RU78555U1

RU78555U1 - THERMAL INSULATION PRODUCT

Info

Publication number: RU78555U1
Application number: RU2008125710/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Балалаев; Алексей Сергеевич Летов
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2008-11-27

Abstract

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.The utility model relates to the field of thermal insulation, and more particularly to thermal insulation products, and can be used to insulate thermos cars, refrigerators, refrigerators, thermal power and technological equipment, etc.

Техническим результатом полезной модели является увеличение его теплового сопротивления за счет снижения материалоемкости изоляции.The technical result of the utility model is to increase its thermal resistance by reducing the material consumption of insulation.

Теплоизоляционное изделие содержит теплоизоляционный материал, покрытый слоями алюминиевой фольги, 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. Пружины теплоизоляционного материала выполнены из пластмассы или из углеродного нановолокна. Наружная оболочка теплоизоляционного изделия выполнена из силиконовой резины.The heat-insulating product contains heat-insulating material coated with layers of aluminum foil, made of N springs inserted pairwise perpendicular to each other with a height equal to the diameter of a rigid material with a low coefficient of thermal conductivity, and enclosed in an outer shell, which is made of an elastic material and equipped with a check valve with a locking ball and evacuated. The springs of the insulating material are made of plastic or carbon nanofiber. The outer shell of the insulating product is made of silicone rubber.

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.The proposed heat-insulating product has increased thermal resistance while reducing its material consumption due to the use of springs of heat-insulating material with equal lengths and diameters and with their spacing inside one another and perpendicular to each other, and the use of carbon nanofibre and silicone rubber creates the conditions for obtaining the best heat-insulating properties and significantly expands its scope.

Description

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].Known screen-vacuum insulation containing isolated from each other screens with a low black coefficient, forming a multilayer stitched mat, in order to reduce the weight of the structure and simplify the manufacturing technology, the screens are made of polymer films-electrets of the same charge [A. with. USSR No. 1106955, IPC: F16L 59/06, BI No. 29, 1984. Authors: G. I. Trifonov, V. P. Kozhukhov, O. V. Zagar].

Недостатком изделия является наличие тепловых мостиков в местах прошивки мата и сравнительно высокая теплопроводность полимерных пленок по сравнению с применяемыми современными материалами.The disadvantage of this product is the presence of thermal bridges in the places of firmware mat and the relatively high thermal conductivity of polymer films in comparison with the modern materials used.

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].A heat-insulating product is also known, including rigid plastic foam, crushed to powder, and, if necessary, inorganic porous material and a coating foil that is evacuated and hermetically welded [RF patent No. 2156914, IPC: F16L 59/06, F16L 59/02, BI No. 27, 2000. Authors: Karl-Werner Dietrich, Heinz Thomas].

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.The disadvantage of this product is the low tightness, as a result of the impossibility of good evacuation and sealing of the insulating material with foil. In addition, during operation it is impossible to periodically monitor the amount of residual vacuum inside the insulating material.

За прототип принято данное теплоизоляционное изделие, как наиболее близкое по технической сущности.This heat-insulating product is taken as the prototype, as the closest in technical essence.

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.The technical result is achieved in that in a heat-insulating product containing a heat-insulating material coated with layers of aluminum foil, the heat-insulating material is made of N springs inserted perpendicular to each other with a height equal to the diameter of a rigid material with a low coefficient of thermal conductivity and enclosed in an outer shell, which is made of elastic material and is equipped with a check valve with a locking ball and is evacuated. As the material of the springs, both plastic and carbon nanofiber material are used.

