ДЕТАЛЬ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВАКУУМНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
COMPONENT FOR PRODUCING VACUUM INSULATION SYSTEMS

Настоящее изобретение относится к детали для создания вакуумно-изоляционной системы. Изобретение относится далее к изоляционной системе, содержащей предлагаемую в изобретении деталь или создаваемым с ее применением, а также к способу создания вакуума.
В связи с истощением ископаемых энергоресурсов и возрастанием необходимости климатической защиты энергосберегающие технологии и экономичность передачи энергии, а также промежуточное накопление полученной по ресурсосберегающей технологии полезной энергии приобретают постоянно возрастающее значение. Важный аспект при этом заключается в улучшении и совершенствовании изоляционных материалов, которые уже длительно используются во многих областях.
В системах централизованного теплоснабжения, соответственно в иных системах теплоснабжения транспортировка тепла от его производителя к потребителю осуществляется пригодными для этой цели теплоносителями (обычно маслом-теплоносителем, водой или перегретым паром). Однако по причине высоких капитальных затрат и высоких потерь тепла на таком пути его транспортировки подобные системы согласно существующему уровню техники экономически эффективны только при транспортировке тепла на сравнительно короткие расстояния (обычно на расстояние между производителем тепла и его потребителем менее 20 км). В традиционных системах для теплоизоляции трубопроводов используются разнообразные волокнистые материалы (стекловата/минеральная вата, частично пропитанная изоляционными порошками и/или сажей) или изоляционная пена (обычно на основе полиуретана). Во всех таких изоляционных материалах в их поровом пространстве преобладает атмосферное давление. Потери тепла в современных сетях в зависимости от сечения трубопровода и рабочих условий обычно составляют примерно от 10 до 100 Вт/м длины трубопровода. Классические вакуумно-изоляционные системы (например, в виде предварительно изолированных формованных изделий или в виде систем типа "труба в трубе") из-за высоких капитальных затрат и из-за слишком короткой продолжительности сохранения требуемого вакуума в настоящее время не используются.
Все традиционные изоляционные материалы для теплоизоляции зданий (кроме изоляционных остеклений) выполнены на основе пористых материалов, поровое пространство которых заполнено воздухом (или в редких случаях также иными газами) под атмосферным давлением. По этой причине эффективность теплоизоляции в каждом случае ограничена. Обычные вакуумно-изоляционные системы (вакуумно-изоляционные панели (ВИП)) находятся в стадии испытаний и внедрения на рынок, однако часто все еще имеют слишком высокую стоимость. Однако один из основных их недостатков состоит в наличии у них заданной формы и невозможности согласования их размеров на стройплощадке с локальными потребностями. Они не только не допускают возможность их разрезания на требуемые размеры, но и не обладают достаточной гибкостью для возможности их подгонки к искривленным поверхностям, не говоря уже про поверхности многогранной формы. Этот фактор сужает возможности по варьированию формы и размеров новостроек, а геометрическая негибкость вакуумно-изоляционных панелей значительно затрудняет дооборудование ими старых сооружений.
Теплоизоляционные материалы используются, кроме того, и для изготовления классических бытовых приборов, таких как домашние холодильники и шкафы-морозильники.
Почти во всех постройках транспортировка горячей водопроводной воды, а также воды для отопления помещений осуществляется по трубопроводам, которые обычно теплоизолированы пеноизоляцией толщиной 10-20 мм. Однако изолирующая эффективность подобных систем ограничена, поскольку в поровом пространстве изоляции преобладает атмосферное давление. По этой причине имеют место значительные потери тепла в результате его передачи окружающим стенам, полам, грунту или окружающему воздуху. Такие потери тепла особенно критичны в тех местах, где отсутствует всякая потребность в тепле для отопления, т.е. в подвальных помещениях, на наружных фасадах, в чердачных помещениях и т.д. Традиционные вакуумно-изоляционные системы явно обладают слишком высокой стоимостью и не гибки в применении. С учетом современных тенденций к использованию проще и быстрее прокладываемых систем из гибких пластмассовых труб и в области санитарно-технического оборудования подобные недостатки проявляются особенно ярко.
В промышленности очень большое количество энергии расходуется на нагрев различного рода реакторов и аппаратов, соответственно на поддержание определенных температур. Традиционно подобные установки теплоизолируют укладываемой в один или несколько слоев стекловатой/минеральной ватой либо в высокотемпературной области теплоизолируют пористыми керамическими материалами. В связи с часто очень высокой разностью температур с окружающим пространством (часто превышающей 200 градусов Кельвина) из-за плохого теплоизолирующего действия подобных материалов все же имеют место значительные потери тепла, которые требуется компенсировать путем дополнительного нагрева. Технология двойных стенок (аналогично сосуду Дьюара) почти всегда исключается из рассмотрения из-за высоких капитальных затрат, а также часто очень сложной геометрии аппаратов (т.е. экстремально высоких издержек производства).
Аналогично классической теплоизоляции зданий в области логистики, связанной с хранением и перевозкой охлажденных или замороженных продуктов, существует потребность в теплоизоляционных системах, которые минимизируют нежелательное поступление тепла в охлаждаемые помещения, а также контейнеры и транспортную тару. В данной области в качестве теплоизоляции принято использовать преимущественно пеноматериалы или волокнистые системы, в поровом пространстве которых преобладает атмосферное давление. По этой причине эффективность такой теплоизоляции в принципе ограничена. Традиционные вакуумно-изоляционные системы (ВИП) из-за их высокой стоимости, а также их негибкой переработки используются лишь избирательно в некоторых областях.
Помимо этого теплоизоляция используется также в производстве транспортных средств, прежде всего летательных аппаратов. В связи с высокой разностью температур между салоном, соответственно кабиной и наружным пространством (которая у пассажирских и транспортных самолетов может достигать 100 К, а у космических летательных аппаратов может достигать 300 К) внутреннее пространство самолетов и космических летательных аппаратов необходимо теплоизолировать относительно наружного пространства с целью ограничить затраты на климатизацию (что соответствует экономии горючего) и предотвратить образование конденсационной влаги. Одновременно с этим подобный теплоизоляционный слой должен быть трудновоспламеняющимся и легким, а предпочтительно должен также способствовать повышению механической жесткости всего корпуса летательного аппарата. Традиционно в этих целях используют теплоизоляционные маты из полиамида и иных высокопрочных пластиков (полиарамида и других полимеров с аналогичными свойствами), а также изоляционные материалы на основе стекловолокон и порошков. В поровом пространстве таких материалов преобладает преимущественно внутренне давление в салоне, соответственно кабине летательного аппарата, т.е. давление около 800-1000 мбар. Вакуумно-изоляционные системы используются при этом лишь в исключительных случаях из-за их высокой стоимости и практически полной невозможности изготовления их пленочной наружной оболочки из трудновоспламеняющихся пластмасс.
Во всех этих областях, таким образом, растет потребность в высокоэффективных теплоизоляционных материалах.
Недорогие изоляционные материалы обеспечивают теплоизоляцию при нормальном давлении, т.е. в поровом пространстве изоляционного материала преобладает абсолютное давление, по величине равное атмосферному давлению воздуха. Благодаря этому такие материалы допускают возможность их простой и надежной переработки. Однако недостаток таких материалов состоит в наличии у них сравнительно низкого теплоизолирующего действия, что обусловлено высокой теплопередающей способностью газов.
Поэтому были разработаны материалы, которые минимизируют такую теплопередачу благодаря использованию вакуума. Однако создание и поддержание разрежения возможно только в механически стабильных системах во избежание спадения находящейся под вакуумом системы.
Трубопроводные системы для транспортировки холодных жидкостей известны помимо прочего из DE 3630399, US 4924679, DE 69202950 Т2, DE 1951 1383 A1, DE 19641647 C1, DE 69519354 Т2, DE 2013983 и WO 2005/043028.
В настоящее время прослеживаются различные подходы к решению задачи по теплоизоляции подобных трубопроводных систем. Часть описанных ранее систем относится к трубопроводам с двойной стенкой, при этом находящуюся между стенками полость вакуумируют и дополнительно могут заполнять ее изоляционным материалом (порошком и/или волокнами) (система типа "труба в трубе"). Это решение соответствует практически решению, лежащему в основе конструкции сосудов Дьюара. В других описанных системах используются предварительно изготовленные формованные изделия, которые по своей форме точно согласованы с теплоизолируемыми деталями, например, выполнены в виде полуоболочек, которые располагают по обе стороны от теплоизолируемых деталей и фиксируют на них. Помимо этого описаны системы, состоящие из отдельных замкнутых и уже вакуумированных частей или секций, которые гибко соединены между собой и образуют тем самым укрупненную систему, которая обычно допускает возможность ее ограниченного изгибания (свертывания) в одном направлении и тем самым обертывания с геометрическим замыканием вокруг цилиндрических тел (труб, емкостей). Общим для всех этих систем является то, что уже при создании вакуума им придается форма, практически повторяющая форму охватываемой в последующем детали, или по меньшей мере должна учитываться форма охватываемой в последующем детали. Во всех этих системах, кроме того, практически невозможно обеспечить полное заключение в них теплоизолируемой детали без образования проходящих в направлении теплопередачи кромок, швов или стыков (так называемых тепловых мостиков).
Тем самым отчасти исключительно высокие изоляционные свойства подобных изоляционных деталей, которыми они обладают по своей площади, ухудшаются многочисленными, неизбежными при практическом применении тепловыми мостиками на переходах от одной изоляционной детали к следующей. Поэтому общее эффективное теплоизолирующее действие на теплоизолированном подобным образом участке трубопровода для холодных или горячих сред обычно оказывается явно слишком низким для их транспортировки на более длинные расстояния. Помимо этого из-за жесткости отдельных вакуумированных частей или секций таких изоляционных деталей их переработка часто затруднена и геометрически значительно ограничена.
Поэтому такие системы в принципе лишь ограниченно пригодны для создания трубопроводных систем, по которым могут транспортироваться соответствующие среды в холодном или горячем состоянии.
Из ЕР 0618065, ЕР 0446486, ЕР 0396961 и ЕР 0355294 известны прежде всего пластинчатые вакуумно-изоляционные системы, обладающие особо высокой теплоизолирующей эффективностью. Такие вакуумно-изоляционные системы могут использоваться, например, для теплоизоляции в домашних холодильниках. Подобные формованные изделия имеют газонепроницаемую оболочку, полость внутри которой заполнена изоляционным материалом. После вакуумирования изоляционного слоя (панели) путем откачивания воздуха механическими насосами и после герметичного закрытия оболочки формованное изделие становится жестким. Поскольку форму изоляционных систем при их монтаже уже невозможно изменить, такие формованные изделия используются преимущественно в пластинчатом виде. Несмотря на принципиально существующую возможность придания подобным формованным изделиям иной формы такая их переработка, однако, сопряжена с соответствующими сложностями и затратами.
В особо сложных изоляционных системах вакуум в них можно создавать лишь после их монтажа, соответственно прокладки, например, откачиванием газов. Подобная возможность предусмотрена прежде всего у рассмотренных непосредственно выше изоляционных систем. Однако создание вакуума путем откачивания газов сопряжено со многими недостатками, и поэтому подобные системы до настоящего времени использовались не для крупных трубопроводных систем. Так, в частности, с увеличением расстояния между различными точками вакуумирования возрастает время, необходимое для создания достаточного вакуума, что крайне проблематично прежде всего при применении высокодисперсных материалов. Так, например, аэрогель проявляет исключительно высокое теплоизолирующее действие, однако затраты времени на работу насосов для достижения достаточного теплоизолирующего действия экстремально высоки. При использовании же материала с меньшей дисперсностью необходимое для вакуумирования время сокращается. При этом, однако, одновременно получают также изоляционный материал, теплопроводность которого при том же остаточном давлении газа (при той же глубине вакуума) выше, чем у материала с большей дисперсностью. Помимо этого не последнюю роль играет и фактор значительных затрат энергии на вакуумирование путем откачивания газов. По указанным причинам подобные системы до настоящего времени не смогли найти широкого применения. При массовом производстве, например, при изготовлении домашних холодильников, дополнительное последующее создание вакуума также лишь трудно реализуемо, поскольку длительность такта при поточном производстве определялась бы соответственно продолжительным временем вакуумирования.
При охлаждении системы транспортируемой текучей средой соответствующий применению насосов вакуум можно создавать путем вымораживания газов. Однако создание вакуума путем вымораживания газов возможно только в трубопроводных системах, по которым течет соответственно холодная среда. К описанным выше системам централизованного теплоснабжения, которые были указаны лишь в качестве одного из многих примеров, подобный механизм не применим.
Помимо этого в WO 2005/043028 описана комбинация из металлов и водорода, которая может использоваться для снижения давления газа в изоляционном слое. Однако недостаток такой системы состоит в сложности обращения с ней. Из ЕР 347367 известен способ создания вакуума в полом теле путем нагрева гидрида металла, выделяющийся при каковом нагреве водород вытесняет воздух. После этого систему герметично закрывают. В ходе последующего охлаждения находящийся в полом теле водород поглощается металлом с образованием его гидрида и образованием в результате вакуума. Однако для выделения водорода гидрид металла необходимо нагревать до очень высоких температур, и поэтому такая система для создания вакуума в описанных в WO 2005/043028 трубопроводных системах до настоящего времени не смогла найти широкого применения.
