Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11404
.pdf
СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАТЕНТА \ 4 r Дата Конвенции (США): 17 августа 1932 г.
410,365 Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): 17 августа 1933 г. № 22973/33.
Завершено: 17 мая 1934 г.
ПОЛНАЯ ШПИГИФИКАЦИЯ.
Теплоизоляция.
Я, Ричард Лоуренс Пэриш, руководитель предприятия, проживающий по адресу: Бродвей, 25, Нью-Йорк, штат
Нью-Йорк, Соединенные Штаты Америки, гражданин Соединенных Штатов Америки, настоящим заявляю о
характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и
установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к теплоизоляции и, в частности, к новой теплоизоляционной системе,
предназначенной для минимизации теплопередачи через пространство, ограниченное зонами с относительно
более высокой и более низкой температурой.
Основная цель моего изобретения — создание цельнометаллического теплоизоляционного материала,
обеспечивающего почти максимальную эффективность теплоизоляции, исключительно простого по
конструкции, недорогого в производстве, легко адаптируемого практически к любому устройству или
установке, где требуется теплоизоляция, прочного и долговечного, обладающего низкой удельной
теплоемкостью, огнестойкого, не подверженного воздействию влаги и пара, а также защищенного от
вредителей, насекомых, грызунов, бактерий и различных газов.
Ещё одной целью моего изобретения является создание теплоизоляционной системы, включающей одну или
несколько расположенных на некотором расстоянии друг от друга металлических поверхностей или листов,
металлургические и физические характеристики которых, а также расстояние между ними, предопределены
частотой излучения, полученной из разницы температур относительно их положения в абсолютной
температурной шкале.
В соответствии с изобретением I предлагается теплоизолирующая конструкция, включающая пространство,
образованное расположенными на некотором расстоянии друг от друга стенами, приспособленными для
воздействия относительно более высоких и более низких температур, металлический лист или множество
металлических листов достаточной толщины и жесткости для сохранения заданной формы, установленные в
указанном пространстве, причем указанный лист или множество листов изготовлены из материала,
обладающего относительно низкими отражательными характеристиками при воздействии излучения с
длинами волн в видимой части электромагнитного спектра и относительно высокими отражательными
характеристиками при воздействии излучения с длинами волн большей длины, чем видимая часть
электромагнитного спектра, причем указанный лист или центральная плоскость указанного множества листов
расположены ближе к стене, приспособленной для воздействия более высокой температуры.
Еще одна особенность заключается в создании конструкции 60 указанного выше характера, которая включает
в себя один или группу практически параллельных, расположенных на некотором расстоянии друг от друга
металлических листов или поверхностей, расположенных практически параллельно, на некотором расстоянии
друг от друга относительно поверхностей стен, определяющих пространство, подлежащее изоляции, таким
образом, что обеспечивается множество несвязанных и незагроможденных участков воздушной пленки,
простирающихся практически по всей длине и ширине каждого такого листа или поверхности.
Использование металлического материала с высокими значениями отражения и низкими значениями
излучения на преобладающей частоте излучения, расположенного таким образом относительно стороны с
более высокой температурой в изолируемом пространстве, чтобы получить практически полную выгоду в
вышеуказанных аспектах, а также обеспечить в таком пространстве состояние воздушной пленки, которое в
сочетании с низким значением излучения и высокой отражательной способностью металлических
поверхностей или листов сводит к минимуму передачу тепла путем проводимости, конвекции и излучения.
При достижении этой цели и особенности мое изобретение также предусматривает, для максимальной
эффективности изоляции, заранее определенное расположение металлического листа или поверхности или
поверхностей относительно поддержания теплового равновесия в изолируемом пространстве. В частности, в
изоляционном блоке, состоящем из одного металлического листа, лист предпочтительно должен
располагаться приблизительно в так называемой точке «температурного равновесия» или «температурного
баланса» или «тепловой точки опоры» в изолируемом пространстве; И, если используется изоляционный
блок, состоящий из множества металлических листов, центральная плоскость такого блока или
геометрический центр масс предпочтительно должны располагаться приблизительно в этой точке «теплового
равновесия» или «тепловой точки опоры». Еще одна особенность моего изобретения заключается в том, что
оно предусматривает устройство указанного выше характера, в котором металлический лист или листы или
поверхности электрически заземлены, предотвращая их электролитическое разложение от источника
термоэлектрически распространяющегося тока, и в котором металлические листы или поверхности
приведены к одинаковой электрической полярности, что способствует предотвращению передачи тепла
посредством электрических молекулярных колебаний через пленки между такими листами или
поверхностями.
Дополнительной особенностью является возможность использования матовых, неблестящих металлических
листов или поверхностей с низким коэффициентом отражения и высоким коэффициентом излучения в
пределах видимого спектра для создания условий теплоизоляции, что позволяет использовать достаточно
недорогие материалы для достижения высокой эффективности теплоизоляции в обычных условиях.
Ещё одной особенностью является использование металлических листов с шагом 2r, поверхность которых
деформирована таким образом, что образуются небольшие углы с нормальной к ней плоскостью, что
обеспечивает повышенную теплоизоляцию, предотвращает распространение звуковых волн за счёт вибрации
изоляционных листов и стен изолируемого пространства и одновременно повышает жёсткость листов,
позволяя использовать сравнительно тонкие и обычно гибкие металлические листы.
