ВАКУУМ-ПЛОТНЫЙ ВВОД ЧЕРЕЗ ПЛЕНКУ
VACUUM-TIGHT ENTRY VIA FILM

Данное изобретение относится к устройству для вакуум-плотного проведения электрической линии через высокобарьерную пленку, а также к способу изготовления вакуум-плотного ввода при помощи соответствующего изобретению устройства.
В холодильных или морозильных аппаратах часто находятся тела вакуумной изоляции, для того чтобы достигать достаточной теплоизоляции аппарата.
Для того чтобы изготовлять такое тело вакуумной изоляции, необходимо создавать высокобарьерную пленку, которая окружает материал сердцевины, который придает телу вакуумной изоляции соответствующую форму и устойчивость и одновременно предотвращает то, что стенки тела вакуумной изоляции прилегают непосредственно друг к другу в вакуумированном состоянии. Использование высокобарьерной пленки является благоприятным в экономическом отношении вариантом, для того чтобы сохранять необходимый уровень вакуума в вакуумной изоляции в течение многих лет. Для того чтобы обеспечивать для таких емкостей с вакуумной изоляцией достаточный срок службы, окруженная высокобарьерной пленкой область должна быть в значительной степени вакуум-плотной.
Однако зачастую желательно размещать в окруженной высокобарьерной пленкой области, то есть в вакуумированной области, специальные датчики или другие электрические устройства.
Для связи с расположенными внутри датчиками в уровне техники известно осуществлять сообщение сквозь высокобарьерную пленку бесконтактным образом при помощи систем радиочастотной идентификации (РЧИ). При этом является также обычным располагать в системе вакуума пассивные системы, которые снабжаются током посредством прилегающей снаружи системы. Однако этот процесс подвержен высоким потерям и помимо этого не подходит для передачи больших мощностей.
Согласно модификации обычной системы, индуктивная передача тока осуществляется посредством прилегающих к обеим сторонам высокобарьерной пленки катушек. Однако этот процесс также является ресурсоемким, так как для передачи больших токов необходима большая конструкция катушек и/или высокое прикладываемое напряжение.
Поэтому задача данного изобретения заключается в разработке экономичного ввода для электрической линии через высокобарьерную пленку, который удовлетворяет высоким требованиям к вакуумной плотности, и при помощи которого большая мощность может с малыми потерями передаваться по проведенной электрической линии.
Эта задача решается с помощью устройства для вакуум-плотного проведения электрической линии через высокобарьерную пленку, которое обладает признаками согласно предмету пункта 1 формулы изобретения.
При этом устройство включает в себя полую трубку с выступающим от нее фланцем, высокобарьерную пленку со сквозным отверстием, через которое проходит полая трубка, и прижимной элемент, который расположен на обращенной от фланца стороне высокобарьерной пленки и прижимает высокобарьерную пленку к фланцу, причем высокобарьерная пленка расположена между фланцем полой трубки и прижимным элементом. Далее устройство отличается тем, что электрическая линия, ведущая от одной стороны высокобарьерной пленки к ее другой стороне, проходит в полой трубке, и в полой трубке имеется уплотнительная масса для вакуум-плотной герметизации полой трубки.
Предпочтительно полая трубка имеет выступающий от нее фланец на одном из своих обоих концов. При этом для реализации изобретения имеет второстепенное значение, как точно выполнен выступающий от полой трубки фланец. Лишь распространение в ортогональном к продольному направлению полой трубки направлении необходимо, для того чтобы реализовывать изобретение. Поэтому также возможно то, что фланец имеет основную форму трубного бурта.
Высокобарьерная пленка представляет собой антидиффузионную оболочку тела вакуума, которое благодаря своему свойству вакуума обладает отличными изоляционными характеристиками.
