WO2024088678A1 - Wärmeisoliertes erzeugnis - Google Patents

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WO2024088678A1
WO2024088678A1 PCT/EP2023/076562 EP2023076562W WO2024088678A1 WO 2024088678 A1 WO2024088678 A1 WO 2024088678A1 EP 2023076562 W EP2023076562 W EP 2023076562W WO 2024088678 A1 WO2024088678 A1 WO 2024088678A1
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film
thermally insulated
vacuum
wall
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PCT/EP2023/076562
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Inventor
Jochen Hiemeyer
Michael Freitag
Martin Kerstner
Original Assignee
Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH
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Publication date
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D23/00—General constructional features
    • F25D23/06—Walls
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16L59/065—Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
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    • F25D2201/1282—Insulation with respect to heat using an insulating packing material of foil type with reflective foils
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    • F25D2201/10—Insulation with respect to heat
    • F25D2201/14—Insulation with respect to heat using subatmospheric pressure

Definitions

  • the present invention relates to a thermally insulated product with an interior space and an inner wall, wherein the interior space is at least partially delimited by the inner wall, wherein the interior space is at least partially thermally insulated from an environment of the product by a vacuum insulation body, wherein the vacuum insulation body has a vacuum region enclosed by a vacuum-tight shell.
  • Vacuum insulation bodies with a vacuum-tight high-barrier film are known from the prior art, which has a very low permeability to gases such as air in a certain temperature range, with the high-barrier film surrounding a vacuum area, with a core made of pearlite rock arranged in the vacuum area.
  • these vacuum insulation bodies are evacuated through an evacuation connection, whereby the vacuum area is created in the vacuum insulation body. This results in shaping options, e.g. for three-dimensional objects, by bringing the not yet evacuated vacuum insulation body into a mold and then evacuating it, with the shape being largely retained and stabilized by the evacuation.
  • sorption pumps which have the necessary flow cross-sections and make it possible to restrict the temperature required for vacuum drying to a limited range.
  • Such sorption pumps are known from EP 3 027 953 A1, EP 3 224 559 A1 and EP 3 452 768 A1.
  • Vacuum insulation bodies for insulating refrigerators and/or freezers are therefore designed for box- or plate-shaped basic geometries.
  • the high-barrier film preferably does not have any pronounced metallic layers. This minimizes or prevents thermal bridges across the vacuum-tight high-barrier film.
  • metallized high-barrier films for example with a vapor-deposited aluminum layer, are therefore used, since the thermal bridge caused by a single layer of rolled aluminum with a layer thickness of 7 pm would impair the thermal insulation by around 30%.
  • the object of the present invention is to provide a vacuum insulation that enables long-term stable thermal insulation even at higher temperatures.
  • the invention provides that the vacuum-tight envelope is formed at least partially by the inner wall and a film.
  • the container to be insulated can also be used as an inner vacuum-tight shell, i.e. as the inner wall of a vacuum insulation body. Since such containers are usually made of metal and are watertight anyway, they can be designed without excessive effort in such a way that an acceptable gas diffusion rate through the container is achieved.
  • the outer vacuum-tight cover i.e. the film of the vacuum insulation body
  • the outer vacuum-tight cover is preferably a high-barrier film, which is usually only exposed to the ambient temperature, for example room temperature, and thus has an acceptable gas diffusion rate in order to ensure an acceptable service life of the vacuum insulation body. insulation of the container while offering the advantages of a film cover in terms of shape, minimal thermal bridges and stability against thermal stresses and costs.
  • the film is preferably not heated for the most part by heat from the interior so that the film remains vacuum-tight.
  • the film is therefore preferably only in thermal contact with the inner wall over a small area of the film.
  • the film is only in thermal contact with the inner wall over a portion of less than 5%, preferably less than 2% of its surface.
  • a vacuum-tight or diffusion-tight casing or a vacuum-tight or diffusion-tight connection or the term high-barrier film is preferably understood to mean a casing or a connection or a film by means of which the gas entry into the vacuum region of the vacuum insulation body is reduced to such an extent that the increase in the thermal conductivity of the vacuum insulation body caused by gas entry is sufficiently low over its service life.
  • a service life can be assumed to be, for example, a period of 15 years, preferably 20 years and particularly preferably 30 years.
  • the increase in the thermal conductivity of the vacuum insulation body caused by gas entry over its service life is preferably ⁇ 100% and particularly preferably ⁇ 50%.
  • the area-specific gas transmission rate of the casing or the connection or the high-barrier film is ⁇ 10' 5 mbar*l/m 2 *s and particularly preferably ⁇ 10' 6 mbar*l/m 2 *s (measured according to ASTM D-3985).
  • This gas transmission rate applies to nitrogen and oxygen.
  • gas transmission rates preferably in the range of ⁇ 10' 2 mbar*l/m 2 *s and particularly preferably in the range of ⁇ 10' 3 mbar*l/m 2 *s (measured according to ASTM F-1249-90).
  • the aforementioned small increases in thermal conductivity are achieved by these low gas transmission rates.
  • a known covering system from the field of vacuum panels is so-called high-barrier films.
  • this preferably means single- or multi-layer films (which are preferably sealable) with one or more barrier layers (typically metallic layers or oxide layers, with aluminum or an aluminum oxide preferably being used as the metal or oxide) which meet the above-mentioned requirements (increase in thermal conductivity and/or area-specific gas transmission rate) as a barrier against gas entry.
  • barrier layers typically metallic layers or oxide layers, with aluminum or an aluminum oxide preferably being used as the metal or oxide
  • a design in which the vacuum insulation body forms a full vacuum system is conceivable.
  • a full vacuum system is understood to mean thermal insulation that consists exclusively or predominantly of an evacuated area that is filled with a core material such as perlite or perlite rock. Foaming as thermal insulation or any other thermal insulation apart from the full vacuum system is then preferably not provided.
  • the inner wall is directly adjacent to the interior space and the inner wall surrounds the interior space by more than 50%, preferably by more than 70%, in particular by more than 90%.
  • the inner wall is part of a container or pipe.
  • the inner wall consists at least partially of metal and/or that the film is a high-barrier film, in particular an aluminum composite film with at least one layer of rolled aluminum.
  • the inner wall and the film are connected in a vacuum-tight manner by means of a connection.
  • the product comprises a connection designed for the conduction of a medium, preferably a fluid, from the interior, wherein the inner wall at least partially forms a component of the connection, wherein the connection between the inner wall and the film at least partially encompasses the connection.
  • the product comprises a tube and a connection is arranged at one end or at both ends of the tube, wherein the tube at least partially delimits the interior space.
  • connection comprises a press seal, wherein the press seal is designed such that a part of the film is clamped in the press seal, preferably with a pressure of more than 20 bar, in particular more than 50 bar.
  • the press seal comprises a compensating element having a Shore A hardness of more than 60, in particular more than 80, wherein the compensating element acts as a pressure distributor.
  • the vacuum insulation body in the region of a connection has a larger, preferably more than twice the wall thickness compared to a wall thickness of the vacuum insulation body in another region.
