发明内容
针对上面讨论的现有技术,本发明的目的是提供一种具有优异性能组合的用于形成真空绝缘系统的部件。
更具体而言,性能组合包括在部件安装时和在从该部件得到绝缘系统的操作时的高度耐用性。无论在绝缘系统内流动何种冷介质,该部件还应当提供优异的绝缘。
更具体而言,另一个目的是提供一种具有高绝缘效果并且制造简单的部件。这里,该部件也应适用于绝缘复杂的几何形状。该部件在大规模生产时还应不会导致过长的周期。
该部件还应适于获得特别高的绝缘性能。为此,应以非常经济的方式实现必须的低热传导。更具体而言,不应该需要与高成本相关的长的抽吸时间。
另一个目的是以经济的方式提供所述部件和绝缘系统。
已经发现,这些目的以及尽管实际上没有明确提到但从上下文中很显然的或由其必然很清楚的其它目的由权利要求1中所述的部件实现。权利要求1的从属权利要求保护该部件的有利改进。关于绝缘系统和产生真空的方法,权利要求13和15分别提供对技术问题的解决方案。
因此,本发明提供一种用于形成真空绝缘系统的部件,包括被罩壳包围的至少一个绝缘层,其中所述绝缘层中的气压能够被所述部件中提供的物质降低,其特征在于,降低气压的所述物质体现为可激活的。
本发明的措施出人意料地成功,提供了具有优异性能组合的用于形成真空绝缘系统的部件以及可从其得到的绝缘系统。
更具体而言,性能组合包括在部件安装时和在从该部件得到的绝缘系统操作时的高度安全性。因此,这些部件或真空绝缘系统没有表现出对人们、环境或财产的任何直接危险。这种陈述当然排除了由于利用本文记载的部件或绝缘系统包封的系统组成内的任何介质、电线、数据传输线或者热或冷表面带来的危险。此外,这些部件甚至可以由非技术人员参考简要说明来安装,并且由此获得的真空绝缘系统也可由这些人投入使用。
此外,该部件可以获得优异的绝缘性能,而与绝缘系统内流动的任何冷介质无关。为此,获得必须的低热传导非常便宜。更具体而言,不需要长的抽吸时间,长的抽吸时间一般与高成本相关。
本发明的部件和绝缘系统可以便宜地获得。这些成本优点可以通过使用廉价、容易加工的元件和/或材料增强。结果,该部件的加工和安装还特别简单。
此外,该部件也可用于绝缘复杂的几何形状。在这方面,该部件在大规模生产使用时不会导致过长的周期。
此外,本发明的部件和可从其得到的真空绝缘系统在安装时可提供高绝缘性能及高灵活性,并且在处理和操作时可提供高耐用性。此外,真空绝缘系统的可能用途广泛性的优点在于,更具体而言,它们可用在极宽的温度范围内,而没有降低绝缘性能。
这些优点可用在前述的所有应用领域中,经常产生协同效益。在地区供热、工艺蒸汽和其它传热介质系统的领域中,可通过本发明部件得到的真空绝缘系统提供了最多从良好的传统真空绝缘系统可得到的绝缘性能,同时制造成本低,非常简单,安装灵活,在建筑工地上的处理性良好。良好的绝缘性能使得可以实现从经济上比使用传统绝缘系统明显更长的距离,从而产生其它可能的用途。还可以使用比普通聚氨酯泡沫(约110℃的承受温度)的操作温度明显更高的绝缘材料。这使得在原则上可以在较高温度水平下和/或以较大的温差往复输送热量。后者使得能够减小质量流量和/或线路截面(在某些情况下,在用于提取有用能源的热交换器系统中也允许减小),因此,资本成本进一步降低。
本发明的用于绝缘建筑的真空绝缘系统可以实现对新的和现有建筑的加热能源需求的显著降低,而没有主要的建筑学限制,没有明显增加建筑成本。
关于在建筑中通过管道线路输送热自来水和供热水,本发明可以制造具有小外径的廉价、柔韧、易于安装的管道或软管线路,这样在操作上获得由于成本原因迄今尚未实现的真空绝缘参数。使用根据本发明绝缘的线路实现了在建筑加热能源需求方面的明显降低。
工业中使用的反应器和装置尤其可从本发明受益,因为本发明代表了传统纤维垫绝缘在加工性、灵活性和价格方面的优势与真空绝缘的绝缘性能的理想组合。使用本发明的高性能聚合物纤维可以实现最多约270℃的承受操作温度,并且使用玻璃/岩棉纤维或其它陶瓷纤维和/或粉末代替高性能聚合物纤维使得可以实现更明显的高温。因此,对工业中的加热能源需求可以大大降低。
另一项感兴趣的应用涉及到PCM保存(PCM=相变材料:材料能够通过相变吸收可观量的潜热,并在以后的逆过程中再次释放)。这代表了对地区/局部加热网的一种选择,可以在移动容器中输送热量。这种容器自然需要由本发明的绝缘系统代表的这种廉价、高效、轻量和紧凑结构绝热。
本发明可以实现对冷库的冷却能源需求的显著降低,而没有主要的建筑学限制,没有明显增加建筑成本。在输送包装或容器(例如,食品罐车、冷藏车或货车、冷冻品输送机)中,冷藏物的最大保存时间可以明显增加,和/或对补偿不必要的热输入的能源需求可以显著降低。这也意味着,从停放的冷藏车和容器迄今发出的噪声和废气滋扰方面的降低。
特别是在涉及到输送工具中的绝缘,更具体而言是飞行器,通过本发明可以实现协同效应。多孔绝缘材料可以常规方式保存在外罩壳和机舱内壁之间的空隙空间中。本发明可以将这种绝缘转换成真空绝缘,其中包围绝缘层的罩壳的大部分可以由输送工具的结构部件构成。因此,这些种类绝缘的制造成本与使用传统真空绝缘系统相比极低。
根据本发明对于飞行器和轻型结构绝缘的另一个优点是,压实绝缘材料从而带来整体结构的刚性的可能性。这可以例如利用将外罩壳部件的外壁和内壁相连接的必要的间隔壁,通过使用纤维和/或粉末填充的多个相互气密封的小单元来实现。这样产生与传统VIP类似的机械上非常硬或自支撑的结构。然而,与VIP不同的是,可能会产生非常复杂的三维结构,因为真空的产生仅在组件的准确安装和气密封后才开始。此外,即使在对整体结构局部破坏的情况下,大量相互气密封的真空单元也将确保持续高的机械完整性,和在对气密罩壳破坏的情况下典型的大面积VIP不同。
本发明涉及一种形成真空绝缘系统的部件。在本发明中术语“部件”应被理解成是指适宜单独或与其它相似或不同物品一起用于形成真空绝缘系统的物品。在本发明中术语“真空绝缘系统”是指含有包括空隙空间的区域的任何制品,其中所述空隙空间具有相对于正常大气压力显著降低的气压,从而适于减少热能的流出或流入。更具体而言,这些包括冷流体(例如液态或气态形式的氢)在其内输送的前述线路系统,或者输送热流体的地区供热线路。还包括用在建筑、冷却系统、装置、家用电器等中的绝缘系统。
该部件包括封装绝缘层的至少一个罩壳。该罩壳用于维持在降低气压的物质激活后在绝缘层中形成的真空。因此,罩壳用作气体阻挡层,其应该具有非常低的气体渗透性。
