DE69422185T2

DE69422185T2 - Wärmedämmplatte und wärmeisolierungsverfahren unter verwendung derselben

Info

Publication number: DE69422185T2
Application number: DE69422185T
Authority: DE
Inventors: Masami Kujirai; Yukio Kujirai; Yumiko Kujirai
Original assignee: SEKUTO KAGAKU WARABI KK
Current assignee: Suikoh Topline Co Ltd Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2014-09-03
Also published as: WO1995006957A1; US5762131A; KR960705172A; EP0719976B1; CN1130440A; CN1130421A; US5744225A; CN1038780C; KR100353427B1; EP0716444A1; EP0719976A1; AU7546994A; CN1050447C; AU691133B2; RU2129246C1; EP0716444A4; KR100340257B1; AU691517B2; AU7546894A; DE69422185D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine neue Wärmedämmplatte oder noch konkreter eine neue Wärmedämmplatte auf der Grundlage einer neuen Wärmedämmtheorie unter Ausnutzung eines Wärmegradienten sowie ein Verfahren zur Wärmedämmung, in dem sie verwendet wird.

Stand der Technik

In geschlossenen Räumen wie beispielsweise Gebäuden oder Behältern ist die Verwendung von verschiedenen Arten anorganischer oder organischer Wärmedämmaterialien zur Abschirmung gegen den Wärmetransport von innen nach außen oder von außen nach innen gebräuchlich.
Anorganische Wärmedämmaterialien umfassen beispielsweise glasartige Wärmedämmaterialien wie Glasfasern und Schaumglas, Wärmedämmaterialien auf Mineralbasis wie Asbest, Mineralwolle, Perlit und Vermikulit, Wärmedämmaterialien auf Keramikbasis wie poröses Siliciumdioxid, poröses Aluminiumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid und Schamottsteine, kohlenstoffhaltige Wärmedämmaterialien wie Graphit und Kohlefasern usw., wohingegen organische Wärmedämmaterialien geschäumte Kunststoffe wie geschäumte Polyethylene, geschäumte Polystyrole und geschäumte Polyurethane, Wärmedämmaterialien auf der Grundlage von natürlichen Materialien wie Holzplatten, Kork und Pflanzenfasern usw. umfassen.
Abgesehen davon sind auch Wärmedämmaterialien mit Luftschicht bekannt, bei denen die niedrige Wärmeleitfähigkeit von Gasen wie Luft genutzt wird. Diese sind in Aluminium, Papier oder Kunststoff eingeschlossen.
Diese Wärmedämmaterialien dienen zur Verhinderung des Wärmetransports durch Verwendung eines Materials, das selber eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, oder zur Verhinderung der Wärmebewegung durch den Einschluß einer Substanz mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Gase, in Poren oder Zwischenräume.
Es ist auch bekannt, daß im allgemeinen der Wirkungsgrad der Wärmedämmung eines porösen Wärmedämmaterials verbessert werden kann, wenn die Anzahl der Poren oder Zwischenräume zur Erniedrigung der Dichte erhöht wird, was eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit zur Folge hat, wobei aber eine zu starke Erniedrigung der Dichte eine Abnahme der mechanischen Festigkeit und einen stärkeren Wärmetransport aufgrund der durch die Temperaturerhöhung hervorgerufenen Konvektion des Gases zur Folge hat, so daß das Konzept, nach dem die Anzahl der Poren oder Zwischenräume erhöht wird, inhärenten Beschränkungen unterliegt.
Dagegen ist der Gedanke richtig, die Wirkung der Wärmedämmung dadurch zu verstärken, indem die Dicke des Wärmedämmaterials erhöht wird, was jedoch unter praktischen Gesichtspunkten mit Nachteilen verbunden ist, nämlich beispielsweise höheren Kosten, weil das Wärmedämmaterial in größerer Menge verwendet, und das zur Wärmedämmung erforderliche Volumen größer wird usw.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines von herkömmlichen Wärmedämmaterialien völlig verschiedenen Wärmedämmaterials durch Verwendung eines Materials mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder durch Verwendung eines porösen Materials mit verminderter Wärmeleitfähigkeit aufgrund des Einschlusses eines Gases wie Luft, und zwar auf der Grundlage eines neuen Prinzips, nach dem ein Wärmegradient von der zur Seite mit niedriger Temperatur hin ausgerichteten Oberfläche zu der zur Seite mit hoher Temperatur hin ausgerichteten Oberfläche zur Verhinderung des Wärmetransports gebildet wird, sowie eines Verfahrens zur Wärmedämmung unter dessen Anwendung.
Die Erfinder haben die Mechanismen des Wärmetransports von einer Zone mit hoher Temperatur zu einer Zone mit niedriger Temperatur durch eine Wärmedämmplatte, die zwischen der Zone mit hoher Temperatur und der Zone mit niedriger Temperatur angeordnet ist, untersucht, und zwar mit den nachstehend angegebenen Befunden als Ergebnis.
