SU1624237A1 - Способ теплоизол ции объекта и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике регулировани  температуры, в том числе криогенной , дл  систем термэстатировачи  и терморегулировани . Изобретение позвол ет расширить диапазон изменени  эффективного коэффициента теплопроводности (в 1Э5 раз) и диапазон передаваемых тепловых потоков. Б основе поддержани  посто нной температуры и термостатируе- мом объекте с тепловыделением лежит изменение эффективного коэффициента теплопроводности теплоизол ции и соответственно сбрасываемого теплового потока при изменении температуры объекта за счет последовательного включени  в механизм теплопереноса различных физических процессов. В данном изобретении зкранно- вакуумна  изол ци  образует замкнутые ва- куумировзнные  чейки, внутрь которых вводитс  фитильна  структура и вещество, имеющее температуру плавлени  и кипени  в рабочем диапазоне температур и давлени . 2 с.п.ф-лы. 7 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к теплоизол ционной технике, и в частности к устройствам теплоизол ции и термостатировани  аппаратуры с источниками тепла, а также к криогенным устройствам.

Цель изобретени  - повышение эффективности способа за счет стабилизации температуры защищаемого объекта в широком диапазоне изменени  тепловых потоков.

На фиг.1 изображены зависимость величины эффективного коэффициента теплопроводности от температуры; на фиг.2 - зависимость величины передаваемого теплового потока от температуры; на фиг.З - устройство системы термостатировани  обьекта с температурозависимой изол цией с линейной прокладкой ЭВТИ; на фиг.4 - устройство системы термостатировани  при

винтовой навивке ЭВТИ; на фиг.5-узел I на фиг.З, состо щий из двух  чеек зкранно-ва- куумной изол ции, наложенных друг на друга внахлест; на фиг,б - кривые давлени  насыщенных паров различных оеществ от температуры; на фиг.7 - кривые изменени  температуры на нагревательном элементе объекта во времени.

Способосуществл ют следующим образом .

Проводилось экспериментальное исследование теплопередающих и терморегу- лирующйх возможностей способа на основе температурозависимой экранно-вакуум- ной теплоизол ции (ЭВТИ). На нагреватель, имитирующий защищаемый объект, устанавливалась ЭВТИ с герметичными полост ми и организованней системой фитилей

о

ю N

ю

00 XI

в полост х, выполненных из стеклобумаш БМД-К и заполненных водой в количестве 300 г/м2 в каждом слое при 90°С. Затем нагреватель с ЭВТИ устанавливалс  в ваку- умированную крио чейку и вс  крио чейка захолаживалась до минимальных эксплуатационных температур на нагревателе (-50°С).

При изменении температуры нагревател  в сторону повышени  тепловой поток увеличиваетс  пропорционально изменению температурного перепада между гор чими и холодными экранами в каждой полости согласно закона теплообмена изучением , так как все вещество выморожено на поверхности холодного экрана и прокладки . При достижении температуры, равной -3°С, при которой давление остаточного газа становитс  больше Р - мм рт.ст., тепловой поток увеличиваетс  за счет включени  дополнительного молекул рного теплопереноса вследствие увеличени  количества остаточного газа в вакуумиро- ванной прослойке, который по вл етс  при испарении рабочего вещества с поверхности экранов и прослойки. Поскольку объем вакуумированной полости посто нен, а количество рабочего вещества в твердой фазе  вно избыточно, то количество рабочего вещества в газообразной фазе будет определ тьс  кривой давлени  насыщенного пара вещества от температуры, имеющей экспоненциальную зависимость. Таким образом, экспоненциально увеличиваетс  и коэффициент теплопроводности ЭВТИ, и передаваемый тепловой поток в зависимости от температуры.

При достижении нагревателем температуры плавлени  рабочего вещества (дл  воды - 0°С), тверда  фаза вещества переходит в жидкую, в результате чего увеличиваетс  передаваемый тепловой поток, так как в процесс переноса тепла нар ду с теплопроводностью по твердой основе, молекул рным переносом и теплопроводностью излучением включаетс  тепло фазового перехода рабочего вещества жидкость - газ на гор чем экране с последующей конденсацией на холодном экране и капилл рным переносом жидкой фазы по фитил м в зону испарени .

За счет последовательного включени  различных механизмов переноса тепла в зависимости от температуры нагревател  сбрасываемый тепловой поток увеличилс  в 10 раз, в то же врем  в обыкновенной ЭВТИ всего лишь в 10 раз.

