Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей

Изобретение относится к области теплотехники и акустики и может быть использовано для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей к низкотемпературной или человеку в помещении любого типа.

Известен теплоизолирующий и вибропоглощающий листовой материал для снижения шума и вибрации промышленного и бытового оборудования (патент РФ 2456178 от 28.10.2010 «Теплоизолирующий и вибропоглощающий листовой материал»), который представляет собой многослойную конструкцию, содержащую внутренний весовой слой (основу), выполненный из композиции на основе битума или каучука, наружный армирующий слой из фольги, с одной стороны весового слоя и удаляемый покрывной слой, выполненный из бумаги или полимера, с другой стороны весового слоя.

Аналог обладает хорошими вибропоглощающими свойствами и может применяться для теплоизоляции, снижения шума и вибрации панелей кузова транспортных средств, корпусов установок промышленной и бытовой техники.

Недостатками данного аналога являются: низкие теплоизолирующие свойства составных частей его конструкции; невозможность использования в качестве теплового экрана для экранирования высокотемпературных поверхностей от низкотемпературных; большой удельный вес; сложность в изготовлении; дороговизна изготовления.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано «Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей», патент РФ №2593329, 2016 г.

Устройство для теплового экранирования высокотемпературных поверхностей представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из теплоизолирующей основы, выполненной из композитного материала типа стеклопластика, и теплоотражающего слоя, выполненного из рифленой фольги толщиной 5÷50 мкм, имеющей коэффициент отражения около 0,5.

Однако в прототипе присутствует ряд недостатков:

- низкие теплоизолирующие свойства составных частей «сэндвич»-конструкций;

- отсутствие экранирования шума высокотемпературных поверхностей;

- большой удельный вес.

Задачей изобретения является быстро и надежно защитить человека от теплового и шумового воздействия высокотемпературных поверхностей, простота в изготовлении, снижение себестоимости изготовления, устойчивости к коррозии, уменьшение веса, мобильности.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей, имеющем многослойную конструкцию, состоящую из теплоизолирующей основы, выполненную в виде двух параллельных пластин, разделенных между собой воздушной прослойкой и соединенных ребрами жесткости в виде цилиндров, усеченных конусов или полос, и теплоотражающего слоя, обладающего низким коэффициентом теплопроводности, имеются следующие отличия: в теплоизолирующей основе вся площадь параллельных пластин выполнена перфорированной; теплоотражающий слой выполнен из перфорированной рифленой фольги, а также введен скрепляющий многослойную конструкцию неметаллический каркас.

Кроме того, пластины теплоизолирующей основы выполнены из композитного материала толщиной 10÷30 мм и с диаметром отверстий перфорации от 3 до 10 мм и шагом перфорации от 1 до 5 диаметров отверстий.

Кроме того, воздушная прослойка между пластинами теплоизолирующей основы имеет толщину от 1 до 3 шагов перфорации.

Кроме того, в рифленой фольге перфорация выполнена с диаметром отверстий и шагом перфорации такими же, как и пластины теплоизолирующей основы.

Кроме того, неметаллический каркас выполнен из композитного материала толщиной не менее 1 мм и покрыт звукопоглощающим материалом с коэффициентом звукопоглощения на частоте 1000 Гц не менее 0,45, который в виде пирамид или треугольных призм соединен с внутренней перфорированной пластиной теплоизолирующей основы.

Теплоизолирующая основа выполнена в виде двух параллельных перфорированных пластин из композитного материала толщиной 10÷30 мм каждая. Между пластин имеется воздушная прослойка толщиной от 1 до 3 шагов перфорации. В воздушной прослойке пластины соединены между собой ребрами жесткости в виде цилиндров, усеченных конусов или изогнутых полос, изготовленных из того же материала.

Коэффициент теплопроводности композитного материала, из которого изготовлены пластины, составляет 0,05÷0,07 Вт/(м°C).

Толщина ребер жесткости приблизительно такая же, как толщина пластин.

Перфорационные отверстия внутренней пластины теплоизолирующей основы смещены относительно перфорационных отверстий наружной пластины на 0,4÷0,6 шага перфорации.

Перфорационные отверстия в пластинах теплоизолирующей основы повышают теплоизолирующие свойства составных частей «сэндвич»-конструкций.

К наружной пластине теплоизолирующей основы, обращенной к высокотемпературной зоне, приклеен слой перфорированной рифленой фольги толщиной 5÷50 мкм, имеющей коэффициент отражения 0,45÷0,55.

