FI77713B - Anordning foer begraensning av transmission av elektromagnetisk straolning. - Google Patents

Description

7771 3

Laite sähkömagneettisen säteilyn läpäisevyyden rajoittamiseksi. - Anordning för begränsning av transmission av elektromagnetisk strälning.

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista laitetta sähkömagneettisen säteilyn, esimerkiksi lämpösäteilyn läpäisevyyden rajoittamiseksi absorption avulla.

Eristys lämmön tai kylmyyden suhteen ratkaistaan nykyisin tavallisesti käyttämällä huokoisia materiaaleja, ts. materiaaleja, jotka sisältävät suuren määrän ilmaa ja jotka materiaalit pääasiallisesti toimivat siten, että ne estävät ilmavirtausten syntymisen. Käytännössä tästä on seurauksena, että lämmönvaihto konvektion ja johtumisen avulla vähenee. Kolmas tapa, jolla lämpö siirtyy, on säteily. Säteilyn aallonpituus on riippuvainen lähteen lämpötilasta, mitä korkeampi lämpötila, sitä lyhyempi aallonpituus. Esimerkiksi auringon pintalämpötila on noin 6000°C, mikä antaa säteily-maksimin aallonpituudella 0,6 mikrometriä. Tavanomaisemmissa lämpötiloissa, noin 700®C ja sitä pienemmissä lämpötiloissa, on säteilymaksimi arvolla 2-10 mikrometriä, eli kyseessä on ns. pitkäaaltoinen lämpösäteily tai infrapunasäteily.

Sinänsä eristys säteilyä vastaan voi tapahtua huokoisten materiaalien avulla, kun taas säteily, kun se osuu varjostavaan eristyselementtiin, muuttuu lämmöksi, kiihdyttää materiaalissa olevien molekyylien liikettä. Kuitenkin on myös kiinnostavaa suoraan vaikuttaa säteilyyn ilman, että sen pääosiltaan annetaan muuttua lämmöksi. Tämä voi tapahtua 2 7771 3 esimerkiksi heijastumalla metallifolioista.

Epäkohtana metallien käyttämisessä säteilyheijastimina on se, että niiden lämmönjohtavuus on yleensä hyvä, mikä tietyssä määrin vähentää niiden tehokkuutta lämmön siirtymisen estämisessä. Toinen, ja ehkä vakavampi epäkohta on se, että metallikerros, myös hyvin ohut ja läpinäkyvä, vaikuttaa kaikilla aallonpituuksilla, joten myös lyhyempiaaltoisen säteilyn läpäisevyys pienenee. Ikkunasovellutuksena tämä aikaansaa sen, että auringonsäteily vähenee, jolloin saadaan vähemmän valoa ja vähemmän lyhytaaltoista lämpösäteilyä.

Tekniikan tasossa on lisäksi esitetty korkean säteily-absorption omaavien yksittäisten kaasujen käyttöä lämmön siirtymisen estämiseen. Näiden ongelmana on se, että kaikilla kaasuilla on suhteellisen kapea absorptiovyöhyke, jolloin eristyskyky jää suhteellisen huonoksi.

Edellä esitettyjen ongelmien poistamiseksi keksinnön mukaisessa laitteessa käytetään ikkunalasien välissä olevassa, yhdessä tai useammassa välitilassa kaasuseosta, jonka kaasujen lämpösäteilyn läpäisevyys on pienempi kuin ilman. Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että kaasuseokseen tulevat kaasut, jotka kaasut kukin omaavat sähkömagneettisen säteilyn läpäisevyyden oleellisen vaimennuksen yhdellä tai useammalla kyseiselle kaasulle ominaisella, korostetulla aallonpituuskaistalla, jotka kaistat ovat niin kapeita, että ne muodostavat ainoastaan vähäisen osan ennalta määrätystä aallonpituusalueesta, on siten valittu ja yhdistetty, että kokonaisvaimennusteho aikaansaa läpäisevyyden oleellisen rajoittumisen pääasiallisesti yhtenäisellä aallonpituusalueella, jonka laajuus on 7771 3 2a merkittävästi suurempi kuin millään kaasuista ja joka pääasiallisesti vastaa ennalta määrättyä termisen säteilyn aallonpituusaluetta, 2 - 25 um ja samanaikaisesti valittu sellaisten kaasujen joukosta, joilla on merkityksetön näkyvän valon läpäisevyyden vaimennus.

