Вакуумное адиабатическое тело - RU2739948C1
Код документа: RU2739948C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретения
Настоящее изобретение относится к вакуумному адиабатическому телу и холодильнику.
Уровень техники
Вакуумное адиабатическое тело - это изделие для подавления теплопереноса путем вакуумирования внутреннего пространства самого тела. Вакуумное адиабатическое тело может уменьшить теплоперенос за счет конвекции и теплопроводности и, поэтому, применяется в нагревательных устройствах и охлаждающих устройствах. В типичном адиабатическом методе, применяемом для холодильников, хотя он применяется по-разному для охлаждения и для заморозки, обычно используют адиабатическую стенку из вспененного уретана толщиной прибл. 30 см. Однако, в результате уменьшается внутренний объем холодильника.
Для увеличения внутреннего объема холодильника была предпринята попытка применить в холодильнике вакуумное адиабатическое тело.
Во-первых, был получен патент Кореи 10-0343719 (справочный документ 1) того же заявителя. В этом справочном документе 1 описывается способ, при котором готовят вакуумные адиабатические панели, которые затем встраивают в стенки холодильника, а внешнюю поверхность вакуумной адиабатической панели отделывают декоративной накладкой, например, из Styrofoam. Согласно этому способу, дополнительное вспенивание не требуется и адиабатические характеристики холодильника улучшаются. Однако возрастают производственные издержки и способ изготовления усложнен. В качестве другого примера, в патентной публикации Кореи 10-2015-0012712 (справочный документ 2) раскрывается технология создания стенок с использованием вакуумного адиабатического материала и, дополнительно, введение в адиабатические стенки вспененного заполняющего материала. Согласно справочному документу 2 производственные издержки увеличиваются, и способ изготовления усложнен.
В качестве еще одного примера, предпринималась попытка изготавливать все стенки холодильника, используя вакуумное адиабатическое тело, являющееся единым изделием. Например, в выложенной патентной публикации США 2040226956А1 (справочный документ 3) описана технология создания адиабатической структуры холодильника, находящаяся в вакуумированном состоянии. Однако трудно добиться конкретного уровня адиабатического эффекта, создавая стенку холодильника с достаточной величиной вакуума. Более подробно, имеются ограничения, относящиеся к тому, что трудно предотвратить теплоперенос на участке контакта между внешним кожухом и внутренним кожухом, которые имеют разные температуры, трудно поддерживать стабильный уровень вакуума и трудно предотвратить деформацию кожуха под действием отрицательного давления в вакуумированном состоянии. Из-за таких ограничений технология, описанная в справочном документе 3, ограничивается криогенным холодильником и не пригодна для применения в области бытовых холодильников общего назначения.
Настоящий заявитель подал заявку на патент 10-2011-0113414 (справочный документ 4), в которой учитываются вышеописанные ограничения. В этом документе предлагается холодильник, содержащий вакуумное адиабатическое тело. В частности, имеется элемент, поддерживающий расстояние для установки теплоотражающего экрана.
Согласно этому документу, имеются трудности при установке теплоотражающго экрана, в частности, когда этот экран вставляется, элемент, поддерживающий расстояние, нужно вставлять отдельно. Дополнительно, поскольку используется элемент, изготовленный из материала смолы, увеличиваются вес, издержки и выделение газа. Кроме того, поскольку необходимо вставлять элемент, поддерживающий расстояние, имеющий заранее определенную толщину, имеются ограничения на поддержку адиабатической толщины вакуумного адиабатического тела.
Сущность изобретения
Техническая задача
Согласно вариантам настоящего изобретения предлагается вакуумное адиабатическое тело, устраняющее неудобства при установке теплоотражающего экрана в холодильник.
Согласно вариантам настоящего изобретения также предлагается вакуумное адиабатическое тело, устраняющее ограничения, связанные с увеличением веса, издержек и выделения газа, связанные с дополнительным применением материала смолы в холодильнике.
Согласно вариантам настоящего изобретения также предлагается вакуумное адиабатическое тело, не ограниченное адиабатической толщиной вакуумного адиабатического тела и холодильника.
Решение задачи
Для устранения неудобств при установке теплоотражающего экрана предлагается теплоотражающий экран самоподдерживающегося типа. Этот теплоотражающий экран самоподдерживающегося типа может содержать основание экрана, проходящее в направлении, пересекающем внутреннее пространство, и по меньшей мере один выступ, отходящий от основания по меньшей мере в одном направлении первого пластинчатого элемента и второго пластинчатого элемента для поддержания интервала основания экрана.
Для решения проблемы увеличения веса, издержек и выделения газа из-за дополнительного использования материала смолы, положение и интервал самоподдерживающегося теплоотражающего экрана могут быть зафиксированы с помощью сквозного отверстия, сквозь которое проходит стержень, поддерживающий интервал между пластинчатыми элементами и с помощью выступов экрана, без применения отдельных деталей из материала смолы.
Для удобства установки сквозное отверстие, через которое проходит стержень, может иметь небольшой размер на кромке основания листа и большой размер на внутренней части основания экрана.
Для еще большего удобства установки это сквозное отверстие может быть определено на конце выступа экрана.
Для дополнительного уменьшения количества материала смолы выступ экрана может быть выполнен на обеих поверхностях основания листа.
Для дополнительного воспрепятствования радиационному теплопереносу устойчивый теплоотражающий экран, может быть многослойным. Здесь по меньшей мере в одном из двух ламинированных теплоотражающих экранов самоподдерживающегося типа выступ может быть выполнен на каждой из обеих поверхностей основания экрана.
Между теплоотражающим экраном самоподдерживающегося типа и пластинчатым элементом может быть расположен теплоизолирующий элемент для предотвращения проводимости теплоты между теплоотражающим экраном самоподдерживающегося типа и пластинчатым элементом.
Множество теплоотражающих экранов можно установить разными способами, благодаря созданию основания экрана, имеющего двумерную планарную структуру, и выступа, отходящего по меньшей мере от одной поверхности основания экрана, для фиксации интервала между основанием экрана и пластиной. Детали одного или более вариантов изобретения показаны на приложенных чертежах и в нижеследующем описании. Другие признаки настоящего изобретения будут понятны из описания, чертежей и приложенной формулы.
Преимущества изобретения
Согласно настоящему изобретению, у рабочего отсутствует необходимость отдельно задавать интервал и положение теплоотражающего экрана, ему нужно лишь установить теплоотражающий экран.
Согласно настоящему изобретению, поскольку материал смолы не используется или используется меньшее количество материала смолы для удержания положения теплоотражающего экрана, производственные издержки можно снизить и, кроме того, уменьшить выделение газов.
Согласно настоящему изобретению, теплоотражающий экран для уменьшения радиационного теплопереноса, применяемый для каждого вакуумного адиабатического тела, может конструироваться без каких-либо ограничений.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе холодильника по настоящему изобретению.
Фиг. 2 - вид, схематически иллюстрирующий вакуумное адиабатическое тело, используемое в основном корпусе и в дверце холодильника.
Фиг. 3 - вид, иллюстрирующий разные варианты внутренней конфигурации части вакуумного пространства.
Фиг. 4 - результаты исследования смол.
Фиг. 5 - результаты эксперимента по поддержания вакуума разными смолами.
Фиг. 6 - результаты анализа компонентов газов, выпущенных РРС и PC с низким выделением газов.
Фиг. 7 - результаты измерений максимальных температур деформации, при которых смолы повреждаются атмосферным давлением при высокотемпературном вакуумировании.
Фиг. 8 - различные варианты теплоизолирующего экрана и его периферийных деталей.
Фиг. 9 - вид в перспективе части поддерживающего элемента.
Фиг.10 - сечение части поддерживающего элемента.
Фиг. 11-14 - разные примеры, в которых радиационный теплоперенос блокируется теплоотражающим экраном самоподдерживающегося типа.
Фиг. 15 - сечение поддерживающего элемента по первому модифицированному примеру.
