CN115667785A

CN115667785A - 真空面板

Info

Publication number: CN115667785A
Application number: CN202180040182.3A
Authority: CN
Inventors: S·福丝; S·厄伊恩; A·B·安德森; T·保尔森
Original assignee: Gerwei United Co ltd
Current assignee: Gerwei United Co ltd
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2023-01-31
Also published as: KR20230035310A; GB2597049B; EP4158239A1; US20230228380A1; BR112022024490A2; JP2023528911A; WO2021244948A1; GB2597049A; GB202008266D0

Abstract

一种用于远洋船舶的隔热布置，包括面板的模块化布置，每个面板包括冷的第一层和相对的环境层以及它们之间的容积，容积布置成在使用中被抽空以产生真空。

Description

真空面板

背景技术

本发明涉及一种用于隔离低温封围舱的隔离布置。本发明具体但不排他地适用于作为货物或者作为燃料的诸如液化氢和液化天然气(LNG)之类的低温液体的储存和运输(以及在燃料情况下的消耗)。

运输此类液化气体允许在一次行程中运输大量气体，这减少了污染并增加了运输效率。为了运输这种液化气体，船舶在航行期间必须维持极低的温度。

通过对用于包含液化气体的舱进行隔热，实现了将气体维持在这些低温下的液态状态。这通常采用一层或多层诸如聚氨酯泡沫之类的隔热材料的形式，其可以喷涂到舱表面上或以预制面板的形式安装，通常包括使用胶合板，并且这防止周围的热量到达货舱(液货舱)并加热液化气体。

这种系统已经成功地用于各种能够在世界范围内安全运输液化气体的气体运载船舶。

然而，发明人已经设计出新的布置，其允许包含极低温度下的液化气体并且比现有方法更高效地使液化气体与周围条件隔离。更具体地，本文所述的发明允许在接近绝对零度，即低于-250摄氏度的温度下对货舱或燃料舱进行隔热。

有利地，这样的系统允许包含诸如氢气或甲烷之类的气体并将此类气体维持在液态。氢的燃烧仅形成水作为废物，因此包含和使用这种燃料的能力提供了显著的环境和效率优势。它还允许船舶和船队运营商遵守未来可能适用于航运业的更加严格的环境法规。

其它优点在本文中描述。

发明内容

本文描述的发明的各方面在所附权利要求书中阐述。

从第一方面来看，一种模块化隔热部可以布置成包括一个或多个镶嵌隔热单元，每个单元包括面向内的第一层以及与第一层间隔开的面向外的第二层，这两层在其间限定空间；以及在第一层和第二层之间延伸的一个或多个间隔构件，并且其中，限定第一层、第二层和围绕该布置延伸的外周界的表面是不透气的表面。

因此，根据本公开，提供了允许一定范围的舱几何形状被隔热的模块化隔热系统或布置。层之间的空间可以排出空气以形成完全或接近完全的真空，这提供增强的隔热特性并防止来自外部周围环境的热量连通于舱并因此连通于舱的内容物。

本发明涉及与诸如LNG、氢气和任何其它相关气体的液化气体的封围和/或运输相结合的隔热。典型地通过将温度降低到极端水平来液化气体。这种情况需要隔热以避免蒸发。此外，考虑到包括液化气体可能从舱泄漏后与安全相关的后果，可能需要屏障来保护其直接环境。根据运营和/或法规的要求，假定舱本身代表第一屏障，则隔热系统可以设计为既作为温度控制装置又作为屏障，即第二屏障。本发明可用于将满足一个或两个要求的应用中。

本发明可应用于隔热低温舱以最小化热泄漏和蒸发。这样的舱可以是用于储存或运输作为货物的气体以及燃料的舱。该创新可用于不同的舱类型，例如IMO A型舱、IMO B型舱、IMO C型舱、棱柱形舱、布置在集成或独立船只结构中的舱、布置在诸如ISO集装箱之类的独立撬装结构中或以任何其它方式布置的舱。它可以应用于舱上，紧邻舱，也可以用于隔热舱所在的房间或货舱。此外，本发明可以布置成使得它将实现隔热的目的并且附加地通过确保封围和足够低的温度提供作为二级屏障，从而确保周围环境免于泄漏和/或从损坏的低温舱泄漏的后果。

第一层和第二层之间的空间以及限定布置的外周界的表面限定布置的内部容积。间隔构件可以方便地布置在该空间内和两个表面或层之间，并且用于在内部容积排出空气时抵抗作用在表面上的大气压力。将认识到，当抽真空时，大气压力将起到将两个外表面推到一起的作用。包括内部支承件撑或间隔结构可抵抗这种运动，并且还为面板提供结构强度以抵抗例如由施加隔热的舱破裂引起的压力。

还可以提供与内部容积流体连通的阀，该阀在使用中布置成允许空气从内部容积中排出。因此，可以控制隔热面板或包括多个面板的结构内的内部压力。

第一层和第二层重要的是不透气以维持真空。此外，围绕单个面板或包括多个面板的结构的周界也必须是不透气的。为了防止热量从布置的环境侧传递到布置的舱侧，在面向舱的表面和面向环境的表面之间方便地设置断热部或屏障。

