DE19758219A1 - Vakuumisolationspaneel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumisolationspaneel (VIP) mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

VIP und deren Umhüllungen sind aus der Anwendung, z. B. in hochwertigen Haushaltskühlgeräten bekannt und zeichnen sich durch sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aus; sie werden daher technisch in verschiedenen Bereichen als Isolationsmaterialien oder als Bestandteile von Isolationsmaterialien eingesetzt. Es handelt sich dabei um Füllköper geringer Wärmeleitfähigkeit, die in einer evakuierten Umhüllung (Kammer) verschlossen verpackt sind. Diese Kombination von schlecht wärmeleitenden Füllstoffen in evakuierten Kammern bewirkt wesentlich erst die hervorragenden Isolationswerte solcher VIP (λ-Werte von 6-8 mW/(mK) gegenüber herkömmlichen, guten Isolationsstoffen wie PUR- Schaum mit 20-25 mW/(mK)).

Als Füllkörper kommen dabei z. B. Materialien wie Glaswolle, mineralische Stoffe, verschiedene Kunststoffe oder Kombinationen dieser Stoffe zur Anwendung. Für die Funktionseigenschaften eines VIP wesentlich ist der Aufbau und der Erhalt des in der Umhüllung vorhandenen Vakuums. Hierzu werden üblicherweise die Umhüllungen nach Einbau des Füllkörpers evakuiert und die Hüllen nach Erreichen des gewünschten Enddrucks gasdicht verschlossen.

Je nach Füllkörper bestehen bisher bekannte Umhüllungen

• - komplett aus Metall (z. B. Edelstahl), bei denen Oberseite und Unterseite üblicherweise durch Verschweißen oder Löten miteinander gasdicht verbunden sind
• - Verbundfolien mit üblicherweise mehreren Kunststoffschichten und einer Metallfolien (i. d. R. Aluminium), wobei die innerste Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff (z. B. PE, PP) besteht, durch den Oberseite und Unterseite miteinander verschweißt werden. Da diese Kunststoffschweißung nicht vollständig gasdicht ausgeführt werden kann, werden zusätzlich Gettermaterialien als Sorptionsmittel mit in das VIP eingebaut, die so dimensioniert sind, daß sie die Gasmengen, die während der erwarteten Lebensdauer eines VIP eindringen, aufnehmen können. Die Verbundfolien-Umhüllungen werden in den derzeit üblichen technischen Anwendungen als Schlauchfolien oder als getrennte Ober- und Unterfolie hergestellt, aus denen den Geometrien der Füllkörper an­ gepaßte Beutel udgl. zur Verpackung gefertigt werden.

Bei den derzeitigen technischen Anwendungen haben sich folgende Problemstellungen gezeigt:

1.) Bei Kunststoffolien können Gase durch die Oberflächen oder durch die Schweißnähte in die evakuierten Paneelen eindringen, somit den Druck erhöhen und bei entsprechenden Gasmengen mit der Zeit durch Zerstörung des aufgebauten Vakuums die Isolationseigenschaften entscheidend verschlechtern. Versuche haben gezeigt, daß hierbei insbesondere Wasserdampf den hauptsächlichen und wesentlichen Anteil der eindringenden Gase ausmacht. Soweit bisher Gettermaterialien in VIP zum Einsatz kommen, werden durch chemische Reaktionen die eindringenden Gase, insbesondere Wasser bzw. Wasserdampf, gebunden und nicht physikalisch absorbiert. Der bereits bekannte Zusatz bzw. die Beimischung von physikalischen, d. h. adsorbierenden Mittel, z. B. Kieselsäure, zu den Füllermaterialien als offenes Pulver hat den Nachteil, daß dieses Pulver bereits vor dem Evakuiervorgang mit dem in den Füllkörpern vorhandenen Wassermengen reagiert bzw. diese adsorbiert und es kann somit nach dem Evakuieren nicht mehr als Adsorptionsmittel wirken. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn diese Füllkörper z. B. durch Vermischung mit wasserhaltigen Reaktions- bzw. Klebemittel hergestellt bzw. bearbeitet werden.

