专利名称：一种可吸附氢气的高真空多层绝热结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温储运装备用的高真空绝热结构，特别是一种低温下可吸附氢气的高真空多层绝热结构。
背景技术：
高真空多层绝热是低温储运装备中常用的高效绝热方法，其结构原理是将反射材料和隔热材料交替组合的多层绝热材料放置设在真空夹套内，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，其包覆在低温壳体外，可以最大程度地限制热量通过传导、对流、辐射三种途径传递，在低温技术领域中得到了广泛的应用。为了确保绝热性能，夹套内被抽至优于10_2Pa的高真空，并需要在很长的一段时间内维持这个真空度。由于外界环境中的气体会缓慢漏入真空夹套，以及夹套和多层材料 等在长期的真空状态下也会缓慢释放气体(其中包括大量氢气)，导致夹套内真空的逐渐丧失，因此，必须要在真空夹套中放置吸附剂，以保持真空寿命。常用的吸附剂为分子筛或者活性炭，放置在真空夹套低温侧，即靠近保温产品，远离外界的一侧，用以吸收空气、水分及大分子气体。然而普通的吸附剂并不能吸附小分子的氢气，夹套、低温壳体等金属材料缓慢释放的氢气会积聚起来，逐渐成为影响真空度的主要因素。为了吸附材料缓慢释放的氢气，低温储运装备往往还需要吸氢剂，常用的吸氢剂为氧化钯，通过氧化钯与氢的反应生成钯和水，而水又可以被分子筛吸附，从而维持夹套的高真空。由于吸附剂与氢气发生了化学反应，因此这种吸附作用是不可再生的。所放置的吸氢剂仅能在有限的真空寿命期间起到作用，当到达真空寿命极限，装备需要修复真空的时候，必须同时更换吸氢剂氧化钯，因此真空寿命的维护成本大大增加。活性炭对氢气具有一定的吸附作用，已有技术中，申请号为200910241778. O和申请号为02117915. 8的专利中均提到了活性炭微球或超级活性炭吸附和储存氢气的能力。申请号为03116601.6的专利提出了一种具高真空绝热间隔材料，采用30%的活性炭与70%的玻璃纤维混合，具有良好的吸附性能。然而，国际标准和法规中要求，对于某些储运沸点低于_182°C的低温液体的容器，为了避免夹套真空丧失情况下，富氧环境可能与夹套内的材料发生危险反应，其所使用的材料应与氧介质兼容且为阻燃型，而现有的活性炭通常为颗粒状，使本身就具有易燃性的活性炭的燃烧性能增加。因此具有易燃烧性能的活性炭在低温容器中作为吸附剂或者作为绝热材料使用受到限制，尤其是液氧容器，禁止直接使用活性炭作为夹套内的吸附剂。因此，有必要研发一种可有效吸附氢气、阻燃的绝热结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可吸附氢气的高真空多层绝热结构，在确保绝热性能的基础上，还能有效吸附氢气并具有阻燃性。本发明提供一种可吸附氢气的高真空多层绝热结构，其设置在真空夹套中，其特征在于该绝热结构包括外绝热组合层和内吸附组合层，该外绝热组合层由多层反射层和玻璃纤维纸交替组成，或由多层反射层和化学纤维纸交替组成，该内吸附组合层由多层反射层、填炭玻璃纤维纸及化学纤维纸层叠地构成，该填炭玻璃纤维纸是由粉末状活性炭与玻璃纤维混合后制成，该填炭玻璃纤维纸中活性炭的含量不超过25%。本发明的有益效果在于，本发明主要通过填炭玻璃纤维纸中的活性炭吸附氢气，且由于活性炭为粉末状且与玻璃纤维混合后制成层状结构，因此，与现有的颗粒状活性炭相比，具有较好的阻燃效果。
图I是本发明的可吸附氢气的高真空多层绝热结构的结构示意图。图2是本发明中的一种外绝热组合层的结构示意图。
图3是本发明中的另一种外绝热组合层的结构示意图。图4是本发明中的中间吸附组合层的结构示意图。图5是本发明中的内吸附组合层的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本发明可吸附氢气的高真空多层绝热结构可用于包覆绝热的低温壳体，该外绝热组合层靠近外界环境，该内吸附组合层靠近该绝热的低温壳体。在本发明中定义靠近绝热的低温壳体的一侧为内侧，相反的一侧为外侧。如图I至图5所示，本发明可吸附氢气的高真空多层绝热结构包括外绝热组合层
