WO2007014411A1 - Insulation for cooled modular units - Google Patents

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WO2007014411A1
WO2007014411A1 PCT/AT2006/000326 AT2006000326W WO2007014411A1 WO 2007014411 A1 WO2007014411 A1 WO 2007014411A1 AT 2006000326 W AT2006000326 W AT 2006000326W WO 2007014411 A1 WO2007014411 A1 WO 2007014411A1
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radiation shield
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structural unit
insulation
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PCT/AT2006/000326
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Christian Neugebauer
Johannes Stipsitz
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Austrian Aerospace Gmbh
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    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Abstract

The invention relates to insulation for modular units (1) that are cooled to below 150 Kelvin and are stored in an evacuated container (2) with support elements (3) therebetween, with at least one radiation shield (4) being arranged between the modular unit (1) and the container wall, the bedding for the radiation shield (4) being formed by a support structure (6) which provides point or line contact in the manner of Hertz contacts.

Description

Isolierung für gekühlte BaueinheitenInsulation for refrigerated units
Die Erfindung betrifft eine Isolierung für auf unter 150 Kelvin gekühlte Baueinheiten, welche in einem evakuierten Behäl- ter unter Zwischenschaltung von Stützkörpern gelagert sind, mit wenigstens einem zwischen der Baueinheit und der Behälterwand angeordneten Strahlungsschild. Die Erfindung betrifft weiters eine Bettung für ein Strahlungsschild der oben genannten Art.The invention relates to an insulation for units cooled to less than 150 Kelvin, which are stored in an evacuated container with the interposition of supporting bodies, with at least one radiation shield arranged between the unit and the container wall. The invention further relates to a bedding for a radiation shield of the type mentioned above.
Auf Temperaturen unter 150 Kelvin gekühlte Baueinheiten werden beispielsweise als Tank-, Lager- und Transportbehälter für tiefkalte Flüssigkeiten, wie beispielsweise verflüssigte Gase, z.B. flüssigen Wasserstoff, eingesetzt. Temperaturen unter 150 Kelvin werden hierbei als kryogenes Temperaturniveau definiert. Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft Baueinheiten, die bei tiefkalten Temperaturen betrieben werden, wie beispielsweise Supraleiter für Magnetspulen, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik und hier besonders in der Magnetresonanz- tomographie Verwendung finden, oder auch Infrarotsensoren. Derartige Baueinheiten müssen nicht nur auf solch tiefe Temperaturen gekühlt werden, sondern auch auf diesem Temperaturniveau mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand gehalten werden. Zu diesem Zweck werden die gekühlten Baueinheiten in einem evakuierten Behälter unter Zwischenschaltung von Stützkörpern gelagert und es sind hierzu Aufhängungen bekannt geworden, bei welchen die gekühlte Baueinheit in einem äußeren Behälter im Vakuum so abgestützt wird, dass die geforderten statischen und dynamischen Lasten übertragen werden können und gleichzeitig ein Wärmeeintrag von außen auf die zu isolierende Baueinheit minimiert wird.Units cooled to temperatures below 150 Kelvin are used, for example, as tank, storage and transport containers for cryogenic liquids, such as liquefied gases, e.g. liquid hydrogen, used. Temperatures below 150 Kelvin are defined here as the cryogenic temperature level. Another field of application relates to assemblies that are operated at cryogenic temperatures, such as superconductors for magnetic coils, as used for example in medical technology and especially in magnetic resonance tomography, or infrared sensors. Such units must not only be cooled to such low temperatures, but also be kept at this temperature level with economically justifiable effort. For this purpose, the cooled units are stored in an evacuated container with the interposition of supporting bodies and there are known for this suspensions in which the cooled unit is supported in an outer container in a vacuum so that the required static and dynamic loads can be transmitted and at the same time a heat input from the outside is minimized to the unit to be insulated.
Zur Verbesserung der Isolierung der gekühlten Baueinheit ist weiters bereits vorgeschlagen worden zwischen der Baueinheit und der Behälterwand des evakuierten Behälters wenigstens ein Strahlungsschild anzuordnen, welches den durch Wärmestrahlung erfolgenden Wärmeeintrag auf die gekühlte Baueinheit minimie- ren soll. Das Eigengewicht des Strahlungsschildes soll so auf der gekühlten Baueinheit abgestützt werden, dass auch ein Wär- meeintrag über Wärmeleitungen von außen über die Mantelfläche auf die zu isolierende Baueinheit minimiert wird.In order to improve the insulation of the cooled structural unit, it has also been proposed to arrange at least one radiation shield between the structural unit and the container wall of the evacuated container, which minimizes the heat input due to heat radiation to the cooled structural unit. ren should. The dead weight of the radiation shield should be supported on the cooled structural unit in such a way that a heat input via heat conduction from the outside over the lateral surface to the structural unit to be insulated is minimized.
