ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК F16L59/06 

Изобретение относится к устройствам тепловой защиты и может применяться в различных отраслях народного хозяйства. Преимущественная область использования защита аппаратуры и оборудования, работающего при криогенных температурах, от притока тепла из окружающей среды, а также в панелях строительных конструкций.

Известна сотовая тепловая изоляция (Теплопередача при низких температурах. Под.ред. У.Фроста, пер. с англ. М."Мир", 1977, с.46, рис.2.13), состоящая из сотовой арматуры, выполненной из стеклопластика на фенольной смоле и заполненной полиуретаном низкой плотности, клеящего вещества для герметичного вклеивания вспененного материала, облицовки и герметизирующих барьеров. Вместо полиуретана соты могут быть заполнены гелием.

Недостатком данной тепловой изоляции является невысокая технологичность исполнения, обусловленная как трудоемкостью изготовления самих сотовых панелей, так и сложностью процесса формирования самой изоляции. Кроме этого, сотовые панели имеют пониженные прочностные характеристики, так как при воздействии нагрузки их стенки работают как на сжатие, так и на продольную устойчивость.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является тепловая изоляция (авт. св. СССР 1679129, F 16 L 59/06, 1989), предназначенная для применения в криогенной технике, которая состоит из сотовой арматуры, герметизирующего слоя и облицовки, сотовая арматура выполнена в виде нескольких непосредственно контактирующих между собой слоев, ячейки которых смещены относительно друг друга, и, кроме того, ячейки арматуры имеют в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, а слои сдвинуты вдоль одной из его диагоналей на половину ячейки.

Недостатком данной тепловой изоляции является невысокая технологичность изготовления, обусловленная как трудоемкостью процесса изготовления самих сотовых панелей, так и сложностью формирования самой изоляции, так как при этом необходимо выдерживать точность сдвижки слоев. Кроме этого, панели имеют пониженные прочностные характеристики, так как при воздействии нагрузки в их стенках возникает как напряжение сжатия, так и напряжение продольной устойчивости.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания тепловой изоляции с повышенной технологичностью изготовления и улучшенными прочностными характеристиками.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в тепловой изоляции, включающей облицовку и теплоизоляционную арматуру, выполненную в виде нескольких контактирующих между собой слоев, слои теплоизоляционной арматуры выполнены в виде сплошных гофрированных листов, причем каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего, например на 90^o.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая изоляция имеет следующие отличительные признаки:
1) арматура выполнена в виде сплошных гофрированных листов;
2) каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего на 90^o.

Выполнение арматуры в виде сплошного гофрированного листа значительно улучшает технологию ее изготовления по сравнению с сотами, имеющими в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, изготовление которых требует наличия сложной технологической оснастки. Тепловая изоляция из сотовых панелей выполняется со смещением слоев по диагонали на половину ее длины для снижения площади контакта, что требует высокой точности при формировании слоев. В предлагаемом техническом решении предлагается выполнить относительный поворот слоев для достижения уменьшения площади контакта. Поворот же на 90^o дает максимально возможное уменьшение контакта, что одновременно yпрощает и саму технологию изготовления тепловой изоляции. Выполнение листов с гофрами увеличивает жесткость панели по сравнению с просечной панелью. Это обусловлено тем, что при силовом контакте в просечных сотовых панелях работают только по одной стенке в месте контакта, а в гофрированной панели контакт происходит по вершинам гофр и в этом случае напряжение воспринимают две стенки, образующие складку гофра, что вдвое увеличивает момент сопротивления возникающему напряжению. Это позволяет использовать тепловую панель при более высоких загрузках
На фиг. 1 представлена конструкция тепловой изоляции, разрез; на фиг. 2
разрез А-А на фиг. 1.