在一种布置中，限定布置的外周界的不透气表面由联接于第一层的第一部分和联接于第二层的第二部分形成，并且还包括联接于第一部分和第二部分的第三部分。因此，周界表面由三个部分形成，其中第三部分可用作断热部或屏障。

具体地，第三部分可以由如下材料形成或者设有相对于第一部分和第二部分的几何形状，其具有比第一部分和/或第二部分低的导热系数。因此，第三部分用于防止热量通过布置的周界部分传递。

面板内的间隔元件提供了许多功能，包括：

-维持布置层的分离以维持布置的内部容积；

-为布置提供结构强度，以允许其能够固定至表面，诸如舱表面或船体表面；以及

-如果舱因泄漏或破裂而受到损害，因此从舱内的液体中形成液压载荷，则提供结构强度。

可以以多种构造提供间隔构件以保持间隔并提供所需的强度。例如，(一个或多个)间隔构件可以是在第一层和第二层之间延伸的多个柱的形式。

为了允许空气从包括间隔元件的布置的内部空间排出，该柱或每个柱可包括允许空气进入和离开柱内的容积的孔。

为了防止热量沿间隔元件穿过该布置，(一个或多个)间隔构件可全部或部分由选自木材(胶合板或其他合适的木材或木材复合材料)、竹子、纸板或不锈钢的材料形成。其它合适的材料包括PEEK、聚氨酯和PTFE。因此，可以提供低导热性材料以抑制或防止布置的舱和周围表面之间的热传递。或者，也可以使用超薄金属，其可能具有更高的导热性但可能足以限制热传递。

在防止热传递的另一种布置中，(一个或多个)间隔构件可以由从第一表面延伸的第一部分和从第二表面延伸的第二部分以及将间隔构件的第一部分连接至第二部分的中间部分形成。中间部分可以具有比第一部分和/或第二部分更低的导热系数。因此，可以提供断热部或护罩。

可以选择材料以防止沿着间隔元件的热传递。例如，间隔元件的第一部分和第二部分可以由铝或其合金形成，并且其中，中间部分可以由选自铝、铝合金、不锈钢、橡胶、POM、PTFE、PEEK或其它合适材料的列表中的材料形成。

为了方便且安全地形成镶嵌布置，该镶嵌单元或每个镶嵌单元的周界可包括用于与相邻镶嵌单元邻接的连接表面。当相邻单元放在一起时，连接表面提供相邻单元之间沿着表面的连续接触。

例如，连接单元可以是从单元周界延伸的径向延伸边沿的形式。边沿可仅径向向外延伸或可相对于从舱表面延伸的垂线渐缩或成角度。以一定角度设置边沿可有利地允许相邻镶嵌面板之间的接头具有一些柔性，这是由于边沿延伸的角度所提供的柔性。因此，热力和加载力可以容纳在镶嵌结构内，这在舱被加载和卸载时可能是重要的，从而形成布置的热膨胀和收缩。

边沿可以设置在该布置的面向舱的一侧以及该布置的面向周围环境的一侧两者上。

单独的隔热单元或面板可以具有多种形状，包括例如三角形、正方形、矩形、六边形或其它镶嵌多边形。

有利地，单元可以是六边形的并且一个或多个间隔元件的横截面附加地是六边形的。当单元被加热和冷却时，六角形允许沿径向方向更均匀的热膨胀。这允许更好地控制布置内的热感应载荷。

间隔元件可以是单元内部空间内的多个元件的形式。它们可以分散或散布在表面上或彼此邻接。如果在邻接中，则可能没有必要将单独的元件连接在一起，因为由层和周界限定的空间可以将它们固定到位。在另一种布置中，元件可形成为单个单元，诸如六角柱矩阵。这种布置可以方便地挤出，从而实现简单且具有成本效益的制造。

当镶嵌在一起时，多个模块化隔热布置可以彼此气体连通，使得一个布置的排出导致空气从其它布置抽出。因此，可以用单个泵对多个布置进行排气。

这些单元能够以多种方式连接在一起。在一个提供不透气密封的示例中，相邻的模块化隔热布置可以沿着每个布置的周界焊接在一起。

可以通过多种方式监测布置的性能。例如，隔热系统还可以包括压力检测器，该压力检测器布置成用于监测该布置或每个布置内的压力，并且还包括布置成响应于检测到的压力激活空气泵的控制布置。替代地或附加地，温度传感器(探针、热像仪的热电偶)可以布置成用于监测该布置或每个布置内的温度并且还包括布置成响应于检测到的温度和/或检测到的压力变化而激活空气泵的控制布置。

因此，可以实时监测和控制布置的性能，从而快速解决热性能的任何损失，并因此避免舱温度的任何升高。

从本公开的另一方面来看，提供了一种包括如本文所述的模块化布置的低温封围舱，该方法包括对一个或多个模块化布置内的空间进行排气的步骤。这可以间歇地进行，并且进行进一步排气以维持真空。