  • connection between the inner wall and the film i.e. the two covers, is preferably made at an outlet or outlets on the tank.
  • outlets In hot water tanks, it is usual to have several such outlets on the sides at different heights, for example in order to be able to use the stratification behavior of the water in the tank.
  • connections at the top or bottom of the container or on several sides of the container.
  • Each of these outlets can be connected in a vacuum-tight manner to both the inner container, i.e. the inner wall, and the high-barrier film, i.e. the film.
  • This can preferably be achieved using a press seal in which the high-barrier film is pressed with great force and using a compensating material to a surface attached to the outlets in the form of a flange.
  • connection or connections preferably consist at least partially of metal in order to be connected to the container by means of a soldered, preferably welded, connection with sufficient tightness.
  • connection or connections represent a thermal bridge due to the thermal insulation, since the material thickness of the connections, which are preferably designed in the form of a tube, is preferably large enough to guarantee a secure vacuum-tight connection at the soldering or welding points.
  • This thermal bridge can be reduced by designing the vacuum insulation body asymmetrically around the usually cylindrical container.
  • the wall thickness of the vacuum insulation body can be 50 mm all around and increased to 150 mm to 200 mm in the area of the connections. Due to the small circumference of the connections, an aluminum composite film with a layer of rolled aluminum can be used as a high-barrier film. This is advantageous for the service life and cost of the insulation.
  • the film is designed in the form of a three-side seam bag or a center seam bag, wherein at least one seam is shortened by one or more film folds and/or wherein the three-side seam bag has two punched holes so that it can be pulled over a pipe and/or partially rests on a sealing surface, wherein the remainder of the film is folded to the side.
  • the product comprises a sorption pump, preferably arranged in or on the film, wherein the sorption pump comprises flow paths which are at least partially surrounded by a sorbent material, wherein the sorption pump is arranged and designed to evacuate the vacuum region.
  • the sorption pump includes an integrated valve.
  • the product comprises a protective wall, wherein the protective wall is arranged between the vacuum insulation body and the environment, wherein the protective wall is connected to the film by means of a number of connection points, wherein the connection points preferably comprise a heat-sealing layer arranged on the film.
  • the size of the surface area of each connection point is, at least in one dimension, smaller than 1.2 times, in particular smaller than 0.6 times, the thickness of the protective wall divided by the square root of half the product of the thermal expansion coefficient of the protective wall and the temperature difference between the melting point of a hot melt adhesive forming the connection point and the room temperature.
  • the film has folds, wherein the folds extend into the vacuum region.
  • a supporting material in particular pearlite rock, is arranged in the vacuum insulation body.
  • the supporting material is preferably in powder form.
  • the product comprises a vacuum insulation panel, wherein the vacuum insulation panel is preferably arranged in the vacuum region, wherein the vacuum insulation panel preferably comprises a glass fiber mat as a supporting core.
  • the interior has a temperature below -20 °C, preferably below -70 °C, in particular below -190 °C or above 20 °C, preferably above 60 °C, in particular above 100 °C, preferably up to 120 °C.
  • the product is a fluid storage device, in particular a storage device for liquid gas or hot water, or a heating cabinet.
  • the storage device can be part of a system, preferably a heating system.
  • the thermally insulated product according to the invention can be a component of a district heating or district cooling system, such as a line, in particular a pipe for conducting the district heating or district cooling medium.
  • the thermally insulated product preferably has a hot container or pipe, but is not limited to this. Due to the possible low use of film material, preferably high-barrier film, the container or pipe can also be used effectively in the cryogenic sector, in which case the connections are usually, but not necessarily, located at the top of the container. In addition, the container can not only serve as a separate storage facility, but can also be part of an industrial plant.
  • the invention also relates to a method for producing a thermally insulated product according to the invention, comprising the steps:
  • Fig. 1 a perspective semi-transparent view of an embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • Fig. 2 a perspective semi-transparent view of another embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • Fig. 3 a sectional view of a terminal of an embodiment of a heat-insulated product according to the invention.
  • Fig. 4 a perspective semi-transparent view of a film of an embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • Fig. 5 Schematic representations of the results of the folding steps leading to a film of an embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • Fig. 6 a perspective semi-transparent view of another embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • Fig. 7 a sectional view of another embodiment of a heat-insulated product according to the invention.
  • Fig. 1 shows a thermally insulated product with a container 10 which at least partially delimits an interior space, wherein the interior space is insulated from the environment by a vacuum insulation body.
  • the container 10 forms an inner wall.
  • the container 10 is at least partially surrounded by a film 20, in particular a high-barrier film.
  • the container 10 and the film 20 are connected in a vacuum-tight manner and thus form a vacuum-tight casing.
  • Support material such as pearlite rock, is arranged in the vacuum region 15.
  • the vacuum region 15 is preferably more than twice as thick as an area in which no connections are arranged.
  • the product in Fig. 1 is a hot water tank. However, the product can also comprise any thermally insulated container 10 for any temperature-controlled medium.
  • connection 11 are arranged laterally.
  • the connections 11 can also be arranged at the top, as in Fig. 2.
  • connection between a connection 11 and the film 20 is shown in Fig. 3.
  • a preferably ring-shaped part of the film 20 is clamped by a clamping nut 12 between a flange on the connection 11 and the clamping nut 12.
  • a seal 14 which acts as a compensating element and distributes the surface pressure over the entire clamped part of the film 20, and an anti-twisting device 13. This seals the vacuum region 15 in a vacuum-tight manner.
  • the film 20 in Fig. 4 is not sealed completely straight at the opposite sealing seams as in the classic three-side seam bag, but is gathered at the opposite sealing seams and sealed in multiple layers, similar to gable roof cardboard packaging (similar to Tetra Rex®). Since the structure to be wrapped is usually not rectangular but cylindrical, this film shape allows the excess film to be minimized.
  • Fig. 5 shows the individual results of the steps that lead to a film 20 of an embodiment of a thermally insulated product according to the invention.
  • a rolled film 120 is provided.
  • this rolled film becomes a folded-over film 220 with a longitudinal seal.
  • This folded-over film then becomes a three-side seam bag 320 with folded-in corners.
  • the film 20 can be formed according to principles known from EP 3 247 550 A1.
  • EP 3 247 550 A1 discloses a method for applying a film to a body.
  • the film 20 is first placed on a transfer mold and positioned.
  • the body to be filmed is then introduced into the transfer mold, to which the film to be applied is applied, or the transfer mold, to which the film to be applied is applied, is introduced into the body to be filmed, so that the film is located between the body and the transfer mold.
  • a negative pressure is then applied in an area between the body and the film and/or an overpressure is applied in an area between the transfer mold and the film, so that the film passes from the transfer mold to the body.
  • the film 20 can have folds that extend into the vacuum region 15, for example into a powder bed located therein.
  • a sorption pump comprises, for example, at least one opening for evacuating the vacuum region, in particular at least one evacuation nozzle, in the casing of the vacuum insulation body, wherein at least one adsorbing material is located in the vacuum insulation body, wherein the adsorbing material is arranged partially or entirely in the region of the opening.
