包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构及使用方法
阅读说明：本技术 包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构及使用方法 (Low temperature vacuum multi-layer thermal insulation structures comprising aerogel materials and methods of use ) 是由 谈辉 应秀捷 张芷毓 于 2021-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构及使用方法,该绝热结构包括导热阻隔层和热辐射反射层；所述的导热阻隔层包括气凝胶绝热材料和绝热密封材料,绝热密封材料包裹气凝胶绝热材料；所述的热辐射反射层复合在导热阻隔层的外侧,热辐射反射层包括n层反射材料和n-1层间隔材料,n为大于或等于2的整数,反射材料和间隔材料交错叠合。本发明涉及的包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构利用气凝胶绝热材料替代传统多层绝热材料,因气凝胶材料的导热系数更低,降低了固体导热并拉开温区,在不增加整体绝热系统厚度前提下,提高了绝热性能并提高了施工效率；同时,对夹层的抽空效果有所提高,更进一步提高了整体的绝热性能。(The invention discloses a low-temperature vacuum multi-layer heat insulation structure containing aerogel materials and a using method, wherein the heat insulation structure comprises a heat conduction blocking layer and a heat radiation reflecting layer; the heat-conducting blocking layer comprises an aerogel heat-insulating material and a heat-insulating sealing material, and the heat-insulating sealing material wraps the aerogel heat-insulating material; the heat radiation reflecting layer is compounded on the outer side of the heat conduction blocking layer and comprises n layers of reflecting materials and n-1 layers of spacing materials, n is an integer larger than or equal to 2, and the reflecting materials and the spacing materials are overlapped in a staggered mode. The low-temperature vacuum multi-layer heat insulation structure containing the aerogel material replaces the traditional multi-layer heat insulation material with the aerogel heat insulation material, and the heat conductivity coefficient of the aerogel material is lower, so that the solid heat conduction is reduced, a temperature area is opened, the heat insulation performance is improved and the construction efficiency is improved on the premise of not increasing the thickness of the whole heat insulation system; meanwhile, the evacuation effect on the interlayer is improved, and the overall heat insulation performance is further improved.)
技术领域
本发明涉及真空绝热深冷压力容器的绝热技术领域，尤其涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构及使用方法。
背景技术
