DE19928011A1 - Isolierplatte, insbesondere für den Niedertemperaturbereich - Google Patents
Isolierplatte, insbesondere für den NiedertemperaturbereichInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierplatte, insbesondere für den Niedertemperaturbereich, die gegen vorhandenen und/oder später eintretenden Wasserdampf und/oder Gase beständig ist. Dies wird durch ein Trockenmittel erreicht, das mit den übrigen Füllstoffen zusammen vermischt, verpreßt und umhüllt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierplatte, insbesondere
für den Niedertemperaturbereich, die gegen vorhandenen und/oder
später eintretenden Wasserdampf und/oder andere Gase beständig
ist.
Derartige Isolierplatten werden bei Kühlanlagen, Kühlschränken
oder kältetechnischen Geräten eingesetzt. Häufig werden hierzu
noch Polyurethan- oder Polystyren-Schäume verwendet, die bei
Normaldruck eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,03 W/mK aufweisen.
Demgegenüber weisen mikroporöse Dämmstoffe eine
Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,02 W/mK auf, da die damit erreichte
minimale Porengröße im Nanobereich die Weglänge der Luftmoleküle
und damit die Wärmeleitung erheblich reduziert. Dieser Effekt
kann noch verbessert werden, wenn derartige Dämmstoffe auf
beispielsweise 10 mbar oder darunter evakuiert werden. Hierzu
wird das mikroporöse Pulver als Füllmaterial in eine möglichst
luftdichte Umhüllung gepackt, so daß die Wasserdampf-
Transportrate (WVTR) und die Sauerstoffdurchlässigkeit bzw.
-transportrate (OTR) möglichst gering sind, da ansonsten die
Wärmeleitfähigkeit durch die Aufnahme von Wasserdampf bzw.
Sauerstoff aufgrund des fallenden Evakuierungsgrades erheblich
zunimmt und die Isoliereigenschaft somit innerhalb weniger Wochen
im technisch brauchbaren Rahmen verlorengehen kann.
Bei der Produktion derartiger mikroporöser Isolierplatten bleibt
trotz Verwendung trockenster Materialien jedoch noch eine
Restfeuchte bis ca. 3% erhalten. Diese stammt unter anderem aus
der Feuchtigkeit der Umgebungsluft. Für das Evakuieren der Luft
zur Erzielung des gewünschten Vakuums wird bei Vorhandensein
einer gewissen Feuchtigkeit im mikroporösen Füllmaterial sehr
viel Zeit benötigt, um ein ausreichendes Vakuum für Isolierzwecke
(ca. 1-10 mbar) zu erzielen, da das vorhandene Wasser möglichst
vollständig entfernt werden muß.
Ein weiteres Problem stellt sich bei der Lagerung der verfüllten,
aber noch nicht evakuierten Isolierplatten. Diese nehmen aus der
Umgehungsluft Feuchtigkeit auf, so daß die benötigte Zeit für die
Evakuierung nach einer gewissen Lagerzeit stark ansteigt.
Weiterhin ist die Lebensdauer von Isolierplatten abhängig davon,
daß Wasserdampf und Gase von dem Eindringen durch die Umhüllung
hindurch in die Isolierplatte abgehalten werden. Durch das
Eindringen von Wasserdampf, Luftfeuchtigkeit oder Gasen in die
Isolierplatte nimmt das Vakuum und damit die Isolierfähigkeit ab.
Das Problem des Eindringens von Wasserdampf, Feuchtigkeit
und/oder Gasen in Isolierplatten wird bis jetzt zumeist über die
Wahl der Umhüllung gelöst. In der Regel werden Kunststoffolien,
metallbeschichtete Kunststoffolien oder Metallfolien als
Umhüllung verwendet. Von dem Gesichtspunkt der Barrierefähigkeit
gegen das Eindringen von Wasserdampf aus betrachtet, wären
Metallfolien, insbesondere Aluminiumfolien, anderen Materialien
vorzuziehen. Metalle weisen jedoch eine sehr hohe
Wärmeleitfähigkeit auf, so daß der Isoliereffekt der
Isolierplatte durch die Umhüllung reduziert wird. Aluminium hat
z. B. eine ca. 20 000 bis 100 000 mal höhere Wärmeleitfähigkeit
als die in Isolierplatten üblichen verwendeten Füllmaterialien.
Gegenüber Kunststoffmaterialien liegen Aluminiumfolien um ca. den
Faktor 1000 darüber. Dies bedeutet, daß zur Erhaltung der guten
Isolierfähigkeit der Isolierplatte Kunststoffolien verwendet
werden müssen, die aber gegenüber Metallfolien den Nachteil der
höheren Durchlässigkeit von Wasserdampf und Gasen aufweisen.
