NO164791B - Anordning for begrensning av transmisjon for elektromagnetisk straaling. - Google Patents

Description

Teknisk område:

Oppfinnelsen angår en anordning for begrensning av transmisjon av elektromagnetisk stråling, så som varmestråling, gjennom absorpsjon. Anordningen kan være utført som et isolasjonselement som skal isolere mot slik stråling. Et særlig egnet område for anvendelse av oppfinnelsen er til isolerende vinduselementer.

Teknikkens standpunkt:

Isolering mot varme eller kulde løses idag normalt ved anvendelse av porøse materialer, dvs. materialer med stort luftinnhold og hvor materialet i hovedsaken-tjener til å forhindre at det oppstår luftstrømmer. I praksis innebærer dette at varmeut-vekslingen ved konveksjon og ledning minskes. En tredje måte som varme overføres på er ved stråling. Strålingens bølgelengde avhenger av kildens temperatur; jo høyere temperatur desto kortere bølgelengde. F.eks. er solens overflatetemperatur ca. 6000°C, -hvilket gir et strålingsmaksimum ved bølgelengden 0,6 mikrometer. Ved mer normale temperaturer, fra ca. 700°C og lavere, ligger strålingsmaksimum ved 2-10 mikrometer, såkalt langbølget varmestråling eller infrarød stråling.

I og for seg kan isolering mot stråling skje ved hjelp av porøse materialer, idet strålingen når den treffer det avskjermede isolasjonselement blir omvandlet til varme, altså en agitering av molekylene i materialet. Imidlertid er det også av interesse å påvirke strålingen direkte uten å la den i sin hoveddel om-vandles til varme. Dette kan skje ved refleksjon f.eks. i metall-folier. Slik refleksjon er forøvrig den eneste isoleringsmetode mot stråling, som står til disposisjon ved gjennomsiktige elementer, f.eks. vinduer.

Det tekniske problem:

En ulempe ved bruk av metaller som reflektorer for stråling

er at de som regel er gode varmeledere, noe som i en viss grad reduserer effekten når varmeoverføring skal forhindres. En annen og kanskje mer alvorlig ulempe er at metallskikt, selv om de er meget tynne og gjennomsiktige, påvirker alle bølgelengder, slik at også gjennomgang av stråling med kortere bølgelengde minskes. Dette medfører ved anvendelse i vinduer at solstrålingen minskes slik at man får en redusert lysstrøm og redusert kort-bølget varmeinnstråling.

Løsningen:

I stedet for å benytte metallskikt blir det ifølge/: oppf innelsen anvendt et eller flere skikt av en eller flere gasserrbéliggende mellom tette vegger, hvilke gasser er til dels dårlige:varmeledere og til dels gode absorbenter for stråling og emittenter av den absorberte elektromagnetiske stråling. "Oppfinnelsen defineres nøyaktig i de vedføyde patentkravene. Fordeler: Slik det skal vises i det følgende kan man ved hjelp av slike skikt av gasser oppnå både oppfangning av elektromagnetisk stråling ved absorpsjon og tilbakekasting av denne ved emisjon. Dermed kan det tilveiebringes en anordning som til dels har.lav varmeledningsevne, til dels reduserer konveksjonsstrømmer:til et minimum og til dels har en høy ref leks j;onsevne mot varmestråling eller annen elektromagnetisk stråling. Ved anvendelse av oppfinnelsen i gjennomsiktige elementer, så som vinduer:, hvilket burde være en viktig anvendelse, blir det oppnådd ggdrivarme-isoleringsevne uten at det synlige lys som passerervgjennom elementet påvirkes, slik det skjer ved bruk av metallskikt.

Figurbeskrivelse:

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under ..henvisning til tegningene. Figur 1 viser i snitt en hermetiska lukket vinduskassett og figurene 2 og 3 viser i diagramform forskjellige ut-førelser av oppfinnelsen med hensyn til den ønskedeestrålings-absorpsjon.