Фиг. 16 - сечение поддерживающего элемента по второму модифицированному примеру.
Фиг. 17 - сечение поддерживающего элемента по третьему модифицированному примеру.
Фиг. 18 - сечение поддерживающего элемента по четвертому модифицированному примеру.
Фиг. 19 - сечение поддерживающего элемента по пятому модифицированному примеру.
Фиг. 20 - вид сверху самоподдерживающегося теплоотражающего экрана, применяемого в шестом модифицированном варианте.
Фиг. 21 - график изменений адиабатических характеристик и изменений газопроницаемости относительно давлений вакуума, полученных моделированием.
Фиг. 22 - результаты наблюдений времени и давления в процессе вакуумирования внутреннего пространства вакуумного адиабатического тела при использовании поддерживающего элемента.
Фиг. 23 - результаты сравнения давления газа вакуума и газопроницаемости.
Подробное описание изобретения
Далее следует описание иллюстративных вариантов со ссылками на приложенные чертежи. Однако изобретение моет быть реализовано во множестве других форм и не должно толковаться как ограниченное описанными здесь вариантами, и специалист, понимающий суть настоящего изобретения, может легко реализовать его в других вариантах, включенных в объем настоящего изобретения, путем добавления, изменения, исключения компонентов; и следует понимать, что такие измененные варианты также входят в объем настоящего изобретения.
Приложенные чертежи могут отличаться от реального изделия, быть не в масштабе, упрощенными или не показывать какие-либо детали, но это направлено на упрощение понимания технической идеи настоящего изобретения. Это не должно считаться ограничением.
В нижеследующем описании давление вакуума означает любое давление ниже атмосферного. Кроме того, выражение, что степень вакуума А выше, чем В означает, что давление вакуума А ниже, чем В.
На фиг.1 приведен вид в перспективе одного из вариантов холодильника.
Как показано на фиг.1, холодильник 1 содержит основной корпус 2, в котором имеется полость 9, выполненная с возможностью хранить продукты, и дверцу 3, предназначенную для открывания/закрывания основного корпуса 2. Дверца 3 может быть распашной или сдвижной для открывания/закрывания полости 9. В полости 9 может находиться холодильный отсек и/или морозильный отсек.
Части, образующие цикл заморозки, в котором холодный воздух подается в полость 9. К этим частям относятся компрессор 4 для сжатия хладагента, конденсатор 5, для конденсации сжатого хладагента, расширитель для 6 для расширения конденсированного хладагента, и испаритель 7 для испарения расширенного хладагента для отбора теплоты. В типичной конструкции рядом с испарителем 7 может устанавливаться вентилятор, и текучая среда, нагнетаемая вентилятором, может проходить через испаритель 7 и нагнетаться в полость 9. Тепловой нагрузкой при замораживании управляют путем регулирования количества и направления нагнетаемой вентилятором текучей среды, регулирования количества циркулирующего хладагента, или регулирования степени сжатия компрессора так, чтобы можно было управлять пространством охлаждения или пространством заморозки.
На фиг.2 схематически показано вакуумное адиабатическое тело, применяемое в основном корпусе и в дверце холодильника. На фиг.2 показано вакуумное адиабатическое тело главного корпуса в состоянии, в котором верхняя и боковые стенки удалены, в вакуумное адиабатическое тело дверцы показано в состоянии, в котором удалена часть передней стенки. Кроме того, для облегчения понимания схематически показаны сечения участков экранов, препятствующих теплопроводности.
Как показано на фиг.2, вакуумное адиабатическое тело содержит первый пластинчатый элемент 10 для создания стенки низкотемпературного пространства, второй пластинчатый элемент 20 для создания стенки высокотемпературного пространства, вакуумированное пространство 50, определенное как интервал между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20. Кроме того, вакуумное адиабатическое тело содержит экраны 60 и 63, препятствующие теплопроводности для предотвращения прохождения теплоты между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20. Имеется уплотняющая часть 61 для уплотнения первого и второго пластинчатых элементов 10 и 20 так, чтобы вакуумированное пространство 50 было уплотнено. Когда вакуумное адиабатическое тело применяется в холодильном или морозильном шкафе первый пластинчатый элемент 10 можно назвать внутренним кожухом, а второй пластинчатый элемент можно назвать внешним кожухом. Машинный отсек, в котором расположены компоненты, обеспечивающие цикл заморозки, находится в задней нижней части адиабатического тела основного корпуса, а выпускное отверстие 40 для формирования вакуума путем откачки воздуха из вакуумируемого пространства 50, расположен на любой стороне вакуумного адиабатического тела. Кроме того, в вакуумированном пространстве 50 может быть проложена трубка 64 для подачи, размораживающей вводы и прокладки электрических линий.
Первый пластинчатый элемент 10 может определять по меньшей мере одну часть стенки для первого пространства, прилегающего к нему. Второй пластинчатый элемент 10 может определять по меньшей мере одну часть стенки для второго пространства, прилегающего к нему. Первое пространство и второе пространство можно определить как пространства, имеющие разные температуры. Здесь стенка каждого пространства может служить не только стенкой, непосредственно контактирующей с пространством, но и стенкой, не контактирующей с пространством. Например, вакуумное адиабатическое тело в одном варианте может также применяться в изделии, далее имеющем отдельную стенку, контактирующую с каждым пространством.
Факторами теплопереноса, которые приводят к потере адиабатического эффекта вакуумного адиабатического тела, являются теплопроводность между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20, тепловое излучение межу первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20, и газопроницаемость вакуумированного пространства 50.
Далее будет описан узел теплового сопротивления, предназначенный для уменьшения адиабатических потерь, связанны с этими факторами теплопереноса. В то же время, вакуумное адиабатическое тело и холодильник не исключают применения других адиабатических средств по меньшей мере на одной стороне вакуумного адиабатического тела. Поэтому на другой стороне вакуумного адиабатического тела может применяться адиабатическое средство, в котором используется пена и т.п.
На фиг.3 приведен вид, иллюстрирующий разные варианты внутренней конфигурации детали с вакуумным пространством.
Во-первых, как показано на фиг.3а, вакуумированное пространство 50 может быть расположено в третьем пространстве, давление в котором отличается от давления в каждом из первого и второго пространства, предпочтительно, находясь под вакуумом, что снижает адиабатические потери. Третье пространство может иметь температуру, промежуточную меду температурой первого пространства и температурой второго пространства. Поскольку третье пространство находится в состоянии вакуума, на первый и второй пластинчатые элементы 10 и 20 действует сила, сжимающая их в направлении друг к другу из-за силы, соответствующей перепаду давления между первым и вторым пространствами. Поэтому вакуумированное пространство 50 может деформироваться в направлении его уменьшения. В этом случае могут возникнуть адиабатические потери, вызванные увеличением теплового излучения, вызванным сокращением вакуумированного пространства 50 и увеличением теплопроводности, вызванным контактом между пластинчатыми элементами 10 и 20.
Для уменьшения деформации детали с вакуумным пространством 50 можно применять поддерживающий элемент 30. Поддерживающий элемент 30 содержит стержень 31. Стержень 31 может проходить, по существу, в вертикальном направлении относительно пластинчатых элементов для сохранения расстояния между первым пластинчатым элементом и вторым пластинчатым элементом. По меньшей мере на одном конце стержня 31 может быть выполнена опорная пластина 35. Опорная пластина 35 может соединять друг с другом по меньшей мере два стержня 31 или более и проходить в горизонтальном направлении относительно первого и второго пластинчатого элемента 10 и 20. Опорная пластина 35 может иметь форму пластины или форму решетки, чтобы уменьшить площадь опорной пластины, находящуюся в контакте с первым или вторым пластинчатым элементом, тем самым уменьшая теплоперенос. Стержни 31 прикреплены друг к другу по меньшей мере одной частью, чтобы совместно вставляться между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20. Опорная пластина 35 контактирует по меньшей мере с одним из первого и второго пластинчатых элементов 10 и 20, тем самым препятствуя деформации первого и второго пластинчатых элементов 10 и 20. Кроме того, на основе направления, в котором проходят стержни 31, общая площадь сечения опорной пластины 35 больше, чем эта площадь стержней 31, поэтому, теплота, переносимая через стержни 31 может рассеиваться через опорную пластину 35.
