CN106170378A - 发泡合成泡沫制成的隔热件的强制扩散处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种发泡合成泡沫制成的隔热件(40)的强制扩散处理方法，包括：在排放阶段，加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度，同时将所述隔热件暴露于氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体表现出低分压的气体氛围中；当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，终止所述排放阶段。
Description
技术领域
本发明涉及用于生产隔热件的发泡合成泡沫的应用领域，尤其涉及封闭气室的热塑性或热固性泡沫。
背景技术
封闭气室的多孔性材料包括一种固体基质，许多更大或更小尺寸的气泡被截留在其中。各种合成热塑性和热固性材料可被用作基质，例如，聚氨酯(PU)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，聚醚酰亚胺，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)或者聚酰亚胺。以上列表并不全面，只是举例说明。
在发泡合成工艺中，使用了一种发泡剂。两类主要的发泡剂可被使用，具体取决于基质的合成工艺：由化学反应产生的发泡剂，被称为化学发泡剂，而由升温或降压条件下的液体蒸发而产生的发泡剂，被称为物理发泡剂。一些合成泡沫可只含物理发泡剂，例如戊烷发泡聚丙烯泡沫；而其它则只含化学发泡剂，例如用二氧化碳(CO2)发泡的PU泡沫；另外，还有一些可采用这两类发泡剂，例如用多种试剂发泡的聚氨酯泡沫，所述试剂包括戊烷和发泡气体141b，365和245fa。在所有情况下，发泡剂是一种发泡气体或产生了发泡气体，所述发泡气体促进泡沫气室的形成并占据所述泡沫气室。
所述发泡气体通常根据其加工性能及其价格进行选择，也根据其热导率进行选择。一方面，它们通常被选择为以尽可能限制由隔热材料的气相中的传导引起的热传递，另一方面，以便扩散到所选定的基质时呈现出低的扩散系数。
一旦所述发泡泡沫已被制造出来，所述气室则包含一种初始气体或初始气体混合物。所研究的泡沫的整个使用寿命中，后者是扩散现象的部位，其逐步改变泡沫的气室中的气相的组成，特别是发泡气体的分压以及周围环境气体的分压。这样，该化学实体倾向于从泡沫中逃逸，所述化学实体在环境介质中的分压比在该泡沫中的分压要低；反之，那些在该泡沫中的分压比在环境介质中的分压要低的化学实体倾向于通过扩散渗入该泡沫。
于是，在露天储存的条件下，大部分发泡剂倾向于离开泡沫，而空气里的氮气和氧气则扩散进入该隔热材料。鉴于发泡气体一般展现出比环境介质气体更低的热导率，所研究的泡沫的隔热质量在很长一段时间内趋于劣化。这些现象被描述为泡沫的老化。
这一点如图1所示，其表示了20℃下用密度为130kg/m3的CO2发泡的聚氨酯泡沫的两部分的热导率的变化，纵轴用W/mK表示热导率，作为暴露于环境气氛的时间的函数，而横轴用天数表示暴露于环境气氛的时间。曲线1和菱形表示具有25mm厚度的部分。曲线2和正方形表示具有50mm厚度的部分。
发明内容
本发明的目的之一在于防止和/或克服上文所述泡沫的老化现象。
为此，根据一个实施例，本发明提供了一种发泡合成泡沫制成的隔热件的强制扩散处理方法，包括：
在排放阶段，加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度，同时将所述隔热件暴露于表现出低分压的气体氛围中，至少为氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体；
当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，终止所述排放阶段。
换言之，在排放阶段，所述隔热件被暴露至展现出氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体的分压要低于在标准压力下的空气中的这些物质的分压的气体氛围中。
此外，当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，且当与所述积累的分压相关的所述隔热件的物理性质达到预定阈值或经过预定时间之后的时候，所述排放阶段也被终止。