Исходя из указанного выше и рассмотренного в настоящем описании уровня техники, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать деталь для создания вакуумно-изоляционной системы, которая обладала бы оптимальным комплексом свойств.
Подобный комплекс свойств охватывает прежде всего высокую надежность детали при ее монтаже или прокладке и при эксплуатации изоляционной системы, получаемой из такой детали. Помимо этого подобная деталь должна обеспечивать высокоэффективную изоляцию, которая должна достигаться независимо от холодной среды, текущей внутри изоляционной системы.
Еще одна задача изобретения состояла, в частности, в разработке детали, которая помимо наличия у нее высокого теплоизолирующего действия допускала бы также возможность простой ее переработки. При этом такая деталь должна также допускать возможность ее применения для изоляции объектов сложной геометрической формы. Помимо этого такая деталь не должна удлинять длительность такта и при поточном массовом производстве.
Кроме того, такая деталь должна быть пригодна для достижения особо высокой изолирующей эффективности. Необходимая для этого малая теплопроводность должна достигаться с минимально возможными затратами. При этом прежде всего должны исключаться высокие затраты времени на откачивание газов, обычно сопряженные с высокими расходами.
Еще одна задача изобретения состояла в обеспечении рентабельности изготовления подобной детали и изоляционной системы.
Эти, а также другие задачи, которые хотя и не указаны выше в явном виде, но со всей очевидностью вытекают или непосредственно следуют из контекста настоящего описания, решаются с помощью заявленной в п. 1 формулы изобретения детали. Различные предпочтительные варианты выполнения и модификации такой детали представлены в прямо или косвенно зависимых от п. 1 формулы изобретения. В отношении изоляционной системы, а также способа создания вакуума положенные в основу изобретения задачи решаются с помощью объектов, заявленных в п. 9, соответственно в п. 11 формулы изобретения.
Объектом настоящего изобретения является в соответствии с этим деталь для создания вакуумно-изоляционной системы, которая имеет по меньшей мере один изоляционный слой, который окружен оболочкой и давление газа в котором можно уменьшить с помощью предусмотренного в детали средства, и которая отличается тем, что указанное средство для снижения давления газа выполнено активируемым. Еще одним объектом настоящего изобретения в соответствии с этим является вакуумно-изоляционная система, имеющая такую деталь. Другим объектом настоящего изобретения является также способ создания вакуума в изоляционной системе, имеющей деталь, где в детали активируют средство для снижения давления газа.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что предлагаемые в нем меры позволяют получить деталь для создания вакуумно-изоляционной системы, а также полученную из такой детали изоляционную систему с оптимальным комплексом свойств.
Подобный комплекс свойств охватывает прежде всего высокий уровень надежности детали при ее монтаже или прокладке и при эксплуатации изоляционной системы, получаемой из такой детали. Поэтому такая деталь или вакуумно-изоляционная система не представляют никакой непосредственной опасности для людей, окружающей среды или потребительских товаров. Очевидно, что за исключением сказанного оно не относится к той опасности, которую создают всякие среды, электрические линии, линии передачи данных либо горячие или холодные поверхности в пределах системных компонентов или составных частей, заключенных в предлагаемые в изобретении детали или изоляционные системы. Помимо этого такая деталь может монтироваться и необученным персоналом после краткого его инструктажа, при этом полученная в результате вакуумно-изоляционная система может вводиться в эксплуатацию даже этими людьми.
Помимо этого предлагаемая в изобретении деталь позволяет достичь исключительно высокой теплоизолирующей эффективности, достижимой независимо от холодной среды, текущей внутри изоляционной системы. Необходимой для этого малой теплопроводности удается достигнуть с минимально возможными затратами. При этом прежде всего удается избежать высоких затрат времени на откачивание газов, обычно сопряженных с высокими расходами.
Предлагаемая в изобретении деталь и изоляционная система рентабельны в изготовлении. Дополнительных преимуществ в отношении производственных издержек позволяет достичь применение недорогих и легких в переработке компонентов и/или материалов. Их применение позволяет, кроме того, особо простым путем перерабатывать и монтировать предлагаемые в изобретении детали.
Кроме того, предлагаемую в изобретении деталь можно использовать для изоляции объектов сложной геометрической формы. При этом применение предлагаемой в изобретении детали не приводит к слишком большому удлинению длительности такта и при поточном массовом производстве.
Помимо этого предлагаемая в изобретении деталь и получаемая из неё вакуумно-изоляционная система обеспечивает высокое теплоизолирующее действие в сочетании с высокой гибкостью при прокладке и монтаже, а также с высокой надежностью в обращении с ними и в работе. Кроме того, предлагаемая в изобретении вакуумно-изоляционная система обладает предпочтительным спектром применения, позволяющим использовать ее в очень широких интервалах температур без ухудшения ее теплоизолирующего действия.
Такие преимущества могут использоваться во всех рассмотренных в начале описания областях с неоднократным достижением синергетических эффектов. Получаемая из предлагаемой в изобретении детали вакуумно-изоляционная система при их применении для теплоизоляции систем централизованного теплоснабжения, систем снабжения технологическим паром и прочих систем теплоснабжения проявляют такие изоляционные свойства, которые в остальном в лучшем случае могут проявлять традиционные вакуумно-изоляционные системы с наилучшими среди всех них свойствами, при одновременно малой производственной себестоимости, исключительной простоте и гибкости монтажа, а также исключительной легкости в обращении на стройплощадке. Тем самым благодаря хорошим изоляционным свойствам возможна экономически эффективная реализация теплоизоляции на гораздо больших расстояниях, чем при применении традиционных изоляционных систем, что предоставляет дополнительные возможности применения предлагаемой в изобретении вакуумно-изоляционной системы. Кроме того, возможно применение изоляционных материалов, которые позволяют использовать их в условиях рабочих температур, значительно превышающих рабочую температуру распространенных пенополиуретанов (длительно работающих при температуре около 110°С). Благодаря этому существует принципиальная возможность транспортировки тепла на более высоком температурном уровне и/или с большей разностью температур между подающей и обратной линиями. Последний фактор позволяет уменьшить массовый расход теплоносителя, соответственно использовать трубопроводы меньшего сечения (что при определенных условиях позволяет также уменьшить размеры предназначенных для отбора полезной энергии теплообменных систем) и тем самым добиться дальнейшего сокращения капитальных затрат.
Предлагаемая в изобретении вакуумно-изоляционная система при её применении для теплоизоляции зданий позволяют значительно снизить потребность в тепловой энергии на отопление новостроек, а также старых сооружений, не накладывая существенных ограничений на архитектуру и не приводя к значительному удорожанию строительства.
В отношении транспортировки горячей водопроводной воды, а также воды для отопления помещений по трубопроводам в зданиях предлагаемое в настоящем изобретении решение позволяет сооружать недорогие, гибкие, легко прокладываемые трубо- или шлангопроводы с малым наружным диаметром, которые после ввода в эксплуатацию тем не менее обладают такими показателями вакуумной теплоизоляции, которые до настоящего времени не удавалось реализовать по стоимостным причинам. Применение трубопроводов с предлагаемой в изобретении теплоизоляцией позволяет ощутимо снизить потребность в тепле на отопление зданий.
Настоящее изобретение можно эффективно использовать и применительно к реакторам и аппаратам, необходимость в которых существует прежде всего в промышленности, поскольку оно идеально сочетает в себе преимущества традиционной теплоизоляции из волокнистых матов касательно их перерабатываемости, гибкости и цены с изоляционными свойствами вакуумной изоляции. При применении предлагаемых в изобретении искусственных волокон из высокопрочного пластика возможна непрерывная эксплуатация при рабочих температурах, достигающих порядка 270°С, а применение составляющих стекловату/минеральную вату волокон либо иных керамических волокон и/или порошков вместо искусственных волокон из высокопрочного пластика позволяет также использовать предлагаемую в изобретении теплоизоляцию при гораздо больших температурах. Благодаря этому можно значительно снизить существующую в промышленности потребность в тепловой энергии.
Другой представляющей интерес областью применения являются теплоаккумуляторы на основе РСМ-материалов (от англ. "phase change material", материалы с легким переходом из одной фазы в другую, способные в результате фазового перехода поглощать в значительных количествах скрытую теплоту и затем в ходе обратного процесса вновь отдавать его). Подобные теплоаккумуляторы являются альтернативой сетям централизованного/местного теплоснабжения, при которой тепло транспортируется запасенным в подвижных емкостях. Очевидно, что такие емкости требуют их снабжения недорогой, высокоэффективной, легкой и занимающей небольшой объем теплоизоляцией, обеспечиваемой предлагаемыми в изобретении изоляционными системами.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет значительно снизить расход энергии, затрачиваемой на охлаждение холодильных складов и холодильных камер, не накладывая существенных ограничений на архитектуру и не приводя к значительному удорожанию строительства. При этом можно существенно увеличить максимальный срок хранения охлажденных или замороженных продуктов в транспортных упаковках, транспортной таре или в контейнерах (например, в цистернах для перевозки пищевых продуктов, вагонах- и автомобилях-рефрижераторах, транспортных средствах для перевозки замороженных продуктов), соответственно значительно снизить расход энергии на компенсацию нежелательного нагрева охлажденных или замороженных продуктов. В результате снижаются также вредные воздействия шума и отработавших газов, источником каковых воздействий в настоящее время являются стоящие на стоянке автомобили-рефрижераторы и рефрижераторные контейнеры.
Синергетические эффекты при применении настоящего изобретения могут прежде всего достигаться и при теплоизолировании транспортных средств, прежде всего летательных аппаратов, в частности самолетов. При этом пористые изоляционные материалы можно традиционным путем помещать в полости между наружной обшивкой самолета и внутренней стенкой его салона. Предлагаемое в изобретении решение позволяет получать из такой изоляции вакуумную изоляцию, при этом преобладающую часть оболочки, охватывающей изоляционный слой, можно образовывать из деталей транспортного средства.
Поэтому стоимость изготовления такой теплоизоляции очень низка по сравнению с применением традиционных вакуумно-изоляционных систем.
Еще одно преимущество выполненной в соответствии с изобретением (тепло-)изоляции при ее использовании в самолетостроении и строительстве облегченных конструкций состоит в возможности обеспечить повышение жесткости всей конструкции в результате увеличения твердости изоляционного материала. Для этого можно, например, использовать множество небольших, заполненных волокнами и/или порошком ячеек, газонепроницаемо отделенных друг от друга необходимыми для этого перегородками, которые соединяют между собой наружную и внутреннюю стенки деталей наружной обшивки. В результате образуется конструкция с исключительно высокой механической жесткостью вплоть до самонесущей конструкции аналогично традиционной ВИП. Однако в отличие от таких ВИП возможно создание любой, в том числе и столь сложной трехмерной структуры, поскольку создание вакуума инициируется лишь после точно пригнанного монтажа и газонепроницаемой заделки структуры. Кроме того, наличие достаточного количества отдельных газонепроницаемых друг относительно друга вакуумных ячеек даже в случае локальных повреждений всей конструкции обеспечивает сохранение высокой механической прочности в отличие от типичных ВИП большой площади, повреждение газонепроницаемой оболочки которых привело бы к потере их механической прочности.
В настоящем изобретении предлагается деталь для создания вакуумно-изоляционной системы. Под термином "деталь" согласно настоящему изобретению подразумевается предмет, который индивидуально либо совместно с другими однотипными или разнотипным предметами пригоден для создания вакуумно-изоляционной системы. Под выражением "вакуумно-изоляционная система" согласно настоящему изобретению подразумевается любой предмет, который имеет зоны с полостями, в которых преобладает существенно сниженное по сравнению с нормальным атмосферным давлением давление газа, и который тем самым пригоден для уменьшения выделения или поглощения тепловой энергии. К такой "вакуумно-изоляционной системе" относятся прежде всего описанные выше трубопроводные системы, по которым пропускают холодные текучие среды, например, водород в жидком или газообразном виде, или трубопроводы централизованного теплоснабжения (тепловые сети), по которым транспортируются горячие текучие среды. К "вакуумно-изоляционной системе" относятся далее изоляционные системы, используемые в зданиях, системах охлаждения, аппаратах, бытовых приборах и т.д.
Предлагаемая в изобретении деталь имеет по меньшей мере одну оболочку, которая охватывает изоляционный слой. Такая оболочка служит для поддержания вакуума, создаваемого после активации средства для снижения давления газа в изоляционном слое. В соответствии с этим оболочка выполняет функцию газонепроницаемого барьерного слоя, который должен обладать минимально возможной газопроницаемостью.