Дополнительные цели включают: исключение использования физических средств или материалов в качестве
теплоизоляционного материала как такового; обеспечение высокой теплоизоляции за счет использования
новым и оригинальным способом ранее не применявшихся явлений, существующих и являющихся активными
элементами, участвующими в механизме теплопередачи; устранение нежелательных свойств всех ранее
известных теплоизоляционных материалов; Обеспечить распространение и эффективное использование в
изолируемом пространстве так называемых газовых пленок с «ламинарным потоком», «теоретическим
потоком» или нетурбулентным потоком, которые обладают максимальной эффективностью в блокировании
передачи тепла путем проводимости и конвекции, а также обеспечить конструкцию, в которой образуется
множество практически параллельных газовых пленок с «ламинарным потоком», которые расположены таким
образом, что практически прилегают друг к другу и практически заполняют изолируемое пространство, тем
самым практически устраняя турбулентные потоки и, следовательно, конвективный тепловой поток;
обеспечить универсально адаптируемый изоляционный блок новой формы, включающий один или несколько
расположенных на расстоянии друг от друга металлических листов, воплощающих вышеуказанные
особенности и характеристики, который сконструирован и расположен относительно пространства, в котором
он установлен, таким образом, что он расширяем и сжимаем, может быть установлен без отдельных
крепежных элементов и обеспечивает множество пространств, края которых герметично закрыты по всей
длине для предотвращения распространения газовых пленок между пространствами на противоположных
сторонах листа или листов; обеспечить конструкцию {Вышеуказанный характер заключается в том, что вся
площадь изолируемого пространства изолируется в значительной степени равномерно; и в обеспечении
системы теплоизоляции, включающей множество средств, блокирующих передачу тепла, в том числе все
вышеперечисленные элементы, которые скоординированы таким образом, чтобы совместно обеспечить в
результате более высокую степень эффективности изоляции, чем та, которая, насколько мне известно, была
достигнута ранее.
Другие объекты и преимущества станут очевидны по мере дальнейшего описания и со ссылкой на чертежи,
иллюстрирующие варианты осуществления моего изобретения, где: Рисунок 1 представляет собой
вертикальный разрез одного из вариантов корпуса бытового холодильника с теплоизоляцией в соответствии с
моим изобретением; Рисунок 2 представляет собой еще один вертикальный разрез конструкции, показанной
на Рис. 1, выполненный практически под прямым углом к этому рисунку; Рисунок 3 представляет собой слегка
увеличенный горизонтальный разрез конструкции, показанной на Рис. 1 и 2; Рисунок 4 представляет собой
еще более увеличенный фрагментарный вид, показывающий угловой разрез конструкции на Рис. 3; Рисунок 5
представляет собой отдельный перспективный вид, частично в разрезе, цельнометаллического
изоляционного блока, показанного на Рис. 1-4 включительно; Рисунок 6 представляет собой разрез в
отдельном отношении одного из листов, составляющих блок на Рис. 5; Рисунок 7 представляет собой разрез в
отдельном отношении другого листа, составляющего блок на Рис. 5; Фиг. 8 представляет собой вертикальный
разрез другого типа бытового холодильника f 15, к которому применено мое изобретение; Фиг. 9 представляет
собой горизонтальный разрез конструкции, показанной на Фиг. 8; Фиг. 10 представляет собой фрагментарный
план другого типа металлического листа, который я могу использовать при осуществлении своего
изобретения; Фиг. 11 представляет собой разрез, выполненный в основном по линии 11-11 на Фиг. 10; Фиг. 12
представляет собой разрез, выполненный в основном по линии 12-12 на Фиг. 10; Фиг. 13 представляет собой
схематическое изображение, частично иллюстрирующее механику моего изобретения, примененного к
установке 13 (41 d,385), использующей изоляционный блок, состоящий из одного металлического листа; Фиг.
14 представляет собой схематическое изображение, аналогичное Фиг. 13, за исключением того, что
иллюстрирует механику применения моего изобретения к изоляционному блоку, состоящему из двух
металлических листов; и Фиг. 15 представляет собой изображение, аналогичное Фиг. 13 и 14, за исключением
того, что показывает один из способов применения моего изобретения при использовании изоляционного
блока, состоящего из трех металлических листов. Следует понимать, что, хотя я решил проиллюстрировать
свое изобретение в его применении к бытовому холодильнику, я не желаю ограничиваться таким
использованием, поскольку очевидно, что оно полезно в любой среде, где требуется теплоизоляция;
например, без ограничения общности, холодильные камеры, холодильные камеры, водонагреватели, котлы,
печи, здания и т. д.
Для облегчения понимания различных факторов и особенностей моего изобретения, а также их координации с
явлениями, участвующими в механизме теплопередачи, я сначала сошлюсь на различные принципы и
открытия, которые лежат в его основе, прежде чем перейти непосредственно к иллюстрированному варианту
его осуществления.
Хорошо известно, что тепло может передаваться из точки с более высокой температурой в точку с более
низкой температурой посредством проводимости, конвекции и излучения.