Неметаллический каркас выполнен из того же композитного материала, что и пластины теплоизолирующей основы и толщиной не менее 1 мм, а также покрыт звукопоглощающим материалом, плотностью р=0,3÷0,5 г/см³ имеющим коэффициент звукопоглощения на частоте 1000 Гц не менее 0,45, который в виде пирамид или треугольных призм соединен с внутренней пластиной теплоизолирующей основы.

Кроме хороших термических и механических свойств теплоизолирующая основа предложенного устройства под действием окружающей воздушной среды устойчива к коррозии.

Примером композитного материала является трехмерная стеклоткань Parabeam 3D Glass Fabric, которая используется для быстрого и легкого изготовления «сэндвич»-конструкций.

Известно, что звукопоглощающие материалы предназначены для снижения нежелательного вредного шума, отрицательно воздействующего на состояние человека. Эти материалы должны быть влагостойкими, биостойкими, удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям и сохранять свои свойства в процессе длительной эксплуатации.

Надлежащую звукоизоляцию обеспечивают созданием двух- или трехслойных ограждений, часто с воздушными зазорами, которые рекомендуется наполнять пористыми звукопоглощающими материалами. Желательно, чтобы конструктивные слои имели различную жесткость, а сама конструкция имела хорошо герметизированные узлы примыкания элементов друг к другу.

В полужестком устройстве происходит усиление поглощения падающих звуковых волн за счет упругих деформаций материала.

Примерами звукопоглощающего материала с пористо-волокнистой структурой, который имеет жесткость отличную от теплоизолирующей основы, являются материалы типа войлока или минеральной ваты.

Уровень шума зависит от времени реверберации (времени звучания отраженного сигнала). Например, в помещении объемом 100 м³ (~6×6×2,8 м) с жесткими поверхностями он составляет от 5 до 8 с. Если поверхность покрыта хорошо поглощающим акустическим материалом, время реверберации может составлять менее 1 с.

При покрытии неметаллического каркаса звукопоглощающим материалом плотностью р=0,3÷0,5 г/см³, имеющим коэффициент звукопоглощения на частоте 1000 Гц не менее 0,45, который в виде пирамид или треугольных призм соединен с внутренней пластиной теплоизолирующей основы, происходит снижение времени реверберации до вышеуказанного уровня, значительно увеличивается звуковой комфорт помещений, что создает оптимальную рабочую атмосферу в помещении любого типа.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлена работа устройства для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей; на фиг. 2 - структура устройства.

Между высокотемпературной поверхностью 1 (источником тепла) и человеком 2 или низкотемпературной поверхностью 3 устанавливается устройство для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей 4 (фиг. 1), состоящее: из теплоизолирующей основы, выполненной из двух параллельных перфорированных внешней 5 и внутренней 12 пластин (фиг. 2), сочлененных между собой ребрами жесткости 9; теплоотражающего слоя из перфорированной рифленой фольги 6, соединенного с внешней пластиной 5; неметаллического каркаса 7, покрытого звукопоглощающим материалом 8.

Устройство для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей в помещениях любого типа работает следующим образом.

Тепловой поток 10 (фиг. 2), идущий от высокотемпературной поверхности 1 (источника тепла), попадая на теплоотражающий слой перфорированной рифленой фольги 6 перфорированной наружной пластины 5, частично отражается от ее поверхности (~50%). Прошедший через перфорированную наружную пластину 5 тепловой поток 10 попадает через перфорационные отверстия на перфорированную внутреннюю пластину 12 теплоизолирующей основы («сэндвич» из композитного материала), где частично выносится воздухом в окружающую среду (~70%), а частично (~30%), пройдя перфорированную внутреннюю пластину 12 и неметаллический каркас 7, покрытый звукопоглощающим материалом 8, попадает на человека 2 или низкотемпературную поверхность 3.

Шумовой поток 11, идущий от высокотемпературной поверхности, пройдя через перфорированную рифленую фольгу 6, перфорированную наружную пластину 5, ребра жесткости 9, перфорированную внутреннюю пластину 12, частично поглощается звукопоглощающим материалом 8 на неметаллическом каркасе 7. Энергия акустической волны, прошедшей через это устройство, уменьшается не менее чем в 10 раз.

Таким образом, предлагаемое устройство для теплового и шумового экранирования высокотемпературных поверхностей позволяет значительно снизить тепловой и шумовой поток, идущий от высокотемпературных поверхностей к человеку или низкотемпературным поверхностям, что значительно улучшает условия пребывания человека вблизи мощных источников тепла, имеющих температуру поверхности до 300°С, просто и дешево в изготовлении, устойчиво к коррозии, мобильно и обладает небольшим весом, что выгодно отличает его от прототипа.