Известно, что газонепроницаемость зависит от газа, который может диффундировать сквозь слой. Помимо этого диффузия газа зависит от типа и толщины материала оболочки. При этом газонепроницаемость должна быть максимально высокой, но не должна до неприемлемого уровня ухудшать перерабатываемость материала оболочки и увеличивать его стоимость. Кроме того, величина, на которую в результате диффузии газа происходит нарастание давление, зависит от площади, сквозь которую может диффундировать газ. Степень газонепроницаемости зависит далее от предусматриваемого срока службы системы, в которой используется данная деталь.
Вышеуказанные параметры, такие, например, как толщина материала оболочки, а также его тип, предпочтительно выбирать в зависимости от соотношения между площадью поверхности материала оболочки и заключенным в нее объемом таким образом, чтобы давление газа, устанавливающееся после активации средства для снижения давления газа, возрастало за год максимум на 20 мбар, предпочтительно максимум на 10 мбар, особенно предпочтительно максимум на 2 мбара. Такие значения давления газа относятся к общему давлению, которое измеряют при нормальных условиях (1013 мбар, 20°С) с использованием воздуха в качестве наружной среды.
Оболочка детали может обладать соответствующей газонепроницаемостью, например, уже при поставке. Помимо этого оболочке можно придавать газонепроницаемость лишь при монтаже или прокладке детали. В соответствии с этим термин "газонепроницаемость" относится к детали в ее проложенном или смонтированном состоянии.
При использовании в трубопроводных системах оболочка может, например, иметь один или несколько наружных слоев и один или несколько уплотнительных слоев, образуемых, например, трубопроводами, по которым проходит текучая среда. При этом изоляционные слои, наружные слои, а также внутренние уплотнительные слои можно собирать из разных деталей для образования, например, трубопроводной системы.
При использовании в конструкции установок или аппаратов, например, домашних холодильников и шкафов-морозильников, например, их внутренняя или наружная облицовка может образовывать часть оболочки предлагаемой в настоящем изобретении детали.
Материалы, из которых можно выполнять оболочку, известны как таковые, при этом в данном отношении можно сослаться на указанные выше публикации. Часто выбор пригодного материала зависит от назначения детали. Так, в частности, для изготовления оболочки возможно применение прежде всего металлов и пластмасс.
2
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
Неожиданных преимуществ позволяет достичь, например, применение полимерных пленок, из которых можно выполнять по меньшей мере часть оболочки. В предпочтительном варианте такие полимерные пленки имеют паропроницаемость при 23°С и 85%-ной относительной влажности не более 0,05 г/(м·сутки), предпочтительно не более 0,005 г/(м·сутки), особенно предпочтительно не более 0,001 г/(м·сутки). Проницаемость для других газов (например, О, N, СО) в предпочтительном варианте суммарно при 23°С не превышает 0,5 см/(м·сутки·бар), предпочтительно 0,1 см/(м·сутки·бар). Нижние предельные значения определяются прежде всего сроком службы деталей, а также конкретными техническими условиями. Так, в частности, значения паропроницаемости ниже 0,0001 г/(м·сутки) и проницаемости для других газов ниже 0,01 см/(м·сутки·бар) достижимы в описанных выше условиях лишь при высоких затратах или с использованием дополнительных металлсодержащих слоев. Поэтому паропроницаемость в предпочтительном варианте составляет при 23°С и 85%-ной относительной влажности от 0,0001 до 0,08 г/(м·сутки), особенно предпочтительно от 0,0002 до 0,05 г/(м·сутки). Проницаемость для других газов (например, О, N, СО) в предпочтительном варианте суммарно составляет при 23°С от 0,01 до 0,1 см/(м·сутки ·бар), особенно предпочтительно от 0,03 до 0,05 см/(м·сутки·бар).
В качестве особо эффективных зарекомендовали себя пленки, которые имеют многослойную структуру, в которой газонепроницаемые барьерные слои с верхней и нижней стороны соединены клеевыми слоями (прослойками) с высокоэффективными паронепроницаемыми запирающими слоями.
Подобная оболочка может быть образована содержащей запирающие слои многослойной пленкой, имеющей следующие слои:
А) защитный лаковый слой из поливинилиденхлорида, каковой слой при необходимости может содержать слой поливинилового спирта,
Б1) необязательно соединительный или клеевой слой,
В1) слой полиолефина,
Б2) соединительный или клеевой слой,
Г) слой сополимера этилена с виниловым спиртом, каковой слой необязательно снабжен по меньшей мере с одной своей стороны полученным путем соэкструзии полиамидным слоем Д,
Б3) необязательно соединительный или клеевой слой,
В2) слой полиолефина.
Пленки с такой структурой описаны прежде всего в заявке ЕР 0446486, которая была подана в европейское патентное ведомство 28.12.90 под номером 90125659, в патенте US 5389420, заявка на который была подана в патентное ведомство Соединенных Штатов Америки (USPTO) 30.11.92 под номером 983216, и в патенте US 5236758, заявка на который была подана в патентное ведомство Соединенных Штатов Америки (USPTO) 15.05.91 под номером 669738, при этом указанные публикации и приведенные в них описания пленок включены в настоящее описание к качестве ссылки.
В зависимости от назначения предлагаемой в изобретении детали может оказаться предпочтительным минимизировать теплопроводность параллельно оболочке. В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения оболочка предпочтительно не имеет никакого металлического слоя, наличие которого могло бы привести к возникновению теплопроводности. В соответствии с этим материал оболочки в предпочтительном варианте может быть выполнен не содержащим металл. Такое выполнение оболочки может оказаться целесообразным прежде всего применительно к трубопроводным системам, по которым транспортируются холодные текучие среды.
С другой стороны, предпочтительны также варианты, в которых требуется особо низкая газопроницаемость, которой можно достичь, применяя металлы в материале оболочки. Такие варианты могут оказаться целесообразными прежде всего применительно к трубопроводным системам, по которым пропускаются теплые текучие среды, таким, например, как тепловые сети или трубопроводы горячей воды в зданиях, или применительно к аппаратам, в которых аккумулируется тепло.
Получаемая с использованием предлагаемой в изобретении детали вакуумно-изоляционная система может иметь по меньшей мере одну теплоизолированную зону. В соответствии с этим предлагаемая в изобретении деталь сконструирована таким образом, что возможно образование такой теплоизолированной зоны. Под выражением "теплоизолированная зона" согласно настоящему изобретению подразумевается объем, который может быть заполнен горячим или холодным веществом или через который может пропускаться горячая или холодная текучая среда, при этом находящееся в таком объеме вещество изолировано от передачи тепла, т.е. подвержено в пределах этой зоны меньшему изменению температуры.
Предлагаемая в изобретении деталь имеет далее по меньшей мере один изоляционный слой. Такой изоляционный слой предназначен для уменьшения теплопередачи между окружающим пространством и теплоизолированной зоной.
Поскольку теплопередача в результате снижения давления в теплоизоляционном слое уменьшается, он должен обладать достаточной механической стабильностью во избежание спадения пространства внутри оболочки, если только такую механическую стабильность уже не обеспечивает достаточно механически стабильная оболочка изоляционного слоя. Обычно изоляционный слой образован волокнами, пеноматериалами или частицами (например, порошковой кремниевой кислотой) либо комбинациями материалов указанных классов, каковые материалы уже благодаря их структуре придают образуемому ими изоляционному слою определенную механическую стабильность. Тем самым обеспечивается наличие объема, в котором может преобладать пониженное давление, благодаря чему удается добиться малой теплопроводности. Такой объем можно также обозначить или рассматривать как поровый объем.
К предпочтительным материалам для изготовления изоляционного слоя относится прежде всего диоксид кремния в виде высокодисперсных частиц, как, например, осажденная кремниевая кислота, пирогенная кремниевая кислота, а также аэрогели. Такие материалы можно использовать индивидуально либо в смеси между собой или в виде смеси с другими материалами (например, в виде волокон или волокнистых комбинированных материалов). Помимо этого изоляционный слой может содержать обычные добавки, например, сажу или иные поглотители инфракрасного излучения.
Материалы для изготовления изоляционного слоя описаны прежде всего в заявке ЕР 0446486, которая была подана в европейское патентное ведомство 28.12.90 под номером 90125659, в патенте US 5389420, заявка на который была подана в патентное ведомство Соединенных Штатов Америки (USPTO) 30.11.92 под номером 983216, и в патенте US 5236758, заявка на который была подана в патентное ведомство Соединенных Штатов Америки (USPTO) 15.05.91 под номером 669738, при этом указанные публикации и приведенные в них описания материалов для изготовления изоляционного слоя включены в настоящее описание к качестве ссылки. Предпочтительные для применения аэрогели описаны, например, в WO 2007/044341 А2, WO 02/052086 А2 и WO 98/13135.
В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения изоляционный слой может быть образован волокнистым комбинированным материалом. Предпочтительный для применения волокнистый комбинированный материал образован искусственными волокнами из высокопрочного пластика и связующих волокон. Искусственные волокна из высокопрочного пластика известны среди специалистов. Под такими волокнами прежде всего подразумеваются искусственные волокна, применяемые при высоких температурах. В предпочтительном варианте пластики, из которых изготавливают такие волокна, обладают низкими показателями теплопроводности в твердофазном состоянии, обладают исключительно высокими упругостью и твердостью, химически стойки, трудновоспляменяемы и характеризуются исключительно высоким коэффициентом ослабления инфракрасного излучения.
В качестве искусственных волокон из высокопрочного пластика целесообразно использовать таковые с температурой плавления или температурой стеклования по меньшей мере 200°С, особенно предпочтительно по меньшей мере 230°С. Указанную температуру можно определять дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК).
Теплопроводность в твердофазном состоянии у предпочтительных высокопрочных пластиков для изготовления из них искусственных волокон предпочтительно составляет максимум 0,7 Вт/(м·Κ), особенно предпочтительно максимум 0,2 Вт/(м·К), при измерении, например, в соответствии со стандартом ASTM 5930-97 или DIN 52616 при температуре 293 К.
К предпочтительным искусственным волокнам из высокопрочного пластика относятся помимо прочего полиимидные волокна, полибензимидазольные волокна, полиарамидные волокна, полиэфирокетоновые волокна и/или полифениленсульфидные волокна, среди которых особенно предпочтительны полиимидные волокна.
Полиимиды известны как таковые и описаны, например, в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5-е изд. на CD-ROM.
Полиимиды в предпочтительном варианте могут иметь среднемассовую молекулярную массу в пределах от 25000 до 500000 г/моль.
Наряду с гомополимерами в качестве полиимидов можно, кроме того, использовать также сополимеры, которые помимо имидных звеньев содержат другие функциональные группы в основной цепи. В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения полиимиды на по меньшей мере 50 мас.%, предпочтительно на по меньшей мере 70 мас.%, особенно предпочтительно на по меньшей мере 90 мас.%, могут состоять из мономерных звеньев, приводящих к образованию полиимидов.
В качестве особенно предпочтительных для применения полиимидов можно назвать полиимиды, выпускаемые под торговым наименованием Р84 фирмой Evonik Fibres GmbH, Ленцинг, Австрия, или фирмой HP-Polymer GmbH, Ленцинг, Австрия, и под наименованием Matrimid фирмой Huntsman Advanced Materials GmbH, Бергкамен, Германия.
В одном из предпочтительных вариантов искусственные волокна из высокопрочного пластика могут иметь в поперечном сечении некруглую форму. Поперечные сечения некруглой формы обычно характеризуются наличием выпуклостей и вогнутостей. Под выпуклостью в данном случае подразумевается граница волокна в поперечном (радиальном) направлении, удаленная на максимальное расстояние от центра тяжести сечения волокна, а под вогнутостью подразумевается граница волокна, удаленная на минимальное расстояние от центра тяжести его сечения. Выпуклости, соответственно вогнутости представляют собой в соответствии с этим локальные максимумы, соответственно минимумы расстояния между наружной границей (наружной поверхностью) волокна и центром тяжести его сечения. Наибольшее расстояние от центра тяжести сечения волокна до по меньшей мере одной из выпуклостей можно при этом рассматривать как наружный радиус поперечного сечения волокна. Аналогичным образом можно дать определение внутреннему радиусу, который соответствует минимальному расстоянию между центром тяжести сечения волокна и по меньшей мере одной вогнутостью. В предпочтительном варианте соотношение между наружным радиусом и внутренним радиусом составляет по меньшей мере 1,2, особенно предпочтительно по меньшей мере 1,5, наиболее предпочтительно по меньшей мере 2. Форму поперечного сечения волокон, а также их поперечную протяженность можно определять электронной микроскопией.
К подобным поперечным сечениям некруглой формы относятся прежде всего многолепестковые поперечные сечения и звездообразные поперечные сечения, характеризующиеся наличием трех, четырех, пяти, шести и более выпуклостей. Особенно предпочтительно волокно с трехлепестковым поперечным сечением. Полиимидные волокна с некруглым поперечным сечением, в первую очередь трехлепестковым поперечным сечением, можно прежде всего изготавливать, используя при формовании волокон из раствора обычными способами растворы с относительно малым относительным содержанием полимера.
Наряду с полнотелыми волокнами (волокнами со сплошным сечением) можно, кроме того, использовать также полые волокна. Предпочтительные полые волокна также имеют поперечное сечение некруглой формы, прежде всего поперечное сечение трехлепестковой формы.