I、中间吸附组合层2和内吸附组合层3，三者夹设在真空夹套(未示出)中，并由外到内包覆在绝热的低温壳体外，其中外绝热组合层I靠近外界环境，内吸附组合层3靠近绝热的低温壳体。外绝热组合层I由反射层4和玻璃纤维纸5交替组成(如图2所示)，或由反射层4和化学纤维纸(丝网)6交替组成(如图3所示)，从而可保证绝热结构在外部遇到明火时不会燃烧，且具有良好的绝热性能。其中玻璃纤维纸5或化学纤维纸(丝网)6的两侧幅宽应比反射层4的幅宽各多出3 5mm，以避免在绝热的低温壳体外包扎时反射层相互接触发生短路。本发明中使用铝箔作为反射层，以更好的确保结构的阻燃性，且优选为反射层位于外绝热组合层I的最外层，使得绝热和阻燃效果更佳。中间吸附组合层2由反射层4、填炭玻璃纤维纸7及化学纤维纸(丝网)6层叠地构成。其中，填炭玻璃纤维纸7是由粉末状活性炭与玻璃纤维混合后制成，其中的粉末状活性炭具有吸附氢气的能力，且由于活性炭呈粉末状分散地分布，与现有的颗粒状聚集的活性炭相比，可燃或助燃的性能减弱，但整体的吸附氢气的能力并不受影响，若设置多层填炭玻璃纤维纸7，还能大大提高吸附氢气的能力。然而，当填炭玻璃纤维纸中活性炭含量过高时，在富氧环境下具有可燃或助燃的性能。因此，优选为，所使用的填炭玻璃纤维纸中活性炭的含量不超过25%，从而确保与氧介质兼容。
在本发明中，如图3所示，中间吸附组合层2由两层反射层4、两层化学纤维纸(丝网)6、六层填炭玻璃纤维纸7共十层交替组成，其中顺序采用一层反射层4、两层填炭玻璃纤维纸7、一层化学纤维纸(丝网)6、两层填炭玻璃纤维纸7、一层化学纤维纸(丝网)6、两层填炭玻璃纤维纸7、一层反射层4，共十层交替组合。中间吸附组合层2最外侧的材料均为铝箔形式的反射层4，以避免填炭玻璃纤维纸7中的活性炭粉末散落。内吸附组合层3由反射层4、填炭玻璃纤维纸7及化学纤维纸(丝网)6层叠地构成。在本发明中，如图4所示，内吸附组合层3由两层反射层4、两层化学纤维纸(丝网)6、九层填炭玻璃纤维纸7共十三层交替组成，其组合顺序采用一层反射层4、三层填炭玻璃纤维纸7、一层化学纤维纸(丝网)6、三层填炭玻璃纤维纸7、一层化学纤维纸(丝网)6、三层填炭玻璃纤维纸7、一层铝箔4，如此交替多层组合。内吸附组合层3的最内层与绝热的低温壳体(未示出)相接触的材料为铝箔形式的反射层4，以避免填炭玻璃纤维纸7中的活性炭粉末散落，且可在内吸附组合层3加热再生时提高效率。中间吸附组合层2和内吸附组合层3在低温下具有吸附氢气的能力，且可保证低 温下的隔热性能，发挥不同材料间高接触热阻、低热导率的隔热性能。中间吸附组合层2和内吸附组合层3中所用的每层绝热材料均根据绝热的低温壳体包扎尺寸的需要单独裁剪，优选地，使填炭玻璃纤维纸7或化学纤维纸(丝网)6的两侧幅宽比反射层4的幅宽各多出3 5mm0由于在靠近低温壳体处累积的氢气比较多，而越靠近外绝热组合层I处的氢气量越少，因此，优选地设计为，内吸附组合层的层数大于中间吸附组合层的层数，从而能够合理地利用具有不同层数的吸附组合层来吸附不同量的氢气，进而降低绝热结构的成本。
另外，绝热结构中所用的材料上可均匀设有开孔或缝，在本实施例中为开孔8，以此在抽真空时气体能够从开孔中快速散出，确保真空夹套的绝热材料层间的真空度。绝热结构中材料的层数不受限制，在外绝热组合层中，反射层4、玻璃纤维纸5和化学纤维纸(丝网)6的层数越多，隔热效果越高。优选的，当该可吸附氢气的高真空多层绝热结构的总层数为100层左右时，即可获得优良的低温隔热效果，大幅度减少低温储运装备的漏热量，其中，绝热结构优选为由30 40层反射材料和40 60层隔热材料间隔组合，隔热材料采用上述的玻璃纤维纸、填炭玻璃纤维纸、化学纤维纸或各种纤维丝网等。当绝热结构所处真空夹套真空度< KT2Pa时，该多层绝热结构在液氮温度下的表观热导率优于 9. 5Xl(T5W/m · K。本发明的可吸附氢气的高真空多层绝热结构中的外绝热组合层I和中间吸附组合层2均可在机械化流水线上叠合、打孔，并按一定数量要求缝制成绝热被的形式，以绝热被的形式包扎在绝热的低温壳体外表面，可避免手工缠绕的不利影响，获得更加稳定、优良的低温绝热性能。在绝热结构的使用过程中，中间吸附组合层和内吸附组合层依次靠近需要绝热的壳体，当在壳体加注了低温介质之后，中间吸附组合层和内吸附组合层会吸附外界渗入夹套内的，以及夹套内材料释放出的气体，尤其是氢气。随着夹套真空寿命达到极限，当需要修复夹套真空度的时候，利用内加热置换的方法，可以使得中间吸附组合层和内吸附组合层释放所吸附的氢气，并通过置换和抽空的方法将气体从夹套内抽除，使得中间吸附组合层和内吸附组合层再次具备吸附氢气的能力，如此可反复多次使用。
