Теплоизоляционное устройство
Вакуумное теплоизоляционное устройство включает в себя: две противоположно расположенных основы, периферии которых уплотнены так, чтобы сформировать вакуумное пространство, при этом одна из основ установлена в низкотемпературной зоне, а другая установлена в высокотемпературной зоне; нагревательный элемент, который устанавливают с внутренней стороны основы в высокотемпературной зоне. Вакуумное пространство блокирует передачу тепла и, следовательно, позволяет уменьшить потребление энергии в низкотемпературной зоне. Нагревательный элемент может быть использован для решения проблемы образования тумана и, следовательно, обеспечения высокой прозрачности теплоизоляционного устройства. Фиг.1
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1. Область применения полезной модели
Настоящая полезная модель относится к вакуумному теплоизоляционному устройству, а точнее к вакуумному теплоизоляционному устройству, изготовленному из материала с высокой прозрачностью, который обладает высоким тепловым сопротивлением в вакууме.
2. Описание родственных технических решений
Вопрос о том, как уменьшить потребление энергии, привлекает внимание во всем мире, поскольку проблема глобального потепления становится значительной. Уменьшение потребления энергии не только является признаком экономии общих производственных затрат с пользой для производителей, но и позволяет снизить выброс двуокиси углерода и, следовательно, уменьшить парниковый эффект, который всегда вызывает общественный интерес.
Бытовой холодильник может быть использован для хранения восстанавливаемых пищевых продуктов или свежего продукта, однако большая промышленная холодильная камера может быть использована для содержания в ней полимеров, например, фоторезиста. Холодильник или холодильная камера должны потреблять большое количество энергии для отвода тепла, имеющегося внутри холодильника или холодильной камеры, чтобы сохранять в них заданную низкую температуру. Например, бытовой холодильник имеет дверцу, к которой добавляют дополнительный теплоизоляционный материал, чтобы предотвратить весьма быструю передачу внешнего тепла в холодную зону холодильника или холодильной камеры. У промышленной холодильной камеры, например, у холодильного шкафа в обычном магазине, как правило, имеется прозрачная стеклянная дверца, чтобы покупатели могли увидеть через прозрачное стекло то, что они хотели бы приобрести в качестве покупки. Однако такая стеклянная дверца должна представлять собой двойную дверную конструкцию, чтобы добиться требуемого результата, касающегося теплоизоляции. Обычная двойная дверная конструкция, которую, как правило, заполняют газом с высокой стойкостью, например, воздухом или азотом, не может обеспечить удовлетворительный результат в отношении теплоизоляции.
Когда разность температур между низкотемпературной зоной и высокотемпературной зоной значительна, внешнее тепло переходит внутрь холодильника, ухудшая при этом работу компрессора, который находится внутри холодильника. В том случае, когда разность температур между наружной поверхностью и внутренней поверхностью стеклянной дверцы высока, возникает тенденция к конденсации пара или образованию тумана на дверце, либо когда температура становится ниже температуры конденсации, то также возникает тенденция к осаждению пара или образованию тумана на дверце. Это приводит к снижению прозрачности стеклянной дверцы или видимости через нее.
Предложено несколько подходов для решения этого вопроса в US 6212852, дата подачи: 15.03.1999, однако они имеют недостатки. Например, при увеличении расстояния между двумя стеклянными дверцами или толщины каждой стеклянной дверцы в итоге происходит добавление веса ко всей конструкции, и это создает затруднение при сборке. Монтаж металлической проволоки на внутреннюю часть стекла в высокотемпературной зоне может помочь предотвратить проблему образования тумана, но снижает прозрачность стеклянной дверцы, что неблагоприятно отражается на желании покупателя сделать покупку. При этом тепло, создаваемое металлической проволокой, также будет передано к низкотемпературной зоне (то есть внутрь холодильника), так что компрессор холодильника должен работать интенсивнее, что приводит к потерям энергии.
Следовательно, существует необходимость в создании новой конструкции, которая может устранить недостатки известного уровня техники.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Одна из задач настоящей полезной модели заключается в создании вакуумного теплоизоляционного устройства. Вакуумное теплоизоляционное устройство использует высокое тепловое сопротивление вакуума, чтобы в значительной степени блокировать передачу тепла. Вакуумное теплоизоляционное устройство, кроме того, имеет прозрачный термический электрод для предотвращения проблемы образования тумана и для предотвращения уменьшения прозрачности при его использовании.
Для достижения вышеупомянутых задач в настоящей полезной модели создано вакуумное теплоизоляционное устройство, включающее в себя две противоположно расположенных основы, периферии которых уплотняют для формирования вакуумного пространства, при этом одну из основ устанавливают в низкотемпературной зоне, а другую в высокотемпературной зоне и, кроме того, с внутренней стороны основы в высокотемпературной зоне устанавливают нагревательный элемент. Нагревательный элемент используют для решения проблемы образования тумана.