2.) Gut leitende Metallfolien können zu einem wärmetechnischen Kurz­ schluß an den Rändern des Paneels zwischen Oberseite und Unterseite führen, woraus ein starker Wärmefluß zwischen Oberseite und Unterseite entsteht. Dieser Wärmefluß verschlechtert die Isolationseigenschaften des Paneel erheblich (Randeffekt). Diese Probleme können in Umhüllungen auftreten, die komplett aus Metallfolien bestehend (z. B. Edelstahl) verschweißt sind und in Folien, die als Kombinationen von Metallfolien (z. B. Aluminium) und Kunststoffolien bestehen.

Bei bisher in Gebrauch befindlichen Folien sind die einzelnen Schichten jeweils komplett über die gesamte Fläche einheitlich geschichtet. Ins­ besondere liegen die darin als Diffusionssperre eingebauten Metallfolien über die gesamte Folienfläche auf. Mit der Überdeckung der gesamten Folienfläche - und somit der gesamten Außenflächen des VIP - wird versucht, die unter 1) beschriebenen Probleme der Diffusion zu lösen, gleichzeitig entsteht dadurch der unter 2) beschriebene Wärmefluß und vermindert dadurch die Isolationsfähigkeit des VIP insgesamt teilweise erheblich (Versuche haben hier gezeigt, daß z. B. bei einem VIP mit 40 × 40 cm Kantenlänge und einer Höhe von, 2,5 cm von der Verbesserung der Isolationswirkung bis zu 75%durch diese Randeffekte verloren gehen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Vakuumisolationspaneel zu schaffen, das die unter 1) beschriebenen Probleme der Gasdiffusion - und dabei insbesondere der Wasserdampfdiffusion - löst und gleichzeitig die unter 2) beschriebenen bisher damit in Zusammenhang auftretenden Randeffekte vermeidet. Hierzu ist eine Folie erforderlich, der über die erwartete Lebensdauer des Paneels soweit gasdicht und insbesondere wasserdampfdicht ist, daß die eindringenden Gasmengen unterhalb der zulässigen bzw. technisch akzeptierbaren Menge bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unter­ ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen. Gemäß einer Ausführungsform wird die einzusetzende Folie so ausgeführt wird, daß diese bereichsweise mit Metall bedampft bzw. beschichtet ist. Diese bedampften Bereiche entsprechen den Flächen der Ober- und Unterseite des VIP während die Randbereiche (parallel zur Wärmeflußrichtung) nicht wärmeleitend ausgeführt sind. Diese Folie kann als Einzelfolie oder als Folienverbund ausgeführt werden, wobei idealerweise eine nicht leitende Trägerschicht für die Metallbedampfung zu verwenden ist und eine ggf. zusätzliche, verschweißbare Folie mit verwendet wird. Zusätzlich können die weiteren Schichten mit gasadsorbierenden Mittel dotiert werden. Als Metall zur Bedampfung bzw. Beschichtung kommen u. a. vor allem Aluminium, Silber udgl zur Anwendung. Erforderlichenfalls können die Randbereiche nach Evakuierung des VIP noch mit einer schwer- bzw. nicht gasdurch­ lässigen Beschichtung bzw. mit einer gasadsorbierenden Beschichtung zusätzlich abgedichtet werden.

Zusätzlich kann bei Bedarf Kieselsäure in das VIP mit zugegeben werden. Dies kann durch Einbau eines vorgefertigten, wasserdampfdurchlässigen Behältnisses (z. B. eines Beutels mit wasserdampfdurchlässiger Umhüllung) erfolgen, der mit trockener Kieselsäure als Adsorptionsmittel gefüllt ist und der direkt vor dem Evakuiervorgang in eine vorbereitete bzw. dafür vorgesehene Aussparung am VIP-Füllkörper eingelegt wird oder in das VIP in sonstiger Form (z. B. als Flachbeutel) mit verpackt wird.

