durchlässig ist, muß sie natürlich für die Teilchen tatsächlichen Wärmeisoliervermögens des gesamten des Füllmaterials 19 im wesentlichen undurchlässig sein. Svstems d h der Wärmedurchgang durch die Unter- Die Umschließung 18 kann aus den verschiedensten

Stützungen Ίο" führt zu einer erheblichen Erhöhung 40 Werkstoffen hergestellt werden, 7. B. aus Glasfasern, der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wänden 11 und Quarzfasern, Kunststoff-Fasern, natürlichen Fasern, 12 Ferner ist es schwierig und bei größeren Behältern z. B. Baumwolle oder Seide, sowie aus Flachmaterianahe/u unmöglich, den Raum !4 unter Anwendung
bekannter Verfahren so mit einem feinen Pulver zu
füllen daß eine gewünschte gleichmäßige Dichte 45 z. B. nach dem Druck, dem die Umschließung standerzielt' wird. Auf bekannte Weise eingebrachte Pulver halten muß, der Betriebstemperatur und dem Ausmal.' zeigen die Neigung, sich im Laufe der Zeit zu verdichten, und der Wärmedurchgang, der auf Konvektions:,trömungen in den hierbei entstehenden Hohl- ... ,, - .

zurückzuführen ist, führt zu einer Ver- 5° oder l-aserteilchen oder um Gemische aus Pulver-

und Faserteilchen handeln. Man kann die verschic densten teilchenförmigen Stoffe verwenden, und zwai insbesondere deshalb, weil das Material, aus dem du Teilchen bestehen, selbst kein guter Wärmeisolatoi

bilden um ein Zusammenfallen zu° verhindern", und 55 zu sein braucht; vorzugsweise verwendet man jcdocl es kann auch erforderlich sein, die Dicke der Unter- Teilchen aus einem Material mit einer geringen Wärme stützuneen 16 zu vergrößern, wodurch der Wärme- leitfähigkeit, das mit relativ geringen Kosten zu be übereans durch die Unterstützungen gesteigert wird. schaffen ist. Bei dem verdichteten Material 19 kanr Außerdem ist das Fvakuieren von auf bekannte Weise es sich um Quarz- oder Glasfasern handeln oder im mit Pulvern eefülltui großen Räumen sowohl schwierig 60 für Wärmestrahlung undurchlässiges pulvcrförmigc: als auch zeitraubend Aluminium oder Gemische aus Flugasche mit c.tpan

In F i e 2 ist ein erfindungsgemäßer wärmeiso- dierter Kieselerde; es sei bemerkt, daß auch nocl lierter Behälter dargestellt. Zwar ähnelt der Behälter andere hier nicht genannte Materialien vcrwndbai nach Fig 2 demjenigen nach Fig. 1, und er kann sind. .,...,

7 B zur Laecrune von flüssigem Sauerstoff benutzt 65 Die Große kann der Teilchen in weiten Grcn/et wnfen' doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung variieren, doch liegt sie im allgemeinen im Bcrcid Tuch bei der Isolierung einer beliebigen anderen Vor- zwischen 10 Ä und ? mm. Es wurde festgestellt, dal Sung anwenden läßt, bei der man eine Wärme- sich die besten Ergebnisse cr/iclcn lassen, wenn ni_;1I

lien oder Geweben bzw. Stoffen. Die Wahl des Materials für die flexible Umschließung 18 richtet sich

der erforderlichen Flexibilität.

Wie erwähnt, besteht das verdichtete Material 1<J aus feinen Teilchen. Hierbei kann es sich um Pulver

räumen

ringerung des Wirkungsgrades des Wärmeisolierungssystems. Diese Wirkung kann teilweise durch Evakuieren des Raums 14 ausgeglichen werden, doch muß man dann die Wand 12 genügend kräftig aus

9 10

ein Gemisch verwendet, das sowohl große als auch aus dem erfindungsgemäßen Isoliermaterial bilden

kleine Teilchen enthält. Die Form der Teilchen spielt die einzige Unterstützung, die sich zwischen der

hierbei keine kritische Rolle. inneren Wand 11 und der äußeren Wand 112 des Be-

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht hälters 10 nach F i g. 2 erstreckt. Da das teilchen-

darin, daß das feine teilchenförmige Material 19 in 5 förmige Material 19 bereits; verdichtet ist, kann es

der flexiblen Umschließung 18 verdichtet ist und sich nicht setzen, so daß der Wärmedurchgang der

einen Druck auf die gesamte Innenfläche der Um- Isolierung durch Schwingungen nicht beeinflußt wer-

schließung ausübt. Eine Folge dieser Tatsache besteht den kann.

