DE3414665C2 - Thermische Isolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Isolierung gemäß Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Thermische Isolierungen der betreffenden Art werden sowohl in der Wärme- als auch in der Kältetechnik immer dann eingesetzt, wenn Isolationswerte benötigt werden, die mit den normalen Fa­ ser-, Schaum- oder Pulverdämmungen unter atmosphärischem Druck nicht erreicht werden können.

Es ist bekannt, daß die Wärmeübertragung thermisch isolieren­ der Elemente durch die Faktoren Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung bestimmt wird. Ziel hochwertiger thermischer Isolierungen muß es daher sein, diese drei Faktoren möglichst klein zu halten. Derartige Überlegungen haben zur Entwicklung von sogenannten Dewar-Gefäßen aus Glas geführt, wie sie heute jedermann als Thermosflaschen bekannt sind. Die hervorragenden Isoliereigenschaften von Dewar-Gefäßen in bezug auf Wärmelei­ tung und Konvektion werden im wesentlichen durch das Vakuum zwischen innerer und äußerer Wandung bewirkt, während die Wär­ meübertragung durch Strahlung durch eine Verspiegelung der Glasflächen weitgehend verhindert wird. Wegen der Bruchgefahr des Glases und auch aus Kostengründen ist für industrielle An­ wendungen eine Fertigung vergleichbarer Isolierelemente aus Metall anstelle von Glas vorzuziehen. Da Metalle jedoch eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Glas besitzen, muß dieser Nach­ teil durch die Verwendung möglichst dünner Behälterwandungen ausgeglichen werden. Das führt allerdings im Extremfall dazu, daß eine derartig dünne Wand eines evakuierten Behälters dem atmosphärischen Außendruck nicht mehr standhalten kann. Dieses Problem wird in bekannter Weise dadurch gelöst, daß in den Hohlraum zwischen den Wandungen ein pulverförmiger Füllstoff eingebracht wird, der eine statisch abstützende Funktion zu übernehmen hat. Mit dem Einbringen des pulverförmigen Füll­ stoffs ist der Nachteil des Nachlassens der Isolierwirkung verbunden.

Bei den bekannten thermischen Isolierungen der betreffenden Art wird dieser nachteilige Einfluß des pulverförmigen Füll­ stoffs insbesondere durch die Konfiguration der Füllstoffpar­ tikel verstärkt, da diese aufgrund ihrer unregelmäßigen Form größere Kontaktflächen mit benachbarten Füllstoffpartikeln bilden, und somit dem Wärmestrom wenig Widerstand entgegenset­ zen. Ein weiterer Nachteil dieser unregelmäßigen Form ist eine relativ schlechte Befüllbarkeit enger Hohlräume, sowie die Schwierigkeit, die Pulverfüllung so zu verdichten, daß nicht nach der Befüllung über einen längeren Zeitraum ein ständiges Nachsacken eintreten kann. Nicht ganz befriedigend ist weiter­ hin das damit teilweise zusammenhängende Kompressionsverhalten bisher verwendeter Füllstoffe, insbesondere wenn die Füll­ stoffpartikel unregelmäßig verteilte Hohlräume aufweisen. Nachteilig ist ferner, daß einige der bekannten Füllstoffe or­ ganische Bestandteile enthalten, daß sie unter Umständen nicht in den benötigten Mengen verfügbar sind, oder für breitere An­ wendungen einfach zu teuer.

Aus der Europäischen Patentanmeldung 0017095 ist eine Anord­ nung zur Wärmeisolation von Hochdruckbehältern bekannt, wobei vorgeschlagen wird, einen Füllstoff aus Kieselgur nach der Einbringung in den Hohlraum eines entsprechenden Behälters durch Beaufschlagung dieses Behälters mit einem definierten Druck zu verdichten. Die Kieselgur wird in der genannten Schrift als pulverförmiges Material mit offenen Poren und un­ regelmäßiger Form der Pulverteilchen beschrieben, welches eine große Oberfläche besitzt.

