DE69906690T2

DE69906690T2 - Selbst unterdruck erzeugendes vakuumpaneel

Info

Publication number: DE69906690T2
Application number: DE69906690T
Authority: DE
Inventors: M. Douglas SMITH; Ulrich R. Boes; Kevin Roderick
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: AU2212899A; KR20010024854A; BR9906964A; EP1047901B1; WO1999036726A1; CA2318194A1; US6010762A; JP2002509233A; CN1125260C; EP1047901A1; CN1288510A; DE69906690D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft selbst Unterdruck erzeugende Vakuumisolierpaneele und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist seit langem bekannt, dass Vakuum ein guter Isolator ist. Demgemäß sind Vakuumisolierpaneele in einer Reihe von Gebieten zur Isolierung brauchbar. Obwohl Vakuumisolierpaneele erwünscht sind, sind sie teuer in der Herstellung. Schwierigkeiten und relativ hohe Kosten sind insbesondere mit der Erzeugung des Vakuums und bei der Bildung der physikalischen Form des Behälters verbunden. Beispielsweise wird im US-Patent 5,107,649 ein Isolierpaneel beschrieben, das zwei biegbare Metallblechwände mit Abstandhaltern dazwischen umfaßt, wobei die Metallbleche zusammengeschweißt sind und dazwischen ein Vakuum gebildet wird.
Um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die mit der Herstellung von Vakuumisolierpaneelen des zuvor genannten Typs verbunden sind, ist versucht worden, Vakuumpaneele herzustellen, die selbst Unterdruck erzeugen, d. h., bei denen es nicht erforderlich ist, ein Vakuum zu der Zeit zu erzeugen, zu der das Isolierpaneel hergestellt wird, sondern die Bildung eines Vakuums in situ zu dem Zeitpunkt hervorzurufen, bei dem das Isolierpaneel durch Inkontaktbringen mit einer Kältequelle kalt wird. Beispielsweise wird im US-Patent 3,812,886 ein Isolierschlauch mit einem Perlitkern beschrieben, der in eine Umhüllung eingeschlossen ist, die mit einem kondensierbaren Gas wie beispielsweise Kohlendioxid gefüllt ist. Wenn der Isolierschlauch kalt wird, in dem er in die Nähe einer Kältequelle gebracht wird, kondensiert das Kohlendioxid, wobei ein isolierendes Vakuum hervorgerufen wird. Im US-Patent 5,160,769 wird ebenfalls ein isolierendes Gehäuse beschrieben, das ein geschäumtes Material umfaßt, das mit Kohlendioxid gefüllte Zellen enthält. Wenn das isolierende Gehäuse kalt wird durch Inkontaktbringen einer ausreichenden Kältequelle verfestigt sich das Kohlendioxid, wodurch ein isolierendes Vakuum hervorgerufen wird.
Obwohl bereits selbst Unterdruck erzeugende Vakuumisolierpaneele beschrieben worden sind, besteht weiterhin ein Bedürfnis nach einem verbesserten selbst Unterdruck erzeugenden Vakuumisolierpaneel und einem Verfahren zur Herstellung desselben. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches selbst Unterdruck erzeugendes Vakuumisolierpaneel und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereit. Insbesonde re kann das erfindungsgemäße Isolierpaneel unter ähnlichen Herstellungs- und Verwendungsbedingungen ein größeres Vakuum bereitstellen als herkömmliche selbst Unterdruck erzeugende Isolierpaneele. Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der hier angegebenen Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Isolierpaneel bereit, das einen luftundurchlässigen Behälter umfaßt, in dem sich ein Gas und ein adsorbierendes Material befinden, das eine Oberfläche von mindestens etwa 200 m²/g aufweist und das bei einer Temperatur unterhalb etwa 0°C mehr von dem Gas adsorbiert als bei 22°C, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als etwa 80% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um eine Oberfläche von thermischen Effekten der Umgebung zu isolieren, wobei das Verfahren umfaßt, dass das erfindungsgemäße Isolierpaneel über der zu isolierenden Oberfläche plaziert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine graphische Darstellung, die