Valitsemalla kaasut, tietoisina niiden kapeista absorptio-vyöhykkeistä, siten, että ne täydentävät toisiaan, absorptiovyöhykkeet "pinoutuvat" toistensa päälle muodostaen pääasiallisesti yhtenäisen absorptiovyöhyke-esteen termisellä säteilyalueella. Tämän ansiosta energian siirtymistä voidaan vähentää olennaisesti.

Kuten seuraavassa esitetään, voidaan tällaisilla kaasukerroksilla aikaansaada sekä sähkömagneettisen säteilyn kaappaus absorption avulla että sen takaisinheijastus emission avulla. Näin voidaan aikaansaada laite, jolla toisaalta on alhainen lämmönjohtokyky, joka toisaalta minimoi konvek-tiovirrat ja jolla toisaalta on suuri heijastuskyky lämpö-säteilyn tai muun sähkömagneettisen säteilyn suhteen. Sovellettaessa keksintöä läpinäkyvissä elementeissä, esimerkiksi ikkunoissa, jotka ovat tärkeä sovellutuskohde, saadaan hyvä lämmöneristyskyky ilman, että vaikutetaan elementin lävitse kulkevaan näkyvään valoon, kuten metallikerrosta käytettäessä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen.

3 77713

Kuvio 1 esittää leikkausta ilmatiiviisti suljetusta ikkuna-kasetista.

Kuviot 2 ja 3 esittävät kaaviomuodossa keksinnön eri suoritusmuotoja halutun säteilyabsorption suhteen.

Kuviossa 1 on esitetty ikkunakasetti. Se voi olla sinänsä tunnetunlainen ja myös kuviossa on esitetty tällainen pääasialliselta rakenteeltaan tunnettu kasetti. Esitetyssä kasetissa on kolme ikkunalasia 1, 2 ja 3, joiden väliin muodostuu välitilat 4 ja 5. Tilat 4 ja 5 on ilmatiiviisti suljettuja lasien 1, 2 ja 3 väliin liimattujen reunalistojen 6 ja 7 ansiosta. Lisäksi päälle on liimattu tukireunus 8. Listat 6 ja 7 voivat sisältää kosteutta vastaanottavaa ainetta, jotta huurun syntyminen välitiloissa 4 ja 5 estyisi.

Tällaiset kasetit ovat tavallisesti suorakulmaisia, jolloin muodostuu suuntaissärmiön muotoinen kasetti. Se voidaan ikkunana käytettäessä asentaa suoraan fasadiin tai tavallisesti avattavaan tai ei-avattavaan ikkunapuitteeseen, jonka avulla se asennetaan seinätasoon.

Tällaisen ikkunan tarkoituksena on saada aikaan useampia toisistaan erotettuja tiloja, jotta lämmön siirtyminen konvektion vaikutuksesta rajoittuisi ilman, että tällöin olisi puhdistettavana useampi kuin kaksi lasipintaa.

Yleensä välitilat nimittäin ovat kaasutäytteisiä, jolloin lämmön siirtyminen konvektion vaikutuksesta lakkaa, kun taas teknisiä ongelmia, jotka liittyvät tyhjövälitiloihin, lähinnä korkea puristuspaine lasipintoihin ja vaara, että lika ja kostea ilma pääsee väliin, ei kyetä hallitsemaan kohtuullisin keinoin. Tällainen ikkunakasetti antaa tietyn lämmöneristyksen mainitun konvektiota rajoittavan kykynsä ansiosta sekä siitä syystä, että sen sisälle suljettu ilma johtaa huonosti lämpöä. Sitä vastoin vaikutus säteilyn läpimenoon on merkityksetön erityisesti mitä tulee kaikkein - 77713 lyhytaaltoisimpaan säteilyyn. Toisaalta tämä on suotavaa ikkunoissa, kun niitä käytetään näkyvän valon päästämiseksi lävitse, mutta se on epäedullista seurauksena olevan lämpösäteilyn läpimenon vuoksi. Tästä on seurauksena rakennuksen sisälämpötilan voimakas kohoaminen auringonsäteilyn vaikutuksesta ja toisaalta suuri energiahukka lämmön ulossäteilyn vuoksi.

