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Luftdicht geschlossenes Isolationselement für Kälte- und Wärmeschutz,
dessen Inneres mit einem Gas gefüllt ist . Die Erfindung bezweckt, ein hochwertiges
Isolationselement zu schaffen, das überall praktisch verwendbar ist, wo eine gute
Wärme-bzw. Kälteisolierung' erforderlich ist.
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Es ist bereits bekannt, daß eine gute Wärmeisolierung dadurch erhalten
werden kann, daß man zwischen wärmereflektierenden Wandungen ein hohes Vakuum erzeugt.
Dieses Prinzip kann aber nur bei der Isolierung verhältnismäßig kleiner Behälter,
wie Thermosflaschen o. dgl., praktisch ausgenutzt -werden, da bei größeren Behältern
die den luftleeren Raum begrenzenden Wandungen viel zu stark gemacht werden müßten,
um den auf sie einwirkenden Atmosphärendruck aushalten zu können.
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Andererseits ist es bekannt, daß Kohlendioxyd ein schlechteres Wärmeleitvermögen
als Luft besitzt, und man hat auch versucht, diese bekannte Eigenschaft des Kohlendioxyds
für Isolationszwecke nutzbar zu machen. Die Verwendung von Kohlendioxyd setzt luftdicht
geschlossene Behälter voraus; die jedoch ohne besondere zusätzliche Maßnahmen, nur
mit Kohlendioxyd gefüllt, keine verbesserte Isolation ergeben, weil bei derartigen
Anlagen so viel Wärme durch unmittelbare Leitung in den Behälterwänden und durch
Konvektion übertragen wird, daß dadurch die Vorteile der Verwendung des Wärme schlecht
leitenden Kohlendioxydes mehr als aufgehoben werden. Selbst wenn man Kohlendioxyd
in Verbindung mit beispielsweise einer pulverförmigen Isolationsmasse verwenden
würde, würde man auch dadurch keine irgendwie praktisch ins Gewicht fallende Verbesserung
der Isolation erzielen können, weil auch in diesen Fällen das an sich etwas bessere
Wärmeisolationsvermögen des Kohlendioxyds nicht hinreichen würde, um die durch die
Füllmasse gegebene zusätzliche Wärmeleitung aufzuheben, die noch dadurch vermehrt
wird, daß Kohlendioxyd eine größere Neigung zu Konvektion als Luft hat, wodurch
sich eine viel größere NÄ".ärmeübergangszahl ergibt, als man erwarten konnte. Aus
diesem Grunde ist auch wohl allen bisherigen Vorschlägen, die auf die Verwendung
von Kohlendioxyd als Isolationsgas hinzielen, der Erfolg versagt geblieben.
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Ferner sei darauf hingewiesen, daß man auch schon vorgeschlagen hat,
Füllgase in Verbindung von Folien für Wärmeisolierungszwecke zu verwenden. Diese
Hinweise sind jedoch nur ganz allgemeiner Natur. An die Verwendung besonderer Gase
hat man dabei nicht gedacht und nicht einmal erwähnt, daß die betreffenden Gase
ein schlechteres Wärmeleitvermögen als Luft haben sollen. Ferner
wurde
vorgeschlagen, schwere, keine Hohlräume aufweisende Massen aus Asphalt dadurch verhältnismäßig
leicht zu machen, daß man in der Masse durch Gasblasen Zellenräume bildete; beispielsweise
dadurch, daß man die Ausgangsmasse im erhitzten Zustande der Einwirkung eines in
Asphalt löslichen, unter Druck stehenden Gases unterwarf und dann eine Druckentlastung
vornahm, wodurch das gelöste Gas zur Blasenbildung gebracht wurde, die in der Ausgangsmasse
die Zellenbildung zur Folge hatte. Als geeignete Gase hierfür hat man sowohl Schwefeldioxyd
als Kohlendioxyd vorgeschlagen. Es ist ohne weiteres klar, daß derartige Vorschläge
zum Porösmachen von Asphaltmassen mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung
nicht in Vergleich gesetzt werden können, da das mit ihnen erhaltene fertige Produkt
jedenfalls schon nach kurzer Zeit überhaupt kein besonderes Gas länger enthält,
weil dieses zweifellos durch die Asphaltwandungen ausdiffundiert.