Die ökonomischen und technischen Vorteile der Erfindung liegen in der ins­ gesamt verbesserten Isolationseigenschaften der VIP, da Randverluste zum Teil erheblich reduziert werden und dadurch höhere Energieein­ sparungen möglich sind. Darüberhinaus wird mit dieser Erfindung die Einsatzmöglichkeit verschiedener VIP erweitert, da nunmehr auch kleiner Abmessungen ohne nennenswerte Randverluste eingesetzt werden können.

Anhand der Zeichnung wird der Stand der Technik und die Erfindung anhand von Beispielen gegenüber gestellt.

Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch und Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Vakuumpaneel gemäß dem Stand der Technik

Fig. 3 den Umhüllungsaufbau gemäß dem Stand der Technik

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Vakuum­ isolationspaneel

Fig. 5 den Umhüllungsaufbau gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 im Schnitt gezeigte Vakuumisolationspaneel gemäß dem Stand der Technik weist einen Füller 1, eine aus Oberseite 2, Unterseite 4, Randbereich 5 und Verschweißbereich 3 bestehende Umhüllung auf. Die Fig. 2 zeigt dieses Paneel in Draufsicht. Fig. 3 zeigt den Aufbau der Umhüllung 2 der Fig. 1 und zwar einen Ausschnitt links außen. Es sind eine Außenfolie 6, eine Metallfolie 7 und eine Innenfolie 8 vorgesehen. Die Außenfolie 6 und entsprechend die anderen Folien 7 und 8 weisen einen der Oberseite 2 entsprechenden Abschnitt 6a, einen Randbereich 6b und einen Schweißbereich 6c auf. In der Praxis sind diese verschiedenen Folien lagen fest und dicht miteinander verbunden, z. B. durch Verklebung.

Die Draufsicht der Fig. 4 läßt erkennen, daß die Oberseite der Umhüllung nur auf einen Teil 11 einen Metallbelag aufweist, daß die Ränder aber keinen solchen Belag aufweisen. Dies zeigt auch Fig. 5. Hier ist nur der Bereich 14a der Innenfolie 14a, mit einer Metallschicht versehen (bedampft). Der Randbereich 14b und der Schweißbereich 14c trägt keine solche Schicht. Über der Schicht 13 bzw. über den Bereichen 14 b und 14c der Innenfolie liegt die Außenfolie 12. Die Umhüllung könnte noch weitere Folien aufweisen. Auch diese sind in der Praxis fest mit­ einander verbunden. Der Metallbelag könnte auch von der Unterseite der Folienschicht 12 in analoger Weise aufgebracht sein.

Claims (9)

1. Vakuumisolationspaneel bestehend aus einer Umhüllung und einem Füller, wobei die Umhüllung aus mehreren Schichten besteht, von denen eine gasundurchlässig ist, und wobei die offenen Ränder der Ober-und Unterseite miteinander verschweißt sind und die Umhüllung evakuiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Schicht (13) durch Beschichtung oder Bedampfung auf eine der Schichten (Trägerfolien), (14) aufgebracht ist.

2. Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Schicht (13) kleiner als die Trägerfolie (14) ist.

3. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Wärmeflußrichtung verlaufenden Ränder (12b, 14b) und die miteinander verbundenen verschweißten Ränder (12c, 14c) aus nicht wärmeleitenden Schichten bestehen.

4. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Schicht aus einer Be­ schichtung oder Bedampfung (13) besteht.

5. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der nichtwärmeleitenden Schichten (Folien) mit einem gasadsorbierenden Material versehen (dotiert) ist.

6. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (10, 12b, 14b, 12c, 14c) nach dem Evakuieren mit einer im wesentlichen gasundurchlässigen oder gasadsorbierenden Zusatzbeschichtung versehen sind.

7. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Evakuieren physikalisch Wasserdampf adsorbierendes Material eingebracht wird.

8. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf adsorbierende Material in wenigstens einem wasserdampfdurchlässigen Behältnis unterge­ bracht ist.

9. Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material Kieselsäure ist.