CN108139015B - 用于热绝缘的具有中间定位部分的组件和铰接面板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组件，其包括设置有内部容积(77)的结构(100)，在所述内部容积例如存在能够在所述容积内并在循环设备(11)的作用下循环的至少一个流体。VIP结构的热绝缘元件(23)布置在一个包含PCM并在外围壁周围延伸的层(15)周围，所述外围壁(15)围绕所述容积(77)。被固定到该外围壁的突出部(22a、22b)界定其中定位有热绝缘元件(23)的空间(24)。套筒(38)围绕突出部和绝缘元件(23)延伸。

Description

用于热绝缘的具有中间定位部分的组件和铰接面板
本发明特别地涉及一种铰接面板，其可自身闭合并包括受控气氛下旨在促进有效热管理的一系列袋。
对于热绝缘，它还涉及使用这种面板的优点的组件，其将因此是真空绝缘面板(VIP)结构并将有利于外绝缘壳体的实施方式。
至于VIP，这些是面板，其中一种可以是例如凝胶/二氧化硅粉末的多孔材料的热绝缘(芯体)例如被挤压到板内并且在受控气氛下由气密包装薄片所围绕。如果存在真空，10到104Pa之间的剩余压力通常允许导热系数使用条件下降低到0.02或甚至小于约0.01W/m-K。
对于这个问题，在应用中，“受控气氛下”或“具有VIP结构”将意味着所涉及到的容积将如上所述在真空下，或填充有一种具有低于环境空气的导热系数的气体，26mW/m.K。局部真空下的结构(并且因此气密罩壳)可包括至少一个原理上多孔(孔径小于1微米)或纳米多孔(孔径小于10-9m)的热绝缘材料。
“多孔”应指定一种具有能够使空气通过的空隙的材料。具有敞开单元的多孔材料因此包括泡沫，但也包括纤维材料(诸如玻璃棉或岩棉)。可适于作孔的通道空隙具有小于1或2毫米的尺寸，从而能够保证良好的热绝缘，并且优选地小于1微米，并且优选地进一步在10-9米(纳米多孔结构)，特别地对于抗老化的问题，并且因此VIP罩壳中可能的低负压。
然而，到目前为止，VIP似乎还没有达到市场预期。
它们在该领域的实施方案有问题，特别地它们的制造，如果其目的是包括其包装的工业化大规模生产。
事实上，在水平位置制造这种面板并且使其自身闭合应该允许很容易实施具有“袋”的解决方案。
此外，特别地在拐角处，以可以非平面的方式，当涉及热管理，特别地热绝缘一个内部容积(例如用于存储蓄电池或药盒)、结构时，存在一个问题。
正是在该背景下，这里所提出的是一种可自身闭合并且包括受控气氛下的一系列袋的铰接面板：
-其单独地包含至少一个热绝缘材料，以及
-通过柔性中间部分连接，其中，两个连续的袋可以彼此相对铰接，
至少一些中间铰接部分包括：
-由热绝缘绕组或由凸出部分限定的管状部件，其在受控气氛下的管状室中封闭热绝缘材料，以及
-至少一个柔性薄片的两个部件，每个部件都插入在所述管状部件和所述袋之间。
这种管状部件(不管它横截面是否为圆形)将促进在拐角处或平面变化处的绝缘，并在必要时对拐角提供定位支撑甚至机械结构化。
为了进一步促进高性能热绝缘，顺便建议的是，袋和管状部件在真空下，并且所述包含的热绝缘材料为多孔的。
此外，再次为了便于大规模生产并使所述受控气氛在整个面板上均匀，建议实施以下的任一项：
-在相同的受控气氛下，仅沿面板的外边缘，用单一密封件将袋、管状部件和插入(即放入的)柔性薄片的所述部件一起放置，
-或单独地在该受控气氛中放置每个所述袋，并通过柔性薄片的所述部件连接两个连续的袋，其将会围绕并将所述袋、所述管状部件和插入柔性薄片的所述部件粘结在一起。