Настоящая полезная модель обеспечивает нижеследующие преимущества. Вакуумное теплоизоляционное устройство согласно настоящей полезной модели может быть использовано на окнах (то есть на стеклянной дверце, в смотровом проеме и т.д.) холодильника или холодильного шкафа. При высоком тепловом сопротивлении вакуума передача тепла от высокотемпературной зоны к низкотемпературной зоне будет блокирована, чтобы уменьшить потребление энергии в низкотемпературной зоне. С другой стороны, в теплоизоляционном устройстве дополнительно использован прозрачный термический электрод для решения проблемы образования тумана и получения теплоизоляционного устройства с высокой прозрачностью.
Чтобы лучше понять способы, средства и полученные результаты, обеспечиваемые в настоящей полезной модели для достижения указанных задач, обратимся к следующему далее подробному описанию и к прилагаемым фигурам, посредством которых поставленные цели, отличительные признаки и аспекты настоящей полезной модели могут быть тщательно и конкретно оценены, однако прилагаемые фигуры предназначены только для ссылки на них и для иллюстративных целей без какого-либо намерения использовать их для ограничения настоящей полезной модели.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг.1 представлен схематический вид вакуумного теплоизоляционного устройства согласно настоящей полезной модели.
На фиг.2 представлен боковой вид вакуумного теплоизоляционного устройства согласно настоящей полезной модели.
На фиг.3А представлен схематический вид нагревательного элемента согласно первому варианту осуществления настоящей полезной модели.
На фиг.3В представлен схематический вид нагревательного элемента согласно второму варианту осуществления настоящей полезной модели.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ
Как показано на фиг.1 и фиг.2, в настоящей полезной модели создано вакуумное теплоизоляционное устройство 1, применяемое для промышленного холодильника или для холодильного шкафа, предназначенных для демонстрации и охлаждения товаров, посредством обеспечения теплоизоляционной функции и функции защиты от образования тумана. Вакуумное теплоизоляционное устройство 1 включает в себя пару противоположно расположенных основ 10. Одна из основ 10 на ее внутренней поверхности имеет нагревательный элемент 11. Между основами 10 образовано вакуумное пространство 101. Вакуумное пространство 101 обладает неограниченным тепловым сопротивлением, которое значительно больше, чем у воздуха, и поэтому обеспечивает превосходную теплоизоляцию.
Вакуумное теплоизоляционное устройство 1 согласно настоящей полезной модели может быть применено для промышленной холодильной камеры, предназначенной для хранения напитков и охлажденных льдом десертов, либо для холодильного шкафа для демонстрации товаров. Вакуумное пространство 101 вакуумного теплоизоляционного устройства 1 эффективно хранит содержимое холодильника или холодильного шкафа при заданной температуре, так что избыточное потребление тепла может быть предотвращено. Другими словами, вакуумное теплоизоляционное устройство 1 может быть смонтировано на холодильнике или на холодильном шкафу. Одна из основ 10 находится вблизи низкотемпературной зоны (то есть с внутренней стороны холодильника или холодильного шкафа), в то время как другая основа 10 вместо этого находится на удалении от холодильника или холодильного шкафа и вблизи от высокотемпературной зоны (внешней среды). Вакуумное пространство 101 между низкотемпературной зоной и высокотемпературной зоной блокирует перенос тепла, происходящий вследствие разности температур. Таким образом, температура внутри холодильника или холодильного шкафа не будет повышаться при повышении внешней температуры.
Кроме того, чтобы решить известные проблемы, заключающиеся в том, что температура у внутренней поверхности основы в высокотемпературной зоне становится ниже по сравнению с наружной поверхностью основы в высокотемпературной зоне вследствие довольно большой разности температур между низкотемпературной зоной и высокотемпературной зоной, и в том, что из-за тумана происходит конденсация или даже возникают потоки жидкости вследствие конденсации, когда температура у основы 10 в высокотемпературной зоне достигает точки температуры конденсации, в настоящей полезной модели дополнительно обеспечен нагревательный элемент 11 на внутренней поверхности основы 10 в высокотемпературной зоне, чтобы уравновесить температуру у внутренней поверхности и температуру у наружной поверхности основы 10 в высокотемпературной зоне. Далее, вакуумное пространство 101 между двумя основами 10 блокирует передачу тепла от нагревательного элемента 11 к основе 10 в низкотемпературной зоне. То есть, вакуумное пространство 101 предотвращает любое влияние тепла, образуемого нагревательным элементом 11, на низкотемпературную зону. Следовательно, образование тумана может быть предотвращено, и не потребуется какой-либо дополнительной работы компрессора. Как таковая, передняя дверца холодильника или холодильного шкафа может быть дополнительно использована в качестве демонстрационной панели.
