DE3148164C2 - Thermischer Isolator - Google Patents
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Abstract
Ein thermischer Isolator umfaßt einen verschäumten Kunststoffkörper mit mindestens einer darin eingebetteten Isolierzone aus evakuiertem Isolierpulver und einem diesen umschließenden Behälter aus Kunststoffolie oder einer folienartigen Kunststoff-Metall-Kombination. Der Kunststoffkörper wird vorteilhaft mittels eines Fluorchlormethan-Gases (Freon-Gases) verschäumt, da dieses im Vergleich zu Luft einen größeren Moleküldurchmesser aufweist und somit weniger leicht durch die Wandung des Behälters hindurchtritt. Der thermische Isolator weist daher auch ohne Verwendung eines Behälters mit starren und widerstandsfähigen Wandungen die Vorteile der Vakuumisolierung auf.
Description
- Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolator in Form eines verschäumten Kunststoffkörpers, wie er insbesondere für elektrische Kühl- und Gefrierschränke sowie sonstige Kühleinrichtungen geeignet ist.
- Zur thermischen Isolierung von Kühleinrichtungen und Kühlräumen, wie beispielsweise elektrischen Kühlschränken wird vielfach ein durch ein Freon-Gas verschäumtes Polyurethan verwendet, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0174 W/m.K erreicht. Trotz verschiedener Versuche, diese Wärmeleitfähigkeit durch möglichst weitgehende Verringerung der Zellengröße des verschäumten Polyurethans zu senken, ist es nicht einfach, die Wärmeleitfähigkeit auf unter 0,0151 W/mK zu verringern. Da Trichlorfluormethan als Verschäumungsmittel benutzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit des verschäumten Polyurethans auch theoretisch auf die Wärmeleitfähigkeit des Verschäumungsgases von 0,0081 W/m.K begrenzt. Diese Grenze kann unterschritten werden durch Vakuumisolierung, wobei man einen zwischen den Wandungen eines doppelwandigen Behälters, beispielsweise einer Thermosflasche, liegenden Hohlraum hoch evakuiert oder nach Befüllen mit einem feinteiligen Pulver evakuiert, wobei kein so hohes Vakuum erforderlich ist. Beides erfordert jedoch einen Behälter mit starren widerstandsfähigen Wandungen, um dem darin erzeugten Vakuum standzuhalten. Diese Ausgestaltungen eignen sich daher nicht für elektrische Kühlschränke und dergleichen, bei denen es wesentlich auf niedrige Herstellungskosten, geringes Gewicht und Eignung zur Massenproduktion ankommt.
- Aus der DE-AS 10 76 551 kennt man ein Verfahren zur Herstellung von Wärmedämmkörpern, die aus evakuierbaren, mit pulverförmigen Stoffen gefüllten Hohlgefäßen bestehen, wobei man das Pulver in eine nachgiebige gasdichte Hülle aus Bleifolie einfüllt und diese unter Deformierung bis zur Abstützung auf dem dabei verdichteten Pulver evakuiert und dann verschließt. Die so erhaltenen Wärmedämmkörper sind jedoch für die meisten Zwecke zu unregelmäßig geformt und die Bleifolie wird zu leicht beschädigt, wodurch die Isolierwirkung weitgehend verlorengeht.
- Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen thermischen Isolator der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der bei einfacher, unaufwendig herzustellender Bauweise die Vorteile der Vakuumisolierung ohne deren bisherige konstruktive Nachteile bietet.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist der thermische Isolator erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgestattet.
- Da die das evakuierte Isolierpulver umschließende Folie direkt vom verschäumten Kunststoff umschlossen ist, bedarf es keines weiteren Schutzes gegen die Aufhebung des Vakuums.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des Isolators sind in den Unteransprüchen beschrieben. Da die unter der Bezeichnung "Freon" im Handel erhältlichen Fluorchlormethan-Gase einen größeren Moleküldurchmesser besitzen, als die Gasbestandteile der Luft, können sie weniger leicht durch den das evakuierte Isolierpulver umschließenden Behälter hindurchtreten. Wenn der Behälter aus einer Kombination von Kunststoffolie und Metallfolie besteht, trägt dies zur weiteren Verbesserung der Gasdichtigkeit und zum Schutz gegen eine Aufhebung des Vakuums bei.
- Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des thermischen Isolators unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt
- Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen thermischen Isolator und
- Fig. 2 eine graphische Darstellung der Isolierwirkung des erfindungsgemäßen Isolators.
- Der in Fig. 1 dargestellte thermische Isolator besitzt einen verschäumten Kunststoffkörper 4, der eine Außenfläche 5 aus massivem Kunststoff und auf der anderen Außenfläche eine massive Außenschicht 6 aus Metallblech aufweist. In den verschäumten Kunststoffkörper 4 ist ein beutelartiger Behälter 3 aus flexibler Kunststoffolie eingebettet, der mit einem feinteiligen Isolierpulver 2 gefüllt ist. Der Behälter 3 wurde nach dem Befüllen mit dem feinteiligen Isolierpulver 2 evakuiert und gasdicht verschlossen, so daß in den Zwischenräumen zwischen den Teilchen des Isolierpulvers ein Vakuum herrscht.
- Das Isolierpulver 2 kann aus einem einheitlichen Pulver oder einer Pulvermischung aus organischen und/oder anorganischen Teilchen mit einer Teilchengröße im Bereich zwischen 1 µm und 1 mm bestehen. Es ist jedoch erforderlich, daß die Teilchen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und ein geringes Gewicht aufweisen. Das verwendete Isolierpulver 2 kann jede geeignete Teilchenform aufweisen, vorzugsweise jedoch aus im wesentlichen hohlkugelförmigen Teilchen bestehen. Besonders geeignet ist geblähtes Perlitpulver.
- Der Behälter 3 besteht zweckmäßig aus Kunststoff oder aus Kunststoff und Metall. Der Behälter soll keine starren Wandungen aufweisen, sondern aus flexibler Folie bestehen, um ein Brechen beim Evakuieren oder während des Gebrauchs zu vermeiden. Ein Behälter aus verformbarer Folie legt sich beim Evakuieren ohne Festigkeitsprobleme eng an die Außenfläche des Isolierpulvers 2 an. Wenn der Behälter 3 aus einer mit einer dünnen Metallfolie laminierten Kunststoffolie besteht, wird der Schutz gegen eine Aufhebung des Vakuums verbessert.
- Der verschäumte Kunststoffkörper 4 soll in seinen getrennten Zellen ein Gas mit im Vergleich zu Luft geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise ein Fluorchlormethan-Gas (Freon-Gas) enthalten. Ein unter Verwendung mindestens eines Freon-Gases verschäumter Polyurethankörper ist auch deshalb gut geeignet, da das Freon-Gas wegen seines im Vergleich zu Luft größeren Moleküldurchmessers weniger leicht durch die Wandung des Behälters 3 in den mit Isolierpulver 2 gefüllten, evakuierten Innenraum eindringen kann, so daß der Schutz gegen eine Aufhebung des Vakuums verbessert wird.
- Die Außenschichten 5 oder 6 können je nach den Anforderungen entweder aus massivem Kunststoff oder auch aus Metall bestehen. Im Falle eines elektrischen Kühlschrankes besteht die nach außen gewandte Außenschicht 6 im Hinblick auf die erforderliche Widerstandsfähigkeit zweckmäßig aus Metall, während die dem Innenraum zugewandte Außenschicht 5 im Hinblick auf die Geringhaltung der Produktionskosten und die Anpassung an die Großserienfertigung vorteilhaft aus massivem Kunststoff besteht.
- Obgleich bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform im verschäumten Kunststoffkörper 4 nur eine schichtartig ausgebildete Isolierzone 1 eingebettet ist, bestehen selbstverständlich hinsichtlich der Anzahl, der Form und der Abmessungen derartiger Isolierzonen 1 keine Begrenzungen, solange diese in den Kunststoffkörper 4 eingebettet sind.
