DE4325399C2

DE4325399C2 - Verwendung von temperaturdämmenden, plattenförmigen Systemelementen aus einer Mehrscheibenverglasung mit evakuierten Scheibenzwischenräumen zum Aufbau von Kühlräumen und Wärmekammern

Info

Publication number: DE4325399C2
Application number: DE4325399A
Authority: DE
Inventors: Manfred Borens; Regina Scheidler; Roland Leroux
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: DE4325399A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von temperaturdämmenden, plattenför migen Systemelementen zum Aufbau von Kühlräumen, Kühlmöbeln und Wärmekam mern, sowie als Sichtfenster für Geräte mit erhöhter Innentemperatur, be stehend aus einer Mehrscheibenverglasung mit evakuierten Scheibenzwischen räumen und einem vakuumdichten Randverbund.

Immer größere Bedeutung erlangen auch bei Kühlräumen und Kühlmöbeln, aber auch bei Geräten mit erhöhter Innentemperatur, wie z. B. Backöfen Maßnah men zur Verminderung des Energieverbrauches und eine damit verbundene Re duzierung der Schadstoffmission bei der Energieerzeugung. Der gezielte Einsatz umweltgerechter Materialien bei deren Herstellung und damit ver bunden eine problemlose Entsorgung werden ebenfalls immer wichtiger. Kühl geräte z. B. enthalten auch heute üblicherweise noch zur Wärmedämmung z. B. Polyurethan-(PUR)Hartschaumstoffe, die mit FCKW aufgeschäumt werden.

Bei diesen Schaumstoffen hat das in den geschlossenen Zellen befindliche Gas einen wesentlichen Einfluß auf die Schaumstoff- und Wärmedämmeigen schaften. Dies gilt insbesondere für die Wärmeleitfähigkeit, bei der die Alterung infolge Änderung der Gaszusammensetzung mit der Zeit durch Dif fusionsvorgänge eine wesentliche Rolle spielt.

PUR-Hartschaumstoffe erreichen bisher bei Verwendung von FCKW sehr niedri ge Wärmeleitfähigkeiten bei günstigem Alterungsverhalten, da FCKW nur in sehr geringem Ausmaß aus den Zellen ausdiffundiert.

Werden die alten Kühlgeräte aber z. B. in einer Schrottpresse zerquetscht, entweicht das in den Zellen des Isoliermaterials befindliche Gas aus der zerstörten Schaumstruktur und wird in die Atmosphäre freigesetzt.

FCKW-freie Schaumstoffe, hergestellt mit Treibgasen wie CO₂ oder Pentan, oder mit Gasgemischen wie z. B. aus Propan, Butan und Cyclopropan sind in Erprobung, aber ökologisch ebenfalls nicht unproblematisch.

Neuerdings sind auch teilverglaste Kühlmöbel auf dem Markt. So ist aus der EP 0 432 872 A2 eine Türgestaltung für ein Kühlgerät mit einem metalli schen Gehäuserahmen zur Montage in einer Öffnung eines Kühlgerätegehäuses bekannt, mit einer darin angeordneten wärmedämmenden Glastüre, die in An geln drehbar im Gehäuserahmen beweglich ist, wobei diese Türe eine Glasan ordnung mit einer Vielzahl von Glasscheiben aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, mit einer Frontscheibe und einer Rückscheibe, wobei sich ein Abstandhalter zwischen benachbarten Scheiben befindet, der diese Scheiben einmal parallel zueinander mit einem luftgefüllten Zwischenraum hält und zum anderen diesen Zwischenraum gegen die äußeren Umgebungsein flüsse abdichtet, und mit einem weiteren die Glasanordnung außen umfassen den Metallrahmen, um das Gewicht der Glasanordnung abzustützen.

