ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ОСНАЩЕННОЕ ИЗВИЛИСТЫМ ТЕПЛОПРОВОДЯЩИМ КАНАЛОМ СО СПЛОШНЫМИ СТЕНКАМИ
THERMALLY INSULATING DEVICE, EQUIPPED WITH WINDING THERMALLY CONDUCTIVE CHANNEL WITH SOLID WALLS

Уровень техники
[0001] Элементы, подвергающиеся воздействию повышенных температур, могут быть изготовлены из материалов с высокой термостойкостью для защиты элементов от температуры в течение конкретного предполагаемого времени воздействия. Вспомогательные элементы могут напрямую не подвергаться воздействию высокой температуры, но испытывать подобные воздействия из-за теплопроводности и, таким образом, при их изготовлении необходимо использовать материалы с высокой термостойкостью. Использование подобных материалов увеличивает стоимость и сложность конструктивного исполнения элементов.
Сущность изобретения
[0002] Теплоизолирующее устройство согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения содержит жесткий теплоизолирующий участок, расположенный внутри области пространства, проходящей вдоль промежутка между первым местоположением и вторым, противоположным, местоположением. Жесткий теплоизолирующий участок содержит извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками, проходящий от первого местоположения до второго местоположения. Извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками длиннее указанного промежутка области пространства.
[0003] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками длиннее указанного промежутка области пространства по меньшей мере в два раза.
[0004] В другом варианте осуществления любого из предшествующих вариантов осуществления жесткий теплоизолирующий участок между участками извилистого теплопроводящего канала со сплошными стенками содержит по меньшей мере одно из следующего: открытое пространство, пространство с низким вакуумом, и материал с изменяемыми фазовыми состояниями.
[0005] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления жесткий теплоизолирующий участок содержит открытое пространство между участками извилистого теплопроводящего канала со сплошными стенками.
[0006] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления жесткий теплоизолирующий участок содержит пространство с низким вакуумом между участками извилистого теплопроводящего канала со сплошными стенками.
[0007] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления жесткий теплоизолирующий участок между участками извилистого теплопроводящего канала со сплошными стенками содержит материал с изменяемым фазовым состоянием.
[0008] Другой вариант осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления содержит рубашку, проходящую вокруг жесткого теплоизолирующего участка, при этом рубашка проходит от одной стороны жесткого теплоизолирующего участка, по меньшей мере, частично по длине.
[0009] Другой вариант осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления содержит рубашку, проходящую вокруг жесткого теплоизолирующего участка и частично по длине, при этом рубашка проходит от присоединенного основания с одной стороны жесткого теплоизолирующего участка до свободного конца, отдаленного от этой одной стороны жесткого теплоизолирующего участка.
[0010] Другой вариант осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления содержит контактную часть соединителя, проходящую от жесткого теплоизолирующего участка.
[0011] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками выполнен из материала на основе металла.
[0012] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками имеет коэффициент жесткости, превышающий максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины, вписывающейся в такую же область пространства и выполненной из того же композитного материала, что и извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
[0013] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками содержит антеградный участок и ретроградный, относительно антеградного, участок.
[0014] Теплоизолирующая система согласно примеру осуществления настоящего изобретения содержит теплоизолирующий участок, расположенный внутри области, проходящей вдоль промежутка между первым местоположением и вторым, противоположным местоположением. Теплоизолирующий участок содержит извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками, проходящий от первого местоположения до второго местоположения. Извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками длиннее этого промежутка области пространства. Извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками имеет коэффициент жесткости, превышающий максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины, вписывающейся в такую же область пространства и выполненной из того же композитного материала, что и извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
[0015] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками является неодноспиральным.
[0016] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления коэффициент жесткости превышает максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины по меньшей мере в сто раз.
[0017] Теплоизолирующее устройство согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения содержит теплоизолирующий участок, расположенный внутри области, проходящей вдоль промежутка между первым местоположением и вторым, противоположным, местоположением. Теплоизолирующий участок содержит извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками, проходящий от первого местоположения до второго местоположения. Извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками длиннее этого промежутка области пространства и содержит антеградный участок и ретроградный, относительно антеградного, участок.
