用于圆柱体隔热的真空板

本发明涉及一种真空板，该板能够使要获得的基本上为圆柱形的 物体隔热。

真空板尤其是那些用塑料制成的真空板正在日益用在各种领域 中，在这些领域中需要在低于大约100℃的温度下隔热。这些用途的 示例有家用和工业制冷机的壁、饮料分配机(其中尤其需要隔热以便使 通常大约为70℃的热饮料部分与冷饮料部分分开)的壁或用于例如冷 冻或冰冻药品或食物的等温输送的容器的壁。另外，现在正在研究这 些板在建筑领域或在汽车工业中的应用。

众所周知的是，真空板由一种其厚度通常为几十或几百微米的封 套形成，其中设有其厚度在几个毫米至几个厘米之间的填充材料。

在该板的两个表面之间的热传输是由于四个主要现象的总和造成 的，即在填充材料中的传导；由于在板中存在微量气体而出现的对流； 在板内部的辐射传输；以及最终在形成所述封套的一块板片或多块板 片中进行的传导，它在本领域被称为“集肤效应”，它可能通过形成在 所述板片焊接区域处的板边缘的热桥来进行。

该封套其作用在防止(或尽可能减少)大气进入到板内部，从而减 小对流给总热传输造成的影响。为此，该封套是用所谓的“隔板”片 制成，其特征在于具有尽可能低的透气性，该板可以由单组分形成但 是往往是由不同组分构成的多层。在多层的情况中，由这些组分层中 的一层提供隔离效果，而其它层通常具有机械支撑和保护所述隔离层 的作用。通过在两块或多块塑料板之间插入一块金属板(通常是厚度为 大约4-10μm的铝)来获得最有效的隔离效果；因为金属是良好的导热 体，铝层的厚度是通过最大地阻挡气体进入的需要和使集肤效应最小 化的需要之间进行折中来确定的。

填充材料的作用在于当在所述板中产生真空时使封套的两个相对 表面分开。该材料可以是无机的，例如二氧化硅粉末、玻璃纤维、气 凝胶、硅藻土等，或是有机的，例如以板或以粉末形式的聚氨基甲酸 乙酯或聚苯乙烯的硬质泡沫。该填充材料不管怎样必须是多孔或不连 续的，从而孔隙或缝隙可以被抽空。填充材料的厚度(因此该板的厚度) 是由所要求的绝热特性所决定的：填充材料厚度越大则显然绝热效果 越好。由于少量空气渗入该板中实际上是不可避免，所以这些板在大 多数情况中还包含一种或多种能够吸收这些气体以便使板内的压力保 持在所要求的数值上的材料(通常被称为吸气剂)。

已知的真空板是刚性的，并且通常具有平面结构。但是，在许多 用途中，使用这些板是合乎需要的，但是所要进行隔热的这些表面是 弯曲的，并且大体上为圆柱形。在这些用途中的一些中，该隔热材料 铺设在外面并且可以看到，例如在用于输送温度与室温不同的流体的 管道情况中，例如用于空气调节或加热的管道，或者用于在工厂中进 行流体输送的管道。或者，可以将隔热材料安放在间隙内，例如在浴 室加热器、及容器如杜瓦瓶或热水瓶或用来在北极区域中进行原油输 送的管道的情况中。

迄今为止用来对具有非平面表面的主体进行隔热所采用的其中一 个方法包括，例如通过利用胶水将几块平板的边缘粘在一起以使它们 相互连接，从而获得一种复合结构，该结构可以沿着连接线弯曲以便 使它与所要绝热的主体形状一致。但是这个解决方案不是令人非常满 意，因为这些板的组装不是紧密接触所要绝热的表面，并且除此之外， 在连接处出现热传递，从而导致热绝缘效率变差。

以英国公司ICI的名义的专利申请WO 96/32605描述了一种制造 具有非平面形状的刚性真空板的方法。该方法包括：在抽空之前在填 充材料(一种厚度等于所要求板的厚度的聚合物泡沫板)中制作出沿着 所要求方向布置并且具有适当的宽度和深度的沟槽。随后，将填充材 料插进封套中，并且使该组合件进行抽空步骤。最后，将所述真空板 密封。在第一次大气暴露时，通过大气压力迫使封套贴在沟槽表面上； 由于施加在封套上的拉伸力，所以这些板沿着沟槽弯曲并且呈现最终 的非平面形状。通过一系列平行并且相当接近的沟槽，从而使该板的 最终形状接近圆柱形。

