Теплоізоляційний елемент

Реферат: UA 104164 U UA 104164 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплоізоляційних, пожежобезпечних, морозостійких, звукоізоляційних захисних елементів і конструктивних елементів і може бути використана для виготовлення тонкостінних виробів та конструкцій, килимової теплоізоляції, термостатичних секцій, для теплоізоляції приміщень, конструкцій, агрегатів, у системі видалення диму опалювальних пристроїв, виготовлення виробів харчового, медичного та ін. призначення, а також теплоізоляційних плит, сегментів, вогнезахисних покриттів в цивільному і промисловому будівництві. Відомо багато конструкцій теплоізоляційних елементів багатошарової структури, шари яких включають як теплоізоляційні матеріали (в тому числі перліт та вермикуліт), так і зміцнюючі, армуючі або декоративні шари. Підвищення кількості шарів з теплоізоляційних речовин загалом певним чином покращує теплоізоляційні властивості теплоізоляційних елементів однак ці властивості обмежуються тим, що в цілому ефект складається з ефектів окремих шарів. Це відбувається тому, що шари функціонують однаково і забезпечують теплоізоляцію за одним принципом: зменшуючи складом свого матеріалу теплопередачу, що вимагає великої загальної товщини шарів. Застосування зміцнюючих, армуючих або декоративних шарів лише додатково підвищує товщину таких теплоізоляційних елементів. Відомі також конструкції теплоізоляційних елементів багатошарової структури, що мають корпусну структуру з порожниною для заповнення дрібнодисперсним наповнювачем. Такі конструкції теплоізоляційних елементів у більшості випадків забезпечують задовільну міцність як конструктивні елементи, але мають відносно конструкцій з шарами із теплоізоляційних речовин нижчий опір теплопередачі і значну питому масу. Відомий наприклад теплоізоляційний елемент [UA55959, МПК Е04С 2/00, дата публікації 27.12.2010, бюл. № 24/2010], що має пустотілий каркас, всередині якого знаходиться теплоізоляційний наповнювач неорганічного і/або органічного походження, а торці відрізка кожного пустотілого виробу герметизовані теплоізоляційними неорганічними або органічними пробками. Недоліком такого теплоізоляційного елемента є низька теплоізоляційна ефективність його корпусної конструкції внаслідок того, що при його застосуванні йде теплопередача через тіло несучої корпусної основи. При цьому корпусний елемент теплоізоляційного виробу має мати міцність, що дорівнює міцності суцільного блока, особливо у випадках кріплення його до бічних поверхонь, що вимагає мати його потовщені стінки, виконані при цьому з більш міцних матеріалів які, як правило мають високу теплопровідність та відповідно низькі теплоізоляційні якості. Підвищення міцності конструктивного елемента зазвичай пов'язано з підвищенням теплопровідності. Вказана сукупність проблем вимагає підвищувати загальну товщину теплоізоляційного елемента, що підвищує його габарити та відповідно обмежує корисні об'єми внутрішнього простору конструкцій або споруд, де теплоізоляційний елемент застосовується. Відомий теплоізоляційний елемент [RU2085394, МПК В32В13/02, Е04С1/40, дата публікації: 27.07.1997], що містить внутрішній шар, виконаний з суміші, що включає зв'язуюче, наповнювач (як наповнювач допускається застосування перліту або вермикуліту) і технологічні добавки, і сполучене з внутрішнім шаром захисне декоративне покриття, що складається з декоративного шару і армуючого прошарку, при цьому внутрішній шар виконаний з однорідною щільністю, в 3 межах 0,2-1,0 г/см або зі змінною щільністю від центральної частини до периферії щільністю, 3 3 відповідно від 0,2-0,4 г/см до 0,5-1,0 г/см . Співвідношення товщини внутрішнього шару і захисного декоративного покриття дорівнює або більше 3:1. Як зв'язуюче у внутрішньому шарі застосовано цемент або полімерне, або бітумне, або бінарні суміші зв'язуючих. Недоліком теплоізоляційного елемента є наявність зазначених видів зв'язуючого у складі ізолюючої маси, оскільки при тривалій дії температури понад 200° С цемент, або полімер, або бітум руйнується, що зменшує механічні і теплоізоляційні характеристики теплоізоляційних елементів. Відома система теплової ізоляції [WO2006091424, МПК В32В3/06, дата публікації 2006-0831] у вигляді багатошарової структури, що складається з шару з традиційної теплоізоляційної речовини та шару комірок у вигляді герметичних карманів, в межах внутрішньої порожнини яких розміщений фазозмінюючий матеріал, залитий герметиком. На додаток до його базових фазозмінюючих варіантів речовин, серед них також може бути перліт. При цьому, згідно з заявленим, ніяка ізоляція не розміщується між фазозмінюючим матеріалом і зовнішньою поверхнею стіни. 