  • at least one plate is arranged around the opening and within the vacuum region, which plate forms a wall of the space in which the adsorbing material is located.
  • the opening can be provided with at least one valve with at least one valve plate which opens the opening in the open state and which releases the opening in the closed state, wherein means for vacuum-tight sealing of the opening are arranged outside the sealing area of the valve plate.
  • the sorption pump is mounted in an area that allows easy docking to an evacuation station and is advantageous in terms of flow. This can be, for example, in the area of the thickening of the vacuum insulation body near the connections 11 of the container 10, in the middle of the height of the container 10.
  • a protective wall or protective cover to the product.
  • This can be a sheet of metal or a plastic covering.
  • EP 3 529 545 A1 it is recommended, as described in EP 3 529 545 A1, to apply hot melt adhesive to the joining partners, i.e. the film 20 and the protective wall or the protective cover, and to bond them by applying heat, whereby in the case of a metallic protective wall or protective cover, i.e. a sheet of metal, a sealing pattern according to EP 3 715 752 A1 is advantageous in order to avoid dents in the sheet of metal due to thermal distortion.
  • the vacuum insulation body and/or a contact area of the protective wall to which it is to be connected can be provided with a hot-melt adhesive, wherein the vacuum insulation body is brought into the desired position relative to the contact area and is placed there and then the hot-melt adhesive is activated by the action of heat.
  • a hot-melt adhesive is activated by the action of heat.
  • the wall thickness of the vacuum insulation body can have a decisive influence on its usability. Since a vacuum insulation body according to the invention cannot be subsequently installed on a container or storage tank, the vacuum insulation body is preferably dimensioned such that the storage tank fits through standard doors.
  • a vacuum panel 16 with a glass fiber core is arranged in the vacuum region 15.
  • the insulation thickness can be limited to 10 mm, for example, whereby the heat transfer is nevertheless reduced by a factor of 5 compared to Neopor ® insulation with a wall thickness of 100 mm.
  • the vacuum insulation body with supporting material i.e. the perlite vacuum insulation body, is then essentially limited to the area above and below the container 10, as well as the connections 11. There is still enough volume to keep the gas pressure increase due to the gas entry through the large foil surface at a sufficiently low level.
  • a special variant involves insulating a pipe with a vacuum insulation body.
  • Fig. 7 shows an example of such pipe insulation.
  • connection between each end of the tube 30 and the film 20 is shown in Fig. 7.
  • the connections between the tube 30 and the film 20 are designed similarly to those in Fig. 3.
  • a preferably ring-shaped part of the film 20 is clamped by a clamping nut 12 between a flange on the tube 30 and the clamping nut 12.
  • a sealing ring 14 which acts as a compensating element and distributes the surface pressure over the entire part of the film 20, and an anti-twisting device 13.
  • a connection of the same design This seals the vacuum region 15 in a vacuum-tight manner.
  • the film 20 is formed by a high-barrier film.
  • the film is designed as a film tube that is pulled over the entire pipe 30 or is manufactured around the pipe 30.
  • a hole-shaped punch is made at the ends of the film tube, as indicated in Fig. 7, with the diameter of the punch being designed so that it fits over the pipe, but offers a flat sealing plane in the flange area.
  • the open ends of the film tube are laid to one side and can be closed by a simple seal, with the end result being a classic three-side seam bag as a film shape.
  • This type of pipe insulation is particularly suitable for pipe elements with a large length to cross-section ratio, as there is a thermal bridge at each connecting piece.
  • Possible ratios would be, for example, a pipe length of 6 m with a nominal diameter of 40 mm.
  • Such pipe insulation can be used in particular in cryogenic environments, but applications in the field of process heat or district heating or cooling are also conceivable.
  • the pipe can therefore be part of a heating or cooling system. Since the surface area of the film 20 that is in contact with the hot pipe 30 is small enough so that diffusive gas entry into the vacuum insulation body is kept within limits even at high temperatures, for example, operating temperatures of up to 120 °C are feasible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Erzeugnis mit einem Innenraum und einer Innenwand, wobei der Innenraum mindestens teilweise durch die Innenwand begrenzt wird, wobei der Innenraum wenigstens teilweise durch einen Vakuumdämmkörper von einer Umgebung des Erzeugnisses thermisch isoliert ist, wobei der Vakuumdämmkörper einen von einer vakuumdichten Hülle umhüllten Vakuumbereich aufweist, wobei die vakuumdichte Hülle mindestens teilweise durch die Innenwand und eine Folie gebildet wird.

Description

Wärmeisoliertes Erzeugnis
Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Erzeugnis mit einem Innenraum und einer Innenwand, wobei der Innenraum mindestens teilweise durch die Innenwand begrenzt wird, wobei der Innenraum wenigstens teilweise durch einen Vakuumdämmkörper von einer Umgebung des Erzeugnisses thermisch isoliert ist, wobei der Vakuumdämmkörper einen von einer vakuumdichten Hülle umhüllten Vakuumbereich aufweist.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind Vakuumdämmkörper mit einer vakuumdichten Hochbarrierefolie, die in einem bestimmten Temperaturbereich eine sehr geringe Durchlässigkeit für Gase, wie etwa Luft aufweist, wobei die Hochbarrierefolie einen Vakuumbereich umgibt, wobei in dem Vakuumbereich ein Kern aus Perlitge- stein angeordnet ist. Diese Vakuumdämmkörper werde nach dem Stand der Technik durch einen Evakuieranschluss evakuiert, wodurch der Vakuumbereich in dem Vakuumdämmkörper geschaffen wird. Es ergeben sich dadurch Formgebungsmöglichkeiten, z.B. für dreidimensionale Objekte, indem der noch nicht evakuierte Vakuumdämmkörper in eine Form gebracht wird und danach evakuiert wird, wobei die Form größtenteils erhalten bleibt und durch das Evakuieren stabilisiert wird. Industriell sinnvolle Evakuierzeiten werden mittels Sorptionspumpen ermöglicht, welche die nötigen Strömungsquerschnitte aufweisen und es ermöglichen, die erforderliche Temperierung zur Vakuumtrocknung auf einen begrenzten Bereich zu beschränken. Solche Sorptionspumpen sind bekannt aus der EP 3 027 953 A1 , der EP 3 224 559 A1 und der EP 3 452 768 A1 .
Insbesondere ist es bekannt Kühl- und/oder Gefriergeräte, insbesondere aus dem Haushaltsbereich mittels solcher Vakuumdämmkörper zu dämmen. Vakuumdämmkörper für die Dämmung von Kühl- und/oder Gefriergeräten sind daher auf kasten- bzw. plattenförmige Grundgeometrien ausgelegt.