另外，由于本发明的高真空多层绝热结构有良好的吸附氢气的效果，因此可用于液氢容器的绝热运输，能够吸附由于内容器微量泄漏而进入真空夹套的氢气，从而提高真空夹套的真空度，提高绝热性能。经过申请人研究发现，当该可吸附氢气的高真空多层绝热结构仅采用上述的外绝热组合层和内吸附组合层层数时，即可明显达到吸附氢气的效果，可减少传统高真空多层绝热容器中三分之二的氧化钯用量。因此，本发明的可吸附氢气的高真空多层绝热结构可仅具有外绝热组合层和内吸附组合层，即可实现吸附氢气及阻燃的目的。当该高真空多层绝热结构采用上述实施例中的外绝热组合层、中间吸附组合层和内吸附组合层时，即可完全达到传统高真空多层绝热容器中氧化钯的吸氢效果，可作为氧化钯的替代材料。由于吸附组合层可以反复使用，因此可减少吸附剂的用量，甚至避免使用吸附剂，从而降低绝热材料成本和真空寿命的维护成本。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
权利要求
1.一种可吸附氢气的高真空多层绝热结构，其设置在真空夹套中，其特征在于该绝热结构包括外绝热组合层和内吸附组合层，该外绝热组合层由多层反射层和玻璃纤维纸交替组成，或由多层反射层和化学纤维纸交替组成，该内吸附组合层由多层反射层、填炭玻璃纤维纸及化学纤维纸层叠地构成，该填炭玻璃纤维纸是由粉末状活性炭与玻璃纤维混合后制成，该填炭玻璃纤维纸中活性炭的含量不超过25%。
2.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该外绝热组合层为一层反射层和一层玻璃纤维纸交替地堆叠而成，或一层反射层和一层化学纤维纸交替地堆叠而成。
3.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该内吸附组合层中，该反射层的层数不少于2层，该填炭玻璃纤维纸不少于9层，该化学纤维纸不少于3层。
4.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该内吸附组合层由外向内依次包括一层反射层、三层填炭玻璃纤维纸、一层化学纤维纸、三层填炭玻璃纤维纸、一层化学纤维纸、三层填炭玻璃纤维纸、一层反射层。
5.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该内吸附组合层的最内层为反射层。
6.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该反射层的材料为铝箔。
7.根据权利要求I所述的绝热结构，其特征在于该绝热结构中所用的材料上均匀设有开孔或缝。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的绝热结构，其特征在于该绝热结构还包括夹设在所述外绝热组合层与内吸附组合层之间的中间吸附组合层，该中间吸附组合层由多层反射层、填炭玻璃纤维纸及化学纤维纸层叠地构成。
9.根据权利要求8所述的绝热结构，其特征在于该中间吸附组合层中，该反射层的层数不少于2层，该填炭玻璃纤维纸不少于6层，该化学纤维纸不少于3层。
10.根据权利要求8所述的绝热结构，其特征在于该中间吸附组合层由外向内依次包括一层反射层、两层填炭玻璃纤维纸、一层化学纤维纸、两层填炭玻璃纤维纸、一层化学纤维纸、两层填炭玻璃纤维纸、一层反射层。
11.根据权利要求8所述的绝热结构，其特征在于该内吸附组合层中材料的层数大于中间吸附组合层中材料的层数。
全文摘要
一种可吸附氢气的高真空多层绝热结构，其设置在真空夹套中，其特征在于该绝热结构包括外绝热组合层和内吸附组合层，该外绝热组合层由多层反射层和玻璃纤维纸交替组成，或由多层反射层和化学纤维纸交替组成，该内吸附组合层由多层反射层、填炭玻璃纤维纸及化学纤维纸层叠地构成，该填炭玻璃纤维纸是由粉末状活性炭与玻璃纤维混合后制成，该填炭玻璃纤维纸中活性炭的含量不超过25％。该可吸附氢气的高真空多层绝热结构在确保绝热的基础上，还具有良好的吸附能力，且整个结构可保证阻燃性。
文档编号F16L59/08GK102788227SQ20111012943
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者汪荣顺, 魏蔚 申请人:张家港中集圣达因低温装备有限公司