PL183680B1

PL183680B1 - Thermally insulating board

Info

Publication number: PL183680B1
Application number: PL96349119A
Authority: PL
Inventors: Mariusz Paszkowski
Original assignee: Cnt Sp Z Oo
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2002-06-28

Abstract

1. The thermo-insulating board has a structure of a multi-layer package of materials with thermo-insulating properties. It consists of at least two material layers, separated with a gap, hermetically closed at the board edges. The neighbouring surfaces of material layers are covered with a coat, made of a gas-proof material with a high reflection coefficient. The material layers are kept at a constant distance by means of distancing elements, consisting of meshed protrusions and recesses in both neighbouring material layers, separated with a slit. Between the tops of protruding elements of both material layers, there is a tension element in the form of a net made of a highly resistant fibre, especially aramid fibre, or in the form of a foil or a fibre net embedded in a foil. Moreover, the board is equipped with a suction stub pipe, hermetically connected with the coating. The pipe is lead out through the material layer and terminated with a cut-off element. High vacuum is maintained in the gap between the material surfaces. Characterized in that: It has rims, which form the lap (6), made of the material layer (1) and ended with the recess (4). The lap (6) has a concave surface, with respect to the middle surface, while the foil tension element (5) is hermetically fixed to the front surface (7) of the lap (6) and separately to each top of the protruding sections (3) inside the board.

Description

Przedmiotem wynalazku jest płaska termoizolacyjna płyta o bardzo niskim współczynniku przenikania ciepła. Podstawowymi dziedzinami jej wykorzystania jest budownictwo, energetyka i chłodnictwo. Rozwiązanie płyty może być również stosowane do termicznej izolacji różnych urządzeń technologicznych, zwłaszcza w izotermicznych zbiornikach stacjonarnych i transportowych, a także w sprzęcie przenośnym, na przykład w lodówkach, zamrażarkach, skrzyniach samochodów i wagonów-chłodni.The subject of the invention is a flat, heat-insulating plate with a very low heat transfer coefficient. The basic areas of its use are construction, energy and cooling. The plate solution can also be used for thermal insulation of various technological devices, especially in isothermal stationary and transport tanks, as well as in portable equipment, for example in refrigerators, freezers, car crates and refrigerated wagons.

Znane są rozwiązania płyt mających budowę wielowarstwowego pakietu materiałów o właściwościach termoizolacyjnych, w którym warstwy materiałowe bezpośrednio nie stykają się ze sobą, przedzielone są szczeliną lub szczelinami powietrznymi. W celu ograniczenia promieniowania cieplnego powierzchnie warstw materiałowych wydzielających szczelinę powietrzną pokryte są powłokami z materiału o wysokim współczynniku odbicia.There are known solutions of panels having a multilayer package of materials with thermal insulation properties, in which the material layers do not come into direct contact with each other, and are separated by an air gap or gaps. In order to reduce thermal radiation, the surfaces of the material layers which define the air gap are covered with coatings made of a material with a high reflectance.

Jedno z takich rozwiązań przedstawione jest w polskim opisie patentowym nr 155 160. Warstwy materiałowe płyty ustalone są sztywno w odstępach względem siebie przez zespół dystansowy złożony z wielu rozstawionych na powierzchni łączników. W rozwiązaniu takim ciepło transportowane jest przez, szczeliny powietrzne na drodze konwekcji przewodnictwa ośrodka gazowego i promieniowania, a ponadto istotny strumień ciepła przenika przez konstrukcję łączników.One of such solutions is presented in the Polish patent specification No. 155,160. The material layers of the plate are rigidly spaced apart from each other by a spacer unit composed of many spaced connectors. In such a solution, heat is transported through the air gaps by convection of the conductivity of the gas medium and radiation, and moreover, a significant heat flux penetrates through the structure of the connectors.