Insbesondere im Übergangsbereich zwischen Warm- und Kaltseite eines Vakuumdämmkörpers aus dem Stand der Technik weist die Hochbarrierefolie vorzugsweise keine ausgeprägten metallischen Schichten auf. Dadurch werden Wärmebrücken über die vakuumdichte Hochbarrierefolie geringgehalten oder vermieden. Bei Vaku- umdämmkörpern für Kühl- und/oder Gefriergeräte werden daher metallisierte Hochbarrierefolien, beispielsweise mit aufgedampfter Aluminiumschicht, eingesetzt, da schon die Wärmebrücke durch eine einzelne Schicht aus gewalztem Aluminium mit einer Schichtdicke von 7 pm die Wärmeisolation um ca. 30 % verschlechtern würde.
Bei Vakuumdämmkörpern mit metallisierter Hochbarrierefolie, also mit aufgedampfter Metallschicht, ist die Langzeitfunktion des Vakuumdämmkörpers bei höheren Einsatztemperaturen eingeschränkt. Durch metallisierte Hochbarrierefolien kann mehr Gas dringen als durch solche mit ausgeprägten Metallschichten. Die Diffusionsrate von Gas durch Hochbarrierefolien erhöht sich mit steigender Temperatur exponentiell. Es ist mit einer Verdopplung der Diffusionsrate bei 10 °C Temperaturerhöhung zu rechnen. Dadurch verringert sich die Dämmwirkung über die Lebensdauer eines Vakuumdämmkörpers mit einer metallisierten Hochbarrierefolie erheblich, wenn dieser bei hohen Temperaturen eingesetzt wird. Ein Einsatz von Vakuumdämmkörpern zur thermischen Dämmung im Warmbereich ist daher mit technischen Schwierigkeiten verbunden. Insbesondere aber Warmwasserspeicher, z.B. in Heizungs- oder Brauchwassersystemen weisen erhebliche Energieverluste durch Wärmeabgabe in die Umgebung auf und würden damit durch eine hocheffektive Vakuumdämmung eine wesentlich verbesserte Wärmespeicherfähigkeit erreichen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumdämmung bereitzustellen, der auch bei höheren Temperaturen eine langzeitstabile Wärmedämmung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die vakuumdichte Hülle mindestens teilweise durch die Innenwand und eine Folie gebildet wird.
Beispielsweise für Warmwasserspeicher wird damit eine kosteneffiziente, thermisch überlegene Lösung gegenüber bekannten Lösungen ermöglicht.
In anderen Worten kann der zu dämmende Behälter gleichzeitig als innere vakuumdichte Hülle, also als Innenwand eines Vakuumdämmkörpers eingesetzt werden. Da solche Behälter ohnehin üblicherweise aus Metall und wasserdicht ausgeführt sind, können sie auch ohne übermäßigen Aufwand derart ausgeführt werden, dass sich eine akzeptable Gasdiffusionsrate durch den Behälter ergibt.
Als äußere vakuumdichte Hülle, also als Folie des Vakuumdämmkörpers dient vorzugsweise eine Hochbarrierefolie, welche üblicherweise nur der Temperatur der Umgebung, also beispielsweise der Raumtemperatur ausgesetzt ist und somit eine akzeptable Gasdiffusionsrate aufweist, um eine akzeptable Lebensdauer der Vakuum- dämmung des Behälters zu ermöglichen und gleichzeitig die Vorteile einer Folienhülle im Hinblick auf Formgebung, minimale Wärmebrücke bei gleichzeitiger Stabilität gegenüber thermischen Spannungen und Kosten darstellt.
Die Folie wird vorzugsweise größtenteils nicht durch Wärme aus dem Innenraum erwärmt, damit die Folie vakuumdicht bleibt. Die Folie steht somit vorzugsweise nur mit einem geringen Bereich der Folie mit der Innenwand in thermischem Kontakt. Vorzugsweise steht die Folie nur mit einem Anteil von weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 2 % ihrer Oberfläche mit der Innenwand thermisch in Kontakt.
Unter einer vakuumdichten oder diffusionsdichten Hülle bzw. unter einer vakuumdichten oder diffusionsdichten Verbindung bzw. unter dem Begriff Hochbarrierefolie wird vorzugsweise eine Hülle bzw. eine Verbindung bzw. eine Folie verstanden, mittels derer der Gaseintrag in den Vakuumbereich des Vakuumdämmkörpers so stark reduziert ist, dass der durch Gaseintrag bedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer hinweg ausreichend gering ist. Als Lebensdauer ist beispielsweise ein Zeitraum von 15 Jahren, vorzugsweise von 20 Jahren und besonders bevorzugt von 30 Jahren anzusetzen. Vorzugsweise liegt der durch Gaseintrag bedingte Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumdämmkörpers über dessen Lebensdauer bei < 100 % und besonders bevorzugt bei < 50 %.
Vorzugsweise ist die flächenspezifische Gasdurchgangsrate der Hülle bzw. der Verbindung bzw. der Hochbarrierefolie < 10’5 mbar*l/m2*s und besonders bevorzugt < 10’6 mbar*l/m2*s (gemessen nach ASTM D-3985). Diese Gasdurchgangsrate gilt für Stickstoff und Sauerstoff. Für andere Gassorten (insbesondere Wasserdampf) bestehen ebenfalls niedrige Gasdurchgangsraten vorzugweise im Bereich von < 10’2 mbar*l/m2*s und besonders bevorzugt im Bereich von < 10’3 mbar*l/m2*s (gemessen nach ASTM F-1249-90). Vorzugsweise werden durch diese geringen Gasdurchgangsraten die vorgenannten geringen Anstiege der Wärmeleitfähigkeit erreicht. Ein aus dem Bereich der Vakuumpaneele bekanntes Hüllsystem sind sogenannte Hochbarrierefolien. Darunter werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Ein- oder Mehrschichtfolien (die vorzugsweise siegelfähig sind) mit einer oder mehreren Barriereschichten (typischerweise metallische Schichten oder Oxid- Schichten, wobei als Metall oder Oxid vorzugsweise Aluminium bzw. ein Aluminiumoxid Verwendung findet) verstanden, die den oben genannten Anforderungen (Anstieg der Wärmeleitfähigkeit und/oder flächenspezifische Gasdurchgangsrate) als Barriere gegen den Gaseintrag genügen.
Bei den oben genannten Werten bzw. bei dem Aufbau der Hochbarrierefolie handelt es sich um exemplarische, bevorzugte Angaben, die die Erfindung nicht beschränken.
