Вакуумное адиабатическое тело и холодильник
Изобретение относится к теплоизоляции холодильника. Вакуумное тело включает в себя первый пластинный элемент, выполненный с возможностью определять, по меньшей мере, участок стенки для первого пространства, второй пластинный элемент, выполненный с возможностью определять, по меньшей мере, участок стенки для второго пространства, имеющего температуру, отличную от температуры первого пространства, третье пространство между первым и вторым пластинными элементами, которое имеет температуру между температурой первого пространства и температурой второго пространства и является вакуумным пространством, и опору, выполненную с возможностью сохранять третье пространство. Опора включает в себя по меньшей мере два стержня, выполненные с возможностью поддерживать первый пластинный элемент и второй пластинный элемент, и каждый из стержней изготовлен из полифениленсульфида (PPS), содержащего стекловолокно. Техническим результатом является предотвращение возникновения термической деформации в процессе разрежения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 13 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
[1] Эта заявка является заявкой национальной стадии согласно 35 U.S.C §371 США РСТ-заявки № РСТ/KR2019/007760, поданной 26 июня 2019 года, которая заявляет преимущество приоритета заявки на патент Кореи № 10-2018-0074263, поданной 27 июня 2018 года, полное содержание которой включено в эту заявку по ссылке.
Область техники
[2] Настоящее изобретение относится к вакуумному адиабатическому телу и холодильнику.
Уровень техники
[3] Вакуумное адиабатическое тело может подавлять теплопередачу посредством вакуумирования внутренней части его тела. Вакуумное адиабатическое тело может уменьшать теплопередачу посредством конвекции и теплопроводности и, следовательно, применимо к нагревательным устройствам и охлаждающим устройствам. В типичном адиабатическом способе, применимом к холодильнику, хотя он и по-разному применяется при охлаждении и замораживании, может быть обеспечена пеноуретановая адиабатическая стенка, имеющая толщину около 30 см или более. Однако внутренний объем холодильника вследствие этого может уменьшиться.
[4] Для увеличения внутреннего объема холодильника, предпринимаются попытки применить вакуумное адиабатическое тело к холодильнику.
[5] Сначала был раскрыт патент Кореи № 10-0343719 (Ссылочный документ 1) настоящего заявителя. Ссылочный документ 1 раскрывает способ, в котором подготавливают вакуумную адиабатическую панель и затем встраивают ее в стенки холодильника, и внешнюю сторону вакуумной адиабатической панели отделывают отдельным формовочным материалом, таким как пенополистирол. Согласно этому способу, дополнительное вспенивание не требуется, и адиабатическая характеристика холодильника улучшается. Однако стоимость изготовления увеличивается, и способ изготовления усложняется. В качестве другого примера, технология обеспечения стенок с использованием вакуумного адиабатического материала и, дополнительно, обеспечения адиабатических стенок с использованием вспененного наполнителя была раскрыта в патентной публикации Кореи № 10-2015-0012712 (Ссылочный документ 2). Согласно Ссылочному документу 2, стоимость изготовления увеличивается, и способ изготовления усложняется.
[6] В качестве еще одного примера, предпринимаются попытки изготовить все стенки холодильника с использованием вакуумного адиабатического тела, которое является отдельным изделием. Например, технология обеспечения того, чтобы адиабатическая конструкция холодильника находилась в состоянии вакуума, была раскрыта в патентной публикации США № US 2004/0226956 А1 (Ссылочный документ 3). Однако трудно получить практический уровень адиабатического эффекта посредством снабжения стенки холодильника достаточным вакуумом. Может быть трудно предотвратить явление теплопередачи на контактном участке между внешним корпусом и внутренним корпусом, имеющими разные температуры, сохранять стабильное состояние вакуума, и предотвратить деформацию корпуса вследствие отрицательного давления состояния вакуума. Вследствие этих ограничений, технология, раскрытая в Ссылочном документе 3, ограничена криогенной машиной и не обеспечивает уровень технологии, применимый к обычной бытовой технике.
[7] Настоящий заявитель изучил вышеупомянутые ограничения. В результате, технология сохранения и изоляции внутренней части вакуумного пространства посредством опорного блока, изготовленного из полимерного материала, была раскрыта в патентной публикации Кореи № 10-2015-0109727 (Ссылочный документ 4). Ссылочный документ 4 предложил материал, который может быть соответствующим образом применен для опорного блока. В Ссылочном документе 4 полимерный материал выбран со ссылкой на дегазацию, прочность на сжатие, удельную теплопроводность, скорость тепловой деформации, и максимальную рабочую температуру. Однако, для дегазации опорного блока, который изготовлен из полимерного материала, в вакуумном адиабатическом теле, требуется процесс разрежения при относительно низкой температуре в течение нескольких дней. Такое избыточно длительное время разрежения приводит к ограничению, состоящему в значительном уменьшении эффективности производства изделия. Для устранения этого ограничения, авторы настоящего изобретения провели исследовательские работы, которые привели к настоящему раскрытию в результате устранения этого ограничения.
[8] Для облегчения понимания, содержимое Ссылочного документа 4, относящееся к настоящему раскрытию, также описано в описании настоящего раскрытия.
Техническая задача
[9] Варианты осуществления обеспечивают вакуумное адиабатическое тело, в котором дегазация опорного блока уменьшена для уменьшения времени процесса разрежения.
Решение задачи
[10] В одном варианте осуществления, вакуумное адиабатическое тело может включать в себя опорный блок или опору, выполненную с возможностью поддерживать внутреннее пространство вакуумного адиабатического тела. Опорный блок может включать в себя по меньшей мере два стержня или стойки, выполненные с возможностью поддерживать первый пластинный элемент и второй пластинный элемент, и каждый стержень может быть изготовлен из полифениленсульфида (PPS).
[11] В другом варианте осуществления, холодильник может включать в себя основное тело, выполненное с возможностью обеспечивать внутреннее пространство, в котором хранятся товары, и дверь, выполненную с возможностью открывать и/или закрывать основное тело от внешнего пространства. По меньшей мере одно из двери или основного тела включает в себя вакуумное адиабатическое тело. Может быть обеспечен опорный блок или опора, выполненная с возможностью поддерживать внутреннее пространство вакуумного адиабатического тела, и стержень или стойка, выполненная с возможностью сохранять зазор вакуумного адиабатического тела, может быть изготовлена из полифениленсульфида (PPS), содержащего стекловолокно.
[12] Еще в одном варианте осуществления, вакуумное адиабатическое тело может включать в себя опорный блок или опору, выполненную с возможностью сохранять вакуумное пространство. Опорный блок может включать в себя по меньшей мере один стержень или стойку, выполненную с возможностью поддерживать зазор между первым пластинным элементом и вторым пластинным элементом. Стержень может быть изготовлен из полифениленсульфида (PPS), содержащего стекловолокно.
[13] Таким образом, опорный блок может получать достаточную прочность, сохранять свою форму в процессе разрежения, имеет низкую дегазацию, и может обеспечить достаточные характеристики литья под давлением.
Предпочтительные эффекты изобретения
[14] Согласно вариантам осуществления, внутренний процесс разрежения вакуумного адиабатического тела может быть сокращен для улучшения производительности изделия.
[15] Согласно вариантам осуществления, процесс формования и ударопрочность опорного блока могут быть улучшены вместе сокращением процесса разрежения.
Краткое описание чертежей
[16] Фиг. 1 является перспективным изображением холодильника согласно одному варианту осуществления.
[17] Фиг. 2 является видом, схематично показывающим вакуумное адиабатическое тело, используемое в основном теле и двери холодильника.
[18] Фиг. 3А-3С являются видами, показывающими различные варианты осуществления внутренней конфигурации вакуумной пространственной части.
[19] Фиг. 4 является диаграммой, показывающей результаты, полученные при испытании полимеров.
[20] Фиг. 5 показывает результаты, полученные при выполнении эксперимента в отношении характеристик полимеров в отношении сохранения вакуума.
[21] Фиг. 6А-6С показывают результаты, полученные посредством анализа компонентов газов, выпускаемых из PPS и PC с низкой дегазацией.
[22] Фиг. 7 показывает результаты, полученные при измерении максимальных температур деформации, при которых полимеры повреждаются атмосферным давлением при высокотемпературном разрежении.
[23] Фиг. 8 является графиком, показывающим экспериментальный результаты в отношении прочности на удар материала, содержащего стекловолокно, по сравнению с чистым PPS.