Keksintöä voidaan näin ollen soveltaa selostetunlaisissa ikkunakaseteissa, mitä tulee niiden kiinteisiin osiin eli ikkunalaseihin ja -listoihin. Keksintöä voidaan kuitenkin myös soveltaa toisen tyyppisissä elementeissä, jotka on muodostettu säteilyä läpäisevistä, keskinäisen välitilan omaavasta elementeistä. Siten keksintöä voidaan käyttää paitsi ikkunoissa myös säteilyltä suojaavissa kaihtimissa tai seinissä tai säiliöissä, jotka esimerkiksi sisältävät laitteita, jotka antavat sähkömagneettista säteilyä tai jotka tulee suojata sitä vastaan. Säteilyä läpäisevissä levyelementeissä voidaan tällöin ikkunalasin lisäksi käyttää läpinäkymätöntä lasia, muovia tai kiteistä materiaalia ja elementti voi tällöin olla tasaisen levyn asemesta muodoltaan myös kaareva levy, lieriö, kalotti tai sillä voi olla jokin muu muoto. Vähintään kahden elementin on tällöin oltava siten, että saadaan aikaan niiden välinen tila, jonka tulee olla, kuten mainittiin, ilmatiiviisti suljettu.

Keksinnön tärkeä sovellutus on säteilyä ja sopivimmin valoa läpäisevissä elementeissä. Tällaisissa voidaan edullisesti käyttää sopivalla tavalla valittuja kaasuja, jotka absorboivat lämpöä, mutta eivät valosäteilyä. Lisäksi saadaan aikaan se, että kaasut suoraan tavoittavat säteilyn. Kuitenkin voidaan käyttää myös läpäisemättömiä elementtejä, esimerkiksi metallilevyjä. Säteilyn yhteydessä ne lämpenevät ja lähettävät tällöin lämpösäteilyä, jonka siirtymistä elementin lävitse kaasut rajoittavat esitetyllä tavalla.

Il 5 77713

Keksinnölle on tunnusomaista, että mainittu välitila elementtien välissä, kuvion 1 mukaisessa kasetissa vähintään yksi välitiloista 4 tai 5, on täytetty yhdellä tai useammalla kaasulla, jotka erityisesti on valittu antamaan suuren säteilyabsorption sillä aallonpituusalueella, jolla ei haluta säteilyn pääsemistä lävitse. Ikkunoissa sen sijaan kaasu tai kaasut valitaan siten, että näkyvään säteilyyn ei kohdisteta pääasiallisesti mitään vaikutusta, kun taas lämpösäteilyä rajoitetaan. Keksinnön yhteydessä on osoittautunut, että on mahdollista aikaansaada korkea säteilyabsorptio halutulla aallonpituusalueella valitsemalla sopivasti kaasu tai tavallisesti useita yhdessä vaikuttavia kaasuja. Kullakin kaasulla on tavallisesti tietty absorptio tietyllä aallonpituusalueella, joka alue on kapeampi kuin aallonpituusalue, jonka puitteissa absorption halutaan tapahtuvan. Kuitenkin ainakin pääosa halutusta aallonpituusalueesta voidaan peittää eri absorptioalueet omaavien erilaisten kaasujen muodostaman seoksen avulla.