在这两种情况下，柔性薄板将袋和管状部件粘结在一起，提供了整体结合和预期的热管理。
此外，已经建议管状部件包含与袋的热绝缘材料不同的多孔热绝缘材料。
该绝缘材料因此可由柔性的管状部件并且更刚性的袋制成。
现在，关于上述“组件”，其目的是促进设置和保持制成其的部件。
为此，已经建议该组件包括：
-具有全部或部分其特征的上述铰接面板；管状部件然后沿面板本身所围绕的轴线(A)具有超长度(L1-L2)，所述超长度具有超过袋的长度(L2)的长度，以及
-底部和盖部，每个都结合有或通过所述热绝缘材料加倍并且具有与所述超长度接合的凹拐角，以在凹拐角的位置接收它们，从而具有一个与外侧热绝缘的内部容积。
因此，绝缘将与生产和操作人机工程学相结合。
也涉及了包括以下的另一组件：
-因此具有全部或某些其特征的相同铰接面板，
-设置有外周壁并具有至少一个内部容积的至少一个结构，在所述内部容积存在以下的至少一个：
--在循环设备作用下能够在所述容积中循环的制冷流体或传热流体，
--用于储存和释放热能的元件，
--被保持在某一温度下的至少一个元件，和/或
--释放热量的至少一个元件，
-包含被安装在外围壁中或在所述外围壁周围的PCM的至少一层，
-横向地插入在所述外围壁和外围套筒之间的保持间隔件，这些突出部在彼此之间横向地和在外围壁周围界定敞开空间，在所述敞开空间中布置有铰接面板的袋，因此外围套筒在所述面板周围延伸。
因此，这将再次有助于安装和保持诸多部件，所述部件构成该组件并使绝缘与生产和操作人机工程学结合。
出于任何目的，已经规定的是，相变材料—或PCM—指能够在限制的温度范围内改变物理状态的任何材料。传热(或热传递)可以通过使用其潜热(LH)实现：该材料可以通过简单的状态变化来存储或传递能量，同时保持状态变化的基本恒定温度。
关于间隔件的实施例，出于已经提到的目的而提出了以下：
-间隔件为中空的并接收面板的管状部件，和/或，
-所述外围壁具有作为间隔件的外夹具，所述管状部件安装在所述外夹具上。
以上术语“套筒”包括在一端至少敞开的结构，诸如此后称为38的结构，以及形成壳体的结构，例如两个互补的半壳体。
优选地，保持突出部应该热绝缘，并为此应包括一个热绝缘材料层(其可以是VIP结构)。
如果有必要，在阅读以下通过非限制性示例并参照附图给出的描述后，将更好地理解本发明并且本发明的其它特征、细节和优点将进一步显而易见，其中：
-图1示意性地示出了经由管状部件或夹具的配合，用于绝缘的外围壁和外围绝缘袋之间的定位；
-图2和图3在横截面和在局部视图(在任一侧上延伸)中示意性地示出了绝缘袋的两种可能结构；
-图4到7示意性地示出了，再次沿所述袋的替代实施例的变化长度的局部条的横截面中，在这种情况下具有中间铰接部分，
-图8示意性地示出了图1所示解决方案的替代或增加，铰接面板处于封闭状态；
-图9示意性地示出了热绝缘材料的柔性内部结构；
-图10是一种被隔离的结构的外围绝缘的安装方案；
-以及图11示意性地示出了在刚性壁内的铰接面板的一部分。
特别地图1示出了被连续地聚集的诸多袋19，其一起限定一个铰接面板50，所述铰接面板50可：
-通常在操作状态下，自身闭合(如图所示)，因此例如被布置在壁5周围以被绝缘，
-并且，被基本展开平放，例如被存储并且处于可以是非操作的状态(参见图2到5)。
通过由柔性中间部分21两个两个地连接在一起，绝缘袋19彼此连续地跟随，在所述柔性中间部分21中两个连续袋可彼此铰接。
并且在内部或单独地由绕组55或凸出部分59所限定的管状部件(无论其横截面是否为圆形)被限定在两个铰接区域21之间。
