Способ теплоизоляции объекта и устройство для его осуществления

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБПИК щ.2 С 3/О 1)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕН К АВТО УУ СВИ ЬСТВ ляет расширить д апазон изнсения эффективного коэффициента тег лопроводности (в 10 раэ) и диапазон передаваемых тепловых потоков. В основе поддержания постоянной температуры а термостатируемом объекте с тепловыделением лежит изменение эффективного коэффициента теплопроводности; еплоизоляции и соответственно сбрасываемого теплового потока при изменении температуры объекта эа счет последовательного включения в механизм теплопереноса различных физических процессов, В данол; изобретеии экранновакуумная изоляция образуег замкнутые вакуумированные я ели, вн,.; рь которых вводится фитильнач структура и вещество, имеющее температуру плаоленя кипе ия в рабочем диапазоне гемператур и давления, 2 с,п,ф-лы, 7 ил,идетельство 7 С 3/00, 19 идетельствг) ,7 С 3/02. 1 5.СССР84(54) СПОСОБ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ОБЬЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к технике регулирования температуры, в том числе криогенной, для систем термэстатирова ия и терморегулирования. Изобретение позвоИзобретение относится к тепционной технике, и в астности квам теплоизоляции и термостатаппаратуры с источниками тепла,криогенньм устройствам,Цель изобретения - повышение эффективности способа эа счет стабилизации температуры защищаемого объекта в широком диапазоне изменения 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.3 - устройство системы термостатирования объекта с температуроэависимой изоляцией с линейной прокладкой ЭВТИ; на фиг,4 - устройство системы термостатирования при фиг 5 - узе еек экранн ных друг на явью давл ных вещест 1 в,е измен льном алел на еинтовои на фиг,3, состо куумной изо га внахлес насыщенны температур температур объекта во вСпособ вадру ения в от ения енте бра ом Проводилось экспериментальное исследование теплопередающих и терморегулирующих возможностей способа на основе температурозависимой экран но-вакуумной теплоизоляции (ЭВТЛ). На нагреватель, имитирующий загцищаемый объект, устанавливалась ЭВТИ с герметичными полостями и организованной системой фитилей(56) Авторское свМ 588447, кл. Р 1Авторское свМ 1241005, кл, Г г. 4ехнический инстл гут , В.Ласкин и 1"., В.Петрувивке ЭВТИ, на ящий из двух яч ляции, наложен на фиг,б - кг х паров различ ы; на фиг,7 - кр 1 ы на нагревате ремени,осущРствляют слепую10 15 20 30 35 40 45 50 55 е полостях, выполненных из стеклобумаи БМД-К и заполненных водой в количестве 300 г/м в каждом слое при 90 С. Затем нагреватель с ЭВТИ устанавливался в вакуумированную криоячейку и вся криоячейка эахоааживалась до минимальных эксплуатационных температур на нагревателе(-50 С),При изменении температуры нагревателя в сторону повышения тепловой поток увеличивается пропорционально изменению температурного перепада между горячими 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 гаоза становится больше Р - 10 мм рт,ст., тепловой поток увеличивается за счет включения дополнительного молекулярного теплопереноса вследствие увеличения количества остаточного газа в вакуумированной прослойке, который появляется при испарении рабочего вещества с поверхности экранов и прослойки, Поскольку объем вакуумированной полости постоянен, а количество рабочего вещества в твердой фазе явно избыточно, то количество рабочего вещества в газообразной фазе будет определяться кривой давления насыщенного пара вещества от температуры, имеющей экспоненциальную зависимость. Таким образом. экспоненциально увеличивается и коэффициент теплопроводности ЭВТИ, и передаваемый тепловой поток в зависимости от температуры.При достижении нагревателем температуры плавления рабочего вещества (для воды - 0 С), твердая фаза вещества переходит в жидкую, в результате чего увеличивается передаваемый тепловой поток, так как в процесс переноса тепла наряду с теплопроводностью по твердой основе, молекулярным переносом и теплопроводностью излучением включается тепло фазового перехода рабочего вещества жидкость - газ на горячем экране с последующей конденсацией на холодном экране и капиллярным переносом жидкой фазы по фитилям в зону испарения.