一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構的製作方法

2023-07-23 05:04:41 2

專利名稱：一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫儲運裝備用的高真空絕熱結構，特別是一種低溫下可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構。
背景技術：
高真空多層絕熱是低溫儲運裝備中常用的高效絕熱方法，其結構原理是將反射材料和隔熱材料交替組合的多層絕熱材料放置設在真空夾套內，真空夾套和其中的多層絕熱材料形成一個完整的高真空多層絕熱結構，其包覆在低溫殼體外，可以最大程度地限制熱量通過傳導、對流、輻射三種途徑傳遞，在低溫技術領域中得到了廣泛的應用。為了確保絕熱性能，夾套內被抽至優於10_2Pa的高真空，並需要在很長的一段時間內維持這個真空度。由於外界環境中的氣體會緩慢漏入真空夾套，以及夾套和多層材料 等在長期的真空狀態下也會緩慢釋放氣體(其中包括大量氫氣)，導致夾套內真空的逐漸喪失，因此，必須要在真空夾套中放置吸附劑，以保持真空壽命。常用的吸附劑為分子篩或者活性炭，放置在真空夾套低溫側，即靠近保溫產品，遠離外界的一側，用以吸收空氣、水分及大分子氣體。然而普通的吸附劑並不能吸附小分子的氫氣，夾套、低溫殼體等金屬材料緩慢釋放的氫氣會積聚起來，逐漸成為影響真空度的主要因素。為了吸附材料緩慢釋放的氫氣，低溫儲運裝備往往還需要吸氫劑，常用的吸氫劑為氧化鈀，通過氧化鈀與氫的反應生成鈀和水，而水又可以被分子篩吸附，從而維持夾套的高真空。由於吸附劑與氫氣發生了化學反應，因此這種吸附作用是不可再生的。所放置的吸氫劑僅能在有限的真空壽命期間起到作用，當到達真空壽命極限，裝備需要修復真空的時候，必須同時更換吸氫劑氧化鈀，因此真空壽命的維護成本大大增加。活性炭對氫氣具有一定的吸附作用，已有技術中，申請號為200910241778. O和申請號為02117915. 8的專利中均提到了活性炭微球或超級活性炭吸附和儲存氫氣的能力。申請號為03116601.6的專利提出了一種具高真空絕熱間隔材料，採用30%的活性炭與70%的玻璃纖維混合，具有良好的吸附性能。然而，國際標準和法規中要求，對於某些儲運沸點低於_182°C的低溫液體的容器，為了避免夾套真空喪失情況下，富氧環境可能與夾套內的材料發生危險反應，其所使用的材料應與氧介質兼容且為阻燃型，而現有的活性炭通常為顆粒狀，使本身就具有易燃性的活性炭的燃燒性能增加。因此具有易燃燒性能的活性炭在低溫容器中作為吸附劑或者作為絕熱材料使用受到限制，尤其是液氧容器，禁止直接使用活性炭作為夾套內的吸附劑。因此，有必要研發一種可有效吸附氫氣、阻燃的絕熱結構。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構，在確保絕熱性能的基礎上，還能有效吸附氫氣並具有阻燃性。本發明提供一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構，其設置在真空夾套中，其特徵在於該絕熱結構包括外絕熱組合層和內吸附組合層，該外絕熱組合層由多層反射層和玻璃纖維紙交替組成，或由多層反射層和化學纖維紙交替組成，該內吸附組合層由多層反射層、填炭玻璃纖維紙及化學纖維紙層疊地構成，該填炭玻璃纖維紙是由粉末狀活性炭與玻璃纖維混合後製成，該填炭玻璃纖維紙中活性炭的含量不超過25%。本發明的有益效果在於，本發明主要通過填炭玻璃纖維紙中的活性炭吸附氫氣，且由於活性炭為粉末狀且與玻璃纖維混合後製成層狀結構，因此，與現有的顆粒狀活性炭相比，具有較好的阻燃效果。


圖I是本發明的可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構的結構示意圖。圖2是本發明中的一種外絕熱組合層的結構示意圖。
圖3是本發明中的另一種外絕熱組合層的結構示意圖。圖4是本發明中的中間吸附組合層的結構示意圖。圖5是本發明中的內吸附組合層的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。本發明可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構可用於包覆絕熱的低溫殼體，該外絕熱組合層靠近外界環境，該內吸附組合層靠近該絕熱的低溫殼體。在本發明中定義靠近絕熱的低溫殼體的一側為內側，相反的一側為外側。如圖I至圖5所示，本發明可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構包括外絕熱組合層