[0018] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления, антеградный участок и ретроградный участок обеспечивают поворот назад относительно контрольного исходного местоположения в первом местоположении и контрольного конечного местоположения во втором местоположении.
[0019] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления теплоизолирующий участок является жестким.
[0020] В другом варианте осуществления любого из вышеуказанных вариантов осуществления извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками имеет коэффициент жесткости, превышающий максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины, вписывающейся в такую же область и выполненной из того же композитного материала, что и извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
Краткое описание чертежей
[0021] Различные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны специалисту в данной области техники из нижеследующего подробного описания. Прилагаемые к описанию чертежи могут быть охарактеризованы следующим образом:
[0022] На фиг. 1 проиллюстрировано приведенное в качестве примера изделие, имеющее теплоизолирующий участок, содержащий извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
[0023] На фиг. 2 проиллюстрировано другое приведенное в качестве примера изделие, имеющее теплоизолирующий участок, содержащий извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
[0024] На фиг. 3 проиллюстрирован пример варианта осуществления изделия, имеющего извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками.
Подробное раскрытие изобретения
[0025] На фиг. 1 схематично проиллюстрировано приведенное в качестве примера изделие 20. В большинстве случаев, изделие 20 может быть адаптером или его частью, имеющим один или несколько соединителей, соединяющих его с соответствующим соединителем по меньшей мере одного другого элемента. В некоторых примерах изделие 20 может содержать множество соединителей для соединения множества элементов вместе. Как будет понятно, изделие 20 и приведенные в настоящем документе примеры применимы для соединения с множеством различных элементов и не ограничиваются адаптерами, а являются полезными и для других типов элементов. В частности, что будет подробнее раскрыто ниже, теплоизолирующее устройство согласно настоящему изобретению может улучшить тепловую изоляцию, а также выполнять функцию передающего усилия устройства (конструктивного элемента), которое передает аксиальные нагрузки (растягивающие или сжимающие), моменты, торсионные нагрузки или их комбинацию.
[0026] Как показано на фиг. 1, изделие 20 сдержит теплоизолирующее устройство 22, проходящее от первого конца 22а до второго конца 22b. В этом примере теплоизолирующее устройство 22 изображено отдельным элементом, хотя понятно, что теплоизолирующее устройство 22, альтернативно, может быть объединено с другими элементами или встроено в другие элементы. В проиллюстрированном примере второй конец 22b теплоизолирующего устройства 22 содержит контактную часть 24 соединителя, которая может быть выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей контактной частью соединителя элемента 26. Исключительно в качестве примера, контактная часть 24 соединителя может быть охватывающей или охватываемой контактной частью, резьбовой частью, входящей в зацепление частью, зубчатой частью, или др., выполненной с возможностью сопряжения и временного или постоянного соединения с соответствующей контактной частью соединителя элемента 26. Как можно понять, контактная часть 24 соединителя, альтернативно, может быть расположена на первом конце 22а, или же любой из концов 22а/22b может содержать соответствующую контактную часть 24 соединителя, которые могут быть однотипными или разных типов. Как можно понять, другие варианты осуществления теплоизолирующего устройства 22 могут не содержать таких контактных частей соединителя.
[0027] Теплоизолирующее устройство 22 содержит жесткий теплоизолирующий участок 28, расположенный между первым и вторым концами 22а/22b. Жесткий теплоизолирующий участок 28 расположен внутри области пространства, обозначенной S, проходящей на расстояние D между первым и вторым местоположениями, обозначенными «А» и «В». Эта область пространства является объемом, ограниченным периферией жесткого теплоизолирующего участка 28. Например, область пространства может быть цилиндрической или многоугольной, но не ограничивается такой геометрией. В приведенном примере, расстояние D представлено линейной длиной, хотя, если изделие 20 будет иметь искривленную геометрию, расстояние D может быть, например, длиной дуги или средней осевой линией. В данном примере жесткий теплоизолирующий участок 28 поддерживает первый конец 22а относительно второго конца 22b (или наоборот). В некоторых примерах жесткий теплоизолирующий участок 28 является единственной несущей опорой для первого конца 22а относительно второго конца 22b.
