ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Полезная модель относится к области теплоизоляции, а более конкретно к теплоизоляционным изделиям и может быть использовано для изолирования вагонов-термосов, рефрижераторов, холодильников, теплоэнергетического и технологического оборудования и др.
Известна экранно-вакуумная теплоизоляция, содержащая изолированными друг от друга экраны с низким коэффициентом черноты, образующие многослойный прошитый мат, с целью уменьшения веса конструкции и упрощения технологии изготовления, экраны выполнены из полимерных пленок-электретов одноименного заряда [а.с. СССР №1106955, МПК: F16L 59/06, БИ №29, 1984 г. Авторы: Г.И.Трифонов, В.П.Кожухов, О.В.Загар].
Недостатком изделия является наличие тепловых мостиков в местах прошивки мата и сравнительно высокая теплопроводность полимерных пленок по сравнению с применяемыми современными материалами.
Известно так же теплоизоляционное изделие, включающее жесткий пластмассовый пеноматериал, измельченный до порошка, и при необходимости неорганический пористый материал и покрывающую фольгу, которая вакуумирована и герметично сварена [патент РФ №2156914, МПК: F16L 59/06, F16L 59/02, БИ №27, 2000 г. Авторы: Карл-Вернер Дитрих, Хайнц Томас].
Недостатком изделия является низкая герметичность, как следствие невозможности хорошего вакуумирования и герметизации изоляционного материала фольгой. Кроме того, в процессе эксплуатации невозможно периодически контролировать величину остаточного вакуума внутри изоляционного материала.
За прототип принято данное теплоизоляционное изделие, как наиболее близкое по технической сущности.
Техническим результатом полезной модели является увеличение его теплового сопротивления за счет снижения материалоемкости изоляции.
Технический результат достигается тем, что в теплоизоляционном изделии, содержащем теплоизоляционный материал, покрытый слоями алюминиевой фольги, теплоизоляционный материал выполнен из N попарно вставленных перпендикулярно друг другу пружин с высотой равной диаметру из жесткого материала с низким коэффициентом теплопроводности и заключен в наружную оболочку, которая выполнена из эластичного материала и снабжена обратным клапаном с запирающим шариком и вакуумирована. В качестве материала пружин используют как пластмассу, так и материал из углеродного нановолокна.
Поставленная цель достигается тем, что пружины теплоизоляционного материала, имеющие одинаковые размеры диаметра длины и попарно вставлены перпендикулярно друг другу представляют собой жесткую конструкцию с малой объемной материалоемкостью. В качестве материала предлагается использовать пластмассу, обладающую высоким тепловым сопротивлением, или углеродное нановолокно, тепловое сопротивление которого значительно выше. Наружная оболочка, выполненная из эластичного материала, вакуумированная и снабженная клапаном с запирающим шариком делает конструкцию герметичной и позволяет контролировать величину остаточного вакуума. А использование в качестве материала наружной оболочки силиконовой резины, позволит использовать теплоизоляционное изделие в широком диапазоне температур, так как этот материал может применяться в диапазоне -100÷+200°С и обладает химической инертностью. Таким образом, достигается поставленная цель: снижение материалоемкости теплоизоляции одновременно с увеличением ее теплового сопротивления.
На фиг.1 показан продольный разрез блока теплоизоляционного изделия. На фиг.2 - увеличенное изображение обратного клапана блока теплоизоляционного изделия со штуцером. На фиг.3 - вид попарно вставленных пружин теплоизоляционного изделия.
Теплоизоляционное изделие состоит из теплоизоляционного материла 1, состоящего из множества попарно вставленных перпендикулярно друг другу пружин 2, слоев алюминиевой фольги 3, наружной оболочки 4 из эластичного материала, вулканизированного по краям 5, в которой установлен обратный клапан 6, запирающийся шариком 7.
Теплоизоляционное изделие работает следующим образом.
Тепло, проходящее через эластичную оболочку 4, частично отражается фольгой 3, частично проникает сквозь нее в слой теплоизоляции 1, представляющий собой пружины 2 из жесткого материала с низким коэффициентом теплопроводности. Конструкция пружин, попарно вставленных перпендикулярно друг в друга достаточно жесткая, чтобы выдерживать сжимающие нагрузки, возникающие после вакуумирования резиновой оболочки. Тепло проникает в пружины через поверхность первого витка, прижатого к алюминиевой фольге 3 и распространяется за счет теплопроводности по прутку пружины. Так как материалом пружин является пластмасса или, как вариант, нановолокно, имеющие низкий коэффициент теплопроводности, то эквивалентная теплопроводность всего объема теплоизоляционного материала (пружин) может быть вычислена следующим образом.
,
где λ - коэффициент теплопроводности материала пружин,
d - диаметр прутка пружины,
D - диаметр витка пружины.
Таким образом, эквивалентный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала пропорционален квадрату отношения диаметров прутка и витка пружин. Минимум отношения диаметров прутка и витка пружин ограничен жесткостью и прочностью материала пружин, которые при использовании в качестве материала - нановолокно могут иметь значительную величину. Использование материала из нановолокна в качестве теплоизоляционного материала известно - см. [Чабак А.Ф. Микро - и нанотехнологии в материаловедении атомно-водородной энергетики // Альтернативная энергетика и экология, 2007, №7. - с.57-61]. По оценочным расчетам эквивалентный коэффициент теплопроводности предложенного теплоизоляционного материала составляет 0,001 Вт/(м К).
Применение в конструкции экранно-вакуумной теплоизоляции обратного клапана 5 позволяет вакуумировать конструкцию после сборки ее слоев и вулканизации краев резиновой оболочки 7. Шарик 6 обратного клапана 5 делает конструкцию после вакуумирования герметичной. В процессе эксплуатации обратный клапан 5 позволит контролировать величину остаточного вакуума и при необходимости понижать ее при плановых видах технического обслуживания.
Предлагаемое теплоизоляционное изделие обладает повышенным тепловым сопротивлением одновременно со снижением его материалоемкости, вследствие применения пружин теплоизоляционного материала с равными величинами длины и диаметра и с расположением их одна внутри другой и перпендикулярно относительно друг друга, а применение углеродного нановолокна и силиконовой резины создает условия получения лучших теплоизоляционных свойств и значительно расширяет область его применения.