I、中間吸附組合層2和內吸附組合層3，三者夾設在真空夾套(未示出)中，並由外到內包覆在絕熱的低溫殼體外，其中外絕熱組合層I靠近外界環境，內吸附組合層3靠近絕熱的低溫殼體。外絕熱組合層I由反射層4和玻璃纖維紙5交替組成(如圖2所示)，或由反射層4和化學纖維紙(絲網)6交替組成(如圖3所示)，從而可保證絕熱結構在外部遇到明火時不會燃燒，且具有良好的絕熱性能。其中玻璃纖維紙5或化學纖維紙(絲網)6的兩側幅寬應比反射層4的幅寬各多出3 5mm，以避免在絕熱的低溫殼體外包紮時反射層相互接觸發生短路。本發明中使用鋁箔作為反射層，以更好的確保結構的阻燃性，且優選為反射層位於外絕熱組合層I的最外層，使得絕熱和阻燃效果更佳。中間吸附組合層2由反射層4、填炭玻璃纖維紙7及化學纖維紙(絲網)6層疊地構成。其中，填炭玻璃纖維紙7是由粉末狀活性炭與玻璃纖維混合後製成，其中的粉末狀活性炭具有吸附氫氣的能力，且由於活性炭呈粉末狀分散地分布，與現有的顆粒狀聚集的活性炭相比，可燃或助燃的性能減弱，但整體的吸附氫氣的能力並不受影響，若設置多層填炭玻璃纖維紙7，還能大大提高吸附氫氣的能力。然而，當填炭玻璃纖維紙中活性炭含量過高時，在富氧環境下具有可燃或助燃的性能。因此，優選為，所使用的填炭玻璃纖維紙中活性炭的含量不超過25%，從而確保與氧介質兼容。
在本發明中，如圖3所示，中間吸附組合層2由兩層反射層4、兩層化學纖維紙(絲網)6、六層填炭玻璃纖維紙7共十層交替組成，其中順序採用一層反射層4、兩層填炭玻璃纖維紙7、一層化學纖維紙(絲網)6、兩層填炭玻璃纖維紙7、一層化學纖維紙(絲網)6、兩層填炭玻璃纖維紙7、一層反射層4，共十層交替組合。中間吸附組合層2最外側的材料均為鋁箔形式的反射層4，以避免填炭玻璃纖維紙7中的活性炭粉末散落。內吸附組合層3由反射層4、填炭玻璃纖維紙7及化學纖維紙(絲網)6層疊地構成。在本發明中，如圖4所示，內吸附組合層3由兩層反射層4、兩層化學纖維紙(絲網)6、九層填炭玻璃纖維紙7共十三層交替組成，其組合順序採用一層反射層4、三層填炭玻璃纖維紙7、一層化學纖維紙(絲網)6、三層填炭玻璃纖維紙7、一層化學纖維紙(絲網)6、三層填炭玻璃纖維紙7、一層鋁箔4，如此交替多層組合。內吸附組合層3的最內層與絕熱的低溫殼體(未示出)相接觸的材料為鋁箔形式的反射層4，以避免填炭玻璃纖維紙7中的活性炭粉末散落，且可在內吸附組合層3加熱再生時提高效率。中間吸附組合層2和內吸附組合層3在低溫下具有吸附氫氣的能力，且可保證低 溫下的隔熱性能，發揮不同材料間高接觸熱阻、低熱導率的隔熱性能。中間吸附組合層2和內吸附組合層3中所用的每層絕熱材料均根據絕熱的低溫殼體包紮尺寸的需要單獨裁剪，優選地，使填炭玻璃纖維紙7或化學纖維紙(絲網)6的兩側幅寬比反射層4的幅寬各多出3 5mm0由於在靠近低溫殼體處累積的氫氣比較多，而越靠近外絕熱組合層I處的氫氣量越少，因此，優選地設計為，內吸附組合層的層數大於中間吸附組合層的層數，從而能夠合理地利用具有不同層數的吸附組合層來吸附不同量的氫氣，進而降低絕熱結構的成本。
另外，絕熱結構中所用的材料上可均勻設有開孔或縫，在本實施例中為開孔8，以此在抽真空時氣體能夠從開孔中快速散出，確保真空夾套的絕熱材料層間的真空度。絕熱結構中材料的層數不受限制，在外絕熱組合層中，反射層4、玻璃纖維紙5和化學纖維紙(絲網)6的層數越多，隔熱效果越高。優選的，當該可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構的總層數為100層左右時，即可獲得優良的低溫隔熱效果，大幅度減少低溫儲運裝備的漏熱量，其中，絕熱結構優選為由30 40層反射材料和40 60層隔熱材料間隔組合，隔熱材料採用上述的玻璃纖維紙、填炭玻璃纖維紙、化學纖維紙或各種纖維絲網等。當絕熱結構所處真空夾套真空度< KT2Pa時，該多層絕熱結構在液氮溫度下的表觀熱導率優於 9. 5Xl(T5W/m · K。本發明的可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構中的外絕熱組合層I和中間吸附組合層2均可在機械化流水線上疊合、打孔，並按一定數量要求縫製成絕熱被的形式，以絕熱被的形式包紮在絕熱的低溫殼體外表面，可避免手工纏繞的不利影響，獲得更加穩定、優良的低溫絕熱性能。在絕熱結構的使用過程中，中間吸附組合層和內吸附組合層依次靠近需要絕熱的殼體，當在殼體加注了低溫介質之後，中間吸附組合層和內吸附組合層會吸附外界滲入夾套內的，以及夾套內材料釋放出的氣體，尤其是氫氣。隨著夾套真空壽命達到極限，當需要修復夾套真空度的時候，利用內加熱置換的方法，可以使得中間吸附組合層和內吸附組合層釋放所吸附的氫氣，並通過置換和抽空的方法將氣體從夾套內抽除，使得中間吸附組合層和內吸附組合層再次具備吸附氫氣的能力，如此可反覆多次使用。
