DE10114632A1 - Aktive Vakuumdämmung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vakuumdämmsystem insbesondere zur effektiven Wärmedämmung von Kühl- und Gefriergeräten, das von einer bedarfsweise in Betrieb genommenen Vakuumpumpe auf den notwendigen Gasdruck gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumdämmsystem, das zur thermi­ schen Dämmung von Kühl- und Gefriergeräten oder anderer tech­ nischer Geräte mit unregelmäßig geformten Flächen geeignet ist.

Evakuierte, flächenhafte Dämmplatten weisen gegenüber herkömm­ lichen Dämmmaterialien eine extrem verbesserte Dämmwirkung auf. Sie bestehen in der Regel aus einem plattenförmigen, evakuierbaren und druckbelastbaren Kern, der gewöhnlich mit einer Folie hoher Gas- und Wasserdampf-Barrierewirkung umhüllt ist. Zur Herstellung wird der plattenförmige, offenporige Kern z. B. zunächst von einer Folientasche allseitig umhüllt, in ei­ ner Vakuumkammer über einer offengebliebene Seite der Folien­ tasche evakuiert und die offengebliebene Naht der Folientasche in der Vakuumkammer mit einer Siegeleinrichtung verschlossen. Geeignete Folien mit einer genügend hohen Barrierewirkung ge­ gen Diffusion von Gasen und Wasserdampf können in der Regel nicht tiefgezogen werden, da sonst die Barriereschichten, z. B. eine Metallisierungsschicht, beschädigt werden. Nach dem Stand der Technik können daher Vakuumdämmungen auf einfache Weise nur in einer plattenförmigen Geometrie hergestellt werden. Die thermische Dämmung von technischen Geräten mit komplexerer Geometrie, z. B. Kühlschränke kann so gewöhnlich nur teilweise durch Aneinanderfügen mehrerer plattenförmiger Vakuumdämmungen erfolgen. Jedoch können Bereiche mit Durchbrüchen, in denen Rohre und elektrische Leitungen verlaufen, nicht mit den Vaku­ umdämmplatten versehen werden. Durch unvermeidbaren Spalte, die gewöhnlich mit Polyurethanschaum ausgeschäumt werden, ent­ stehen Wärmebrücken, da der Schaum im Vergleich zu den Vakuum­ dämmungen eine um den Faktor fünf höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Aufwändigere Verfahren, bei denen ein doppelwandiger Kühl­ schrankkörper aus tiefgezogenen oder verschweißten Metallble­ chen aufgebaut wurde, offenporige Dämmplatten oder Pulver­ schüttungen eingebracht wurden und anschließend über einen Evakuieranschluss das Innenvolumen ausgepumpt wurde, haben sich nicht bewährt, da sie in der Herstellung zu hohe Kosten verursachen. Dazu kommt, dass durch die metallische Verbindung von (kalter) Innen- und (warmer) Außenwand eine Wärmebrücke entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Vakuumisolationssystem für beliebig geformte Oberflächen, die auch Durchbrüche ent­ halten kann, zu schaffen. Die Vakuumdämmung muss einfach und preisgünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass anstelle einer oben beschriebenen metallischen doppelwandigen Umhüllung der Däm­ mung, eine Hohlkörper aus einem Kunststoff insbesondere einem Polyolefin zur Verwendung kommt. Der Hohlkörper kann aus einem oder mehreren Werkstoffen oder verschweissten Kunststoffteilen bestehen. Die Kunststoffteile können tiefgezogen oder anderwei­ tig der zu dämmenden Flächenform angepasst sein. In die Hohl­ körper werden Platten oder allgemein Formkörper aus einem mi­ kroporösem Kern, vorzugsweise aus pyrogener Kieselsäure oder Silikat-Aerogelen eingelegt. Die Platten können gegebenenfalls mit Ausschnitten für Durchbrüche oder ähnlichem versehen sein. Notwendige Durchbrüche der Dämmebene für Kältemittelrohre und elektrische Leitungen können in der Art eines Wärmesyphons ausgeführt werden. Der Durchbruch wird aus einem Rohr mit kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt aus Polyolefin gefer­ tigt, das ein Stück weit in der Mitte der Wärmedämmung geführt wird und auf beiden Seiten ausreichend von dünnen Dämmplatten bedeckt ist. Anfang und Ende des Rohres werden geeignet mit den Wänden der Kunststoffwandung verklebt oder thermisch ver­ bunden.