[0028] Жесткий теплоизолирующий участок 28 содержит извилистый теплопроводящий канал со сплошными стенками, обозначенный 30. Извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками образуют сплошные стенки 32, схематично показанные на фиг. 1. Например, сплошные стенки 32 могут быть изготовлены из материала на основе металла, например, металлического сплава. Не имеющими ограничительного характера примерами металлических сплавов могут служить сплавы на основе титана и суперсплавы. В случае умеренных или низких температур конечного использования сплошные стенки 32, альтернативно, могут быть выполнены из полимерного материала или содержать полимерный материал, например, термопластик или термореактивный материал. В других примерах остальная часть теплоизолирующего устройства 22 выполнена из того же материала, что и жесткий теплоизолирующий участок 28.
[0029] Сплошные стенки 32 проходят по окружной траектории внутри области S пространства между первым и вторым местоположениями А, В. Извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками обеспечивает протяженность теплопроводящего пути, которая в данном примере является протяженностью вдоль пути 30 от точки А с одной стороны жесткого теплоизолирующего участка 28, или расположенной вровень с ней точки, до точки В с другой стороне теплоизолирующего участка 28, или расположенной с ней вровень точки. Протяженность теплопроводящего канала, таким образом, является протяженностью, по которой должно проходить тепло по жесткому теплоизолирующему участку 28, проходя только по сплошному материалу, что является основным режимом теплопроводности.
[0030] Протяженность теплопроводящего канала больше промежутка D области пространства, представленного в настоящем примере линейным расстоянием от точки А до В. Например, если объем области пространства теплоизолирующего участка 28 заменить полностью сплошным телом, то там будет образовываться линейный теплопроводящий канал от точки А до точки В, а протяженность канала жесткого теплоизолирующего участка 28 будет равна линейному расстоянию. Однако, протяженность теплопроводящего канала жесткого теплоизолирующего участка 28 превышает промежуток области пространства больше, чем в один раз, и, в других примерах - по меньшей мере в два раза или по меньшей мере в четыре раза для большего теплоизолирующего эффекта.
[0031] В результате формирования относительно длинного теплопроводящего канала, обеспеченного извилистым теплопроводящим каналом 30 со сплошными стенками, тепло, отводимое через теплоизолирующее устройство 22 от первого конца 22а во второй конец 22b или наоборот, в зависимости от конкретной конструкции и реализации, проводится, в первую очередь, через сплошные участки теплоизолирующего устройства 22. В жестком теплоизолирующем участке 28, сплошные участки являются сплошными стенками 32, формирующими извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками. Объем между сплошными стенками 32 может быть открытым пространством, что подробнее будет раскрыто на примерах ниже.
[0032] Сплошные стенки 32 и, следовательно, извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками, могут иметь определенную протяженность теплопроводящего канала и площадь поперечного сечения для обеспечения результирующей степени теплового разделения между первым и вторым концами 22а/22b. В этой связи, твердые стенки 32 теплоизолирующего участка 28 могут иметь геометрию лабиринта, многовинтовую геометрию (например, двойного винта, тройного винта и т.д.), неодноспиральную геометрию (например, односпиральная катушка), или другую геометрию, обеспечивающую протяженность теплопроводящего канала больше, чем протяженность D области пространства. Лабиринтоподобная геометрия или другая окружная конструкция сплошных стенок 32 может быть определена системами автоматизированного проектирования и, в этой связи, иметь определенную, неслучайную геометрию.
[0033] В других примерах размер и геометрия сплошных стенок 32 извилистого теплопроводящего канала 30 со сплошными стенками могут быть определены с учетом целевой жесткости жесткого теплоизолирующего участка 28. Например, термин «жесткий» относится к качеству неупругости, несжимаемости, непластичности или негибкости.
[0034] В другом примере жесткость жесткого теплоизолирующего участка 28 представлена относительно спиральной пружины, выполненной из того же материала и встроенной внутри области пространства. Например, извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками имеет коэффициент жесткости, превышающий максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины, вписывающейся в такую же область пространства и выполненной из того же композитного материала, что и извилистый теплопроводящий канал 30 со сплошными стенками. Максимальный коэффициент жесткости спиральной пружины подразумевает, что стенки пружины проходят вверх к центральной оси, вокруг которой поворачивается спиральная пружина, и что отдельные витки касаются непосредственно смежных витков. В результате спиральная пружина становится почти сплошным телом. В других примерах такая спиральная пружина имеет жесткость «X», а жесткость извилистого теплопроводящего канала 30 со сплошными стенками больше по меньшей мере в сто раз, а в других примерах - по меньшей мере в двести раз.