低温液体的储存的应用离不开绝热技术，目前的真空多层绝热已经能满足液氮等温区的绝热要求，如中国专利CN204284798U中公开了一种低温多层绝热结构，在低温绝热纸的上表面设有凸起后与反射屏交错叠合，能够降低反射屏与绝热纸间的热传导，提高保温隔热性能。再如中国专利CN103277630A中公开了一种变密度配置的多层低温绝热结构，沿反射屏厚度方向平均分为三个区，每个区有不同的层密度，越靠内侧层密度越小，有效地提高了液氮储罐的绝热性能。
近几年，温度更低的液氢等深冷液体开始受到重视，由于这些低温深冷液体特性对绝热系统的要求更高，目前普遍实施方式是在原有液氮介质绝热结构下重复增加多层结构，虽有一定效果，但材料成本至少为原来的2倍，且施工效率也明显下降。
液氢等深冷液体，靠近内壁的低温区固体导热占比更大，辐射换热占比较小，若能利用这一特点配合先进的绝热材料，则可优化目前的绝热结构，但至今还未有这方面的专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构及使用方法，以解决现有低温绝热结构无法满足液氢等温度更低的深冷液体的储存要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构，其包括导热阻隔层和热辐射反射层；所述的导热阻隔层包括气凝胶绝热材料和绝热密封材料，绝热密封材料包裹气凝胶绝热材料；所述的热辐射反射层复合在导热阻隔层的外侧，热辐射反射层包括n层反射材料和n-1层间隔材料，n为大于或等于2的整数，反射材料和间隔材料交错叠合。
优选地，所述的导热阻隔层和热辐射反射层之间通过胶带粘结。
优选地，所述的气凝胶绝热材料的厚度为7~12mm，密度为170~200 kg/m3。
优选地，所述的绝热密封材料为聚酰亚胺薄膜。
优选地，所述的间隔材料为玻璃纤维纸，克重为10~14g/m2，厚度小于0.06mm。
优选地，所述的反射材料为铝箔金属材料，厚度为0.0055~0.0075 mm。
优选地，所述的铝箔金属材料上开设有圆孔。圆孔的设置便于后期绝热储罐内外罐之间夹层的抽真空。
优选地，所述的间隔材料和反射材料通过玻璃纤维线固定。
优选地，所述的气凝胶绝热材料由气凝胶和玻璃纤维毡压制而成。
本发明还涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构的使用方法，其包括以下步骤：
1）用绝热密封材料包裹气凝胶绝热材料，形成导热阻隔层；
2）通过玻璃纤维线将交错叠合的n层反射材料和n-1层间隔材料缝合在一起，形成热辐射反射层；
3）将导热阻隔层包裹在绝热储罐的内罐的外侧；
4）将热辐射反射层包裹在导热阻隔层的外侧，并用胶带将热辐射反射层和导热阻隔层粘结在一起；
5）在包裹有热辐射反射层和导热阻隔层的内罐外设置外罐，内罐和外罐之间形成夹层空间，对夹层空间进行抽真空处理。
与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有以下技术效果：
1.本发明涉及的包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构利用气凝胶绝热材料替代传统多层绝热材料，因气凝胶绝热材料的导热系数更低，降低了固体导热并拉开温区，在不增加整体绝热系统厚度前提下，提高了绝热性能并提高了施工效率；同时，对夹层的抽空效果有所提高，更进一步提高了整体的绝热性能。
2.本发明涉及的包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构在气凝胶绝热材料的外侧包裹绝热密封材料，在低温高真空环境下，防止了气凝胶颗粒从基体上脱落，且具有透气性能，增加绝热结构的寿命。
附图说明
图1为包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构的结构示意图。
其中：1-气凝胶绝热材料、2-绝热密封材料、3-间隔材料、4-反射材料、5-玻璃纤维线。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
实施例1
参照附图1所示，本发明涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构，其包括导热阻隔层和热辐射反射层。
所述的导热阻隔层包括气凝胶绝热材料1和绝热密封材料2。所述的气凝胶绝热材料1是由气凝胶和玻璃纤维毡复合而成的绝热材料，具体复合方式为：气凝胶和玻璃纤维毡通过压制的方式实现相互粘结，另外，通过加热压制的方式可提高气凝胶和玻璃纤维毡相互粘结的水平；气凝胶绝热材料1的厚度为7mm，密度为170~200 kg/m3，其常温导热系数小于0.05 W/m.k。所述的绝热密封材料2为聚酰亚胺薄膜，与氧兼容，其在低温高真空环境下保护气凝胶不会出现脱毡现象，同时具有透气性能，以便发挥气凝胶在真空状态下的最佳绝热性能。
所述的热辐射反射层复合在导热阻隔层的外侧，热辐射反射层包括n层反射材料4和n-1层间隔材料3，反射材料4和间隔材料3交错叠合，本实施例中，n为4。所述的反射材料4为铝箔金属材料，厚度为0.0055mm，铝箔金属材料上开设有圆孔，便于后期夹层空间抽真空；所述的间隔材料3为玻璃纤维纸，克重为10g/m2，厚度小于0.06mm，具体为0.06mm。间隔材料3和反射材料4通过玻璃纤维线5固定。
