具有波纹表面的绝缘元件的制作方法

1.本发明涉及一种用于热绝缘的绝缘元件和一种包括多个这样的绝缘元件的绝热元件。


背景技术：

2.在对于例如建筑物的加热和冷却能耗的节能方面，有效的热绝缘是有意义的。绝热元件也用于许多领域，从冰箱到太空舱的热绝缘。
3.众所周知，良好的热绝缘效果可以通过真空来实现，例如通过抽真空的双层壁。这用于，例如，保温瓶中。
4.在这里，抽真空的体积必须在结构上承受真空的负压，这需要双壁具有一定的壁厚。然而，增加壁厚有助于热传导，因此不利于绝缘效果。


技术实现要素：

5.本发明由独立权利要求限定。本发明的一个方面涉及一种绝缘元件，本发明的另一方面涉及一种包括这种绝缘元件的绝热元件，并且又一方面涉及一种制造这种绝缘元件的方法。
附图说明
6.本发明的实施方案的实施例通过示例的方式并参考附图进行描述，其中
7.图1是具有波纹的绝缘元件示例的透视图，以及
8.图2示出了具有多层绝缘元件的绝热元件的示例的透视图。
具体实施方式
9.绝热元件具有一个或多个真空室，每个真空室具有带有一个或多个波纹的壁。绝热元件具有一层或多层这样的绝缘元件。这种绝缘元件可以通过，例如，熔化材料并将其通过开口压入真空腔室中作为中空线材来制造。通过收缩中空线材，创建了一个(封闭的)真空室。通过拉伸真空室，其壁厚减小。真空室的壁是波纹状的。
10.抽真空或真空意味着，在一些实施例中，封闭在真空室(气密的)中的流体在正常条件下具有显著低于大气压的压力。在一些实施例中，真空室中的压力小于105pa、102pa、10-1
pa、10-2
pa或10-4
pa。
11.通过一个或多个真空室，可以实现低热传导并因此实现绝缘元件的良好绝缘效果。在绝热元件中，多个绝缘元件组合在一起，例如如下所述设置，这种设置简化了绝缘元件的实际使用，例如用于建筑物或技术设备的热绝缘。
12.在一些实施例中，真空室包括玻璃。例如，真空室的壁是用玻璃作为材料制成的。例如，玻璃为硼硅酸盐玻璃、石英玻璃或硅酸铝玻璃。在一些实施例中，真空室，至少其壁，由塑料作为材料制成。在一些实施例中，壁是纤维增强的，例如通过碳纤维或凯夫拉纤维
(keflar fibre)。
13.已知波纹可用于增加例如金属管道沿纵向方向的弯曲柔韧性，即本身已经具有弹性或柔韧性的材料的弯曲柔韧性。然而，特别是在玻璃作为真空室材料的情况下，它是一种脆的、易碎的材料。本发明尤其基于这样的认识，即真空室的内爆压力可以通过波纹来提高，或者由于其封闭的真空，可以实现真空室的更小的壁厚而不损坏真空室。因此，可以提高绝缘元件的绝缘效果并且因此也可以提高绝热元件的绝缘效果。而且，它们的重量和/或厚度可以减小。更轻和/或更薄的绝热元件，例如以隔热板的形式，对于住宅建筑的隔热是有利的。
14.随着真空室长度的增加，可以实现绝热元件的较低比质量，即“更轻”的绝热元件。例如，真空室具有大于5mm、10mm、20mm、50mm、100mm、200mm、300mm或500mm的长度。同时或独立地，在一些实施例中，真空室具有不超过10mm、20mm、50mm、100mm、200mm、300mm、500mm或800mm的长度。真空室的较短长度增加了绝热元件的坚固性，例如通过降低绝热元件弯曲时绝缘元件被损坏的风险。此外，由较短的真空室制成的绝热元件更易于加工，因为例如在锯切面板时只会影响较短的真空室。另一方面，较长的真空室可以获得更好的绝缘性能。
15.在一些实施例中，真空室具有大于3mm、5mm、8mm、10mm、20mm或30mm的厚度，即(外)直径。同时或独立地，在一些实施例中，真空室具有至多5mm、8mm、10mm、20mm、30mm或50mm的厚度。
16.优选地，真空室的长度大于其厚度。例如，真空室的长度约为其厚度的两倍、三倍、五倍、十倍、二十倍、五十倍或一百倍。
17.在本文件中，长度或纵向方向应理解为对应于在绝缘元件的制造过程中熔融材料被压入和中空线材被拉伸的方向。真空室的厚度或其直径应理解为垂直于真空室的厚度或其直径的横截面。
