СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ И КЛИМАТИЧЕСКИЙ ШКАФ
METHOD OF FORMING A HEAT-INSULATING MULTILAYER STRUCTURE AND A CLIMATIC CABINET

Настоящее изобретение относится к способу формирования термоизоляционной многослойной конструкции, в частности многослойной конструкции корпуса климатического шкафа для высокотемпературного диапазона с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также к климатическому шкафу для высокотемпературного диапазона с признаками пункта 9 формулы изобретения.
Климатические шкафы известны из уровня техники в различных исполнениях и используются в научных лабораториях или на промышленном объекте для моделирования биологических, химических и/или физических воздействий окружающей среды, как например температуры, давления воздуха и/или влажности воздуха. Климатический шкаф включает в себя внутренне пространство и корпус, причем внутреннее пространство расположено в корпусе, и во внутреннем пространстве моделируются биологические, химические и/или физические воздействия окружающей среды. Климатические шкафы, в частности шкафы постоянного климата, для высокотемпературного диапазона используются для моделирования температур между -10°C и 350°C.
Из уровня техники известны множество способов формирования термоизоляционной многослойной конструкции. Изготовленные при помощи этих известных способов термоизоляционные многослойные конструкции могут применяться для образования термоизоляционного корпуса климатического шкафа, причем корпус имеет обращенную к внутреннему пространству внутреннюю стенку и внешнюю стенку. Для изготовления устойчивой многослойной конструкции, в образованное между внутренней стенкой и внешней стенкой полость вводится обычный двухкомпонентный (2K) пенополиуретан, который при достаточном дозировании полностью заполняет имеющуюся полость, затвердевает и соединяет внутреннюю стенку и внешнюю стенку. Благодаря этому соединению между внутренней стенкой и внешней стенкой образуется прочная многослойная конструкция, которая благодаря физическим свойствам, в частности затвердевшего пенополиуретана, обладает хорошими термоизоляционными свойствами, то есть очень низкой теплопроводностью.
В качестве недостатка этого уровня техники следует указать то, что обычные двухкомпонентные пенополиуретаны обладают низкой термостойкостью, вследствие чего подобные многослойные конструкции имеют максимальную область применения до 120°C (393K) и таким образом не подходят для использования в шкафах постоянного климата с температурным диапазоном выше 120°C, предпочтительно с температурным диапазоном до 350°C.
Здесь начинается настоящее изобретение.
Задачей настоящего изобретения является предложение улучшенного способа создания многослойной конструкции, в частности многослойной конструкции корпуса климатического шкафа, который целесообразным образом улучшает известные до сих пор способы  и предоставляет новый способ, который делает возможным изготовление очень устойчивой многослойной конструкции с низкой теплопроводностью. Кроме того, способ должен обеспечивать оптимизированное по затратам изготовление многослойной конструкции.
Эти задачи решаются с помощью способа с признаками пункта 1 формулы изобретения, с помощью многослойной конструкции с признаками пункта 8 формулы изобретения и с помощью климатического шкафа с признаками пункта 9 формулы изобретения.
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующий изобретению способ с признаками пункта 1 формулы изобретения для формирования термоизоляционной многослойной конструкции, в частности многослойной конструкции корпуса климатического шкафа для высокотемпературного диапазона, с внутренней стенкой и внешней стенкой, включает в себя следующие шаги способа:
- предоставление внутренней стенки,
- наклеивание по меньшей мере одной устойчивой к высоким температурам изоляционной пластины на внутреннюю стенку,
- размещение внешней стенки относительно внутренней стенки таким образом, что между внутренней стенкой и внешней стенкой образована по меньшей мере одна устойчивая к высоким температурам изоляционная пластина и полость, и
- запенивание полости пенополиуретаном для образования соединяющего по меньшей мере одну устойчивую к высоким температурам изоляционную пластину и внешнюю стенку второго слоя жесткого пенопласта.