In dem Schutzrecht EP 0739 472 B1 wurde bereits ein System beschrieben, das aus den ähnlichen Komponenten aufgebaut ist. Allerdings ist die dort gewählte Kombination von Materialien und Pumpe so ausgelegt, dass wesentlich höhere Ansprüche an das System gestellt werden müssen. Mit dem hier vorgestellten Vakuumsystem hingegen können wesentliche geringere technische Anforderungen gestellt werden und damit sehr einfache und preiswerte Lösungen erreicht werden. Insbesondere ist die Luftdichtigkeit des Systems in der in EP 0739 472 B1 beschrie­ benen Form deutlich anspruchsvoller. Zudem ist das hier be­ schriebene System auch insbesondere für beliebig geformte Hohlformen gut geeignet, da die vorzugsweise verwendeten Pul­ ver entweder durch Einfließen in den fertigen Hohlkörper oder durch Einbringen von vorgepressten Pulverformen z. B. zwischen zwei Halbschalen eines zweischaligen Hohlkörpers gebracht wer­ den können. Das Pumpensystem, das zur Realisierung eines funk­ tionierenden Vakuumsystems nach EP 0739 472 B1 notwendig ist, muß einen weitaus niedrigeren Gasdruck im Inneren des Schaumes erzeugen als beim hier beschriebenen System. Der technische Aufwand des Vorschlags nach EP 0739 472 B1 steigt dadurch er­ heblich.

Vorzugsweise werden die Formkörper bei dem hier beschriebenen System mit einem staubundurchlässigem Vlies oder Paper umhüllt und vor dem Einbringen durch Ausheizen getrocknet. Um eine ausreichend schnelle Evakuierung der eingelegten Pulverplatten zu gewährleisten, sind geeignete Evakuierkanäle in Form von Nuten in die Plattenoberflächen oder in die Innenflächen der Hohlkörper eingefräst oder eingepresst (z. B. mit halbkreisför­ migen Querschnitt). Vorzugsweise befinden sich die Evakuierka­ näle in der Mitte der Dämmung, was auf einfache Weise dadurch erreicht wird, dass zwei Platten mit den Seiten, auf denen sich die Evakuierkanäle befinden, aneinander gelegt werden.

Die z. B. wannenförmigen Teile der doppelwandigen Hülle der Dämmung werden nach dem Einlegen der mikroporösen Formkörper über den Wannenrand vakuumdicht verschlossen, z. B. durch ther­ misches Verschweißen oder durch eine geeignete Verklebung. Ei­ ne Evakuierung des Innenraumes kann durch ein angeschlossenes Rohr oder direkt angeflanschte Pumpe erfolgen. Aufgrund der Mikroporosität der verwendeten Pulverdämmplatten reicht hier schon ein Gasdruck von 10 mbar aus, um die Wärmeleitfähigkeit auf einen Wert von 0,004 bis 0,005 W/mK zu senken, was einem Fünftel bis einem Zehntel üblicher nicht-evakuierter Dämmstof­ fe entspricht. Auch bei einem Gasdruck von 100 mbar liegt die Wärmeleitfähigkeit der mikroporösen Formkörper z. B. aus pyro­ gener Kieselsäure noch bei 0,007 bis 0,008 W/mK. Allerdings hält sich dieser Gasdruck nicht auf Dauer, da der Polyolefin- Kunststoff eine relativ geringe Barrierewirkung gegenüber Stickstoff, Sauerstoff und anderen Gasen aufweist. Bei einer angenommen Stärke der Dämmung von 20 mm und der Polyolefinwan­ dung von 2 mm wird pro Tag der Gasdruck aufgrund des Eindrin­ gens von Gasen aus der Außenluft um bis zu 10 mbar ansteigen. Ein geringeres Problem stellt der Eintrag von Wasserdampf aus der Außenluft in das Dämmvolumen dar, der bei einer Polyole­ finwandung bei etwa 0,02 g/m²/Tag liegt. Der Eintrag von Was­ serdampf kann noch wesentlich dadurch verringert werden, dass eine Aluminiumfolie auf der planen oder eindimensional ge­ krümmten Flächen aufgeklebt oder kaschiert wird, so dass nur an wenigen Stellen (zweidimensional gekrümmte Flächen, Verbin­ dung Innen- und Außenschale) eine Diffusion durch die Kunst­ stoffwand möglich ist.

Das doppelwandige Kunststoffbehältnis muss im Betrieb auf den erforderlichen Gasdruck im Bereich 10 bis 100 mbar nachevaku­ iert werden. Dafür reicht jedoch eine einfache Vakuumpumpe ge­ ringen Saugvermögens aus.

