ВАКУУМНОЕ ИЗОЛЯЦИОННОЕ ТЕЛО
VACUUM INSULATION BODY

Данное изобретение относится к вакуумному изоляционному телу, содержащему по меньшей мере одну вакуум-плотную оболочку и по меньшей мере одну вакуумную зону, которая окружена оболочкой, при этом оболочка снабжена по меньшей мере одним отверстием, в частности, по меньшей мере одним вакуумирующим патрубком, для вакуумирования вакуумной зоны, и при этом в вакуумном изоляционном теле находится по меньшей мере один адсорбирующий материал.
Из уровня техники известно, например, использование для теплоизоляции холодильников, соответственно, морозильников вакуумных изоляционных тел, которые находятся в зоне между наружным кожухом устройства и внутренним резервуаром, соответственно, внутренней стороной двери.
Такие вакуумные изоляционные тела содержат вакуум-плотную оболочку и по меньшей мере одну окруженную оболочкой вакуумную зону, в которой находится опорный материал, соответственно, материал сердечника, который придает вакуумному изоляционному телу требуемую механическую стабильность и дополнительно предотвращает прилегание сторон оболочки друг к другу при наличии вакуума.
Такие вакуумные изоляционные тела являются чувствительными к повышению газового давления в вакуумной зоне. Такой ввод газа, соответственно, такое повышение газового давления увеличивает теплопроводность и уменьшает тем самым эффективность вакуумного изоляционного тела. В частности, проникновение воды через оболочку изоляционного тела является на основании более высоких коэффициентов проницаемости по сравнению с кислородом и азотом решающим фактором увеличения теплопроводности вакуумного изоляционного тела.
Для предотвращения этого эффекта, соответственно, для удерживания его возможно меньшим, известно размещение в вакуумной зоне материала с высокой адсорбирующей способностью для воды, с целью удерживания небольшим парциального давления в вакуумной зоне даже при проникновении водяного пара. В качестве такого материала можно использовать, например, цеолитовый материал.
Кроме того, известны материалы, которые за счет хемосорбции кислорода и азота удерживают небольшим их парциальное давление. Эти материалы называются газопоглотителями (геттерами) и служат для замедления старения вакуумного изоляционного тела за счет входа этих газов.
Из уровня техники известно создание вакуума в вакуумном изоляционном теле в вакуумной камере, что связано со сравнительно высокими расходами на аппаратуру. Более просто снабжать вакуумное изоляционное тело вакуумирующим патрубком, к которому прикладывается разряжение и через который газ выводится из вакуумной зоны.
В этом случае весь газ или по меньшей мере часть газа можно удалять из внутреннего пространства вакуумного изоляционного тела через вакуумирующий патрубок. Для этого газ должен проходить, соответственно, диффундировать через указанный материал сердечника к вакуумирующему патрубку.
В основу данного изобретения положена задача дальнейшего усовершенствования вакуумного изоляционного тела указанного в начале вида так, что обеспечивается особенно простая и эффективная возможность его вакуумирования.
Эта задача решена с помощью вакуумного изоляционного тела с признаками пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с этим предусмотрено, что адсорбирующий материал частично или полностью расположен в зоне указанного отверстия.
При введении адсорбирующего материала, например сухого материала, такого как цеолит, или других адсорбирующих материалов, таких как, например, указанные геттеры, в вакуумное изоляционное тело, необходимо, дополнительно к имеющимся в порах материала сердечника молекулам газа, удалять также в процессе вакуумирования уже адсорбированные на поверхности осушающего, соответственно, адсорбирующего материала газовые частицы. Однако они отделяются от поверхности адсорбирующего материала лишь при низких давлениях. Поскольку при некоторых обстоятельствах больше нет газового потока, т.е. не происходит или едва происходит конвекция, то эти газовые частицы должны диффундировать к вакуумирующему патрубку.
Это относится, соответственно, также к вводимым в вакуумную зону геттерам.
Согласно изобретению предусмотрено, что адсорбирующий газы, в частности, воду и/или азот или кислород материал частично или полностью расположен в зоне указанного отверстия вакуумного изоляционного тела. Там во время процесса вакуумирования имеется самое меньшее давление и, кроме того, минимальным является путь прохождения связанных на адсорбирующем материале газовых частиц, поскольку адсорбирующий материал уже находится в зоне отверстия. Таким образом, если адсорбирующий материал, такой как, например, осушитель, соответственно, геттер расположен в непосредственной близости от вакуумирующего патрубка, соответственно, отверстия, то за счет этого достигается в целом особенно эффективное создание вакуума в вакуумной зоне вакуумного изоляционного тела.
