DE2802910A1

DE2802910A1 - Zusammengesetztes thermisch isolierendes material und dessen anwendung zur herstellung eines gasbehaelters

Info

Publication number: DE2802910A1
Application number: DE19782802910
Authority: DE
Inventors: Alain Balleyguier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1978-08-10
Also published as: IT7867203A0; BE863647A; IT1107041B; BR7800597A; SE7801256L; ES466628A1; OA05864A; NL7801009A; LU78825A1; PL204429A1; IN146350B; DK51178A; JPS5397662A; ZA78266B; FR2379751A1; DD134137A5

Description

Alain Balleyguier, 92370 Chaville, Frankreich

Zusammengesetztes thermisch isolierendes Material und dessen Anwendung zur Herstellung eines Gasbehälters

Die Erfindung bezieht sich auf ein zusammengesetztes thermisch isolierendes Material, das mindestens zwei hermetische Wände aufweist, zwischen denen ein bestimmtes Vakuum ausgebildet ist und die durch Verstrebungen auf Abstand gehalten sind.

Es sind Materialien bekannt, die beispielsweise zur Herstellung thermostatischer Behälter verwendet werden und mindestens zwei hermetische Wände aufweisen, zwischen denen ein bestimmtes Vakuum ausgebildet ist.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Material dieser Art anzugeben, daß besonders, jedoch nicht nur, zur Herstellung von Gasbehältern geeignet ist.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erwähnten Wände aus einem verhältnismäßig biegsamen Material hergestellt und durch Verstrebungen auf Abstand gehalten sind und daß Mittel vorgesehen sind, die auf diese Wände eine genau in der Ebene ihrer Oberflächen liegenden Zugspannung ausüben.

Ein derartiges Material gestattet die Herstellung von Um-

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hüllungen, die eine gute thermische Isolation bewirken und gleichzeitig biegsam und leicht sind. Diese Hüllen sind darüber hinaus leicht zu handhaben, da sie sich in bestimmten Ausführungsformen nach jeder Benutzung zusammenlegen lassen. Wenn eine derartige Hülle zur Herstellung eines Gasbehälters verwendet wird, kann die erwähnte Zugspannung beispielsweise durch einen überdruck des im Behälter enthaltenen Gases bewirkt werden.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß das Material zwischen zwei Wänden mindestens eine Plane aufweist, die mittels

auf Abstand

Verstrebungen/von dxesen Wänden gehalten ist, und daß diejenigen Verstrebungen, die die Plane in einem Abstand von der einen Wand halten, gegenüber denjenigen Verstrebungen, die die Plane auf Abstand zur anderen Wand halten, versetzt angeordnet sind.

Auf diese Weise können thermische Brücken zwischen den verschiedenen Wänden des Materials und demzufolge eine Übertragung der Wärme durch Wärmeleitung vermieden werden. Vorzugsweise ist die Plane aus einem Material schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt, um Wärmeverluste durch Wärmeleitung weitgehend einzuschränken.

Die Verstrebungen können beispielsweise feste Stützstäbe oder feste Trennwände sein, sind jedoch vorzugsweise mittels aufblasbarer biegsamer Rohre hergestellt, deren Achsen genau parallel zu den Wänden verlaufen. Der Vorteil der zuletzt genannten Ausführungsform besteht darin, daß die Isolationsfähigkeit des isolierenden Materials durch den Aufblasdruck in den biegsamen Rohren geregelt werden kann. So gestattet ein mehr oder weniger starkes Zusammendrücken dieser Rohre eine Berührung zwischen bestimmten Stellen der verschiedenen Wände des zusammengesetzten Materials und damit eine Verringerung der Isolationsfähigkeit an diesen Stellen.

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Die Verstrebungen sind ihrerseits vorzugsweise aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt. So können, wenn es sich bei den Verstrebungen um Stützstäbe handelt, Rohrteile aus festem Kunststoff verwendet werden, deren Achsen senkrecht zu den Wänden stehen, oder, wenn die Verstrebungen Stützstäbe oder feste Trennwände sind, Holz verwendet werden. Wenn das Gewicht des Materials eine wesentliche Rolle spielt, kann beispielsweise Balsaholz verwendet werden.

Ferner kann dafür gesorgt sein, daß das Material mindestens drei hermetische Wände aufweist, die mindestens zwei Räume zwischen sich begrenzen, in denen verschiedene Drücke herrschen.