Далее здесь и в связи с соответствующим изобретению техническим решением, под высокой температурой понимается температура, которая действует в течение более длительного промежутка времени или же долговременно на использованные материалы. В связи с этим изобретением такая температура составляет по меньшей мере 120°C. Далее предпочтительно высокая температура составляет в связи с этим изобретением по меньшей мере 180°C, 250°C или даже до 350°C.
Кроме того, здесь и далее под внутренней стенкой понимается стенка, слой или сторона корпуса, которая при надлежащем использовании непосредственно термически нагружается высокой температурой, а под внешней стенкой понимается стенка, слой или сторона корпуса, которая взаимодействует с окружающей средой, вследствие чего тепло может выдаваться внешней стенкой в окружающую среду в частности посредством простой конвекции.
В основе изобретения лежит та идея, что многослойная конструкция имеет внутреннюю стенку и внешнюю стенку, а также по меньшей мере два дополнительных слоя, а именно первый слой жесткого пенопласта из термостойкой изоляционной пластины и второй слой жесткого пенопласта из затвердевшего пенополиуретана. По меньшей мере одна устойчивая к (высоким) температурам изоляционная пластина выдерживает с одной стороны высокую длительную термическую нагрузку, а с другой стороны устойчивая к (высоким) температурам изоляционная пластина понижает температуру до образованного пенополиуретаном второго слоя жесткого пенопласта, тем самым он термически не расщепляется или не разлагается. Слой полиуретана можно просто выполнять посредством запенивания, и он образует прочное соединение между устойчивой к высоким температурам изоляционной пластиной и внешней стенкой. Как первый, так и второй слой жесткого пенопласта имеют низкую теплопроводность λ примерно 0,02-0,03 Вт/мК, вследствие чего может иметь место термическое отделение внутренней стенки и внешней стенки.
Согласно изобретению является предпочтительным при выполнении способа, если наклеивание по меньшей мере одной устойчивой к (высоким) температурам изоляционной пластины осуществляется при помощи двухкомпонентного клея, сокращенно 2K-клея, который перед накладыванием по меньшей мере одной устойчивой к высоким температурам изоляционной пластины на внутреннюю стенку наносится на внутреннюю стенку. По меньшей мере одна термостойкая изоляционная пластина образована, как правило, из жесткого пенопласта с порами, так что может реализовываться экономящее ресурсы нанесение клея со стороны внутренней стенки.
Согласно предпочтительному усовершенствованию способа, по меньшей мере одна устойчивая к (высоким) температурам изоляционная пластина образована из жесткого пенопласта, в частности жесткого пенопласта из полиизоцианурата (жесткого PIR-пенопласта), с термостойкостью более 180°C посредством отделения от затвердевшего и вспененного блока. Полиизоцианураты имеют наиболее высокую термостойкость до 400°C, без того чтобы возникало термическое разложение. Жесткий пенопласт из полиизоцианурата имеет низкую теплопроводность λ примерно 0,02-0,03 Вт/мК. Низкая теплопроводность или высокое термическое сопротивление приводит к понижению температуры в изоляционной пластине, тем самым во втором слое жесткого пенопласта имеется приемлемый для обычных пенополиуретанов температурный уровень, при котором не возникает термическое разложение.
При выполнении способа оказалось предпочтительным, если несколько устойчивых к высоким температурам изоляционных пластин наклеиваются с прилеганием по стыкам на внутреннюю стенку. Предпочтительным образом стыки заделываются термостойким клеем или термостойкой клейкой лентой на обращенной от внутренней стенки стороне. Устойчивые к высоким температурам изоляционные пластины могут быть расположены, например, образуя угол через край, друг около друга через стык, причем благодаря заделке стыков предотвращается при запенивании проникновение пенополиуретана.
Запенивание полости происходит предпочтительно при помощи 2K-пенополиуретана, который по сравнению с 1K-пенополиуретаном имеет более высокую прочность и быстрее и равномернее затвердевает.