Кроме того, данное изобретение относится к вакуумному изоляционному телу с признаками пункта 2 формулы изобретения. В соответствии с этим предусмотрено, что вакуумное изоляционное тело снабжено по меньшей мере одним распределителем потока, который выполнен так, что он увеличивает эффективное проточное поперечное сечение при вакуумировании.
Этот распределитель потока может иметь, например, множество отдельных тел, предпочтительно множество отдельных сферических частиц и особенно предпочтительно слой сферических частиц, или образован ими. Особенно предпочтительно, когда распределитель потока образован с помощью адсорбирующего материала и особенно предпочтительно с помощью адсорбирующего материала, согласно пункту 1 формулы изобретения. В этом случае материал выполняет не только функцию адсорбента, но также распределителя потока.
Под распределителем потока в смысле данного изобретения следует понимать материал, который увеличивает проточное поперечное сечение и тем самым уменьшает необходимый для вакуумирования период времени.
Указанный распределитель потока предпочтительно расположен в направлении потока при вакуумировании перед, соответственно, соосно с вакуумирующим патрубком и особенно предпочтительно дополнительно вокруг этой соосной зоны. Он выполнен предпочтительно в виде слоя сферических частиц, например в виде слоя цеолитовых сферических частиц и т.д., которые находятся в мешочке или в другой приемной зоне, проницаемой для газа.
Диаметр отдельных тел, в частности шариков адсорбирующего средства, соответственно, распределителя потока лежит предпочтительно в диапазоне от 3 до 5 мм. На виде сверху, соответственно, в своем прохождении перпендикулярно направлению потока через вакуумирующий патрубок, размер адсорбирующего материала предпочтительно составляет по меньшей мере 200 мм на 200 мм.
В соответствии с геометрическими соотношениями, при вакуумировании с помощью вакуумирующего патрубка в зоне воздушного потока имеется очень малое поперечное сечение вакуумирования, т.е. малая поверхность. За счет этого эта зона является наиболее критичной зоной. Для удерживания процесса вакуумирования в промышленно приемлемых рамках, предпочтительно, когда с помощью распределителя потока увеличивается эффективное поперечное сечение вакуумирования. Для этого, в принципе, был бы необходим другой конструктивный элемент, который должен быть выполнен устойчивым к давлению и тем самым приводит к увеличению стоимости.
Хотя использование дополнительно применяемого для адсорбирования элемента в качестве распределителя потока входит в изобретение, предпочтительно, когда распределитель потока частично или полностью образован с помощью адсорбента.
4
В процессе вакуумирования необходимо рассматривать два различных режима давления: в диапазоне более высокого давления имеется ламинарный поток (закон Хагена–Пуазейля), в этом случае проводимость потока конструктивным элементом в сильной степени зависит от поперечного сечения (для труб прямо пропорционально r и обратно пропорционально длине). Пористые материалы можно рассматривать как параллельное включение трубок с диаметром и длиной пор. Отнесенная к единице поверхности проводимость потока пористых материалов намного меньше, чем открытых трубок. Проводимость для ламинарного потока линейно зависит от давления. В диапазоне низкого давления (частицы газа сталкиваются по существу лишь со стенками) проводимость потока не зависит от давления и зависит лишь от геометрии конструктивного элемента. В зависимости от величины пор конструктивного элемента диапазон молекулярного потока достигается при различно высоких давлениях.
Предпочтительно, используется слой цеолитовых сферических частиц с диаметром 3–5 мм, которые расположены в проницаемой для газа оболочке. Они могут быть зашиты, например, в мешочках из полиэфирной ткани. Эти сферические частицы образуют достаточно большие каналы, с целью служения одновременно в качестве распределителя потока, за счет этого отпадает необходимость в дополнительном конструктивном элементе.
Таким образом, предпочтительно предусмотрено, что распределитель потока представлен образованными слоем сферических частиц каналами.
Также возможна комбинация обеих идей изобретения, согласно пунктам 1 и 2 формулы изобретения, и она входит в объем изобретения.