进一步地，所述隔热件被设置于密封和隔热容器壁中，并形成所述容器壁的隔热层。因此，在排放阶段，所述容器壁的全部或部分被加热。
这样一种排放阶段使得排放不利于泡沫热性能的气体成为可能，所述气体尤其是指氮分子，氧分子，二氧化碳，氦气，氢气，氩气等。
根据一个实施例，本发明还提供了一种发泡合成的热固性聚氨酯泡沫制成的隔热件的强制扩散处理方法，其中所述的热固性聚氨酯泡沫包含至少80％的封闭气室，所述方法包括：
在排放阶段，加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度，同时将所述隔热件暴露于一种气体氛围中，该气体氛围表现出氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体的分压要低于在标准压力下的空气中的这些物质的分压；当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，或者当与所述积累的分压相关的所述隔热件的物理性质达到预定阈值或经过预定时间之后的时候，终止所述排放阶段。
根据一个实施例，本发明还提供了一种密封和隔热容器，用于在低温下容纳液化燃料气；其中，所述容器的壁包括一种安装于载体壁的多层结构，所述多层结构包含与存在于该容器里的液化燃料气相接触的主密封性膜，位于所述主密封性膜和所述载体壁之间的次级密封性膜，位于所述主密封性膜和所述次级密封性膜之间的主隔热层，以及位于所述次级密封性膜和所述载体壁之间的次级隔热层；并且其中，隔热层之一或每个隔热层包含由发泡合成泡沫制成的隔热件。
根据一个实施例，所述容器装备有一种强制扩散处理装置，包括：
加热装置，能够加热所述主密封性膜和/或所述载体壁和/或所述隔热层，以例如通过热气循环来提高隔热件的温度；
泵送装置，连接至隔热层之一或每个隔热层，所述隔热层之一或每个所述隔热层包含由发泡合成泡沫制成的隔热件；所述泵送装置能够减少隔热层之一或每个隔热层中气相的总压力至低于标准压力，优选低于10mbar；
以及控制单元，能够：
控制所述加热装置和泵送装置，以同时加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度并将所述隔热件暴露至在排放阶段期间低于标准压力的总压力，并且
当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，终止所述排放阶段。
附图说明
为了更清楚地理解本发明以及本发明的其它目的、细节、特性和优点，以下对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以下描述的具体实施例及用于参照的附图。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
图1为发泡合成泡沫的热导率的变化曲线图，其中的热导率作为暴露于环境气氛的时间的函数；
图2为类似于图1的曲线图，显示出了发泡合成泡沫的老化温度的影响；
图3为一个密封的隔热容器的剖面示意图，其中，根据本发明所述的方法可被实施；
图4为一个隔热板的侧视示意图，所述隔热板可在图3所示的容器中被使用；
图5为液化天然气油轮的容器和用于装载/卸载此容器的终端的剖面示意图。
具体实施方式
在说明书和权利要求书中，术语“标准压力”将被用作大气压的同义词。
用于合成泡沫制成的隔热件的处理方法使得防止和/或克服泡沫老化的现象成为可能，事实上甚至提高了所述隔热件的隔热质量，下面将进行详细的描述。
为此，在被称为排放阶段的第一阶段期间，所述处理方法包括：加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度，同时将所述隔热件暴露于一种气体氛围中，该气体氛围表现出氮分子和氧分子的低分压，也就是说，氮分子和氧分子的分压要低于在大气压下的空气中的它们的分压。
此阶段使得促进存在于泡沫里的气体向环境介质的扩散成为可能。所述泡沫被放置在高温条件下，以便提升存在于基质中的气体的扩散系数。此外，泡沫被放置在至少为组成空气的的主要气体的减压条件下，以便促进存在于泡沫中的气体向外部气体环境扩散，所述泡沫中的气体至少是氮分子和氧分子，。