Далее следует описание материала поддерживающей пластины.
Поддерживающий элемент 30 должен иметь высокую прочность на сжатие, чтобы выдерживать давление вакуума. Кроме того, поддерживающий элемент 30 должен иметь низкую скорость выделения газов и низкую скорость абсорбции воды, чтобы снизить теплоперенос между пластинчатыми элементами. Корме того, поддерживающий элемент 30 должен иметь такую прочность на сжатие при высокой температуре, чтобы выдерживать процесс высокотемпературного вакуумирования. Кроме того, поддерживающий элемент 30 должен иметь низкую стоимость формования. Время, необходимое для выполнения процесса вакуумирования, составляет несколько суток. Поэтому сокращение этого времен существенно улучшает производственные издержки и производительность. Поэтому, прочность на сжатие должна сохраняться при высокой температуре, поскольку скорость вакуумирования увеличивается с увеличением температуры, при которой выполняется этот процесс. Изобретатель выполнил разнообразные исследования в вышеописанных условиях.
Во-первых, керамика или стекло имеют низкую скорость выделения газов, но они довольно трудно поддаются обработке. Поэтому керамику или стекло нельзя использовать в качестве материала поддерживающего элемента 30.
На фиг.4 приведена диаграмма, иллюстрирующая результаты исследования смол.
Как показано на фиг.4, изобретатель исследовал разные смолы и большинство смол использовать нельзя, поскольку их скорость выделения газов и скорость абсорбции воды довольно высоки. Соответственно изобретатель исследовал смолы, которые в достаточной степени удовлетворяют требования к скорости выделения газов и скорости абсорбции воды. В результате, полиэтилен (РЕ) оказался непригодны для использования из-за его высокой скорости выделения гадов и низкой прочности на сжатие. Политрифторхлорэтилен (PCTFE) использовать нежелательно из-за его высокой стоимости. Полиэфирэфиркетон (PEEK) непригоден для использования из-за высокой скорости выделения газов. Соответственно, было определено, что в качестве материала поддерживающего элемента можно использовать смолу, выбранную из группы, содержащей поликарбонат (PC), поликарбонат, армированный стекловолокном, поликарбонат с низкой скоростью выделения газов, полифениленсульфид (PPS) и жидкокристаллический полимер (LCP). Однако, скорость выделения газов поликарбоната равна 0,19, что является низким показателем. Поэтому по мере увеличения времени, необходимого для обезгаживания прогревом, когда выполняется вакуумирование, в качестве материала поддерживающего элемента можно использовать поликарбонат.
Изобретатель нашел оптимальный материал, выполняя различные исследования смол, предназначенных для использования внутри детали с вакуумным пространством. Далее со ссылками на приложенные чертежи будут описаны результаты этих исследований.
На фиг.5 показаны результаты исследований свойств сохранения вакуума разных смол.
На фиг.5 приведен график, показывающий результаты, полученные при изготовлении поддерживающего элемента из соответствующих смол и последующем испытании характеристик удержания вакуума этих смол. Сначала поддерживающий элемент, изготовленный из выбранного материала, очищался этанолом, оставлялся при низком давлении на 48 часов, выносился на воздух на 2,5 часа, а затем участвовал в процессе вакуумирования при 90°С в течение приблизительно 50 часов в состоянии, когда поддерживающий элемент был установлен в вакуумное адиабатическое тело и, тем самым, проверялось сохранения свойств этого поддерживающего элемента в вакууме.
Результаты показывают, что в случае жидкокристаллического полимера его начальные характеристики в вакууме являются наилучшими, но сохраняются эти характеристики неудовлетворительно. Вероятно, это связано с тем, что жидкокристаллические полимеры чувствительны к температуре. Кроме того, из результатов, приведенных на графике, можно ожидать, что, когда окончательное давление достигает 5×10-3 мм ртутного столба, его вакуумные характеристики будут сохраняться в течение приблизительно полугода. Поэтому жидкокристаллические полимеры неприемлемы в качестве материала для поддерживающего элемента.
Можно видеть, что в случае поликарбоната, армированного стекловолокном (G/F PC) скорость вакуумирования высока, но его характеристики сохраняются в вакууме неудовлетворительны. Было определено, что на них влияют присадки. Кроме того, из характеристик на графике ожидается, что поликарбонат, армированный стекловолокном, будет сохранять свои вакуумные свойства при тех же условиях в течение приблизительно 8,2 лет. Поэтому, жидкокристаллические полимеры неприемлемы в качестве материала для поддерживающего элемента.
Ожидается, что поликарбонат с низким выделением газа (O/G PC) прекрасно сохраняет свои характеристики в вакууме и в тех же условиях эти характеристики сохраняются в течение приблизительно 34 лет по сравнению с вышеописанными материалами. Однако, как можно видеть, начальные характеристики поликарбоната с низким выделением газа при вакуумирования невысоки и, поэтому, эффективность производства поликарбоната с низким выделением газа снижается.
Можно видеть, что в случае полифениленсульфида его вакуумные характеристики сохраняются прекрасно, и его характеристики при вакуумировании также высоки. Поэтому, на основе этих характеристик, полифениленсульфид является наиболее предпочтительным материалом для поддерживающего элемента.
На фиг.6 показаны результаты анализа компонентов газов, выделяемых полифениленсульфидом и поликарбонатом с низким выделением газов, где горизонтальная ось представляет массовые числа газов, а вертикальная ось представляет концентрацию газов. На фиг.6а показан результат, полученный при анализе газа, выделяемого поликарбонатом с низким выделением газов. На фиг.6а видно, что в равной степени выделяются серия Н2 (I), серия H2O (II), серия N2/CO/CO2/O2 (III) и серия углеводородов (IV). На фиг.6b показан результат, полученный анализом газа, выделяемого полифениленсульфидом. На фиг.6b видно, что серия Н2 (I), серия H2O (II), серия N2/CO/CO2/O2 (III) выделяются слабо. На фиг.6 с видно, что из нержавеющей стали выделение газов подобно выделению газов из полифенилесульфида.
Результат анализов дополнительно подтверждает, что полифениленсульфид является прекрасным материалом для поддерживающего элемента.
На фиг.7 показаны результаты измерения температур максимальной деформации, при которой смолы повреждаются атмосферным давлением при высокотемпературном вакуумировании. На этот раз брались стержни 31 диаметром 2 мм и длиной 30 мм. Как показано на фиг.7, в случае полиэтилена разрушение происходило при температуре 60°С, в случае поликарбоната с низким выделение газа - при температуре 90°С, и в случае полифелиленсульфида - при температуре 125°С.
Результаты анализа показывают, что полиэтиленсульфид наиболее предпочтителен для использования в качестве молы внутри детали с вакуумным пространством. Однако для снижения производственных издержек можно использовать поликарбонат с низким выделением газов.
Далее следует описание теплоотражающего экрана 32 для уменьшения радиационного переноса теплоты между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20 через вакуумированное пространство 50. Первый и второй пластинчатые элементы 10 и 20 могут быть изготовлены из нержавеющего материала, способного предотвращать коррозию и создавать достаточную прочность. Это нержавеющий материал имеет относительно высокий коэффициент излучения, равный 0,16 и, поэтому может возникать радиационный перенос большого количества теплоты. Дополнительно, поддерживающий элемент 30, изготовленный из смолы, имеет более низкий коэффициент излучения, чем пластинчатые элементы и не полностью прилегает к внутренним поверхностям первого и второго пластинчатых элементов 10 и 20. Поэтому поддерживающий элемент 30 не оказывает большого влияния на излучение теплоты. Следовательно, теплоотражающему экрану 32 можно придать форму пластины, перекрывающую большую часть площади вакуумированного пространства 50, чтобы сконцентрироваться на уменьшении излучения теплоты между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20. В качестве материала теплоотражающего экрана 32 предпочтительно можно использовать материал с низким коэффициентом излучения. В одном варианте в качестве теплоотражающего экрана используется алюминиевая фольга, имеющая коэффициент излучения 0,02. Кроме того, поскольку радиационный перенос теплоты нельзя в достаточной степени заблокировать одним теплоотражающим экраном, можно установить два теплоотражающих экрана 32 на определенном расстоянии так, чтобы они не контактировали друг с другом. Кроме того, по меньшей мере один теплоотражающий экран можно установить так, чтобы он контактировал с внутренней поверхностью первого или второго пластинчатого элемента 10 или 20.