Высокопрочные волокна можно использовать в виде штапельных волокон или в виде непрерывной элементарной нити.
В предпочтительном варианте искусственные волокна из высокопрочного пластика имеют диаметр в пределах от 1 до 50 мкм, особенно предпочтительно от 2 до 25 мкм, наиболее предпочтительно от 3 до 15 мкм. Диаметр волокна соответствует при этом его максимальной протяженности в поперечном направлении, измеряемой вдоль линии, проходящей через центр тяжести сечения волокна. Диаметр волокон можно помимо прочего определять электронной микроскопией (растровой электронной микроскопией (РЭМ)).
В качестве искусственных волокон из высокопрочного пластика целесообразно использовать таковые с титром максимум 10 децитекс, предпочтительно максимум 5 децитекс. В предпочтительном варианте титр искусственных волокон из высокопрочного пластика, измеренный при максимальной протяженности, составляет от 0,05 до 4 децитекс, особенно предпочтительно от 0,1 до 1 децитекс. Титр волокон можно определять в соответствии со стандартом DIN EN ISO 1973.
В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения можно использовать высокопрочные волокна, имеющие извитость. Целесообразно при этом использовать волокна с извитостью в пределах от 1 до 50 извитков на см, особенно предпочтительно от 3 до 10 извитков на см. Извитость волокон можно определять оптическими методами. Часто волокна с указанными значениями степени извитости получают непосредственно при их изготовлении.
В еще одном предпочтительном варианте можно использовать высокопрочные волокна без извитости или лишь с малой извитостью.
Наряду с искусственными волокнами из высокопрочного пластика предпочтительный для применения волокнистый комбинированный материал может содержать связующие волокна, служащие для соединения между собой искусственных волокон из высокопрочного пластика. В предпочтительном варианте связующие волокна имеют температуру плавления или температуру стеклования максимум 180°С, особенно предпочтительно максимум 150°С. Температуру плавления или температуру стеклования можно определять путем ДСК-анализа.
В предпочтительном варианте связующие волокна представляют собой полиолефиновые волокна, полиакрилонитрильные волокна, полиацетатные волокна, полиэфирные волокна и/или полиамидные волокна.
В предпочтительном варианте связующие волокна имеют диаметр в пределах от 1 до 50 мкм, предпочтительно от 2 до 20 мкм, особенно предпочтительно от 4 до 10 мкм. Диаметр волокна соответствует при этом его максимальной протяженности в поперечном направлении, измеряемой вдоль линии, проходящей через центр тяжести сечения волокна.
Титр предпочтительных связующих волокон в предпочтительном варианте составляет менее 10 децитекс, особенно предпочтительно менее 5 децитекс. Целесообразно, чтобы у предпочтительных связующих волокон их титр, измеренный при максимальной протяженности, составлял от 0,05 до 4 децитекс, особенно предпочтительно от 0,1 до 2 децитекс.
Волокнистый комбинированный материал в предпочтительном варианте может содержать по меньшей мере 70 мас.% искусственных волокон из высокопрочного пластика и максимум 30 мас.% связующих волокон. На долю искусственных волокон из высокопрочного пластика предпочтительно должно приходиться от 75 до 99,5 мас.%, особенно предпочтительно от 80 до 95 мас.%. Верхний предел относительного содержания связующих волокон определяется требуемой эффективностью волокнистого комбинированного материала, а нижний предел - требованиями, которые определяются методами создания изоляционных систем. В предпочтительном варианте на долю связующих волокон должно приходиться от 0,5 до 25 мас.%, особенно предпочтительно от 5 до 20 мас.%.
Волокнистый комбинированный материал в предпочтительном материале может иметь слоистое расположение волокон, которые по меньшей мере частью соединены между собой в точках их контакта, образовавшихся в результате размягчения связующих волокон.
Выражение "слоистое расположение волокон" означает, что существует по меньшей мере одна основная ориентация волокон, находящаяся в основном в одной плоскости. При этом термин "плоскость" должно трактоваться в широком смысле, поскольку волокна имеют трехмерную протяженность, а плоскость может также иметь искривленную или изогнутую форму. Выражение "в основном" означает в соответствии с этим, что в основной ориентации волокон их минимально возможная часть ориентирована в направлении температурного градиента. Основная ориентация соответствует усредненному по длине волокна направлению волокон, при этом меньшими по своей величине изменениями направления можно пренебречь.
Слоистое расположение волокон в указанном выше смысле обеспечивается обычно при изготовлении волокнистых холстов или нетканых материалов. При их изготовлении элементарные нити или штапельные волокна располагают в одной плоскости и затем скрепляют. Для этого можно, например, использовать сухие способы с применением воздуха (способ пневмоукладки "airlay") или мокрые способы. В предпочтительном варианте только немногие волокна имеют основную ориентацию, перпендикулярную этой плоскости. В соответствии с этим волокнистый комбинированный материал скрепляют в целом не путем выраженного иглопробивания.
Волокнистый комбинированный материал получают путем размягчения связующих волокон и их последующего охлаждения. Соответствующие способы представлены прежде всего в патентах US 4588635, US 4681789, US 4992327 и US 5043207 на имя фирмы Albany International Corp., Олбани, шт. Нью-Йорк (США). Температура зависит прежде всего от температуры размягчения (температуры стеклования или температуры плавления) связующих волокон. При этом часто нет необходимости соединять между собой все волокна в точках их контакта, образовавшихся в результате размягчения связующих волокон. Чем выше эта доля, тем лучше механические свойства, которыми обладает комбинированный материал. При этом, однако, может возрастать теплопроводность комбинированного материала. В этом отношении следует отметить, что волокна в комбинированном материале могут также иметь точки их контакта между собой, образовавшиеся не в результате размягчения связующих волокон. К таковым относятся прежде всего точки, в которых между собой контактируют искусственные волокна из высокопрочного пластика.
В плоскости слоистого расположения волокон они в предпочтительном варианте могут иметь точно одну основную ориентацию, при этом направления основной ориентации волокон, расположенных в разных плоскостях, в особенно предпочтительном варианте расположены под углом друг к другу. Термин "основная ориентация волокна" соответствует средней ориентации отдельного волокна, усредненной по всей его длине. Угол, который между собой могут образовывать ориентированные волокна, расположенные в разных плоскостях, в предпочтительном варианте составляет от 5 до 175°, особенно предпочтительно от 60 до 120°. Основную ориентацию волокон, а также углы, образуемые между собой волокнами, расположенными в разных плоскостях, можно определять оптическими методами. Часто указанные значения получают непосредственно при изготовлении, при этом ориентацию волокон можно задавать, например, путем прочесывания и/или поперечной укладки.
3
3
С малой плотностью волокнистого комбинированного материала часто связана его особо малая теплопроводность. С другой стороны, при малой плотности волокнистого комбинированного материала снижается его нагрузочная способность, в связи с чем стабильность может оказаться слишком низкой для придания достаточной устойчивости трубопроводу, по которому пропускается горячая или холодная текучая среда. В соответствии с этим неожиданное преимущество предлагаемого в изобретении волокнистого комбинированного материала, предусмотренного, например, в изоляционном материале, состоит в наличии у него плотности, которая составляет предпочтительно от 50 до 300 кг/м, особенно предпочтительно от 100 до 150 кг/м, при этом указанные значения определяют путем проведения измерений под нагрузкой, обусловленной переработкой и встраиванием в изоляционный материал. Такая нагрузка поперечно плоскости основной ориентации волокон, при которой справедливы указанные значения плотности, составляет, например, от 1 до 1000 мбар, при этом указанные значения плотности можно измерять, например, при нагрузке 1 мбар, 10 мбар, 50 мбар, 100 мбар, 200 мбар, 400 мбар, 600 мбар, 800 мбар или 1000 мбар.
3
3
В ненагруженном состоянии, прежде всего перед переработкой, волокнистый комбинированный материал в предпочтительном варианте может иметь плотность в пределах от 1 до 30 кг/м, особенно предпочтительно от 5 до 20 кг/м, при этом указанные значения плотности можно измерять при толщине непереработанного волокнистого комбинированного материала, составляющей максимум 5 см.
-3
-3
В предпочтительном варианте средняя теплопроводность предлагаемого в изобретении волокнистого комбинированного материала, измеренная перпендикулярно плоскостям слоистого расположения волокон, составляет максимум 10,0·10Вт/(м·K), предпочтительно максимум 5,0 мВт/(м·K), особенно предпочтительно максимум 1,0·10Вт/(м·K). Измерения можно проводить, например, при комнатной температуре (293 К) и/или при низких температурах, например, при 150 K или 77 K, при этом материал выдерживает нагрузку в этих условиях в течение по меньшей мере 14 дней. Испытание предпочтительно проводить при низком абсолютном давлении, например, при давлении 1 мбар или меньше, согласно стандарту DIN EN 12667 ("Материалы и изделия строительные. Теплотехнические характеристики. Определение сопротивления теплопередаче по методу защищенных термопластин и тепломера. Изделия с высоким и средним сопротивлением теплопередаче"). Измерения можно проводить, например, при давлении газа в объеме анализируемого волокнистого комбинированного материала, составляющем 0,01 мбара, и при давлении под нагрузкой, прикладываемом измерительной аппаратурой к анализируемому волокнистому комбинированному материалу поперечно плоскости основной ориентации волокон и равном 70 мбар.
Указанных выше показателей теплопроводности можно прежде всего достичь, обеспечив лишь малую теплопередачу перпендикулярно плоскости слоистого расположения волокон. Поэтому предпочтительно избегать выраженного иглопробивания или скрепления волокон высокими количествами жидких связующих, которые могут привести к образованию тепловых, соответственно Холодовых мостиков перпендикулярно плоскости слоистого расположения волокон. Вместе с тем можно использовать незначительное иглопробивание или малые количества жидких связующих, при условии, что подобные меры приводят лишь к незначительному повышению теплопроводности.
В особенно предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении волокнистый комбинированный материал обладает высокой стабильностью, в том числе и в направлении перпендикулярно плоскости основной ориентации волокон. Так, в частности, предлагаемый в изобретении волокнистый комбинированный материал обладает после переработки, соответственно в изоляционном материале сравнительно низкой сжимаемостью, которая с увеличением нагрузки, начиная с 1 мбара, предпочтительно составляет максимум 50%, т.е. с увеличением нагрузки, начиная с 1 мбара, толщина волокнистого комбинированного материала уменьшается максимум на 50%, предпочтительно максимум на 30%, особенно предпочтительно максимум на 10%, наиболее предпочтительно максимум на 5%, в пересчете на исходную толщину переработанного комбинированного материала.
Детали или вакуумно-изоляционные системы, имеющие рассмотренное выше исполнение, описаны помимо прочего в DE 3630399, ЕР 0949444, US 4924679, DE 10031491, DE 69202950 T2, DE 1951 1383 Al, DE 19641647 C1, DE 69519354 T2, DE 2013983, WO 2005/043028, EP 0618065, EP 0446486, EP 0396961 и EP 0355294. В таких системах, однако, вакуум создают традиционным способом, например, путем откачивания газов.
Однако предлагаемая в настоящем изобретении деталь в отличие от указанных выше систем выполнена таким образом, что давление газа, преобладающее в изоляционном слое, можно снизить с помощью предусмотренного в детали средства, которое является активируемым.
Средство для снижения давления газа в соответствии с этим содержит одно или несколько веществ, способных инициировать процессы, приводящие к уменьшению числа молей находящихся в газовой фазе атомов или молекул. Такие вещества ниже обозначаются также действующими веществами.
Конкретные виды средства для снижения давления газа, соответственно действующих веществ зависят от типа газа, содержащегося перед активацией такого средства, соответственно таких действующих веществ в изоляционном слое. В предпочтительном варианте средство для снижения давления газа может абсорбировать содержащийся в изоляционном слое газ, адсорбировать его и/или химически реагировать с ним.
3
2
3
К предпочтительным газам, которые могут находиться в изоляционном слое перед активацией средства для снижения давления газа, относятся прежде всего основные газы, такие, например, как NH, кислые газы, такие, например, как диоксид углерода, НСl, SO, SO, газообразные окислители, такие, например, как кислород, водород и/или полимеризуемые газы, такие, например, как этилен и/или пропилен. Число находящихся в газовой фазе частиц таких газов можно простым путем уменьшать абсорбцией, адсорбцией или химическим превращением.