Najwyższe parametry termoizolacyjności wykazują elementy, w których droga transportu ciepła przedzielona jest szczeliną próżniową oraz której ścianki pokryte są metalem o znacznym współczynniku odbicia, przykładowo powłoką srebrną lub glinową.The highest thermal insulation parameters are demonstrated by elements in which the heat transport path is separated by a vacuum gap and whose walls are covered with a metal with a significant reflectance, for example silver or aluminum coating.

183 680183 680

Stosowanie tej zasady konstrukcyjnej ograniczone jest przez znaczne parcie ciśnienia atmosferycznego na ścianki szczeliny próżniowej. Dlatego dotychczas znane rozwiązania ze szczeliną próżniową mają kształt współosiowych brył obrotowych, najbardziej wytrzymałych na parcie ciśnienia atmosferycznego. Wykonanie płaskiego, panelowego elementu termoizolacyjnego ze szczeliną próżniową wymaga zastosowania rozpierających zespołów dystansowych, rozmieszczonych między ściankami warstw materiałowych. Dla płyt o praktycznie wymaganych wymiarach trudność techniczna wynika z faktu, że sumaryczny przekrój zespołów dystansowych - wykonanych według znanych rozwiązań technicznych oraz zapewniających zdolność przenoszenia nacisku 10 kN/m² - musi stanowić istotnie duży procent ogólnej powierzchni. W wyniku tego zespoły dystansowe przenosiłyby drogą kondukcji znaczny strumień ciepła, radykalnie pogarszając termoizolacyjność płyty i przekreślając sens stosowania szczeliny próżniowej w płytach.The application of this construction principle is limited by the considerable atmospheric pressure exerted on the walls of the vacuum gap. Therefore, the hitherto known solutions with a vacuum gap have the shape of coaxial revolving solids, the most resistant to atmospheric pressure. The implementation of a flat, panel thermal insulation element with a vacuum gap requires the use of expanding distance units, arranged between the walls of material layers. For boards with practically required dimensions, the technical difficulty results from the fact that the total cross-section of the distance units - made according to known technical solutions and ensuring a pressure transfer capacity of 10 kN / m ² - must constitute a significant percentage of the total area. As a result, the distance units would transfer a significant heat flux by conduction, radically worsening the thermal insulation of the board and canceling the sense of using a vacuum gap in the boards.

Znane są rozwiązania płyt termoizolacyjnych, których idea opiera się na przyjętym założeniu. że konstrukcja zespołu dystansowego zapewnić ma konwersję sił ściskających na siły rozciągające z wykorzystaniem układu podobnego do wiszącego mostu. Nośność wynikająca z wytrzymałości na rozciąganie elementów cięgnowych zależy wyłącznie od najmniejszego przekroju poprzecznego a praktycznie nie zależy od długości. Uwarunkowania te są zgodne z działaniami powodującymi zredukowanie strumienia ciepła przepływającego przez dany element - zmniejszenie przekroju poprzecznego i wydłużenie drogi przepływu ciepła.There are known solutions for thermal insulation boards, the idea of which is based on an adopted assumption. that the design of the spacer unit is to convert the compressive forces into tensile forces using an arrangement similar to a suspension bridge. The tensile strength of the tension members depends solely on the smallest cross-section and is practically independent of the length. These conditions are consistent with the actions leading to the reduction of the heat flux flowing through a given element - reducing the cross-section and extending the heat flow path.