但是，该方法存在许多缺点。首先，板的厚度在其所有部分中不 是规则的，在弯曲线处更薄，因此沿着这些弯曲线降低了隔热性能。 第二，在将拉伸应力施加在这些沟槽处之后，在该封套中会形成微小 的裂缝，这些微小裂缝变成用于气体朝着板内部渗透的优先通道，因 此永久损害了板自身的隔热性能。另外，沟槽的形状、尺寸、距离和 往复定位固定地确定了非平面板的最终形状，从而这些板必须为每个 单独的用途进行专门生产。最后，这些板的弯曲在第一次暴露在空气 时进行，因此在制造过程中或者紧接着在那之后：因此这些板一旦被 制造出就具有相当大的总体尺寸，这使得不利于它们存放和输送。

因此，本发明的目的在于提供一种用于对具有圆柱形弯曲侧面的 主体进行隔热的真空板，该真空板没有所述缺点。所述目的是通过这 样一种真空板来实现的，该真空板的主要特征在第一权利要求中描述， 并且其它特征在接下来的权利要求中也得到了描述。

那些本领域普通技术人员从以下本发明一个实施方案的详细说明 中并且参照附图将了解根据本发明的真空板的优点和特征，其中：

图1显示出根据其广义的几何学定义的圆柱体的实施例；

图2显示出从图1中获得直圆柱体，该圆柱体可以通过根据本发 明的真空板来进行隔热；

图3显示出根据本发明以其平面形式的真空板的剖视图；

图4示意地显示出根据本发明的真空板所必须复合的几何要求；

图5和6显示出根据本发明的真空板的应用的透视实施例。

根据本发明的这些真空板与根据现有技术的那些板不同，因为它 们通过将厚度较薄的板在所要隔热的主体上至少卷绕两周来构成所要 求的总绝热厚度。

这种新的结构带来了许多优点。首先，在传统的板中，环境热量 传播到形成所述封套的外板上，并且通过该板的边缘传播到与所要绝 热的主体接触的封套板上。相反，在根据本发明的这些板中，与周围 环境接触的部分通过封套将热量传递给所述成卷板的下一层上。因此， 热量在到达所要隔热的所述主体之前必须沿着板的下表面走完一条螺 旋路径。这样，由于在该板的这两个表面之间的热传导，所以可以将 集肤效应大大地降低到可以忽略的数值上。

另外，采用根据本发明的这些板，可以将绝热厚度作为板的恒定 厚度而获得，因此避免了在专利申请WO 96/32605中的凹槽，这些凹 槽形成厚度变薄并且在板的两个表面之间的热传导性更高的区域。另 外，相对于专利申请WO 96/32605的这些板而言，在根据本发明的真 空板中在弯曲期间形成在封套的内侧上的几个小折痕因为它们实体较 小所以不会使封套自身产生裂缝，因此不会使大气朝着板内部渗透。

最后，在这些绝热的优点之外，本发明的真空板可以在显著节省 空间和成本的情况下制造、存放并且以平面形式输送到最终使用的地 点；然后在实际使用的时刻和地点处将每块板卷绕并且固定在所要绝 热的主体上。

为了便于理解本发明，在下面将参照图1和2对一些几何定义和 条件进行说明。

术语“圆柱体”(以及从中衍生出的术语)将以其广义的含义用在 图1中所示的本发明中，即所述表面S′是通过使直线R以角度α与平 面P相交并且平行其自身地沿着位于所述平面P上的封闭曲线C移动 来确定。

图2显示出普通的主体1，它可以利用根据本发明的板来进行热绝 缘；这个固体具有由长度为L的图1的圆柱形表面S的一部分形成的 侧壁S′以及具有曲线C′作为它们周长的两个底面(base)；所述两个底 面由表面S与两个平行平面相交来限定，在这个情况中与直线R垂直， 从而曲线C和C′在角度α为90°的情况中相等。主体1可以是实心的， 但是在该真空板的通常用途中可以是中空的，例如在用于流体的容器 或管道的情况中。

根据本发明的真空板的最重要的实际用途是用来使这样一种主体 绝热，该主体的侧壁S′是在角度α等于90°并且曲线C′为圆周(普通的 所述圆柱体)时获得的一部分表面S。

参照图3，根据本发明的真空板2显示出是通过将填充材料3封闭 在封套4内部的已知方法来形成的，例如是多层的。板2为具有非常 薄的厚度h以及横向尺寸l1和l2的平行六面体形状。可以通过例如由 聚合物泡沫制成的板状填充材料使所述真空板成为所述形状。在填充 材料没有其自身的形状(粉末)的情况中，在制造期间通过将粉末引入 在封套中、在将它保持在合适的模具中期间将该封套抽空并且通过最 后将封套的开口边缘密封以形成最终的封套，从而使所述真空板成型； 然后利用通过封套施加在粉末上的外压来保持通过模具赋予的形状， 因此保持它们密实。本发明优选使用由聚合物泡沫尤其是在真空板领 域中公知的多孔(open cell)硬质聚氨基甲酸乙酯制成的填充材料板。