已知的是,气密性与能够通过层扩散的气体有关。气体扩散进一步与罩壳材料的类型和厚度有关。这里,在没有使加工性和罩壳材料成本不可接受地增加的前提下,气密性应该尽可能高。此外,由于气体扩散造成的压力增加与气体通过它扩散的面积有关。密闭程度进一步与使用本发明部件的系统的预定使用寿命有关。
优选地,选择前述的参数,例如作为罩壳材料表面与封装容积之比的函数的罩壳材料的厚度以及罩壳材料的类型,使得在降低气压的物质被激活后产生的气压在一年内升高至多20mbar,优选至多10mbar,更优选至多2mbar。这种气压是指整体压力,该值以空气作为外部介质在正常条件(1013mbar,20℃)下测量。
部件的罩壳可以例如在输送时已经具有适宜的气密性。罩壳还可以仅在安装所述部件时具有气密性。因此,术语“气密性”是指部件的安装后状态。
在线路系统的情况下,例如,罩壳可以包括例如由流体导管线路形成的一个或多个壳层(shell layer)和一个或多个密封层(sealing layer)。在这种情况下,例如,绝缘层、壳层和内部密封层也可由不同的部件组装,以便可以形成线路系统。
在设备或装置的情况下,例如冰箱或深度冷冻器,例如,内衬或外衬可以构成本发明部件的罩壳的一部分。
可以形成罩壳的材料本身是已知,可以参考前述的印刷出版物。在许多情况下,合适材料的选择取决于部件的预计用途。特别地,金属和塑料因此可以用来制作罩壳。
例如利用聚合物箔可以实现出人意料的优点,其可以形成至少一部分罩壳。这些聚合物箔在23℃和85%相对湿度下优选其水蒸气透过率不超过0.05g/(m2.d),更优选不超过0.005g/(m2.d),最优选不超过0.001g/(m2.d)。在23℃下其它气体(例如O2、N2、CO2)的透过率统统优选不大于0.5cm3/(m2.d.bar),更优选不大于0.1cm3/(m2.d.bar)。下限特别是从部件的使用寿命和技术情况得出来的。因此,在前述条件下,对于水蒸气透过率小于0.0001g/(m2.d)的值和对于其它气体的透过率小于0.01cm3/(m2.d.bar)的值仅在极大困难或在额外含金属层辅助下才能获得。因此,在23℃和85%相对湿度下,水蒸气透过率优选为0.0001~0.08g/(m2.d),更优选0.0002~0.05g/(m2.d)。在23℃下其它气体(例如O2、N2、CO2)的透过率统统优选为0.01~0.1cm3/(m2.d.bar),更优选0.03~0.05cm3/(m2.d.bar)。
被证实特别有效的箔具有多层结构,使得顶部和底部的气体阻挡层通过粘合剂层与高度有效的水蒸汽阻挡层连接。
这种罩壳可以采取多层箔的形式,其包括阻挡层,并包括以下各层:
A)保护漆层,由PVDC构成,任选地包括聚乙烯醇层,
B1)任选存在的连接层或粘合层,
C1)聚烯烃层,
B2)连接层或粘合层,
D)乙烯乙烯醇共聚物层,任选地设置在一侧,至少具有共挤出的聚酰胺层E,
B3)任选存在的连接层或粘合层,
C2)聚烯烃层。
具有这种结构的箔尤其是记载在1990年12月28日向欧洲专利局提交的EP-A-0446486(申请号90125659)、在1992年11月30日向美国专利和商标局(USPTO)提交的US 5,389,420(申请号983,216)和1991年5月15日向美国专利和商标局(USPTO)提交的US 5,236,758(申请号669,738)中,这些印刷出版物被引用作为本文的公开内容,其中公开的箔被纳入本申请中。
取决于本发明部件的用途,可以有利的是最小化平行于罩壳的热导率。在本发明的特定方面中,罩壳优选不包括可能导致热传导的金属层。因此,包装材料可以优选不含金属。这种实施特别是对于输送冷流体的线路系统有利。
另一方面,要求特别低的气体渗透性的实施方式也是有利的,这种特别低的气体渗透性通过在罩壳材料中使用金属可以实现。特别是在传输热流体的系统的情况下(例如地区供热线路或建筑物中的热水线路)或在储存热量的装置的情况下,这些实施方式可以是有利的。
通过根据本发明的部件可得到的真空绝缘系统可以包括至少一个绝热区。因此,本发明的部件的设计使得可以形成该绝热区。在本发明中“绝热区”是指可以用热或冷物质填充或者冷或热流体可以通过其传输的体积,在该体积中存在的物质对于热传递是绝缘的,即,在该区域中的物质的温度变化降低。
根据本发明的部件还包括至少一个绝缘层。绝缘层用于降低环境和绝热区之间的热传递。
由于热传递被绝热层内的内压力下降而减少,因此该层必须具有足够的机械稳定性,以避免罩壳内空间的任何倒塌,除非这种机械稳定性尚未被绝缘层周围的充分机械稳定的罩壳确保。通常,绝缘层包括纤维、泡沫或粒子(例如,二氧化硅粉末)或者上述物质的组合,通过其微观结构本身提供了一定的机械稳定性。这确保了在其中是低压的体积,所以可以实现低的热导率。这种体积还可以被称为或被认为是孔体积。
更具体而言,生产绝缘层的优选材料包括细分散的二氧化硅粒子,例如沉淀的氧化硅、气相氧化硅和气凝胶。这些材料可以单独使用或者彼此混合使用或者与其它材料混合(例如,以纤维或纤维集合体的形式)。此外,绝缘层可以包含常用添加剂,例如炭黑或其它红外吸收剂。
生产绝缘层的材料尤其是记载在1990年12月28日向欧洲专利局提交的EP-A-0 446 486(申请号90125659)、在1992年11月30日向美国专利和商标局(USPTO)提交的US 5,389,420(申请号983,216)和1991年5月15日向美国专利和商标局(USPTO)提交的US 5,236,758(申请号669,738)中,这些印刷出版物被引用作为本文的公开内容,其中公开的用于生产绝缘层的材料被纳入本申请。优选使用的气凝胶记载在例如印刷出版物WO2007/044341A2、WO 02/052086A2和WO 98/13135中。
在本发明的特定方面中,绝缘层可以包括纤维集合体。优选使用的纤维集合体包括高性能聚合物纤维和粘合纤维(bonding fiber)。高性能聚合物纤维是本领域技术人员已知的。更具体而言,该术语应被理解成是指可在高温下使用的聚合物纤维。包括这些纤维的聚合物材料优选具有低的固态热导率,是非常有弹性和坚硬的、耐化学腐蚀和可燃性低,并且具有相对较高的红外消光系数。
高性能聚合物纤维优选其熔点或玻璃化转变温度为至少200℃,更优选至少230℃。这个性质可以利用差示扫描量热法(DSC)测量。