从另一方面来看，提供了一种液化气体运输布置，包括用于容纳液化气体的舱和围绕舱的外表面或舱所在房间的表面的隔热层，其中，隔热层呈面向舱的面向内的第一层和背离舱的面向外的第二层的形式，第一层和第二层彼此间隔开并限定第一层和第二层之间的空间，并且其中，限定第一层和第二层的表面是不透气的表面。

围绕舱或者隔离安装未隔热舱的房间/保持空间的隔热层可分为单独的隔热部分，单独的隔热部分可在使用中布置成彼此邻接以包围舱或覆盖房间的表面。

有利地，该布置可以包含在支承结构内，并且其中，该支承结构在使用中布置成联接于相邻且对应的支承结构，以形成单独的液化运输布置的阵列。

附图说明

现在将会参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的各方面，在附图中：

图1A和1B示出了常规液化气体运输船舶的剖视图，图1B是船舱的角部展开图；

图2A和2B示出了如本文所述的隔热布置；

图3示出了单个面板的视图，其中一个外表面被移除以示出内部部件；

图4A示出了用于连接到图3所示的布置的面板的上表面；

图4B示出了面板的相对的(下)表面；

图5A和5B示出了面板的周界区段；

图6示出了隔热器的剖视图；

图7示出了通过面板的周界区段的剖视图；

图8A至8D示出了六边形面板布置；

图9示出了六边形面板和多个间隔元件；

图9A示出了形成图9中的面板的部件的分解图；

图10示出了六边形面板布置的外表面；

图11示出了六边形的周界，当它联接于图10所示的表面时，周界限定可以被排气的面板的容积；

图12A示出了面板和边沿布置的周界；

图12B示出了通过周界隔热布置的剖视图；

图12C示出了相邻面板的邻接；

图13和14示出了多个六边形面板，这些面板联接以形成单个单元或面板组；

图15A示出了附连于舱的六边形面板的一种布置；

图15B示出了附连于船舶的房间/保持空间(货物区域)中的内船体的六边形面板的一种布置；

图16示出了联接至面板的示例真空；

图17示出了结合本文所述的隔热系统的用于液化气体的运输系统；

图18示出了图17所示的运输系统的矩阵；

图19A、19B和19C示出了如图17所示的分解的系统的平面图、侧视图和端视图；

图20示出了系统的示例尺寸；

图21示出了本文描述的隔热系统的船舶实施方式的剖视图；

图22示出了形成这种系统的各个层的剖视图；以及

图23示出了舱支承脚中的一个的剖视图。

尽管本发明易于进行各种修改和替代形式，但在附图中借助示例示出特定实施例并且在本文中详细描述。然而，应当理解，附图和所附的具体实施方式并非旨在将本发明限制为所公开的特定形式，而是旨在涵盖落入本要求保护的发明的精神和范围内的所有变型、等效物和替代物。

本说明书中对现有技术文件的任何引用均不应被视为承认此类现有技术广为人知或构成本领域公知常识的一部分。如本说明书中所使用的，词语“包括”、“包含”和类似词语不应以排他性或穷举性的意义来解释。换言之，它们的意思是“包括但不限于”。参考以下实施例进一步描述本发明。将理解答的是，要求保护的本发明不旨在以任何方式受这些实施例的限制。还将认识到，本发明不仅覆盖单独的实施例，而且覆盖本文描述的实施例的组合。

此处描述的各种实施例仅用于辅助理解和教导要求保护的特征。这些实施例仅作为实施例的代表性样本提供，并非详尽和/或排他性的。应当理解，本文描述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构和/或其它方面不应被视为对权利要求书所定义的本发明范围的限制或对权利要求等同物的限制，并且在不脱离要求保护的发明的精神和范围的情况下可以使用其它实施例并且可以进行修改。本发明的各种实施例可适当地包括所公开的元件、部件、特征、部分、步骤、手段等的适当组合，或者由或基本上由所公开的元件、部件、特征、部分、步骤、手段等的适当组合组成，除了本文具体描述的那些。此外，本公开可能包括目前未要求保护但将来可能要求保护的其它发明。

将认识到，本文描述的本发明的(一个或多个)方面的特征能够以任何合适的组合方便地和可互换地使用。

具体实施方式

图1A示出了穿过常规气体运载船舶1的剖视图，其适用于运输液化气体货物。气体被液化并泵入船内的舱中以进行长距离运输。为了将气体维持在液化状态，船上的舱必须保持在非常低的温度，这需要对货舱进行特殊隔热。

该船舶包括货物支承系统2，该系统为货舱3提供抵靠船舶的船体和在船体内的支承件。舱3作为船舶的主要安全封围屏障并且典型地由指定用于低温应用的钢或铝形成。

设置了屏障间空间4，其限定了舱3和另一个二级屏障之间的空间。这可能是船舶的内船体，并且可能是另一层隔热材料或船舶的隔热布置。在这种情况下，屏障间空间在舱3的外表面和布置在内船体表面上的隔热部之间提供可进入的空间。

