ES2208559T3 - Forro al vacio para aislamiento termico y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un forro al vacío para aislamiento térmico, comprendiendo un material de relleno discontinuo o poroso, orgánico o inorgánico, dispuesto dentro de una envoltura hecha con por lo menos una hoja barrera de múltiples capas (1) de forma sustancialmente rectangular, el cual comprende por lo menos una capa central polimérica o inorgánica (2) que tiene propiedades barrera a los gases atmosféricos, una capa superior (4) y una capa inferior (3), caracterizado por el hecho de que dicha capa superior (4) y la citada capa inferior (3) de la hoja barrera (1) están formados de materiales poliméricos que pueden sellarse térmicamente entre sí.

Description

Forro al vacío para aislamiento térmico y procedimiento para su fabricación.

El presente invento hace referencia a forros al vacío para aislamiento térmico, y de modo particular se refiere a un forro al vacío que comprende una envoltura perfeccionado, así como a un procedimiento para su fabricación.

Los forros al vacío se utilizan cada vez más en un número de sectores en que se requiere el aislamiento térmico a temperaturas inferiores a unos 100ºC. Como ejemplos de aplicación de tales forros pueden citarse las paredes de refrigeradores domésticos e industriales, de máquinas suministradoras de bebidas o de contenedores para el transporte isotérmico, por ejemplo de medicamentos o alimentos fríos o congelados. Además, se están estudiando aplicaciones de estos forros en el campo de la construcción o en la industria del automóvil.

Como se sabe, un forro al vacío está formado por una envoltura dentro de la cual existe un material de relleno. La envoltura tiene por objeto evitar (o reducir en todo lo posible) la entrada de gases de la atmósfera dentro del forro, a fin de mantener un nivel de vacío compatible con el grado de aislamiento térmico requerido por la aplicación. El material de relleno tiene como principal función separar los dos costados opuestos de la envoltura cuando el forro es sometido al vacío, y debe tener una estructura interna porosa o discontinua, a fin de que sus porosidades o intersticios puedan someterse al vacío para que ejerzan la función de aislamiento térmico. El material puede ser orgánico, como por ejemplo polvo de sílice, fibras de vidrio, aerogels, tierras diatomaceas, etc.; o bien orgánico como poliuretano rígido o espumas de poliestireno, tanto en forma de placas como de polvos.

La envoltura está hecha con las denominadas hojas "barrera", que se caracterizan porque su permeabilidad al gas es lo más baja posible y pueden estar hechas de un simple componente, pero más a menudo consisten en capas múltiples de diferentes componentes. En el caso de capas múltiples, el efecto "barrera" lo confiere una de las capas componentes, o capa barrera, la cual puede estar formada por materiales poliméricos, tales como copolimeros de alcohol etileno-vinilo (conocidos en la literatura con la abreviatura EVOH); de capas poliméricas en que una fina capa de aluminio o de un óxido inorgánico (generalmente inferior a 0,5 \mum); o de una hoja de metal, principalmente aluminio, con un espesor generalmente comprendido entre 4 y 10 \mum. La hoja de capas múltiples comprende por lo menos una capa soporte de un material polimérico que tiene buenas propiedades mecánicas, de modo especial plasticidad; pudiendo dicha capa estar formada, por ejemplo de poliacrilonitrio (PAN) o una poliolefina. En el costado opuesto con respecto a dicha capa de soporte, la capa barrera está cubierta con por lo menos una capa de protección, también polimérica. Habitualmente, las capas de protección poliméricas están hechas de poliésteres (por ejemplo tereftalato de polietileno, normalmente abreviado como PET) o poliamidas (por ejemplo, Nylon®). También son comunes las capas múltiples que contienen cinco, seis o incluso más capas superpuestas.

La envoltura está generalmente formada por dos hojas barrera que tiene forma rectangular, unidas recíprocamente a lo largo de sus márgenes por medio de soldaduras periféricas. Las márgenes así unidos de las hojas barreras forman cuatro bordes dispuestos a los costados de la envoltura resultante. Sin embargo, el principal inconveniente de esta clase de envolturas consiste justamente en la presencia de tales bordes, que son muy frágiles y su posible rotura puede propagarse fácilmente más allá de las soldaduras periféricas, ocasionando la penetración de gases atmosféricos dentro del forro y comprometiendo, en consecuencia, las características de aislamiento térmico.