这种方法可被应用至各种各样的发泡合成泡沫与发泡剂。优选地，所述发泡合成泡沫包含至少80％的封闭气室。所述基质和所述发泡剂的材料可选自引言中提到聚合物和试剂。通过示例的方式，所述发泡合成泡沫具体为一种热固性聚氨酯泡沫，含有至少80％的封闭气室。
此排放温度被选择以便不损坏所述发泡合成泡沫。为此，排放温度优选为小于100℃。
高达100℃的温度对于某些聚合物而言是可以接受的，如聚丙烯或聚乙烯。对于许多合成聚合物而言，所述排放温度优选为小于80℃。80℃这一阈值优选用于例如聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫或聚苯乙烯泡沫，特别是为了防止聚苯乙烯升华。所述排放温度的选择也可考虑其它材料对耐热性，所述其它材料根据目标应用的特性而被装配至所述隔热件。
温度的任何上升均易于增加气体的扩散系数。通过有效性的措施，所述排放温度优选对应于大幅上升的温度。根据一个实施例，所述排放温度大于50℃，并且甚至大于60℃。
所述隔热件可通过各种加热方式被加热，例如，通过热辐射、热传导，如使其接触到热固体，或传导/对流，也就是说使其与热流体相接触。
根据一个实施例，所述排放阶段的气体氛围另外还展现出了用于制造所述发泡合成泡沫的发泡气体的低的分压。凭借这些特性，也使得在排放阶段降低发泡气体的浓度成为可能，以便降低发泡泡沫的热导率。
对隔热泡沫实施此排放阶段，以采用一种或多种发泡剂进行发泡是有利的，所述发泡剂展现出尽可能高的扩散系数。
根据一个实施例，用于制造所述发泡合成泡沫的发泡气体基本上由二氧化碳组成。例如，硬质聚氨酯泡沫可采用CO2进行发泡。CO2的扩散系数比其它已知发泡剂的扩散系数更高，特别是发泡气体141b，245fa，365或戊烷。采用CO2发泡的泡沫还展现出以下双重优势：一方面不采用易于导致全球显著变暖或易于导致臭氧层空洞的气体，另一方面展现出最低的生产成本。这是因为采用CO2进行发泡的泡沫是通过水的化学反应而被膨胀的。
为了说明这些内容，表1给出了在室温下测得的各种聚氨酯泡沫的扩散系数的数量级，所述聚氨酯泡沫具有的密度为120至135kg/m3。
| 所研究的气体 | 扩散系数10-13m2/s |
| N2 | 10至100 |
| O2 | 100至1000 |
| CO2 | 1000至10000 |
| 141b | 1至10 |
| 245fa | 1至10 |
表1：扩散系数的数量级
表2示出了作为温度的函数的扩散系数的变化，并且具体显示出随着温度而升高的扩散系数。
表2：在低密度PIR泡沫中的不同气体的有效扩散系数Deff
在排放阶段期间，可以采用多种技术以创建分压梯度，其使得所需的化学实体的泡沫实现分离成为可能，特别是氧分子和氮分子以及二氧化碳。
第一种技术在于使得所述隔热件经受降低的总压力。根据相应的实施例，所述排放阶段的气体氛围表现出小于标准压力的总压力，优选小于10mbar。凭借此降低的压力，外部气氛在易于大规模扩散进入所述泡沫的气体实体中被耗尽。此降低的压力可通过真空泵或其他抽吸装置创建并进行维持。抽吸使得气体从环境介质中移除成为可能，所述气体已经离开了泡沫，正如它们从所述泡沫中离开一样。在这种真空技术里，所述隔热件的加热通过直接传导或辐射被有利地实施。
可替代第一种技术的第二种技术在于将所述隔热件沉浸在一种气体氛围中，该气体氛围主要含有一种或多种向所述泡沫扩散极差的气体。根据相应的实施例，所述排放阶段的气体氛围是在强制对流中具有大分子的多种气体的气相，换言之，是表现出摩尔质量大于或等于70g/mol的气体的气相。
具有大分子的气体的气相在其展现出氮分子和氧分子极低含量的范围内，也产生了分压梯度，其促进氮分子和氧分子向隔热件外部的迁移。此外，对流运动使得气体从环境介质中移除成为可能，所述气体已经离开了泡沫，正如它们从所述泡沫中离开一样。
这样一种用气体冲洗的方式可使用具有非常大的分子的气体实施，所述气体向泡沫的扩散系数非常低，例如，环戊烷(C5H10)，CF4气体，R-23气体，R-508 B气体，R-134(CH2FCF3)气体，141b气体，245fa气体，365气体或者具有摩尔质量大于或等于70g/mol的任何其它气体。
几种气体的摩尔质量如下表所示，下面的这些气体展现出大于或等于70g/mol的摩尔质量，容易被用作气体氛围，在排放阶段期间，所述隔热件被沉浸在其中。
| 所研究的气体 | 摩尔质量(g/mol) |
| N2 | 28 |
| O2 | 32 |
| CO2 | 44 |