Wenn Wärme durch Strahlung oder Konvektion zur Oberfläche einer zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichteten Wärmedämmplatte transportiert wird, wird die Wärme von der Oberfläche, die zu der Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, durch Leitung zur Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, transportiert. Durch Kontaktieren mit einem Fluid mit niedriger Temperatur an der Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, wird die Wärme in das Fluid mit niedriger Temperatur transportiert.
Die Temperatur der Wärmedämmplatte, die in Kontakt mit diesem Fluid mit niedriger Temperatur steht, nimmt rascher oder langsamer ab, je nachdem ob das gesamte Wärmevolumen des Materials, welches die Wärmedämmplatte bildet, größer oder kleiner ist.
Wenn daher eine Schicht, deren gesamtes Wärmevolumen groß ist, auf der Oberfläche der Wärmedämmplatte, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, vorgesehen wird, bildet sich in dieser Schicht hinsichtlich der Wärme, die von dem Wärmedämmkörper transportiert wird, und der Wärme, die durch das Fluid mit niedriger Temperatur abgeführt wird, ein Gleichgewichtszustand aus, so daß unter der Voraussetzung, daß die durch Konvektion abgeführte Wärme sich nicht verändert, die Temperatur der Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, im Vergleich mit der ursprünglichen Wärmedämmplatte immer noch höher ist, so daß der Wärmetransport durch die Wärmedämmplatte von der Oberfläche, die zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, verhindert wird.
Die nachstehenden numerischen Gleichungen beschreiben den Zustand dieses Wärmeflusses.
q = α1(Tr - T&sub1;) (I)
= λ/L(T&sub1; - T&sub2;) (I')
= α&sub0; (T&sub2; - T&sub0;) (I")
Hierin bedeutet q den Wärmefluß, α&sub1; den Wärmetransportkoeffizienten des Fluids in der Zone mit hoher Temperatur, α&sub0; den Wärmetransportkoeffizienten des Fluids in der Zone mit niedriger Temperatur, Tr die Temperatur des Fluids in der Zone mit hoher Temperatur, T&sub1; die Temperatur der Oberfläche der Wärmedämmplatte, die zur Zone mit hoher Tempera tur hin ausgerichtet ist, T&sub2; die Temperatur der Oberfläche der Wärmedämmplatte, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, T&sub0; die Temperatur des Fluids, das zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, λ die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmplatte und L die Dicke der Wärmedämmplatte.
Diese Gleichung zeigt, daß die Wärme von dem Fluid in der Zone mit hoher Temperatur zur Oberfläche der Wärmedämmplatte, die zur Seite mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, strömt, durch Leitung durch das Innere der Wärmedämmplatte strömt und von der Oberfläche der Wärmedämmplatte, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, zu dem Fluid in der Zone mit niedriger Temperatur strömt.
Ferner wird ein Körper einem Wärmetransport durch einfallendes Sonnenlicht, sekundär erzeugtes Licht im fernen Infrarotbereich und dgl. ausgesetzt, so daß auch die Auswirkungen dieser Wärmestrahlungen untersucht werden müssen. Wenn eine Wärmedämmplatte, die zwischen der Zone mit hoher Temperatur und der Zone mit niedriger Temperatur angeordnet ist, Wärmestrahlung empfängt, absorbiert die Wärmedämmplatte die Wärmestrahlung, so daß die Temperatur des gesamten Körpers steigt. Während die Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, aufgrund des andauernden Kontaktes mit dem Fluid mit niedriger Temperatur bei der niedrigen Temperatur gehalten wird, bleibt die Temperatur im Inneren, beispielsweise des Bereichs in der Nähe des Zentrums in Richtung der Dicke etwas höher, so daß die Temperatur allmählich ansteigt, nämlich wenn die Absorption von Wärmestrahlung andauert, so daß am Ende die gleiche Temperatur oder eine höhere Temperatur erreicht wird, wie die Temperatur an der Zonenseite mit hoher Temperatur, was zur Folge hat, daß der Wärmefluß von der Oberfläche, die zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, zu der Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, verhindert wird. Diese Tendenz ist in einem Körper, der Wärmestrahlung stark absorbiert, deutlicher ausgeprägt als in einem Körper, der Wärmestrahlung schwach absorbiert.
Wenn daher eine Schicht, die Wärmestrahlung stärker absorbiert als die Wärmedämmplatte, auf der Zonenseite mit niedriger Temperatur der Wärmedämmplatte vorgesehen wird, steigt die Absorption von Wärmestrahlung in dem gesamten Körper so stark an, daß der Wärmefluß von der Oberfläche, die zu der Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, zu der Oberfläche, die zu der Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, verhindert wird.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Befunde haben die Erfinder umfangreiche Untersuchungen vorgenommen und im Ergebnis festgestellt, daß die Wärmedämmwirkung im Vergleich mit einer Wärmedämmplatte, die nur aus der Grundplatte alleine besteht, stark verbessert werden kann, wenn eine Wärmedämmplatte gebildet wird, indem auf eine Oberfläche einer lichtundurchlässigen Grundplatte eine lichtdurchlässige Schicht laminiert wird, die aus einem Material besteht, das ein geringeres Wärmevolumen und eine geringere Wärmestrahlungsabsorption als die Grundplatte hat, um eine Wärmedämmplatte zu bilden, die mit der lichtdurchlässigen Schicht zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet wird, was zur Fertigstellung der Erfindung geführt hat.