En otros sectores técnicos, por ejemplo en el embalado de alimentos, se conoce un procedimiento general para la preparación de la envoltura empezando con una simple hoja rectangular de material plástico, lo que permite conseguir una reducción reducir el número de bordes de cuatro a dos. De acuerdo con dicho procedimiento, cuyas fases se han representado esquemáticamente en la figura 5a-5c, la hoja S se enrolla sobre si misma hasta que coincidan entre sí dos márgenes opuestos M, M' que corresponden al mismo costado de la hoja (figura 5a). Dichos márgenes se unen recíprocamente por medio de una soldadura longitudinal, formando así un borde soldado F que luego se dobla sobre la superficie externa de la hoja (figura 5b). De este modo se forma una envoltura que tiene dos extremos abiertos cuyo sellado, transversalmente al borde F, se lleva a cabo insertando sus cantos entre barras de soldadura. En las dos áreas en que dichas soldaduras intersectan al borde, la envoltura adopta la conformación representada en la figura 5c (que tiene una mayor escala con respecto a las figuras 5a y 5b).

Sin embargo, este procedimiento no puede utilizarse para forros al vacío. De hecho, en la posición plegada de la figura 5c, el borde F alcanza un espesor que reduce el paso de calor desde las barras de soldadura a las capas poliméricas situadas debajo de la hoja barrera, y por tanto impide un perfecto cierre recíproco. Asimismo, dada su rigidez, a lo largo de las líneas de plegado la hoja barrera, apenas forma ángulos agudos y sólo puede curvarse; queda una ranura (indicado con L en la figura 5c) en la zona de intersección entre el borde F y los cierres transversales del mismo, lo que permite el paso de gases atmosféricos hacia al interior del forro, aun cuando en pequeña cantidad. Las más pequeñas infiltraciones de gas resultantes de tales imperfecciones, que podrían admitirse en otros sectores técnicos, no son aceptables en el caso de las envolturas para forros al vacío.

Por consiguiente, el presente invento tiene por objeto un forro al vacío libre de dichos inconvenientes y un procedimiento para su fabricación. Tal objeto se consigue por medio de un forro al vacío cuyas principales características vienen especificadas en la primera reivindicación, mientras que otras características aparecen en las reivindicaciones siguientes. Las características del procedimiento se especifican en la reivindicación 7.

Una primera ventaja del forro al vacío de acuerdo con el presente invento consiste en que su envoltura tiene una muy buena hermeticidad al gas también en los cierres extremos, aun cuando está hecha a partir de una simple hoja barrera. De hecho, gracias a que dicha capa de soporte y la citada capa de protección están formadas de materiales que pueden sellarse en caliente entre sí, los cuales tienen una temperatura de fusión similar, es posible que las capas opuestas que se unen juntas por medio de dicha soldadura longitudinal permanezcan a los costados opuestos de la hoja, de manera que la envoltura resultante es plana en la zona de soldadura y no comprende un borde longitudinal.

Por consiguiente, si el canto de un extremo de la envoltura se inserta entre barras de soldar para su sellado, el calor de dichas barras produce la fusión de las mencionadas capas de soporte y protección, que reblandecen, permitiendo así que las barras de soldadura se acerquen una a otra para eliminar todas las ranuras entre las porciones de dichos cantos.

Una ventaja del procedimiento para fabricar el forro al vacío de acuerdo con el presente invento consiste en que, simultáneamente al sellado de los extremos de la envoltura, el espesor de los bordes transversales se hace uniforme por medio de las barras de soldadura. De hecho, mientras dichas barras se están acercando una a otra, el material sobrante es descargado desde los costados debido a la presión de dichas barras, pudiendo retirarse.

De acuerdo con un aspecto particular del invento, dicha capa de soporte y la citada capa de protección están hechas del mismo material.