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Aus den oben genannten Gründen ist in der vorliegenden Erfindung auf
Kohlendioxyd als Isolationsgas gänzlich verzichtet, dagegen wurden solche Gase ausfindig
gemacht, deren durch ihr schlechtes Wärmeleitvermögen gegebenen Vorteile durch die
bei Gasisolationen unvermeidlichen Verluste nicht aufgezehrt werden können, wobei
aber gleichzeitig solche Malnahmen getroffen sind, die diese Verluste so gering
halten, wie es praktisch möglich ist. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik
unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß als Füllgas für die Isolationselemente
ein solches Gas verwendet wird, das mit Bezug auf im Element befindlichen Füllbaustoff
indifferent und in ihm unlöslich ist, und das ferner Moleküle enthält, von deren
Atomen mindestens eins schwerer ist als :ein Sauerstoffatom, z. 'B. Gasverbindungen
mit Halogen (z. B. C ChF2; C H3 Cl; CH3 Br), Gasverbindungen mit Schwefel (z. B.
S 02; C S2) oder Gasverbindungen mit Schwefel und Halogen (z: B. S F6). Gleichzeitig
ist durch besondere an sich bekannte Mittel, wie z. B. Folien, poröser Baustoff
o. dgl., Sorge :getragen, daß die Konvektion und Strahlung möglichst gering wird.
Hierdurch wird, wie auch durch Versuche nachgewiesen worden ist, eine Isolierung
geschaffen, deren Isolationsvermögen so hoch ist, daß es- sich der vorerwähnten
Hochvakuumisolation nähert und welche Isolierung aber gleichzeitig für alle vorkommenden
Isolationszwecke Anwendung finden kann. Als ;, Gase gemäß der vorliegenden Erfindung
kommen hauptsächlich nur Verbindungen mit Halogenen und/oder Schwefel in Frage;
und selbst innerhalb dieser Gruppe von Gasen ist die Auswahl noch dazu eine recht
beschränkte, denn.die Gase müssen auch noch die Forderungen erfüllen, daß sie in
bezug auf den Füllbaustoff des Elements indifferent sind. Sie dürfen weiterhin keine
Verbindungen mit dem Isolationsbaustoff eingehen und auch keine schweren Gifte :enthalten:
Schließlich- müssen sie beständig sein, um eine lange Lebensdauer der Isolation
zu gewährleisten. Alles dieses in Verbindung mit der weiteren Tatsache, daß die
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gase an und für sich mehr zu Konvektion neigen als
beispielsweise Luft oder die bekannte Kohlensäure, erklärt zur Genüge, daß bisher
niemand auf den Gedanken gekommen ist, däß derartige Gase für Isolationszwecke überhaupt
in Frage kommen können, geschweige denn, daß erkannt wurde, daß durch die Verwendung
derartiger Gase ganz besondere isolationstechnische Vorteile erzielt werden können.
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Als Füllgas für Isolationselemente gemäß der Erfindung eignet sich
insbesondere Schwefelhexafluorid (S F6), Methylchlorid (C H3 Cl)
und Dichloridfluörmethan
(C C12 F2). Weiterhin aber auch Sulfurylfluorid (S02 F2), Methylbromid (CH3 Br),
Äthyljodid (C2 H5 J) usw. Alle diese Gase sind Halogenverbindungen.. Andere geeignete
Gase sind Verbindungen des Schwefels, z. B. Schwefeldioxyd (S02) und Schwefelkohlenstoff
(CS2). Ein Gemisch von zwei öder mehreren dieser Gase kann selbstverständlich verwendet
werden. Das verwendete Gas oder Gasgemisch soll zweckmäßig einen Siedepunkt haben,
der niedriger ist als - die niedrigste an der Stelle herrschende Temperatur; an
welcher das Element verwendet werden soll. Ferner soll das zum Füllen des Elements
gewählte Gas in dem Baustoff, aus welchem das Element besteht, unlöslich sein und
ferner von solcher Beschaffenheit sein, daß es in keiner Weise diesen Baustoff angreift.