Die Erfindung stellt somit eine Wärmedämmplatte zur Abschirmung der von einer Zone mit hoher Temperatur zu einer Zone mit niedriger Temperatur abgestrahlten Wärme, indem diese zwischen der Zone mit hoher Temperatur und der Zone mit niedriger Temperatur angeordnet wird, bereit, bei der es sich um eine Wärmedämmplatte handelt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem Verbundkörper aus einem lichtundurchlässigen, wärmeleitenden Grundkörper, welcher zu der Zone mit niedriger Temperatur hin auszurichten ist, und einer wärmeleitfähigen, lichtdurchlässigen Schicht, die zu der Zone mit hoher Temperatur hin auszurichten ist, besteht, wobei die lichtdurchlässige Schicht ein geringeres Wärmevolumen und eine geringere Wärmestrahlungsabsorption als das Wärmevolumen und die Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers hat, sowie ein Verfahren zur Wärmedämmung, bei dem eine Wärmedämmplatte, die aus einen Verbundkörper aus einem lichtundurchlässigen, wärmeleitenden Grundkörper und einer wärmeleitenden, lichtdurchlässigen Schicht mit einem geringeren Wärmevolumen und einer geringeren Wärmestrahlungsabsorption als das Wärmevolumen und die Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers besteht, zwischen der Zone mit hoher Temperatur und der Zone mit niedriger Temperatur so angeordnet wird, daß die lichtdurchlässige Schicht zur Zone mit höher Temperatur hin ausgerichtet ist.
Das Wärmevolumen wird hier als Q bezeichnet und ist ein Parameter, der durch die folgende Gleichung definiert wird.
Q = V · d · C (II)
= W · C (II')
Hierin bedeutet C die spezifische Wärme oder die Wärmemenge, die zur Erhöhung der Temperatur der Substanz um 1ºC pro Gewichtseinheit (g) erforderlich ist (cal/g/ºC), d die Dichte oder das Gewicht (g) pro Volumeneinheit (cm³) der Substanz, V das Gesamtvolumen der Substanz (cm³) und W das Gesamtgewicht der Substanz. Die oben erwähnte spezifische Wärme C ist eine Stoffeigenschaft jedes Materials und ihr numerischer Wert, der in der Erfindung verwendet wird, ist, obwohl er in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, der Wert, der sich durch Messung mit einem herkömmlichen Instrument zur Messung der spezifischen Wärme bei einer Temperatur der äußeren Atmosphäre ergibt.
Das Absorptionsvermögen für Wärmestrahlung bedeutet hier das Verhältnis der Strahlungstemperatur der Strahlung von der Wärmequelle zur Abnahme der Temperatur nach dem Durchtritt der Strahlung von der Wärmequelle durch ein spezifiziertes Material, ausgedrückt in Prozent, wobei das Absorptionsvermögen für Wärmestrahlung X in einem spezifizierten Material nach der folgenden Gleichung bestimmt werden kann.
X = (T - T')/T · 100 (III)
In dieser bedeutet T die Strahlungstemperatur (ºC) der Strahlung von der Wärmequelle und T' die Strahlungstemperatur (ºC) der Strahlung von der Wärmequelle nach dem Durchtritt durch das spezifizierte Material.
Ein Körper emittiert immer stärker eine große Menge an Energie in Form von Strahlung, wenn die Temperatur immer weiter zunimmt, wobei die Zentralwellenlänge (λm) der höchsten bei der Temperatur emittierten Strahlungsintensität nachdem Wienschen Gesetz durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird.
λm = b/T (IV)
In dieser bedeutet T die absolute Temperatur.
b ist hierin eine Konstante, die durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt wird.
b = ch/βk
Hierin bedeutet h die Planksche Konstante, k die Boltzmannsche Konstante und c die Geschwindigkeit im Vakuum und β die Wurzel der transzendenten Gleichung e-β + (β/5) - 1 = 0, so daß sich durch Substitution mit diesen numerischen Werten b zu 2898 (umK) ergibt.
Damit ergibt sich: λm = 2898/T (IV')
Andererseits wird die auf den Körper einfallende Energie durch die feste Oberfläche zum Teil absorbiert, wenn die feste Oberfläche lichtundurchlässig ist, und der Rest reflektiert, so daß die folgende Gleichung gilt.
αλ + ρλ = 1 (v)
Lichtdurchlässige Materialien wie Glas gestatten den Durchtritt von Licht im sichtbaren Bereich und im Bereich des nahen Infrarots, aber kaum den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 2,5 um, so daß die folgende Gleichung gilt.