1 UA 104164 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На додаток до традиційного теплового захисту шаром з теплоізолюючого матеріалу така система додатково впливає на тепловий потік принципово іншим способом, акумулюючи тепловий потік у внутрішній порожнині герметичних карманів. Однак така система внаслідок її конструктивних особливостей розрахована на відносно невеликі температури впливу(захисту) та невеликий тепловий потік, спрямований на фазозмінюючий матеріал, тому що передбачається циклічне функціонування цієї системи, зокрема в період денної жари акумуляція тепла, та скидання та розсіювання акумульованого тепла назовні (у протилежному захищуваній поверхні напрямку) у більш холодну нічну пору. Все це обмежує сферу її застосування, тому що у технологічних та інших існуючих процесах теплового захисту мають місце суттєво більші температури впливу та суттєво більшій тепловий потік. Крім того шар тіл комірок у вигляді герметичних карманів, що є по суті розглянутим вище корпусним елементом, не є теплоізоляційним матеріалом, що як вже пояснювалось вище (для корпусних конструкцій), примушує збільшувати товщину сусіднього шару, виконаного з традиційної теплоізоляційної речовини. Крім того така конструкція не є термостійкою при тривалій дії температури понад 200 °C. Задача корисної моделі є створення теплоізоляційного елемента, в якому за рахунок зміни розміщення різнорідних шарів, особливостей їх складу, врахування при формуванні конструкції напрямку теплового впливу, та зміни принципу функціонування теплоізоляційного елемента забезпечується підвищення його термостійкості, а також забезпечується можливість виготовлення тонкостінних виробів, призначених для захисту від суттєво більших температур впливу (до 1100 °C) та суттєво більших теплових потоків при одночасному отриманні високих фізико-механічних, теплофізичних і вібропоглинаючих характеристик. Поставлена задача вирішується тим, що теплоізоляційний елемент, має тіло та шари покриття, із виконанням тіла та шарів покриття на основі суміші, що включає силікатне зв'язуюче, та наповнювач, згідно з корисною моделлю, теплоізоляційному елементі є те, що як наповнювач застосовано перліт або вермикуліт або їх суміш, при цьому тіло теплоізоляційного 3 елемента виконано з щільністю в межах 550-850 гр/дм , зовнішній шар виконано з щільністю в 3 3 межах 850-1100 гр/дм , а протилежний шар виконано з щільністю в межах 200-400 гр/дм . Завдяки зміні розміщення різнорідних шарів, особливостей їх складу, врахування при формуванні конструкцій напрямку теплового впливу, забезпечується підвищення його термостійкості, а також забезпечується можливість виготовлення тонкостінних виробів, призначених для захисту від суттєво більших температур впливу (до 1100 °C) та суттєво більших теплових потоків при одночасному отриманні високих фізико-механічних і теплофізичних характеристик. За таких особливостей складу шари теплоізоляційного елемента добре з'єднуються без армуючих або проклеючих засобів. Продукт не містить ніяких шкідливих субстанцій, є повністю екологічно чистим. При цьому змінюється принцип функціонування теплоізоляційного елемента при різних видах теплового впливу. При температурах до 600 °C теплоізоляційний елемент функціонує шляхом теплопередачі зовнішнього потоку тепла від одного шару до іншого. У випадку контакту поверхні зовнішнього шару з вогнем, наприклад, в критичній ситуації, складові цього шару сприймають тепловий потік і в цих умовах вже по іншому. Високотемпературний вплив призводить до зміни структури складових цього шару. Сприймаючи високотемпературний тепловий потік, вони частково змінюють свій фазовий стан, окремі лушпинки починають розходитись, при цьому змінюючи товщину цього шару у місці контакту. Одночасно відбувається зміни у двох процесах: високотемпературний тепловий потік витрачається на зміну структури цього шару, а просторове розпушення складових цього шару призводить до різкого підвищення теплозахисних властивостей цього шару (тобто різкого зменшення теплопровідності та температуропровідності). Внаслідок цього такий теплоізоляційний елемент набуває перемінної теплозахисної властивості, яка різко підвищується при виникненні високотемпературного теплового впливу. Згідно з корисною моделлю, тіло теплоізоляційного елемента має товщину в межах 1050 мм, а шари покриття, нанесені безпосередньо на тіло, мають товщину в межах 18 мм. За таких умов навіть при високотемпературному впливі вогнем протягом 240 хвилин на звернутій до об'єкта, що захищається, стінці теплоізоляційного елемента температура не перевищує 140 °C. Згідно з корисною моделлю, теплоізоляційний елемент має фракційний склад в межах 0,51,2 мм. Внаслідок забезпечення регулярної структури та малозмінної міцності такий теплоізоляційний елемент може використовуватись і як конструктивний елемент, різнобічних форм, наприклад плит, сегментів, що легко встроюються в стіни споруд або обладнання. 