2
2
2
2
2
3
-
Кислый газ, предпочтительно диоксид углерода, который при нормальных условиях, т.е. при температуре 20°С и давлении 1013 мбар, первоначально может присутствовать в газообразном виде в изоляционном слое детали, в предпочтительном варианте может реагировать с основным веществом. В соответствии с этим средство для снижения давления газа может содержать в качестве действующего вещества основное вещество, способное абсорбировать или адсорбировать диоксид углерода. Основные вещества, способные реагировать с диоксидом углерода, например, с образованием карбонатов или гидрокарбонатов, представляют собой оксиды и гидроксиды, предпочтительно таковые щелочных и/или щелочноземельных металлов. В качестве конкретных примеров при этом можно помимо прочего назвать NaOH, KОН, NаО, KО, CaO, Са(ОН), MgO и/или Mg(OH). Помимо этого для абсорбции или адсорбции кислого газа, прежде всего диоксида углерода, SO, SO или НСl, можно использовать амины, которые при комнатной температуре находятся в жидком или твердом состоянии. Касательно вышеуказанных аминов прежде всего следует также назвать анионообменники, представленные в ОН-форме, а также полимеры с аминогруппами. Такие соединения можно использовать индивидуально либо в виде смесей, содержащих два или более компонентов.
2
2
2
2
2
2
2
2
Молярное соотношение между кислым газом, предпочтительно диоксидом углерода, и основным веществом, предпочтительно NaOH, KОН, NaO, KО, СаО, Са(ОН), MgO и/или Mg(OH), может варьироваться в широких пределах. С целью обеспечить особо низкое давление газа после активации средства для снижения давления газа основное вещество можно использовать в большом избытке. В соответствии с этим молярное соотношение между кислым газом, предпочтительно диоксидом углерода, и основным веществом, предпочтительно NaOH, KОН, NaO, KO, СаО, Са(ОН), MgO и/или Mg(OH), может составлять от 1:1 до 1:100, особенно предпочтительно от 1:2 до 1:10, наиболее предпочтительно от 1:3 до 1:5.
2
2
2
2
Особые преимущества неожиданно проявляют действующие вещества, прежде всего основные действующие вещества, такие как NaOH, KОН, NaO, KО, СаО, Са(ОН), MgO и/или Mg(OH), нанесенные на носитель. Так, в частности, в предпочтительном варианте можно использовать неорганические пористые носители, такие, например, как оксиды алюминия и/или кремния. Подобные носители представлены помимо прочего в СА 2438438. В предпочтительном варианте в качестве неорганических носителей можно использовать молекулярные сита, например, силикоалюмофосфаты, активный оксид алюминия, кизельгур, цеолиты и/или силикагели. Такие вещества описаны помимо прочего в Römpp Chemie Lexikon, 2-е изд. на CD-ROM и имеются в продаже, например, выпускаются фирмой Evonik Degussa GmbH. Подобный вариант позволяет неожиданно добиться значительного снижения давления при использовании основного действующего вещества в сравнительно малых количествах. Помимо этого такие системы проявляют очень хорошую регулируемость тепловыделения, возможно сопровождающего снижение давления.
Неорганический и/или органический пористый носитель в ненасыщенном (исходном) состоянии в предпочтительном варианте характеризуется числом дибутилфталата (ДБФ-числом) (определяемым по абсорбции ДБФ согласно стандарту DIN 53601) по меньшей мере 180 г/100 г. Доступные для ДБФ поры доступны также для проникновения в них действующего вещества и возможно используемых веществ защитной системы, ниже называемой также образующим оболочку материалом, и поэтому наличие высокого ДБФ-числа имеет важное значение для достижения высокой степени насыщения пор носителя действующим веществом и защитным веществом, соответственно для их проникновения в поры. В соответствии с этим носитель при наличии у него слишком низкого ДБФ-числа может в зависимости от действующего вещества оказаться неэффективным из-за необходимости в этом случае использовать носитель в слишком большом количестве. ДБФ-число носителя преимущественно должно составлять от 180 до 600 г/100 г, предпочтительно от 180 до 500 г/100 г, более предпочтительно от 200 до 500 г/100 г, особенно предпочтительно от 240 до 500 г/100 г, наиболее предпочтительно от 240 до 400 г/100 г, прежде всего от 240 до 350 г/100 г.
Нанесенные действующие вещества можно приготавливать, например, путем растворения действующего вещества в пригодном для этой цели растворителе, например, спирте или воде, и путем введения в пористый носитель известными способами. Количество растворителя можно при этом выбирать таким, чтобы пористый носитель был способен впитать весь раствор для возможности получения сначала сыпучего промежуточного продукта. На следующей стадии полученный таким путем промежуточный продукт подвергают сушке для удаления растворителя из пористого носителя. По завершении такой стадии сушки указанные выше стадии введения раствора действующего вещества в пористый носитель и сушки можно выполнять повторно для повышения тем самым степени насыщения системы действующим веществом, т.е. для повышения его относительного содержания.
Интенсивность перемешивания и скорость дозирования в ходе технологического процесса можно согласно одному из предпочтительных вариантов взаимно согласовывать таким образом, чтобы в конце процесса введения действующего вещества в носитель в смесителе обеспечивалась сыпучесть его содержимого, т.е. чтобы в любой момент времени в смесителе присутствовал сыпучий порошок. Неожиданный эффект, проявляющийся при соблюдении подобного условия, состоит в том, что образующий оболочку материал, соответственно действующее вещество полностью впитывается в поры носителя и не остается на его наружной поверхности в прилипшем к ней виде. При слишком высокой скорости дозирования или при слишком низкой интенсивности перемешивания не исключена возможность неравномерного насыщения частиц образующим оболочку материалом, соответственно действующим веществом, из-за чего в конечном итоге поры некоторых частиц могут оказаться полностью заполнены действующим веществом, а образующий оболочку материал поэтому уже не сможет проникнуть в них. В этом отношении необходимо также выбирать перемешивающие органы, например, смесительный орган Duplex, выпускаемый фирмой IKA и используемый в месильной машине Н60, с таким расчетом, чтобы под действием сдвиговой нагрузки происходило лишь незначительное истирание частиц. Проверку на истирание частиц проводят путем определения гранулометрического состава. Для этого в используемый в последующем смеситель предварительно загружают носители и начинают процесс перемешивания в соответствии с последующими условиями его проведения. По истечении определенного времени перемешивания отбирают образцы содержимого смесителя и определяют гранулометрический состав. По данным определения гранулометрического состава образца отличие от значения (J50 исходного материала не должно превышать 5%.
Неожиданных преимуществ позволяет достичь применение нанесенных действующих веществ, когда массовое соотношение между действующим веществом и носителем составляет от 100:1 до 1:10, особенно предпочтительно от 10:1 до 1:1.

2
5
2
Давление газа неожиданно удается снижать до особо малых значений в том случае, когда представленные выше амины, оксиды и/или гидроксиды применяют в комбинации с осушителями, такими, например, как цеолиты, молекулярные сита, гидрофильные кремниевые кислоты (например, высушенные кремниевые кислоты серии Aerosil, выпускаемые фирмой Evonik Degussa GmbH), и иные известные осушители, такие как РО, оксид кальция (СаО), хлорид кальция (СаСl), бромид лития (LiBr) и суперабсорбенты (полимеры с сильно полярными замещающими (обрамляющими) группами, например, продукт Favor фирмы Evonik Stockhausen GmbH) в высушенном виде.
Массовое соотношение между основным веществом и осушителем в предпочтительном варианте может составлять от 1:10 до 100:1, особенно предпочтительно от 1:2 до 10:1. В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения массовое соотношение между основным веществом и осушителем может составлять от 1:100 до 20:1, особенно предпочтительно от 1:10 до 2:1.
В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения осушитель можно предусматривать в сравнительно холодной зоне внутри оболочки предлагаемой в изобретении детали. В соответствии с этим осушитель можно помещать или наносить в том месте внутри изоляционного слоя или вне него, где температура ниже средней арифметической температуры, вычисляемой на основании максимального и минимального значений температуры.
В отношении основного газа, прежде всего аммиака, необходимо отметить, что он может вступать в химическую реакцию, например, с твердой или жидкой кислотой, прежде всего с твердым ионообменником в протонированной форме, в качестве действующего вещества.
Согласно одному из особых аспектов окислительный газ, например, кислород, можно простым путем подвергать химическому превращению взаимодействием с пригодными для этой цели твердыми или жидкими восстановителями, такими, например, как высокодисперсные и поэтому пирофорные металлы (например, пирофорное железо), полуметаллы (например, пирофорный кремний) и другие пирофорные вещества, предусмотренные в качестве действующего вещества, и тем самым удалять из газовой фазы.
В еще одном варианте в изоляционном слое может содержаться водород, который можно удалять из газовой фазы изоляционного слоя после активации средства для снижения давления газа. В этом варианте средство для снижения давления газа может содержать в качестве действующего вещества металл и/или сплав, способные/способный адсорбировать или абсорбировать водород. Предпочтительные модификации этого варианта представлены, например, в заявке ЕР 0347367 А1, которая была подана в европейское патентное ведомство 01.06.89 под номером 89730135.4 и соответствующие разделы которой, где описаны абсорбирующие водород соединения, включены в настоящее описание в качестве ссылки. К числу пригодных для применения в указанных целях металлов и/или их сплавов относятся, например, ванадий, железо, алюминий, титан и/или никель.
2
3
2

Помимо этого возможна абсорбция полярных газов, таких, например, как СО, NH, SO, NO, СО, ионными жидкостями, которые предпочтительно фиксировать на пористых носителях. Ионные жидкости поставляются, например, фирмой Solvent Innovation, Кельн, Германия, и позволяют оптимально согласовывать их свойства касательно статики абсорбции, а приемлемыми носителями могут служить кремниевые кислоты (например, типов Aerosil и Sipernat фирмы Evonik Degussa GmbH), равно как и гидрофильные типы оксидов алюминия (различных производителей).
В еще одном варианте можно использовать воду либо иное жидкое при комнатной температуре соединение, которое может легко испаряться, как, например, метанол или этанол. Такие соединения можно при этом испарять перед инициированием механизма активации средства для снижения давления газа, причем образующийся газ, например, водяной пар или газообразный метанол, вытесняет другие газы. В ходе этого процесса можно также механически создавать вакуум путем откачивания газов. После вытеснения других газов систему можно герметично закрывать, после чего можно активировать средство для снижения давления газа. Средство для снижения давления газа может быть реализовано в таком специальном виде, например, в виде осушителей, которые после активации, например, путем вскрытия капсулирующего их материала абсорбируют находящийся в изоляционном слое пар, в результате чего обеспечивается снижение давления газа в изоляционном слое.

2
5
2
К числу предпочтительных осушителей относятся помимо прочего цеолиты, молекулярные сита, гидрофильные кремниевые кислоты (например, высушенные кремниевые кислоты серии Aerosil фирмы Evonik Degussa GmbH), и иные известные осушители, такие как РО, оксид кальция (СаО), хлорид кальция (СаСl), бромид лития (LiBr), суперабсорбенты (полимеры с сильно полярными замещающими (обрамляющими) группами, например, продукт Favor фирмы Evonik Stockhausen GmbH) в высушенном виде и другие. Средство для снижения давления газа, прежде всего осушитель, может быть при этом, как уже указывалось выше, предусмотрено в сравнительно холодной зоне внутри оболочки предлагаемой в изобретении детали для достижения тем самым оптимальной эффективности абсорбции. Этот вариант целесообразно использовать во всех тех случаях, когда адсорбционная или абсорбционная эффективность действующего вещества в предусмотренном диапазоне температур применения вакуумно-изоляционной системы в значительной степени зависит от температуры.
Помимо этого изоляционный слой может исходно содержать одно или несколько полимеризуемых соединений, которые являются газообразными при нормальных условиях. К таковым относятся, например, пропилен и/или этилен. Полимеризуемое соединение можно путем реакции полимеризации переводить в твердое или жидкое вещество. Согласно этому варианту осуществления изобретения средство для снижения давления газа может содержать в качестве действующего вещества один или несколько катализаторов полимеризации и/или инициаторов полимеризации.
В качестве примера пригодных для применения в указанных целях инициаторов полимеризации можно назвать образующие радикалы соединения (радикалообразователи). К числу применимых инициаторов относятся помимо прочего широко известные среди специалистов азоинициаторы, такие как азо-бис-изобутиронитрил и 1,1-азо-бис-циклогексанкарбонитрил, а также пероксидные соединения, такие как пероксид метилэтилкетона, пероксид ацетилацетона, дилаурилпероксид, трет-бутилпер-2-этилгексаноат, кетонпероксид, трет-бутилпероктоат, пероксид метилизобутилкетона, пероксид циклогексанона, дибензоилпероксид, трет-бутилпероксибензоат, трет-бутилпероксиизопропилкарбонат, 2,5-бис-(2-этилгексаноилперокси)-2,5-диметилгексан, трет-бутилперокси-2-этилгексаноат, трет-бутилперокси-3,5,5-триметилгексаноат, дикумилпероксид, 1,1-бис-(трет-бутилперокси)циклогексан, 1,1-бис-(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан, кумилгидропероксид, трет-бутилгидропероксид, бис-(4-трет-бутилциклогексил)пероксидикарбонат, смеси двух или более указанных соединений между собой, а также смеси указанных соединений с не указанными соединениями, которые также способны образовывать радикалы.
В качестве примера пригодных для применения в указанных целях катализаторов полимеризации можно назвать помимо прочего катализаторы Циглера-Натта или металлоценовые катализаторы, которые представлены, в частности, в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6-е изд.