[24] Фиг. 9 является графиком, показывающим литьевую текучесть PPS согласно содержанию стекловолокна по сравнению с чистым PPS.
[25] Фиг. 10А-10С являются видами, показывающими различные варианты осуществления листов сопротивления теплопроводности и их периферийных частей.
[26] Фиг. 11 показывает графики, показывающие изменение адиабатических характеристик и изменение теплопроводности газа относительно давления вакуума при применении моделирования.
[27] Фиг. 12 является графиком, показывающим результаты, полученные посредством наблюдения времени и давления в процессе разрежения внутренней части вакуумного адиабатического тела при использовании опорного блока.
[28] Фиг. 13 является графиком, показывающим результаты, полученные посредством сравнения давления вакуума с теплопроводностью газа.
Вариант осуществления изобретения
[29] Далее, иллюстративные варианты осуществления будут описаны со ссылкой на сопутствующие чертежи. Настоящее изобретение, однако, может быть реализовано во многих других формах и не должно толковаться как изобретение, ограниченное вариантами осуществления, изложенными здесь, и специалист в данной области техники, который понимает сущность настоящего изобретения, может легко реализовать другие варианты осуществления, содержащиеся в объеме той же самой идеи изобретения, посредством добавления, изменения, удаления, и добавления компонентов; иначе говоря, следует понимать, что они также содержатся в объеме настоящего изобретения.
[30] Чертежи, показанные ниже, могут быть отображены с отличиями от фактического изделия или преувеличены, или простые или детальные части могут быть удалены, но это преследует цель облегчить понимание технической идеи настоящего изобретения. Это не следует толковать как ограничение.
[31] В нижеследующем описании, давление вакуума означает любое состояние давления, меньшее атмосферного давления. Дополнительно, выражение «степень вакуума в А является большей, чем степень вакуума в В» означает, что давление вакуума в А меньше давления вакуума в В.
[32] Фиг. 1 является перспективным изображением холодильника согласно одному варианту осуществления.
[33] Со ссылкой на фиг. 1, холодильник 1 может включать в себя основное тело 2, снабженное полостью 9, способной хранить сохраняемые товары, и дверь 3, обеспеченную для открывания или закрывания основного тела 2. Дверь 3 может быть подвижно обеспечена с возможностью поворота или скольжения для открывания или закрывания полости 9. Полость 9 может обеспечивать по меньшей мере одно из отделения охлаждения и отделения замораживания.
[34] Полость 9 может быть снабжена частями или устройствами цикла охлаждения или замораживания, в котором холодный воздух подается в полость 9. Например, упомянутые части могут включать в себя компрессор 4 для сжатия холодильного агента, конденсатор 5 для конденсации сжатого холодильного агента, расширитель 6 для расширения конденсированного холодильного агента, и испаритель 7 для испарения расширенного холодильного агента для отбора тепла. В качестве типичной конструкции, вентилятор может быть установлен в положении, смежном с испарителем 7, и текучая среда, выдуваемая из вентилятора, может проходить через испаритель 7 и затем вдуваться в полость 9. Тепловая нагрузка при замораживании управляется настройкой интенсивности дутья и направлением дутья вентилятора, настройкой количества циркулирующего холодильного агента, или настройкой степени сжатия компрессора таким образом, чтобы можно было управлять пространством охлаждения или пространством замораживания.
[35] Фиг. 2 является видом, схематично показывающим вакуумное адиабатическое тело, используемое в основном теле 2 и двери 3 холодильника 1. На фиг. 2, вакуумное адиабатическое тело стороны основного тела показано в состоянии, в котором верхняя и боковая стенки удалены, и вакуумное адиабатическое тело стороны двери показано в состоянии, в котором участок передней стенки удален. Дополнительно, для удобства понимания схематично показаны разрезы участков обеспеченных листов 60 или 63 сопротивления теплопроводности.
[36] Со ссылкой на фиг. 2, вакуумное адиабатическое тело может включать в себя первый пластинный элемент 10 для обеспечения стенки низкотемпературного пространства или первого пространства, второй пластинный элемент 20 для обеспечения стенки высокотемпературного пространства или второго пространства, и вакуумную пространственную часть или третье пространство 50, определяемое как зазор между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20. Также, вакуумное адиабатическое тело включает в себя листы 60 и 63 сопротивления теплопроводности для предотвращения теплопроводности между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20. Уплотнительная или сварная часть 61 может уплотнять листы 60 или 63 теплового сопротивления по отношению к первому и второму пластинным элементам 10 и 20 таким образом, чтобы вакуумная пространственная часть 50 находилась в уплотненном состоянии или состоянии вакуума.
[37] Когда вакуумное адиабатическое тело применяется в холодильнике или нагревательном устройстве, первый пластинный элемент 10, обеспечивающий стенку внутреннего пространства холодильника, может называться внутренним корпусом, и второй пластинный элемент 20, обеспечивающий стенку внешнего пространства холодильника, может называться внешним корпусом.
[38] Машинное отделение 8, может включать в себя части, обеспечивающие цикл охлаждения или замораживания. Машинное отделение может быть размещено на нижней задней стороне вакуумного адиабатического тела стороны основного тела, и порт 40 разрежения для образования состояния вакуума посредством разрежения воздуха в вакуумной пространственной части 50 может быть обеспечен на любой стороне вакуумного адиабатического тела. Дополнительно, трубопровод 64, проходящий через вакуумную пространственную часть 50, может быть дополнительно установлен для установки линии талой воды и электрических линий.
[39] Первый пластинный элемент 10 может определять по меньшей мере один участок стенки для первого пространства, обеспечиваемого при этом. Второй пластинный элемент 20 может определять по меньшей мере один участок стенки для второго пространства, обеспечиваемого при этом. Первое пространство и второе пространство могут быть определены как пространства, имеющие разные температуры. Здесь, стенка для каждого пространства может служить не только в качестве стенки, прямо контактирующей с этим пространством, но и в качестве стенки, не контактирующей с этим пространством. Например, вакуумное адиабатическое тело этого варианта осуществления может быть также применено к изделию, дополнительно имеющему отдельную стенку, контактирующую с каждым пространством.
[40] Факторами теплопередачи, которые вызывают потери адиабатического эффекта вакуумного адиабатического тела, являются: теплопроводность или проведение тепла между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20, излучение тепла между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20, и теплопроводность газа вакуумной пространственной части 50.
[41] Далее будет обеспечен блок или лист теплового сопротивления, обеспечиваемый для уменьшения адиабатических потерь, связанных с факторами теплопередачи. Вакуумное адиабатическое тело и холодильник этого варианта осуществления не исключают того, что другое адиабатическое средство может быть дополнительно обеспечено по меньшей мере на одной стороне вакуумного адиабатического тела. Таким образом, адиабатическое средство, использующее вспенивание и т.п., может быть дополнительно обеспечено для другой стороны вакуумного адиабатического тела.
[42] Блок теплового сопротивления может включать в себя лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности, который сопротивляется проведению тепла, передаваемого вдоль стенки третьего пространства 50, и может дополнительно включать в себя боковую раму, соединенную с листом сопротивления теплопроводности. Лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности и боковая рама будут описаны ниже.
[43] Также, блок теплового сопротивления может включать в себя по меньшей мере один лист 32 сопротивления излучению, который обеспечен в форме пластины внутри третьего пространства 50, или может включать в себя пористый материал, который сопротивляется радиационной теплопередаче между вторым пластинным элементом 20 и первым пластинным элементом 10 внутри третьего пространства 50. Лист 32 сопротивления излучению и пористый материал будут описаны ниже.
[44] Фиг. 3А-3С являются видами, показывающими различные варианты осуществления внутренней конфигурации вакуумной пространственной части или третьего пространства 50.
[45] В первую очередь, со ссылкой на фиг. 3А, вакуумная пространственная часть 50 может иметь давление, отличное от давления в каждом из первого и второго пространств, предпочтительно, состояние вакуума, посредством чего уменьшаются адиабатические потери. Вакуумная пространственная часть 50 может быть обеспечена с температурой между температурой первого пространства и температурой второго пространства. Поскольку вакуумная пространственная часть 50 обеспечена в виде пространства в состоянии вакуума, первый и второй пластинные элементы 10 и 20 находятся под действием силы сжатия в направлении, в котором они приближаются друг к другу, вследствие силы, соответствующей перепаду давлений между первым и вторым пространствами. Таким образом, вакуумная пространственная часть 50 может быть деформирована в направлении, в котором этот перепад давлений уменьшается. В этом случае, адиабатические потери могут быть вызваны увеличением величины излучения тепла, вызванным сжатием вакуумной пространственной части 50, и увеличением величины теплопроводности или проведения тепла, вызванным контактом между пластинными элементами 10 и 20.