18.真空室的壁有助于传热，因此真空室的壁越薄意味着绝热性能越好。例如，真空室的壁厚约为200μm、100μm、50μm、30μm、10μm或5μm。
19.在一些实施例中，真空室的壁是管状的。在这些实施例中的一些实施例中，真空室具有基本上圆柱形的形状，且其例如具有圆形、六边形或八边形的横截面表面。
20.在一些实施例中，真空室配备有恰好一个或恰好两个或更多个波纹。在一些实施例中，真空室相对于波纹(一个或多个)没有交叉点和接触点。这使得制造绝缘元件更容易。在其他实施例中，两个或更多个波纹或甚至一个并且是同一个波纹相交(即交叉)或彼此恰好一次或几次接触。由于当相对于壁表面观察时波纹的二维路线，波纹的交叉点和接触点可以为壁提供额外的稳定性。
21.在一些实施例中，一个或多个或所有波纹沿真空室的整个长度延伸。因此，波纹大致从真空室的一端通向另一端。在一些实施例中，若干波纹分布在真空室的整个长度上，尤其是均匀地分布在真空室的整个长度上。
22.在一些实施例中，一个或多个或所有波纹跨越真空室(在径向方向上，即横向于纵向方向)至少一次或几次。
23.在一些实施例中，波纹是螺旋形的。例如，螺旋波纹沿真空室的一部分或基本整个长度延伸。在一些实施例中，真空室的壁具有沿真空室的共同纵向部分延伸的两个螺旋波纹，例如以两个相同方向螺旋彼此围绕而不相交的形式，或以两个相反方向螺旋从而使壁
具有波纹的交叉点(即相交点)的形式。例如，通过旋转运动可以同时并因此有效地产生相同方向的螺旋。相反的螺旋形成了一种交联结构，增加了真空室的稳定性。
24.在一些实施例中，真空室配备有一个、两个或更多个环形波纹。例如，在具有两个或更多个环形波纹的一些实施例中，环形波纹没有交叉点和接触点，例如在垂直于真空室纵轴的平面中。在具有两个或更多个环形波纹的一些其他实施例中，波纹具有交叉点，例如第一环形波纹和第二环形波纹与垂直于纵向轴线的平面成不同的角度。
25.在一些实施例中，波纹(一个或多个)是凹的(从真空室外部观察)。例如，波纹代表真空室外径的(局部)加深，即减小(但不是显着升高，即局部直径增加)。例如，从外部看，波纹具有沿真空室外表面延伸的凹槽的形状。这使得当多个绝缘元件彼此直接相邻地布置在绝热元件中时，可以避免小面积的相互接触点。也可以避免相邻绝缘元件之间的间隙。
26.在一些实施例中，壁在波纹的两侧以及在波纹的区域中具有大致恒定的壁厚，从而壁厚不会被波纹减小并因此不会被削弱。真空室外侧的凹形波纹因此导致真空室内侧的凸轮廓。在一些实施例中，真空室的壁具有(大致上)均匀的壁厚。
27.在一些实施例中，波纹表示绝缘元件的外表面上的凹陷，更具体地，真空室的壁的凹陷，即壁厚的多于1倍、10倍、100倍或1000倍。以这些数量级增加的变形逐渐增加了真空室的强度。在一些实施例中，波纹是绝缘元件外表面上的凹陷，更具体地是真空室壁的凹陷，其小于壁厚的1、10、100或1000倍。
28.在一些实施例中，为了更好的绝缘效果，基本上提供稀有气体作为真空室的真空中的残余气体。
29.在一些实施例中，真空室的壁涂覆有反射涂层，例如红外光反射涂层，其中例如壁的外表面被涂覆。
30.在一些实施例中，绝缘元件具有两个或更多个真空室。如果在一个真空室中发生破裂，则绝缘元件的其余真空室各自保持其真空，从而绝缘元件作为一个整体仅失去其绝缘作用的一部分。例如，两个或更多个真空室沿绝缘元件的纵向排列成一串，类似于一串珍珠。例如，在一个串中一个接一个地设置的真空室被设置成真空室之间基本上没有间距。
31.在一些实施例中，为了生产具有两个或更多个真空室的绝缘元件，中空线材仅被收缩到中空线材的内腔被气密密封的程度，因此在不切割中空线材的情况下形成真空室。
32.在一些实施例中，绝热元件在绝热元件的一个位置彼此平行排列；例如，绝热元件的一个位置由在一个平面上平行排列的绝缘元件确定。这允许绝热元件相对于平行布置的绝缘元件的纵向方向横向地弯曲，例如部分卷起，例如以便用绝热元件使管道热绝缘。
