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DE29823140U1 - Vacuum insulation panel - Google Patents

Vacuum insulation panel

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DE29823140U1
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DE
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vacuum insulation
insulation panel
panel according
gas
layer
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DE29823140U
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German (de)
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Uvt Umwelt- und Verfahrens-Technik De GmbH
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UVT GmbH
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Description

UVT GmbH
74918 AngelbachtalUVT GmbH
74918 Angelbachtal

VakuumisolationspaneelVacuum insulation panel

(bedampfte Trägerfolie)(vaporized carrier film)

Die Erfindung betrifft ein Vakuumisolationspaneel (VIP) mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a vacuum insulation panel (VIP) with the features of the preamble of claim 1.

VIP und deren Umhüllungen sind aus der Anwendung, z. B. in hochwertigen Haushaltskühlgeräten bekannt und zeichnen sich durch sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aus; sie werden daher technisch in verschiedenen Bereichen als Isolationsmaterialien oder als Be-standteile von Isolationsmaterialien eingesetzt. Es handelt sich dabei um Füllkörper geringer Wärmeleitfähigkeit, die in einer evakuierten Umhüllung (Kammer) verschlossen verpackt sind. Diese Kombination von schlecht wärmeleitenden Füllstoffen in evakuierten Kammern bewirkt wesentlich erst die hervorragenden Isolationswerte solcher VIP (&lgr;-Werte von 6-8 mW/(mK) gegenüber herkömmlichen, guten Isolationsstoffen wie PUR-Schaum mit 20 - 25 mW/(mK)).VIPs and their casings are known from applications such as high-quality household refrigerators and are characterized by very low thermal conductivity; they are therefore used technically in various areas as insulation materials or as components of insulation materials. These are fillers with low thermal conductivity that are sealed in an evacuated casing (chamber). This combination of poorly heat-conducting fillers in evacuated chambers is essentially what creates the excellent insulation values of such VIPs (λ values of 6-8 mW/(mK) compared to conventional, good insulation materials such as PUR foam with 20 - 25 mW/(mK)).

Als Füllkörper kommen dabei z. B. Materialien wie Glaswolle, mineralische Stoffe, verschiedenen Kunststoffe oder Kombinationen dieser Stoffe zur Anwendung. Für die Funktionseigenschaften eines VIP wesentlich ist der Aufbau und der Erhalt des in der Umhüllung vorhandenen Vakuums. Hierzu werden üblicherweise die Umhüllungen nach Einbau des Füllkörpers evakuiert und die Hüllen nach Erreichen des gewünschten Enddrucks gasdicht verschlossen.Materials such as glass wool, mineral substances, various plastics or combinations of these materials are used as fillers. The creation and maintenance of the vacuum in the casing is essential for the functional properties of a VIP. To do this, the casings are usually evacuated after the filler has been installed and the casings are sealed gas-tight once the desired final pressure has been reached.

Je nach Füllkörper bestehen bisher bekannte UmhüllungenDepending on the packing, previously known coatings exist

- komplett aus Metall (z.B. Edelstahl), bei denen Oberseite und Unterseite üblicherweise durch Verschweißen oder Löten miteinander gasdicht verbunden sind- made entirely of metal (e.g. stainless steel), where the top and bottom are usually connected gas-tight by welding or soldering

Verbundfolien mit üblicherweise mehreren Kunststoffschichten und einer Metallfolie (i.d.R. Aluminium), wobei die innerste Schicht aus einem schweißbaren Kunststoff (z.B. PE, PP) besteht, durch den Oberseite und Unterseite miteinander verschweißt werden. Da diese Kunststoffschweißung nicht vollständig gasdicht ausgeführt werden kann, werden zusätzlich Gettermaterialien als Sorptionsmittel mit in das VIP eingebaut, die so dimensioniert sind, daß sie die Gasmengen, die während der erwarteten Lebensdauer eines VIP eindringen, auf-nehmen können. Die Verbundfolien-Umhüllungen werden in den derzeit üblichen technischen Anwendungen als Schlauchfolien oder als getrennte Ober- und Unterfolie hergestellt, aus denen den Geometrien der Füllkörper angepaßte Beutel udgl. zur Verpackung gefertigt werden.Composite films usually with several plastic layers and a metal foil (usually aluminum), whereby the innermost layer consists of a weldable plastic (e.g. PE, PP) through which the top and bottom are welded together. Since this plastic welding cannot be made completely gas-tight, additional getter materials are built into the VIP as sorbents, which are dimensioned in such a way that they can absorb the amount of gas that penetrates during the expected service life of a VIP. In the currently common technical applications, the composite film coverings are manufactured as tubular films or as separate top and bottom films, from which bags etc. adapted to the geometry of the filler are made for packaging.