用于生产高性能聚合物纤维的优选聚合物材料的固态热导率优选至多0.7W/(mK),更优选至多0.2W/(mK),例如根据ASTM 5930-97或DIN 52616在293K的温度下测量。
优选的高性能聚合物纤维尤其包括聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚芳酰胺纤维、聚醚酮纤维和/或聚苯硫醚纤维,其中聚酰亚胺纤维是特别优选的。
聚酰亚胺本身是已知的,并记载在例如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第5版,CD-ROM中。
聚酰亚胺优选其重均分子量可以为25000~500000g/mol。
除了均聚物之外,有用的聚酰亚胺还包括共聚物,其中除了酰亚胺结构单元之外在主链中还包括其它官能团。本发明的特定方面在于,至少50重量%,优选至少70重量%,再更优选至少90重量%的聚酰亚胺可以是衍生于生成聚酰亚胺的单体结构单元。
特别优选的聚酰亚胺以商品名P84从Evonik Fibres GmbH,Lenzing/Austria或从HP-Polymer GmbH,Lenzing/Austria和以商品名Matrimid从Huntsman Advanced Materials GmbH/Bergkamen市售得到。
在优选的实施方案中,高性能聚合物纤维可以具有非圆形截面形状。非圆形截面形状通常具有凸起和凹陷。凸起是距纤维重心距离最大的横向纤维束,而凹陷是距纤维重心距离最小的纤维束。因此,凸起和凹陷分别是纤维束外部和纤维重心之间间距的局部最大值和最小值。从纤维重心到至少一个凸起的最大距离可以被看作是纤维截面的外径。同样可以将内径定义为纤维重心与至少一个凹陷之间的最小距离。外径与内径之比优选为至少1.2,更优选至少1.5,再更优选至少2。纤维的截面形状和范围也可通过电子显微镜确定。
更具体而言,这些非圆形截面形状包括多叶形截面和具有三个、四个、五个、六个或更多个凸起的星形截面。特别优选的是纤维具有三叶形截面。聚酰亚胺纤维具有非圆形截面,更特别是三叶形截面,特别是可以在常规溶液纺丝工艺中使用具有相对较低聚合物含量的溶液获得。
可以使用中空纤维以及固体纤维。优选的中空纤维同样具有非圆形截面形状,更特别是三叶形截面形状。
高性能纤维可以短纤维(staple fiber)或连续长丝(continuous filament)使用。
高性能聚合物纤维的直径优选为1~50μm,更优选2~25μm,再更优选3~15μm。直径是指纤维在横向的最大范围,通过重心测量。直径尤其可以使用电子显微镜(SEM)确定。
高性能聚合物纤维的线密度可以优选为至多10dtex,更优选至多5dtex。高性能聚合物纤维的线密度在最大程度上测量优选为0.05~4dtex,更优选0.1~1dtex。纤维线密度可以根据标准DIN EN ISO 1973测量。
本发明的特定方面在于,可以使用具有卷曲(crimp)的高性能纤维。卷曲优选为1~50个/cm,更优选3~10个/cm。纤维卷曲可以通过光学方法确定。这些值经常得自于生产。
另一个优选的实施方案可以利用仅具有最小卷曲(如果有的话)的高性能纤维。
除了高性能聚合物纤维之外,优选使用的纤维集合体可以包括粘合纤维,用于将高性能聚合物纤维粘合在一起。粘合纤维优选其熔点或玻璃化转变温度为至多180℃,更优选至多150℃。熔点或玻璃化转变温度可以通过DSC确定。
粘合纤维优选包括聚烯烃纤维、丙烯酸系纤维、聚乙酸酯系纤维、聚酯纤维和/或聚酰胺纤维。
粘合纤维的直径优选为1~50μm,更优选2~20μm,再更优选4~10μm。直径是指纤维在横向的最大范围,通过重心测量。
优选的粘合纤维的线密度优选小于10dtex,更优选小于5dtex。优选的粘合纤维的线密度在最大程度上测量优选为0.05~4dtex,更优选0.1~2dtex。
纤维集合体优选可以包括至少70重量%的高性能聚合物纤维和至多30重量%的粘合纤维。高性能聚合物纤维的比例优选为75重量%~99.5重量%,更优选80~95重量%。粘合纤维的比例的上限得自于对纤维集合体的所需性能,而下限得自于绝缘系统的制造方法规定的要求。粘合纤维的比例优选为0.5重量%~25重量%,更优选5重量%~20重量%。
纤维集合体可以优选具有纤维的层状排列,至少一些纤维通过软化粘合纤维可得到的接触点粘合在一起。
术语“纤维的层状排列”应被理解成是指纤维具有基本上在平面内的至少一个主要取向。这里,术语“平面”应被理解成具有广泛含义,因为纤维具有三维范围,并且平面也可以弯曲。因此,术语“基本上”应被理解成是指纤维的主要取向使得非常低比例的纤维在热梯度的方向上取向。主要取向得自于沿纤维长度平均的纤维方向,微小的方向变化可以忽略。
在这个意义上的层状排列通常在网或棉絮生产中实现。在这些工艺中,长丝或短纤维排列在平面中,随后固定。这可以例如通过气流成网(air-laid process)或湿法成网(wet-laid process)实现。优选地,只有少数纤维具有垂直于该平面的主要取向。因此,纤维集合体通常不是被突起的支托所固定。
通过软化和随后冷却粘合纤维得到纤维集合体。与之有关的方法更具体而言记载在Albany International Corp.,Albany,N.Y.(USA)的US4,588,635、US 4,681,789、US 4,992,327和US 5,043,207专利中。温度更具体而言取决于粘合纤维的软化温度(玻璃化转变温度或熔化温度)。经常没有必要将所有纤维通过软化粘合纤维得到的接触点粘结在一起。这个比例越高,集合体所拥有的机械性能越好。然而,集合体的热导率可以增加。在这方面,可以提到的是,集合体中的纤维也可以具有不是通过软化粘合纤维得到的接触点。这些更具体而言包括高性能聚合物纤维的接触点。
在层状排列的平面内,纤维可以优选具有一个主要取向,在这种情况下,不同平面的纤维的主要取向更优选彼此形成角度。表述“纤维的主要取向”得自于每个纤维在其总长度上的平均取向。不同平面的取向纤维相对于彼此形成的角度优选为5°~175°,更优选60°~120°。纤维的主要取向和不同平面的纤维相对于彼此形成的角度可以通过光学方法确定。通常,这些值得自于生产,纤维的取向例如可以通过梳理和/或交叉铺网预定。