die vorhergesagte thermische Leitfähigkeit k (W/mK), aufgetragen gegen den Druck verschiedener Gase: Stickstoff, Argon, Krypton, Xenon und Kohlendioxid, veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung beruht zumindest teilweise auf dem Verhalten eines Gases und eines absorbierenden Materials für das Gas bei verschiedenen Temperaturen. Insbesondere nimmt eine bestimmte Menge eines Gases in einem undurchlässigen Behälter im allgemeinen bei einer niedrigeren Temperatur weniger Volumen auf, d. h. in dem Behälter wird ein Zustand niedrigeren Drucks oder ein partielles Vakuum erzeugt. Es ist gefunden worden, dass dieser Effekt in Gegenwart eines das Gas absorbierenden Materials ausgeprägter ist, was die Herstellung eines Isolierpaneels bei Atmosphärendruck erlaubt, oder bei einem Druck, der geringer ist als Atmosphärendruck, jedoch oberhalb herkömmlicher Vakuumdrücke liegt, das nichtsdestoweniger einen niedrigeren Druck oder einen herkömmlichen Vakuumdruck während des Gebrauchs bereitstellt, d. h. wenn es in Kontakt mit einer Kältequelle steht.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Isolierpaneel bereit, das einen luftundurchlässigen Behälter umfaßt, und der ein Gas und ein adsorbierendes Material enthält, das eine Oberfläche von mindestens etwa 200 m²/g aufweist und das bei einer Temperatur unterhalb etwa 0°C mehr von dem Gas adsorbiert als bei 22°C, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als etwa 80% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Notwendigkeit, in dem Behälter des Isolierpaneels zum Zeitpunkt seiner Herstellung ein wesentliches Vakuum oder überhaupt ein Vakuum zu erzeugen hinfällig, was zu reduzierten Paneelkosten und einer schnelleren Produktion des Isolierpaneels führt. Darüber hinaus kann ein mittleres Vakuum in dem Behälter während seiner Herstellung zu einem ultimativen Wärmeverhalten während der Verwendung zur Isolierung führen, das dem Wärmeverhalten eines Isolationspaneels äquivalent ist, das mit einem sehr viel größeren Vakuum hergestellt wurde. Ein signifikanteres Vakuum in dem Behälter während seiner Herstellung kann gleichfalls zu einem besseren Wärmeverhalten während der Verwendung als Isolierung führen im Vergleich zum Wärmeverhalten eines Isolierpaneels, das mit einem äquivalenten Vakuum hergestellt wurde. Mit anderen Worten, weil das erfindungsgemäße Isolierpaneel selbst Unterdruck erzeugt und das Gas kondensiert und auf der Oberfläche des adsorbierenden Materials adsorbiert wird, kann die vorliegende Erfindung ein größeres Vakuum erzeugen als bislang bekannte selbst Unterdruck erzeugende Vakuumisolierpaneele unter gleichen Bedingungen (z. B. ähnlicher Behälterdruck bei Umgebungstemperatur). Dies kann dadurch erreicht werden, dass man das erfindungsgemäße Isolierpaneel während seiner Herstellung und der Anwendung einer Kältequelle zur nötigen Isolierung flexibel sein lässt, wodurch man es während der Anwendung auf die zu isolierende Oberfläche formen und modellieren kann.
Der Behälter des erfindungsgemäßen Isolierpaneels kann aus jedem geeigneten Material sein. Vorzugsweise ist das Material flexibel, so dass der Behälter zu einer Vielzahl von zu isolierenden Oberflächen konfiguriert (z. B. modelliert oder geformt) werden kann. Kunststoff (insbesondere in Form dünner Kunststofffolien) ist ein bevorzugtes Material für den Behälter.
Der Druck in dem Behälter des erfindungsgemäßen Isolierpaneels kann jeder geeignete Druck bei 22°C sein. Beispielsweise ist der Druck in dem Behälter bei 22°C vorzugsweise Atmosphärendruck, z. B. etwa 80–110 kPa (etwa 600–800 Torr). Natürlich hängt der Atmosphärendruck von solchen Faktoren wie Höhe und Wetter ab. Im allgemeinen beträgt der Atmosphärendruck in Meereshöhe etwa 100 kPa (etwa 760 Torr), kann jedoch in 2000 Metern Höhe bis zu etwa 80 kPa (etwa 600 Torr) reichen.