darin, daß die erfindungsgemäße Wärmeisolierung Bei der Herstellung des Behälters nach F i g. 2 kann

mechanisch belastbar ist. Der durch das teilchen- io man zuerst die Isolierung 17 um die Wand 11 herum-

förmige Material auf die Innenfläche der Umschlie- wickeln und sie an ihr mit. Hilfe von Bändern, Netzen

ßung ausgeübte Druck kann in weiten Grenzen va- od. dgl. befestigen. Dann kann man den isolierten

riieren, doch liegt er im allgemeinen zwischen etwa Behälter in die Wand 12 einführen, deren oberer Teil

0,07 und etwa 21 kg/cm². Es ist jedoch auch möglich, zu diesem Zweck natürlich abnehmbar sein muß.

einen Druck von mehr als etwa 21 kg/cm² vorzusehen. 15 Gegebenenfalls kann man gemäß F i g. 3 Abstand-

Die Obergrenze des Innendrucks richtet sich nach der halter 20, die massiv oder hohl oder gewellt sein oder

Festigkeit der flexiblen Umschließung 18, in der das eine andere Form haben und aus Metall oder einem

teilchenförmige Material verdichtet wird, und nach anderen Material bestehen können, zwischen der Iso-

der Notwendigkeit, ein Zerdrücken der Teilchen zu lierung 17 und der äußeren Wand 12 oder zwischen

vermeiden, da sich in diesem Fall die Berührungs- 20 der Isolierung und der inneren Wand 111 oder auf

flächen zwischen den Teilchen auf unerwünschte Weise beiden Seiten der Isolierung anordnen, so daß zwi-

vergrößern. Ein weiterer Vorteil des Verdichtens des sehen einer Wand oder beiden Wänden und der

teilchenförmigen Materials in der Umschließung be- Isolierung verlaufende Kanäle entstehen, durch die

steht darin, daß hierdurch die Neigung des teilchen- das Evakuieren erleichtert wird. Gegebenenfalls kann

förmigen Materials, sich unter dem Einfluß von 25 man das Evakuieren zusätzlich dadurch erleichtern,

Schwingungen zu setzen, auf ein Minimum verringert daß man geeignete Abstandhalter zwischen benach-

wird. barten Schichten der Isolierung anordnet. Wenn eine

Wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen, Evakuierung an Ort und Stelle vorgesehen ist, kann

muß das verdichtete Material 19 einen Wärmeleit- die flexible Umhüllung 18 gasdurchlässig sein. Natür-

fähigkeitsbeiwert haben, der niedriger ist als derjenige 30 lieh könnte die flexible Umhüllung auch gasundurch-

des die Zwischenräume der Teilchen ausfüllenden lässig sein, und man könnte die Umhüllung vor der

Gases unter den gleichen Temperatur- und Druck- Verwendung des Isoliermaterials evakuieren und

bedingungen. Bei gegebenen Temperatur- und Druck- dicht verschließen.

bedingungen richtet sich diese variable Größe nach I_n F i g. 4 sind die sich durch die flexible, vorge-

der Teilchengröße und dem Ausmaß der Verdichtung. 35 spannte Wärmeisolierung nach der Erfindung er-

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Her- streckenden Wärmeleitungswege durch Pfeile anslellimg einer erfindungsgemäßen Wärmeisolierung. gedeutet. Ein Wärmedurchgang erfolgt sowohl durch Der in F i g. 4 gezeigte Wärmeisolator 17 hat eine die Wände der Umschließung hindurch als auch rohrförmige Gestalt und wird vorzugsweise dadurch geradlinig durch die Umschließung und das verdichtete hergestellt, daß man das teilchenförmige Material 19 40 teilchenförmige Material. Im Hinblick auf den Wärmewährend der Herstellung der rohrförmigen Umschlie- durchgang durch die Umschließung ist es zweckßung 18 in diese hineindrückt, wobei sich der Grad mäßig, der Umschließung 18 eine kleine Wandstärke der erzielten Verdichtung nach der Geschwindigkeit von z. B. etwa 0,0125 bis etwa 0,25 mm zu geben und richlci, mit der die Umschließung hergestellt wird, die Umschließung aus einem Material mit geringer sowie nach der Geschwindigkeit, mit der die Um- 45 Wärmeleitfähigkeit herzustellen. Ferner ist es zweckschließung mit dem teilchenförmigen Material gefüllt mäßig, die Schichten der Isolierung in der in F i g. 4 wird. Nachdem die Umschließung 18 in dieser Weise gezeigten Weise so gegeneinander zu staffeln, daß sich gefüllt worden ist, wird sie vorzugsweise zwischen die Länge des Wärmeleitungsweges vergrößert, der zwei Walzen hindurchgeführt, die eine weitere Ver- sich zwischen den beiden Wänden des Behälters durch dichtung des teilchenförmigen Materials bewirken. 50 die verschiedenen Abschnitte der Umschließung er

Gemäß F i g. 2 ist der Raum 14 zwischen den streckt.