替代地，隔热布置可构造成邻近或附连于舱并且本身用作屏障。在这种情况下，屏障间空间将由距舱3的外表面的距离限定，并且隔热布置也起到屏障的作用。

舱3布置成包含船舶的货物，货物可以是各种液化气体。在一个示例中，货物可以是温度保持在-163摄氏度的液化天然气(LNG)。另一个示例可以是保持在-253摄氏度温度下的液化氢。

为了符合液化气运输的法律要求，提供了二级保护层5。这可以布置在内船体的表面上或通过替代方式布置。在主舱3发生故障或泄漏的情况下，液化气体可以流入空间，例如屏障间空间4，并且被二级保护层5所包含。该层防止液化气体接触船体，这可能由于液化气体的极低温度而导致船体发生致命故障。

图1A所示的布置是用于运输液化气体(例如LNG)的船舶的常见结构。这些气体运载船舶提供了安全的主舱来容纳冷液，并在主舱泄漏或故障时提供了二级后备层系统。

这种建造LNG运载船舶的缺点是建造时间和由此产生的成本，以及与建造过程的物流相关的挑战。如本文所述，此类船舶的建造可能很慢，因为在船舶结构和二级屏障首先安装在船体表面之前不能安装舱。

本发明的优点是船舶的部件可以平行安装的方式，从而减少液化气体运载船舶的总建造时间。

图1B示出了图1A中所示常规布置的拐角的近视图。此处，屏障间空间4和二级隔热层5更清晰可见。

图2A和2B(分别)示出了本文所述的隔热布置的一个实施例的侧视图和剖视图。

图2A示出了隔热布置的总体布置。布置6包括面向内的第一层7和面向外的第二层8。面向内的层在使用中布置成面对或邻接包含液化气体的舱(例如图1中所示的主封围舱3)，即术语“向内”指的是在使用中上述布置的向内面向冷货物的一侧。

相对表面8在使用中布置成向外面向屏障间空间4或船体(参见图1A和1B)，即从冷货物面向外。

图2B示出了剖视图的布置。如图所示，第一层7和第二层8间隔开距离d，从而限定空腔或空间9。离散元件10位于两个层或表面7、8之间并且维持两层之间的空间。

图2A和2B还示出了起伏部11，起伏部在一个或两个表面中形成，并且通过增加层的刚度来增加结构强度并且另外且有利地适应面板表面的热膨胀和收缩。

图2A和2B还示出了真空阀12，该真空阀允许布置内的空间与外部环境条件之间的空气连通。阀12布置成接纳空气泵(真空泵)，该空气泵可操作以将层之间的空间内的压力降低至或接近真空。这将在下面进一步讨论。

图3示出了图2A和2B中所示的单元的另一视图。此处示出了单元或面板的内部布置。如图所示，一系列起伏部11横跨并沿着面板的长度布置。参考图4A，示出了对应的轮廓11B，当将两个部分放在一起时，该轮廓装配在波纹轮廓11内。因此，起伏部可以增加面板的刚度。

回到图3，在一个实施例中，将表面7、8间隔开的离散元件是多个细长构件14A、14B、14C和14D的形式。将认识到，可以使用任何数量的元件。离散元件从面板的一端延伸至另一端，沿着两个表面的整个长度为它们提供支承。

为了允许面板内和两个相对层之间的空气运动，每个离散间隔元件(14A-14D)设有多个孔13，这些孔允许空气在面板内自由运动。因此，当空气通过阀12被吸入时，面板内的整个空间可以被排气并且可以形成真空。

有利地，通过在面板中形成真空而不是使用诸如泡沫等的隔热材料，面板的隔热特性可以得到显著改善。此外，面板的重量也可以显著降低，因为面板层之间的空间既没有材料又被排出空气。

然后两个面或层7、8在结构上由多个离散的支承元件彼此支承，图3中示出了一个示例。作为一个示例，层和支承元件可以通过挤出由铝制成。因此，当空气从面板吸离并建立真空时，面板能够支承或抵抗由作用在两个表面7、8和周界15上的大气压力引起的力。面板还能够支承施加于面板的任何外部载荷，该外部载荷可能由例如舱的泄漏或破裂导致液体的重量作用在面板上引起。

图4A和4B示出了使用挤出层7、8形成面板的两个相对层的面板结构的一个示例。在一个实施例中，从铝挤出每一层有利地允许层形成任何方便的长度和宽度。它允许以成本有效且简单的方式来形成每一层，并且此外允许快速且容易地形成起伏部11。

现在将参考图5A和5B描述每个面板的周界。

如图5A所示，周界P围绕面板的4个侧部延伸并且一旦连接于图4A和4B所示的两个相对层中的每一个的边缘就提供不可渗透的密封部。端部具有与起伏部11互补的轮廓。面板通过将周界P焊接至两个层而形成，从而形成由围绕边缘的周界和两个相对面界定的密封内部空间。

作为一个示例，现在将参考图5A和5B描述每个面板的周界。周界形成面板的侧边界。一旦面向内的表面和面向外的表面联接于周界(例如借助焊接)，密封容积由此形成。空气可以从容积中排出并且在布置内部产生真空。

图5B将周界示出为2个相邻但未连接的部件P1和P2，其中两个周界部件之间具有空间S。该空间可以用传热性能低于用于P1和/或P2的材料的不同材料桥接(如下所述)。因此，可以形成隔热部。

周界可以有利地是金属，其可以方便地焊接至两个层以提供围绕面板周界的非渗透表面。

因为面向内的面板将靠近冷的主舱，因此面向内的表面的温度将显著低于面向外的层的温度，其可以例如处于环境温度或近似海水温度。

在用于容纳液化氢的设备的一个实施例中，面向内的表面可以处于<-250摄氏度的温度，而面向外的表面可以处于>0度的温度。因此，面板上存在显著的温度差或温度梯度。

可以使用任何合适的材料来形成面板的层和独立的支承元件。例如，可以使用具有低密度并且可以与波纹一起使用以形成坚固结构的铝。然而，铝的热导率约为121W/mK(瓦/米·度)，这不利地允许环境温度通过材料传导至面板的冷侧(以及液化气体舱)。

因此可以使用隔热部来防止两个表面之间的热传递。这在图6的一个示例中示出。

图6示出了第一层7和第二层8以及在其间延伸的单个离散支承元件14。支承元件14由从第一层延伸的第一部分16和从第二层延伸的第二部分17形成。这两个部分可以通过断热部或隔热部18联接在一起。

隔热部18可以是与两个部分16、17不同的材料。例如，层7、8和部分16、17可以由铝形成。在一个示例中，部分16、17可以例如借助于挤出形成为与层7、8成为一体。或者，它们可以在各部分与相应层的相交处焊接。

在图6所示的示例中，隔热部18可以是不锈钢的一部分，其具有比相邻的铝低得多的导热率(例如大约12W/mK，而不是121W/mK)。因此，热量被限制直接沿着离散元件传递，而是被阻止传递通过隔热部。

在不锈钢用于隔热部并且铝用于两个部分17、18的布置中，连接可以借助于用于将不锈钢连接至铝的已知焊接技术。可以应用其它合适的结合工艺。

隔热部可以替代地由聚合物制成，诸如适用于低温应用的橡胶、POM、PTFE或PEEK。连接可以通过粘合剂粘合或硫化粘合进行。

如图5A和5B所示，还可能需要围绕面板周界的隔热部18。如图6所示，可以使用类似的布置。重要的是，由于面板内的内部空气被排出时大气压力作用在周界上，周界也经受侧向力。因此需要隔热部来抵抗侧向或侧向运动。

图7示出了周界15如何适合并入隔热部的一个示例。此处隔热部18的横截面是三角形的，这意味着大气压用于将隔热部偏置到周界区段15的第一部分和第二部分之间的间隙中。隔热部可以替代地是焊接板或具有其它几何形状。

隔热部可以位于距上层或下层7、8的任何距离处。

在又一示例中，离散支承元件可以由诸如胶合板、竹子、硬纸板或优选地具有低热传递特性的其它材料的木材形成。

图7还示出了可用于方便地允许将两个相邻面板焊接在一起的层的周界。在这样的布置中，可以通过不可渗透的焊接接头将一个或多个相邻面板密封在一起来形成单个内部体积或空间。例如，当两个相邻的面板彼此邻接时，焊接可以应用于面板的上边缘和下边缘。

如上所述，单独面板的形状可以是矩形或正方形，从而允许相邻形状方便地镶嵌和连结在一起(例如通过焊接)。还可使用包括三角形的其它形状。根据要隔热的舱或房间/保持空间的几何形状，可以使用不同形状的组合。

图8A至8C示出了六边形形状形式的替代镶嵌面板。有利地，六边形可以镶嵌，并且当从六边形的中心径向向外测量时，热膨胀是均匀的。图8D示出了允许抽出空气以在六角形面板内部形成真空的排气阀。

现在将参考图9描述六角形面板的内部。

六边形面板可包括以不同分布和构造的范围布置的多个离散支承元件14。在图9所示的示例中，支承元件不是沿着面板延伸的细长材料条或横跨面板径向间隔开的同心环，而是多个柱的形式。

柱可以例如是圆柱体或六角柱，其如图9所示从面向内和面向外的表面延伸。柱可以直接放置在向内和/或向外的面板上，或者放置在施加在相应层内侧的材料支承层上。该材料支承层可以有利地具有低热传递特性。当面板中抽真空时，柱可以提供维持两个表面或层分离所需的支承。低导热性意味着热量也不通过面板传递。