Foretrukne utførelsesformer:

På figur 1 er det vist en vinduskassett . Denne kan være av

i og for seg kjent art og figuren angir også en slikkkåssett hvis oppbygning er i hovedsaken kjent. Kassetten harri det viste tilfellet tre vindusglass 1, 2 og 3, mellom hvilke défctdannes to mellomrom 4 og 5. Rommene 4 og 5 er hermetisk lukket ved at kantlister 6 og 7 er limt inn mellom glassene l,,2_og 3. Dessuten er det pålimt en avstivende ramme 8. Kantlistene 6 og 7 kan inneholde et fuktighetsopptakende stoff, slikkat dugg-dannelse forhindres i mellomrommene 4 og 5.

Kasetter av denne'art er vanligvis utført med rettvinklede rammer slik at det dannes en parallellepipedisk kassett. Denne kan for bruk som vindu innsettes direkte i en fasade eller vanligvis i en vinduskarm som tillater åpning eller som ikke er til å åpne, idet karmen tjener til montering i en veggflate.

Hensikten med å utføre et vindu på denne måte, er at man

skal kunne få flere innbyrdes adskilte rom slik at varmegjennomgang ved konveksjon blir begrenset uten at man av den grunn får mer enn to glassflater å rengjøre. I allmennhet er nemlig mellomrommene gassfylt, hvorved det oppstår varmeovergang gjennom konveksjon, mens de tekniske problemer som er forbundet med evakuerte mellomrom, først og fremst høy trykkpåkjenning på glassrutene og risiko for lekkasje av tilsmusset og fuktig atmos-færeluft inn i mellomrommet, ikke kan mestres med rimelige midler. En vinduskassett av denne art gir en viss varmeisolering gjennom

-sin nevnte konveksjonsbegrensende evne og ved at den innelukkede luft er en dårlig varmeleder. Derimot påvirkes strålingsgjennom-gangen svært ubetydelig, særskilt når det dreier seg om den

mest kortbølgete stråling. Delvis er dette et ønskemål ved vinduer, da disse anvendes for at man skal kunne slippe gjennom synlig lys, men er en ulempe på grunn av den gjennomgang av varmestråling som blir konsekvensen. Dette fører til en sterk indre oppvarming i en bygning gjennom solstråling, henholdsvis stort energitap gjennom varmeutstråling.

Oppfinnelsen kan således tillempes ved vinduskassetter av

den beskrevne art med hensyn til de faste deler, således vindusglass og ramme. Den kan imidlertid også tillempes i samband med andre typer av elementer, som består av strålingsgjennomslippende elementer med innbyrdes mellomrom. Således kan oppfinnelsen foruten til vinduer også benyttes ved strålingsbe-skyttende skjermer og vegger eller ved beholdere, som f.eks. omslutter utstyr som avgir eller skal beskyttes mot elektromagnetisk stråling. I de strålingsgjennomslippende skive- eller plateelementer kan det derved foruten vindusglass anvendes ugjennom-siktig glass, plast eller krystallinsk materiale, og elementene kan dessuten ha form som plane skiver, være utført som kromme skiver, sylindre, kuler eller andre former. Det skal anordnes minst to elementer slik at det fremkommer et mellomliggende rom, hvilket som nevnt skal være hermetisk lukket.

Oppfinnelsen har en viktig anvendelse i forbindelse med strålings-og fortrinnsvis lysgjennomslippende elementer. Ved slike kan den fordel at.gassene ved passende valg absorberer varme, men ikke lysstråling, utnyttes. Dessuten får man den effekt:at gassene direkte blir nådd av strålingen. Imidlertid kan/også ikke-gjennomslippende elementer anvendes, f.eks. metallplater.

Ved stråling vil disse bli oppvarmet og utsender da va-rmestråling, hvis transmisjon gjennom elementet begrenses av gassene, slik som angitt.

Det som kjennetegner oppfinnelsen er at de nevnte meJ-lomrom mellom elementene, i kassetten ifølge figur 1 i det minste et av mellomrommene 4 eller 5, •■ er fylt med en eller flere-? gasser som er særskilt utvalgt for å gi høy strålingsabsorpsjon innenfor det bølgelengdeområde hvor man ikke ønsker transmisjon-av strålingen. Ved vinduer velges derved gassen eller gassene slik at<!.>den synlige stråling i hovedsaken er upåvirket, mens varmestrålingen begrenses. I'forbindelse med oppfinnelsen er det bevist at man kan få en

høy strålingsabsorpsjon innenfor et ønsket bølgelengdeområde ved hensiktsmessig valg av gass eller vanligvis flere"samvirkende gasser. Gassene har i allmennhet hver for seg absorpsjon innenfor et bølgelengdeområde som er smalere enn det bølgelengdeområde som man ønsker absorpsjon i. Imidlertid kan i det minste hoveddelen av det ønskede bølgelengdeområde dekkes ved en blanding av ulike gasser med ulike absorpsjonsområder.