[46] Опорный блок или опора 30 может быть обеспечена для уменьшения деформации вакуумной пространственной части 50. Опорный блок 30 включает в себя стержень 31. Стержень 31 может продолжаться по существу в вертикальном направлении относительно пластинных элементов 10 и 20 для поддержания расстояния между первым пластинным элементом 10 и вторым пластинным элементом 20. Опорная пластина или рама 35 может быть дополнительно обеспечена по меньшей мере на любом конце стержня 31. Опорная пластина 35 может соединять по меньшей мере два или более стержней 31 друг с другом и продолжаться в горизонтальном направлении относительно первого и второго пластинных элементов 10 и 20. Опорная пластина 35 может быть обеспечена в форме пластины или может быть обеспечена в форме решетки таким образом, чтобы площадь опорной пластины, контактирующей с первым и вторым пластинными элементами 10 и 20, уменьшилась, посредством чего уменьшается теплопередача. Стержни 31 и опорная пластина 35 прикреплены друг к другу по меньшей мере на одном участке для вставки вместе между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20. Опорная пластина 35 контактирует по меньшей мере с одним из первого и второго пластинных элементов 10 и 20, посредством чего предотвращается деформация первого и второго пластинных элементов 10 и 20. Дополнительно, на основе направления продолжения стержней 31, общая площадь поперечного сечения опорной пластины 35 обеспечена таким образом, что она больше площади поперечного сечения стержней 31, так что тепло, передаваемое через стержни 31, может быть рассеяно через опорную пластину 35.
[47] Теперь будет описан материал опорного блока 30.
[48] Опорный блок 30 может иметь высокую прочность на сжатие, чтобы выдерживать давление вакуума, низкую скорость дегазации и низкую скорость поглощения воды для сохранения состояния вакуума, низкую удельную теплопроводность для уменьшения теплопроводности между пластинными элементами 10 и 20 а также может иметь достаточную прочность на сжатие при высокой температуре, чтобы он выдерживал процесс высокотемпературного разрежения, превосходную обрабатываемость, чтобы он мог подвергаться формованию, и низкую стоимость для формования. Здесь, время, требуемое для выполнения процесса разрежения, составляет около нескольких дней. Соответственно, если это время уменьшится, то это значительно уменьшит стоимость изготовления и увеличит продуктивность. Поэтому прочность на сжатие должна быть обеспечена для высокой температуры, поскольку скорость разрежения увеличивается, когда температура, при которой выполняется процесс разрежения, становится более высокой. Автор изобретения провел различные испытания при описанных выше условиях.
[49] В первую очередь, керамика или стекло имеют низкую скорость дегазации и низкую скорость поглощения воды, но их обрабатываемость является очень плохой. Таким образом, керамика и стекло не могут использоваться в качестве материала опорного блока 30. В качестве материала опорного блока 30 можно рассматривать полимер.
[50] Фиг. 4 является диаграммой, показывающей результаты, полученные при испытании полимеров.
[51] Со ссылкой на фиг. 4, автор настоящего изобретения испытал различные полимеры, и оказалось, что большинство полимеров использовать нельзя, поскольку их скорости дегазации и скорости поглощения воды являются очень высокими. Соответственно, автор настоящего изобретения испытал полимеры, которые приблизительно удовлетворяют условиям по скорости дегазации и скорости поглощения воды. В результате, полиэтилен (PE) не может быть использован вследствие его высокой скорости дегазации и его низкой прочности на сжатие. Полихлортрифторэтилен (PCTFE) не может быть использован вследствие его очень высокой стоимости. Полиэфирэфиркетон (PEEK) не может быть использован вследствие его высокой скорости дегазации. Полимер, выбранный из группы, состоящей из поликарбоната (polycarbonate - PC), стекловолокнистого PC, PC с низкой дегазацией, полифениленсульфида (polyphenylene sulfide - PPS), и жидкокристаллического полимера (liquid crystal polymer - LCP), может быть использован в качестве материала опорного блока 30. Однако, скорость дегазации PC составляет 0,19, что соответствует низкому уровню. Следовательно, при увеличении до некоторого уровня времени, требуемого для выполнения термообработки, при которой разрежение выполняется при подаче тепла, PC может быть использован в качестве материала опорного блока 30.
[52] Автор настоящего изобретения обнаружил оптимальный материал путем проведения различных исследований полимеров, которые, как можно было ожидать, могли использоваться внутри вакуумной пространственной части 50. Далее, результаты проведенных исследований будут описаны со ссылкой на сопутствующие чертежи.
[53] Фиг. 5 является графиком, показывающим результаты, полученные при выполнении эксперимента в отношении характеристик полимеров в отношении сохранения вакуума.
[54] Со ссылкой на фиг. 5, показан график, показывающий результаты, полученные при изготовлении опорного блока 30 с использованием соответствующих полимеров и, затем, при проверке характеристик полимеров в отношении сохранения вакуума. Сначала, опорный блок 30, изготовленный с использованием выбранного материала, очищали с использованием этанола, выдерживали под низким давлением в течение 48 часов, подвергали воздействию воздуха в течение 2,5 часов, и затем подвергали процессу разрежения при 90°С в течение около 50 часов в состоянии, в котором опорный блок 30 был помещен в вакуумное адиабатическое тело, при этом измеряли характеристики сохранения вакуума опорного блока 30.
[55] Начальная характеристика разрежения LCP является наилучшей, но его характеристика сохранения вакуума является плохой. Это может быть вызвано чувствительностью LCP к температуре. Также, на основании характеристик графика можно ожидать, что, если конечное допустимое давление составляет 5*10-3 торр, то его характеристика вакуума будет сохраняться в течение периода времени, составляющего около 0,5 года. Таким образом, LCP не может быть использован в качестве материала опорного блока 30.
[56] Что касается стекловолокнистого PC (G/F PC), его скорость разрежения является высокой, но его характеристика сохранения вакуума является низкой. Было определено, что на это будет влиять добавка. Также, на основании характеристик графика можно ожидать, что стекловолокнистый PC будет сохранять свою характеристику вакуума при тех же самых условиях в течение периода времени, составляющего около 8,2 лет. Таким образом, LCP не может быть использован в качестве материала опорного блока.
[57] Как можно ожидать в случае PC с низкой дегазацией (O/G PC), его характеристика сохранения вакуума является превосходной, и его характеристика вакуума будет сохраняться при тех же самых условиях в течение периода времени, составляющего около 34 лет, в отличие от двух описанных выше материалов. Однако можно увидеть, что начальная характеристика разрежения PC с низкой дегазацией является низкой, и, таким образом, эффективность изготовления PC с низкой дегазацией является низкой.
[58] Можно увидеть, что в случае PPS его характеристика сохранения вакуума является в высшей степени превосходной, и его характеристика разрежения также является превосходной. На основе характеристики сохранения вакуума PPS может быть использован в качестве материала опорного блока 30.
[59] Фиг. 6А-6С показывают результаты, полученные посредством анализа компонентов газов, выходящих из PPS и PC с низкой дегазацией, причем горизонтальная ось представляет массовые числа газов, и вертикальная ось представляет концентрации газов. Фиг. 6А показывает результат, полученный посредством анализа газа, выходящего из PC с низкой дегазацией. На фиг. 6А можно увидеть, что серия водорода или Н2-серия (I), серия воды или H2O-серия (II), серия азота/монооксида углерода/диоксида углерода/кислорода или N2/CO/CO2/O2-серия (III), и углеводородная серия (IV) выходят в равной мере. Фиг. 6В показывает результат, полученный посредством анализа газа, выходящего из PPS. На фиг. 6В можно увидеть, что Н2-серия (I), H2O-серия (II), и N2/CO/CO2/O2-серия (III) выходят в малой степени. Фиг. 6С является результатом, полученным посредством анализа газа, выходящего из нержавеющей стали. На фиг. 6с можно увидеть, что из нержавеющей стали выходит газ, подобный газу, выходящему из PPS. Следовательно, можно увидеть, что из PPS выходит газ, подобный газу, выходящему из нержавеющей стали.
