DE60126403T2

DE60126403T2 - Vakuumisolationsmaterial und vorrichtung die dieses material verwendet

Info

Publication number: DE60126403T2
Application number: DE60126403T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Nishinomiya-shi TANIMOTO; Tomohisa Yao-shi TENRA; Masayuki Uji-shi NAKANISHI; Akiko Kyotanabe-shi Yuasa
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: US20030157284A1; HK1055784A1; TW470837B; EP1275893B1; DE60126403D1; CN1425116A; KR100540522B1; KR20030011828A; CN1212485C; US6938968B2; WO2001081817A1; EP1275893A4; EP1275893A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuum-Wärmeisolator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 und eine Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 8.
Ein solcher Vakuum-Wärmeisolator ist in der Druckschrift EP 0 737 833 offenbart.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen Jahren ist die Durchführung bestimmter Maßnahmen zum Schutz der Umwelt zu einer wichtigen Arbeit geworden. Weil Energieeinsparung eine dringende Forderung an elektrische Heimelektrogeräte ist, besteht eine wichtige Aufgabe darin, die Wirksamkeit von Wärmeisolierung für die Produkte wie Kühlschränke und Heiß/Kalt-Aufbewahrungsboxen zu verbessern. Zusätzlich wird auch die hohe Leistungsfähigkeit von Isoliermaterial für eine Vielfalt anderer Heimelektrogeräte und elektrischer Vorrichtungen unvermeidlich, um Energieeinsparung zu erleichtern.
Außerdem wird die innerhalb eines Computers erzeugte Wärme, als ein seit kurzem auftretendes Problem in Notebooks, auf eine Oberfläche des Gerätegehäuses übertragen, wobei die Wärme der Gehäuseoberfläche, die im Kontakt mit dem Körper eines Benutzers ist, dem Benutzer langfristig ein unangenehmes Gefühl gibt, wenn die Oberflächentemperatur zunimmt. In diesem Fall ist Isoliermaterial mit einer guten Isoliereigenschaft ebenfalls erwünscht.
Ein Vakuum-Wärmeisolator ist als Mittel verfügbar, um sich diesen Problemen der oben erwähnten Art zuzuwenden. Die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. S57-173 689 und S61-144 492 zeigen zum Beispiel Vakuum-Wärmeisolatoren, die ein anorganisches Pulver verwenden. Sie beschreiben Verfahren zur Erlangung eines Vakuum-Wärmeisolators, indem ein Umschlag aus Kunststofffolie mit anorganischem Pulver, das einen Partikeldurchmesser von 1 μm oder kleiner aufweist, gefüllt wird und dieser hermetisch abgedichtet wird, nachdem sein Inneres luftleer gemacht ist.
Jedoch weist das oben erwähnte Verfahren zum Stand der Technik Probleme wie eine Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung aufgrund von Pulverstaub und eine Verkomplizierung des Herstellungsprozesses wegen seiner Verwendung von feinem Pulver auf.
Außerdem offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-97390 ein Verfahren zur Erzeugung eines Vakuum-Wärmeisolators mit Flexibilität, um den Austritt von Wärme aus einem Abdichtungsbereich des Vakuum-Wärmeisolators zu verringern.
Um Flexibilität für den Vakuum-Wärmeisolator mit dem Verfahren im Stand der Technik zu bewirken, ist es jedoch notwendig, das ein Kern seine Form beibehält, nachdem er durch Druck verformt wurde. Das Verfahren im Stand der Technik ist jedoch noch nicht eingesetzt worden, da der Kern seine eigene Form nicht beibehält. Insbesondere wenn ein zu Lagen geformtes Material, das aus anorganischen Fasern besteht, als ein Kern verwendet wird, war das Verfahren im Stand der Technik nicht leistungsfähig, um die benötigte Flexibilität zu erzeugen, weil die anorganischen Fasern durch den Druck gebrochen werden und der Kern beim Druckumformungsprozess zerfällt.
Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, um sich diesen Problemen zu widmen, wobei Vakuum-Wärmeisolatoren vorgeschlagen wurden, die insbesondere Faserwerkstoff verwenden.
Gemäß der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. S30-3139 wird zum Beispiel eine Art Vakuum-Wärmeisolator dadurch vorgeschlagen, dass als Kern Glasfasern mit einem Faserdurchmesser von 250 μm oder kleiner verwendet werden und sein Inneres auf einem Unterdruck von 0,75 Pa oder weniger gehalten wird. Auch die Japanische Offenlegungsschrift Nr. S60-208226 beschreibt ein Verfahren zur Verwendung von Fasern als Kern des Vakuum-Wärmeisolators, bei dem dünne anorganische Fasern in einer Richtung senkrecht zu einer Wärmeübergangsrichtung wahllos laminiert und Bindefasern bis in die Mitte eingenäht werden.
Als weiteres bekanntes Beispiel offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. H9-138 058 darüber hinaus ein Verfahren zum Fixieren von Fasern mit einem Bindemittel. Dieses Verfahren soll Faserwerkstoff wie Glaswolle durch ein organisches Bindemittel zur Verwendung als Kern des Vakuum-Wärmeisolators formen.
Es war jedoch schwierig, diese Verfahren zum Stand der Technik für die praktische Verwendung anzupassen, da sie folgende Probleme aufweisen. Mit den technischen Beschreibungen der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. S30-3139 ist es zum Beispiel schwierig, den Wärmeisolator zu einer bleibenden Form zu bilden, weil er nur aus Glasfaser besteht. Im Fall der Fertigung eines plattenförmigen Vakuum-Wärmeisolators wird das Problem verursacht, dass eine zusätzliche Arbeitsstunde benötigt wird, wenn die Glasfasern als Kern des Vakuum-Wärmeisolators verwendet werden, weil die Glasfasern selbst nicht in der Lage sind, ihre eigene Form beizubehalten.
Ferner gibt es entsprechend den technischen Beschreibungen der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. S60-208 226 das Problem hoher Produktionskosten, weil das übliche Verfahren nicht zum Einnähen der Fasern eingesetzt wird, während eine reduzierte Festkörper-Wärmeleitung aufrechterhalten wird, obwohl die Fasern selbst mit einer Fähigkeit versehen sind, wegen der eingenähten Fasern ihre eigene Form beizubehalten.
Außerdem wird gemäß der technischen Beschreibung der Japanischen Offenlegungsschrift H9-138 058 eine Methode, Faserwerkstoff mit organischem Bindemittel zu fixieren, als das Verfahren zur Bereitstellung von Faserwerkstoff mit Formbeständigkeit vorgeschlagen. Obwohl in ihr eine Bindemittelart speziell festgelegt ist, lehrt sie jedoch keine Einzelheiten über Füllmenge, Materialzusammensetzung der verwendeten Fasern und so weiter. Deshalb hat sie bis jetzt das Problem, dass die Schwierigkeit bleibt, die Fasern mit Bindemittel zu fixieren, während die Isoliereigenschaft beibehalten wird, die notwendig ist, um sie als einen Vakuum-Wärmeisolator zu verwenden.
Die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. H07-167 376 und H07-139 691 zeigen zum Beispiel hochleistungsfähige Vakuum-Wärmeisolatoren. In der Offenlegungsschrift Nr. H07-167 376 wird ein Verfahren gelehrt, um einen Vakuum-Wärmeisolator zu erhalten, indem ein Kern verwendet wird, der aus anorganischen Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 2 μm oder kleiner, oder was wünschenswerter ist, 1 μm oder kleiner besteht, die in einer Säurelösung behandelt werden, dem sich ein Wasserentzug unter Druck anschließt, um eine herausgespülte Komponente der anorganischen Fasern an Schnittpunkten der Fasern zu konzentrieren und zu veranlassen, dass die Komponente als Bindematerial die Fasern verbindet. In der Offenlegungsschrift Nr. H07-139 691 wird ein Verfahren zur Erzielung eines Vakuum-Wärmeisolators gelehrt, indem anorganische Fasern verwendet werden, die einen mittleren Faserdurchmesser von 2 μm oder kleiner, oder was wünschenswerter ist, 1 μm oder kleiner, aufweisen, bei dem eine Vielzahl von aus den anorganischen Fasern durch Säure-Papierherstellungsprozess erhaltenen Papierbögen unter einer Säureatmosphäre laminiert werden, dem sich ein Kompressionsvorgang anschließt und die Fasern anschließend an einzelnen Schnittpunkten mit einer aus den anorganischen Fasern herausgespülten Komponente verbunden werden.
Außerdem wurde ein Vakuum-Wärmeisolator mit Flexibilität vorgeschlagen, der in erster Linie Faserwerkstoff verwendet. In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. H05-502431 ist zum Beispiel ein Vakuum-Wärmeisolator offenbart, der anorganisches Fasermaterial mit einem Faserdurchmesser von 1 μm oder größer, jedoch 25 μm oder kleiner als Kern enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass er kein Bindematerial enthält. Zusätzlich zu der ausgezeichneten Flexibilität zeigt er den Vorteil wie ausgezeichnete Zuverlässigkeit, weil er seine Wärmeleiteigenschaft über einen langen Zeitraum nicht verschlechtert und kein Bindematerial enthält, das im Unterdruckzustand ein gasförmiges Produkt innerhalb eines Umhüllungselements erzeugt.
Jedoch haben diese Verfahren im Stand der Technik die folgenden Probleme. Nach den technischen Beschreibungen, die in den Offenlegungsschriften Nr. H07-167 376 und H07-139 691 z. B. offenbart sind, mangelt es den Vakuum-Wärmeisolatoren an Flexibilität, wobei sie nicht zu Formen wie gebogen, gekrümmt und zylindrisch geformt gebildet sind, weil sie als Kerne die Zusammensetzung nutzen, die erzeugt wird, indem die heraus gespülte Komponente der anorganischen Fasern an Schnittpunkten der Fasern angereichert wird, sie als Bindematerial zum Verbinden der Fasern wirksam werden lässt und die Fasern dem Kompressionsprozess unterzogen werden.
Außerdem stellen die technischen Beschreibungen der Offenlegungsschrift Nr. H05-502 431 den Vakuum-Wärmeisolator bereit, der einer Formveränderung angepasst werden kann und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit besitzt. Er genügt jedoch nicht, weil er nur eine Wärmeisoliereigenschaft von ungefähr dem Dreifachen des normalen Urethan-Hartschaums im Stand der Technik aufweist, da er die Fasern mit Durchmessern von größer als 1 μm verwendet.
Wie oben beschrieben, sind die dem Verfahren im Stand der Technik eigenen Probleme die Kosten und die Leistungsfähigkeit insbesondere in Bezug auf die Schwierigkeit, Kompatibilität zwischen Wärmeisoliereigenschaft und Flexibilität zu verwirklichen, und dass sie dadurch nicht zum praktischen Gebrauch angepasst werden können.
