TW494207B - Evacuated panel for thermal insulation of cylindrical bodies - Google Patents

Description

494207 A 7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係論及一種可使一大體呈圓柱體之物體能獲致 熱絕緣之抽空板。 發明背景 彼等抽空板，特別是以塑膠材料製成者，正日益殷切 地被用在所有需要低於1 〇 〇 °c左右溫度下之熱絕緣業界 中。彼等可做爲應用範例而被論及的有：家用與工業用冷 藏庫、飮料配售機（其中，爲使通常在7 0°C左右之熱飮 部份能與冷飮分開，熱絕緣將尤其需要）、恆溫運輸，例 如冷凍藥品或食物，等所需容器之器壁。此外，此等板材 正被硏究在建築業界或汽車工業方面之應用。 誠如所知，一抽空板係由一種厚度通常爲數十或數百 微米之包層所形成，其中設有一厚度在數毫米與數厘米間 之塡充材料。 該抽空板兩表面間之熱傳輸，係四個主要現象之綜合 ，亦即，其塡充材料內之傳導；該抽空板內所存在微量氣 體所致之對流；該抽空板內部之輻射傳輸；和最後該等形 成包層之薄層內的傳導，此在業界中係名爲 ''表皮效應〃 ，可能是經由抽空板邊緣處位於該等薄片之焊接區所形成 之熱橋。 該包層具有可防止（或盡可能降低）大氣氣體進入抽 空板之功能，因而可降低其對流對總熱量傳輸之貢獻。爲 達此一目地，該包層係由一些所謂之''熱障〃薄片製成， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 494207 A7 B7 五、發明説明（2 ) 其係具有盡可能低之氣體滲透性的特性，可由單一成份， 但更常見爲多層不同成份所形成。在多層之情況中’其熱 障效應係由其一成份層所具有，而其他層一般而言，係具 有機械支撐及保護該熱障層之功能。最有潛力之熱障效應 ’係藉由在兩或多之塑料間插進某種金屬薄片（通常爲厚 度約4 一 1 〇 //m之鋁）而獲致；由於金屬爲良好之熱導 體’其鋁層之厚度，係由使氣體進入防止熱障之需要極大 化’與使其表皮效應極小化間之折衷，來加以決定。 該塡充材料在該抽空板內建立真空時，係具有可使該 包層之兩相對表面分隔之功能。此一材料可爲無機物，諸 如：矽石粉、玻璃纖維、充氣膠體、矽藻土、等等，或爲 有機物，諸如：聚亞胺酯或聚苯乙烯之硬泡沬塑料，兩者 均呈板狀及粉末狀。該塡充材料必至少要爲多孔性或不連 續性，以便其孔隙或空隙能被抽真空。該塡充材料之厚度 (因而該抽空板者），係由所需之熱絕緣特性所決定：一 較佳之熱絕緣顯然係獲自厚度値較高之塡充材料。由於微 量大氣氣體進入抽空板之滲透性，實際上是無法避免，該 等抽空板在大部份之情況中，亦包含一或多能吸收該等氣 體之材料（通常係稱做吸氣材料），藉以使該抽空板內之 壓力，保持在彼等所希望之値下。 彼等知名之抽空板係硬質，以及通常具有一平面之構 造。然而，在許多應用中，若能使用該等抽空板，但彼等 必要做熱絕緣之表面係呈彎曲狀，而主要爲圓柱形，將會 是有利的。在某一些此等應用中，該熱絕緣材料可做外部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---^--------^^裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494207 A7 _ B7 五、發明説明（3 ) 應用而在明處，諸如輸送一溫度不同於室溫之流體的管道 之情況中，舉例而言’空調設備或加熱有關之管道，或工 業工廠內流體輸送有關之管道。或者，其熱絕緣材料可被 置於一空隙內，諸如在浴缸加熱器、類似杜瓦瓶或熱水瓶 等容器、或北極地區油料輸送所用管道等之情況中。 一至今用以實現非平面表面之物體的熱絕緣方法，係 包括使一些平面抽空板連接彼此在一起，例如藉由某種黏 膠將彼等邊緣黏著在一起，藉以獲致一種合成之結構，以 ，便得到一複合結構，其將可沿該等接合線彎曲，以適應 上述要做熱絕緣之物體的形狀。然而，此一解決辦法並非 很令人滿意，因爲此抽空板之組裝，並未與彼等要做熱絕 緣之表面緊密接觸（除了少數點外），以及除此之外，熱 傳遞將會在彼等接合點處發生，以致其熱絕緣效率將不足 〇 英國公司I C I名下之專利申請案W 0 9 6/ 3 2 6 0 5，說明了一種可用以製造一些具有非平面形狀 之硬質抽空板的方法。該方法包括在其抽真空步驟前，在 其塡充材料（一厚度與所希望抽空板者相等之聚合泡沬塑 料的板材）內，製成一些安排成所希望之方向且具有適當 之寬度和深度的溝槽。繼而，其塡充材料係使嵌入一包層 層’以及此組體方將訴諸抽真空之步驟。最後，該抽空板 方被封合。在其最初暴露之空氣下，該包層將會受迫於大 氣壓而黏附至該等溝槽之表面；由於彼等施加至該包層之 張力所致，該等抽空板將會沿著溝槽彎曲，以及呈現其最 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 _ "一一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494207 A7 — _______B7_ 五、發明説明（4 ) 後之非平面形狀。