CZ303509B6 - Izolacní prostredek se smerovými tepelnými vlastnostmi - Google Patents

Abstract

Rešení se týká izolacního prostredku se smerovými tepelnými vlastnostmi, izolujícího vzhledem k venkovnímu prostoru (2), který je tvorený vícevrstvým izolacním plošným útvarem (1). Alespon jedna vrstva (13, 15) izolacního prostredku obsahuje prvky pro vedení svetla. Vrstva (14) izolacního prostredku odvrácená od venkovního prostoru (2) tvorí absorbér (5) obsahující absorpcní látku absorbující s minimálními ztrátami zárení o vlnových délkách náležejících svetelnému spektru.

Description

Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi

Oblast techniky

Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi, izolující vzhledem k venkovnímu prostoru a tvořený vícevrstvým izolačním plošným útvarem, přičemž alespoň jedna jeho vrstva obsahuje prvky pro vedení světla.

Dosavadní stav techniky

Obvodové zdi budov, nebo například svrchní zimní oblečení, tvoří tepelný izolační prostředek, jehož účelem je bránit přestupu tepla z uzavřeného prostoru směrem ven. Vnitřním zdrojem tepla je v těchto případech vytápění domu, nebo látková přeměna v živých tkáních - metabolismus. Zdrojem určitého množství tepla, které ohřívá vnitřní prostor, je sluneční záření, které na vnější plochu izolačního rozhraní dopadá. Izolační prostředek, například obvodová zeď budovy, nebo vrstva oblečení, toto záření absorbuje, energie světelného záření se v něm mění na tepelnou energii, přičemž je část tepla vyzařována do vnitřního prostoru.

Standardně používané materiály izolačních prostředků a jejich uspořádání mají různé tepelné vlastnosti především z hlediska přestupu tepla vedením. Absorbované teplo je však v tomto případě izolačním prostředkem vyzařováno všemi směry, přičemž teplo vyzářené směrem ven do venkovního prostoru, je z hlediska jeho využití ve vnitřním prostoru ztrátovým teplem.

Z mnoha důvodů by byla velmi žádoucí směrová schopnost tepelné izolace, čili schopnost izolační stěny vytvořit v tepelném toku funkci zpětného (jednosměrného) ventilu, v jehož důsledku by se přestup tepla stěnou v jednom směru podstatně lišil od přestupu tepla ve směru opačném. Využitelnost takových izolačních prostředků tepelné izolace se týká například tepelné izolace mezi povrchem lidského těla a okolím, nebo mezi vnitřním prostorem budovy a okolím v období nízkých venkovních teplot za denního světla.

Spis JP 60042592 popisuje těleso k vedení tepla tvořené svislou dutou stěnou obsahující dvě teplo vodivé povrchové desky, přičemž úzká dutina mezi nimi je vytvořena z izolačního materiálu. Dutina je rozdělena do množství buněk, které jsou odděleny šikmými rovnoběžnými přepážkami svažujícími se pod stejným úhlem od jedné svislé desky ke druhé. Každá buňka obsahuje v ní uzavřené množství pracovní kapaliny, které je podstatně menší, než vnitřní objem buňky. Kapalina se tedy nachází v nej nižší části buněk, přičemž jev každé buňce ve styku s vnitřním povrchem první desky a nižší částí šikmé přepážky.

V tomto uspořádání směřuje tepelný šok směrem od prostoru A, v němž na venkovní stranu první desky dopadají světelné (sluneční) paprsky, do média B sousedícího s vnějším povrchem druhé desky. Tepelný tok neproudí v případě, že je venkovní stěna ve styku s prostorem A chladnější, než médium B. Tedy tepelný tok může proudit jen tehdy, když je stěna, která je ve styku s prostorem A ohřívána nad teplotu dostatečnou pro odpařování pracovní kapaliny, která je s první deskou ve styku, přičemž druhá deska je v každé buňce vždy nad hladinou pracovní kapaliny, která na ní vzhledem k její nižší teplotě kondenzuje. Toto zařízení je však složité, jeho spolehlivost záleží na určitém stanoveném množství kapaliny v jednotlivých buňkách, tedy na těsnosti buněk atd.

Je všeobecně známá schopnost vedení světla optickými vlákny a navíc možnost soustředit svazek množství světelných paprsků pomocí optického prostředku do jednoho optického vlákna, což uvádí například spisy US 7 295 372 B2, US 2004076375 Al aj.

- 1 CZ 303509 B6

Cílem vynálezu je vytvořit izolační přepážku, která by se vyznačovala rozdílnou schopností přestupu tepla v jednom a druhém směru, její funkce by byla dlouhodobě stabilní, přičemž by nevyžadovala velkých pořizovacích nákladů.