Die vorliegende Erfindung soll einen Vakuum-Wärmeisolator zur Verfügung stellen, der praktisch anwendbar ist, während außerdem geringe Kosten realisiert werden, indem physikalische Eigenschaften und Charakteristiken sowohl von für den Vakuum-Wärmeisolator verwendetem Fasermaterial als auch einer Bindemittelart und eine spezifische Füllmenge des Bindemittels, das verwendet wird, bestimmt werden. Die Erfindung sieht außerdem elektronische Geräte vor, die den Vakuum-Wärmeisolator nutzen.
ABRISS DER ERFINDUNG
Ein Vakuum-Wärmeisolator nach der vorliegenden Erfindung weist die im Anspruch 1 definierten Merkmale auf. Der Vakuum-Wärmeisolator ist durch das Laminieren einer Vielzahl von Lagen mit darin ausgebildeten, abgeschnittenen Teilen bis auf die oberste Schicht und die unterste Schicht und durch ein Absorbens in dem abgeschnittenen Teil gekennzeichnet.
Des Weiteren ist der Vakuum-Wärmeisolator nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine darin ausgebildete Nut aufweist, nachdem er wie oben angegeben hergestellt ist.
Außerdem nutzen Geräte der vorliegenden Erfindung den oben beschriebenen Vakuum-Wärmeisolator dieser Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung, die einen Schnitt eines Vakuum-Wärmeisolators nach einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Zeichnung, die einen Schnitt des Vakuum-Wärmeisolators nach einer anderen beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die den Vakuum-Wärmeisolator der gleichen beispielhaften Ausführung nach der Erfindung zeigt;
4 ist eine schematische Zeichnung, die einen Schnitt des Vakuum-Wärmeisolators einer noch weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine schematische Zeichnung, die einen Schnitt des Vakuum-Wärmeisolators nach einer noch anderen beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine weitere schematische Zeichnung, die einen Schnitt des Vakuum-Wärmeisolators der gleichen beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist die Schnittansicht eines Vakuum-Wärmeisolators, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
8 ist eine Schnittansicht des Vakuum-Wärmeisolators, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ist eine isometrische Darstellung, die einen Kühlschrank zeigt, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
10 ist eine Schnittansicht, die einen Kühlschrank zeigt, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
11 ist eine Schnittansicht, die eine Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox in einer beispielhaften Ausführung nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Schnittansicht, die einen Warmwasserbereiter in einer beispielhaften Ausführung nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist die Schnittansicht eines Notebooks, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet; und
14 ist die Schnittansicht eines Ofenbereichs, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
DIE BESTEN METHODEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden anschließend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Erste beispielhafte Ausführung
1 zeigt eine Schnittansicht des Vakuum-Wärmeisolators in einer beispielhaften Ausführung nach der vorliegenden Erfindung, in welcher der Vakuum-Wärmeisolator 1 einen Kern 2, ein Umhüllungselement 3 und ein Absorbens 4 aufweist.
Das Umhüllungselement 3 umfasst zwei Arten von geschichteten Folien.
Eine der geschichteten Folien, die eine Fläche des Vakuum-Wärmeisolators bedeckt, weist eine vierlagige Struktur auf, die Polyamidfolie (16 μm), Aluminiumfolie (6 μm), Polyethylen-Terephthalat-Folie [PET-Folie] (12 μm) und Niederdruckpolyethylen-Folie (50 μm) umfasst. Die Polyamidfolie bildet eine äußerste Lage, die wie eine Oberflächenschutzschicht wirkt, und die Niederdruckpolyethylen-Folie dient dem Zweck einer Wärmedichtung.
Eine andere Fläche besteht aus einer geschichteten Folie, die vier Lagen, d. h. Polyamidfolie (16 μm) als eine Oberflächenschutzschicht, eine Folie aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat-Verbundwerkstoff (15 μm) mit einer auf seiner Innenfläche aufgedampften Aluminiumschicht, Polyethylen-Terephthalat-Folie (12 μm) und Niederdruckpolyethylen-Folie (50 μm) aufweist. Die Niederdruckpolyethylenschicht dient als Wärmedichtung.
Der Vakuum-Wärmeisolator 1 mit dem oben erwähnten Aufbau kann sowohl den Austritt von Wärme durch die Aluminiumfolie als auch das Eindringen von Gasen durch den aufgebrachten Film unterdrücken, weil das Umhüllungselement 3 aus der geschichteten Folie, die mit der Aluminiumfolie auf einer der Flächen versehen ist, und einer weiteren geschichteten Folie, bei der auf der anderen Fläche Aluminium aufgebracht ist, besteht. Das heißt, er kann sowohl die Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft aufgrund der Zunahme von Wärmeaustritt als auch die Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft während einer langen Gebrauchszeit infolge des Eindringens von Gasen unterdrücken.
Das Umhüllungselement 3 muss jedoch nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt sein. Hinsichtlich einer Kostenreduzierung des Umhüllungselementes und der Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur oder dergleichen, kann es wünschenswert sein, eine mit kristallinem Polypropylenfilm (50 μm) versehene geschichtete Folie als Heißsiegelschicht anstelle von Polyethylen zu verwenden.
Des Weiteren kann eine Kostenreduzierung dadurch erzielt werden, dass die äußerste Polyamidschicht weggelassen wird, wenn die Dicke der Polyethylen-Terephthalat-Folie etwas vergrößert wird, um das Polyamid zu ersetzen. Eine Verringerung des Biegewiderstandes infolge des Ausschlusses von Polyamid kann mit einer Erhöhung der Dicke der Polyethylen-Terephthalat-Folie kompensiert werden.
Außerdem muss eine Zusammensetzung des Umhüllungselements zweckmäßig zwischen einer Vielfalt von Materialien entsprechend der Umgebung, in der es verwendet wird, ausgewählt werden. Niederdruckpolyethylen und dergleichen sind als Material für die Wärmedichtungsschicht geeignet, wenn es bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur wie für Kühlschränke, Kühlboxen oder dergleichen eingesetzt wird. Andererseits sind kristallines Polypropylen, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat-Harz oder Polyethylen-Terephthalat-Harz, Polyethylen-Naphthalat-Harz und dergleichen als Wärmedichtungsschicht im Fall von Warmwasserbereitern oder dergleichen geeignet, die in einem vergleichsweise hohen Temperaturbereich arbeiten.
Anstatt die geschichteten Folien zweier unterschiedlicher Arten zu verwenden, kann das Umhüllungselement auch aus geschichteten Folien einer Art bestehen. Wenn dies der Fall ist, ist die Ausführung der Abdichtung des Umhüllungselements 3 nicht auf eine dreiseitige Dichtung begrenzt, sondern es kann eine Umhüllung solcher Ausführungen wie vom Typ eines Faltenbeutels, eines Kissenbezuges und dergleichen verwendbar sein. Damit können Vorsprünge um die Umrandung des Umhüllungselements 3 herum verringert werden, wodurch ein Faltungsvorgang der Vorsprünge ausgeschlossen wird.
Das Absorbens 4 wird in einem in den anorganischen Faserlagen des Kerns 2 vorgesehenen abgeschnittenen Teil bis auf die oberste Lage und die unterste Lage aufgebracht. Daher erübrigt sich das Problem, dass das Absorbens 4 einen Vorsprung bilden kann, der das Umhüllungselement 3 bricht, wenn der Vakuum-Wärmeisolator hergestellt wird.
Der von SAES Getters S.p.A. gelieferte „Combo Getter" ist ausgezeichnet als Material für das Absorbens 4. Er entfernt sowohl Sauerstoff und Stickstoff als auch Feuchtigkeit und Kohlendioxid durch Absorption, wodurch eine Verschlechterung des Unterdruckpegels innerhalb des Vakuum-Wärmeisolators 1 für eine lange Zeitdauer vermieden wird.
Daneben gibt es andere Materialien, die auch für diesen Zweck akzeptabel sind und aktivierten Kohlenstoff, Zeolith, Dawsonit, Wolknerit, Metallhydroxide wie Magnesiumhydroxid und Kalziumhydroxid, Metalloxide wie Kalziumoxid, Feuchtigkeitsaufnehmer wie Magnesiumchlorid, Lithiumchlorid und Kalziumchlorid und das von Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.. hergestellte „Ageless" umfassen. Ein aus Kalziumhydroxid bestehendes Material kann ebenfalls als Absorbens von Kohlendioxid verwendbar sein. Die Wirksamkeit des Absorbens kann weiter verbessert werden, wenn diese Materialien in Kombination mit dem oben erwähnten von SAES Getters S.p.A. hergestellten „Combo Getter" eingesetzt werden, wodurch die Eigenschaft der Vakuum-Wärmeisolation für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird.
Der Kern 2 wird durch das Laminieren zweier oder mehrerer Schichten von zu Lagen geformten anorganischen Fasern aufgebaut. Daher erzeugt er einen wirbelnden Strom von Gasen, weil es eine Differenz im hydrodynamischen Widerstand zwischen Flächen und Innenräumen der Lagen gibt und dies eine Art von Pumpfunktion während der Herstellung von Unterdruck liefert, um die Produktivität des Vakuum-Wärmeisolators wesentlich zu verbessern.
Obwohl eine Anzahl der zu laminierenden Lagen nicht speziell begrenzt ist, ist es wünschenswert, drei oder mehrere von ihnen zu verwenden, indem berücksichtigt wird, dass das Absorbens 4 einen Vorsprung bildet. Unter Berücksichtigung einer weiteren Verbesserung der Produktivität einschließlich der physikalischen Festigkeit der laminierten Schicht usw., ist es noch wünschenswerter, vier oder mehrere Lagen zu verwenden.
Als Material des Kerns 2 werden anorganische Fasern verwendet, deren Zusammensetzung 50 bis 65 Gew.-% SiO₂, 10 bis 20 Gew.-% von jeweils Al₂O₃ und CaO sowie 1 bis 4 Gew.-% MgO enthält.
Der Grund, SiO₂ als Hauptbestandteil zu verwenden besteht darin, dass dieses Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und nicht teuer ist. Um die anorganische Faser auf den Vakuum-Wärmeisolator anzuwenden, liegt ein gewünschter Bereich der Zusammensetzung von SiO₂ bei 50 bis 65 Gew.-% und noch wünschenswerter bei 55 bis 60 Gew.-%.
Al₂O₃ wird einbezogen, um die Wärmebeständigkeit des Kerns 2 zu verbessern, je geringer aber dessen Inhalt ist, desto wünschenswerter ist es, die Wärmeleitfähigkeit von Al₂O₃ zu berücksichtigen. Es ist ein Gehalt von 10 bis 20 Gew.-% Al₂O₃ in den anorganischen Fasern vorzuziehen, wenn das Gleichgewicht zwischen der Wärmebeständigkeit und der Wärmeisoliereigenschaft in Betracht gezogen wird. Die Wärmebeständigkeit nimmt ab, wenn der Gehalt geringer als 10 Gew.-% ist, wobei die Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators nachteilig beeinflusst wird, wenn der Gehalt mehr als 20 Gew.-% beträgt.