Если вновь обратиться к фиг.1 и 2, на которых показан первый вариант осуществления настоящей полезной модели, то согласно им вакуумное теплоизоляционное устройство 1 состоит из двух противоположно расположенных основ 10. Основы 10 могут быть изготовлены из стекла, прозрачность которого составляет более 99,5%. Периферия основ уплотнена и сцементирована посредством стеклянного клея 102, и затем подвергнута воздействию вакуума из вакуумного пространства 101. С другой стороны, вакуумное пространство 101 имеет множество распорок (опорных столбиков) 12, каждая из которых имеет два окончания соответственно у внутренних сторон соответствующих основ 10, чтобы сохранять полученную форму вакуумного теплоизоляционного устройства 1. Следует заметить, что размер распорок 12, который показан на фиг.1 и фиг.2, не пропорционален фактическому размеру и для упрощения иллюстрации приведен лишь схематически. Фактически площадь распорок 12 намного меньше, чем видимая площадь двух основ 10.
Кроме того, одну из двух основ 10 устанавливают совместно с нагревательным элементом 11, который упомянут выше. В этом варианте осуществления конструкции нагревательный элемент 11 представляет собой термический электрод, который изготовлен из электропроводной пленки, например, из углеродных нанотрубок, оксида индия и олова, либо оксида цинка, так, чтобы сформировать термический электрод заданной конфигурации, которая показана на фиг.3А и фиг.3В. Термический электрод имеет множество расположенных под углом частей для формирования конструкции электрода в виде параллельных полос. Когда по термическому электроду проходит ток, внутренние стороны основ 10 будут нагреты для предотвращения какой-либо конденсации пара. Кроме того, нагревательный элемент 11 предпочтительно изготавливают из прозрачного материала, что было упомянуто выше, так, чтобы обеспечить оптимальную прозрачность. Однако нагревательный элемент 11 также может быть изготовлен из материала с низкой прозрачностью.
С другой стороны, наружная сторона одной из основ 10, кроме того, имеет откачивающее устройство 13, назначение которого состоит в откачке воздуха из вакуумного пространства 101 так, чтобы вакуумное пространство 101 могло быть сохранено в состоянии вакуума. Помимо этого, откачивающее устройство 13 содержит газопоглотители для сохранения в вакуумном пространстве 101 высокого вакуума.
Ниже показано, как можно создать вакуумное теплоизоляционное устройство 1.
Стадия (a): покрытие прозрачной электропроводной пленкой, например, из углеродных нанотрубок, оксида индия и олова, либо оксида цинка, внутренней стороны основы 10, которая представляет собой стеклянный материал с прозрачностью порядка 99,5%. Выполняют обработку нанесенной пленки для формирования термического электрода заданной конфигурации (то есть нагревательного элемента 11). Выполняют обработку внутренней стороны другой основы 10, которая также представляет собой стеклянный материал с прозрачностью порядка 99,5%, чтобы сформировать на ней множество распорок 12. Каждой из распорок 12 может быть придана форма полусферы или капли. Распорки 12 могут быть расположены на внутренней стороне основы 10 в ряд или с другими построениями. Наружная сторона одной из двух основ 10, кроме того, имеет откачивающую структуру 13, например, откачивающую трубку. Следует заметить, что местоположения этих распорок 12 особым образом не ограничены. То есть, распорки 12 могут быть образованы на внутренней стороне каждой или обеих из двух основ 10.
Стадия (b): расположение внутренних сторон основ 10 так, чтобы они были обращены друг к другу, и при этом распорки 12 на внутренней стороне одной основы 10 примыкали к тому, что находится на внутренней стороне другой основы 10 (то есть на внутренней стороне нагревательного элемента 11). Для уплотнения периферий основ 10 используют стеклянный клей 102, применяя спекание или другие способы. Наружный откачивающий элемент обеспечивает откачку воздуха между основами 10 посредством откачивающей структуры 13, чтобы образовать вакуумное пространство 101. Давление в вакуумном пространстве 101 составляет менее 10 -2 торра, чтобы предотвратить тепловую конвекцию и теплопроводность для обеспечения экономии энергии. Затем откачивающую структуру 13 уплотняют для формирования вакуумного теплоизоляционного устройства 1. Расстояние между основами 10 может быть отрегулировано в соответствии с требованиями, предъявляемыми в разных случаях применения устройства. Например, в этом варианте осуществления конструкции толщина вакуумного теплоизоляционного устройства 1 (расстояние между противоположными наружными сторонами основ 10) составляет 5,7~6,1 мм. Количество распорок 12 также влияет на теплопроводность (величина К). Если количество распорок 12 мало, то величина К вакуумного теплоизоляционного устройства 1 невелика. Однако необходимо иметь минимальное количество распорок 12, чтобы могла быть предотвращена любая деформация или поломка основы 10, вызываемая внешним давлением, оказываемым на внутренний вакуум.