[0035] На фиг. 2 проиллюстрирован другой пример изделия 120. В настоящем описании одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы, где это уместно, а номера позиций с дополнительной 1 в начале номера обозначают модифицированные элементы, имеющие те же признаки, функции и преимущества соответствующих элементов. В этом примере изделие 120 имеет теплоизолирующее устройство 122, проходящее между первым и вторым концами 122а/122b. Первый и второй концы 122а/122b содержат контактную часть 124 соединителя. Теплоизолирующее устройство 122 также содержит жесткий теплоизолирующий участок 128, расположенный внутри области пространства, опять же обозначенного S, между первым и вторым местоположениями А, В. Подобно изделию 20, изображенному на фиг. 1, жесткий теплоизолирующий участок 128 содержит извилистый теплопроводящий канал 130 со сплошными стенками, обеспеченный сплошными стенками 132. Извилистый теплопроводящий канал 130 со сплошными стенками длиннее протяженности области пространства.
[0036] В этом примере контактные части 124 соединителя содержат наружную резьбу 124а для соединения соответствующего сопрягаемого элемента с изделием 120. Как будет понятно, контактная часть 124 соединителя не обязательно имеет резьбу и, альтернативно, может быть другого типа.
[0037] Сплошные стенки 132 жесткого теплоизолирующего участка 128 образуют извилистый теплопроводящий канал 130 со сплошными стенками. В этом примере сплошные стенки 132 «намотаны» в области пространства. Относительно передачи тепла от первого конца 122а ко второму концу 122b через жесткий теплоизолирующий участок 128, сплошные стенки 132 имеют один или несколько антеградных участков 136 и один или несколько ретроградных, по сравнению с одним или несколькими антеградными участками 136, участков 138. Один или несколько антеградных участков 136 образуют антеградный теплопроводящий канал от первого конца 122а ко второму концу 122b, а один или несколько ретроградных участков 138 обеспечивают ретроградный, относительно теплопередачи от первого конца 122а ко второму концу 122b, теплопроводящий канал. Антеградный участок 136 и ретроградный участок 138 также могут быть представлены геометрически таким образом, что канал, образованный сплошными стенками 132 имеет по меньшей мере один поворот в обратном направлении относительно канала из контрольного начального местоположения в первом местоположении А в контрольное конечное местоположение во втором местоположении В. Один или несколько антеградных участков 136 в комбинации с одним или несколькими ретроградными участками 138 обеспечивают компактное расположение для увеличения протяженности теплопроводящего канала и, тем самым, обеспечивают тепловую изоляцию.
[0038] На фиг. 2 также показано, что сплошные стенки 132 определяют пространства 140 между ними. Пространства 140 могут быть использованы для дополнительного усиления тепловой изоляции. Например, пространства 140 могут быть оставлены открытыми таким образом, чтобы первичный теплопроводящий канал проходил через сплошные стенки 132. Альтернативно, некоторые или все пространства 140 могут быть уплотнены и вакуумированы для большего усиления теплопроводности через сплошные стенки 132. В другом примере пространства 140 могу быть заполнены, или частично заполнены, материалом 140а с изменяемым фазовым состоянием, способным изменяться между двумя различными фазовыми состояниями за счет конструктивно обусловленной разницы температур в изделии 120, например изменяться между жидким и твердым фазовыми состояниями. В изделии 120 может быть использован материал с легко изменяемым фазовым состоянием с целью поглощения тепловой энергии и, тем самым, интенсификации теплоизолирующего эффекта, обеспечиваемого жестким теплоизолирующим участком 128. В качестве примера материала с изменяемым фазовым состоянием можно привести металл с низкой температурой плавления. В качестве примера такого металла можно привести жидкий натрий, однако альтернативно могут использоваться другие жидкие или твердые материалы с изменяемыми фазовыми состояниями в пределах конструктивно обусловленной разницы температур.