[60] В результате анализа можно еще раз подтвердить, что PPS является превосходным в качестве материала опорного блока 30.
[61] Фиг. 7 показывает результаты, полученные при измерении максимальных температур деформации, при которых полимеры повреждаются атмосферным давлением при высокотемпературном разрежении. В этом случае, стержни 31 были обеспечены с диаметром, составляющим 2 мм, на расстоянии, составляющем 30 мм. Со ссылкой на фиг. 7 можно увидеть, что разрушение происходит при 60°С в случае PE, разрушение происходит при 90°С в случае PC с низкой дегазацией, и разрушение происходит при 125°С в случае PPS.
[62] В результате анализа можно увидеть, что PPS может быть использован в качестве полимера, используемого внутри вакуумной пространственной части 50. Однако, PC с низкой дегазацией может быть использован с учетом стоимости изготовления.
[63] В процессе производства вышеупомянутого вакуумного адиабатического тела, процесс разрежения выполняется при температуре около 90 градусов в течение около 50 часов. На практике, процесс разрежения в течение около 50 часов трудно применить в процессе производства изделия. Автор настоящего изобретения продолжил свои исследовательские работы, чтобы выяснить, как можно улучшить эти процессы. В результате было обнаружено, что внутренняя часть вакуумного адиабатического тела дегазируется в течение времени процесса разрежения, составляющего около одного часа, когда температура разрежения увеличивается до температуры около 150 градусов или более.
[64] Автор изобретения подтвердил, что когда процесс разрежения выполняется при температуре, большей около 90°С, время дегазации PPS сокращается, однако, когда процесс разрежения выполняется при высокой температуре, опорный блок 30 может быть термически деформирован. В качестве одного варианта осуществления термической деформации можно привести пример, в котором стержень 31 разрушается, или опорная пластина 35 опорного блока 30 деформируется. Видоизменение опорного блока 30 приводит к отбраковке всех изделий. Соответственно, были проведены дополнительные исследования и опытно-конструкторские работы для нахождения условия, при котором опорный блок 30 не деформируется даже тогда, когда выполняется высокотемпературный процесс разрежения. Это будет описано более подробно.
[65] Было подтверждено, что когда некоторое количество стекловолокна добавляется в PPS, который является материалом опорного блока 30, никакая термическая деформация не возникает в процессе разрежения.
[66] Таблица 1 показывает экспериментальные результаты термической деформации при 1*10-4 торр после выбора PPS в качестве базового материала опорного блока 30 для изготовления опорного блока 30 со стекловолокном, имеющим разные содержания (%). Это содержание представляет вес стекловолокна относительно общего веса опорного блока 30.
[67] Таблица 1
| Температура (°С) | 0 (только PPS) | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% |
| 90 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,2 |
| 100 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,3 |
| 110 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,2 |
| 120 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | 0,2 |
| 130 | 90,6 | 0,5 | 0,45 | 0,4 | 0,3 | 0,3 |
| 140 | - | 90,3 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | 0,3 |
| 150 | - | - | 0,45 | 0,4 | 0,4 | 0,3 |
[68] Со ссылкой на Таблицу 1, при использовании 100% PPS было установлено, что структура опорного блока 30 разрушается при температуре около 130 градусов. При содержании 20% стекловолокна, структура опорного блока разрушается при температуре около 140 градусов. Таким образом было установлено, что содержание стекловолокна должно составлять около 30% или более для выполнения процесса разрежения при температуре около 150 градусов. Причина, по которой прочность при высокой температуре увеличивается, когда увеличивается содержание стекловолокна, как предполагается, состоит в том, что стекловолокно увеличивает ослабленную прочность даже тогда, когда PPS локально ослаблен вследствие разрушения при высокой температуре.
[69] Когда содержание стекловолокна увеличивается, прочность на удар увеличивается. Фиг. 8 показывает экспериментальный результаты в отношении прочности на удар материала, содержащего стекловолокно, по сравнению с чистым PPS.
[70] Со ссылкой на фиг. 8, когда содержание (%) стекловолокна увеличивается, прочность на удар увеличивается. Более конкретно, когда содержание стекловолокна составляет около 10%, коэффициент увеличения составляет около 1,15 раз по сравнению с прочностью на удар чистого PPS. Когда содержание стекловолокна составляет около 20%, коэффициент увеличения составляет около 2,01 раз по сравнению с прочностью на удар чистого PPS. Когда содержание стекловолокна составляет около 40%, коэффициент увеличения имеет максимальное значение, составляющее около 2,58 раз по сравнению с прочностью на удар чистого PPS. Когда содержание стекловолокна превышает около 40%, прочность на удар уменьшается даже тогда, когда содержание стекловолокна увеличивается.
[71] Со ссылкой на экспериментальные результаты, содержание стекловолокна, обеспечивающее прочность на удар, которая приблизительно в 2 или более раз больше по сравнению с чистым PPS, может быть выбрано в диапазоне от около 20% до около 60%.
[72] Автор изобретения мог наблюдать, что когда опорный блок 30 изготавливается посредством литья под давлением, форма опорного блока 30 не обеспечивается правильно, когда в нем содержится стекловолокно. Хотя улучшения до некоторого уровня можно ожидать при увеличении давления литья во время литья под давлением, если давление литья увеличится, то могут возникнуть ограничения, связанные с утечками и расширением. Когда опорная пластина 35 обеспечивается в форме решетки для уменьшения теплопотерь, и стержень 31 и опорная пластина 35 отливаются вместе в виде единого тела, поскольку расстояние перемещения литьевой жидкости является большим, вышеупомянутое ограничение может быть значительным.
[73] Если какое-либо положение стержня 31 в одной точке не будет изготовлено с заданным диаметром или длиной во время литья под давлением, то он может не выдержать давление вакуума в соответствующем положении. Это является критическим для вакуумного адиабатического тела, поскольку это влияет не только на упомянутое ограничение, но и на другие стержни 31 на его периферии, что приводит к последующей неисправности. Если один стержень 31 не выдержит давления вакуума, то сила, прикладываемая к смежному стержню, увеличится.
[74] Для устранения этого ограничения, автор изобретения обнаружил диапазон, в котором текучесть литья не ухудшается из-за содержания стекловолокна. Фиг. 9 является графиком, показывающим литьевую текучесть PPS согласно содержанию стекловолокна по сравнению с чистым PPS.
[75] Со ссылкой на фиг. 9 можно увидеть, что когда содержание стекловолокна в PPS постепенно увеличивается, литьевая текучесть постепенно ухудшается. Также, когда содержание стекловолокна превышает около 50%, можно увидеть, что литьевая текучесть быстро ухудшается. Таким образом, было подтверждено, что максимальное значение содержания стекловолокна предпочтительно составляет около 50% для образования проектной формы любого участка сложного опорного блока.
[76] Далее будет описан лист 32 сопротивления излучению для уменьшения излучения тепла, расположенный между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20 на протяжении вакуумной пространственной части 50. Первый и второй пластинные элементы 10 и 20 могут быть изготовлены из нержавеющего материала, способного предотвратить коррозию и обеспечить достаточную прочность. Нержавеющий материал имеет относительно высокий коэффициент излучения, составляющий 0,16, и, следовательно, может передаваться большое количество излучаемого тепла. Дополнительно, опорный блок 30, изготовленный из полимера, имеет меньший коэффициент излучения, чем пластинные элементы, и не полностью обеспечен на внутренних поверхностях первого и второго пластинных элементов 10 и 20. Следовательно, опорный блок 30 не оказывает большого влияния на излучаемое тепло. Таким образом, лист 32 сопротивления излучению может быть обеспечен в форме пластины на протяжении большей части площади вакуумной пространственной части 50 с целью уменьшения излучаемого тепла, передаваемого между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20. Изделие, имеющее низкий коэффициент излучения, может быть использовано в качестве материала листа 32 сопротивления излучению. В одном варианте осуществления, алюминиевая фольга, имеющая коэффициент излучения, составляющий 0,02, может быть использована в качестве листа 32 сопротивления излучению. Также, поскольку передача излучаемого тепла может недостаточно блокироваться с использованием одного листа 32 сопротивления излучению, по меньшей мере два листа 32 сопротивления излучению могут быть обеспечены на некотором расстоянии друг от друга таким образом, чтобы они не контактировали друг с другом. Также, по меньшей мере один лист 32 сопротивления излучению может быть обеспечен в состоянии, в котором он контактирует с внутренней поверхностью первого или второго пластинных элементов 10 и 20.
