DE29823139U1 - Vakuumisolationspaneel - Google Patents
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Description
UVT GmbH
74918 Angelbachtal
74918 Angelbachtal
(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
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 (11)
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.
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