多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構的製作方法

2023-10-07 15:48:34

專利名稱：多種材料複合的阻燃型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，特別是一種多種材料複合 的阻燃型高真空多層絕熱結構，該結構具有良好的低溫隔熱性能和阻燃性。屬於 低溫工程與低溫技術領域。
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，其結構原理是將高反 射率的金屬薄膜和低熱導率的間隔材料交替放置設在真空夾套內，通常採用幾十 個反射層和間隔層的交替組合。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，可以最大程度地限制熱量通過導熱、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。
當夾套內被抽至《10—2Pa的高真空，且絕熱材料合理開孔(縫)時，熱量通過 對流的傳遞已基本為零，多層絕熱結構主要用於遏制熱量通過導熱和輻射兩種途 徑的傳遞。由於在低溫工程中應用高真空多層絕熱結構時，絕熱結構兩側的溫差 往往在15(TC以上，而多層絕熱結構的厚度不超過50mm，因此在多層絕熱結構中 間存在著較大的溫度梯度，尤其是絕熱結構的低溫側，相鄰兩反射層之間的溫差 在l(TC以上。
低溫工程中可普及應用的幾種多層絕熱材料中，不同的反射材料和隔熱材料有 不同的反射率和熱導率；而即使是同一種材料，其在不同的溫度下所表現的反射 率或熱導率也不同；且由於受表面粗糙度和材料之間帖服程度的影響，多層絕熱 結構中任意兩層之間的接觸熱阻也會因材料不同而變化。因此，合理選擇反射層 和隔熱材料的組合及相對位置，使得不同材料在不同溫度區間內最大程度地發揮 其遏制熱量傳遞的能力，可以優化高真空多層絕熱結構，減少所用絕熱材料的層 數，提高結構的絕熱性能。
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 了避免夾層真空喪失情況下，富氧環境可能與絕熱材料發生危險反應，其所使用的多層絕熱材料應與氧介質兼容且為阻燃型，因此全部採用雙面鍍鋁膜和纖維紙 (絲網)的易燃類多層絕熱結構使用受限。即使允許使用這類絕熱結構的低溫容 器，製造過程中也有可能因為金屬外殼焊接時的焊渣飛濺而導致絕熱材料的燒毀。 傳統的阻燃型多層絕熱結構，採用單一的反射層材料鋁箔和單一的間隔材料玻璃 纖維紙，即使使用50層反射層和50層間隔材料的組合，多層絕熱結構在低溫下 的漏熱量也往往在1. 5W/m2以上，低溫隔熱性能較差。
己有技術中，申請號為85106548多層絕熱的發明專利和申請號為85106550多 層絕熱系統的發明專利，所採用的反射層材料為單一的鍍有高反射率金屬的聚酯 薄膜，間隔或不間隔顆粒狀塗料；申請號為200510027675. 6 —種低溫絕熱複合納 米材料多層絕熱的低溫殼體的發明專利，所用反射層材料為單一的鍍氧化鋯或氧 化鋁的薄膜，間隔物為納米纖維。上述三項專利均只能採用單一的可燃反射材料 鍍金屬薄膜，且均未提及絕熱結構阻燃性的特點。申請號為89203332. 0縫隙式多 層絕熱結構的發明專利和申請號為200620048082. 8低溫液體容器絕熱結構的實用 新型專利，雖提及反射層採用鋁箔或鍍鋁滌綸膜，間隔層採用纖維紙或布，但未 明確材料種類的匹配方式。所有專利均未提及在同一個多層絕熱結構中使用多種 不同的反射材料和間隔物，以及在不同溫度區間採用不同的多層材料組合，亦未 提及絕熱結構阻燃性的特點。