Strahlungsschilde sind als selbsttragende Schilde bekannt geworden, welche eine hohe Steifigkeit aufweisen, sodass ein Abstützen an einigen wenigen Stellen ausreicht, um die Berührung des Schilds mit der Kaltfläche der Baueinheit und damit unzu- lässig hohe Wärmeleitung zu vermeiden. Die Abstützung erfolgt hierbei beispielsweise mittels Streben oder Bändern aus Materialien niedriger Wärmeleitung, wie z.B. glasfaserverstärktem Kunststoff . Es sind auch flexible Folienschilde bekannt geworden, welche in mehreren Lagen zur Ausbildung einer sogenannten Vielschicht-Superisolation aufeinander gebettet sind. Wenn mehrere Strahlungsschilde aufeinander gebettet werden sollen, sind üblicher Weise Trennlagen aus Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit vorgesehen, wobei die Strahlungsschilde hierbei beispielsweise aus metallisierten Kunststofffolien oder Metallfolien bestehen, zwischen welchen Trennlagen aus Kunststoffgewebe, Kunststoffvlies, Glasgewebe, Glasgelege, ge- presstem Glaspapier oder Glasvlies angeordnet sind.Radiation shields have become known as self-supporting shields, which have a high rigidity, so that a support at a few points sufficient to avoid contact of the shield with the cold surface of the assembly and thus inadmissibly high heat conduction. The support is in this case for example by means of struts or bands of low heat conduction materials, such. fiberglass reinforced plastic. There are also known flexible foil shields, which are embedded in several layers to form a so-called multi-layer super insulation each other. If several radiation shields are to be embedded on one another, separation layers of materials with low thermal conductivity are conventionally provided, the radiation shields in this case for example consisting of metallized plastic films or metal foils, between which separating layers of plastic fabric, plastic fleece, glass fabric, Glasgelege, pressed glass paper or glass fleece arranged are.
Der Nächteil derartiger Anordnungen liegt jedoch darin, dass die Trennlagen zu einer Abschattung der reflektierenden Oberflächen der Strahlungsschilde führen, sodass die Emissivität der Oberfläche um Faktoren bis zu 30 erhöht werden und damit die strahlungsisolierende Wirkung erheblich reduziert wird. Darüber hinaus ist durch die flächige Berührung zwischen dem Strahlungsschild und der Abstützung eine hohe Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zu beobachten, sodass ein Wärmeeintrag auf die gekühlte Baueinheit erfolgt, wobei ein derartiger Wärmeeintrag sowohl bei der Abstützung der Schilde mittels Streben oder Bändern als auch bei der Anordnung von Trennlagen zu be- obachten ist. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die Isolation bei Verwendung von Strahlungsschilden zu verbessern und insbesondere die Bettung bzw. die Abstützung des Strahlungsschildes derart auszubilden, dass der Wärmeeintrag auf die gekühlte Baueinheit minimiert wird.However, the disadvantage of such arrangements lies in the fact that the separating layers lead to shading of the reflective surfaces of the radiation shields, so that the emissivity of the surface is increased by factors of up to 30, and thus the radiation-insulating effect is considerably reduced. In addition, by the areal contact between the radiation shield and the support, a high heat transfer by heat conduction is observed, so that heat is applied to the cooled assembly, wherein such heat input both in the support of the shields by means of struts or bands and in the arrangement of Separation layers is to be observed. The present invention therefore aims to improve the insulation when using radiation shields and in particular to form the bedding or the support of the radiation shield in such a way that the heat input to the cooled structural unit is minimized.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Isolierung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß derart weitergebildet, dass die Bettung des Strahlungsschildes von einer mit einer Punkt- oder Linienberührung nach Art von Hertz 'sehen Kontakten aufliegenden Stützstruktur gebildet ist. Dadurch, dass für die Abstützung lediglich Hertz 'sehe Kontaktflächen vorgesehen sind, welche sich durch eine Punkt- bzw. Linienberührung auszeichnen, wird der Wärmetransport durch Wärmeleitung wesentlich herab- gesetzt. Es wird hierbei die Wärmeleitung zwischen dem Strahlungsschild und der gekühlten Baueinheit nicht, wie dies herkömmlichen Ausbildungen entspricht, mittels Materialien geringer thermischer Leitfähigkeit minimiert und der Temperaturunterschied nicht über möglichst lange Temperaturabbaustrecken abgebaut, sondern es findet an den Hertz 'sehen Kontaktstellen ein Temperatursprung statt, der sowohl die Verwendung von steifen Materialen hoher Wärmeleitfähigkeit als auch eine kompakte Bauweise erlaubt.To solve this problem, the isolation of the type mentioned is inventively developed such that the bedding of the radiation shield is formed by a contact with a point or line contact in the manner of Hertz 'contact support structure. The fact that only Hertz 'contact surfaces are provided for the support, which are characterized by a point or line contact, the heat transfer is significantly reduced by heat conduction. In this case, the heat conduction between the radiation shield and the cooled structural unit is not minimized by means of materials of low thermal conductivity and the temperature difference is not reduced over the longest possible temperature reduction stages, but a temperature jump occurs at the Hertz contact points allows both the use of rigid materials of high thermal conductivity as well as a compact design.