另外，由於本發明的高真空多層絕熱結構有良好的吸附氫氣的效果，因此可用於液氫容器的絕熱運輸，能夠吸附由於內容器微量洩漏而進入真空夾套的氫氣，從而提高真空夾套的真空度，提高絕熱性能。經過申請人研究發現，當該可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構僅採用上述的外絕熱組合層和內吸附組合層層數時，即可明顯達到吸附氫氣的效果，可減少傳統高真空多層絕熱容器中三分之二的氧化鈀用量。因此，本發明的可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構可僅具有外絕熱組合層和內吸附組合層，即可實現吸附氫氣及阻燃的目的。當該高真空多層絕熱結構採用上述實施例中的外絕熱組合層、中間吸附組合層和內吸附組合層時，即可完全達到傳統高真空多層絕熱容器中氧化鈀的吸氫效果，可作為氧化鈀的替代材料。由於吸附組合層可以反覆使用，因此可減少吸附劑的用量，甚至避免使用吸附劑，從而降低絕熱材料成本和真空壽命的維護成本。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本 發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構，其設置在真空夾套中，其特徵在於該絕熱結構包括外絕熱組合層和內吸附組合層，該外絕熱組合層由多層反射層和玻璃纖維紙交替組成，或由多層反射層和化學纖維紙交替組成，該內吸附組合層由多層反射層、填炭玻璃纖維紙及化學纖維紙層疊地構成，該填炭玻璃纖維紙是由粉末狀活性炭與玻璃纖維混合後製成，該填炭玻璃纖維紙中活性炭的含量不超過25%。
2.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該外絕熱組合層為一層反射層和一層玻璃纖維紙交替地堆疊而成，或一層反射層和一層化學纖維紙交替地堆疊而成。
3.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該內吸附組合層中，該反射層的層數不少於2層，該填炭玻璃纖維紙不少於9層，該化學纖維紙不少於3層。
4.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該內吸附組合層由外向內依次包括一層反射層、三層填炭玻璃纖維紙、一層化學纖維紙、三層填炭玻璃纖維紙、一層化學纖維紙、三層填炭玻璃纖維紙、一層反射層。
5.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該內吸附組合層的最內層為反射層。
6.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該反射層的材料為鋁箔。
7.根據權利要求I所述的絕熱結構，其特徵在於該絕熱結構中所用的材料上均勻設有開孔或縫。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的絕熱結構，其特徵在於該絕熱結構還包括夾設在所述外絕熱組合層與內吸附組合層之間的中間吸附組合層，該中間吸附組合層由多層反射層、填炭玻璃纖維紙及化學纖維紙層疊地構成。
9.根據權利要求8所述的絕熱結構，其特徵在於該中間吸附組合層中，該反射層的層數不少於2層，該填炭玻璃纖維紙不少於6層，該化學纖維紙不少於3層。
10.根據權利要求8所述的絕熱結構，其特徵在於該中間吸附組合層由外向內依次包括一層反射層、兩層填炭玻璃纖維紙、一層化學纖維紙、兩層填炭玻璃纖維紙、一層化學纖維紙、兩層填炭玻璃纖維紙、一層反射層。
11.根據權利要求8所述的絕熱結構，其特徵在於該內吸附組合層中材料的層數大於中間吸附組合層中材料的層數。
全文摘要
一種可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構，其設置在真空夾套中，其特徵在於該絕熱結構包括外絕熱組合層和內吸附組合層，該外絕熱組合層由多層反射層和玻璃纖維紙交替組成，或由多層反射層和化學纖維紙交替組成，該內吸附組合層由多層反射層、填炭玻璃纖維紙及化學纖維紙層疊地構成，該填炭玻璃纖維紙是由粉末狀活性炭與玻璃纖維混合後製成，該填炭玻璃纖維紙中活性炭的含量不超過25％。該可吸附氫氣的高真空多層絕熱結構在確保絕熱的基礎上，還具有良好的吸附能力，且整個結構可保證阻燃性。
文檔編號F16L59/08GK102788227SQ20111012943
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者汪榮順, 魏蔚 申請人:張家港中集聖達因低溫裝備有限公司