Теплоизоляционный кожух Советский патент 1993 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в термостатах.

Цель изобретения - повышение надежности путем улучшения теплоизоляционных свойств за счет уменьшения потерь при вводе энергии во внутреннюю полость и выводе из нее во внешнюю полость теплоизоляционного кожуха.

На фиг.1 и 2 представлена конструкция теплоизоляционного кожуха по пункту 1; на фиг.З - конструкция теплоизоляционного кожуха по пункту 2 формулы изобретения.

Теплоизоляционный кожух (фиг.1 и 2) содержит внешнюю металлическую оболочку 1, внутреннюю металлическую оболочку 2, приемники энергии3, излучатели энергии 4, теплоизоляционные держатели 5, электрические выводы 6.

Конструкция излучателей и приемников (см. фиг.2) содержит намоточный провод 7, ферритовый сердечник 8, каркас катушки 9.

Теплоизоляционный кожух (фиг.З) содержит внешнюю металлическую оболочку 1, внутреннюю металлическую оболочку 2, приемно-передающие излучатели 3, электрические выводы 4, теплоизоляционные держатели 5. Конструкция приемно- передающих излучателей 3 (фиг.З) содержит каркас катушки приемного излучателя 6, ферритовое кольцо приемного излучателя 7, металлическое кольцо-экран 8, каркас катушки передающего излучателя 9. ферритовый сердечник 1.0, намоточный провод катушек 11.

Теплоизоляционный кожух первой конструкции (см. фиг.1) конструктивно представляет собой внешнюю металлическую оболочку 1, внутри которой с помощью теплоизоляционных держателей крепится внутренняя металлическая оболочка 2, внутри которой размещается схема кварцевого генератора с блоком питания. Ввод энергии питания к схеме кварцевого генератора Ьсу- ществляется с помощью приемников энергии 3, представляющих собой каркас катушки 9, внутри которой расположены ферритовый сердечник 8 и намотка из проводника 7 определенной толщины. Приемник энергии состоит из двух одинаковых элементов 3, имеющих электрические выводы 6 во внешнюю среду и во внутреннюю полость. Электрические выводы б представляют собой электрические проводника из металла с малой теплопроводностью, которые изолированы от металлических оболочек 1 и 2 с помощью теплоизоляционного материала. Для передачи энергии во внутреннюю полость используется ток с частотой около 200 кГц, а следовательно, и соответствующие марки феррита 3000 НМ, 200 НМ..1500 НМ1 и др. Излучатели энергии 4 конструктивно выполнены так же, как и

приемники энергии 3, отличие состоит в количестве витков катуше толщине провода и марке применяемого феррита, который выбирается, исходя из частоты работы кварцевого Генератора. Так при работе до 50

МГц можно выбирать ферриты марок 50 ВЧ2, 55 НН, до 70 МГц - 20 ВЧ.

Теплоизоляционный кожух (фиг.З) второй конструкции представляет собой внешнюю металлическую оболочку 1, внутри

которой установлена с помощью теплоизоляционных держателей 5 внутренняя металлическая оболочка 2. Между внешней и внутренней оболочками расположены приемно-передающие излучатели 3, каждый из

которых содержит каркас катушки приемного излучателя б и ферритовое кольцо 7 приемного излучателя. Далее между ферритовым кольцом 7 и каркасом катушки 9 передающего излучателя расположено металлическое кольцо-экран 8. Внутри каркаса катушки 9 вмонтирован ферритовый сердечник 10. На каркасах катушек приемного излучателя 6 и передающего излучателя 9 располагаются обмотки из провода определенной толщины и длины. Выводы обмоток соединены с электрическими выводами 4. изготовленными из металла с малой теплопроводностью, которые расположены диаметрально противоположно и изолированы

от металлических сосудов 1 и 2 с помощью изоляционного материала.

Рассмотрим работу предлагаемых теплоизоляционных кожухов.

