DE29823139U1

DE29823139U1 - Vakuumisolationspaneel

Info

Publication number: DE29823139U1
Application number: DE29823139U
Authority: DE
Original assignee: Uvt Umwelt und Verfahrens Tech
Current assignee: Uvt Umwelt und Verfahrens Tech
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2009-01-01
Also published as: DE29823140U1

Description

UVT GmbH
74918 Angelbachtal

Vakuumisolationspaneel

(kleinere Metallschicht)

Die Erfindung betrifft ein Vakuumisolationspaneel (VIP) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

VIP und deren Umhüllungen sind aus der Anwendung, z. B. in hochwertigen Haushaltskühlgeräten bekannt und zeichnen sich durch sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aus; sie werden daher technisch in verschiedenen Bereichen als Isolationsmaterialien oder als Be-standteile von Isolationsmaterialien eingesetzt. Es handelt sich dabei um Füllkörper geringer Wärmeleitfähigkeit, die in einer evakuierten Umhüllung (Kammer) verschlossen verpackt sind. Diese Kombination von schlecht wärmeleitenden Füllstoffen in evakuierten Kammern bewirkt wesentlich erst die hervorragenden Isolationswerte solcher VIP (&lgr;-Werte von 6-8 mW/(mK) gegenüber herkömmlichen, guten Isolationsstoffen wie PUR-Schaum mit 20 - 25 mW/(mK)).

Als Füllkörper kommen dabei z. B. Materialien wie Glaswolle, mineralische Stoffe, verschiedenen Kunststoffe oder Kombinationen dieser Stoffe zur Anwendung. Für die Funktionseigenschaften eines VIP wesentlich ist der Aufbau und der Erhalt des in der Umhüllung vorhandenen Vakuums. Hierzu werden üblicherweise die Umhüllungen nach Einbau des Füllkörpers evakuiert und die Hüllen nach Erreichen des gewünschten Enddrucks gasdicht verschlossen.

Je nach Füllkörper bestehen bisher bekannte Umhüllungen

- komplett aus Metall (z.B. Edelstahl), bei denen Oberseite und Unterseite üblicherweise durch Verschweißen oder Löten miteinander gasdicht verbunden sind

Verbundfolien mit üblicherweise mehreren Kunststoffschichten und einer Metallfolie (i.d.R. Aluminium), wobei die innerste Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff (z.B. PE, PP) besteht, durch den Oberseite und Unterseite miteinander verschweißt werden. Da diese Kunststoffschweißung nicht vollständig gasdicht ausgeführt werden kann, werden zusätzlich Gettermatehalien als Sorptionsmittel mit in das VIP eingebaut, die so dimensioniert sind, daß sie die Gasmengen, die während der erwarteten Lebensdauer eines VIP eindringen, auf-nehmen können. Die Verbundfolien-Umhüllungen werden in den derzeit üblichen technischen Anwendungen als Schlauchfolien oder als getrennte Ober- und Unterfolie hergestellt, aus denen den Geometrien der Füllkörper angepaßte Beutel udgl. zur Verpackung gefertigt werden.

Bei den derzeitigen technischen Anwendungen haben sich folgende Problemstellungen gezeigt:

1)Bei Kunststoffolien können Gase durch die Oberflächen oder durch die Schweißnähte in die evakuierten Paneele eindringen, somit den Druck erhöhen und bei entsprechenden Gasmengen mit der Zeit durch Zerstörung des eingebauten Vakuums die Isolationseigenschaften entscheidend verschlechtern. Versuche haben gezeigt, daß hierbei insbesondere Wasserdampf den hauptsächlichen und wesentlichen Anteil der eindringenden Gase ausmacht. Soweit bisher Getter-materialien in VIP zum Einsatz kommen, werden durch Reaktionen die eindringenden Gase, insbesondere Wasser bzw. Wasserdampf, gebunden und nicht physikalisch adsorbiert. Der bereits bekannte Zusatz bzw. die Beimischung von physikalischen, d. h. adsorbierenden Mitteln, z.B. Kieselsäure, zu den Füllermaterialien als offenes Pulver hat den Nachteil, daß dieses Pulver bereits vor dem Evakuiervorgang mit dem in den Füllkörpern vorhandenen Wassermengen reagiert bzw. diese adsorbiert und es kann somit nach dem Evakuieren nicht mehr als Adsorptionsmittel wirken. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn diese Füllkörper z. B. durch Vermischung mit wasser-haltigen Reaktions- bzw. Klebemitteln hergestellt bzw. bearbeitet werden.