Eine Abschätzung der Pumpleistung zeigt, dass bei den oben ge­ nannten Durchlässigkeitsraten eine einfache Pumpe mit einem Saugvermögen von fünf Liter pro Minute nur zu etwa 1% der Zeit in Betrieb sein muss, um das grobe Vakuum im Bereich 10 bis 100 mbar zu halten. Die Pumpe kann gegebenenfalls ihren Antrieb über eine Welle des Kompressors der Kühleinrichtung erhalten. Ein zusätzliches z. B. zylinderförmiges Behältnis, das zwischen doppelwandigem Dämmbehältnis und der Pumpe einge­ baut ist, schafft ein Puffervolumen, so dass die Pumpe nur von Zeit zu Zeit eingeschaltet werden muss.

Weitere Ausführungen der Erfindung können auch für die Dämmung von technischen Geräten anderer Art genutzt werden. Ein Bei­ spiel ist die allseitige Dämmung von Kopiertrommeln, die in Bereitschaft ständig auf einer Temperatur von etwa 100°C ge­ halten werden müssen. Die die Trommeleinheit umgebende Dämmung hat gewöhnlich eine komplexe geometrische Struktur mit vielen Durchbrüchen. Diese doppelwandige Form kann ebenfalls durch Tiefziehen von Kunststoffteilen ausgeführt werden. Die bei der erhöhten Temperatur auftretenden relativ großen Diffusi­ onsraten von Gasen und Wasserdampf von der heißen Seite in das evakuierte Dämmvolumen hinein haben zur Folge, dass der Gas­ druck im Dämmvolumen relativ rasch ansteigt. Dies wäre auch bei der Verwendung von Vakuumdämmplatten mit Hochbarrierefoli­ en der Fall. Die Lebensdauer wäre daher bei einer Ausführung mit von Hochbarrierefolien umhüllten Dämmplatten ohne Abpumpen zu kurz. Auch hier würde eine wie oben beschriebene aktive Va­ kuumdämmung mit zeitweisem Abpumpen die Wärmeverluste gering halten. Die elektrische über die Zeit aufgewendete Pumplei­ stung würde deutlich niedriger ausfallen als die vermehrte Wärmeverlustleistung einer nicht-evakuierten Ausführung des Dämmsystems.

Claims (13)

1. Vakuumdämmsystem, bestehend aus einer Umhüllung, einem of­ fenporigen Füllmaterial und einer permanent daran ange­ schlossenen Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung eine ein- oder mehrteilige, beliebig geformte Hohlform zumindest teilweise aus Kunststoff ist und das Füllmaterial einen mittleren Porendurchmesser kleiner als 5 µm aufweist und die Vakuumpumpe im Inneren der Hohlform ei­ nen Gasdruck von weniger als 100 mbar erzeugt.

2. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe einen Gasdruck zwischen 25 und 100 mbar erzeugt.

3. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroporösen Formkörper mit Kanälen mit Durchmes­ sern zwischen 2 und 8 mm versehen sind.

4. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform im Inneren mit Kanälen mit Durchmessern zwischen 2 und 8 mm versehen sind.

5. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlformen über einen eventuell flexiblen Schlauch miteinander verbunden sind oder mehrere Schläuche ein Pumpe mit mehreren Hohlkörpern verbinden.

6. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe eine ein- oder mehrstufige Membranpumpe mit niedrigem Saugvermögen ist.

7. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Vakuumpumpe und Hohlform ein passiv schließen­ des Ventil sitzt.

8. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe bei Stillstand kein Gas durchleitet.

9. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe nur dann in Betrieb genommen wird, wenn der Gasdruck im Inneren über einen definierten Gasdruck an­ gestiegen ist.

10. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper aus einem Kunststoff, vorzugsweise der Gruppe der Polyolefine (z. B. LDPE) hergestellt ist.

11. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlform zumindestens auf der wärmeren Seite mit einer Aluminiumfolie kaschiert oder verklebt ist.

12. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hohlform und der Vakuumpumpe ein weiteres leeres Volumen (Puffergefäß) eingefügt ist.

13. Vakuumdämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Durchbrüche für Leitungen und Versorgungsrohre durch die Dämmung in Form eines Kunststoffrohres mit ovalem oder rundem Querschnitt ausgeführt werden, das eine ausreichende Strecke in der Mitte der Dämmung parallel zur den Wänden verläuft, gegenüber den Wänden thermisch getrennt ist und an den senkrecht zur Wand geführten Rohrenden mit den beiden Wänden jeweils verklebt oder thermisch verschweißt ist.