Bei den derzeitigen technischen Anwendungen haben sich folgende Problemstellungen gezeigt:The following problems have emerged in current technical applications:

1) Bei Kunststoffolien können Gase durch die Oberflächen oder durch die Schweißnähte in die evakuierten Paneele eindringen, somit den Druck erhöhen und bei entsprechenden Gasmengen mit der Zeit durch Zerstörung des eingebauten Vakuums die Isolationseigenschaften entscheidend verschlechtern. Versuche haben gezeigt, daß hierbei insbesondere Wasserdampf den hauptsächlichen und wesentlichen Anteil der eindringenden Gase ausmacht. Soweit bisher Getter-materialien in VIP zum Einsatz kommen, werden durch Reaktionen die eindringenden Gase, insbesondere Wasser bzw. Wasserdampf, gebunden und nicht physikalisch adsorbiert. Der bereits bekannte Zusatz bzw. die Beimischung von physikalischen, d. h. adsorbierenden Mitteln, z.B. Kieselsäure, zu den Füllermaterialien als offenes Pulver hat den Nachteil, daß dieses Pulver bereits vor dem Evakuiervorgang mit dem in den Füllkörpern vorhandenen Wassermengen reagiert bzw. diese adsorbiert und es kann somit nach dem Evakuieren nicht mehr als Adsorptionsmittel wirken. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn diese Füllkörper &zgr;. B. durch Vermischung mit wasser-haltigen Reaktions- bzw. Klebemitteln hergestellt bzw. bearbeitet werden.1) With plastic films, gases can penetrate through the surfaces or through the weld seams into the evacuated panels, thus increasing the pressure and, with appropriate amounts of gas, significantly worsening the insulation properties over time by destroying the built-in vacuum. Tests have shown that water vapor in particular makes up the main and essential part of the penetrating gases. To date, getter materials have been used in VIPs, the penetrating gases, in particular water or water vapor, are bound by reactions and not physically adsorbed. The already known addition or admixture of physical, i.e. adsorbing agents, e.g. silica, to the filler materials as an open powder has the disadvantage that this powder reacts with or adsorbs the water in the filler before the evacuation process and can therefore no longer act as an adsorbent after evacuation. This can happen in particular if these fillers &zgr;. B. can be produced or processed by mixing with water-containing reactive or adhesive agents.

Gut leitende Metallfolien können zu einem wärmetechnischen Kurzschluß an den Rändern des Paneels zwischen Oberseite und Unterseite führen, woraus ein starker Wärmefluß zwischen Oberseite und Unterseite entsteht. Dieser Wärmefluß verschlechtert die Isolations-eigenschaften des Paneel erheblich (Randeffekt). Diese Probleme können in Umhüllungen auftreten, die komplett aus Metallfolien bestehend (z.B. Edelstahl) verschweißt sind und in Folien, die als Kombinationen von Metallfolien (z.B. Aluminium) und Kunststoffolien bestehen.Highly conductive metal foils can lead to a thermal short circuit at the edges of the panel between the top and bottom, resulting in a strong heat flow between the top and bottom. This heat flow significantly worsens the insulation properties of the panel (edge effect). These problems can occur in enclosures that are welded entirely from metal foils (e.g. stainless steel) and in foils that consist of combinations of metal foils (e.g. aluminum) and plastic foils.