低密度通常与纤维集合体一部分上的特别低的热导率有关。另一方面,纤维集合体的强度由于低密度而下降,因此,稳定性经常变得过低,而不能对传输热或冷流体的线路提供足够支持。因此,绝缘材料中使用的根据本发明的纤维集合体出人意料的优点在于,例如,优选密度为50~300kg/m3,更优选100~150kg/m3,在工艺规定的负荷下测量这些值并结合到绝缘材料中。使用这些密度值的纤维的主要取向平面的横向负荷例如为1mbar~1000mbar,这些密度值例如可以在1mbar、10mbar、50mbar、100mbar、200mbar、400mbar、600mbar、800mbar或1000mbar的负荷下测量。
在未加负载状态下,更特别是在加工前,纤维集合体优选的密度为1~30kg/m3,更优选5~20kg/m3,在这种情况下,可以在对于未加工纤维集合体不超过5cm的厚度下测量该密度。
当垂直于层状排列的平面测量时,根据本发明的纤维集合体的平均热导率优选为至多10.0×10-3W(mK)-1,更优选至多5.0mW(mK)-1,再更优选至多1.0×10-3W(mK)-1。这种测量例如可以在室温(293K)和/或低温例如150K或77K下进行,在这种情况下,材料在这些条件下承受负荷至少14天。根据DIN EN 12667(“Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods-products of high and medium thermal resistance”),测试优选在低绝对压力下进行,例如在1mbar以下的压力下。测定例如可以在待测量的纤维集合体内0.01mbar的气压下并在70mbar的围压下进行,所述围压由测量装置相对于纤维的主要取向平面横向施加在待测量的纤维集合体上。
更具体而言,可以获得所述的热导率值,因为垂直于层状排列的纤维平面只有最小的热传递。因此,优选的是可以免除任何明显的支托或免除使用大量液体粘结剂的任何固定,它们会导致垂直于纤维的层状排列的热或冷桥。然而,最少支托或最少量液体粘结剂的使用是可以的,只要这些措施只会导致热导率最小幅度的增加。
特别优选的是根据本发明的纤维集合体具有高稳定性,包括在垂直于纤维主要取向平面的方向上。因此,根据本发明的纤维集合体在经过加工的状态/或在绝缘材料中具有相对较低的压缩率,当负荷增加1mbar时优选至多50%;即,当负荷增加1mbar时,按被经过加工的集合体的原始厚度计,纤维集合体的厚度减小至多50%,优选至多30%,更优选至多10%,再更优选至多5%。
上述意义上的部件或真空绝缘系统尤其是记载在DE-A-36 30 399、EP-A-0 949 444、US 4,924,679、DE-A-100 31 491、DE 692 02 950 T2、DE 19511 383 A1、DE 196 41 647 C1、DE 695 19 354 T2、DE-A-20 13 983、WO2005/043028、EP-A-0 618 065、EP-A-0 446 486、EP-A-0 396 961和EP-A-0355 294中。然而,在这些系统中,以常规方式产生真空,例如通过泵。
与上述系统不同,根据本发明的部件的构造使得可以通过设置在部件中并体现为可激活的物质来降低绝缘层中的气压。
所述降低气压的物质因此包括能够发生气相中存在的原子或分子的摩尔数减少的事件的一种或多种物质。这些物质在本文也被称为活性物质。
所述降低气压的物质和活性物质的具体实施取决于在所述物质被激活前的绝缘层中存在的气体的性质。优选地,所述降低气压的物质是能够吸收、吸附绝缘层中的气体和/或与绝缘层中的气体化学反应。
所述降低气压的物质被激活之前绝缘层中可以存在的气体优选尤其包括碱性气体,例如NH3;酸性气体,例如二氧化碳、HCl、SO2、SO3;气态氧化剂,例如氧气;氢气和/或加成聚合性气体,例如乙烯和/或丙烯。气相中存在的这些气体的粒子数量简单地通过吸收、吸附或化学反应而减少。
酸性气体,优选二氧化碳,其在标准条件即20℃和1013mbar下,初始可以气态形式存在于部件的绝缘层中,可以优先与碱性物质反应。因此,所述降低气压的物质可以包括能够吸收或吸附二氧化碳的碱性物质作为活性物质。能够与二氧化碳反应形成例如碳酸盐或碳酸氢盐的碱性物质是氧化物和氢氧化物,其优选由碱和/或碱土金属形成。具体实施方案包括NaOH、KOH、Na2O、K2O、CaO、Ca(OH)2、MgO和/或Mg(OH)2。还可以使用在室温下是液体或固体的胺来吸收或吸附酸性气体,更特别是二氧化碳、SO2、SO3或HCl。在上述胺中,更具体而言还可以使用OH-形式的阴离子交换剂以及含有氨基的聚合物。这些化合物可以单独使用或以两种或更多种成分的混合物使用。
酸性气体(优选二氧化碳)与碱性物质(优选NaOH、KOH、Na2O、K2O、CaO、Ca(OH)2、MgO和/或Mg(OH)2)的摩尔比可以在宽范围内变化。为在激活所述降低气压的物质后实现特别低的气压,可以使用大量过剩的碱性物质。因此,酸性气体(优选二氧化碳)与碱性物质(优选NaOH、KOH、Na2O、K2O、CaO、Ca(OH)2、MgO和/或Mg(OH)2)的摩尔比可为1∶1~1∶100,更优选1∶2~1∶10,更优选1∶3~1∶5。
活性物质,更具体而言碱性活性物质,如NaOH、KOH、Na2O、K2O、CaO、Ca(OH)2、MgO和/或Mg(OH)2,在载体材料上表现出出人意料的特别优点。因此,可以使用,优选无机多孔载体材料,例如铝的氧化物和/或硅的氧化物。这类载体尤其公开在CA-A-2438438中。优选的是使用分子筛,例如硅磷酸铝、活性氧化铝、硅藻土、沸石和/或硅胶作为无机载体。这些材料尤其是记载在
Chemie Lexikon,第二版,CD-ROM中,并由从Evonik Degussa GmbH市售得到。对于相对较少的碱性活性物质而言,这种实施实现了出人意料的压力极大减少。这些系统进一步显示了对可能会随压力降低出现的热散失的非常好的可控性。
空载的无机和/或有机多孔载体材料优选其DBP吸收(根据DIN 53601;DBP:邻苯二甲酸二丁酯)为至少180g/100g。可进入DBP的孔也可进入保护系统的活性物质和任选使用的材料,这里也被称为罩壳物质,因此高DBP对于用活性物质和保护物或孔对载体的孔的高装载很重要。因此,取决于活性物质,过低的DBP吸收可能是无效的,因为必须使用过多的载体材料。载体材料的DBP吸收优选为180~600g/(100g),更优选180~500g/(100g),再更优选200~500g/(100g),再更优选240~500g/(100g),再更优选240~400g/(100g),特别优选240~350g/(100g)。