Под вакуум-плотной или антидиффузионной оболочкой, или под вакуум-плотным или антидиффузионным соединением, или под понятием высокобарьерная пленка предпочтительно понимается оболочка или соединение, или пленка, при помощи которых проникновение газа в тело вакуумной изоляции сокращено настолько, что вызванное проникновением газа повышение теплопроводности тела вакуумной изоляции достаточно незначительно в течение его срока службы. В качестве срока службы должен назначаться промежуток времени, например, в 15 лет, предпочтительно в 20 лет и наиболее предпочтительно в 30 лет. Предпочтительно вызванное проникновением газа повышение теплопроводности тела вакуумной изоляции в течение его срока службы находится при значении < 100% и наиболее предпочтительно < 50%.
2
2
2
2
Предпочтительно удельная по площади газопроницаемость оболочки или соединения или высокобарьерной пленки составляет < 10-5 мбар*I/с*м и наиболее предпочтительно < 10-6 мбар*I/с*м (измеренная по ASTM D-3985). Эта газопроницаемость справедлива для азота и кислорода. Для других сортов газа (в частности для водяного пара) имеют место также низкие газопроницаемости предпочтительно в диапазоне < 10-2 мбар*I/с*м и наиболее предпочтительно в диапазоне < 10-3 мбар*I/с*м (измеренные по ASTM F-1249-90). Предпочтительно благодаря этим низким газопроницаемостям достигаются вышеупомянутые незначительные повышения теплопроводности.
Известной из области вакуумных панелей системой покрытия являются так называемые высокобарьерные пленки. Под ними в рамках данного изобретения предпочтительно понимаются однослойные или многослойные пленки (которые предпочтительно являются термосваривающимися) с одним или несколькими барьерными слоями (как правило, металлическими слоями или оксидными слоями, причем в качестве металла или оксида предпочтительно применяется алюминий или оксид алюминия), которые удовлетворяют указанным выше требованиям (повышение теплопроводности и/или удельная по площади газопроницаемость) в качестве барьера против проникновения газа.
Говоря о вышеуказанных значениях или о структуре высокобарьерной пленки, речь идет о примерных предпочтительных данных, которые не ограничивают изобретение.
Прижимной элемент, который расположен на обращенной от фланца стороне высокобарьерной пленки и прижимает высокобарьерную пленку к фланцу, находится предпочтительно в кинематической связи с полой трубкой. Так возможно, что прижимной элемент является резьбовой гайкой, а полая трубка благодаря наружной резьбе представляет собой резьбовой винт.
Сквозное отверстие высокобарьерной пленки расположено таким образом, что полая трубка проходит через него насквозь. Кроме того, обращенная к высокобарьерной пленке поверхность фланца, взаимодействуя с прижимным элементом, зажимает высокобарьерную пленку между фланцем и прижимным элементом. При этом благодаря высококачественной и точной обработке полой трубки или фланца и прижимного элемента может создаваться вакуум-плотное соединение в переходной области высокобарьерной пленки.
Проходящая через полую трубку электрическая линия служит для подвода или отвода электрических зарядов и находится в соединении предпочтительно с расположенным на внутренней стороне высокобарьерной пленки потребителем, который находится внутри вакуумированной области.
Для того чтобы предотвращать проникновение воздуха в вакуумированную область через проходящую сквозь высокобарьерную пленку полую трубку, полая трубка, в которой проходит электрическая линия, вакуум-плотно запечатана уплотнительной массой.
Согласно дальнейшему опциональному предпочтительному признаку устройства прижимной элемент имеет сквозное отверстие, через которое проходит полая трубка. Предпочтительно прижимной элемент при помощи резьбового соединения находится в соединении с полой трубкой. Типичным образом это резьбовое соединение реализовано посредством внутренней резьбы в сквозном отверстии прижимного элемента и наружной резьбы полой трубки. В этом случае при помощи вращения прижимного элемента или полой трубки возможно расположенную между ними высокобарьерную пленку зажимать между фланцем и обращенной к фланцу стороной прижимного элемента.
Предпочтительно устройство включает в себя дополнительно распределитель давления, который расположен между пленкой и прижимным элементом, причем распределитель давления имеет сквозное отверстие, через которое проходит полая трубка. Распределитель давления предпочтительно выполнен в виде пластины. Благодаря распределителю давления оказанное прижимным элементом давление распределяется на большую площадь, так что может достигаться лучший и более герметичный эффект зажатия между фланцем и высокобарьерной пленкой. Предпочтительно обращенная к высокобарьерной пленке поверхность распределителя давления соответствует отрицательной поверхности фланца, которая обращена к высокобарьерной пленке. Так, например, возможно, что обращенные друг к другу стороны фланца и распределителя давления имеют проходящие параллельно контактные поверхности, между которыми высокобарьерная пленка может зажиматься наиболее эффективно.