За счет последовательного включения различных механизмов переноса тепла в зависимости от температуры нагревателя сб 5 оасываемый тепловой поток увеличился в 10 раэ, в то же время в обыкновенной ЭВТИ всего лишь в 10 раз,Количество вещества в жидкой фазе, заправляемого в тепловую изоляцию, определяется зависимостью п,=Ч, р, +Аффр (1) где Чг - объем пустот ячейки тепловой изоляциии на ке. метр;рг - плотность паров вещества при максимальной температуре и давлении е ячейке тепловой изоляции;Аф - площадь поперечного сечения фитильной прокладки;ф - длина всех фитильных прокладок на кв.метре изоляции;р ж - плотность жидкого вещества при максимальной температуре тепловой изоляции.В примере использованы пары воды е количестве 2 г. В полость ячейки температурозависимой изоляции е процессе сборки закладывались эластичная ампула с указанным выше количеством воды, в ячейке создавалось разрежение до Р = 10 мм рт.ст. с помощью форвакуумного насоса и отверстие заклеивалось, после чего ампула с водой раздаеливалась и в ячейке устанавливалось давление, соответствуюшее давлению насыщенных паров при данной температуре, определяемого кривой 1 (фиг.6), Использование других веществ уксусной кислоты. смесь Н 2 О с глицерином приводит лишь к небольшому изменению кривых 24 давления насыщенных паров ст температуры (фиг.6), Пс этим зависимостям и проводился подбор веществ для тепловой изоляции,На фиг.7 представлены результаты экспериментальной проверни температурного режима е объекте при наличии температуроэависимой изоляции. которая при колебаниях тепловыделений е 100 р обеспечивала колебания температуры е обьекте, не более чем на+ 2,5 С. Кривая 5 на фиг.7 иллюстрирует изменение температуры на нагревательном элементе обье та, а кривы 6 - изменения теплового потока внутри объекта термостатироеания.Устройство тепловой изоляции содержит замкнутые вакуумироеанные ячейки 7 (фиг.З - фиг.5), установленные внахлест под углом друг над другом по поверхности термостатируемого объекта 8 и скрепленные гибким бандажом 9 (фиг.З) или намотанные по винтовой линии (фиг,4). Каждая ячейка 7 (фиг.5) состоит из экранов - верхнего холодного экрана 10 и нижнего горячего экрана 11, которые креплены между собой с образованием замкнутой полости 12. Экраны 10 и 11 каждой ячейки разделены между собой фитильной прокладкой 13, Внутри каждой ячейки 7 помещено вещество, имеющее температуру плаеление и кипения е рабочем диапазоне температур и давлений.Ячеи и 7 устасолены друг над другом ннах- Ге,т так, что ле "ток д.кдой посл .ду ощей ячейки, расположенный на хслчг,ом экране 10 и находяшийс под пр;.ды, туцейс ойкай и частью горячего экрана 11. прилегающего к поверхности объекта термостатирования, образует участок зоны 14 испарения фиг,5), а открытая 1 асть холодного экрана 10 - зону 5 конденсации,Устройство работает след ю)цим образом.9 диапазоне температур изоляции от минимальной эксплуатационной до температуры, при которой давление насыщенных паров рабочего вещества достигает 10 мм рт,ст. перенос тепла Осусцествляется изч, нин:,1 и теплопроводностьк по твердой основе.При увеличении внутрен.ф .епгооь х давлений объекта 8 увеличивается ссчр съ- ваемый тепловой поток а следс)атос),д, .", температура экранов 10 и 11, н рсзсльтате ЧЕГО НаЧИНавтСЯ ИГПаРЕНИЕ Н .ЩЕС, на В ЗО). Е 15 конденсации, За счет этого еозникдет дополнительный молекулярньй пото .;еплд. Так как .экраны 10 и 11 образуют эам- нутую ячейку 7. то количество пабочего вещества в газообразной фазе будет определяться кривой давленич ндсьщенного пара вегцества от температуры (кривая 1 на фиг,б), имеющей зкстоненциач ную зависимость, следовательно, экспоненциально будет увеличиваться и эффективныи коэффициент теплопроводности ЭВТИВ диапазоне температур изоляции от температуры, при котооой давление насыщенных паров рабочего вещества достигает 10мм От.ст. до температуры плаеления рабочего вещества дополнительно к переносу тепла излучением и теплопронодностью по твердой основе включается механизм моле. кулярного переноса телла за счет увеличения количества остаточного газа н процессе фазового перехода огбочсго вещ: отвд твердое тело - гаэ на холоднол экране герметичного простоанстна.