例如通过将活性物质溶解在适当的溶剂例如醇或水中,并以常规方式导入多孔载体中,可以获得被支持的活性物质。这里可以选择溶液的量,使得多孔载体可以吸收整个溶液,从而首先可以获得流动性粉末作为中间产物。在进一步的步骤中,干燥由此获得的中间产物,以从多孔载体去除溶剂。在干燥步骤后,可以重复前述的导入和干燥步骤,以提高系统的装载程度,即增加活性物质的比例。
在优选的实施方案中,该过程中的混合强度和计量加入可以相互配合,使得在导入步骤结束后可以确保流动性,即流动性粉末在任何时候都在搅拌机中。出人意料的是这具有确保罩壳或活性物质完全吸收在孔中并且没有附着到外部载体表面上的效果。当计量加入过快或混合不够强时,粒子可能最终变得不均匀装载,从而最终导致一些粒子的孔被活性物质和罩壳物质完全填充,不再能够进入。在这一方面还应当指出,选择搅拌设施,例如H60测量捏合机中的IKA Duplex混合设施,使得由于剪切应力只有最小的磨损。通过测量粒度分布检查粒子的磨损。为此,载体材料最初被加入以后使用的混合单元,并按照后来的程序开始混合操作。经过限定的混合时间后,采样,并确定粒度分布。粒度分布不应该表现出从起始样品的d50值超过5%的偏差。
更具体而言,利用被支持的活性物质可以实现出人意料的优势,其中活性物质与载体的重量比为100∶1~1∶10,更优选10∶1~1∶1。
出人意料的是,当上述胺、氧化物和/或氢氧化物与干燥剂组合使用时,气压可以最小化到特别低的值,干燥剂例如是沸石、分子筛、亲水性二氧化硅(例如,从Evonik Degussa GmbH得到的干燥的Aerosil
产品)和其它已知的干燥剂,如P2O5、氧化钙(CaO)、氯化钙(CaCl2)、溴化锂(LiBr)和干燥形式的超强吸收剂(具有强极性侧基的聚合物,例如从Evonik Stockhausen GmbH得到的Favor
)。
碱性物质与干燥剂的重量比优选可以为1∶10~100∶1,更优选1∶2~10∶1。在本发明的进一步实施方案中,碱性物质与干燥剂的重量比优选可以为1∶100~20∶1,更优选1∶10~2∶1。
在本发明的特定实施方案中,干燥剂可以提供在部件的罩壳内的相对较冷区域中。因此,干燥剂可以应用在绝缘层的局部、内部或外部,即处于小于由温度最大值和温度最小值形成的算术平均值的温度。
碱性气体,更具体而言氨气,例如可以与作为活性物质的固体或液体酸(更具体而言以质子化形式的固体离子交换剂)反应。
特定的方面是,氧化性气体(例如氧气)可以简单地通过适当的固体或液体还原剂(例如细分散的并因此自燃金属(例如,自燃铁)、半金属(如自燃硅)和作为活性物质提供的其它自燃材料)反应,以从气相去除它们。
在进一步的实施方案中,绝缘层可以含有氢气,其在激活所述降低气压的物质后,可以从绝缘层的气相中去除。在此实施方案中,降低气压的物质可以包括能够吸附或吸收氢气的金属和/或合金作为活性物质。这种变型的优选的实施方案公开在例如EP 347 367中,为此1989年1月6日向欧洲专利局提交的EP-0 347 367 A1文献(申请号89730135.4)援引加入本文作为本文公开的吸收氢化合物的参考。适当的金属和/或金属合金包括例如钒、铁、铝、钛和/或镍。
另外,极性气体(例如CO2、NH3、SO2、NO、CO)可以被优选固定在多孔载体上的离子液体吸收。可以由Solvent Innovation of Cologne供应离子液体并优化吸收平衡,例如,适当的载体可以是二氧化硅(例如从Evonik Degussa GmbH得到的Aerosil
和Sipernat
产品)以及亲水性氧化铝产品(来自不同制造商)。
进一步的实施方案利用水或很容易蒸发的一些其它室温液体化合物,例如甲醇或乙醇。在这种情况下,这些化合物可以在触发激活机制之前蒸发,在这种情况下,形成的气体(例如水蒸汽或甲醇气体)取代其它气体。在这种情况下,也可以通过抽吸施加机械真空。其它气体被置换后,可以将系统密封,从而可以激活所述降低气压的物质。在这种具体形式中,所述降低气压的物质可以干燥剂的形式实现,在激活后,例如通过打开封装的密封,吸收绝缘层中存在的蒸汽,从而实现绝缘层中的气压降低。
优选的干燥剂尤其包括沸石、分子筛、亲水性二氧化硅(例如,从Evonik Degussa GmbH得到的干燥的Aerosil
产品)和其它已知的干燥剂,如P2O5、氧化钙(CaO)、氯化钙(CaCl2)、溴化锂(LiBr)和干燥形式的超强吸收剂(具有强极性侧基的聚合物,例如从Evonik Stockhausen GmbH得到的Favor
)等等。所述降低气压的物质,更具体而言干燥剂,如前所述,可以设置在部件罩壳中的相对较冷区域内,从而可以实现最佳吸收性能。该实施方案对于其中在真空绝缘系统的工作温度的设想范围内活性物质的吸附或吸收性能是高度温度相关的所有实施方式是有利的。
此外,绝缘层可以最初含有在标准条件下是气态的一种或多种加成聚合性化合物。这些例如包括丙烯和/或乙烯。加成聚合性化合物通过加成聚合反应可以转化成固体或液体物质。在本发明的这种进一步的变化中,所述降低气压的物质可以包括一种或多种加成聚合催化剂和/或加成聚合引发剂作为活性物质。
适当的加成聚合引发剂例如是形成自由基的化合物。有用的引发剂尤其包括广泛熟悉的偶氮引发剂,如AIBN和1,1-偶氮-双环己烷腈,以及过氧化合物,如过氧化甲基乙基酮、过氧化乙酰丙酮、二月桂基过氧化物、过氧化-2-二乙基己酸叔丁酯、酮过氧化物、过氧化辛酸叔丁酯、过氧化甲基异丁基酮、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、2,5-双(2-乙基己酰基过氧化)-2,5-二甲基己烷、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、异丙苯基氢过氧化物、叔丁基氢过氧化物、双(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯、上述两种以上化合物的彼此混合物以及上述化合物与未提及的同样能够形成自由基的化合物的混合物。