Bei allen oben erwähnten Ausführungsarten des Materials kann mindestens eine Wand oder mindestens eine Plane reflektierend ausgebildet sein, um einen Wärmeaustausch durch Bestrahlung zu begrenzen. Ferner können ein oder mehrere reflektierende Schirme bekannter Art in den Räumen zwischen den Wänden vorgesehen sein.

Nach der Erfindung kann ferner ein Gasbehälter in der Weise ausgebildet sein, daß seine Wand mittels eines Materials der oben beschriebenen Art hergestellt ist und die erwähnte Spannung durch einen Überdruck im Behälter im Vergleich zu dem Außendruck bewirkt wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Materials nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III eines weiteren Ausführungsbeispiels nach Fig. 4,

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- 6 Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 den Schnitt V-V eines dritten Ausführungsbeispiels nach Fig. 6,

Fig. 6 eine Draufsicht auf das gleiche Ausführungsbeispiel, Fig. 7 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel und

Fig. 9 im Schnitt die Anwendung des Materials nach den Fig. 3 und 4 zur Herstellung eines kugelförmigen Gasbehälters.

Nach den Fig. 1 und 2 weist das zusammengesetzte thermisch isolierende Material zwei hermetische Wände 1 auf, zwischen denen ein bestimmtes Vakuum ausgebildet ist. Feste Trennwände 2 verhindern in Verbindung mit der Ausübung einer Zugspannung in der Ebene der Wände 1 durch geeignete Mittel, die in Fig. 1 schematisch als Pfeile T dargestellt sind, daß das zusammengesetzte Material zerdrückt wird und die beiden Wände 1 miteinander in Berührung kommen, nachdem das Vakuum zwischen den Wänden 1 ausgebildet worden ist. Mindestens eine Wand 1 kann reflektierend ausgebildet sein, um einen Wärmeaustausch durch Strahlung zu verhindern.

Die Trennwände 2 - ebenso wie alle anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Verstrebungen oder Aussteifungen - können gewünschtenfalls an den Wänden 1 durch geeignete Mittel, zum Beispiel mittels Klebstoff, befestigt sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 sind die Verstrebungen als Stützstäbe oder Stützstangen 3 ausgebildet. Diese Stützstäbe sind vorzugsweise aus einem Material

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hergestellt, das verhältnismäßig hohe Druckkräfte aufnehmen kann, und hier in zueinander versetzten Gruppen angeordnet, die durch eine Plane 4 (auch Decke, Zwischenwand, Vorhang oder Voile genannt) getrennt. Diese Plane besteht aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit, so daß eine thermische Brücke zwischen den beiden Wänden 1 des Materials vermieden und der Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen den beiden Seiten des zusammengesetzten Materials weitgehend vermieden ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel mit Stützstäben als Verstrebungen kann die Plane 4 auch weggelassen werden, während bei dem Ausführungsbeispiel mit den Trennwänden 2 als Verstrebungen auch eine derartige Plane vorgesehen sein kann.

Die Figuren 5 bis 7 stellen v/eitere Ausführungsbeispiele dar, bei denen die Verstrebungen, die die beiden Wände 1 trennen, als elastische biegsame Rohre 5 ausgebildet sind. Durch entsprechend starkes Aufblasen der Rohre 5 läßt sich der gewünschte Abstand zwischen den Wänden 1 einstellen. Durch Herauslassen des Gases und den Rohren, bis sich die Wände 1 örtlich berühren, läßt sich die Isolationsfähigkeit des zusammengesetzten Materials nach Wunsch verringern.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 5 und 6, bei dem die Verstrebungsrohre 5 ähnlich wie die Stützstäbe 3 nach den Figuren 3 und 4 angeordnet sind, das heißt, in zwei zueinander versetzten Lagen oder Ebenen und durch eine Plane vier getrennt. Bsi dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 bis 7 können die Rohre geradlinig oder auf irgendeiner Kurve angeordnet sein, zum Beispiel auf konzentrischen oder koaxialen Kreisen.

