主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法技术

本发明专利技术公开一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，属于深冷容器绝热技术领域，该结构包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其还设有氮气输气置换装置，氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接，通过进气口充入氮气，同时通过抽空口抽出夹层空间内的气体，使氮气持续穿透内容器绝热被，置换出内容器绝热被内部的气体分子。本发明专利技术涉及的结构及方法氮气置换效果理想，置换效率高，成本低，夹层真空度高。夹层真空度高。夹层真空度高。

【技术实现步骤摘要】
主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法


[0001]本专利技术涉及真空绝热深冷压力容器的绝热
，尤其涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，适用于拥有超多反射屏、超厚绝热结构的低温介质储运装备。

技术介绍

[0002]中国建了大量的风能和太阳能，可再生能源成本迅速下降，但风能太阳能不稳定，很多风能太阳能上不了网，进一步推动了储能技术的发展，但诸如电池、抽水蓄能或压缩空气蓄能等，这些方式都是短期储能，不能解决长期储能的问题。只有将盈余的绿能电解水制成氢，可以实现长期储能并可以被输送到需要能源的场所通过燃料电池技术重新将氢能转换为电能，完成能源的规模转移。氢能发展的核心是储运，氢气储运有三种方式：高压气态储运、液氢储运和固态吸附储运，其中液氢储运具备最高效率，其单车载氢量是其它两种方式的20倍以上。
[0003]目前液氢储运装备均采用夹套式高真空多层绝热方式，其结构原理是将高反射率的金属薄膜和低导热率的间隔材料交替组合的多层绝热材料包覆在真空夹套内的低温壳体外，当夹套内被抽空至≤10
‑2Pa的高真空，真空夹套和其中的多层绝热材料形成一个完整的高真空多层绝热结构，实现有效绝热。
[0004]因为液氢沸点为
‑
252.7℃，环境存储温差大，且具有极低的容积汽化潜热，极易汽化，对储运容器绝热性能要求极高。常规绝热结构包覆在低温内容器上，依靠增加反射屏的数量(≥90个反射屏)来满足液氢储存超高的绝热要求。绝热结构包覆完成后，要对整个夹层进行氮气置换和抽真空。氮气置换目的是将夹层中难以脱附的空气、水分子等置换成为易脱附的氮气分子，然后将氮气分子脱附抽空排出夹层外，有效减少夹层气体分子数量，消除对流传热。目前常用的氮气置换系统及方法如本申请人在先申请的申请公布号为CN111810832 A的中国专利申请公布的一种真空多层绝热低温容器夹层氮气冲洗置换系统及方法，该系统包括充氮装置、自动出气控制阀门、抽真空装置和控制系统；所述的充氮装置、自动出气控制阀门和抽真空装置均与真空多层绝热低温容器的夹层连通；所述的充氮装置包括氮气源、氮气加热器和进气控制阀门，氮气源配有供气阀门，氮气源的出气端与氮气加热器的进气端连接，氮气加热器的出气端与进气控制阀门的进气端连接，进气控制阀门的出气端与夹层连通；所述的供气阀门、氮气加热器、进气控制阀门、抽真空装置和自动出气控制阀门均与控制系统通信连接。
[0005]然而，反射屏和间隔层均为薄膜材料，具有很大的表面积，其表面吸附大量的气体，超多层数超厚结构致使绝热结构中间及贴近内容器侧的绝热结构层间气体逸出阻力加大，很难被氮气分子置换并被抽空排出，致使最终低温层间压强＞10
‑2Pa，这部分由于残余气体造成的层间气体分子对流传热会急剧增加，从而导致设备整体绝热性能下降，抵消真空多层绝热自身的“超级绝热”效能。
[0006]现有技术中的绝热容器在真空夹层内的内容器的外部紧贴内容器设置绝热被，以
此来对内容器内的液化气体进行保温，周伟明等在“多式联运LNG罐箱低温性能指标确定及测试分析[j].压力容器，2018，第35卷第8期”中测量了现有技术中的40ft深冷低温集装罐箱的各项性能，然而该绝热容器的夹层真空度、真空寿命等都还存在提高的空间，其原因是：现有氮气置换过程存在以下弊端：其一，绝热层过多，导致置换氮气分子无法抵达绝热被内层部分，该部分形成置换盲区，且置换结束后无法对该部分有效抽空，进一步形成抽空盲区，留存大量空气和水蒸气；导致真空抽除的不够彻底，层间残余气体对流导热过大，部分抵消真空多层绝热“超级绝热”的效果。其二，绝热层过多，深层绝热材料吸附气体分子穿行阻力增大，导致氮气置换和排出效率低下，置换周期大幅度增加，过程能耗大增，生产成本大幅增加；其三，层间残余气体逸出阻力增大，抽空效果差，在使用过程中，绝热材料不断释放的气体分子，会使夹层真空度下降，导致吸附剂过早吸附饱和，严重影响液氢容器真空寿命；其四，低温吸附剂吸附范围有限，只能吸附吸附仓附近部分材料释放气体分子，无法对绝热结构深层气体分子进行吸附。