CN114383035B - 一种超低温液化气体压力容器及绝热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低温液化气体压力容器及绝热方法，所述压力容器包括内容器、外容器、支撑在内容器与外容器之间的支撑组件，支撑组件包括带有环形中空内腔的一对支撑环、设置在支撑环内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器外壁的内支撑绝热垫；外容器的上部设置有液氮罐，从液氮罐的内部液氮区向下引出有一对液氮循环管，一对液氮循环管分别穿过内容器的容器壁后对应的与一对支撑环的环形中空内腔相连通，一对支撑环的环形中空内腔通过液氮罐和一对液氮循环管充满有液氮，一对支撑环的环形中空内腔之间设置有液氮连通管，在一对液氮循环管的其中一根液氮循环管上串接有液氮循环泵。本发明提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果。

Description

一种超低温液化气体压力容器及绝热方法
技术领域
本发明涉及压力容器技术领域，具体涉及一种超低温液化气体压力容器及绝热方法。
背景技术
超低温液化气体存储压力容器是一种用于存放超低温液化气体的深冷压力容器，其采用双层结构，包括内容器和外容器，内容器和外容器之间形成真空夹层空间以隔绝外界热量的传递，以保证内容器中低温液化气体的安全性。为了提高绝热性能，通常还在夹层空间设置保温绝热材料来减少热量的传导、对流以及辐射，从而达到隔热保温、储存低温液体的目的。夹层抽真空以及夹层内保温绝热材料的设置是确保深冷压力容器绝热效果的关键技术，其直接影响到深冷压力容器绝热性能的好坏。
现有技术中的超低温液化气体存储压力容器存在的问题如下：
一是内容器和外容器之间的支撑结构会产生一定的热传递，由此影响了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
二是夹层空间内的保温绝热材料虽然能增强绝热效果，但是采用保温绝热材料毕竟仍然是一种被动式的绝热方式，其不能完全消除热量的传导、对流以及辐射，由此同样会影响超低温液化气体压力容器的绝热效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种超低温液化气体压力容器及绝热方法，旨在提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。具体的技术方案如下：
一种超低温液化气体压力容器，包括内容器、外容器、形成于所述内容器与所述外容器之间的夹层空间、支撑在所述内容器与所述外容器之间的支撑组件，所述支撑组件包括带有环形中空内腔的一对支撑环、设置在所述支撑环外周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑外容器内壁的外支撑绝热垫、设置在所述支撑环内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器外壁的内支撑绝热垫；所述外容器的上部设置有液氮罐，从所述液氮罐的内部液氮区向下引出有一对液氮循环管，所述一对液氮循环管分别穿过所述内容器的容器壁后对应的与所述一对支撑环的环形中空内腔相连通，所述一对支撑环的环形中空内腔通过所述液氮罐和一对液氮循环管充满有液氮，所述一对支撑环的环形中空内腔之间设置有液氮连通管，在所述一对液氮循环管的其中一根液氮循环管上串接有液氮循环泵。
优选的，在所述夹层空间内且位于所述内容器外围设置有热传递围板，所述热传递围板包括筒体式热传递围板和一对罩壳式热传递围板；所述筒体式热传递围板设置在位于一对支撑环之间位置的内容器外围，且所述筒体式热传递围板的筒体两端分别与所述一对支撑环相连接；所述一对罩壳式热传递围板设置在所述内容器的两端，且所述一对罩壳式热传递围板的罩壳口部分别对应的与所述一对支撑环相连接；所述热传递围板上密布有透气孔。
优选的，所述热传递围板的两面分别设置有防热辐射绝热屏，所述防热辐射绝热屏包括依次叠合连接在所述热传递围板上的玻璃纤维纸层、化学纤维网层和镀铝薄膜层。
为了进一步增强绝热的效果，进一步的改进方案是：所述夹层空间内的热传递围板配置有多层，且相邻两层的热传递围板间隔布置，每一所述热传递围板的两面均设置有所述的防热辐射绝热屏。
本发明中，所述液氮罐为双层绝热低温液氮罐，所述液氮循环管为真空绝热低温液氮循环管。
本发明中，所述液氮罐上设置有液位计、液氮补液口、安全放空阀和液位报警装置；当所述液氮罐内的压力低于设定值时所述安全放空阀关闭，当所述液氮罐内的压力超过设定值时所述安全放空阀打开以对液氮罐内的氮气进行放空，当所述液氮罐内的液位低于设定值时所述液位报警装置发出报警。
当所述液氮罐内的液位低于设定值时，可通过液氮罐瓶口的补液口向液氮罐内部补充注入液氮。
本发明中，所述液氮循环管与所述支撑环的环形中空内腔的上端部位相连接，所述液氮连通管连接在所述一对支撑环的环形中空内腔的下部之间。