Podstata vynálezu

Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi tvořený vícevrstvým izolačním plošným útvarem, přičemž alespoň jedna jeho vrstva obsahuje prvky pro vedení světla, jehož podstatou je to, že vrstva izolačního prostředku odvrácená od venkovního prostoru tvoří absorbér obsahující absorpční látku absorbující s minimálními ztrátami záření o vlnových délkách náležejících světelnému spektru.

Prvky pro vedení světla jsou schopné odvádět energii dopadajícího záření do vnitřního prostoru izolačního materiálu a tam ji předávat absorpční látce.

Proto je výhodné, když je vrstva obsahující prvky pro vedení světla přilehlá k venkovnímu prostoru, přičemž prvky pro vedení světla jsou vodivě spojeny s vrstvou tvořící absorbér.

Výhodné je také, když je absorpční látkou uhlíková čerň. Tento materiál je cenově dostupný, navíc lze jeho částečky implantovat do příslušné vrstvy materiálu v dostatečné hustotě a vytvořit tak účinný absorbér.

Rovněž je výhodné, když plocha izolačního prostředku přivrácená k venkovnímu prostoru je opatřena optickými prostředky pro soustřeďování energie dopadajícího světelného záření do prvků pro vedení světla. Přitom je zvláště výhodné, když prvky pro vedení světla jsou světlovody tvořené svazky optických vláken.

Takovými optickými prostředky mohou být Čočky, z nichž každá tvoří relativně velkoplošný fokusační sběrač svádějící svazek paprsků vždy trychtýřovitým zahloubením do jednoho světlovodu o malém průřezu, kterým je soustředěná světelná energie přiváděna do absorbéru a zde přeměňována na teplo a ukládána.

Výhodné je, když vrstva přilehlá k venkovnímu prostoru obsahuje další tepelně izolující materiál bránící vedení a absorpci tepla. Při vysokém fokusacním poměru zbývá v této vrstvě relativně velký prostor mezi prvky pro vedení světla, který lze s výhodou vyplnit izolačním materiálem s minimální tepelnou vodivostí.

Přehled obrázků na výkrese

Izolační prostředek podle vynálezu je schématicky znázorněn na výkrese, kde značí obr. 1 podélný řez izolačním prostředkem, jehož jedna vrstva je tvořena pouze absorbérem a druhá vrstva obsahuje v příkladném provedení množství rovnoběžně uspořádaných optických vláken zasahujících svou délkou do absorbéru, která jsou uložena ve vrstvě tvořené dalším tepelně izolujícím materiálem a obr. 2 podélný rez izolačním prostředkem, jehož jedna vnější plocha je pokryta optickými čočkami na něž navazují trychtýřovité koncentrační prostory, z nichž vycházejí světlovody uložené v absorbéru.

Příklady provedení vynálezu

Izolační prostředek podle vynálezu je tvořen dvouvrstvým plošným útvarem i, jehož první vnější plocha 11 je určena pro instalaci směrem do prostoru 2, z něhož přichází zpracovávané zařízení ajeho druhá vnější plocha ]_2 je určena pro montáž směrem do prostoru 3, který má být izolován.

. ? „

V provedení podle obr. 1 je ve vrstvě 13 plošného útvaru 1 přilehlé k první vnější ploše JJ. kolmo na plochu 11 uspořádáno maximální možné množství x optických vláken 4. Obecně jsou optická vlákna 4 uspořádána ve směru od první vnější plochy 11 do vrstvy 14 přilehlé ke druhé vnější ploše 12 tvořené absorbérem 5. Optická vlákna 4 jsou s absorbérem 5 vodivě spojena. Z hlediska poměru objemu vrstvy J3 a množství optických vláken 4 může být výhodné, jsou-li optická vlákna 4 rovnoběžná. První vnější plocha JJ je tvořena asi z 80 % čely optických vláken 4. Zbytek vrstvy 13 zaujímá obecně jiný izolační materiál nevhodný pro vedení a absorpci světelného záření.

V provedení podle obr. 2 je první vnější plocha 11 pokryta optickými Čočkami 111, na něž směrem do izolačního prostředku navazují trychtýřovité prostory 112, v jejichž vrcholech se nacházejí optická ohniska 1111 čoček 111 a vstupy do světlovodů 6. Vrstva 15 přilehlá k první vnější ploše 11 má tloušťku rovnající se alespoň hloubce trychtýřovitých prostorů 112, přičemž zbytek vrstvy 15 zaujímá obecně jiný izolační materiál nevhodný pro vedení a absorpci světelného záření. Světlovod 6 je v příkladném provedení tvořen svazkem optických vláken 4, přičemž je vodivě uložen v absorbéru 5. Vrstva 14 plošného útvaru 1 přilehlá ke druhé vnější ploše 12 tvoří absorbér 5, přičemž světlovody 6 prochází absorbérem 5, se kterým jsou vodivě spojeny.