Wänden 11 und 12 mit drei Schichten eines erfin- Die Umschließungen 18 können nahtlos oder mi:

dungsgemäßen flexiblen Wärmeisolators gefüllt, der einer Naht und auf gewöhnliche Weise oder ver

eine rohrförmige Gestalt hat und um die Außen- stärkt hergestellt und mit Hilfe von Abdichtungs

fläche der inneren Wand U herumgelegt ist. Natürlich 55 streifen, Heftklammern oder Nähten verschlossei

ist es nicht erforderlich, mehrere Schichten aus werden. Vorgespannte, mit einem Pulver gefüllte

Isoliermaterial zu verwenden. Wenn jedoch ein flexible rohrförmige Isoliermaterialien, die eine Um

großer Raum isoliert werden soll, ist es vorzuziehen, Schließung in Form eines Gewebes oder Stoffs au

an Stelle eines einzigen größeren Isolators mehrere Glas- oder Quarzfasern und eine pulverförmig

Schichten von kleineren Abmessungen zu verwenden, 60 Füllung auf Kieselerdebasis umfassen, sind äuOers

denn die Neigung des teilchenförmigen Materials 19, hitzebeständig und können bei der Verwendung voi

sich zu setzen, ist bei einem einzigen größeren Isolator Glasfasern in einem Temperaturbereich zwiscrei

stärker als bei mehreren dünneren Schichten. Da die einem Punkt nahe dem absoluten Nullpunkt um

Isolierung große Kräfte aufnehmen kann, ist es nicht etwa 650⁰C und bei der Verwendung von Quan

erforderlich, Unterstützungen 16 der in F i g. 1 dar- 65 fasern in einem Temperaturbereich bis zu etwa 1370°<

gestellten Art zu verwenden, so daß ein durch solche und darüber verwendet werden.

Unterstützungen verursachter Wärmedurchgang ver- In Fig. 5 ist eine Rolle aus einem rohrförmig«

mieden wird. Die drei in F i g. 2 gezeigten Schichten 17 flexiblen, vorgespannten Wärmeisoliermaterial 17 nac

der Erfindung dargestellt. Man kann dieses Isoliermaterial in Form eines endlosen Schlauchs bzw. Rohrs herstellen, das nach dem Verschließen seiner Enden in Stücke mit der gewünschten Länge zerschnitten werden kann. Alternativ kann man das Isoliermaterial in Form einer gesteppten Decke herstellen, wie es in F i g. 6 gezeigt ist, wobei der Vorgang des Steppens durch das Anbringen von Nähten oder unter Verwendung von Heftklammern durchgeführt wird. Es sei jedoch bemerkt, daß man ein erfindungsgemäßes Wärmeisoliermaterial außer in den in F i g. 5 und 6 gezeigten Formen auch in den verschiedensten anderen Formen herstellen kann. Beispielsweise kann man unter Anwendung der Grundgedanken der Erfindung vorgespannte, mit einem pulver- oder faserförmigen Material gefüllte Kissen oder Polster für Behälterunterstützungen sowie vorgespannte, mit einem puiver- oder Faserförmigen Material gefüllte Rohrmembranen oder Buchsen bzw. Hülsen zum Isolieren von Rohrleitungen herstellen. Um ein Beispiel zu geben, sei erwähnt, daß ein Gemisch aus 50 Volumprozent Asche und 50 Volumprozent expandierter Kieselerde mit einer Teilchengröße von 150 Ä bis 0,0005 mm in einer Umhüllung so verdichtet wurde, daß es einem Druck von etwa 8,5 kg/cm² standhielt; hierbei bestand die Umhüllung aus einem Glasfasergewebe mit einer Stärke von etwa 0,1 mm (Leinwandbindung mit 60 Kettfäden und 58 Schußfäden je Zoll). Dieses Isoliermaterial wurde in Form von drei Schichten mit einer Dicke von je etwa 25 mm um die innere Wand 11 eines doppelwandigen, zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff bestimmten Behälters der in F i g. 2 gezeigten Art

herumgewickelt, woraufhin die so hergestellte Baugruppe in die äußere Wand 12 eingeführt wurde. Der Behälter besaß keine der in F i g. 1 gezeigten Abstützungen 16 und wurde mit etwa 55 kg flüssigem S Stickstoff gefüllt. Der Raum 14 wurde auf 1 Torr evakuiert.

Die nachstehende Tabelle gibt die effektive Gesamtvvänneleitfähigkeit des isolierten System, jeweils nach der Durchführung verschiedener Versuche an.