W znanej z opisu patentowego US 5 271 980 płycie termoizolacyjnej szczelina między warstwami materiałowymi utrzymywana jest przez zespoły dystansowe. Zespoły te mają postać zazębiających się ze sobą występów i wnęk, wykonanych na obu sąsiadujących powierzchniach warstw materiałowych, oddzielonych szczeliną przez element cięgnowy naprężony zygzakowato między wierzchołkami występów obu warstw. Element cięgnowy ma postać siatki z wysokowytrzymałego włókna, folii lub siatki włókien zatopionych w folii. Płyta wyposażona jest w króciec ssący, szczelnie wyprowadzony przez warstwę materiałową na zewnątrz i zakończony elementem odcinającym, przez który w szczelinie wytwarzana jest próżnia.In the heat-insulating plate known from US 5,271,980, the gap between the material layers is held by spacers. These assemblies are in the form of overlapping projections and recesses made on both adjacent surfaces of the material layers, separated by a slit by a tensile element under a zig-zag tension between the peaks of the projections of both layers. The tension element is in the form of a high-strength fiber mesh, foil or mesh of fibers embedded in the foil. The plate is equipped with a suction nozzle, led tightly through the material layer to the outside and ended with a cut-off element, through which a vacuum is generated in the gap.

Podobne rozwiązanie przedstawia opis patentowy US 4 317 854. Zespół dystansowy również wykorzystuje element cięgnowy, utwierdzony na brzegach płyty i naprężony w szczelinie między warstwami oddziaływaniem próżni, opierając się przemiennie na wierzchołkach uzębienia powierzchni obu warstw materiałowych.A similar solution is presented in US Patent 4,317,854. The spacer unit also uses a tensile element fixed on the edges of the plate and tensioned in the gap between the layers under the influence of a vacuum, alternately resting on the toothing tips of the surfaces of both material layers.

W obu opisanych rozwiązaniach warstwy materiałowe i element cięgnowy są na obrzeżach płyt zwarte ze sobą i szczelnie połączone przez sklejanie lub zgrzanie - co w warunkach składania płyt w większe powierzchnie izolowane stanowi strefy mostków cieplnych czyli zwiększonego przepływu ciepła.In both of the described solutions, the material layers and the tension element on the periphery of the panels are tightly joined together by gluing or welding - which in the conditions of folding the panels into larger insulated surfaces constitute zones of thermal bridges, i.e. increased heat flow.

W jeszcze innym rozwiązaniu według opisu patentowego US 5 011 729 płytę tworzą dwie elastyczne powłoki zewnętrzne, utrzymywane w odstępie próżniowej szczeliny przez zespół dystansowy, który stanowi sztywny szkielet o konstrukcji układu kratowego. Siły parcia oddziaływujące na powłoki przenoszone są przez poprzeczne kolumny o zakończeniach półkulistych. W celu ograniczenia przepływu ciepła przez kolumny wykonane są one z dwóch elementów osiowo stykających się za pośrednictwem szklanej kulki. Zestaw kolumny utrzymywany jest w położeniu współosiowym przez zewnętrzne tulejki centrujące. Brzegi płyty wyznaczone konstrukcją szkieletu mają ścianki prostopadłe do płaszczyzny płyty.In yet another solution according to US 5,011,729, the plate consists of two flexible outer shells, held at the distance of the vacuum gap by a spacer unit, which is a rigid framework with a lattice structure. The thrust forces acting on the coatings are transferred by transverse columns with hemispherical ends. In order to limit the heat flow through the columns, they are made of two elements in axial contact via a glass ball. The column assembly is held in alignment by outer centering sleeves. The edges of the slab, defined by the skeleton structure, have walls perpendicular to the slab plane.