适当的加成聚合催化剂的例子包括Ziegler-Natta催化剂或茂金属催化剂,它们尤其是记载在Ullmanns’Encyclopedia of Industrial Chemistry第六版中。
特别令人感兴趣的尤其是微粒形式的活性物质或降低气压的物质。这些粒子优选直径为1μm~10mm,更优选10μm~5mm,更优选0.1mm~3mm。这些值是指d50值(50%的粒子较小,50%的粒子较大),并可以通过显微镜方法确定。
在激活所述降低气压的物质之前,绝缘层中的气体可以通过抽吸至少部分地去除。在本发明的优选实施方案中,所述降低气压的物质体现为使得相对较高的气压仅通过本文所述的机制而无需使用机械泵就可以降低到极低值。这种实施尤其可以通过(按绝缘层中的气体量计)活性物质的用量来实现。结果,不需要与高能源需求相关的机械抽吸。进一步可能尤其是避免当操作真空绝缘系统时的错误。
根据本发明的这一特定方面,在激活所述降低气压的物质前绝缘层中的气压为至少500mbar,更优选至少800mbar,再更优选至少950mbar。
这种气压基本上由于绝缘层中存在的并被降低气压的物质吸收和/或吸附和/或与其反应的气体的原因,从而在激活后可以实现非常低的气压。在本发明特定实施方案中,绝缘层中的气体可以包括至少80体积%,更优选至少90体积%,再更优选至少95体积%的二氧化碳。特别令人感兴趣的是其中绝缘层中的气体包括至少98体积%,更优选至少99体积%,再更优选至少99.5体积%的二氧化碳的特定实施方案。
通过在部件的绝缘层中使用反应性气体,优选酸性气体,更具体而言二氧化碳,出人意料的是可以提供一种无需必须使用机械泵就可以便宜和安全的方式产生真空的系统。此外,该系统可以长期保存,而不必采取特别的预防措施。此外,这种真空绝缘系统可以特别简单安全的方式操作,无需昂贵和不便的安全预防措施。
优选地,所述降低气压的物质能够将绝缘层中的初始压力降低到不超过500mbar,更优选不超过50mbar,特别优选不超过10mbar,最优选不超过1mbar的值。这样基本上降低了系统的热导率。这些值可以通过所述降低气压的物质的种类和量实现。
根据本发明的特定方面,可以控制导致气相中存在的分子的摩尔数减少的这些事件的速度,因此可以避免局部过热。例如,所述降低气压的物质可以细分散的形式存在于部件中,因此任何反应产生的热量能够通过大体积扩散出去。此外,还可以提供分隔层(dividing layer),所述分隔层虽然在一定程度上具有气体渗透性(取决于特定反应),但可限制气体和所述降低气压的物质之间的直接接触。
根据本发明,所述降低气压的物质体现为可激活的。在本发明中“体现为可激活的”应被理解成是指仅在触发激活机制后所述降低气压的物质才降低绝缘层中最初存在的气压。激活机制可以与导致气压降低的事件相区分。激活机制由在包围绝缘层的罩壳的气密封之后发生的一个或多个动作触发。激活与导致气压降低的事件脱钩避免需要保持气压很低的持续动作。用于触发激活机制或降低气压的动作因此不必须持续,也无需在激活后仍然发生,这后来以达到预想评价压力而完成,没有气压显著上升。这种脱钩,特别是在激活后出现,在现有技术中没有说明。因此,相比而言,根据现有技术发生的用于降低气压的动作必须维持将要维持真空的时间。优选地,所述降低气压的物质的预期活化机制因此是不可逆转的。在EP 347367所描述的方法中,这种动作包括将物品保持在室温下。经加热到密封该物品的温度,系统会显示出明显升高的压力,通常是大气压力,从而绝缘效果下降。一个缺点是在冷却时需要维持真空的高温。根据现有技术依赖于冻结的事件需要流体在低温下通过线路。否则,不能实现气压降低。
所述降低气压的物质例如可以机械、化学、电气、热和/或经电磁波辐射的方式激活。换句话说,机械、化学、电气和/或热作用和/或电磁波辐射均可以触发导致绝缘层中的气压降低的事件。
触发机制的具体实施方案的例子是可以通过热量、机械、电气、化学作用或辐射而变化的罩壳物质。这些罩壳物质可以封装前述的活性物质,所述活性物质同样也提供在所述降低气压的物质中。
例如,绝缘组件的一部分可以通过经由待绝缘的部件开始输送低温介质而被冷却,通过封装的收缩和/或脆化释放活性物种,由此通过释放的活性物种的协作,开始导致在绝缘层内气体摩尔数减少的事件。
该实施方案尤其是利用与罩壳具有不同热膨胀系数的材料而增强,使得冷却导致在罩壳物质或封装中的应力裂纹,从而发生导致压力降低的事件。例如,水在低于4℃的低温下膨胀,而其它物质在此范围内收缩。这种机制可以普遍适用,从而封装可以含有冷却时的收缩小于构成封装的材料的收缩的材料,此处也称为罩壳物质。这可以在封装上和/或其内产生导致胶囊罩壳破坏的应力。这种机制可以单独采用或连同其它机制(例如罩壳物质的脆化)一起使用。
绝缘组件的一部分也可以通过经由待绝缘的部件开始输送热介质而被加热,通过集成在绝缘组件中或上的电加热元件的电加热、利用微波辐射或磁场或交流电场对绝缘组件成分的加热,这将导致罩壳物质的熔化、脆化、降解或以其它方式失去其阻挡性能。
加热元件例如可以体现为电阻加热,在这种情况下,加热元件特别优选设置在绝缘层的边缘,从而绝缘层的绝缘性能可能不会受到不利影响。当然,加热手段,更具体而言加热元件也可以设置在真空绝缘系统的罩壳的外部,从而可以实现对整个绝缘系统或其指定区域的加热。这例如可以通过热空气鼓风机进行。
还可以通过能够被某些电磁场(例如微波、交变磁场等)或超声波的作用加热的材料进一步实现具体加热。可以在这种方式中使用的材料的例子包括可从Evonik Degussa GmbH得到的负载有可磁化的金属(特别是铁)的MagSilica
二氧化硅粒子。
这些材料可以设置在导致气压降低的物质(这里也被称为活性物质)附近,或者在罩壳物质附近或作为罩壳物质的组成部分,它可以任选地包封活性物质,使得适当电磁场或超声波的作用可以实现非常局部的加热,从而导致所述降低气压的物质的激活。
除了罩壳熔化之外,罩壳也可以通过在封装内提供具有高热膨胀系数的材料(可以任选地被蒸发)而被破坏。热膨胀还可以使封装分裂。例如,水可以提供在封装内。水蒸发产生的压力可以被用来破坏封装。还可以在例如由聚合物材料或无机玻璃(例如硅酸盐玻璃)形成的封装中提供具有高热膨胀系数的金属。与罩壳物质相比,金属的强大热膨胀可能导致封装被加热破坏。
通过上述机制释放出的水例如可由干燥剂再次从气相去除,以便可以实现足够低的气压。