如图9所示，柱也可以是六角形的形式，这有利地允许单独的柱在六角形面板的主体内镶嵌并横跨面板的区域延伸。因此，可以容纳垂直和侧向载荷。

每个柱可以参考图6的描述构造有中间的隔热部。然而，也可以有利地使用具有低导热性的单个连续材料，诸如木材(例如胶合板或木材复合材料)、竹子、纸板或不锈钢。因此，可以使用增加简单性和降低制造成本的隔热部。

图9A示出了构成图9中所示的六边形面板的子部件。如图所示，单个六角柱的六角形阵列位于面板的上表面和下表面之间以及外周界内。

在替代的可选布置中，柱本身也可以填充有隔热材料，诸如膨胀泡沫、珍珠岩等。这些柱可以各自全部或部分填充有这样的材料，这可以有利地增加面板的强度和/或热特性。可以填充全部柱或柱的子集，从而可以在强度、重量和热性能之间实现平衡。

图9和10示出了六角形面板的内部细节。图10还示出对应于上文参考图5B描述的周界的两个周界部分P1和P2。图11示出了六边形面板的周界22。

图9中所示的每个柱可以附加地设有允许空气连通进出每个柱子的洞、槽或孔。因此，空气可以通过阀从每个柱中抽出，以在整个面板和每个柱的内部形成真空。可以避免面板内的压差并维持真空的热性能。

六边形面板的要求仍然是整个周界是气密的(不透气流)，同时维持面向内的表面和面向外的表面之间所需的隔热性能。这可以参考图12A来实现。

图12A示出了六边形面板布置的一个实施例。

该面板包括面向内的表面7和面向外的表面8以及附加地两个唇缘或边沿Ri和Ro。

边沿或唇缘在图8C中附加地示出，其中可以看出边沿从面向外的表面延伸并围绕面板的周界。边沿的功能描述如下。

边沿相对于面板周界的垂直侧表面成角度，如角度a所示(大于90度)。如图8C和10所示，面板由面向外的部件P1和面向内的部件P2构成。在形成六边形面板的相对表面的两个部件之间提供分隔部S。

为了围绕面板的周界形成密封，将不锈钢薄层20联接于面板的外周界以重叠分隔部S并联接于两个部件P1和P2。

不锈钢层可以有利地结合到面板周界内的木材或类似材料的内衬，并且其本身横跨分隔部S延伸。提供背衬层可以使不锈钢层非常薄，并因此同时提供：

(a)围绕面板的周界的所需的气密表面；以及

(b)围绕每个的面板周界的所需的隔热部。

不锈钢可以延伸穿过面板的整个深度，即从图12B中的L1到L2。

图12B示出了薄不锈钢层和如上所述的背衬表面。形成图12A中所示的布置的材料的厚度可以根据面板的期望的热性能和结构性能来选择。例如，尺寸可能在以下范围内：

面向外的层厚度范围为0.2mm至1mm

面向内的层厚度范围为0.2mm至1mm

分隔部S的范围直至200mm

隔热层厚度为小于相邻材料厚度的厚度，例如0.8mm，而相邻材料厚度为1mm。

图12C示出了外边沿R0和内边沿Ri的功能。

如图所示，两个相邻的隔热布置A1和A2邻接以形成隔热系统的镶嵌布置的一部分。在镶嵌布置时，两个相邻布置A1和A2将沿着六边形形状的6条直线接触。

此处，在图12C中的点J处，可以形成焊道以将两个布置焊接在一起。焊缝本身形成不透气的密封部，从而防止任何空气从布置的冷侧传递到环境侧。当将布置连接至舱时，焊接布置在面板的环境侧，并且相反地当布置被布置在船体上时，焊接布置在面板的冷侧。

边沿的角度a允许相邻布置A1和A2具有一定的柔性和运动性。面板的冷侧的热收缩将倾向于将两个相邻的边沿拉开。在面板的环境侧，热膨胀将倾向于相邻的边缘靠在一起。

有利的是，面板的冷侧或面板的环境侧将不牢固地联接于舱或船体，以允许在舱被清空(并可能升温)并再次填充(并因此冷却)时隔热布置相对于舱/船体表面进行热运动。有利地，与舱或船体的连接是柔性的并且允许舱/船体和面板之间的相对运动。

为了完全优化热性能，相邻面板之间形成的空隙可以用隔热材料填充。例如，空隙可以用聚氨酯、矿棉、EPS(发泡聚苯乙烯)或其它可以方便地与空隙定位以填充空间的隔热材料填充。或者，可以在空隙中引入真空。

图13和14示出了联接在一起的多个六边形面板，用于连接到船只的内船体或舱的外表面。在这种布置中，围绕周界的非渗透密封仅需要围绕整个布置的最外周界而不是单个面板的周界。因此，可以提供该布置的单个内部容积，并且使用单个排气阀。这允许布置的更快的安装和排气。

在相邻组或多个面板聚集在一个表面上的情况下，相邻组之间的任何空隙可以有利地填充有隔热材料，诸如如上所述的膨胀泡沫等。或者，可以在空隙中引入真空。

此外，它有助于方便地检查和监测布置内的真空水平，这对布置的热性能很重要。在这样的布置中，仅需要检查单个阀以确定多个连接的面板的内部压力。可以附加地或替代地安装压力表。