50
Особый интерес представляют прежде всего действующие вещества или средства для снижения давления газа, представленные в дисперсном виде, т.е. в виде частиц. В предпочтительном варианте диаметр таких частиц составляет от 1 мкм до 10 мм, особенно предпочтительно от 10 мкм до 5 мм, наиболее предпочтительно от 0,1 до 3 мм. Указанные значения крупности частиц представляют собой значения d (50% частиц имеют размер меньше, а 50% частиц - больше указанного), и его можно определять микроскопическими методами.
Перед активацией средства для снижения давления газа находящийся в изоляционном слое газ можно по меньшей мере частично удалять путем откачивания. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения средство для снижения давления газа выполнено таким образом, что оно позволяет снижать сравнительно высокое давление газа до очень низких значений исключительно с помощью представленных в настоящем описании механизмов без необходимости использовать для этого механическое откачивание газов. Подобного эффекта можно добиться помимо прочего путем соответствующего согласования используемого количества действующего вещества с количеством газа, присутствующего в изоляционном слое. Благодаря этому можно отказаться от механического откачивания газов, которое сопряжено с высоким расходом энергии. Кроме того, благодаря этому удается помимо прочего избежать ошибок при вводе вакуумно-изоляционной системы в эксплуатацию.
Согласно данному особому аспекту настоящего изобретения давление газа в изоляционном слое перед активацией средства для снижения давления газа составляет по меньшей мере 500 мбар, особенно предпочтительно по меньшей мере 800 мбар, наиболее предпочтительно по меньшей мере 950 мбар.
Такое давление обусловлено в основном находящимся в изоляционном слое газом, который абсорбируется средством для снижения давления газа и/или адсорбируется им и/или вступает с ним в химическую реакцию, что позволяет после активации средства для снижения давления газа снизить его давление до исключительно низких значений. В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения газ, находящийся в изоляционном слое, может по меньшей мере на 80 об.%, особенно предпочтительно по меньшей мере на 90 об.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере на 95 об.%, состоять из диоксида углерода. Особый интерес при этом прежде всего представляют варианты, в которых газ, находящийся в изоляционном слое, по меньшей мере на 98 об.%, особенно предпочтительно по меньшей мере на 99 об.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99,5 об.%, состоит из диоксида углерода.
Благодаря применению реакционноспособного газа, предпочтительно кислого газа, прежде всего диоксида углерода, в изоляционном слое предлагаемой в изобретении детали неожиданно удается создать систему, которая позволяет экономичным и надежным путем создавать вакуум без необходимости применения в этих целях механических насосов. Помимо этого такую систему можно хранить в течение длительного времени без необходимости принятия особых мер. Кроме того, подобную вакуумно-изоляционную систему можно особо простым и надежным путем вводить в эксплуатацию без необходимости принятия дорогостоящих мер предосторожности.
В предпочтительном варианте средство для снижения давления газа позволяет снижать исходно преобладающее в изоляционном слое давление до значений, не превышающих 500 мбар, предпочтительно не превышающих 50 мбар, особенно предпочтительно не превышающих 10 мбар, наиболее предпочтительно не превышающих 1 мбара. Благодаря этом значительно снижается теплопроводность системы. Снижения давления газа до указанных значений можно добиться путем подбора типа и количества средства для снижения давления газа.
В одном из особых вариантов осуществления настоящего изобретения скорость протекания таких процессов, приводящих к уменьшению числа молей находящихся в газовой фазе молекул, можно регулировать, что позволяет избежать локального перегрева. Так, например, средство для снижения давления газа может присутствовать в тонкораспределенном или -диспергированном в объеме предлагаемой в изобретении детали виде, благодаря чему возможно выделяющаяся теплота реакции распределяется по большому объему. Кроме того, может быть предусмотрен также разделительный слой, который хотя и является газопроницаемым в определенной, зависящей от конкретной реакции степени, однако ограничивает непосредственный контакт между газом и средством для снижения его давления.
Согласно изобретению средство для снижения давления газа выполнено активируемым. Выражение "выполнено активируемым" согласно изобретению означает, что средство для снижения давления газа лишь после инициирования механизма его активации снижает давление газа, исходно преобладающее в изоляционном слое. Механизм активации средства для снижения давления газа может быть отличен от процесса, приводящего к собственно снижению давления газа. При этом механизм активации средства для снижения давления газа инициируется в результате одного или нескольких воздействий после газонепроницаемого закрытия оболочки, охватывающей изоляционный слой. Благодаря обеспечиваемой в результате возможности выполнять активацию средства для снижения давления газа независимо от процесса, приводящего к собственно снижению давления газа, отсутствует необходимость в длительном воздействии для возможности поддержания давления газа на низком уровне. Поэтому воздействие, используемое для инициирования механизма активации средства для снижения давления газа, соответственно используемое для снижения давления газа, не должно сохраняться длительное время, а может прекращаться после активации, которая завершается самое позднее по достижении предусмотренной глубины вакуума (остаточного давления), без существенного последующего повышения давления газа. Подобная независимость друг от друга обоих указанных процессов, которая проявляется прежде всего после активации средства для снижения давления газа, не описана в уровне техники. Поэтому в отличие от этого используемые согласно уровню техники для снижения давления газа воздействия необходимо сохранять в течение всего времени, на протяжении которого должен поддерживаться вакуум. Тем самым преимущество предусмотренного изобретением механизма активации средства для снижения давления газа состоит в его необратимости. При осуществлении способа, описанного в ЕР 347367, такое воздействие заключается в том, что предмет держат при комнатной температуре. При нагреве же до температуры, при которой предмет герметично закрывали, в системе начинает преобладать явно повышенное давление, обычно нормальное давление, в результате чего снижается теплоизолирующее действие. Недостаток при этом состоит в необходимости нагрева до высокой температуры, требуемой для создания вакуума при охлаждении. Процессы, которые согласно уровню техники основаны на вымораживании, требуют наличия текучей среды, пропускаемой по трубопроводу при низких температурах. В противном случае не обеспечивается снижение давления газа.
Так, например, средство для снижения давления газа может быть выполнено активируемым механически, химически, электрически, термически и/или путем облучения электромагнитными волнами. Сказанное означает, что путем механического, химического, электрического и/или термического воздействия, соответственно путем облучения электромагнитными волнами можно инициировать процесс, приводящий к снижению давления газа в изоляционном слое.
В качестве примера конкретной реализации механизма инициирования такого процесса можно назвать образующие оболочку материалы, которые можно изменять путем нагрева, путем механического, электрического или химического воздействия или путем облучения. В такие образующие оболочку материалы могут быть капсулированы описанные выше действующие вещества, которые также предусмотрены в средстве для снижения давления газа.
Так, например, части изоляционной системы могут охлаждаться, например, с началом пропускания криогенных сред через изолируемую деталь, вследствие чего в результате усадки и/или охрупчивания капсулирующего материала высвобождаются активные химические частицы, в результате чего в теплоизоляции при участии высвободившихся активных химических частиц начинают протекать уменьшающие число молей газа процессы.
Протеканию таких процессов в данном варианте могут помимо прочего способствовать вещества, которые имеют отличный от оболочки коэффициент теплового расширения, вследствие чего при охлаждении в образующем оболочку материале или капсулирующем материале образуются обусловленные внутренними напряжениями трещины, обеспечивающие возможность протекания процессов, приводящих к снижению давления. Так, например, вода с уменьшением температуры до значений ниже 4°С расширяется, тогда как другие вещества при таких температурах сжимаются. Подобный механизм можно широко использовать во всех случаях, в соответствии с чем в капсулирующий материал может быть заключен материал, который при охлаждении сжимается в меньшей степени, чем сам этот капсулирующий материал, называемый в настоящем описании также образующим оболочку материалом. Вследствие этого в капсулирующем материале, соответственно в заключенном в него материале возникают напряжения, приводящие к разрушению оболочки капсулы. Такой механизм можно использовать индивидуально либо во взаимодействии с другими механизмами, например, охрупчиванием образующего оболочку материала.
Помимо этого части изоляционной системы могут нагреваться, например, с началом пропускания горячих текучих сред через изолируемую деталь, путем электронагрева интегрированных в изоляционную систему или расположенных на ней электронагревательных элементов, путем нагрева компонентов изоляционной системы микроволновым излучением либо переменными магнитными или электрическими полями, в результате чего образующие оболочку материалы расплавляются, охрупчиваются, подвергаются деструкции или иным образом теряют свои барьерные свойства.
Нагревательные элементы могут быть выполнены, например, в виде резистивных нагревательных элементов, при этом такие нагревательные элементы наиболее предпочтительно располагать по краям изоляционного слоя во избежание отрицательного влияния на его теплоизолирующее действие. Очевидно, что средства для нагрева, прежде всего нагревательные элементы, можно также предусматривать вне оболочки вакуумно-изоляционной системы с обеспечением при этом нагрева всей изоляционной системы или только ее определенной зоны. В этих целях можно использовать, например, воздуходувку для горячего воздуха.

Целенаправленный нагрев можно далее обеспечить, применяя вещества, которые способны нагреваться под воздействием определенных электромагнитных полей (например, микроволн, переменных магнитных полей или аналогичных воздействий) либо под воздействием ультразвука. Примером подобного рода пригодных для применения веществ являются выпускаемые под торговым наименованием "MagSilica" фирмой Evonik Degussa GmbH частицы диоксида кремния, содержащие намагничивающиеся металлы, прежде всего железо.
Такие вещества можно предусматривать в окружении веществ, приводящих к снижению давления газа и называемых в настоящем описании также действующими веществами, либо в окружении или в качестве компонента образующего оболочку материала, в который при необходимости заключено действующее вещество, что при воздействии соответствующих электромагнитных полей или ультразвука позволяет обеспечить узколокальный нагрев, приводящий к активации средства для снижения давления газа.
Наряду с расплавлением оболочки (образующего оболочку материала) ее (его) можно также разрушать, заключив в капсулирующий материал вещество с высокой степенью теплового расширения, которое при определенных условиях может быть также испаряющимся. В результате такого теплового расширения капсулирующий материал может вскрываться. Так, например, в капсулирующий материал можно заключить воду. При этом создающееся при испарении воды давление можно использовать для разрушения капсулирующего материала. Помимо этого в капсулирующий материал, например, из полимера или неорганического стекла, в частности силикатного стекла, можно заключить металл с высоким коэффициентом теплового расширения. При этом разрушение капсулирующего материала можно благодаря большей по сравнению с образующим оболочку материалом величине теплового расширения металла обеспечить путем нагрева.
Высвобождающуюся в результате протекающих по описанным выше механизмам процессов воду можно вновь удалять из газовой фазы, например, осушителями для достижения тем самым достаточно низкого давления газа.
Помимо этого части изоляционной системы могут нагреваться, например, с началом пропускания горячих текучих сред через изолируемую деталь, путем электронагрева интегрированных в изоляционную систему или расположенных на ней электронагревательных элементов или под действием тепловых воздействий извне изоляционной системы, в результате чего обеспечивается наличие необходимой для химической реакции (например, реакции разложения для образования активных химических частиц или же непосредственной уменьшающей число молей газа реакции между собой присутствующих химических частиц) энергии активации. Нагрев компонентов изоляционной системы в тех же целях можно обеспечивать воздействием микроволнового излучения, переменных магнитных или электрических полей и иными воздействиями уже описанным выше образом.
Помимо этого такие процессы можно инициировать, подвергая изоляционную систему воздействию достаточно глубоко проникающего или проникающего насквозь ионизирующего излучения, в результате чего инициируются химические процессы, такие как образование радикалов или реакционноспособных ионных химических частиц, которые в свою очередь запускают требуемые уменьшающие число молей газа реакции.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения активация может происходить в результате непосредственного воздействия микроволнового излучения на определенные вещества в изоляционной системе, которые способны поглощать энергию излучения и тем самым сильно нагреваться. Путем нагрева такие вещества или соседние с ними вещества можно химически или физически активировать, например, путем деструкции/разрушения капсулирующих материалов, активации катализаторов, образования радикалов или реакционноспособных ионных химических частиц и иными путями, в результате чего в теплоизоляции при участии активных химических частиц начинают протекать уменьшающие число молей газа процессы.
Существует далее возможность воздействовать магнитными или электрическими полями на определенные вещества в изоляционной системе и таким путем химически или физически активировать их, например, приводить в механические движения (колебания), в результате которых происходит вскрытие капсулирующих материалов или трение твердофазных компонентов друг о друга (инициирование реакции путем трения), либо, например, подвергать индуктивному нагреву металлсодержащие вспомогательные вещества, в результате чего в теплоизоляции при участии высвободившихся и/или активированных химических частиц начинают протекать уменьшающие число молей газа процессы.