本发明中，所述超低温液化气体压力容器的夹层空间上设置有分子筛吸附器。
本发明中，所述超低温液化气体压力容器的下部设置有运输底座，所述超低温液化气体压力容器的上部设置有支架，所述液氮罐固定在所述支架上。
一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，包括如下内容：
(1)在超低温液化气体压力容器的夹层空间内设置带有环形中空内腔的一对支撑环；所述支撑环通过若干数量沿所述支撑环内周间隔布置的内支撑绝热垫支撑在超低温液化气体压力容器内容器的外壁上、通过若干数量沿所述支撑环外周间隔布置的外支撑绝热垫支撑在超低温液化气体压力容器外容器的内壁上；
(2)将所述一对支撑环的环形中空内腔的下部之间通过液氮连通管相连通，在超低温液化气体压力容器的外容器上部设置液氮罐，并从所述液氮罐的液氮储存区引出一对液氮循环管，并将所述一对液氮循环管对应连接至所述一对支撑环的环形中空内腔的上部，在一对液氮循环管的其中一根液氮循环管上串接液氮循环泵；
(3)在超低温液化气体压力容器的夹层空间内位于内容器的外围设置多层间隔布置的热传递围板，并在每一热传递围板的两面分别设置防热辐射绝热屏；
(4)超低温液化气体压力容器内充入液化气体后，开启液氮循环泵进行液氮循环，循环至一对支撑环的环形中空内腔中的液氮通过热传递围板对防热辐射绝热屏进行主动制冷，带走防热辐射绝热屏的热量，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
优选的，还可以在超低温液化气体压力容器的夹层空间内(包括相邻两个热传递围板的防热辐射绝热屏之间的空间)填充其它绝热材料，以进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
优选的，还可以使用液氦杜瓦罐(或液氦杜瓦瓶)来代替液氮罐(相应的液氦代替液氮、液氦循环泵代替液氮循环泵、液氦循环管代替液氮循环管、液氦连通管代替液氮连通管)，以进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
本发明中，所述液氮循环管上还连接有抽真空支管，其用于向支撑环的环形中空内腔注入液氮之前对环形中空内腔的抽真空排空。注意抽真空排空时要先关闭液氮罐两端液氮循环管上的阀门、然后打开抽真空支管上的阀门，通过外置连接的抽真空装置进行环形中空内腔的抽真空。抽真空后先关闭抽真空支管上的阀门，然后打开液氮罐两端液氮循环管上的阀门，使得液氮通过真空的作用被吸入环形中空内腔内；然后即可启动液氮循环泵使得液氮在液氮罐与环形中空内腔之间循环流动，从而实现夹层空间内部支撑结构和防热辐射绝热屏的强制循环制冷。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种超低温液化气体压力容器及绝热方法，通过在夹层空间内部设置带有环形中空内腔的支撑环，并与设置在外部的液氮罐相互协同，在液氮循环泵的作用下，液氮在支撑环与液氮罐之间循环流动，支撑环被液氮所制冷，支撑环的冷量作用到热传递围板上，通过热传递围板使得防热辐射绝热屏形成冷屏，实现了超低温液化气体压力容器夹层空间内防热辐射绝热屏的强制主动冷却，通过强制主动冷却大幅度降低了夹层空间内部热传导的不利影响，从而较大幅度提高可超低温液化气体压力容器的绝热效果。
第二，本发明的一种超低温液化气体压力容器及绝热方法，内容器和外容器之间的多点支撑结构采用支撑绝热垫与支撑环组合结构，支撑环内部的液氮可以起到对于支撑结构具有强冷作用，由此大幅度减少了支撑部位的热传导损失，从而进一步提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果。
第三，本发明的一种超低温液化气体压力容器及绝热方法，利用液氮的超低温特性不但提高了超低温液化气体压力容器的绝热效果，而且还具有较高的安全性。
附图说明
图1是本发明的一种超低温液化气体压力容器的结构示意图。
图中：1、内容器，2、外容器，3、夹层空间，4、环形中空内腔，5、支撑环组件，6、支撑环，7、外支撑绝热垫，8、内支撑绝热垫，9、液氮罐，10、液氮循环管，11、液氮连通管，12、液氮循环泵，13、筒体式热传递围板，14、罩壳式热传递围板，15、防热辐射绝热屏，16、液位计，17、补液口，18、安全放空阀，19、液位报警装置，20、分子筛吸附器，21、运输底座，22、支架，23、阀门，24、抽真空支管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示为本发明的一种超低温液化气体压力容器及绝热方法的实施例，包括内容器1、外容器2、形成于所述内容器1与所述外容器2之间的夹层空间3、支撑在所述内容器1与所述外容器2之间的支撑组件，所述支撑组件包括带有环形中空内腔4的一对支撑环6、设置在所述支撑环6外周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑外容器2内壁的外支撑绝热垫7、设置在所述支撑环6内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器1外壁的内支撑绝热垫8；所述外容器2的上部设置有液氮罐9，从所述液氮罐9的内部液氮区向下引出有一对液氮循环管10，所述一对液氮循环管10分别穿过所述内容器1的容器壁后对应的与所述一对支撑环6的环形中空内腔4相连通，所述一对支撑环6的环形中空内腔4通过所述液氮罐9和一对液氮循环管10充满有液氮，所述一对支撑环6的环形中空内腔4之间设置有液氮连通管11，在所述一对液氮循环管10的其中一根液氮循环管10上串接有液氮循环泵12。
优选的，在所述夹层空间4内且位于所述内容器1外围设置有热传递围板，所述热传递围板包括筒体式热传递围板13和一对罩壳式热传递围板14；所述筒体式热传递围板13设置在位于一对支撑环6之间位置的内容器1外围，且所述筒体式热传递围板13的筒体两端分别与所述一对支撑环6相连接；所述一对罩壳式热传递围板14设置在所述内容器1的两端，且所述一对罩壳式热传递围板14的罩壳口部分别对应的与所述一对支撑环6相连接；所述热传递围板上密布有透气孔。
优选的，所述热传递围板的两面分别设置有防热辐射绝热屏15，所述防热辐射绝热屏15包括依次叠合连接在所述热传递围板上的玻璃纤维纸层、化学纤维网层和镀铝薄膜层。
为了进一步增强绝热的效果，进一步的改进方案是：所述夹层空间4内的热传递围板配置有多层，且相邻两层的热传递围板间隔布置，每一所述热传递围板的两面均设置有所述的防热辐射绝热屏15。
本实施例中，所述液氮罐9为双层绝热低温液氮罐，所述液氮循环管10为真空绝热低温液氮循环管。
本实施例中，所述液氮罐9上设置有液位计16、液氮补液口17、安全放空阀18和液位报警装置19；当所述液氮罐9内的压力低于设定值时所述安全放空阀18关闭，当所述液氮罐9内的压力超过设定值时所述安全放空阀18打开以对液氮罐9内的氮气进行放空，当所述液氮罐9内的液位低于设定值时所述液位报警装置19发出报警。
当所述液氮罐9内的液位低于设定值时，可通过液氮罐9瓶口的补液口17向液氮罐9内部补充注入液氮。
本实施例中，所述液氮循环管10与所述支撑环6的环形中空内腔4的上端部位相连接，所述液氮连通管11连接在所述一对支撑环6的环形中空内腔4的下部之间。
本实施例中，所述超低温液化气体压力容器的夹层空间4上设置有分子筛吸附器20。
本实施例中，所述超低温液化气体压力容器的下部设置有运输底座21，所述超低温液化气体压力容器的上部设置有支架22，所述液氮罐9固定在所述支架22上。
一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，包括如下内容：
(1)在超低温液化气体压力容器的夹层空间4内设置带有环形中空内腔4的一对支撑环6；所述支撑环6通过若干数量沿所述支撑环6内周间隔布置的内支撑绝热垫8支撑在超低温液化气体压力容器内容器1的外壁上、通过若干数量沿所述支撑环6外周间隔布置的外支撑绝热垫7支撑在超低温液化气体压力容器外容器2的内壁上；
(2)将所述一对支撑环6的环形中空内腔4的下部之间通过液氮连通管11相连通，在超低温液化气体压力容器的外容器2上部设置液氮罐9，并从所述液氮罐9的液氮储存区引出一对液氮循环管10，并将所述一对液氮循环管10对应连接至所述一对支撑环6的环形中空内腔4的上部，在一对液氮循环管10的其中一根液氮循环管10上串接液氮循环泵12；
(3)在超低温液化气体压力容器的夹层空间4内位于内容器1的外围设置多层间隔布置的热传递围板，并在每一热传递围板的两面分别设置防热辐射绝热屏15；
(4)超低温液化气体压力容器内充入液化气体后，开启液氮循环泵12进行液氮循环，循环至一对支撑环6的环形中空内腔4中的液氮通过热传递围板对防热辐射绝热屏15进行主动制冷，带走防热辐射绝热屏15的热量，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
优选的，还可以在超低温液化气体压力容器的夹层空间4内(包括相邻两个热传递围板的防热辐射绝热屏15之间的空间)填充其它绝热材料，以进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
优选的，还可以使用液氦杜瓦罐(或液氦杜瓦瓶)来代替液氮罐9(相应的液氦代替液氮、液氦循环泵代替液氮循环泵12、液氦循环管代替液氮循环管10、液氦连通管代替液氮连通管11)，以进一步提高超低温液化气体压力容器的绝热效果。