В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено нагревательное устройство, или вакуумное изоляционное тело по меньшей мере временно соединяется с ним.
Если адсорбирующий материал во время процесса вакуумирования нагревается с помощью нагревательного устройства, то это приводит к сдвигу равновесия сорбции в направлении десорбции, так что при сравнительно высоких давлениях поверхность адсорбирующего материала покрывается лишь минимально. При охлаждении адсорбирующего материала могут осаждаться дополнительные молекулы газа, так что адсорбирующий материал действует в качестве сорбционного насоса, который также после отсоединения вакуумирующего патрубка, соответственно, после его закрывания, эффективно уменьшает газовое давление внутри вакуумной зоны, соответственно, удерживает его небольшим.
Вакуумное изоляционное тело, согласно данному изобретению, имеет дополнительно к указанному адсорбирующему материалу по меньшей мере один сердечник, который состоит предпочтительно из перлита.
Предпочтительно предусмотрено, что адсорбирующий материал, соответственно, распределитель потока расположен непосредственно с примыканием к указанному отверстию. Как указывалось выше, в этом случае преимущество состоит в том, что путь прохождения газовых частиц к отверстию является небольшим, а также в том, что в зоне отверстия имеется очень небольшое давление.
Кроме того, возможно, что адсорбирующий материал и/или распределитель потока и/или нагревательное устройство расположено так, что оно окружает отверстие. В частности, в случае, когда адсорбирующий материал, соответственно, распределитель потока расположен в зоне отверстия, за счет этого обеспечивается то преимущество, что этот материал может эффективно нагреваться с помощью нагревательного устройства, и тем самым возможна благоприятная десорбция в рамках процесса вакуумирования и тем самым эффективное вакуумирование.
Например, возможно, что нагревательное устройство расположено на одной стороне оболочки вакуумного изоляционного тела, а адсорбирующий материал, соответственно, распределитель потока расположен на другой стороне, а именно, на внутренней стороне оболочки вакуумного изоляционного тела.
В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что адсорбирующий материал, соответственно, распределитель потока расположен в зоне, которая примыкает к отверстию. Это значит, что адсорбирующий материал и/или распределитель потока расположен не только в соосной с отверстием зоне, но также в соседних с ним зонах.
В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что адсорбирующий материал и/или распределитель потока расположен так, что проходящий через отверстие при создании вакуума газ проходит через адсорбирующий материал и/или распределитель потока, и/или что предусмотрено по меньшей мере одно средство, которое уменьшает сопротивление потоку в процессе создания вакуума.
Объем адсорбирующего материала, соответственно, распределителя потока, такого как, например, цеолитовые шарики, образует также при нагрузке давлением достаточное проточное поперечное сечение для эффективного ускорения стадии вакуумирования. Например, возможно расположение адсорбирующего материала непосредственно у вакуумирующего патрубка, соответственно, у отверстия. Таким образом, адсорбирующий материал может служить, согласно изобретению, одновременно в качестве распределителя потока для увеличения эффективного поперечного сечения вакуумирования.
В принципе, можно применять также другие средства и меры для увеличения проточного поперечного сечения, соответственно, для уменьшения сопротивления потоку при вакуумировании.
В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что нагревательное устройство расположено так, что с помощью нагревательного устройства обеспечивается возможность нагревания всего вакуумного изоляционного тела. Таким образом, в этом варианте выполнения изобретения нагревается не только зона отверстия, но и все вакуумное изоляционное тело. Поскольку многие материалы сердечника вакуумных изоляционных тел имеют адсорбционные свойства, в частности, для водяного пара, то может быть целесообразным нагревание полностью вакуумного изоляционного тела, с целью облегчения, соответственно, ускорения также десорбции материала сердечника.
В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что адсорбирующий материал выполнен так, что происходит адсорбция воды и/или азота, и/или кислорода. Предпочтительно, адсорбирующий материал является по меньшей мере одним геттером и/или цеолитовым материалом.
Кроме того, данное изобретение относится к холодильному и/или морозильному устройству, содержащему по меньшей мере один корпус и по меньшей мере одно охлаждаемое внутреннее пространство, которое окружено корпусом, а также по меньшей мере один закрывающий элемент, с помощью которого обеспечивается возможность закрывания охлаждаемого внутреннего пространства, при этом между охлаждаемым внутренним пространством и наружной стенкой устройства находится по меньшей мере одно промежуточное пространство. Согласно изобретению предусмотрено, что в этом промежуточном пространстве расположено по меньшей мере одно вакуумное изоляционное тело с признаками пунктов 1-11 формулы изобретения. Это промежуточное пространство может находиться, например, между внутренним резервуаром и наружной стенкой и/или между внутренней стороной двери и т.д. и ее наружной стороной.