Denkbar ist eine Ausführung, bei der der Vakuumdämmkörper ein Vollvakuumsystem bildet. Unter einem Vollvakuumsystem ist eine Wärmedämmung zu verstehen, die ausschließlich oder überwiegend aus einem evakuierten Bereich besteht, der mit einem Kernmaterial, wie Perlit bzw. Perlitgestein gefüllt ist. Eine Ausschäumung als Wärmedämmung oder eine sonstige Wärmedämmung außer dem Vollvakuumsystem sind dann vorzugsweise nicht vorgesehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Innenwand direkt an den Innenraum angrenzt und die Innenwand den Innenraum zu über 50 %, vorzugsweise zu über 70 %, insbesondere zu über 90 % umgibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Innenwand Bestandteil eines Behälters oder Rohrs ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Innenwand mindestens teilweise aus Metall besteht und/oder dass die Folie eine Hochbarrierefolie, insbesondere eine Aluminiumverbundfolie mit mindestens einer Schicht aus gewalztem Aluminium ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Innenwand und die Folie mittels einer Verbindung vakuumdicht verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erzeugnis einen für die Leitung eines Mediums, vorzugsweise eines Fluids, aus dem Innenraum ausgebildeten Anschluss umfasst, wobei die Innenwand mindestens teilweise einen Bestandteil des Anschlusses bildet, wobei die Verbindung zwischen der Innenwand und der Folie mindestens teilweise den Anschluss umfasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Erzeugnis ein Rohr umfasst und an einem Ende oder an beide Enden des Rohrs ein Anschluss angeordnet ist, wobei das Rohr den Innenraum mindestens teilweise begrenzt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verbindung eine Pressdichtung umfasst, wobei die Pressdichtung derart ausgebildet ist, dass ein Teil der Folie in der Pressdichtung, vorzugsweise mit einem Druck von über 20 bar, insbesondere über 50 bar eingeklemmt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pressdichtung ein Ausgleichselement umfasst, welches eine Shore-Härte A von mehr als 60, insbesondere mehr als 80 aufweist, wobei das Ausgleichselement als Druckverteiler wirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Vakuumdämmkörper im Bereich eines Anschlusses eine größere, vorzugsweise eine mehr als doppelt vergrößerte Wandstärke gegenüber einer Wandstärke des Vakuumdämmkörpers in einem anderen Bereich aufweist.
Die Verbindung der Innenwand und der Folie, also der beiden Hüllen erfolgt vorzugsweise an einem Auslass oder den Auslässen des Behälters. Bei Warmwasserspeichern ist es üblich mehrere solche Auslässe seitlich in verschiedenen Höhen vorliegen zu haben, um z.B. das Schichtungsverhalten des Wassers im Behälter nutzen zu können. Auch ist es denkbar, die Anschlüsse oben oder unten am Behälter bzw. an mehreren Seiten des Behälters anzuordnen. Jeder dieser Auslässe kann sowohl mit dem inneren Behälter, also mit der Innenwand, als auch mit der Hochbarrierefolie, also mit der Folie, vakuumdicht verbunden sein. Das lässt sich vorzugsweise über eine Pressdichtung darstellen, in welcher die Hochbarrierefolie mit hoher Kraft und unter Ausnutzung eines Ausgleichsmaterials mit einer flanschförmig an den Auslässen angebrachten Fläche verpresst wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass mit solch einer Flächenpressung bei Nutzung eines Ausgleichsmaterials mit einer Shore-A-Härte von mehr als 80 und unter Sicherstellen eines vollflächig vorliegenden Anpressdrucks über 50 bar eine Leckrate von kleiner als 10’7 mbar*l/s erreicht werden kann und die Verbindung somit ausreichend vakuumdicht ist.
Der Anschluss bzw. die Anschlüsse bestehen vorzugsweise mindestens teilweise aus Metall, um mit Hilfe einer Löt-, vorzugsweise einer Schweißverbindung mit ausreichender Dichtigkeit an den Behälter angeschlossen zu sein.
Dadurch stellt der Anschluss bzw. stellen die Anschlüsse jedoch eine Wärmebrücke durch die thermische Isolation dar, da auch die Materialstärke der Anschlüsse, welche vorzugsweise in Form eines Rohres ausgestaltet sind, vorzugsweise groß genug ist, um eine gesichert vakuumdichte Verbindung an den Löt- bzw. Schweißstellen garantieren zu können.
Diese Wärmebrücke kann verringert werden, indem der Vakuumdämmkörper um den üblicherweise zylindrischen Behälter asymmetrisch ausgeführt ist. Beispielhaft kann die Wandstärke des Vakuumdämmkörpers umlaufend bei 50 mm liegen und im Bereich der Anschlüsse auf 150 mm bis 200 mm erhöht sein. Aufgrund des kleinen Umfangs der Anschlüsse kann als Hochbarrierefolie eine Aluminiumverbundfolie eingesetzt werden, welche über eine Schicht aus gewalztem Aluminium verfügt. Dieses ist vorteilhaft für Lebensdauer und Kosten der Dämmung. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Folie in Form eines Dreiseitnahtbeutels oder eines Mittelnahtbeutels ausgebildet ist, wobei mindestens eine Naht durch eine oder mehrere Folienfaltungen verkürzt ist und/oder wobei der Dreiseitnahtbeutel zwei Stanzungen aufweist, sodass er über ein Rohr gezogen werden kann und/oder teilweise auf einer Dichtfläche aufliegt, wobei der Folienrest zur Seite gefaltet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Erzeugnis eine, vorzugsweise in oder an der Folie angeordnete, Sorptionspumpe umfasst, wobei die Sorptionspumpe Strömungswege umfasst, die mindestens teilweise von einem sorptiven Material umgeben sind, wobei die Sorptionspumpe derart angeordnet und ausgebildet ist, um den Vakuumbereich zu evakuieren.
Denkbar ist, dass die Sorptionspumpe ein integriertes Ventil umfasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Erzeugnis eine Schutzwand aufweist, wobei die Schutzwand zwischen dem Vakuumdämmkörper und der Umgebung angeordnet ist, wobei die Schutzwand mittels einer Anzahl von Verbindungsstellen mit der Folie verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen vorzugsweise eine auf der Folie angeordnete Heißsiegelschicht umfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Größe der Flächenausdehnung jeder Verbindungsstelle zumindest in einer Dimension kleiner ist als das 1 ,2-fache, insbesondere kleiner als das 0,6-fache der Stärke der Schutzwand geteilt durch die Wurzel der Hälfte des Produkts aus dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schutzwand und der Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt eines die Verbindungsstelle bildenden Schmelzklebers und der Raumtemperatur.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Folie Faltungen aufweist, wobei die Faltungen in den Vakuumbereich ragen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Vakuumdämmkörper ein Stützmaterial, insbesondere Perlitgestein, angeordnet ist. Das Stützmaterial ist vorzugsweise pulverförmig.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Erzeugnis ein Vakuumisolationspanel umfasst, wobei das Vakuumisolationspanel vorzugsweise in dem Vakuumbereich angeordnet ist, wobei das Vakuum isolationspanel vorzugsweise eine Glasfasermatte als Stützkern umfasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Innenraum eine Temperatur unter -20 °C, vorzugsweise unter -70 °C, insbesondere unter -190 °C oder über 20 °C, vorzugsweise über 60 °C, insbesondere über 100 °C, vorzugsweise bis 120 °C aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erzeugnis ein Fluidspeicher, insbesondere ein Speicher für Flüssiggas oder Warmwasser, oder ein Wärmeschrank ist. Der Speicher kann Bestandteil eines Systems, vorzugsweise eines Heizungssystems sein.
Das wärmeisolierte Erzeugnis gemäß der Erfindung kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Bestandteil eines Fernwärme- oder Fernkältesystems ein, wie beispielsweise eine Leitung, insbesondere ein Rohr zur Führung des Fernwärme- oder Fernkältemediums sein.