图2、3示意性地示出了这些袋和中间部分21的有利实施例。因此，即使仅示出一个袋19，该模型仅需要在任一侧上被复制以继续结构，如图4到7的示例所示。
在这些优选实施例中可以看出，具有VIP结构的每个袋19必须包括：
-由热绝缘材料23制成的元件，其在这种情况下为多孔的，在该示例中考虑了真空下的放置，以及
-包含所述热绝缘的至少一个封闭的外罩壳37。
该外罩壳37可包括至少一个柔性或变形薄片49。
特别地考虑了以下两种情况：
a)所述柔性薄片49被密封(在袋周围热/化学地，在49a中)并且不渗透多孔材料23和空气(甚至水)，因此限定了一种在罩壳37中存在的空气间隙，所谓的真空绝缘面板(VIP)，如图2所示(其中薄片49也不渗透附连的PCM)，
b)或者第二热绝缘元件23与柔性薄片53一起被包含在第二封闭罩壳51内，所述柔性薄片53密封和不渗透多孔材料和空气(或甚至水)，因此限定了一种在第二罩壳中存在的空气间隙，所谓的真空绝缘面板(VIP)，如图3所示。
如图2、3、6和7示意地所示，至少一个第一元件或一个包含PCM的第一层15因此可被贴近热绝缘体23安装。
应该注意的是，包含一个或几个PCM的两个层15甚至可以(如图6和7所示)被安装在多孔材料23层的任一侧上，或甚至没有这种层，特别的如果其仅设置在通过面板50包装和保护的外围壁15中，如图1所示。
绝缘材料23可以是玻璃棉、聚氨酯或聚异氰脲酸酯泡沫，或甚至更有利地多孔热绝缘材料。
这种热绝缘23也可有利地包括纳米多孔材料(具有纳米结构，诸如二氧化硅粉末或气凝胶或其热解物，诸如二氧化硅气凝胶)，因此优选地被限制在一种不会允许任何水蒸气或气体通过的柔性薄片49或53中。所获得的VIP将被清空其所包含的空气，从而获得例如几毫巴的压力，然后可被密封。常规地，这种VIP的导热系数λ在大气压力并且在20℃下将是0.004/0.008W/m.K。真空下绝缘面板的使用应该允许仅用35毫米的绝缘材料实现热电阻R＝5m2.K/W。
以下是材料23的可能组成：80-85％的二氧化硅(SiO2)，15-20％的碳化硅(SiC)并且可能地5％的其它产品(粘合剂/填料)。0.4到3厘米的厚度(e)是可能的。这里可以应用的VIP和超级绝缘材料的示例此外分别在PCT/FR2014/050267和在WO2014060906中提供(多孔材料)。
在特别地由航空或汽车制造商可接受的容积和重量中，以上呈现的解决方案必须能够在大致6-10分钟后快速存储可用的热能，在其快速释放之前，通常几分钟(特别地小于2-3分钟)，保持所述能量12到15小时到发动机，例如在冷起动阶段。
VIP的柔性薄片49、53通常可被制成为多层膜的形式，所述多层膜包括聚合物薄膜(PE和PET)和例如以层压(约十微米厚度的薄片)或金属(几十纳米膜的真空沉积)形式的铝。在以上的情况b)中，其中存在双薄片：内53和外49，薄片49然而可因此仅是简单的聚合物膜，诸如0.05到0.2毫米厚的PE，该外薄片49的目的可仅是用于形成一种用于容纳/将被收集在一起的面板50的元件连接在一起的简单袋子。
还要注意的是，该/每个罩壳37、51通常可由被布置在至少该材料23的两侧上并被密封到它或外围地在49a一起的一个或两个薄片形成，并且在受控气氛下罩壳的整个外围上连续地这样。
不管是什么情况，其中在中间部分21，如图所示如果存在几个的话(或该薄片，如果其唯一)的位置处彼此直接接触的薄片的优点是可在部分21的位置利用其物理继续，该部分21用于间隔袋19以在其中产生铰接区域。
然而，所述柔性薄片的简单使用将在因此连接的两个连续袋19之间产生热绝缘的不连续性。