Возвращаясь к фиг.3b, расстояние между пластинчатыми элементами удерживается поддерживающим элементом 30, и вакуумированное пространство 50 может быть заполнено пористым материалом 33. Пористый материал 33 может иметь более высокий коэффициент излучения, чем нержавеющий материал первого и второго пластинчатых элементов 10 и 20. Однако поскольку пористый материал 33 заполняет вакуумированное пространство 50, этот пористый материал эффективно препятствует радиационному теплопереносу.
На фиг.8 показаны разные варианты экрана, препятствующего теплопроводности, и его периферийных деталей. Структуры экрана, препятствующего теплопроводности, упрощенно показаны на фиг.2, но будут более понятны из дальнейшего описания со ссылками на чертежи.
Во-первых, теплоизолирующий экран, показанный на фиг.8а, может применяться, предпочтительно, в вакуумном адиабатическом теле на стороне основного корпуса. Более конкретно, первый и второй пластинчатые элементы 10 и 20 необходимо уплотнить чтобы вакуумировать внутреннее пространство вакуумного адиабатического тела. В этом случае, поскольку два пластинчатых элемента имеют разную температуру, между этими пластинчатыми элементами может возникать перенос теплоты. Теплоизолирующий экран 60 предназначен для предотвращения теплопроводности между пластинчатыми элементами двух разных типов.
Теплоизолирующий экран 60 может иметь уплотняющие части 61, на которых оба конца теплоизолирующего экрана 60 уплотнены для определения по меньшей мере одного участка стенки для третьего пространства и поддержания вакуума. Теплоизолирующий экран 60 может быть выполнен в форме тонкой фольги толщиной в микрометр, чтобы уменьшить количество теплоты, проходящей вдоль стенки третьего пространства. Уплотняющие части 61 могут быть выполнены как точки сварки. То есть, теплоизолирующий экран 60 и пластинчатые элементы 10 и 20 могут быть сплавлены друг с другом. Для того, чтобы сплавить теплоизолирующий экран 60 и пластинчатые элементы 10 и 20, экран и пластинчатые элементы 10 и 20 могут быть изготовлены из одного материала, и в качестве такого материала можно использовать нержавеющий материал. Уплотняющие части 61 не ограничиваются точками сварки и могут быть получены таким процессом, как фальцевание. Теплоизолирующий экран может иметь криволинейную форму. Таким образом, расстояние, на которое проводится теплота в теплоизолирующем экране 60 увеличивается по сравнению с линейным расстояние каждого пластинчатого элемента поэтому, теплоперенос можно дополнительно снизить.
На теплоизолирующем экране 60 возникает перепад температур. Поэтому, для блокирования теплопереноса на внешнюю сторону теплоизолирующего экрана 60, на внешней стороне теплоизолирующего экрана 60 может иметься экранирующая часть 62 для создания адиабатического эффекта. Другими словами, в холодильнике второй пластинчатый элемент 20 имеет высокую температуру, а первый пластинчатый элемент 10 имеет низкую температуру. Коме того, в тепловом экране возникает теплопроводность от области высокой температуры к области низкой температуры и, поэтому, температура теплоизолирующего экрана 60 внезапно изменяется. Следовательно, когда внешняя часть теплоизолирующего экрана 60 открывается, через открытое место может возникнуть серьезный теплоперенос. Для снижения тепловых потерь на внешней стороне теплоизолирующего экрана 60 имеется экранирующая часть 62. Например, когда теплоизолирующий экран 60 обнажается в пространство с низкой температурой и в пространство с высокой температурой, этот теплоизолирующий экран и его обнаженная часть не препятствуют переносу теплоты, что нежелательно.
Экранирующая часть 62 может быть выполнена в форме пористого материала, контактирующего с внешней поверхностью теплоизолирующего экрана 60. Экранирующая часть 62 может быть выполнена как адиабатическая структура, т.е., отдельная прокладка, помещенная на внешнюю часть теплоизолирующего экрана 60. Экранирующая часть 62 может быть выполнена как часть вакуумного адиабатического тела, обращенная к соответствующему теплоизолирующему экрану 60, когда вакуумное адиабатическое тело на стороне основного корпуса закрыто относительно вакуумного адиабатического тела на стороне дверцы. Для уменьшения тепловых потерь, даже когда основной корпус и дверца открыты, экранирующая часть 62 может быть предпочтительно выполнена в форме пористого материала или отдельной адиабатической структуры.
Теплоизолирующий экран, показанный на фиг.8b может предпочтительно применяться в вакуумном адиабатическом теле на стороне дверцы. На фиг.8b подробно показаны участки, отличающиеся от показанных на фиг.8а, а описание деталей, идентичных деталям, показанным на фиг.8а опускается. Снаружи теплоизолирующего экрана 60 имеется боковая рамка 70. На боковой рамке 70 могут находиться уплотнитель для создания уплотнения между дверцей и основным корпусом, отверстие для процесса вакуумирования, отверстие для ввода газопоглотителя для поддержания вакуума, и т.п. Это объясняется тем, что на вакуумном адиабатическом теле на стороне основного корпуса детали монтировать легко, но на вакуумном адиабатическом теле на стороне дверцы монтажные положения ограничены.
В вакуумном адиабатическом теле на стороне дверцы трудно разместить теплоизолирующий экран 60 на передней концевой части вакуумированного пространства, т.е., на угловой боковой части вакуумированного пространства. Это вызвано тем, что в отличие от основного корпуса участок угловой кромки дверцы обнажен наружу. Более конкретно, если теплоизолирующий экран 60 установлен на передней концевой части вакуумного пространства, участок угловой кромки дверцы обнажен наружу и, поэтому нужно сконфигурировать отдельную адиабатическую часть, чтобы изолировать теплоизолирующий экран 60, что является недостатком.
Теплоизолирующий экран, показанный на фиг.8 с, предпочтительно может быть установлен в трубе, проходящей сквозь вакуумированное пространство. На фиг.8 с** подробно описываются части, отличающиеся от показанных на фиг.8а, 8b, а описание идентичных частей опускается. На периферийной части трубы 64 может быть установлен теплоизолирующий экран, имеющий ту же форму, что и на фиг.8а, предпочтительно, складчатый теплоизолирующий экран 63. Соответственно, путь теплопереноса может удлиниться, а деформацию, вызываемую перепадом давления, можно предотвратить. Кроме того, можно установить отдельную экранирующую часть, чтобы улучшить адиабатические характеристики теплоизолирующего экрана.
Путь переноса теплоты между первым и вторым пластинчатыми элементами 10 и 20 будет описан со ссылками на фиг.8а. Теплоту, проходящую сквозь вакуумное адиабатическое тело, можно разделить на теплоту
Передаваемая теплота может меняться в зависимости от размеров конструкции. Например, поддерживающий элемент можно изменить так, чтобы первый и второй пластинчатые элементы 10 и 20 могли выдерживать давление вакуума без деформации, можно изменить давление вакуума, и можно изменить длину теплоизолирующего экрана. Теплоперенос может меняться в зависимости от перепада температур между пространствами (первым и вторым пространствами), соответственно, определяемыми пластинчатыми элементами. В этом варианте предпочтительная конфигурация вакуумного адиабатического тела была найдена с учетом того, что его совокупная величина теплопереноса меньше, чем у типичной адиабатической структуры, сформированной путем вспенивания полиуретана. В типичном холодильнике, содержащем адиабатическую структуру из вспененного полиуретана, эффективный коэффициент теплопередачи может быть 19,6 мВт/мК.