發明內容
為了克服現有的多層絕熱結構的不足和缺陷，獲得穩定、高效絕熱性能的多層 絕熱結構，同時又能夠充分發揮絕熱材料的隔熱性能和阻燃性能，減少材料使用 的層數，本發明提供了一種多種材料複合的高真空多層絕熱結構，其多層絕熱結 構由30 40層反射材料和40 50層隔熱材料間隔組合。
工程中常用的多層絕熱材料中，鋁箔和玻璃纖維紙是不燃的絕熱材料，雙面鍍 鋁薄膜、化學纖維紙或各種纖維絲網是可燃的絕熱材料，不燃絕熱材料的連續組 合，或一層不燃反射層與一層可燃間隔材料的交替組合均為阻燃結構。本發明中 的絕熱結構中，在高溫側採用鋁箔作為反射層，而在低溫側採用雙面鍍鋁薄膜作 為反射層；隔熱材料同時採用玻璃纖維紙、化學纖維紙或各種纖維絲網等。為了 確保夾層抽真空時絕熱材料層間的真空度，絕熱結構中所用的材料應均勻開孔 (縫)。
本發明是通過下述技術方案實現的。本發明多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構包括高溫側組合、過渡組 合和低溫側組合，其中高溫側組合靠近外界環境，低溫側組合靠近所需絕熱的低 溫殼體，過渡組合夾在兩者之間。
高溫側組合採用一層鋁箔和一層玻璃纖維紙交替組合，可保證絕熱結構在外 部遇到明火時不會燃燒，且可發揮鋁箔在高溫區的良好抗輻射性能；過渡組合採 用一層雙面鍍鋁薄膜與一層玻璃纖維紙交替，或一層鋁箔與一層化學纖維紙(絲 網)交替，或一層雙面鍍鋁薄膜與一層化學纖維紙(絲網)交替組合，絕熱性能 優於全不燃材料；低溫側組合採用一層雙面鍍鋁薄膜、 一層玻璃纖維紙、 一層化 學纖維紙(絲網)、 一層玻璃纖維紙，共四層交替組合，或一層雙面鍍鋁薄膜、一 層化學纖維紙(絲網)、 一層玻璃纖維紙、 一層化學纖維紙(絲網)，共四層交替 組合，可保證低溫下的隔熱性能，發揮雙面鍍鋁薄膜在低溫區的良好抗輻射性能， 以及不同材料間高接觸熱阻、低熱導率的隔熱性能。
低溫側組合相鄰兩層雙面鍍鋁薄膜應確保斷開，避免任意兩層反射層直接接 觸。若本絕熱結構在機械化流水線上縫製成絕熱被後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。 本發明的有益效果在於
1、 多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，外部不燃，整個結構可保證 點燃後離開熱源可自動熄滅的阻燃性，並確保與氧化性介質兼容。
2、 當該阻燃型高真空多層絕熱結構的總層數為70層左右時，即可達到傳統阻 燃型絕熱結構總層數IOO層時的低溫隔熱效果。因此可減少絕熱材料的用量， 降低絕熱材料成本，減少真空夾層間距，在外部尺寸相同時增大低溫容器內部 的有效容積，更有利於移動式低溫儲運裝備的輕量化和容積最大化。
3、 當該阻燃型高真空多層絕熱結構的總層數為90層左右時，即可明顯優於傳 統阻燃絕熱結構總層數IOO層時的低溫隔熱效果，大幅度減少低溫儲運裝備的 漏熱量。當所處夾層真空度《l(TPa時，該多層絕熱結構在液氮溫度下的表觀 熱導率優於9. 5X 10—5 W/m K。


圖1是本發明絕熱結構的組合示意圖。 圖2是本發明高溫測組合的結構示意圖。
圖3是本發明過渡組合的結構示意圖，其中圖a為雙面鍍鋁薄膜與玻璃纖維紙組成的結構，圖b是鋁箔與化學纖維紙組成的結構，雙面鍍鋁薄膜與化學纖 維紙組成的結構。
圖4是本發明低溫側組合的結構示意圖，其中圖a為一層雙面鍍鋁薄膜、 一層玻璃纖維紙、 一層化學纖維紙、再一層玻璃纖維紙組成的結構；圖b是一層 雙面鍍鋁薄膜、 一層化學纖維紙、 一層玻璃纖維紙、再一層化學纖維紙組成的結 構。