Теплоизоляция, в широком смысле, представляет собой предотвращение или замедление потока или
передачи тепла с одного температурного уровня на другой, и, очевидно, наибольшая достижимая
эффективность будет заключаться в полной изоляции или блокировании передачи тепла всеми
вышеперечисленными факторами. В общем, «проводимость», как используется для обозначения механизма
передачи тепла, состоит в молекулярной передаче колебаний или движения между молекулами; «конвекция»
— это фактическая транспортировка вибрирующих молекул жидкостью или подобным веществом из одной
точки в другую; Излучение — это передача энергии из одной точки или источника в другую посредством
волны, распространяющейся в жидкости или в теоретическом предположении, называемом «эфиром»,
воздействие которой на материальные вещества вызывает явления тепла, света и другие явления. «Тепло»,
как оно здесь понимается, следует рассматривать как форму энергии или как форму электромеханических
молекулярных и внутримолекулярных колебаний переменной частоты. Частота излучаемых волн зависит от
абсолютной температуры источника излучения. Под «частотой», как она используется здесь, я подразумеваю
количество колебаний излучаемой волны за заданный промежуток времени, а под «длиной волны» —
линейное расстояние, выражающее длину волны, 70, как это обычно используется в оптике. По мере
повышения температуры материальной массы молекулярные колебания внутри этой массы соответственно
увеличиваются. Следовательно, излучаемая или 75 испускаемая этой массой энергия настолько тесно
связана с молекулярными колебаниями внутри массы, что по мере повышения температуры колебания,
увеличивающиеся вместе с ними, вызывают частоту Излучаемая волна становится выше, а сама волна —
короче, и наоборот. Таким образом, существует прямая зависимость между температурой материального
тела, такого как металлические поверхности, и длиной волны или частотой излучаемой энергии.
При передаче тепла излучением интенсивность и количество передаваемого тепла определяются
несколькими факторами, некоторые из которых включают источник излучения, его частоту или длину волны,
физические и механические свойства поверхности, на которую падает излучение, и диатермичность
вещества, через которое проходит энергия в виде излучения. Эти соотношения, по-видимому, изменяются
друг относительно друга, но, в общем случае, диатермичность вещества изменяется в зависимости от длины
волны или частоты; большинство твердых тел обладают лишь очень незначительной диатермичностью при
большей длине волны (или меньшей частоте), но ее диатермичность возрастает с увеличением частоты (и
соответствующим уменьшением длины волны), как, например, хорошо известные проникающие способности
рентгеновского излучения, которое имеет чрезвычайно короткую длину волны и высокую частоту. Я
обнаружил, что существуют относительно аналогичные вышеописанным изменения в излучательной
способности различных металлических поверхностей и химической и физической структуре таких излучающих
и поглощающих поверхностей при изменении частоты или длины волны излучения, и я применил Это
открытие позволило получить высокую степень теплоизоляции к концу 115-го года.
Так называемое лучистое тепло представляет собой часть электромагнитного спектра, как и свет, но
существует разница в частоте и длине волны. Хорошо известно, что яркие, похожие на серебро поверхности
отражают высокий процент видимого света; и мне известно, что ранее предпринимались попытки
использовать этот хорошо известный принцип для блокирования передачи лучистого тепла. В соответствии с
этими предыдущими усилиями, для предотвращения передачи лучистого тепла использовались яркие
поверхности, а в некоторых случаях очень тонкие, яркие металлические листы или поверхности, такие как,
например, алюминиевая фольга или оловянная фольга. Но поскольку длина волны или частота видимого
света отличается от частоты лучистого тепла, причем частота первого выше, а длина волны короче, эти
предыдущие попытки были лишь частично успешными. Другими словами, эти ранее использовавшиеся яркие
листы или поверхности изолируют от лучистого тепла в соответствии со своей способностью отражать
видимый свет, которая недостаточна для высокой эффективности.
Я обнаружил, что там, где частота излучения тепла ниже (или длина волны больше), чем у видимого света
(что имеет место практически во всех областях теплоизоляции), высокая теплоизоляционная способность
может быть достигнута за счет использования матовых и неблестящих металлических листов или
поверхностей. Под этим я подразумеваю металлы, обладающие низкой отражательной способностью в
видимом спектре и которые с уменьшением частоты (и увеличением длины волны) увеличивают
отражательную способность, что приводит к уменьшению коэффициента излучения. Например, коммерческая
черная сталь, обладающая этими характеристиками, показала отличные результаты.
Я обнаружил, что при использовании одного металлического листа в изолируемом пространстве материал
указанного типа может быть использован с высокой эффективностью, если он расположен в заранее
определенной точке относительно стороны с более высокой температурой в этом пространстве,
определяемой преобладающей частотой биений излучения, и, если используются два или более листов
такого материала (предпочтительно в виде единого блока или группы листов), центральная плоскость или
геометрический центр группы таких листов могут быть расположены аналогичным образом для получения
аналогичных изоляционных эффектов и значений.