Анализ относительных количеств величин теплопереноса в этом варианте вакуумного адиабатического тела показал, что величина теплопереноса
Согласно такому распределению теплопереноса коэффициенты эффективного теплопереноса (eK: эффективный K) (Вт/мК) поверхностного теплопереноса
[Равенство 1]
еKтеплоперенос через твердое тело>еKтеплоперенос излучением>еKтеплоперенос через газ
Здесь коэффициент (eK) эффективного теплопереноса является величиной, которую можно измерить, используя разницу формы и температуры целевого изделия. Коэффициент (eK) эффективного теплопереноса - это величина, которую можно получить, измеряя величину совокупного теплопереноса и температуру по меньшей мере одного участка, в котором происходит теплоперенос. Например, теплотворную способность (Вт) измеряют с помощью источника нагрева, который может быть количественно измерен в холодильнике, распределение температур (K) дверцы измеряют, используя теплоту, соответственно переносимую через основной корпус и кромку дверцы холодильника, а путь, по которому происходит теплопередача, рассчитывают как величину преобразования (m), тем самым оценивая коэффициент эффективного теплопереноса.
Коэффициент (eK) эффективного теплопереноса всего вакуумного адиабатического тела является величиной, определяемой формулой k=QL/AΔT, где Q - теплотворная способность (Вт) и может быть определена, используя теплотворную способность нагревателя. А - площадь сечения (м2) вакуумного адиабатического тела, L - толщина (м) вакуумного адиабатического тела, а ΔΤ - перепад температур.
Для теплоты, переносимой по поверхности, величину кондуктивной теплотворной способности можно определить по перепаду температуры (ΔΤ) между входом и выходом теплоизолирующего экрана 60 или 63, площади сечения (А) теплоизолирующего экрана, длине (L) теплоизолирующего экрана и теплопроводности (k) теплоизолирующего экрана (теплопроводность теплоизолирующего экрана является свойством материала и может быть определена заранее). Для теплоты, передаваемой через поддерживающий элемент, величину кондуктивной теплотворной способности можно определить по перепаду температуры (ΔΤ) между входом и выходом поддерживающего элемента 30, площади сечения (А) поддерживающего элемента, длине (L) поддерживающего элемента и теплопроводности (k) поддерживающего элемента.
Теплопроводность поддерживающего элемента является свойством материала и может быть определена заранее. Сумма теплоты
Когда в вакуумированном пространстве 50 имеется пористый материал, теплота
В одном варианте перепад температур ΔΤ1 между геометрическим центром, образованным соседними стержнями 31 и точкой, в которой расположен каждый из стержней 31, может предпочтительно составлять менее 0,5°С. Кроме того, перепад температур ΔΤ2 между геометрическим центром, образованным соседними стержнями 31 и кромкой вакуумного адиабатического тела, может предпочтительно составлять менее 0,5°С. Во втором пластинчатом элементе 20 перепад температур между средней температурой второго пластинчатого элемента и температурой в точке, в которой путь теплопереноса, проходящий через теплоизолирующий экран 60 или 63, встречается со второй пластиной, может быть наибольшим. Например, когда второе пространство является областью, более горячей чем первое пространство, температура в точке, в которой путь теплопереноса, проходящий через теплоизолирующий экран, встречается со вторым пластинчатым элементом, становится наименьшей. Аналогично, когда второе пространство является областью более холодной, чем первое пространство, температура в точке, в которой путь теплопереноса, проходящий через теплоизолирующий экран, встречается со вторым пластинчатым элементом, становится наибольшей.
Это значит, что количеством теплоты, переносимой через другие точки, за исключением теплоты, переносимой по поверхности, проходящей через теплоизолирующий экран, нужно управлять, и полное количество переносимой теплоты, удовлетворяющее вакуумное адиабатическое тело, можно получить, только когда количество теплоты, переносимой по поверхности, является наибольшим количеством переносимой теплоты. Для этого изменением температуры теплоизолирующего экрана можно управлять так, чтобы оно было большим, чем у пластинчатого элемента.
Далее следует описание физических характеристик деталей, образующих вакуумное адиабатическое тело. В вакуумном адиабатическом теле сила давления вакуума действует на все детали. Поэтому предпочтительно применяется материал, имеющий определенную степень прочности (Н/м2).
В таких обстоятельствах пластинчатые элементы 10 и 20 и боковая рамка 70 предпочтительно могут быть изготовлены из материала, имеющего достаточную прочность, при которой они не повреждаются даже давлением вакуума. Например, когда количество стержней 31 уменьшается, чтобы ограничить количество теплоты, переносимой поддерживающим элементом, в результате давления вакуума возникает деформация пластинчатого элемента, что может плохо влиять на внешний вид холодильника. Теплоотражающий экран 32 предпочтительно может быть изготовлен из материала, имеющего низкую эмиссионную способность, и способного легко подвергаться тонкопленочной обработке. Кроме того, теплоотражающий экран 32 должен иметь прочность, достаточную для того, чтобы не деформироваться при внешних ударах. Поддерживающий элемент 30 имеет прочность, достаточную, чтобы выдерживать силу, давления вакуума и выдерживать внешние удары, а также должен легко обрабатываться. Теплоизолирующий экран 60 предпочтительно может быть изготовлен из материала, имеющего форму тонкой пластины, и может выдерживать давление вакуума.
В одном варианте пластинчатый элемент, боковая рамка и теплоизолирующий экран могут быть изготовлены из нержавеющего материала, имеющего одинаковую прочность. Теплоотражающий экран может быть изготовлен из алюминия, имеющего меньшую прочность, чем нержавеющий материал. Поддерживающий элемент может быть изготовлен из смолы, имеющей меньшую прочность, чем алюминий.
Помимо прочности материалов, такие материалы следует проанализировать с точки рения жесткости. Жесткость (Н/м) - это сопротивление деформации. Хотя используется один и тот же материал, его жесткость может меняться в зависимости от формы, теплоизолирующие экраны 60 или 63 могут быть изготовлены из материала, имеющего высокую прочность, но жесткость такого материала предпочтительно невысока, чтобы увеличить тепловое сопротивление и минимизировать радиационную теплопередачу, поскольку когда действует давление вакуума теплоизолирующий экран расправляется равномерно без шероховатостей.
Теплоотражающий экран 32 требует определенного уровня жесткости, чтобы не контактировать с другими деталями из-за деформации. В частности, кромка теплоотражающего экрана может участвовать в теплопереносе из-за провисания теплоотражающего экрана, вызываемого нагрузкой от собственной массы. Поэтому, нужен определенный уровень жесткости. Поддерживающий элемент 30 требует достаточной жесткости, чтобы выдерживать сжимающее напряжение от пластинчатого элемента и внешнего удара.
В одном варианте пластинчатый элемент и боковая рамка предпочтительно могут иметь наивысшую жесткость, чтобы предотвратить деформацию, вызванную давлением вакуума. Поддерживающий элемент, в частности, стержень, предпочтительно может иметь вторую по величине жесткость. Теплоотражающий экран может иметь жесткость меньше, чем жесткость поддерживающего элемента, но выше, чем у теплоизолирующего экрана. Наконец, теплоизолирующий экран предпочтительно может быть изготовлен из материала, легко деформируемого давлением вакуума и иметь наименьшую жесткость.
Даже когда вакуумированное пространство 50 заполнено пористым материалом 33, теплоизолирующий экран предпочтительно может иметь самую низкую жесткость, а пластинчатые элементы и боковая рамка могут иметь наивысшую жесткость.
Далее следует описание теплоотражающего экрана, установленного в поддерживающем элементе 30. Теплоотражающий экран в одном варианте может поддерживать интервал установки так, чтобы эффективно препятствовать излучению теплоты. Кроме того, после установки теплоотражающего экрана можно воспрепятствовать смещению теплоотражающего экрана в вакуумированном пространстве.