2 UA 104164 U 5 10 15 Теплоізоляційний елемент може бути прикріплений будь-яким з відомих засобів до поверхні об'єкта, який захищається. Розробка ілюструється прикладом, де на кресленні зображено поперечний розріз ділянки теплоізоляційного елемента. В таблиці наведено приклади виконання розробленого теплоізоляційного елемента. Теплоізоляційний елемент містить тіло 1, шар покриття 2 та шар покриття 3, спрямований в бік теплового впливу. Для підтвердження теоретичних досліджень наявності при високотемпературному тепловому впливі явища зміни структури зовнішнього шару теплоізоляційного елемента і уточнення кількісних характеристик були проведені експериментальні дослідження прикладів виконання теплоізоляційного елемента. В Таблиці наведені приклади виконання розробленого теплоізоляційного елемента із зазначенням в наведених прикладах: щільність тіла, щільність правого шару, щільність лівого шару, товщина тіла, товщина правого шару, товщина лівого шару, фракційний склад наповнювача шарів, середня температура впливу на правий (зовнішній) шар, °C, максимальна температура поверхні лівого шару, °C, протягом часу зазначеного впливу на правий шар. Таблиця Щільність 3 тіла гр/дм 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 550 700 750 850 550 650 550 650 650 700 750 800 Щільність правого 3 шару гр/дм 850 950 1100 1000 850 850 850 850 850 900 950 1000 Щільність Товщина лівого шару тіла, мм 3 гр/дм 400 20 300 20 400 20 300 20 200 25 200 25 250 25 200 25 250 30 350 30 250 30 350 30 Товщина правого шару, мм 1 2 4 4 3 2 5 8 2 1 4 5 Товщина лівого шару, мм 2 4 1 8 1 4 2 2 2 5 2 8 Продовження таблиці Приклади 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20 Матеріал лівого шару вермикуліт вермикуліт вермикуліт вермикуліт перліт перліт перліт перліт верм/перл верм/перл верм/перл верм/перл Час досягнення Т Впливу на Т Поверхні температури на правий шар, °C лівого шару°С лівій поверхні, хв 950 140 32 1000 140 43 1000 140 41 1100 140 59 700 140 54 800 140 59 850 140 73 900 140 95 950 140 63 1000 140 72 1000 140 84 1100 140 127 Фракційний склад 0,7-1,2 0,7-1,2 0,7-1,2 0,7-1,2 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,2 0,5-1,2 0,5-1,2 0,5-1,2 Використовують теплоізоляційний елемент наступним чином, наприклад, в технологічному процесі тіло 1, та шари покриття 2, та 3, внаслідок сукупності їх властивостей забезпечують необхідний ступінь теплового захисту тіла 1 теплоізоляційного елемента, та додатково забезпечують захист від вібрації та звукового впливу. 3 UA 104164 U 5 10 15 20 Тепловий потік спрямований на теплоізоляційний елемент спочатку попадає на шар 3, і внаслідок низької його теплопровідності та температуропровідності невелика частина цього потоку попадає на тіло 1 з суттєво зниженою температурою, далі, також внаслідок низької теплопровідності та температуропровідності тіла 1 решта цього теплового потоку попадає на внутрішню поверхню шару 2 і з суттєво зниженою температурою, далі, також внаслідок низької теплопровідності та температуропровідності шару 2 (які найменші в цьому теплоізоляційному елементі) невелика частина решти цього потоку попадає на звернену до конструкції, що захищається (не показано), зовнішню поверхню шару 2, з суттєво зниженою температурою. У випадку контакту поверхні шару 3 з вогнем, наприклад, в критичній ситуації, складові шару 3 сприймають тепловий потік у цих умовах вже по іншому. Високотемпературний вплив призводить до зміни структури складових цього шару. Сприймаючи високотемпературний тепловий потік, вони частково змінюють свій фазовий стан, окремі лушпинки починають розходитись, при цьому змінюючи товщину цього шару у місці контакту. Одночасно відбувається зміни у двох процесах: високотемпературний тепловий потік витрачається на зміну структури цього шару, а розпушення складових цього шару призводить до різкого підвищення теплозахисних властивостей цього шару (тобто різкого зменшення теплопровідності та температуропровідності). Внаслідок цього такий теплоізоляційний елемент має перемінну теплозахисну властивість, яка різко підвищується при виникненні високотемпературного теплового впливу. Внаслідок своєї регулярної структури малозмінної міцності такий теплоізоляційний елемент може використовуватись і як конструктивний елемент, що легко монтується в стіни споруд або обладнання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Теплоізоляційний елемент, що містить тіло та шари покриття, із виконанням тіла та шарів покриття на основі суміші, що включає силікатне зв'язуюче, та наповнювач, який відрізняється тим, що як наповнювач застосовано перліт або вермикуліт або їх суміш, при цьому тіло 3 теплоізоляційного елемента виконано з щільністю в межах 550-850 гр/дм , зовнішній шар 3 виконано з щільністю в межах 850-1100 гр/дм , а протилежний шар виконано з щільністю в 3 межах 200-400 гр/дм . 2. Теплоізоляційний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що тіло має товщину в межах 1050 мм, а шари покриття, нанесені безпосередньо на тіло, мають товщину в межах 18 мм. 3. Теплоізоляційний елемент за п. 1, який відрізняється тим, що наповнювач має фракційний склад в межах 0,5-1,2 мм. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4