Das wärmeisolierte Erzeugnis weist vorzugsweise einen heißen Behälter oder ein Rohr auf, ist aber nicht darauf beschränkt. Durch den möglichen geringen Materialeinsatz an Folie, vorzugsweise Hochbarrierefolie kann der Behälter oder das Rohr auch im kryogenen Bereich sinnvoll zum Einsatz kommen, wobei dann die Anschlüsse üblicherweise, aber nicht zwingend oben am Behälter vorliegen. Zudem kann der Behälter nicht nur als separater Speicher dienen, sondern auch Teil einer industriellen Anlagentechnik sein. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses mit den Schritten:
- Bereitstellen eines von einer Innenwand begrenzten Innenraums;
- mindestens teilweises Umhüllen des Innenraums mit einer Folie;
- Verbinden der Innenwand mit der Folie, sodass ein vakuumdichter Vakuumbereich zwischen der Innenwand und der Folie entsteht;
- Evakuieren des Vakuumbereichs.
Die hierin beschriebenen Merkmale sind mutatis mutandis vorzugsweise Merkmale des Erzeugnisses als auch des Verfahrens.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigen:
Fig. 1 : eine perspektivische semitransparente Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses.
Fig. 2: eine perspektivische semitransparente Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses. Fig. 3: eine Schnittansicht eines Anschlusses einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses.
Fig. 4: eine perspektivische semitransparente Ansicht einer Folie einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses.
Fig. 5: schematische Darstellungen der Ergebnisse der Faltungsschritte, die zu einer Folie einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses führen.
Fig. 6: eine perspektivische semitransparente Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses.
Fig. 7: eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses.
In Fig. 1 ist ein wärmeisoliertes Erzeugnis mit einem Behälter 10, der einen Innenraum mindestens teilweise begrenzt, wobei der Innenraum gegenüber der Umgebung durch einen Vakuumdämmkörper gedämmt ist, dargestellt. Der Behälter 10 bildet eine Innenwand. Mindestens teilweise ist der Behälter 10 von einer Folie 20, insbesondere einer Hochbarrierefolie umgeben.
Der Behälter 10 und die Folie 20 sind vakuumdicht verbunden und bilden damit eine vakuumdichte Hülle. Es bildet sich somit ein Vakuumbereich 15 zwischen dem Behälter 10 und der Folie 20 in dem ein Vakuum vorliegt. In dem Vakuumbereich 15 ist Stützmaterial, wie beispielsweise Perlitgestein, angeordnet. Aus dem Innenraum führen Anschlüsse 11 , die Bestandteile des Behälters 10 sind. In dem Bereich der Anschlüsse 11 ist der Vakuumbereich 15 gegenüber einem Bereich, in dem keine Anschlüsse angeordnet sind, vorzugsweise um mehr als das Doppelte verdickt. Das Erzeugnis in Fig. 1 ist ein Warmwasserspeicher. Das Erzeugnis kann aber auch einen beliebigen thermisch isolierten Behälter 10 für ein beliebig temperiertes Medium umfassen.
In Fig. 1 sind die Anschlüsse 11 seitlich angeordnet. Die Anschlüsse 11 können auch, wie in Fig. 2 oben angeordnet sein.
Die Verbindung zwischen einem Anschluss 11 und der Folie 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird ein, vorzugsweise ringförmiger, Teil der Folie 20 durch eine Klemmmutter 12 zwischen einem Flansch an dem Anschluss 11 und der Klemmmutter 12 eingeklemmt. Zwischen dem Teil der Folie 20 und der Klemmmutter 12 sind ein Dichtung 14, der als Ausgleichselement wirkt und die Flächenpressung auf den gesamten eingeklemmten Teil der Folie 20 verteilt und eine Verdrehsicherung 13 angeordnet. Dadurch wird der Vakuumbereich 15 vakuumdicht verschlossen.
Um die Folie 20 möglichst effizient zu gestalten und die Anzahl sowie die Komplexität der nötigen Siegelverbindungen innerhalb der Folie 20 zu minimieren, bietet es sich an, die Folie 20 als modifizierten Dreiseitnahtbeutel bzw. Klotzbodenbeutel auszubilden, wie ein solcher aus Fig. 4 hervorgeht. Dabei ist die Folie 20 in der Fig. 4 nicht wie beim klassischen Dreiseitnahtbeutel an den gegenüberliegenden Siegelnähten komplett gerade gesiegelt, sondern ähnlich wie bei Giebeldach-Kartonverpackungen (ähnlich Tetra Rex®) an den gegenüberliegenden Siegelnähten gerafft und mehrlagig gesiegelt. Da die zu umhüllende Struktur meist nicht rechteckig, sondern zylindrisch ist, lässt sich durch diese Folienform der Folienüberschuss minimieren.
Fig. 5 zeigt die einzelnen Ergebnisse der Schritte, die zu einer Folie 20 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Erzeugnisses führen. Mit einem Schritt wird eine abgerollte Folie 120 bereitgestellt. Sodann wird diese abgerollte Folie zu einer umgefalteten Folie 220 mit Längssiegelung. Diese umgefaltete Folie wird sodann zu einem Dreiseitnahtbeutel 320 mit eingefalteten Ecken. Das Ausformen der Folie 20 kann nach aus der EP 3 247 550 A1 bekannten Prinzipien erfolgen.
In der EP 3 247 550 A1 wird ein Verfahren zum Anbringen einer Folie auf einen Körper offenbart. Die Folie 20 wird zunächst an eine Übergabeform angelegt und positioniert. Dann erfolgt ein Einbringen des zu folierenden Körpers in die Übergabeform, an der die aufzubringende Folie angelegt ist, oder ein Einbringen der Übergabeform, an der die aufzubringende Folie angelegt ist, in den zu folierenden Körper, sodass sich die Folie zwischen dem Körper und der Übergabeform befindet. Dann erfolgt ein Anlegen eines Unterdrucks in einem Bereich zwischen Körper und Folie und/oder ein Anlegen eines Überdrucks in einem Bereich zwischen Übergabeform und Folie, damit die Folie von der Übergabeform auf den Körper übergeht.
Insbesondere durch Folienhandling im Wesentlichen mit Über- und Unterdrück ergeben sich erfahrungsgemäß schonende Folienprozesse. Als charakteristisches Merkmal dieser Art von Folienhandling kann die Folie 20 Falten aufweisen, welche in den Vakuumbereich 15, beispielsweise in eine darin befindliche Pulverschüttung, hineinragen.
Um einen Evakuiervorgang in ausreichender Geschwindigkeit zu ermöglichen ist es möglich eine Sorptionspumpe nach den aus der EP 3 027 953 A1 sowie aus der EP 3 224 559 A1 bekannten Lehren mit einem integrierten Ventil nach Art der EP 3 452 768 A1 in oder an dem Vakuumdämmkörper anzuordnen.