| 环戊烷(C5H10) | 70 |
| CF4 | 88 |
| R-23 | 70 |
| R-508 B | 95 |
| R-134(CH2FCF3) | 102 |
| 141b | 104 |
| 245 | 134 |
| 365 | 148 |
这是因为，可以观察到，气体的摩尔质量越小则通过所述泡沫的扩散现象越快。
在最初存在于气室内的某些气体的分压已达到了目标值之后，所述排放阶段被终止。对于泡沫的导热最重要和最具破坏性的气体为氮分子和氧分子以及可能为二氧化碳，例如，如果二氧化碳被用作发泡剂。于是，当所述隔热件中的至少氮分子和氧分子所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，终止所述排放阶段是合适的。
根据一个实施例，对于氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压，所述预定的阈值小于或等于30mbar。此阈值大约对应于含有3％空气的泡沫。
这样的条件可通过直接或间接的实验测量和/或通过计算而被检测，特别是通过数值模拟。根据一个对应于直接测量的实施例，隔热件里的氮分子和氧分子在排放阶段被进行了检测，而所述排放阶段在隔热件里所检测的氮分子和氧分子的浓度跨越所需阈值的时候被停止。
根据一个对应于间接测量的实施例，与隔热件中的氮分子和氧分子的浓度相关的一种或多种物理性质，如所测得的泡沫的热导率，而所述排放阶段在所测得的性质达到一个实验上或通过建模另已确定的以对应于所需浓度的值的时候被停止。
根据一个实施例，在一段预定时间之后，所述排放阶段被停止；所述预定时间已经通过计算确定，特别是通过数值模拟确定，将处理的热力学条件与泡沫的物理性质以及存在的化学实体的物理性质考虑在内。
这种强制扩散处理方法可被应用于由发泡泡沫制成的任何类型的隔热件。这种强制扩散处理方法既可在一个专门的处理厂中实施，例如在制造隔热件的工厂中，又可直接在所述隔热件使用的环境里实施。
根据一个实施例，所述隔热件含有小尺寸的突起或孔穴，其增加了所述隔热件与所述气体氛围的交换表面积。依靠这些特性，该泡沫件具有高容量/交换表面积比，以促进排放阶段的扩散现象。为此，该泡沫件例如展现出毫米量级厚度的凹槽或者具有小直径的凹痕，例如约2毫米，精心分布以有助于气体的扩散而没有产生气体对流区的风险。这些突起或孔穴尤其可以平行六面板的长度或宽度进行布置。
根据一个实施例，所述隔热件设置于密封和隔热容器壁中，并形成所述容器壁的隔热层。由发泡泡沫制成的所述隔热件尤其可形成预制隔热板的一个组成部分，以容器壁的厚度被安装，例如安装于液化天然气油轮里。值得注意的是，通过说明的方式，这种预制板的实施例已在FR-A-2781557的公开文本中进行了描述。
根据相应的实施例，所述排放阶段包括加热整个或部分容器壁的阶段。在一种容器旨在容纳冷冻产品的情况下，例如液化气容器，对容器壁的这种加热必须在容器空置的情况下实施。这种加热可以通过各种方式获得，例如通过辐射加热，传导加热或传导/对流加热。根据一个实施例，所述容器壁的内表面和/或外表面被暴露于热气氛围中。
根据一个优选的实施例，所述方法还包括在所述排放阶段之后的运行阶段应用于隔热件的一种或多种抑制扩散操作，所述抑制操作或每个抑制操作能有效减缓气体向发泡材料件内部的扩散。凭借这些特性，在所述排放阶段之后，当其随后被使用的时候，环境气体向泡沫的进入或再进入被阻止或减慢。
优选地，所述抑制扩散操作随时间基本上连续，以持久地防止或减缓空气或其他环境气体通过扩散向所述合成泡沫的渗透。为此，不同的抑制操作可替代地使用或联合使用。一些抑制操作可通过在时间上同步使用或者通过于所述隔热件运行阶段的连续周期期间在时间上依次使用而被联合使用。
通过说明的方式，下面给出了所述抑制操作的三个实施例。
根据第一个实施例，所述抑制操作在于将所述隔热件暴露于气体氛围中，该气体氛围的总压被保持低于标准压力，优选低于10mbar。凭借这些特性，所述泡沫被保持在一个减压的空间里。随后，由于所述环境气体具有非常低的分压，它们微乎其微的扩散不再影响所述泡沫的热导率。
根据第二个实施例，所述抑制操作在于将所述隔热件保持在小于0℃的温度下，优选小于-20℃。凭借这些特性，所述泡沫被维持在降低温度的条件下，其中，环境气体向基质的扩散系数远低于所述环境气体在所述排放阶段的扩散系数。由于此原因，所述扩散现象极其小，环境气体向气室的迁移可被大大减缓直至达到某一动力学数值，其在隔热使用的持续性方面的效果是可以忽略不计的。