Mit der Verwendung dieser Kieselgur als Füllstoff für eine Va­ kuumisolation sind jedoch verschiedene Nachteile verbunden. Aufgrund der unregelmäßigen Form der Pulverteilchen bilden diese nämlich größere gegenseitige Berührungsflächen aus, was zu einer Erhöhung der Wärmeleitung führt. Die offenporige und grobe Oberfläche besitzt eine hochgradige Bindekraft von Feuchtigkeit (Wasser), wodurch der Zeitaufwand für das Aushei­ zen beim Evakuieren in extremer Weise verlängert wird. Bei der Verwendung von natürlicher Kieselgur, welche bekanntlich im Tertiär aus den Kieselsäuregerüsten der Diatomeen entstanden ist, wird der Ausheizprozeß noch dadurch verlängert, daß die Kieselgur in ihren Poren organische Relikte enthält, welche während des Ausheizens vollständig verbrannt und abgepumpt werden müssen, um nicht beim späteren Gebrauch durch Ausgasung ein vorzeitiges Zusammenbrechen des Vakuums zu bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Iso­ lation der betreffenden Art zu schaffen, welche aufgrund der Beschaffenheit des verwendeten Füllstoffs die beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch ge­ löst, daß in den evakuierbaren Hohlraum eines gasdicht ver­ schließbaren Behälters ein pulverförmiger Füllstoff einge­ bracht wird, dessen einzelne Partikel eine im wesentlichen ku­ gelförmige Gestalt besitzen. In weiterer erfindungsgemäßer Ausbildung bestehen die kugelförmigen Partikel des pulverför­ migen Füllstoffs vorzugsweise im wesentlichen aus künstlichem amorphen Siliziumdioxyd.

Durch die erfindungsgemäß kugelförmige Gestalt der einzelnen Partikel des pulverförmigen Füllstoffs bestehen zwischen die­ sen nach dem Einbringen in den evakuierten Behälter nur je­ weils nahezu punktförmige Berührungsflächen. Jede dieser mini­ malen Berührungsflächen zwischen zwei benachbarten Füllstoff­ partikeln stellt einen erhöhten Wärmedurchgangswiderstand dar, von dem entsprechend der kleinen Partikelgröße eine große An­ zahl in Richtung des Wärmestroms hintereinander geschaltet ist. Die kugelförmige Ausbildung der einzelnen Partikel hat weiterhin den besonderen Vorteil, daß ein daraus bestehender pulverförmiger Füllstoff ein hervorragendes Befüllverhalten beim Einbringen in den evakuierbaren Hohlraum aufweist, da die einzelnen Partikel während des Einbringungs- und Verdichtungs­ vorgangs untereinander im wesentlichen abrollenden Bewegungen unterliegen. Dadurch wird gleichzeitig eine rasche optimale Verdichtung begünstigt und ein späteres Nachsacken des Füll­ stoffs und eine zu starke Kompressibilität der fertigen ther­ mischen Isolierung vermieden.

Nach weiterer Erfindung bestehen die kugelförmigen Partikel des pulverförmigen Füllstoffs der thermischen Isolierung vor­ zugsweise im wesentlichen aus künstlichem amorphen Silizium­ dioxyd. Amorphes Siliziumdioxyd ist ein anorganischer Stoff mit einer vorteilhaft niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Es ist ge­ sundheitlich unbedenklich, unbrennbar und resistent gegen Hit­ ze, korrodiert nicht, und kann von der Industrie in groben Mengen und zu sehr niedrigen Kosten geliefert werden.

Die erfindungsgemäße thermische Isolierung kann aufgrund der unproblematischen Befüllbarkeit des evakuierbaren Hohlraums sowie des preiswerten Füllstoffs zu reduzierten Kosten herge­ stellt werden. Kompressionsresistenz und Isoliereigenschaften sind verbessert.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der einzigen Zeich­ nungsfigur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert wer­ den. Die Figur zeigt einen rohrförmigen Isolierkörper, wie er z. B. zum Transport von Fernwärme Verwendung finden könnte. Zur besseren Sichtbarmachung des evakuierten Hohlraums ist der Isolierkörper in einem Teilbereich aufgebrochen dargestellt.

Der aus Blech gefertigte Isolierkörper besteht aus einer inne­ ren und einer äußeren Wandung (1, 2) und zwei ringförmigen Deckeln (3, 4). Die Einzelteile (1, 2, 3, 4) des Isolierkör­ pers umschließen einen evakuierten Hohlraum (5), in welchen ein pulverförmiger Füllstoff erfindungsgemäß mit im wesentlichen kugelförmiger Gestalt der einzelnen Füllstoffpartikel, vor­ zugsweise aus amorphem Siliziumdioxyd, eingebracht ist. Eini­ ge der sehr kleinen kugelförmigen Füllstoffpartikel (6) sind außerhalb des Isolierkörpers nicht maßstabsgerecht in einer sehr starken Vergrößerung schematisch herausgezeichnet.

Claims (2)

1. Thermische Isolierung mit einem gasdicht verschlossenen Behäl­ ter mit bis auf einen Restgasdruck von weniger als 13 mbar evaku­ ierbaren Hohlraum, der einen pulverförmigen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Partikel des Füll­ stoffs eine im wesentlichen kugelförmige Gestalt besitzen.

2. Thermische Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff im wesentlichen aus amorphem Siliziumdioxyd (SiO₂) besteht.