На фиг.9 приведен частичный вид в перспективе поддерживающего элемента, а на фиг.10 приведено частичное сечение поддерживающего элемента.
Как показано на фиг.9 и 10, поддерживающая пластина 35 установлена внутри пластинчатого элемента 20. На поддерживающей пластине 35 может быть установлен стержень 31 для поддержания интервала вакуумированного пространства. Поперек вакуумированного пространства установлен теплоотражающий экран. Теплоотражающий экран может быть изготовлен из алюминия, имеющего низкий коэффициент излучения.
Далее следует более подробное описание теплоотражающего экрана.
Для подавления радиационного теплопереноса важно расстояние, на которое осуществляется такой радиационный теплоперенос. Когда определен интервал теплоотражающего экрана, расстояние между теплоотражающими экранами и расстояние между всеми элементами, служащими средой радиационного теплопереноса, точно задается и поддерживается.
Для выполнения функций фиксации положения теплоотражающего экрана, в теплоотражающем экране выполнено сквозное отверстие 343, сквозь которое проходит стержень 31. Сквозное отверстие 343 может предотвратить смещение теплоотражающего экрана в направлении влево и вправо или в вертикальном направлении относительно земли.
Сквозное отверстие 343 может быть снабжено отверстиями, расположенными на кромке теплоотражающего экрана, каждое из которых имеет первый размер и по меньшей мере некоторые из которых по существу совпадают с внешним диаметром стержня 31 или немного превышают его, и отверстиями внутри теплоотражающего экрана, каждое из которых имеет второй размер, который больше чем внешний диаметр стержня 31. В такой конфигурации отверстия первого размера могут быть сконфигурированы так, чтобы положение теплоотражающего экрана было зафиксировано стержнем, а отверстия второго размера могут не контактировать со стержнем для уменьшения теплопереноса за счет проводимости.
Для выполнения функции фиксации интервала теплоотражающего экрана, этот теплоотражающий экран имеет листовое основание 341, имеющее форму двухмерной пластины, и выступ 342, выступающий из основания 341.
В такой конфигурации листовое основание 341 может выполнять функцию экранирования теплового излучения между пластинчатыми элементами 10 и 20. Выступ 342 может поддерживать интервал между листовым основанием 341 и поддерживающей пластиной 35. То есть, даже если листовое основание 341 сдвинется в любом одном направлении в пределах интервала вакуумированного пространства, это листовое основание 341 не может двигаться в направлении, определяемом выступом 342. Поэтому, теплоотражающий экран не может двигаться, поскольку он зафиксирован в интервале, заданном конструкцией. В описанном выше варианте теплоотражающий экран является самоустанавливающимся и не движется в направлении расстояния между пластинчатыми элементами, такой теплоотражающий экран можно назвать самоподдерживающимся теплоотражающим экраном 340.
Как описано выше, самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 может быть изготовлен из металла с низким коэффициентом излучения. Такой металлический материал имеет высокую теплопроводность. Поэтому, чтобы предотвратить теплоперенос, предпочтительно, чтобы конец Ρ выступа 342 не контактировал непосредственно с пластинчатыми элементами, изготовленными из металлического материала. Для того выступ 342 может не контактировать непосредственно с листовым элементом, но между выступом и пластинчатым элементом может быть установлена поддерживающая пластина 35. Поддерживающая пластина 35 может быть изделием, изготовленным из материала молы и имеющим низкую теплопроводность. Кроме того, конец Ρ выступа 342 может быть выполнен как острый выступ. Таким образом, можно уменьшить теплопроводность на интерфейсе.
Положение контактирующего конца Ρ выступа 342 на ограничивается поддерживающей пластиной 35. В этом варианте можно использовать любой элемент, расположенный между выступом 342 и пластинчатыми элементами 10 и 20 так, чтобы блокировать теплоперенос через этот контакт.
Выступ 342 может иметь полусферическую форму. Эта форма может выполнять функцию, позволяющую изготавливать выступ 342 прессованием листового основания 341 и функцию предотвращения деформации формы выступа 342. в частности конца Р. Если конец Ρ деформирован, площадь контакта может увеличиться, что влечет увеличение теплопереноса.
Выступ 342 может проходит в одном или в обоих направлениях, но в одном направлении листового основания 341. Таким образом, даже если один лист самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 вставлен в вакуумированное пространство, интервал экрана можно поддерживать.
На фиг.10 показаны нижний выступ 3421, расположенный между вторым пластинчатым элементом 20 и самоподдерживающимся теплоотражающим экраном 340, и верхний выступ 3422, расположенный между первым пластинчатым элементом 10 и самоподдерживающимся теплоотражающим экраном 340. Хотя на чертеже показаны только два выступа 3421 и 3422, самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 может иметь множество выступов, необходимых для фиксации положения этого экрана.
Далее со ссылками на фиг.11-14 следует описание различных вариантов, в которых радиационный теплоперенос блокируется самоподдерживающимся теплоотражающим экраном 340.
На фиг.11 показана базовая форма, в которой установлен один самоподдерживающийся теплоотражающий экран.
Самоподдерживающий теплоотражающий экран 340 содержит листовое основание 341 и выступ 342. Выступ 342 может быть выполнен на каждой из верхней и нижней сторон для поддержания вертикального интервала, на котором установлен самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340. Выступ 342 контактирует с поддерживающей пластиной 35, но не контактирует с пластинчатыми элементами 10 и 20. Поэтому теплоперенос можно уменьшить.
В самоподдерживающимся теплоотражающем экране 340 выполнено множество сквозных отверстий 343. В каждое из сквозных отверстий 343 вставлен стержень 31. Положение самоподдерживающегося теплоотражающего экрана можно зафиксировать поддерживающим действием стержня 31 и сквозного отверстия 343. То есть, сквозное отверстие 343 может предотвратить смещение теплоотражающего экрана влево и вправо или в вертикальном направлении относительно земли.
На фиг.12 показана другая форма, которую имеет самоподдерживающийся теплоотражающий экран. Могут применяться другие формы, показанные на фиг.11, за исключением сквозного отверстия 343.
Как показано на фиг.12, сквозное отверстие 343 определено на конце выступа 342. Поэтому самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 и стержень 31 можно легко выровнять.
Компонент, на котором установлен стержень 31, например, элемент, поддерживающий стержень 31, расположен на поддерживающей пластине. Например, установить пластинчатый элемент, изготовленный из смолы, непосредственно на пластинчатых элементах 10 и 20, трудно. Поэтому, когда выступ 342 и сквозное отверстие 343 выполнены вместе в положении, в котором находится стержень 31, нет необходимости отдельно учитывать положение конца Ρ выступа, чтобы воспрепятствовать переносу теплоты, что является более удобным.
Сквозное отверстие и выступ, показанные на фиг.11 и 12, могут быть выполнены в самоподдерживающемся теплоотражающем экране 340 совместно.
На фиг.13 показан пример, в котором в вакуумированном пространстве установлены два теплоотражающих экрана.
Как показано на фиг.13, первый самоподдерживающийся теплоотражающий экран 352 и второй самоподдерживающийся теплоотражающий экран 351 расположены один над другим. В этом случае возникают три интервала и выступ 342 располагается в каждом из трех интервалов. Поэтому можно сохранять интервал между экраном и пластинчатым элементом. На фиг.13 позициями 3421, 3422 и 3423 обозначены детали, поддерживающие интервал. Позицией 3423 обозначен выступ однослойного экрана, когда выступ имеется только на одной стороне листового основания 341 в самоподдерживающемся теплоотражающем экране 351.