图2显示了低温对热导率随时间变化的影响。所述热导率在纵轴以W/mK表示，其被绘制为在横轴以天表示的老化时间的函数。该实施例涉及一种PU泡沫，具有的密度为40kg/m3。在曲线3和4上，所述热导率于+20℃的正温度测得。在曲线5和6上，所述热导率于-120℃的负温度测得，其产生的热导率值要低得多。
在曲线3和5上，泡沫的老化发生在+20℃的正温度。在曲线4和6上，泡沫的老化发生在-20℃的负温度。因此，作为气体扩散延迟剂的低温的影响在一段至少60天的期间内是非常可观的。高密度泡沫的老化产生了类似的可观察到的现象，对于一种源自较高的初始热导率的泡沫而言，其中所述初始热导率范围为0.024W/mK(采用HFC和141b作为该泡沫的发泡气体时)至0.027W/mK(采用二氧化碳对该泡沫进行发泡时)。
根据第三个实施例，所述抑制操作在于将所述隔热件暴露于气体氛围中，所述气体氛围主要含有具有大的弱扩散分子的化学实体。凭借这些特性，所述泡沫被维持在非扩散性气体环境里。
优选选择表现出以下性质的气体：向泡沫基质扩散的扩散系数很低，低的热导率，以及极大地限制热对流的密度和粘度。可被用于此的气体具体为CF4，R-23气体，R-508 B气体，R-134(CH2FCF3)气体，141b气体，245fa气体，365气体或者摩尔质量大于或等于70g/mol的任何其它气体。在上述气体中的选择，可被特别提出作为操作环境中温度和压力条件的函数。这是因为所选择的气体被置于操作环境的温度和压力条件下的气相中是比较明智的。因此，为了将这些物质保持在气相里，可能有必要在隔热件的操作环境中同时维持相对低的压力，例如，在液化天然气容器壁的主隔热层或次级隔热层中同时维持相对低的压力。通过说明的方式，特别适合于液化天然气容器壁的主隔热层或次级隔热层中的操作环境的气体具体为在约-100℃至-120℃的温度下的HFCR-508-B和HFC R-23以及在更低温度下的CF4。
通过说明的方式，HFC R23气体在-120℃的饱和蒸气压为60mbar。CF4气体在-160℃的饱和蒸气压为30mbar且在-120℃的饱和蒸气压为1.15bar。
下面将说明方法的实施例，所述方法被应用于发泡泡沫块，而所述发泡泡沫可被用于制造以液化气容器壁的厚度被安装的隔热层。
根据图3所示的实施例，密封和隔热容器10用于在低温下容纳液化燃料气，呈现棱柱形状，并且被并入由油轮的双壳体所形成的载体结构中。形成载体结构的所述双壳体的外壁和内壁由图3中的附图标记11和12表示。一个压载舱13被限定于外壁11和内壁12这二者之间。
如图3中示意性示出的那样，容器壁包括安装于所述载体壁12的一种多层结构。所述多层结构包含与存在于该容器里的液化燃料气相接触的主密封性膜15，位于所述主密封性膜15和所述载体壁12之间的次级密封性膜16，位于所述主密封性膜15和所述次级密封性膜16之间的主隔热层17，以及位于所述次级密封性膜16和所述载体壁12之间的次级隔热层18。
存在多种可用于所述隔热层的材料。在所研究的实施例中，隔热层17和18之一或隔热层17和18中的每个都包含由发泡合成泡沫制成的隔热件。
在一个实施例中，一旦隔热块构成的泡沫被安装到船上且在冷却油轮的容器之前的阶段的时候，该泡沫被处理。为此，所述泡沫块被加热至一排放温度，在此排放温度下，泡沫和与该泡沫联合使用的任意成分，例如胶合板、玻璃棉和三合板等常用材料，不会被热量所损坏。根据一个优选实施例，此温度约为60-80℃。于是，存在于所述泡沫里的气体的扩散系数被提升，以减少强制扩散处理的持续时间。
为此，也可能使用鼓风装置21再加热容器的内部空间20并可选地再加热压载舱13到所需的温度，例如，吹入从油轮推进的装置中回收的热气或废气。也可以采用其它加热方式。图3示意性地显示了为此目的而存在于内部空间20中的送风管22，以及存在于压载舱13中的送风管23。
因此，被再加热的隔热空间17和18或隔热空间17和18之一也放置在减压条件下，例如在0.1mbar至10mbar之间，为了增加作为存在于泡沫里的气体扩散的动力的压力梯度，换言之，是为了确保该泡沫的环境介质展现出对于气体从泡沫离开而言足够低的分压，从而大幅排空容纳气体的气室。为此，可采用所设置的真空泵25，以便从所述主隔热层17和/或所述次级隔热层18提取气相。图3示意性地示出了为了此目的而存在于主要空间中的抽吸管26和存在于次级空间中的抽吸管27。