	Art des Versuchs	Effektive Gesamt
		wärmeleitfähigkeit des isolierten Systems
	Ortsfester Behälter	in kcal/m ⁰Ch
a)	Fahren des Behälters auf	0,00124 ±15%
b)	einem Lastwagen über etwa
	560 km Landstraße
	150stündige Beanspruchung	0,00124 ±15%
20 C)	des Behälters durch
	Schwingungen von 20 Hz
	0,00124 ±15%

Abschließend sei bemerkt, daß man eine erfindungs- ^5 gemäße Wärmeisolierung zwar in einem teilweise evakuierten Raum anordnen kann, daß dies jedoch nicht unbedingt erforderlich ist, und daß es möglicr ist, das Isoliermaterial in einer Atmosphäre anzuordnen, die aus Luft oder einem anderen Gas, ζ. Β Stickstoff, Argon, Helium, Kohlendioxid und Freon besteht, wobei der Druck der Gasatmosphäre zwi sehen einem Teilvakuum und einem den Druck de Atmosphäre überschreitenden Druck liegen kann

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

__1

an sich bei geringer "ecluuuscher^Belastung für

Patentansprüche: ««* Wärmeisolierungen erreichbar ware.

a) Einphasige Isoliermatenalien

a) Einphasige

1. Mechanisch belastbare Wärmeisolierung mit _einDhasiBen Isoliermaterialien handelt es sich

in einer flexiblen Umhüllung vorgesehenen kleinen 5 Bei₍ «opW homogene Körper, die in den Materialteilchen oder -fasern, dadurch ge- ^im.f**™£?·™ SStoffen bestehen, welche ke η η zeich net, daß die Materialteilchen oder meisten Fallen ^leitfähigkeit aufweisen. Ihre -fasern (19) in der Umhüllung (18) derart ver- eine geringe ^Wa~^_fc ^stehen in ihrer relaüv dichtet vorgesehen sind, daß sie auf die Innen- se^h.^we^'^e|^SähiSeU und ihrem relativ hohen d Uhüll (18) i Duck von min x° hohen ^W^^J ^g~ bid Nhteile

dichtet vorgesehen sind, daß sie auf die Innen .|^SähiSeU und ihrem relativ hohen

fläche der Umhüllung (18) einen Druck von min- x° hohen ^W^^J ^g~_d ^ beiden Nachteile

destens etwa 0,07 kg/cm* ausüben und daß der spezifischen G^^chU ujo _enschaften fester

Wärmeleitfähigkeitsbeiwert des verdichteten Ma- ^-/^JyKSFAu* Gas-fKörper«, die zwi-

terials niedriger ist als derjenige des zwischen Stoffe ""'^J^^JJ.ddoee sind und deren

den Teilchen oder Fasern vorhandenen Gases sehen ^jJJJdS-Ti _ter dem Atmasphärendruck

unter den gleichen Temperatur- und Druck- x₅ g^SSSÄ einem Oberdruck liegt, können

^BÄofcn,-. nach Anspruch , dadurch J ^e Ι~

gekennzeichnet, daß die Größe der Teilchen zwi- fur die sich begrenzte

sehen 10 Ä und 2 mm liegt. ergeben.

3. Wärnieisolierung nach Anspruch 1 oder 2, »o i_soliermaterialien in Form einer festen rnase dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Innen- wiimrdurchemg. der bei einem einphasigen fläche von dem Material (19) ausgeübte Druck Der Warnedlura^_{11 zuruck}zuf uhren weniger als etwa 21 kg/cm"- beträgt If Tst iTali" b s j^TbTkUfen Isolierstoffen

4. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 ist, ist Da aiicn u»5 j einphasigen bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung »5 rdaüv groB. d. ^h- ^ώ? J^iSSddttthigkaUwerte (18) 'für Gase durchlässig, jedoch für die Teilchen *«™£*^^^™ "F (O₁Sl kcal/m im wesentlichen undurchlässig ist. «n ^B«ei^ ^ Umgebungstemperaturen

5. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 C h) bei gewonnucn..· ₆ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum begrenzt.

der Umhüllung (18) teilevakuiert ist. 3<> Isolierungen in Form einer Gasphase

6. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch ^.asnhase sind mehrgekennzeichnet.daßdasMateria.se.bsteinWärme- ^~1^Λβ^

^1SÜ^ ^isolierung nach einem der Ansprüche 1 5ies 2t auf die restliche WMritugt die tedta bis *. dadurch gekennzeichnet, daß die Um- 35 W^^f^^^HSJ^d £ X hüllung (18) die Form eines Schlauches, einer leitung durch d.e den »»neren »~ doopeSaUtn gesteppten Decke oder eine, Kissens ^mmt^ ^ZZ^

^d8. Verwendung der mechanisch belastbaren Unterstützungen zurückzuführen. Wärmeisolierung nach einem der Ansprüche 1 40 _b^ Mehrphasige Isolierungen

£JJ^^t%£^^^ Bei mehrphasigen

inneren und äußeren Wand mit Berührung zu um zuaammengeseUte diesen angeordnet ist und die einzige Unter- lieh feste und gasförmige