[77] Со ссылкой снова на фиг. 3В, расстояние между пластинными элементами 10 и 20 сохраняется посредством опорного блока 30, и пористый материал 33 может заполнять вакуумную пространственную часть 50. Пористый материал 33 может иметь больший коэффициент излучения, чем у нержавеющего материала первого и второго пластинных элементов 10 и 20. Однако, поскольку пористый материал 33 заполняет вакуумную пространственную часть 50, пористый материал 33 имеет высокую эффективность для сопротивления радиационной теплопередаче.
[78] В настоящем варианте осуществления, вакуумное адиабатическое тело может быть изготовлено без листа 32 сопротивления излучению.
[79] Со ссылкой на фиг. 3С, опорный блок 30 для сохранения вакуумной пространственной части 50 может не обеспечиваться. Пористый материал 33 может быть обеспечен таким образом, чтобы он был окружен пленкой 34. Здесь, пористый материал 33 может быть обеспечен в сжатом состоянии таким образом, чтобы сохранялся зазор вакуумной пространственной части 50. Пленка 34, изготовленная, например, из PE-материала, обеспечена в состоянии, в котором в пленке 34 пробито отверстие.
[80] В настоящем варианте осуществления, вакуумное адиабатическое тело может быть изготовлено без опорного блока 30. Другими словами, пористый материал 33 может выполнять функцию листа 32 сопротивления излучению и функцию опорного блока 30.
[81] Фиг. 10А-10С являются видами, показывающими различные варианты осуществления листов 60 или 63 сопротивления теплопроводности и их периферийных частей. Конструкции листов 60 или 63 сопротивления теплопроводности кратко показаны на фиг. 2, но будут подробно объяснены со ссылкой на чертежи.
[82] В первую очередь, лист 60 сопротивления теплопроводности, предложенный на фиг. 10А, может применяться к вакуумному адиабатическому телу стороны основного тела. Конкретно, первый и второй пластинные элементы 10 и 20 могут быть уплотнены таким образом, чтобы была вакуумирована внутренняя часть вакуумного адиабатического тела. В этом случае, поскольку первый и второй пластинные элементы 10 и 20 имеют температуры, отличные друг от друга, между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20 может возникать теплопередача. Лист 60 сопротивления теплопроводности обеспечен для предотвращения теплопроводности между двумя разными видами пластинных элементов 10 и 20.
[83] Лист 60 сопротивления теплопроводности может быть снабжен уплотнительными или сварными частями 61, на которых уплотнены оба конца листа 60 сопротивления теплопроводности, для определения по меньшей мере одного участка стенки для третьего пространства или вакуумной пространственной части 50 и сохранения состояния вакуума. Лист 60 сопротивления теплопроводности может быть обеспечен в виде тонкой фольги микронной толщины для уменьшения количества тепла, проводимого вдоль стенки, для вакуумной пространственной части 50. Уплотнительные части 61 могут быть обеспечены в виде сварных частей, и лист 60 сопротивления теплопроводности и пластинные элементы 10 и 20 могут быть сплавлены друг с другом. Чтобы вызвать эффект сплавления между листом 60 сопротивления теплопроводности и первым и вторым пластинными элементами 10 и 20, лист 60 сопротивления теплопроводности и первый и второй пластинные элементы 10 и 20 могут быть изготовлены из одного и того же материала (например, нержавеющего материала). Уплотнительные части 61 не ограничены сварными частями и могут быть обеспечены посредством процесса, такого как соединение с перекосом. Лист 60 сопротивления теплопроводности может быть обеспечен в криволинейной форме. Таким образом, расстояние теплопроводности листа 60 сопротивления теплопроводности обеспечивается большим, чем линейное расстояние каждого пластинного элемента 10 и 20, так что величина теплопроводности может быть дополнительно уменьшена.
[84] Изменение температуры возникает вдоль листа 60 сопротивления теплопроводности. Таким образом, для блокирования теплопередачи к внешней части листа 60 сопротивления теплопроводности, экранирующая часть или покрытие 62 может быть обеспечено у внешней части листа 60 сопротивления теплопроводности таким образом, чтобы возникал адиабатический эффект. Другими словами, в холодильнике 1, второй пластинный элемент 20 имеет высокую температуру, и первый пластинный элемент 10 имеет низкую температуру. Дополнительно, теплопроводность от высокой температуры к низкой температуре возникает в листе 60 сопротивления теплопроводности, и, следовательно, температура листа 60 сопротивления теплопроводности быстро изменяется. Таким образом, когда лист 60 сопротивления теплопроводности открыт по отношению к своей внешней части, может действительно возникнуть теплопередача через открытое место. Для уменьшения теплопотерь, экранирующая часть 62 обеспечена у внешней части листа 60 сопротивления теплопроводности. Например, когда лист 60 сопротивления теплопроводности выставлен в любое из низкотемпературного пространства и высокотемпературного пространства, лист 60 сопротивления теплопроводности не может служить в качестве устройства сопротивления теплопроводности на выставленном участке.
[85] Экранирующая часть 62 может быть обеспечена в виде пористого материала, контактирующего с внешней поверхностью листа 60 сопротивления теплопроводности. Экранирующая часть 62 может быть обеспечена в виде адиабатической конструкции, например, отдельной прокладки, которая размещена у внешней части листа 60 сопротивления теплопроводности. Экранирующая часть 62 может быть обеспечена в виде участка вакуумного адиабатического тела, который обеспечен в положении, обращенном к соответствующему листу 60 сопротивления теплопроводности, когда вакуумное адиабатическое тело стороны основного тела закрыто относительно вакуумного адиабатического тела стороны двери. Для уменьшения теплопотерь даже тогда, когда основное тело 2 и дверь 3 открыты, экранирующая часть 62 может быть обеспечена в виде пористого материала или отдельной адиабатической конструкции.
[86] Лист 60 сопротивления теплопроводности, предложенный на фиг. 10В, может быть применен к вакуумному адиабатическому телу стороны двери. На фиг. 10В подробно описаны участки, отличные от участков фиг. 10А, и то же самое описание применимо к участкам, идентичным участкам фиг. 10А. Боковая рама 70 дополнительно обеспечена у наружной стороны листа 60 сопротивления теплопроводности. Часть или уплотнение для уплотнения между дверью 3 и основным телом 2, порт разрежения, необходимый для процесса разрежения, порт газопоглотителя для сохранения вакуума, и т.п., могут быть размещены на боковой раме 70. Это связано с тем, что установка частей удобна в вакуумном адиабатическом теле стороны основного тела, а положения установки частей в вакуумном адиабатическом теле стороны двери ограничены.
[87] В вакуумном адиабатическом теле стороны двери трудно разместить лист 60 сопротивления теплопроводности на переднем концевом участке вакуумной пространственной части 50, т.е. угловом боковом участке вакуумной пространственной части 50. Это связано с тем, что в отличие от основного тела 2, угловой краевой участок двери 3 выставлен на внешнюю сторону. Более конкретно, если лист 60 сопротивления теплопроводности будет размещен на переднем концевом участке вакуумной пространственной части 50, то угловой краевой участок двери 3 будет выставлен на внешнюю сторону, и, следовательно, возникнет недостаток, состоящий в том, что отдельная адиабатическая часть должна быть выполнена с возможностью обеспечивать теплоизоляцию листа 60 сопротивления теплопроводности.
[88] Лист 63 сопротивления теплопроводности, предложенный на фиг. 10С, может быть предпочтительно установлен в трубопровод 64, проходящий через вакуумную пространственную часть 50. На фиг. 10С, участки, отличные от участков фиг. 10А и 10В, описаны подробно, и то же самое описание применимо к участкам, идентичным участкам фиг. 10А и 10В. Лист 63 сопротивления теплопроводности, имеющий форму, подобную форме листа сопротивления теплопроводности фиг. 10А, например, складчатый или зигзагообразный лист 63 сопротивления теплопроводности, может быть обеспечен на периферийном участке трубопровода 64. Соответственно, путь теплопередачи может быть удлинен, и может быть предотвращена деформация, вызываемая перепадом давлений. Дополнительно, отдельная экранирующая часть может быть обеспечена для улучшения адиабатических характеристик листа сопротивления теплопроводности.