Предпочтительно полая трубка с фланцем и/или прижимной элемент состоят из металла. Сверх этого, также предпочтительно, если полая трубка выполнена за одно целое с фланцем.
Предпочтительно выступающий от полой трубки фланец распространяется ортогонально к продольному направлению полой трубки, так что на виде сбоку полой трубки с фланцем на переходе от полой трубки к обращенной к высокобарьерной пленке поверхности имеет место прямой угол. Однако это не является необходимостью изобретения. Вместо этого для вакуум-плотного зажатия необходимым является то, что поверхность, которая обращена от фланца к высокобарьерной пленке, и поверхность, которая прижимает высокобарьерную пленку к фланцу, соответствуют друг другу.
Поэтому устройство может иметь уплотнительный элемент, который имеет сквозное отверстие, через которое проходит полая трубка, причем уплотнительный элемент расположен между фланцем и высокобарьерной пленкой или между высокобарьерной пленкой и прижимным элементом.
Уплотнительный элемент служит для компенсирования производственных шероховатостей на соответствующих друг другу поверхностях фланца и распределителя давления или прижимного элемента, при помощи которого высокобарьерная пленка прижимается к фланцу.
Предпочтительно уплотнительный элемент включает в себя полиэтилен или состоит из полиэтилена, так как при этом контактное уплотнение поверхностей фланца и соответственно поверхности, прижимающей высокобарьерную пленку к фланцу, может обеспечиваться даже при плохих поверхностях. Рекомендуется использование уплотнительного кольца, которое включает в себя полиэтилен или состоит из полиэтилена.
При достаточно большом прижимном усилии, которое действует на уплотнительный элемент, уплотнительный элемент, включающий в себя полиэтилен или состоящий из полиэтилена, спаивается (сжимается) и заполняет возможные шероховатости поверхностей. В этой связи наибольшим преимуществом является то, что прижимной элемент находится с полой трубкой в резьбовом соединении, так как тем самым может достигаться достаточно большое прижимное усилие, которое может вызывать спаивание уплотнительного элемента.
Также возможен уплотнительный элемент, который полностью покрывает действующую в направлении пленки поверхность фланца, то есть выполнен таким образом, что фланец соприкасается только с уплотнительным элементом и не выходит за пределы уплотнительного элемента.
Предпочтительно размещенная в полой трубке уплотнительная масса для вакуум-плотной герметизации полой трубки является эпоксидной смолой. Применение эпоксидной смолы упрощает изготовление устройства, так как после проведения электрической линии через полую трубку эпоксидная смола может заливаться в образованное полой трубкой отверстие. Эпоксидная смола предотвращает, предпочтительно после процесса отверждения, диффузию молекул газа через закупоренную эпоксидной смолой полую трубку.
При этом проходящая через полую трубку электрическая линия может быть лакированной проволокой. Благодаря лаковому слою на токопроводящей проволоке проволока изолируется и способствует предотвращению коротких замыканий. В результате этого также возможно проводить несколько электрических линий через одну единственную полую трубку, так как даже при их соприкосновении короткое замыкание не возникает ввиду лакового слоя, который окружает проволоки.
В варианте осуществления электрическая линия подключена к термоэлектрическому элементу. Альтернативно или дополнительно возможно, что к электрической линии подключен датчик, например, датчик для контроля давления газа внутри тела вакуумной изоляции.
Кроме того, изобретение включает в себя способ изготовления вакуум-плотного ввода электрической линии через высокобарьерную пленку при помощи одного из описанных выше устройств. При этом устройство закрепляется на первой части высокобарьерной пленки, и первая часть высокобарьерной пленки антидиффузионно закрепляется на следующей части высокобарьерной пленки. Предпочтительно закрепление снабженной устройством первой части высокобарьерной пленки на следующей части высокобарьерной пленки осуществляется посредством термической сварки.