- Im folgenden werden zwei Beispiele des thermischen Isolators weiter erläutert.
- Ein beutelförmiger Behälter 3 aus PVC-Folie wurde mit einem Perlitpulver zur Vakuumisolation befüllt und dann auf ein Vakuum von 1,33 · 10-5 bis 1,33 · 10-4 bar evakuiert. Die so erhaltene, mit evakuiertem Isolierpulver befüllte Isolierschicht hatte eine Dicke von etwa 1 cm und eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,0047 W/mK. Die so erzeugte Isolierschicht 1 wurde in einen Behälter zwischen zwei in einem Abstand von 5 cm parallel angeordneten, als Außenschicht 5 bzw. 6 dienenden 1 mm dicken Kunststoffplatten eingebracht und befestigt. Nachfolgend wurde in den Behälter fließfähiges Polyurethan unter Aufschäumen durch ein Schäummittel eingegossen um einen die Isolierschicht 1 in enger Berührung umschließenden Kunststoffkörper 4 zu bilden.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch jetzt die Kunststoffplatten in einem Abstand von 3 cm voneinander angeordnet wurden.
- Die vorstehenden Beispiele wurden sowohl unter Verwendung von Trichlorfluormethan, als auch unter Verwendung einer Mischung von Trichlorfluormethan und Dichlordifluormethan als Schäumgas durchgeführt, wobei sich beides als brauchbar erwies. Die Wärmeleitfähigkeit des verschäumten Polyurethans allein betrug etwa 0,0174 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit des 5 cm starken Isolators (mit einer 1 cm dicken Isolierschicht 1) betrug etwa 0,0116 W/m.K während der 3 cm starke Isolator (mit einer 1 cm starken Isolierschicht 1) eine Wärmeleitfähigkeit von nur etwa 0,0093 W/m.K aufwies.
- In Fig. 2 ist die Wärmeleitfähigkeit λ auf der Ordinate gegen das Verhältnis X = d/D der Dicke d der Isolierzone 1 zur Gesamtdicke D des Isolators aufgetragen. Die kleinen Kreise bezeichnen die den vorstehenden Beispielen tatsächlich ermittelten Meßwerte und die durchgezogene Kurve zeigt den theoretisch berechneten Wert. Aus dieser graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß durch Einbetten einer Isolierzone aus evakuiertem Isolierpulver in einen verschäumten Kunststoffkörper eine wesentliche Verbesserung erzielt wird.
Claims (9)
1. Thermischer Isolator in Form eines verschäumten Kunststoffkörpers, gekennzeichnet durch mindestens eine in den Kunststoffkörper (4) eingebettete Isolierzone (1) aus in einem evakuierten gasdichten Behälter (3) aus Kunststoffolie oder folienartiger Kunststoff- Metall-Kombination eingeschlossenem, feinteiligem Isolierpulver (2).
2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierzone (1) schichtartig ausgebildet ist.
3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) im wesentlichen flachbeutelförmig ausgebildet und nach dem Befüllen und Evakuieren gasdicht verschlossen ist.
4. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierpulver (2) aus im wesentlichen hohlkugelförmigen anorganischen oder kunststoffartigen Teilchen besteht.
5. Isolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierpulver (2) aus geblähten Perlitteilchen besteht.
6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) aus verschäumtem Polyurethan besteht.
7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) aus mit mindestens einem Fluorchlormethan-Gas (Freon-Gas), vorzugsweise Trichlorfluormethan oder einer Mischung aus Trichlorfluormethan und Dichlordifluormethan verschäumtem Kunststoff besteht.
8. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) platten-, schalen- oder gehäuseförmig ausgebildet ist und die Gesamtschichtdicke d der darin eingebetteten Isolierzonen (1) mindestens etwa 10% und vorzugsweise 20 bis 60% der Gesamtdicke D des Isolators beträgt.
9. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der verschäumte Kunststoffkörper (4) auf mindestens einer Oberfläche eine widerstandsfähige Außenschicht (5, 6) aus massivem Kunststoff oder Metall aufweist.
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