图15A示出了在舱的外表面上的六边形布置的安装。

图15B示出了在船舶的房间/保持空间(货物区域)中的内船体的六边形布置的安装。

图16示出了连接于面板上的真空阀的真空连接件和相关联的导管，空气可以通过该导管排出。将认识到，多个单独的面板或面板组可以连接于单个真空泵以形成一个或多个真空。例如，可提供歧管布置以允许方便的联接和维护。

尽管上述示例涉及六边形面板，但将认识到相同的方法可用于可镶嵌的其它形状。例如，这可以是方形或三角形面板。根据要隔热的舱的几何形状，可以使用不同形状的组合并将其镶嵌在一起以提供覆盖整个舱表面或船体内表面的完整屏障。还遵循的是，边沿和周界隔热布置可同样用于不同的面板形状。

可以使用温度监测和/或压力监测来实现对隔热布置的监测。

由不可渗透密封限定的每个面板或多个面板可经由真空阀12连接于压力控制和监测系统以及真空泵。将监测所定义的真空压力、默认值和实际压力之间的差异。连接于网格或面板组的真空泵将在需要时激活并恢复默认真空压力。

替代地，温度可以代替压力或除了压力之外用作监测参数。可以使用热电偶等传感器或红外(IR)摄像机等被动传感器来实现温度测量，以监测面板之间的温度变化以及相对于期望操作温度的变化。如果温度上升到预定义的默认值以上，则指示真空损失。连接于一个面板或多个面板的网格的真空泵将在需要时并且如果需要则被激活并恢复默认真空压力。

将认识到，本文所述的隔热布置可用于允许在如上所述的货物应用中运输液化气体，即在专门构造用于运载液化气体的船舶上使用大容积舱的情况。发明人已经确定隔热面板布置还可以用于其它相关应用。例如，面板可以安装在舱本身上，或者如果舱没有隔热，则可以安装在放置未隔热舱的房间/保持空间的壁上。

附加地或替代地，LNG燃料箱可以使用本文描述的隔热布置来实现。

附加地或替代地，液态氢(LH₂)燃料箱可以使用本文描述的隔热布置来实现。因此，可以通过提供这种可以包含液化氢的隔热燃料舱来使用清洁燃料。

上面的讨论聚焦在具有如图15所示的大舱或几个大舱的特制货船以及燃料舱(用于LNG/LH₂)中的隔热布置的使用。然而，也可以如现在参考图17至20所描述的那样实现模块化货物布置。

图17示出了包含本文所述的隔热布置的液化气体运输布置26。运输布置被布置在ISO标准集装箱的尺寸范围内，诸如但不限于20、40或45英尺长，包括用于在船舶上运输货物的类型的高立方体货运集装箱或任何其它合适的橇状结构。

如图18所示，外部结构27布置成使得单独的运输布置可以联接在一起。然后可以例如在货船的甲板内或甲板上将单独的液化气运输布置的阵列固定在一起以供运输。在图18中，12个单独的液化气体运输布置联接在一起形成舱阵列。

现在将参考图19和20描述该布置的隔热部。

图19A示出了该布置的平面图。图19B示出了该布置的侧视图，图19C示出了端视图。

图19A示出了构成围绕舱的隔热层的各个区段的分解图。舱28布置成包含液化气体，诸如氢气(LH₂)或LNG。舱28被本身由4个区段形成的隔热层围绕。将认识到可以使用任意数量的区段，但是使用4个区段改善了构造的简单性。

舱28可以被2个端部区段29A、29B和两个套筒区段30A、30B围绕。套筒区段30A、30B布置成在舱的长度上滑动。然后通过锁定端部区段29A、29B以形成围绕舱28的封套来“密封”舱。参考图17，封闭的舱示出为具有进入端口31，用于加载、卸载和在隔热层中抽真空。

如本文所述，隔热层可以是单个面板的镶嵌布置的形式。然而，图19A-19C所示的布置的套筒允许使用具有相同真空内腔的隔热层的更长区段并且方便地制造。如本文所述，当在层内抽真空时，间隔元件可用于提供隔热所需的结构支承。

间隔元件可以是离散元件或者可以是沿着套筒的长度延伸的细长构件(并且在面向舱的层和面向外的层之间限定的空间内)。这允许诸如通过挤出而方便地制造。

图20示出了具有合适尺寸以确认货船和国际运输中使用的集装箱尺寸的布置的侧视图、端视图和平面图。因此，该布置可以使用常规的物流系统方便地工作，而不需要特殊的设备或几何形状来加载和卸载。

在另一种布置中，舱28可以是圆柱形的并且相应的套筒是圆柱形的以围绕圆柱形舱。然后，端部将是舱的任一端上的两个相对的凹形隔热“盖”。

例如当使用单个集装箱时，本文描述的与真空、温度感测和蒸发处理/管理相关的布置可以方便地布置在集装箱的外边界内。或者，例如当多个容器一起使用时，多个集装箱可以连接于主集装箱，该主集装箱容纳用于真空、温度感测和蒸发布置的控制和监测设备。