Далее данное изобретение включает в себя также способ изготовления теплоизолированной емкости с темперированным внутренним пространством, предпочтительно холодильного и/или морозильного аппарата, причем теплоизоляция емкости включает в себя одно или несколько тел вакуумной изоляции с оболочкой из вакуум-плотной пленки, причем перед окончательным изготовлением тела вакуумной изоляции внутри оболочки располагается, по меньшей мере, один термоэлектрический элемент, изготовляется ввод через оболочку, и электрическая линия проводится через этот ввод.
"Перед окончательным изготовлением" должно в этой связи означать то, что соответствующие операции выполняются перед вакуумированием оболочки и предпочтительно перед окончательным изготовлением оболочки.
В варианте осуществления ввод изготавливается с использованием соответствующего изобретению устройства и/или в рамках соответствующего изобретению способа.
В варианте осуществления термоэлектрический элемент соединяется с электрической линией перед или после своего расположения внутри оболочки.
В варианте осуществления электрическая линия соединяется с термоэлектрическим элементом перед или после своего проведения через ввод.
Термоэлектрический элемент служит предпочтительно для нагрева и/или охлаждения темперированного внутреннего пространства. Темперированное внутреннее пространство в зависимости от типа аппарата (холодильный аппарат, тепловой шкаф и т.д.) либо охлаждено, либо нагрето.
Теплоизолированная емкость имеет, по меньшей мере, одно темперированное внутреннее пространство, причем оно может быть охлаждено или нагрето, так что во внутреннем пространстве получается температура ниже или выше окружающей температуры, например в 21°C.
Наиболее предпочтительно исполнение теплоизоляции, при котором между ограничивающей внутреннее пространство внутренней стенкой и внешней оболочкой теплоизолированной емкости расположена теплоизоляция, которая состоит из системы полного вакуума. Под системой полного вакуума следует понимать теплоизоляцию, которая исключительно или преимущественно состоит из вакуумированной области, которая заполнена материалом сердцевины. Граница этой области может образовываться, например, посредством вакуум-плотной пленки и предпочтительно посредством высокобарьерной пленки. Таким образом, в качестве теплоизоляции между внутренней стенкой емкости, предпочтительно аппарата, и внешней оболочкой емкости, предпочтительно аппарата, может иметься исключительно такое пленочное тело, которое имеет окруженную вакуум-плотной пленкой область, в которой преобладает вакуум, и в которой расположен материал сердцевины. Вспенивание и/или панели вакуумной изоляции в качестве теплоизоляции или другая теплоизоляция за исключением системы полного вакуума между внутренней стороной и внешней стороной емкости или аппарата предпочтительно не предусмотрены.
Этот предпочтительный тип теплоизоляции в виде системы полного вакуума может распространяться между ограничивающей внутреннее пространство стенкой и внешней оболочкой корпуса емкости и/или между внутренней стороной и внешней стороной запорного элемента емкости, как например двери, откидной крышки, заслонки или тому подобного.
Система полного вакуума может получаться таким образом, что оболочка из газонепроницаемой пленки заполняется материалом сердцевины и затем вакуум-плотно запечатывается. В варианте осуществления и заполнение, и вакуум-плотное запечатывание оболочки осуществляется при нормальном или атмосферном давлении. Вакуумирование осуществляется в этом случае посредством подключения подходящего, вделанного в оболочку стыковочного места, например, штуцера вакуумирования, который может иметь клапан, к вакуумному насосу. Предпочтительно во время вакуумирования преобладает за пределами оболочки нормальное или атмосферное давление. В этом варианте осуществления предпочтительно никогда во время изготовления не требуется помещать оболочку в вакуумную камеру. В этом отношении в варианте осуществления можно отказаться во время изготовления вакуумной изоляции от вакуумной камеры.