Вакуумное теплоизоляционное устройство 1, полученное так, как описано выше, может быть установлено на прозрачную оконную зону холодильника, холодильного шкафа или даже на окна зданий. Основа 10 с нагревательным элементом 11 может быть установлена в высокотемпературной зоне (то есть со стороны, отстоящей от холодильника и близкой к внешней атмосфере). Основа 10 без нагревательного элемента 11 может быть установлена в низкотемпературной зоне (то есть с внутренней стороны холодильника). Вакуумное теплоизоляционное устройство 1 использует вакуумное пространство 101 между двумя основами 10 для блокирования большей части теплопроводности, конвекции тепла или даже теплового излучения. Следовательно, передача тепла, имеющегося в высокотемпературной зоне, к низкотемпературной зоне может быть в значительной степени уменьшена, при этом может быть уменьшена энергия, необходимая для работы компрессора, находящегося в холодильнике.
Нагревательный элемент 11 с внутренней стороне основы 10 в высокотемпературной зоне может быть использован для нагревания этой внутренней стороны. Точнее, когда ток проходит через нагревательный элемент 11, терморезистор преобразует электрическую энергию в тепловую энергию, чтобы эффективно повысить температуру основы 10 в высокотемпературной зоне так, чтобы она была выше температуры конденсации, при этом будут предотвращены конденсация пара или образование тумана и увеличена прозрачность основы 10 при использовании устройства. Тепло, образуемое нагревательным элементом 11, не влияет на основу 10 в низкотемпературной зоне вследствие теплоизоляционного действия, обеспечиваемого вакуумным пространством 101. Другими словами, работа нагревательного элемента 11 не создает дополнительную нагрузку на компрессор холодильника.
В свете вышеизложенного настоящая полезная модель обеспечивает указанные далее преимущества.
1. Превосходный результат в отношении теплоизоляции. Согласно полученным ранее экспериментальным данным, касающимся вакуумного теплоизоляционного устройства, теплопроводность этого устройства составляет 0,0086 Вт/мК. По сравнению с обычным стеклом, теплопроводность которого составляет 1,3 Вт/мК, теплопроводность и конвекция тепла могут быть в значительной степени блокированы для обеспечения превосходной теплоизоляции, которая позволяет сэкономить электрическую энергию.
2. Не происходят конденсация и образование тумана. Нагревательный элемент, установленный на внутренней стороне основы в высокотемпературной зоне, уравновешивает разность температур между высокотемпературной зоной и низкотемпературной зоной так, чтобы снять проблему образования тумана. Между тем, нагревательный элемент может быть изготовлен из прозрачного электропроводного материала. Прозрачный электрод предназначен не только для предотвращения проблемы образования тумана, но и для предотвращения снижения прозрачности. Следовательно, эксплуатационные качества описанного выше вакуумного теплоизоляционного устройства, применяемого к промышленному холодильнику или холодильному шкафу, могут быть повышены.
В приведенном выше описании представлен лишь предпочтительный вариант осуществления настоящей полезной модели без каких-либо намерений ограничить им объем настоящей полезной модели. Поэтому все из различных эквивалентных изменений, альтернативных вариантов или модификаций, основанных на пунктах формулы настоящей полезной модели, следует рассматривать как входящие в объем настоящей полезной модели.
1. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон, содержащее две противоположно расположенных основы, периферии которых уплотнены для формирования вакуумного пространства, при этом одна из основ установлена в низкотемпературной зоне, а другая в высокотемпературной зоне, и нагревательный элемент, который установлен с внутренней стороны основы в высокотемпературной зоне.
2. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит множество распорок с внутренней стороны основ в вакуумном пространстве, при этом распорки одной основы примыкают к другой основе.
3. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.1, отличающееся тем, что две основы изготовлены из стекла.
4. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент представляет собой термический электрод.
5. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.4, отличающееся тем, что термический электрод представляет собой прозрачный термический электрод.
6. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.5, отличающееся тем, что термический электрод изготавливают из углеродных нанотрубок, оксида индия и олова, либо оксида цинка.
7. Вакуумное теплоизоляционное устройство для стеклянных окон по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит откачивающую структуру, установленную на одной из двух основ.