Eine Sorptionspumpe umfasst beispielsweise wenigstens eine Öffnung zur Evakuierung des Vakuumbereichs, insbesondere wenigstens einen Evakuierstutzen, in der Hülle des Vakuumdämmkörpers, wobei sich in dem Vakuumdämmkörper wenigstens ein adsorbierendes Material befindet, wobei das adsorbierende Material teilweise o- der insgesamt im Bereich der Öffnung angeordnet ist. Vorzugsweise ist um die Öffnung herum und innerhalb des Vakuumbereichs wenigstens eine Platte angeordnet, die eine Wandung des Raumes bildet, in dem sich das adsorbierende Material befindet.
Die Öffnung kann mit wenigstens einem Ventil mit zumindest einem Ventilteller versehen sein, der im geöffneten Zustand die Öffnung öffnet und der im geschlossenen Zustand die Öffnung freigibt, wobei außerhalb des Dichtbereichs des Ventiltellers Mittel zur vakuumdichten Versiegelung der Öffnung angeordnet sind.
Vorzugsweise ist die Sorptionspumpe an einem Bereich angebracht, der ein einfaches Andocken an einen Evakuierstand ermöglicht und strömungstechnisch vorteilhaft ist. Das kann z.B. im Bereich der Verdickung des Vakuumdämmkörpers nahe der Anschlüsse 11 des Behälters 10, in der Höhe des Behälters 10 mittig sein.
Um die Folie 20 vor Beschädigungen zu schützen ist es denkbar, eine Schutzwand bzw. Schutzhülle an das Erzeugnis anzubringen. Dabei kann es sich um ein Blech oder eine Kunststoffverkleidung handeln.
Hierbei empfiehl es sich, wie in der EP 3 529 545 A1 beschrieben, Schmelzkleber auf die Fügepartner, also die Folie 20 und die Schutzwand bzw. die Schutzhülle aufzubringen und durch Hitzeeinwirkung zu verbinden, wobei im Falle einer metallischen Schutzwand bzw. Schutzhülle, also eines Blechs ein Siegelmuster nach Art der EP 3 715 752 A1 vorteilhaft ist, um Dellen im Blech durch thermischen Verzug zu vermeiden.
Der Vakuumdämmkörper und/oder ein Kontaktbereich der Schutzwand, mit der dieser zu verbinden ist, kann mit einem Schmelzklebstoff versehen sein, wobei der Vakuumdämmkörper relativ zu dem Kontaktbereich in die gewünschte Position gebracht wird und dort angelegt wird und sodann der Schmelzklebstoff durch Wärmeeinwirkung aktiviert wird. Insbesondere bei Wärmespeichern, wie Warmwasserspeichern kann die Wandstärke des Vakuumdämmkörpers einen entscheidenden Einfluss auf die Verwendbarkeit haben. Da ein erfindungsgemäßer Vakuumdämmkörper nicht nachträglich auf einen Behälter bzw. Speicher installiert werden kann, ist die Dimensionierung des Vakuumdämmkörpers vorzugsweise derart, dass der Speicher durch übliche Türen passt.
Da die Wärmeleitfähigkeit von evakuiertem Perlit mit 7 mW/mK etwa einen Faktor 5 besser ist als die von etablierten Neopor®-Systemen mit 35 mW/mK kann der Einsatz eines Vakuumdämmkörpers trotzdem auch dann sinnvoll sein, wenn der Durchmesser des Behälters annähernd die Türbreite erreicht, da z.B. mit einer Dämmstärke von 20 mm eine gleichwertige Dämmwirkung erreicht wird, wie bei 100 mm konventioneller Dämmung. Allerdings ist in so einem Fall keine Verbesserung der Energieeffizienz des Speichers mehr erreichbar.
Diese Herausforderung bei großen Speicherdurchmessern lässt sich lösen unter zu Hilfenahe der Methodik aus DE 102013 002 313 A1 . Es kann also in dem Erzeugnis, vorzugsweise in dem Vakuumbereich 15 zusätzlich wenigstens eine Vakuumdämmplatte befinden. Aufgrund des vorhandenen Vakuumbereichs 15 lassen sich Glasfaserpaneele mit metallisierter Folie einsetzen, ohne einen Verlust der Dämmwirkung innerhalb der Lebensdauer in Kauf nehmen zu müssen.
Ein solches Erzeugnis ist in Fig. 6 dargestellt. Hier ist, gegenüber des in Fig. 1 dargestellten Erzeugnisses in dem Vakuumbereich 15 ein Vakuumpanel 16 mit Glasfa- serkern angeordnet.
Aufgrund der außerordentlichen Dämmwirkung evakuierter Glasfasermatten mit Wärmeleitfähigkeiten von 1 ,5 mW/mK bietet sich ein Aufbau wie in Fig. 6 an. So kann in dem Bereich, in dem das Vakuumpanel 16 angeordnet ist, die Dämmstärke zum Beispiel auf 10 mm beschränkt werden, wobei der Wärmedurchgang trotzdem um einen Faktor 5 gegenüber einer Neopor ® Dämmung mit 100 mm Wandstärke redu- ziert ist. Der Vakuumdämmkörper mit Stützmaterial, also der Perlitvakuumdämmkör- per beschränkt sich dann im Wesentlichen auf den Bereich ober- und unterhalb des Behälters 10, sowie der Anschlüsse 11. Dabei ist noch genügend Volumengegeben, um den Gasdruckanstieg aufgrund des Gaseintrags durch die große Folienfläche auf einem ausreichend niedrigen Maß zu halten.
Neben dem Einsatz des Vakuumdämmkörpers für Behälter sieht eine besondere Ausprägung vor, ein Rohr mit einem Vakuumdämmkörper zu dämmen. Fig. 7 zeigt beispielhaft eine solche Rohrdämmung.
Die Verbindung zwischen jeweils einem Ende des Rohres 30 und der Folie 20 ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei sind die Verbindungen zwischen Rohr 30 und Folie 20 ähnlich gestaltet wie in Fig. 3. Es wird an jeweils einem Ende des Rohres 30 ein, vorzugsweise ringförmiger, Teil der Folie 20 durch eine Klemmmutter 12 zwischen einem Flansch an dem Rohr 30 und der Klemmmutter 12 eingeklemmt. Zwischen dem Teil der Folie 20 und der Klemmmutter 12 sind ein Dichtring 14, der als Ausgleichselement wirkt und die Flächenpressung auf den gesamten Teil der Folie 20 verteilt und eine Verdrehsicherung 13 angeordnet. An dem anderen Ende des Rohres ist eine genauso ausgeführte Verbindung vorhanden. Dadurch wird der Vakuumbereich 15 vakuumdicht verschlossen.