藉著一系列平行且相當接近之溝槽，該 抽空板最終之形狀，將幾乎呈圓柱形。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而’此一方法具有數項缺點。首先，該抽空板之厚 度在其所有部分中並不規則，在彼等彎曲線處較差，以致 沿該等彎曲線之熱絕緣性質會被降低。其次，隔著彼等施 至溝槽之張應力，該包層內將會產生微觀之破裂，而變爲 ^體朝該抽空板內部滲透之先取通道，而永久地損及該抽 空板本身之熱絕緣性質。此外，彼等溝之形狀、尺寸、距 離和相應位置，固定地決定了該非平面抽空板之最後形狀 ’以致該等抽空板，勢必要就每一單一應用特別製造。最 後’該等抽空板之彎曲，係發生在其最初暴露之空氣下， 以及因而在其製造程序期間或恰在其後：該等抽空板一旦 製成，將具有可觀之形狀尺寸，其將使得彼等之儲藏和輸 送無利可圖。 本發明之槪述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 所以，本發明之目地，旨在提供一種可熱絕緣一些具 有圓柱形彎曲側面之物體而無彼等缺點的抽空板。此目地 係藉由一種彼等之主要特徵由申請專利範圍第1項所指明 和其他之特徵由申請專利範圍後列諸項所指明之抽空板所 獲致。 圖示簡要說明 上述根據本發明所製抽空板之優點與特徵’可由以下 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 494207 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 參照所附諸圖對其一實施例所做之詳細說明，而爲本技藝 之專業人員所理解，其中： 第1圖係顯示一依據廣意幾何定義之圓柱體的範例； 第2圖係顯示一得自第1圖之正面圓柱體，其可藉由 一依據本發明所製之抽空板加以熱絕緣； 第3圖係顯示一依據本發明所製呈平面形之抽空板的 剖面圖； 第4圖係示意顯示該等依據本發明所製抽空板勢必要 符合之幾何要求；而 第5和6圖係顯示該等依據本發明製抽空板在應用上 之透視範例。 主要元件對照 1 圓柱體 2 抽空板 3 塡充材料 4 包層 較佳實施例之詳細說明 該等依據本發明所製之抽空板，係不同於依據習知技 術所製者，因爲彼等可使一低厚度之抽空板，至少裹繞上 述要做熱絕緣之圓柱體兩次，而構成所需之總熱絕緣厚度 〇 此新配置可帶來數項優點。首先，在一傳統式抽空板 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 494207 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7五、發明説明（6 ) 中，環境之熱量係傳播至其形成包層之外部薄片，以及經 過此抽空板之邊緣，而至其與上述要做熱絕緣之物體相接 觸之包層薄片。反之，在該等依據本發明所製之抽空板中 ，其環境接觸之部份，係使熱量傳送經由其包層，而至上 述裹繞成之抽空板的後繼層。所以，該熱量在到達上述要 做熱絕緣之物體前，勢必要沿著該抽空板之低表面，行過 一螺線軌跡。在此一方式下，該表皮效應將可大幅降級至 可忽略之値，而爲該抽空板兩表面間之熱傳導的貢獻値。 此外，以該等依據本發明所製之抽空板，其所得之熱 絕緣厚度，係該抽空板固定厚度之某一倍數，而免除掉專 利申請案W〇9 6 / 3 2 6 0 5之溝槽，後者係代表該抽 空板兩表面間之一些較薄厚度和因而較高導熱性之區域。 此外，相對於專利申請案W 0 9 6 / 3 2 6 0 5之抽空板 ，在該等依據本發明所製之抽空板中，一些於彎曲期間在 其包層內側上面形成之小折痕，由於其個體小，將不會造 成該包層本身之破裂，和因而大氣氣體朝該抽空板內部之 滲透。 最後，除此等熱絕緣之優點外，該等依據本發明所製 之抽空板，可在顯著之空間和成本增益下，被製造、儲存 、及輸送至其平面形式最終應用之場所；每一抽空板，接 著可在有效使用之時刻和場所處，裹繞及緊固上述要做熱 絕緣之物體四周。 下文將參照第1和2圖，報告一些有關瞭解本發明之 幾何定義和條件。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) Γ〇Τ ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 494207 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______ B7五、發明説明（7 ) 上述之術語 > 圓柱體〃（和自其衍生之術語），在本 發明中將被用於其顯示在第1圖之最廣意意思中，亦即， 其表面S係由一與一平面P成α角度相交並平行其本身而 沿一位於該平面Ρ上之閉合曲線C移動的直線R所決定。 第2圖係顯示一可藉由一依據本發明所製之抽空板做 熱絕緣之一般性實心體，此實心體係具有一側壁S /，其 係由第1圖具有長度L之圓柱形表面S之一部份和兩個以 曲線C 〃做爲其參數之底部所形成；其兩底部係由表面S 與兩在此一情況中示爲垂直於直線R之平行平面的相交而 被界定成，故曲線C和C 〃在角度α爲9 0之情況中係相 等。