Som eksempel på gasser kan nevnes karbonmonoksyd,,karbondioksyd og fosfortrifluorid. Disse gasser er helt gjennomsiktige, det vil si de absorberer ikke stråling, innenfor det synlige området (solstråling). De har lavere varmeledningsevne enn luft, hvilket er fordelaktig i denne sammenheng. De har dessuten den ønskede egenskap at de sterkt absorberer stråling innenfor bølgelengde-området 2-25 mikrometer. Innenfor dette intervall ligger den største del av forekommende varmestråling. Ved anvendelse i vinduer blir det således oppnådd at varmetapet innenffa^og ut under oppvarmingsperioden, minsker betydelig ved at dén-.lång-bølgede varmestråling hindres gjennom absorpsjon. Ved^absorpsjonen agiteres gassmolekylene under et meget kort tidsintervall, og en gjenutsendelse, emisjon av den mottatte energi skjérrumiddelbart. Denne emisjon skjer for en stor del i den retning soims.trålingen opprinnelig kom fra. En viss temperaturøkning i gassen:kan dog forventes, hvilket bidrar til at vinduet ikke følésskaldt innenfra.

Ved agitering av gassmolekylene kan en emisjon av den mottatte energi skje i vilkårlig retning. Man skulle derfor kunne forvente at den energi som kastes tilbake mot strålingskilden, bare skulle utgjøre en mindre del, i hvert fall ikke større del enn halvparten av den mottatte energi. I forbindelse med oppfinnelsen har det imidlertid vist seg at hoveddelen av den mottatte energi tilbakesendes. Forløpet er ikke helt klarlagt, men trolig skjer emisjonen hovedsakelig til samme side som den molekylene mottok strålingen fra, og forøvrig finnes den mekanisme at strålingen i hovedsaken blir mottatt av de molekyler som befinner seg i skiktet nærmest strålingskilden, og i de tilfeller emisjonen skjer i retning fra strålingskilden, vil nærliggende skikt av molekyler bli agitert, hvilke i sin tur emiterer hovedsakelig i retning mot strålingskilden.

Når det gjelder oppfinnelsens karakteriserende prinsipp, således at stråling skal absorberes i en hensiktsmessig sammen-satt gassmasse, kan denne absorpsjon oppnås i et eneste skikt,

og det absorberende element trenger bare ut fra dette synspunkt å utføres med bare et mellomrom. Imidlertid kan det i visse tilfeller være ønskelig at man oppnår forskjellige egenskaper ved elementet med hensyn til stråling fra begge sider av dette.

I slike tilfeller kan det være hensiktsmessig å utføre elementet med i det minste to mellomrom. Man kan allikevel ønske andre funksjoner i elementet, så som begrensning av varmegjennomgang på grunn av konveksjon. Dette gir foranledning til inndeling av rommet mellom elementets to yttersider i flere skikt, nemlig to, tre eller flere. Det er i den forbindelse ikke nødvendig at samtlige mellomrom inneholder den spesifikke gassblanding.

På den annen side behøver ikke de adskilte rom å være hermetisk lukket i forhold til hverandre, dersom gassblandingen er den samme i de rom som har en viss kommunikasjon med hverandre. Imidlertid må forbindelsen være begrenset for at den beste hindring mot konveksjon skal kunne oppnås.

Av sentral betydning ved denne oppfinnelse er valget av gasser. I diagrammene på figurene 2 og 3 er det innlagt gjennomslipnings-kurver for et antall gasser, som i figuren er angitt med sine kjemiske formler. Derved fremgår det at man har oppnådd en betydelig absorpsjon opptil ca. 95% innenfor store deler av strålingsområdet fra omkring 4-16 mikrometer, således innenfor det bølgelengdeområde hvor den hovedsakelige varmestråling befinner seg. På figurene er det langs X-aksen vist graden av gjennom-slipning i prosent. Den gjenstående strekning langs denne akse gir således absorpsjonen. Langs Y-aksen er det angitt strålings-bølgelengde i mikrometer.

