具体实施方式

本发明受权利要求书保护的系统和方法通过如下方式解决了上述需求：制造具有隔热材料、优选基于气凝胶的隔热材料的独立双壁管段，并且这些管段被设计成在介于约1微米Hg和300微米Hg之间的真空水平下操作。随后将独立模块化管段运输到建筑工地，在该建筑工地中通过联接多个预制真空隔热管段来组装基于气凝胶的真空隔热管道系统。

这种预制模块化管段方法确保每个管段的质量是均匀且一致的，包括每个管段的构造以及每个管段内的真空系统。由于每个管段的真空下拉发生在车间制造设施中，因此现场安装或组装真空隔热管道系统所花费的时间量以及相关联的现场安装成本和风险得以最小化。具体地说，消除了与处理隔热材料(诸如本领域的气凝胶隔热材料)相关联的成本和风险，以及与本领域的真空下拉相关联的时间和设备。

现在转向图，并且具体地讲转向图1至图4，示出了模块化真空隔热管系统100和模块化真空隔热管段10的不同视图。模块化真空隔热管段10包括具有外表面14和内表面16的外部导管12以及同心地设置在外部导管10内的内部导管22。内部导管22还具有外表面23和内表面24。内部导管22和外部导管12之间的同心布置限定了内部导管的外表面23和外部导管12的内表面16之间的隔热空间20。也沿着隔热空间20内的管段10的长度设置的一个或多个树脂浸渍的纤维支承件28是优选的，该一个或多个树脂浸渍的纤维支承件28被构造成提供管段10的结构完整性并且维持内部导管22和外部导管12之间的间距。在一些实施方案中，膨胀波纹管25或其它装置允许导管相对于其它导管热致收缩和/或膨胀。

隔热材料30，诸如气凝胶隔热材料，也优选地设置在隔热空间20中。优选的隔热材料30为基于金属氧化物的气凝胶材料，诸如二氧化硅气凝胶。气凝胶隔热材料可以固体整体形式或作为合并纤维絮片的复合气凝胶毯供应。另选地，预期使用气凝胶复合毯和气凝胶材料的组合。气凝胶材料和气凝胶毯均具有高度期望的特性，包括低密度和非常低的热导率。在大于约10微米Hg的压力下，气凝胶隔热材料的热导率优选地等于或小于3mW/mK。

如果将气凝胶颗粒用作隔热介质，则气凝胶颗粒优选地具有介于约0.05g/cm³至约0.15g/cm³之间的密度，并且具有优选至少约200m²/g的表面积。优选的气凝胶颗粒还具有介于约0.5mm至约5mm之间的平均直径。气凝胶毯还具有低密度和非常低的热导率的期望特性。在此类气凝胶毯中，根据应用，可通过将气凝胶与纤维诸如聚酯、玻璃纤维、碳纤维、二氧化硅或石英纤维混合而将气凝胶合并成毯形式。接着将复合气凝胶/纤维毯以一系列层形式紧密地包裹在内管周围。在此分层构造中，还可能通过使低辐射率材料(通常为抛光金属，诸如铜或铝)的薄片交错来提供辐射罩32。

现在转向图1、图5、图6A和图6B，模块化真空隔热管段10还包括在内部导管22的每个端部处的联接布置40。图5所示的图示联接布置40包括内部导管22的第一突出端部52和设置在内部导管22的另一端部上的对应突出端部54。端帽55附接到外部导管12的每个端部并且附接到内部导管的靠近此种端部的外表面，以密封隔热空间20，其中内部导管22的突出端部52、54延伸经过端帽55。联接布置40的另选的实施方案大体在图6A和图6B中示出为卡口接头的示例，该卡口接头包括设置在内部导管22的第一端部上的突出段62和设置在内部导管22的第二端部或其它端部上的对应接收段66。在两个相邻模块化真空隔热管段10的接合点60处，连接的管段的环形空间之间在此处存在间隙，可优选地使用外部隔热材料，诸如永久性或可移除的固体隔热盖50或中间真空罐，以包围联接的管段10并进一步使其隔热，如图1大体所描绘。