Bei bisher in Gebrauch befindlichen Folien sind die einzelnen Schichten jeweils komplett über die gesamte Fläche einheitlich geschichtet. Insbesondere liegen die darin als Diffusionssperre eingebauten Metallfolien über die gesamte Folienfläche auf. Mit der Überdeckung der gesamten Folienfläche und somit der gesamten Außenflächen des VIP wird versucht die unter 1) beschriebenen Probleme der Diffusion zu lösen, gleichzeitig entsteht dadurch der unter 2) beschriebene Wärmefluß und vermindert dadurch die Isolationsfähigkeit des VIP insgesamt teilweise erheblich (Versuche haben hier gezeigt, daß z.B. bei einem VlP mit 40 &khgr; 40 cm Kantenlänge und einer Höhe von 2,5 cm von einer Verbesserung der Isolationswirkung bis zu 75 % durch diese Randeffekte verloren gehen).In the films used to date, the individual layers are each completely layered uniformly over the entire surface. In particular, the metal foils built into them as a diffusion barrier lie over the entire surface of the film. By covering the entire surface of the film and thus the entire outer surfaces of the VIP, an attempt is made to solve the problems of diffusion described under 1), at the same time this creates the heat flow described under 2) and thereby reduces the insulation capacity of the VIP as a whole, sometimes considerably (tests have shown here that, for example, with a VlP with an edge length of 40 x 40 cm and a height of 2.5 cm, up to 75% of an improvement in the insulation effect is lost due to these edge effects).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumisolationspaneel zu schaffen, das die unter 1) beschriebenen Probleme der Gasdiffusion und dabei insbesondere der Wasserdampfdiffusion löst und gleichzeitig die unter 2) beschriebenen bisher damit in Zusammenhang auftretenden Randeffekte vermeidet. Hierzu ist eine Folie erforderlich, die über die erwartete Lebensdauer des Paneels soweit gasdicht und insbesondere wasserdampf dicht ist, daß die eindringenden Gasmengen unterhalb der zulässigen bzw. technisch akzeptablen Menge bleiben.The invention is based on the object of creating a vacuum insulation panel that solves the problems of gas diffusion and in particular water vapor diffusion described under 1) and at the same time avoids the edge effects described under 2) that have previously occurred in connection with this. For this purpose, a film is required that is gas-tight and in particular water vapor-tight over the expected service life of the panel so that the penetrating gas quantities remain below the permissible or technically acceptable quantity.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen. Gemäß der Erfindung wird die einzusetzende Folie so ausgeführt, daß diese praktisch insgesamt mit Metall bedampft bzw. be-This object is achieved by the features of claim 1. The subclaims contain advantageous further developments. According to the invention, the foil to be used is designed in such a way that it is practically completely vapor-coated or coated with metal.

schichtet ist. Diese Folie kann als Einzelfolie oder als Folienverbund ausgeführt werden, wobei idealerweise eine nicht leitende Trägerschicht für die Metallbedampfung zu verwenden ist und eine ggf. zusätzliche, verschweißbare Folie mit verwendet wird. Zusätzlich können die weiteren Schichten mit gasadsorbierenden Mittel dotiert werden. Als Metall zur Bedampfung bzw. Beschichtung kommen u. a. vor allem Aluminium, Silber udgl. zur Anwendung. Vorteilhaft ist auch die Bedampfung bzw. Beschichtung mit Metalloxiden wie z. B. Aluminiumoxid (z.B. AI2O3) und/oder Titanoxid.This film can be made as a single film or as a film composite, whereby ideally a non-conductive carrier layer is used for the metal vapor deposition and an additional, weldable film is used if necessary. In addition, the other layers can be doped with gas-adsorbing agents. The metals used for vapor deposition or coating are mainly aluminum, silver, etc. Vapor deposition or coating with metal oxides such as aluminum oxide (eg Al 2 O 3 ) and/or titanium oxide is also advantageous.

Zusätzlich kann bei Bedarf Kieselsäure in das VIP mit zugegeben werden. Dies kann durch Einbau eines vorgefertigten, wasserdampfdurchlässigen Behältnisses (z.B. eines Beutels mit wasserdampfdurchlässiger Umhüllung) erfolgen, der mit trockener Kieselsäure als Adsorptionsmittel gefüllt ist und der direkt vor dem Evakuiervorgang in eine vorbereitete bzw. dafür vorgesehene Aussparung am Vl P-Fül !körper eingelegt wird oder in das VIP in sonstiger Form (z.B. als Flachbeutel) mit verpackt wird.In addition, silica can be added to the VIP if required. This can be done by installing a prefabricated, water vapor permeable container (e.g. a bag with a water vapor permeable cover) that is filled with dry silica as an adsorbent and that is placed in a prepared or designated recess on the VIP filler body directly before the evacuation process or is packed in the VIP in another form (e.g. as a flat bag).