物體1可爲實心，但在該等抽空板之一般應用中，可 爲內部空心，例如在一供流體用之容器或管路之情況中。 該等依據本發明所製抽空板最重要之實際應用，爲有 關對彼等側壁S >爲當角度α等於9 0及曲線C 〃係一周 線（一般性之圓柱體）時所得表面S之一部分做熱絕緣的 物體。 參照第3圖，上述依據本發明所製之抽空板2，係顯 示在一被封合在一包層4內部之塡充材料3的已知方式中 形成，例如多層。該抽空板2係具有一平行六面體之形狀 ’其係具有一極薄之厚度，h，和側面尺度1 i和1 2。該 形狀可藉由上述爲板材，例如聚合泡沫塑料，時之塡充材 料’而促成上述之抽空板。在該塡充材料本身並不具有形 狀（粉末狀）之情況中，該抽空板係在其製造期間，藉由 導入該粉末進一包層內，當該包層保持在一適當之鑄模內 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) £- 、訂 b. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) μ規格（2ι〇、χ297公釐） -10- 494207 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 時將其抽真空，以及藉由最後密封該包層之開放邊緣，以 形成其最終之包層而成形；其藉由該鑄模所促成之形狀， 接著將會被保持，此乃由於外部壓力經由該包層而施加至 該粉末，因而可保持彼等緊密。基於本發明之目地，使用 聚合泡沫塑料之板材做塡充材料係較佳，特別是抽空板業 界知名之連孔硬質聚亞胺酯。 多層薄片係特別適於製該包層4，其通常係包括：至 少一相對高厚度之聚合材料層，其具有良好之機械特徵， 特別是可塑性，而形成其多層之機械支撑；至少一對大氣 氣體具有熱障性質之材料層，其可爲聚合物或無機物，最 好爲金屬，鋁甚至更好；和至少另一聚合材料層，做爲其 熱障層之覆蓋和機械保護。五、六、或甚至更多層彼此疊 合所形成之多層亦屬普通。該包層自此等開始之製造，通 常係藉由此業界已知之技術，以熱封合製成。 爲保證至少耐十五年之期間，該等依據本發明所製之 抽空板，最好包含一或多之吸氣材料，亦即，一些能以化 學方式吸收濕氣和其他大氣氣體之材料。使用具有二或三 種吸氣材料之吸氣劑系統係較佳，其中至少包含一濕氣化 學吸收劑，和至少一在一過渡金屬氧化物（主要具有吸收 氫、C 0與烴之功能）與一基於鋇和鋰之合金（主要具有 吸收氮之功能）中選出之成份。此類型之各種吸氣劑系統 ，係由本申請人以COMBOGETTER®爲名所售，其中特別是 一些包含一濕氣吸收劑和專利EP — B - 769 1 17內 所說明基於鎖和錐之合金粉末的系統；和一些包含一*濕、氣ί 1紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）八4規格（210'/297公釐）7771 ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 494207 A7 B7 五、發明説明（9 ) 吸收劑和一選擇性添加專利E P - A - 7 5 7 9 2 0內所 說明基於鋇和鋰之合金粉末之過渡金屬氧化物的吸氣劑系 統。 該抽空板之厚度，h，必定要可使該抽空板能被彎曲 ，而不致損害其之完整性。此一特徵係仰賴該抽空板之塡 充材料和其預見之應用兩者。一般已知一平面富韌性之物 體，有可能藉由在其不同點處施加一方而做彈性變形，藉 以使其彎曲；該力係直接正比於其厚度之立方，以及係反 比於其所希望之彎曲半徑，而就每一材料依據其機械性質 有不同之比例常數。依據此一關係，其曲率之增加，可藉 由最初具有某一定厚度之平面抽空板施加增加之方而獲致 。然而，若該抽空板承受到一過度之力，其將會破裂。其 在某一定應用中決定採用某一定抽空板之可能性的最重要 參數，爲其之h/r比率，其中，h爲該抽空板之厚度， 以及r爲曲線C 〃 （其形成物體1之橫截面）之彎曲半徑 :參照第4圖之繪圖，上述依據本發明所製之抽空板，必 定要使在曲線C 〃之每一點處，其比率h / r不得高過每 種塡充材料之一即定値。過去發現其比率h / I*之最大値 ，就聚亞胺酯硬質泡沫塑料而言約爲0 · 2 0，就板材聚 苯乙烯泡沬塑料而言約爲0 · 1 8，以及就粉末狀塡充材 料而言約爲0 · 1 0。就一實際範例而言，一要裹繞在一 具有約5 0mm之最小彎曲半徑之物體四周而具有一聚亞 胺酯泡沬塑料塡充材料之抽空板，可具有約1 0 m m之最 大厚度。一具有此厚度之聚亞胺酯泡沬塑料之板材，可藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 - 一---J---裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494207 A7 ____B7_ 五、發明説明（10 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由平行於其主表面做水平切割而獲致，較厚之板材通常係 被採用來生產已知種類之平面抽空板。