Zumeist werden deshalb metallbeschichtete Kunststoffolien für die
Umhüllung von Isolierplatten verwendet. Deren Wärmeleitfähigkeit
liegt jedoch immer noch erheblich über der von reinen
Kunststoffolien. Ein weiteres Problem bieten metallbeschichtete
Kunststoffolien auch für die Entsorgung nach ihrer Verwendung. Um
eine sortenreine Entsorgung zu gewährleisten, müssen Metall und
Kunststoff voneinander getrennt werden.
Ein anderer Ansatz zur Lösung des Problems des Eindringens von
Wasserdampf und Gasen wird über das Einbringen eines Getters
gesucht. Nachteil dieser Lösung ist jedoch, daß die
handelsüblichen Getter sehr teuer sind, da als Gettermaterialien
in der Regel Zirkonium-Vanadium-Eisen-Legierungen oder Zirkonium-
Aluminium-Legierungen dienen. Außerdem bringen diese Getter den
Nachteil mit sich, daß sich diese in einem extra Behältnis
befinden, das in die Isolierplatte integriert werden muß. Um eine
flächendeckende Wirkung zu erzielen, müssen zumindest mehrere
dieser Getter in die Isolierplatte eingebracht werden. Neben dem
Kostenfaktor bringt das Einbringen von Gettern noch
Herstellungsprobleme mit sich, da nicht nur die Füllmaterialien
miteinander vermischt, verpreßt und umhüllt werden müssen,
sondern auch noch die tabletten- oder kapselförmigen Getter in
gesonderten Schritten eingebracht werden müssen. Insbesondere bei
sehr dünnen Isolierplatten kommt noch zusätzlich das Problem
hinzu, daß die Dimensionen sehr gering sind und die Integration
der Getter in diese dünnen Isolierplatten schwierig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Isolierplatte
für den Niedertemperaturbereich bereitzustellen, die eine
dauerhafte Beständigkeit gegen eindringenden Wasserdampf und/oder
Gase aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Isolierplatte nach
Anspruch 1. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Der Vorteil einer derart ausgebildeten Isolierplatte liegt darin,
daß das verwendete Trockenmittel in Pulverform vorliegt, welches
mit den mikroporösen Füllmaterialien (feinteilige Metalloxide,
ggf. mit Faserstoffen und Trübungsmitteln) vermischt, verpreßt
und umhüllt wird. Dadurch wird kein zusätzlicher
Herstellungsschritt benötigt, wie dies für das Einbringen der
handelsüblichen Getter der Fall ist.
Der Hauptvorteil eines Trockenmittels für die Verwendung in
Isolierplatten ist dessen Langzeitwirkung. Das in den
Isolierplatten enthaltene Trockenmittel wird so lange seine
Wirkung entfalten, wie noch unverbrauchtes Material in dem
Füllmaterial vorhanden ist. Erst danach würde die natürliche
Wasserdampf-Aufnahmekapazität des Füllmaterials, z. B.
Siliciumaerogele, beansprucht.
Vorteilhaft ist die Verwendung eines derartigen Trockenmittels
auch für eine Lagerhaltung der noch nicht evakuierten
Isolierplatten. Dadurch, daß eindringender Wasserdampf und/oder
Gase abgefangen werden, sind die Isolierplatten auch nach
längerer Lagerzeit noch genauso schnell und effizient evakuierbar
wie unmittelbar nach der Herstellung.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß
das Trockenmittel fein verteilt in den Isolierplatten vorliegt
und nicht lokal konzentriert ist, wie dies bei einem Getter der
Fall ist. Dadurch wird eine gleichmäßig über die ganze
Isolierplatte erfolgende Aufnahme eindringenden Wasserdampfes
erreicht.
Ferner kann als Umhüllung eine Kunststoffolie mit ihrer gegenüber
Metallfolien ca. 1000fach höheren Wärmeleitfähigkeit verwendet
werden. Trotz einer gegenüber Metallfolien höheren Wasserdampf-
und Gasdurchlässigkeit droht nicht die Gefahr, daß das Vakuum im
Laufe der Zeit abnimmt, da eindringende Gase und/oder Wasser
abgefangen werden. So kann die geringere Wärmeleitfähigkeit
gegenüber Metallfolien und damit die bessere Isolierfähigkeit der
Kunststoffolie ausgenutzt werden, ohne befürchten zu müssen, daß
die Isolierfähigkeit der Isolierplatte wegen eindringender Gase
und/oder Wasserdampf im Laufe der Zeit abnimmt.