[89] Путь теплопередачи между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20 будет описан со ссылкой снова на фиг. 10А. Тепло, проходящее через вакуумное адиабатическое тело, может быть подразделено на тепло ① поверхностной теплопроводности, проводимое вдоль поверхности вакуумного адиабатического тела, более конкретно, листа 60 сопротивления теплопроводности, тепло ② теплопроводности опоры, проводимое вдоль опорного блока 30, обеспеченного внутри вакуумного адиабатического тела, тепло ③ теплопроводности газа, проводимое через внутренний газ в вакуумной пространственной части, и тепло ④ излучательной передачи, передаваемое через вакуумную пространственную часть.
[90] Передаваемое тепло может изменяться в зависимости от различных конструктивных размеров. Например, опорный блок 30 может быть изменен таким образом, чтобы первый и второй пластинные элементы 10 и 20 могли выдерживать давление вакуума без деформации, может быть изменено давление вакуума, может быть изменено расстояние между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20, и может быть изменена длина листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности. Передаваемое тепло может изменяться в зависимости от разности температур между пространствами (первым и вторым пространствами), соответственно, обеспеченными пластинными элементами 10 и 20. В этом варианте осуществления, конфигурация вакуумного адиабатического тела была найдена с учетом того, что его общая величина теплопередачи меньше общей величины теплопередачи типичной адиабатической конструкции, образованной вспениванием полиуретана. Можно предположить, что в типичном холодильнике, включающем в себя адиабатическую конструкцию, образованную вспениванием полиуретана, эффективный коэффициент теплопередачи составляет 19,6 мВт/(м*К).
[91] При выполнении сравнительного анализа величин теплопередачи вакуумного адиабатического тела этого варианта осуществления, величина теплопередачи посредством тепла ③ теплопроводности газа может стать наименьшей. Например, величиной теплопередачи посредством тепла ③ теплопроводности газа можно управлять таким образом, чтобы она была меньшей или равной 4% от общей величины теплопередачи. Величина теплопередачи посредством тепла теплопроводности твердого вещества, определяемого как сумма тепла ① поверхностной теплопроводности и тепла ② теплопроводности опоры, является наибольшей. Например, величина теплопередачи посредством тепла теплопроводности твердого вещества может достигать 75% от общей величины теплопередачи. Величина теплопередачи посредством тепла ③ излучательной передачи меньше величины теплопередачи посредством тепла теплопроводности твердого вещества, но больше величины теплопередачи тепла теплопроводности газа. Например, величина теплопередачи посредством тепла ③ излучательной передачи может занимать около 20% от общей величины теплопередачи.
[92] Согласно такому распределению теплопередачи, эффективные коэффициенты теплопередачи (eK: эффективный K) (Вт/(м*К)) тепла ① поверхностной теплопроводности, тепла ② теплопроводности опоры, тепла ③ теплопроводности газа, и тепла ④ излучательной передачи могут иметь порядок, указанный в математическом Неравенстве 1.
[93] Неравенство 1:
[94] eKтепла теплопроводности твердого вещества >eKтепла радиационной передачи >eKтепла теплопроводности газа
[95] Здесь, эффективный коэффициент теплопередачи (eK) является значением, которое может быть измерено с использованием различий в форме и температуре целевого изделия. Эффективный коэффициент теплопередачи (eK) является значением, которое может быть получено посредством измерения общей величины теплопередачи и температуры по меньшей мере одного участка, на котором передается тепло. Например, калорическое значение (Вт) измеряют с использованием нагревательного источника, который может быть количественно измерен в холодильнике, распределение температуры (K) двери измеряют с использованием тепла, соответственно, передаваемого через основное тело и край двери холодильника, и путь, по которому тепло передается, вычисляют в виде значения преобразования (м), в результате чего вычисляют эффективный коэффициент теплопередачи.
[96] Эффективный коэффициент теплопередачи (eK) всего вакуумного адиабатического тела является значением, задаваемым выражением k=QL/AΔT. Здесь, Q обозначает калорическое значение (Вт) и может быть получено с использованием калорического значения нагревателя. А обозначает площадь поперечного сечения (м2) вакуумного адиабатического тела, L обозначает толщину (м) вакуумного адиабатического тела, и ΔТ обозначает разность температур.
[97] Для тепла поверхностной теплопроводности, калорическое значение теплопроводности может быть получено посредством разности температур (ΔТ) между входом и выходом листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности, площади поперечного сечения (А) листа сопротивления теплопроводности, длины (L) листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности, и удельной теплопроводности (k) листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности (удельная теплопроводность листа сопротивления теплопроводности является свойством материала и может быть получена заранее). Для тепла теплопроводности опоры, калорическое значение теплопроводности может быть получено посредством разности температур (ΔТ) между входом и выходом опорного блока 30, площади поперечного сечения (А) опорного блока 30, длины (L) опорного блока 30, и удельной теплопроводности (k) опорного блока 30. Здесь, удельная теплопроводность опорного блока 30 является свойством материала и может быть получена заранее. Сумма тепла ③ теплопроводности газа и тепла ④ излучательной передачи может быть получена посредством вычитания тепла поверхностной теплопроводности и тепла теплопроводности опоры из величины теплопередачи всего вакуумного адиабатического тела. Соотношение тепла ③ теплопроводности газа и тепла ④ излучательной передачи может быть получено посредством вычисления тепла излучательной передачи, когда никакого тепла теплопроводности газа не существует, посредством значительного уменьшения степени вакуума вакуумной пространственной части 50.
[98] Когда пористый материал обеспечивается внутри вакуумной пространственной части 50, тепло ⑤ теплопроводности пористого материала может быть суммой тепла ④ теплопроводности опоры и тепла ④ излучательной передачи. Тепло теплопроводности пористого материала может изменяться в зависимости от различных переменных, включающих в себя вид, количество, и т.п. пористого материала.
[99] Согласно одному варианту осуществления, разность температур, ΔТ1, между геометрическим центром, образованным смежными стержнями 31, и точкой, в которой каждый из стержней 31 расположен, может быть предпочтительно обеспечена меньшей 0,5°С. Также, разность температур, ΔТ2, между геометрическим центром, образованным смежными стержнями 31, и краевым участком вакуумного адиабатического тела, может быть предпочтительно обеспечена меньшей 0,5°С. Во втором пластинном элементе 20, разность температур между средней температурой второго пластинного элемента 20 и температурой в точке, в которой путь теплопередачи, проходящий через лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности, пересекается со вторым пластинным элементом 20, может быть наибольшей. Например, когда второе пространство является областью, более горячей, чем первое пространство, температура в точке, в которой путь теплопередачи, проходящий через лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности, пересекается со вторым пластинным элементом 20, становится наименьшей. Подобным образом, когда второе пространство является областью, более холодной, чем первое пространство, температура в точке, в которой путь теплопередачи, проходящий через лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности, пересекается со вторым пластинным элементом 20, становится наибольшей.
[100] Это означает, что следует управлять количеством тепла, передаваемого через другие точки, кроме тепла поверхностной теплопроводности, проходящего через лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности, и полная величина теплопередачи, приемлемая для вакуумного адиабатического тела, может быть обеспечена только тогда, когда тепло поверхностной теплопроводности занимает наибольшую величину в теплопередаче. Для этой цели, изменением температуры листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности можно управлять таким образом, чтобы оно было больше изменения температуры пластинных элементов 10 и 20.
[101] Теперь будут описаны физические характеристики частей, образующих вакуумное адиабатическое тело. В вакуумном адиабатическом теле, сила, обусловленная давлением вакуума, прикладывается ко всем частям. Таким образом, предпочтительно может использоваться материал, имеющий прочность (Н/м2) некоторого уровня.
[102] При таких условиях, пластинные элементы 10 и 20 и боковая рама 70 могут быть изготовлены из материала, имеющего достаточную прочность, с которой они не будут повреждаться даже давлением вакуума. Например, когда число стержней 31 уменьшается, чтобы ограничить тепло теплопроводности опоры, вследствие давления вакуума может возникнуть деформация пластинных элементов 10 и 20, которая может отрицательно повлиять на внешний вид холодильника. Лист 32 сопротивления излучению может быть изготовлен из материала, который имеет низкий коэффициент излучения и может быть легко подвергнут тонкопленочной обработке. Также, лист 32 сопротивления излучению должен обеспечивать прочность, достаточную для того, чтобы он не деформировался внешним ударом. Опорный блок 30 снабжается прочностью, достаточной для выдерживания силы, обусловленной давлением вакуума, и выдерживания внешнего удара, а также должен обеспечивать обрабатываемость. Лист 60 сопротивления теплопроводности может быть изготовлен из материала, который имеет форму тонкой пластины и может выдерживать давление вакуума.