Das erfindungsgemäße Isolierpaneel verliert an Flexibilität, wenn der Druck in dem Behälter abnimmt. Wenn daher ein Paneel gewünscht ist, das bei 22°C flexibel ist, dann ist in dem Behälter ein höherer Druck, z. B. Atmosphärendruck bei 22°C bevorzugt. Typischerweise wird mit einem Behälter, der aus dünnen Kunststofffolien gebaut ist, das Paneel beträchtlich an Flexibilität verlieren, wenn der Druck in dem Behälter weniger als etwa 40–55 kPa (etwa 300–400 Torr) beträgt, und zwar mit einem wesentlichen Verlust an Flexibilität, wenn der Druck in dem Behälter weniger als etwa 25 kPa (etwa 200 Torr) beträgt.
Wenn die Flexibilität des Paneels nicht von Bedeutung oder nicht erwünscht ist, kann der Druck in dem Behälter bei 22°C wesentlich geringer als Atmosphärendruck sein. In solchen Ausführungsformen beträgt der Druck in dem Behälter bei 22°C vorzugsweise etwa 15 kPa (etwa 100 Torr) oder weniger (z. B. etwa 0,1–15 kPa (etwa 1–100 Torr)), bevorzugter etwa 1 kPa (etwa 10 Torr) oder weniger (z. B. etwa 0,001–1 kPa (etwa 0,01–10 Torr)) und am meisten bevorzugt 0,1 kPa (etwa 1 Torr) oder weniger (z. B. etwa 0,001–0,1 kPa (etwa 0,01–1 Torr)).
Der Druck in dem Behälter bei –34°C beträgt nicht mehr als 80% des Drucks in dem Behälter bei 22°C. Es ist erwünscht, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 65%, vorzugsweise nicht mehr als 60%, bevorzugter nicht mehr als 50% und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 30% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt. Am meisten bevorzugt beträgt der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 20%, z. B. nicht mehr als 10% des Drucks in dem Behälter bei 22°C.
Es kann jedes geeignete Gas in dem Behälter aus dem Isolierpaneel verwendet werden, solange das Gas in Kombination mit dem adsorbierenden Material in dem Behälter bei –34°C einen Druck aufweist, der nicht mehr als etwa 80% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt. Obwohl Gasmischungen in dem Behälter verwendet werden können, ist das Gas üblicherweise ein einzelnes Gas oder im wesentlichen ein einzelnes Gas. Geeignete Gase weisen wünschenswerterweise im Vergleich zu Stickstoff/Luft eine geringere thermische Leitfähigkeit auf, wie beispielsweise Argon, Kohlendioxid, Krypton und Xenon. Vorzugsweise ist das Gas in dem Isolierpaneel im wesentlichen ganz aus Kohlendioxid. Kohlendioxid ist bevorzugt, da es relativ kostengünstig ist, eine niedrige Gasleitfähigkeit aufweist und bei Temperaturen leicht unterhalb der Umgebungstemperatur (z. B. 22°C) auf verschiedenen Materialien adsorbiert wird. Darüber hinaus ermöglicht Kohlendioxid ein verbessertes thermisches Verhalten im Vergleich zu Paneelen, die bei Atmosphärendruck (z. B. etwa 80–110 kPa (etwa 600–800 Torr)) mit Stickstoff/Luft gefüllt sind. Andere bevorzugte Gase sind Krypton und Xenon.
Das adsorbierende Material kann jedes beliebige Material sein, das in Kombination mit dem Gas zu der zuvor beschriebenen Druckabnahme in dem Behälter des erfindungsgemäßen Isolierpaneels führt und ist wünschenswerterweise auch ein guter Wärmeisolator. Ein bevorzugtes adsorbierendes Material ist Silica, insbesondere in einem hydrophilen (anstatt hydrophoben) Zustand. Bevorzugter ist das adsorbierende Material ein Silicagel oder ein Silicaaerogel. Ein anderes bevorzugtes adsorbierendes Material ist Kohlenstoff, vorzugsweise aktivierter Kohlenstoff. Das adsorbierende Material kann eine Kombination aus zwei oder mehreren verschiedenen Materialien sein. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform in dieser Hinsicht ist die Kombination aus Silica und Kohlenstoff, insbesondere ein Silicaaerogel und aktivierter Kohlenstoff. Sowohl Silica als auch Kohlenstoff sind gute adsorbierende Materialien, Silica ist jedoch auch ein gutes Isoliermaterial per se und Kohlenstoff kann zur Isolierfunktion beitragen, indem es das Isolierpaneel opak, vorzugsweise schwarz, macht. Aktivierter Kohlenstoff weist daher die Vorteile eines abnehmenden Infrarotstrahlungstransfers auf und ist zugleich für viele Gase wie Kohlendioxid ein hervorragendes Adsorbens. Es kann jede geeignete Kohlenstoffmenge in Bezug auf die Silicamenge vorliegen. Der aktivierte Kohlenstoff liegt vorzugsweise in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Silicapartikel vor.