Płyta termoizolacyjna według wynalazku również ma budowę wielowarstwowego pakietu z materiałów o właściwościach termoizolacyjnych i złożona jest z co najmniej dwóch warstw materiałowych oddzielonych szczeliną, zamkniętą szczelnie na obrzeżach płyty zaś sąsiadujące powierzchnie warstw materiałowych pokryte są powłoką z materiału gazoszczelnego o wysokim współczynniku odbicia a warstwy materiałowe ustalone są względem siebie poprzez zespoły dystansowe. Zazębione ze sobą występy i wnęki wykonane na obu sąsiadujących powierzchniach warstw materiałowych i są oddzielone szczeliną. Między wierzchołkami występów obu warstw materiałowych usytuowany jest zygzakowato element cięgnowy, mający postać siatki z wysokowytrzymałego włókna, zwłaszcza aramidowego, folii lub siatki włókien zatopionych w folii a ponadto płyta wyposażona jest w króciec ssący, szczelnie połączo4The thermal insulation board according to the invention also has the structure of a multilayer package made of materials with thermal insulation properties and consists of at least two material layers separated by a gap, sealed tightly at the edges of the board, and the adjacent surfaces of the material layers are covered with a coating of gas-tight material with high reflectance, and the material layers are fixed they are relative to each other through distance bands. The meshing projections and recesses are made on both adjacent surfaces of the material layers and are separated by a gap. Between the peaks of the projections of both material layers, there is a zigzag-like tension element, in the form of a mesh made of high-strength fiber, especially aramid, a foil or a mesh of fibers embedded in the foil, and the plate is equipped with a suction nozzle, tightly connected

183 680 ny z powłoką, wyprowadzony przez warstwę materiałową na zewnątrz i zakończony elementem zamykającym. W zamkniętej obrzeżami szczelinie między warstwami materiałowymi wytworzona jest wysoka próżnia.183 680 with coating, led out through the material layer to the outside and finished with a closing element. A high vacuum is generated in the gap between the material layers which is closed by the edges.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że płyta ma obrzeża, które formują zakładkę wykonaną z warstwy materiałowej zakończonej wnęką, zakładka ma powierzchnię wklęsłą względem płaszczyzny środkowej a foliowy element cięgnowy zamocowany jest szczelnie do powierzchni czołowej zakładki oraz odrębnie do każdego wierzchołka występów wewnątrz płyty.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the plate has rims that form an overlap made of a material layer ending in a recess, the overlap has a concave surface in relation to the middle plane, and the foil tensile element is tightly attached to the face of the overlap and separately to each peak of the projections inside the plate.

Korzystne rozwinięcie wynalazku polega na tym, że folia stanowiąca element cięgnowy jest obustronnie pokryta powłoką z materiału o wysokim współczynniku odbicia. W odmianie wykonania płyta w szczelinie pomiędzy warstwami materiałowymi ma ekran przeciwdziałający promieniowaniu cieplnemu, który stanowi pakiet arkuszy metalizowanej folii, połączonych ze sobą punktowo z zachowaniem submikronowych odstępów, przeszytych włóknami polimerowymi i połączonych w miejscach przeszycia z tymi włóknami.An advantageous development of the invention consists in the fact that the foil constituting the tensile element is covered on both sides with a coating made of a material with a high reflectance. In a variant of the embodiment, the plate in the gap between the material layers has a shield against thermal radiation, which is a bundle of metallized foil sheets, point-connected together with submicron spacing, pierced by polymer fibers and connected at the stitching points with these fibers.

Wynalazek oferuje rozwiązanie, które pod względem konstrukcyjnym jest bardziej skomplikowane od dotychczas znanych, wymaga wyższego poziomu technologicznego - ale uzyskany efekt wzrostu izolacyjności jest niewspółmiernie wysoki. Płyta według wynalazku, umożliwia osiągnięcie współczynnika przenikania ciepła o wartości znacząco niższej od parametrów dotychczas najlepszych materiałów izolacyjnych.The invention offers a solution that is more complicated in terms of construction than those known so far, requires a higher technological level - but the obtained effect of increasing insulation is disproportionately high. The panel according to the invention makes it possible to achieve the heat transfer coefficient significantly lower than the parameters of the best insulation materials to date.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis przykładowego wykonania płyty przedstawionego na rysunku, na którym pokazano przekrój poprzeczny przez zestaw płyt, z uzębionymi warstwami materiałowymi.A full understanding of the invention will be made possible from the description of an exemplary embodiment of the plate shown in the drawing, which shows a cross-section through a set of plates with toothed material layers.