33.在一些实施例中，绝缘元件布置成层，基本上没有空隙间距。因此热量只能通过绝缘元件，从而有效地利用它们的绝缘效果。
34.在一些实施例中，在绝热元件的一层中，所述绝热元件以平躺方式布置。例如，层的厚度基本上对应于绝缘元件的厚度。
35.在一些实施例中，两个或更多个绝缘元件(沿它们的纵向)在绝热元件的一层中布置成一排。这使得可以产生具有比单个绝缘元件的长度更长的期望长度的绝热元件。
36.在一些实施例中，至少两个(横向)相邻绝缘元件彼此纵向偏移一个偏移量，该偏移量不同于真空室的长度或其倍数。这样，相邻的真空室沿它们的纵向偏移，从而避免了与其垂直的热桥。
37.在一些实施例中，绝热元件具有两层或更多层绝缘元件，其中相邻层的绝缘元件彼此平行地对齐。例如，一层的绝缘元件相对于相邻层的绝缘元件布置成最密集的堆积(packing)。例如，相邻的层在这里重叠，其中一层的绝缘元件突出到相邻层的绝缘元件之间的间隙中。这使得可以实现绝热元件的均一结构并避免层之间的热桥。
38.在一些实施例中，绝缘元件被布置成在绝热元件的一层中彼此齐平。在这些实施例中的一些实施例中，相邻层的相应齐平的绝缘元件被布置为彼此偏移。
39.在一些实施例中，将两个或更多个层组合成一个封包(package)，其中该绝热元件包括至少两个封包。例如，将两个或更多个封包堆叠在一起，使得绝热元件的层数等于堆叠的封包的层数之和。
40.在一些实施例中，绝热元件的各个封装的绝缘元件各自被配置成彼此齐平并且与相邻封装的绝缘元件有偏移。
41.在一些实施例中，红外光反射层设置在热障元件的至少两个相邻层之间，例如，以设置在相邻层之间的箔的形式。
42.在一些实施例中，绝热元件配备有支撑元件以保护绝缘元件免受机械应力，例如弯曲或异物的穿透。例如，支撑元件包括大致覆盖绝热元件的绝缘元件的塑料、硬纸、木材或金属层。
43.图1显示了一个由玻璃制成的用于热绝缘的示例绝缘元件1，该绝缘元件1恰好有一个真空室2。真空室2的壁3由中空线材制成管状，在制造过程中，该中空线材在真空室2的两端收缩以使真空室2气密密封。这是在真空下进行的，因此真空室2中获得绝缘真空。
44.(玻璃)壁3设置有螺旋波纹4，其在真空室2的整个长度上延伸。真空室2具有大致恒定的壁厚，在由中空线材制造绝缘元件1时可以通过适当的拉伸来调节该壁厚。除了沿波纹4的相应局部变形之外，壁3始终具有圆形横截面。
45.波纹4为壁3提供了额外的机械稳定性，如果没有波纹4，真空室2将不具有该稳定性。这使得绝缘元件1更坚固地抵抗外部机械影响和/或允许其实现为相较于没有波纹的相当的绝缘元件具有更薄的壁。
46.真空室2的波纹4是通过用激光沿波纹4的期望路径局部加热壁3来产生的，从而通过向内弯曲壁3来产生波纹4。从外面看，波纹4是凹形的，因此不会增加真空室2的直径。在这个例子中，波纹4因此是在没有材料去除和没有模具的情况下制造的。
47.为了增加绝缘效果，壁3可以设置有红外反射涂层，例如通过气相沉积薄金属层。
48.图2示出了具有四个层6a、6b、6c、6d的绝热元件5的截面的透视图，其中在6a、6b、6c、6d各层中，绝缘元件1a、1b、1c、1d设置为在一个平面上彼此平行且直接相邻，即没有间隙。绝缘元件1a、1b、1c、1d与图1中所示的绝缘元件的不同之处在于它们各自具有(在纵向方向上)三个单独的真空室2a、2b、2c，这些真空室2a、2b、2c在一根线材中是连续的。绝缘元件1a、1b、1c、1d由熔融材料的中空线材制成，例如，玻璃，由此中空线材在沿绝缘元件1a、1b、1c、1d的两点处收缩，从而形成总共三个机械连接的真空室2a、2b、2c，每个真空室提供单独的真空体积，即，真空室2a、2b、2c之间或真空室2a、2b、2c与环境之间没有气体交换。在制造这种绝缘元件1a、1b、1c、1d的过程中，在绝缘元件端部的中空线材可以说被更大程度地收缩并因此被散开(unravelled)。以这种方式，适当的不太严重的收缩和加强收缩的顺序使得容易实现每个绝缘元件的期望数量的真空室，并且也容易调整真空室的长度。
