DE4022506A1

DE4022506A1 - Thermische daemmung

Info

Publication number: DE4022506A1
Application number: DE19904022506
Authority: DE
Inventors: Jochen Prof Dr Fricke; Gerd Hoermannsdoerfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-14
Filing date: 1990-07-14
Publication date: 1992-01-16

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Dämmung, welche in aller breitester Form für die verschiedensten Isolationszwecke einsetz bar ist.

Thermische Dämmungen begegnen uns im täglichen Leben in vielfäl tigen Formen, z. B. für Wohngebäude, Heizkessel, Wärmespeicher und Nachtstromspeicherheizungen, aber auch für Kühl- und Gefriergerä te, für Katalysatoren oder Vorwärmgeräte im Kraftfahrzeug, ebenso wie für Fernwärmeleitungen und Industrieöfen, oder auch für etwas exotischere Anwendungen, wie z. B. bei den neuartigen Hochtempera turbatterien für das Elektroauto der Zukunft oder bei Kryoleitun gen für den Transport flüssiger Gase.

Den Anwendungen ist gemeinsam die Anforderung einer jeweils mög lichst hohen Effizienz an die thermische Dämmung, das heißt einer möglichst hohen thermischen Isolierwirkung bei geringem Bauvolu men und niedrigsten Kosten.

Für viele der genannten Anwendungsfälle von thermische Dämmungen besteht daher nach wie vor die Aufgabe zur Schaffung verbesserter Lösungen, sei es um die Isolationswandstärken zu reduzieren und somit Platz zu sparen, um Abstrahlverluste zu minimieren und da mit Energie einzusparen, um die Handhabung bzw. Herstellung zu vereinfachen, oder auch um die Gestehungskosten zu drücken.

Obwohl nun z. B. derartige Dämmungen für Kühlschränke, in der heutzutage eingesetzten Form als Hartschaum, diese Anforderungen vollständig erfüllen und tagtäglich in riesigen Mengen herge stellt werden, sind sie doch ins Gerede gekommen, weil zu Ihrer Herstellung Fluorchlorkohlenwasserstoffe erforderlich sind, welche nach jüngsten Erkenntnissen eine Zerstörung der strato sphärischen Ozonschicht bewirken. Hier hat also ein Umdenkungs prozeß begonnen, mit dem Ziel, das an derartige Dämmstoffe be stehende Anforderungsprofil mehr nach den Gesichtspunkten der Umweltverträglichkeit auszurichten. Dabei wäre es ein entschei dender Nachteil, wenn solche alternativen umweltverträglichen Isolierstoffe eine wesentlich schlechtere Isolierwirkung aufwei sen würden, weil dadurch nur eine geringe Akzeptanz gegeben wäre. Deshalb besteht hier die Aufgabe zur Schaffung einer thermischen Dämmung, welche neben der Umweltverträglichkeit gleichzeitig bei möglichst identischer Isolierwirkung ohne Mehrkosten herstellbar ist.

Bereits aus den genannten Anwendungsbeispielen wird deutlich, daß die temperaturmäßige Bandbreite thermischer Dämmungen leicht über viele hundert Grad hinweg reichen kann. Daraus läßt sich gleich zeitig ableiten, daß es so etwas wie eine Universaldämmung wohl schwerlich geben kann. Es versteht sich von selbst, daß z. B. für Hochtemperaturdämmungen entsprechend temperaturfeste Materialien unabdingbar sind.

Andererseits können zwischen den einzelnen Anwendungsfällen selbst bei gleichartiger Temperaturbeaufschlagung erhebliche Un terschiede in Bezug auf die geforderte Qualität der Isolation be stehen, so daß zur Realisierung möglicherweise total unterschied liche Dämmungskonzepte erforderlich sein können.

Es ist nun bekannt, daß die Wärmeübertragung innerhalb einer thermischen Dämmung durch die Beiträge der Wärmeleitung, Konvek tion und Wärmestrahlung bestimmt wird. Ziel einer hochwertigen Lösung muß daher sein, diese drei Beiträge innerhalb der Dämmung zu minimieren. Derartige Überlegungen haben zur Entwicklung von sogenannten Dewar-Gefäßen aus Glas geführt, wie sie heute jeder mann als Thermosflaschen bekannt sind. Die hervorragenden Iso liereigenschaften von Dewar-Gefäßen in Bezug auf Wärmeleitung und Konvektion werden im wesentlichen durch das Vakuum zwischen inne rer und äußerer Wandung bewirkt, während die Wärmeübertragung durch Strahlung mittels einer Verspiegelung der Glasflächen weit gehend unterbunden wird.