CaO besitzt die Funktion, Feuchtigkeit im Vakuum-Wärmeisolator aufzunehmen, wobei der Gehalt von 10 bis 20 Gew.-% eine ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaft der anorganischen Fasern bewirkt. Diese Wirkung ändert sich nicht so sehr, auch wenn der Gehalt über 20 Gew.-% hinaus erhöht wird, wobei die Wirkung der Verbesserung der Eigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators durch Feuchtigkeitsaufnahme nicht nennenswert wird, wenn der Gehalt auf weniger als 10 Gew.-% reduziert ist.
Die Zugabe von MgO ist effektiv, um die Kohäsion der Faser zu erhöhen, und deshalb effektiv, um die Formenhaltungseigenschaft der Lagen zu verbessern. Dieser Effekt ist nennenswerter, speziell wenn die Faserlagen mit dem Papierherstellungsverfahren und dergleichen gefertigt werden. Die Verbesserung der Kohäsion wird deutlich mit einem Magnesiumsgehalt von 1 bis 4 Gew.-%, wobei jedoch die Wirkung unverändert bleibt, auch wenn der Gehalt über 4 Gew.-% hinaus erhöht wird. Außerdem nimmt die Kohäsion ab, wenn der Gehalt unter 1 Gew.-% verringert wird. Deshalb kann gesagt werden, dass ein Gehalt von 1 bis 4 Gew.-% von MgO vorzuziehen ist.
Obwohl eine Materialzusammensetzung der für den Kern 2 genutzten Fasern oben beschrieben ist, ist es auch notwendig, ihre besten physikalischen Eigenschaften zu bestimmen, da Faserdurchmesser und Rohdichte ebenfalls ihre Einflüsse auf die Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators 1 haben.
Hinsichtlich des Faserdurchmessers des Kerns 1 sind 1 bis 3 μm wünschenswert. Es wird schwierig, die Fasern bei industriell ökonomischen Kosten herzustellen, wenn der Faserdurchmesser kleiner als 1 μm ist, weil es eine erhebliche Zunahme der Anzahl von Arbeitsstunden zur Bearbeitung verursacht und eine spezielle Ausrüstung zum Herstellen der Fasern erfordert. Außerdem erhöht es die Gaswärmeleitfähigkeit und verschlechtert die Wärmeisoliereigenschaft, weil sich die Fasern selbst stark miteinander verwirrt haben, um große kohärente Körper zu bilden, wodurch sich die Bildung großer Poren ergibt.
Die Wärmeisoliereigenschaft des Wärmeisolators kann jedoch verbessert werden, auch wenn der Faserdurchmesser der anorganischen Fasern dünner als 1 μm ist, wenn er bei anderen Bedingungen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wie es in den folgenden weiteren beispielhaften Ausführungen dieser Erfindung beschrieben wird.
Des Weiteren lässt die Wärmeisoliereigenschaft nach, wenn der Faserdurchmesser größer als 3 μm ist, weil durch Kohäsion der Fasern große Poren gebildet werden, die einen Einflussfaktor der Gaswärmeleitfähigkeit erhöhen. Um dieses Problem zu kompensieren, wird es notwendig, einen Unterdruck von ungefähr 0,13 Pa zu erzeugen, was die industrielle und leistungsfähige Herstellung von Wärmeisolatoren erschwert, weil der industriell und wirksam herstellbare übliche Unterdruck von ungefähr 13 Pa nicht gut verwendbar ist.
Daher sind die anorganischen Fasern mit einem Faserdurchmesser von 3 μm oder kleiner geeignet, um sie für den Vakuum-Wärmeisolator unter Berücksichtigung der industriellen Produktivität zu verwenden. Es hat sich gezeigt, dass ein Faserdurchmesser von 2 bis 3 μm ein zu bevorzugendes Ergebnis unter den Bedingungen dieser beispielhaften Ausführung ist.
Andererseits kann sich eine nachteilige Wirkung bei der Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators auch mit dem Material eines solchen Faserdurchmessers ergeben, wenn eine Rohdichte der Fasern nicht ausreichend ist. Die Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators lässt nach, wenn die Rohdichte der Fasern höher als 300 kg/m³ wird, weil der Einfluss einer stabilen Wärmeleitung der Fasern selbst größer wird. Außerdem wird die durch Verwendung des Fasermaterials erzeugte Flexibilität ebenfalls verschlechtert und dadurch für die Geräte ungeeignet, die unregelmäßige Teile haben, die das Merkmal dieser Erfindung sind.
Des Weiteren lässt die Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum Wärmeisolators nach, wenn die Rohdichte der Fasern kleiner als 100 kg/m³ wird, weil Luftspalte zunehmen, wenn ein Verhältnis von durch die Fasern eingenommener Raum in einem gegebenen Raum abnimmt, was zu einer Zunahme von Gaswärmeleitung führt. Zusätzlich zu dem oben genannten gibt es auch ein Problem, das es schwierig macht, Vakuum-Wärmeisolatoren mit einer stabilen Form zu fertigen, weil ein Verformungsgrad aufgrund der atmosphärischen Komprimierung zunimmt, wenn sie luftleer gemacht werden.
Nach dem oben erwähnten Ergebnis sind 100 kg/m³ oder höher, jedoch 300 kg/m³ oder weniger als Rohdichte des für den Vakuum-Wärmeisolator verwendeten Fasermaterials geeignet, wobei 100 kg/m³ oder höher und 200 kg/m³ oder weniger auch mehr erwünscht ist.
Es ist vorzuziehen, Fasern mit einem Bindemittel zu fixieren, um die Fasern zu einer lagenartigen Form zu bilden. Wenn jedoch die Art des verwendeten Bindemittels oder die Füllmenge nicht angemessen ist, wirkt sich das auf die Wärmeisoliereigenschaft des Vakuum-Wärmeisolators aus.
Anorganisches Material erhöht zum Beispiel die Dichte der Lage in ihrer Gesamtheit, wenn es als Bindemittel verwendet wird. Auch mit einem organischen Bindemittel besitzt ein hitzehärtbarer Kunststoff wie Phenolharz eine nachteilige Wirkung auf die Wärmeisoliereigenschaft, weil ein Unterdruckpegel durch nicht in Reaktion getretene Monomere, die in der Unterdruckumgebung zu Gas werden, verschlechtert wird.
Wenn der thermoplastische Kunststoff als Bindemittel verwendet wird, kann andererseits die oben erwähnte nachteilige Wirkung von nicht in Reaktion getretenen Monomeren ausgeschaltet werden. In dem Fall, dass die Lage mit dem Papierherstellungsprozess gefertigt wird, ist es hinsichtlich des Umweltschutzes wünschenswert, ein wasserlösliches Polymer zu verwenden, wobei in dieser Hinsicht wasserlösliches Acrylatharz ein gutes Beispiel ist.
Wenn wasserlösliches Acrylatharz eingesetzt wird, kann es über die gesamte Lage gleichmäßig verteilt werden, auch wenn die Lage mit dem Papierherstellungsverfahren gefertigt wird, und verwirklicht dadurch die mit einer gleichmäßigen Bindefestigkeit versehene Lage.
Andererseits ist eine Zugabemenge wichtig, auch wenn wasserlösliches Harz als das Bindemittel verwendet wird. Wenn die Zugabemenge kleiner als 3 Gew.-% ist, kann die Lage, obwohl lageähnliche Fasern ausgebildet werden können, brechen, wenn sie zu einer Rolle gewickelt wird, was es erschwert, eine stabile Fertigung aufrechtzuerhalten. Oder, wenn die Zugabemenge mehr als 10 Gew.-% ist, nimmt die Viskosität der aufgeschlämmten Masse bei Herstellung mit dem Papierherstellungsprozess zu, wodurch die Produktivität verringert wird. Außerdem verschlechtern sich Eigenschaften des Vakuum-Wärmeisolators wegen einer Zunahme der Festkörper-Wärmeleitung.
Aus den oben genannten Gründen sind 3 Gew.-% oder mehr, jedoch 5 Gew.-% oder weniger als eine Zugabemenge des Acrylbindemittels geeignet, wobei 3 bis 4 Gew.-% wünschenswerter ist.
Ein Vakuum-Wärmeisolator mit guter Wärmeisoliereigenschaft kann jedoch erhalten werden, ohne ein Bindemittel zu verwenden, vorausgesetzt, dass die Produktivität der Lage nicht als ein Problem betrachtet wird.
Entsprechend der vorherigen Zusammensetzung wird eine Vielzahl von Lagen laminiert, um den Kern 2 zu bilden. Der Kern 2 wird, nachdem er eine Stunde lang bei 130°C in einem Trockenofen getrocknet wurde, in das Umhüllungselement 3 mit dem Absorbens 4 eingesetzt, und anschließend wird der Vakuum-Wärmeisolator 1 durch Anlegen eines Unterdruckes gefertigt, dem sich hermetisches Abdichten anschließt.
Der Vakuum-Wärmeisolator, der erhalten wird wie es oben beschrieben ist, wurde auf Wärmeisoliereigenschaft bei einer Durchschnittstemperatur von 24°C mit dem von Eiko Instruments Trading Co., Ltd. hergestellten „Auto-λ" gemessen. Das Ergebnis zeigte, dass der Vakuum-Wärmeisolator 1 eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0035 bis 0,0038 W/mK bei der Durchschnittstemperatur von 24°C aufweist, was eine ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaft von etwa dem Zweifachen im Vergleich zu üblichen Vakuum-Wärmeisolatoren, die Siliziumoxid oder offenporigen Polyurethanschaum verwenden, darstellt.
Zweite beispielhafte Ausführung
2 ist die Schnittansicht eines Vakuum-Wärmeisolators nach der vorliegenden beispielhaften Ausführung. 3 ist eine Draufsicht des Vakuum-Wärmeisolators dieser beispielhaften Ausführung. Im Vakuum-Wärmeisolator 1 der beispielhaften Ausführung ist durch Druckumformen eine Nut 5 ausgebildet.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Fertigung des Vakuum-Wärmeisolators 1 beschrieben.
In dieser beispielhaften Ausführung werden Glasfasern, die aus Silicatglas als einem Hauptbestandteil hergestellt sind und eine amorphe Struktur mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1 bis 5 μm aufweisen, zu einer Lagenform mit einer Dicke von 5 mm zur Verwendung als ein Kern 2 verarbeitet. Der Kern 2 wird anschließend aufgebaut, indem drei Lagen der oben erwähnten Glasfasern laminiert werden. Der Vakuum-Wärmeisolator 1 wird gebildet, indem der Kern in ein beutelartiges Umhüllungselement eingesetzt wird, das aus einer Folie mit Gasundurchlässigkeitseigenschaft hergestellt ist, nachdem der Kern eine Stunde lang bei 130°C getrocknet wurde, sein Inne res luftleer gemacht wurde und seine Öffnung durch Heißsiegelung hermetisch verschlossen wurde.