Согласно усовершенствованию способа внутренняя стенка и/или внешняя стенка может быть изготовлена из нержавеющей стали. В частности, нержавеющая сталь в качестве материала оказалась выбором для внутренней стенки, так как она имеет термически, химически и механически устойчивую поверхность и делает возможным установление устойчивого клеевого соединения между внутренней стенкой и термостойкой изоляционной пластиной.
При размещении внешней стенки относительно внутренней стенки расстояние между внешней стенкой и расположенной на внутренней стенке термостойкой изоляционной пластиной должно составлять не менее 15 мм, предпочтительно более 20 мм, и не более 300 мм. Это расстояние для образования полости необходимо для того, чтобы при запенивании пенополиуретаном в жидкотекучей фазе полость могла полностью заполняться и по всей поверхности соединять внешнюю стенку с термостойкой изоляционной пластиной для образования устойчивой многослойной конструкции.
Дальнейший аспект настоящего изобретения относится к многослойной конструкции, имеющей внутреннюю стенку и внешнюю стенку и по меньшей мере два слоя жесткого пенопласта между ними, причем первый слой жесткого пенопласта образован из по меньшей мере одной термостойкой изоляционной пластины, предпочтительно из PIR, а второй слой жесткого пенопласта - из затвердевшего пенополиуретана.
Третий аспект настоящего изобретения относится к климатическому шкафу для высокотемпературного диапазона, имеющему по меньшей мере один имеющий дверь корпус с внутренним пространством, которое может закрываться по меньшей мере одной дверью. Согласно изобретению предусмотрено, что корпус образован из многослойной конструкции, которая имеет обращенную к внутреннему пространству внутреннюю стенку и внешнюю стенку, причем на обращенной от внутреннего пространства стороне внутренней стенки зафиксирована при помощи слоя клея по меньшей мере одна устойчивая к высоким температурам изоляционная пластина, причем устойчивая к высоким температурам изоляционная пластина соединена с молекулярным замыканием вторым слоем жесткого пенопласта из вспененного пенополиуретана с внешней стенкой. Благодаря многослойной конструкции корпуса может с одной стороны достигаться высокая устойчивость корпуса, а с другой стороны может предоставляться высокоэффективная термическая изоляция внутреннего пространства, которая создает условия для наилучшего термического обособления внутреннего пространства.
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения слой клея образован из термостойкого 2K-клея. 2K-клей может быть предпочтительно эпоксидным, полиуретановым или тому подобным клеем, который имеет высокую прочность и равномерно и быстро затвердевает.
Далее оказалось предпочтительным, если устойчивая к высоким температурам изоляционная пластина образована из прореагировавшего жесткого пенопласта, в частности полиизоцианурата (PIR), с термостойкостью более 180°C, предпочтительно до 400°C. В частности, полиизоцианураты имеют низкую теплопроводность λ примерно 0,02-0,03 Вт/мК, вследствие чего благодаря получающемуся термическому сопротивлению имеет место понижение температуры до переносимого вторым слоем жесткого пенопласта из пенополиуретана температурного уровня T: T≤120°C.
Кроме того, согласно дальнейшей мере данного изобретения предпочтительно, если между двумя соседними термостойкими изоляционными пластинами расположен стык. При расположении устойчивых к высоким температурам изоляционных пластин на внутренней стенке образуется как между двумя расположенными встык изоляционными пластинами, так и между расположенными через края изоляционными пластинами в каждом случае стык. Предпочтительно этот стык, по меньшей мере, частично заполняется термостойким клеем с обращенной к внешней стенке стороны, или обращенная к внешней стенке сторона заделана термостойкой клейкой лентой. Благодаря заполнению или заделке стыков при запенивании полости предотвращается то, что пенополиуретан проникает в стык и при дальнейшем использовании климатического шкафа термически разлагается, и в этом случае могут образовываться тепловые мостики.
