DE20023628U1 - Durchsichtige Verglasung und ihre Verwendung in einer Tür eines gekühlten Raumes die insbesondere eine evakuierte Verglasung enthält - Google Patents

Abstract

Tür für eine Kühlanlage umfassend ein transparente Verglasung, die wenigstens einen Durchsichtbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsichtbereich mit einer adsorbierenden Frostschutzschicht kombiniert ist, die auf wenigstens einer Oberfläche des Bereichs aufgebracht ist, wobei die Schicht wenigstens einen hydrophilen Polymer umfasst.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transparente Verglasung und deren Verwendung in einer Tür einer Kühlanlage und genauer auf eine verglaste Tür, deren verglaster Bereich im Wesentlichen aus einer Vakuumverglasung besteht.
• Obwohl die vorliegende Erfindung genauer beschrieben werden wird unter Bezug auf Türen von Kühlanlagen, in denen kalte oder gefrorene Artikel ausgestellt sind, darf die vorliegende Erfindung nicht als auf Anwendungen dieses Typs beschränkt betrachtet werden. Dies deshalb, da die oben genannte Bezeichnung „transparente Verglasung" jeden für Anwendungen in der Automobilindustrie, dem Bauwesen oder der Haushaltsgeräteindustrie vorgesehenen Verglasungstyp umfasst, der aus wenigstens einer Glasscheibe und/oder aus wenigstens einer Lage aus einem Kunststoff besteht. Wenn in einer Kühlanlage konservierte Artikel sichtbar bleiben müssen, wie es bei vielen gegenwärtigen kommerziellen Prämissen der Fall ist, ist die Kühlanlage mit verglasten Teilen ausgerüstet, die sie in einen gekühlten „Schaukasten" umfunktionieren, dessen übliche Bezeichnung „gekühlter Verkaufsschrank" ist. Es gibt verschiedene alternative Ausgestaltungen dieser „Schaukästen". Einige weisen die Gestalt eines Schranks auf, wobei dann die Tür selbst transparent ist, während andere die Gestalt einer Truhe aufweisen, wobei dann der horizontale Deckel verglast ist, um zu ermöglichen, dass der Inhalt zu sehen ist.
• Bei diesen Typen von Schaukästen ist es notwendig, dass die Ware für die Kunden perfekt sichtbar bleibt, sodass es möglich ist, die Ware auszuwählen, ohne den Schaukasten zu öffnen.
• Wenn eine gewöhnliche Isolierverglasung verwendet wird, ist die Isolierung nicht perfekt und die Temperatur der Oberfläche der mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt stehenden Glasscheibe ist häufig unter der Temperatur des Taupunkts, was in der Erscheinung von Kondensation an dieser Oberfläche resultieren kann, die die Sichtbarkeit beeinträchtigt.
• Die Verwendung von einer Vakuumisolierungsverglasung ermöglicht es, diesen Nachteil durch Bereitstellung einer sehr stark verstärkten Isolierung zu beseitigen. Eine solche Isolierung weist auch den Vorteil einer Reduktion der Energiekosten auf.
• Die im Namen von Saint-Gobain Vitrage unter der Nummer FR 97/09772 eingereichte französische Patentanmeldung beschreibt eine solche Tür einer Kühlanlage, die eine Vakuumverglasung umfasst. Sie bezweckt deshalb eine Tür einer Kühlanlage, die im Wesentlichen aus einer Isolierungsplatte besteht, die aus wenigstens zwei Glassubstraten zusammengesetzt ist, zwischen denen ein Vakuum erzeugt wurde, wobei die Substrate durch über die gesamte Oberfläche verteilte Stifte voneinander getrennt sind und rings um ihren Umfang durch eine anorganische Versieglung verbunden sind. Auf diese Weise wird die üblicherweise verwendete konventionelle Isolierungsverglasung durch eine Isolierungsverglasung ersetzt, die aus wenigstens zwei Glasscheiben besteht, zwischen denen ein Vakuum erzeugt wurde, welche wir im Folgenden als Vakuumisolierungsverglasung bezeichnen werden. Dieser Typ einer Vakuumisolierungsverglasung weist bei einer totalen Dicke, die merklich dünner ist als die von konventionellen Isolierungsverglasungen, wesentlich verbesserte thermische Isolierungseigenschaften auf.