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，以解决现有绝热结构的包覆方法导致液氢容器置换效率低、置换周期长、能耗大、置换效果差、真空寿命短，绝热被结构的绝热性差等问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间通过支承间隔设置并形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其还设有氮气输气置换装置，所述的氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，所述的氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接。
[0010]优选地，所述的氮气输送管点焊在内容器外表面，氮气进气管通过汇集管连通氮气输送管，氮气进气管贯穿内容器绝热被，氮气输送管均沿内容器的筒体长度方向布置。
[0011]优选地，所述的氮气输送管的数量为1～6根，所述的氮气输送管上的透气孔的设置方式为：距离氮气进气管越远，透气孔的布置越密。距离氮气进气管越远的透气孔处的氮气压力越小，因此距离氮气进气管越远则透气孔的布置越密可以保证氮气置换过程中夹层空间内任意位置的气压大小相同。
[0012]优选地，所述的氮气输送管路与内容器绝热被之间设有支承网，支承网通过不锈钢丝与氮气进气管绑扎连接。支承网将内容器绝热被支承起来，在内容器绝热被和内容器之间形成一个夹层空间，该夹层空间作为气体通道，使得通入的氮气均匀地向内容器绝热被高温侧扩散，支承网还将内容器绝热被的内层材料和内容器表面的接触形式从局部面接触改为局部点接触，大幅度减小传热面积，提高内容器绝热被辐射传热的冷端温度，有效减少总漏热量；支承网还可以作为液氢温度下固着夹层残余气体分子(主要是氮气)冷凝结霜的构件，其网状结构具有较大表面积，可以增加残余气体分子的固化量，进一步提高夹层低温真空度。
[0013]优选地，所述的支承网呈波浪形，支承网由若干支承网单元拼接而成，相邻支承网
单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定。
[0014]优选地，所述的内容器的封头与内容器绝热被之间设有用来填充低温吸附剂的吸附仓，汇集管盘绕设置在吸附仓的立板根部。该气体通道直联低温吸附仓，在加注液氢后，吸附仓所盛装低温吸附剂起到低温吸附泵的作用，气体通道所及内容器绝热材料释放气体分子时，在被液氢固化前会被吸附剂吸附，这种吸附在夹层空间工作条件下为单向吸附，不会再次释放到夹层空间中，如此循环往复，只要吸附剂吸附能力裕量充足，夹层空间真空度会越用越好，可以有效延长容器夹层真空寿命。
[0015]优选地，以外容器上的防爆孔或工艺孔作为进气口，所述的氮气进气管设置于进气口附近；所述的内容器上设有管路，管路贯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间通过支承间隔设置并形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其特征在于：其还设有氮气输气置换装置，所述的氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，所述的氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接。2.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管点焊在内容器外表面，氮气进气管通过汇集管连通氮气输送管，氮气进气管贯穿内容器绝热被，氮气输送管均沿内容器的筒体长度方向布置。3.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管的数量为1～6根，所述的氮气输送管上的透气孔的设置方式为：距离氮气进气管越远，透气孔的布置越密。4.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管与内容器绝热被之间设有支承网，支承网通过不锈钢丝与氮气进气管绑扎连接。5.根据权利要求4所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的支承网呈波浪形，支承网由若干支承网单元拼接而成，相邻支承网单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定。6.根据权利要求2所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的内容器的封头与内容器绝热被之间设...

【专利技术属性】
技术研发人员：Ť，
申请(专利权)人：杭州富士达特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：