Экран слоисто-вакуумной теплоизоляции

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено10.11.74 (21) 2075106/23-26 (51) М, Кл.е .F 17 С 3/04 с присоединением заявки

Государственный комитет

Совета теинистроо СССР по делам иэооретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.06.77 Бюллетень № 21 (45) Дата опубликования описанияО&Л8.77 (53) УДК 66.045,3 (088.8) Г. Н. Флеров, В. С. Барашенков, В. А. Щеголев, Б. И. Веркин, P. С. Михальченко, В. A. Павлюк, Н. П, Першин и С. П, Третьякова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Объединенный институт ядерных исследований (54) ЭКРАН СЛОИСТО-ВАКУУМНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Изобретение относится к устройствам для тепловой изоляции сосудов с криогенными веществами, в частности к конструкции экранов слоисто-вакуумной изоляции., Известны экраны слоисто-вакуумной 5 изоляции, представляющие собой алюминиевую фольгу или алюминизированную с одной или с обеих сторон диэлектрическую пленку толщиной 5-20 мкм.-!

О

Сл оистс -вакуумная изоляция представляет собой набор таких экранов, предварителт но подвергнутых обычно смятию или формовке и разделенных прокладками с бс..ь шим термическим сопротивлением, - стеклобу-. та магой толщиной 40-200 мкм. Вследствие наличия больших газоотделяюших поверхна стей и трудности вакуумирования межслойного пространства через малые зазоры, имеющие к тому же большую длину, давление газа между слоями даже при окружаю-.

S щем изоляцию вакууме ниле 1 ° 10 MM рт„ст, «3 а может достигать 1 10 — 1 ° 10 мм рт,ст., что значительно ухудшает свойства такой изоляции, 25

Некоторое уменьшение давления остаточных газов в слоях изоляции, а.следовательно, и уменьш ние газовой составляющей теплового потока может быть достигнуто путем использования в качестве экранов волокнистых материалов, набранных из волокон толщиной 0,3-10 мкм, с последующей металлизацией. отдельных волокон или всей структуры в целом, либо путем использования перфорированных экранов с от верстиями диаметром 1-10 мм и обшей площадью 0,5-3%.

Однако применение такого рода экранов неизбежно приводит к резкому увеличению радиационной составляющей теплового потока через изоляцию, так как эффективная степень черноты стекловолокнистых прокладок, напыленных алюминием с обеих сторон, более чем в 10 раз превышает степень че1 ноты сплошного материала, покрытого алюминием такой же толщины.

В случае перфорированных экранов наблюдается увеличение лучистой составляющей теплового потока на 60% и более.

Таким образом, использование указанных материалов в качестве экранов слоистовакуумной изоляции не позволяет повысить тепловую эффективность иэопяции ввиду зна чительного возрастания доли радиационного теплопереноса..

Перечисленные недостатки могут быть устранены при создании слоисто-вакуумной иэоляции, отражательные экраны которой представлякт собой поверхности с регуляр- 10 ной системой отверстий. Решение задачи взаимодействия электромагнитного иэпучения с такого рода дифракционными структурами показало их непроницаемость для падающего изпучения при условии, что дпи- 35 на волны больше удвоенного размера от». верстий. Такой экран при любой суммарной площади отверстий (вплоть до 99%) будет практически непроницаемым для излучения.- В то же время молекулы газа, 2Î имеющие размеры порядка нескольких аш стрем, будут свободно проходить сквозь отверстие экрана, До настоящего времени не удавалось изготовить отражательные экраны с требуемыми параметрами из материалов, приме-. няемых в слоисто-вакуумной изоляциии °

Бель изобретения - повышение эффективности слоисто-вакуумной изоляции за счет уменьшения количества тепла, переносимого молекулами остаточных газов, при одновременном сохранении высоких отражательных свойств экранов изоляции. Эта цел достигается применением известных ядер- ных фильтров в качестве экранов слоистовакуумной изоляции.Ядерные фильтры изготавливают. путем облучения полимерной пленки толщиной 520 мкм лучком тяжелых ионов с последующим химическим вытравливанием поврежденных ионами участков пленки; Пористость используемых фильтров (отношение площади пленки, занятой отверстиями, ко всей площади фильтра) составляет 10-30%, размеры отверстий — от 0,1 до. 3 мкм;.Отверстия в таких фильтрах имеют форму, близкую к цилиндрической, и практически однородны по диаметру (дисперсия диаметров пор. составляет всего лишь несколько процентов).-Технологически можно изготавливать фильтры с требуемым диаметром, отверстий и заданной пористостью, Изготовленные таким образом фильтры покры вают с одной или обеих сторон слоем металла«

«

В процессе изучения свойств ядерных фильтров было установлено, что степень черноты алюмнниэпрованных ядерных филь тров незначительно (в пределах З-5%) о7 личается от степени, черноты сплошных пленок, покрытых слоем алюминия. Кроме того, проведенные исследования показали, что ядерные фильтры обладают высокой пропускной способностью в мапекулярном режиме движения газа, т.е.-при вакууме

-2 «6

1 10 - 1 10 мм рт. ст„- и пропускная способность ядерных фильтров практически . не изменяется йосле их покрытия с двух © сторон слоем, алюминия толщиной 400-600AÄ

Примечение известных ядерных фильтров в качестве экранов слоистэ-вакуумной изоляции стало возможным вследствие обнаруженной высокой. пропускной способности ядерных фильтров в молекулярном режиме течения газа и высокой отражательной способности поверхности ядерных фильтров после их металлизации.Йля эффективного применения в качестве экранов слоисто-вакуумной изоляции ядерные фильтры должны быть с одной или с обеих сторон покрыты слоем металла, имеющего малую злектропроводность, например алюминием, золотом, медью,,Измерения па казали, что приготовленный таким образом ядерный фильтр с диаметром пор 0=1 мкм пропускает всего лишь несколько проценто падающего на него теплового потока.-.

С целью уменьшения контактного тепло- переноса между экранами металлизированные ядерные фильтры подвергаются смятию или рифпеншо и отделяются один от другого прокладками, обладающими высоким терми» ческим сопроти влением, малым, газоотделением и высокой газопроницаемостью, например стекл овуалью.

Использование известных ядерных фильтров в качестве экранов слоистс вакуумной изоляции дает возможность существенно повысить эффективность изоляции.,Это достигается, во-первых, за счет того, что уменьшается перенос тепла остаточными газами, что снижает коэффициент теплопроводности на 20-50%, а, следовательно, уменьшает вес требуемой изоляции, снижает потери хладагента. Во-вторых, при использовании изоляции на основе ядерных фильтров„обладающей высокой гаэопроницаемостью, ускоряется процесс вакуумирования изоляции и снижаются потери хлад агента на переходных режимах работы.

Формула изб;брете ния

Применение яд,.рных фильтров в качест ве гаэопроницаемых отражательных экранов слоисто-вакуумной теплоизоляции.