Um auch bei höheren Belastungen sicherzustellen, dass tatsächlich im Wesentlichen nur eine Punkt- bzw. Linienberührung stattfindet, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Strahlungs- schild und das Material der Bettung jeweils ein Elastizitätsmodul normal zur Oberfläche von wenigstens 50 kN/mm2 aufweisen. Durch die Verwendung von Materialien hoher Steifigkeit wird eine weitgehend selbsttragende Struktur geschaffen, welche lediglich an einigen wenigen Stellen abgestützt werden muss und es wird sichergestellt, dass das Material an den Stützstellen nicht verformt wird, was zu einer unerwünschten Flächenberüh- rung führen würde. Die Bettung des Strahlungsschildes kann somit entsprechend grobmaschig ausgebildet sein und es ist in diesem Zusammenhang in bevorzugter Weise vorgesehen, dass die Bettung eine netzartige Struktur aufweist, wobei die netzar- tige Struktur direkt auf der kalten äußeren Oberfläche der gekühlten Baueinheit aufliegen kann. Die Wärmeleitung zwischen der gekühlten Baueinheit und der netzartigen Stützstruktur bzw. zwischen der Stützstruktur und dem Strahlungsschild wird durch die Hertz 'sehen Kontakte sehr niedrig gehalten. Eine grobmaschige Struktur ist hierbei von besonderem Vorteil und es daher bevorzugt vorgesehen, dass die Bettung höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10%, der Oberfläche des Strahlungsschildes abdeckt. Durch eine derartig Ausbildung wird die von der Bettung verursachte Abschattung der Schildoberfläche minimiert, wobei durch den geringen Oberflächenanteil der Stützstruktur von lediglich höchstens 20%, vorzugsweise lediglich höchstens 10%, der Oberfläche des Strahlungsschildes die ther- malisolierende Wirkung der hochreflektierenden Schildoberflä- che und die niedrige Emissivität der tiefkalten Oberfläche der Baueinheit bestmöglich genützt wird.In order to ensure even at higher loads that essentially only one point or line contact takes place, it is preferably provided that the radiation shield and the material of the bedding each have a modulus of elasticity normal to the surface of at least 50 kN / mm 2 . The use of high stiffness materials creates a largely self-supporting structure, which only needs to be supported in a few places, and ensures that the material will not be deformed at the support points, which would result in undesirable surface contact. The bedding of the radiation shield can thus be formed correspondingly coarse mesh and it is in this context preferably provided that the bedding has a net-like structure, the Netzar- tige structure can rest directly on the cold outer surface of the cooled assembly. The heat conduction between the cooled assembly and the net-like support structure or between the support structure and the radiation shield is kept very low by the Hertz 'see contacts. A coarse-mesh structure is particularly advantageous and it is therefore preferred that the bedding cover at most 20%, preferably at most 10%, of the surface of the radiation shield. Such a design minimizes the shadowing of the shield surface caused by the bedding, the surface insulating layer of the support structure having only a maximum of 20%, preferably only 10%, of the surface of the radiation shield having the thermally insulating effect of the highly reflective shield surface low emissivity of the cryogenic surface of the assembly is used as best as possible.