• Weiterhin weist die Struktur einer solchen Vakuumisolierungsverglasung den Vorteil auf, ihr eine Steifheit und Festigkeit zu geben, die äquivalent mit denen einer einzelnen Verglasung sind, deren Dicke gleich der Summe der Dicken der Glasscheiben sind, sodass gesagt werden kann, dass die Glasscheiben sich als eine einzelne Scheibe verhalten, deren Dicke die Summe derjenigen der beiden Glasscheiben ist. Auf diese Weise ist es nicht notwendig diesen Verglasungstyp mit einem Gestell zu kombinieren. Deshalb ist die Gesamtgröße bedeutend reduziert und es ist sehr einfach, sie in das Umgebungsgehäuse einzupassen.
• Solch eine Tür einer Kühlanlage, die im Wesentlichen aus einer Vakuumisolierungsverglasung besteht, ermöglicht es, das Problem der Kondensation auf der äußeren Oberfläche zu lösen: Das liegt daran, dass die thermische Isolierung dieser Verglasung es ermöglicht, eine äußere Oberfläche auf Umgebungstemperatur zu erhalten.
• Auf der anderen Seite bewirkt die verstärkte Isolierung, dass die innere Oberfläche der Verglasung oder der Tür die Temperatur der gekühlten Umgebung aufweist, was die Kondensationserscheinung betont, wenn die Tür geöffnet ist: Die Temperatur der inneren Oberfläche ist so, dass im Fall von Tiefkühlschränken an dieser Oberfläche gebildete Eisblumen zu sehen sein können.
• Die üblichen Techniken zur Vermeidung der Kondensation und/oder der Eisblumen, die sich an der inneren Oberfläche der Türen bilden, besteht im Blasen von erwärmter Luft über diese Oberfläche. Egal welche Technik verwendet wird, die Energiekosten sind hoch; der Kostennachteil ist im Falle einer Vakuumisolierungsverglasung sogar größer, da die benötigte Zeit, um die Kondensation und/oder die Eisblumen zu entfernen, länger ist. Darüber hinaus läuft wegen der sehr geringen Temperatur der inneren Fläche diese längere Zeit dem angestrebten Ziel zuwider, das darin besteht, einen fast dauerhaften Sichtbarkeitsbereich zu erhalten, insbesondere nach einem Öffnen der Tür.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, eine Tür einer Kühlanlage herzustellen, die einen aus einer Isolierungsverglasung bestehenden verglasten Bereich enthält, von dem die in dem Durchsichtbereich gebildeten anhaftenden Eisblumen leicht und kostengünstig entfernt werden können, wenn die Tür geöffnet ist.
• Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine transparente Verglasung gelöst, die wenigstens einen Durchsichtbereich aufweist, wobei dieser Bereich mit einer adsorbierenden Frostschutzschicht kombiniert ist, die auf wenigstens einer Oberfläche des besagten Bereichs aufgebracht ist.
• Die Frostschutzfunktion der Schicht bedeutet, dass sie die Bildung von Wasserkristallen verhindert.
• Solch eine Verglasung, besonders wenn es eine Isolierungsverglasung und insbesondere eine Vakuumisolierungsverglasung ist, kann in einer Tür einer Kühlanlage verwendet werden, die wenigstens einen Durchsichtbereich aufweist, der z.B. aus der besagten Vakuumsisolierungsverglasung kombiniert mit einer adsorbierenden Schicht besteht, die vorteilhaft auf der Oberfläche des Durchsichtbereichs aufgebracht ist, die in Kontakt mit der gekühlten Umgebung steht.