Во втором самоподдерживающемся теплоотражающем экране 351 выступы имеются на каждой из двух поверхностей. В первом самоподдерживающемся теплоотражающем экране 352 выступы имеются только на одной поверхности. Однако, этот вариант не ограничен такой конфигурацией. Например, во втором самоподдерживающемся теплоотражающем экране 351 выступы могут иметься на обеих сторонах. В первом и втором самоподдерживающихся теплоотражающих экранах выступы могут иметься на каждой из двух поверхностей.
На фиг.14 показан другой пример, в котором в вакуумированном пространстве имеется два теплоотражающих экрана. Могут применяться другие решения, описанные со ссылками на фиг.13, за исключением расположения сквозного отверстия 343.
Как показано на фиг.14, сквозное отверстие 343 может быть выполнено в выступе 342. В этом случае можно одновременно получить преимущества сквозного отверстия по фиг.13 и преимущества выступа 342 по фиг.13.
Хотя можно использовать один или два самоподдерживающихся теплоотражающих экрана 340, этот вариант не ограничивается ими. Например, можно установить три или более самоподдерживающихся теплоотражающих экрана 340.
Далее следует описание модифицированного примера самоподдерживающегося теплоотражающего экрана.
На фиг.15 приведено сечение поддерживающего элемента по первому модифицированному примеру.
Как показано на фиг.15, выступ 342 имеется только на одной стороне самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340. Другая поверхность самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 может контактировать с поддерживающей пластиной 35. Однако между самоподдерживающимся теплоотражающим экраном 340 и пластинчатым элементом может иметься интервал для предотвращения радиационного теплопереноса.
Для этого на другой поверхности самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 может быть установлена втулка 355, отходящая от поддерживающей пластины 35, т.е. поддерживающий выступ 356. Втулка 355 может определять положение стержня 31 и вставляться в другой выступ, отходящий от поддерживающей пластины 35. Входной конец поддерживающего выступа 356 может быть наклонен так, чтобы втулку 355 можно было легко вставлять в другой выступ.
В случае этого модифицированного примера, конец выступа 342 листа может не контактировать непосредственно с пластинчатым элементом, а располагаться на отдельном элементе, таком как поддерживающая пластина 35, которая препятствует теплопроводности.
На фиг.16 приведено сечение поддерживающего элемента по второму модифицированному примеру. К составляющим, идентичным составляющим первого модифицированного примера, относится то же описание.
Как показано на фиг.16, выступ 342 имеется только на одной поверхности самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340. Другая поверхность самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 может удерживаться на расстоянии отдельным элементом 365, поддерживающим интервал, в отличие от первого модифицированного примера.
Элемент 365, поддерживающий интервал, содержит установочную направляющую 368, которая позволяет стержню 31 легко вставляться в элемент 365, поддерживающий интервал, и втулку 367, поддерживающую интервал между листовым основанием 341 и пластинчатым элементом 10 и в которую вставлен стержень 31. Вход направляющей 368 может быть наклонен, чтобы расширяться к его концу.
Может иметься поддерживающая интервал рамка 366, чтобы установочная направляющая 368 и втулка 367 были соединены друг с другом для формирования единого тела и, таким образом, ими удобно манипулировать. То есть элемент 354, поддерживающий интервал можно удобно вставлять.
Установочная направляющая 368 и втулка 367 могут быть выполнены как единая структура. То есть, поскольку концу втулки 367 придана форма установочной направляющей 368, входной конец втулки 367 может быть скошен.
Стержень 31 может контактировать непосредственно с одной стороной пластинчатого элемента 10. В этом случае первый пластинчатый элемент 10 может являться стенкой внутренней поверхности холодильника, которая не видна невооруженному глазу пользователя.
На фиг.17 приведено сечение поддерживающего элемента по третьему модифицированному примеру. К деталям третьего модифицированного примера применимо описание таких же деталей других модифицированных примеров.
Как показано на фиг.17, выступ 342 листа имеется только на одной поверхности самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340. В отличие от других модифицированных примеров, другая поверхность самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 может удерживаться на расстоянии от пластинчатого элемента 10 втулкой 369.
Во втулку 369 может вставляться стержень 31, который поддерживает ее. Хотя это не показано, входной конец втулки 369 может быть расширен, чтобы было удобно вставлять стержень.
Нет необходимости устанавливать втулку 369 на всех стержнях 31. Можно установить такое количество втулок 369, которое необходимо для поддержки другой поверхности самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340.
Стержень 31 может контактировать непосредственно с одной стороной пластинчатого элемента 10. В этом случае первый пластинчатый элемент 10 может являться стенкой внутренней поверхности холодильника, не видимой невооруженным глазом пользователя.
На фиг.18 приведено сечение поддерживающего элемента четвертого модифицированного примера.
Как показано на фиг.18, другой вариант, в котором применяется самоподдерживающий теплоотражающий экран 340 может быть таким же, как и модифицированный пример. Структура для установки стержня 31 может быть совершенно другой.
В частности, для установки стержня 31 опора 380, имеющая форму решетки или иную форму, установлена приблизительно в центральной части вакуумированного пространства, а стержни 381 и 382 отходят в разных направлениях от обеих сторон опоры 380, т.е., к паре пластинчатых элементов 10 и 20.
Стержни 381 и 382 можно назвать левым стержнем 381 и правым стержнем 382, чтобы отличать стержни один от другого.
Между опорой 380 и пластинчатым элементом можно установить две создающие интервал детали. Самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 можно зафиксировать в положении и создать интервал по меньшей мере одной из двух таких деталей.
Интервал самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 можно поддерживать, допуская контакт листового основания 341 с опорой 380, и позволяя выступам 341 контактировать с теплоизолирующим экраном 383.
Теплоизолирующий экран может предотвратить перенос теплоты на пластинчатый элемент через выступ 343. Хотя теплоизолирующим экраном служит поддерживающая пластина 35, нет необходимости покрывать всю площадь пластинчатого элемента теплоизолирующим экраном. То есть теплоизолирующий экран 383 может устанавливаться только в положении, в котором расположен конец выступа 342. Например, достаточно, чтобы выступ 342 контактировал с участком смолы рамки, имеющей форму крупноячеистой решетки.
Поскольку в выступе 342 выполнено сквозное отверстие 343, стержень 31 можно удобно вставлять в самоподдерживающий теплоотражающий экран 340.
На фиг.19 приведено сечение поддерживающего устройства по пятому модифицированному примеру. К деталям третьего модифицированного примере применимо описание таких же деталей первого модифицированного примера.
Как показано на фиг.19, выступ 342 в самоподдерживающемся теплоотражающем экране 340 может не направлением не к пластинчатому элементу, а к боковой поверхности опоры 380, в отличие тот четвертого модифицированного элемента.
На фиг.20 приведен вид сверху самоподдерживающегося теплоотражающего экрана в шестом модифицированном варианте.
Шестая модификация отличается тем, что сквозное отверстие 343 имеет крестообразную форму и выполнено как крестообразное сквозное отверстие 3431. Когда стержень 31 вставлен в крестообразное отверстие, острие 3432, имеющееся на кромке крестообразного сквозного отверстия 3431, может впиваться во внешнюю поверхность стержня 31.
В частности, когда стержень 31 вставляется в крестообразное сквозное отверстие 3431, плоский элемент 3433 может отгибаться м деформироваться в направлении вставления стержня 31. После того, как стержень будет вставлен на заранее определенную глубину, дальше вставлять самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 будет трудно, поскольку толщина стержня 31 увеличивается в направлении вставления. Кроме того, самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340 труб = дно извлекать, поскольку острие 3432 препятствует извлечению стержня 31. Действует восстанавливающая сила плоского элемента 3433 и острие 3432 удерживает и прижимает стержень 31 в направлении, в котором извлекается самоподдерживающийся теплоотражающий экран 340. Поэтому смещение самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 становится более трудным.
В шестом модифицированном примере необходимо позволить листовому основанию 341 войти в контакт с опорой 380 или с теплоизолирующим экраном 383 и поддерживаться ими. То есть, благодаря действию острия 3432, удерживающему стержень и изменению толщины стержней, интервал самоподдерживающихся теплоотражающих экранов 340 относительно стержня может автоматически фиксироваться без какой-либо поддержки со стороны других компонентов.
