DE69629636T2

DE69629636T2 - Vakuumwärmeisolierung und wärmeisolierender behälter unter verwendung dieser isolierung

Info

Publication number: DE69629636T2
Application number: DE69629636T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Tanimoto; Noriyuki Miyaji
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: EP0762043B1; JP3752519B2; CN1148427A; WO1996027754A1; EP0762043A4; CA2189894A1; CN1071012C; DE69629636D1; AU6540896A; EP0762043A1; AU692115B2; KR100223546B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial, das als Wärmeisolierung in z. B. Kühlschränken und Gefrierschränken verwendet werden kann und einen wärmeisolierenden Kasten, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial verwendet.
Stand der Technik
Die Zerstörung der Ozonschicht durch Fluorchlorkohlenwasserstoff 11 (nachstehend FCKW-11 (CFC11) genannt), der als Treibmittel für das z. B. für Kühlschränke und Gefrierschränke verwendete Wärmeisolierungsmaterial benutzt wurde, ist aus Sicht der Erhaltung der globalen Umwelt eine globale Frage.
Auf einem solchen Hintergrund beruhend war die Forschung auf die Entwicklung von Wärmeisolierungsmaterialien konzentriert, die neue Treibmittel von Ersatz-FCKWs oder Nicht-FCKWs verwenden, die FCKW-11 ersetzen. Ein typisches Beispiel für ein FCKW-Ersatz-Treibmittel ist Fluorchlorkohlenwasserstoff 141 b (H-FCKW 141 b (HCFC 141 b)). Ein typisches Beispiel für ein Nicht-FCKW-Treibmittel ist Cyclopentan.
Diese neuen Treibmittel weisen höhere Gas-Wärmeleitfähigkeiten auf als FCKW-11 und verringern dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in Kühlschränken und dergleichen.
Berücksichtigt man zukünftige Energiebeschränkungen, ist die Energieeinsparung in Kühlschränken und dergleichen ein unum gängliches Thema. Eine der möglichen Lösungen ist die Verbesserung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens.
Wie vorstehend erläutert, weisen herkömmliche Wärmeisolierungsmaterialien widerstreitende Tatsachen auf, und zwar den tatsächlichen Leistungsverlust aufgrund der Verwendung von Ersatz-FCKWs und das Erfordernis, das Wärmeisolierungsleistungsverhalten zu verbessern, um eine Energieeinsparung bei den Vorrichtungen zu erzielen, die Wärmeisolierungsmaterialien verwenden.
Vakuumwärmeisolierungsmaterialien wurden als mögliche Mittel zur Lösung solcher widerstreitenden Tatsachen vorgeschlagen, wie dies z. B. in den Gazetten der nicht geprüften Japanischen Patentanmeldungen (TOKKAI) Nr. Sho-57-173689 und Sho-61-144492 beschrieben ist. Diese Vakuumwärmeisolierungsmaterialien werden aus anorganischem Pulver hergestellt. Diese Vakuumwärmeisolierungsmaterialien wurden durch Füllen eines filmartigen Kunststoffbehälters mit Silica-Pulver und Verschließen des Behälters unter vermindertem Druck erhalten.
Ein Hauptvorteil der herkömmlichen Vakuumwärmeisolierungsmaterialien liegt darin, dass diese bei einem Vakuumgrad von 0,1 bis 1 mm Hg hergestellt werden können, was ohne weiteres im Großverfahren durchgeführt werden kann. Die herkömmlichen, feines Silica-Pulver enthaltenden Vakuumwärmeisolierungsmaterialien haben das Wärmeisolierungsleistungsverhalten im Vergleich zu jenen ohne Silica-Pulver bei gleichem Vakuumgrad verbessert.
Das Prinzip der Wärmeisolierung liegt beim Vakuumwärmeisolierungsmaterial darin, ein Gas, das Wärme überträgt, z. B. Luft, aus wesentlichen Teilen eines thermisch zu isolierenden dünnen Gehäuses, wie z. B. Türen und Wänden, zu entfernen. Es ist jedoch schwierig, ein Hochvakuum auf industriellem (Massenfertigungs-) Niveau zu erzeugen. Der praktisch anwendbare Vakuumgrad reicht von 0,1 bis 10 mm Hg. Die Vakuumwärmeisolierungsmaterialien müssen folglich das gewünschte Wärmeisolierungsleistungsverhalten bei einem Vakuumgrad innerhalb dieses Bereiches erreichen.
Beim Prozess der Wärmeleitung über die Luft ist die physikalische Eigenschaft, die sich auf das Wärmeisolierungsleistungsverhalten auswirkt, die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle.
Die mittlere freie Weglänge stellt die Entfernung dar, die ein aus einem Gas, z. B. Luft, bestehendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen Molekül zusammenstößt. Sind die in der Luft ausgebildeten Hohlräume größer als die mittlere freie Weglänge, stoßen die Moleküle in den Hohlräumen miteinander zusammen, um so eine Wärmeleitung über die Luft zu erzeugen. Ein solches Vakuumwärmeisolierungsmaterial weist eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf. Sind im Gegensatz dazu die Hohlräume kleiner als die mittlere freie Weglänge, weist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Dies ist so, da im Wesentlichen keine Wärmeleitung stattfindet, die auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle, z. B. der Luftmoleküle, beruht.
Um das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial zu verbessern, ist es notwendig, dass Hohlräume ausgebildet werden, die kleiner sind als die mittlere freie Weglänge der Moleküle. Das Befüllen mit feinem Pulver, welches kleine Hohlräume aufweist, eliminiert die auf dem Zusammenstoß der Luftmoleküle beruhende Wärmeleitung im Wesentlichen. Folglich wird das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial verbessert.
Die herkömmliche Struktur, die eine große Menge Silica-Pulver verwendet, vergrößert jedoch unerwünscht das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials und erhöht die Herstellungskosten.
Dokument EP-A-170 934 beschreibt ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial, das ein Kernmaterial und ein in ein äußeres Element gepacktes Adsorbens umfasst, wobei das Kernelement zwei oder mehr unterschiedliche Pulver umfasst. Dieses Dokument beschreibt ferner einen wärmeisolierenden Kasten, der ein äußeres Gehäuse, ein inneres Gehäuse, ein Wärmeisolierungsmaterial, das in einen Raum gepackt ist, der durch das äußere und das innere Gehäuse definiert ist, sowie ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial umfasst, das an einer Innenwand des äußeren Gehäuses befestigt ist und ein Kernmaterial, das zwei oder mehr unterschiedliche Pulver umfasst, sowie ein Adsorbens aufweist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial, das ein geringes Gewicht aufweist, zu niedrigen Kosten hergestellt ist und ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufweist, sowie einen wärmeisolierenden Kasten, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial verwendet. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kernmaterial, das sich vorwiegend aus zwei oder mehr unterschiedlichen Pulvern zusammensetzt, sowie ein Adsorbens. In der vorliegenden Erfindung steht Vakuum für einen Vakuumgrad von nicht mehr als 10 mm Hg.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kernmaterial und ein Adsorbens, die in einem äußeren Element verpackt sind, wobei das Kernmaterial ein Pulver aus organischem Material, das ein Urethanmaterial ist, umfasst, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 20 m²/g aufweist, sowie ein Pulver aus anorganischem Material, das eine spezifische Oberfläche von mehr als 20 m²/g aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Silica, Perlit, Kieselgur, Aluminiumoxid und Titanoxid.
Erfindungsgemäß schließt das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ferner ein Pulver aus organischem Material in dem Kernmaterial ein, das zermahlenes Pulver aus Schaumkunststoff umfasst.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial beträgt eine Füllung des Pulvers aus anorganischem Material 50 Gew.-% oder weniger.
Erfindungsgemäß umfasst das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver aus anorganischem Material mit einer nadelartigen Kristallform als Oberflächenmodifizierer für ein Pulver aus organischem Material.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist das, anorganische Material, das als Oberflächenmodifizierer funktioniert, in der Praxis ein Pulver aus Calciumsilicat.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist das Molverhältnis von SiO₂/CaO in dem Pulver aus Calciumsilicat, das als Oberflächenmodifizierer funktioniert, 2 oder größer, jedoch nicht größer als 3.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist das als Oberflächenmodifizierer funktionierende Pulver aus Calciumsilicat vorzugsweise so behandelt, dass es hydrophob ist.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist das Pulver aus oberflächenmodifiziertem organischem Material ferner vorzugsweise so behandelt, dass es hydrophob ist.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist das Pulver aus oberflächenmodifiziertem organischem Material mit einem Faserwerkstoff vermischt.
Erfindungsgemäß umfasst das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver, das wenigstens ein Salz einer Fettsäure als Oberflächenmodifizierer enthält.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial umfasst das Pulver aus organischem Material ein Schaumkunststoff-Pulver, das durch Mahlen erhalten wird.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial weist das Pulver aus organischem Material eine nadelartige Kristallform auf.
Erfindungsgemäß umfasst das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver aus anorganischem Material als Adsorbens, wobei das Pulver Poren aufweist, die 5% bis 20% größer sind als der Moleküldurchmesser eines adsorbierten Materials.
Das erfindungsgemäße Vakuumwärmeisolierungsmaterial umfasst vorzugsweise wenigstens ein Pulver als anorganisches Material, das einen Reflexionsgrad von 0,9 oder größer aufweist.
Das erfindungsgemäße Vakuumwärmeisolierungsmaterial umfasst ein benetztes Silica-Pulver als anorganisches Material.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial weist das Kernmaterial ein Gasphasen-Volumenverhältnis von 60% oder mehr auf.
Erfindungsgemäß umfasst das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver aus organischem Material, wobei der mittlere Teilchendurchmesser des Pulvers im Wesentlichen gleich oder kleiner als 150 μm ist.
Erfindungsgemäß umfasst das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver aus organischem Material, wobei die Schüttdichte des Pulvers im Wesentlichen gleich oder kleiner als 150 kg/m³ ist.
Im erfindungsgemäßen Vakuumwärmeisolierungsmaterial ist der mittlere Porendurchmesser des Kernmaterials, welches ein Pulver aus organischem Material und ein Pulver aus anorganischem Material umfasst, im Wesentlichen gleich oder kleiner als 100 μm.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen wärmeisolierenden Kasten, der ein äußeres Gehäuse, ein inneres Gehäuse, einen wärmeisolierenden Schaumstoff, der in einen Raum gepackt ist, der durch das äußere Gehäuse und das innere Gehäuse definiert ist, sowie ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1 umfasst, das an einer Innenwand des äußeren Gehäuses oder des inneren Gehäuses angebracht ist und ein Kernmaterial aufweist, das ein Pulver aus organischem Material umfasst, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 20 m²/g aufweist, sowie ein Pulver aus anorganischem Material, das eine spezifische Oberfläche von mehr als 20 m²/g aufweist, und ein Adsorbens.
Der erfindungsgemäße wärmeisolierende Kasten kann ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum halten. Daher löst die vorliegende Erfindung die auf dem verschlechterten Wärmeisolierungsleistungsverhalten beruhenden Probleme einer übermäßigen Betriebsleistung eines Kompressors und einer verminderten Lebensmittelqualität in einem Kühlschrank.
Im erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Kasten setzt sich das Kernmaterial überwiegend aus einem Pulver aus organischem Material und einem Pulver aus anorganischem Material zusammen.
Im erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Kasten weist das Pulver aus anorganischem Material eine spezifische Oberfläche von 20 m²/g oder weniger auf.
Erfindungsgemäß umfasst der erfindungsgemäße wärmeisolierende Kasten ein Pulver aus anorganischem Material mit einer nadelartigen Kristallform als Oberflächenmodifizierer für ein Pulver aus organischem Material.
Erfindungsgemäß umfasst der erfindungsgemäße wärmeisolierende Kasten ein Pulver, das wenigstens ein Salz einer Fettsäure als Oberflächenmodifizierer für ein Pulver aus organischem Material enthält.
Im erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Kasten weist das Pulver aus organischem Material eine nadelartige Kristallform auf.
Im erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Kasten weist das Kernmaterial ein Gasphasen-Volumenverhältnis von 60% oder mehr auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen wärmeisolierenden Kasten in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad und der Wärmeleitfähigkeit in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zugabeverhältnis von Silica-Pulver und der Wärmeleitfähigkeit in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Änderungen der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials mit der Zeit in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
((Ausführungsform 1))
Im Folgenden ist Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit den beiliegenden Zeichnungen der 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt; und 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen wärmeisolierenden Kasten darstellt, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial aus 1 verwendet.
Mit Bezug auf 1 schließt das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ein pulveriges Gemisch ein, das durch Rühren eines zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 150 μm und eines synthetischen Silica-Pulvers mit einer Rührmühle (agitating mill) bei einer hohen Geschwindigkeit (3600 rpm) erhalten wird. Das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff wird durch Drücken von Urethanschaumstoff gegen ein abschleifendes Gewebe mit einer Körnung von 150 μm hergestellt.
Das so hergestellte pulverige Gemisch wird dann, um ein Kernmaterial 2 auszubilden, in ein nicht gewebtes Tuch gepackt, das eine Gasdurchlässigkeit aufweist. Das Kernmaterial 2 wird in einem äußeren Element 3 angeordnet, das aus einem Metall-Kunststofffilm-Laminat besteht. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 wird durch Evakuieren eines Innenraums, der von dem äußeren Element 3 umgeben ist, mit einer Vakuumpumpe, um den Innendruck auf 0,1 mm Hg zu vermindern, und durch Verschließen des Innenraums unter vermindertem Druck ausgebildet.
Tabelle 1 zeigt die spezifische Oberfläche (m²/g), das Zugabeverhältnis (Gew.-%), die Dichte (kg/m³) und die Wärmeleitfähigkeit (kcal/mh°C) bei einem Druck von 0,1 mm Hg von in das äußere Element 3 gepackten Pulvern. 3 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad und der Wärmeleitfähigkeit in Bezug auf die in Tabelle 1 gezeigten Pulver zeigt.