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Wie aber bereits vorstehend erwähnt, ist es selbst für diese Gase
eine unerläßliche Bedingung, daß in Verbindung mit ihnen solche Mittel, wie beispielsweise
Folien mit bestimmten Abständen, poröse Baustoffe u. dgl., Verwendung finden, die
Konvektionsströmungen weitgehend verhindern und deren Wärmeübertragungsvermögen
so gering wie nur irgend möglich ist, so daß eine Wärmeübertragung auf einem anderen
Wege als dem der Wärmeleitung durch das Gas hindurch praktisch nicht möglich ist.
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Die Gase gemäß der Erfindung können in eine große Anzahl von Zelleneingeschlossen
sein, deren Wandungen jedoch so dünn sein müssen, daß sie der Wärmeleitung durch
ihre Wandungen hierdurch einen möglichst großen Widerstand entgegensetzen. Diese
Zellenkönnen auf verschiedene Weise gebildet werden,
wobei zu beachten
ist, daß die Masse, aus welcher die Zellen gebildet sind, von solcher Beschaffenheit
ist, daß das Gas nicht durch die Zellenwände diffundieren kann.
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Zur Bildung der Zellen und zur gleichzeitigen Einfüllung des betreffenden
Gases in dieselben kann das folgende Verfahren verwendet werden. Das Füllgas wird
unter Druck durch ein granuliertes oder pulverförmiges Material, z. B. Kork, Holzkohle
o. dgl.. absorbiert, worauf dieses Material noch unter Druck einer geschmolzenen
und/oder in einem Stoff gelösten Masse der Zellensubstanz, z. B. mit einer kleinen
Menge Aceton versetzter Kunststoffe aus Acetylcellulose und Kampfer oder Kampferersatzstoffen,einverleibt
wird. Auch kann Füllgas in an und für sich bekannter Weise unmittelbar in die geschmolzene
oder gelöste Zellensubstanz ,eingeführt werden. Beispielsweise kann auch die zellenbildende
Substanz in einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. Aceton bei niedriger Temperatur,
aufgelöst werden, der das Gas in verflüssigtem Zustand einverleibt wird. Durch Temperaturerhöhung
dieser Mischung kann das verflüssigte Gas dann zum Verdampfen gebracht werden, wobei
sich die Zellen bilden. Sobald die Masse eine hinreichende Poros.ität erhalten hat,
diffundiert beim Abtrocknen das Aceton aus der Masse heraus, während das Gas in
den Zellen des so hergestellten Isolierungsmaterials zurückbleibt.
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Als Substanz zur Bildung der Zellen bzw. der Zellwände der Isolierung
kommen u. a. folgende Materialien in Betracht: lösliche Kunstmassen, wie Harze und
Kondensationsprodukte des Formaldehyds; oderandere Aldehyde mit Phenol, des Karbamids,
Glycerins oder Polystyrols usw.
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Das so hergestellte Element kann in geeigneter Weise mittels Wände
umgeben werden, die auch in einem Stück mit dem Element und aus dem zellenbildenden
Baustoff selbst bestehen können.
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Ein mit einem Gas gemäß der Erfindung gefülltes, luftdicht geschlossenes
Element känn mit einem Pulver oder :einem granulierten oder fibrösen Material o.
dgl. gefüllt worden sein, durch das einer Wärmeübertragung durch Strahlung bzw.