Заполнение материалом сердцевины, вакуум-плотная сварка и вакуумирование осуществляются предпочтительно после рабочих операций расположения термоэлектрического элемента, изготовления оболочки и проведения и соединения электрической линии. В варианте осуществления заполнение материалом сердцевины, вакуум-плотная сварка и вакуумирование представляют собой рабочие операции, которые следует относить к окончательному изготовлению тела вакуумной изоляции.
В варианте осуществления предусмотрено то, что, говоря об изготовленной согласно изобретению емкости, речь идет о холодильном и/или морозильном аппарате, в частности о бытовом домашнем аппарате или промышленном холодильном аппарате. Например, охвачены такие аппараты, которые предусмотрены для стационарного размещения в домашнем хозяйстве, в гостиничном номере, на промышленной кухне или в баре. Например, речь может также идти о холодильнике для вина. Далее изобретением также охвачены холодильные и/или морозильные лари (прилавки). Соответствующие изобретению аппараты могут иметь место соединения для подключения к электроснабжению, в частности к домашней электросети (например, штепсельную вилку) и/или вспомогательные средства установки или встраивания, как например регулируемые ножки или место соединения для фиксации внутри мебельной ниши. Например, говоря об аппарате, речь может идти о встраиваемом аппарате или же об отдельно стоящем аппарате.
Предпочтительно емкость или аппарат выполнена или выполнен таким образом, что она/он может эксплуатироваться с переменным напряжением, как например с домашним напряжением сети например в 120 В и 60 Гц или 230 В и 50 Гц. В альтернативном варианте осуществления емкость или аппарат выполнена или выполнен таким образом, что она/он может эксплуатироваться с постоянным током напряжения например в 5 В, 12 В или 24 В. В этом исполнении может быть предусмотрено то, что внутри или снаружи аппарата предусмотрен сетевой блок питания со встроенной штепсельной вилкой, при помощи которого эксплуатируется аппарат. Преимущество использования термоэлектрических тепловых насосов заключается в этом варианте осуществления в том, что вся проблематика электромагнитной совместимости возникает только в сетевом блоке питания.
В частности, может быть предусмотрено то, что холодильный и/или морозильный аппарат обладает шкафообразным внешним видом и имеет полезный объем, который доступен для пользователя с передней стороны аппарата (в случае ларя с верхней стороны). Полезный объем может быть разделен на несколько отсеков, все из которых эксплуатируются при одинаковой температуре или при разных температурах. Альтернативно может быть предусмотрен лишь один отсек. Внутри полезного объема или отсека могут быть также предусмотрены вспомогательные средства хранения, как например приемные карманы, выдвижные секции или бутылкодержатели (в случае ларя также перегородки), для того чтобы обеспечивать оптимальное хранение охлажденных или замороженных продуктов и оптимальное использование пространства.
Полезный объем может быть закрыт, по меньшей мере, одной поворачиваемой вокруг вертикальной оси дверью. В случае ларя возможна поворачиваемая вокруг горизонтальной оси откидная крышка или сдвигаемая панель в качестве запорного элемента. Дверь или другой запорный элемент в закрытом состоянии может находиться по существу в герметичном соединении с корпусом посредством проходящего по периметру магнитного уплотнения. Предпочтительно также дверь или другой запорный элемент теплоизолирована, причем теплоизоляция может достигаться посредством вспенивания и при необходимости посредством панелей вакуумной изоляции или же предпочтительно посредством системы вакуума и наиболее предпочтительно посредством системы полного вакуума. На внутренней стороне двери могут быть при необходимости предусмотрены дверные карманы, для того чтобы также там была возможность хранить охлажденные продукты.
3
3
3
В варианте осуществления речь может идти о малом аппарате. У подобных аппаратов полезный объем, который задан внутренней стенкой емкости, составляет, например, менее 0,5 м, менее 0,4 м или менее 0,3 м.
Габаритные размеры емкости или аппарата находятся предпочтительно в диапазоне до 1 м относительно высоты, ширины и глубины.
Однако изобретение не ограничено холодильными и/или морозильными аппаратами, а относится в целом к аппаратам с темперированным внутренним пространством, например, также к тепловым шкафам или тепловым ларям.