Das adsorbierende Material kann in jeder geeigneten Form, vorzugsweise in Form von Partikeln, vorliegen. Partikel aus adsorbierenden Materialien können jede geeignete Partikelgröße aufweisen. Wenn das adsorbierende Material Silica ist, weisen die Silicapartikel im allgemeinen einen Durchmesser von vorzugsweise weniger als etwa 500 μm auf. Wenn das adsorbierende Material Kohlenstoff ist, insbesondere aktivierter Kohlenstoff, weisen die Kohlenstoffpartikel vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als etwa 100 μm auf.
Das adsorbierende Material weist eine Oberfläche von mindestens etwa 200 m2/g auf. Im allgemeinen sind größere Oberflächen wünschenswerter, insofern als mit zunehmender Oberfläche eine zunehmende Isolierwirkung und adsorptive Kapazität vorliegt. Die Oberfläche des adsorbierenden Materials beträgt daher, insbesondere wenn es Silica ist, vorzugsweise mindestens etwa 400 m²/g, bevorzugter mindestens etwa 600 m2/g und am meisten bevorzugt mindestens etwa 800 m²/g.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Isolieren einer Oberfläche gegen thermische Effekte aus der Umgebung bereit, das umfaßt, dass das erfindungsgemäße Isolierpaneel über der zu isolierenden Oberfläche plaziert wird. Das erfindungsgemäße Isolierpaneel kann zum Isolieren jeder geeigneten Oberfläche, z. B. Lagerbehälter, Tanks, Rohre usw. verwendet werden.
Die Kombination aus einem flexiblen Behälter und einem flexiblen adsorbierenden Material, z. B. in Form von Partikeln, gewährleistet, dass das Isolierpaneel bei Umgebungstemperaturen flexibel ist. Das Isolierpaneel kann daher während der Herstellung und/oder während es zum Isolieren einer kalten Oberfläche ausgesetzt wird, physikalisch geformt werden, worauf beim Kühlen in dem Behälter ein Vakuum gebildet wird wodurch bewirkt wird, dass das Isolierpaneel steif wird.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, sollen jedoch ihren Umfang in keiner Weise einschränken.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel zeigt das verbesserte Wärmeverhalten von Gasen bei verschiedenen Drücken, die für einen Pressling von 0,1 g/cm³ Aerogelkörnchen bei Umgebungstemperatur als eine Funktion von Füllgas und Druck berechnet wurde.