49.为清楚起见，真空室壁的波纹未在图2中显示，但真空室2a、2b、2c中的每一个都配备有如图1中所解释的波纹。未显示的其他示例绝缘元件与此不同之处仅在于波纹的形状，由此关于波纹使用上述各种设计。
50.返回到图2，绝热元件5必须被理解为是通过进一步的直接相邻的绝缘元件1a、1b、1c、1d，沿着层6a、6b、6c、6d的两个空间维度连续，即一个或多个进一步的绝缘元件在纵向方向上跟随所示的绝缘元件1a、1b、1c、1d(沿着一排)。同样，从相应层6a、6b、6c、6d的平面中观察，进一步的绝缘元件在每种情况下横向相邻地跟随。
51.在图2所示的绝热元件5中，层6a、6b、6c、6d的绝缘元件1a、1b、1c、1d各自彼此齐平地对齐，其中相邻层6a、6b、6c、6d的绝缘元件1a、1b、1c、1d沿绝缘元件1a、1b、1c、1d的纵向偏移，例如偏移真空室2a、2b、2c长度的一半。在其他示例中，层6a、6b、6c、6d中的相邻绝缘元件1a、1b、1c、1d和/或相对于相邻层6a、6b、6c、6d的绝缘元件1a、1b、1c、1d不齐平地布置，例如规则地变化或不定期/随机地变化。
52.由于绝热元件5由单独的绝缘元件1a、1b、1c、1d组成，每个绝缘元件具有在真空方面彼此独立的真空室2a、2b、2c，因此在绝热元件5受到机械冲击，例如撞击、钻孔或刺入尖锐物体(例如钉子)的情况下，只有局部真空室2a、2b、2c被破坏，并且绝热元件5整体仅损失少量的隔热效果。
53.参考图1和图2，下面说明上述绝缘元件和绝热元件的示例制造过程。一种材料，例如玻璃或塑料，被熔化并压入真空腔室。例如，材料在连续过程中通过模具压入腔室。该模具例如形成一根或多根中空线材，使得一根或多根中空线材从该模具中出现，具有相应的横截面，例如圆形、六边形或八边形。因此，在一些示例中，模具允许同时生产多根中空线材。为了清楚起见，下面仅描述一根中空线材。
54.腔室被抽真空至随后在绝缘元件的真空室中占主导的所需真空，或者其例如，可以仍然具有特殊气体如稀有气体或空气的残余压力。
55.形成中空线材的材料在脱模后被机械拉伸以达到(所需的薄而均匀的)壁厚。
56.为了使每个绝缘元件产生几个真空室，(拉伸的)中空线材以规则的间隔收缩，例如通过机械装置(例如叶轮)，即其直径是局部锥形的，因此中空线材的内部体积是封闭的，即形成真空室，然后在其中保持真空腔室的压力。工艺步骤的顺序也可以不同：先缩颈，然后拉伸，或先拉伸然后缩颈。材料在进一步的过程中冷却并硬化。
57.为了制造具有绝热元件的绝缘元件的层，可以分别制造多个绝缘元件，然后如前所述将其布置在一个平面中。例如，绝缘元件可以胶合在一起或由共同的护套保持或者浇注在适当的位置。
58.在一些示例中，可以将一层的几个甚至所有绝缘元件同时压入腔室中，使得相邻的绝缘元件在腔室中已经熔化在一起，从而形成平行绝缘元件的连贯平面结构。以这种方式，可以在一个压制过程中生产整个层或部分层。
59.为了生产多层的绝热元件，将几层绝缘元件彼此叠置并连接在一起以形成绝热元件，例如，松散地彼此叠置并通过绝热元件的罩连接在一起，在热作用下粘合在一起或熔合在一起。
60.在通过熔合在一起制造变体时，相邻绝缘元件之间的接触面积可以根据温度和材料的最终粘度而变大或变小。例如，如果绝缘元件在彼此相邻放置或重叠放置时已经几乎
硬化，则它们几乎不会改变其形状，从而接触面积保持较小并且绝缘元件的横截面保持大致为圆形。
61.在一些示例中，绝热元件的层设置有保护套和/或层之间或绝缘元件之间的空间填充有粘合材料。适宜的粘合材料和/或保护套包括塑料，例如聚苯乙烯、液态木材或环氧树脂。例如，可以选择保护套的材料特性，使得它们实现适合预期用途的功能，例如作为胶泥的粘合促进剂。
62.在一些示例中，绝热元件的保护罩设置有圆周轮廓，例如榫-槽轮廓，以便能够在没有热桥的情况下将多个绝热元件排在一起，或者也为了通过正向锁定将它们保持或相互连接。