然而，在某些情况下，中间部分21可具有在热桥方面更棘手的有效表面；但也可以将面板50或套筒47放置支撑，例如相对其环境将其正确地放置。
更是在这些情况下，可以发现益处，因为一种在内部由绕组55或凸出部分59所限定的管状部件54(无论其横截面是否为圆形)被限定在两个铰接区域21之间(每个由彼此抵靠应用的上述柔性薄片形成)，每个区域本身在一侧侧向地连接到所涉及的袋19，这在链中以规则或不规则方式，如图1和5到7所示。
每个绕组55将有利地是一种被制成为覆盖层的热绝缘体。一种诸如二氧化硅气凝胶的纳米结构或纳米多孔材料可很合适。例如，它可以是一种由公司ISOLProducts提出的SIAP(大气压力下的超级绝缘)，被称为
Figure BDA0001621856070000061
的覆盖层柔性产品，其具有导热系数：在大气压力和在20℃下，λ＝0.0044到0.021W/m.K。
此外，每个元件55、59也将有利地被包装在上述柔性薄片中(以保持VIP结构)。此外或替代地，收集两个连续袋19的该或这些前述柔性薄片将因此直接地或通过插入PCM层15，包装多孔热绝缘材料57，其优选地与该或每个袋的热绝缘材料23不同。
绕组55和凸出部分59将有利地具有凸出外表面。这可因此特别地允许支撑抵靠在围绕所述外围壁5局部地形成的互补外部定位支撑表面61上，或所附盖部和/或底部71、73的边缘上，这些表面61为凹面的，因此每个都是夹具的形式，如果部分59和/或包装的绕组55向外凸出，如图8示意性地示出。
外表面61还可特别地位于凹面或凸出拐角区域(参见附图)，然后在保持或定位方向中将铰接和机械紧固结合起来。凸面球形或圆柱形形状应该有用，但例如一种包括具有矩形横截面的支柱的形状也是可能的。
平行于铰接面板50所缠绕的轴线A，具有结构55或59的凸出部分54再次具有与袋19的第二长度L2相比更大的第一长度L1，因此凸出部分具有超长度69。
这对于与底部71和/或盖部73的配合可很有用，在这种情况下与被放置在一侧上的凹面(或中空)拐角61一起，在这些超长度的末端，平行于其通常的延伸方向A，在这种情况下用于在这些凹面角61的位置接收它们，从而获得一个与外侧热绝缘的内部容积77，并且其中，例如已放置一个被热绝缘的具有外围壁5的结构3(诸如蓄电池或药盒)。
单独地，底部71和/或盖部73将每个都结合或通过热绝缘体23加倍，优选地以受控气氛下袋19的形式。
这种解决方案很轻，易于组装/拆卸，并且热效率。
在具有绕组55的解决方案和在具有凸出部分59的解决方案中，中间部分21不完全地热绝缘。
然而，可期望将在袋19之间的铰接功能和不具有或具有很少热桥的热绝缘的铰接功能结合起来，解决方案注意到了关于定位或相关机械紧固的这些问题，所述解决方案的原理在图4中示意性地示出。然而，在中间部分21所处的位置，图4中的阐述必须设想与绕组55或凸出部分59一起，即使它们没有示出。
在图4中，中间部分21由具有热绝缘材料81的至少一个结构79限定(优选地多孔，以便结合在整体VIP结构中)，在所述两个袋之间提供了热绝缘的连续性。材料81可与多孔热绝缘材料57等同，由于它将有利地柔性以实现所需的铰接。
在图4的示例中，沿罩壳37的柔性薄片49之间厚度延伸的每个柔性结构79的多孔材料81(在这种情况下，以板的形式)在填充该袋19的多孔热绝缘材料23中被中断。然而，可在其内存在连续性。
因为它们与浸渍织物相比更厚，如超过2.5到3倍厚，并且例如在块中形成，如图所示，具有热绝缘材料23的袋19通常会与柔性铰接结构79或具有结构55或59的凸起部分相比更刚性。