此外,绝缘组件的一部分例如可以通过开始经由待绝缘的部件输送热介质而被加热,通过集成在绝缘组件中或上的电加热元件的电加热或来自绝缘系统外部的热作用,以提供化学反应所需的激活能量(例如分解反应,形成活性物种,或者减少气体摩尔数的现有物种之间的直接反应)。利用微波辐射或磁场或交流电场以上述方式可以实现对绝缘组件成分的相似加热。
通过将绝缘组件充分暴露于穿透性或透射性电离辐射,以引发化学过程,如形成自由基或反应性离子物种,这反过来起始减少气体摩尔数的所需反应,也可以开始这些事件。
在本发明的进一步实施方案中,可以通过微波辐射对绝缘组件中能够吸收辐射能量并从而能够大幅度升温的某些材料的直接作用来进行激活。加热可能会导致这些材料或相邻材料变得以化学或物理方式激活;例如通过封装的分解/破坏、催化剂的活化、自由基或活性离子物种的形成等,从而减少气体摩尔数的事件通过活性物种的合作在绝缘层内开始。
也可以将磁场或电场作用在绝缘组件中某些材料上,从而导致这些材料变得以化学或物理方式激活,例如机械运动中的位移(振动),从而导致封装破开或固体部件彼此摩擦(通过摩擦触发反应),或者例如含金属的辅助材料的感应加热,从而导致减少气体摩尔数的事件通过释放的和/或活化的物种的合作在绝缘层内开始。
在易安装绝缘组件上的机械作用也可以释放待激活的材料,例如通过脆胶囊(特别可由无机玻璃制成)的破裂、外部钝化或封装粒子的研磨等。实现这一点的适当措施特别是可以包括通过外加焊头的超声波作用、在安装时包围绝缘组件的最外罩壳的弯曲、对绝缘组件周围的中空罩壳或导入绝缘组件中的软管等充气(因而对绝缘组件加压),等等,从而封装被打破,并发生压力降低。
许多上述触发机制基于包封一种或多种通常的固体或液体材料,经与填充气体自由接触而自发进行物理化学事件,由此气体摩尔数减少。因此,包封使得所述降低气压的物质体现为可激活的,从而可以实现对触发气体摩尔数减少事件的控制。包封最初防止这种要不然就会发生的自发事件,因此提供了在大气压力条件或至少比用于实现所需的绝缘效果的易于生产操作的绝缘组件所需气压的更高气压下简单制造整个绝缘组件。
例如,通过提供包围碱性物质、加成聚合催化剂/引发剂或金属和/或金属合金的罩壳物质,所述降低气压的物质可以体现为可激活的。操作触发机制造成由罩壳物质形成的罩壳的阻挡性能改变,使得前述事件(例如反应、吸收或吸附)可以因为绝缘层中的气压减小而发生。
在本发明的优选变化中,由活性物质周围的罩壳物质形成的罩壳具有非常低的气体渗透性,从而确保用于产生真空绝缘系统的部件的长保质期。气体渗透率依赖于罩壳材料的性质和罩壳的厚度,因为通常较厚的罩壳会导致较低的气体渗透性。然而,确切的气体渗透性取决于使用性质和预定的保质期。对于许多应用,罩壳可以具有相对较高的气体渗透性。因而在许多情况下具有如下降低气压的物质是足够的:在活化前在用于反应的气体中至少2小时的观测时间后显示出压力降低至多5%。优选地,在至少2小时的观测时间后,压力降低至多2%,更优选至多1%。这些值在25℃下测量,并且没有激活所述降低气压的物质。初始气压为1000mbar,并且气体包括至少99.5体积%的反应用气体。
该值涉及的气体是:存在于缘层中并在激活所述降低气压的物质后被该物质吸收和/或吸附和/或与该物质反应的气体。优选使用酸性气体,更具体而言二氧化碳,使得这些值更具体而言涉及二氧化碳渗透性。
所述降低气压的物质的激活造成活性物质周围由罩壳物质形成的罩壳变为气体可渗透的。在这一点可以指出,这种罩壳也可能在这个过程中完全被破坏。激活后,活性物质周围可能存在的罩壳的渗透性增加。因此,按激活前的开始气压计,在至少2小时的时间后,激活后的压力降低为至少10%。2小时的时间是指激活的开始时间。优选地,在至少2小时的时间后,压力降低是至少20%,更优选至少50%。为确定这些值,开始气压优选至少900mbar,激活前绝缘层中的气体包括至少99.5体积%的用于反应的气体,优选酸性气体,更优选二氧化碳。这里的压力优选涉及25℃的温度。
在特定的变化中,由在所述降低气压的物质周围的罩壳的气体渗透性造成的压力降低在激活后大大增大。基于绝缘层中的气体和在每种情况下至少2小时的观察时间,激活后的压力降低与激活前的压力降低之商为至少2,更优选至少10,再更优选至少100,其中各压力描述涉及25℃的温度。
罩壳物质可以是例如蜡或经加热熔化的某些其它物质,从而使罩壳分解,例如,之前由蜡包封的碱性物质可以与二氧化碳发生反应。用作罩壳物质的优选物质的熔化温度为30~150℃,更优选50°~70℃。优选的罩壳物质尤其包括蜡、石蜡、脂肪、油、脂肪醇、脂肪酸、阿拉伯胶、阿拉伯树胶、聚乙二醇和其共聚物以及两种或更多种这些类的混合物。这种罩壳物质的例子是:硬脂酸(熔点约70℃)、棕榈酸和十七碳酸(熔点约62℃)、所有类型的Vestowax
(熔点约90-120℃,从Evonik Tego GmbH得到)、棕榈脂(熔点约27-45℃)、蜂蜡(熔点62-65℃)、巴西棕榈蜡(熔点80-87℃)、羊毛蜡(羊毛脂,熔点从约40℃开始)、地蜡(熔点约62~80℃)。所有的脂肪酸、脂肪和提到的天然蜡均可从多个生产商得到。石蜡尤其可从Sasol、Shell和几乎所有其它石油加工公司以多个商品名得到。
在活化机制包括罩壳物质熔化的罩壳的情况下,有利的是可以在整个压力降低事件中供应足够的能量,更特别是热量,从而使罩壳物质在压力没有下降到预期值之前在活性物质周围不会形成新罩壳。当使用活化机制包括罩壳物质熔化的降低气压的物质时,通过将这些物质与能够吸收熔化的罩壳物质的物质混合可以实现出人意料的优点。这些物质更具体而言包括多孔材料,例如前述的多孔无机载体材料。当使用这种物质时,降低气压的物质与能够吸收熔化的罩壳物质的物质的重量比可以为100∶1~1∶100,优选10∶1~1∶10,更优选2∶1~1∶2。令人感兴趣的是,更具体而言是其中所述降低气压的物质和能够吸收熔化的罩壳物质的物质均是微粒并精细混合的实施方案。
例如,罩壳物质还可以通过冷却变脆,从而使例如对碱性物质形成的罩壳被破坏。罩壳的这种破坏可以例如通过先前举例说明的机械作用增强。脆化的材料的例子更特别是塑料,但是也可以有许多蜡和脂肪、蛋白和其构成的材料。变脆优选可以在低于20℃的温度下实现,更优选低于5℃,再更优选低于-30℃。