所述气体的扩散通过温度和浓度梯度强制进行，直到获得令人满意的水平。此排放阶段可由电子控制单元30而被自动引导，所述电子控制单元30通过利用各种反馈参数31控制着所述真空泵25和所述鼓风装置21，例如，在容器内进行的物理测量通过压力传感器、温度传感器、气体分析仪或其它传感器实施。
此排放阶段之后优选进行抑制扩散操作，所述抑制扩散操作使得保持泡沫的气室基本不含损害导热率的气体成为可能。
抑制扩散操作的一种可能性是，在整个油轮的操作过程中，维持该隔热空间的气体处于减压条件下，以便降低易于迁移进入泡沫的实体的分压。
抑制扩散操作的一种可能性是冷却容器，以便所述隔热泡沫被置于降温条件下。这些温度的降低使得大大降低环境气体进入泡沫的扩散系数成为可能，即使所述隔热空间17和18重新放回到在大气压的情况下也是如此。于是，每个隔热空间均可采用氮气冲洗，只要该油轮的容器处于低温条件下，就不存在损害该泡沫的导热性能的风险。
当油轮返回到实质上是环境温度条件下的时候，也就是说当容器空置的时候，抑制扩散操作的一种可能性是使用真空泵25再次产生真空，而不必同时加热所述容器壁。这使得阻止环境气体向泡沫的扩散以及可选地排空冲洗气体的泡沫的外围层成为可能，所述冲洗气体本来能够以减少的量进行扩散。
抑制扩散操作的另一种可能性是用气体对所述隔热空间进行填充，所述气体表现出向泡沫的基质扩散时尽可能低的扩散系数。
为了改进上述抑制操作的效果，可应用一种饰面，所述饰面对气体是气密性的，或者所述饰面具有气体向泡沫的外表面扩散时低的扩散系数，所述泡沫被暴露至环境气体。这种饰面在泡沫块安装到所述容器壁中之前被实施到位，例如，在一个制造厂里，其中，泡沫块的强制扩散处理事先已经被实施。随后，所述饰面在所述隔热件的整个工作寿命期间可保持在原位。
根据一个实施例，特别是如图4所示，所述隔热件是一种扁平的平行六面泡沫块40，其表面显示出两个主要面43，44，它们平行于所述泡沫块的长度和宽度方向，并且在所述泡沫块的厚度方向上被彼此分离；并显示出周面41，42，它们要小于所述主要面并且沿着两个主要面之间的所述泡沫块的厚度方向延伸。密封涂层45在此展示出条状形式，围绕着泡沫块且被纵向设置在所述泡沫块的周面41，42上，并且表现出的宽度小于该泡沫块的厚度。
根据图4所示的实施例，此密封涂层仅位于所述泡沫块40的表面上，所述泡沫块40在运行时被暴露在大于-20℃的温度下，换言之，该部分靠近所述双壳体11，12。例如，条状密封涂层45的宽度在3至6厘米之间，并且理想地为4.5厘米，用于高密度PU泡沫所制成的次级隔热层。
气密涂层可以通过多种方式来制备。例如，该气密涂层包含一层聚合物树脂层和/或一层涂料层，位于隔热件和/或金属片的外表面上，例如具有几微米的厚度，粘接到所述隔热件的外表面。这种金属片可由铝或其它金属制成。
在图4所示的实施例中，泡沫块40被用在预制的隔热板50里，所述隔热板50的结构是公知的，否则将在此进行说明。
所述隔热板50具有大致为长方体的形状；其包括第一片胶合板51或具有9mm厚度的第一片复合材料51，所述泡沫块40位于所述第一片51之上，而密封复合材料层52位于所述泡沫块40之上用于形成次级密封性膜16。第二泡沫块53位于所述密封层52之上，泡沫块自身承载着12mm厚度的第二片胶合板54。子部件53，54旨在构成所述主隔热层17的构件。在平面图中可见其呈矩形形状，矩形边平行于子部件51，40，52的边。如平面图中所示，这两个子部件具有共用同一中心的两个矩形的形状。恒定宽度的外围边缘57存在于子部件53，54周围，并且由子部件51，40，52的边缘所构成。所述密封层52例如由多层复合材料所制成，该多层复合材料由一片或多片金属片和一个或多个浸有聚合物树脂的玻璃纤维垫所构成。
用于防止隔热件老化的上述技术可被应用于各种储罐中，例如，陆上设施里的LNG储罐中，或者在浮动结构中，如液化天然气油轮或其它。
装备有图3所示的强制扩散处理装置的一个容器还可以陆上存储设施的形式产生，例如用于储存LNG，或者将其安装于近海或深水浮动结构中，尤其是一种液化天然气油轮，一种浮动储存再气化装置(FSRU)，一种浮动生产储卸油装置(FPSO)以及其它。
根据一个实施例，一种用于运输冷液体产品的油轮包括双壳体和位于该双壳体中的上述容器。
根据一个实施例，本发明还提供了一种所述油轮的装载或卸载的方法，其中，冷液体产品通过隔热管从浮动或陆上存储设施输送至油轮的容器或者从油轮的容器输送至浮动或陆上存储设施。