Eine völlige Vermeidung von Abschattungseffekten gelingt gemäß einer bevorzugten Ausbildung dadurch, dass die Bettung von aus der Ebene des Strahlungsschildes vorstehenden, mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildeten Bereichen des Strahlungsschildes, beispielsweise von Noppen des Strahlungsschildes, gebildet ist. Die Bettung wird in diesem Fall durch die Formung des Strahlungsschildes selbst gebildet, wobei durch die gekrümmten Oberflächenbereiche sichergestellt ist, dass das Strahlungsschild mit einer Punkt- oder Linienberührung nach Art von Hertz 'sehen Kontakten aufliegen kann. Die Bettung wird hierbei beispielsweise durch Prägen, Noppen oder eine Oberflä- chenstrukturierung des Schilds erreicht, wobei die Schilde beispielsweise aus Folien oder Blechen bestehen, welche eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen sollten.A complete avoidance of shading effects succeeds according to a preferred embodiment in that the bedding is formed by projecting from the plane of the radiation shield, formed with a curved surface areas of the radiation shield, for example, knobs of the radiation shield. The bedding is formed in this case by the formation of the radiation shield itself, which is ensured by the curved surface areas that the radiation shield can rest with a point or line contact in the manner of Hertz 'see contacts. The bedding is achieved here, for example, by embossing, knobs or a surface structuring of the sign, wherein the shields, for example, consist of films or sheets, which should have the highest possible rigidity.
Die Isolationsgüte eines vakuumisolierten Behälters hängt von der Qualität des Vakuums ab, wobei im vorliegenden Fall das Vakuum auf einen Wert von < 10"4 mbar gehalten werden sollte. Durch die Evakuierung wird die Konvektion innerhalb des Behälters unterbunden und die Gasleitung im Restgas auf sehr kleine Werte reduziert. Um ein langzeitstabiles Vakuum zu erhalten, sind lange Pumpzeiten nötig, welche durch Verwendung von aus- gasstabilen Materialen im Isolationsspalt und ein Ausheizen des Isolationsspalts reduziert werden können. Gerade für Serienproduktionen stellt eine Verkürzung der Pumpzeiten ein sehr hohes Kostensenkungspotential dar. Bevorzugt ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Material der Bettung Metall, insbesondere Edelstahl oder Aluminium, gewählt ist. Bei Metallen handelt es sich um Stoffe, die im Vakuum kaum ausgasen und darüber hinaus auch bei hohen Temperaturen stabil sind. Durch die reinmetallische Ausführung der Isolations- teile, d.h. des gebetteten Schildes und der Bettung, ist es daher möglich die Ausheiztemperaturen auf bis zu 400°C zu erhöhen und somit ein höheres Vakuum zu erreichen, welches durch die Tatsache, dass Metalle sehr ausgasstabil sind, dauerhaft auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann.The insulating quality of a vacuum-insulated container depends on the quality of the vacuum from, in the present case, the vacuum should be kept mbar to a value of <10 "4. By the evacuation convection within the container suppressed and the gas line in the residual gas to very small is Values reduced To obtain a long-term stable vacuum, long pumping times are necessary, which can be achieved by using gas-stable materials in the insulation gap and a heating of the insulation gap can be reduced. A shortening of the pumping times represents a very high cost reduction potential, especially for series productions. It is therefore preferred according to the invention for the metal, in particular stainless steel or aluminum, to be selected as the material of the bedding. Metals are substances that barely outgas in a vacuum and, moreover, are stable even at high temperatures. Due to the purely metallic design of the insulation parts, ie the bedded shield and the bedding, it is therefore possible to increase the bake temperatures to up to 400 ° C and thus to achieve a higher vacuum, which is characterized by the fact that metals are very stable, can be kept permanently at a low value.
Zur weiteren Verbesserung der Isolation ist bevorzugt vorgesehen, dass das Strahlungsschild wärmeleitend mit einem Abgas- rohr für aus der Baueinheit austretendes verdampftes Kryogen verbunden ist. Das Strahlungsschild ist somit als Abgasgekühl- tes Strahlungsschild ausgebildet, wobei die Abdampf- oder Ab- gasentalpie eines in der gekühlten Baueinheit enthaltenen, verflüssigten Gases zur Kühlung des Schildes genützt wird. Ein abgasgekühltes Strahlungsschild verringert den Temperaturabfall innerhalb des Isolationsraumes, da an der Stelle des Schildes die Temperatur abgesenkt wird, während der Abgasstrom erwärmt wird. Daraus resultiert ein geringerer Temperaturgradient im Raum zwischen dem abgasgekühlten Schild und der gekühlten Baueinheit, d.h. eine Reduktion der Wärmebelastung der Baueinheit .To further improve the insulation, it is preferably provided that the radiation shield is heat-conductively connected to an exhaust pipe for vaporized cryogen emerging from the assembly. The radiation shield is thus designed as an exhaust-cooled radiation shield, wherein the exhaust gas or exhaust gas of a liquefied gas contained in the cooled structural unit is used to cool the shield. An exhaust gas-cooled radiation shield reduces the temperature drop within the insulation space, because at the location of the shield, the temperature is lowered while the exhaust gas stream is heated. This results in a lower temperature gradient in the space between the exhaust gas cooled shield and the cooled assembly, i. a reduction of the heat load of the unit.