Dem oben genannten Prozess folgt, dass der Vakuum-Wärmeisolator einer Druckumformung mit einer Hydraulikpresse unterzogen wird, die mit einem Prägewerkzeug zur Bildung einer Nut darin, wie in 2 und 3 dargestellt ist, versehen ist.
In dieser beispielhaften Ausführung kann die Form des Kerns leicht geändert werden, da die Druckumformung an dem Kern nur nach dem Absaugvorgang und dem Vorgang der hermetischen Abdichtung durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Form des Kerns kann leicht geändert werden, auch wenn ein aus anorganischen Fasern hergestelltes lagenförmiges Material als Kern verwendet wird, das normalerweise nicht in der Lage ist, seine ursprüngliche Form zu halten, weil die Fasern durch die Kompression geschnitten werden. Aus diesem Grund ist die Dicke des Kerns des Vakuum-Wärmeisolators dünner in der Nut, die durch die Druckumformung ausgebildet wird, im Vergleich zu den anderen Bereichen um sie herum, wobei die Spannung des Gasundurchlässigkeitsfilms abnimmt. Außerdem kann das Biegen des Vakuum-Wärmeisolators 1 leicht vorgenommen werden, selbst wenn er in einer Art und Weise gebogen wird, dass sich eine mit Nut versehene Fläche im Inneren befindet, weil ein Abstand in der Nut verhindern kann, dass sich zwei Seiten des Kerns stören, wenn sie gebogen werden.
Außerdem verursacht eine Richtung des Biegens kein Problem, weder in dem Fall, dass die mit Nut versehene Fläche nach innen gebogen wird, noch in dem Fall, dass sie nach außen gebogen wird.
Folglich verbessert sie den Freiheitsgrad der Form des Vakuum-Wärmeisolators stark, und die Folge davon ist, dass sie Teile und Arten von Geräten, für die dieser Vakuum-Wärmeisolator verwendet werden kann, wesentlich erhöht.
In diesem Fall wurde der Biegeprozess des Vakuum-Wärmeisolators leicht durchgeführt, ohne durch den Kern während des Prozesses gestört zu werden, wenn die Dicke des Kerns in der Nut halbmal so groß oder kleiner als die der anderen Bereiche war. Es war jedoch schwierig, wenn die Dicke größer als eine Hälfte betrug. Es wurde herausgefun den, dass der Biegeprozess vorzuziehen ist und leicht verarbeitet wird, wenn die Dicke des Kerns in der Nut dünner ist.
Obwohl die Nut zu einer beliebigen Form entsprechend dem gewünschten Biegewinkel frei ausgelegt werden kann, ist es außerdem vorzuziehen, solche Formen zu wählen, dass keine zusätzliche Spannung auf den Gasundurchlässigkeitsfilm während der Druckumformung aufgebracht wird und die Nut so geformt wird, dass keine Störung des Kerns bewirkt wird, wenn der Vakuum-Wärmeisolator mit Plattenform gebogen wird.
Als Nächstes werden die Werkstoffe für den Vakuum-Wärmeisolator beschrieben.
Der Kern 2 besteht aus Glasfasern, die aus amorphem Silicatglas als Hauptbestandteil mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1 bis 5 μm hergestellt sind, die zu einer lagenähnlichen Form der Dicke von 5 mm verarbeitet werden. Drei Lagen der lagenähnlichen Glasfasern werden laminiert, um den Kern zu bilden. Der Faserdurchmesser wurde basierend auf einem SEM-Bild berechnet. Die Rohdichte des Kerns betrug in dieser Ausführung 100 bis 200 kg/cm³. Die Fertigung kann ohne Problem der Produktivität durchgeführt werden, solange die Anzahl von zu laminierenden Lagen zwei oder mehr ist. Eine gewünschte Dicke des Kerns kann erlangt werden, indem eine Kombination von einer Vielzahl von Lagen mit unterschiedlicher Dicke ausgewählt wird.
Das Umhüllungselement 3 besteht an einer der Flächen aus einer geschichteten Folie, die als Oberflächenschicht dienende Polyethylen-Terephthalat-Folie (12 μm), Aluminiumfolie (6 μm) als Mittelschicht und Niederdruckpolyethylen (50 μm) als innerste Schicht aufweist, oder an der anderen Fläche aus einer anderen geschichteten Folie besteht, die Polyethylen-Terephthalat-Folie (12 μm) als eine Oberflächenschicht, eine mit Metall bedampfte Folie aus mit Ethylen-Vinylalkohol kopolymerisiertem Harzverbundstoff (15 μm) (Markenname „Eval", hergestellt von Kuraray Co., Ltd.) mit Aluminium, das auf einer Innenseite als Mittelschicht aufgebracht ist, und Niederduckpolyethylen (50 μm) als innerste Schicht aufweist.
Unter den strukturellen Merkmalen des Umhüllungselements dienen die äußersten Schichten zum Schutz vor Aufprall und um Steifheit zu bewirken, die mittleren Schichten sollen Gasundurchlässigkeit aufrecht erhalten, und die innersten Schichten sollen die Funktion der Abdichtung durch Schweißschmelzen (Heißsiegeln) der Folien aufrecht erhalten.
Daher ist jeder der allgemein bekannten Werkstoffe zur Verwendung geeignet, solange er diese Zwecke erfüllt. Es ist zum Beispiel möglich, den Widerstand gegen eine Lochkraft zu verbessern, indem Polyamidharz oder dergleichen auf die äußerste Schicht in der gleichen Weise wie bei der ersten beispielhaften Ausführung laminiert wird oder zwei Schichten aus Folie mit aufgedampftem Aluminium als Mittelschicht zur Verbesserung der Gasundurchlässigkeitseigenschaft vorgesehen werden, oder eine geschichtete Folie zu nutzen, die mit Aluminiumfolie als Mittelschicht beider Seiten versehen ist. Im Allgemeinen ist für die innerste Schicht, die dem Schmelzschweißen unterzogen wird, hinsichtlich der Wärmedichtungseigenschaft, Gasundurchlässigkeitseigenschaft, Widerstand gegen chemischen Angriff, ihren Kosten, usw., Niederdruckpolyethylen wünschenswert. Es können jedoch auch andere Werkstoffe wie Polypropylen, Polyacrylnitril und dergleichen in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung des Vakuum-Wärmeisolators gut verwendbar sein.
Komponentenwerkstoff, der die zu Lagen geformte anorganische Faser bildet, ist nicht speziell beschränkt, jedoch kann ohne Probleme jede Art von anorganischen Fasern einschließlich Glaswolle, Keramikfasern, Steinwolle und dergleichen verwendet werden, solange sie alle vorgeschriebenen physikalischen Eigenschaften wie durchschnittlicher Faserdurchmesser, Rohdichte, usw. erfüllen. Außerdem ist er nicht auf einen einzelnen Komponentenwerkstoff beschränkt, sondern es können organische oder anorganische Bindemittel verwendet werden, um die lagenähnliche Ausführung zu bilden.
Außerdem ist die Verwendung eines Gasabsorptionsmittels effektiv zur Verbesserung der Wärmeisoliereigenschaft, wenn es zusammen wie im Fall der ersten beispielhaften Ausführung einbezogen wird.
Außerdem kann die lagenförmige Ausführung der anorganische Fasern Flexibilität höchst effektiv und leicht bewirken, ahne sich auf die Produktivität oder die Wärmeisoliereigenschaft auszuwirken wie im Fall der ersten beispielhaften Ausführung 1.
Dritte beispielhafte Ausführung
4 ist die schematische Schnittansicht eines Vakuum-Wärmeisolators der vorliegenden beispielhaften Ausführung.
Das Verfahren zur Herstellung des Vakuum-Wärmeisolators 1, die Werkstoffe seiner Bestandteile und die Ausbildung einer Nut 5 sind dem ähnlich, was in der zweiten beispielhaften Ausführung beschrieben worden ist.
Nach einem in 4 dargestellten Aufbau wird der Vakuum-Wärmeisolator so hergestellt, dass er leicht zu biegen ist, weil die dem Kern kleiner Dicke zugeordneten Nuten in dem Vakuum Wärmeisolator ausgebildet werden können, ohne Beschädigungen an einem Film zu verursachen, der als ein Umhüllungselement mit Gasundurchlässigkeitseigenschaft dient, selbst wenn der Vakuum-Wärmeisolator eine große Dicke aufweist.
Mit anderen Worten, wenn die Nuten in entsprechenden Positionen auf der vorderen Fläche und der hinteren Fläche des Vakuum-Wärmeisolators ausgebildet werden, wird der Biegeprozess entlang der Nuten leichter gemacht, während die Beschädigungen an dem Umhüllungselement während des Biegevorgangs ebenfalls wesentlich reduziert werden. Auch nachdem es einer Vielzahl von Biegevorgängen unterzogen wurde, wurden in dem Umhüllungselement keine Spuren feiner Löcher, Risse und dergleichen beobachtet.
Vierte beispielhafte Ausführung
5 und 6 sind schematische Schnittansichten eines Vakuum-Wärmeisolators der vorliegenden beispielhaften Ausführung, der gebogen ist. Der Vakuum-Wärmeisolator 1 umfasst einen Kern und ein Umhüllungselement, das aus einem Film mit Gasundurchlässigkeitseigenschaft besteht. Eine Ausführung des Vakuum-Wärmeisolators, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Bildung einer Nut 5 sind dem ähnlich, was in der zweiten beispielhaften Ausführung beschrieben worden ist.
Jede der 5 und 6 stellt den Vakuum-Wärmeisolator dar, als er einem Biegevorgang von ungefähr 90 Grad zusammen mit der darin ausgebildeten Nut unterzogen wurde. Das Biegen wird mit einer Fläche mit Nut 5 nach innen in 5 und mit der Fläche mit Nut 5 nach außen in 6 vorgenommen.
In der durch Druckumformung gebildeten Nut, der sich Absaugung und Abdichtung anschließt, wird die Spannung des Films mit Gasundurchlässigkeitseigenschaft klein, weil die Dicke des Vakuum-Wärmeisolators in dem mit Nut versehenen Bereich im Vergleich zu anderen Bereichen kleiner ist. Deshalb wird der Vakuum-Wärmeisolator leicht biegbar.
Außerdem kann der Biegevorgang des Vakuum-Wärmeisolators einfach durchgeführt werden, ohne irgendwelche speziellen Werkzeuge zu benutzen, wenn die Dicke des Kerns in dem mit Nut versehenen Bereich die Hälfte der anderen Bereiche oder kleiner als dieser ist. Das Biegen war ziemlich schwierig, wenn die Dicke des Kerns die eine Hälfte überschritten hat. Je dünner die Dicke des Kerns ist, umso besser ist es, weil der Biegeprozess erleichtert werden kann. Außerdem wurde herausgefunden, dass Beschädigungen an dem Umhüllungselement während des Biegeprozesses auch dann verringert wurden, wenn es einer Vielzahl von Biegevorgängen ausgesetzt wurde.