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.This goal is achieved by the fact that the springs of the insulating material, having the same dimensions of the diameter of the length and are inserted in pairs perpendicular to each other, are a rigid structure with low volume material consumption. It is proposed to use plastic with high thermal resistance, or carbon nanofiber, the thermal resistance of which is much higher as a material. The outer shell, made of elastic material, evacuated and equipped with a valve with a locking ball makes the structure airtight and allows you to control the value of the residual vacuum. And the use of silicone rubber outer shell as a material will allow the use of a heat-insulating product in a wide temperature range, since this material can be used in the range of -100 ÷ + 200 ° C and has a chemical inertness. Thus, the goal is achieved: reducing the consumption of heat insulation at the same time as increasing its thermal resistance.

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.Figure 1 shows a longitudinal section of a block of insulating products. Figure 2 is an enlarged image of a check valve block heat-insulating products with a fitting. Figure 3 is a view of the pairwise inserted springs of the insulating product.

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.The heat-insulating product consists of a heat-insulating material 1, consisting of a plurality of springs 2 spaced apart perpendicular to each other, layers of aluminum foil 3, an outer shell 4 of elastic material vulcanized at the edges 5, in which a check valve 6 is installed, which is locked by a ball 7.

Теплоизоляционное изделие работает следующим образом.Thermal insulation product works as follows.

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.The heat passing through the elastic sheath 4 is partially reflected by the foil 3, partially penetrates through it into the insulation layer 1, which is a spring 2 of a rigid material with a low coefficient of thermal conductivity. The design of the springs pairwise inserted perpendicular to each other is rigid enough to withstand the compressive loads that occur after evacuation of the rubber shell. Heat penetrates into the springs through the surface of the first coil pressed against the aluminum foil 3 and is distributed due to thermal conductivity along the spring rod. Since the material of the springs is plastic or, alternatively, nanofibers having a low coefficient of thermal conductivity, the equivalent thermal conductivity of the entire volume of the insulating material (springs) can be calculated as follows.

, ,

где λ - коэффициент теплопроводности материала пружин,where λ is the coefficient of thermal conductivity of the material of the springs,

d - диаметр прутка пружины,d is the diameter of the spring rod,

D - диаметр витка пружины.D is the diameter of the coil of the spring.

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).Thus, the equivalent coefficient of thermal conductivity of the insulating material is proportional to the square of the ratio of the diameters of the rod and the coil of the springs. The minimum ratio of the diameters of the rod and coil of the springs is limited by the stiffness and strength of the material of the springs, which when used as a material - nanofibers can have a significant value. The use of nanofiber material as a heat-insulating material is known - see [Chabak A.F. Micro - and nanotechnologies in materials science of atomic hydrogen energy // Alternative Energy and Ecology, 2007, No. 7. - p. 57-61]. According to estimates, the equivalent coefficient of thermal conductivity of the proposed insulation material is 0.001 W / (m K).

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.The use in the design of screen-vacuum thermal insulation of the check valve 5 allows the design to be evacuated after assembly of its layers and vulcanization of the edges of the rubber shell 7. Ball 6 of the check valve 5 makes the structure airtight after evacuation. During operation, the check valve 5 will allow you to control the value of the residual vacuum and, if necessary, lower it with the planned types of maintenance.

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.The proposed heat-insulating product has increased thermal resistance while reducing its material consumption due to the use of springs of heat-insulating material with equal lengths and diameters and with their spacing one inside the other and perpendicular to each other, and the use of carbon nanofibre and silicone rubber creates the conditions for obtaining the best heat-insulating properties and significantly expands its scope.

Claims

1. A heat-insulating product containing heat-insulating material coated with layers of aluminum foil, characterized in that the heat-insulating material is made of N springs inserted perpendicular to each other with a height equal to the diameter, of a rigid material with a low coefficient of thermal conductivity and enclosed in an outer shell that is made made of elastic material and equipped with a check valve with a locking ball and evacuated.

2. The heat-insulating product according to claim 1, characterized in that the springs of the heat-insulating material are made of plastic.

3. The insulating product according to claim 1, characterized in that the springs of the insulating material are made of carbon nanofiber.

4. The insulating product according to claim 1, characterized in that the outer shell is made of silicone rubber.