Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей

Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для экранирования потока инфракрасного (ИК) излучения от высокотемпературной поверхности низкотемпературной или человеку.

Известен теплоизолирующий и вибропоглощающий листовой материал для снижения шума и вибрации промышленного и бытового оборудования (патент РФ «Теплоизолирующий и вибропоглощающий листовой материал» - прототип.

Теплоизолирующий и вибропоглощающий листовой материал представляет собой многослойную конструкцию, содержащую внутренний весовой слой (основу), выполненный из композиции на основе битума или каучука, наружный армирующий слой из фольги с одной стороны весового слоя и удаляемый покрывной слой, выполненный из бумаги или полимера, с другой стороны весового слоя

Прототип обладает хорошими вибропоглощающими свойствами и может применяться для теплоизоляции, снижения шума и вибрации панелей кузова транспортных средств, корпусов установок промышленной и бытовой техники.

Наряду с достоинствами прототип имеет ряд недостатков, к которым можно отнести:

- низкие теплоизолирующие свойства составных частей его конструкции;

- невозможность использования в качестве теплового экрана для экранирования высокотемпературных поверхностей от низкотемпературных;

- большой удельный вес;

- сложность в изготовлении;

- дороговизна изготовления.

Задачей предлагаемого технического решения - устройства для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей - является значительное улучшение теплоизолирующих свойств и снижение удельного веса конструкции устройства, а также обеспечение возможности применения его в качестве теплового экрана, для экранирования высокотемпературных поверхностей от низкотемпературных.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей имеет многослойную конструкцию, состоящую из теплоизолирующей основы, выполненной из стеклопластика (который представляет собой армирующий материал в виде стеклотканей, пропитанных смолами) и теплоотражающего слоя, выполненного из рифленой фольги и приклеенного к основе со стороны высокотемпературной поверхности, причем основа выполнена в виде двух параллельных пластин, соединенных между собой ребрами жесткости в виде цилиндров, усеченных конусов или изогнутых полосок, изготовленных из того же материала, что и пластины, с образованием воздушной полости между ними.

В качестве примера реализации устройство может иметь следующие параметры: толщина теплоизолирующей основы из стеклоткани составляет 10÷30 мм; коэффициент теплопроводности стеклоткани составляет 0,06÷0,08 Вт/м°С, ее термическое сопротивление составляет 0,06÷0,28 м² К/Вт, удельный вес - 0,78÷1,68 кг/м²; толщина параллельных пластин ~0,5 мм каждая, а толщина ребер жесткости в виде цилиндров и усеченных конусов ~0,3÷1 мм; теплоотражающий слой выполнен из фольги толщиной 5÷50 мкм, имеющей коэффициент отражения излучения 0,2-0,6.

При эксплуатации предложенного устройства в качестве теплоизоляционного экрана его устанавливают на расстоянии 20÷30 см от экранируемой высокотемпературной поверхности.

Теплоизолирующая основа предлагаемого устройства имеет малый удельный вес при сравнительно высоких прочностных характеристиках. Прочность на сжатие такой конструкции составляет от 0,8 до 8,1 Н/мм²; прочность на сдвиг - от 0,1 до 1,8 Н/мм²; жесткость на изгибе - от 1,1 до 65 Нм².

Кроме хороших термических и механических свойств теплоизолирующая основа под действием окружающей среды устойчива к коррозии.

Примером некоррозионного материала, обладающего такими термическими и механическим свойствами, является трехмерная стеклоткань Parabeam 3D Glass Fabric, которая используется для быстрого и легкого изготовления «сэндвич»-конструкций. Такая стеклоткань доступна в диапазоне толщин от 10 до 30 мм.

При изготовлении требуемой конструкции, например, теплоизоляционного экрана, стеклоткани Parabeam 3D Glass Fabric придают необходимую форму и пропитывают смолой (полиэфирной, винилэфирной, эпоксидной или фенольной), после чего она отвердевает с образованием воздушного пространства между двумя параллельными пластинами стеклоткани, соединенными между собой прямыми или изогнутыми ребрами жесткости. Со стороны высокотемпературных поверхностей на стеклоткань приклеивают теплоотражающий слой рифленой фольги.

Тепловой поток, идущий от высокотемпературной поверхности, попадая на теплоотражающий слой рифленой фольги, частично отражается от нее (~50%);

прошедший тепловой поток попадает на теплоизолирующую основу («сэндвич» из композитного материала), где частично выносится воздухом в окружающую среду (~70%), а частично (~30%), пройдя теплоизолирующую основу, попадает на человека или низкотемпературную поверхность.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2.

На Фиг. 1 изображено расположение предлагаемого устройства при его использовании для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей.

На Фиг. 2 изображена возможная структура теплоизолирующей основы.

Между высокотемпературным источником тепла 1 и человеком 2 или низкотемпературной поверхностью 3 устанавливают предлагаемое устройство в виде теплоизоляционного экрана 4, состоящего из теплоизолирующей основы 5, выполненной из композитного материала, и теплоотражающего слоя рифленой фольги 6.

Предлагаемое устройство позволит значительно снизить тепловой поток, идущий от высокотемпературных поверхностей к человеку или низкотемпературным поверхностям, что значительно улучшит условия пребывания человека вблизи мощных источников тепла, имеющих температуру поверхности до 300°C.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство просто и дешево в изготовлении, не подвержено коррозии, имеет небольшой вес (в 5 раз легче прототипа), мобильно.

Предлагаемое устройство теплового экранирования высокотемпературных поверхностей позволит быстро и надежно защитить человека от теплового излучения высокотемпературных поверхностей и значительно уменьшить долю воздействия теплового потока на низкотемпературные изделия, что выгодно отличает его от прототипа.

1. Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей, имеющее многослойную конструкцию, состоящую из теплоизолирующей основы и теплоотражающего слоя, отличающееся тем, что основа выполнена из стеклопластика в виде двух параллельных пластин, соединенных между собой ребрами жесткости в виде цилиндров, усеченных конусов или изогнутых полосок, изготовленных из того же материала, что и пластины, с образованием воздушной полости между ними, а теплоотражающий слой выполнен из фольги и приклеен к основе со стороны высокотемпературной поверхности.

2. Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей по п. 1, отличающееся тем, что теплоизолирующая основа имеет толщину 10÷30 мм и изготовлена из стеклопластика, состоящего из стеклоткани, пропитанной смолой, обладающей низким коэффициентом теплопроводности 0,06÷0,08 Вт/м°С и термическим сопротивлением 0,06÷0,28 м² К/Вт.

3. Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей по п. 1, отличающееся тем, что теплоотражающий слой выполнен из рифленой фольги толщиной 5÷50 мкм, имеющей коэффициент отражения излучения 0,2-0,6.