Es wurde auch herausgefunden, dass die Gasundurchlässigkeitseigenschaft des Umhüllungselements weiter verbessert war, wenn es in einer Weise gebogen wurde, dass eine Fläche des Umhüllungselements auf einem bedampften Film 7 nach außen gerichtet ist, weil im Umhüllungselement auch nach einer Vielzahl von Biegevorgängen kein feines Loch, Riss oder dergleichen aufgetreten sind. Das liegt daran, weil die bedampfte Schicht, die weniger Beschädigungen durch Dehnung aufnimmt, nach außen gerichtet ist, wo die Dehnung durch das Biegen größer ist.
Andererseits wurde herausgefunden, dass feine Löcher und Risse in der Aluminiumfolie nach Durchführung einer Vielzahl von Biegevorgängen aufgetreten sind, wenn das Umhüllungselement in einer Weise gebogen wurde, dass eine weitere Schichtfläche 6 auf der nach außen angeordneten Aluminiumfolie anliegt. Entsprechend dieser Ergebnisse ist es vorzuziehen, eine Anordnung vorzunehmen, so dass die Schichtfläche der Aluminiumfolie während des Biegeprozesses nicht nach außen gerichtet ist.
Der Biegeprozess des Vakuum-Wärmeisolators kann jedoch vorgenommen werden, ohne in der Aluminiumfolie feine Löcher oder Risse zu erzeugen oder irgend welche anderen Probleme zu verursachen, selbst wenn er in einer Weise gebogen wird, dass die Schichtfläche der Aluminiumfolie nach außen gerichtet ist, oder wenn das gebogene Umhüllungselement an einer laminierten Aluminiumfolie auf beiden Flächen anliegt, wenn es keiner Vielzahl von Biegevorgängen ausgesetzt wird.
In einer Anordnung des Wärmeisolators kann es die Möglichkeit geben, bei der eine die Aluminiumfolie tragende Fläche sich von der anderen Fläche, die die mit Aluminium bedampfte Schicht trägt, entsprechend einer Richtung des Wärmeübergangs unterscheidet. Jedoch werden die oben erwähnten feinen Löcher und Risse in der Aluminiumfolie kein zum Ausfall führender Defekt werden, weil es im Allgemeinen seltene Fälle gibt, dass der Wärmeisolator entfernt oder ersetzt wird, sobald er an der Verwendungsstelle angebracht ist.
Wie beschrieben ist, wurde herausgefunden, dass der mit dem Biegeprozess erzeugte Vakuum-Wärmeisolator kein Problem wie Verschlechterung der Gasundurchlässigkeitseigenschaft, das Zurückspringen des Umhüllungselements und dergleichen aufweist und eine ausgezeichnete Biegegenauigkeit und Wärmeisoliereigenschaft über einen ausgedehnten Zeitraum besitzt. Folglich verbessert es in starkem Maße den Freiheitsgrad der Form des Vakuum-Wärmeisolators und vergrößert die Bereiche von Geräten und Bereiche erheblich, für die dieser Vakuum-Wärmeisolator anpassungsfähig ist. Es kann außerdem den Wärmeaustritt von verbundenen Bereichen des Wärmeisolators verhindern, wie es in der Vergangenheit vorgekommen ist.
Die folgende Ausführung und die darauf bezogenen Beispiele bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Fünfte beispielhafte Ausführung
7 ist eine Schnittdarstellung des Vakuum-Wärmeisolators 1 dieser Ausführung, bei dem anorganisches Fasermaterial 7, dessen Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser zwischen 1 μm oder kleiner und 0,1 μm oder größer liegt, in ein Umhüllungselement 3 eingesetzt wird, das eine metallisierte Filmschicht und eine thermoplastische Polymerschicht aufweist.
Der Vakuum-Wärmeisolator der vorliegenden beispielhaften Ausführung ist durch die Verwendung von anorganischen Fasern als Kern gekennzeichnet, dessen Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser zwischen 1 μm oder kleiner und 0,1 μm oder größer liegt, und dadurch dass kein Bindematerial zum Fixieren des Fasermaterials enthalten ist. Ein Unterscheidungsmerkmal ist, dass die hier verwendeten anorganischen Fasern eine Rohdichte von 15 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 100 kg/m³ aufweisen, und die Rohdichte durch Kompression auf 100 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 300 kg/m³ erhöht wird. Die in der beispielhaften Ausführung verwendeten anorganischen Fasern sind zu einer Lagenform gebildet, wobei eine Vielzahl von ihnen zur Verwendung als ein Kern laminiert wird.
Ein Verfahren zur Messung der Verteilung von Faserdurchmessern des für den Vakuum-Wärmeisolator der vorliegenden beispielhaften Ausführung verwendeten anorganischen Fasermaterials 8 wurde im Wesentlichen dem JIS (Japanischer Industriestandard) A 9504 „Künstlich hergestellte Wärmeisolierwerkstoffe aus Mineralfasern", Abschnitt 4.8: Durchschnittlicher Durchmesser von Fasern mit der Ausnahme zu Grunde gelegt, dass nur eine Genauigkeit der Messung im JIS von 0,5 μm bis 0,1 μm modifiziert wurde.
Bei diesem Messverfahren wurden 20 Gramm einer Probe von 3 Stellen in einem Prüfstück genommen; des Weiteren wurden 20 Fasern von jeder dieser Proben gesammelt und diese mit einer Genauigkeit von 0,1 μm durch ein Mikroskop oder ein Elektronenmikroskop gemessen.
Weil die Faserdurchmesser des anorganischen Fasermaterials 8 zwischen 1 μm oder kleiner und 0,1 μm oder größer liegen, kann eine ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaft, die zehnmal so groß oder größer als die des üblichen Urethan-Hartschaums ist, wegen einer verringerten Wirkung in Festkörper-Kontaktbereichen beobachtet werden, was die Festkörper-Wärmeleitung verringert, und einer weiteren Wirkung von kleinen Luftzwischenräumen, die die Gaswärmeleitung verringern.
Der Vakuum Wärmeisolator dieser Ausführung kann zur Änderung seiner Form angepasst werden, weil das anorganische Fasermaterial 8 nicht durch ein Bindematerial gebunden ist, und führt außerdem nicht zur Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft infolge von Gasen, die aus Bindematerial erzeugt werden.
Außerdem ist er mit geringen Kosten hergestellt, weit er die anorganischen Fasern nutzt, die eine Rohdichte von 15 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 100 kg/m³ aufweisen, die bewirkt, dass sich die anorganischen Fasern selbst zu einer integrierten Anordnung verwickeln, ohne dass sie eine spezielle Behandlung benötigen.
Weil die anorganischen Fasern komprimiert werden, um die Rohdichte von 100 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 300 kg/m³ nach der Kompression zu erlangen, verbessert sich die physikalische Festigkeit des Kerns weiter, und dadurch verbessert sich die Produktivität beim Einsetzprozess in das Umhüllungselement und so weiter. Außerdem ist die Differenz zwischen der Rohdichte nach der Kompression und einer Dichte des fertig gestellten Vakuum-Wärmeisolators klein, wird die Verdrehung des Vakuum-Wärmeisolators unterdrückt, wodurch die Glätte der Oberflächen verbessert wird. Mittel zum Komprimieren der anorganischen Fasern bei der Rohdichte von 15 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 100 kg/m³ zu 100 kg/m³ oder größer, jedoch kleiner als 300 kg/m³ sind nicht speziell beschränkt, jedoch können sie ein beliebiges Mittel wie physikalische Kompression, thermische Kompression, usw. sein, solange sie in der Lage sind, die hohe Dichte zu erzeugen.
Konkrete Beispiele der Ausführung werden nachfolgend beschrieben.
Beispiel 1
Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,8 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ wurde als ein Kern des Vakuum-Wärmeisolators verwendet. Die Zusammensetzung der Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle war mit der in der ersten beispielhaften Ausführung beschriebenen identisch.
Das als Umhüllungselement verwendete Material war eine geschichtete Folie mit einer dreilagigen Struktur, die eine Polyethylen-Terephthalat-Folie/ eine mit einer aufgedampften Aluminiumschicht versehene Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat-Folie/ und nicht ausgerichtetes Polypropylen umfasst. Die Polyethylen-Terephthalat-Folie, das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat und nicht ausgerichtetes Polypropylen dienen jeweils als Oberflächenschutzschicht, Gasundurchlässigkeitsschicht und Schmelzschweißschicht.
Der Kern wurde zwischen das Umhüllungselement eingesetzt und dieses bei einem Druck von 13,3 Pa verschlossen, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Die Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators lagen bei 60 cm·30 cm·1 cm. Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators betrug 0,0023 W/mK.
Durch einen Kurzzeittest wurde die Funktionsminderung dieses Wärmeisolators beurteilt, jedoch wurde keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter einem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt.
Beispiel 2
Anstelle des Kerns im Beispiel 1 wurde Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,8 μm zu einer Lagenform komprimiert, die eine Rohdichte von 120 kg/m³ aufweist, und als Kern des Vakuum-Wärmeisolators verwendet.
Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators lag bei 0,0023 W/mK. Durch den Kurzzeittest wurde eine Funktionsminderung dieses Wärmeisolators bewertet, jedoch wurde unter einem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft bestätigt.
Außerdem ist die mechanische Festigkeit der Lage verbessert, wenn die Rohdichte erhöht wird und dies erleichtert es, sie in das Umhüllungselement einzusetzen. Nach einem Vergleich zwischen dem ersten und dem zweiten Beispiel wird deutlich, dass die Kompression des Kerns die Leichtigkeit der Handhabung bei der Fertigung verbessert, während die Wärmeisoliereigenschaft beibehalten wird.
Die folgende Ausführung und die darauf bezogenen Beispiele bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung
Sechste beispielhafte Ausführung
8 zeigt die Schnittdarstellung eines Vakuum-Wärmeisolators, bei dem eine Vielzahl von zu Lagen geformten anorganischen Fasermaterialien 8 mit Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser zwischen 1 μm oder kleiner und 0,1 μm oder größer laminiert und in ein Umhüllungselement 3 mit aufgedampfter Metallschicht und einer thermoplastischen Polymerschicht eingesetzt sind. Einzelheiten werden nachfolgend entsprechend konkreter Beispiele beschrieben werden.
Beispiel 3
Anstelle des Kerns im Beispiel 1 der fünften beispielhaften Ausführung wird Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,8 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ als ein Kern des Vakuum-Wärmeisolators verwendet, nachdem sie zu einer Lagenform verarbeitet und eine Vielzahl davon laminiert wurde.
Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators betrug 0,0023 W/mK. Durch den Kurzzeittest wurde außerdem eine Funktionsminderung dieses Wärmeisolators beurteilt, wobei jedoch keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Ferner wurde das Einsetzen in das Umhüllungselement leichter, da seine Härte erhöht war, weil die Fasern zu einer Lagenform verarbeitet und laminiert wurden.
Beispiel 4
Anstelle des Kerns im Beispiel 1 der fünften beispielhaften Ausführung wird Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,6 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ als ein Kern des Vakuum-Wärmeisolators verwendet, nachdem sie zu einer Lagenform verarbeitet und eine Vielzahl davon laminiert wurde.
Drei Lagen des Vakuum-Wärmeisolators wurden vorbereitet, von denen zwei zu 30 cm·30 cm·1 cm hergestellt wurden. Die andere wurde zu einer Plattenform mit den Maßen 60 cm·60 cm·1 cm hergestellt, die anschließend im mittleren Abschnitt gebogen wurde.
Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieser Vakuum-Wärmeisolatoren betrug 0,0017 W/mK. Dies ist als ein Reduzierungseffekt sowohl der Festkörper-Wärmeleitung als auch der Gas-Wärmeleitung zu betrachten, weil das Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser weiter reduziert wurde.
Auch bei diesem Wärmeisolator wurde durch den Kurzzeittest eine Funktionsminderung beurteilt, wobei aber keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Des Weiteren wurde das Einsetzen in das Umhüllungselement leichter, da seine Härte erhöht war, weil die Faser zu einer Lagenform verarbeitet und laminiert wurde.
Die drei Vakuum-Wärmeisolatoren des vorliegenden Beispiels wurden auf einen Kühlschrank, wie in 10 gezeigt ist, angewandt. Die zwei, die eine Plattenform aufweisen, wurden in eine hintere Fläche und eine Sperrwand im Speicherzwischenraum und die gebogene in einer Bodenfläche eingebettet. Als der elektrische Stromverbrauch gemessen wurde, zeigte sich eine Verringerung von 12% im Vergleich dazu, wo kein Wärmeisolator eingesetzt wird, so dass die Wirkung der Wärmeisolierung bestätigt wurde. Es wurde außerdem durch den Kurzzeittest eine Funktionsminderung dieser Wärmeisolatoren beurteilt, wobei aber keine Verschlechterung der Wärmeisolierungseigenschaft unter dem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Beispiel 5
Es wurde der gleiche Kern und das gleiche Umhüllungselement des Vakuum-Wärmeisolators wie im Beispiel 4 verwendet. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt, um einen Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Die Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators lagen bei 12 cm·12 cm·1 cm. Die gemessene Leitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators betrug 0,0017 W/mK.
Beispiel 6
Es wurde der gleiche Kern und das gleiche Umhüllungselement des Vakuum-Wärmeisolators wie im Beispiel 4 verwendet. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt, um einen Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Der Vakuum-Wärmeisolator wurde in der Größe von 60 cm·15 cm·7 mm hergestellt und zu einer zylindrischen Form gefertigt. Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators betrug 0,0017 W/mK.
Der Vakuum-Wärmeisolator des vorliegenden Beispiels wurde auf einen elektrischen Warmwasserbereiter, wie in 12 dargestellt, angewandt. Als der elektrische Stromverbrauch gemessen wurde, wurde eine Wirkung der Wärmeisolierung bestätigt, die eine Verringerung von 40% im Vergleich zu der zeigte, bei der das normale Isoliermaterial verwendet wird. Außerdem wurde durch den Kurzzeittest eine Funktionsminderung dieses Wärmeisolators beurteilt, wobei jedoch keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Beispiel 7
Es wurde der gleiche Kern und das gleiche Umhüllungselement des Vakuum-Wärmeisolators wie im Beispiel 4 verwendet. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt. Es wurden zwei Lagen des Vakuum-Wärmeisolators hergestellt. Einer der Vakuum-Wärmeisolatoren wurde in der Größe von 20 cm·20 cm·7 mm gefertigt. Ein anderer wurde zu einer Form ausgebildet, die zu einem Deckelteil des elektrischen Warmwasserbereiters passt. Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieser Vakuum-Wärmeisolatoren betrug 0,0017 W/mK.
Siebente beispielhafte Ausführung
9 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Kühlschrank 9 einer Ausführung zeigt, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
Der Kühlschrank 9 ist in einem unteren Abschnitt mit dem Gefrierfach 10 und in einem unteren hinteren Abschnitt mit dem Maschinenraum 11 versehen, wobei eine Kältemittelrohrleitung 12 an dem Außengehäuse 13 mit Aluminiumband befestigt ist. Ein Zwischenraum zwischen einem Innenschrank (in der Abbildung nicht dargestellt) und dem Außengehäuse 13 ist mit einem Urethan-Hartschaum (in der Abbildung nicht gezeigt), gefüllt, indem Cyclopentan als Treibmittel verwendet wird. Der Vakuum-Wärmeisolator 1 der vorliegenden Erfindung ist an jeder der Seitenwände des Gefrierfachs 10 angeordnet. Die Hochtemperatur-Kältemittelrohrleitung 12 ist zwischen den Vakuum-Wärmeisolatoren 1 an den Seitenwänden des Gefrierfachs und dem Außengehäuse 13, auf dem die Wärmeisolatoren angeklebt sind, angeordnet. Außerdem sind die Vakuum-Wärmeisolatoren 1 zu solchen Formen ausgebildet, dass sie im Allgemeinen die Seitenwände des Gefriertachs bedecken.
Daher wird ein Kühlschrank mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt, da die Seitenwände des Gefrierfaches wirksam wärmeisoliert sind und verhindert wird, dass Wärme der Hochtemperatur-Kühlmittelrohrleitung in das Gefrierfach übertragen wird. Zusätzlich kann auch eine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft aufgrund von Verflüssigung des Urethan-Treibmittels (Cyclopentan), die auftritt, wenn es auf –18°C gekühlt wird, verhindert werden.
Außerdem ist der Kühlschrank 9 nach der vorliegenden Erfindung auch mit einem weiteren Vakuum-Wärmeisolator 1 zwischen dem Maschinenraum 11 und dem Gefrierfach 10 versehen. Eine Installation des Vakuum-Wärmeisolators 1 in der oben erwähnten Position verbessert die Leistungsfähigkeit des Kühlschranks 9 und verwirklicht dadurch einen Kühlschrank mit noch geringerem Stromverbrauch, weil der Maschinenraum 11 durch den Betrieb eines Kompressors die höchste Temperatur aufweist.
Weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 nach der vorliegenden Erfindung Flexibilität aufweist, kann er in einer körperlich erscheinenden Form des Maschinenraums verlegt werden. Weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 der vorliegenden Erfindung eine wärmebeständige Eigenschaft aufweist, kann er auch in dem Zwischenraum zwischen Maschinenraum 11 und Gefrierfach 10 an einer Seite genutzt werden, die dem Maschinenraum 11 näher liegt und kann somit eine hervorragende Energieeinsparung und Kosten-Leistungs-Verhältnis des Kühlschranks bewirken.
Des Weiteren lässt sich der Vakuum-Wärmeisolator nach der vorliegenden Erfindung ausgezeichnet recyceln, weil der Kern leicht trennbar ist, wenn der Kühlschrank aufgestellt wird, und kann wiederholt verwendet werden.
Achte beispielhafte Ausführung
10 ist eine Schnittdarstellung des Kühlschranks 9 einer Ausführung, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
Der Kühlschrank 9 ist durch einen Aufbau gekennzeichnet, bei dem die in der fünften beispielhaften Ausführung beschriebenen Vakuum-Wärmeisolatoren 1 vor einem aus einem Innenschrank 14 und einem Außengehäuse 13 bestehenden Hohlraum angeordnet sind, und Zwischenräume, die nicht von den Vakuum-Wärmeisolatoren eingenommen werden, durch Urethan-Hartschaum 15 gefüllt werden. Es gibt außerdem einen weiteren Vakuum-Wärmeisolator 1, der entsprechend einer Form des Außengehäuses gebogen ist und zwischen der näheren Umgebung eines Kompressors 16 im Maschinenraum 11 und einem Gefrierfach 11, das unterhalb des Kühlfaches angeordnet ist, angebracht ist.
Der Wärmeisolator der vorliegenden Erfindung kann gebogen und gekrümmt werden, weil er nicht durch irgendein Bindematerial gebunden ist. Dies macht den Vakuum-Wärmeisolator auf solch einen Bereich anwendbar, was andererseits in der Vergangenheit schwierig anzuwenden gewesen wäre, und kann dadurch weiter zur Energieeinsparung beitragen. Weil es zu keiner Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft auf Grund einer Zunahme des Innendrucks von Gasen führt, die vom Bindematerial erzeugt werden, kann er außerdem zur Energieeinsparung gleichzeitig ohne Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft für einen ausgedehnten Zeitraum beitragen.
Der Wärmeisolator dieser Erfindung ist auch für andere Gefriergeräte wie gewerbliche Kühlschränke, Schaukästen, Kühltruhen, Kühlschränke und dergleichen anwendbar. Die Kühlschränke und Gefriergeräte nach der vorliegenden Erfindung umfassen diejenigen Produkte, die Wärme und Kälte in einem Bereich nutzen, der –30°C bis zur Normaltemperatur umfasst, der sowohl einen Betriebstemperaturbereich für die oben erwähnten Produkte darstellt, als auch höhere Temperaturen für Verkaufsautomaten. Daneben ist das Gerät nicht nur auf die elektrischen Geräte beschränkt, sondern umfasst außerdem mit Gas gefeuerte Geräte und dergleichen.
Neunte beispielhafte Ausführung
11 ist die Schnittdarstellung einer Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox in einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox 17 umfasst einen Deckel 18, ein Außengehäuse 19, einen Innenschrank 20, eine Kalt-Aufbewahrungseinheit 21, einen Wärmeisolator 22 und einen Vakuum-Wärmeisolator 1.
Weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 nach der vorliegenden Erfindung Flexibilität besitzt, kann er in einem Stück an der Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox 17 mit einer im Allgemeinen Würfelform befestigt werden, wenn er auf die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox angewandt vorher gebogen wird. Dieser Aufbau kann Verbindungsbereiche des Vakuum-Wärmeisolators 1 reduzieren und verringert daher den Wärmeaustritt aus den Verbindungsbereichen.
Selbst wenn im Deckel 18 eine Aussparung zum Einbau der Kalt-Aufbewahrungseinheit 21 ausgebildet ist, kann der Vakuum-Wärmeisolator 1 dieser Erfindung in die Aussparung eingebaut werden, weil er Flexibilität besitzt, womit dadurch die Wärmeisolierung der Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox 17 wirksam verbessert werden kann.