αλ + ρλ + τλ = 1 (VI)
Hierin bedeutet αλ das Absorptionsvermögen, ρλ das Reflexionsvermögen und ρλ die Durchlässigkeit.
Somit hängt das Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen eines Körpers im Falle eines geschlossenen Bereiches von der Wellenlänge mit der höchsten Intensität ab, die bei der Temperatur der darin vorhandenen Wärmequelle emittiert wird.
Somit ist in der Erfindung das zu verwendende Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen das mit der oben angegebenen Gleichung (III) berechnete, und zwar auf der Grundlage der tatsächlich bestimmten Oberflächentemperatur jedes der Materialien in der Nähe der Gebrauchstemperatur.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Struktur der Wärmedämmplatte der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die den Unterschied zwischen der Wärmedämmwirkung der Wärmedämmplatte der Erfindung und einer herkömmlichen Eisenplatte zeigt.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Es folgt die Beschreibung der Wärmedämmplatte der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur der Wärmedämmplatte der Erfindung darstellt, bei der eine lichtdurchlässige Schicht aus einem wärmeleitenden Material auf die Oberfläche eines aus einem lichtundurchlässigen, wärmeleitenden Materials hergestellten Grundkörpers laminiert und zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist. Der Grundkörper ist zur Zone mit niedriger Temperatur, nämlich einer Temperatur TL, hin ausgerichtet, und die lichtdurchlässige Schicht ist zur Zone mit hoher Temperatur, nämlich einer Temperatur TH, hin ausgerichtet.
Es ist wesentlich, daß die lichtdurchlässige Schicht ein geringeres Wärmevolumen und eine geringere Wärmestrahlungsabsorption als der Grundkörper hat, und zwar übersteigt vorzugsweise das Wärmevolumen nicht 10% oder, vorzugsweise, nicht 5%, des Wärmevolumens des Grundkörpers, und die Wärmestrahlungsabsorption überschreitet nicht 60% oder, vorzugsweise, nicht 50%, der Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers.
Die Dicke der Grundplatte nach der Erfindung liegt im Bereich von 0,5 bis 10 mm und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht im Bereich von 1 bis 1000 um, wobei die Dicke aber auch höher sein kann, wenn die Anwendung in großem Maßstab erfolgt, beispielsweise in einem Lagerkühlhaus, einer großen Vorrichtung und dgl., oder die Dicke kann auch geringer sein, nämlich im Falle der Anwendung im kleinen Maßstab, beispielsweise in einer elektronischen Vorrichtung und dgl.
In der Erfindung umfassen die Materialien, die für die Grundplatte geeignet sind, die Bestandteil der Wärmedämmplatte ist, lichtundurchlässige anorganische und organische Materialien wie Metalle, Metalloxide, Keramiken, Kunststoffe, Kautschuke und dgl.
Beispiele für die Metalle sind u. a. einfache Metalle wie Eisen, Aluminium, Zink, Magnesium, Gold, Silber, Chrom, Germanium, Molybdän, Nickel, Blei, Platin, Silicium, Titan, Thorium und Wolfram und Legierungen wie Flußstähle, Nickelstähle, Chromstähle, Chrom-Molybdän-Stähle, rostfreie Stähle, Aluminium-Legierungen, Messing und Bronze.
Beispiele für die Metalloxide sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Thoriumdioxid, Zirkoniumdioxid, Dieisentrioxid, Trieisentetraoxid, Titandioxid, Calciumoxid, Zinkoxid, Bleioxid und dgl., und Beispiele für die Keramiken sind undurchsichtiges Glas, Kunstporzellane und Porzel lane, gesintertes Silciumcarbid, gesintertes Siliciumnitrid, gesintertes Borcarbid, gesintertes Bornitrid und dgl.
Beispiele für die Kunststoffe sind Acrylharze, Methacrylharze, Vinylchloridharze, Fluorharze, Siliconharze, Polyethylene, Polypropylene, Polystyrole, AS-Harze, ABS-Harze, Polyamide, Polycarbonate, Polyethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Celluloseacetatharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Phenolharze, Harze aus ungesättigten Polyestern, Epoxyharze, Polyurethane, Polyvinylbutyrale, Polyvinylformale, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole, Ionomere, chlorierte Polyether, Ethylen-α-Olefin-Copolymere, Ethylen-Vinylchlorid-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat- Copolymere, chlorierte Polyethylene, Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymere, Polyphenylenoxide, Polyphenylensulfide, Polyarylsulfone, Polyether-Ether-Ketone und dgl. und Beispiele für die Kautschuke sind Naturkautschuke, Butadienkautschuke, Isoprenkautschuke, Chloroprenkautschuke, Butylkautschuke, Siliconkautschuke, Urethankautschuke und dgl. Wenn diese als Grundkörper verwendet werden, ist es wesentlich, daß sie durch Compoundieren mit Füllstoffen, Färbemitteln und dgl. lichtundurchlässig gemacht werden.