尤其适用于制造封套4的是多层板，该多层板通常包括：至少一 层具有相对较大的厚度且具有良好机械特性尤其是塑性的聚合物材料 层，所述层形成该多层件的机械支撑件；至少一层对大气具有隔离特 性的材料层，该材料可以是聚合物或无机物，优选为金属并且甚至更 优选为铝；以及至少另一层聚合物层，作为对隔离层的覆盖层和机械 保护层。由五、六或甚至更多层层叠形成的多层也是普遍的。由这些 层制成的封套利用本领域所公知的技术通常是通过热密封制成的。

为了保证至少15年的使用期，根据本发明的板优选包含一种或多 种吸气剂，即能够化学吸收水分和其它气体的材料。优选使用具有两 种或三种吸气剂的吸气系统，它包含至少一种水分化学吸收剂和至少 一种选自过渡金属氧化物(主要具有吸收氢气、CO和碳氢化合物的功 能)和基于钡和锂的合金(主要具有氮吸收功能)。申请人以 COMBOGETTER的商标销售了各种这样的吸气系统，其中在特定的系统 中包含水份吸收剂(sorber)和基于钡和锂的合金粉末，这在专利 EP-B-769117中有描述；并且吸气系统包含水份吸收剂和过渡金属氧 化物，并可选择添加了基于钡和锂的合金粉末，这在EP-A-757920的 专利申请中有说明。

板的厚度h必须是这样的，从而板可以弯曲而不会损害其整体性。 这个特性既依赖于板的填充材料也依赖于所期望的用途。通常已知的 是，可以通过在其不同的位置中施加力来使平面柔性体弹性变形以使 它弯曲；所述力于其厚度的立方直接成比例并且于所要求的弯曲半径 成反比，并且对于每种材料而言根据其机械性能具有不同的比例系数。 根据这个关系，通过对具有特定厚度的初始为平面的板施加不断增加 的力来获得曲率的增加。但是，如果该板受到过大的力，它会裂开。 在确定在特定用途中采用特定板的可能性的最重要的参数是h/r比， 其中h为板厚度，并且r为曲线C′(它形成主体1的横断面)的弯曲半 径：参照图4，根据本发明的板必须是这样，在曲线C′的每个点中， 对于每种填充材料而言比值h/r不大于给定数值。已经发现比值h/r 的这个最大数值对于聚氨基甲酸乙酯硬质泡沫而言大约为0.20，对于 聚苯乙烯泡沫的板而言大约为0.18并且对于粉末填充材料而言大约 为0.10。作为实际的实施例，要卷绕在其最小弯曲半径大约为50mm 的主体上的具有填充聚氨基甲酸乙酯泡沫的板可以具有大约10mm的 最大厚度。可以通过对通常用来生产这种已知平板的厚板进行水平(于 该板的主要表面平行)切割来获得具有这种厚度的聚氨基甲酸乙酯泡 沫板。或者，根据本领域公知的程序通过压缩降低所述板的厚度。

在图4中所示的板适用于在圆柱体的弯曲侧壁S′上至少卷绕两次； 因此所述板的两个主要的相对侧面具有长矩形形状，并且具有侧边l1 和l2。这些尺寸中的一个(在该图的例子的l2)大约是曲线C′长度的两 倍，从而可以在所要绝热的主体上缠绕至少两圈。相反，侧边l1等于 所要绝热的主体的长度L，或者等于主体长度的一个因数 (submultiple)；事实上，如在图5中所示一样，除非主体1具有过 大的尺寸主体的热绝缘可以用一块板2来制做；或者如在图6中所示 一样，如果尺寸L较大(例如，如果主体1是管子)，则优选用更多并 排设置的板2′、2″、2来进行主体绝热。

最后，根据本发明的这些板可以设置成可以看到，例如以便使用 于民用的管道绝热。或者，这些板可以设置在间隙内，尤其当在表面 S′与环境之间所要保持的温度差较高的时候；这些条件例如在杜瓦瓶 的用途中、在热水瓶中或在低温管道中或者设置在非常冷的区域例如 北极区域中会出现。在用在间隙中的情况中，板的厚度h除了要满足 上述要求之外还必须不大于间隙厚度的一半。