本实施例中，所述液氮循环管10上还连接有抽真空支管24，其用于向支撑环6的环形中空内腔4注入液氮之前对环形中空内腔4的抽真空排空。注意抽真空排空时要先关闭液氮罐9两端液氮循环管10上的阀门23、然后打开抽真空支管24上的阀门23，通过外置连接的抽真空装置进行环形中空内腔4的抽真空。抽真空后先关闭抽真空支管24上的阀门23，然后打开液氮罐9两端液氮循环管10上的阀门23，使得液氮通过真空的作用被吸入环形中空内腔4内；然后即可启动液氮循环泵12使得液氮在液氮罐9与环形中空内腔4之间循环流动，从而实现夹层空间4内部支撑结构和防热辐射绝热屏15的强制循环制冷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，包括如下内容：
（1）在超低温液化气体压力容器的夹层空间内设置带有环形中空内腔的一对支撑环；所述支撑环通过若干数量沿所述支撑环内周间隔布置的内支撑绝热垫支撑在超低温液化气体压力容器内容器的外壁上、通过若干数量沿所述支撑环外周间隔布置的外支撑绝热垫支撑在超低温液化气体压力容器外容器的内壁上；
（2）将一对所述支撑环的环形中空内腔的下部之间通过液氮连通管相连通，在超低温液化气体压力容器的外容器上部设置液氮罐，并从所述液氮罐的液氮储存区引出一对液氮循环管，并将一对所述液氮循环管对应连接至一对所述支撑环的环形中空内腔的上部，在一对液氮循环管的其中一根液氮循环管上串接液氮循环泵；
（3）在超低温液化气体压力容器的夹层空间内位于内容器的外围设置多层间隔布置的热传递围板，并在每一热传递围板的两面分别设置防热辐射绝热屏；
（4）超低温液化气体压力容器内充入液化气体后，开启液氮循环泵进行液氮循环，循环至一对支撑环的环形中空内腔中的液氮通过热传递围板对防热辐射绝热屏进行主动制冷，带走防热辐射绝热屏的热量，从而提高超低温液化气体压力容器的绝热效果；
其中，所述超低温液化气体压力容器包括内容器、外容器、形成于所述内容器与所述外容器之间的夹层空间、支撑在所述内容器与所述外容器之间的支撑组件，所述支撑组件包括带有环形中空内腔的一对支撑环、设置在所述支撑环外周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑外容器内壁的外支撑绝热垫、设置在所述支撑环内周且沿周向间隔布置的若干数量用于支撑内容器外壁的内支撑绝热垫；所述外容器的上部设置有液氮罐，从所述液氮罐的内部液氮区向下引出有一对液氮循环管，一对所述液氮循环管分别穿过所述内容器的容器壁后对应的与一对所述支撑环的环形中空内腔相连通，一对所述支撑环的环形中空内腔通过所述液氮罐和一对液氮循环管充满有液氮，一对所述支撑环的环形中空内腔之间设置有液氮连通管，在一对所述液氮循环管的其中一根液氮循环管上串接有液氮循环泵。
2.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，在所述夹层空间内且位于所述内容器外围设置有热传递围板，所述热传递围板包括筒体式热传递围板和一对罩壳式热传递围板；所述筒体式热传递围板设置在位于一对支撑环之间位置的内容器外围，且所述筒体式热传递围板的筒体两端分别与一对所述支撑环相连接；一对所述罩壳式热传递围板设置在所述内容器的两端，且一对所述罩壳式热传递围板的罩壳口部分别对应的与一对所述支撑环相连接。
3.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述热传递围板的两面分别设置有防热辐射绝热屏，所述防热辐射绝热屏包括依次叠合连接在所述热传递围板上的玻璃纤维纸层、化学纤维网层和镀铝薄膜层。
4.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述夹层空间内的热传递围板配置有多层，且相邻两层的热传递围板间隔布置，每一所述热传递围板的两面均设置有所述的防热辐射绝热屏。
5.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述液氮罐为双层绝热低温液氮罐，所述液氮循环管为真空绝热低温液氮循环管。
6.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述液氮罐上设置有液位计、液氮补液口、安全放空阀和液位报警装置；当所述液氮罐内的压力低于设定值时所述安全放空阀关闭，当所述液氮罐内的压力超过设定值时所述安全放空阀打开以对液氮罐内的氮气进行放空，当所述液氮罐内的液位低于设定值时所述液位报警装置发出报警。
7.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述液氮循环管与所述支撑环的环形中空内腔的上端部位相连接，所述液氮连通管连接在一对所述支撑环的环形中空内腔的下部之间。
8.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述超低温液化气体压力容器的夹层空间上设置有分子筛吸附器。
9.根据权利要求1所述的一种超低温液化气体压力容器的绝热方法，其特征在于，所述超低温液化气体压力容器的下部设置有运输底座，所述超低温液化气体压力容器的上部设置有支架，所述液氮罐固定在所述支架上。
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