Otras ventajas y características del forro al vacío de acuerdo con el presente invento se pondrán de manifiesto, para aquellos entendidos en la materia, a partir de la siguiente descripción detallada de una forma de realización del mismo haciendo referencia a los dibujos adjuntos; en donde:

La figura 1 muestra una vista ampliada, en sección transversal, de una hoja barrera que puede utilizarse para la fabricación de un forro al vacío de acuerdo con dicha forma de realización;

La figura 2 muestra una fase de fabricación del forro al vacío de acuerdo con dicha forma de realización;

La figura 3 muestra un forro al vacío completo de acuerdo con dicha forma de realización;

La figura 4 muestra una vista ampliada, en sección transversal, de un borde lateral del forro de la figura 3, tomada a lo largo de la línea IV-IV de la misma figura; y

Las figuras 5a, 5b y 5c, la última de las cuales es una vista en sección parcial ampliada, muestran esquemáticamente tres fases de fabricación de un forro conocido.

Haciendo referencia a la figura 1, en la misma se muestra la hoja barrera 1, que constituye la envoltura del forro al vacío de acuerdo con la presente forma de realización del invento, consiste en una capa múltiple que comprende una capa central 2 provista de las propiedades barrera contra los gases atmosféricos y que consiste, por ejemplo una hoja de metal, por ejemplo, aluminio, con una espesor comprendido entre 4 y 10 \mum.

Asimismo, dicha capa múltiple comprende una capa inferior 3 y una capa superior 4 aptas para proporcionar soporte y protección para la capa central 2, y para permitir el cierre en caliente de la hoja. Además de las buenas características mecánicas, en especial la particularidad, se requiere que los materiales que forman dichas capas pueden sellarse térmicamente entre sí. Dichos materiales pueden seleccionarse del grupo consistente en poliacrilonitrilo (PAN), poliolefinas, tal como polietileno, y cloruro de polivinilo, así como mezclas y copolimeros de los mismos. La capa inferior 3 y la capa superior 4 adecuadas tiene un espesor comprendido entre 20 y 100 \mum, preferiblemente de unas 50 \mum.

De acuerdo con una forma de realización particular del invento, la capa inferior 3 y la capa superior 4 están hechas del mismo material. Para ello es particularmente adecuado es polietileno de alta densidad (conocido como HDPE).

Haciendo referencia a la figura 2, en la misma se muestra que la envoltura del forro al vacío de acuerdo con el presente invento está hecha enrollando dicha hoja barrera 1 al objeto de superponer dos márgenes 5 y 6 opuestos de la misma. La superposición se lleva a cabo de manera que la capa inferior 3 en el margen 5 entra en contacto con la capa superior 4 en el otro margen 6.

Ahora, haciendo referencia a la figura 3, puede verse que, en virtud del sellado térmico mutuo de dicha capa inferior 3 y la capa superior 4, la soldadura longitudinal de ambos márgenes 5 y 6 se ha realizado sin tener que doblar la hoja barrera, así que la envoltura obtenida no presenta un borde longitudinal y es plano en la zona lineal 7 de la soldadura longitudinal.

A continuación, se cierran los extremos abiertos a lo largo de los cantos perpendiculares a los márgenes 5 y 6, insertando dichos cantos entre las barras de soldar. Una vez han sido sellados sobre si mismos, dichos cantos forman dos bordes laterales 8.

Antes del último cierre se inserta dentro de la envoltura un material de relleno poroso o discontinuo, orgánico o inorgánico de cualquier tipo conocido, y, opcionalmente, unos materiales o dispositivos rarefactores. Se conoce una cantidad de materiales o dispositivos rarefactores, aptos para absorber químicamente la humedad u otros gases atmosféricos, en el sector, y por tanto no necesitan una descripción detallada.