При достижении холодным экрано10 в зоне 15 конденсации температуры плавления жидкая фаза вещества по фитильным прокладкам 13 за счет их капиллярных свойств перетекает в зону 14 испарения горячего экрана 11 и испаряется в полость 12, причем давление в полости 12 зависит от температуры зоны 14 испарения, Ларь по- ступаот в зону 15 конденсации холодного экрана 10, где конденсируется в жидкую фазу, т.е, при температуре холодного экрана 10 выше температуры плавления рабочего вещества дополнительно х молекулярному твплопереносу и теплопереносу за счет излучения и теплопроводностью по твердой 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 основе включается отвод тепла за с ет перевода твердой фазы вещества о гидкую и использованис тепла фазового перехода жичксчгть - пдр д го 1 я ем экране 11 изоляции о зоне 14 испарения и пар - жидкость на холодном экрае 10 н зоне 15 конденсации с капиллярным переносом жидкой фазы от холодного экрднд 10 кОрячему экрану 11 по фитильн м проклддкам 13 с образованием циркуляционного контура н кдждои ячеЙке. Это приносит к чнеличениО зффс ктинного:,го коэффис, ентд тетлопронод 1 ос 1 и н 1 о раэ, Этому -,Г 1 осоС;,тт и процесс раздувания ячеек от внутреннего давления, так как увеличивается угол наклогд ячеек 7 к поверхно),) л Объе )) 1 )д )1 ут 1 Гс:)гОБО О потока уоть.цзется число экрэноо, гдк кдк они П.11.1).1 Д)от пл жанно, 1 лиЗксэ к ПЕРпен; лку 1 цр ом, ндоч, ли) "й теплового потока. УНЕ/)И 1. 1 Е,О, . И1 Е 1 Е ТЕ)1 ЛРПРОВОД ногти и соотостс 1 не 1 чо сбгдс;оаемого тепло дгд сот)жа познос)ят Обе.-,) )с и Гь изл 1 енение телс)ср 1 туры термостат рус мого объекта )е оьше тс лпердтурь кипе;и.1 тег)лоносителя г); дд 1 на,1 ддеге;)ии, Об спечиодя при этом дальнейшую изотермичность системы при з;.оан ной тем г)ра гуре.Предлагаемый способ и устройство позволяют сущестненно упр, счить процесс обеспечения тмчрату,)1 ос, р ;и.1 а защищаемого объекта н больцинстос случаен за счет полног)- дткдзд с; д);ГигОЙ системы ч)чрморег,лировдния, н разули)дтз чего уое- ЛИЧИНДЕТСЯ НДДЕжНОСТЬ СС)стс,.) Зэ СЧЕТ СУ- цестоенного упрощения кс)струкции.Создание за 1 кнутых гер 1)д 1.1х полостеи зд счет попдр 1 ого сседи)с,1 я крдйних экрдоо ЭВТ 11 обеспе дст постоянство объема, дпочненОго;рд 1). 1 рабочим вещество 1, а тдже поо-ер дное гключение разл;1 ых 1 слди1" о ерс,Осд чепла о зависимости От температуры.Соед,1,;1; ", 1 т ) ным;1 п.)г);ладками крайних экранов позволяет после перехода ТОЕРДОй фаЗЫ НЕЩЕСтно О ж 1 ДКУО И ПОВЫШЕ- ния давления о ячейке 1 золяции Образовать капиллярну,о структуру для переноса жидкой фазы вещества от холодого экрана к горячему, а также повысить 1 рочность ячейки при повышении давле ия г)утри нее,Размещение ячеек из экпаноо внахлест ПОЗООЛЯЕт СОЗДатЬ О КажДОй Я )Е.1 КЕ ЗОНУ ИСПарения, Образующуюся нд учд"ткс, накрытом предыдущей ячейкой, и зс)11;е 1 1 нсдц:1 И, Образующейся на открыто 1, 1 дсч ке ячейки. Формула изобретения 1. Способ теплоизоляции объекта, нклюЧаЮЦИй ВаКУУ 1. ИРПча)1 Е ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОНной полости и иеден 1 О о нее вещества, 1624237изменяющего агрегатное состояние в рабочемдиапазонетемператур, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью повышение эффективности за счет стабилизации температуры объекта в широком диапазоне тепловых потоков, применяют вещество с температурой кипения или плавления при рабочем давлении вакуумирования и подают его на капиллярно-пористый материал,2. Устройство для теплоизоляции объекта, содержащее вакуумированную полость идтЭФ,Ю размещенные в ней экраны, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности за счет стабилизации температуры объекта в широком диапазоне 5 тепловых потоков, полость разделена на отдельные ячейки, образованные попарно соединенными экранами, которые выполнены гибкими, при этом ячейки содержат фитильную прокладку и ее концы закреплены на 10 концах противоположных экранов, а ячейкискреплены между собой внахлест.-го 700 ГО Состав .Техред едактор А.Реви аказ 180 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-из гу вдтн 30 Фд 5 И б 700 а; минФЮ 8. 7ль Г,ОльшанскаяМоргентал Корректор Л.Пилипенк ьский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1