Płyta posiada dwie materiałowe warstwy 1, usytuowane względem siebie w odstępie stanowiącym szczelinę 2. Każda z materiałowych warstw 1 wykonana jest przez pokrycie sztywną pianką poliuretanową powłoki z wysokowytrzymałej folii termoplastycznej PET, o grubości 0,5 mm, laminowanej obustronnie folią aluminiową. Piankę poliuretanową - oprócz wysokiej termoizolacyjności - cechuje korzystna dla tej technologii duża adhezja do folii aluminiowej oraz niska temperatura polimeryzacji ze stanu ciekłego.The board has two material layers 1, spaced apart by a gap 2. Each material layer 1 is made by covering with rigid polyurethane foam a coating of high-strength thermoplastic PET foil, 0.5 mm thick, laminated on both sides with aluminum foil. Polyurethane foam - in addition to high thermal insulation - is characterized by high adhesion to aluminum foil and low polymerization temperature from the liquid state, which is favorable for this technology.

Funkcję zespołu dystansowego pełnią zazębione ze sobą - zaopatrzone w występy 3 i wnęki 4 - ściany warstw materiałowych 1. Materiałowe warstwy 1 utrzymywane są w odstępie i zabezpieczone przed implozją przez naprężony zygzakowato cięgnowy element 5, stykający się przemiennie z wierzchołkami sąsiadujących występów 3 obu warstw, i zamocowany na tych wierzchołkach. Cięgnowy elementy stanowi siatka z włókien kevlaru, pokryta obustronnie metalizowaną folią polimerową, pełniącą, jednocześnie w tym wykonaniu funkcję ekranu przeciwdziałającego promieniowaniu cieplnemu.The function of the distance unit is performed by interlocking walls of material layers 1 provided with projections 3 and recesses 4. Material layers 1 are kept at a distance and secured against implosion by a taut zig-zag link element 5, alternately in contact with the tops of adjacent projections 3 of both layers, and fixed on these vertices. The tension elements are a mesh made of Kevlar fibers, covered on both sides with a metallized polymer film, which, in this version, also acts as a shield against thermal radiation.

W tym wykonaniu płyty powłoka materiałowej warstwy 1 formowana jest metodą głębokiego wytłaczania podciśnieniowego na gorąco, z pokrytego folią aluminiową arkusza sztywnego polimeru lub wytłaczana z metalowej blachy.In this embodiment of the plate, the coating of the material layer 1 is formed by hot deep vacuum extrusion from an aluminum foil coated rigid polymer sheet or extruded from a metal sheet.

Zakończona wnęką 4 materiałowa warstwa 1 ma na obrzeżu zakładkę 6, o powierzchni wklęsłej względem płaszczyzny środkowej. Foliowy cięgnowy element 5 przyklejony jest szczelnie do czołowej powierzchni 1 zakładki 6. W złączu utworzonym po dosunięciu do siebie dwóch płyt o odwrotnie skierowanych zakładkach 6, strumień ciepła przepływać musi przez pas folii o niewielkim przekroju poprzecznym i znacznej długości.The material layer 1, which is finished with a recess 4, has an overlap 6 on its periphery, with a surface concave to the median plane. The foil tension element 5 is glued tightly to the face 1 of the overlap 6. In the joint formed by the pivoting of two plates with opposite overlaps 6, the heat flux must flow through a strip of foil with a small cross-section and a considerable length.

Materiałowe warstwy 1 obłożone są z zewnątrz osłonowymi warstwami 8 z twardego tworzywa lub blachy.Material layers 1 are clad on the outside with protective layers 8 made of hard plastic or sheet metal.