Для определения оптимального расстояния между металлическими листами в изолируемом пространстве,
согласно моему изобретению, следует учитывать определенные факторы. Важное значение имеет частота,
обусловленная разностью средних температур Te между зонами с более высокой и более низкой
температурой, а также степень повышения и степень понижения температуры относительно их положения в
абсолютной температурной шкале. Необходимо основывать эти вычисления градусов температуры на
абсолютном нуле, поскольку математические вычисления этих значений являются результатом возведения в
степень от абсолютного нуля. При использовании этих факторов для получения оптимального положения
металлического листа или листов в изолируемом пространстве согласно моему изобретению необходимо
установить или определить тепловой баланс или состояние теплового равновесия между поверхностями,
определяющими изолируемое пространство, относительно теплопередачи. Под «тепловым равновесием» или
«тепловым балансом» я подразумеваю температуру или состояние в изолируемом пространстве, которому
удовлетворяет следующее уравнение, в котором t равно абсолютной температуре стороны с более высокой
температурой. t равно абсолютной температуре стороны с более низкой температурой, а t равно
абсолютной температуре той теоретической точки или теплового рубежа баланса теплопередачи, в которой
выполняется тепловое равновесие:
(t 14-t 24) = (t 24 t 24), в котором уравнение t 2 становится равным 4 t 14 +t 34. Получив таким образом
тепловое значение t 2, соотношение расположения этой точки относительно областей с более высокой и
более низкой температурой определяется из существующей связи с приведенным выше уравнением, которое
выражается следующим образом, предполагая, что y равно расстоянию между теоретической точкой (которая
находится при абсолютной температуре t 2) и поверхностью с более высокой температурой (или
поверхностью, которая находится при абсолютной температуре ti), а x равно расстоянию между стороной с
более высокой температурой и стороной с более низкой температурой:
Y = (tl-t 2)1 (t 2-t 3) X -y, и для определения точки опоры (точки на расстоянии y от стороны с более высокой
температурой в изолируемом пространстве) искомого теплового равновесия 1 OE, это уравнение
дополнительно разлагается на:
Теперь, обращаясь к той части моего изобретения, которая касается изоляции от потока 110 тепла
посредством проводимости и конвекции, известно, что на поверхностях нагретых металлических листов
образуются изолирующие пленки из воздуха или газа. Эти пленки обладают способностью изолировать от 115
конвективной передачи тепла аналогично теоретическому «неподвижному» или «мертвому» воздуху,
одновременно обладая обычной способностью воздуха как газа предотвращать передачу тепла путем
проводимости. Толщина 120 этих пленок изменяется в зависимости от эффективной температуры 410,365,
которая является функцией абсолютной температуры поверхности, на которой она образуется, которая, в
свою очередь, зависит от плотности, вязкости, удельного веса и скорости.
Это можно проиллюстрировать отклонением интерферометрических полос при фотографировании краев
нагретых пластин. Ранее и в дальнейшем я буду называть эти пленки «пленками ламинарного потока»,
которые понимаются как пленки нетурбулентного или теоретического потока. Пленки такого характера
образуются металлическими листами или поверхностями, которые также используются для защиты от
излучения, поскольку эти пленки практически прозрачны для излучения. Кроме того, в рамках моего
изобретения предусмотрено, чтобы металлические листы или поверхности были расположены таким образом
относительно друг друга и поверхностей, определяющих изолируемое пространство, чтобы изолируемое
пространство было практически полностью заполнено этими пленками; и я обнаружил, что, сопоставляя
расстояние между листами с преобладающей частотой излучения, как объяснено выше, результирующий
эффект практически полностью соответствует желаемому условию образования пленки «ламинарного
потока». Эта особенность, вместе с другими особенностями моего изобретения, приводит к очень близкому
приближению к полному блокированию теплопередачи посредством излучения, конвекции и проводимости.
Следует понимать, что хотя в предпочтительном варианте применения моего изобретения я использую
воздух в качестве среды для изоляции от теплопередачи путем проводимости, могут быть использованы и
другие газы с еще более низкой теплопроводностью, чем воздух, без отступления от моего изобретения;
например, углекислый газ и другие газы аналогичной природы, которые необходимо удерживать в замкнутом
объеме.
Кроме того, я обнаружил, что по сравнению с видимым светом интенсивность излучения, излучаемого под
углом от металлической поверхности, пропорциональна косинусу угла с нормалью и, следовательно,
уменьшается по интенсивности. Поэтому, в качестве еще одной особенности моего изобретения, в сочетании
с вышеописанными особенностями для достижения максимальной эффективности изоляции, я
предпочтительно наделяю металлические листы поверхностями, угловатыми с нормалью. Я обнаружил, что
излучаемое под углом тепло поляризуется и дополнительно уменьшается по интенсивности, что повышает
теплоизоляционные свойства. В дополнение к этому, деформация или наличие угловатых поверхностей на
листе, вместе (предпочтительно, но не обязательно) с ребрами или подобными элементами, образованными
в нем, позволяет мне использовать сравнительно тонкие металлические листы при осуществлении моего
изобретения, поскольку такая деформация добавляет им жесткость и прочность за счет увеличения момента
инерции сечения. Это также предотвращает вибрацию листа, которая, если бы она существовала, была бы
весьма нежелательна в эксплуатации из-за износа, быстрого разрушения и других факторов. Более того,
таким образом упрочненные листы эффективно противостоят воздействию звуковых волн, предотвращая их
повторное возникновение на противоположных сторонах листа или листов.