Установка соответствующего изобретению устройства на высокобарьерной пленке, так что создан антидиффузионный электрический ввод, связана с множеством технологических операций, которые можно интегрировать в процесс изготовления вакуумной изоляции, как правило, с трудом. Поэтому является преимуществом устанавливать устройство на небольшой части высокобарьерной пленки и эту небольшую часть высокобарьерной пленки, которая соединена с устройством, соединять на последующем шаге способа со следующей частью покровной пленки. В этом случае обе соединенных друг с другом части высокобарьерной пленки вместе ограничивают вакуумируемую область, то есть представляют собой внешнюю оболочку тела вакуума. Само собой разумеется, область соединения обеих частей высокобарьерной пленки должна выполняться антидиффузионной.
Дальнейшие подробности и преимущества описываются при помощи изображенного на чертеже варианта осуществления данного изобретения. На чертеже показано:
фиг. 1 - изображение в разобранном виде нескольких элементов соответствующего изобретению устройства для вакуум-плотного проведения электрической линии через высокобарьерную пленку.
Фиг. 1 показывает полую трубку 1, на которой фланец 2, который соответствует по существу бурту, расположен на одном из обоих ее концов. Кроме того, можно увидеть, что полая трубка 1 снабжена на своей наружной стороне резьбой 8. Резьба 8 распространяется от фланца 2 вплоть до противоположного фланцу 2 конца полой трубки 1.
Далее можно увидеть уплотнительный элемент 11, который имеет отверстие 12, через которое проводится полая трубка 1, так что уплотнительный элемент 11 прилегает к фланцу 2 полой трубки 1. При приложении достаточно большого прижимного усилия уплотнительный элемент 11, включающий в себя предпочтительно полиэтилен или состоящий предпочтительно из полиэтилена, спаивается и компенсирует таким образом шероховатости между фланцем 2 и прижимающим элементом, который прижимает высокобарьерную пленку 3 с другой стороны к фланцу 2.
Сверх этого, полая трубка проводится противоположным фланцу 2 концом через отверстие 4 высокобарьерной пленки 3, так что дальнейший надеваемый на полую трубку 1 элемент, а именно распределитель 9 давления, может нанизываться своим сквозным отверстием 10 на полую трубку.
В завершение осуществляется установка или навинчивание прижимного элемента 5, который имеет соответствующее наружному диаметру полой трубки 1 отверстие 6. Отверстие 6 имеет вводимую в зацепление с наружной резьбой 8 полой трубки 1 внутреннюю резьбу 7. При помощи резьбового соединения между прижимным элементом и полой трубкой уплотнительный элемент 11, высокобарьерная пленка 3 и распределитель 9 давления прижимаются в направлении выступающего от полой трубки 1 фланца 2, так что вдоль этого зажимного соединения устанавливается диффузионная герметичность.
В данном примере прижимной элемент 5 является резьбовой гайкой, соответствующим винтом которой является полая трубка 1 с соответствующей резьбой 8. Прижимной элемент 5 рассчитан таким образом, что к зажимному соединению может прикладываться достаточное давление, так что уплотнительный элемент 11 спаивается и компенсирует возможные шероховатости между фланцем 2, высокобарьерной пленкой 3 и распределителем 9 давления.
Далее к изобретению относится проходящая через полую трубку 1 от одной стороны высокобарьерной пленки 3 к ее другой стороне электрическая линия, а также герметизирующая полую трубку 1 уплотнительная масса, которая вводится в полую трубку 1 после проведения электрической линии. Эти оба элемента не изображены на фиг. 1. Уплотнительной массой предпочтительно является закупоривающая полую трубку 1 вакуум-плотно или антидиффузионно эпоксидная смола, которая может заливаться в отверстие полой трубки 1.
Электрической линией, которая проходит через полую трубку 1, является проволока, которая выполнена для того, чтобы проводить электрический ток. Предпочтительно эта проволока лакирована, для того чтобы препятствовать короткому замыканию. Типичным образом проволока соединяет электрического потребителя с его источником/приемником.
Специалисту понятно, что через полую трубку 1 может проводиться не только ровно одна электрическая линия, а могут проходить несколько электрических линий через устройство.