Кроме того, изобретение относится к способу создания вакуума в вакуумном изоляционном теле, согласно изобретению, при этом во время и/или перед созданием вакуума в вакуумном изоляционном теле осуществляется нагревание вакуумного изоляционного тела или частичной зоны вакуумного изоляционного тела и предпочтительно отверстия и/или вокруг отверстия и, в частности, нагревание адсорбирующего материала.
Нагревательное устройство может быть неотъемлемой частью вакуумного изоляционного тела. Однако предпочтительно предусмотрено, что нагревательное устройство лишь во время создания вакуума находится в соединении с вакуумным изоляционным телом, а затем снова отсоединяется, соответственно, удаляется от него.
Другие подробности и преимущества изобретения поясняются более подробно ниже на основе примера выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображено:
Фиг.1 – разрез вакуумного изоляционного тела в зоне вакуумирующего патрубка.
На Фиг.1 позицией 10 обозначена частичная зона вакуумного изоляционного тела, согласно изобретению.
Это вакуумное изоляционное тело имеет вакуум-плотную пленку, соответственно, высокобарьерную пленку 20, а также материал 30 сердечника, который может быть слоем, например, перлита.
Позицией 40 обозначено отверстие, соответственно, вакуумирующий патрубок, который во время процесса вакуумирования соединен с не изображенным вакуумным насосом, с целью создания в соответствии с направлением стрелки потока из вакуумной зоны и создания тем самым вакуума.
Кроме того, как показано на Фиг.1, в зоне непосредственно (в показанном направлении потока при вакуумировании) перед отверстием 40 в вакуумной зоне находится адсорбирующий материал 60, такой как, например, осушитель/геттер, например, цеолит, который расположен не только в зоне, которая сосна с отверстием 40, но также в соседних с ним зонах. Соосная зона обозначена на Фигуре позицией А, а соседние зоны обозначены позицией В. Эти соседние зоны могут окружать отверстие в форме шайб, соответственно, в форме кругов.
На наружной стороне оболочки вакуумного изоляционного тела расположена зона нагревания нагревательного устройства 50, которое имеет задачу нагревания осушителя, соответственно, геттерного материала во время вакуумирования.
На основании того, что материал 60 расположен в непосредственной близости от вакуумирующего патрубка 40, может осуществляться особенно эффективное вакуумирование, поскольку там возникают наиболее низкие давления и дополнительно к этому минимизируется путь прохождения связанных с материалом 60 газовых частиц, таких как, например, воды, кислорода или азота.
То, что адсорбирующий материал обеспечивает также при нагрузке давлением достаточное проточное поперечное сечение, приводит к тому, что может быть эффективно ускорена стадия вакуумирования. Показанные адсорбирующие материалы 60 могут быть расположены, например, в мешке из нетканого материала или в другом сосуде у вакуумирующего патрубка. Таким образом, адсорбирующий материал одновременно служит в качестве распределителя потока для увеличения эффективного поперечного сечения вакуумирования, соответственно, для повышения эффективной проводимости потока.
Кроме того, за счет того, что адсорбирующий материал находится в зоне отверстия вакуумного изоляционного тела, обеспечивается возможность эффективного нагревания адсорбирующего материала с помощью нагревательного устройства и тем самым особенно хорошей десорбции адсорбированных газовых частиц.
Если после процесса вакуумирования вакуумирующий патрубок вакуум-плотно закрывается и выключается нагревательное устройство, то происходит охлаждение материала 60. Это приводит в свою очередь к тому, что еще имеющиеся молекулы газа осаждаются на материал, так что материал 60 служит в качестве сорбционного насоса, который также после отсоединения вакуумирующего патрубка, т.е. после вакуум-плотного закрывания вакуумного изоляционного тела, удерживает небольшим давление газа.
Как указывалось выше, адсорбирующий материал может быть выполнен так, что он адсорбирует с высокой энтальпией сорбции водяной пар и/или азот, и/или кислород.