Gut leitende Metallfolien können zu einem wärmetechnischen Kurzschluß an den Rändern des Paneels zwischen Oberseite und Unterseite führen, woraus ein starker Wärmefluß zwischen Oberseite und Unterseite entsteht. Dieser Wärmefluß verschlechtert die Isolations-eigenschaften des Paneel erheblich (Randeffekt). Diese Probleme können in Umhüllungen auftreten, die komplett aus Metallfolien bestehend (z.B. Edelstahl) verschweißt sind und in Folien, die als Kombinationen von Metallfolien (z.B. Aluminium) und Kunststoffolien bestehen.

Bei bisher in Gebrauch befindlichen Folien sind die einzelnen Schichten jeweils komplett über die gesamte Fläche einheitlich geschichtet. Insbesondere liegen die darin als Diffusionssperre eingebauten Metallfolien über die gesamte Folienfläche auf. Mit der Überdeckung der gesamten Folienfläche und somit der gesamten Außenflächen des VIP wird versucht die unter 1) beschriebenen Probleme der Diffusion zu lösen, gleichzeitig entsteht dadurch der unter 2) beschriebene Wärmefluß und vermindert dadurch die Isolationsfähigkeit des VIP insgesamt teilweise erheblich (Versuche haben hier gezeigt, daß z.B. bei einem VIP mit 40 &khgr; 40 cm Kantenlänge und einer Höhe von 2,5 cm von einer Verbesserung der Isolationswirkung bis zu 75 % durch diese Randeffekte verloren gehen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumisolationspaneel zu schaffen, das die unter 1) beschriebenen Probleme der Gasdiffusion und dabei insbesondere der Wasserdampfdiffusion löst und gleichzeitig die unter 2) beschriebenen bisher damit in Zusammenhang auftretenden Randeffekte vermeidet. Hierzu ist eine Folie erforderlich, die über die erwartete Lebensdauer des Paneels soweit gasdicht und insbesondere wasserdampfdicht ist, daß die eindringenden Gasmengen unterhalb der zulässigen bzw. technisch akzeptablen Menge bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen. Gemäß einer Ausführungsform wird die einzusetzende Folie so ausgeführt, daß diese bereichsweise mit Metall bedampft bzw. be-

schichtet ist. Diese bedampften Bereiche entsprechen den Flächen der Ober- und Unterseite des VIP während die Randbereiche (parallel zur Wärmeflußrichtung) nicht wärmeleitend ausgeführt sind. Diese Folie kann als Einzelfolie oder als Folienverbund ausgeführt werden, wobei idealerweise eine nicht leitende Trägerschicht für die Metallbedampfung zu verwenden ist und eine ggf. zusätzliche, verschweißbare Folie mit verwendet wird. Zusätzlich können die weiteren Schichten mit gasadsorbierenden Mittel dotiert werden. Als Metall zur Bedampfung bzw. Beschichtung kommen u. a. vor allem Aluminium, Silber udgl. zur Anwendung. Vorteilhaft ist auch die Bedampfung bzw. Beschichtung mit Metalloxiden wie z. B. Aluminiumoxid (z.B. AI₂O₃) und/oder Titanoxid. Die Metallschicht kann jedoch auch eine Metallfolie sein. Wichtig ist zur Lösung der Aufgabe, daß dann die Randbereiche mit der Zusatzbeschichtung versehen sind, die nach dem Evakuieren aufgebracht wird.

Zusätzlich kann bei Bedarf Kieselsäure in das VIP mit zugegeben werden. Dies kann durch Einbau eines vorgefertigten, wasserdampfdurchlässigen Behältnisses (z.B. eines Beutels mit wasserdampfdurchlässiger Umhüllung) erfolgen, der mit trockener Kieselsäure als Adsorptionsmittel gefüllt ist und der direkt vor dem Evakuiervorgang in eine vorbereitete bzw. dafür vorgesehene Aussparung am VIP-Füllkörper eingelegt wird oder in das VIP in sonstiger Form (z.B. als Flachbeutel) mit verpackt wird.

Die ökonomischen und technischen Vorteile der Erfindung liegen in den insgesamt verbesserten Isolationseigenschaften der VIP, da Randverluste erheblich reduziert werden und dadurch höhere Energieeinsparungen möglich sind. Darüber hinaus wird mit dieser Erfindung die Einsatzmöglichkeit verschiedener VIP erweitert, da nunmehr auch kleinere Abmessungen ohne nennenswerte Randverluste eingesetzt werden können,

Anhand der Zeichnung wird der Stand der Technik und die Erfindung anhand von Beispielen gegenüber gestellt.