Второй слой жесткого пенопласта образуется предпочтительно посредством запенивания и отверждения 2K-пенополиуретана. 2K-пенополиуретаны имеют высокую прочность и образуют устойчивое соединение. Кроме того, 2K-пенополиуретан затвердевает быстро и равномерно.
Кроме того, может быть предпочтительным, если внутренняя стенка и/или внешняя стенка образованы или образована из нержавеющей стали. В частности, предпочтительно, если внутренняя стенка образована из нержавеющей стали, так как она является устойчивой как термически, так и химически, а также механически.
Также оказалось предпочтительным, если слой вспененного полиуретана имеет толщину слоя по меньшей мере в 15 мм, предпочтительно более 20 мм, и не более 300 мм. При толщине слоя примерно в 20 мм обеспечено, что при запенивании полости между термостойкой изоляционной пластиной и внешней стенкой пенополиуретан в жидкотекучей фазе полностью заполняет полость, прежде чем происходит отверждение пенополиуретана.
Далее со ссылкой на приложенный чертеж подробно разъясняется пример осуществления соответствующего изобретению климатического шкафа с корпусом, который образован из многослойной конструкции. На чертеже показаны:
фиг. 1 - сильно упрощенное изображение в разрезе корпуса климатического шкафа; и
фиг. 2 - сильно упрощенная блок-схема способа изготовления многослойной конструкции для корпуса климатического шкафа.
Фиг. 1 показывает сильно упрощенное изображение в разрезе климатического шкафа 1 с корпусом 5, стенка которого образована из многослойной конструкции 2. Корпус 5 имеет по меньшей мере одну (не изображенную) дверь, через которую доступно окруженное корпусом 5 внутреннее пространство 6.
Климатический шкаф 1 может быть шкафом постоянного климата в высокотемпературном диапазоне, который выполнен для того, чтобы устанавливать во внутреннем пространстве 6 температуру в диапазоне от -10°C до 350°C или соответственно примерно от 263K до примерно 623K для длительной эксплуатации.
Корпус 5 образован из многослойной конструкции 2, имеющей обращенную к внутреннему пространству 6 внутреннюю стенку 10, слой 15 клея, первый устойчивый к (высоким) температурам слой 20 жесткого пенопласта, второй слой 30 жесткого пенопласта и внешнюю стенку 40.
Устойчивый к высоким температурам первый слой 20 жесткого пенопласта изготовлен из жесткого пенопласта с термостойкостью выше 300°C, предпочтительно до 400°C. Первый слой 20 жесткого пенопласта может быть выполнен из жесткого PIR-пенопласта (жесткого пенопласта из полиизоцианурата). Жесткий PIR-пенопласт может сначала вспениваться в виде блоков, и затем посредством отрезания, пиления, фрезерования или тому подобного могут отделяться устойчивые к высоким температурам изоляционные пластины 21, которые образуют первый слой 20 жесткого пенопласта.
Второй слой 30 жесткого пенопласта имеет меньшую термостойкость, чем первый слой 20 жесткого пенопласта, до 120°C и образован из пенополиуретана (полиуретановой пены).
Внутренняя стенка 10 может быть изготовлена из нержавеющей стали и соединена слоем 15 клея с первым слоем 20 жесткого пенопласта. Второй слой 30 жесткого пенопласта соединяет первый слой 20 жесткого пенопласта с внешней стенкой 40.
Толщины первого слоя 20 жесткого пенопласта и второго слоя 30 жесткого пенопласта следует выбирать таким образом, что благодаря толщине первого слоя 20 жесткого пенопласта имеет место понижение температуры до второго слоя 30 жесткого пенопласта, которое настолько велико, что температурный уровень на обращенной к внутреннему пространству 6 стороне второго слоя 30 жесткого пенопласта меньше, чем термостойкость примененного затвердевшего пенополиуретана 31.