• Es wurde gezeigt, dass eine solche Tür, die eine Verglasung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, es ermöglicht, die Eisblumenerscheinung zu verhindern oder genauer gesagt, sie zu verzögern und ihr Erscheinen allermindestens zu beschränken.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die adsorbierende Frostschutzschicht direkt auf dem Glas aufgebracht, genauer gesagt auf der Oberfläche der Vakuumisolierungsverglasung, die in Kontakt mit der gekühlten Umgebung steht. Das ist die Oberfläche, die in Kontakt mit der gekühlten Umgebung steht, wenn die Tür sich in Ihrer geschlossenen Position befindet. Solch eine Schicht kann durch Zerstäubungs- oder Beschichtungstechniken aufgebracht werden, vorzugsweise durch Flutbeschichtung oder Tauchbeschichtung, wobei die Aufbringung vor oder nach Erzeugung der Vakuumverglasung durchgeführt wird. Vorteilhaft wird eine Haftungsgrundierung des Silantyps vorgesehen, die entweder im Voraus auf dem Glas oder zur selben Zeit, wenn die Schicht gebildet wird, aufgebracht wird, wodurch die Silane in die Zusammensetzung der adsorbierenden Frostschutzschicht eingeführt werden.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird die Frostschutzschicht z.B. mit einem der eben genannten Verfahren auf einer Kunststofffolie aufgebracht und die Kunststofffolie selbst wird an der Vakuumisolierungsverglasung befestigt. Die verwendete Kunststofffolie ist vorteilhaft ein Polykarbonatfolie, die bevorzugt eine Dicke von weniger als 3 mm aufweist; dieser Kunststoff wird besonders wegen seiner mechanischen Festigkeitseigenschaften gewählt. Die Kunststofffolie wird an der Verglasung in einer abgedichteten Art und Weise befestigt, so dass keine Feuchtigkeitsspuren zwischen der Glasoberfläche und der Kunststofffolie bestehen können. Sie kann z.B. durch Aufkleben rings des Umfangs befestigt werden; vorteilhaft darf dann die möglicherweise zwischen dem Glas und dem Kunststofffolie bestehende Luftschicht 3 mm nicht übersteigen. Die Befestigung kann auch mittels eines Aluminiumrahmens, ähnlich zu dem für eine Isolierungsverglasung konventioneller Bauart, erhalten werden, der mit einem Trocknungsmittel und einem Kleber kombiniert ist; vorteil haft überschreitet die Luftschicht zwischen dem Glas und der Kunststofffolie dann nicht 10 mm.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die adsorbierende Frostschutzschicht wenigstens aus einem hydrophilen Polymer. Solch ein Polymer kann – ohne darauf beschränkt zu sein – aus den folgenden Polymeren gewählt sein: ein Polyvinylpyrrolidon des Poly(N-Vinyl-2-Pyrrolidon)- oder des Poly(1-Vinylpyrrolidon)-Typs, ein Polyvinylpyridin des Poly(N-Vinyl-2-Pyridin)-Typs, des Poly(N-Vinyl-3-Pyridin)-Typs oder des Poly(N-Vinyl-4-Pyridin)-Typs, ein Polyacrylat des Poly(2-Hydroxyethylacrylat)-Typs, ein Polyacylamid des Poly(N',N-Hydroxyacrylamid)-Typs, ein Polyvinylacetat, ein Polyacrylonitril, ein Polyvinylalkohol, ein Polyacrolein, ein Polyethylenglykol oder ein Polyoxyethylen. Es kann ebenfalls ein Copolymer auf Basis von 2 oder mehr der oben genannten Polymere sein.
• Bevorzugt gibt die vorliegende Erfindung vor, dass die Schicht wenigstens aus einem vernetzten hydrophilen Polymer besteht. Die Vernetzung des Polymers ermöglicht es insbesondere, einen besseren Zusammenhalt der Schicht zu erhalten und so jedes Risiko zu vermeiden, dass die Schicht kurz- oder langfristig durch Wasser gelöst wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das hydrophile Polymer mit einem organischen oder anorganischen absorbierenden Material kombiniert, wobei das absorbierende Material bevorzugt porös ist.
• Ein anorganisches absorbierendes Material verbessert besonders die mechanische Festigkeit der Schicht und verhindert insbesondere die Bildung von Kratzern. Die anorganische Funktion wird vorteilhaft durch Aufbringung eines mesoporösen Materials (CPG-MCM 41), wie z.B. TiO₂-Nanopartikeln, erhalten oder durch Aufbringung von Kondensationsprodukten der Hydrolyse von Orthosilikat oder anderer Siliziumderivate.
• Ein organisches absorbierendes Material gestattet besonders die Zurückhaltung des hydrophylen Polymers; z.B. wird ein Polyurethan verwendet.
• Die Erfinder konnten so demonstrieren, dass die Anwesenheit einer porösen, einen hydrophilen Polymer umfassenden Schicht an der Oberfläche eines verglasten Bereichs es gestattet, Wasser zu adsorbieren. Dieses Prinzip verhindert die Bildung von Wassertröpfchen und deshalb die Bildung eines anhaftenden Films, der überfriert und die Sicht durch den verglasten Bereich einschränkt. Die Wahl des hydrophilen Polymers und der Porosität im Fall eines porösen absorbierenden Materials gestattet es, das Frostschutzverhalten der Schicht zu kontrollieren. Insbesondere gestattet die Vergrößerung der Porosität, das Maß der Wasseradsorption und das Wasserabsorptionsvermögen, sowie die Menge an Wasser in Mikrotröpfchengestalt zu kontrollieren.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Porosität der Schicht zwischen 0,1 und 1000 cm³/g und im Fall eines Polymermaterials vorteilhaft zwischen 0,1 und 100 cm³/g und ist bevorzugt geringer als 20 cm³/g. Im Fall eines mesoporösen Materials liegt sie bevorzugt zwischen 200 und 1000 cm³/g. Die Porosität definiert das Porenvolumen der Poren pro Masseeinheit der Schicht.