Um die Isolation weiter zu verbessern, kann auch eine Mehrzahl von Strahlungsschilden zwischen der Baueinheit und der Behälterwand angeordnet sein, wobei auf wenigstens ein abgasgekühltes Strahlungsschild wenigstens ein weiteres Strahlungsschild gebettet ist, welches keine Abgaskühlung aufweist. Es kann somit ein mehrschichtiger Aufbau realisiert werden, wobei die einzelnen Lagen lediglich unter Zwischenschaltung von Punktoder Linienberührungen nach Art von Hertz ' sehen Kontakten aneinander anliegen. Die Isolationsgüte von sogenannten Viel- schicht-Superisolationen kann daher mit weniger Lagen erreicht werden als dies bisher der Fall war und es kann dadurch der Isolationsspalt erheblich reduziert werden, was unter anderem zu einem robusteren Aufbau führt.In order to further improve the insulation, a plurality of radiation shields can also be arranged between the structural unit and the container wall, at least one further radiation shield having no exhaust gas cooling being embedded on at least one exhaust-cooled radiation shield. It can thus be realized a multi-layer structure, wherein the individual layers abut each other only with the interposition of point or line contacts in the manner of Hertz 'see contacts. The insulation quality of so-called Layer superinsulation can therefore be achieved with fewer layers than has hitherto been the case, and the insulation gap can thereby be considerably reduced, which among other things leads to a more robust construction.
Die erfindungsgemäße Isolation eignet sich für eine große Anzahl verschiedener Baueinheiten, wobei bevorzugt die Baueinheit als Lager und/oder Transportbehälter für verflüssigte Gase ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei der Um- stand, dass die Baueinheit als Kraftstoffbehälter z.B. für Kraftfahrzeuge ausgebildet sein kann. Durch die erfindungsgemäß erreichbare Verbesserung der Isolationsgüte wird der Wärmeeintrag in einen derartigen Kraftstofftank wesentlich reduziert, wodurch längere Standzeiten erreicht werden und Energie für die Kühlung bzw. Verflüssigung eingespart wird. Im Fall von Tieftemperaturbehältern ohne aktive Kühlung geht über den Lebenszyklus weniger Kraftstoff verloren. Da durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Isolationsspalt enger ausgeführt werden kann, ist gegenüber herkömmlichen Ausführungen von Flüssigwasserstofftanks für Personenkraftwagen bei gleichen Ausmaßen eine cirka 10%-ige Steigerung des Innentankvolumens und eine entsprechende Erhöhung der Reichweite eines solchen Fahrzeugs möglich.The insulation according to the invention is suitable for a large number of different structural units, wherein preferably the structural unit is designed as a storage and / or transport container for liquefied gases. Particularly advantageous here is the circumstance that the structural unit can be used as a fuel tank, e.g. may be designed for motor vehicles. The inventively achievable improvement in the insulation quality of the heat input is substantially reduced in such a fuel tank, whereby longer life can be achieved and energy for cooling or liquefaction is saved. In the case of cryogenic vessels without active cooling, less fuel is lost over the life cycle. Since the insulation gap can be made narrower by the construction according to the invention, compared with conventional designs of liquid hydrogen tanks for passenger cars, an approximately 10% increase in the inner tank volume and a corresponding increase in the range of such a vehicle is possible for the same dimensions.
Zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar. Beispielsweise kann • die erfindungsgemäße Baueinheit als bei Temperaturen von unter 150° Kelvin betriebener Supraleiter ausgebildet sein oder als Rohrleitung für tiefkalt verflüssigte Gase. Weitere Verwendungsmöglichkeiten betreffen die Verwen- düng der Baueinheit als kalte vakuumisolierte Baugruppe von Kühlmaschinen, die Verwendung zur Kühlung elektronischer Schaltkreise, die Verwendung als kalte vakuumisolierte Baugruppe von Kryopumpen oder als Probehalter für tiefkalte Materialproben (z.B. menschliche Samen oder Eizellen, Blut etc.). Besondere Vorteile ergeben sich beispielsweise für Anwendungen, die supraleitende Magnete verwenden, da die durch die erfindungsgemäße Ausbildung erreichte kompakte Bauweise es einerseits ermöglicht das Gesamtsystem kompakt auszuführen und andererseits den Magnet möglichst nahe an den Prüfling zu bringen, um ein möglichst gleichförmiges Magnetfeld bei hoher Feldstärke zu erhalten.Numerous other applications are conceivable. For example, may be formed than at temperatures below 150 ° Kelvin operated superconductor • the assembly according to the invention or as a conduit for cryogenic liquefied gases. Further uses include the use of the unit as a cold vacuum-insulated assembly of refrigeration machines, the use for cooling electronic circuits, the use as a cold vacuum-insulated assembly of cryopumps or as a sample holder for cryogenic material samples (eg human semen or ova, blood, etc.). Particular advantages arise, for example, for applications that use superconducting magnets, since the achieved by the inventive design compact design on the one hand allows the overall system to perform compact and on the other hand the magnet as close as possible to the DUT too bring to obtain a uniform magnetic field at high field strength.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser ist eine auf Temperaturen von unter 150 Kelvin abgekühlte Baueinheit mit 1 bezeichnet, welche beispielsweise als Tank für ein tiefkalt verflüssigtes Gas ausgebildet sein kann. Der Tank 1 ist in einem evakuierten Behälter 2 über Stützkörper 3 abgestützt. Aus dem Tank 1 ist ein Abgasrohr 5 herausgeführt, welches das Austreten von abdampfenden Kryogen, d.h. das Abdampfen der im Tank 1 enthaltenen verflüssigten Gase, ermöglicht. Mit dem Abgasrohr 5 ist ein Strahlungsschild 4 wärmeleitend verbunden, sodass die Wärme, die auf die Schildoberfläche auftrifft zum Großteil in den Abgasstrom geleitet werden kann und nicht zum Tank 1 gelangt. Die Bettung des StrahlungsSchildes 4 wird von einer grobmaschigen netzförmigen metallischen Stützstruktur 6 gebildet, welche beispielsweise von Edelstahlgestricken Streckblechen oder Edelstahlge- flechten gebildet wird. Weiters geeignet sind hierfür auch Metallgewebe, Metallgelege oder auch eine direkte Umwicklung des Tanks 1 mittels Stahldraht. Zur Verbesserung der Isolation sind weiters mehrere weitere Strahlungsschilde 7, welche auch als Strahlungsbarrieren bezeichnet werden können, vorgesehen, welche ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff bestehen und ein hohes Reflektionsvermögen aufweisen. Im Unterschied zu dem Strahlungsschild 4 stehen die Strahlungsbarrieren 7 nicht in wärmeleitender Verbindung zum Abgasrohr 5. Der Zweck der Strahlungsbarrieren 7 liegt darin den Wärmeeintrag auf das Strahlungsschild zu minimieren. Die Wärmeleitung zwischen den einzelnen Strahlungsbarrieren 7 zum Strahlungsschild 4 wird durch die mit 8 angedeuteten Prägungen der Strahlungsbarrieren 7 erreicht, sodass zwischen den einzelnen Strahlungsbarrieren 7 sowie zum Strahlungsschild 4 hin lediglich eine punktförmige Berührung nach Art von Hertz 'sehen Kontakten stattfindet. Anstelle der Prägung 8 kann aber auch eine gesonderte Bettung in Form von Zwischenlagen vorgesehen sein, welche von grobmaschigen netzförmigen metallischen StützStrukturen ausgebildet sind. Insgesamt haben Messungen, welche an der erfindungsgemäß aufgebauten Isolation durchgeführt wurden, gezeigt, dass bei den üblicher Weise auftretenden Flächenlasten von wenigen kg/m2 die durch die erfindungsgemäß vorgesehene Punkt- bzw. Linienberüh- rung erreichbaren thermischen Kontaktwiderstände um einige Größenordnungen größer sind als die parallel dazu wirkenden thermischen Resistoren, die durch eine hochreflektierende Oberfläche des Strahlungsschilds erreicht werden können. Vergleichsmessungen an blanken oder durch Glasvlies bzw. Viel- schicht-Superisolation abgeschatteten hochreflektierenden Oberflächen haben gezeigt, dass solche Materialien mit prozentuell niedriger offener Oberfläche die Emissivität der Oberflächen wesentlich erhöhen und damit die Strahlungsisolierende Wirkung der Strahlungsschilde zunichte machen. Durch die Ver- wendung von dünnen Stützstrukturen mit einer Stärke von z.B. 1 bis 2 mm bzw. durch Vorsehen von Noppen im Strahlungsschild, welche beispielsweise 0,5 mm tief sein können, wird eine kompakte Bauweise erreicht, da der evakuierte Isolierspalt enger ausgeführt werden kann. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. In this a cooled to temperatures of less than 150 Kelvin unit is denoted by 1, which may be formed, for example, as a tank for a cryogenic liquefied gas. The tank 1 is supported in an evacuated container 2 via support body 3. From the tank 1, an exhaust pipe 5 is led out, which allows the escape of evaporating cryogen, ie the evaporation of the liquefied gases contained in the tank 1. With the exhaust pipe 5, a radiation shield 4 is thermally conductively connected, so that the heat that impinges on the shield surface for the most part can be passed into the exhaust stream and does not reach the tank 1. The bedding of the radiation shield 4 is formed by a coarse-meshed reticulated metal support structure 6, which is formed, for example, by stainless steel knitted stretch sheets or stainless steel braids. Also suitable for this purpose are metal mesh, metal or even a direct wrapping of the tank 1 by means of steel wire. To improve the insulation further several radiation shields 7, which can also be referred to as radiation barriers, further provided, which also consist of a metallic material and have a high reflectivity. In contrast to the radiation shield 4, the radiation barriers 7 are not in heat-conducting connection to the exhaust pipe 5. The purpose of the radiation barrier 7 is to minimize the heat input to the radiation shield. The heat conduction between the individual radiation barriers 7 to the radiation shield 4 is achieved by the imprinting of the radiation barriers 7 indicated with 8, so that between the individual radiation barriers 7 and the radiation shield 4 takes place only a punctiform contact in the manner of Hertz 'see contacts. Instead of embossing 8, however, it is also possible to provide a separate bedding in the form of intermediate layers, which are formed by coarse-meshed reticulated metallic support structures. Overall, measurements which have been carried out on the insulation constructed according to the invention have shown that in the usual manner surface loads of a few kg / m 2, the thermal contact resistances achievable by the point or line contact provided according to the invention are several orders of magnitude greater than those parallel acting thermal resistors, which can be achieved by a highly reflective surface of the radiation shield. Comparison measurements on bare or glass-fleece or multi-layer superinsulated shaded high-reflectance surfaces have shown that such materials with a low open surface area substantially increase the emissivity of the surfaces and thus negate the radiation-insulating effect of the radiation shields. By using thin support structures with a thickness of, for example, 1 to 2 mm or by providing nubs in the radiation shield, which can be 0.5 mm deep, for example, a compact design is achieved because the evacuated insulating gap can be made narrower ,

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Isolierung für auf unter 150 Kelvin gekühlte Baueinheiten, welche in einem evakuierten Behälter unter Zwischenschaltung von Stützkörpern gelagert sind, mit wenigstens einem zwischen der Baueinheit und der Behälterwand angeordneten Strahlungsschild, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung des Strahlungsschildes (4) von einer mit einer Punkt- oder Linienberührung nach Art von Hertz 'sehen Kontakten aufliegenden Stütz- struktur (6) gebildet ist.1. Isolation for cooled to below 150 Kelvin units, which are mounted in an evacuated container with the interposition of supporting bodies, with at least one arranged between the unit and the container wall radiation shield, characterized in that the bedding of the radiation shield (4) of one with a Point or line contact in the manner of Hertz 'see contact supporting support structure (6) is formed.
2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsschild (4) und das Material der Bettung jeweils ein Elastizitätsmodul normal zur Oberfläche von wenigstens 50 kN/mm2 aufweisen.2. Insulation according to claim 1, characterized in that the radiation shield (4) and the material of the bedding each have a modulus of elasticity normal to the surface of at least 50 kN / mm 2 .
3. Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung eine netzartige Struktur aufweist.3. Insulation according to claim 1 or 2, characterized in that the bedding has a net-like structure.
4. Isolierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung von einem Gestrick, Streckblech, Geflecht, Gewebe oder Gelege, gebildet ist.4. Insulation according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the bedding of a knitted fabric, expanded sheet, braid, fabric or scrim is formed.
5. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass als Material der Bettung Metall, insbesondere Edelstahl oder Aluminium, gewählt ist.5. Insulation according to one of claims 1 to 4, character- ized in that as the material of the bedding metal, in particular stainless steel or aluminum, is selected.
6. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung von aus der Ebene des Strah- lungsschildes (4) vorstehenden, mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildeten Bereichen des Strahlungsschildes, beispielsweise von Noppen des Strahlungsschildes, gebildet ist.6. Insulation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bedding from the plane of the radiation shield (4) projecting, formed with a curved surface areas of the radiation shield, for example of knobs of the radiation shield, is formed.
7. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Bettung höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10%, der Oberfläche des Strahlungsschildes (4) abdeckt. 7. Insulation according to one of claims 1 to 6, character- ized in that the bedding covers at most 20%, preferably at most 10%, of the surface of the radiation shield (4).
8. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsschild (4) wärmeleitend mit einem Abgasrohr (5) für aus der Baueinheit (1) austretendes verdampftes Kryogen verbunden ist.8. Insulation according to one of claims 1 to 7, characterized in that the radiation shield (4) is thermally conductively connected to an exhaust pipe (5) for from the assembly (1) exiting evaporated cryogen.
9. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Strahlungsschilden (4,7) zwischen der Baueinheit (1) und der Behälterwand angeordnet ist, wobei auf wenigstens ein abgasgekühltes Strahlungsschild wenigstens ein weiteres Strahlungsschild gebettet ist, welches keine Abgaskühlung aufweist.9. Insulation according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of radiation shields (4,7) between the assembly (1) and the container wall is arranged, wherein at least one exhaust-cooled radiation shield at least one further radiation shield is embedded, which has no exhaust gas cooling.
10. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als Lager- und/oder Transportbehälter für verflüssigte Gase ausgebildet ist.10. Insulation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the structural unit (1) is designed as a storage and / or transport container for liquefied gases.
11. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als Kraftstoffbehälter ausgebildet ist.11. Insulation according to one of claims 1 to 10, characterized in that the structural unit (1) is designed as a fuel tank.
12. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als bei Temperaturen von unter 150 Kelvin betriebener Supraleiter ausgebildet ist.12. Insulation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the structural unit (1) is designed as operated at temperatures of less than 150 Kelvin superconductor.
13. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als Rohrleitung für tiefkalte verflüssigte Gase ausgebildet ist.13. Insulation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the structural unit (1) is designed as a pipeline for cryogenic liquefied gases.
14. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als kalte vakuumisolierte Baugruppe von Kühlmaschinen ausgebildet ist.14. Insulation according to one of claims 1 to 9, character- ized in that the structural unit (1) is designed as a cold vacuum-insulated assembly of cooling machines.
15. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) zur Kühlung elektroni- scher Schaltkreise ausgebildet ist.15. Insulation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the structural unit (1) is designed for cooling electronic circuits.
16. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9f dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als kalte vakuumiso- lierte Baugruppe von Kryopumpen ausgebildet ist. 16. Insulation according to one of claims 1 to 9 f characterized in that the structural unit (1) is designed as a cold vacuum-insulated assembly of cryopumps.
17. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) als Probehalter für tiefkalte Materialproben ausgebildet ist.17. Insulation according to one of claims 1 to 9, characterized in that the structural unit (1) is designed as a sample holder for cryogenic material samples.
18. Isolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (1) in einem Vakuum mit < 10" 4 mbar gelagert ist.18. Insulation according to one of claims 1 to 17, characterized in that the structural unit (1) is mounted in a vacuum with <10 " 4 mbar.
19. Bettung für ein in einem evakuierten Behälter (2) zwi- sehen der Behälterwand und einer auf Temperaturen unter 15019. Bedding for one in an evacuated container (2) between see the container wall and one to temperatures below 150
Kelvin gekühlten Baueinheit (1) angeordnetes Strahlungsschild (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung von einer mit einer Punkt- oder Linienberührung nach Art von Hertz ' sehen Kontakten aufliegenden Stützstruktur (6) gebildet "ist.Kelvin cooled assembly (1) arranged radiation shield (4), characterized in that the ballast is "formed from a view with a point or line contact in the manner of Hertz 'contact overlying support structure (6).
20. Bettung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung ein Elastizitätsmodul normal zur Oberfläche von wenigstens 50 kN/mm2 aufweist.20. Bedding according to claim 19, characterized in that the bedding has a modulus of elasticity normal to the surface of at least 50 kN / mm 2 .
21. Bettung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung eine netzartige Struktur aufweist.21. Bedding according to claim 19 or 20, characterized in that the bedding has a net-like structure.
22. Bettung nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung von einem Gestrick, Streckblech, Geflecht, Gewebe oder Gelege, gebildet ist.22. Bedding according to claim 19, 20 or 21, characterized in that the bedding of a knitted fabric, expanded sheet, braid, fabric or scrim is formed.
23. Bettung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der Bettung Metall, insbesondere Edelstahl oder Aluminium, gewählt ist.23. Bedding according to one of claims 19 to 22, characterized in that is selected as the material of the bedding metal, in particular stainless steel or aluminum.
24. Bettung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung von aus der Ebene des Strahlungsschildes (4) vorstehenden, mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildeten Bereichen des Strahlungsschildes, beispiels- weise von Noppen des Strahlungsschildes, gebildet ist.24. Bedding according to one of claims 19 to 23, characterized in that the bedding of from the plane of the radiation shield (4) projecting, formed with a curved surface areas of the radiation shield, for example of nubs of the radiation shield, is formed.
25. Isolierung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bettung höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10%, der Oberfläche des Strahlungsschildes abdeckt. 25. Insulation according to one of claims 19 to 24, characterized in that the bedding covers at most 20%, preferably at most 10%, of the surface of the radiation shield.
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