Konvektion entgegengewirkt wird. Als Füllmittel eignet sich z. B. Glaspulver, Kieselgur,
Glaswolle, Holzkohlenpulver, granulierter Kork, Korkpulver usw. Es sei bemerkt,
daß, wenn z. B. Schwefelheaafluorid als elementausfüllendes Gas verwendet wird,
dieses Gas ein Wärmeleitungsvermögen hat, das nur etwa ein Drittel desjenigen ruhender
Luft beträgt. Ferner ist dieses Gas chemisch indifferent und hat ein sehr niedriges
Diffundierungsvermögen, was sein sicheres Verbleiben im Element gewährleistet. Der
Druck des Gases innerhalb des Elements kann zweckmäßig bei oder annäherungsweise
bei Atmosphärendruck liegen, was das Verbleiben des Gases im Element noch erleichtert.
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Als Mittel zum Entgegenwirken der auf Strahlung und Konvektion beruhenden
Wärmeübertragung durch das Element können auch Bleche oder Folien, z. B. aus sehr
dünnem Aluminium o. dgl., Verwendung finden. Die .äußeren Wände eines derartigen
Elements können aus steifen Platten, z. B, aus Aluminium, bestehen, die so fest
sind, daß sie die Form des Elements gewährleisten.
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Zur Einführung des . Füllgases dienen Löcher in den Elementwandungen,
die nach erfolgter Füllung luftdicht abgeschlossen werden. Auch die Folien werden
zweckmäßig an einer oder mehreren Stellen mit Löchern versehen, um eine vollständige
Entfernung der Luft aus dem Element und dessen Gasfüllung zu sichern. Die Löcher
in den Folien dienen auch dazu, die durch die Folien gebildeten Kammern miteinander
zu verbinden, wodurch im ganzen Element der gleiche Gasdruck, zweckmäßig Atmosphärendruck,
herrscht.
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Zwecks Entgegenwirkung der auf Strahlung beruhenden Wärmeübertragung
durch das Element wird zweckmäßig wenigstens jede zweite der Folien mit glänzenden
wärmerückstrahlenden Flächen versehen. Die übrigen Folien können auch aus Papier
oder ,ähnlichem Baustoff mit schlecht wärmerückstrahlenden Flächen bestehen, da
sie hauptsächlich dem Zwecke dienen, die Entstehung einer Konvektion im Gase zu
verhindern. Eine solche Anordnung vermindert die Kosten des Elements, ohne dessen
hohes W.ärmeisolierungsvermögen herabzusetzen.
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Es ist zu empfehlen, das Element mit Gas von einem etwas niedrigeren
als Atmosphärendruck zu füllen, da dann der an der Außenseite des Elements wirkende
Atmosphärendruck die Neigung hat, die Filzrahmen und die Außenplatten in ihrer Lage
zu halten.
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ES ist von größter Bedeutung zur Erreichung des angestrebten Zweckes,
daß die zum Entgegenwirken einer auf Konvektion beruhenden Wärmeübertragung dienenden
Mittel auch wirklich ihrem Zweck entsprechend ausgebildet sind. Die Folien müssen
um so näher einander angeordnet sein, je
schwerer das verwendete Gas oder
aber auch je kleiner die innere Reibung des Gases ist. Versuche haben ergeben, daß,
wenn eines oder mehrere der obengenannten Gase verwendet wird, der Abstand zwischen
den Folien 5 mm nicht überschreiten darf, um eine Konvektion zu verhindern. Um unter
allen Umständen sicher zu sein, daß Konvektion nicht
eintritt, ist
es zu empfehlen, die Folien "in einem Abstand von q. mm oder darunter anzuordnen.
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Bei Verwendung anderer Mittel an Stelle von Folien sind auch diese
naturgemäß .so zu wählen, daß die Konvektion des,- Gases weitmöglichst ausgeschlossen
ist, beispielsweise ist bei Verwendung von Füllmaterial in Pulverform darauf zu
achten, daß dieses Material so feinkörnig ist, daß durch seine Zwischenräume hindurch
konvektive Gasströmungen nicht entstehen. können.