DE4411539A1 - Wärmedämmkassette und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmedämmkassetten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ihre Verwendung.

Wärmedämmkassetten der eingangs genannten Art sind aus der DE-OS 42 14 002 bekannt geworden. Nach der vorbekannten Lehre wird die Umhüllung mit festem, mikroporösem Wärme­ dämmstoff aus druckfesten und ausgeheizten, feinfaserigen Mikroglasfasern befüllt, die in einer Verdichtung durch Verpressung als Paneelen-Raumform ausgebildet sind. Außer­ dem sollen noch die Stirnflächen der Umhüllung aus schlecht-wärmeleitendem Material bestehen. Der Beschreibung läßt sich nicht entnehmen, welchem Verwendungszweck und welchen besonderen Anforderungen die Wärmedämmformkörper eigentlich dienen sollen.

Außer diesen vorbekannten Wärmedämmkassetten gibt es unter den Vakuumtechniken noch die sog. Foliensuperisolation, Perlitschüttungen und noch weitere Paneele, die einen anderen Aufbau besitzen, jedoch eine Modulbauweise nicht gestatten.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Wärmedämmkassette derart zu verbessern, daß sie auch im Tieftemperaturbereich, d. h. im Bereich zwischen 20 K und Raumtemperatur einsetzbar ist und sehr geringe Dämmdicken ermöglicht, so daß auch ein mariti­ mer Großtransport von tiefkalten, flüssigen Gasen, wie Wasserstoff und dergleichen, bei einer Temperatur von 20 K möglich ist, ohne übermäßig dimensionierte Isolierungen vorsehen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Wärmedämmkassette bzw. durch die Verwendung gemäß Anspruch 8 gelöst.

Die Erfindung geht davon aus, daß auf Glasfaserwärmedämm­ stoffe, die auch noch gepreßt werden müssen, innerhalb der Umhüllung verzichtet werden kann, die normalerweise dazu dienen, die Druckbelastbarkeit der Wärmedämmkassette zu erhöhen. Durch das Weglassen derartiger Glasfaserwärmedämm­ stoffe wird die erfindungsgemäße Wärmedämmkassette leichter und preiswerter in der Herstellung. Dadurch, daß die Kasset­ te durch einen prismatischen Körper gebildet wird, der insbesondere eine vier- bis achteckige Grundfläche besitzt, wird im Zusammenhang mit dem Einsatz von Stützelementen zwischen Grund- und Deckfläche erreicht, daß die Formstabi­ lität der Kassette trotzdem gewahrt bleibt. Die Formstabili­ tät ist bei einer allseitigen Druckbelastung von mindestens 1 bar, sowie bei einer maximalen zulässigen Verformung von 1 mm gewährleistet. Der prismatische Körper ist insofern den vorbekannten Konstruktionen überlegen, als daß der Wärmetransport durch Wärmeleitung ausschließlich über die Stützelemente und Seitenwand erfolgt.

Von besonderer erfindungsgemäßer Bedeutung ist es, daß das Verhältnis von wärmeübertragender Querschnittsfläche zur Grundfläche der Kassette im Bereich von 10^-2-10^-6 liegt, d. h. wesentlich geringer als 1 ist. Die wärmeübertragende Quer­ schnittsfläche wird dabei durch die gesamte Wandfläche zusammen mit der Querschnittsfläche der Stützelemente gebildet. Insgesamt wird hierdurch und durch die Wirkung des Vakuums eine hervorragende Wärmedämmung erzielt.

Ferner hat sich herausgestellt, daß mindestens eine perfo­ rierte Strahlungsdämmfolie parallel zwischen Deck- und Grundfläche der Kassette erforderlich ist, um insbesondere bei tiefsten Temperaturen eine ausreichende Wärmedämmung zu erzielen.

Weitere Vorteile und Merkmale, die gemeinsam mit dem Haup­ tanspruch von erfinderischer Bedeutung sein können, sind in den Unteransprüchen definiert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen im Detail näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße sechseckige Wärmedämmkassette;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kassette, die teilweise auf der rechten Seite weggebrochen dargestellt ist;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, wie auch Fig. 2;

Fig. 5 eine vergrößerte, schematische Darstellung des Details Z (Stützelemente im Seiten­ bereich) der Fig. 3;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Details Y (Stützelemente im Eckbereich) der Fig. 3; und

Fig. 7 einen Teilquerschnitt durch einen mit kryogenem Gas gefüllten kugelförmigen Transportbehälter mit dreilagig angeordne­ ten, erfindungsgemäßen Wärmedämmkassetten, die mit einer üblichen Außenisolierung ver­ bunden sind.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Wärmedämmkassette im Grundriß gezeigt. Sie besteht aus einem gleichseitigen Sechseck. Andere Formen prismatischer Körper sind ebenfalls für den Fachmann denkbar.