Так как использованный как для первого слоя 20 жесткого пенопласта, так и для второго слоя 30 жесткого пенопласта материал в каждом случае имеет теплопроводность λ примерно 0,02-0,03 Вт/мК, толщину первого слоя 20 жесткого пенопласта следует предпочтительно выбирать по меньшей мере вдвое большей, чем толщину второго слоя 30 жесткого пенопласта.
Фиг. 2 показывает схематичную последовательность выполнения способа формирования термоизоляционной многослойной конструкции 2, причем сначала предоставляется внутренняя стенка 10 на шаге 100 способа.
Внутренняя стенка 10 может быть изготовлена из нержавеющей стали и выполнена в виде параллелепипеда для образования внутреннего пространства 6.
После предоставления внутренней стенки может предоставляться одна или несколько устойчивых к высоким температурам изоляционных пластин 21 из термостойкого до 400°C жесткого PIR-пенопласта (жесткого пенопласта из полиизоцианурата), например, посредством отделения или отрезания пластины из заранее вспененного блока. Для того, чтобы по меньшей мере одну устойчивую к высоким температурам изоляционную пластину 21 соединять с внутренней стенкой 10, на шаге 110 способа сначала наносится слой 15 клея по плоскости на внутреннюю стенку 10. Слой 15 клея изготавливается из устойчивого к высоким температурам клея, который может быть, например, 2K-клеем, который отличается высокой прочностью и быстрым и гомогенным отверждением.
Затем на следующем шаге 120 способа термостойкие изоляционные пластины 21 укладываются для приклеивания на слой 15 клея на внутренней стенке 10 встык, а именно таким образом, что внутренняя стенка 10 покрыта примерно полностью.
Со ссылкой на фиг. 1 можно увидеть, что на краях выполненной в виде параллелепипеда в поперечном сечении внутренней стенки 10 расположены между соседними изоляционными пластинами 21 небольшие стыки 24 или зазоры, которые на (не изображенном) шаге способа могут заделываться посредством полного или частичного наполнения или заполнения устойчивым к высоким температурам клеем 28 на обращенной от внутренней стенки 10 стороне. На фиг. 1 на верхней стороне внутренней стенки расположены две изоляционные пластины 21, причем стык 24 на соседних боковых кромках заделан клеем 28. Альтернативно - как показано на нижней стороне на фиг. 1 - устойчивая к высоким температурам клейкая лента 29 может заделывать обращенную от внутренней стенки 10 сторону стыка 24.
На следующем шаге 130 способа образованный перед этим блок из внутренней стенки 10, слоя 15 клея и устойчивых к высоким температурам изоляционных пластин 21 размещается на заранее предоставленной, предпочтительно также выполненной в виде параллелепипеда внешней стенке 40, а именно таким образом, что между устойчивыми к высоким температурам изоляционными пластинами 21 и внешней стенкой 40 образована полость с максимально равномерным промежутком между изоляционной пластиной 21 и внешней стенкой 40.
Для того чтобы соединять внешнюю стенку 40 с образованным перед этим блоком, на шаге 140 способа в полость вводится пенополиуретан, или полость запенивается пенополиуретаном. Чтобы пенополиуретан полностью смачивал образованный перед этим блок, полость или образующийся теперь второй слой 30 жесткого пенопласта должен иметь толщину примерно в 20 мм. Предпочтительно пенополиуретан является 2K-пенопластом, который в жидкотекучей фазе наилучшим образом проходит через полость и затем быстро и равномерно затвердевает во второй слой 30 жесткого пенопласта, который соединяет внешнюю стенку 40 с блоком для образования многослойной конструкции 2.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 климатический шкаф
2 многослойная конструкция
5 корпус
6 внутреннее пространство
10 внутренняя стенка
15 слой клея
20 первый слой жесткого пенопласта
21 изоляционная пластина
24 стык
28 клей
29 клейкая лента
30 второй слой жесткого пенопласта
31 пенополиуретан
40 внешняя стенка
100 шаг способа
110 шаг способа
120 шаг способа
130 шаг способа
140 шаг способа