圖中，1是高溫側組合、2是過渡組合、3是低溫側組合、4是鋁箔、5是玻 璃纖維紙、6是雙面鍍鋁薄膜、7是化學纖維紙(絲網)。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。
如圖l、圖2、圖3、圖4所示，本發明多種材料複合的阻燃型高真空多層絕 熱結構包括高溫側組合l、過渡組合2和低溫側組合3，由外到內按順序包覆在 絕熱的低溫殼體外，其中高溫側組合1靠近外界環境，低溫側組合3靠近絕熱的 低溫殼體，過渡組合2夾在兩者之間。
高溫側組合1中，由不少於5層的鋁箔4和相同層數的玻璃纖維紙5交替組 成，其中玻璃纖維紙5的幅寬應比鋁箔4的幅寬兩側各多出3 5mm，以避免在絕 熱的低溫殼體外包紮時反射層短路。
低溫側組合3中，由6層雙面鍍鋁薄膜6、 10層玻璃纖維紙5、 5層化學纖維 紙(絲網)7共21層交替組成，或6層雙面鍍鋁薄膜6、 IO層化學纖維紙(絲網) 7、 5層玻璃纖維紙5共21層交替組成。其組合順序採用一層雙面鍍鋁薄膜6、 一 層玻璃纖維紙5、 一層化學纖維紙(絲網)7、 一層玻璃纖維紙5，或一層雙面鍍 鋁薄膜6、 一層化學纖維紙(絲網)7、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學纖維紙(絲 網)7，如此交替多層組合。低溫側組合3最內層與絕熱的低溫殼體相接觸的材料 為雙面鍍鋁薄膜6。
過渡組合2中，由10 20層雙面鍍鋁薄膜6與相同層數的玻璃纖維紙5交替， 或10 20層鋁箔4與相同層數的化學纖維紙(絲網)7交替，或10 20層雙面鍍 鋁薄膜6與相同層數的化學纖維紙(絲網)7交替，多層組合，其中玻璃纖維紙5 或化學纖維紙(絲網)7的幅寬，應比雙面鍍鋁薄膜6或鋁箔4的幅寬兩側各多出 3 5mm，以避免在絕熱的低溫殼體外包紮時反射層短路。當絕熱結構對阻燃性要 求較高而對隔熱性能要求不敏感時，可用高溫側組合1替代過渡組合2。低溫側組合3中所用的每層絕熱材料均應根據絕熱的低溫殼體包紮尺寸的需 要單獨裁剪，除了保證玻璃纖維紙5或化學纖維紙(絲網)7的幅寬比雙面鍍鋁薄 膜6的幅寬兩側各多出3 5mm之外，每一層雙面鍍鋁薄膜6需要搭接時，僅可與 本層接觸，或與相鄰玻璃纖維紙5接觸，避免與其它任意反射層直接接觸。
本發明多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構中的高溫側組合1和過渡 組合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。當低溫側組合3需要縫製成絕熱被時，由於 低溫側絕熱結構中間存在著較大的溫度梯度，相鄰兩反射層之間的溫差在io'c以 上。為避免反射層之間直接接觸，應先將所需數量的絕熱材料疊合、打孔而不縫 制，然後根據包紮尺寸需要裁剪成所需的長度，該長度應留出搭接15 30隨的裕 量；將一層雙面鍍鋁薄膜6、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學纖維紙(絲網)7、 一 層玻璃纖維紙5作為一組，或將一層雙面鍍鋁薄膜6、 一層化學纖維紙(絲網)7、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學纖維紙(絲網)7作為一組，每組在同一方向均錯開 35 50rnm;最後將錯開的低溫側絕熱材料縫製成一條絕熱被，方可用於絕熱的低 溫殼體外表面的包紮。
權利要求