Повышение теплоизоляционных

свойств и уменьшение потерь при вводе и выводе энергии достигается за счет применения двух независимых объемов и образованной между ними кольцевой вакуумной полостью. Таким образом, внутренний объем, а следовательно, нерабочая камера полностью изолированы от фшней среды, т.к. даже питание рабочего объекта осуществляется с помощью разнесенных приемников энергии за счет магнитного поля, создавае0 мого током с частотой 200 кГц. Вывод энергии от рабочего объекта осуществляется с помощью разнесённых передатчиков энергии за счет магнитного поля, создаваемого током с частотой генерирования колебаний

5 кварцевого генератора. Потери за счет приема и передачи энергии магнитным полем ничтожно малы и ими можно пренебречь. Это достигается подбором зазора между смежными приемниками и передатчиками энергии, выбором величины магнитного потока пересекающего витки смежных катушек, который определяется параметрами катушек и феррита. В рабочей камере постоянную температуру рабочего объекта поддерживает его термостатирующее устройство. Изменения температуры рабочей камеры при изменении температуры окружающей среды происходить не будут, т.к. внешняя и внутренняя металлические оболочки соприкасаются только через тепло- изоляционные держатели. Они выполняются такими, чтобы поверхность соприкосновения их была минимальной. Теплоизоляционные держатели выполняются из материала с малым коэффициентом теплопроводности (например, серый пенопласт или др.). В местах соприкосновения с внутренними и внешними оболочками поверхность теплоизоляционных держателей имеет конусный рельеф.

При подключении источника переменного напряжения с частотой 200 кГц к обмотке катушки приемника энергии вокруг нее создается магнитное поле. Благодаря наличию ферритового сердечника оно возрастает . Магнитные силовые линии от верхней катушки пересекают витки нижней катушки приемника энергии. Под действием наведенного магнитного потока в нижней катушке приемника энергии, согласно закону индукции, возникает ЭДС взаимоиндукции, под действием которой во второй катушке протекает электрический ток. Этот ток протекает через нагрузку блока питания, находящегося в рабочей камере и та- ким образом осуществляется прием энергии от внешнего источника к кварцевому генератору, находящемуся в рабочей камере.Аналогичнымобразом осуществляется вывод энергии из генерато- ров, находящейся в рабочей камере, к потребителю, бтличие состоит в частоте тока, используемого в излучателях энергии.

Аналогично работает и теплоизоляционный кожух по п.2. Отличие состоит в конструктивном выполнении приемно-пе- редающйх излучателей, которые совмещены, и в наличии между катушками экранирующего металлического кольца, служащего для уменьшения влияния маг- нитных полей, созданных одной и другой катушкой с ферритовыми сердечниками.

Произведем оценку потерь тепла в металлических оболочках, образующих внешнюю и внутреннюю вакуумные полости.

Потери тепла сосуда Дьюара (прототип) состоят из: потерь тепла от излучения между стенками сосудов

Ql EnP 5,673-Si OV/100)4-(Тс/100)4,

0

5 0

где Enp 1/ei+(S2/Si)()r1:

Јnp - приведенная степень черноты; Ј1, Ј2 - степень черноты поверхности внутреннего и внешнего сосудов;

Si, Sa, Тк, Тс - площади поверхностей и абсолютные температуры (К) внутреннего и внешнего сосудов;

потерь тепла из-за теплопроводности остаточных газов

,2 102 Р Si(T,c-Tc), где Р - давление газа, мм рт.ст.; потерь из-за переноса тепловой энергии через теплоизоляционную пробку

, л: Ы /т- т- х 0.3 Длр , .л (Тк - Тс).

+ пр

где Дпр коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала пробки, бпр - толщина пробки,

DI - диаметр пробки, потерь тепла из-за переноса его по внутренней стенке сосуда

Q4 - Лет Л (Di + 5СТ) бет (Тк - Тс)/ 5пр . где ACT - коэффициент теплопроводности сосуда,

дст - толщина стенки.

Общие потери тепла сосудом Дьюара равны

0..1 + 02 + 0.3 + 0.4

Из особенностей конструкции предлагаемого теплоизоляционного кожуха видно, что потери тепла от излучателя между стенками сосуда и потери тепла из-за теплопроводности остаточных газов в обоих сосудах будут одинаковы и их отношения друг к другу будут равны;

0

5

0

Ою От

1

-9-20-1 Q2D ll

где Ою - потери тепла предлагаемого устройства;

QD - потери тепла сосуда Дьюара.

Потери тепла из-за переноса тепловой энергии через теплоизоляционную пробку отсутствуют, т.к. отсутствует пробка, т.е.

Озо 0

Потери тепла из-за переноса его по внутренней стенке сосуда также отсутствуют, т.к. внутренний и внешний объемы изолированы друг от друга. Значит:

Озо 0

Таким образом, общие потери предлагаемого кварцевого генератора равны

00 0/1+ 0.2

Следовательно, потери тепла в предлагаемом теплоизоляционном кожухе меньше, чем у прототипа, на величину тепловых потерь Оз и 0.4, что повышает теплоизоляционные свойства и уменьшает потери при вводе и выводе энергии.