Количество вещества в жидкой фазе, заправл емого в тепловую изол цию, определ етс  зависимостью

тж Vr РГ + Аф 1ф/эж , (1)

где Vr - объем пустот  чейки тепловой изол ции на кв.метр;

РГ - плотность паров вещества при максимальной температуре и давлении в  чейке тепловой изол ции;

Аф - площадь поперечного сечени  фитильной прокладки;

ф- длина всех фитильных прокпадо нз

кв.метре изол ции;

р ж - плотность жидкого вещества при максимальной температуре тепловой изол ции .

в примере использованы пары воды в

количестве 2 г. В полость  чейки температу- розависимой изол ции в процессе сборки закладывались эластична  ампула с указанным выше количеством соды, п  чейке создавалось разрежение до Р мм рт.ст. с помощью форвакуумного насоса и отверстие заклеивалось, после чего ампула с водой раздавливалась и в  чейке устанавливалось давление, соответствующее давлению насыщенных паров при данной температуре, определ емого кривой 1 (фиг.6). Использование других веществ уксусной кислоты, смесь Н20 с глицерином приводит лишь к небольшому изменению кривых 2- 4 давлени  насыщенных паров от температуры (фиг.6). По этим зависимост м и проводилс  подбор веществ дл  тепловой изол ции,

На фиг.7 представлены результаты экспериментальной проверки температурного

режима в объекте при наличии температуро- зависимой изол ции, котора  при колебани х тепловыделений в ЮОр обеспечивала колебани  температуры в объекте, не более чем на± 2,5°С. Крива  5 на фиг.7 иллюстрирует изменение температуры на нагревательном элементе объекта, а кривэч б - изменени  теплового потока внутри объекта термостатировани .

Устройство тепловой изол ции содержит замкнутые сакуумированные  чейки 7 (фиг.З - фиг.5), установленные внахлест под углом друг над другом по поверхности тер- мостатируемого объекта 8 и скрепленные гибким бандажом 9 (фиг.З) или намотанные

по винтовой линии (фиг.4). Кажда   чейка 7 (фиг.5) состоит из экранов - верхнего холодного экрана 10 и нижнего гор чего экрана 11, которые скреплены между собой с образованием замкнутой полости 12. Экраны 10

и 11 каждой  чейки разделены между собой фитильной прокладкой 13. Внутри каждой  чейки 7 помещено вещество, имеющее температуру плавление и кипени  в рабочем диапазоне температур и давлений.

Ячеи и 7 усыновлены доуг другом внах- пе т так, что /ч гок -аждой погл --дующей  чейки, расположен-ши на экране 10 и наход щийс  пот.прс дьпх/щей чпжой и чпстью гор чего экран 11 прилегающего к поверхности объекта термос гатировани , образует участок зоны 14 испарени  (фиг 5),   открыта  1астьхолодного экрана 10-зону 5 конденсации

Устройство работает г.лед/ющим образом .

В диапазоне температур изол ции от минимальной эксплуатационной до температуры , при которой давление насыщенных паров рабочего вещества достигает мм рт ст перенос тепла осуществл етс  i и теплопроводностью по основе.

При увеличении .ги тгпгоиь х давлений объекта 8 увеличиваете- сбо ы- ваемый тепловой поток а слсдо атол-, - / температура экраюв 10 и 11 в рез/гьтэте чего начинаетс  испарение чз п зок 15 конденсации. За счет это-о созникает дополнительный молекул рный пэтг1 теп ла. Так как экраны 10 и 11 образуют нутую  чейку 7 тс количество рабочего вещества в газообразной будет определ тьс  кривой давлени  насыщенного пара вещества от темперзтурн (кривт  1 на фиг 6), имеющей экспоненциальную зависимость , следорательно, экспоненциально будет уееличиватьгр и эффективный коэффициент теплопроводности ЭВТИ

В диапазоне температур изол ции от температуры, при котооой давление насыщенных паров рабочего вещества достигает (О MV г .ст. до температуры плавлени  рабочего вещества дополнительно к переносу тепла излучением и теплопрорсдностью по твердой основе включаетс  ме  низм поле сул рного переноса тетла за счет увеличени  количества остаточного газа в процессе фазового перехода оабочсго твердое тело - газ на холодном экране гермет ич- чого пространства

При достижении голодным экраном 10 в зоне 15 конденсации температуры плавлени  жидка  фаза вещества по фитильным прокладкам 13 за счет их капилл рных свойств перетекает в зону 14 испарени  гор чего экрана 11 и испар етс  в полость 12, причем давление в полости 12 зависит от температуры зоны 14 испарени . Пары поступают в зону 15 конденсации холодного экрана 10, где конденсируютс  в жидкую фазу, т.е. при температуре холодного экрана 10 выше температуры плавлени  рабочего вещества дополнительно х молекул рному теплопвреносу и теп опер носу за счет излучени  и теплопроводностью по твердой