Der Wärmedurchgang durch eine temperaturdämmende Glaseinheit wird charak terisiert durch den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten oder k-Wert, welcher umgekehrt proportional zum Wärmewiderstand R_LK ist. Der k-Wert ist ein Maß für die Wärmemenge, die durch ein Bauteil bei einer Fläche von 1 m² und einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin hindurchgeht. Der Wärme transport durch eine Zweischeiben-Isolierverglasung erfolgt bei Wärmefluß von innen nach außen

a) auf konvektivem Wege von der Raumluft zur inneren Scheibenoberfläche sowie durch langwelligen Strahlungsaustausch zwischen dem Raum und der Scheibenoberfläche
b) durch Leitung durch die innere Scheibe
c) durch langwelligen Strahlungsaustausch zwischen den Scheiben sowie durch Konvektion und Leitung über das Gas im Scheibenzwischenraum
d) durch Leitung durch die äußere Scheibe
e) auf konvektivem Wege von der äußeren Scheibenoberfläche zur Außenluft sowie durch langwelligen Strahlungsaustausch zwischen der Umgebung und der Scheibenoberfläche.

Weiterhin maßgebend sind das Rahmenmaterial, die Scheibendicken und die Fugendurchlässigkeit.

Die DE 36 43 358 A1 legt ein Kühlmöbel mit einer Mehrfachverglasung offen, deren Rand zumindest teilweise mit einer Einfassung versehen ist, wobei die Einfassung durch ein Kunststoffprofil gebildet ist.

Aufgabe dieser Offenlegungsschrift ist, eine Kühlmöbel zu entwickeln, das betriebssicher ist, und bei dem eine Kondenswasser- oder Reifbildung, wie sie bei Metalleinfassungen z. B. nur durch ein elektrische Heizung zu ver hindern ist, ausgeschlossen wird.

Aus dem GM 7706648.9 ist ein durchsichtiges Wärmeschutzelement für Brat öfen, Wärmekammern und dergleichen bekannt, mit mindestens 2 parallel an geordneten Glasscheiben und einem ringsum verlaufenden Randverbinder, der die Glasscheiben miteinander verbindet und in einem vorgegebenen Abstand hält, wobei der Randverbinder ein Abstandsprofil aufweist, daß lediglich zwischen die Scheibenränder gelegt ist, und jede Glasscheibe mittels einer auch unter Hitzeeinfluß elastisch bleibenden Dichtmasse miteinander und mit diesem Abstandsprofil verklebt ist.

Diesem Gebrauchsmuster liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeschutzelement anzugeben, bei dem die Wärmeisolation verbessert und das innenseitige Be schlagen und Verschmutzen verhindert wird. Dabei kann der Innenraum zwi schen den Scheiben mit einem inerten Gas, beispielsweise SF₆ gefüllt sein, das geringere Wärmeleitwerte als Luft hat, was die thermische Isolierwir kung noch steigert.

Aber selbst nach einigen Jahren der Entwicklung gibt es aber noch keine Standardgasfüllung für Isolierglasscheiben.

Es liegt also nahe, die Wärmeleitung im Fensterinnenraum durch Evakuierung zu unterbinden. Allerdings gibt es bei der Realisierung derartiger Systeme bisher entscheidende Probleme:

- Zum einen muß der Druck im Innenraum soweit abgesenkt werden, wie in ei ner Thermosflasche. Wärmeleitung im Gas wird nämlich erst dann unterbun den, wenn die mittlere freie Weglänge l deutlich größer ist, als der Wandabstand d. Da bei Normaldruck in Luft ein l ≈ 70 mm ist, muß der Druck im Fenster mindestens um den Faktor 10⁶, also auch p < 10^-3 mbar reduziert werden. Die Aufrechterhaltung dieses Druckes über Jahre oder der Lebenszeit eines Kühlgerätes ist sicher nur möglich, wenn statt der heute üblichen Randabdichtungen mit organischen Substanzen ein Metall- Glas-Randverbund ober eine Glasrand-"Verschweißung" verwendet wird.