Помимо этого окончательно смонтированную изоляционную систему можно подвергать механическим воздействиям для высвобождения тем самым активируемых веществ, например, путем разрушения хрупких капсул, которые могут быть выполнены прежде всего из неорганического стекла, растирания запассированных снаружи или капсулированных частиц либо аналогичных воздействий. Соответствующие меры, направленные на обеспечение такого высвобождения активируемых веществ, могут заключаться, в частности, в воздействии ультразвуком, излучаемым приложенными снаружи сонотродами, в гибке наружной оболочки вокруг изоляционной системы при прокладке/монтаже, в надувании полой оболочки, охватывающей изоляционную систему или помещенные в нее шланги или иные гибкие трубки (и тем самым в обжатии изоляционной системы), и т.д., в результате чего происходят вскрытие капсулирующего материала и снижение давления.
Многие из описанных выше механизмов инициирования процесса, приводящего к снижению давления газа в изоляционном слое, основаны на заключении в оболочку одного или нескольких, преимущественно твердых или жидких веществ, которые при непосредственном контакте с заполняющим газом спонтанно начинают участвовать в физико-химическом процессе, при протекании которого уменьшается число молей газа. В соответствии с этим подобное заключение в оболочку позволяет выполнить для снижения давления газа активируемым и обеспечить возможность управления инициированием уменьшающего число молей газа процесса. Подобного рода оболочка прежде всего препятствует началу протекания указанного, в остальном спонтанного процесса и благодаря этому обеспечивает возможность простого создания всей изоляционной системы в условиях атмосферного давления или в условиях, в которых давление газа во всяком случае выше того, которое было бы необходимо в готовой работоспособной изоляционной системе для достижения требуемого теплоизолирующего действия.
Средство для снижения давления газа можно выполнять активируемым, например, предусмотрев образующий оболочку материал, в который заключено основное вещество, катализатор полимеризации, соответственно инициатор полимеризации либо металл и/или сплав металлов. В результате запуска механизма инициирования процесса, приводящего к снижению давления газа в изоляционном слое, барьерные свойства оболочки из образующего ее материала изменяются таким образом, что становится возможным протекание рассмотренных выше процессов (например, реакций, процессов абсорбции или процессов адсорбции) с сопровождающим их снижением давления газа в изоляционном слое.
Оболочка, в образующий которую материал заключено действующее вещество, в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения обладает минимально возможной газопроницаемостью для обеспечения тем самым возможности длительного хранения детали для создания вакуумно-изоляционной системы. Газопроницаемость оболочки зависит от типа образующего ее материала и ее толщины, при этом в общем случае с увеличением толщины оболочки ее газопроницаемость уменьшается. Однако точное значение газопроницаемости зависит от условий применения и предусмотренной длительности хранения. Для применения во многих прикладных областях оболочка может обладать сравнительно высокой газопроницаемостью. Так, в частности, средства для снижения давления газа часто удовлетворяют всем необходимым требованиям, когда они перед их активацией снижают давление максимум на 5% по истечении по меньшей мере 2 ч при нахождении в атмосфере предусмотренного для участия в реакции газа. Предпочтительно же снижение давления газа должно составлять максимум 2%, особенно предпочтительно максимум 1%, по истечении по меньшей мере 2 ч. Указанные значения определяли при 25°С, не активируя средство для снижения давления газа. Исходное давление при этом составляет 1000 мбар, при этом газ по меньшей мере на 99,5 об.% состоит из предусмотренного для участия в реакции газа.
Указанный показатель относится при этом к находящемуся в изоляционном слое газу, который после активации средства для снижения его давления абсорбируется им и/или адсорбируется им и/или реагирует с ним. В предпочтительном варианте используют кислый газ, прежде всего диоксид углерода, в связи с чем указанные значения относятся в первую очередь к проницаемости для диоксида углерода.
В результате активации средства для снижения давления газа оболочка, в образующий которую материал заключено действующее вещество, становится газопроницаемой. В этом отношении необходимо отметить, что такая оболочка при этом может также полностью разрушаться. После активации проницаемость оболочки, в которую возможно заключено действующее вещество, возрастает. Так, в частности, величина снижения давления после активации составляет по меньшей мере 10% по истечении по меньшей мере 2 ч в пересчете на исходное давление до активации. Период времени длительностью 2 ч отсчитывается при этом от начального момента активации. В предпочтительном варианте величина снижения давления составляет по меньшей мере 20%, особенно предпочтительно по меньшей мере 50%, по истечении по меньшей мере 2 ч. При определении этих значений исходное давление в данном случае в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 900 мбар, при этом находящийся перед активацией в изоляционном слое газ на по меньшей мере 99,5 об.% состоит из предусмотренного для участия в реакции газа, предпочтительно кислого газа, особенно предпочтительно диоксида углерода. Указанные значения давления предпочтительно при этом измерять при температуре 25°С.
В одном из особых вариантов выражаемая через величину снижения давления газопроницаемость оболочки средства для снижения давления газа может значительно возрастать после активации этого средства. Так, в частности, частное от деления величины снижения давления исходно находящегося в изоляционном слое газа по истечении по меньшей мере 2 ч после активации на величину снижения давления этого же газа перед активацией составляет по меньшей мере 2, особенно предпочтительно по меньшей мере 10, наиболее предпочтительно по меньшей мере 100, в каждом случае по данным измерения давления при температуре 25°С.

Образующий оболочку материал может представлять собой, например, воск или иное вещество, которое расплавляется при нагреве, в результате чего оболочка разрушается и, например, ранее заключенное в такую оболочку из воска основное вещество может реагировать с диоксидом углерода. Предпочтительные вещества, которые можно использовать в качестве образующего оболочку материала, имеют температуру плавления в пределах от 30 до 150°С, особенно предпочтительно от 50 до 70°С. К числу предпочтительных образующих оболочку материалов относятся помимо прочего воски, парафины, жиры, масла, алифатические спирты, жирные кислоты, аравийская камедь, гуммиарабик, полиэтиленгликоли и их сополимеры, а также смеси двух или более таких материалов. В качестве примера подобных образующих оболочку материалов можно назвать стеариновую кислоту (температура плавления около 70°С), пальмитиновую и "маргариновую" кислоты (температуры плавления порядка 62°С), все типы продукта Vestowax (температуры плавления около 90-120°С, изготовитель Evonik Tego GmbH), пальмовое масло (температура плавления около 27-45°С), пчелиный воск (температура плавления 62-65°С), карнаубский воск (температура плавления 80-87°С), шерстяной воск (ланолин, температура плавления выше примерно 40°С), церезин (температура плавления порядка 62-80°С). Все указанные жирные кислоты, жиры и природные воски выпускаются множеством производителей. Твердые парафины выпускаются, в частности, фирмами Sasol, Shell, а также почти всеми другими нефтеперерабатывающими предприятиями под многочисленными торговыми наименованиями.
При использовании оболочек, у которых их механизм активации средства для снижения давления газа основан на расплавлении образующего их материала, может оказаться целесообразным подводить энергию, прежде всего тепло, на протяжении всего процесса снижения давления в количестве, исключающем формирование новой оболочки из образующего ее материала вокруг действующего вещества до того, как давление снизится до требуемого уровня. При использовании средств для снижения давления газа, механизм активации которых предполагает расплавление образующего оболочку материала, неожиданных преимущество удается достичь в том случае, когда такие средства смешивают с веществами, способными поглощать или впитывать расплавленный образующий оболочку материал. К таким веществам относятся прежде всего пористые материалы, такие, например, как описанные выше пористые неорганические носители. При применении подобных веществ массовое соотношение между средством для снижения давления газа и веществом, способным поглощать или впитывать расплавленный образующий оболочку материал, может составлять от 100:1 до 1:100, предпочтительно от 10:1 до 1:10, особенно предпочтительно от 2:1 до 1:2. Особый интерес при этом представляют прежде всего варианты, в которых средство для снижения давления газа, равно как и вещество, способное поглощать или впитывать расплавленный образующий оболочку материал, являются дисперсными (представлены в виде частиц) и гомогенно смешаны между собой.
Помимо этого можно, например, охрупчивать образующий оболочку материал воздействием холода, в результате чего происходит разрушение оболочки, в которую заключено, например, основное вещество. Такому разрушению оболочки можно способствовать, например, путем механического воздействия, которое в качестве примера ужа рассматривалось выше. В качестве примера способных к охрупчиванию веществ можно назвать прежде всего полимеры, однако многие воски и жиры, а также белки и построенные из них вещества также проявляют подобное свойство. Охрупчивание можно обеспечить охлаждением предпочтительно до температуры ниже 20°С, особенно предпочтительно ниже 5°С, наиболее предпочтительно ниже -30°С. Массовое соотношение между образующим оболочку материалом и действующим веществом может варьироваться в широких пределах при условии обеспечения активируемости средства для снижения давления газа при применении оболочки. Чем толще оболочка, тем обычно ниже ее газопроницаемость, если при этом не учитывать другие факторы, такие, например, как тип образующего ее материала. С другой стороны, слишком толстая оболочка может при определенных условиях создать проблемы с активируемостью средства для снижения давления газа, поскольку при активации средства для снижения давления газа газонепроницаемость оболочки должна существенно снижаться. Поэтому во многих случаях целесообразно применение средств для снижения давления газа, у которых массовое соотношение между действующим веществом и образующим оболочку материалом составляет от 50:1 до 1:10, предпочтительно от 10:1 до 1:1, особенно предпочтительно от 5:1 до 2:1, если средство для снижения давления газа снабжено образующим оболочку материалом.
В одном из особых вариантов средство для снижения давления газа снабжено оболочкой. Такое капсулирование действующего вещества может, например, заключаться в капсулировании в матрицу и/или в образовании капсул со структурой типа "сердцевина-оболочка". Способы получения систем с заключением веществ в оболочку, соответственно с их капсулированием хорошо и давно известны из уровня техники. Для применения в этих целях пригодны различные методы, прежде всего коацервация, методы микронизации RESS (от англ. "Rapid Expansion of Supercritical Solutions"), GAS (от англ. "Gas Antisolvent Process") и/или PGSS (от англ. "Particles from Gas Saturated Solution"), а также процессы, предусматривающие применение коаксиальных сопел, распылительная сушка, нанесение покрытий в псевдоожиженном слое, а также микрокапсулирование. Помимо этого при применении пористых носителей их заполненные действующим веществом поры можно закрывать или закупоривать. Закрывать поры образующим оболочку материалом можно аналогичным путем, что и при насыщении пористого носителя действующим веществом.
Касательно катализаторов полимеризации, соответственно инициаторов полимеризации необходимо отметить, что время полужизни многих радикалообразователей зависит от температуры. Поэтому средство для снижения давления газа может также состоять из катализатора полимеризации, соответственно инициатора полимеризации, который целенаправленно подвергают нагреву с образованием радикалов, при этом образовавшиеся радикалы полимеризуют находящийся в изоляционном слое полимеризуемый газ. Время полужизни вышеуказанных инициаторов при различных температурах известно. Нагрев до соответственно высоких температур обычно приводит к образованию радикалов в количестве, достаточно большом для инициирования описанных реакций полимеризации, которые в свою очередь приводят к снижению давления газа.
Часто предусмотренный механизм активации средства для снижения давления газа носит необратимый характер. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемая в нем деталь может иметь несколько средств для снижения давления газа, которые можно целенаправленно активировать по разным механизмам или разными воздействиями. Подобный вариант позволяет неоднократно выполнять процесс снижения давления газа. Наличие подобной возможности может оказаться целесообразным в том случае, когда, например, после проведения работ по техническому обслуживанию, ремонтных работ или аналогичных работ потребуется вновь создать вакуум проведением описанных выше процессов, т.е. реакций, процессов абсорбции или процессов адсорбции. В этих вариантах изоляционный слой проверенной или отремонтированной изоляционной системы можно сначала продувать соответствующим газом, который после газонепроницаемого закрытия изоляционного слоя удаляют из него описанным выше путем проведением химических или физических процессов, основанных на химической реакции, абсорбции или адсорбции.
В еще одном варианте, в котором используют разные средства для снижения давления газа, которые можно целенаправленно активировать по разным механизмам или разными воздействиями, исключить, например, локальный нагрев до слишком высоких температур можно, первоначально подвергнув взаимодействию действующее вещество лишь в небольшом количестве с находящимся в изоляционном слое газом. На последующих стадиях после соответствующего охлаждения активируют другие средства для снижения давления газа.
Помимо этого данный вариант, предусматривающий применение нескольких разных средств для снижения давления газа, позволяет обеспечить поддержание низкого давления газа на протяжении исключительно длительного периода времени. При этом средства для снижения давления газа могут различаться между собой своим действующим веществом. Так, в частности, на первой стадии можно подвергать основную часть находящегося в изоляционном слое газа, прежде всего кислого газа, предпочтительно диоксида углерода, взаимодействию с первым действующим веществом, предпочтительно основным веществом, для снижения таким путем давления газа до очень низкого уровня. Такое давление газа в предпочтительном варианте может составлять максимум 50 мбар, особенно предпочтительно максимум 10 мбар, наиболее предпочтительно максимум 1 мбар.