Die ökonomischen und technischen Vorteile der Erfindung liegen in den insgesamt verbesserten Isolationseigenschaften der VIP, da Randverluste erheblich reduziert werden und dadurch höhere Energieeinsparungen möglich sind. Darüber hinaus wird mit dieser Erfindung die Einsatzmöglichkeit verschiedener VIP erweitert, da nunmehr auch kleinere Abmessungen ohne nennenswerte Randverluste eingesetzt werden können,The economic and technical advantages of the invention lie in the overall improved insulation properties of the VIP, as edge losses are significantly reduced and thus higher energy savings are possible. In addition, this invention expands the possible uses of various VIPs, as smaller dimensions can now be used without significant edge losses.

Anhand der Zeichnung wird der Stand der Technik und die Erfindung anhand von Beispielen gegenüber gestellt.The drawing compares the state of the art and the invention using examples.

Es zeigen: Fig.1 einen Schnitt durch und Fig. 2 eine DraufsichtShown are: Fig.1 a section through and Fig. 2 a plan view

auf ein Vakuumisolationspaneel gemäß dem Stand der Technikon a vacuum insulation panel according to the state of the art

Fig.3 den Umhüllungsaufbau gemäß dem Stand der
TechnikFig.3 the casing structure according to the state of the
Technology

Fig.4 den Umhüllungsaufbau des Vakuumisolationspaneels
Fig.5 vergrößert den Randbereich der gesamten FolieFig.4 the enveloping structure of the vacuum insulation panel
Fig.5 enlarges the edge area of the entire film

Das in Fig. 1 im Schnitt gezeigte Vakuumisolationspaneel gemäß dem Stand der Technik weist einen Füller 1, eine aus Oberseite 2, Unterseite 4, Randbereich 5 und Verschweißbereich 3 bestehende Umhüllung auf. Die Fig. 2 zeigt dieses Paneel in Draufsicht. Fig. 3 zeigt den Aufbau der Umhüllung 2 der Fig. 1 und zwar einen Ausschnitt links außen. Es sind eine Außenfolie 6, eine Metallfolie 7 und eine Innenfolie 8 vorgesehen. Die Außenfolie 6 und entsprechend die anderen Folien 7 und 8 weisen einen der Oberseite 2 entsprechenden Abschnitt 6a, einen Randbereich 6b und einen Schweißbereich 6c auf. In der Praxis sind diese verschiedenen Folienlagen fest und dicht miteinander verbunden, z. B. durch Verklebung.The vacuum insulation panel according to the prior art shown in section in Fig. 1 has a filler 1, a covering consisting of a top side 2, bottom side 4, edge area 5 and welding area 3. Fig. 2 shows this panel in plan view. Fig. 3 shows the structure of the covering 2 of Fig. 1, specifically a section on the left. An outer film 6, a metal film 7 and an inner film 8 are provided. The outer film 6 and the other films 7 and 8 have a section 6a corresponding to the top side 2, an edge area 6b and a welding area 6c. In practice, these different film layers are firmly and tightly connected to one another, e.g. by gluing.

Fig. 4 zeig^daß die Innenfolie 14 mit einer Metallschicht 13 bedampft ist. Auch der Randbereich 14b und der Schweißbereich 14c trägt eine solche Bedampfung 13. Über der Bedampfung 13 liegt die Außenfolie 12. Die Umhüllung könnte noch weitere Folien aufweisen. Auch diese sind in der Praxis fest miteinander verbunden. Der Metallbelag könnte auch auf der Unterseite der Folienschicht 12 in analoger Weise aufgebracht sein.Fig. 4 shows that the inner foil 14 is coated with a metal layer 13. The edge area 14b and the weld area 14c also have such a coating 13. The outer foil 12 lies over the coating 13. The casing could have further foils. In practice, these are also firmly connected to one another. The metal coating could also be applied to the underside of the foil layer 12 in an analogous manner.

Die Trägerfolie 14, bzw. wenigstens eine der Folien kann aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder PET bestehen. Auch ist eine Kombination einer oder mehrerer der genannten Stoffe mit einer Polyalkohol- und/oder einer Alkoholpolymerverbindung möglich.The carrier film 14, or at least one of the films, can consist of polypropylene (PP) or polyethylene (PE) or PET. A combination of one or more of the above-mentioned substances with a polyalcohol and/or an alcohol polymer compound is also possible.

Die Fig. 5 zeigt im Gegensatz zu Fig. 4 den Randbereich des gesamten Paneels mit der Außenfolie 12, der Innenfolie 14 und einer Metal !bedampf ung 13.In contrast to Fig. 4, Fig. 5 shows the edge area of the entire panel with the outer film 12, the inner film 14 and a metal coating 13.