当通过使用罩壳实现可激活性时,罩壳物质和活性物质的重量比可以在宽范围内变化。通常来讲,罩壳越厚,气体渗透性越低,除非不考虑其它因素例如罩壳材料的性质。另一方面,在某些情况下,非常厚的罩壳可以会导致可激活性方面的问题,因为罩壳的气密性在激活过程中显著降低。出于多种原因,因此,有利的是使用以下降低气压的物质:其中当所述降低气压的物质包括罩壳物质时,活性物质与罩壳物质的重量比为50∶1~1∶10,优选10∶1~1∶1,更优选5∶1~2∶1。
在特定的实施方案中,所述降低气压的物质包括罩壳。活性物质的这种封装例如可以通过基质封装(matrix encapsulation)和/或核-罩壳封装实现。以包封或封装为特征的系统生产是现有技术中广泛公知的。多种方法都适合于此,尤其是凝聚、RESS,GAS和/或PGSS方法以及使用同轴喷嘴、喷雾干燥、流化床涂层以及微胶囊的方法。当使用多孔载体材料时,用活性物质填充的孔还可以封闭。可以与用活性物质加载多孔载体材料相似的方式用罩壳物质封闭孔。
关于加成聚合催化剂/引发剂,应指出的是,许多自由基形成剂的半衰期是温度依赖性的。因此,所述降低气压的物质也可以由加成聚合催化剂/引发剂构成,具体而言其被加热形成自由基,从而聚合绝缘层中的加成聚合性气体。前述的引发剂在不同温度下的半衰期是已知的。加热至适当温度通常会导致自由基的数量足以触发所述的加成聚合反应,而这反过来又导致压力降低。
在许多情况下,所述降低气压的物质的预期活化机制是不可逆转的。本发明的优选方面在于,该部件可以包括两种以上的降低气压的物质,具体而言它们可以通过不同的机制或通过不同的作用激活。该实施方案可以使压力降低事件重复执行。例如在维护、修理等后,为了能够通过前述事件(即反应、吸收或吸附)再次形成真空,这可能是有利的。在这些实施方案中,被检查或修理的绝缘系统的绝缘层可以首先用适当的气体冲洗,并在气密关闭绝缘层后,所述适当的气体通过化学或物理事件以前述方式从绝缘层被反应、吸收或吸附。
在进一步的变化中,通过利用具体而言通过不同的机制或通过不同的作用可激活的各种降低气压的物质,例如通过最初仅使相对少量的活性物质与绝缘层中的气体反应,可以避免局部过热。在进一步的步骤中,经适当冷却后,进一步的降低气压的物质被激活。
包括多种不同降低气压的物质的实施方案还可以保证在很长时间内的低气压。在这种情况下,所述降低气压的物质可以与活性物质不同。在第一步骤中,绝缘层中的主要部分的气体,更具体而言酸性气体,优选二氧化碳,可以与第一种活性物质(优选碱性物质)反应,从而实现非常低的气压。该气压可以优选为至多50mbar,更优选至多10mbar,再更优选至多1mbar。
在稍后的步骤中,可能存在于绝缘层中的氧气、氮气或除二氧化碳之外的其它气体的残余物可以被进一步的活性物质结合。在激活前绝缘层可以含有小部分的这些气体。因此,本发明的部件也可以使用具有相对较低的纯度的酸性气体产生,更特别是二氧化碳。稀有气体更特别是氩气在绝缘层的比例优选不超过0.1体积%,更优选不超过0.01体积%,再更优选不超过0.001体积%。典型的工业级二氧化碳包括非常低水平的稀有气体。此外,诸如氧气或氮气等气体由于扩散的原因随时间推移可以在绝缘层中积聚。进一步降低气压的物质可以包括例如结合这些气体,更特别是氮气或氧气,的锂或某些其它物质作为活性物质。该实施方案因此提供获得具有优异性能的真空绝缘系统的特别有效方式。因此,特别优选的系统包括激活性及活性物质不同的至少两种降低气压的物质。
因此,优选的变化可以包括优选活性物质不同的至少两种不同降低气压的物质。更具体而言,令人感兴趣的改变是,除了碱性物质之外还包括进一步的活性物质,例如结合氮气或氧气的物质。出人意料的是,当碱性物质与优选结合氮气或氧气的其它活性物质的重量比优选为10000∶1~10∶1,更优选1000∶1~50∶1时,可以实现特别的优点。
根据本发明的部件更具体而言用于产生真空绝缘系统。术语“真空绝缘系统”描述了一种绝热系统,其绝缘性能通过真空改善。在这方面“真空”应理解成是指绝缘材料中的绝对压力优选不超过500mbar,更优选不超过50mbar,再更优选不超过10mbar,再更优选不超过1mbar。结果,绝缘材料的热导率大大降低。
优选的真空绝缘系统更具体而言用于输送冷流体,更特别是液体,其优选具有至多-40℃,更优选至多-100℃,再更优选-150℃以下的温度。
除了冷流体之外,根据本发明的线路系统可用于输送热流体,即,具有高于约25℃的室温温度的流体。热流体的温度优选至少50℃,更优选至少80℃。
优选的上述线路系统包括能够输送液体的至少一条线路或线路组件。
在本发明中,术语“线路组件”是指包括至少两条不同线路的系统。例如,线路组件可以包括能够输送液体或气体两条以上的内部线路。此外,线路组件还可以包括用于输送液体和/或气体的至少一条内部线路和至少一条数据和/或电力线路。特别优选的线路组件包括用于输送材料的至少两条内部线路和至少一条数据和/或电力线路。
一般来说,这些线路或线路组件包括至少一条内部线路和外鞘,其中冷或热流体通过内部线路输送,外鞘将线路与环境隔离,使得可以在内部线路和外鞘之间形成真空。因此,外鞘更具体而言用于保持绝缘效果。
为了提高阻挡性能,外鞘可以具有金属涂层。这种金属涂层可以例如通过金属气相沉积、通过含有金属的漆或通过金属箔提供。这可以在外表面上、在内表面上或在两者上进行。
材料的适当选择可以使真空系统的线路或线路组件在室温下是可弯曲的。更具体而言生产内部线路和外鞘的材料是一般的常识,更尤其记载在上述印刷出版物中。优选地,根据本发明的绝缘系统的线路或线路组件的允许弯曲半径小于20m,更优选小于10m,再更优选小于5m,再更优选小于1.5m。弯曲半径得自于在不损害线路或线路组件下可以实现的最大曲率。损坏意味着系统不再适于应用。
除了上述线路组件(更具体而言用于输送冷或热流体,即气体或液体)之外,根据本发明的部件还可用于多种用途。
例如,根据本发明的部件可用于地区供热、工艺蒸汽或其它热传递系统领域,用在建筑技术领域,用于建筑绝缘,输送热自来水以及供热水的管道线路绝缘,尤其是用在工业用的反应器和装置的构造中,PCM存储器的制造,输送工具,更特别是冷藏车、飞行器,或者用在冷或热工程的其它用途中。由于其相对较低的成本、良好的加工性和处理性,该部件可以用于各种用途。例如,可以简单的方式制造冰箱和深度冷冻剂,由于即使复杂的形状也可以安全简单地绝缘,而不必在制造操作中接受长的周期。