[103] В одном варианте осуществления, пластинные элементы 10 и 20, боковая рама 70, и лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности могут быть изготовлены из нержавеющих материалов, имеющих одинаковую прочность. Лист 32 сопротивления излучению может быть изготовлен из алюминия, имеющего меньшую прочность, чем у нержавеющих материалов. Опорный блок 30 может быть изготовлен из полимера, имеющего меньшую прочность, чем у алюминия.
[104] Кроме прочности с точки зрения материалов, требуется анализ с точки зрения жесткости. Жесткость (Н/м) является свойством, которое не допускает легкую деформацию. Хотя может использоваться один и тот же материал, его жесткость может изменяться в зависимости от его формы. Лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности может быть изготовлен из материала, имеющего высокую или заданную прочность, но жесткость этого материала является низкой для увеличения теплового сопротивления и минимизации излучаемого тепла, когда лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности однородно распространяется без каких-либо неровностей при приложении давления вакуума. Листу 32 сопротивления излучению требуется жесткость некоторого уровня, чтобы он не контактировал с другой частью вследствие деформации. В частности, краевой участок листа 32 сопротивления излучению может генерировать тепло теплопроводности вследствие провисания, вызванного собственным весом листа 32 сопротивления излучению. Таким образом, требуется жесткость некоторого уровня. Опорному блоку 30 может потребоваться жесткость, достаточная для выдерживания сжимающего напряжения от пластинных элементов 10 и 20 и внешнего удара.
[105] В одном варианте осуществления, пластинные элементы 10 и 20 и боковая рама 70 могут иметь наибольшую жесткость для предотвращения деформации, вызванной давлением вакуума. Опорный блок 30, в частности, стержень 31 может иметь вторую наибольшую жесткость. Лист 32 сопротивления излучению может иметь жесткость, которая меньше жесткости опорного блока 30, но больше жесткости листа 60 или 63 сопротивления теплопроводности. Наконец, лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности может быть изготовлен из материала, который легко деформируется давлением вакуума и имеет наименьшую жесткость.
[106] Даже когда пористый материал 33 заполняет вакуумную пространственную часть 50, лист 60 или 63 сопротивления теплопроводности может иметь наименьшую жесткость, и пластинные элементы 10 и 20 и боковая рама 70 могут иметь наибольшую жесткость.
[107] Далее, давление вакуума предпочтительно определяется в зависимости от внутреннего состояния вакуумного адиабатического тела. Как уже описано выше, давление вакуума должно сохраняться внутри вакуумного адиабатического тела для уменьшения теплопередачи. В этом случае легко ожидать, что давление вакуума предпочтительно будет сохраняться как можно более низким для уменьшения теплопередачи.
[108] Вакуумная пространственная часть 50 может сопротивляться теплопередаче посредством только опорного блока 30. Здесь, пористый материал 33 может заполняться с опорным блоком 30 внутри вакуумной пространственной части 50 для сопротивления теплопередаче. Теплопередаче в пористый материал 30 можно сопротивляться без применения опорного блока 30.
[109] Теперь будет описан случай, когда применяется только опорный блок.
[110] Фиг. 11 показывает графики, показывающие изменение адиабатических характеристик и изменение теплопроводности газа относительно давления вакуума при применении моделирования.
[111] Со ссылкой на фиг. 11 можно увидеть, что, когда давление вакуума уменьшается, т.е., степень вакуума увеличивается, тепловая нагрузка в случае только основного тела (график 1) или в случае, когда основное тело 2 и дверь 3 соединены вместе (график 2), уменьшается по сравнению с тепловой нагрузкой в случае типичного изделия, образованного вспениванием полиуретана, в результате чего улучшаются адиабатические характеристики. Однако можно увидеть, что степень улучшения адиабатических характеристик постепенно снижается. Также можно увидеть, что, когда давление вакуума уменьшается, теплопроводность газа (график 3) уменьшается. Однако можно увидеть, что, хотя давление вакуума уменьшается, коэффициент, с которым адиабатические характеристики и теплопроводность газа улучшаются, постепенно уменьшается. Таким образом, давление вакуума может быть сильно уменьшено или снижено, насколько это возможно. Однако получение избыточного давления вакуума занимает много времени и требует больших затрат вследствие избыточного использования газопоглотителя. В этом варианте осуществления, оптимальное давление вакуума предложено на основании описанной выше точки зрения.
[112] Фиг. 12 является графиком, показывающим результаты, полученные посредством наблюдения времени и давления в процессе разрежения внутренней части вакуумного адиабатического тела при использовании опорного блока 30.
[113] Со ссылкой на фиг. 12, для создания вакуумной пространственной части 50 таким образом, чтобы она находилась в состоянии вакуума, газ в вакуумной пространственной части 50 разрежают вакуумным насосом при испарении скрытого газа, оставшегося в частях вакуумной пространственной части 50, посредством термообработки. Однако, когда давление вакуума достигает некоторого или большего уровня, существует точка, при которой уровень давления вакуума больше не увеличивается (ΔТ1). После этого активируют газопоглотитель посредством отсоединения вакуумной пространственной части 50 от вакуумного насоса и подачи тепла в вакуумную пространственную часть 50 (ΔТ2). Если газопоглотитель будет активирован, то давление в вакуумной пространственной части 50 будет уменьшаться в течение некоторого периода времени, но затем нормализуется, и будет сохраняться давление вакуума некоторого уровня. Давление вакуума, которое сохраняется на некотором уровне после активации газопоглотителя, приблизительно составляет 1,8*10-6 торр.
[114] В этом варианте осуществления, точка, при которой давление вакуума по существу больше не уменьшается, даже когда газ разрежается посредством работы вакуумного насоса, устанавливается равной наименьшему пределу давления вакуума, используемому в вакуумном адиабатическом теле, в результате чего минимальное внутреннее давление вакуумной пространственной части 50 устанавливается равным 1,8*10-6 торр.
[115] Фиг. 13 является графиком, полученным посредством сравнения давления вакуума с теплопроводностью газа.
[116] Со ссылкой на фиг. 13, теплопроводности газов относительно давлений вакуума в зависимости от размеров зазора в вакуумной пространственной части 50 представлены в виде графиков эффективных коэффициентов теплопередачи (eK). Эффективные коэффициенты теплопередачи (eK) измеряли, когда зазор в вакуумной пространственной части 50 имел три размера, составляющие 2,76 мм, 6,5 мм, и 12,5 мм. Зазор в вакуумной пространственной части 50 определяется следующим образом. Когда лист 32 сопротивления излучению присутствует внутри вакуумной пространственной части 50, этот зазор является расстоянием между листом 32 сопротивления излучению и пластинным элементом 10 или 20, смежным с ним. Когда лист 32 сопротивления излучению отсутствует внутри вакуумной пространственной части 50, этот зазор является расстоянием между первым и вторым пластинными элементами 10 и 20.
[117] Было обнаружено, что поскольку размер зазора мал в точке, соответствующей типичному эффективному коэффициенту теплопередачи, составляющему 0,0196 Вт/(м*К), который обеспечивается для адиабатического материала, образованного вспениванием полиуретана, давление вакуума составляет 2,65*10-1 торр даже тогда, когда размер зазора составляет 2,76 мм. Между тем, было обнаружено, что точка, в которой уменьшение адиабатического эффекта, вызванное теплом теплопроводности газа, насыщается, даже когда давление вакуума уменьшается, является точкой, в которой давление вакуума приблизительно составляет 4,5*10-3 торр. Давление вакуума, составляющее 4,5*10-3 торр, может быть определено как точка, в которой насыщается уменьшение адиабатического эффекта, вызванное теплом теплопроводности газа. Также, когда эффективный коэффициент теплопередачи составляет 0,1 Вт/(м*К), давление вакуума составляет 1,2*10-2 торр.