上述包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构用于绝热储罐中，其使用方法包括以下步骤：
1）用绝热密封材料2包裹气凝胶绝热材料1，形成导热阻隔层；
2）通过玻璃纤维线5将交错叠合的n层反射材料4和n-1层间隔材料3缝合在一起，形成热辐射反射层，其中，n为4；
3）将导热阻隔层包裹在绝热储罐的内罐的外侧；
4）将热辐射反射层包裹在导热阻隔层的外侧，并用胶带将热辐射反射层和导热阻隔层粘结在一起；
5）在包裹有热辐射反射层和导热阻隔层的内罐外设置外罐，内罐和外罐之间形成夹层空间，对夹层空间进行抽真空处理。
上述绝热结构通过气凝胶绝热材料1的导热系数更低的特性，降低固体导热并拉开温区，在不增加整体绝热系统厚度前提下，提高绝热性能。
实施例2
参照附图1所示，本发明涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构，其包括导热阻隔层和热辐射反射层。
所述的导热阻隔层包括气凝胶绝热材料1和绝热密封材料2。所述的气凝胶绝热材料1是由气凝胶和玻璃纤维毡复合而成的绝热材料，具体复合方式为：气凝胶和玻璃纤维毡通过压制的方式实现相互粘结，另外，通过加热压制的方式可提高气凝胶和玻璃纤维毡相互粘结的水平；气凝胶绝热材料1的厚度为9mm，密度为170~200 kg/m3，其常温导热系数小于0.05 W/m.k。所述的绝热密封材料2为聚酰亚胺薄膜，与氧兼容，其在低温高真空环境下保护气凝胶不会出现脱毡现象，同时具有透气性能，以便发挥气凝胶在真空状态下的最佳绝热性能。
所述的热辐射反射层复合在导热阻隔层的外侧，热辐射反射层包括n层反射材料4和n-1层间隔材料3，反射材料4和间隔材料3交错叠合，本实施例中，n为4。所述的反射材料4为铝箔金属材料，厚度为0.0075mm，铝箔金属材料上开设有圆孔，便于后期夹层空间抽真空；所述的间隔材料3为玻璃纤维纸，克重为12g/m2，厚度小于0.06mm，具体为0.04mm。间隔材料3和反射材料4通过玻璃纤维线5固定。
该实施例涉及的包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构的使用方法与实施例1相同，本实施例不再阐述。
实施例3
参照附图1所示，本发明涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构，其包括气凝胶绝热材料1、间隔材料3和反射材料4。
参照附图1所示，本发明涉及一种包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构，其包括导热阻隔层和热辐射反射层。
所述的导热阻隔层包括气凝胶绝热材料1和绝热密封材料2。所述的气凝胶绝热材料1是由气凝胶和玻璃纤维毡复合而成的绝热材料，具体复合方式为：气凝胶和玻璃纤维毡通过压制的方式实现相互粘结，另外，通过加热压制的方式可提高气凝胶和玻璃纤维毡相互粘结的水平；气凝胶绝热材料1的厚度为12mm，密度为170~200 kg/m3，其常温导热系数小于0.05 W/m.k。所述的绝热密封材料2为聚酰亚胺薄膜，与氧兼容，其在低温高真空环境下保护气凝胶不会出现脱毡现象，同时具有透气性能，以便发挥气凝胶在真空状态下的最佳绝热性能。
所述的热辐射反射层复合在导热阻隔层的外侧，热辐射反射层包括n层反射材料4和n-1层间隔材料3，反射材料4和间隔材料3交错叠合，本实施例中，n为4。所述的反射材料4为铝箔金属材料，厚度为0.0065mm，铝箔金属材料上开设有圆孔，便于后期夹层空间抽真空；所述的间隔材料3为玻璃纤维纸，克重为14g/m2，厚度小于0.06mm，具体为0.04mm。间隔材料3和反射材料4通过玻璃纤维线5固定。
该实施例涉及的包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构的使用方法与实施例1相同，本实施例不再阐述。
效果例
试验中，将10mm厚的气凝胶绝热材料利用聚酰亚胺膜密封，并对表面进行透气性处理形成导热阻隔层，替代相应厚度的传统绝热材料包裹在内罐体表面，随后利用铝箔胶带粘接固定传统绝热材料，传统绝热材料为0.058mm厚的玻璃纤维纸与0.0065mm厚的铝箔交替复合并利用玻璃纤维线固定。内、外罐体套合后夹层抽真空，内罐体加注低温液体后，冷态真空度低于5*10-3Pa，连接质量流量计，根据GB/T 18443.5《真空绝热深冷设备性能试验方法 第5部分：静态蒸发率测量》要求进行静态蒸发率测试，计算后得到整体结构的表观比热流数据。
整个试验保证与传统绝热结构具有相同的厚度，及相同的测试过程。经过测试，包含气凝胶材料的低温真空多层绝热结构的表观比热流较同厚度的传统绝热结构可降低30%，在不增加材料厚度的情况下，提高了绝热性能。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。
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