DE102007062000A1

DE102007062000A1 - Kältegerät und Verfahren zur Herstellung eines Kältegeräts

Info

Publication number: DE102007062000A1
Application number: DE200710062000
Authority: DE
Inventors: Dasaradh Kumar Patchala
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009080535A2; RU2010128078A; CN101903723A; EP2225511A2; WO2009080535A3

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Kältegerät mit einem isolierten Innenraum (2) und einem Kälteerzeuger (5) zum Kühlen des isolierten Innenraums (2). Erfindungsgemäß enthält die Isolierung (6) des Innenraums (2) einen Polyurethan-Schaum, dem Mikro-Kügelchen (16) beigesetzt sind, die einen Hohlraum (17) aufweisen, der von einer dünnen Hülle (18) umschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältegerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Kältegeräts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 7.
Der isolierte Innenraum eines Kältegeräts wird üblicherweise durch eine Innenschale begrenzt, die aus Kunststoff besteht und nur eine offene Seite aufweist. Diese Innenschale wird auf einem Sockel montiert. Nun wird der Kältemittelkreislauf mit all seinen Komponenten installiert und die elektrischen Bauteile werden angebracht und miteinander verbunden. Den Abschluss nach außen bildet ein Außengehäuse.
Wenn dieses Außengehäuse montiert ist, wird der Raum zwischen der Innenschale und dem Außengehäuse mit einem Isoliermaterial gefüllt. Oft wird hierfür Polyurethan-Schaum verwendet. Um den Polyuhrethan-Schaum in den Raum zwischen Innenschale und Außengehäuse einbringen zu können ist eine Einspritzöffnung in dem Außengehäuse vorgesehen. Diese Einspritzöffnung befindet sich im so genannten Maschinenraum, in dem der Verdichter des Kältemittelkreislaufs untergebracht ist.
Die Komponenten für die Erzeugung des Polyurethan-Schaums werden in einem Mischkopf zusammengeführt und unter Hochdruck durch die Einspritzöffnung in den Zwischenraum gespritzt. Durch die Ausdehnung des Polyurethan-Schaums bei der Härtung und durch den hohen Einspritzdruck wird der komplette Zwischenraum lückenlos mit dem Schaum gefüllt. Es entsteht auf diese Weise eine geschlossene Isolationsschicht, die den Innenraum von fünf Seiten gegen die Umgebungstemperatur abschirmt. Die offene sechste Seite wird durch eine ebenfalls isolierte Tür geschlossen.
Das allgemeine Bestreben bei der Herstellung von Kältegeräten geht in Richtung der Reduzierung des Energieverbrauchs. Hierzu gehört die Weiterentwicklung der Kälteerzeuger, aber auch die Verbesserung der Isolierung ist ein Ziel. Eine einfache Verstärkung der Isolationsschicht ist jedoch nicht praktikabel, da sie auf Kosten des für die Lagerung von Kühlgut zur Verfügung stehenden Raums gehen würde.
Es muss folglich das Isolationsvermögen des Isoliermaterials verbessert werden. Beispielsweise wurde hierzu bereits vorgeschlagen, das Isolationsmaterial zu evakuieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass heute bekannte Folien ein entsprechendes Vakuum nicht über die Lebensdauer eines Kältegeräts halten können. Dies bedeutet, dass sich die Isolierfähigkeit des Kältegeräts in dem Zeitraum zwischen Herstellung und Entsorgung ständig verschlechtern würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kältegerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so zu verbessern, dass der gekühlte Innenraum besser gegen die Umgebung isoliert ist, ohne dass dabei die Isolationsschicht verstärkt werden muss. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung solcher verbesserter Kältegeräte gefunden werden.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Kältegerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kältegeräts mit den Merkmalen von Anspruch 7. Durch das Beisetzen von Micro-Kügelchen zu dem Polyurethan-Schaum, die einen Hohlraum aufweisen der von einer dünnen Hülle umschlossen ist, entstehen in dem Polyurethan-Schaum Micro-Poren, die die Isolationswirkung verbessern. Solche Micro-Kügelchen sind beispielsweise durch die Firma Expancel bekannt geworden und werden benutzt, um die Dichte und damit das Gewicht von Kunststoffartikeln abzusenken. Hierzu werden die Micro-Kügelchen dem Kunststoff beigemischt und erhitzt. Hierdurch wird die Hülle der Micro-Kügelchen weich und gleichzeitig verdampfen die Kohlenwasserstoffe im Inneren der Micro-Kügelchen. Die Micro-Kügelchen wachsen dabei auf etwa das Vierfache ihrer ursprünglichen Größe an. Es entsteht so ein Kunststoff mit geschlossenen Poren, in denen Kohlenwasserstoffe in flüssiger – oder gasförmiger Form vorhanden sind.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Micro-Kügelchen sollen möglichst kleine Poren in dem Polyurethan-Schaum erzeugt werden. Die Micro-Kügelchen sollen daher ihre ursprüngliche Größe behalten.
Der von der Hülle umschlossene Hohlraum ist vorteilhaft mit Kohlenwasserstoffen gefüllt. Es werden hier vorzugsweise Kohlenwasserstoffe mit vier bis acht Kohlenstoffatomen verwendet. Diese Kohlenwasserstoffe besitzen eine geringe Wärmeleitfähigkeit und verbessern so die Isolationsfähigkeit des Polyurethan-Schaums.