Es zeigen: Fig.1 einen Schnitt durch und Fig. 2 eine Draufsicht

auf ein Vakuumisolationspaneel gemäß dem Stand der Technik

Fig.3 den Umhüllungsaufbau gemäß dem Stand der
Technik

Fig.4 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Vakuumisolationspaneel

Fig.5 den Umhüllungsaufbau des Vakuumisolationspanells der Fig. 4

Fig.6 vergrößert den Randbereich der Fig. 5

Das in Fig. 1 im Schnitt gezeigte Vakuumisolationspaneel gemäß dem Stand der Technik weist einen Füller 1, eine aus Oberseite 2, Unterseite 4, Randbereich 5 und Verschweißbereich 3 bestehende Umhüllung auf. Die Fig. 2 zeigt dieses Paneel in Draufsicht. Fig. 3 zeigt den Aufbau der Umhüllung 2 der Fig. 1 und zwar einen Ausschnitt links außen. Es sind eine Außenfolie 6, eine Metallfolie 7 und eine Innenfolie 8 vorgesehen. Die Außenfolie 6 und entsprechend die anderen Folien 7 und 8 weisen einen der Oberseite 2 entsprechenden Abschnitt 6a, einen Randbereich 6b und einen Schweißbereich 6c auf. In der Praxis sind diese verschiedenen Folienlagen fest und dicht miteinander verbunden, z. B. durch Verklebung.

Die Draufsicht der Fig. 4 läßt erkennen, daß die Oberseite der Umhüllung nur auf einem Teil 11 einen Metallbelag aufweist, daß die Ränder aber keinen solchen Belag aufweisen. Dies zeigt auch Fig. 5. Hier ist nur der Bereich 14a der Innenfolie mit einer Metallschicht 13 versehen (bedampft). Der Randbereich 14b und der Schweißbereich 14c trägt keine solche Schicht. Über der Schicht 13 bzw. über den Bereichen 14b und 14c der Innenfolie liegt die Außenfolie 12. Die Umhüllung könnte noch weitere Folien aufweisen. Auch diese sind in der Praxis fest miteinander verbunden. Der Metallbelag

könnte auch auf der Unterseite der Folienschicht 12 in analoger Weise aufgebracht sein.

Wie oben erwähnt, kann die Metallschicht 13 auch eine Metallfolie sein. Die Trägerfolie 14, bzw. wenigstens eine der Folien bei Verwendung einer Metallfolie kann aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder PET bestehen. Auch ist eine Kombination einer oder mehrerer der genannten Stoffe mit einer Polyalkohol- und/oder einer Alkoholpolymerverbindung möglich.

Die Fig. 6 zeigt im Gegensatz zu Fig. 5 den Randbereich des gesamten Paneels mit der Außenfolie 12, der Innenfolie 14 und einer Metallfolie 13. Der gesamte Randbereich und noch überlappend ein Teil der Ober- und Unterseite des Paneels ist von einer gasundurchlässigen Zusatzbeschichtung 15 umhüllt, wodurch die Randbereiche abgedichtet sind.

Claims

«Patenransprüche

1) Vakuumisolationspaneel bestehend aus einer Umhüllung und einem Füller, wobei die Umhüllung aus wenigstens zwei Schichten besteht, von denen wenigstens eine, eine gasundurchlässige Schicht ist, und wobei die offenen Ränder der Ober- und Unterseite an den Randbereichen miteinander verschweißt sind und die Umhüllung evakuiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der gasundurchlässigen Schicht (13) kleiner als die Fläche der anderen Schichten (12, 14) ist, derart, daß die Randbereiche der anderen Schichten (12, 14) von ihr nicht abgedeckt sind, und daß wenigstens die Randbereiche (10, 12b, 14b, 12c, 14c) von einer im wesentlichen gasundurchlässigen oder gasadsorbierenden, nach dem Evakuieren aufgebrachten Zusatzbeschichtung (15) umhüllt sind.

2) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (13) eine Metallfolie ist.

3) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus einer Beschichtung oder Bedampfung (13), einer Trägerfolie (14a) mit einem Metall besteht.

4) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Schicht aus einer Beschichtung oder Bedampfung einer Trägerfolie (14a) mit einem Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid ( z. B. AI₂O₃) und/ oder Titanoxid, besteht.

5) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Wärmeflußrichtung verlaufenden Ränder (12b, 14b) und die miteinander verschweißten Ränder (12c, 14c) aus nicht wärmeleitenden Schichten bestehen.

6) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der nicht wärmeleitenden Schichten (Folien) mit einem gasadsorbierenden Material versehen (dotiert) ist.

7) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die metallische Schicht (13) tragende Trägerfolie (14) aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder PET besteht.

8) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (14) aus der Kombination von PP und/oder PE und/oder PET mit einer Polyalkohol- und/oder Alkoholpolymerverbindung besteht.

9) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf adsorbierendes Material in der Umhüllung untergebracht ist.

10) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf adsorbierende Material in wenigstens einem wasserdampfdurchlässigen Behältnis untergebracht ist.

11) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material Kieselsäure ist.