Die Folie 20 wird durch eine Hochbarrierefolie gebildet. Um eine möglichst einfache Foliengeometrie zu erreichen ist es vorgesehen die Folie als Folienschlauch zu gestalten, der über das komplette Rohr 30 gezogen, beziehungsweise um das Rohr 30 herum gefertigt wird. Um an den Enden gute Dichtflächen zu bekommen, wird, so wie in Fig. 7 angedeutet an den Enden des Folienschlauchs eine lochförmige Stanzung vorgenommen, wobei die Stanzung im Durchmesser so ausgeführt ist, dass sie über das Rohr passt, aber im Flanschbereich eine flächige Dichtebene bietet. Die offenen Enden des Folienschlauchs werden dabei auf eine Seite gelegt und lassen sich durch eine einfache Siegelung verschließen, wobei am Ende als Folienform ein klassischer Dreiseitnahtbeutel entsteht. Besonders geeignet ist diese Art der Rohrdämmung für Rohrelemente mit einem großen Verhältnis von Länge zu Querschnitt, da an jedem Verbindungsstück eine Wärmebrücke vorliegt. Mögliche Verhältnisse wären z.B. eine Rohrlänge von 6 m mit einem Nenndurchmesser von 40 mm. Bei größeren Rohrdurchmessern bietet es sich an, die Presskraft nicht wie in Fig. 7 angedeutet über ein einzelnes Gewinde aufzubringen, sondern mit mehreren Schrauben um den Umfang des Rohrflansches verteilt, um die Presskraft aufzubringen, da die Gleichmäßigkeit der Presskraft dann besser gegeben ist.
Einsatzgebiet solcher Rohrdämmungen kann insbesondere das kryogene Umfeld sein, aber auch Anwendungen im Bereich der Prozesswärme oder Fernwärme oder Fernkälte sind denkbar. Das Rohr kann also Bestandteil eines Wärme- oder Kältesystems sein. Da der Flächenanteil der Folie 20, welche mit dem heißen Rohr 30 in Kontakt ist, klein genug ist, so dass sich diffusiver Gaseintrag in den Vakuumdämmkörper auch bei hohen Temperaturen in Grenzen hält, sind beispielsweise Einsatztemperaturen bis 120 °C umsetzbar.
Die Offenbarungen der hierin genannten Druckschriften werden vorzugsweise hiermit vollständig in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.

Claims

Patentansprüche Wärmeisoliertes Erzeugnis mit einem Innenraum und einer Innenwand, wobei der Innenraum mindestens teilweise durch die Innenwand begrenzt wird, wobei der Innenraum wenigstens teilweise durch einen Vakuumdämmkörper von einer Umgebung des Erzeugnisses thermisch isoliert ist, wobei der Vakuumdämmkörper einen von einer vakuumdichten Hülle umhüllten Vakuumbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die vakuumdichte Hülle mindestens teilweise durch die Innenwand und eine Folie gebildet wird. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand direkt an den Innenraum angrenzt und die Innenwand den Innenraum zu über 50 %, vorzugsweise zu über 70 %, insbesondere zu über 90 % umgibt. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand Bestandteil eines Behälters o- der Rohrs ist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand mindestens teilweise aus Metall besteht und/oder dass die Folie eine Hochbarrierefolie, insbesondere eine Aluminiumverbundfolie mit mindestens einer Schicht aus gewalztem Aluminium ist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand und die Folie mittels einer Verbindung vakuumdicht verbunden sind. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis einen für die Leitung eines Mediums, vorzugsweise eines Fluids, aus dem Innenraum ausgebildeten Anschluss umfasst, wobei die Innenwand mindestens teilweise einen Bestandteil des Anschlusses bildet, wobei die Verbindung zwischen der Innenwand und der Folie mindestens teilweise den Anschluss umfasst. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis ein Rohr umfasst und an einem Ende oder an beide Enden des Rohrs ein Anschluss angeordnet ist, wobei das Rohr den Innenraum mindestens teilweise begrenzt. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Pressdichtung umfasst, wobei die Pressdichtung derart ausgebildet ist, dass ein Teil der Folie in der Pressdichtung, vorzugsweise mit einem Druck von über 20 bar, insbesondere über 50 bar eingeklemmt ist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressdichtung ein Ausgleichselement umfasst, welches eine Shore-Härte A von mehr als 60, insbesondere mehr als 80 aufweist, wobei das Ausgleichselement als Druckverteiler wirkt. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumdämmkörper im Bereich eines Anschlusses eine größere, vorzugsweise eine mehr als doppelt vergrößerte Wandstärke gegenüber einer Wandstärke des Vakuumdämmkörpers in einem anderen Bereich aufweist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie in Form eines Dreiseitnahtbeutels o- der eines Mittelnahtbeutels ausgebildet ist, wobei mindestens eine Naht durch eine oder mehrere Folienfaltungen verkürzt ist und/oder wobei der Dreiseit- nahtbeutel zwei Stanzungen aufweist, sodass er über ein Rohr gezogen werden kann und/oder teilweise auf einer Dichtfläche aufliegt, wobei der Folienrest zur Seite gefaltet ist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis eine, vorzugsweise in oder an der Folie angeordnete, Sorptionspumpe umfasst, wobei die Sorptionspumpe Strömungswege umfasst, die mindestens teilweise von einem sorptiven Material umgeben sind, wobei die Sorptionspumpe derart angeordnet und ausgebildet ist, um den Vakuumbereich zu evakuieren. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe ein integriertes Ventil umfasst. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis eine Schutzwand aufweist, wobei die Schutzwand zwischen dem Vakuumdämmkörper und der Umgebung angeordnet ist, wobei die Schutzwand mittels einer Anzahl von Verbindungsstellen mit der Folie verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen vorzugsweise eine auf der Folie angeordnete Heißsiegelschicht umfassen. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Flächenausdehnung jeder Verbindungsstelle zumindest in einer Dimension kleiner ist als das 1 ,2-fache, insbesondere kleiner als das 0,6-fa- che der Stärke der Schutzwand geteilt durch die Wurzel der Hälfte des Produkts aus dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schutzwand und der Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt eines die Verbindungsstelle bildenden Schmelzklebers und der Raumtemperatur. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie Faltungen aufweist, wobei die Faltungen in den Vakuumbereich ragen. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vakuumdämmkörper ein Stützmaterial, insbesondere Perlitgestein, angeordnet ist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis ein Vakuumisolationspanel umfasst, wobei das Vakuumisolationspanel vorzugsweise in dem Vakuumbereich angeordnet ist, wobei das Vakuumisolationspanel vorzugsweise eine Glasfasermatte als Stützkern umfasst. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum eine Temperatur unter -20 °C, vorzugsweise unter -70 °C, insbesondere unter -190 °C oder über 20 °C, vorzugsweise über 60 °C, insbesondere über 100 °C, vorzugsweise bis 120 °C aufweist. Wärmeisoliertes Erzeugnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis ein Fluidspeicher, insbesondere ein Speicher für Flüssiggas oder Warmwasser, oder Bestandteil eines Fernwärme- oder Fernkältesystems ist. Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierten Erzeugnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
- Bereitstellen eines von einer Innenwand begrenzten Innenraums;
- mindestens teilweises Umhüllen des Innenraums mit einer Folie;
- Verbinden der Innenwand mit der Folie, sodass ein vakuumdichter Vakuumbereich zwischen der Innenwand und der Folie entsteht;
- Evakuieren des Vakuumbereichs.
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