Claims (10)

PatentansprüchePatent claims 1) Vakuumisolationspaneel bestehend aus einer Umhüllung und einem Füller, wobei die Umhüllung aus wenigstens zwei Schichten besteht, von denen wenigstens eine, eine gasundurchlässige Schicht ist, und wobei die offenen Ränder der Ober- und Unterseite der Umhüllung miteinander verschweißt sind und die Umhüllung evakuiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der gasundurchlässigen Schicht (13) eine durch Beschichtung oder Bedampfung einer der Schichten (Trägerfolien 14) erzeugte Schicht ist und daß die Fläche der gasundurchlässigen Schicht 13) etwa die gleiche Größe wie die Trägerfolie (14) aufweist.1) Vacuum insulation panel consisting of a covering and a filler, whereby the covering consists of at least two layers, of which at least one is a gas-impermeable layer, and whereby the open edges of the top and bottom of the covering are welded together and the covering is evacuated, characterized in that the surface of the gas-impermeable layer (13) is a layer produced by coating or vapor deposition of one of the layers (carrier foils 14) and that the surface of the gas-impermeable layer 13) is approximately the same size as the carrier foil (14). 2) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Beschichtung oder Bedampfung erzeugte Schicht eine Metallschicht (13) ist.2) Vacuum insulation panel according to claim 1, characterized in that the layer produced by the coating or vapor deposition is a metal layer (13). 3) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, durch die Beschichtung oder Bedampfung erzeugte Schicht eine Metalloxidschicht (13), insbesondere Aluminiumoxidschicht ( z. B. AI2O3) und/oder Titanoxidschicht ist.3) Vacuum insulation panel according to claim 1, characterized in that the layer produced by the coating or vapor deposition is a metal oxide layer (13), in particular an aluminum oxide layer (e.g. Al2O3) and/or titanium oxide layer. 4) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Wärmeflußrichtung verlaufenden Ränder (12b, 14b) und die miteinander verbundenen, verschweißten Ränder (12c, 14c) aus nicht wärmeleitenden Schichten bestehen.4) Vacuum insulation panel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the edges (12b, 14b) running parallel to the heat flow direction and the interconnected, welded edges (12c, 14c) consist of non-heat-conducting layers. 5) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der nicht wärmeleitenden Schichten (Folien) mit einem gasadsorbierenden Material versehen (dotiert) ist.5) Vacuum insulation panel according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the non-heat-conducting layers (foils) is provided (doped) with a gas-adsorbing material. 6) Vakuumisolationspaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung Wasserdampf adsorbierendes Material enthält.6) Vacuum insulation panel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the casing contains water vapor adsorbing material. 7) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf adsorbierende Material in wenigstens einem wasserdampfdurchlässigen Behältnis untergebracht ist.7) Vacuum insulation panel according to claim 6, characterized in that the water vapor adsorbing material is accommodated in at least one water vapor permeable container. 8) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material Kieselsäure ist.8) Vacuum insulation panel according to claim 6 or 7, characterized in that this material is silica. 9) Vakuumisolationspaneel nach einem der Sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die gasundurchlässige Schicht (13) tragende Trägerfolie (14) aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder PET besteht.9) Vacuum insulation panel according to one of claims 1 to 8, characterized in that the carrier film (14) carrying the gas-impermeable layer (13) consists of polypropylene (PP) or polyethylene (PE) or PET. 10) Vakuumisolationspaneel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (14) aus der Kombination von PP/und oder PE und/oder PET mit einer Polyalkohol- und/oder Alkoholpolymer-Verbindung besteht.10) Vacuum insulation panel according to claim 9, characterized in that the carrier film (14) consists of the combination of PP and/or PE and/or PET with a polyalcohol and/or alcohol polymer compound.
DE29823140U 1997-12-31 1998-12-30 Vacuum insulation panel Expired - Lifetime DE29823140U1 (en)

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DE29823140U DE29823140U1 (en) 1997-12-31 1998-12-30 Vacuum insulation panel

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DE19758219A DE19758219A1 (en) 1997-12-31 1997-12-31 Vacuum insulation panel for domestic refrigerator
DE19814271A DE19814271A1 (en) 1998-03-31 1998-03-31 Vacuum insulation panel for domestic refrigerator
DE29823140U DE29823140U1 (en) 1997-12-31 1998-12-30 Vacuum insulation panel

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