På figur 3 er det vist en annen gass-sammensetning, som like-ledes er angitt på figuren, hvor det blir oppnådd en enda tettere absorpsjonsdekning innenfor det nevnte bølgelengdeområde. Som det fremgår av figurene, har de fleste av gassene flere absorp-sj onsområder.

Selv om de for absorpsjon av varmestråling egnede gasser fremgår av.figurene 2 og 3, skal de viktigste av disse gasser angis nedenfor.

Det er viktig at de anvendte stoffer har et kokepunkt som ligger godt under anvendelsesområdet for vedkommende isolasjonselement. Av de nevnte gasser ligger det høyeste kokepunkt på -78°C (CC>2). Lav varmeledningsevne er fordelaktig. Freon inntar en viktig plass blant de anvendbare gasser.

Industriell tilgodegjørelse:

Oppfinnelsen er spesielt illustrert i forbindelse med vinduer, hvilket turde være et viktig anvendelsesområde. Det er også nevnt at oppfinnelsen kan tillempes ved andre bygningselementer, så som vegger, tak og gulv. Oppfinnelsen kan videre anvendes til beholdere og apparathus, f.eks. ved termosflasker, varmtvanns-beredere, ovner, komfyrer, kokekar, prosessbeholdere; sisterner, varmeveksler, skorstener, gassbeholderé, kjøleskap samt ledninger for væske og gass.

Anordningen kan også med fordel anvendes ved åpninger i dobbelt-vegger på båter, fartøyer og fly, bl.a. for å redusere risikoen for kondens på grunn av kalde overflater.

Claims (4)

1. Anordning for begrensning av transmisjon av elektromagnetisk stråling innenfor et forutbestemt bølgelengdeområde som henfører seg til en bestemt type stråling, idet anordningen er utstyrt med avskjermende veggelementer (1-3) som er innrettet til å plasseres i strålingsveien og er anordet med innbyrdes mellomrom langs strålingsveien og danner et eller flere rom (4, 5) mellom seg, i hvilke rom gass er innestengt, karakterisert ved at den gass som er innestengt i rommet eller rommene, består av en blanding av et flertall forskjellige gasser, som hver for seg oppviser en vesentlig dempning av transmisjonen av elektromagnetisk stråling innenfor et eller flere spesifikke, utpregede bølgelengdebånd for den respektive gass, hvor hvert enkelt bølgelengdebånd er så smalt at det bare utgjør en mindre del av det forutbestemte bølge-lengdeområdet , idet gassene er valgt og kombinert slik at den sammenlagte dempningseffekten gir en vesentlig begrensning av transmisjonen innenfor et i hovedsak sammenhengende bølgelengde-område med vesentlig større utstrekning enn det som oppvises av noen av gassene, og som hovedsakelig tilsvarer det forutbestemte bølgelengdeområdet og dermed den bestemte typen stråling.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at gassene er valgt for å tilveiebringe en vesentlig begrensning av transmisjonen av varmestråling, som hovedsakelig befinner seg innenfor bølge-lengdeområdet 2-25 mikrometer, og samtidig ubetydelig dempning av transmisjonen av synlig lys, hvorved elementene er utført av lysgjennomslippelig materiale, slik som glass.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den er utført som en vinduskassett, som kan være av i og for seg kjent type og som innbefatter minst to vindusglass eller lignende som er forenet med hverandre ved hjelp av et rammeelement (6-8) , slik at minst ett hermetisk lukket rom (4, 5) dannes mellom glassene, hvorved minst ett av rommene innestenger nevnte gass eller gasser som er valgt for en vesentlig dempning av transmisjonen av den elektromagnetiske strålingen innen det forutbestemte bølgelengde-området som representerer varmestråling.

4. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rommene (4-5) er utstyrt med tverrgående og/eller langsgående baffler for å forhindre varmeledning ved konveksjon i gassen/gassene.