或者，其有可能藉 由依據此業界已知之程序做壓縮，來縮小該板材之厚度。 第4圖中所示之抽空板，適能裹繞一圓柱體之彎曲側 壁S /至少兩次；所以，該抽空板兩主要相對側，係具有 一側邊爲1 i和1 2之長方形的形狀。其一尺度（圖中範例 內之1 2 )，係相對於曲線C /之長度的兩倍左右，以致其 將有可能至少裹繞環繞上述要做熱絕緣之圓柱體兩次。反 之其側邊1 :係等於上述要做熱絕緣之物體的長度，或爲其 之某一約數；事實上，誠如第5圖中所示，除非該物體1 具有過量之尺寸，其熱絕緣可僅由一抽空板2達成；或者 ，如第6圖中所示，若其尺寸L很大（例如，若物體1爲 一管），以更多並排放置之抽空板2 /、2 〃、2…、… ……來達成該物體之熱絕緣將更加可取。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最後，該等依據本發明所製之抽空板，可被置於明處 ，例如爲土木應用熱絕緣有關之管道。或者，該等抽空板 可被放置在空隙中，特別是當彼等表面S /與環境間要保 持之溫度差很高時；此等條件舉例而言，係發生於杜瓦瓶 之應用中、熱水瓶中、或在冷凍管道中、或一些置於類似 北極地區等特別冷之地區中。在用於一空隙之情況中，該 抽空板厚度h，除要符合以上所論及之條件外，並將不得 高於該空隙之一半厚度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )·Α4規格（210X297公釐） -13 _

Claims (1)

1. 494207 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1 · 一種用於具有長度（L)的圓柱體（1 )的熱絕 緣之抽空板（2 )，圓柱體（1 )設有側壁（S —)及兩 個具有曲線（C >)作爲周界的底部，該抽空板係備有兩 大體呈長方形之主表面，以及係由以一或多個包含不連續 或多？L性無機物或聚合物塡充材料（3 )之熱障薄片製成 之富軔性包層（4 )所形成，其中： -該抽空板之厚度（h )，係等於或低於所需熱絕緣 厚度之一半’以及係使該抽空板之厚度與該曲線（c / ) 之最小彎曲半徑（r )間之比率（h / r )，在該曲線（ C >)之每一點內，低於依該抽空板之塡充材料而定的値 ;及 -該抽空板之一側，係具有等於至少兩倍於該曲線（ c^)的長度之長度（12)。 2 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之塡充材 料（3 )，係連孔聚亞胺酯泡沬塑料，以及其比率（ h / r )係低於約〇 · 2 0。 3 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之塡充材 料（3 )，係連孔聚亞胺酯泡沬塑料，以及其比率（ h / r )係低於約〇 · 1 8。 4 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之塡充材 料（3 )，係粉末，以及其比率（h / r )係低於約 0.10° 5 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之曲線（ C / )係周線。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ..P. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 494207 A8 B8 C8

   六、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之一側係 具有等於該圓柱體（1)的長度（L)之長度（ll)，或 其約數。 7 ·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中之包層（ 4) ’係以一或多個多層薄片製成，其係包含：至少一層 具有良好可塑性之聚合物質材料；至少一層對大氣氣體有 熱障性質之材料；及至少另一可加熱封合之聚合物層。 8 ·如申請專利範圍第7項之抽空板，其中之熱障層 ’係由厚度在4與1 0 // m間之鋁所製成。 9·如申請專利範圍第1項之抽空板，其中進一步包 含吸氣材料或裝置。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之抽空板，其中之吸氣 裝置，係包含至少一濕氣化學吸收劑，及至少一自過渡金 屬氧化物與基於鋇和鋰之合金中選出的成份。 -β . ..... i-i: I - sy ...... = Hi ml I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f. 經濟部智慧財產局員工消費合恨社印製 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐）-π -