Поскольку выступ 342 зафиксирован на стержне 31, положение самоподдерживающегося теплоотражающего экрана 340 также может быть фиксированным.
Далее предпочтительно определяется давление вакуума в зависимости от внутреннего состояния вакуумного адиабатического тела. Как было описано выше, внутри вакуумного адиабатического тела необходимо поддерживать давление вакуума, чтобы уменьшить теплоперенос. В это время, как легко понять, давление вакуума поддерживается как можно более низким, чтобы уменьшить теплоперенос.
Далее следует описание случая, когда используется только один поддерживающий узел.
На фиг.21 показаны графики, показывающие изменение адиабатических характеристик и изменений в теплопроводности в газе относительно давлений вакуума, полученное моделированием.
Как показано на фиг.21, при снижении давления вакуума, т.е., когда степень разрежения увеличивается, тепловая нагрузка в случае только основного корпуса (граф 1) или в случае когда основной корпус и дверца соединены (граф 2) уменьшается по сравнению типичным изделием, сформированным из вспененного полиуретана, что улучшает адиабатические характеристики. Однако можно видеть, что степень улучшения адиабатической характеристики постепенно снижается. Кроме того видно, что по мене снижения давления вакуума теплопроводность в газе (граф 3) снижается. Однако видно, что хотя давление вакуума снижается, отношение, при котором адиабатическая характеристика и теплопроводность в газе улучшаются, постепенно снижается. Следовательно, предпочтительно, чтобы давление вакуума снижалось как можно ниже. Однако, чтобы получение очень низкого давления вакуума требует длительного времени расходов из-за большого расхода газопоглотителя. В том варианте предлагается оптимальное давление вакуума с вышеописанной точки зрения.
На фиг.22 представлен график, иллюстрирующий результаты, полученные наблюдением за временем и давлением в процессе вакуумирования внутреннего пространства вакуумного адиабатического тела при использовании поддерживающего элемента.
Как показано на фиг.22, для создания вакуума в вакуумированном пространстве 50, газ выпускают из вакуумированного пространства 50 вакуумным насосом, испаряя латентный газ, остающийся в деталях вакуумного пространства 50 с помощью прогрева. Однако, если давление вакуума достигает определенного уровня или превышает его, существует точка, в которой уровень давления вакуума больше не увеличивается (ΔT1) После этого активируют газопоглотитель, отсоединяя вакуумированное пространство 50 от вакуумного насоса и прилагая теплоту к вакуумированному пространству 50 (ΔΤ2). Если газопоглотитель активирован, давление в вакуумированном пространстве 50 снижается на определенный период времени, но затем нормализуется для поддержания давления вакуума на определенном уровне. Давление вакуума, поддерживаемое на определенном уровне после активации газопоглотителя, составляет приблизительно 1,8×10-6 мм ртутного столба.
В этом варианте точка, в которой давление вакуума больше существенно не уменьшается, несмотря на то что газ откачивают вакуумным насосом, находится на нижнем пределе давления вакуума, используемого в вакуумном адиабатическом теле, тем самым задавая минимальное внутреннее давление вакуумированного пространства 50, равное 1,8×10-6 мм ртутного столба.
На фиг.23 приведен график, иллюстрирующий результаты сравнения с теплопроводностью через газ.
Как показано на фиг.11, теплопроводность через газ относительно давления вакуума в зависимости от размера зазора в вакуумированном пространстве 50, представлена графами коэффициентов эффективного теплопереноса (еК). Коэффициенты эффективного теплопереноса (eK) измерялись, когда зазор в вакуумном пространстве 50 имел три размера 2,76 мм, 6,5 мм и 12,5 мм. Зазор в вакуумированном пространстве определяется следующим образом. Когда внутри вакуумированного пространства 50 имеется теплоотражающий экран 32, зазором является расстояние между теплоотражающим экраном 32 и соседним пластинчатым элементом. Когда в вакуумированном пространстве 50 теплоотражающий экран отсутствует, зазором является расстояние между первым и вторым пластинчатыми элементами.
Было показано, что поскольку размер зазора в точке, соответствующей типичному коэффициенту теплопереноса 0,0196 Вт/мК, невелик, который справедлив для адиабатического материала, сформированного из вспененного полиуретана, давление вакуума составляет 2,65×10-1 мм ртутного столба, даже когда размер зазора равен 2,76 мм. В то же время было показано, что точка, в которой снижение адиабатического эффекта, вызванное теплопроводностью через газ, насыщается несмотря на то, что давление вакуума прекращается, является точкой, в которой давление вакуума приблизительно равно 4,5×10-3 мм ртутного столба. Давление вакуума, равное 4,5×10-3 мм ртутного столба можно определить как точку, в которой снижение адиабатического эффекта, вызванное теплопроводностью через газ, прекращается. Кроме того, когда коэффициент эффективного теплопереноса равен 0,1 Вт/мК, давление вакуума равно 1,2×10-2 мм ртутного столба.
Когда в вакуумированном пространстве 50 отсутствует поддерживающий элемент, но имеется пористый материал, размер зазора составляет от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров. В этом случае величина радиационного теплопереноса невелика из-а пористого материала, даже когда давление вакуума относительно высоко, т.е., когда степень разрежения невелика. Следовательно, для регулировки давления вакуума применяется вакуумный насос. Давление вакуума, при котором можно использовать соответствующий вакуумный насос составляет прибл. 4,7×10-2 мм ртутного столба. Кроме того, давление, при котором снижение адиабатического эффекта, вызванного теплопереносом через газ, достигает коэффициента эффективного теплопереноса, равного 0,0196 Вт/мК, равно 730 мм ртутного столба.
Когда в вакуумированном пространстве совместно используются поддерживающий элемент и пористый материал, можно создавать и использовать давление вакуума, которое является средним между давлением вакуума, когда используется только поддерживающий элемент, и давлением вакуума, когда используется только пористый материал.
В настоящем изобретении деталь, выполняющая определенную функцию в одном варианте вакуумного адиабатического тела, может применяться в другом варианте с соответствующим изменением формы или размеров. Соответственно, легко можно получить еще один вариант. Например, в подробном описании, в случае вакуумного адиабатического тела, предназначенного для дверцы, такое вакуумное адиабатическое тело можно применять для основного корпуса, соответственно изменив форму и конфигурацию этого вакуумного адиабатического тела.
Предлагаемое вакуумное адиабатическое тело предпочтительно может применяться в холодильниках. Однако область применения вакуумного адиабатического тела не ограничивается холодильниками, и оно может применяться в различных устройствах, таких как криогенные холодильные устройства, нагревательные устройства и вентиляционные устройства.
Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению, вакуумное адиабатическое тело может применяться в промышленных масштабах в разных адиабатических устройствах. Адиабатический эффект может быть усилен так, чтобы повысить эффективность использования энергии и увеличить эффективный объем устройства.
Реферат
Изобретение относится к вакуумному адиабатическому телу, являющемуся компонентом теплоизолирующего устройства для подавления теплопереноса путем вакуумирования внутреннего пространства адиабатического тела. Вакуумное адиабатическое тело содержит первую пластину, вторую пластину, уплотнение, уплотняющее первую пластину и вторую пластину для создания третьего пространства, являющегося вакуумированным, опору, элемент теплового сопротивления и выпускное отверстие, через которое выпускается газ из третьего пространства. Элемент теплового сопротивления содержит по меньшей мере один теплоотражающий экран. Теплоотражающий экран содержит листовое основание, проходящее в направлении, пересекающем третье пространство, и по меньшей мере один выступ, проходящий от листового основания по меньшей мере в одном направлении к первому пластинчатому элементу или второму пластинчатому элементу для поддержания интервала между листовым основанием и пластинчатыми элементами. Техническим результатом является устранение неудобств при установке теплоотражающего экрана в холодильник. 14 з.п. ф-лы, 23 ил.
