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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumisoliermaterial, das als Wärmeisoliermaterial in einer Kühlvorrichtung, in einer Wärmeisolier-Kälteisolier-Vorrichtung, in einem Verkaufsautomaten, in einer elektrischen Wassererhitzungsvorrichtung, in einem Fahrzeug oder in einer Wohnung verwendbar ist.
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Stand der Technik
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Neuerdings sind Energieeinsparungen höchst erwünscht, um eine globale Erwärmung zu verhindern, und Energieeinsparungen bei Haushaltselektrogeräten sind ebenfalls dringend erwünscht. Insbesondere eine Wärmeisolier-Kälteisolier-Vorrichtung, wie z. B. ein Kühlschrank, eine Gefriertruhe oder ein Verkaufsautomat (Warenautomat), macht die Verwendung eines Wärmeisoliermaterials erforderlich, das ein hohes Wärmeisoliervermögen aufweist, das sich in einer wirksamen Ausnutzung der Wärme äußert.
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Als generelle Wärmeisoliermaterialien werden ein Fasermaterial, wie z. B. Glaswolle, und ein Schaum, wie z. B. Urethanschaum, verwendet. Zur Verbesserung der Wärmeisolierleistung dieser Wärmeisoliermaterialien müssen die Wärmeisoliermaterialien jedoch dick gemacht werden. Wenn ein Hohlraum, der mit einem Wärmeisoliermaterial gefüllt werden soll, begrenzt ist und wenn Raumeinsparungen und eine wirksame Raumausnutzung erforderlich sind, kann ein solches Wärmeisoliermaterial nicht verwendet werden.
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Daher wird als Wärmeisoliermaterial ein Vakuumisoliermaterial mit einem hohen Leistungsvermögen vorgeschlagen. Dieses Vakuumisoliermaterial hat eine Struktur, bei der ein Kernmaterial, das als Abstandhalter (Trennelement) fungiert, in ein Gehäusematerial eingeführt wird, das Gassperrschicht-Eigenschaften hat und dessen Innenraum dekomprimiert (evakuiert) und versiegelt ist.
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In der ungeprüften
japanischen Patentpublikation Nr. H7-167376 ist ein Beispiel für konventionelle Vakuumisoliermaterialien beschrieben, bei denen anorganische Fasen als Kernmaterial fungieren, die an den Überkreuzungspunkten durch Komponenten, die aus den Fasern eluiert worden sind, miteinander verbunden sind.
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Wenn die anorganischen Fasern, die durch Komponenten miteinander verbunden sind, die aus den Fasen eluiert wurden, als Kernmaterial verwendet werden, ist die Festigkeit des Kernmaterials gering und die Gestalt (Form) des Kernmaterials kann nicht immer aufrechterhalten werden, wenn das Kernmaterial in das Gehäusematerial eingeführt wird.
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Nachdem das Kernmaterial in das Gehäusematerial eingeführt worden ist und dessen Innenraum dekomprimiert (evakuiert) worden ist, kann die Oberfläche des Vakuumisoliermaterials durch den atmosphärischen Druck verformt werden.
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Zur Gewährleistung der Festigkeit kann ein Bindemittel verwendet werden, es sind jedoch nicht alle Bindemittel vom Umweltstandpunkt und dgl. aus betrachtet geeignet.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Probleme gelöst und es wird ein Vakuumisoliermaterial bereitgestellt, dessen Festigkeit auf umweltfreundliche Weise aufrechterhalten werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumisoliermaterial, das ein Kernmaterial und ein Gehäusematerial, welches das Kernmaterial bedeckt, umfasst und dessen Innenseite dekomprimiert (evakuiert) ist. Das Kernmaterial ist ein Formkörper, der anorganische Fasern enthält. Der Formkörper wird hergestellt unter Verwendung einer Verbindung (Mischung), die mindestens eine wasserlösliche anorganische Verbindung enthält. Die wasserlösliche anorganische Verbindung enthält metallische Elemente und ist bei Raumtemperatur fest.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind außerdem ein Gefrierschrank (Tiefkühltruhe) und eine Kühlvorrichtung, in der eine äußere Box und eine innere Box vorgesehen sind, wobei das Vakuumisoliermaterial in einem Zwischenraum angeordnet ist, der durch die äußere Box und eine innere Box gebildet wird, wobei der Zwischenraum, abgesehen von dem Vakuumisoliermaterial, noch mit einem geschäumten Isoliermaterial gefüllt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Vakuumisoliermaterials gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kühlschranks gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Ein erfindungsgemäßes Vakuumisoliermaterial weist ein Kernmaterial und ein Gehäusematerial, welches das Kernmaterial bedeckt, auf, dessen Innenseite dekomprimiert ist. Bei dem Kernmaterial handelt es sich um einen Formkörper, der anorganische Fasern enthält. Der Formkörper wird hergestellt unter Verwendung einer Verbindung (Mischung), die mindestens eine wasserlösliche anorganische Verbindung enthält. Die wasserlösliche anorganische Verbindung enthält metallische Elemente und ist bei Raumtemperatur fest.