In bevorzugter Weise werden dem Polyurethan-Schaum Micro-Küglelchen beigemischt, die einen Durchmesser zwischen 5 und 30 μm aufweisen. Hiermit lässt sich eine sehr feine Schaumstruktur erzeugen, die in ihrer Isolationswirkung bereits nahe an die sogenannten Nano-Schäume heranreicht. Durch die Verwendung der Micro-Kügelchen ist die Herstellung des so erzeugten Schaums jedoch mit einem wesentlich geringerem Aufwand als die Erzeugung von Nano-Schäumen verbunden. Folglich fallen auch geringere Herstellkosten an.
Der Polyurethan-Schaum enthält vorteilhaft Micro-Kügelchen in einem Anteil von 1 bis 5 Vol.-%. Es hat sich herausgestellt, dass bereits bei einer Zugabe von 1% eine Verbesserung des Isolationsvermögens des Polyurethan-Schaums stattfindet. Dies macht sich durch eine messbare Abnahme der Wärmeleitfähigkeit von ca. 2 bis 3% bemerkbar. Bei der Zugabe von 5% liegt die Abnahme der Wärmeleitfähigkeit bei ca. 7 bis 9%.
Die neue Isolierung kann bei herkömmlichen Kältegeräten eingesetzt werden, bei denen der Polyurethan-Schaum in den Raum zwischen der Innenschale und einem Außengehäuse eingespritzt wird. Eine Anwendung ist jedoch auch bei Kältegeräten möglich, bei denen die Isolierung in Form von Verbundplatten vorgefertigt ist. Als Beispiel sind hier mobile Kältegeräte wie Kühlboxen in Kraftfahrzeugen oder auch Camping-Kühlschränke zu nennen. Solche Kühlboxen werden oft über ein Peltier-Element im Deckel der Box gekühlt.
Bei herkömmlichen Kältegeräten werden die Komponenten zur Erzeugung des Polyurethan-Schaums in den Raum zwischen der Innenschale und dem Außengehäuse unter Hochdruck durch eine Einspritzöffnung in dem Außengehäuse eingespritzt. Die Komponenten, die für die Erzeugung des Isoliermaterials benötigt werden, werden in einem Mischkopf zusammengeführt, der vor der Einspritzöffnung angeordnet ist. Die gemischten Komponenten werden dann über die Einspritzöffnung mit Hochdruck in den Raum zwischen der Innenschale und dem Außengehäuse eingespritzt.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Micro-Kügelchen vor dem Mischkopf einer der Komponenten zugemischt. Bei diesem Ausführungsbeispiel könnte der gleiche Mischkopf verwendet werden, der bisher für das Ausschäumen herkömmlicher Kältegeräte verwendet wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Micro-Kügelchen in dem Mischkopf gleichzeitig mit den Komponenten für den Polyurethan-Schaum zusammengemischt. Hierbei kommt ein Mischkopf zum Einsatz, der zu den üblicherweise zwei Zuführungen für die Komponenten des Polyurethan-Schaums noch eine dritte Zuführung für die Micro-Kügelchen besitzt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.
Es zeigt:
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kältegerät,
2 eine Mischanordnung für die einzuspritzenden Komponenten und
3 ein Micro-Kügelchen in schematischer Darstellung.
Das in 1 gezeigte Kältegerät 1 besitzt eine Innenschale 19, die den gekühlten Innenraum 2 abgrenzt. Das Kältegerät 1 weist weiterhin ein Außengehäuse 20 und eine Tür 3 auf, die den gekühlten Innenraum 2 an seiner offenen Frontseite verschließt. In dem Maschinenraum 4 des Kältegeräts 1 ist der Verdichter 5 montiert.
Die Innenschale 19 und das Außengehäuse 20 begrenzen einen Zwischenraum, in dem die Isolierung 6 angebracht ist. Zum Einbringen des Isoliermaterials ist die Einspritzöffnung 7 vorgesehen, die sich in dem Maschinenraum 4 befindet.
2 zeigt eine Mischanordnung zum Mischen der einzelnen Komponenten der Isolierung und zum Einspritzen der Mischung durch die Einspritzöffnung 7 in den Raum zwischen der Innenschale 19 und dem Außengehäuse 20. Der Mischkopf 8 weist eine Düse 15 auf, die die fertige Mischung in Richtung des an der Düse 15 angesetzten Pfeils durch die Einspritzöffnung 7 mit Hochdruck einspritzt. Der Mischkopf 8 weist Zuführungen 9, 10, 11 für drei Komponenten auf. Die Polyolkomponente für den Polyurethan-Schaum erhält der Mischkopf 8 von der Dosierung 10 über die Zufuhr 9. Die Isocyanatkomponente für den Polyurethan-Schaum wird von der Dosierung 14 über die Zufuhr 11 in den Mischkopf 8 eingeleitet. Durch die Zufuhr 10 kommen von der Dosierung 13 die Micro-Kügelchen 16 (s. 3) in den Mischkopf 8.
In 3 ist der Aufbau der Micro-Kügelchen 16 dargestellt. Der Hohlraum 17 ist von einer dünnen Hülle 18 umschlossen. In dem hier erläuterten Beispiel besteht die Hülle aus einem Copolymer. In dem Hohlraum 17 ist ein Kohlenwasserstoff wie beispielsweise i-Butan, i-Pentan oder i-Oktan eingeschlossen.
Die Micro-Kügelchen 16, die bevorzugt einen Durchmesser von ca. 5 μm aufweisen, werden in dem Mischkopf 8 zusammen mit der Polyolkomponente und der Isocyanatkomponente innig vermischt. Diese Mischung wird über die Düse 15 mit hohem Druck durch die Einspritzöffnung 7 in den Raum zwischen der Innenschale 19 und dem Außengehäuse 20 gespritzt. Bei der Aushärtung breitet sich der Schaum über den gesamten Zwischenraum aus und bildet eine geschlossene Isolierung 6, die den gekühlten Innenraum 2 von der Umgebung abschirmt.
Durch die Zudosierung der Micro-Kügelchen 16 zu dem Polyurethan-Schaum mit einem Volumenanteil von ca. 5% erniedrigt sich die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 6 um ca. 7 bis 9%. Durch diese verbesserte Isolierung muss der Kältemittelkreislauf seltener in Betrieb gesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich Energie etwa in Höhe des gleichen Prozentsatzes einsparen.