Absorbér 5 obsahuje uhlíkovou čerň, která má velmi dobré tepelné absorpční vlastnosti.

Světelné záření dopadající na první vnější plochu JJ. izolačního prostředkuje v provedení podle obr. 1 vedeno známým způsobem s minimálními ztrátami optickými vlákny 4 a je pohlcováno absorpčními částicemi absorbéru 5, v němž se světelná energie přeměňuje na teplo a absorbér 5 se ohřívá.

Provedení podle obr. 2 se liší v tom, že určitý svazek dopadajících světelných paprsků odpovídající průměru čočky 111 je soustředěn za Čočkou 111 do jejího ohniska 1111, z něhož se vede relativně velké množství okamžité energie světelného záření světlovodem 6 o průřezu podstatné menším, než je průměr čočky 111. Energie světelného záření je potom pohlcována absorbérem 5 a přeměněna na teplo. Hodnota poměru plochy čočky 111 a příčného průřezu světlovodů 6 je charakterizována tzv. fokusačním poměrem.

Černý absorbér 5 vyzařuje pouze infračervené záření, které sklo nevede a které tudíž optická vlákna 4 nejsou schopna odvádět. Od první vnější plochy 11 je absorbér 5 oddělen vrstvou 13, resp. 15, které jsou vyplněny izolačním materiálem nevhodným pro vedení a absorpci světelného záření. Teplo se tedy z absorbéru 5 vyzařuje pouze neizolovanou vyzařovací plochou 12 do temperovaného vnitřního prostoru 3.

Izolační prostředek podle vynálezu tak tvoří rozhraní mezi dvěma prostory, které umožňuje prakticky pouze jednosměrné předávání tepla. To je zásadní výhodou řešení podle vynálezu. Je zřejmé, že přestup tepla z absorbéru 5 se děje jen ve směru z vyzařovací druhé vnější plochy 12 do vnitřního prostoru 3, tedy energie tepelného toku vystupující z plochy 12 je přibližně stejná, jako energie světelného záření vstupující do izolačního prostředku první vnější plochou 11. Naopak v opačném směruje vyzařování tepla z absorbéru 5 směrem k první vnější ploše JI znemožněno vrstvou nepropouštějící infračervené záření a tepelný tok vystupující první vnější plochou 11 směrem do venkovního prostoru 2 je tudíž zanedbatelný.

Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi podle vynálezu podstatným způsobem zlepšuje tepelnou bilanci izolovaného prostoru například ve stavebnictví, zvláště k izolaci venkovních zdí budov. Přitom lze vytvořit takový izolační prostředek na bázi textilie, jejíž ohebnost umožňuje využít jej jako součást oděvů absorbujících energii dopadajícího světelného záření k tepelné ochraně člověka například v polárních podmínkách. Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi je využitelný i v průmyslových provozech s vysokou emisí tepla, jakými

- j CZ 303509 B6 jsou například slévárny nebo hutě, kde jím lze odvést nežádoucí přebytek tepla z uzavřeného prostoru do okolí. Lze jej také využít pro detekci množství dopadajícího světelného záření.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Izolační prostředek se směrovými tepelnými vlastnostmi, izolující vzhledem k venkovnímu prostoru (2) a tvořený vícevrstvým izolačním plošným útvarem (1), přičemž alespoň jedna jeho vrstva (13, 15) obsahuje prvky pro vedení světla, vyznačující se tím, že vrstva (14) izolačního prostředku odvrácená od venkovního prostoru (2) tvoří absorbér (5) obsahující absorpční látku absorbující s minimálními ztrátami záření o vlnových délkách náležejících světelnému spektru.
2. 2. Izolační prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva (13, 15) obsahující prvky pro vedení světlaje přilehlá k venkovnímu prostoru (2), přičemž prvky pro vedení světla jsou vodivě spojeny s vrstvou (14) tvořící absorbér (5).
3. 3. Izolační prostředek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že absorpční látkou je uhlíková čerň.
4. 4. Izolační prostředek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že plocha (11) izolačního prostředku přivrácená k venkovnímu prostoru (2) je opatřena optickými prostředky pro soustřeďování energie dopadajícího světelného záření do prvků pro vedení světla.
5. 5. Izolační prostředek podle nároku 4, vyznačující se tím, že prvky pro vedení světla obsahují trychtýřovitá zahloubení (112) a světlovody (6) tvořené svazky optických vláken.
6. 6. Izolační prostředek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vrstva (13, 15) přilehlá k venkovnímu prostoru (2) obsahuje tepelně izolující materiál bránící vedení a absorpci tepla.