Die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox 17 mit dem oben erwähnten Aufbau besitzt eine Wärmeisoliereigenschaft, die in der Vergangenheit nicht verfügbar war, weil sie von dem Vakuum-Wärmeisolator 1 Gebrauch machen kann. Folglich ist sie als eine Kühlbox für medizinische Zwecke gut verwendbar, die eine strengere Temperaturkontrolle zusätzlich zu einem gewöhnlichen Eisschrank für Ausflüge erfordert.
Das Material für die Kalt-Aufbewahrungseinheit 21 ist nicht begrenzt, jedoch ist jedes von beliebigen, handelsüblich erhältlichen Kühlmitteln verwendbar. Außerdem ist der Vakuum-Wärmeisolator 22 auch nicht speziell beschränkt. Faserwerkstoffe wie Glaswol le und Glasfaser sind zusätzlich zu handelsüblich erhältlichen Schaumisoliermaterialien wie zum Beispiel Polyurethan-Hartschaum, Schaumpolystyrol, usw., gut verwendbar.
Des Weiteren kann die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox 17 als eine Heißaufbewahrungsbox genutzt werden, wenn anstelle der Kalt-Aufbewahrungseinheit 21 eine Heiß-Aufbewahrungseinheit verwendet wird.
Der Vakuum-Wärmeisolator 1 kann entweder an dem Außengehäuse 19 oder dem Innenschrank 20 befestigt werden, um die gleiche Wirkung erzielen.
Zehnte beispielhafte Ausführung
12 ist eine Schnittansicht, die einen Warmwasserbereiter in einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Warmwasserbereiter 23 umfasst einen Heißwasserbehälter 24, einen Deckel 25, eine Heizeinrichtung 26 und den Vakuum-Wärmeisolator 1. Der Vakuum-Wärmeisolator 1 wird so eingebaut, dass er um eine Außenfläche des Heißwasserbehälters 24 gehüllt und in die Nähe der Heizeinrichtung 26 zurückgefaltet ist. Außerdem ist in einer Aussparung des Deckels 25 ein weiterer Vakuum-Wärmeisolator 1 vorgesehen.
Der wie oben beschrieben aufgebaute Warmwasserbereiter zeigt eine sehr geringe thermische Verschlechterung, weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 wärmebeständiges, anorganisches Fasermaterial als einen Kern enthält, und der Warmwasserbereiter auch nach langzeitigem Gebrauch kein Problem zeigt. Weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 eine Flexibilität besitzt, kann er außerdem dazu genutzt werden, ihn zur Nähe der Heizeinrichtung hin zu falten und ist auch auf den mit unregelmäßiger Aussparung versehenen Abschnitt im Deckel anwendbar.
Der Warmwasserbereiter 23 verringert nicht nur den Stromverbrauch, sondern kann auch kompakt gemacht werden, weil der Vakuum-Wärmeisolator 1 sowohl eine hervorragende Wärmeisoliereigenschaft als auch Wärmebeständigkeit und Flexibilität besitzt.
Elfte beispielhafte Ausführung
13 ist die Schnittdarstellung eines Notebooks, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
Das Notebook dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen im Beispiel 5 beschriebenen Vakuum-Wärmeisolator 1 in einer Position zwischen dem Wärme erzeugenden Bauteil 28 auf einer Hauptplatine 27 und einem unteren Abschnitt des Gehäuses 29 und eine Wärmestrahlungsplatte 30 aufweist.
Der Vakuum-Wärmeisolator von Beispiel 5 wurde in dem Notebook, wie in 13 dargestellt, angebracht, und es wurde die Temperatur auf der Bodenfläche gemessen. Die Wirkung von Wärmeisolierung wurde bestätigt, da es im Vergleich zu einem, das keinen Vakuum-Wärmeisolator verwendet, eine Abnahme von 5°C gezeigt hat. Außerdem wurde durch den Kurzzeittest eine Funktionsminderung des Wärmeisolators beurteilt, wobei jedoch keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem 10 Jahren entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Das wie oben aufgebaute Notebook erreicht eine höhere Wärmeisolierung, weil der Vakuum-Wärmeisolator eine ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaft zeigt, die zehnmal oder größer ist als der übliche Urethan-Hartschaum und dadurch die aus dem Inneren des Gerätes auf die Oberfläche übertragene Wärme dem Benutzer kein unangenehmes Gefühl verleiht.
Es kann das Risiko einer thermischen Instabilität des Gerätes vorhanden sein, wenn die Isolierung nur für das Heizbauteil angebracht wird. Jedoch kann das Notebook nach dieser Erfindung verhindern, dass das Wärme erzeugende Bauteil 28 in eine thermische Instabilität geht, weil es zusätzlich mit der Strahlungsplatte 30 versehen ist, die Wärme aus dem Wärme erzeugenden Bauteil 28 leistungsfähig ableiten kann.
Obwohl das, was oben beschrieben worden ist, ein Beispiel ist, bei dem der Wärmeisolator nach der vorliegenden Erfindung für das Notebook verwendet wird, sind elektronische Geräte, die den Wärmeisolator der vorliegenden Erfindung nutzen können, nicht nur auf das Notebook beschränkt. Das heißt, der Wärmeisolator nach der vorliegenden Erfindung funktioniert effektiv für beliebige Geräte, solange sie eine Wärmeisolierung im Bereich von Betriebstemperaturen von der Normaltemperatur bis etwa 80°C erfordern.
Zwölfte beispielhafte Ausführung
14 ist die Schnittdarstellung eines Mikrowellenofens 31, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Der Mikrowellenofen 31 ist dadurch gekennzeichnet, dass er ein Außengehäuse 32, eine Ofenwand 33, eine dielektrische Heizeinrichtung 34, einen Leistungswandler 35, eine Hochfrequenz-Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung 36 und den in der sechsten beispielhaften Ausführung beschriebenen Vakuum-Wärmeisolator 1 aufweist.
Der Vakuum-Wärmeisolator von Beispiel 7 wurde auf einen Mikrowellenofen, wie in 14 dargestellt, angewandt und der elektrische Stromverbrauch gemessen. Die Wirkung der Wärmeisolierung wurde bestätigt, da er eine Verringerung von 57% im Vergleich zu dem, der keinen Wärmeisolator nutzt, zeigte. Eine Funktionsminderung des Wärmeisolators wurde beurteilt, wobei keine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem 10 Jahre entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Der Mikrowellenofen nach der vorliegenden Erfindung wird als repräsentativ für diejenigen Geräte genommen, die Wärmeisolierung im Bereich von Betriebstemperaturen von der Normaltemperatur bis etwa 250°C benötigen. Der Vakuum-Wärmeisolator dieser Erfindung ist in ähnlicher Weise zum Beispiel auch für Toaster, Hausbackvorrichtungen und solche Geräte gut verwendbar.
Außerdem ist die Anwendung des Vakuum-Wärmeisolators der vorliegenden Erfindung nicht auf elektrische Geräte beschränkt, sondern auch anwendbar zur Wärmeisolierung von mit Gas gefeuerten Geräten, Autos, Häuser und so weiter.
Die im Folgenden beschriebenen Vergleichsbeispiele bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Vergleichsbeispiel 1
Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 7 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ wurde als Kern eines Vakuum-Wärmeisolators genutzt. Ein verwendetes Umhüllungselement wies eine Oberflächenschutzschicht aus Polyethylen-Terephthalat-Folie, eine Gasundurchlässigkeitsschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Folie, die mit einer Aluminiumaufdampfschicht versehen ist, und eine Schmelzschicht aus nicht ausgerichtetem Polypropylen auf. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Die Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators wurden auf 30 cm·30 cm·1 cm eingestellt.
Die gemessene Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators betrug 0,0062 W/mK. Dieser Wert ist ungefähr 2,7-mal größer als der Wert, wenn der Faserdurchmesser von 0,8 μm in der Verteilungsspitze verwendet wird. Das liegt an einer Zunahme der Festkörper-Kontaktbereiche aufgrund einer Erhöhung des Durchmessers der Fasern, die eine Festkörper-Wärmeleitung unterstützt, und einer Erhöhung der Gas-Wärmeleitung infolge einer Durchmessererhöhung von Luftzwischenräumen.
Vergleichsbeispiel 2
Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 7 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ wurde anstelle des Kerns des Vakuum-Wärmeisolators im Vergleichsbeispiel 1 verwendet, nachdem sie zu einer Lagenform verarbeitet und eine Vielzahl davon laminiert wurde.
Es wurde die Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators gemessen, die bei 0,0062 W/mK lag. Dieser Wert ist ungefähr 2,7-mal größer als der Wert, wenn der Faserdurchmesser von 0,8 μm in dem Verteilungsmaximum verwendet wird. Das liegt an einer Zunahme der Festkörper-Kontaktbereiche aufgrund einer Erhöhung des Durchmessers der Fasern, die eine Festkörper-Wärmeleitung unterstützt, und einer Erhöhung der Gas-Wärmeleitung aufgrund einer Durchmessererhöhung von Luftzwischenräumen.
Der Vakuum-Wärmeisolator des vorliegenden Vergleichsbeispiels wurde auf drei Stellen in 10 angewandt, wo ein Biegeprozess nicht erforderlich ist. Als der elektrische Stromverbrauch gemessen wurde, war er nur um 5% geringer als der Rohling, was eine geringere Reduzierungswirkung um 7% des Stromverbrauchs im Vergleich zu dem von Beispiel 4 darstellt.
Vergleichsbeispiel 3
Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,8 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ wurde als ein Kern des Vakuum-Wärmeisolators anstelle des Kerns im Vergleichsbeispiel 1 verwendet, nachdem sie mit Acrylbindemittel verbunden wurde.
Es wurde die Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators gemessen, die 0,0031 W/mK betrug. Dieser Wert ist um 8 Punkte größer als der gefundene Wert, wenn die Fasern von 0,8 μm in dem Verteilungsmaximum von Durchmessern angewandt werden und kein Bindematerial verwendet wird. Dies wird als aus der Festkörper-Wärmeleitung abgeleitet betrachtet, die infolge einer Adhäsion durch das Bindematerial an Kontaktpunkten der Fasern zugenommen hat.
Außerdem wurde bestätigt, dass Gase im Verlauf der Zeit erzeugt wurden, weil bei ihm das organische Bindematerial verwendet wurde. Durch den Kurzzeittest wurde eine Funktionsminderung des Wärmeisolators beurteilt, wobei eine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem einem Jahr entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach dem vorliegenden Vergleichbeispiel wurde auf die drei Stellen in 10 angewandt und der elektrische Stromverbrauch des Kühlschranks gemessen. Er lag um 9% niedriger als dem, wenn kein Isoliermaterial verwendet wird, was zeigt, dass er um 3% weniger leistungsfähig als der von Beispiel 4 ist.