Fig. 8 stellt ein weiteres Ausführangsbeisplel dar, bei dem sechs hermetische Wände 1 vorgesehen sind, die zwischen sich fünf Räume ausbilden, deren Druck von einem minimalen Druck

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im mittleren Raum 6 bis zu einem nahe bei dem Außendruck liegenden Druck in den Räumen 7 abgestuft ansteigt. Die Planen 4 sind hier ebenfalls vorgesehen, und die Verstrebungen 8, die in Form einer der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein können, stützen sich - mit Ausnahme der im mittleren Raum 6 angeordneten Verstrebungen ? einerseits an einer Wand 1 und andererseits an einer Plane 4 ab.

Bei der Ausführung mit den abgestuft ausgebildeten Drücken wird das zusammengesetzte Material weniger belastet.

Fig. 9 stellt einen aus dem Material nach den Fig. 3 und 4 hergestellten kugelförmigen Behälter dar.

Die mittlere Plane 4, die beispielsweise aus einem triaxialen Polyimidfasergewebe hergestellt ist, wird über radiale Verstrebungen aus Balsastücken durch die Druckkräfte der inneren und äußeren Wände 1 im Gleichgewicht gehalten. Nachdem zwischen den beiden Wänden ein Vakuum ausgebildet worden ist, ist die innere Wand bestrebt zu explodieren und die äußere Wand zu implodieren. Damit sich diese beiden Bestrebungen ausgleichen, genügt es, daß die Summe der Zentrifugalkräfte, die von der inneren Wand über die Verstrebungen auf die Plane 4 übertragen werden, größer ist als die Summe der Zentripetalkräfte, die von der äußeren Wand über die Verstrebungen auf die Plane 4 übertragen werden. Aus diesem Grunde steht das im Behälter enthaltene Gas unter einem Druck, der um soviel höher als der Außendruck ist, daß die erforderliche Zugspannung ausgeübt wird, um eine Zusammendrücken des die Behälterwand bildenden zusammengesetzten Materials zu vermeiden. Es läßt sich zeigen, daß bei Ausbildung eines totalen Vakuums zwischen den beiden Wänden 1 der Innendruck höher als P_Q f Ü£ ) ist,wobei P_Q der Außendruck, R.

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der mittlere Radius der Innenwand und Rp der mittlere Radius der Außenwand ist.

Das beschriebene Material kann auch zur Herstellung von Behältern verwendet werden, die nicht kugelförmig sind. So kann die Darstellung in Fig. 9 auch als Querschnitt eines zylindrischen Behälters aufgefaßt werden.

Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen liegen im Rahmen der Erfindung.

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Claims

Patentansprüche

1. Zusammengesetztes thermisch isolierendes Material, das mindestens zwei hermetische Wände aufweist, zwischen denen ein bestimmtes Vakuum ausgebildet ist und die durch Verstrebungen auf Abstand gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (1) aus einem verhältnismäßig biegsamen Material hergestellt sind und daß Mittel vorgesehen sind, die auf diese Wände (1) eine genau in der Ebene ihrer Oberflächen liegende Zugspannung ausüben.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es

zwischen zwei Wänden (1) mindestens eine Plane (4) auf-

. .auf Abstand weist, die mittels Verstrebungen (2; 3; 5; 8)/von diesen Wänden (1) gehalten ist, und daß diejenigen Verstrebungen, die die Plane in einem Abstand von der einen Wand halten, gegenüber denjenigen Verstrebungen, die die Plane auf Abstand zur anderen Wand halten, versetzt angeordnet sind.

3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plane aus einem schlecht wärmeleitfähigen Material hergestellt ist.

4. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungen feste Stützstäbe (3) sind.

5. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungen feste Trennwände (2) sind.

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6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungen aufblasbare biegsame Rohre (5) sind.

7. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungen aus einem schlecht wärmeleitfähigen Material hergestellt sind.

8. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens drei hermetische Wände aufweist, die mindestens zwei Räume zwischen sich begrenzen, in denen verschiedene Drücke herrschen.

9. Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens drei Räume zwischen mindestens vier Wänden (1) aufweist und daß der Druck in dem mittleren Raum am schwächsten ist und beiderseits dieses Raumes genau symmetrisch zunimmt.

10. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand (1) oder mindestens eine Plane (4) reflektierend ist.

11. Gasbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wand mittels eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist und die erwähnte Zugspannung durch einen Überdruck des Behälterinhalts im Vergleich zu dem Außendruck bewirkt ist.

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