При использовании двух или более металлических поверхностей для целей, указанных выше, они слегка
электризуются и, если не заземлены друг относительно друга, имеют разную полярность, поэтому в жидкости
между поверхностями происходит молекулярное притяжение от положительного полюса к отрицательному,
что приводит к передаче тепла через пространство между листами. Однако, согласно моему изобретению,
металлические листы или поверхности электрически заземлены друг относительно друга, и в них
устанавливается аналогичная полярность с противоположным эффектом молекулярного отталкивания, что
исключает дополнительную передачу тепла за счет проводимости и повышает теплоизоляционные свойства.
Такая конструкция также предотвращает электролитическое разложение листов от источника
термоэлектрически распространяющихся токов.
Обращаясь теперь к варианту осуществления моего изобретения, изображенному на фиг. 1–6 включительно,
конструкция холодильного шкафа имеет обычную форму, включающую внешнюю прямоугольную оболочку 20
и внутреннюю, расположенную на некотором расстоянии друг от друга и аналогичную по форме оболочку 21,
образующую отсек для пищевых продуктов или низкотемпературную камеру 22. Эти оболочки
поддерживаются на некотором расстоянии друг от друга множеством горизонтальных элементов или балок 23
(фиг. 1) и вертикальных стоек 24 (фиг. 3) 110, которые вместе с внутренней и внешней оболочками 20, 21
образуют по бокам, сверху и снизу конструкции шкафа закрытые пространства 25a, 25b, -25o, 25d и 25e
соответственно, предназначенные для изоляции от передачи тепла из области 115, расположенной снаружи
внешней оболочки 20, в отсек для пищевых продуктов 22. Передняя часть шкафа может быть снабжена
отверстием, ведущим непосредственно в отсек для пищевых продуктов 22, которое может быть закрыто
дверцей com-20. состоит из расположенных на некотором расстоянии друг от друга внутренних и внешних
оболочек 26, 27, поддерживаемых на некотором расстоянии друг от друга горизонтальными и вертикальными
элементами 28 соответственно, обеспечивая пространство 25', подлежащее изоляции. Внешние и внутренние
оболочки 125 20, 21 26, 27 выполнены, предпочтительно, из металлического материала, но следует понимать,
что может быть использован любой подходящий материал, не отклоняясь от y-.
Изобретение № 410365. Мое изобретение касается, в частности, изоляции от передачи тепла через зазоры
между внутренней и внешней оболочками 20, 21, 26, 27, и будет описан предпочтительный способ его
применения (рис. 1-7 включительно). В каждом из зазоров 25a, b, 25d, 256 и 25d я устанавливаю
изоляционный блок, который в каждом случае идентичен, за исключением различий в размерах, и будет
подробно описан только один такой блок. В частности, эта единая конструкция состоит из двух металлических
листов с матовой, неблестящей поверхностью, которая, например, представляет собой так называемую
коммерческую холоднокатаную черную сталь, имеющую сравнительно твердую и гладкую поверхность.
Однако следует понимать, что могут быть использованы и другие металлы, обладающие аналогичными
характеристиками, такие металлы, которые имеют высокую отражательную способность и низкую
излучательную способность в пределах частот (и длин волн), попадающих в диапазон частот (и длин волн). Я
обнаружил, что превосходных результатов можно добиться с металлическими листами толщиной
приблизительно 0,06 дюйма, но следует понимать, что толщину этого металла можно изменять, не отступая
от моего изобретения.
Для облегчения адаптации моего изобретения к конструкциям, подобным показанным на чертежах, и, по сути,
к большинству других типов конструкций, содержащих помещения, подлежащие изоляции, металлические
листы, если используется более одного листа, группируются вместе в единый блок, имеющий заданное
расстояние друг от друга и от поверхностей стен, определяющих стороны помещения, подлежащие изоляции,
с более высокой и более низкой температурой (здесь это иногда называется «групповым расстоянием»).
В частности, как показано на чертежах, я могу использовать блок 29' (рис. 8, 6 и 7), включающий наружный
металлический лист указанного выше типа, все края которого имеют аналогичную форму, образуя, по сути,
опорную и кромкоуплотняющую головку 300 V-образного сечения и таких размеров, что противоположные
стороны этой головки соприкасаются трением с противоположными стенками, определяющими пространство,
которое необходимо изолировать, при этом ее вершина примыкает к поверхности кромкоуплотнения (в
данном случае к балкам и стойкам 23 и 24), определяющим такие пространства.
В представленном варианте осуществления моего изобретения форма головки 30 такова, что обеспечивает
ее гибкость как в боковом направлении, так и в плоскости листа. Ширина головки немного больше, чем
пространство, в которое она вставляется, и аналогично размеры блока 29 в целом немного больше, чем
пространство, в которое она вставляется. Следовательно, когда этот блок вставляется в изолируемое
пространство, головка 303 сжимается или сокращается в боковом направлении, чтобы надежно зацепиться за
противоположные стенки пространства, и сжимается или сокращается в плоскости листа 30 за счет
зацепления вершины головки с прилегающей поверхностью, так что блок 29 надежно и податливо
удерживается в заданном положении внутри предназначенного для него пространства. Таким образом, блок
29 может быть установлен без использования отдельных крепежных элементов, которые в противном случае
могли бы способствовать теплопроводности.