因此，由此形成的面板50获得其VIP结构，在部分真空下，在多孔材料23、81的层或板已被密封的柔性薄片49封装后，当然将用密封形成这种真空。并且沿整个边缘连续的该密封优选地在49a对于相同面板50来说是唯一的，假设优选地不存在定位有中间部分21的密封。由所有组件19、55和59、21共享的一个和相同真空然后将使罩壳49或51本身变平。
如图9示意性地示出，为生产结构79甚至55/59，可使用一种浸渍有气凝胶81的由几毫米厚的聚合物网制成的柔性支撑，例如二氧化硅，或其热解物(热解气凝胶，指定了所述替代热解物适用于本说明书的每种情况，其中涉及一种多孔热绝缘材料)。柔性支撑件83将有利地由一种粗纬纱(例如，有机或无机纺织或非纺织织物)形成，诸如浸渍有楔入在纤维之间的气凝胶绝缘颗粒(例如，分馏精细单片)的聚酯或聚酰胺，其将允许保持足够的柔性。
对于该记录，具有纳米多孔气凝胶或其热解物作为芯体材料的诸如以上50提出的绝缘结构，可在2到5到10-3Pa的内部压力下具有低于10mW.m-1.K-1的导热系数。袋内或甚至部分21内的负压对于VIP可以通常是10-2到10-3Pa。
关于图2、3、6和7(其明显地不需要这样)，如前所述，也会注意到，具有VIP结构的至少一些袋和/或具有中间部分的区域可包含至少一个PCM。
如果存在两个这种材料层，在两层都存在的位置，第二层将被布置在第一层周围，材料23插入在两者之间。将因此可能对于过冷或热的外部温度布置成轻微地干扰被保护的内部容积77。第一层可以被限定以校平在该容积中的温度变化。第一层将具有第一温度，其在所述第一温度下它改变状态，第二层具有不同的第二温度。
如果仅存在一个这种材料15的层，它将因此有利地被选定的热绝缘材料层所围绕。
还应该注意的是，袋19不必严格地平坦。因此，曲线形状是可能的，并且可通过相对于另一侧上薄片的长度缩短一侧上罩壳37的薄片长度来实现。一旦被密封，袋将会在所施加的机械应力作用下自然地弯曲。
如在图1的情况下，除了在诸如存储-交换器上的单元之外的应用在图10中示意性地示出，其示出了元件100的外侧向调节，所述元件100可以是一种包含内交换腔室77的热交换器。在用于循环液体的设备11的作用下，其可包括泵和/或风扇，第一制冷或传热流体9a(诸如被冷却的液体)可以与第二流体9b(诸如空气)的热交换关系在内部容积7内循环，在这种情况下热交换器100，其中这两种流体不混合。虚线示出了它们从交换器中流出，通常流入到元件100外部的回路(例如，用于冷却车辆中液压流体的回路)。
额外的保持间隔件或固定突出部22a、22b，在这种情况下与元件100的外围侧壁5固定在一起，在彼此之间两个两个地、横向地和在外围壁周围划定诸多敞开空间24，其中面板50和具有VIP结构的袋19安装在一起，所述袋每个都包括至少一个多孔热绝缘元件23。
包含PCM的层可被布置在壁5本身的外围狭槽中，或在该壁的周围；通常在袋19中，由于双PCM/绝缘体层，更容易实施并且具有增加的热效率。
稳定承载材料23的每个由一个所述管状部分549形成的拐角60可以补充保持突出部22a、22b，以适当地稳定外围侧壁5周围的袋19。
因此，所述管状部分可形成这些间隔件的至少一部分，其适于保存一个用于容纳袋19的空间。
套筒38(包括一个或多个部件)在间隔件和具有VIP结构的热绝缘元件23周围紧密地延伸，从而在空间24中保持这些。
图11旨在示意性地示出了铰接面板50可被结合到部件87的壁85内这一事实。
壁85可由塑料制成，并且面板50可通过模制嵌入在该壁中。