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Als anorganische Fasern, die in dem Kernmaterial verwendet werden, kann ein allgemein bekanntes Material, wie z. B. Glaswolle, Glasfasern, Aluminiumoxid-Fasern, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Fasern, Siliciumdioxid-Fasern oder Steinwolle verwendet werden.
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Der Faserdurchmesser unterliegt keiner speziellen Beschränkung, im Hinblick auf die Wärmeisolier-Eigenschaften, die Handhabungs-Eigenschaften und die Verfügbarkeit liegt er jedoch vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 μm.
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Die Verwendung des Fasermaterials erlaubt die Bildung eines Vakuumisoliermaterials, das leicht formbar ist und eine niedrige Feststoff-Wärmeleitfähigkeit, d. h. eine gute Verformbarkeit und gute Wärmeisolier-Eigenschaften aufweist.
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Durch Verwendung der wasserlöslichen anorganischen Verbindung, die bei Raumtemperatur fest ist, können die Fasern durch Komponenten, die aus ihnen eluiert werden, miteinander verbunden werden, und die Fasern können miteinander verbunden werden durch Abscheidung des Feststoffes aus der wasserlöslichen anorganischen Verbindung auf den Fasern. Dadurch wird die Festigkeit des Kernmaterials stark erhöht. Die Glätte (Ebenheit) der Oberfläche des Vakuumisoliermaterials wird ebenfalls verbessert. Wenn eine schwerschmelzbare anorganische Verbindung in Wasser verwendet wird, stört derzeit die schwerschmelzbare Verbindung das Verbinden der Fasern miteinander durch die Komponenten, die aus den Fasern eluiert werden, wodurch die Festigkeit des Kernmaterials verringert wird.
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Die wasserlösliche anorganische Verbindung enthält vorzugsweise Metallelemente, ist nicht polymerisiert und weist gute Ionenbindungseigenschaften auf.
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Wenn die wasserlösliche anorganische Verbindung polymerisiert ist, nimmt die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit der anorganischen Verbindung zu und die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit in dem gesamten Kernmaterial kann zunehmen.
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Da die anorganische Verbindung verwendet wird, ist die Menge an gebildetem Gas gering und die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumisoliermaterials ist kaum einem von der Zeit abhängigen nachteiligen Einfluss unterworfen.
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Die wasserlösliche anorganische Verbindung unterliegt keiner speziellen Beschränkung, sofern sie die oben genannte Bedingung erfüllt. Vorzugsweise handelt es sich bei der wasserlöslichen anorganischen Verbindung um Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumsulfat, Natriumcarbonat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Alaun, Magnesiumsulfat oder Aluminiumsulfat. Unter diesen Materialien ist das Material mit einer geringen Hygroskopizität besonders bevorzugt.
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Wenn die Hygroskopizität hoch ist, kann die anorganische Verbindung, die auf der Faser nach dem Formen des Kernmaterials abgeschieden wird, Feuchtigkeit absorbieren, wodurch die Bindung schwach wird und die Festigkeit des Kernmaterials kann abnehmen. Selbst wenn das Kernmaterial in das Gehäusematerial eingeführt wird und das darin enthaltene Gas abgezogen wird unter Bildung eines Vakuums, kann das Kernmaterial in dem Gehäusematerial Feuchtigkeit freisetzen und das Wärmeisoliervermögen des Wärmeisoliermaterials kann schlechter werden.