La figura 4 muestra una vista parcial ampliada, en sección transversal, de dichos bordes laterales 8. En particular, muestra la porción de dicha brida que comprende una zona lineal 7 de la soldadura longitudinal. Haciendo referencia a dicho dibujo, puede verse que el espesor de cada borde lateral 8 es uniforme en toda su longitud, a pesar de la triple superposición de la capa barrera 1, en la zona lineal 7 de la soldadura longitudinal. Esto puede explicarse considerando que en dicha zona lineal 7 la capa inferior 7 y la capa superior 4 de la capa barrera se han vuelto más delgadas. De hecho, durante la fase de sellado de los extremos de la envoltura, el calor de las barras de soldadura hace que dichas capas se fundan y reblandezcan, de modo que parte del material polimérico del que están formados se descarga por los costados debido a la presión de dichas barras, y puede eliminarse. Tal como se desprende del dibujo, los cantos de los extremos de la envoltura están perfectamente cerrados sobre sí mismo y no hay ninguna ranura. Por contra, en el procedimiento de acuerdo con el estado actual de la técnica que se describió antes con referencia a la figura 5c, los cierres en esta área no son perfectos, de modo que se permite la entrada de aire dentro del forro lo cual compromete las propiedades de aislamiento térmico del mismo.

Claims (8)

1. Un forro al vacío para aislamiento térmico, comprendiendo un material de relleno discontinuo o poroso, orgánico o inorgánico, dispuesto dentro de una envoltura hecha con por lo menos una hoja barrera de múltiples capas (1) de forma sustancialmente rectangular, el cual comprende por lo menos una capa central polimérica o inorgánica (2) que tiene propiedades barrera a los gases atmosféricos, una capa superior (4) y una capa inferior (3), caracterizado por el hecho de que dicha capa superior (4) y la citada capa inferior (3) de la hoja barrera (1) están formados de materiales poliméricos que pueden sellarse térmicamente entre sí.

2. Un forro al vacío de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado por el hecho de que tanto el material polimérico que forma dicha capa superior (4) como el material polimérico que forma dicha capa inferior (3) de la capa barrera (1) se seleccionan del grupo consistente en: poliolefinas, poliacrilonitrilo, cloruro de polivinilo y mezclas o copolimeros de los mismos.

3. Un forro al vacío de acuerdo con la reivin-
dicación precedente, caracterizado por el hecho de que tanto la capa superior (4) como la capa inferior (3) de la hoja barrera están hechas de polietileno de alta densidad o un copolimero del
mismo.

4. Un forro al vacío de acuerdo con un cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que dicha capa superior (4) y la citada capa inferior (3) de la hoja barrera (1) tienen un espesor comprendido entre 20 y 100 \mum.

5. Un forro al vacío de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado por el hecho de que dicha capa superior (4) y la citada capa inferior (3) tienen un espesor de alrededor de 50 \mum.

6. Un forro al vacío de acuerdo con un cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que contiene un material o dispositivo rarefactor.

7. Un procedimiento para la fabricación de un forro al vacío de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que comprende las siguientes fases:

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preparar una hoja barrera de múltiples capas que tenga una forma sustancialmente rectangular, comprendiendo por lo menos una capa central polimérica o inorgánica (2) que posea propiedades de barrera a los gases atmosféricos, una capa superior (4) y una parte inferior (3) formadas de materiales poliméricos que pueden sellase térmicamente entre sí;

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doblar dicha capa barrera (1) a fin de superponer dos márgenes opuestos de la misma (5, 6) y soldar entre sí dichos márgenes mediante la fusión de la citada capa superior (4) por un margen (6) dicha capa inferior (3) en el otro margen (5), para obtener así una envoltura con dos extremos abiertos;

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cerrar un extremo abierto de dicha envoltura mediante la soldadura sobre si mismo de un canto de la hoja barrera que es perpendicular a dichos márgenes (5, 6);

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insertar en la envoltura un material de relleno discontinuo o poroso, inorgánico u orgánico;

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practicar el vacío en el interior de la envoltura; y

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cerrar el otro extremo de la envoltura soldando sobre sí mismo el otro canto de la hoja barrera que el perpendicular a dichos márgenes (5, 6).

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que antes del último sellado se inserta un material rarefactor dentro de la envoltura.