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