Die Wärmedämmkassette besteht aus einer evakuierten Umhül­ lung und weist eine Grundfläche 8 und Deckfläche 9 auf, die durch Stützelemente 12 verbunden sind. Fig. 1 zeigt eine typische sechseckige Form der Grund- bzw. Deckfläche (8 bzw. 9).

Die erfindungsgemäße sechseckige Kassette weist eine Kantenlänge von 500 mm auf, bei einer Höhe von 150 mm und eine Materialdicke von Grund- und Deckfläche von ca. 1 mm. Die Seitenwand 10 der Umhüllung besitzt eine Dicke von etwa 0,1 mm. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß die angegebenen Formen und Dimensionen in breitem Rahmen verän­ dert werden können.

In Fig. 2 ist die Seitenansicht der Wärmedämmkassette dargestellt. Ein Schwerpunkt für die wärmetechnische Zweckerfüllung ist die Gestaltung der Seitenwand 10 zwischen Deck- und Grundfläche. Das Verhältnis von wärme­ übertragendem Querschnitt A_w und der Grundfläche der Kasset­ te (A_G) ist neben dem Vakuum im Inneren der Kassette und der Strahlungsdämmung durch eine perforierte Strahlungs­ dämmfolie 13 Hauptmerkmal für die Zweckbindung der Wärme­ dämmkassette. Die Innenseiten der Kassette sind derart ober­ flächenbehandelt, daß sie wärmestrahlungsreflektierend wirken. Parallel zur Grund- und Deckfläche 8 bzw. 9 ist mindestens eine perforierte Strahlungsdämmfolie 13 mit eben­ falls wärmestrahlungsreflektierender Eigenschaft angeord­ net.

Die Formstabilität der Wärmedämmkassette wird durch die Anordnung von beispielhaft 37 Stützelementen 12 zwischen Deck- und Grundfläche, sowie durch Aussteifungen 11 der Grund- und Deckfläche erreicht. Die konstruktive Gestalt der Seitenwand 10 wird je nach Anwendungsfall und Kassetten­ höhe ausgelegt.

Fig. 5 und 6 zeigen konstruktive Details zum Erreichen der Formstabilität für einen typischen Anwendungsfall mit sechseckigem Grundriß der Wärmedämmkassette.

Ein typischer Verwendungszweck der Wärmedämmkassette ist die Dämmung eines gewölbten Transportbehälters, der mit einem kryogenen Gas 14 befüllt ist. Auf der Transportbehäl­ terwand 15 werden die Wärmedämmkassetten 16 mehrlagig (hier 3 Lagen) versetzt angeordnet. Vorzugsweise wird auf die Wärmedämmkassetten eine konventionelle Dämmschicht 17 aufgebracht (beispielsweise aus Polystyrol-Schaumstoff). Der typische Verwendungszweck der Wärmedämmkassetten liegt auf dem Gebiet der Wärmedämmung von Transport- und Lagerbe­ hältern für kryogene Gase.

Claims (9)

1. Wärmedämmkassette zur Wärme- und Strahlungsiso­ lierung, umfassend eine evakuierte Umhüllung, bestehend aus Grund- und Deckfläche sowie eine Seitenwand, deren Innen­ seiten wärmestrahlungsreflektierend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf Glasfaser-Wärmedämmstoffe innerhalb der Umhüllung verzichtet wird, und daß die Kasset­ te durch einen prismatischen Körper gebildet wird, wobei das Verhältnis von wärmeübertragender Querschnittsfläche zur Grundfläche der Kassette im Bereich von 10^-2-10^-6 liegt, und daß mindestens eine perforierte Strahlungsdämmfo­ lie parallel zwischen Deck- und Grundfläche der Kassette angeordnet ist, und daß mehrere Stützelemente zwischen Grund- und Deckfläche vorgesehen sind.

2. Wärmedämmkassette nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch eine Evakuierung auf einen Druck von 10^-6 bar.

3. Wärmedämmkassette nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine vier- bis achteckige Grundfläche des prismatischen Körpers.

4. Wärmedämmkassette nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem Sonderstahl besteht, der im Temperatur­ bereich von 0 Kelvin bis 300 K eine gute Schweißbarkeit sowie Vakuumdichtheit bei geringer Versprödung aufweist.

5. Wärmedämmkassette nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumleckrate von 2·10^-1 mbar·1/sec gewährleistet ist.

6. Wärmedämmkassette nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand gewellt ausgebil­ det ist.

7. Wärmedämmkassette nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grund- und Deckfläche durch Aussteifungen sowie durch die Stützelemente zwischen beiden formstabiler gemacht werden.

8. Verwendung einer Vielzahl von Wärmedämmkasset­ ten in Modul-Bauweise nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche 1 bis 3 für Transportbehälter tiefkalter Gase und/oder Flüssigkeiten bis zu einer Temperatur im Be­ hälterinneren von 20 K.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein kugelförmiger Transportbehälter mit etwa 36 m Durchmesser für flüssigen Wasserstoff mit einer dreilagigen Anordnung der Wärmedämmkassetten eingesetzt wird.