Авторами не оговариваются конкретные размеры металлических сосудов, т.к. они будут определяться требованиями заказчика к теплоизоляционному кожуху.

Таким образом, предлагаемое устройство при совокупности отличительных признаков обеспечивает повышение теплоизоляционных свойств и уменьшение потерь при вводе и выводе энергии. По сравнению с прототипом теплоизоляционный кожух имеет следующие преимущества: в 10-15 раз повысились теплоизоляционные свойства, а следовательно, в 5 раз уменьшились потери по вводу и выводу энергии.

Таким образом, цель предлагаемого изобретения достигнута в результате построения оригинальной, эффективной конструкции теплоизоляционного кожуха, позволяющего более чем на порядок повысить его теплоизоляционные свойства и уменьшить потери при вводе и выводе энергии.

Формула изобретения 1. Теплоизоляционный кожух, содержащий внутреннюю и внешнюю герметичные вакуумированные оболочки из металла, разделенные одна относительно другой по периметрам вакуумированной герметичной полостью, теплоизоляционные держатели, размещенные в вакуумированной герметич- . ной полости между внутренней и внешней герметичными оболочками, излучатели и приемники энергии с электрическими выводами, размещенные в вакуумированной полости между внешней и внутренней герметичными оболочками одни напротив других на внутренней поверхности внешней герметичной оболочки и внешней поверхности внутренней герметичной оболочки соответственно, которые изолированы

относительно указанных оболочек, а своими электрическими выводами направлены во внешнюю сторону относительно внешней герметичной оболочки и во внутреннюю сторону относительно внутренней герметичной оболочки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения теплоизоляционных свойств за счет уменьшения потерь энергии при вводе

энергии во внутреннюю герметичную полость и выводе энергии из нее во внешнюю герметичную полость, излучатели и приемники энергии выполнены в виде катушек с обмотками и с ферритовыми сердечниками.

2.Кожух по п. 1, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что катушки с обмотками и ферритовыми сердечниками излучателей и приемников энергии внутренней и внешней

герметичных вакуумированных оболочек соответственно выполнены составными в виде пар коаксиально размещенных одни в других катушек, обмотки которых разделены между собой экранирующими кольцами

из металла, при этом ферритовые сердечники внешних катушек выполнены в виде колец, которые установлены на экранирующих кольцах.

3.Кожух по п.1,о тличающийся тем, что катушки с обмотками и ферритовыми сердечниками излучателей и приемников энергии соответственно снабжены экранирующими кольцами из металла и выполнены составными ъ виде пар коаксиально размещенных одни в других катушек, обмотки которых разделены между собой экранирующими кольцами, коаксиально установленными на обмотки внутренних катушек, при этом ферритовые сердечники

внешних катушек выполнены в виде колец, которые расположены на экранирующих кольцах коаксиально относительно них.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение теплоизоляционных свойств и уменьшение потерь при вводе энергии во внутреннюю полость и выводе из нее во внешнюю полость. Сущность изобретения: заключается в том, что между внутренней и внешней вакуумиро- ванными герметичными металлическими оболочками 1,2 расположены друг над другом и закрепленные на внешней 1 и в и. - ренней 2 оболочках излучатели и приемники энергии, выполненные в виде катушек 4 с ферритовыми сердечниками 3, имеющими изолированные от оболочек 1, 2 электрические выводы 6 соответственно во внешнюю среду и во внутреннюю полость. Цель изобретения достигается также еще и тем, что внешняя 1 и внутренняя 2 оболочки образуют полые вакуумированные полости и во внешней полости на внутренней стенке внешней оболочки 1 и на противостоящей внешней стенке внутренней оболочки 2 расположены приемно-передающие излучатели энергии в виде составных катушек, каждая из которых содержит внешнюю катушку, посаженную на ферритовое кольцо, в отверстии которого через экранирующее металлическое кольцо вставлена внутренняя катушка с ферритовым сердечником. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С со кэ ю го SQ Фие.1

фиг.2

в-в

V 0 11 10 3 81 Ь

// АЈ/V/

AL

4 fЈfflff{ t,

в

т

Редактор С. Кулакова

Составитель А. Попова Техред М.Моргентал

ш

i

А.

8

Фиг .3Корректор И. Шмакова