Тепловая изоляция содержит два слоя 1 и 2 теплоизоляционной арматуры, выполненной в виде сплошных гофрированных листов из низкотеплопроводного материала. Слои арматуры 1 и 2 контактируют непосредственно между собой, причем один лист повернут относительно рисунка другого листа на 90^o. По наружным плоскостям слоев 1 и 2 выполнена облицовка 3,4, например, в виде нескольких слоев стеклоткани или нейлона, пропитанных фенольной смолой, и клеевого слоя. Облицовка 3 и 4 может быть покрыта герметизирующим слоем 5, 6, например, из теуларовой или майларовой пленки. Внутренняя полость тепловой изоляции, образованная гофрами, может быть либо вакуумированной, либо заполненной газом, например воздухом, гелием и др. Защищаемый объект 7 показан условно. Облицовка 3, 4 может иметь и другое конструктивное исполнение, которое определяется назначением теплоизоляции.

Описанная тепловая изоляция работает следующим образом. Тепловая энергия внешней среды нагревает герметизирующий слой 5 и облицовку 3 и дальнейшее распространение энергии носит сложный характер. Передача тепла идет разными путями:
1. Теплопроводностью по стенкам арматуры и через места непосредственного контакта;
2. Теплопроводностью и конвективным переносом тепла в газе, заполняющем полость тепловой изоляции;
3. Лучистым теплообменом между поверхностями.

Основным каналом теплопритока служит материал арматуры.

Предложенная изоляция представляет собой конструкцию, имеющую большое тепловое сопротивление, что достигнуто не только за счет применения низкотеплопроводного материала, но и также за счет создания системы точечных контактов между слоями изоляции. При прохождении тепловой энергии через эту систему возникает сгущение линий теплового потока к пятнам точечного контакта и, вследствие этого, добавочное термическое сопротивление. Фактическая площадь контактных пятен существенно уменьшается вследствие естественной шероховатости поверхности арматурных листов. Чем выше степень шероховатости, тем меньше теплоприток по контактным пятнам. Степень шероховатости листов может быть легко увеличена без изменения технологического процесса их изготовления. Пройдя через слои 1 и 2 арматуры, тепловой поток передается на облицовочную пластину 4, а от нее на герметизирующий слой. Тип контакта между слоем 2 арматуры и облицовкой 4 несколько иного типа, поскольку контактные зоны здесь не точечные, а линейные. Пройдя все перечисленные зоны, тепловой поток существенно ослабляется.

Рациональный профиль гофра, например волнистый, дает в местах нагрузки сводчатую опору, что позволяет использовать тонкие листы, а это увеличивает тепловое сопротивление стенок арматуры и интегральное теплосопротивление изоляции.

Применение предложенной тепловой изоляции, например, для изготовления корпусов, опор и других деталей криомодулей, используемых в качестве силовых узлов высокоскоростного наземного транспорта, дает следующие положительные эффекты:
1. Малый теплоприток через корпус криомодуля улучшает условия работы внутренних опор сверхпроводящего контура (уменьшает градиент температур) и понижает тем самым требования к их собственной теплопроводности. Это дает свободу варьирования конструкции опор для достижения оптимальных весовых и прочностных характеристик;
2. Малый вес панелей тепловой изоляции позволяет значительно уменьшить вес криомодуля, что важно для летающего экипажа ВСНТ;
3. Стенки, выполненные из изоляционных панелей, являются хорошими вибропоглотителями.

Сущность изобретения: тепловая изоляция состоит из облицовки и теплозащитной арматуры. Теплоизоляционная арматура выполнена в виде гофрированных листов, причем каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего на 90^o. Такая конструкция теплоизоляции упрощает технологию ее изготовления и улучшает прочностные характеристики. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепловая изоляция, содержащая облицовку и теплоизоляционную арматуру, выполненную в виде нескольких контактирующих между собой слоев, отличающаяся тем, что слои теплоизоляционной арматуры выполнены в виде сплошных гофрированных листов, причем каждый последующий лист повернут относительно рисунка предыдущего. 2. Изоляция по п.1, отличающаяся тем, что каждый последующий гофрированный лист повернут относительно рисунка предыдущего на 90°.