Der Rahmen für das Modell des Wärmetransports in Aerogelen ist gut bekannt. Siehe Fricke et al., Int. J. Heat Mass Transfer, 35, 2305 (1992), Hrubesh und Pekala, J. Mater. Res., 9, 731 (1994), Zeng et al., J. Non-Cryst. Solids, 186, 264 (1995). Wärmetransfer in einem porösen Festkörper niedriger Dichte wie einem Aerogel besteht aus drei Mechanismen: (1) Festphasenleitung, (2) Gasphasenleitung in den Poren und (3) Wärmestrahlung. Der verwendete Modellansatz zur Berechnung der Daten für dieses Beispiel folgt direkt dem in Hrubesh und Pekala, siehe oben, beschriebenen, mit drei Änderungen. Es wird ein weiterer Term für die Gasphasenleitung verwendet und zwar für den intergranulären Wärmetransfer. Die für den intergranulären Bereich verwendete Porengröße wird berechnet als der hydraulische Durchmesser, wobei der Körnchendurchmesser und die Packungsfraktion Φ verwendet werden. Φ ist definiert als die Volumenfraktion der Körnchen in dem Pressling. Für die intergranuläre Porengröße wurden die Dichte und die Oberfläche bestimmt, da das diejenigen Eigenschaften sind, die während der Synthese kontrolliert werden können. Die durchschnittliche Porengröße, die als der hydraulische Durchmesser genommen wird, ist für eine gegebene Dichte durch einen praktischen Oberflächenbereich von 100–1000 m²/g gebunden. Die Zugabe eines Opakmachers für die Wärmestrahlung wird berechnet durch: (a) Variieren des spezifischen Extinktionskoeffizienten und (b) einer Addition der Festphasenwärmeleittähigkeit des Opakmachens entweder nach einem Serien- oder Parallelmodell. Die Summe der einzelnen Komponenten wird über die gesamte thermische Leitfähigkeit genommen: k_insgesamt = k_Strahlung + k_{Feststoff,Körnchen} + k_{Gas,Körnchen} + k_Gas _{,intergranulär} Die ersten beiden Komponenten, k_Strahlung Und k_{Feststoff,Körnchen} sind unabhängig von Gasdruck und -typ. Die Gasphasenleitfähigkeit in den Körnchen variiert mit dem Gasdruck in der Nähe des Umgebungsdrucks (je nach der Porengröße). Es sind viel geringere Drücke erforderlich, um die Gasphasenleitung in den intergranulären Bereichen zu erniedrigen. Dies sind berechnete k-Werte für ein nicht opakifiziertes granuläres Aerogel mit einer Packungsfraktion von 0,7. Für die thermischen Berechnungen dieses Beispiels wurden Aerogelkörnchen mit einer Oberfläche von 800 m²/g, einer Partikelgröße von 100 μm und einer Packungsfraktion von 0,9 verwendet. Es wurde angenommen, dass der Pressling 15 Gew.-% Kohlenstoff enthält und eine Dichte von 99,3 kg/m³ aufweist.
Die Oberfläche von Silicas wie beispielsweise Aerogelen beruht auf der Menge von adsorbiertem Stickstoff bei fünf verschiedenen relativen Drücken über einen Bereich von 0,05 bis 0,25 gemäß dem Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Modell, das in Gregg, S. J. und Sing, K.S.W, „Adsorption, Surface Area and Porosity," S. 285, Academic Press, New York (1991) beschrieben ist.
Die erhaltenen Daten sind in 1 als graphische Darstellung angegeben. Wie aus dieser Figur hervorgeht, weisen Argon, Kohlendioxid, Krypton und Xenon eine beträchtlich größere Isolierkapazität auf als Stickstoff, insbesondere bei höheren Drücken (wie durch die niedrigeren Wärmeleitfähigkeitswerte k bewiesen wird). Da Kohlendioxid darüber hinaus sehr geringe Drücke erreicht, kann sein Wärmeverhalten im Vergleich zu seinem Wärmeverhalten bei Atmosphärendruck doppelt so gut sein.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Funktionsweise des erfindungsgemäßen selbst Unterdruck erzeugenden Vakuumisolierpaneels.
Entsprechende Container wurden mit Kohlendioxid und entweder keinem zusätzlichem Material (Probe B), hochdispersem Silica (Proben C und D), hydrophilem Silicaaerogel (Proben E, F und H), hydrophobem Silicaaerogel (Probe G) oder hydrophilem Silicaaerogel in Kombination mit aktiviertem Kohlenstoff (Proben I, J und K) gefüllt, wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben ist. Zu weiteren Vergleichszwecken wurde ein Behälter mit Luft und keinem zusätzlichen Material (Probe A) gefüllt. Die hydrophilen und hydrophoben Silicaaerogele wurden aus einem nassen (wäßrigen) Gel geformt und die Menge an Silica in Gew.-% in dem nassen Vorstufengel ist ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Wenn aktivierter Kohlenstoff vorlag, ist die Menge an Gew.-% des aktivierten Kohlenstoffs in Bezug auf die Menge der Gesamtfeststoffe (d. h. Silica und aktivierter Kohlenstoff) in Tabelle 1 angegeben. Die adsorbierenden Materialien der Proben C-E und G-K lagen in gemahlener Form vor, während die adsorbierenden Materialien der Probe F in Form von Körnchen vorlagen.