Da bei hochisolierenden Einheiten Temperaturdifferenzen von 60 K und mehr, somit also bei größeren Flächen auch starke mechanische Spannungen auftreten können, sind die Techniken in dieser Fertigung sicher nicht leicht zu beherrschen.

- Zum zweiten lastet auf einem evakuierten Fenster eine Kraft von 10 t/qm. Ohne Abstützung vermag eine größere Glasscheibe derartige Kräfte nicht aufzunehmen. Setzt man aber Stützen in den Raum zwischen den Scheiben, entstehen "Wärmebrücken". Sollen diese zusätzlichen Wärmeleitungsverlu ste, die Strahlungsverluste von 0,1 bis 0,2 W/(m²K) nicht wesentlich übersteigen, muß der Flächenanteil der Stützen mit einer Leitfähigkeit λ = 1 W/(mK) und einer Länge d = 12 mm unter 10^-3 liegen. Soll der Schei benabstand auf d = 2 mm reduziert werden, ist der Flächenanteil mit etwa 1,5 × 10^-4 zu wählen. Der Stützenquerschnitt darf somit nur 1 cm² pro 1 m² Fensterfläche betragen!

Die Probleme der hochvakuumdichten Randversiegelung und der Wärmeverlust armen Stützenkonstruktion sind bis heute nicht ausreichend gelöst.

Aus der DE 36 15 179 A1 ist ein Mehrscheibenisolierglas aus wenigstens zwei parallelen Glasscheiben mit vakuumdichter Randverbindung bekannt, wo bei sich zwischen den Scheiben ein so hohes Vakuum befindet, daß die durch Wärmeleitung übertragene Wärmemenge des Restgases vernachlässigbar klein wird, wobei die Druckkraftaufnahme mit beliebig gestalteten und unbefestig ten, einseitig oder beidseitig befestigten Druckkörpern, die sich verteilt in regelmäßigen Abständen in den evakuierten Räumen zwischen den Scheiben befinden, geschieht, und wobei eine oder mehrere Innenoberflächen der Scheiben ohne oder mit Spezialbeschichtungen schon bekannter Art zur Ver minderung des Strahlungswärmeverlustes versehen sind.

Diese Mehrscheibenisoliergläser sind für Hohl-Glasbausteine und Solarkol lektoren verwendbar.

Die DE 26 11 983 A1 legt die Konstruktion einer Doppelglasisolierscheibe offen, wobei zwischen den beiden Glasscheiben kleine Säulen als Abstands halter in einem engen Raster eingebracht sind, um den Luftdruck abzufan gen, der durch das Vakuum zwischen den beiden Scheiben wirksam ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Verwendung eines ein fachen temperaturdämmenden evakuierten Systemelementes mit sehr niedriger Wärmeleitfähigkeit zum Aufbau von Kühlräumen, Kühlmöbeln und Wärmekammern vorzuschlagen, das ohne Gasfüllung über lange Zeit (Jahre) dem Umgebungs druck standhält und nach seinem Einsatz problemlos ohne Anfall von schäd lichen Bestandteilen entsorgt werden kann.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Verwendung von temperatur dämmenden, plattenförmigen Systemelementen mit niedriger Wärmeleitfähig keit zum Aufbau von Kühlräumen, Kühlmöbeln und Wärmekammern, sowie als Sichtfenster für Geräte mit erhöhter Innentemperatur gelöst, die aus einer Mehrscheibenverglasung mit evakuierten Scheibenzwischenräumen und einem vakuumdichten Randverbund bestehen, wobei sich die den Kräften des Umge bungsdruckes ausgesetzten Glasscheiben mittels auf ihrer Oberfläche ausge bildeter Erhöhungen/Vertiefungen, die linienförmig und/oder punktförmig gestaltet sind, auf mindestens einer zwischen ihnen im evakuierten Schei benzwischenraum angeordneten Platte abstützen.