Vergleichbeispiel 4
Die Quarzglas-Aluminiumoxid-Wolle mit einem Verteilungsmaximum im Faserdurchmesser von 0,8 μm und einer Rohdichte von 25 kg/m³ wurde als ein Kern des Vakuum-Wärmeisolators anstelle des Kerns im Vergleichsbeispiel 1 verwendet. Die Fasern wurden gesammelt, einer Benetzungsbehandlung mit Säurelösung unterzogen, durch Kompressionstrocknung getrocknet, wobei die Fasern miteinander verbunden wurden, indem eine heraus gespülte Komponente der anorganischen Fasern an Schnittpunkten der Fasern konzentriert und gehärtet wurden.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit dieses Vakuum-Wärmeisolators gemessen wurde, betrug sie 0,0023 W/mK, was dem oben erwähnten Beispiel 1 entspricht.
Jedoch war der Wärmeisolator dieses Vergleichsbeispiels nur für die begrenzten Anwendungen in einer ebenen Ausführung anpassbar, weil er keine Flexibilität besitzt und nicht in der Lage ist, irgend welche Änderungen der Form wie Biegen und zylindrisches Formen vorzunehmen.
Vergleichsbeispiel 5
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 2. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt, wobei es bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt wurde, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 12 cm·12 cm·1 cm eingestellt.
Vergleichsbeispiel 6
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 3. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt, wobei es bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt wurde, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 12 cm·12 cm·1 cm eingestellt.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel wurde in einem Notebook, wie in 13 gezeigt, angebracht, und es wurde die Temperatur der Bodenfläche gemessen. Die Wirkung der Wärmeisolierung war geringer als bei der elften beispielhaften Ausführung, weil sie eine Abnahme von 2°C im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet.
Vergleichsbeispiel 7
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 2. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt, wobei es bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt wurde, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 60 cm·15 cm·7 mm eingestellt.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel wurde in einem Notebook, wie in 13 gezeigt, angebracht, und es wurde die Temperatur der Bodenfläche gemessen. Die Wirkung der Wärmeisolierung war geringer als bei der elften beispielhaften Ausführung, weil sie eine Abnahme von 4°C im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet. Durch den Kurzzeittest wurde außerdem eine Funktionsminderung des Wärmeisolators beobachtet, wobei eine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem einem Jahr entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Vergleichsbeispiel 8
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 3. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 60 cm·15 cm·7 mm eingestellt.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel wurde in einem elektrischen Warmwasserbereiter, wie in 12 gezeigt, angebracht, und der Stromverbrauch gemessen. Die Wirkung der Reduzierung des Stromverbrauchs war um ungefähr 20% ge ringer als bei der zehnten beispielhaften Ausführung, weil sie eine Abnahme von 20% im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet.
Vergleichsbeispiel 9
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 2. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt und bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 20 cm·20 cm·7 mm eingestellt.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel 9 wurde in einem elektrischen Warmwasserbereiter, wie in 12 gezeigt, angebracht, und der Stromverbrauch gemessen. Die Wirkung der Reduzierung des Stromverbrauchs war um ungefähr 5% geringer als bei der zehnten beispielhaften Ausführung, weil sie eine Abnahme von 35% im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet. Durch den Kurzzeittest wurde außerdem eine Funktionsminderung des Wärmeisolators beobachtet, wobei eine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem einem Jahr entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
Vergleichsbeispiel 10
Kern und Umhüllungselement des verwendeten Vakuum-Wärmeisolators sind die gleichen wie die vom Vergleichsbeispiel 3. Das Umhüllungselement wurde mit dem Kern gefüllt, wobei es bei einem Druck von 13,3 Pa versiegelt wurde, um den Vakuum-Wärmeisolator fertig zu stellen. Abmessungen des Vakuum-Wärmeisolators waren auf 20 cm·20 cm·7 mm eingestellt.
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel wurde in einem Mikrowellenofen, wie in 14 gezeigt, angebracht, und der Stromverbrauch gemessen. Die Wirkung der Wärmeisolierung warum ungefähr 37% geringer als bei der elften beispiel haften Ausführung, weil sie eine Abnahme des Stromverbrauchs von 20% im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet.
Vergleichsbeispiel 11
Der Vakuum-Wärmeisolator nach diesem Vergleichbeispiel 2 wurde auf einen Mikrowellenofen, wie in 14 gezeigt, angewandt, und der Stromverbrauch gemessen. Die Wirkung der Wärmeisolierung war um ungefähr 7% geringer als bei der zwölften beispielhaften Ausführung, weil sie eine Abnahme des Stromverbrauchs von 50% im Vergleich zu der zeigte, die kein Isoliermaterial verwendet. Durch den Kurzzeittest wurde außerdem eine Funktionsminderung des Wärmeisolators beobachtet, wobei eine Verschlechterung der Wärmeisoliereigenschaft unter dem einem Jahr entsprechenden Alterungszustand bestätigt wurde.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Nach der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein hochleistungsfähiger Vakuum-Wärmeisolator zur Verfügung gestellt, der eine hervorragende Wärmeisoliereigenschaft besitzt, die dem Zehnfachen des normalen Urethan-Hartschaums oder mehr entspricht. Seine Form ist leicht zu ändern, wobei die Wärmeisoliereigenschaft nicht verschlechtert wird. Außerdem können durch Verwendung des leistungsfähigen Vakuum-Wärmeisolators nach der vorliegenden Erfindung elektronische und elektrische Geräte zur Verfügung gestellt werden, die hervorragend energiesparend sind und dem Benutzer kein unangenehmes Gefühl geben.

1: Vakuum-Wärmeisolator
2: Kern
3: Umhüllungselement
4: Absorbens
5: Nut
6: mit Aluminiumfolie laminierter Film
7: Film mit aufgedampfter Aluminiumschicht
8: anorganisches Fasermaterial
9: Kühlschrank
10: Gefrierfach
11: Maschinenraum
12: Hochtemperatur-Kühlmittelrohrleitung
13, 19: Außengehäuse
14, 20: Innenschrank
15: Urethan-Hartschaum
16: Kompressor
17: Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox
18, 25: Deckel
21: Kalt-Aufbewahrungseinheit
22: Wärmeisolator
23: Warmwasserbereiter
24: Warmwasserbehälter
26: Heizeinrichtung
27: Hauptplatine
28: Wärme erzeugendes Bauteil
29: Gehäuse
30: Wärmestrahlungsplatte
31: Mikrowellenofen
32: Außengehäuse
33: Ofenwand
34: dielektrische Heizeinrichtung
35: Leistungsumwandler
36: Hochfrequenz-Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung 2w

Claims

Vakuum-Wärmeisolator, der umfasst: ein Umhüllungselement (3); und ein Absorbens (4), dadurch gekennzeichnet, dass er einen laminierten Kern (2) umfasst, der eine Vielzahl zu Lagen geformter anorganischer Fasern umfasst; wobei die anorganischen Fasern 50–65 Gew.-% SiO₂, 10–20 Gew.-% Al₂O₃ 10–20 Gew.-% CaO und 1–4 Gew.-% MgO enthalten, ein Faserdurchmesser der anorganischen Fasern 1 μm oder mehr und 5 μm oder weniger beträgt und eine Rohdichte der anorganischen Fasern 100 kg/m³ oder mehr und 300 kg/m³ oder weniger beträgt.
Vakuum-Wärmeisolator nach Anspruch 1, wobei die zu Lagen geformten anorganischen Fasern mit einem darin ausgebildeten abgeschnittenen Teil bis auf eine oberste Schicht und eine unterste Schicht versehen sind und das Absorbens in dem abgeschnittenen Teil angeordnet ist.
Vakuum-Wärmeisolator nach Anspruch 1, der des Weiteren wenigstens eine darin ausgebildete Nut (5) umfasst.
Vakuum-Wärmeisolator nach Anspruch 3, wobei die Nut (5) symmetrisch in Bezug auf eine Mittellinie des Vakuum-Wärmeisolators ausgebildet ist.
Vakuum-Wärmeisolator nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der Vakuum-Wärmeisolator entlang der Nut (5) gebogen ist.
Vakuum-Wärmeisolator nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei eine Dicke des Kerns (2) in einem Bereich der Nut (5) die Hälfte einer Dicke in anderen Bereichen des Kerns (2) oder weniger beträgt.
Vakuum-Wärmeisolator nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei eine Fläche des Umhüllungselementes (3) einen Laminatfilm mit einer auf einen Kunststofffilm laminierten Metallfolie umfasst und eine andere Fläche des Umhüllungselementes (3) einen Kunststofffilm mit abgeschiedenem Metall oder abgeschiedenem Metalloxid umfasst und der Vakuum-Wärmeisolator so gebogen ist, dass die Fläche, die den Kunststofffilm mit Abscheidungen umfasst, nach außen gewandt ist.
Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung, die einen Vakuum-Wärmeisolator zur Wärmeisolierung verwendet, wobei der Vakuum-Wärmeisolator umfasst: ein Umhüllungselement (3); und ein Absorbens (4), dadurch gekennzeichnet, dass er einen laminierten Kern (2) umfasst, der eine Vielzahl zu Lagen geformter anorganischer Fasern umfasst; wobei die anorganischen Fasern 50–65 Gew.-% Si₂, 10–20 Gew.-% Al₂O₃, 10–20 Gew.-% CaO und 1–4 Gew.-% MgO enthalten, ein Faserdurchmesser der anorganischen Fasern 1 μm oder mehr und 5 μm oder weniger beträgt und eine Rohdichte 100 kg/m³ oder mehr und 300 kg/m³ oder weniger beträgt.
Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung eine Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox umfasst, die umfasst: eine äußere Verkleidung (19); eine innere Kammer (20); einen Deckel (18); und den Vakuum-Wärmeisolator (1), der zwischen dem äußeren Gehäuse und der inneren Kammer angeordnet ist.
Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung eine Heiß/Kalt-Aufbewahrungsbox (17) umfasst, die eine Vertiefung in einer Innenseite des Deckels (18) aufweist, die einen Hohlraum aufnimmt, wobei die Vertiefung mit einer Kältespeichereinheit (21) oder einer Wärmespeichereinheit versehen ist und der Vakuum-Wärmeisolator (1) an einer Vertiefungsseite des Hohlraums so angeordnet ist, dass der Vakuum-Wärmeisolator entlang der Vertiefung abdeckt.
Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung einen Wassererhitzer umfasst, der umfasst: einen Heißwasserbehälter (24); eine äußere Verkleidung; einen Deckel (25); eine Heizeinrichtung (26); und den Vakuum-Wärmeisolator (1).
Heiß/Kalt-Aufbewahrungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Vakuum-Wärmeisolator (1) in einem Raum in dem Deckel (25) angeordnet ist und der Vakuum-Wärmeisolator (1) in einer Form ausgebildet ist, die im Wesentlichen die gleiche Form hat wie ein unterer Abschnitt des Deckels.