Z powłokąjednej materiałowej warstwy 1 połączona jest szczelnie rurka ssącego króćca 9, wyprowadzona na zewnątrz - gdzie zakończona jest zamykającym elementem 10 w postaci zacisku. Ssący króciec 9 z zamykającym elementem 10 umożliwia przeprowadzenie kończącej montaż czynności odessania powietrza i wytworzenia próżni w szczelinie 2, a ponadto pozwala na eksploatacyjną kontrolę i podtrzymanie próżni. Przez ssący króciec 9 wsunięty jest do szczeliny 2 elastyczny nośnik porowaty, nasycony pochłaniaczem gazu - silikożelem, zeolitami oraz węglem aktywowanym.A tube of the suction stub pipe 9 is sealed to the coating of one material layer 1, led to the outside - where it ends with a closing element 10 in the form of a clamp. The suction stub 9 with the closing element 10 enables the final assembly of air suction and the creation of a vacuum in the slot 2, and also allows the operational control and maintenance of the vacuum. A flexible porous carrier, saturated with a gas absorber - silica gel, zeolites and activated carbon, is inserted into the slit 2 through the suction stub 9.

W płaszczyźnie środkowej szczeliny 2 może znajdować się ekran przeciwdziałający promieniowaniu cieplnemu, wykonany z pakietu kilkudziesięciu nie stykających się ze sobąIn the middle plane of the slit 2, there may be a shield counteracting thermal radiation, made of a bundle of several dozen not in contact with each other

183 680 równoległych arkuszy metalizowanej folii, o grubości od 3 do 5 pm, połączonych ze sobą punktowo z zachowaniem submikronowych odstępów, poniżej 0,1 pm, przeszytych bardzo cienkimi włóknami polimerowymi i połączonych w miejscach przeszycia z tymi włóknami.183,680 parallel sheets of metallized foil, 3 to 5 µm thick, connected point-to-point with sub-micron spacing less than 0.1 µm, threaded through with very thin polymer fibers and connected at the stitching points with these fibers.

Po dociśnięciu płyt i uszczelek do siebie, do ssącego króćca 9 podłączona zostaje pompa próżniowa. Wytworzona w złączu próżnia powoduje zmniejszenie przepływającego tą strefą strumienia ciepła a jednocześnie wywołuje silny docisk płyt do siebie. W razie konieczności demontażu osłony z płyt termoizolacyjnych wystarczy zapowietrzyć złącze przez zamykający element 10.After pressing the plates and gaskets together, a vacuum pump is connected to the suction port 9. The vacuum created in the joint reduces the heat flux flowing through this zone and at the same time causes the plates to strongly press against each other. If it is necessary to remove the cover of thermal insulation boards, it is enough to air the joint through the closing element 10.

183 680183 680

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. A heat-insulating slab with a multilayer package structure made of materials with heat-insulating properties, consisting of at least two material layers separated by a gap, tightly closed at the edges of the board, in which the adjacent surfaces of the material layers are covered with a coating of gas-tight material with high reflectance and in which the material layers are fixed to each other by distance units formed by interlocking projections and recesses made on both adjacent surfaces of the material layers, separated by a gap, with a tension element located in a zigzag manner between the peaks of the projections of both material layers, in the form of a high-strength fiber mesh, especially aramid , foil or mesh of fibers embedded in the foil, and in addition, the plate is equipped with a suction nozzle, tightly connected to the coating, led through the material layer to the outside and ended with a cut-off element and in the gap between the layers high vacuum is created by means of the material seams, characterized in that it has rims that form an overlap (6) made of a material layer (1) ending in a recess (4), the overlap (6) has a concave surface in relation to the median plane, and the foil tension element (5) it is sealed to the face (7) of the tab (6) and separately to each top of the projections (3) inside the plate.

2. The plate according to claim 3. A method according to claim 1, characterized in that the foil constituting the tension element (5) is covered on both sides with a coating of a material with a high reflectance.

3. The plate according to claim A shield against thermal radiation in the gap (2) between the fabric layers (1), which is a bundle of metallized foil sheets, point-connected together with submicron spacing, pierced by polymer fibers and connected at the stitching points with these fibers. .