Wichtig nach der Erfindung ist es dabei, daß die Erhöhungen/Vertiefungen der einen, dem Umgebungsdruck ausgesetzten Scheibe die zwischenliegende Platte immer versetzt zu den Erhöhungen/Vertiefungen der anderen dem Umge bungsdruck ausgesetzten Scheibe treffen.

Dieser Punkt muß dann nicht beachtet werden, wenn temperaturdämmende, plattenförmige Systemelemente zum Aufbau von Kühlräumen und Wärmekammern verwendet werden, bei denen sich die dem Umgebungsdruck ausgesetzten Glas scheiben auf Erhöhungen und Vertiefungen abstützen, die auf der Oberfläche einer zwischen ihnen angeordneten Platte ausgebildet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Innen- und Außenscheibe dann plan und eben ist und daher z. B. leichter gereinigt werden kann.

Die Erhöhungen und Vertiefungen, die nach dieser Variante der Erfindung nur auf der Mittelscheibe ausgebildet sind, sind dabei ebenfalls linien förmig und/oder punktförmig gestaltet.

Die Zwischenplatte besteht nach der Erfindung bevorzugt aus Glas, insbe sondere aus vorgespanntem Glas oder auch aus einem faserverstärkten Glas oder aus einer faserverstärkten Keramik.

Dabei können die Glasscheiben und/oder die Zwischenplatten beschichtet, insbesondere auch verspiegelt sein.

Das nach der vorliegenden Erfindung verwendete Systemelement baut sich da bei so auf, daß die dem Umgebungsdruck ausgesetzten Glasscheiben 1-6 mm, insbesondere 4 mm und die zwischenliegende Platte 0,5-4 mm, insbesondere 3 mm dick sind, wobei der Scheibenzwischenraum zwischen der Glasscheibe und der zwischenliegende Platte 3-25 mm, insbesondere 10 mm beträgt.

In einer günstigen Variante der Erfindung ist eine Durchsicht in den je weils anders temperierten Raum gewährleistet.

Die nachfolgenden Figuren und ein Ausführungsbeispiel sollen die Erfindung weiter verdeutlichen.

Es zeigen

Fig. 1 Ein wärmedämmendes Systemelement zur Verwendung nach der Er findung mit linienförmigen Sicken, in der Aufsicht

Fig. 2 Ein Systemelement zur Verwendung nach der Erfindung mit punktförmigen Sicken, in der Aufsicht.

Fig. 1 zeigt ein Systemelement mit linienförmig gesickten Glasplatten (1) auf Ober- und Unterseite. Diese gesickten Glasplatten (1) werden durch Senken von 4 mm dicken Borosilikatglas-Platten, die z. B. unter dem Waren zeichen Tempax® der Firma Schott marktbekannt sind, hergestellt.

Das Senken kann dabei an Platten der später für den Aufbau des Systemele mentes benötigten Endgröße, oder an größeren Platten, die dann passend ge schnitten werden, erfolgen.

Nach dem Beispiel werden Scheiben mit "Endmaß" zur Ausbildung 10 mm tiefer Sicken linienförmig gesenkt. Das hat den Vorteil, daß dabei gleichzeitig ein vakuumdichter Randverbund (2) durch verlöten oder verschmelzen, z. B. mit Lötglas oder durch eine ultraschallverschweißte Aluminiumfolie er reicht werden kann.

Nach dem Senken können die Platten vorgespannt werden.

Zwischen den beiden linienförmig gesickten Platten (1), wobei der Abstand der Sicken nach dem Beispiel etwa 100 mm beträgt wird dann die 3 mm dic ke, mit Fluor-dotiertem SnO₂ beschichtete Zwischenplatte (4) auf der sich die gesickten Platten (1) abstützen positioniert. Auch eine ITO-Beschich tung oder Metall-Bedampfung auf der Zwischenplatte (4) ist einsetzbar.

Die beiden Platten (1) werden dabei so angeordnet, daß die Sicken die Zwi schenplatte (4) immer versetzt zueinander treffen, um Wärmebrücken zu ver meiden.