Besonders bei hochwertigen Dämmungen hat man in den letzten Jah ren versucht, den Strahlungsanteil an der Wärmeübertragung weiter zu minimieren, weil dieser mit steigender Temperatur mit der dritten Potenz zunimmt, während z. B. die Wärmeleitung nur linear ansteigt. Bei sehr aufwendigen Systemen (Vakuumsuperisolationen) wird der Strahlungsanteil mittels reflektierender Folien redu ziert, welche in mehreren Lagen in den evakuierten Raum einge bracht sind. Bei evakuierten und tragfähigen, also mit einem Füllstoff gestützten Dämmungen, werden dem Dämmstoff sogenannte Trübungsmittel zugesetzt. Diese sind entweder Infrarotstrahlung absorbierende Substanzen (z. B. Ruß) oder Infrarotstrahlung streu ende Substanzen (z. B. Metalloxide, wie TiO₂ oder Fe₂O₃). Das Zu mischen solcher Trübungsmittel ist jedoch aufwendig und damit kostensteigernd. Außerdem ist es lediglich bei bestimmten pul verförmigen Füllstoffen praktikabel, während es bei faserigen Strukturen oder aus Fasern gepreßten Formteilen nicht durchführ bar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst breit, also über einen weiten Temperaturbereich und für die ver schiedensten Isolationsarten von der Schüttung bis zur evakuier ten Superisolation einsetzbare Dämmung zu schaffen, welche nicht nur umweltverträglich ist, sondern gleichzeitig auch eine verbes serte Isolationswirkung aufweist, und dabei auch noch eine Ko steneinsparung erlaubt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nach der im An spruch 1 gegebenen Lehre gelöst. Danach wird eine thermische Däm mung zwischen zwei voneinander beabstandeten Wandungen vorge schlagen, wobei in den Zwischenraum ein thermisch isolierender Füllstoff in Form von jeweils gestaltgleichen und aus einem vor übergehend flüssigen Zustand erstarrten Partikeln eingebracht ist, und in die einzelnen Partikel sogenannte Trübungsmittel mit einer in Bezug auf Infrarotstrahlung absorbierenden bzw. streu enden Wirkung direkt eingeschmolzen sind.

Grundlage der Erfindung ist nämlich die überraschende Erkenntnis, daß derartige direkt in die Partikel eingeschmolzene Trübungsmit tel bei thermischen Dämmungen zu gleich guten oder sogar besseren Isolierwirkungen führen, als mechanisch zugemischte Trübungsmit tel. Dabei ist die Direkteinschmelzung ein Verfahren, welches in der Regel viel einfacher und billiger zu realisieren ist, als das mechanische Einrühren und Vermischen. Bei vielen Herstellverfah ren, z. B. der Herstellung von Glasfasern, wird besonderes Augen merk darauf gerichtet, eine besonders reine Qualität zu erzeugen. Dadurch steigen die Herstellungskosten an. Andererseits sind ei nige der normalerweise ungewollten Verunreinigungen, z. B. Ruß, gerade als Trübungsmittel für den Zweck der thermischen Dämmung gut geeignet. Die Erfindung läßt sich in diesem Fall besonders gut verwirklichen, indem eine sozusagen "schmutzige" Glasfaser hergestellt wird, welche viel billiger ist, als eine sehr reine Glasfaser, und gleichzeitig aufgrund der eingeschmolzenen Trü bungsmittel bei der Verwendung innerhalb thermischer Dämmungen zu einer deutlich besseren Isolierwirkung führt.

Dabei ist die beschriebene Erfindung für die unterschiedlichsten Raumformen der Partikel anwendbar, z. B. neben Fasern auch für Plättchen oder Kugeln. Ebenso sind als Trübungsmittel sämtliche Stoffe mit einer in Bezug auf Infrarotstrahlung absorbierenden bzw. streuenden Wirkung verwendbar.

Als Grundstoff der erfindungsgemäßen Partikel sind prinzipiell alle schmelzbaren Stoffe einsetzbar, deren Schmelzpunkte oberhalb der vorgesehenen Einsatztemperatur liegen, jedoch werden entweder Kunststoffe oder künstliches amorphes Siliziumdioxid bevorzugt vorgeschlagen.

Künstliches amorphes Siliziumdioxid fällt z. B. in großen Mengen in Form winziger Kügelchen als Abfallprodukt bei der Herstellung von metallischem Silizium, bzw. Ferrosilizium an, wobei die Kü gelchen in Schloten bei hohen Temperaturen durch Kondensation aus der Dampfphase entstehen, also auch eine vorübergehend flüssige Phase durchlaufen. Die beim normalen Herstellungsprozeß bereits in geringen Mengen eingeschmolzenen Verunreinigungen z. B. aus Ruß oder Metalloxiden mit der Wirkung von Trübungsmitteln lassen sich durch geringfügige Eingriffe in den Prozeß derart steuern, daß ihr Anteil so gesteigert wird, daß die erfindungsgemäße Ein schmelzung in optimaler Weise zur Wirkung kommt.

Nach weiterer Erfindung wird vorgeschlagen, dem Füllstoff aus Partikeln mit eingeschmolzenen Trübungsmitteln nochmals derarti ge Trübungsmittel mechanisch beizumengen. Zur weiteren Überra schung wurde nämlich gefunden, daß auf diese Weise die Isolier wirkung einer thermischen Dämmung nochmals gesteigert wird, also höher ist, als bei einer Einschmelzung oder bei einer Zumischung allein. Derartig kombinierte Füllstoffe sind vor allem bei sehr hohen Ansprüchen an die Isolierung angezeigt, z. B. auch in Ver bindung mit einer Evakuierung des befüllten Raums.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Un teransprüchen zu entnehmen.

Mit der Erfindung wird somit eine thermische Dämmung zur Verfü gung gestellt, welche in den unterschiedlichsten Formen zu ver wirklichen ist und gleichzeitig sehr preiswert hergestellt werden kann. Die thermische Isolierwirkung ist gegenüber gleichartigen, dem Stand der Technik entsprechenden belüfteten oder evakuierten Isolationen verbessert.

Claims

1. Thermische Dämmung zwischen zwei voneinander beabstandeten Wandungen, wobei in den Zwischenraum ein thermisch isolierender Füllstoff in Form von jeweils gestaltähnlichen und aus einem vorübergehend flüssigen Zustand erstarrten Partikeln eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen Partikel soge nannte Trübungsmittel mit einer in Bezug auf Infrarotstrahlung absorbierenden bzw. streuenden Wirkung direkt eingeschmolzen sind.

2. Thermische Dämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel mit einem gewichtsmäßigen An teil zwischen 60 und 98% aus künstlichem, amorph und glasartig erstarrten Siliziumdioxid bestehen.

3. Thermische Dämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel im wesentlichen aus einem Kunststoff bestehen.

4. Thermische Dämmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel mikroskopisch kleine Kugeln mit Durchmessern unterhalb von 1 Mikrometer sind.

5. Thermische Dämmung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel Fasern sind.

6. Thermische Dämmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den gestaltähnlichen Partikeln zusätzlich zu den in Ihnen eingeschmolzenen Trübungsmitteln weitere Trübungs mittel durch mechanisches Beimischen zugesetzt sind.

7. Thermische Dämmung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung aus gestaltähnlichen Partikeln verdichtet, bzw. vorverdichtet ist.

8. Thermische Dämmung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern zu zwischen die Wandungen einlegbaren Form teilen verpreßt sind.

9. Thermische Dämmung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Wandungen gegeneinander gasdicht abgeschlossen sind und der dadurch gebildete Raum auf einen Rest gasdruck von weniger als 50 mbar, vorzugsweise weniger als 10 mbar, evakuiert ist.

10. Füllstoff in Form gestaltähnlicher und aus einem vorüberge hend flüssigen Zustand erstarrter Partikel für eine thermische Dämmung zweier beabstandeter Wandungen, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen Partikel sogenannte Trübungsmittel mit einer in Bezug auf Infrarotstrahlung absorbierenden bzw. streu enden Wirkung direkt eingeschmolzen sind.

11. Füllstoff gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel mit einem gewichtsmäßigen Anteil zwi schen 60 und 98% aus künstlichem, amorph und glasartig erstarrten Siliziumdioxid bestehen.

12. Füllstoff gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel im wesentlichen aus Kunststoff beste hen.

13. Füllstoff gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel mikroskopisch kleine Kugeln mit Durchmessern unterhalb von 1 Mikrometer sind.

14. Füllstoff gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die gestaltähnlichen Partikel Fasern sind.

15. Füllstoff gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß den gestaltähnlichen Partikeln zusätzlich zu den in ihnen eingeschmolzenen Trübungsmitteln weitere Trübungs mittel durch mechanisches Beimischen zugesetzt sind.