Abgesehen davon können auch Erze wie Granite, Marmorarten und dgl., Keramikprodukte wie Steine, Beton und dgl., Holz wie japanische Zeder; Pinie, japanische Zypresse und dgl., faserartige Produkte wie Baumwollgewebe, Leinengewebe, Kapokgewebe, Papier und dgl., Lederarten usw. verwendet werden, und zwar beliebig.
Als lichtdurchlässige Schicht nach der Erfindung wird vorzugsweise ein Kunststoff verwendet, der im Infrarotbereich lichtdurchlässig ist. Allgemein gesagt haben die den Kunststoff bildenden Atome jeweils eine Absorptionswellenlänge für Infrarotlicht, die vom Bindungszustand abhängt, und die Hauptabsorptionswellenlängen liegen im Bereich von 7,5 bis 12,5 um für die Einfachbindung in C-C, C-O und C-N, im Bereich von 5,5 bis 6,5 um für die Doppelbindung in C=C, C=O, C=N und N=O, und im Bereich von 4, 5 bis 5,0 um für die Dreifachbindung in C C und C N, wobei in anderen Bereichen mit hoher Lichtdurchlässigkeit nur eine geringe Absorptions festgestellt wird.
Andererseits wird, nämlich wie oben erwähnt, das von der Wärmequelle emittierte Infrarotlicht mit Wellenlängen in einem breiten Bereich emittiert, wobei der Wellenlängenbereich mit der höchsten Intensität im Zentrum von der Temperatur der Wärmequelle abhängig ist. Beispielsweise beträgt im Falle von Sonnenlicht die Hauptwellenlänge etwa 0,5 um, aber der als Wärmequelle dienende Wellenlängenbereich beträgt etwa 0,34 bis 25 um, und die Hauptwellenlänge bei der Grundtemperatur von 19ºC beträgt etwa 10 um, wohingegen der Wellenlängenbereich, in dem hier emittiert wird, etwa 7 bis 13 um beträgt.
Wenn daher ein Material mit Absorption im Infrarotbereich wie Metalle, lichtundurchlässiges Glas, lichtundurchlässige Kunststoffe, Holz, Beton, Steine und Marmor für den Grundkörper verwendet wird, kann die lichtdurchlässige Schicht beliebig unter lichtdurchlässigen Kunststoffen mit geringerer Absorption als diese ausgewählt werden.
Im Falle einer Strahlung von einer Wärmequelle mit einer Temperatur von 200ºC oder weniger und einer 6 um nicht übersteigenden Hauptwellenlänge wird vorzugsweise ein lichtdurchlässiger Kunststoff verwendet, der im Bereich von Wellenlängen von 4 um oder weniger eine niedrige Absorption hat, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyiso butylen, Polystyrol, Polyvinylacetat, Ethyl-Vinylacetat- Copolymere, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copolymere, Polyacrylnitril, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester-Styrol-Copolymere, Polymethacrylsäurebutylester, Siliconharze, Butadienkautschuk, Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk und dgl. sowie Gemische daraus.
Wenn die Temperatur der Wärmequelle hoch ist, nämlich bis zu etwa 5727ºC wie im Falle von Sonnenlicht, und die Strahlung eine Hauptwellenlänge von etwa 0,5 um hat, wird vorzugsweise ein lichtdurchlässiger Kunststoff mit geringer Absorption im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 2,5 um verwendet, beispielsweise Polystyrol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Celluloseacetat, Diallylphthalatharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyvinylbutyral, Vinylchlorid- Vinylacetat-Copolymere, Ethylen-α-Olefin-Copolymere, Ethylen-Vinalacetat-Copolymere, Ethylen-Vinylchlorid-Copolymere, Acrylsäure-Vinylchlorid-Copolymere, Polymethylpenten, Polytetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, Polymethacrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester-Styrol-Copolymere, Polymethacrylsäurebutylester, Nylon-66, Epoxyharz, Siliconharz, Butadien-Styrol- Harz, Polysulfon, Polyvinylidenfluorid, MBS-Harz, Polybutadien, Polyethersulfon und dgl. sowie Gemische daraus.
Die Temperatur eines Körpers erhöht sich, indem viel von der Strahlung in der Nähe der von der Wärmequelle emittierten Hauptwellenlänge absorbiert wird. Ein Grundkörper, der aus einem lichtundurchlässigen Material besteht, absorbiert die Strahlung nahezu im gesamten Wellenlängenbereich, so daß durch Auswahl eines Materials mit geringer Absorption und hoher Durchlässigkeit in der Nähe der Hauptwellenlänge der Wärmequelle für die lichtdurchlässige Schicht der Grundkörper mehr Wärmestrahlung absorbieren kann, so daß der Temperaturgradient zwischen dem Grundkörper und der lichtdurchlässigen Schicht abnimmt und der Wärmetransport von der Oberfläche, die zu der Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, zu der Oberfläche, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, verzögert wird.
Nach dem Lambert-Beerschen Gesetz kann die Absorption von Licht erhöht werden, indem die Dicke der das Licht absorbierenden Substanz erhöht wird.