Такой способ крепления также компенсирует термическое расширение и сжатие листов, а также обеспечивает
надежную фиксацию листа без дребезжания и других нежелательных явлений, которые могли бы возникнуть,
если бы он ослабился. Кроме того, такое расположение обеспечивает простоту и удобство установки блока, а
также облегчает его изготовление с минимальными затратами. Изоляционный блок 29 дополнительно
включает второй металлический лист 31, который поддерживается вложенной головкой 30' листа 30,
расположенной на некотором расстоянии от последнего. Этот лист 31 снабжен полностью охватывающим,
выступающим наружу кромочным фланцем 31', который имеет кромку, как показано на 31', для зацепления с
канавкой 30b, образованной в головке поддерживающего листа 300. Размеры листа 31 предпочтительно
таковы относительно головки 30', что его фланец Лист 31 должен быть слегка, но плотно подпружинен и
зацеплен с опорной головкой, так что этот лист прочно и надежно закреплен в заданном зазоре относительно
листа 30 без добавления отдельных крепежных элементов. Для дальнейшего обеспечения этой фиксации
свободный край 30 листа 10 головки 300 слегка выдвинут и загнут назад на свободный край 310 фланца 310.
Таким образом, соединяя листы 30 и 31, они электрически заземлены друг с другом и с металлическими
оболочками 20 и 21. Металлические листы, или лист, в зависимости от случая, предпочтительно
устанавливаются в плоскостях, параллельных плоскости друг друга и плоскостям зазоров 120, разделяющих
стенок 20, 21, 26 и 27. Путем такого расположения листов и герметизации краев этих незагроможденных
пространств, кромки герметизированы и имеют практически однородную структуру. Глубина по всей
поверхности листов составляет 125.
Следует понимать, что внешний слой 20 представляет собой сторону с более высокой температурой в
изолируемом пространстве, в то время как внутренняя оболочка 130 410,365 представляет собой сторону с
более низкой температурой в этом пространстве, и, как указывалось выше, расстояние между листами 30 и 31
относительно друг друга и относительно оболочек 20 и 21 имеет существенное значение с точки зрения
теплоизоляционных свойств. Расположение этих листов относительно этих поверхностей образует систему
теплоизоляции, воплощающую в себе уже упомянутые особенности и преимущества.
В частности, изоляционный блок (листы 30 и 31) расположен относительно оболочки 20 на расстоянии,
предопределенном существующей разностью температур и преобладающей частотой (или длиной волны)
излучаемого тепла, и этот блок, предпочтительно, должен быть расположен таким образом, чтобы его центр
или центр масс находился в точке теплового баланса или теплового равновесия в пространстве,
определяемом стенками 20 и 21. Таким образом, согласно моему открытию, пространства между листом 30 и
внешней оболочкой 20, между листами 30 и 31 и между листом 31 и внутренней оболочкой 21 приблизительно
заполнены так называемыми «ламинарными» пленками, причем листы 30 и 31 служат экранами против
передачи тепла излучением, а «ламинарные» пленки минимизируют передачу тепла путем проводимости и
конвекции.
При осуществлении моего изобретения я могу сначала определить тепловой баланс или тепловое равновесие
между стенками 20 и 21. Например, предположим, что пространство между стенками 20 и 21 имеет ширину
212 дюймов, температура внешней поверхности стенки 20 составляет 1000 °F, и что необходимо
поддерживать постоянную температуру 500 °F в пищевом отсеке 22, как схематически показано на рис. 14. В
этом случае, используя приведенное выше базовое уравнение более подробно, где t1 представляет 100 °F, t2
представляет 500 °F, и решая уравнение относительно t2 по формуле t2t/4 + t34, можно установить, что
температурный баланс такого пространства или его температурная точка опоры составляет приблизительно
76–80 °F.
Определив тепловую точку опоры, я могу далее определить ее положение относительно стенки или оболочки
с более высокой температурой. В частности, приняв W (ширину пространства между стенками) равной 2,1
дюйма (рис. 14) и решив уравнение Y = 3πr² - 1πr², получаем, что расстояние y (рис. 14) составляет
приблизительно 46 х дюймов или 1,15 дюйма.
Как я уже указывал ранее, при использовании двух листов я обнаружил, что центральная линия между такими
листами, для обеспечения превосходной теплоизоляции, может располагаться в этой точке теплового рычага,
а именно на расстоянии 1,15 дюйма от стены 20 в приведенном примере. Я также экспериментально
установил, что при использовании двух листов расстояние между ними предпочтительно должно быть равно
приблизительно одной трети расстояния между стенами 20 и 21, обозначенного буквой X на рис. 14.