根据一个实施例，本发明还涉及一种用于冷液体产品的传输系统，所述系统包括：上述油轮，为了将安装于油轮船体中的容器连接至浮动或陆上存储设施而设置的隔热管，以及泵，用于通过隔热管将冷液体产品流从所述浮动或陆上存储设施吸入至所述油轮的容器或者从所述油轮的容器吸入至所述浮动或陆上存储设施。
参照图5，液化天然气油轮70的剖视图显示出一种大致棱柱形状的密封和隔热容器71，被安装在该油轮70的双壳体72中。所述容器71的壁包含：主密封层，旨在与存在于该容器中的LNG相接触；次密封层，设置在所述主密封层和所述油轮的双壳体72之间；以及两层隔热层，其中一层设置在所述主密封层和所述次密封层之间，其中另一层设置在所述次密封层和所述双壳体72之间。
以本身公知的方式，被设置在油轮的主甲板上的装载/卸载管73，可通过适当的连接件被连接至海上或海港终端，以将LNG货物传输至容器71或从容器71中传输至其它终端。
图5示出了海上终端的一个实施例，该海上终端包括：装载和卸载站75，水下管道76和陆基设施77。所述装载和卸载站75是一种离岸设备，包含可移动臂74和支撑该可移动臂74的塔78。所述可移动臂74携带有一束隔热软管79，所述软管79可被连接至所述装载/卸载管73。可调节的可移动臂74适应所有液化天然气油轮的尺寸。一条连接管道(未示出)在所述塔78内延伸。所述装载和卸载站75使得将液化天然气油轮70从所述陆基设施77进行装载和卸载或者将液化天然气油轮70装载和卸载至所述陆基设施77成为可能。后者包括液化气储罐80和连接管线81，所述连接管线81通过所述水下管道76连接至所述装载或卸载站75。所述水下管道76使得在所述装载或卸载站75与所述陆基设施77之间的很远距离的液化气传输成为可能，例如5km的距离，这使得装载和卸载操作期间的液化天然气油轮70与海岸保持一段很远的距离成为可能。
为了产生传输液化气所需的压力，采用了在油轮70夹板上的泵和/或安装于所述陆基设施77的泵和/或安装于所述装载或卸载站75的泵。
虽然本发明已在多个实施例中被描述，但很明显不仅局限于此并且还包括所有的类似的在本发明技术范围内的装置和技术以及相关的组合。
不排除使用“包括”或“包含”和其共轭形式的元件和步骤，除了在权利要求中提到的。不排除使用不定冠词“一”或“一个”的元件和步骤，除非提到多个元件和多个步骤。
在权利要求中，任何一个在括号中的参考标记不应该解释为一个权利要求的限制。
Claims (19)
1.一种发泡合成泡沫制成的隔热件(40)的强制扩散处理方法，所述隔热件(40)被设置于密封和隔热容器壁中，并形成所述容器壁的隔热层；所述方法包括：
在排放阶段，加热整个或部分容器壁以加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度，同时将所述隔热件暴露于氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体表现出低分压的气体氛围中；所述低分压指的是，对于这些物质中的每一种而言，每一种物质的分压要低于在标准压力下的空气中的该物质的分压；当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，或者当与所述积累的分压相关的所述隔热件的物理性质达到预定阈值或经过一段预定时间之后的时候，终止所述排放阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发泡合成泡沫包含至少80％的封闭气室。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发泡合成泡沫是一种聚氨酯泡沫。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚氨酯泡沫是一种热固性泡沫。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述排放温度小于100℃，优选小于80℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述排放温度大于50℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，用于制造所述发泡合成泡沫的所述发泡气体基本上由二氧化碳组成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述排放阶段的气体氛围表现出小于标准压力的总压力，优选小于10mbar。