[0039] Опционально, изделие 120 также может иметь рубашку 142, полностью или частично ограничивающую жесткий теплоизолирующий участок 128 и проходящую, по меньшей мере, по части длины L. Рубашка 142 на фиг. 2 срезана, однако она может ограничивать жесткий теплоизолирующий участок 128. В этом примере рубашка 142 проходит от присоединенного основания 142а с одной стороны жесткого теплоизолирующего участка 128 до свободного конца 142b, отдаленного от стороны с присоединенным основанием 142а. Таким образом, рубашка 142 консольно отходит от присоединенного основания 142а, при этом имеется зазор, предусмотренный у свободного конца 142b таким образом, чтобы первичный теплопроводящий канал проходит через сплошные стенки 132 жесткого теплоизолирующего участка 128, а не через рубашку 142. То есть, большее количество тепла, проводимого через жесткий теплоизолирующий участок 128, будет проводиться к свободному концу 142b через сплошные стенки 132, а не через открытый промежуток. Наружная поверхность рубашки 142 также может служить поверхностью уплотнения и, в одном примере, может принимать уплотнительное кольцо или подобное уплотнение, или иметь конструктивные особенности для приема или удержания уплотнения.
[0040] На фиг. 3 проиллюстрирован пример варианта осуществления изделия 120. В этом примере первый конец 122а изделия 120 содержит удлиненный зонд 160, прикрепленный на контактной части 124 соединителя к изделию 120. Альтернативно, зонд 160 может быть объединен с изделием 120 или выполнен с ним как одно целое.
[0041] Зонд 160 может быть керамическим зондом, подвергаемым при его использовании воздействию высоких температур окружающей или текучей среды. В этом примере элемент 26 является приводным устройством, соединенным с контактной частью 124 соединителя на втором конце 122b и используемым для перемещения изделия 120 и, таким образом, также зонда 160 вдоль осевого направления, обозначенного 162. В качестве примера, зонд 160 может быть иглой, инжекторным элементом, или чем-либо подобным, для регулирования потока горячей текучей среды, такой как топливо. Зонд 160, таким образом, может быть подвергнут воздействию относительно высоких температур. Приводное устройство или другие элементы, сообщающиеся с возможностью передачи тепла с изделием 120, такие как уплотнение 164, могут быть чувствительны к температуре. В связи с этим изделие 120 отделяет приводное устройство, уплотнение 164 или другой элемент, который может быть соединен с изделием 120, от высоких температур, воздействию которых подвергается зонд 160. То есть, относительно длинный теплопроводящий канал, обеспечиваемый жестким теплоизолирующим участком 128, ограничивает проводимость тепла между зондом 160 и приводным устройством, уплотнением 164 или другим элементом, соединенным с изделием 120. В этом отношении изделие 120 (или 20) может быть использовано для снижения температур воздействия на связанные элементы, что позволяет продлить срок службы элементов или увеличить температуру, воздействию которой подвергаются присоединенные элементы, без соответствующего увеличения температуры воздействия на другие элементы.
[0042] Изделие 20/120 может быть выполнено с использованием аддитивной технологии, трехмерной печати, машинной обработки и/или диффузионной сборки, но не ограничивается какими-либо конкретными техниками. Выбранная технология изготовления может зависеть, по меньшей мере, от протяженности, выбранной геометрии сплошных стенок 32/132.
[0043] Несмотря на то, что в проиллюстрированных примерах показаны комбинации признаков, не все из них необходимо комбинировать для реализации преимуществ различных вариантов осуществления настоящего раскрытия. Другими словами, система, спроектированная согласно варианту осуществления настоящего раскрытия не обязательно содержит все признаки, показанные на любом из чертежей или всех участках, схематично показанных на чертежах. Более того, выбранные признаки одного примера варианта осуществления могут быть скомбинированы с выбранными признаками других приведенных в качестве примера вариантов осуществления.
[0044] Вышеизложенное раскрытие приведено для примера, а не с целью ограничения изобретения. Варианты и модификации раскрытых примеров, не выходящие за пределы идеи настоящего изобретения, будут понятны специалисту в данной области техники. Объем правовой защиты настоящего изобретения может быть определен только на основании изучения нижеследующей формулы изобретения.