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Zur Herstellung des Kernmaterials kann eine Art dieser wasserlöslichere anorganischen Verbindung verwendet werden, es können aber auch zwei oder mehr Arten derselben miteinander gemischt werden, andere anorganische Verbindungen können miteinander gemischt werden oder die Verbindungen können verdünnt werden. Zu diesem Zeitpunkt haften die anorganischen Verbindungen vorzugsweise so fest an dem Kernmaterial, dass das Gewicht der anorganischen Verbindungen zwischen 0,5 und 20 Gew.-% liegt.
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Wenn die Menge der anorganischen Verbindung gering ist, wird auch der Effekt der Erhöhung der Festigkeit des Kernmaterials gering.
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Wenn die Menge der anorganischen Verbindung groß ist, kann die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit zunehmen und das Wärmeisoliervermögen des Vakuumisoliermaterials kann unter einen nachteiligen Einfluss kommen.
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Die Art der Haftung (Bindung) der wasserlöslichen anorganischen Verbindung an dem Kernmaterial unterliegt keiner speziellen Beschränkung, in der Regel wird jedoch eine wässrige Lösung der anorganischen Verbindung aufgebracht oder aufgesprüht, um daran zu haften. Wenn eine wässrige Lösung der anorganischen Verbindung zum Formen des Kernmaterials verwendet wird, unterliegt die Menge des Lösungsmittels keiner speziellen Beschränkung, die anorganische Verbindung muss jedoch als gelöster Stoff gelöst vorliegen.
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Vorzugsweise wird das Kernmaterial so geformt, dass seine Dichte zwischen 100 und 400 kg/m3 liegt. Wenn die Dichte weniger als 100 kg/m3 beträgt, kann die Form des Formkörpers kaum aufrechterhalten werden. Wenn die Dichte mehr als 400 kg/m3 beträgt, nimmt die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit zu und das Wärmeisoliervermögen des Vakuumisoliermaterials wird schlechter.
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Die Dichte kann in dem Kernmaterial ungleichförmig sein.
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Als Gehäusematerial kann ein allgemein bekanntes Material verwendet werden.
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Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit des Wärmeisolierkörpers kann ein Einfangmaterial, wie z. B. ein Gasabsorbens oder ein Feuchtigkeits-Absorbens, verwendet werden.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisoliermaterials wird zuerst ein Gehäusematerial hergestellt, dann wird ein Kernmaterial in das Gehäusematerial eingeführt und das Innere des Gehäusematerials wird dekomprimiert und versiegelt.
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Bei einem anderen Herstellungsverfahren für ein Vakuumisoliermaterial werden ein Kernmaterial und ein Gehäusematerial, das aus einem walzenartigen oder bogenartigen Laminatfilm besteht, in einem Dekompressionstank so angeordnet, dass das walzenartige oder bogenförmige Gehäusematerial entlang des Kernmaterials anliegt, und dann wird das Gehäusematerial thermisch gebunden.
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Bei noch einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisoliermaterials wird das Innere eines Gehäusematerials, in das ein Kernmaterial eingeführt worden ist, direkt dekomprimiert und die Öffnung des Gehäusematerials wird versiegelt.
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Bei noch einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Vakuumisoliermaterials wird ein brettartiges Kernmaterial in einen aus einer Metallplatte geformten Behälter eingeführt, es wird eine Vakuumpumpe an den Metallbehälter mittels einer Rohrleitung angeschlossen, um das Innere des Behälters zu dekomprimieren (unter Vakuum zu setzen) und dann wird die Rohrleitung versiegelt und abgeschnitten.
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Das Vakuumisoliermaterial kann nach irgendeinem der vorgenannten Verfahren hergestellt werden und unterliegt keiner speziellen Beschränkung.
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Das Kernmaterial kann vor dem Einführen in das Gehäusematerial getrocknet werden oder das Kernmaterial kann zusammen mit einem Absorbens in das Gehäusematerial eingeführt werden.
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In dem erfindungsgemäßen Vakuumisoliermaterial beträgt die Löslichkeit der verwendeten wasserlöslichen anorganischen Verbindung 1 g oder mehr pro 100 g Wasser.
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Die Fasern können somit auf zuverlässige Weise miteinander verbunden werden.
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Die Löslichkeit des erfindungsgemäßen Vakuumisoliermaterials ist ein Wert, der festgesetzt wird unter der Bedingung, dass die Temperatur 25°C beträgt. Wenn die Löslichkeit weniger als 1 g pro 100 g Wasser beträgt, muss der Wassergehalt erhöht werden für die Verwendung der anorganischen Verbindung in einem gelösten Zustand. Als Folge davon ist der Wassergehalt zu hoch, wodurch der Beschichtungswirkungsgrad vermindert wird.
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Wenn die Fasern mit der anorganischen Verbindung in einer Konzentration bedeckt werden, bei der die anorganische Verbindung nicht vollständig aufgelöst ist, kann der Feststoff (Rückstand) aus der anorganischen Verbindung, der ungelöst bleibt, die Bindung der Fasern durch die Komponente, die aus ihnen eluiert worden ist, stören, wodurch die Festigkeit des Kernmaterials herabgesetzt wird. Unter Berücksichtigung dieser Punkte ist es bevorzugt, dass die Sättigungs-Konzentration als Obergrenze für den Löslichkeitsbereich angegeben wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vakuumisoliermaterial liegt der pH-Wert, der erhalten wird, wenn 1 g einer wasserlöslichen anorganischen Verbindung in 100 g Wasser gelöst wird, zwischen 2 und 10. Die Temperatur liegt in diesem Fall zwischen 15 und 30°C. Wenn der pH-Wert unter 2 liegt, d. h., wenn die wässrige Lösung stark sauer ist, können die Handhabungs-Eigenschaften schlecht sein oder die Vorrichtung wird bei der Herstellung des Kernmaterials beschädigt. Deshalb ist das Formen in der Praxis schwierig.
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Wenn der pH-Wert über 10 liegt, können die anorganischen Fasern erodieren. Die Erosion kann bewirken, dass das Kernmaterial zerknittert wird oder die erodierten Fasern können durch Oberflächenkontakt miteinander verbunden sein und auf diese Weise kann die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit signifikant schlechter werden.
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Der pH-Wert liegt vorzugsweise zwischen 2 und 10 und besonders bevorzugt zwischen 3 und 9.
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In dem erfindungsgemäßen Vakuumisoliermaterial enthalten die metallischen Elemente, die in der verwendeten wasserlöslichen anorganischen Verbindung enthalten sind, mindestens ein Alkalimetall. Der Gehalt an Alkalimetall ermöglicht es, die Elution aus den anorganischen Fasern zu fördern, und dadurch wird die Bindung der Fasern verfestigt, sodass die Festigkeit des Kernmaterials zunimmt.
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Als wasserlösliche anorganische Verbindung, die ein Alkalimetall enthält, wird Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid, Natriumsulfat, Natriumcarbonat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat oder Kaliumalaun verwendet.
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Bevorzugt sind insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Kaliumalaun (Kalialaun). Diese Verbindungen werden als Lebensmittel und als Düngemittel verwendet und sie erlauben die sichere und umweltfreundliche Herstellung eines Kernmaterials.
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Selbst wenn die wasserlösliche anorganische Verbindung bei der Herstellung oder Verschrottung (Zerbrechen) des Kernmaterials umherfliegt, wird der menschliche Körper oder die Umwelt durch diese Verbindung kaum beeinflusst und sie ist daher sicher.
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Ein Gefrierschrank (Tiefkühltruhe) und eine Kühlvorrichtung können hergestellt werden, indem man eine äußere Box und eine innere Box vorsieht, das Vakuumisoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zwischenraum, der durch die äußere Box und die innere Box gebildet wird, anordnet und den Zwischenraum, abgesehen von dem Vakuumisoliermaterial, noch mit einem geschäumten Isoliermaterial füllt.
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Wenn beispielsweise das Vakuumisoliermaterial auf einen Kühlschrank angewendet wird, so haftet das Vakuumisoliermaterial an der Außenseite der Box oder der Innenseite der Box des Zwischenraums zwischen der äußeren Box und der inneren Box des Kühlschranks und in den übrigen Hohlraum wird ein Harzschaum eingefüllt. Außerdem ist ein Isolierkörper, der durch einheitliche Verschäumung eines Vakuumisolierkörpers und eines geschäumten Harzkörpers gebildet worden ist, in dem Zwischenraum zwischen der äußeren Box und der inneren Box des Kühlschranks angeordnet.
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Zusätzlich kann das Vakuumisoliermaterial in gleicher Weise in einem Türabschnitt oder in einer Trennplatte verwendet werden, wobei dieses Material keiner speziellen Beschränkung unterlegt, sondern in einem breiten Bereich verwendet werden kann. Wenn das Vakuumisoliermaterial zwischen einem Maschinen-Hohlraum und der inneren Box oder um die Kältekammer herum verwendet wird, erhält man insbesondere einen Kühlschrank mit einem hohen Wärmeisolierwirkungsgrad und dieser kann mit wenig elektrischer Energie betrieben werden. Der Harzschaum kann beispielsweise aus einem starren Urethanschaum, Phenolschaum oder Styrolschaum bestehen, er ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.
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Ein Kühlmittel, das in einem Kälteschrank (Tiefkühltruhe) und in einer Kühlvorrichtung verwendet wird, kann aus Flon 134a, Isobutan, n-Butan, Propan, Ammoniak oder Kohlenoxid bestehen, es ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Der Gefrierschrank (die Tiefkühltruhe) und die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind Beispiele für Vorrichtungen, die eine Wärmeisolierung innerhalb eines Betriebstemperaturbereiches, z. B. von –30°C bis Raumtemperatur, erfordern und die in einem Kühlschrank oder Gefrierschrank mit einer elektronischen Kühlfunktion verwendet werden können.
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Die Kühlvorrichtung umfasst einen Verkaufsautomaten (Warenautomaten) oder dgl., in dem eine Wärme-Kälte-Isolierung in einem Bereich bis zu einer höheren Temperatur angewendet wird.
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Die Kühlvorrichtung umfasst außerdem ein Gasgerät oder eine Kühlbox, die keinen elektrischen Strom (Energie) benötigt.
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Außerdem kann das Vakuumisoliermaterial in einem Computer (PC), in einem Glasgefäß oder in einem Reiskochtopf verwendet werden.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen stellen schematische Diagramme dar, bei denen nicht jede Position dimensionsmäßig korrekt dargestellt ist.
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Unter Raumtemperatur ist erfindungsgemäß eine Temperatur zwischen 15 und 30°C zu verstehen.
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Erste beispielhafte Ausführungsform
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Wie in der 1 dargestellt, wird ein Vakuumisoliermaterial 1 geformt durch Einführen eines Kernmaterials 2 in ein Gehäusematerial 3 und Dekomprimieren und Versiegeln des Innern des Gehäusematerials. Das Kernmaterial 2 wird hergestellt aus einer anorganischen Verbindung 5 und einem Produkt, das durch Aufeinanderlaminieren und Formen von Glaswolle 4 hergestellt worden ist, deren durchschnittlicher Faserdurchmesser 5 μm beträgt, zur Bildung einer vorgegebenen Gestalt.
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Als anorganische Verbindung
5 wird Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumbromid, Natriumsulfat, Kaliumalaun oder Aluminiumsulfat verwendet. Untersuchungsergebnisse in Bezug auf die jeweiligen Elemente sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
| Beispiele | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| anorganische Verbindungen | Natriumchlorid | Kaliumchlorid | Natriumbromid | Natriumsulfat | Kaliumalaun | Aluminiumsulfat |
| wässrige Lösungen (pH-Wert) | 6,49 | 6,85 | 6,82 | 7,33 | 3,33 | 3,82 |
| Festigkeiten (MPa) | 0,09 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 0,08 | 0,06 |
| Wärmeleitfähigkeiten (W/m K) | 0,0023 | 0,0022 | 0,0023 | 0,0022 | 0,0022 | 0,0023 |
| Verformung oder dgl. | keine | keine | keine | keine | keine | keine |
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Der pH-Wert jeder wässrigen Lösung wird wie nachstehend angegeben bestimmt. Drei Gew.-Teile der anorganischen Verbindung auf 100 Gew.-Teile Glaswolle 4 werden in 300 Gew.-Teilen Wasser gelöst. Der pH-Wert von 303 Gew.-Teilen einer wässrigen Lösung der anorganischen Verbindung wird bestimmt.
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Die wässrige Lösung wird auf beide Oberflächen eines Formkörpers aus Glaswolle 4 mittels einer Sprüh-Einrichtung aufgesprüht, dann wird der Formkörper 20 min lang bei 400°C in einem Heißluft-Umwälzofen gepresst, wobei man ein Kernmaterial 2 mit einer Dicke von 15 mm und einer Dichte von 200 kg/m3 erhält.
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Die Festigkeit des Kernmaterials 2 wird unter einem Kompressionsdruck mit einer Verformung von 10% gemessen.
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Jede anorganische Verbindung führt zu keinen Problemen bei der Herstellung eines Vakuumisoliermaterials.
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Ein Gehäusematerial 3 wird erhalten durch Formen von zwei Laminatfilmen in Form eines Beutels mit einer dreiseitigen Versiegelung. Die beiden Laminatfilme werden wie nachstehend angegeben hergestellt.
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Einer der Laminatfilme wird aus den folgenden Elementen hergestellt:
ein 50 μm dicker Film aus einem linearen Polyethylen mit niedriger Dichte (nachstehend als ”LLDPE” bezeichnet) als thermische Bindungsschicht;
ein Film, der als Gassperrschicht erhalten worden ist durch Bildung einer 500 Å dicken Aluminiumabscheidung auf einem Ethylen/Polyvinylalkohol-Copolymerfilm mit einer Dicke von 15 μm (nachstehend als ”EVOH” bezeichnet); und
ein Film, der hergestellt worden ist durch Bildung einer 500 Å dicken Aluminiumabscheidung auf einem Polyethylenterephthalatfilm mit einer Dicke von 12 μm (nachstehend als ”PET” bezeichnet).
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Die Oberflächen mit der Aluminumablagerung werden aneinander befestigt. Das LLDPE der thermischen Bindungsschicht und das EVOH der Gassperrschicht werden getrocknet und auflaminiert.
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Der andere der Laminatfilme wird aus den folgenden Elementen hergestellt:
eine 50 μm dicke Schicht aus LLDPE als thermische Bindungsschicht;
eine 6 μm dicke Aluminiumfolie als Gassperrschicht, die auf dem LLDPE angeordnet wird;
ein 12 μm dicker Polyamidfilm als Schutzschicht; und
ein 12 μm dicker Polyamidfilm als äußerste Schicht.
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Jedes Vakuumisoliermaterial 1 wird hergestellt durch Trocknen jedes Kernmaterials 2 für 1 h bei 140°C in einem Trocknungsofen, Einführen des getrockneten Kernmaterials 2 in ein Gehäusematerial 3, Dekomprimieren des Innenraums des Gehäusematerials 3 bis auf 3 Pa und Versiegeln des Innenraums. Durch Messung bei einer Durchschnittstemperatur von 24°C wird die Wärmeleitfähigkeit des hergestellten Vakuumisoliermaterials 1 bestimmt, die in einem Bereich von 0,0022 bis 0,0023 W/mK liegt. Das heißt mit anderen Worten, das Vakuumisoliermaterial, das eine anorganische Verbindung enthält, weist eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf.
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Nach der Herstellung des Vakuumisoliermaterials wird die wasserlösliche Komponente, die in dem Kernmaterial 2? verwendet wird, analysiert. Das Analysenverfahren wird nachstehend beschrieben.
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Ein Teil jedes Kernmaterials 2 wird als Probe entnommen, zu kleinen Stücken zerkleinert und als Prüfkörper verwendet. Es werden 200 ml reines Wasser zu 5 g des Prüfkörpers zugegeben, schwach geschüttelt und durchmischt und es wird ein Bindemittel eluiert in einem Ultraschallbad für 15 min und die eluierte Flüssigkeit wird filtriert. Das Filtrat wird erhitzt und getrocknet, um die Feuchtigkeit zu verdampfen, und man erhält eine wasserlösliche Feststoff-Komponente, die in dem Kernmaterial 2 verwendet wird. Danach wird eine Elementaranalyse der erhaltenen Komponente unter Anwendung eines XMA-Verfahrens oder dgl. durchgeführt, wobei sich zeigt, dass die erhaltene Komponente die gleiche Komponente ist wie die Komponente, die als wässrige Lösung aufgesprüht wurde.
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Nach diesem Verfahren wird die wasserlösliche anorganische Verbindung bestimmt. Dieses Verfahren kann entweder auf ein Kernmaterial vor der Herstellung des Vakuumisoliermaterials oder auf ein Kernmaterial, das durch Zerlegung des Vakuumisoliermaterials nach der Herstellung extrahiert worden ist, angewendet werden. Dieses Analysenverfahren ist nur ein Beispiel. Das Analysenverfahren für ein Vakuumisoliermaterial unterliegt keiner speziellen Beschränkung, wenn es das Material anzeigt.
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Wenn die erhaltenen 1 g Natriumchlorid in 100 g Wasser gelöst werden und der pH-Wert der Lösung bestimmt wird, beträgt der pH 6,51.
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Auf diese Weise kann der pH-Wert der wässrigen Lösung der verwendeten anorganischen Verbindung auch aus dem Kernmaterial bestimmt werden, das durch Zerlegung des Vakuumisoliermaterials nach der Herstellung extrahiert worden ist.
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Vergleichsbeispiel
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Die erste beispielhafte Ausführungsform wird wiederholt mit der Ausnahme, dass Natriumhydroxid und Calciumcarbonat als anorganische Verbindung 5 verwendet werden, und mit der Ausnahme, dass keine anorganische Verbindung, sondern nur Wasser verwendet wird als wasserlösliche Komponente.
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Die weitere beispielhafte Ausführungsform ist ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform und die Messung wird in entsprechender Weise wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben durchgeführt. Die jeweiligen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
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Der pH-Wert der wässrigen Natriumhydroxid-Lösung beträgt 13,47 und das Calciumcarbonat ist in Wasser nicht löslich und löst sich in Wasser kaum.
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Bei Verwendung von Natriumhydroxid werden die Fasern erodiert durch Erhöhung des pH-Wertes der wässrigen Lösung, wodurch sie wie ein Oberflächenkontakt miteinander verbunden werden.
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Als Ergebnis wird die Feststoff-Wärmeleitfähigkeit höher als bei der ersten beispiel haften Ausführungsform und die Wärmeleitfähigkeit wird dadurch schlechter.
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Im Falle der Verwendung von Calciumcarbonat und im Falle der Verwendung von Wasser allein sind die Festigkeiten gering und das Kernmaterial kann leicht verformt werden oder brechen, wenn es in das Gehäusematerial eingeführt wird. Außerdem werden die zurückspringenden (ausgesparten) Teile auf der Oberfläche des Vakuumisoliermaterials gut sichtbar. Tabelle 2
| Beispiele | 1 | 2 | 3 |
| anorganische Verbindungen | Natriumhydroxid | Calciumcarbonat | nur Wasser |
| wässrige Lösungen (pH-Wert) | 13,47 | 8,91 | 7,5 |
| Festigkeiten (MPa) | 0,10 | 0,02 | 0,03 |
| Wärmeleitfähigkeiten (W/mK) | 0,0033 | 0,0025 | 0,0023 |
| Verformung oder dgl. | nicht vorhanden | vorhanden | vorhanden |
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Zweite beispielhafte Ausführungsform
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Eine zweite beispielhafte Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
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Ein Kühlschrank 6 weist ein Vakuumisoliermaterial 1 auf, das die gleiche Struktur hat wie die erste beispielhafte Ausführungsform in der Wand des Wärmeisoliergehäuses 7.
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Ein Wärmeisoliergehäuse 7 wird mit einem Flansch hergestellt aus einer äußeren Box 8, die durch Pressformen einer Eisenplatte hergestellt worden ist, und einer inneren Box 9, die durch Vakuumformen eines ABS-Harzes hergestellt worden ist.
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Das Vakuumisoliermaterial 1 wird vorher in der Wand des Wärmeisoliergehäuses 7 angeordnet und der Hohlraum wird, abgesehen von dem Vakuumisoliermaterial 1, wird dann ausgeschäumt und gefüllt mit einem starren Urethanschaum 10. Als Schaumbildner für den starren Urethanschaum 10 wird Cyclopentan verwendet.
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Ein Wärmeisoliergehäuse 7 wird durch eine Trennwand 12 unterteilt, wobei der obere Teil als Kühlkammer 13 verwendet wird und der untere Teil als Gefrierkammer 14 verwendet wird. An der Trennwand 12 ist eine Regelklappe 15 befestigt.
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In dem Kühlschrank sind ein Verdampfer 16, ein Kompressor 17, ein Kondensator 18 und ein Kapillarrohr 19 aufeinanderfolgend ringförmig miteinander verbunden zur Bildung eines Gefrierzyklus. Isobutan wird als Kühlmittel in den Gefrierzyklus eingefüllt. Die Verdampfer 16 können an zwei Stellen vorgesehen sein, nämlich in der Kühlkammer 13 und in der Gefrierkammer 14, und sie können in Reihe oder parallel miteinander verbunden sein zur Bildung eines Einfrierzyklus.
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An dem Kühlschrank 6 ist ein Türkörper 11 befestigt.
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In dem Türkörper 11 ist ein Vakuumisoliermaterial 1 angeordnet und der Zwischenraum ist, abgesehen von dem Vakuumisoliermaterial, ausgeschäumt und gefüllt mit einem starren Urethanschaum 10.
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Der Energieverbrauch eines Kühlschranks mit diesem Aufbau ist, wie bestimmt wurde, um 25% niedriger als derjenige eines Kühlschranks, der kein Vakuumisoliermaterial aufweist, sodass ein beträchtlicher Wärmeisoliereffekt erzielt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Vakuumisoliermaterial, das ein Kernmaterial und ein das Kernmaterial bedeckendes Gehäusematerial aufweist und das im Innern dekomprimiert (evakuiert) ist. Das Kernmaterial ist ein Formkörper, der anorganische Fasern enthält. Der Formkörper wird geformt unter Verwendung einer Verbindung (Mischung), die mindestens eine wasserlösliche anorganische Verbindung enthält. Die wasserlösliche anorganische Verbindung enthält metallische Elemente und ist bei Raumtemperatur fest.
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Das die wasserlösliche anorganische Verbindung, die metallische Elemente enthält und bei Raumtemperatur fest ist, verwendet wird, können die Fasern durch Komponenten, die daraus eluiert werden, miteinander verbunden sein und die Fasern können durch Abscheidung eines Feststoffes auf den Fasern miteinander verbunden sein. Die Festigkeit des Kernmaterials ist daher stark erhöht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumisoliermaterial, in dem die Festigkeit des Kernmaterials stark erhöht ist. Das Vakuumisoliermaterial kann in breitem Umfang angewendet werden auf den technischen Gebieten einer Vorrichtung, einer Fabrikanlage oder eines Gebäudes, die ein Vakuumisoliermaterial benötigen, beispielsweise in einem Kühlschrank, in einer Wärmeisolier-Kälteisolier-Vorrichtung, einem Verkaufsautomaten, einer elektrischen Wassererhitzungs-Einrichtung, einem Fahrzeug oder in einer Wohnung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuumisoliermaterial
- 2
- Kernmaterial
- 3
- Gehäusematerial
- 4
- Glaswolle
- 5
- anorganische Verbindung
- 6
- Kühlschrank
- 8
- äußere Box
- 9
- innere Box
- 10
- starrer Urethanschaum
- 11
- Türkörper
- 12
- Trennplatte
- 13
- Kühlkammer
- 14
- Gefrierkammer
- 15
- Regelklappe
- 16
- Verdampfer
- 17
- Kompressor
- 18
- Kondensator
- 19
- Kapillarrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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