Однако следует понимать, что это соотношение размеров может быть немного изменено с хорошими
результатами и без отступления от моего изобретения. В приведенном выше примере расстояние между
листами 30 и 31 (рис. 14) составляет приблизительно 0,83 дюйма; Листы 30 и 31 будут расположены на
расстоянии половины 0,83 дюйма по обе стороны от точки теплового контакта, или приблизительно 0,415 85
дюйма относительно этой точки. Следовательно, пластина 30 отстоит от стены на расстояние, равное 1,15
дюйма минус 0,415 дюйма, или приблизительно 0,735 дюйма, так что постепенное расстояние между
наружной поверхностью стены 20, листами 30 и 31 и внутренней стенкой 21 составляет, соответственно,
приблизительно 0,735 дюйма, 0,830 дюйма и 0,935 дюйма. Следует понимать, что это расстояние, согласно
моему изобретению, приблизительно является идеальным расстоянием для условий температуры и
расстояния между стенами, изложенных выше в этом примере; однако, следуя приведенным выше
уравнениям, эти размеры 10 могут быть незначительно изменены при изменении известных факторов,
участвующих в приведенном примере, без отступления от моего изобретения.
Я обнаружил, что высокоэффективные результаты теплоизоляции 105 могут быть достигнуты с
использованием двух расположенных на расстоянии друг от друга металлических листов, когда ширина
изолируемого пространства составляет от 2 до 3 дюймов; однако, когда ширина такого пространства
составляет 2 дюйма или меньше, я обнаружил, что высокоэффективные результаты могут быть достигнуты с
помощью одного металлического листа, а когда общее расстояние составляет от 3 до 4 дюймов, три
правильно расположенных листа вполне могут удовлетворить эту цель 115. На рис. 13 я схематически
проиллюстрировал адаптацию моего изобретения к установке с одним листом. Как показано на рисунке, я
предполагаю, что x равно 2 дюймам, что температура, представленная t, 120 (внешняя более высокая
температура), составляет 1000 °F.
и что температура, обозначенная t (внутренняя нижняя температура), составляет 500 °F.
Теперь, решая уравнение относительно t, мы обнаруживаем, что температурное равновесие составляет
приблизительно 125 410 365 76,8 °F. Это значение, введенное в приведенное выше уравнение, и решение
относительно расстояния y, оказывается расположенным на расстоянии 0,92 дюйма от стороны с более
высокой температурой на изолируемой поверхности. Таким образом, отдельный лист 32, расположенный в
этой точке, находится на расстоянии 0,92 дюйма от стенки 20 с более высокой температурой и на расстоянии
10,5 дюймов от стенки 21 с более низкой температурой.
На рис. 15 схематически изображена установка из трех листов, где t обозначает температуру в градусах
Фаренгейта на стороне с более высокой температурой, подлежащей изоляции; t обозначает температуру на
стороне с более низкой температурой в градусах Фаренгейта; x — общее расстояние между листами 20 и 21; y
— расстояние от стороны с более высокой температурой до точки опоры теплового баланса или точки
равновесия; t2 обозначает температуру в градусах Фаренгейта точки опоры теплового баланса; X равно
общему расстоянию между внутренним и внешним листами 3 и 35 группы из трех листов (включая листы 3:3,
34 и 35), а X равно расстоянию между соседними листами 33,:-A и 35. Применяя эти значения к приведенному
выше уравнению для определения точки теплового равновесия и расстояния (предполагая, что vs равно 3
дюймам, t представляет температуру 1000 °F в градусах Фаренгейта, а t3 представляет температуру 500 °F в
градусах Фаренгейта), при решении относительно мы находим, что точка теплового равновесия в градусах
Фаренгейта составляет приблизительно 76 80. Я обнаружил, что в трехлистовом блоке листы
предпочтительно располагаются на равном расстоянии друг от друга внутри блока, а центральный лист или
центральная плоскость группы листов предпочтительно располагается в точке теплового равновесия.
Следует, однако, понимать, что размерные соотношения 2 и являются иллюстрацией расстояния между
листами, что обеспечивает высокую эффективность. Результаты могут быть немного изменены без
отступления от моего изобретения. Таким образом, согласно приведенному выше уравнению,
местоположение теплового центра 76 80 F находится приблизительно на расстоянии 1,38 дюйма от стенки 20
с более высокой температурой, и центральный лист 34 группы из трех листов предпочтительно размещается
в этом положении. Теперь, решая уравнение для X (рис. 15), или общей ширины, покрываемой тремя
пластинами 33-35, мы находим, что такое расстояние равно 11 дюймам, следовательно, расстояние (рис. 1-5)
между соседними пластинами составляет 0,75 дюйма. Таким образом, при размещении центрального листа
34 на расстоянии 1,38 дюйма от стороны с более высокой температурой, лист 33, ближайший к стороне с
более высокой температурой, отстоит от этой стороны на расстояние 1,8 дюйма минус 0,75 дюйма или 0,63
дюйма, а лист 65 35, наиболее удаленный от стороны с более высокой температурой, отстоит от этой стороны
на расстояние, равное 1,38 дюйма плюс 0,75 дюйма или 2,13 дюйма. Следовательно, постепенное расстояние
между стенкой 20, работающей при более высокой температуре (70), металлическими листами 33, 34 и 35 и
стенкой 21, работающей при более низкой температуре, составляет 0,63 дюйма, 0,75 дюйма, 0,75 дюйма и
0,87 дюйма.
Как указано выше, хотя я получил высокоэффективные результаты изоляции при указанных выше
расстояниях, такие расстояния могут быть немного изменены без отклонения от моего изобретения.