特别地，在插入在两个袋19之间的拐角处可发现所述管状部分54。
铰接该面板50的能力使得很容易将其放置在模具中。

Claims (11)

1.一种可自身闭合的铰接面板，其包括结合为一体的单件，一系列袋，
-该袋内具有一种压力小于105Pa的气氛以及具有不同于空气的低于26mW/m.K导热系数的气体气氛，
-所述一系列袋中的袋单独地包含至少一个多孔热绝缘材料，以及
-所述一系列袋中的袋通过柔性中间铰接部分纵向地连接在一起，其中，一系列袋中的两个连续的袋可以彼此相对铰接；
其特征在于，至少一些中间铰接部分包括：
-由热绝缘绕组或由凸出部分限定的管状部件，其在所述气氛下的管状室中封闭热绝缘材料，以及
-至少一个阻气性柔性薄片的两个部件，每个部件纵向地插入在所述管状部件和所述一系列袋的袋之间。
2.根据权利要求1所述的铰接面板，其中，所述袋和管状部件在真空下，并且其中包含的所述热绝缘材料为多孔的。
3.根据权利要求1所述的铰接面板，其中，所述袋、所述管状部件以及插入在一个所述管状部件和一个所述袋之间的至少一个所述阻气性柔性薄片的所述部件与仅在面板外周边的单一密封一起处于相同的气氛下。
4.根据权利要求1所述的铰接面板，其中，所述袋单独地在所述气氛下，并且两个连续袋通过至少一个所述阻气性柔性薄片的所述部件连接，至少一个所述阻气性柔性薄片围绕和将所述袋、所述管状部件和至少一个所述阻气性柔性薄片的插入的部件粘合在一起。
5.根据权利要求1所述的铰接面板，其中，所述管状部件中所包含的热绝缘材料不同于所述袋的热绝缘材料。
6.一种热绝缘组件，包括：
-权利要求1至5中任一权利要求所述的铰接面板，其中，所述管状部件沿面板本身缠绕的轴线具有超长度，所述超长度具有一个超过袋的长度(L2)的长度，以及
-底部和盖部，每个都结合有所述热绝缘材料或通过所述热绝缘材料加衬，并且具有与所述超长度接合的凹拐角，以在所述凹拐角的位置接收它们，从而具有一个与外侧热绝缘的内部容积。
7.一种热绝缘组件，包括：
-权利要求1到5之一的铰接面板，
-设置有长形外围壁和多个保持间隔件或保持突出部的至少一个结构，所述至少一个结构具有至少一个内部容积，在所述内部容积中包含以下的至少一个：
--能够在循环设备的作用下在所述至少一个内部容积中循环的制冷或传热流体，
--被保持在一定温度下的至少一个元件，
--释放热量的至少一个元件，
-外围套筒，以及
其中，所述多个保持间隔件或保持突出部包括连续地外围地设置外围壁的两个连续部分之间以及外围地界定彼此的敞开空间之间的至少第一保持间隔件或保持突出部以及第二保持间隔件或保持突出部，在所述敞开空间中布置有至少一个所述的袋，以及其中组件还包括相变材料，该相变材料设置在敞开空间前面的外围壁内或者所述敞开空间内所述外围壁周围。
8.根据权利要求7所述的热绝缘组件，其中，所述至少第一保持间隔件或保持突出部以及第二保持间隔件或保持突出部与所述外围壁通过配合形状固定在一起。
9.根据权利要求7或8所述的热绝缘组件，包括如权利要求1所述的铰接面板，其中至少第一保持间隔件或保持突出部以及第二保持间隔件或保持突出部具有凹面，该凹面界定槽，接收铰接面板的各个管状部件。
10.根据权利要求7或8所述的热绝缘组件，其中，外围壁和所述至少第一保持间隔件或保持突出部以及第二保持间隔件或保持突出部结合为一体的单件。
11.根据权利要求7或8所述的热绝缘组件，其中，在所述敞开空间中，包含相变材料的至少一个层被插入在至少一个所述袋和所述外围壁之间。
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