Wenn nun angenommen wird, daß die verwendeten Materialien die gleiche Wärmestrahlungsabsorption haben, ist es möglich, die Wärmestrahlungsabsorption weiter zu verringern und die Durchlässigkeit zu erhöhen, indem deren Dicke verringert wird. Es kann selbst eine lichtundurchlässige Substanz als durchlässige Schicht verwendet werden, indem deren Dicke verringert wird, weil die Wärmestrahlung hindurchtreten kann.
Die Form der Wärmedämmplatte der Erfindung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Sie kann jede beliebige Form haben, beispielsweise die eines Quadrats, Kreises, Zylinders, einer Halbkugel, Kugel und dgl., und eine Oberfläche mit Wellungen, eine Oberfläche mit Widerstandsfähigkeit, eine Oberfläche mit Rauhigkeitsspitzen und dgl. haben.
Das Verfahren zur Laminierung eines Grundkörpers aus Glas und einer lichtdurchlässigen Schicht kann in der Erfindung beliebig unter Verfahren ausgewählt werden, die herkömmlicherweise zum Laminieren von anderen Materialien auf eine Grundplatte angewendet werden, beispielsweise ein Verfah ren, bei dem eine lichtdurchlässige Schicht, die vorher in die Form einer Folie oder in die Form einer Bahn gebracht worden ist, auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht und durch Heißschmelzbondieren oder Klebbondieren damit verbunden wird, ein Verfahren, bei dem ein Kunststoff in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und auf den Grundkörper aufgebracht und anschließend getrocknet und verfestigt wird, ein Verfahren, bei dem die feste Verbindung durch chemisches Aufdampfen, Vakuumaufdampfen, stromloses Plattieren und dgl. bewirkt wird, usw.
Im Unterschied zu Wärmedämmplatten des Standes der Technik, für die Dämmaterial verwendet wird, das die Wärmeleitung verhindern kann, macht die Wärmedämmplatte der Erfindung von einem Wärmegradienten Gebrauch, so daß es unerläßlich ist, daß der Grundkörper und die lichtdurchlässige Schicht wärmeleitfähig sind.
Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der Grundkörper und die lichtdurchlässige Schicht jeweils einheitliche Körper sind. In der Erfindung können der Grundkörper oder die lichtdurchlässige Schicht oder beide auch als Verbundkörper konstruiert sein. Für jeden der Grundkörper und für jede der lichtdurchlässigen Schichten muß in diesem Fall die Beziehung erfüllt sein, daß das Wärmevolumen und die Wärmestrahlungsabsorption des Materials, das zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, geringer ist als bei dem Material, das zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist. In diesem Fall ist es angebracht, die Anordnung so vorzunehmen, daß die innerste lichtdurchlässige Schicht oder die lichtdurchlässige Schicht, welche die Oberfläche bildet, die zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, ein Wärmevolumen hat, das 10% oder, vorzugsweise, 5%, des Wärmevolumens der äußersten Grundplatte oder des Grundkörpers, der die Oberfläche bildet, die zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, nicht überschreitet und die Wärmestrahlungsabsorption 60% oder, vorzugsweise, 50%, der Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers nicht überschreitet.
Die Wärmedämmplatte der Erfindung kann in Kombination mit einem herkömmlichen Wärmedämmaterial wie geschäumtem Styrol, geschäumtem Urethan und dgl. verwendet werden.
Die Wärmedämmung zwischen einer Zone mit hoher Temperatur und einer Zone mit niedriger Temperatur unter Verwendung der Wärmedämmplatte der Erfindung kann erfolgen, indem ein Teil oder die gesamte, zwischen den beiden vorgesehene Trennwand aus der Wärmedämmplatte geformt wird, die auf solche Weise angeordnet wird, daß die Grundplatte zur Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist.
Auf diese Weise wird der Wärmetransport durch Leitung in Richtung auf die Zonenseite mit niedriger Temperatur von der Zone mit hoher Temperatur durch die Trennwand durch den in umgekehrter Richtung ausgebildeten Wärmegradienten verhindert, und die Wärmestrahlung von der Zonenseite mit hoher Temperatur wird durch den Grundkörper mit einer höheren Wärmestrahlungsabsorption als der nach dem Durchtritt durch die lichtdurchlässige Schicht absorbiert, so daß die Temperatur des Grundkörpers ansteigt, wodurch die Wärmeleitung weiter verhindert wird und sich eine Wärmedämmungswirkung ergibt.
Somit kann die Wärmedämmplatte der Erfindung wirksam als Deckenmaterial, Wandmaterial und Bodenmaterial von Wohnhäusern und Lagerkühlhäusern, als Grundmaterial für verschiedene Arten von Gefäßen und dgl. verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen detaillierter beschrieben.