Например, при обычных температурах я обнаружил, что исключительно хорошие результаты могут быть
получены путем размещения теплового баланса или точки опоры в изолируемом пространстве на расстоянии
от более высокотемпературной стены, которое находится в пределах размерного диапазона, пределы
которого находятся между и 1 расстоянием между поверхностями стен, определяющими изолируемое
пространство. Если расстояние до этой точки опоры должно быть изменено таким образом, относительное
расстояние между металлическим листом или листами (если используется групповое расстояние) или
поверхностями должно соблюдаться относительно них, как описано выше. Другими словами, я обнаружил, что
исключительно хорошие результаты могут быть получены путем размещения одного листа или центральной
плоскости группы листов в изолируемом пространстве в точке, которая L00 находится в пределах размерных
ограничений менее T и более более чем в 3 раза шире такого пространства.
Как я уже указывал ранее (см. рис. 105), повышенная изоляционная способность достигается за счет
деформации металлических листов при выполнении этой функции (рис.
1
(до 7 включительно) поверхности каждого листа деформированы таким образом, что образуют ряд
последовательных поверхностей 36 и 37, наклоненных под углом HO относительно нормали, причем смежные
с ними поверхности простираются в противоположно направленных пересекающихся плоскостях в одном
направлении по листам. Например, поверхности листов 36 и 37 расположены в противоположно
направленных плоскостях, которые пересекаются практически в точке 38. Кроме того, каждый из этих листов
снабжен в точке пересечения угловых поверхностей ребрами 39, которые образованы таким образом, чтобы
полностью располагаться в пределах вершинной части пересекающихся плоскостей поверхностей 36 и 37.
Цель такого расположения и формирования этих ребер 39 состоит в том, чтобы избежать распространения
металлической поверхности 125 410,365 ближе к смежным стенкам 20 и 21, тем самым предотвращая любую
тенденцию к передаче тепла через точку, прилегающую к ребрам, за счет выступа таких ребер. Например.
Я заранее определяю расстояние между листами определенным размером относительно стен,
определяющих пространство, подлежащее изоляции, и хотя я устанавливаю ребра 39 описанным выше
способом, я не нарушаю это заранее установленное соотношение. Ввиду того, что пересечение плоскостей
поверхностей 36 и 37 находится в смещенном положении, ребра 39, следовательно, попеременно
поворачиваются в противоположных направлениях, чтобы соответствовать вышеуказанным требованиям, и
поверхность каждого ребра не выступает существенно за нормальную плоскость листов. Принцип действия
деформации листа уже был указан в связи с общим объяснением любого изобретения, и я полагаю, что он
будет ясно понят без дальнейших пояснений 6 n при его применении к конкретной конструкции, которую я
выбрал для иллюстрации моего изобретения. Могу добавить, что там, где пространства, подлежащие
изоляции, расположены в вертикальном положении, например, пространства 25a 25b по бокам холодильного
шкафа на фиг. 1-4, В частности, я предпочитаю проектировать угловые поверхности листов и ребра 39 таким
образом, чтобы ребра располагались вертикально; тем самым надежно предотвращая возможные
возмущения в «горизонтальном потоке B» в изолируемом пространстве, которые, если они возникнут, могут
привести к определенному количеству турбулентного потока и передаче тепла конвекцией.
На рис. 10, 11 и 12 я показываю еще один вариант формовки листового материала, который, как я обнаружил,
вполне удовлетворительно служит цели с точки зрения изоляции, упрочнения и т. д., уже указанных здесь.
Этот тип листа вполне может использоваться для изоляции рефрижераторных вагонов, холодильных камер,
зданий и тому подобного, где могут применяться довольно большие листы из этого материала. В частности, в
этом варианте лист снабжен множеством ребер 40, а поверхность листа деформирована таким образом, что
на ней образуются ромбовидные выступы или рельефные элементы 41. Другими словами, смежные выступы
или рельефные элементы 41 простираются в противоположных направлениях к противоположным граням
листа. Ребра 40 расположены относительно этих рельефных элементов и плоскостей пересечения смежных
выступов или рельефных элементов таким образом, что они занимают практически то же положение
относительно плоскостей пересечения, что и в варианте, показанном на фиг. 1-7 включительно; и эти выступы
или рельефные элементы и ребра функционируют практически таким же образом, обеспечивая повышенную
теплоизоляцию, жесткость листа и т. д., как и в описанном ранее варианте листа.
На фиг. 8 и 9 я проиллюстрировал свое изобретение 70 в применении к цельнометаллическому холодильному
шкафу, в котором внутренняя и внешняя оболочки 42 и 43 поддерживаются на некотором расстоянии друг от
друга соответствующими опорными элементами 44, без использования вертикальных и горизонтальных 75
рамных элементов, как это показано на фиг. 1, 2 и 3. В этой конкретной форме пространство 45 между
оболочками 42 и 43 является непрерывным по всей длине стенок холодильного шкафа 80, за исключением
дверной части 46, расположенной в передней части шкафа (фиг. 9). Согласно моему изобретению, пленочные
зазоры между металлическими листами изоляционного блока должны быть заглушены 85 или полностью
Соседние файлы в папке патенты