Esimerkkeinä kaasuista voidaan mainita hiilimonoksidi, hiilidioksidi ja fosforitrifluoridi. Nämä kaasut ovat täysin läpinäkyviä, ts. ne eivät absorboi säteilyä näkyvällä alueella (auringonsäteily). Niiden lämmönjohtokyky on alhaisempi kuin ilmalla, mikä tässä yhteydessä on edullista. Ne omaavat lisäksi sen tavoitellun ominaisuuden, että ne voimakkaasti absorboivat säteilyä aallonpituusalueella 2-25 mikrometriä. Tämän alueen sisällä on suurin osa esiintyvästä lämpösäteilystä. Ikkunasovellutuksessa saavutetaan näin ollen se, että lämpöhäviö sisältä ulos lämmitys-jakson aikana vähenee merkittävästi, koska pitkäaaltoinen lämpösäteily estyy absorption ansiosta. Absorption yhteydessä kiihdytetään kaasumolekyylien liikettä hyvin lyhyen ajanjakson kuluessa ja vastaanotetun energian uudelleenlähetys, emissio tapahtuu välittömästi. Tämä emissio tapahtuu suurelta osin siihen suuntaan, josta säteily alunperin tuli. Tiettyä lämpötilan kohoamista kaasuissa voidaan kuitenkin odottaa, mikä vaikuttaa siihen, että ikkuna £ 7771 3 ei sisältäpäin tunnu kylmältä.

Kiihdytettäessä kaasumolekyylien liikettä voi vastaanotetun energian emissio tapahtua mielivaltaiseen suuntaan. Tällöin voisi odottaa, että säteilylähdettä kohti takaisinheijastunut energia muodostaisi ainoastaan vähäisen osan, missään tapauksessa ei puolta enempää vastaanotetusta energiasta. Keksinnön yhteydessä on kuitenkin osoittautunut, että pääosa vastaanotetusta energiasta heijastuu takaisin.

Ilmiön kulkua ei ole täysin selvitetty, mutta luultavasti emissio tapahtuu pääasiallisesti samaan suuntaan, josta molekyylit ovat säteilyn vastaanottaneet, ja muuten on olemassa mekanismi, jolla säteily pääasiallisesti vastaanotetaan niiden molekyylien toimesta, jotka ovat kerroksessa lähinnä säteilylähdettä ja siinä tapauksessa, että emissio tapahtuu säteilylähteestä poispäin, kiihtyy lähellä olevassa kerroksessa olevien molekyylien liike, jotka puolestaan säteilevät pääasiallisesti säteilylähdettä kohti olevaan suuntaan.

Mitä tulee keksinnön tunnusomaiseen periaatteeseen, eli että säteily absorboidaan sopivasti kokoonpannun kaasumassan avulla, voidaan tämä absorptio aikaansaada yhden ainoan kerroksen avulla eikä absorboivalla elementillä tältä kannalta tarkasteltuna tarvitse olla kuin yksi ainoa välitila. Kuitenkin tietyissä tapauksissa saattaa olla suotavaa aikaansaada elementille erilaiset ominaisuudet sen molemmilta puolilta tapahtuvan säteilyn suhteen. Tällaisissa tapauksissa saattaa olla suositeltavaa varustaa elementti vähintään kahdella välitilalla. Elementiltä voidaan kuitenkin toivoa myös muita toimintoja, kuten esimerkiksi lämmön läpäisevyyden rajoittamista konvektion vaikutuksesta. Tämä johtaa elementin molempien ulkosivujen välisen tilan jakamiseen useaan kerrokseen, esim. kahteen, kolmeen tai useampaan. Tällöin ei ole välttämätöntä, että kaikissa välitiloissa on määrättyä kaasuseosta.

Toisaalta suljettujen tilojen ei tarvitse olla ilmatiiviisti n 7 77713 suljettuja toistensa suhteen, jos kaasuseokset ovat samoja tiloissa, joilla on tietty yhteys toistensa kanssa. Kuitenkin yhteyden on oltava rajoitettu, jotta saataisiin aikaan paras este konvektiolle.

Keskeinen merkitys keksinnössä on kaasujen valinnalla. Kuvioiden 2 ja 3 käyrillä on esitetty tiettyjen kaasujen läpäisevyyttä, jotka kaasut kuvioissa on merkitty kemiallisten kasvojensa avulla. Voidaan havaita, että on saavutettu huomattava absorptio, jopa noin 95 ,°ό, suurella osalla sateilyaluetta noin 4-16 ,u m, eli siten sillä aallonpituusalueella, jolla pääasiallinen lämpösäteily esiintyy.