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述排放阶段的气体氛围是在强制对流中表现出摩尔质量大于或等于70g/mol的气体的气相。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，对于氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压，所述预定的阈值小于或等于30mbar。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述隔热件含有小尺寸的突起或孔穴，其增加了所述隔热件与所述气体氛围的交换表面积。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述排放阶段之后的运行阶段应用于所述隔热件的抑制扩散操作，所述抑制操作有效减缓气体向发泡材料件内部的扩散。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述抑制操作在于将所述隔热件暴露于气体氛围中，所述气体氛围的总压被保持低于标准压力，优选低于10mbar。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述抑制操作在于将所述隔热件暴露于气体氛围中，所述气体氛围基本上由表现出的分子量大于或等于70g/mol的化学实体组成。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述抑制操作在于将所述隔热件保持在小于0℃的温度下，优选小于-20℃。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述隔热件包含一层气密涂层(45)，位于所述隔热件的外表面上。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述气密涂层包含一层聚合物树脂层和/或一金属片，位于所述隔热件的外表面上。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述隔热件是一种扁平的平行六面泡沫块(40)，其表面显示出两个主要面(43，44)，它们平行于所述泡沫块的长度和宽度方向，并且在所述泡沫块的厚度方向上被彼此分离；并显示出周面(41，42)，它们要小于所述主要面并且沿着两个主要面之间的所述泡沫块的厚度方向延伸；其中，所述密封涂层展示出条状形式(45)，围绕着泡沫块且被纵向设置在所述泡沫块的周面(41，42)上，并且表现出的宽度小于所述泡沫块的厚度。
19.一种密封和隔热容器(71)，旨在于低温下容纳液化燃料气；其中，所述容器的壁包括一种安装于载体壁(12)的多层结构，所述多层结构包含与存在于该容器里的液化燃料气相接触的主密封性膜(15)，位于所述主密封性膜和所述载体壁之间的次级密封性膜(16)，位于所述主密封性膜和所述次级密封性膜之间的主隔热层(17)，以及位于所述次级密封性膜和所述载体壁之间的次级隔热层(18)；并且其中，隔热层之一或每个隔热层包含由发泡合成泡沫制成的隔热件，其特征在于，所述容器装备有一种强制扩散处理装置，包括：
加热装置(21，22，23)，能够加热所述主密封性膜和/或所述载体壁和/或所述隔热层，以提高所述隔热件的温度；
泵送装置(25，26，27)，连接至隔热层之一或每个隔热层，所述隔热层之一或每个所述隔热层包含由发泡合成泡沫制成的隔热件；所述泵送装置能够减少隔热层之一或每个隔热层中气相的总压力至低于标准压力，优选低于10mbar；
以及控制单元(30)，能够：
控制所述加热装置和所述泵送装置，以同时加热所述隔热件至一大于环境温度的排放温度并将所述隔热件暴露至在排放阶段期间低于标准压力的总压力，并且
当所述隔热件中的氮分子、氧分子、二氧化碳以及扩散到所述发泡合成泡沫时的扩散系数大于或等于氮分子的扩散系数的气体所积累的分压小于一个预定的阈值的时候，终止所述排放阶段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |