DE3148164A1 - "thermischer isolator" - Google Patents

"thermischer isolator"

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Description

  • Thermischer Isolator
  • Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolator, der insbesondere für elektrische Kühl- und Gefrierschränke sowie sonstige Kühleinrichtungen geeignet ist.
  • Zu den bisher für die thermische Isolierung verwendeten Materialien gehören einerseits anorganische Materialien, wie beispielsweise Glasfasern, und andererseits organische Materialien, wie verschäumte Kunststoffe. Fiir Kühleinrichtungen und Kühlräume, wie beispielsweise elektrische Kiihlschränke wurde zur thermischen Isolierung ein durch ein Freon-Gas verschäumtes Polyurethan verwendet, das eine Wärmeleitfähigkeit von 0,015 Kcal/mh OC 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 0,013 Kcal/mh OC zu verringern. Da Trichlorfluormethan als Verschäumungsmittei benutzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit des verschäumten Polyurethans iiberdies auch theoretisch auf die Wärmeleitfähigkeit des Verschumungsgases von 0,007 Kcal/mh OC begrenzt.
  • Eine Möglichkeit zur Unterschreitung der vorgenannten Grenze besteht in der Anwendung der Vakuumisolierung, bei welcher zwei Methoden anwendbar sind. Bei der Hochvakuumisolierung wird ein in einem doppelwandigen Behälter, beispielsweise einer Thermosflasche, gebildeter Hohlraum hoch evakuiert.
  • Stattdessen kann der in einem doppelwandigen Behälter liegende Hohlraum auch zunächst mit einem feinteiligen Pulver befüllt und dann evakuiert werden, wobei kein so hohes Vakuum erforderlich ist, wie bei der erstgenannten Methode.
  • Beide Methoden erfordern jedoch die Verwendung eines doppelwandigen Behälters aus starrem, widerstandsfähigem Material, um dem in dessen Inneren erzeugten Vakuum standzuhalten. Die Vakuumisolierung eignet sich daher nicht für Anwendungszwecke, wie elektrische Kühlschränke, bei denen es wesentlich auf die Niedrighaltung der Herstellungskosten und des Gewichts und die Eignung zur Massenproduktion ankommt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen thermischen Isolator vorzuschlagen, der bei einfacher, unaufwendig herzustellender Bauweise die Vorteile der Vakuumisolierung ohne deren bisherige konstruktive Nachteile hietet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist der thermische Isolator erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen verschäumten Kunststoffkörper mit mindestens einer darin eingebetteten Isolierzone aus evakuiertem Isolierpulver.
  • Da auf diese Weise das evakuierte Isolierpulver direkt vom verschäumten Kunststoff umschlossen ist, benötigt es keinen starkwandigen Behälter zum Schutz gegen die Aufhebung des Vakuums.
  • Nach einer bevorzugten Ausfiihrungsform ist das Isolierpulver in einen in den Kunststoffkörper eingebetteten Behälter aus Kunststoffolie oder einer folienartigen Kunststoff-Metall-Kombination eingeschlossen. Der Behälter kann zweckmäßig im wesentlichen flachbeutelförmig ausgebildet und nach dem Befüllen und Evakuieren gasdicht verschlossen sein.
  • Der Kunststoffkörper kann zweckmaßig aus einem mit mindestens einem Fluorchlormethan-Gas, vorzugsweise Trichlorfluormethan und/oder Dichlordifluormethan verschäumten Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan bestehen. Da diese unter der Bezeichnung "Freon" im Handel erhältlichen 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.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Isolators sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des thermischen Isolators unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen thermischen Isolator und Fig. 2 eine graphische Darstellung der Isolierwirkung des erfindungsgemäßen Isolators.
  • Der in Figur 1 dargestellte thermische Isolator besitzt einen verschäumten Kunststoffkörper 4, der auf einer Außenfläche eine widerstandsfähige Außenschicht 5 aus massivem Kunststoff und auf der anderen Außenfläche eine massive Außenschicht 6 aus Metalll)1ech aufweist. In den versch.iumten Kunststoffkörper 4 ist ein beutelartiger Beh!ter 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/u 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 vorzugsweise 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 Molekiildurchmessers 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 halle eines elektrischen Kiihlsc2lrankes besteht <.1 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 Figur 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, so lange diese in den Kunststoffkörper 4 eingebettet sind.
  • Im folgenden werden zwei Beispiele des thermischen Isolators weiter erläutert.
  • Beispiel 1 Ein beutelförmiger Behälter 3 aus PVC-Folie wurde mit einem von der Firma Mitsui Mining &Smelting Co.,Ltd. vertriebenen Perlitpulver zur Vakuumisolation befüllt und dann auf ein Vakuum von 10-2 bis 10 Torr evakuiert. Die so erhaltene, mit evakuiertem Isolierpulver befüllte Isolierschicht hatte eine Dicke von etwa 1 cm und eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,004 Kcal/mh OC. 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 SiEummittel eingegossen um einen die Isolierschicht 1 in enger eriihrung umschließenden Kunststoffkörper 4 zu bilden.
  • Beispiel 2 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 0,015 Kcal/mh OC. Die Wärmeleitfähigkeit des 5 cm starken Isolators (mit einer I cm 0 dicken Isolierschicht 1) betrug etwa 0,01 Kcal/mh C während der 3 cm starke Isolator (mit einer 1 cm starken Isolierschicht 1) eine Wärmeleitfähigkeit von nur etwa 0,008 Kcal/mh OC aufwies.
  • In Fig. 2 ist die Wärmeleitfähigkeit Pt 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 (10)

  1. Pa tentanspriiche Thermischer Isolator, gekennzeichnet durch einen verschäumten Kunststoffkörper (4) mit mindestens einer darin eingebetteten Isolierzone (i) aus evakuiertem Isolierpulver (2).
  2. 2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierpulver (2) in mindestens einem in den Kunststoffkörper (4) eingebetteten, gasdichten Behälter (3) aus Kunststoffolie oder einer folienartigen Kunststoff-Metall-Kombination eingeschlossen ist.
  3. 3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierzone (1) schichtartig ausgebildet ist.
  4. 4. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) im wesentlichen flachbeutelförmig ausgebildet und nach dem Befiillen und Evakuieren gasdicht verschlossen ist.
  5. 5. isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolier)ulver (2) aus im wesentlichen hohlkugelförmigen anorganischen oder kunststoffartigen Teilchen besteht.
  6. 6. Isolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierpulver (2) aus geblähten Perlitteilchen besteht.
  7. 7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) aus verschäumtem Polyurethan besteht.
  8. 8. Isolator nach einem der Anspriiche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) aus mit mindestens einem Pluorchlormethan-Gas (Freon-Gas), vorzugsweise Trichlorfluormethan oder einer Mischung aus Trichlorfluormethan und Dichlordifluormethan verschäumtem Kunststoff besteht.
  9. 9. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (4) platten-, schalen- oder gehäuseförmig ausgebildet ist und die GesamtschichtdiRæ d der darin eingebetteten Isolierzonen (1) mindestens etwa 10 % und vorzugsweise 20 bis 60 % der Wandstärke D beträgt.
  10. 10. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der verschäumte Kunststoffkörper (4) auf mindestens einer Oberfläche eine widerstandsfähige Außenschicht (5, 6) aus massivem Kunststoff oder Metall au fwe i st.
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