[118] Когда вакуумная пространственная часть 50 не снабжена опорным блоком 30, но снабжена пористым материалом 33, размер зазора изменяется от нескольких микрон до нескольких сотен микрон. В этом случае, величина радиационной теплопередачи мала из-за пористого материала 33 даже тогда, когда давление вакуума относительно высоко, т.е., когда степень вакуума низка. Таким образом, подходящий вакуумный насос используется для настройки давления вакуума. Давление вакуума, подходящее для соответствующего вакуумного насоса, приблизительно составляет 2,0*10-4 торр. Также, давление вакуума в точке, в которой уменьшение адиабатического эффекта, вызванное теплом теплопроводности газа, насыщается, приблизительно составляет 4,7*10-2 торр. Также, давление, при котором уменьшение адиабатического эффекта, вызванное теплом теплопроводности газа, достигает типичного эффективного коэффициента теплопередачи, составляющего 0,0196 Вт/(м*К), составляет 730 торр.
[119] Когда опорный блок 30 и пористый материал 33 обеспечены вместе в вакуумной пространственной части 50, может быть создано и использовано давление вакуума, которое может быть средним давлением между давлением вакуума, когда используется только опорный блок 30, и давлением вакуума, когда используется только пористый материал 33.
[120] В описании настоящего раскрытия, часть для выполнения одного и того же действия в каждом варианте осуществления вакуумного адиабатического тела может быть применена в другом варианте осуществления посредством правильного изменения формы или размера вышеупомянутого другого варианта осуществления. Соответственно, легко может быть предложен еще один вариант осуществления. Например, в подробном описании, в случае вакуумного адиабатического тела, пригодного в качестве вакуумного адиабатического тела стороны двери, это вакуумное адиабатическое тело может быть применено в качестве вакуумного адиабатического тела стороны основного тела посредством правильного изменения формы и конфигурации вакуумного адиабатического тела.
[121] Вакуумное адиабатическое тело, предложенное в настоящем раскрытии, может применяться в холодильниках. Однако, применение вакуумного адиабатического тела не ограничено холодильниками, и оно может быть применено в различных устройствах, таких как криогенные охлаждающие устройства, нагревательные устройства, и вентилирующие устройства.
Промышленная применимость
[122] Согласно настоящему раскрытию, вакуумное адиабатическое тело может промышленно применяться в различных адиабатических устройствах. Адиабатический эффект может быть улучшен таким образом, чтобы можно было увеличить эффективность использования энергии и увеличить эффективный объем устройства.
1. Вакуумное тело, содержащее:
первую пластину, выполненную с возможностью образования, по меньшей мере, участка стенки для первого пространства;
вторую пластину, выполненную с возможностью образования, по меньшей мере, участка стенки для второго пространства;
третье пространство, обеспеченное между первой и второй пластинами и выполненное с возможностью быть вакуумным пространством; и
опору, выполненную с возможностью сохранения расстояния между первой и второй пластинами, причем опора включает в себя по меньшей мере две стойки, выполненные с возможностью поддержания первой пластины и второй пластины, при этом каждая из стоек изготовлена из полифениленсульфида (PPS), содержащего стекловолокно,
при этом стекловолокно содержится в количестве от 20 до 60% относительно общего количества PPS-материала, содержащего стекловолокно.
2. Вакуумное тело по п. 1, в котором опора включает в себя опорную пластину, обеспеченную на конце стойки, и опорная пластина изготовлена из полифениленсульфида (PPS), содержащего стекловолокно.
3. Вакуумное тело по п. 2, в котором опорная рама соединяет по меньшей мере две стойки друг с другом, и стойки и опорная рама образованы вместе литьем под давлением.
4. Вакуумное тело по п. 2, в котором опорная рама обеспечена в форме решетки.
5. Вакуумное тело по п. 1, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 60%, чтобы PPS-материал, содержащий стекловолокно, был выполнен с возможностью выдерживать нагрев в процессе разрежения, который выполняется при температуре 150 градусов или более.
6. Вакуумное тело по п. 5, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 50%.
7. Вакуумное тело по п. 6, в котором стойка имеет диаметр, составляющий 2 мм.
8. Холодильник, содержащий:
основное тело, имеющее внутреннее пространство, выполненное с возможностью хранения предметов;
дверь, выполненную с возможностью открывания или закрывания основного тела, для обеспечения доступа к внутреннему пространству из внешнего пространства;
компрессор, выполненный с возможностью сжатия холодильного агента;
конденсатор, выполненный с возможностью конденсирования сжатого холодильного агента;
расширительное устройство, выполненное с возможностью расширения конденсированного холодильного агента; и
испаритель, выполненный с возможностью испарения расширенного холодильного агента для рассеяния тепла,
причем по меньшей мере одно из двери и основного тела имеет вакуумное тело, и вакуумное тело включает в себя:
первую пластину, выполненную с возможностью образования, по меньшей мере, участка стенки для внутреннего пространства;
вторую пластину, выполненную с возможностью образования, по меньшей мере, участка стенки для внешнего пространства;
вакуумное пространство, обеспеченное между первой и второй пластинами и выполненное с возможностью нахождения в состоянии вакуума; и
полимерный материал, обеспеченный в вакуумном пространстве, который содержит полифениленсульфид (PPS), содержащий стекловолокно, при этом стекловолокно содержится в количестве от 20 до 60% относительно общего количества полимерного материала.
9. Холодильник по п. 8, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 60%, чтобы полимерный материал был выполнен с возможностью выдерживания нагрева в процессе разрежения, который выполняется при температуре 150 градусов или более.
10. Холодильник по п. 9, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 50%.
11. Холодильник по п. 8, дополнительно содержащий порт разрежения, выполненный с возможностью разрежения газа внутри вакуумного пространства, причем полимерный материал выполнен с возможностью сохранения расстояния между первой и второй пластинами.
12. Вакуумное тело, содержащее:
стенку, имеющую первую пластину и вторую пластину, обращенную к первой пластине, для создания вакуумного пространства между ними;
лист теплового сопротивления, выполненный с возможностью уменьшения величины теплопередачи между первой пластиной и второй пластиной; и
опору, имеющую по меньшей мере одну стойку, проходящую между первой и второй пластинами, для сохранения расстояния между первой пластиной и второй пластиной, причем стойка изготовлена из материала, имеющего полифениленсульфид (PPS) и стекловолокно,
при этом стекловолокно содержится в количестве от 20 до 60% от общего веса материала.
13. Вакуумное тело по п. 12, в котором опора включает в себя опорную раму, соединенную с концом стойки, при этом опорная рама изготовлена из того же самого материала, что и стойка.
14. Вакуумное тело по п. 13, в котором опорная рама и стойка образованы вместе литьем под давлением.
15. Вакуумное тело по п. 12, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 60% от общего веса, чтобы материал был выполнен с возможностью выдерживания нагрева в процессе разрежения, который выполняется при температуре 150 градусов или более.
16. Вакуумное тело по п. 12, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 50%.
17. Вакуумное тело по п. 12, в котором лист теплового сопротивления содержит:
лист сопротивления теплопроводности, который сопротивляется теплопроводности между первой и второй пластинами; и
лист сопротивления излучению, который сопротивляется излучению тепла между первой и второй пластинами.
18. Вакуумное тело, содержащее:
первую пластину для первого пространства;
вторую пластину для второго пространства;
третье пространство, обеспеченное между первой и второй пластинами и выполненное с возможностью быть вакуумным пространством; и
опору, выполненную с возможностью сохранения расстояния между первой и второй пластинами, причем опора включает в себя полимерный материал для поддержки первой пластины и второй пластины,
при этом полимер выполнен из полифениленсульфидного (PPS) материала, содержащего стекловолокно, и стекловолокно армирует ослабленную прочность, когда PPS локально ослаблен из-за деградации при высокой температуре.
19. Вакуумное тело по п.18, в котором стекловолокно содержится в количестве от 20 до 60% от общего веса PPS материала, содержащего стекловолокно, для того чтобы каждая из стоек имела ударную вязкость в 2 раза или более по сравнению с чистым PPS.
20. Вакуумное тело по п.18, в котором стекловолокно содержится в количестве от 30 до 50%, для того чтобы полимерный материал обладал текучестью при впрыске.
21. Вакуумное тело по п.18, в котором полимер подвергается процессу вытяжки.
22. Вакуумное тело по п.21, в котором процесс вытяжки осуществляется при не менее 1×10-4 Торр и в условиях термообработки, при этом процесс термообработки осуществляется при температуре не менее 150°С.
23. Вакуумное тело по п.18, в котором стекловолокно содержится в количестве от 10 до 40% от общего веса PPS материала, содержащего стекловолокно.