• Ebenso bevorzugt weist die Schicht Poren mit einem mittleren Durchmesser auf der zwischen 0,05 und 50 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 20 μm und insbesondere zwischen 1 und 15 μm liegt. Die Gestalt der Hohlräume, die die Poren bilden, ist oval oder sphärisch.
• Unabhängig von der Natur der adsorbierenden Frostschutzschicht und ihres Herstellungsverfahrens, weist sie vorteilhaft eine Dicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 50 μm und insbesondere weniger als 35 μm auf und in einigen Fällen vorzugsweise weniger als 25 μm und insbesondere weniger als 20 μm.
• Weitere Details und vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im folgenden aus der Beschreibung veranschaulichender Beispiele der vorliegenden Erfindung und durchgeführter Versuche hervorgehen.
• Eine Tür oder ein gekühlter Verkaufschrank wurden wie oben beschrieben hergestellt. Sie bestehen insbesondere aus einer Vakuumisolierungsverglasung, um den Durchsichtbereich zu bilden, und aus einem Türrahmen, der z. B. aus Metall gemacht ist. Dieser Rahmen kann insbesondere all die mechanischen Systeme der Griff- und Scharniertypen abstützen, wie auch die Dichtungen, die gegenüber den Wänden der Kühlanlage abdichten.
• Die Isolierungsverglasung umfasst zwei Glasscheiben zwischen denen ein Vakuum erzeugt wurde. Die Glasscheiben sind durch über die gesamte Oberfläche der Verglasung angeordnete Stifte voneinander getrennt und sind rings ihres Umfangs miteinander durch eine Dichtung eines anorganischen Klebers verbunden. Solch eine Vakuumisolierungsverglasung wird z. B. gemäß einer in der Patentanmeldung EP 645 516 beschriebenen Technik hergestellt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Polykarbonatfolie mit einer Dicke von 2 mm an der Vakuumisolierungsverglasung mittels eines Klebers befestigt, der rings des Umfangs der Verglasung einen Streifen mit einer Dicke von 1 mm bildet. Deshalb wird zwischen der Verglasung und der komplett abgedichteten Polykarbonatfolie ein Lufthohlraum gebildet. Dieser Komplex wird in einer Weise hergestellt, dass die eingesperrte Luft trocken ist. Die Folie wird an der Seite der Vakuumisolierungsverglasung befestigt, die vorgesehen ist, auf das Innere der Kühlanlage zu weisen, wenn sich die Tür in ihrer geschlossenen Position befindet.
• Vor dessen Befestigung wird die Polykarbonatfolie mit einer adsorbierenden Frostschutzschicht beschichtet, die so aufgebracht wird, dass sie auf das Innere der Kühlanlage weist, wenn die Tür in ihrer geschlossenen Position ist. Die so aufgebrachte Schicht bildet ein poröses dreidimensionales Polymernetz basierend auf Polyvinylpyrrolidon und Polyurethan.
• An der Schicht wurden im fochten Zustand unter Verwendung von Transmissionselektronenmikroskopie Messungen durchgeführt; diese Messungen gestatten die Bestimmung der Schichtdicke und der Porengröße. Die Schichtdicke ist gleich 14,5 um und die Poren haben einen durchschnittlichen Durchmesser, der von 1 bis 8 μm variiert.
• Versuche wurden an verschiedenen Türtypen durchgeführt. Diese Türen sind auf gekühlte Verkaufsschränke angepasst, in denen eine Temperatur von –28 °C aufrechterhalten wird. Die Schränke ihrerseits sind in einer Umgebung mit einer Temperatur von 25 °C platziert.
• Die Versuche bestehen in einem Öffnen der Tür für eine Zeitspanne von 3 Minuten und einer Zeitspanne von 12 Sekunden. Die 3-Minuten-Zeitspanne simuliert die durchschnittliche Zeit, die für diesen Schranktyp benötigt wird, um am Morgen bestückt zu werden. Die 12-Sekunden-Dauer simuliert die durchschnittliche Zeit, die von einem Kunden benötigt wird, um ein oder mehrere Waren zu entnehmen.
• Die gemessenen Ergebnisse sind die Zeiten, die notwendig sind, damit eine befriedigende Sicht durch die Tür zurückkehrt, also die Zeit, die notwendig ist, die Kondensation und/oder die Eisblumen zu entfernen.