основе включаетс  отвод тепла за счет перевода твердой фазы вещества жидкую и использование тепла фагового перехода жидкость - пар на гор  шм Экр зне 1 1 изол ции о зоне 14 испарени  и пар - жидкость на холодном экране 10 в зоне 15 конденсации с капилл рным переносом жидкой фазы от холодного экрана 10 к юрпчему экрану 11 по фитильт IM прокладкам 13 с образованием

циркул ционного контура в каждой  чейке. Это привэчиг к увеличению эфф ктивного коэффициента теплопповодности в iG раз. Этому -noLOlriT/ :т и процесс раздувани   чеек от внутреннего давлени , так зк увеличиваетс  уоп нэклонр  чеек 7 к поверхно- i.iH о1ььь i i о п на пут-- гсплово о потока уменьшаетс  число экранов, п, как они п мп . п кнснис к гпрпен- икул р Юму p/iOT лип чи гоплсвэго потока.

Увеличь ИР d ;t/,,ttHif теплопроводности и соответственно с(|.лс.1счемого тегло jroi отокапозврпл гоПс по иTO изменение темгк р.зтуГ ь термостатаPV«. MOTO объекта не выше температуры кипег1и ч Tt плоносите/ .  rpt данном давге и.и оГ спечипл  при этом дальнейшую изотермичногть системы при 3,r,dHHOn т мр рагуро

Предлагаемый способ и устройство позвол ют суш°стионно vnp-ти ть процесс

обеспечени  гемперат ноге о- имз защищаемого объекте) е большинстве случаев за счет полнот отказ  л- ни ой системы т рморег )пи , в ютз чего увеличиваетс  жность систем11 о i счет существенного упрощени  констоукцчи.

Создание замкнутых reri C - HI к полостей ЗТ С №Т nO.npl-ОГО COe/4HHCIn.Я К,ТгЗЙНИХ

экранов ЭВТИ обегпоч ют n JCTOTHCTBO объема „апопненного ,м рабочим

вещество .-1 а поочор дчое вкпючение разлн ai моха1 и„- nf,) inoi теплэ Qзависимости от температуры.

Соод ,1 Hi i ччтш1ьим1 п гкладками крайних экранов позвотчет после перехода

твердой фазы веществ в жндк ю и повышени  давпени  в  чейке изол цги образовать капилл рную структуру дл  переноса жидкой фазы вещества от холодного экрана к гор чему, а также повысить прочность  чейки при повышении давление внутри нее.

Размещение  чеек из ЭКРАНОВ внахлест позвол ет создать в каждой  чсию зону испарени , образующуюс  на уччетко накрытом предыдущей  чейкой, и зоны он стц. и,

образующейс  на открытом участке  чейки.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ теплоизол ции оО екта, включающий вэкууг-чфрч р . е теплоизол ционной полости и йвсденис и нее вещества,

   измен ющего агрегатное состо ние в рабочем диапазоне температур, отличающий- с   тем, что, с целью повышение эффективности за счет стабилизации температуры объекта в широком диапазоне тепловых потоков , примен ют вещество с температурой кипени  или плавлени  при рабочем давлении вакуумировани  и подают его на капилл рно-пористый материал.
2. 2. Устройство дл  теплоизол ции объекта , содержащее вакуумированную полость и Л UT

   10

   -I

   размещенные в ней экраны, отличаю щ е е с   тем, что, с целью повышении эффективности за счет стабилизации температуры объекта в широком диапазоне тепловых потоков, полость разделена на отдельные  чейки, образованные попарно соединенными экранами, которые выполнены гибкими, при этом  чейки содержат фитильную прокладку и ее концы закреплены на концах противоположных экранов, а  чейки скреплены между собой внахлест.

   10 О 10

   Фиг. 1

   юг

   т°с

   о фиг. 2

   I 5

   Фиг.З

   7 X

   Фиг. 5

   шпн

   yJUMH.qm.cm.

   т

   200 мп рт. cm.

   -1

   КЮмм.рт.ст.

   нм.рт.ст.

   ин.рт.сп.

   20 нм.рт.ст.

   -2

   fOnH.pm.cm.

   Зммрт.ст. f

   Zftnpm.cm. /

   -J

   Q,.pm.cm.

   УцЫкрш.ш.

   Q,QtwM.fiin.cm/ /

   0,02мм.. / /

   -5O .OlMMjfpn-C™-/ /

   0,.рт.т. X

   1/l3,.pmi/tm. /

   -в

   0,.. f у

   ГК

   300

   &

   (. л+.

   d

   t .xrSi

   H

   u

   г

   x .

   «2

   z

   XLIZ

   X

   X x

   r

   X

   Z

   X

   «

   c

   XI

   (B)q,B%

   -4500

   5000

   mo