Beispiel 1

Zwei kubische Schachteln (50 · 50 · 50 cm) mit einer einzigen offenen Seite wurden aus Platten aus geschäumten Styrol mit einer Dicke von 5 mm hergestellt, worauf eine Wärmedämmplatte (A), die nur aus einer einzelnen Eisenplatte mit einer Dicke von 1 mm bestand (Wärmevolumen 216,4 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 98%), auf die offene Seite einer Schachtel montiert wurde, und eine weitere Wärmedämmplatte (B), die durch Laminieren einer lichtdurchlässigen Schicht mit einer Dicke von 5 um aus Methacrylsäuremethylester-Acrylsäureethylester-Styrol-Copolymer (Wärmevolumen 0,5 cal/ºC. Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 30%) auf die äußere Oberfläche der gleichen Eisenplatte hergestellt worden war, auf die offene Seite der anderen Schachtel montiert wurde.
Dann wurden diese Schachteln von außen mit einem Infrarotheizgerät erhitzt, so daß die Innentemperatur bis auf SSºC anstieg, worauf das Erhitzen unterbrochen und die Änderung der Innentemperatur als Funktion der Zeit aufgezeichnet wurde, während mit gekühlter Luft von 16ºC aus einer Klimaanlage, die in einem Abstand von etwa 1,2 m von der Wärmedämmplatte installiert war, beblasen wurde.
Die Ergebnisse sind in Fig. 2 in Form der gestrichelten Kurve (A) und der durchgezogenen Kurve (B) dargestellt.

Beispiel 2

Zwei quadratische Fenster, die jeweils 1 m hoch und 1 m breit waren, wurden in einem Raum mit einer Kapazität von 44 cm³ installiert und eine Platte aus schwarzem Glas mit einer Dicke von 3 mm (Wärmevolumen 1500 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 95%) auf einer davon montiert, während eine Wärmedämmplatte, die durch Laminieren einer lichtdurchlässigen Schicht mit einer Dicke von 5 um, die aus einem Copolymer von Ethylacrylat, Methacrylsäuremethylester und Styrol bestand (Wärmevolumen 2,0 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 30%), auf die nach innen hin gerichtete Oberfläche der gleichen Platte aus schwarzem Glas hergestellt worden war, auf der anderen montiert wurde, um die Temperaturänderung auf den nach innen hin gerichteten Oberflächen und den nach außen hin gerichteten Oberflächen der Glasplatte und der Wärmedämmplatte als Funktion der Zeit über Nacht bei laufendem Heizlüfter mit 2300 kcal/h zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß bei der Glasplatte auf der nach außen gerichteten Oberfläche im Vergleich mit der nach dem Inneren des Raums gerichteten die Oberflächentemperatur um etwa 0,2 bis 1,1ºC abnahm, wohingegen bei der Wärmedämmplatte nahezu keine Abnahme stattfand.

Beispiel 3

Eine Wärmedämmplatte wurde hergestellt, indem die nach Innen gerichtete Oberfläche der in Beispiel 2 verwendeten schwarzen Glasplatte mit einer Lösung eines in Aceton gelösten Vinylchloridharzes bis zu einer Filmdicke von 5 um beschichtet wurde. Das Wärmevolumen hiervon betrug 1,9 cal/ºC und das Wärmeabsorptionsvermögen etwa 44%.
Unter Verwendung dieser Wärmedämmplatte wurde der gleiche Versuch wie in Beispiel 2 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß bei der Glasplatte auf der zur Außenatmosphäre gerichteten Oberfläche im Vergleich mit der nach dem Inneren des Raums gerichteten die Oberflächentemperatur um etwa 0,3 bis 1,1ºC abnahm, wohingegen bei der Wärmedämmplatte nahezu keine Abnahme stattfand.

Beispiel 4

Eine Wärmedämmplatte wurde hergestellt, indem die in Beispiel 2 verwendete schwarzen Glasplatte mit einer Lösung eines in Aceton gelösten Copolymers von Vinylchlorid und Vinylacetat bis zu einer Filmdicke von 5 um beschichtet wurde. Das Wärmevolumen dieses Beschichtungsfilms betrug 1,92 cal/ºC und das Wärmeabsorptionsvermögen etwa 53%.
Unter Verwendung dieser Wärmedämmplatte wurde der gleiche Versuch wie in Beispiel 2 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß bei der Glasplatte auf der nach außen gerichteten Oberfläche im Vergleich mit der nach dem Inneren des Raums gerichteten die Oberflächentemperatur um etwa 0,1 bis 0,9ºC abnahm, wohingegen bei der Wärmedämmplatte nahezu keine Abnahme stattfand.

Vergleichsbeispiel

Eine Wärmedämmplatte wurde hergestellt, indem eine Melaminharzschicht mit einer Dicke von 5 um auf der in Beispiel 2 verwendeten schwarzen Glasplatte aufgebracht wurde. Das Wärmevolumen dieser Melaminharzschicht betrug 1,86 cal/ºC und das Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 68%.
Unter Verwendung dieser Wärmedämmplatte wurde der gleiche Versuch wie in Beispiel 2 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß nahezu keine Wärmedämmwirkung erzielbar ist, wenn die Wärmestrahlungsabsorption der zu laminierenden lichtdurchlässigen Schicht nicht 60% oder weniger der Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers beträgt.