1: Kältegerät
2: gekühlter Innenraum
3: Tür
4: Maschinenraum
5: Verdichter
6: Isolierung
7: Einspritzöffnung
8: Mischkopf
9: Zufuhr für die Polyolkomponente
10: Zufuhr für die Micro-Kügelchen
11: Zufuhr für die Isocyanatkomponente
12: Dosierung für die Polyolkomponente
13: Dosierung für die Micro-Kügelchen
14: Dosierung für die Isocyanatkomponente
15: Düse
16: Micro-Kügelchen
17: Hohlraum
18: Hülle
19: Innenschale
20: Außengehäuse

Claims

Kältegerät mit einem isolierten Innenraum (2) und einem Kälteerzeuger (5) zum Kühlen des isolierten Innenraums (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (6) des Innenraums (2) einen Polyurethan-Schaum enthält, dem Micro-Kügelchen (16) beigesetzt sind, die einen Hohlraum (17) aufweisen, der von einer dünnen Hülle (18) umschlossen ist.
Kältegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (17) mit Kohlenwasserstoffen gefüllt ist.
Kältegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Micro-Kügelchen (16) einen Durchmesser zwischen 5 und 30 μm aufweisen.
Kältegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethan-Schaum Micro-Kügelchen (16) in einem Anteil von 1 bis 5 Vol.-% enthält.
Kältegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (2) durch eine Innenschale (19) begrenzt ist und die Isolierung (6) zwischen der Innenschale (19) und einem Außengehäuse (20) angeordnet ist.
Kältegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung in Form von Verbundplatten vorgefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kältegeräts (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Erzeugung des Polyurethan-Schaums in den Raum zwischen der Innenschale (19) und dem Außengehäuse (20) unter Hochdruck durch eine Einspritzöffnung (7) eingespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten vor der Einspritzöffnung (7) in einem Mischkopf (8) zusammengeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Micro-Kügelchen (16) vor dem Mischkopf (8) einer der Komponenten zugemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Micro-Kügelchen (16) in dem Mischkopf (8) gleichzeitig mit den Komponenten zusammengemischt werden.