Insbesondere wurde für jede der Proben entweder kein adsorbierendes Material oder eine bekannte Menge an adsorbierendem Material in ein ASAP-Meßröhrchen (ein Glasröhrchen mit einer kugelförmigen Verdickung am Boden) gegeben. Dann wurden Glasstäbe in den Hals des Röhrchens gegeben, um zusätzliches Volumen zu verdrängen. Die Masse des adsorbierenden Materials wurde sowohl vor als auch nach dem Experiment gemessen, um die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Die Proben wurden dann auf 0,3–2 kPa (2–15 Torr) 2-3 Minuten lang evakuiert und mit CO₂ bis etwa 90 kPa (675 Torr) aufgefüllt und dieses Verfahren wurde viermal wiederholt, um zu gewährleisten, dass die meisten atmosphärischen Verunreinigungen entfernt wurden. Obwohl die Proben nicht vorerhitzt wurden, um adsorbiertes Wasser zu entfernen, würde viel von einer solchen Verunreinigung durch die wiederholte Evakuierung entfernt worden sein. Die Oberflächen und Dichten des adsorbierenden Materials wurden experimentell bestimmt durch Verwendung von isothermem Gas (Stickstoff). Die Masse, Dichte, Oberfläche und Volumen des adsorbierenden Materials für jede der Proben sowie das Zellvolumen sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben, und zwar gemessen nach dem zuvor genannten Auffüllen mit CO₂.
Tabelle 1
Die Proben wurden bei den in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Drücken mit Luft oder Kohlendioxid bei Umgebungstemperatur (22°C) gefüllt und wurden dann in eine Aufschlämmung aus Ethylenglycol und Wasser (mit einem Gefrierpunkt von etwa –40°C), die mittels Trockeneis gekühlt wurde, um eine Temperatur zwischen –32°C und –38°C aufrechtzuerhalten, eingetaucht. Der Druck wurde gemessen als eine Funktion der Zeit, während die Probe in der Aufschlämmung eingetaucht war, wobei die in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Enddrücke die Gleichgewichtsdrücke nach langen Expositionszeiten (im allgemeinen 15–20 Minuten) sind, wenn die Temperatur –34°C ±1°C betrug. Die Drücke wurden mittels eines digitalen Psitronix Druckmessgeräts gemessen, das den Druck in absoluten kPa-Werfen mit einer Genauigkeit von ±0,25 kPa maß und die Temperaturen wurden mit einem in der Hand gehaltenen Omegathermometer mit einer Genauigkeit von ±0,2°C gemessen. Die Ergebnisse der Druckmessungen sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wie aus den zuvor genannten Daten für die Proben A und B hervorgeht, führte die Verwendung von Luft und Kohlendioxid alleine, d. h. ohne ein adsorbierendes Material, bei –34°C zu Drücken, die lediglich 87–88% der Drücke bei 22°C betrugen. Die Verwendung von hochdispersem Silica als dem adsorbierenden Material, wie in den Beispielen C und D, führte zu einem signifikant größeren Druckabfall, insbesondere bei Drücken bei –34°C, die 56–61% der Drücke bei 22°C betrugen. Die Verwendung von Silicaaerogelen führte zu noch größeren Verbesserungen, insbesondere hydrophiles Silicaaerogel. Insbesondere führte die Verwendung eines hydrophoben Silicaaerogels in den Proben G und hydrophilen Silicaaerogels in den Proben E, F und H zu Drücken bei –34°C, die 43% bzw. 15–32% der Drücke bei 22°C betrugen. Die Gegenwart von aktiviertem Kohlenstoff mit den hydrophilen Silicaaerogels in den Proben I, J und K führte bei –34°C zu Drücken, die 12–17% der Drücke bei 22°C betrugen. Diese Daten bestätigen, dass das erfindungsgemäße selbst Unterdruck erzeugende Vakuumpaneel ein beträchtliches isolierendes Vakuum erzeugen kann, selbst wenn der Anfangsgasdruck in dem Paneel relativ hoch ist, z. B. bei oder nahe Atmosphärendruck.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel veranschaulicht darüberhinaus die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen selbst Unterdruck erzeugenden Vakuumisolierpaneels.