Kuvioissa on X-akselilla esitetty läpäisevyysaste prosentteina. Jäljelle jäävä jana tällä akselilla antaa näin ollen absorption. Y-akselilla on esitetty säteilyn aallonpituus yum: nä.

Kuviossa 3 on esitetty toisen kaasuseoksen mukainen kaavio, joka kaasuseos aikaansaa vielä tiiviimmän absorptiopeitteen mainitulla aallonpituusalueella. Kuten kuvioista ilmenee, on useilla kaasuilla useita absorptioalueita.

Vaikka lämpösäteilyn absorboimiseen soveltuvat kaasut ilmenevät kuvioista 2 ja 3, esitetään seuraavassa tärkeimmät tällaiset kaasut.

Hiilimonoksidi CO

Hiilidioksidi CO

2

Typpioksidi NO

Typpidioksidi NO^

Eteeni C^

Freon 13 CCIF^

Freon 22 CHC1F2 Tärkeätä on, että käytettävillä aineilla on kiehumispiste, joka on selvästi eristyselementissä kyseeseen tulevan käyttöalueen alapuolella. Mainittujen kaasujen korkein 8 77713 kiehumispiste on -7B°C (CC^)· Alhainen lämmönjohtokyky on edullinen. Freon on tärkeällä sijalla käytettävien kaasujen joukossa.

Keksintöä on erityisesti tarkasteltu ikkunoiden yhteydessä, mikä on tärkeä sovellutusalue. On myös mainittu, että keksintöä voidaan soveltaa muissa rakenne-elementeissä, esim. seinissä, katoissa ja lattioissa. Keksintöä voidaan myös soveltaa kattiloissa ja laitekoteloissa, esim. termospulloissa, lämminvesikehittimissä, uuneissa, liesissä, keittoastioissa, prosessikattiloissa, säiliöissä, lämmön-vaihtimissa, savupiipuissa, kaasusäiliöissä, jääkaapeissa sekä neste- ja kaasuputkissa.

Laitetta voidaan edullisesti käyttää myös laivojen, alusten ja lentokoneiden kaksoisseinien onteloissa mm. vähentämään kylmistä pinnoista johtuvaa kondenssivaaraa.

Il

Claims (2)

9 77713

1. Laite sähkömagneettisen säteilyn läpäisevyyden rajoittamiseksi/ etupäässä muodostettuna ikkunakasetiksi, jossa laitteessa on elementit (1-3), kuten esim. ikkunalasit, jotka on järjestetty peräkkäin ja jotka yhdessä tai useammassa välissään olevassa välitilassa (4,5) sulkevat sisäänsä kaasuseoksen, jotka kaasut on valittu sellaisten kaasujen joukosta, joiden lämpösäteilyn läpäisevyys on pienempi kuin ilman, tunnettu siitä, että kaasuseokseen tulevat kaasut, jotka kaasut kukin omaavat sähkömagneettisen säteilyn läpäisevyyden oleellisen vaimennuksen yhdellä tai useammalla kyseiselle kaasulle ominaisella, korostetulla aallonpituuskaistalla, jotka kaistat ovat niin kapeita, että ne muodostavat ainoastaan vähäisen osan ennalta määrätystä aallonpituusalueesta, on siten valittu ja yhdistetty, että kokonaisvaimennusteho aikaansaa läpäisevyyden oleellisen rajoittumisen pääasiallisesti yhtenäisellä aallonpituusalueella, jonka laajuus on merkittävästi suurempi kuin millään kaasuista ja joka pääasiallisesti vastaa ennalta määrättyä termisen säteilyn aallonpituusaluetta, 2-25 m ja samanaikaisesti valittu sellaisten kaasujen joukosta, joilla on merkityksetön näkyvän valon läpäisevyyden vaimennus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, joka laite on tarkoitettu pääasiallisesti alueella 4-16 m olevan pitkäaaltoisen lämpösäteilyn absorboimiseen, tunnettu kaasuseoksesta, johon kuuluu vähintään oleellisena osana fluoriyhdisteitä, kuten Freon 13 (CClFa) ja Freon 22 (CHClFa).