• Die erste untersucht Tür, A, weist eine Isolierungsverglasung auf, die aus drei Glasscheiben besteht. Die zweite untersuchte Tür, B, weist eine Vakuumisolierungsverglasung auf. Die dritte Tür, C, ist eine solche gemäß der vorliegenden Erfindung, die gerade beschrieben wurde.
• Die Ergebnisse sind in untenstehender Tabelle wiedergegeben:
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• Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, dass Tür C, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, eine Eisblumenbildung verhindert.
• Eine weitere Untersuchung wurde unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt. Nur die Natur der Schicht in diesem zweiten Beispiel war unterschiedlich. Das zweite Beispiel besteht in der Aufbringung einer Schicht, die nur aus einem hydrophilen Polymer besteht; dieses hydrophile Polymer basierte auf Polyvinylpyrrolidon, das eine molekulare Masse von 1,300,000 g/mol aufweist und auf 10 Massenprozent in Ethanol verdünnt wurde. Die so erhaltene Zusammensetzung wurde dann auf dem Glas mittels Flutbeschichtung aufgebracht.
• Versuche wie die oben beschriebenen, bestehend aus einem Öffnen der Tür für eine Zeitdauer von 12 Sekunden und für 3 Minuten wurden durchgeführt. In beiden Fällen waren keine Anzeichen irgendwelcher Eisblumen an dem Durchsichtbereich der Tür vorhanden.
• Deshalb verhindert die Anwesenheit der adsorbierenden Schicht die Eisblumenbildung wenn die Tür unter normalen Betriebsbedingungen geöffnet ist.

Claims (20)

1. Tür für eine Kühlanlage umfassend ein transparente Verglasung, die wenigstens einen Durchsichtbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsichtbereich mit einer adsorbierenden Frostschutzschicht kombiniert ist, die auf wenigstens einer Oberfläche des Bereichs aufgebracht ist, wobei die Schicht wenigstens einen hydrophilen Polymer umfasst.
2. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf der Oberfläche der Verglasung aufgebracht ist.
3. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einer Kunststofffolie aufgebracht ist und die Kunststofffolie an der Verglasung befestigt ist.
4. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophile Polymer vernetzt ist.
5. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophile Polymer aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Polyvinylpyrrolidon, einem Polyvinylpyridin, einem Polyacrylat, einem Polyacrylamid, einem Polyvinylacetat, einem Polyacrylonitril, einem Polyvinylalkohol, einem Polyacrolein, einem Polyethylenglykol, einem Polyoxyethylen, einem auf einem oder mehreren davon basierendem Copolymer besteht.
6. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein organisches oder anorganisches absorbierendes Material umfasst.
7. Tür gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das organische absorbierende Material Polyurethan ist.
8. Tür gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch absorbierende Material aus der Gruppe bestehend aus einem mesoporösen Material, TiO₂-Nanopartikeln und Siliziumderivaten gewählt ist.
9. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht im feuchten Zustand eine Porosität zwischen 0,1 und 1000 cm³/g aufweist.
10. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht im feuchten Zustand Poren aufweist, deren Durchmesser zwischen 0,05 und 50 μm liegt.
11. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die adsorbierende Frostschutzschicht eine Dicke von weniger als 100 μm aufweist.
12. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verglasung eine isolierende Verglasung ist, die wenigstens zwei Glasscheiben umfasst.
13. Tür gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verglasung eine Vakuumisolierungsverglasung ist.
14. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht im nassen Zustand Poren aufweist, deren Durchmesser zwischen 0,1 und 20 μm liegt.
15. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht im nassen Zustand Poren aufweist, deren Durchmesser zwischen 1 und 15 μm liegt.
16. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die adsorbierende Frostschutzschicht auf der Oberfläche des Durchsichtbereichs aufgebracht ist, die in Kontakt mit der gekühlten Umgebung steht.
17. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht daran, nachdem sie im Kontakt mit der gekühlten Umgebung stand, bei Ausgesetztsein gegenüber Raumtemperatur und Feuchtigkeit für 12 Sekunden die sichtbare Bildung von Kondensation und Eisblumen verhindert.
18. Tür gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht daran, nachdem sie im Kontakt mit der gekühlten Umgebung stand, bei Ausgesetztsein gegenüber Raumtemperatur und Feuchtigkeit für 3 Minuten die sichtbare Bildung von Kondensation und Eisblumen verhindert.
19. Tür gemäß Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Umgebung eine Temperatur von –28°C aufweist.
20. Tür gemäß Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumtemperatur 25°C beträgt.