Tabelle 1
Mit Bezug auf die Daten in Tabelle 1 und 3, die das Silica-Pulver betreffen, das ein Pulver aus anorganischem Material darstellt, ist es ersichtlich, dass das pulverige Gemisch (Pulver 2) aus zwei Silica-Pulvern mit sehr unter schiedlichen spezifischen Oberflächen (das Silica-Pulver (1) weist eine spezifische Oberfläche von 35,2 m²/g und das Silica-Pulver (2) eine spezifische Oberfläche von 62,1 m²/g auf) ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufweist, obwohl diese die gleiche Dichte wie das Silica-Pulver alleine (Pulver 1) aufweisen. Dies ist so, da das Silica-Pulver mit der großen spezifischen Oberfläche die großen Hohlräume ausfüllt, und beweist klar den Effekt des Verschneidens von Pulvern mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen.
Tabelle 1 zeigt außerdem die das Pulver 4 betreffenden Daten, das durch Verschneiden des Urethan-Pulvers (1), das eine spezifische Oberfläche von 7,2 m²/g aufweist, mit dem Silica-Pulver (2), das eine spezifische Oberfläche von 62,1 m²/g aufweist, hergestellt ist. Dies beweist, dass die Zugabe des Silica-Pulvers mit großer spezifischer Oberfläche zu dem Urethan-Pulver das Wärmeisolierungsleistungsverhalten beachtlich verbessert. Das Urethan-Pulver alleine (Pulver 3) weist große Hohlräume auf und wird daher wesentlich durch die Gaswärmeleitung beeinflusst, die auf dem Zusammenstoß der Luftmoleküle beruht, so dass das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein schlechtes Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufweist.
Die experimentellen Untersuchungen der Erfinder haben bewiesen, dass die Zugabe einer kleinen Menge von Silica-Pulver das Wärmeisolierungsleistungsverhalten verbessert. Dies ermöglicht die Verwendung von zermahlenem Urethanschaumstoff, die traditionell als unmöglich erachtet wurde. Die Verwendung von Urethanschaumstoff, der als Abfall erhalten wird, in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 1 führt zu einer beachtlichen Kostensenkung.
Die Verwendung eines zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 1 verringert die Dichte des pulverigen Wärmeisolie rungsmaterials beträchtlich. Wird ein anorganisches Pulver, wie z. B. Silica, mit einer großen spezifischen Oberfläche alleine verwendet, erhöht das große Packungsverhältnis des Silica-Pulvers unerwünscht das Gewicht des resultierenden Wärmeisolierungsmaterials. In dem Fall, in dem Silica-Pulver dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff zugegeben wird, wird andererseits lediglich ein kleiner Anteil des Silica-Pulvers benötigt. Dies erniedrigt das Packungsverhältnis des Silica-Pulvers und verringert das Gewicht des resultierenden Wärmeisolierungsmaterials. Dies wird durch einen Vergleich zwischen dem Pulver 4 und dem Pulver 5 (pulveriges Gemisch aus Urethan-Pulver (2) mit einer spezifischen Oberfläche von 2,1 m²/g und Silica-Pulver (2) mit einer spezifischen Oberfläche von 62,1 m²/g) in Tabelle 1 bestätigt. Das Zugabeverhältnis des Silica-Pulvers nimmt mit einer Verringerung der spezifischen Oberfläche des Urethan-Pulvers ab. Die Verwendung des Pulvers 5, d. h. des pulverigen Gemisches aus Urethanschaumstoff-Pulver und Silica-Pulver, verringert das Gewicht des resultierenden Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 der Ausführungsform 1 beachtlich.
Wie vorstehend erläutert, ergibt die Verwendung des pulverigen Gemisches aus Urethan-Pulver und Silica-Pulver das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, welches ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und ein geringes Gewicht aufweist und zu geringen Kosten herstellbar ist. Das Pulver aus anorganischem Material, das hier verwendet werden kann, ist nicht auf synthetische Silica beschränkt. Perlit, Kieselgur, Aluminiumoxid und Titanoxid können als anorganisches Material verwendet werden und weisen die gleichen Effekte wie das vorstehend beschriebene pulverige Gemisch auf.
Im Folgenden ist ein wärmeisolierender Kasten 4 beschrieben, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 aus 1 verwendet. Der wärmeisolierende Kasten 4 ist z. B. ein dünnes Gehäuse, wie z. B. eine Tür eines Kühlschranks.
Wie in 2 gezeigt ist, schließt der wärmeisolierende Kasten 4 das vorstehend diskutierte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, einen wärmeisolierenden Schaumstoff 5, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, ein äußeres Gehäuse 6 eines Kühlschranks (d. h. ein Element, das eine Außenfläche des Kühlschranks bildet) sowie ein inneres Gehäuse 7 des Kühlschranks (d. h. ein Element, das eine Innenfläche des Kühlschranks bildet) ein. Wenn auch das in 2 gezeigte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 an einer großen Fläche der Innenseite des inneren Gehäuses 7 befestigt ist, kann dieses ebenso an der Innenseite des äußeren Gehäuses 6 befestigt sein. Der hier verwendete harte Urethanschaumstoff ist mit Cyclopentan geschäumter Polyurethanschaumstoff. Das innere Gehäuse 7 besteht aus einem ABS-Harz, wohingegen das äußere Gehäuse 6 aus einer Stahlplatte gefertigt ist. Die Abmessungen des in Ausführungsform 1 verwendeten Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 betragen 1,0 m × 0,5 m × 0,02 m.
Der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 einschließende wärmeisolierende Kasten 4 übt ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten aus. Eine Langzeitverwendung des Kühlschranks mit dem wärmeisolierenden Kasten 4 der Ausführungsform 1 führt daher nicht zu einer übermäßigen Betriebsleistung des Kompressors aufgrund einer plötzlichen Verschlechterung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens. Dies löst das Problem der Verschlechterung der Qualität des Kühlschranks nach einer Langzeitverwendung.
Wie vorstehend erwähnt wird das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 1 hergestellt, indem zwei oder mehr Pulver mit wenigstens unterschiedlichen spezifischen Oberflächen in das äußere Element 3 gepackt werden. Die durch das Pulver mit kleiner spezifischer Oberfläche ausgebildeten großen Hohlräume werden mit dem Pulver mit großer spezifischer Oberfläche gefüllt und so verkleinert. Diese Struktur verringert die Gaswärmeleitung durch Zusammenstoß der Luftmoleküle in beachtlichem Umfang und verbessert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten im Vakuumwärmeisolierungsmaterial.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial dieser Ausführungsform schließt ein pulveriges Gemisch aus organischem Material und anorganischen Material ein. Diese Struktur verringert das Zugabeverhältnis des anorganischen Materials und vergrößert das Verhältnis des organischen Materials, das eine kleinere relative Dichte aufweist als das anorganische Material, so dass das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial leicht wird.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial dieser Ausführungsform wird als Abfall erhaltener zermahlener Schaumkunststoff für das Pulver aus organischem Material verwendet. Dies reduziert die Herstellungskosten in beachtlichem Maße.
Der wärmeisolierende Kasten dieser Ausführungsform wird hergestellt, indem der wärmeisolierende Schaumstoff und das Vakuumwärmeisolierungsmaterial in dem durch den wärmeisolierenden Kasten definierten Raum aufeinander gelegt werden. Diese Struktur ermöglicht, dass das Vakuumwärmeisolierungsmaterial das Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum beibehält.
((Ausführungsform 2))
Im folgenden ist ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 und ein wärmeisolierender Kasten 4, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet, als Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Strukturen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 2 sind mit denen der in den 1 und 2 gezeigten und damit beschriebenen Ausführungsform 1 identisch und werden daher hier nicht speziell beschrieben.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 wird hergestellt, indem ein pulveriges Gemisch aus zermahlenem Urethanschaumstoff und synthetischem Silica-Pulver in ein äußeres Element 3 gepackt werden, das aus einem Metall-Kunststofffilm-Laminat besteht, und das äußere Element 3 unter vermindertem Druck verschlossen wird. Tabelle 2

+:: explodiert
-:: nicht explodiert

Bedingungen: 100 g füllen und bei 140°C für eine Stunde trocknen
Tabelle 3
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen der spezifischen Oberfläche des zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff und dem Auftreten einer Staubexplosion. In dem Versuch zur Staubexplosion wird das mit 100 g des zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff gefüllte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 bei einer Temperatur von 140°C für eine Stunde getrocknet. Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen der spezifischen Oberfläche und der Dichte in dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff und dem synthetischen Silica-Pulver, die miteinander vermischt sind. Mit Bezug auf Tabelle 3 sind das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff und das synthetische Silica-Pulver miteinander vermischt, um die Wärmeleitfähigkeit auf einen festen Wert (0,0060 kcal/mh°C) einzustellen.
Tabelle 2 zeigt, dass die spezifische Oberfläche des zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff, d. h. eines organischen Pulvers, zum Auftreten einer Staubexplosion in Wechselbeziehung steht. Der experimentell erhaltene Sachverhalt zeigt, dass eine Staubexplosion auftritt, wenn die spezifische Oberfläche 20 m²/g überschreitet. Es wird angenommen, dass ein Anstieg der spezifischen Oberfläche die Reaktionsfähigkeit des organischen Pulvers vergrößert und die resultierende übermäßige Oxidationsreaktion mit der Luft einen Anstieg in der durch die Oxidation erzeugten Wärmemenge bewirkt, was zu einer Explosion führt.
Entsprechend den vorstehend genannten experimentellen Daten haben die Erfinder die spezifische Oberfläche des organischen Pulvers in Ausführungsform 2 auf gleich oder kleiner als 20 m²/g beschränkt. Dies löst das Problem der Staubexplosion, das der übermäßigen Oxidationsreaktion zuzuschreiben ist. Dies ermöglich, dass Abfall, wie z. B. zermahlener Urethanschaumstoff, als Wärmeisolierung in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 verwendet werden kann, wodurch die Kosten beachtlich reduziert werden und mit dem Rohstoff sparsam umgegangen wird.
Tabelle 3 zeigt, dass die spezifische Oberfläche des mit dem organischen Pulver vermischten anorganischen Pulvers beschränkt sein sollte, um das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 zu verringern. In dem Fall, dass die spezifische Oberfläche des anorganischen Pulvers kleiner ist als die des organischen Pulvers, wird eine große Menge des anorganischen Pulvers benötigt, um den Raum zu füllen, der durch das organische Pulver gebildet wird. Um die gleiche Wärmeleitfähigkeit zu verwirklichen, führt dies zu einem unerwünschten Gewichtsanstieg, wenn die spezifische Oberfläche des anorganischen Pulvers kleiner ist als die des organischen Pulvers.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 ist die spezifische Oberfläche des anorganischen Pulvers auf gleich oder größer als 20 m²/g beschränkt, was größer ist als die spezifische Oberfläche des organischen Pulvers. Dies löst das Problem des erhöhten Gewichts, welches das herkömmliche Vakuumwärmeisolierungsmaterial aus einem Pulvergemisch aufweist, und reduziert das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials der Ausführungsform 2 auf wirksame Weise.
4 zeigt die Beziehung zwischen dem Zugabeverhältnis des Silica-Pulvers und der Wärmeleitfähigkeit, wenn das die vorstehenden Bedingungen erfüllende pulverige Gemisch das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff mit einer spezifischen Oberfläche von 20 m²/g und das Silica-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 50 m²/g einschließt.
Wie 4 deutlich zu entnehmen ist, verringert die Zugabe von Silica-Pulver von bis zu 20 Gew.-% zu dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1, während das Wärmeisolie rungsleistungsverhalten verbessert wird. Eine weitere Zugabe von Silica-Pulver verschlechtert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1. Überschreitet die Zugabemenge von Silica-Pulver 50 Gew.-%, wird das Wärmeisolierungsleistungsverhalten schlechter als das des zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff alleine.
Die Veränderung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens mit einer Änderung der Wärmeleitfähigkeit kann auf das Folgende zurückgeführt werden.
Solange das Silica-Pulver bis zu 20 Gew.-% zugegeben wird, wird die Entfernung des durch das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff ausgebildeten Raums kürzer. Dies verringert die auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhende Wärmeleitfähigkeit und verbessert dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten. Eine Zugabe, die 20 Gew.-% überschreitet, bewirkt andererseits einen Überschuss an Silica-Pulver und erhöht die Kontaktfläche des Pulvers, wodurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten verschlechtert wird. Der Grund dafür ist der vorstehend angenommene.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 ist das Zugabeverhältnis des Silica-Pulvers auf nicht weniger als 2 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 50 Gew.-% beschränkt. Verglichen mit dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff alleine übt dieser beschränkte Bereich den Effekt aus, die Wärmeleitfähigkeit durch Zugabe des Silica-Pulvers zu reduzieren und dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten zu verbessern. Das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 weist folglich ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und eine geringe Druckabhängigkeit auf.
Im Folgenden ist der wärmeisolierende Kasten 4 in Ausführungsform 2 beschrieben. Die Struktur des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 2 ist mit der des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 1 identisch, der bereits mit der Zeichnung der 2 beschrieben wurde. Der wärmeisolierende Kasten 4 der Ausführungsform 2 schließt das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, einen wärmeisolierenden Schaumstoff 5, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, ein äußeres Gehäuse sowie ein inneres Gehäuse 7 ein. Im wärmeisolierenden Kasten 4 ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 an der Innenwand entweder des inneren Gehäuses 7 oder des äußeren Gehäuses 6 angebracht. Die Abmessungen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 der Ausführungsform 2 betragen 1,0 m × 0,5 m × 0,02 m.
Der so aufgebaute wärmeisolierende Kasten 4 schließt das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ein, das ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und eine sehr geringe Druckabhängigkeit aufweist. Eine Langzeitverwendung führt daher nicht zu einer übermäßigen Betriebsleistung eines Kompressors aufgrund einer plötzlichen Verschlechterung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens. Dies löst das Problem der Verschlechterung der Lebensmittelqualität im Kühlschrank.
Wie vorstehend erläutert, ist in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 die spezifische Oberfläche des organischen Pulvers auf gleich oder kleiner als 20 m²/g beschränkt. Diese Struktur löst das Problem der auf der vergrößerten Reaktionsfähigkeit des organischen Pulvers beruhenden Staubexplosion. Dies ermöglich, dass ein Abfall, wie z. B. zermahlener Urethanschaumstoff, für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 verwendet werden kann, wodurch die Herstellungskosten beachtlich verringert werden.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 schließt ein anorganisches Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von nicht weniger als 20 m²/g ein. Dies bewirkt, dass die spezifische Oberfläche des anorganischen Pulvers gleich oder größer als die des organischen Pulvers ist, wodurch das Gewicht reduziert wird.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 ist die Füllung des anorganischen Pulvers auf nicht weniger als 2 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 50 Gew.-% beschränkt. Dies übt den Effekt der Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit durch Zugabe des Silica-Pulvers aus. Das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 2 weist ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und eine geringe Druckabhängigkeit auf.
Der wärmeisolierende Kasten 4 der Ausführungsform 2 wird hergestellt, indem der wärmeisolierende Schaumstoff 5 und das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 in dem durch den wärmeisolierenden Kasten 4 definierten Raum aufeinander gelegt werden. Diese Struktur ermöglicht, dass der wärmeisolierende Kasten 4 der Ausführungsform 2 das Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum beibehält.
((Ausführungsform 3))
Im Folgenden ist ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 und ein wärmeisolierender Kasten 4, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet, als Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Strukturen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 3 sind mit denen der in den 1 und 2 gezeigten und damit beschriebenen Ausführungsform 1 identisch und werden daher hier nicht speziell beschrieben. Zu Ausführungsform 3 werden nachstehend sieben Beispiele diskutiert.
(Beispiel 1)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 wurden zermahlenes Pulver aus Urethanschaumstoff (mittlerer Teilchendurchmesser = 100 μm) und Calciumsilicat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 10 μm) mit einer nadelartigen Kristallstruktur bei einer hohen Geschwindigkeit (3600 rpm) mit einer Rührmühle miteinander vermischt. Ein Kernmaterial 2 wurde dann durch Packen des so erhaltenen feinen Pulvergemisches in ein nicht gewebtes, gasdurchlässiges Tuch hergestellt. Das Kernmaterial 2 wurde dann in einem aus einem Metall-Kunststofffilm-Laminat bestehenden äußeren Element 3 angeordnet. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 3 wurde durch Vermindern des Innendrucks des äußeren Elements 3 auf 0,1 mm Hg mit einer Vakuumpumpe und anschließendem Verschließen des äußeren Elements 3 hergestellt.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 ergibt das auf der Oberfläche des organischen Pulvers zusammengelagerte nadelartige Pulver eine Blähfähigkeit (bulking power), welche die dichteste Packung des organischen Pulvers verhindert und das Verhältnis der Gasphase vergrößert. In dieser Ausführungsform bedeutet die Blähfähigkeit des Pulvers, dass die Teilchen eine große Anzahl von Vorsprüngen auf ihrer Oberfläche aufweisen und dass die Vorsprünge einen relativ großen Anteil eines Raumes ausbilden oder einnehmen, so dass eine geringe Schüttdichte erhalten wird, wenn die Teilchen alleine oder als ein Gemisch mit einem anderen Typ von Teilchen in den Raum gepackt werden.
Wie vorstehend erläutert, schließt das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 das eine große Blähfähigkeit aufweisende Pulver ein, um das Verhältnis der Gasphase zu erhöhen. Dies verringert die auf dem Festkörperkontakt in dem pulverigen Gemisch beruhende Gaswärmeleitung und verbessert dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 schließt das orga nische Pulver mit einer geringen relativen Dichte als primäre Komponente ein, wodurch das Gewicht wirksam reduziert wird.
Tabelle 4 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
Tabelle 4 zeigt die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1, welches das Kernmaterial 2 aufweist, welches das organische Pulver einschließt, dessen Oberfläche durch eine spezifizierte Menge an zugegebenem anorganischem Pulver modifiziert wurde. Mit Bezug auf Tabelle 4 zeigt Beispiel 1 die optimale Zugabemenge für den Fall, dass Calciumsilicat als anorganisches Pulver verwendet wird. Die Vergleiche 1 und 2 verwenden Talk-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 3 μm), ausgedrückt als 4SiO₂·3MgO·H₃O, bzw. Calciumcarbonat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 10 μm), ausgedrückt als CaCO₃, anstelle von Calciumsilicat als Oberflächenmodifizierer. Wie in Tabelle 4 gezeigt, betrug die optimale Zugabemenge 1,0 Gew.-% in Beispiel 1 und 5 Gew.-% in den Vergleichen 1 und 2.
Tabelle 5
Tabelle 5 zeigt die Kristallstruktur der verwendeten anorganischen Pulver, die Schüttdichte des Oberflächenmodifizierers bei der optimalen Zugabemenge und die dem Wärmeisolierungsleistungsverhalten der Oberflächen modifizierten Pulver entsprechende Wärmeleitfähigkeit. Wie in Tabelle 4 gezeigt, verwenden die Vergleiche 1 und 2 in Tabelle 5 Talk-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 3 μm), ausgedrückt als 4SiO₂·3MgO·H₂O, bzw. Calciumcarbonat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 10 μm), ausgedrückt als CaCO₃.
Die Messung der Wärmeleitfähigkeit, die das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials darstellt, wurde bei einer Durchschnittstemperatur von 24°C mit Auto-A(HC-072), hergestellt von Eiko Seiki Co., Ltd., Tokio, durchgeführt.
Mit Bezug auf Tabelle 5 ist es ersichtlich, dass das als Oberflächenmodifizierer verwendete nadelartige anorganische Pulver das beste Wärmeisolierungsleistungsverhalten bei der optimalen Zugabemenge zeigt. Die Schüttdichte erhöht sich in der Reihenfolge nadelartige Form, plattenartige Form und kugelartige Form des als Oberflächenmodifizierer verwendeten anorganischen Pulvers.
Der Unterschied im Wärmeisolierungsleistungsverhalten ist dem Unterschied in der Blähfähigkeit des an der Oberfläche des organischen Pulvers zusammengelagerten Oberflächenmodifizierers zuzuschreiben. Das nadelartige Pulver weist die größte Blähfähigkeit auf, was die dichteste Packung des organischen Pulvers verhindert und das Verhältnis der Gasphase vergrößert. Dies verringert die auf dem Festkörperkontakt des pulverigen Gemisches beruhende Wärmeleitung in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1. Der Unterschied in der Schüttdichte ist auch dem Unterschied in der Blähfähigkeit zuzuschreiben.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 schließt das organische Pulver mit einer kleinen relativen Dichte als primäre Komponente ein und ist dadurch leicht. Die Verwendung des nadelartigen Oberflächenmodifizierers für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verbessert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf wirksame Weise.
(Beispiel 2)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 2 beschrieben.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 2 schließt ein Kernmaterial ein, das mit Calciumsilicat, ausgedrückt als CaSiO₄, gefüllt ist. Calciumsilicat weist mehrere Silanolgruppen auf seiner Oberfläche auf und besitzt folglich eine starke Polarität. Sogar eine sehr geringe Menge an Calciumsilicat kann wirksam als Oberflächenmodifizierer arbeiten und reduziert die durch die Aggregate ausgebildete Porengröße. Sogar dann, wenn Abfall aus Urethanschaumstoff als organisches Pulver verwendet wird, weist das Vakuumwärmeisolie rungsmaterial 1 von Beispiel 2 einen geringen, auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhenden Gaswärmeleitungseffekt auf und besitzt dadurch ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 2 ermöglicht die Verwendung von Abfall und verwendet Calciumsilicat, das wie zahlreiche Additive in großen Mengen hergestellt wird und zu einem geringen Preis industriell erhältlich ist, wodurch dieses zu beachtlich niedrigen Kosten hergestellt wird.
Mit Bezug auf Tabelle 4 lässt sich erkennen, dass das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 durch die Zugabemenge des Oberflächenmodifizierers variiert wird und dass sich die jeweiligen Oberflächenmodifizierer hinsichtlich der optimalen Zugabemenge unterscheiden. Besonders das als Oberflächenmodifizierer verwendete Calciumsilicat zeigt ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten mit einer sehr geringen Zugabemenge von 1,0 Gew.-%.
Im Gegensatz zu den anderen Oberflächenmodifizierern weist Calciumsilicat mehrere Silanolgruppen auf seiner Oberfläche als charakteristische Kristallstruktur auf und besitzt folglich eine starke Polarität. Die Zugabe auch einer sehr geringen Menge an Calciumsilicat und das Rühren mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen, dass Calciumsilicat auf der Oberfläche des Urethanschaumstoffs dispergiert wird, und reduziert dadurch die durch die Aggregate ausgebildete Porengröße. Sogar eine sehr geringe Menge von als Oberflächenmodifizierer zugegebenem Calciumsilicat kann daher ähnliche Effekte wie die anderen Oberflächenmodifizierer ausüben.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 2 verwendet Abfall aus Urethanschaumstoff als organisches Pulver sowie Calciumsilicat, das zu einem geringen Preis industriell erhältlich ist, wodurch dieses zu beachtlich niedrigen Kosten hergestellt wird.
(Beispiel 3)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 3 beschrieben.
Obwohl Calciumsilicat, das als CaSiO₄ ausgedrückt ist und für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 3 verwendet wird, im Allgemeinen eine nadelartige Kristallstruktur aufweist, kann sich die Kristallstruktur mit dem Molverhältnis von SiO₂/CaO ändern. Es ist folglich wichtig, das Molverhältnis von SiO₂/CaO zu beschränken, um die nadelartige Struktur von Calciumsilicat sicherzustellen. Ist das Molverhältnis kleiner als 2, zeigt Calciumsilicat eine plattenartige oder nadelartige Struktur. Ist das Molverhältnis größer als 3, zeigt Calciumsilicat eine Blumenblatt-artige (petal-like) oder blockartige Aggregatstruktur. Liegt das Molverhältnis zwischen 2 und 3, zeigt Calciumsilicat andererseits eine nadelartige Aggregatstruktur.
Das Pulver mit der nadelartigen Aggregatstruktur haftet an der Oberfläche des organischen Pulvers durch die Oberflächenmodifizierung, so dass die Blähfähigkeit vergrößert und die dichteste Packung des sich aus dem pulverigen Gemisch zusammensetzenden Kernmaterials 2 wirksam verhindert wird. Das Pulver mit der nadelartigen Aggregatstruktur verhindert den übermäßigen Kontakt der Teilchen und reduziert die Festkörperwärmeleitfähigkeit. Ein solches Pulver weist eine ausgezeichnete Flexibilität auf und bildet keine großen Poren aus. Diese Struktur reduziert wirksam die Anzahl von Poren, die einen Zwischenlückenabstand (inter-void distance) aufweisen, der gleich der oder größer als die mittlere freie Weglänge der Luft unter einem Druck von 0,1 bis 10 mm Hg ist, was ohne weiteres auf industriellem Niveau realisiert wird. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial von Beispiel 3 schließt Calciumsilicat ein, das ein Molverhältnis von SiO₂/CaO aufweist, das zwischen 2 und 3 liegt. Das hier verwendete Calciumsilicat weist eine nadelartige Aggregatstruktur auf und verbessert dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 3.
Tabelle 6
Beispiel 3 in Tabelle 6 zeigt die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1, wenn 0,5 Gew.-% Calciumsilicat mit einem Molverhältnis von SiO₂/CaO, das zwischen 2,0 und 3,0 liegt, zu zermahlenem Pulver aus Urethanschaumstoff gegeben wird. Die Vergleiche 1 und 2 zeigen die Wärmeleitfähigkeiten, wenn Calciumsilicat mit einem zwischen 1,0 und 1,5 liegenden Molverhältnis von SiO₂/CaO bzw. Calciumsilicat mit einem Molverhältnis von nicht weniger als 3,5 zugegeben wird.
Wie in Tabelle 6 gezeigt, weist das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff, dessen Oberfläche durch Calciumsilicat mit einem zwischen 2,0 und 3,0 liegenden Molverhältnis von SiO₂/CaO modifiziert wurde, die kleinste Wärmeleitfähigkeit auf.
Das durch Zugabe von Calciumsilicat zu dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff hergestellte Vakuumwärmeisolierungsmaterial wurde mit einem Mikroskop betrachtet. Wurde das Pulver mit einem zwischen 1,0 und 1,5 liegenden Molverhältnis zuge geben, wies das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial eine Struktur auf, in welcher die plattenartigen und nadelartigen Pulver dicht gepackt waren. Wurde das Pulver mit einem Molverhältnis von nicht weniger als 3,5 zugegeben, wies das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial eine plattenartige oder blockartige Struktur auf. Wurde das Pulver mit einem zwischen 2,0 und 3,0 liegenden Molverhältnis zugegeben, wies das resultierende Vakuumwärmeisolierungsmaterial eine plattenartige oder nadelartige Aggregatstruktur auf.
Die Haftung der plattenartigen oder nadelartigen Aggregatstruktur an der Oberfläche des organischen Pulvers durch die Oberflächenmodifizierung verstärkt die Blähfähigkeit und verhindert die dichteste Packung des sich aus dem pulverigen Gemisch zusammensetzenden Kernmaterials 2 auf wirksame Weise. Diese Struktur verhindert den übermäßigen Kontakt der Teilchen und erhöht die Festkörperwärmeleitung in dem pulverigen Gemisch aufgrund der Zugabe des anorganischen Pulvers kaum. Das durch Zugabe von Calciumsilicat zu dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff hergestellte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 3 verringert die Kontaktfläche der organischen Teilchen und erhöht den Kontaktwärmewiderstand. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 weist eine ausgezeichnete Flexibilität auf und bildet folglich keine großen Poren aus. Diese Struktur ermöglicht, dass das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 aus Beispiel 3 die Anzahl der Poren reduziert, die einen Zwischenlückenabstand aufweisen, der gleich der oder größer als die mittlere freie Weglänge der Luft unter einem Druck von 0,1 mm Hg ist, was ohne weiteres auf industriellem Niveau realisiert wird, und besitzt folglich ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten.
(Beispiel 4)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 4 beschrieben.
Das anorganische Pulver wie z. B. Calciumsilicat weist eine sehr feine Struktur und dadurch eine sehr große spezifische Oberfläche auf. Calciumsilicatpulver adsorbiert den Wassergehalt in der Atmosphäre, der in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 dissoziiert ist, so dass der Innendruck erhöht wird, und verschlechtert dadurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten im Laufe der Zeit.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial des Beispiels 4 ist das Kernmaterial mit einem hydrophoben Pulver gefüllt, das durch Silylieren der Oberfläche von Calciumsilicat, ausgedrückt als CaSiO₄, erhalten wird. Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 4 verhindert die hydrophobe Behandlung von Calciumsilicat, dass der Innendruck aufgrund der Dissoziierung der adsorbierten Wassermoleküle ansteigt, wodurch eine Verschlechterung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 mit der Zeit wirksam verhindert wird.
Tabelle 7 Zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit [kcal/mh°C] des organischen Pulvers
Beispiel 4 in Tabelle 7 zeigt die zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit in einer Atmosphäre von 50°C, wenn die Oberfläche des organischen Pulvers durch Zugabe von 0,5 Gew.-% des hydrophoben Calciumsilicats modifiziert wird. Der Vergleich zeigt die zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit, wenn keine hydrophobe Behandlung durchgeführt worden ist.
Für die hydrophobe Behandlung wurde das Silankupplungsverfahren verwendet, das ein Silanolgruppen enthaltendes Bindemittel verwendet, um das organische Material mit dem anorganischen Material zu verbinden. Gemäß einer konkreten Prozedur wurde Silica-Pulver, nachdem Calciumsilicat mit verdünnter Salzsäure gewaschen und in einer durch Lösen von Vinylethoxysilan in einer Mischlösung von Ethanol/Wasser erhaltenen Lösung gut gerührt worden ist, zu Calciumsilicat zugegeben.
Wie in Tabelle 7 deutlich zu sehen ist, bewirkte die Zugabe von nicht hydrophobem Calciumsilicat, verglichen mit dem Fall der Zugabe von hydrophobem Calciumsilicat das Ansteigen der Wärmeleitfähigkeit mit der Zeit und die beträchtliche Verschlechterung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens.
Dies ist auf die Ursache zurückzuführen, dass die an Calciumsilicat nach der Oberflächenmodifizierung adsorbierten Wassermoleküle mit der Zeit dissoziiert werden, so dass sie den Innendruck in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 erhöhen und die Gaswärmeleitung vergrößern.
Die an dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 4 durchgeführte hydrophobe Behandlung ermöglicht, dass der Wassergehalt ohne weiteres durch Wärmebehandlung vor dem Evakuierungs- und Verschließvorgang entfernt wird, wodurch die zeitabhängige Verschlechterung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens verhindert wird.
(Beispiel 5)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 5 beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 5 ist das Kernmaterial 2 mit dem durch Silylieren der Oberfläche von Calciumsilicat, ausgedrückt als CaSiO₄, und der Oberfläche des zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff erhaltenen hydrophoben Pulver gefüllt. Die hydrophobe Behandlung des organischen Pulvers kann den Wassergehalt reduzieren, der 90 des aus dem Pulver des Urethanschaumstoffabfalls abgegebenen Gases einnimmt. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 5 besitzt gegenüber dem Oberflächenmodifizierer einen kleinen Reibungskoeffizienten und weist dadurch eine beträchtlich verbesserte Fließfähigkeit nach der Modifizierung auf. Dies führt zu einer Verbesserung der Ausrichtung der Packungsform des organischen Pulvers. Diese Struktur ermöglicht die Aufrechterhaltung des ausgezeichneten Wärmeisolierungsleistungsverhaltens des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 5 über einen langen Zeitraum. Tabelle 8 Zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit [kcal/mh°C] des organischen Pulvers

⌾: Hydrophobe Behandlung für sowohl anorganisches Pulver als auch organisches Pulver
O: Hydrophobe Behandlung nur für anorganisches Pulver

Beispiel 5 in Tabelle 8 zeigt die zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit in einer Atmosphäre von 50°C, wenn die Oberfläche des hydrophoben organischen Pulvers durch Zugabe von 0,5 Gew.-% des hydrophoben Calciumsilicats modifiziert wird. Der Vergleich zeigt die zeitabhängige Veränderung der Wärmeleitfähigkeit, wenn eine hydrophobe Behandlung lediglich für Calciumsilicat durchgeführt worden ist.
Für die hydrophobe Behandlung wurde das Silankupplungsverfahren verwendet. Gemäß einer konkreten Prozedur wurde Silica-Pulver, nachdem Calciumsilicat mit verdünnter Salzsäure gewaschen und in einer durch Lösen von Vinylethoxysilan in einer Mischlösung von Ethanol/Wasser erhaltenen Lösung gut gerührt worden ist, zu Calciumsilicat zugegeben.
Wie in Tabelle 8 deutlich gezeigt ist, änderte sich in dem Fall, in dem die hydrophobe Behandlung für sowohl das anorganische Pulver als auch das organische Pulver durchgeführt wurde, die Wärmeleitfähigkeit kaum mit der Zeit.
Dies ist auf die Ursache zurückzuführen, dass der Wassergehalt, der 90% des aus dem Urethan-Pulver mit der Zeit abgegebenen Gases einnimmt, durch ausreichendes Waschen und Silankupplung des nicht umgesetzten Gehalts des organischen Pulvers, der in dem Mahlprozess nicht abgetrennt wurde, reduziert werden kann.
Wie vorstehend erläutert, wird die hydrophobe Behandlung in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 5 sowohl für das anorganische Pulver als auch für das organische Pulver durchgeführt, so dass der Wassergehalt, der den größeren Teil des aus dem Urethanschaumstoff-Pulver abgegebenen Gases einnimmt, wirksam entfernt werden kann. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 5 besitzt gegenüber dem Oberflächenmodifizierer einen kleinen Reibungskoeffizienten und weist dadurch eine beträchtlich verbesserte Fließfähigkeit nach der Modifizierung auf. Dies führt zu einer Verbesserung der Ausrichtung der Packungsform des organischen Pulvers in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 5. Diese Struktur ermöglicht die Aufrechterhaltung des ausgezeichneten Wärmeisolierungsleistungsverhaltens des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 5 über einen langen Zeitraum.
(Beispiel 6)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 6 beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 6 ist das Kernmaterial 2 mit durch Mischen eines zermahlenen Pulvers aus Urethanschaumstoff mit einem Faserwerkstoff erhaltenen Teilchen gefüllt. Eine große Anzahl von faserigen Elementen steht so von der Oberfläche der kugelartigen Teilchen vor, was den Blähfähigkeitseffekt verstärkt. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 6 ist daher äußerst leicht.
Die in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 6 eingeschlossenen Teilchen weisen nach der Oberflächenmodifizierung eine sehr geringe Schüttdichte auf. Dies reduziert das Gewicht des resultierenden Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 weiter.
Tabelle 9 Beziehung zwischen Teilchendurchmesser und Schüttdichte [kg/m³] des pulverigen Gemisches
Tabelle 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser und der Schüttdichte, wenn das organische Pulver (Urethanschaumstoff-Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 μm) mit einem nadelartigen Faserwerkstoff (Glaswolle mit einem Längsdurchmesser von 200 μm) vermischt wird. Der Vergleich zeigt das Gleiche, wenn ein kugelartiges, pulverförmiges Material vermischt wird.
Die Daten von Tabelle 9 zeigen, dass die Schüttdichte mit einer Zunahme des Teilchendurchmessers unabhängig von der Form der vermischten Teilchen abnimmt. Dies ist so, da die kleineren Teilchen zur dichtesten Packung führen.
Es ist im Allgemeinen schwierig, die Form der Teilchen einzustellen, da sich die granulierten Teilchen unter Ausnutzung der Ladekennlinien in einer elektrolytischen Lösung des Pulvers zusammenlagern. Das Zumischen eines nadelartigen Faserwerkstoffs, der von der Form der bereits granulierten Teilchen (kugelartige oder pelletartige Form) strukturell äußerst unterschiedlich ist, führt zur Blähfähigkeit der granulierten Teilchen. Die Mischgranulierung beeinflusst die Schüttdichte in beträchtlichem Maße und verringert die Dichte der resultierenden granulierten Teilchen. Dies verringert das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials von Beispiel 6 beträchtlich.
(Beispiel 7)
Im Folgenden ist der wärmeisolierende Kasten 4 der Ausführungsform 3 als Beispiel 7 beschrieben. Der wärmeisolierende Kasten 4 von Beispiel 7 schließt das als eines der vorstehend diskutierten Beispiele 1 bis 6 spezifizierte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, einen wärmeisolierenden Schaumstoff 5, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, ein äußeres Gehäuse sowie ein inneres Gehäuse 7 ein und ist auf gleiche Weise aufgebaut wie der wärmeisolierende Kasten 4 der in 2 gezeigten Ausführungsform 1. In dem wärmeisolierenden Kasten 4 ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 an der Innenwand entweder des inneren Gehäuses 7 oder des äußeren Gehäuses 6 befestigt. Die Abmessungen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 7 betragen 0,5 m × 0,5 m × 0,02 m.
Der so aufgebaute wärmeisolierende Kasten 4 weist eine große Zuverlässigkeit und ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleis tungsverhalten auf. Eine Langzeitverwendung des wärmeisolierenden Kastens 4 vermindert daher das Wärmeisolierungsleistungsverhalten unwesentlich. Der den wärmeisolierenden Kasten 4 von Beispiel 7 verwendende Kühlschrank oder Gefrierschrank bewirkt nicht, dass der Kompressor bei einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur übermäßig betrieben wird, wodurch die Zuverlässigkeit des wärmeisolierenden Kastens 4 aufrechterhalten wird.
((Ausführungsform 4))
Im Folgenden ist ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 und ein wärmeisolierender Kasten 4, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet, als Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Strukturen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 4 sind mit denen der in den 1 und 2 gezeigten und damit beschriebenen Ausführungsform 1 identisch und werden hier daher nicht speziell beschrieben. Zu Ausführungsform 4 werden nachstehend fünf Beispiele diskutiert.
(Beispiel 1)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 beschrieben. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 1 wird durch Anordnen eines Kernmaterials 2, das aus zermahlenem Pulver aus Urethanschaumstoff (mittlerer Teilchendurchmesser = 150 μm), Silica-Pulveraggregat (mittlerer Teilchendurchmesser = 7 μm) und Calciumstearat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 0,1 μm) besteht, in einem äußeren Element 3 hergestellt, wobei der Innendruck auf 0,1 mm Hg vermindert und das äußere Element 3 unter dem verminderten Druck verschlossen wird. Das äußere Element 3 besteht aus einem Aluminiumfolien-Film-Laminat. Das Aluminiumfolien-Film-Laminat schließt Polyethylenterephthalat (Dicke = 12 μm) als Oberflächenschutzschicht, eine Aluminiumfolie (6 μm) und Polyethylen hoher Dichte (60 μm) als Hitzeverschweißschicht ein.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial von Beispiel 1 wurde gemäß einer konkreten Prozedur auf folgende Weise hergestellt.
Das Kernmaterial 2 wurde hergestellt, indem Silica-Pulveraggregat (mittlerer Teilchendurchmesser = 5 μm), 1 Gew.-% Calciumstearat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 0,1 μm) und ein organisches Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 150 μm) bei einer hohen Geschwindigkeit von 3600 rpm in einer Rührmühle vermischt wurden. Das Kernmaterial 2 wurde dann in ein nicht gewebtes Tuch aus Polypropylen gepackt und verschlossen, welches zu einer Beutelform ausgebildet worden war, um die Abmessungen des resultierenden Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 gleich 0,30 m × 0,30 m × 0,03 m zu machen. Das in dem nicht gewebten Tuch verschlossene Kernmaterial 2 wurde ferner in das äußere Element 3 aus Aluminiumfolien-Film-Laminat gepackt und darin unter einem verminderten Innendruck von 0,1 mm Hg oder weniger verschlossen.
In dem auf diese Weise hergestellten Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 eliminiert Calciumstearat-Pulver, welches ein Pulver eines Salzes einer Fettsäure darstellt, die Molekularorientierung auf der Oberfläche des organischen Pulvers. Gleichzeitig wird das Silica-Pulver auf der Oberfläche des organischen Pulvers zusammengelagert. Dies verhindert wirksam, dass die Enden des organischen Pulvers, die eine unregelmäßige Form aufweisen, zerstört und dicht gepackt werden, wodurch das Gasphasenverhältnis erhöht wird. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 weist folglich eine reduzierte auf dem Festkörperkontakt des pulverigen Gemisches beruhende Wärmeleitung und daher ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 schließt ein organisches Pulver mit einer geringen relativen Dichte als primäre Komponente ein, wodurch dieses leicht ist.
Tabelle 10 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
Tabelle 11 Schüttdichte des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kg/m³]
Beispiel 1 in Tabelle 10 zeigt verschiedene Mengen von zu dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff gegebenen Silica-Pulveraggregat und die das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials darstellende Wärmeleitfähigkeit bei den jeweiligen Zugabemengen. Vergleich 1 zeigt den Fall, in dem kein Calciumstearat als zweite Komponente des anorganischen Pulvers zugegeben wird. Die Vergleiche 2 und 3 zeigen die Fälle, in denen Talkpulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 3 μm), ausgedrückt als 4SiO₂·3MgO·H₂O, bzw. Calciumcarbonat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 10 μm), ausgedrückt als CaCO₃, als zweite Komponente des anorganischen Pulvers zugegeben wird.
Vergleich 4 in Tabelle 10 zeigt die Beziehung zwischen der Zugabemenge des Silica-Aggregats und dem Wärmeisolierungs leistungsverhalten, wenn 1 Gew.-% Calciumlaurat zugegeben wird, und wird detaillierter in Beispiel 2 beschrieben.
Tabelle 11 zeigt die Schüttdichten von Beispiel 1 und Vergleich 1 bei den jeweiligen Zugabemengen von Silica-Aggregat. Vergleich 2 zeigt die Schüttdichte für den Fall, in dem Silica-Pulveraggregat alleine verwendet wird.
Die Messung der Wärmeleitfähigkeit, die das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials darstellt, wurde bei einer Durchschnittstemperatur von 24°C mit Auto-A(HC-072), hergestellt von Eiko Seiki Co., Ltd., oben genannt, durchgeführt.
Die Daten in Tabelle 10 zeigen, dass die optimale Zugabemenge 1,0 Gew.-% betrug, wenn das Silica-Pulveraggregat alleine als Oberflächenmodifizierer verwendet wurde (Vergleich 1). Beispiel 1, in welchem 2,0 Gew.-% Calciumsilicat-Pulver zugegeben wurden, zeigte ein Wärmeisolierungsleistungsverhalten, das verglichen mit dem von Vergleich 1 mit der 1 Gew.-% entsprechenden Zugabemenge um ungefähr 0,0003 kcal/mh°C besser war. Die Vermischung von Talk-Pulver oder Calciumcarbonat-Pulver mit Silica-Pulveraggregat führte zu einem schlechteren Wärmeisolierungsleistungsverhalten als dem von Beispiel 1.
Die vorstehenden Ergebnisse sind auf die Ursache zurückzuführen, dass Calciumstearat-Pulver, welches ein Pulver eines Salzes einer Fettsäure darstellt, die Molekularorientierung auf der Oberfläche des organischen Pulvers beseitigt, während sich Silica-Pulver auf der Oberfläche des organischen Pulvers zusammenlagert, was verhindert, das die eine unregelmäßige Form aufweisenden Enden des organischen Pulvers zerstört werden. Diese Struktur verhindert die dichteste Packung in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 auf wirksame Weise. Dies vergrößert das Gasphasenverhältnis in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1, verringert die auf dem Festkörperkontakt beruhende Wärmeleitung und verbessert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten. Talk-Pulver und Calciumcarbonat-Pulver, die in den Vergleichen 2 und 3 verwendet wurden, weisen große Festkörperwärmeleitfähigkeiten auf, die zu einem schlechteren Wärmeisolierungsleistungsverhalten der resultierenden Vakuumwärmeisolierungsmaterialien führen.
Die Daten aus Tabelle 11 zeigen, dass Beispiel 1 eine um ungefähr 25% kleinere Schüttdichte aufwies als in dem Fall, in dem Silica-Pulveraggregat alleine als Kernmaterial verwendet wurde (Vergleich 2).
Dies ist deshalb so, da organisches Pulver mit einer geringen relativen Dichte als primäre Komponente verwendet wird.
Wie vorstehend erwähnt, verringert das Salz einer Fettsäure in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 den Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers und des organischen Pulvers und löst das Problem der Zerstörung des organischen Pulvers durch Reibung, das beim Vorgang der Oberflächenmodifizierung auftritt. Dies beschädigt nicht die eigentliche Blähfähigkeit des organischen Pulvers, sondern verhindert, dass das organische Pulver dicht gepackt wird, und vergrößert das Gasphasenverhältnis. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 weist demnach eine verringerte auf dem Festkörperkontakt beruhende Wärmeleitung und folglich ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 1 schließt ein organisches Pulver mit einer geringen relativen Dichte als primäre Komponente ein, wodurch es leicht wird.
(Beispiel 2)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 2 beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 2 wird Calciumstearat, das als anorganisches Pulver verwendet wird und als (C₁₇H₃₅COO)₂Ca ausgedrückt ist, in ein Kernmaterial 2 gepackt. Die Erfinder haben experimentell bewiesen, dass Stearate den Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche des organischen Pulvers effektiver verkleinern können als Salze einer Fettsäure mit einer kleineren Anzahl von Kohlenstoffatomen, wie z. B. Laurate und Palmitate, und dass Calciumstearat einen geringeren Temperaturanstieg durch die in dem Mischvorgang zur Oberflächenmodifizierung erzeugte exotherme Wärme aufweist als die anderen Stearate. Dies ist auf die Ursache zurückzuführen, dass Calciumstearat, (C₁₇H₃₅COO)₂Ca, die im Verlauf der Dehydratisierungsreaktion des Wasser enthaltenden anorganischen Pulvers erzeugte exotherme Wärme unterdrücken kann.
Die Struktur des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 2 schützt die Enden des organischen Pulvers auf effektive Weise vor der Zerstörung aufgrund der Reibung beim Vorgang der Oberflächenmodifizierung und verringert den durch das modifizierte organische Pulver ausgebildeten Zwischenlückenabstand, während ein großes Gasphasenvolumen erhalten wird. Diese Struktur ermöglicht, die Anzahl von Puren bei dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 2 zu reduzieren, die einen Zwischenlückenabstand haben, der gleich der oder größer als die mittlere freie Weglänge der Luft unter einem Druck von 0,1 bis 10 mm Hg ist, was ohne weiteres auf industriellem Niveau realisiert wird, und besitzt folglich ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten. Calciumstearat-Pulver wird in großen Mengen auf industriellem Niveau hergestellt und erhöht dadurch nicht die Herstellungskosten.
Mit Bezug auf Tabelle 10 zeigt Vergleich 4 die Beziehung zwischen der Zugabemenge von Silica-Aggregat und der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit, wenn 1 Gew.-% Calciumlaurat als ein Pulver eines Salzes einer Fettsäure zugegeben wird.
Wie in Tabelle 10 deutlich gezeigt ist, führt die Zugabe von Calciumlaurat-Pulver zu einer gewissen Verbesserung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens, die jedoch bedeutend geringerer ist als die, die in dem Fall beobachtet wird, in dem Calciumstearat-Pulver zugegeben wird.
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass Calciumstearat-Pulver unter den Fettsäuresalzen, die den Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche des organischen Pulvers herabsetzen können, besonders wirksam ist.
Dies ist so, da Calciumstearat unter verschiedenen Fettsäuresalzen eine besonders große oberflächenaktive Kraft aufweist. Wenn der Wassergehalt auf der Oberfläche einer organischen Substanz vorliegt, werden Kationen hydroxyliert, während Anionen an Protonen gebunden werden. Dies bildet eine schmierende Oberfläche aus Erdalkalimetallen auf der zermahlenen Oberfläche, so dass das Gleiten verstärkt wird, und verhindert auf wirksame Weise, dass das organische Pulver, das in Bezug auf das Material des Oberflächenmodifizierers eine geringe Härte aufweist, zerstört wird. Diese Struktur kann die Gaswärmeleitung verringern, ohne die auf dem Festkörperkontakt des pulverigen Gemisches beruhende Wärmeleitung zu vergrößern. Calciumstearat-Pulver wird in großen Mengen auf industriellem Niveau hergestellt und erhöht dadurch nicht die Herstellungskosten.
Wie vorstehend diskutiert, kann das Vakuumwärmeisolierungsmaterial, welches das Pulver aus Urethanschaumstoffabfall als organisches Pulver und ein Salz einer Fettsäure, das indus triell zu geringen Kosten erhältlich ist, insbesondere Calciumstearat-Pulver, als Oberflächenmodifizierer einschließt, zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden.
(Beispiel 3)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 3 beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 3 wird das Kernmaterial 2 durch Mischen eines organischen Pulvers, von Calciumstearat-Pulver, ausgedrückt als (C₁₇H₃₅COO)₂Ca, und Silica-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 5 μm), ausgedrückt als SiO₂, hergestellt.
Während das Silica-Pulver, das polare Silanolgruppen aufweist, an der Oberfläche des organischen Pulvers adsorbiert wird, verringert Calciumstearat den Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche des organischen Pulvers und verbessert das Dispersionsvermögen des Silica-Pulvers. Die CH-Bindungsenden von Calciumstearat sind zusammengelagert, um die Oberfläche des Silica-Pulvers zu umhüllen. Dies beseitigt den Wassergehalt, der an der Oberfläche von Silica anhaftet, während die hydrophobe Eigenschaft des COOCa-Endes eine weitere Adsorption von Wassermolekülen verhindert.
Diese Struktur verhindert auf wirksame Weise, dass der Innendruck des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 aufgrund der Dissoziation von adsorbierten Wassermolekülen ansteigt, und verhindert dadurch, dass das Leistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 im Laufe der Zeit verschlechtert wird.
Tabelle 12 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
Tabelle 13 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
Beispiel 3 in Tabelle 12 zeigt die Beziehung zwischen der Menge an zugegebenem Calciumsilicat-Pulver und der das Wärme isolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit in dem Fall, in dem Calciumsilicat-Pulver als Oberflächenmodifizierer verwendet und 1 Gew.-% Calciumstearat-Pulver zugegeben wird. Vergleich 1 zeigt den Fall, in dem Talkpulver zugegeben wird, und zwar nicht als Schmiermittel wie z. B. Calciumstearat-Pulver, sondern als Oberflächenmodifizierer. Vergleich 2 zeigt den Fall, in dem Calciumcarbonat-Pulver als Oberflächenmodifizierer zugegeben wird.
Tabelle 13 zeigt Änderungen der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit von Beispiel 3 und den Vergleichen 1 und 2 aus Tabelle 12 in einer Atmosphäre von 30°C nach 50 Tagen, 100 Tagen und 150 Tagen.
Wie in Tabelle 12 deutlich zu sehen ist, wies das als Oberflächenmodifizierer verwendete Calciumsilicat-Pulver die gleichen Effekte auf wie das Silica-Pulveraggregat, während als Oberflächenmodifizierer verwendetes Talk-Pulver oder Calciumcarbonat-Pulver im Wesentlichen keine Effekte aufwies.
Die Daten aus Tabelle 13 zeigen das Folgende. In den Vergleichen 1 und 2, in denen andere anorganische Pulver als Calciumsilicat-Pulver als Oberflächenmodifizierer verwendet wurden, wurde das Wärmeisolierungsleistungsverhalten nach 150 Tagen um 0,001 kcal/mh°C schlechter als das des Anfangsstadiums. In Beispiel 3, in dem Calciumsilicat-Pulver als Oberflächenmodifizierer verwendet wurde, betrug die Verschlechterung andererseits nur 0,0002 kcal/mh°C.
Wie vorstehend erwähnt, wies das Calciumsilicat-Pulver von Beispiel 3 ähnliche Effekte auf wie das Silica-Pulveraggregat aus Beispiel 2.
Während das Silica-Pulver oder Silicat-Pulver, das polare Silanolgruppen aufweist, an der Oberfläche des organischen Pulvers adsorbiert wird, verstärkt Calciumstearat die Disper sion des Silica-Pulvers oder Silicat-Pulvers und die CH-Bindungsenden von Calciumstearat sind zusammengelagert, um die Oberfläche des Silica-Pulvers oder Silicat-Pulvers zu umhüllen. Diese Struktur beseitigt die an der Oberfläche von Silica oder Calciumsilicat adsorbierten Wassermoleküle auf wirksame Weise und verhindert eine weitere Aggregation von Wassermolekülen.
Das Silica-Pulver oder Silicat-Pulver weist als charakteristische Kristallstruktur mehrere Silanolgruppen an seiner Oberfläche auf und besitzt folglich eine starke Polarität. Die Zugabe von sogar einer sehr geringen Menge ermöglicht die Oberflächenmodifizierung und reduziert dadurch die Größe der durch die Aggregate ausgebildeten Poren.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 3 führt dies zu einer Reduzierung der Effekte der auf dem Zusammenstoß der Moleküle beruhenden Gaswärmeleitung, wodurch das Leistungsverhalten verbessert und die Verwendung des Abfalls ermöglicht wird. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 3 kann daher zu beachtlich niedrigen Kosten hergestellt werden.
Das anorganische Pulver, wie z. B. Silica oder Calciumsilicat, weist eine sehr feine Struktur und dadurch eine sehr große spezifische Oberfläche auf. Dies führt zu einer Adsorption des Wassergehaltes in der Atmosphäre, der in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial dissoziiert ist, so dass der Innendruck ansteigt, wodurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten im Laufe der Zeit verschlechtert wird.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 3 schließt Calciumstearat ein, so dass die nach der Modifizierung des organischen Pulvers verbleibenden Silanolgruppen mit dem hydrophoben Calciumstearat-Film umhüllt werden können. Diese Struktur stört die Adsorption des Wassergehaltes auf wirksame Weise, verhindert einen Anstieg des Innendrucks aufgrund der Dissoziierung der adsorbierten Wassermoleküle und verhindert, dass sich das Wärmeisolierungsleistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials im Laufe der Zeit verschlechtert.
(Beispiel 4)
Im Folgenden ist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des Beispiels 4 beschrieben.
Im Allgemeinen sind Schaumkunststoffe leicht und weisen eine große Druckfestigkeit auf. Es ist folglich eher schwierig, Schaumkunststoffe durch Volumenreduzierung mit einer Schneidmühle (cutter mill) oder dergleichen zu pulverisieren. Es ist dadurch schwierig, die in den Schaumkunststoffen enthaltenen, geschlossenen Zellen vollständig zu zerbrechen, so dass die leichten Schaumkunststoffe in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial als Wärmeisolierung nicht effektiv verwendet werden können.
Zur Herstellung des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 4 wird ein Mahlverfahren verwendet, welches ein Verfahren der Oberflächenreduzierung darstellt. Dies stellt die effektive Pulverisierung der Schaumkunststoffe sicher. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 schließt folglich leichte Schaumkunststoffe ein, wodurch es leicht wird.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 4 wird das Kernmaterial 2 hergestellt, indem Schaumkunststoffe zur Pulverisierung gegen ein abschleifendes Gewebe mit einer Körnung von 150 μm mit einer Kraft von ungefähr 1 kg/cm² gedrückt werden und das pulverisierte Pulver mit Calciumstearat-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 0,1 μm) und Silica-Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser = 5 μm), ausgedrückt als SiO₂, vermischt wird.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 4 werden Schaumkunststoffe durch Mahlen mit einem abschleifenden Gewebe zermahlen, was ein Verfahren zur Oberflächenreduzierung darstellt, wie dies oben dargelegt ist. Eine Schneidmühle schließt eine Vielzahl von messerartigen Schneidwerkzeugen ein, die gleichzeitig rotiert werden, um das Material zu zermahlen. Das zur Herstellung des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 4 verwendete Verfahren kann die Größe der zermahlenen Teilchen weiter reduzieren, die durch die Volumenreduzierung, z. B. mit einer Schneidmühle, auf 180 μm begrenzt ist.
Wie vorstehend erwähnt, kann das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 4 die leichten Schaumkunststoffe verwenden, ohne dass das Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufgrund einer Gasentwicklung im Laufe der Zeit herabgesetzt wird.
Das in Beispiel 4 angewandte Mahlverfahren kann mit einer preiswerten Ausstattung durchgeführt werden, z. B. durch Verwendung von abschleifendem Papier anstelle des abschleifenden Gewebes. Dies verringert die Herstellungskosten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 4 weiter.
Tabelle 14 Schüttdichte des geschäumten Polyurethanschaumstoffs [kg/m³]
Beispiel 4 aus Tabelle 14 zeigt die Schüttdichte des geschäumten Polyurethanschaumstoffs, die durch Mahlen erhalten wird. Der Vergleich zeigt die Schüttdichte von mit einer Schneidmühle zermahlenem, geschäumtem Polyurethanschaumstoff. Die Schüttdichte stellt die Dichte des angehäuften Pulvers mit Hohlräumen dar. Das Verfahren des Zermahlens mit einer Schneidmühle schließt die Schritte des groben Zermahlens auf einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 1 mm mit einer Walzenmühle und das Pulverisieren der groben Teilchen mit einer Feinmahlanlage oder einer Schneidmühle ein. Beide verwendeten Mühlen werden durch Hosokawa Micron Co., Ltd., Osaka, Japan, hergestellt.
Mit Bezug auf Tabelle 14 ergab sich zwischen Beispiel 4 und dem Vergleich bei einem identischen Teilchendurchmesser von 180 μm ein Unterschied von 12 kg/m³ in der Schüttdichte. In dem Mahlverfahren mit einer Schneidmühle konnten die groben Teilchen nicht auf eine Größe von 180 μm oder weniger pulverisiert werden.
Wie vorstehend erwähnt, weist das durch Mahlen geformte Pulver eine kleinere Schüttdichte auf als das mit einer Schneidmühle geformte Pulver. Dies ist so, da das Mahlen den geschäumten Urethanschaumstoff ohne Beeinträchtigung des Blähvermögens pulverisiert. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 4 ist folglich leicht.
Geschäumte Kunststoffe, die sich nicht zur Entsorgung eignen, jedoch zu niedrigen Kosten wiederaufbereitet werden, können für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Beispiel 4 verwendet werden. Dies reduziert die Herstellungskosten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Beispiel 4.
(Beispiel 5)
Im Folgenden ist ein wärmeisolierender Kasten 4 des Beispiels 5 beschrieben, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet.
Der wärmeisolierende Kasten 4 von Beispiel 5 schließt das durch eines der vorstehend dargestellten Beispiele 1 bis 5 spezifizierte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, einen wärmeisolierenden Schaumstoff 5, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, ein äußeres Gehäuse und ein inneres Gehäuse 7 ein. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ist an der Innenwand entweder des inneren Gehäuses 7 oder des äußeren Gehäuses 6 befestigt. Der wärmeisolierende Schaumstoff 5 besteht aus unter Verwendung von Cyclopentan geschäumtem Polyurethanschaumstoff (Wärmeisolierungsleistungsverhalten = 0,0130 kcal/mh°C). Das äußere Gehäuse 6 besteht aus einer Stahlplatte von 500 μm Dicke und das innere Gehäuse 7 ist aus einem ABS-Harz von 600 μm Dicke gemacht. Die Abmessungen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 betragen 0,5 m × 0,5 m × 0,02 m.
Der so aufgebaute wärmeisolierende Kasten 4 weist eine große Zuverlässigkeit und ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf. Eine Langzeitverwendung des wärmeisolierenden Kastens 4 erniedrigt daher das Wärmeisolierungsleistungsverhalten unwesentlich. Der Kühlschrank oder Gefrierschrank, der den wärmeisolierenden Kasten 4 verwendet, bewirkt nicht, dass der Kompressor bei einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur übermäßig betrieben wird, wodurch die Probleme, wie z. B. der Verschlechterung der Qualität der in dem Kühlschrank aufbewahrten Lebensmittel, gelöst werden.
((Ausführungsform 5))
Im Folgenden ist ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 und ein wärmeisolierender Kasten 4, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet, als Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Strukturen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 5 sind mit denen der in den 1 und 2 gezeigten und damit beschriebenen Ausführungsform 1 identisch und werden daher hier nicht speziell beschrieben.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform 5 schließt das Kernmaterial 2 zermahlenen Urethanschaumstoff als organisches Pulver, benetztes Silica-Pulver als anorganisches Pulver und Aktivkohle-Pulver, das Poren aufweist, die 5 bis 20% größer sind als der Moleküldurchmesser von Stickstoffgas, als Adsorbens ein. Das Kernmaterial 2 schließt ferner Aluminium-Pulver mit einem Reflexionsgrad von 0,9 oder größer als strahlungsreduzierendes Mittel ein. Das Kernmaterial 2 wird in einem nicht gewebten Tuch verschlossen, das eine Gasdurchlässigkeit aufweist, und dann in einem äußeren Element 3 angeordnet, das aus einem Metall-Kunststofffilm-Laminat besteht. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 wird durch Vermindern des Innendrucks des äußeren Elements 3 und Verschließen des äußeren Elements 3 unter vermindertem Druck erhalten.
Die Gewichtsreduzierung ist ein wichtiger Punkt in Bezug auf das pulverige Vakuumwärmeisolierungsmaterial. Ein Anstieg des Gewichts des pulverigen Vakuumwärmeisolierungsmaterials ist hauptsächlich der dichtesten Packungsanordnung des kugelartigen Pulvers zuzuschreiben. Um das Gewicht zu reduzieren, ist es erforderlich, die Packungsanordnung durch Einstellen der Form des Pulvers zu kontrollieren. In dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ist die Form des in dem Kernmaterial 2 eingeschlossenen organischen Pulvers auf die nadelartige Form beschränkt. Das Blähvermögen des organischen Pulvers verhindert, dass das organische Pulver die dichteste Packungsanordnung ausbildet, wodurch das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Ausführungsform 5 reduziert wird.
Tabelle 15 Beziehung zwischen Form der Teilchen, Teilchendurchmesser und Schüttdichte
Tabelle 15 zeigt die Beziehung zwischen der Form der Teilchen in dem zermahlenen Pulver aus Urethanschaumstoff, das für das Kernmaterial verwendet wird, dem Teilchendurchmesser und der Schüttdichte. Das zermahlene Pulver aus Urethanschaumstoff von Ausführungsform 5 wies eine nadelartige Form auf, wohingegen das des Vergleichs eine kugelartige Form aufwies. Die Form der Teilchen wurde durch das Mahlverfahren variiert; das Zermahlen mit einer Schneidmühle ergab die nadelartigen Teilchen und das Zermahlen mit einer Kugelmühle ergab die kugelartigen Teilchen.
Die Schneidmühle schließt eine Vielzahl von messerartigen Schneidwerkzeugen ein, die zur Größenreduzierung gleichzeitig rotiert werden. Die Kugelmühle weist eine Stahlkugel zur Größenreduzierung auf, die in einem rotierenden Zylinder als Mahlkörper verwendet wird.
Wie in Tabelle 15 deutlich zu sehen ist, nimmt die Schüttdichte mit einer Abnahme des Teilchendurchmessers unabhängig von der Form der Teilchen zu. Dies ist so, da sich die Aggregationsform des feinen Pulvers der dichtesten Packungsanordnung annähert.
Verglichen mit dem kugelartigen Pulver des Vergleichs erreicht das nadelartige Pulver des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Ausführungsform 5 eine kleinere Schüttdichte und eine weitere Gewichtsreduzierung. Die nadelartige Form der Teilchen ermöglicht, dass das Blähvermögen der Aggregation des Pulvers entgegenwirkt, und stört daher die dichteste Packungsanordnung. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 weist folglich eine kleine Schüttdichte auf und ist leicht.
Wie vorstehend erwähnt, realisiert die Beschränkung der Form der Teilchen auf die nadelartige Form eine Gewichtsreduzierung. Dies war in Bezug auf das pulverige Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein wichtiger Punkt.
Die das Leistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials betreffenden Anforderungen dienen dazu, die Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum sicherzustellen, um das Wärmeisolierungsleistungsverhalten zu verbessern und die Herstellungskosten zu reduzieren.
Während das Vakuumwärmeisolierungsmaterial über einen langen Zeitraum verwendet wird, dringt Luft und ein organisches Gas aus Kohlenwasserstoffen, das als Treibmittel des Urethanschaumstoffs verwendet wurde, allmählich in das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein. Dies führt zu einer Abnahme des Vakuumgrads und einer Zunahme der Gaswärmeleitfähigkeit, so dass das Wärmeisolierungsleistungsverhalten herabgesetzt wird.
Dies macht es unmöglich, das Vakuumwärmeisolierungsmaterial über eine lange Zeit zu verwenden, d. h. die Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum sicherzustellen. Es ist folglich erforderlich, die von außen eindringenden Gasmoleküle, wie z. B. organisches Gas, zu adsorbieren und zu entfernen.
Die zum Adsorbieren und Entfernen der Gasmoleküle anwendbaren Verfahren schließen Chemisorption und Physisorption ein. Beim Verfahren der Chemisorption werden die Gasmoleküle über eine chemische Reaktion adsorbiert. Die Chemisorption weist eine große Bindungsenergie zu den Gasmolekülen auf und verhindert, dass die Gasmoleküle leicht freigegeben werden, sobald sie adsorbiert sind. Die chemische Reaktion erlaubt jedoch die Entwicklung eines Nebenproduktgases, so dass die Chemisorption für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial nicht geeignet ist.
Beim Verfahren der Physisorption andererseits werden die Gasmoleküle in kleinen Hohlräumen des Pulvers über die Kapillarwirkung aufgenommen und die Gasmoleküle werden über die Oberflächenadsorptionsenergie adsorbiert.
Die Physisorption hat jedoch lediglich eine geringe Adsorptionsenergie. In dem Fall, in dem die Gasmoleküle in einem relativ großen Raum aufgenommen werden, wird die kinetische Energie der Gasmoleküle größer als die Adsorptionsenergie und die interessierenden Gasmoleküle können nicht zum Zwecke der Entfernung adsorbiert werden. Um die Gasmoleküle über das Verfahren der Physisorption zu adsorbieren und zu entfernen, ist es erforderlich, die in dem als Adsorbens verwendeten Pulver umfasste Porengröße zu beschränken.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Beschreibung wird in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ein anorganisches Pulver als Adsorbens verwendet, das Poren aufweist, die 5 bis 20% größer sind als der Durchmesser der adsorbierten Moleküle. Dies verringert die kinetische Energie der in den Poren über die Kapillarwirkung aufgenommenen Gasmoleküle und macht die Adsorptionsenergie vorherrschend. Die Physisorption ist dann für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 verwendbar, welches daher über einen langen Zeitraum verwendet werden kann.
Tabelle 16 Betriebstage und Vakuumgrad in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial
Tabelle 16 bzw. 5 zeigen Änderungen im gemessenen Vakuumgrad über den Betriebstagen, wenn das Vakuumwärmeisolierungsmaterial in einer Stickstoffatmosphäre gelagert wird. Aktivkohle mit Poren, die 5%, 10% und 20% größer sind als der Durchmesser von Stickstoffmolekülen, wurde als Adsorbens in A, B bzw. C der Ausführungsform 5 in Tabelle 16 verwendet. In den Vergleichen a, b und c wurde andererseits Aktivkohle mit 3% größeren Poren, die kleiner als 5% größere Poren sind (Vergleich a), und Aktivkohle mit 25% größeren und 40% größeren Poren, die größer als 20% größere Poren sind (Vergleich b) bzw. (Vergleich c), als Adsorbens verwendet. In Vergleich d schloss das Vakuumwärmeisolierungsmaterial kein Adsorbens ein.
Um die Wirkungen des Adsorbens genauer auszuwerten, wurde ein Polyethylenfilm von 15 μm Dicke mit ausgezeichneter Gasdurchlässigkeit als äußeres Element verwendet und der Anfangsvakuumgrad wurde auf 0,1 mm Hg eingestellt.
Wie deutlich in Tabelle 16 und 5 zu sehen ist, wurde in Ausführungsform 5 sogar nach 90 Tagen im Wesentlichen keine Änderung des Vakuumgrads beobachtet, wohingegen sich der Vakuumgrad bei jedem Adsorbens der Vergleiche verschlechterte. Wird Physisorption, die z. B. Aktivkohle verwendet, angewandt, um, die Gasmoleküle zu adsorbieren, wird der Beziehung zwischen dem Durchmesser der zu adsorbierenden Gasmoleküle und dem Porendurchmesser des Adsorbens Bedeutung beigemessen. In dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ist der Durchmesser der Poren lediglich 5% bis 20% größer als der Durchmesser der zu adsorbierenden Gasmoleküle. Dies erniedrigt die kinetische Energie der in den Poren über die Kapillarwirkung aufgenommenen Gasmoleküle beträchtlich und macht die Adsorptionsenergie vorherrschend. Die Physisorption ist daher für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial verwendbar. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5, welches das Verfahren der Physisorption verwendet, erhält das Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufrecht, ohne dass der Vakuumgrad über einen langen Zeitraum verschlechtert wird.
Die Faktoren, die Wärmeleitung in dem pulverigen Vakuumwärmeisolierungsmaterial erzielen, schließen die auf dem Kontakt der Teilchen in dem Pulver beruhende Festkörperwärmeleitung, die auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle in den Poren des Pulvers beruhende Gaswärmeleitung und die Wärmeleitung durch Strahlung ein. Zur Verbesserung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens ist es erforderlich, die jeweiligen Faktoren der Wärmeleitung zu reduzieren.
Das pulverige Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 weist sehr kleine, durch das Pulver gebildete Hohlräume auf. Dies führt zu einem geringen Effekt der auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhenden Gaswärmeleitung. Der Effekt der auf dem Kontakt der Teilchen in dem Pulver beruhenden Festkörperwärmeleitung kann durch Kontrollieren der Form des organischen Pulvers reduziert werden. Der Effekt der Wärmeleitung durch Strahlung sollte ebenso verringert werden, um das Wärmeisolierungsleistungsverhalten zu verbessern.
Um die Reduzierung der Wärmeleitung durch Strahlung zu realisieren, ist es wichtig, die Absorption der Schwingungsenergie aufgrund von Strahlung zu stören. Die die Absorption der Schwingungsenergie betreffende Eigenschaft ist ein charakteristisches Merkmal des Materials und wird als Reflexionsgrad ausgedrückt. Ein großer Reflexionsgrad ermöglicht die Reflexion der Schwingungsenergie und reduziert dadurch den Effekt der Wärmeleitung durch Strahlung. Es ist folglich wichtig, den Reflexionsgrad zu optimieren.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ist der Reflexionsgrad auf gleich oder größer als 0,9 begrenzt. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 weist folglich eine geringe Wärmeleitung durch Strahlung und ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf.
Tabelle 17
Tabelle 17 zeigt das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in Ausführungsform 5, wenn Aluminium-Pulver mit einem Hitzdraht-Reflexionsgrad von nicht weniger als 0,9 zugegeben wird, um die Wärmeleitung durch Strahlung zu reduzieren und das Wärmeisolierungsleistungsverhalten zu verbessern. Der Vergleich zeigt das Wärmeisolierungsleistungsverhalten, wenn ein Metallpulver mit einem Reflexionsgrad von weniger als 0,9 zugegeben wird. Zur Messung unter identischen Bedingungen wurde die Zugabemenge auf 5 Gew.-% festgesetzt und der Vakuumgrad wurde auf 0,1 mm Hg eingestellt. Das Wärmeisolierungsleistungsverhalten wurde als Wärmeleitfähigkeit ausgedrückt, die bei einer Durchschnittstemperatur von 24°C mit einer Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit, AUTO-A, hergestellt durch Eiko Seiki Co., Ltd., oben genannt, gemessen wurde.
Mit Bezug auf Tabelle 17 wurde das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in Ausführungsform 5 verbessert, in welcher Aluminium-Pulver mit einem Reflexionsgrad von nicht weniger als 0.9 zugegeben wurde. Andererseits bewirkte der Vergleich, in dem Metallpulver mit einem Reflexionsgrad von weniger als 0,9 verwendet wurde, eine Absorption der Schwingungsenergie. Der Vergleich konnte die Wärmeleitung durch Strahlung nicht reduzieren, wodurch das Wärmeisolierungsleistungsverhalten nicht verbessert wurde.
Die Verwendung von Urethanschaumstoffabfall als organisches Pulver verringert die Materialkosten und reduziert folglich die gesamten Herstellungskosten beträchtlich. Der Urethanschaumstoffabfall kann jedoch nicht durch Zermahlen pulverisiert werden. Dies erhöht die Größe der durch das Aggregat von organischem Pulver ausgebildeten Hohlräume und verstärkt die Gaswärmeleitung aufgrund des Zusammenstoßes der Gasmoleküle.
In einem anwendbaren Verfahren zu Lösung des vorstehenden Problems wird ein anorganisches Pulver zur Oberflächenmodifizierung des organischen Pulvers zugegeben, welches die Fließfähigkeit des Pulvers verbessert und die Größe der durch das Aggregat ausgebildeten Hohlräume verringert. Die Zugabe eines anorganischen Pulvers realisiert die Oberflächenmodifizierung aufgrund einer mechanisch-chemischen Reaktion, die auftritt, wenn der Vorgang des Mischens eines organischen Pulvers mit einem anorganischen Pulver und Rühren des Gemisches kinetische Energie liefert. Dieser Effekt ändert sich mit der Reaktionsfähigkeit des zugegebenen anorganischen Pulvers. Die Beschränkung des anorganischen Pulvers ist folglich zur Realisierung einer Kostensenkung wichtig.
Als anorganisches Pulver wird in Ausführungsform 5 benetztes Silica-Pulver verwendet. Aufgrund der technischen Daten des Herstellungsverfahrens weist das benetzte Silica-Pulver eine größere Anzahl an Silanolgruppen auf seiner Oberfläche auf als trockenes Silica-Pulver. Die Zugabe von sogar einer sehr geringen Menge des eine starke Polarität aufweisenden, benetzten Silica-Pulvers ermöglicht die Oberflächenmodifizierung, wodurch die Größe der durch die Aggregate ausgebildeten Poren reduziert wird. Sogar dann, wenn Urethanschaumstoffabfall als organisches Pulver verwendet wird, verringert dies den Effekt der auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhenden Gaswärmeleitung. Diese Struktur stellt ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten sicher und ermöglicht die Verwendung des Abfalls, so dass eine beträchtlich Kostensenkung erzielt wird.
Tabelle 18
Tabelle 18 zeigt die Beziehung zwischen der Zugabemenge und dem Wärmeisolierungsleistungsverhalten, wenn benetztes Silica-Pulver als Ausführungsform und trockenes Silica-Pulver als Vergleich jeweils zu dem als Oberflächenmodifizierer verwendeten anorganischen Pulver zugegeben werden. Zur Messung unter identischen Bedingungen wurde die Zugabemenge von Silica-Pulver auf drei Niveaus, d. h. 5, 10 und 15 Gew.-% eingestellt und der Vakuumgrad wurde auf 0,1 mm Hg reguliert. Die das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellende Wärmeleitfähigkeit wurde bei einer Durchschnittstemperatur von 24 °C mit einer Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit, Auto-A, hergestellt von Eiko Seiki Co., Ltd., oben genannt, gemessen.
Wie in Tabelle 18 deutlich zu sehen ist, weist die das benetzte Silica-Pulver verwendende Ausführungsform, verglichen mit den jeweiligen Vergleichen, ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf. Aufgrund der technischen Daten des Herstellungsverfahrens weist das benetzte Silica-Pulver eine größere Anzahl an Silanolgruppen auf seiner Oberfläche auf als das trockene Silica-Pulver. Die Zugabe von sogar einer sehr geringen Menge des eine starke Polarität aufwei senden, benetzten Silica-Pulvers ermöglicht die Oberflächenmodifizierung. Sogar dann, wenn Urethanschaumstoffabfall als organisches Pulver verwendet wird, verringert dies den Effekt der auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhenden Gaswärmeleitung. Die Verwendung von benetztem Silica-Pulver in der Ausführungsform stellt ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten sicher und ermöglicht die Verwendung des Abfalls, so dass eine beträchtliche Kostensenkung erzielt wird.
Der wärmeisolierende Kasten 4 der Ausführungsform weist eine Struktur auf, in der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 der Ausführungsform, welches das benetzte Silica-Pulver verwendet, auf einer Oberfläche eines wärmeisolierenden Schaumstoffs 5 angeordnet ist, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, und in einem durch ein äußeres Gehäuse 6 und ein inneres Gehäuse 7 definierten geschlossenen Raum untergebracht ist. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ist an der Innenwand entweder des inneren Gehäuses 7 oder des äußeren Gehäuses 6 in dem geschlossenen Raum befestigt. Die Abmessungen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 betragen 1,0 m × 0,5 m × 0,02 m.
Wie vorstehend erwähnt, weist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf und bewahrt eine große Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum. Der wie vorstehend aufgebaute wärmeisolierende Kasten behält folglich das gute Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum bei. Der Kühlschrank, der den wärmeisolierenden Kasten 4 verwendet, führt nicht zu einer übermäßigen Betriebsleistung des Kompressors bei einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur, wodurch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Verschlechterung der Qualität der in dem Kühlschrank aufbewahrten Lebensmittel.
Wie vorstehend diskutiert, ist die Form des in dem Kernmaterial 2 eingeschlossenen organischen Pulvers in dem Vakuumwär meisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 auf die nadelartige Form beschränkt. Die Blähfähigkeit des organischen Pulvers verhindert auf wirksame Weise, dass das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 die dichteste Packungsanordnung aufweist, wodurch das Gewicht des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 reduziert wird.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 wird ein anorganisches Pulver als Adsorbens verwendet, das Poren aufweist, die 5% bis 20% größer sind als der Durchmesser der adsorbierten Moleküle. Dies verringert die kinetische Energie der in den Poren über die Kapillarwirkung aufgenommenen Gasmoleküle und macht die Adsorptionsenergie vorherrschend. Die Physisorption ist dann für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 verwendbar, welches daher über einen langen Zeitraum verwendet werden kann.
Ein pulveriges Material mit einem Reflexionsgrad von 0,9 oder größer. wird dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 zugegeben. Dies verhindert, dass auf der Strahlung beruhende Schwingungsenergie absorbiert wird. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 kann daher die Wärmeleitung durch Strahlung reduzieren und weist ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ist das als Oberflächenmodifizierer verwendete anorganische Pulver auf benetztes Silica-Pulver beschränkt. Sogar dann, wenn Urethanschaumstoffabfall als organisches Pulver verwendet wird, verringert dies den Effekt der auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhenden Gaswärmeleitung und stellt ein gutes Leistungsverhalten des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Ausführungsform 5 sicher.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 5 ermöglicht die Verwendung des Abfalls, so dass eine beträchtliche Kostensenkung erzielt wird.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 bewahrt eine große Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum und weist ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf. Der durch Aufeinanderlegen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Schaumstoffs 5 aufgebaute wärmeisolierende Kasten 4 behält ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum bei. Der den wärmeisolierenden Kasten 4 von Ausführungsform 5 verwendende Kühlschrank oder Gefrierschrank bewirkt nicht, dass der Kompressor bei einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur übermäßig betrieben wird, wodurch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Verschlechterung der Qualität der in dem Kühlschrank aufbewahrten Lebensmittel.
((Ausführungsform 6))
Im Folgenden ist ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 und ein wärmeisolierender Kasten 4, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 verwendet, als Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Strukturen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 und des wärmeisolierenden Kastens 4 der Ausführungsform 6 sind mit denen der in den 1 und 2 gezeigten und damit beschriebenen Ausführungsform 1 identisch und werden daher hier nicht speziell beschrieben.
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 wird erhalten, indem ein aus zermahlenem Pulver aus Urethanschaumstoff und synthetischem Silica-Pulver bestehendes Kernmaterial 2 in ein nicht gewebtes Tuch, das eine Gasdurchlässigkeit aufweist, gepackt wird, das gepackte Kernmaterial 2 in einem äußeren Element 3 angeordnet wird, das aus einem Metall-Kunststofffilm-Laminat besteht, und das äußere Element 3 unter vermindertem Druck verschlossen wird.
Tabelle 19
Tabelle 19 zeigt die Beziehung zwischen dem Gasphasen-Volumenverhältnis in dem Kernmaterial 2 und der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit. Das Gasphasen-Volumenverhältnis wird gemäß nachstehender Gleichung (1) berechnet: Gasphasen-Volumenverhältnis (%) = (1 – Schüttdichte des Pulvers/Wahre Dichte des Pulvers) × 100 (1)
Die Schüttdichte stellt die Dichte einer bestimmten Menge des Pulvers einschließlich der Hohlräume unter der Bedingung dar, dass eine Anzahl von Teilchen in Gegenwart von Hohlräumen angehäuft ist. Die wahre Dichte stellt die tatsächliche Dichte des Feststoffanteils des pulverigen Materials ausschließlich der Hohlräume dar und ist als Masse pro Volumeneinheit angegeben.
Tabelle 19 zeigt, dass das Wärmeisolierungsleistungsverhalten mit einer Abnahme des Gasphasen-Volumenverhältnisses verringert wird. Das Wärmeisolierungsleistungsverhalten wird beträchtlich verringert, wenn das Gasphasen-Volumenverhältnis weniger als 60% wird.
Dies ist auf die Ursache zurückzuführen, dass eine Abnahme des Gasphasen-Volumenverhältnisses den Kontakt der Teilchen vergrößert und dadurch die Festkörperwärmeleitung verstärkt. Wird das Gasphasen-Volumenverhältnis kleiner als 60%, nähern sich die Teilchen dichter aneinander an. Dies macht die Aggregationsenergie größer als die kinetische Energie des Pulvers und führt dadurch zur dichtesten Packungsanordnung. Die dichteste Packungsanordnung vergrößert die Festkörperwärmeleitung in beachtlichem Maße und verschlechtert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten wesentlich.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ist das Gasphasen-Volumenverhältnis auf gleich oder größer als 60 % beschränkt. Diese Struktur verhindert die dichteste Packungsanordnung des Pulvers auf wirksame Weise und verbessert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten.
Tabelle 20 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
Tabelle 20 zeigt Änderungen der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit mit der Zeit für verschiedene mittlere Teilchendurchmesser des zermahlenen Urethanschaumstoffs.
Wie in Tabelle 20 deutlich zu sehen ist, wurde keine wesentliche zeitabhängige Änderung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens für einen mittleren Teilchendurchmesser von 150 μm oder weniger beobachtet, wohingegen das Wärmeisolierungsleistungsverhalten für einen mittleren Teilchendurchmesser von mehr als 150 μm mit der Zeit beträchtlich abnahm. Urethanschaumstoff wird zu Teilchen mit einem geeigneten mittleren Durchmesser zermahlen, die dann als organisches Pulver verwendet werden können. Urethanschaumstoff weist geschlossene Zellen auf, so dass ein ungeeigneter Durchmesser der zermahlenen Teilchen bewirkt, dass ein Gas, wie z. B. FCKW, in den geschlossenen Zellen vorliegt. Die zeitabhängige Diffusion des Gases aus den geschlossenen Zellen in einem solchen Urethanschaumstoff-Pulver verschlechtert den Vakuumgrad und erniedrigt das Wärmeisolierungsleistungsverhalten.
Es ist daher sehr wichtig, den Durchmesser der zermahlenen Teilchen zu beschränken, wenn Urethanschaumstoff als organisches Pulver verwendet wird.
In Ausführungsform 6 ist der mittlere Teilchendurchmesser auf gleich oder kleiner als 150 μm beschränkt. Dies verhindert auf wirksame Weise, dass geschlossene Zellen zurückbleiben, wenn zermahlenes Pulver aus Urethanschaumstoff als organisches Pulver verwendet wird. Die Struktur des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 von Ausführungsform 6 verhindert, dass sich der Vakuumgrad aufgrund der zeitabhängigen Diffusion des Gases aus den geschlossenen Zellen verschlechtert, wodurch das Problem einer Herabsetzung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens gelöst wird. Tabelle 21 Wärmeleitfähigkeit des Vakuumwärmeisolierungsmaterials [kcal/mh°C]
1/ Menge an zugegebenem anorganischem Pulver [Gew.-%]
2/ Schüttdichte des organischen Pulvers
Tabelle 21 zeigt Änderungen der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit, wenn die Schüttdichte des organischen Pulvers und die Zugabemenge des anorganischen Pulvers variiert werden.
Mit Bezug auf Tabelle 21 verbessert die Zugabe des anorganischen Pulvers das Wärmeisolierungsleistungsverhalten, wenn die Schüttdichte gleich oder kleiner als 150 kg/m³ ist. Die Zugabe des anorganischen Pulvers setzt jedoch das Wärmeiso lierungsleistungsverhalten herab, wenn die Schüttdichte 150 kg/m³ überschreitet.
Die Zugabe des anorganischen Pulvers verbessert das Wärmeisolierungsleistungsverhalten, wenn die Schüttdichte gleich oder kleiner als 150 kg/m³ ist, und zwar aus den folgenden Gründen.
Die Zugabe des anorganischen Pulvers verbessert die Fließfähigkeit des Pulvers und erreicht dadurch eine dichte Packungsanordnung des Pulvers. Die Hohlräume, die größer sind als die mittlere freie Weglänge der Luft, verschwinden folglich und die auf dem Zusammenstoß der Gasmoleküle beruhende Gaswärmeleitung wird reduziert. Dies ermöglicht, dass das Vakuumwärmeisolierungsmaterial einschließlich des dem organischen Pulver zugegebenen anorganischen Pulvers ein verbessertes Wärmeisolierungsleistungsverhalten aufweist.
In dem Fall, in dem das organische Pulver selbst sehr dicht gepackt ist, verstärkt die Zugabe des anorganischen Pulvers die dichte Packungsanordnung weiter, wodurch die Festkörperwärmeleitung in dem pulverigen Gemisch vergrößert und das Wärmeisolierungsleistungsverhalten herabgesetzt wird. Die Beschränkung des Packungsgrades des organischen Pulvers ist folglich für eine Verbesserung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens sehr wichtig.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 wird die Schüttdichte als ein Maß ausgewählt, welches das Packungsverhältnis des organischen Pulvers darstellt, und die Schüttdichte des organischen Pulvers ist auf gleich oder kleiner als 150 kg/m³ beschränkt. Dies realisiert ein geeignetes Packungsverhältnis des organischen Pulvers und ermöglicht, dass das Wärmeisolierungsleistungsverhalten durch Zugabe des anorganischen Pulvers verbessert wird.
Tabelle 22 Wärmeleitfähigkeiten [kcal/mh°C] über verschiedenen Vakuumgraden und mittleren Porendurchmessern
Tabelle 22 zeigt die Beziehung zwischen der das Wärmeisolierungsleistungsverhalten darstellenden Wärmeleitfähigkeit und dem mittleren Porendurchmesser des pulverigen Gemisches, das durch Zugabe des anorganischen Pulvers zum organischen Pulver erhalten wird, bei verschiedenen Vakuumgraden. Der mittlere Porendurchmesser wird aus dem Volumen der Poren in dem gesamten Pulver und der spezifischen Oberfläche berechnet und zeigt den Mittelwert der Poren in dem Pulver.
Mit Bezug auf Tabelle 22 setzt dann, wenn der mittlere Porendurchmesser 100 μm überschreitet, eine Änderung des Vakuumgrades das Wärmeisolierungsleistungsverhalten in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial plötzlich herab.
Dies ist auf die Ursache zurückzuführen, dass eine Abnahme des Vakuumgrads zu einem Zusammenstoß der Gasmoleküle in den Poren führt und die Gaswärmeleitung exponentiell vergrößert, unter der Bedingung, dass der Porendurchmesser des pulverigen Gemisches größer ist als die mittlere freie Weglänge der Luft. Der Zustand der Änderung des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens mit einer Änderung des Vakuumgrads stellt eine hohe Druckabhängigkeit dar. Ein Rückgang in der Druckabhängigkeit ist sehr wichtig, um die Zuverlässigkeit von das Vakuumwärmeisolierungsmaterial einschließenden Produkten zu verbessern. Es ist daher erforderlich, den Porendurchmesser des pulverigen Gemisches zu kontrollieren.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ist der mittlere Porendurchmesser auf gleich oder kleiner als 100 μm beschränkt. Dies eliminiert im Wesentlichen die Poren, die größer sind als die mittlere freie Weglänge der Luft in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 und verringert die Druckabhängigkeit.
Der wärmeisolierende Kasten 4 von Ausführungsform 6 schließt das vorstehend diskutierte Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1, einen wärmeisolierenden Schaumstoff 5, der aus hartem Urethanschaumstoff besteht, ein äußeres Gehäuse 6 und ein inneres Gehäuse 7 ein. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 des wärmeisolierenden Kastens 4 ist an der Innenwand des inneren Gehäuses 7 oder des äußeren Gehäuses 6 befestigt. Die Abmessungen des Vakuumwärmeisolierungsmaterials 1 betragen 1,0 m × 0,5 m × 0,02 m.
Wie vorstehend erwähnt, weist das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und eine sehr geringe Druckabhängigkeit auf. Der wie vorstehend aufgebaute wärmeisolierende Kasten 4 bewahrt daher das gute Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum. Der Kühlschrank oder Gefrierschrank, der den wärmeisolierenden Kasten 4 verwendet, bewirkt nicht, dass der Kompressor bei einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur übermäßig betrieben wird, wo durch Probleme gelöst werden, wie z. B. die Verschlechterung der Qualität der in dem Kühlschrank aufbewahrten Lebensmittel.
Wie vorstehend erwähnt, ist in dem Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 das Gasphasen-Volumenverhältnis im Kernmaterial 2 auf gleich oder größer als 60% beschränkt, was zu einem geringeren Kontakt der Teilchen führt. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 weist eine geringe Festkörperwärmeleitung über den Kontakt der Teilchen auf und besitzt ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ist der mittlere Teilchendurchmesser des organischen Pulvers auf gleich oder kleiner als 150 μm beschränkt, so dass das zermahlene Pulver aus geschäumtem Urethanschaumstoff, welches geschlossene Zellen einschließt, verwendbar ist. Diese Struktur löst die Probleme hinsichtlich eines verschlechterten Vakuumgrads, der durch Diffusion eines Gases aus den in dem geschäumten Urethanschaumstoff verbleibenden, geschlossenen Zellen verursacht wird, und des resultierenden Abfallens des Wärmeisolierungsleistungsverhaltens. Der Urethanschaumstoffabfall kann daher für das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 verwendet werden, was zu einer beträchtlichen Kostensenkung führt.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ist die Schüttdichte des organischen Pulvers auf gleich oder kleiner als 150 kg/m³ beschränkt. Diese Struktur ermöglicht, dass das dem organischen Pulver zugegebene anorganische Pulver das Wärmeisolierungsleistungsverhalten verbessert, ohne einen übermäßigen Kontakt der Teilchen zu bewirken.
Im Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 ist der mittlere Porendurchmesser in dem pulverigen Gemisch, das durch Mischen des organischen Pulvers mit dem anorganischen Pulver erhalten wird, auf gleich oder kleiner als 100 μm beschränkt. Diese Struktur verringert den Zusammenstoß der Gasmoleküle in den Poren bei einem geringen Vakuumgrad von 0,1 mm Hg, der ohne weiteres auf industriellem Niveau zu geringen Kosten realisiert werden kann. Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 von Ausführungsform 6 weist folglich ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten und eine geringe Druckabhängigkeit auf.
Der wärmeisolierende Kasten 4 von Ausführungsform 6 schließt den wärmeisolierenden Schaumstoff und das Vakuumwärmeisolierungsmaterial 1 ein, die in einem durch den Kasten definierten Raum angeordnet sind. Der wärmeisolierende Kasten 4 von Ausführungsform 6 hält folglich ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum aufrecht.
Wenn auch die vorliegende Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen in gewissen Details beschrieben wird, kann die Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen, was die Einzelheiten der Struktur betrifft, geändert, abgeändert und modifiziert werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Vakuumwärmeisolierungsmaterial der vorliegenden Erfindung und der wärmeisolierende Kasten, der das Vakuumwärmeisolierungsmaterial verwendet, können als Wärmedämmung in Kühlschränken, Gefrierschränken und dergleichen verwendet werden. Die Kühlschränke und Gefrierschränke, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird, weisen ein ausgezeichnetes Wärmeisolierungsleistungsverhalten auf, sind leicht und zu geringen Kosten herstellbar und halten ein gutes Wärmeisolierungsleistungsverhalten über einen langen Zeitraum aufrecht.

Claims

Vakuumwärmeisolierungsmaterial, umfassend ein Kernmaterial und ein Adsorbens, die in einem äußeren Element verpackt sind, wobei das Kernmaterial ein Pulver aus organischem Material, das ein Urethanmaterial ist, umfasst, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 20 m²/g aufweist, sowie ein Pulver aus anorganischem Material, das eine spezifische Oberfläche von mehr als 20 m²/g aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Silica, Perlit, Kieselgur, Aluminiumoxid und Titanoxid.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver aus organischem Material in dem Kernmaterial zermahlenes Pulver aus Schaumkunststoff umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei eine Füllung des Pulvers aus anorganischem Material in dem Kernmaterial nicht weniger als 2 Gew.-% und nicht mehr als 50 Gew.-% beträgt.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver aus anorganischem Material mit einer nadelartigen Kristallform als einen Oberflächenmodifizierer für das Pulver aus organischem Material umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 4, wobei das anorganische Material, das als der Oberflächenmodifizierer funktioniert, ein Pulver aus Calciumsilicat umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 5, wobei das Molverhältnis von SiO₂/CaO in dem Pulver aus Calciumsilicat nicht weniger als 2, jedoch nicht größer als 3 ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 5, wobei das Pulver aus Calciumsilicat so behandelt ist, dass es hydrophob ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 4, wobei das Pulver aus organischem Material so behandelt ist, dass es hydrophob ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 4, wobei das Pulver aus organischem Material mit einem Faserwerkstoff vermischt ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Vakuumwärmeisolierungsmaterial ein Pulver umfasst, das wenigstens ein Salz einer Fettsäure als einen Oberflächenmodifizierer für das Pulver aus organischem Material enthält.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 10, wobei das Salz der Fettsäure, das als der Oberflächenmodifizierer funktioniert, wenigstens Calciumstearat-Pulver umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 10, wobei der Oberflächenmodifizierer Silica-Pulver oder Calciumsilicat-Pulver und Calciumstearat-Pulver umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 10, wobei das Pulver aus organischem Material ein Schaumkunststoff-Pulver umfasst, das durch Mahlen erhalten wird.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver aus organischem Material eine nadelartige Kristallform aufweist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Adsorbens ein Pulver aus anorganischem Material umfasst, das Poren aufweist, die 5% bis 20% größer sind als der Moleküldurchmesser eines adsorbierten Materials.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Kernmaterial ein Pulver mit einem Reflexionsgrad von 0,9 oder größer umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver aus anorganischem Material ein benetztes Silica-Pulver umfasst.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Kernmaterial ein Gasphasen-Volumenverhältnis von 60 oder mehr aufweist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver aus organischem Material einen mittleren Teilchendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich oder kleiner als 150 μm ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver aus organischem Material eine Schüttdichte aufweist, die im Wesentlichen gleich oder kleiner als 150 kg/m³ ist.
Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Porendurchmesser des Kernmaterials, welches das Pulver aus organischem Material und das Pulver aus anorganischem Material umfasst, im Wesentlichen gleich oder kleiner als 100 μm ist.
Wärmeisolierender Kasten, umfassend: ein äußeres Gehäuse; ein inneres Gehäuse; ein wärmeisolierender Schaumstoff, der in einen Raum gepackt ist, der durch das äußere Gehäuse und das innere Gehäuse definiert ist; und ein Vakuumwärmeisolierungsmaterial nach Anspruch 1, das an einer Innenwand des äußeren Gehäuses oder des inneren Gehäuses angebracht ist und ein Kernmaterial aufweist, das ein Pulver aus organischem Material umfasst, das eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 20 m²/g aufweist, sowie ein Pulver aus anorganischem Material, das eine spezifische Oberfläche von mehr als 20 m²/g aufweist, und ein Adsorbens.
Wärmeisolierender Kasten nach Anspruch 22, wobei der wärmeisolierende Kasten ein Pulver aus anorganischem Material mit einer nadelartigen Kristallform als einen Oberflächenmodifizierer für das Pulver aus organischem Material umfasst.
Wärmeisolierender Kasten nach Anspruch 22, wobei der wärmeisolierende Kasten ein Pulver umfasst, das wenigstens ein Salz einer Fettsäure als einen Oberflächenmodifizierer für das Pulver aus organischem Material enthält.
Wärmeisolierender Kasten nach Anspruch 22, wobei das Pulver aus organischem Material eine nadelartige Kristallform aufweist.
Wärmeisolierender Kasten nach Anspruch 22, wobei das Kernmaterial ein Gasphasen-Volumenverhältnis von 60% oder mehr aufweist.