在图6A和图6B所描绘的另选的联接布置40中，突出段62具有被构造成可密封地接合内部导管22的近侧端部63和从内部导管22的第一端部轴向延伸的远侧端部64。突出段62还具有密封凸缘65，该密封凸缘65被构造成用于密封隔热空间20的靠近内部导管22的第一端部的一个端部。接收段66设置在内部导管22的第二端部或其它端部上。接收段66还具有近侧端部67和轴向延伸到内部导管22中的远侧端部68。接收段66还包括另一个密封凸缘69，该密封凸缘69被构造成用于密封隔热空间20的靠近内部导管22的第二端部的另一端部。

突出段62还限定从突出段62的远侧端部64到内部导管22的内部的第一流动路径，而接收段66限定从其远侧端部68到内部导管22的内部的第二流动路径。接收段66的近侧端部67被构造成接收另一个模块化真空隔热管段的突出段。同样，突出段62的远侧端部64被构造成接合另一个模块化真空隔热管段的接收段。鉴于第一流动路径和第二流动路径，低温流体可从第一模块化真空隔热管段自由流动到相邻且配合的第二模块化真空隔热管段，并且继续流动到另一个相邻且配合的第三模块化真空隔热管段，以此类推。

当隔热空间被密封并用合适的隔热材料30(诸如气凝胶隔热材料)填充时，通过经由真空口33真空泵送隔热空间20，在隔热空间20内产生适度的真空，优选地至1000微米Hg以下的压力、更优选地至300微米Hg以下的压力、并且最优选地至约100微米Hg的压力。当模块化真空隔热管段10未被真空泵送时，具有O形环密封件44的插塞43可密封地设置到真空口33中。真空口33可任选地包括隔离阀36和真空压力计38，如图2所描绘。当模块化真空隔热管段10正在被真空泵送时，真空连接器72与真空口33接合。真空泵70连同真空计74和微粒过滤器76经由真空连接器72连接到模块化真空隔热管段10的真空口33。

在模块化真空隔热管段的制造期间，吹扫并冷却容纳气凝胶的隔热空间。在吹扫过程中，最初使用真空泵布置(示出为真空连接器72、具有真空计74的真空泵70和微粒过滤器76)来将隔热空间抽空到低于约1000微米Hg的压力、并且更优选地介于100微米Hg和1000微米Hg之间的压力，以便去除气凝胶材料中的任何水分或重烃。接着，容纳气凝胶的隔热空间经历至少一个吹扫循环，该至少一个吹扫循环包括加压步骤和减压步骤。加压步骤优选地包括经由配备有另一个隔离阀45和真空压力计48的另一个口将能够冷凝的气体诸如二氧化碳气体引入到密封且容纳气凝胶的隔热空间中。可在加压步骤期间使用的其它能够冷凝的气体包括一氧化二氮、氮气、氧气和氩气。加压步骤可以是高达外壁的额定压力的压力。减压步骤可使压力降低至介于约100微米Hg至1000微米Hg的范围内。优选地，容纳气凝胶的隔热空间经历至少两个此类加压和减压循环，并且可经历最多十个此类循环。优选地，在最后的减压循环之后，容纳气凝胶的隔热空间的最终压力在约100微米Hg至1000微米Hg的范围内。任选地，在此类循环期间也可使用外部热源(未示出)加热模块化真空隔热管段以加速能够冷凝的气体的脱气和解吸。

在操作中，由于低温液体流过内部导管，因此内部导管的外表面被冷却至小于约190开尔文的温度。合适的低温液体包括液氮、液氧、液氩和液化天然气或其它低温液体。当内部导管的外表面被冷却至处于或低于能够冷凝的气体在常压下的凝固点的温度时，能够冷凝的气体(例如二氧化碳)将迁移到冷却表面并冻结，从而进一步降低隔热空间中的压力。这样，模块化真空隔热管段在操作期间的真空压力下降到小于10微米Hg的压力，并且优选地下降到介于1微米Hg和5微米Hg之间的最终操作真空压力。

模块化真空隔热管段的优选长度小于约100英尺长，以有利于容易地储存并随后运输到建筑工地，以用于组装包括多个上述模块化真空隔热管段的真空隔热管系统或布置。

虽然已通过参照一个或多个优选实施方案讨论了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书描述的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行多种改变和省略。