DE19847634C1

DE19847634C1 - Wärmeisolationspaneel

Info

Publication number: DE19847634C1
Application number: DE19847634A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Buerger; Yourii I Aristov
Original assignee: SASKIA SOLAR und ENERGIETECHNI
Current assignee: BUERGER, HEINZ-DIETER, 97877 WERTHEIM, DE
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2018-10-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärme-Isolationspaneel, bestehend aus zwei randseitig dicht verbundenen Platten (1, 2), zwischen denen ein Unterdruck herrscht. Erfindungsgemäß ist die Breite des Raums (3) zwischen den Platten zwischen 0,3 und 4 mm gewählt und wird durch lokale Stützelemente (4) gewährleistet, die höchstens 5%, vorzugsweise 1%, des Volumens des Raums (3) beanspruchen. Der Unterdruck ist dann so gewählt, daß in dem Raum (3) Molekularströmungsbedingungen vorliegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärme-Isolations paneel, bestehend aus zwei randseitig dicht verbundenen Platten, zwischen denen ein Unterdruck herrscht.

Derartige Paneele sind seit langem als mehrschichtige Isolier-Fensterscheiben bekannt. Solche Scheiben können meh rere Quadratmeter groß sein und sind an den Rändern dicht mit einem im allgemeinen metallischen Rahmen verbunden, wo bei der Abstand zwischen den Scheiben so gewählt ist, daß auch unter Berücksichtigung des Unterdrucks zwischen den einzelnen Scheiben diese einander nicht berühren.

Weiter sind sogenannte DEWAR-Gefäße (Thermoskannen) bekannt, bei denen eine ausgezeichnete Wärmeisolation durch eine doppelwandige Ausführung des Gefäßes und ein Vakuum zwischen den beiden Wänden erzielt wird. Dabei ist wichtig, daß durch eine richtige Wahl des Vakuums im Vakuumraum Mole kularströmungsbedingungen herrschen. Diese liegen im allge meinen vor, wenn in dem Raum ein Druck von 10^-3 mbar herrscht. Dieser Grenzdruck könnte jedoch höher angesetzt werden, wenn es gelänge den Abstand zwischen den beiden Wän den des Gefäßes merklich zu verringern. Dem steht aber die mangelnde Stabilität der Wände insbesondere dann entgegen, wenn diese nicht selbsttragend sind, wie dies bei flachen Wärme-Isolationspaneelen oder Glasfenstern der Fall ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärme-Isolations paneel vorzuschlagen, das sich insbesondere für großflächige und flache Paneele eignet und einen Grenzdruck für die Mole kularströmungsbedingungen besitzt, der deutlich größer als der oben erwähnte Wert von 10^-3 mbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Breite des Raums zwischen den Platten zwischen 0,3 und 4 mm gewählt ist und durch lokale Stützelemente gewährleistet wird, die höchstens 5%, vorzugsweise 1% des Volumens des Raums beanspruchen, und daß der Unterdruck so gewählt ist, daß in dem Raum Moleku larströmungsbedingungen vorliegen.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärme-Isolationspaneels beziehungswei se eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Paneels wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels mithilfe der beiliegenden Zeichnungen nä her erläutert.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt und schematisch ein Teil eines erfindungsgemäßen Isolationspaneels. Die wirklichen Maßstäbe sind zugunsten einer klarereren Darstellung nicht beachtet.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Paneels vom im Raum herrschenden Druck für verschiedene Wandabstände.

In Fig. 1 erkennt man einen Randbereich eines erfin dungsgemäßen Paneels. Es besteht aus zwei parallelen Glas scheiben 1 und 2 mit einer Dicke von je beispielsweise 3 mm. Ihr gegenseitiger Abstand und damit die Breite eines Raums 3 zwischen ihnen beträgt etwa 1 mm, wobei dieser Abstand durch Stützelemente 4 gewährleistet wird, selbst wenn der Raum 3 gegenüber dem äußeren Luftdruck einen Unterdruck aufweist.

Die beiden Platten sind am Rand umlaufend entweder verschmolzen oder, wie dargestellt, in einen Metall- oder Kunststoffrahmen 5 dicht eingeklebt. Die Stützelemente 4 bestehen aus gesinterten transparenten Aerogelplättchen mit einer Grundfläche von beispielsweise 1 cm² und einem gegen seitigen Abstand von 10 cm. Eine ganzflächige Abstützung scheidet aus, weil der Anteil der Festkörper-Wärmeleitung entschieden zu hoch wäre. Dies bedeutet jedoch, daß jedes Stützelement, wenn das Gesamtvolumen aller Stützelemente nur 1% des Gesamtvolumens des Raums 3 ausmacht, eine 100 mal höhere Belastung ertragen muß.

In Fig. 2 sind für verschiedene Abstände der beiden Platten 1 und 2 die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit (in W/m.K) vom im Raum 3 herrschenden Druck (in mbar) darge stellt. Die Kurve A gilt für einen Plattenabstand von 1 mm, die Kurve B für 2 mm, die Kurve C für 3 mm und die Kurve D für 4 mm. Außerdem ist die Grenzlinie E eingetragen, oberhalb der keine Molekularströmungsbedingungen mehr herrschen. Wie oben erwähnt, würde die Kurve für einen beliebig großen Abstand der beiden Platten die Grenzlinie bei etwa 10^-3 mbar kreuzen, während der Grenzdruck, bei dem die Grenzlinie E für die erfindungsgemäß gewählten Abstände überschritten wird, zwi schen 0,09 und 0,4 mbar liegt.

Unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Druckver luste aufgrund eines Leckstroms oder einer Abgasung der großflächigen Platten nimmt der Druck im Raum 3 im Lauf der Zeit unvermeidlich zu. Es läßt sich daher leicht errechnen, daß der Molekularströmungsbereich eines Paneels mit einer Gesamtgasrate von 10^-8 mbar.l/s innerhalb Stunden oder Tagen verlassen würde, wenn der Grenzdruck wie bisher bei 10^-3 mbar läge, selbst wenn das ursprüngliche Vakuum bei der Fertigung 10^-4 mbar betragen hatte. Bei einem Grenzdruck von 0,1 mbar dagegen verlängert sich bei sonst gleichen Bedingungen diese Zeitdauer um einen Faktor 100.

Die Erfindung ist nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Platten unter Bildung von zwei oder mehr Unterdruckräumen 3 zusammengebaut werden, wie dies für Iso lierglasscheiben gut bekannt ist. Auch braucht das Paneel oft nicht transparent zu sein. In diesem Fall kann man statt einer oder beider Glasplatten Metallbleche verwenden und statt der transparenten Aerogelplättchen nicht-transparente Stützelemente verwenden, beispielsweise Plättchen aus lich tundurchlässigem Silikagel, aus Kunststoff oder Keramik oder auch aus offenporigem Schaumstoff. Die Offenporigkeit ist wichtig, um auch die Stützelemente entgasen zu können. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Isolationspaneels mit Stützel ementen aus Silikagel oder Aerogel muß die begrenzte Druck festigkeit dieser Stoffen berücksichtigen. Diese Druck festigkeit kann jedoch deutlich erhöht werden, wenn man den Druck, mit dem die Platten gegeneinander drücken, langsam aufbaut, sodaß frühestens nach 5 Minuten, vorzugsweise erst nach 10 Minuten der gewünschte Wert erreicht wird. Mit die sem Verfahren erhöht man die Druckfestigkeit gegenüber einer plötzlichen Belastung um mindestens den Faktor 5.

Da die hauptsächlichen Bestandteile der Gase des Leckstroms und der Abgasung durch Wasserdampf, Sauerstoff, Stickstoff, CO₂ u. ä. gebildet werden, kann man die Standzeit des Isolationspaneels weiter verlängern, indem man in an sich bekannter Weise ein Gettermaterial, beispielsweise ein Metallgemisch 6 in Pulver-, Folien- oder Granulatform ein bringt, das nach dem Auspumpen und Verschließen lokal er hitzt wird und dabei alle reaktiven Gase und Dämpfe in Form von Oxiden, Nitriden, Karbiden und Hydriden chemisch bindet. Der verbleibende Rest an Edelgasen wird wegen seiner gerin gen Molekülgröße insbesondere durch eindiffundierendes Heli um gebildet. Dadurch ergibt sich eine rechnerischen Stand zeit des Isolationspaneels, die die üblicherweise geplante Nutzungsdauer weit übersteigt.

Die Gase aufgrund des Leckstroms oder einer Ausgasung können auch mithilfe eines Ionengettereffekts gebunden wer den, indem dauernd oder von Zeit zu Zeit ein Ionisationsfeld an mindestens einen Teilbereich des Paneels angelegt wird. Dabei können die Platten 1, 2 als Elektroden wirken, wenn sie elektrisch leitend und der Rahmen elektrisch isolierend sind.

Claims

1. Wärmeisolationspaneel, bestehend aus mindestens zwei randseitig dicht verbundenen Platten (1, 2), zwischen denen ein Unterdruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Raums (3) zwischen den Platten zwischen 0,3 und 4 mm gewählt ist und durch lokale Stützelemente (4) ge währleistet wird, die höchstens 5%, vorzugsweise 1% des Vo lumens des Raums (3) beanspruchen, und daß der Unterdruck so gewählt ist, daß in dem Raum Molekularströmungsbedingungen vorliegen.

2. Wärmeisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (4) Plättchen von etwa 1 cm² Grundfläche sind und einen gegenseitigen Abstand von etwa 10 cm besitzen.

3. Wärmeisolationspaneel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (4) Plättchen sind, die aus der Gruppe von Materialien ausge wählt werden, welche Aerogel, Silikagel, Kunststoff, Keramik und offenporigen Schaumstoff enthält.

4. Wärmeisolationspaneel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Raum eine ausreichende Menge Gettermaterial (6) befindet, um reaktive Dämpfe oder Gase zu binden.

5. Wärmeisolationspaneel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Platten (1, 2) und die Stützelemente (4) transparent sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeisolations paneels nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Stützelemente (4) aus Gel bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammenbau der Platten (1, 2) der Druck auf die Plättchen (4) langsam aufgebaut wird, sodaß nach frühestens fünf, vorzugsweise erst nach zehn Minuten die volle Be lastung vorliegt.

7. Verfahren zum Betrieb eines Paneels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilbereich des Paneels zumindest vorübergehend einem Ionisationsfeld ausgesetzt wird.