Das in Beispiel 2 angegebene Versuchsprotokoll wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass entsprechende Behälter mit Kohlendioxid bei verschiedenen Anfangsdrücken und hydrophobem Silicaaerogel gefüllt wurden. Die Masse, Dichte, Oberfläche und Volumen des adsorbierenden Materials für jede der Proben sowie das Zellvolumen sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben, und wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 angegeben gemessen.
Tabelle 3
Die Proben wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 behandelt und die Ergebnisse der Druckmessungen sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Wie aus einem Vergleich der zuvor genannten Daten für die Proben L, M, N und O hervorgeht, reduziert die Verwendung eines adsorbierenden Materials den Druck in dem erfindungsgemäßen selbst Unterdruck erzeugenden Vakuumpaneels in beträchtlicher Weise, ungeachtet des Anfangsgasdrucks. Der Druck bei –34°C betrug 20–24% des Drucks bei 22°C, wenn der Anfangsdruck etwa 70% des Atmosphärendrucks bei Meereshöhe betrug, wie in den Beispielen L und M. Gleichfalls betrug der Druck bei –34°C 17% bzw. 16% des Drucks bei 22°C, wenn der Anfangsdruck etwa 50% bzw. 30% des Atmosphärendrucks bei Meereshöhe betrug, wie in den Beispielen N bzw. O.

Claims

Isolierpaneel, umfassend einen luftundurchlässigen Behälter und ein in diesen eingebrachtes Gas und ein adsorbierendes Material, das eine Oberfläche von mindestens etwa 200 m²/g aufweist, und das bei einer Temperatur von unter etwa 0°C mehr von diesem Gas adsorbiert als bei 22°C, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als etwa 80% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei der Druck in dem Behälter bei 22°C etwa 80 bis 110 kPa beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 65% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 60% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 50% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 30% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 20% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das Gas und das adsorbierende Material so ausgewählt sind, dass der Druck in dem Behälter bei –34°C nicht mehr als 10% des Drucks in dem Behälter bei 22°C beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das adsorbierende Material Silikapartikel umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das adsorbierende Material hochdisperses Silika umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das adsorbierende Material Silikagel umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 2, wobei das adsorbierende Material Silikaaerogel umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 9, wobei das adsorbierende Material darüber hinaus Kohlenstoff umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 9, wobei das adsorbierende Material darüber hinaus aktivierten Kohlenstoff umfasst.
Isolierpaneel nach Anspruch 14, wobei der aktivierte Kohlenstoff in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Silikapartikel, vorliegt.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei das Gas im Wesentlichen ganz aus Kohlendioxid besteht.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei das Gas im Wesentlichen ganz aus Krypton besteht.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei das Gas im Wesentlichen ganz aus Xenon besteht.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei das adsorbierende Material eine Oberfläche von mindestens etwa 400 m²/g aufweist.
Isolierpaneel nach Anspruch 19, wobei das adsorbierende Material eine Oberfläche von mindestens etwa 600 m²/g aufweist.
Isolierpaneel nach Anspruch 20, wobei das adsorbierende Material eine Oberfläche von mindestens etwa 800 m²/g aufweist.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei der Druck in dem Behälter bei 22°C etwa 15 kPa oder weniger beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 1, wobei der Druck in dem Behälter bei 22°C etwa 1 kPa oder weniger beträgt.
Isolierpaneel nach Anspruch 23, wobei der Druck in dem Behälter bei 22°C etwa 0,1 kPa oder weniger beträgt.
Verfahren zum Isolieren einer Oberfläche gegen thermische Effekte der Umgebung, das umfasst, dass man ein Isolierpaneel von Anspruch 1 über der Oberfläche anordnet.
Verfahren zum Isolieren einer Oberfläche gegen thermische Effekte der Umgebung, das umfasst, dass man ein Isolierpaneel nach Anspruch 9 über der Oberfläche anordnet.
Verfahren zum Isolieren einer Oberfläche gegen thermische Effekte der Umgebung, das umfasst, dass man ein Isolierpaneel nach Anspruch 14 über der Oberfläche anordnet.