На последующей стадии можно другими действующими веществами связывать оставшиеся части кислорода, азота или иных, отличных от диоксида углерода газов, которые могут находиться в изоляционном слое. Такие газы могут присутствовать в изоляционном слое перед активацией в малом относительном количестве. В соответствии с этим для создания предлагаемой в изобретении детали можно также использовать кислый газ, прежде всего диоксид углерода, с относительно низкой степенью чистоты. Относительное содержание благородных газов, прежде всего аргона, в изоляционном слое составляет предпочтительно максимум 0,1 об.%, особенно предпочтительно максимум 0,01 об.%, наиболее предпочтительно максимум 0,001 об.%. Обычный технический диоксид углерода содержит благородные газы в очень малых количествах. Помимо этого в изоляционном слое вследствие диффузии могут с течением времени накапливаться газы, такие, например, как кислород или азот. Другое средство для снижения давления газа может в качестве действующего вещества содержать, например, литий или иное вещество, связывающее такие газы, прежде всего азот или кислород. Поэтому данный вариант позволяет наиболее эффективным путем создавать высокоэффективные вакуумно-изоляционные системы. В соответствии с этим особенно предпочтительные системы отличаются наличием по меньшей мере двух средств для снижения давления газа, которые различаются между собой активируемостью и действующим веществом.
Таким образом, в предпочтительных вариантах может быть предусмотрено по меньшей мере два разных средства для снижения давления газа, которые в предпочтительном варианте могут различаться между собой своим действующим веществом. Особый интерес при этом представляют варианты, в которых наряду с основным веществом предусмотрено другое действующее вещество, например, вещество, связывающее азот или кислород. Особых преимуществ неожиданно удается достичь в том случае, когда массовое соотношение между основными веществами и другими действующими веществами, которые предпочтительно связывают азот или кислород, составляет предпочтительно от 10000:1 до 10:1, особенно предпочтительно от 1000:1 до 50:1.
Предлагаемая в изобретении деталь предназначена прежде всего для создания вакуумно-изоляционной системы. Термином "вакуумно-изоляционная система" обозначается теплоизолированная система, изолирующая эффективность которой повышается благодаря созданию в ней вакуума. Термин "вакуум" в данном контексте означает, что в изоляционном материале преобладает абсолютное давление, которое предпочтительно не превышает 500 мбар, более предпочтительно не превышает 50 мбар, особенно предпочтительно не превышает 10 мбар, наиболее предпочтительно не превышает 1 мбара. Благодаря вакууму теплопроводность изоляционного материала существенно снижается.
Предпочтительная вакуумно-изоляционная система предназначена прежде всего для транспортировки холодных текучих сред, главным образом жидкостей, с температурой предпочтительно максимум -40°С, особенно предпочтительно максимум -100°С, наиболее предпочтительно -150°С или ниже.
Наряду с холодными текучими средами предлагаемая в изобретении трубопроводная система может быть также предназначена для транспортировки горячих текучих сред, т.е. текучих сред с температурой выше комнатной, составляющей около 25°С. В предпочтительном варианте горячие текучие среды имеют температуру по меньшей мере 50°С, особенно предпочтительно по меньшей мере 80°С.
Описанные выше, предпочтительные трубопроводные системы имеют по меньшей мере один трубопровод или по меньшей мере одну комплексную транспортную систему, по которому, соответственно по которой может транспортироваться текучая среда.
Под термином "комплексная транспортная система" согласно настоящему изобретению подразумевается система, имеющая по меньшей мере две разные линии, в частности два трубопровода. Так, в частности, комплексная транспортная система может иметь, например, по меньшей мере две внутренние линии в виде трубопроводов, по которым могут транспортироваться жидкости или газы. Помимо этого комплексная транспортная система может также иметь по меньшей мере одну внутреннюю линию в виде трубопровода для транспортировки жидкостей и/или газов и по меньшей мере одну линию передачи данных и/или электрического тока. Особенно предпочтительные комплексные транспортные системы имеют по меньшей мере две внутренние линии в виде трубопроводов для транспортировки материалов и по меньшей мере одну линию передачи данных и/или электрического тока.
В общем случае такие трубопроводы или комплексные транспортные системы имеют по меньшей мере одну внутреннюю линию, соответственно один внутренний трубопровод и наружный кожух, при этом холодная или горячая текучая среда пропускается по внутреннему трубопроводу, а наружный кожух отделяет его от окружающего пространства, благодаря чему в промежутке между внутренним трубопроводом и наружным кожухом возможно создание вакуума. В соответствии с этим наружный кожух предназначен для сохранения теплоизолирующего действия.
Для улучшения барьерных свойств наружный кожух может быть снабжен металлическим покрытием. Такое металлическое покрытие можно наносить, например, путем напыления металла, нанесения металлсодержащего лака или нанесения фольги. Подобное металлическое покрытие можно предусматривать на наружной поверхности, на внутренней поверхности или на обеих этих поверхностях.
Путем выбора соответствующего материала трубопровод, соответственно комплексную транспортную систему вакуумной системы можно выполнить гибкой при комнатной температуре. Подобного рода материалы, пригодные для изготовления прежде всего внутреннего трубопровода, соответственно наружного кожуха, общеизвестны и описаны прежде всего в указанных выше публикациях. В предпочтительном варианте трубопровод, соответственно комплексная транспортная система предлагаемой в изобретении изоляционной системы может иметь допустимый радиус изгиба менее 20 м, более предпочтительно менее 10 м, особенно предпочтительно менее 5 м, наиболее предпочтительно менее 1,5 м. Радиус изгиба определяется максимальной величиной изгиба трубопровода, соответственно комплексной транспортной системы без его, соответственно ее повреждения. Термин "повреждение" при этом означает состояние, в котором система перестает удовлетворять необходимым требованиям.
Наряду с описанными выше комплексными транспортными системами, предназначенными прежде всего для перемещения холодных или горячих текучих сред, т.е. газов или жидкостей, предлагаемая в изобретении деталь может найти самое разнообразное применение.
Так, например, предлагаемую в изобретении деталь можно использовать в системах централизованного теплоснабжения, системах снабжения технологическим паром и прочих системах теплоснабжения, для теплоизоляции зданий, в инженерном оборудовании зданий, для теплоизоляции трубопроводов, по которым подается горячая водопроводная вода, а также вода для отопления помещений, в строительстве реакторов и аппаратов, используемых прежде всего в промышленных целях, для изготовления теплоаккумуляторов на основе РСМ-материалов, в производстве транспортных средств, прежде всего автомобилей-рефрижераторов, а также летательных аппаратов, или в иных областях применения холодильной техники или теплотехники. Благодаря сравнительно малой стоимости, хорошей перерабатываемости и легкости в обращении предлагаемая в изобретении деталь может при этом найти разнообразное применение. Так, например, с использованием предлагаемой в изобретении детали можно простым путем изготавливать домашние холодильники и шкафы-морозильники, при этом возможна также надежная и простая теплоизоляция объектов сложной геометрической формы без необходимости удлинения при этом длительности такта при поточном производстве.
Ниже настоящее изобретение более подробно рассмотрено на примерах, которые, однако, не ограничивают его объем.
Пример 1
2
Ниже описан эксперимент, результаты которого свидетельствуют о том, что снижение давления, достигавшееся в результата абсорбции СО на NaOH, уменьшает теплопроводность изоляционного материала. С этой целью использовали пригодную для вакуумирования, газонепроницаемую емкость из высококачественной стали, во внутреннее пространство которой можно было поместить изоляционный материал. Теплопроводность такого изоляционного материала можно было определять по методу нагретой нити (см. Ebert Η.-Р., Bock V., Nilsson О., Fricke J., The Hot-Wire Method Applied to Porous Materials of Low Thermal Conductivity, High Temp - High Press, 25, 1993, cc. 391-402).
Внутри емкости находилась далее вторая газонепроницаемая емкость, внутренний объем которой составлял 1/10 внутреннего объема наружной емкости. Внутренний объем внутренней емкости можно было через клапан соединять с внутренним объемом наружной емкости, и поэтому при закрытом клапане оба газовых пространства были отделены одно от другого, а при открытом клапане сообщались между собой. Соответствующий клапан можно было открывать и закрывать снаружи наружной емкости. В соответствии с этим средство для снижения давления газа было механически активируемым.

В качестве изоляционного материала во внутреннее пространство наружной емкости помещали смеси из кремниевых кислот и сажи (80 массовых частей кислоты Sipernat 22LS и 20 массовых частей пламенной сажи F101, оба продукта выпускаются фирмой Evonik Degussa GmbH).
2

Помимо этого внутреннюю емкость заполняли смесью из 1 объемной части имеющегося в продаже, предназначенного для абсорбции СО и нанесенного на инертный материал NaOH (Merck 101564: гидроксид натрия на носителе для элементного анализа, размер частиц 1,6-3 мм) и 2 объемных частей диоксида кремния (например, продукт Aerosil А300, выпускаемый фирмой Evonik Degussa GmbH).
После этого открывали клапан, предусмотренный между внутренней и наружной емкостями, и всю эту систему механически вакуумировали до остаточного давления около 1 гПа. При этом низком давлении систему выдерживали в течение 1 ч при работающем вакуумном насосе.
2
Затем закрывали клапан, предусмотренный между внутренней и наружной емкостями, и газовое пространство наружной емкости заполняли СО до тех пор, пока общее давление не достигло примерно 1000 гПа при комнатной температуре.
2
Молярное соотношение между NaOH во внутренней емкости и находившимся в изолирующем пространстве СО составляло 4:1.
2
Измеренная при комнатной температуре теплопроводность изоляционного материала в атмосфере СО с общим давлением 1000 гПа составила 22 мΒт/(м·Κ).
В этом состоянии за системой наблюдали в течение 24 ч. При этом не происходило никакого изменения давления газа в наружной емкости, равно как и теплопроводность изоляционного материала оставалась постоянной.
После этого открывали клапан. При этом давление газа в наружной емкости по истечении всего лишь 70 с снижалось с примерно 1000 гПа до примерно 600 гПа, по истечении 2 ч снижалось до уровня ниже 20 гПа, а по истечении 4 ч в конечном итоге снижалось до уровня ниже 3 гПа. В ходе такого снижения давления уменьшалась также теплопроводность изоляционного материала до 2 мΒт/(м·Κ), т.е. более чем на 90% относительно значения при стандартном давлении.
Пример 2
В данном случае в основном повторяли пример 1. Однако вместо некапсулированных, соответственно не заключенных в оболочку частиц из инертного материала с нанесенным на него NaOH использовали частицы с плавкой оболочкой. В соответствии с этим средство для снижения давления было термически активируемым.
Такие частицы получали, покрывая описанные в примере 1 частицы (NaOH на инертном пористом носителе, размер частиц 1,6-3 мм; Merck 101564: гидроксид натрия на носителе, для элементного анализа) слоем стеариновой кислоты. В соответствии с этим такие частицы (общее загруженное количество NaOH 6 г) капсулировали в стеариновую кислоту (общее количество 2 г), для чего оба материала смешивали между собой и в течение 2 ч перемешивали в месильной машине при 100°С.
2
Полученные термически активируемые частицы смешивали с 3 г порошковых изоляционных материалов (сажа, диоксид кремния, тальк) и помещали в газонепроницаемо закрываемую емкость. Затем наружное газовое пространство заполняли диоксидом углерода. С этой целью газовое пространство трижды вакуумировали насосом до остаточного давления ниже 1 мбара и продували СО (99,9 об.%).
После газообмена общее давление газа составило примерно 998 мбар. Затем газонепроницаемую емкость, а тем самым и капсулированные частицы нагревали. После нагрева газонепроницаемой емкости до температуры выше 75°С происходило непрерывное снижение давления. По истечении примерно 100 мин давление газа снизилось до 24 мбар. На этом эксперимент прекращали.
Пример 3
В данном случае в основном повторяли пример 2. Однако вместо описанных выше частиц использовали средство для снижения давления газа, содержавшее образующий оболочку материал в большем относительном количестве.

Для получения таких частиц 10 г NaOH (безводного) растворяли в 100 мл этанола (99,8%), после чего при перемешивании медленно добавляли 20 г продукта Sipernat 50 (фирма Evonik Degussa GmbH). Полученный состав гомогенизировали в течение 1 ч. Затем этот состав сушили при 70°С в течение 24 ч, получая твердые частицы с содержанием NaOH около 33 мас.%. Далее для капсулирования эти частицы (30 г) в течение 2 ч смешивали в месильной машине при 100°С с 20 г парафина (продукт Sasolwax 6037 фирмы Sasol).
2
Полученные частицы (соответствует 6 г NaOH) смешивали с 3 г порошковых изоляционных материалов (сажа, диоксид кремния, тальк) и помещали в измерительную систему из примера 1. Содержавшийся в емкости воздух заменяли на диоксид углерода. С этой целью емкость примерно трижды вакуумировали насосом до остаточного давления ниже 1 мбара и продували СО (99,9 об.%).
После газообмена общее давление газа составило примерно 993 мбара. Затем газонепроницаемую емкость, а тем самым и капсулированные частицы нагревали. После нагрева газонепроницаемой емкости до температуры выше 90°С происходило непрерывное снижение давления. По истечении примерно мин давление газа снизилось до 36 мбар. На этом эксперимент прекращали.