Als Trockenmittel für eine erfindungsgemäße Isolierplatte eignen
sich alle insbesondere im Niedertemperaturbereich festen und
pulverförmigen Trockenmittel, die mit Wasserdampf eine dauerhafte
chemische Verbindung eingehen. Ebenfalls geeignet sind
Trockenmittel, die nicht nur Wasserdampf, sondern auch Gase
aufnehmen können.
Als besonders bevorzugtes Trockenmittel wird Calciumoxid (CaO)
verwendet. Calciumoxid (gebrannter Kalk oder Ätzkalk) bildet mit
Wasser Calciumhydroxid (Ca(OH)2). Dieses ist ein inerter
Feststoff, der aufgrund von Adsorptionsvorgängen mehr Wasser
binden kann, als nach den stöchiometrischen Verhältnissen zu
erwarten wäre. Calciumoxid ist leicht erhältlich, nicht teuer und
bietet auch bei der Entsorgung der Isolierplatte keine Probleme,
ebenso wie dies für Calciumhydroxid der Fall ist.
Weitere in der erfindungsgemäßen Isolierplatte verwendbare
Trockenmittel sind z. B. Phosphorpentoxid (P2O5), Calciumhydrid
(CaH), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Kaliumcarbonat (K2CO3).
Die Zusammensetzung der Isolierplatte kann in Abhängigkeit von
der gewünschten Anwendung variieren. Der Trockenmittelanteil
beträgt bevorzugt 2-5 Gew-%. Nachfolgend sei eine besonders
bevorzugte Zusammensetzung beispielhaft beschrieben:
63 Gew.-% feinteiliges Metalloxid;
27 Gew.-% Trübungsmittel;
7 Gew.-% Fasermaterial;
3 Gew.-% Trockenmittel in Form von CaO-Pulver.
63 Gew.-% feinteiliges Metalloxid;
27 Gew.-% Trübungsmittel;
7 Gew.-% Fasermaterial;
3 Gew.-% Trockenmittel in Form von CaO-Pulver.
Vorzugsweise verwendete feinteilige Metalloxide sind pyrogen
erzeugte Kieselsäuren, einschließlich Lichtbogenkieselsäuren,
alkaliarme Fällungskieselsäuren, Siliciumoxidaerogele, analog
hergestellte Aluminiumoxide sowie deren Mischungen. Besonders
bevorzugt werden Siliciumoxidaerogele.
Beispiele für Trübungsmittel sind Titandioxid, Ilmenit,
Zirkondioxid und Zirkonsilikat sowie deren Mischungen. Bevorzugt
wird Titandioxid verwendet. Beispiele für Fasermaterialien sind
keramische Fasern, Glaswolle und Steinwolle, wobei bevorzugt
Glasfasern eingesetzt werden. Als besonders bevorzugtes
Trockenmittel wird fein gemahlenes Calciumoxid (CaO) beigemischt,
da dieser aus der Baustoffindustrie bekannte "gebrannte Kalk"
sehr preiswert erhältlich ist.
Variationen in der Zusammensetzung sind in folgenden Bereichen
gewünscht und möglich:
30-80 Gew.-% feinteiliges Metalloxid;
0-50 Gew.-% Trübungsmittel;
0-50 Gew.-% Fasermaterial;
0,1-15 Gew.-% Trockenmittel.
30-80 Gew.-% feinteiliges Metalloxid;
0-50 Gew.-% Trübungsmittel;
0-50 Gew.-% Fasermaterial;
0,1-15 Gew.-% Trockenmittel.
Ebenso ist es möglich, einen Teil des Fasermaterials oder des
Trübungsmittels durch ein Bindemittel oder einen Härter zu
ersetzen.
Claims (10)
1. Isolierplatte, insbesondere für den Niedertemperaturbereich,
dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Trockenmittel enthält.
2. Isolierplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
diese aus 30-80 Gew.-% feinteiligem Metalloxid, 0-50 Gew.-%
Trübungsmittel, 0-50 Gew.-% Fasermaterial und 0,1-15 Gew.-%
Trockenmittel besteht.
3. Isolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Trockenmittelanteil 2-5% beträgt.
4. Isolierplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenmittel fest,
pulverförmig und mit Wasserdampf beständige Verbindungen
eingehend ist.
5. Isolierplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenmittel insbesondere
Calciumoxid ist, oder Ilmenit, Zirkondioxid und
Zirkonsilikat oder Mischungen zweier, mehrerer oder aller
Komponenten.
6. Isolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das feinteilige Metalloxid ein
Siliciumoxid-Aerogel ist.
7. Isolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trübungsmittel Titandioxid ist.
8. Isolierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Glasfasern sind.
9. Isolierplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einer Kunststoffolie
umhüllt ist.
10. Isolierplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Füllmaterial ein
Bindemittel oder ein Härter enthalten ist.
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