Anschließend wird der Randverbund (2) verschmolzen, wobei der Zwischenraum (3) evakuiert wird.

Um eine Wärmeübertragung wirksam zu unterdrücken muß der Restdruck im Scheibenzwischenraum (3) kleiner als 10^-7 bar sein.

Eine Fixierung der Zwischenplatte (4) ist nicht notwendig, kann aber bei Bedarf durch eine vakuumbeständige Verbindung, z. B. mit anorganischen Klebern erfolgen.

In den Zwischenraum können auch Funktionsteile wie Lampen eingebaut wer den. Die Durchführung der elektrischen Zuleitung kann mit den üblichen Glas/Metalldurchführungen verschmolzen werden.

Dieses so hergestellte, plattenförmige Systemelement wird dann zusammen mit mehreren anderen Elementen erfindungsgemäß zum Aufbau eines Kühlraumes verwendet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Systemelementes mit punktförmigen Sicken.

Das hat den Vorteil, daß der Wärmeleitungsquerschnitt weiter verringert wird, da die Kontaktflächen zwischen der punktförmig gesickten Glasschei ben (1) und der Zwischenplatte (4) noch weiter reduziert werden.

Als Zwischenplatte (4) wurde hier z. B. eine vorgespannte, verspiegelte Glasplatte eingesetzt.

Ein solches Systemelement wird z. B. als Sichtfenster für ein Gerät mit erhöhter Innentemperatur verwendet.

Die Vorteile der Verwendung eines Systemelementes nach der Erfindung, zum Aufbau von Kühlräumen, Kühlmöbeln und Wärmekammern, sowie als Sichtfenster für Geräte mit erhöhter Innentemperatur sind:

- eine sehr hohe Wärmedämmung,
- es besteht praktisch nur aus einem Werkstoff,
- es ist umweltfreundlich, da es nicht gasgefüllt ist und ohne Abgabe schädlicher Substanzen entsorgt werden kann,
- eine einfache, stabile Bauweise mit geringem Gewicht aufweist,
- die Elemente vorkonvektionierbar sind, mit einer geringen Zahl an unter schiedlichen Geometrien und Dimensionen, zum variablen Aufbau von Kühl möbeln, Kühlräumen und Wärmekammern unterschiedlichster Größe oder zum Einbau als Sichtfenster in Geräte mit erhöhter Innenraumtemperatur, wie Backöfen o.ä.
- es flexibel gegenüber Belastungen wie z. B. einer Begehbarkeit als Bo denelement durch die Auswahl der Glasdicke und/oder der Anzahl von Sicken pro Flächeneinheit anpaßbar ist.

Claims

1. Verwendung von temperaturdämmenden, plattenförmigen Systemelementen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, bestehend aus einer Mehrscheibenver glasung mit evakuierten Scheibenzwischenräumen und einem vakuumdich ten Randverbund, wobei
sich die den Kräften des Umgebungsdruckes ausgesetzten Glasscheiben mittels auf ihrer Oberfläche ausgebildeter Erhöhungen/Vertiefungen, die linienförmig und/oder punktförmig gestaltet sind,
auf mindestens einer zwischen ihnen im evakuierten Scheibenzwischen raum angeordneten Platte abstützen,
zum Aufbau von Kühlräumen, Kühlmöbeln und Wärmekammern, sowie als Sichtfenster für Geräte mit erhöhter Innentemperatur.

2. Verwendung von temperaturdämmenden, plattenförmigen Systemelementen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, bestehend aus einer Mehrscheibenver glasung mit evakuierten Scheibenzwischenräumen und einem vakuumdichten Randverbund nach Anspruch 1, wobei sich die den Kräften des Umgebungsdruckes ausgesetzten Glasscheiben auf Erhöhungen und Vertiefungen, die auf der Oberfläche einer zwischen ihnen im evakuierten Scheibenzwischenraum angeordneten Platte ausge bildet und die linienförmig und/oder punktförmig gestaltet sind, ab stützen.