Beispiel 5

Wie in Beispiel 1 wurden zwei gleiche kubische Schachteln aus geschäumtem Styrol hergestellt.
Dann wurde eine mit Zink plattierte Eisenplatte mit einer Dicke von 1 mm (Wärmevolumen 216,4 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 95%) auf die offene Seite einer der Schachteln montiert und eine Wärmedämmplatte, die hergestellt worden war, indem eine lichtdurchlässige Schicht mit variierender Dicke aus einem Copolymer von Ethylacrylat, Methacrylsäuremethylester und Styrol, das in einem Lösungsmittelgemisch aus Toluol und Ethylacetat gelöst war, auf die gleiche Eisenplatte aufgebracht wurde, wurde auf der offenen Seite des anderen Behälters mit nach innen gerichteter lichtdurchlässiger Schicht montiert.
Dann wurde eine mit einem schwarzen Gewebe bedeckte Infrarotlampe mit 125 Watt zum Heizen im jeweiligen Inneren angeordnet und die Änderung der Innentemperatur als Funktion der Zeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle S angegeben. Tabelle 5
Anmerkung: In der Tabelle bedeutet X&sub1; das Wärmevolumen der lichtdurchlässigen Schicht und
X&sub2; das Wärmevolumen der mit Zink plattierten Eisenplatte.
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß die Innentemperatur schneller ansteigt, wenn das Wärmevolumen der lichtdurchlässigen Schicht geringer ist, so daß sich eine ausgezeichnete Wärmedämmwirkung ergibt.

Beispiel 6

Es wurden zwei Räume des gleichen Typs (Volumen 17,25 cm³ mit einer Fensterfläche von 1,40 m²) im 8. Geschoß eines 11-stöckigen Eisenbetongebäudes benutzt, und zwar wurde eine mit Zink plattierte Eisenplatte mit einer Dicke von 1 mm (Wärmevolumen 1211 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 95%) auf das Fenster des einen Raums aufgebracht, und eine Wärmedämmplatte, die mit einer lichtdurchlässigen Schicht (Wärmevolumen 2,8 cal/ºC, Wärmestrahlungsabsorptionsvermögen 30%), welche durch Beschichten der nach Innen gerichteten Oberfläche der gleichen Eisenplatte mit einem Copolymer aus Ethylacrylat, Methacrylsäuremethylester und Styrol in einer Dicke von 5 um gebildet worden war, versehen war, wurde auf dem Fenster des anderen montiert, worauf in einer absolut dunklen Nacht für jeden der Räume unter Beheizen mit einem Heißluftheizgerät mit 2300 kcal/h die Änderung der Temperatur im Verlaufe der Zeit aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6
Anhand dieser Tabelle ist klar, daß der Raum, in dem die Wärmedämmplatte montiert war, wegen der Wärmedämmwirkung eine höhere Temperatur beibehielt.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, wie bei den herkömmlichen Wärmedämmplatten unter Verwendung eines geschäumten Materials, die Dicke zu erhöhen, indem lediglich eine lichtdurchlässige Schicht mit einer geringen Dicke auf eine Oberfläche eines lichtundurchlässigen Materials laminiert wird, wenn die Bildung eines Wärmegradienten genutzt wird, so daß eine zufriedenstellende Verwendung als Trennwand in Wohnhäusern, Kühllagerhäusern, Kühlwagen, Warmhaltegefäßen und dgl. möglich ist.

Claims

1. Wärmedämmplatte, bei der es sich um eine Wärmedämmplatte zur Abschirmung der von einer Zone mit hoher Temperatur zu einer Zone mit niedriger Temperatur abgestrahlten Wärme handelt, indem diese zwischen der Zone mit hoher Temperatur und der Zone mit niedriger Temperatur angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Verbundkörper aus einem lichtundurchlässigen, wärmeleitenden Grundkörper, welcher zu der Zone mit niedriger Temperatur hin ausgerichtet ist, und einer wärmeleitfähigen, lichtdurchlässigen Schicht, die zu der Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist, besteht, wobei die lichtdurchlässige Schicht ein geringeres Wärmevolumen und eine geringere Wärmestrahlungsabsorption als das Wärmevolumen und die Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers hat.

2. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1, wobei das Wärmevolumen der lichtdurchlässigen Schicht 10% des Wärmevolumens des Grundkörpers nicht übersteigt und die Wärmestrahlungsabsorption der lichtdurchlässigen Schicht 60% der Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers nicht übersteigt.

3. Verfahren zur Wärmedämmung, bei dem eine Wärmedämmplatte, die aus einem Verbundkörper aus einem lichtundurchlässigen, wärmeleitenden Grundkörper und einer wärmeleitenden, lichtdurchlässigen Schicht mit einem geringeren Wärmevolumen und einer geringeren Wärmestrahlungsabsorption als das Wärmevolumen und die Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers besteht, zwischen einer Zone mit hoher Temperatur und einer Zone mit niedriger Temperatur so angeordnet wird, daß die lichtdurchlässige Schicht zur Zone mit hoher Temperatur hin ausgerichtet ist.

4. Verfahren zur Wärmedämmung nach Anspruch 3, wobei das Wärmevolumen der lichtdurchlässigen Schicht 10% des Wärmevolumens des Grundkörpers nicht übersteigt und die Wärmestrahlungsabsorption der lichtdurchlässigen Schicht 60% der Wärmestrahlungsabsorption des Grundkörpers nicht übersteigt.