1、一種多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特徵在於包括高溫側組合(1)、過渡組合(2)和低溫側組合(3)，其中高溫側組合(1)採用一層鋁箔(4)和一層玻璃纖維紙(5)交替組合；過渡組合(2)採用一層雙面鍍鋁薄膜(6)與一層玻璃纖維紙(5)交替，或一層鋁箔(4)與一層化學纖維紙(7)交替，或一層雙面鍍鋁薄膜(6)與一層化學纖維紙(7)交替組合；低溫側組合(3)採用一層雙面鍍鋁薄膜(6)、一層玻璃纖維紙(5)、一層化學纖維紙(7)、一層玻璃纖維紙(5)，或一層雙面鍍鋁薄膜(6)、一層化學纖維紙(7)、一層玻璃纖維紙(5)、一層化學纖維紙(7)，共四層交替組合，如此交替組成。
2、 根據權利要求1所述的多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特 徵是所述的高溫側組合(1)中，鋁箔(4)和玻璃纖維紙(5)的層數均不少於5 層；所述的過渡組合(2)中，雙面鍍鋁薄膜(6)和玻璃纖維紙(5)，或鋁箔(4) 和化學纖維紙(7)，或雙面鍍鋁薄膜(6)和和化學纖維紙(7)，其層數均不少於 10層；所述的低溫側組合(3)中，雙面鍍鋁薄膜(6)的層數不少於6層、玻璃 纖維紙(5)不少於10層、化學纖維紙(7)不少於5層，或雙面鍍鋁薄膜(6) 的層數不少於6層、化學纖維紙(7)不少於10層、玻璃纖維紙(5)不少於5層。
3、 根據權利要求1所述的多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特 徵是所述的高溫側組合(1)靠近外界環境，低溫側組合(3)靠近所需絕熱的低 溫殼體，過渡組合(2)夾在兩者之間。
4、 根據權利要求1所述的多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特 徵是所述的低溫側組合(3)最內層與絕熱的低溫殼體接觸的材料為雙面鍍鋁薄膜(6)。
5、 根據權利要求i所述的多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特 徵是所述的低溫側組合(3)中，相鄰兩層雙面鍍鋁薄膜(6)應確保斷開，避免 任意兩層雙面鍍鋁薄膜(6)直接接觸。
6、 根據權利要求1所述的多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，其特 徵是所述的低溫側組合(3)縫製成絕熱被時，將一層雙面鍍鋁薄膜(6)、 一層玻璃纖維紙(5)、 一層化學纖維紙(7)、 一層玻璃纖維紙(5)作為一組，或將一層 雙面鍍鋁薄膜(6)、 一層化學纖維紙(7)、 一層玻璃纖維紙(5)、 一層化學纖維 紙(7)作為一組，每組在同一方向均錯開35 50mm。
全文摘要
多種材料複合的阻燃型高真空多層絕熱結構，屬於低溫工程與低溫技術領域。本發明包括高溫側組合、過渡組合和低溫側組合，高溫側組合採用鋁箔和玻璃纖維紙交替組合；過渡組合採用雙面鍍鋁薄膜與玻璃纖維紙，或鋁箔與化學纖維紙，或雙面鍍鋁薄膜與化學纖維紙交替組合；低溫側組合採用雙面鍍鋁薄膜、玻璃纖維紙、化學纖維紙的混合組合。本發明絕熱結構外部不燃，整個結構阻燃，且低溫絕熱性能優於傳統的阻燃型絕熱結構，因此可減少絕熱材料的用量，降低絕熱材料成本，減少真空夾層間距，在外部尺寸相同時增大低溫容器內部的有效容積，更有利於移動式低溫儲運裝備的輕量化和容積最大化，在低溫工程中具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號F16L59/065GK101307857SQ20081004015
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者汪榮順, 蔚 魏 申請人:上海交通大學