还应认识到，每个集装箱都可以设有合适的导管和连接器，从而允许由单个真空源从多个集装箱隔热布置中抽真空。可以类似地提供电连接以用于在集装箱之间传递功率和温度/压力信息。因此，可以实现完全模块化的集装箱系统。

如上所述，本文所述的发明还可用于船舶的燃料舱应用。

在上述任何构造中，该布置可包括蒸发管理系统，该系统限制舱中随着液体蒸发成气体而发展的增加的压力，从而确保其保持在安全水平内。这可能包括重新液化以重新注入。

参考图21、22和23阐述根据本文所述的发明的隔热和运输的又一示例。

上述隔热布置由多个离散单元形成，这些离散单元可以如上所述紧密布置在舱表面和/或船体表面上。

这参考图21进一步说明，图21示出了液化气体运载船只32的剖视图，包括船只的在(一个或多个)货物容纳舱上方的上层结构。此处，船只32包括舱33，在运输期间液化燃料被加载和包含在舱33中。舱33由多个支承件或“支脚”34支承在船只32的结构内。支承件34将舱连接至船体，为舱33提供结构支承，并且还在冷舱和船体下表面之间提供隔热。这将在下面进一步描述。

图21还示出了主隔热层35，主隔热层布置成靠近并联接于舱33，如上文参考面板所述。还示出了二级隔热层36，该二级隔热层布置成靠近船体并联接于船体。

空隙37位于主隔热层35和二级隔热层36之间。如上所述，通过在舱中的冷液体和海水中相对温暖的液体之间提供附加的热步骤，该空隙可以形成用于集装箱的隔热系统的一部分。该空隙37可以填充有惰性氮气、氦气或者可以施加真空。

如图22所示，空隙V₁位于主隔热层35和舱33表面之间。该空腔或空隙可填充有气体，该气体有利地具有比舱内液体的冷凝温度更低的冷凝温度。也可以施加真空。

两种气体候选物是氦气(在大约负269摄氏度的温度下凝结)和氢气(在大约负253摄氏度的温度下凝结)。第三选项是在空隙37中形成真空。在这三种情况中的每一种情况下，空腔的内容物都在防止冷凝并在空腔内变成冰或冰浆。将认识到，真空中根本不存在任何气体。

主隔热层和舱之间以及二级隔热层和(内)船体之间的完美接触不太可能实现，因此在各自的隔热面板和表面之间会出现小的分离，从而形成空隙。当舱承载LH₂等载荷时，舱和隔热层之间的空隙将保持略高于载荷温度的温度。在这个间隙被含有氧气和氮气的空气占据的情况下，这些成分将分别在-183和-196摄氏度下冷凝，从而形成冰。除了氢气和氦气(将在-269℃下凝结)外，所有其它气体也会凝结并导致同样的问题。

因此，通过在这个间隙中使用氦气或氢气，气体在这个低温下仍然是气体，即不凝结或形成冰。第三种替代方案是在这个空隙中建立真空。

隔热面板和船体之间的空隙不受到那么低的温度影响。这个空隙可以填充有空气、氮气或氦气。

舱/隔热层和隔热层/船体之间的两个空隙可能不是故意制造的。这两种情况都是由于隔热面板没有使用胶水来将隔热部连结至表面，这意味着它将永远不是完美的配合，并且隔热部和表面之间总是存在一些间隙。在暖侧，这并不代表缺点。在冷侧，即隔热部和舱之间，这个间隙是不利的。该间隙中的温度将比舱本身的温度高一小部分。如果这个间隙填充有空气，空气中的氧气和氮气将分别在-183和-196℃下凝结，这将形成不想要的冰。除氦气(-269)℃和氢气外，所有其它气体也将冷凝。舱外的氢气(如果使用氢气)的温度将略高于氢气的冷凝温度，因此将不会冷凝。

因此可以形成多层隔热系统38，其中以下层从船只内的舱开始。这参考图22示出，图22是穿过图21中所示隔热层的一部分的剖视图。

多层隔热系统可以分为以下几层：

表1

	舱隔热	船体隔热
			1	多个面板	聚氨酯
2	聚氨酯	多个面板
			3	多个面板	多个面板
4	聚氨酯	聚氨酯

表2

发明人已经确定，最低的热性能是通过聚氨酯/聚氨酯配对实现的，而最佳的热性能是通过多个(镶嵌)面板/多个面板(如参考图1至20所描述的)实现的。此外，此类面板中的真空布置提供了最佳的热性能。

因此将参考表1、表2和图22认识到，可以为根据本文描述的发明的集装箱提供复杂的热布置。

有利地，可以针对特定货物优化每一层的热性能。此外，制造和安装可以被简化并适于形成多个空隙层。较低的制造公差允许在舱和船体几何形状上有更高的公差，同时提供附加的空隙层。

图23示出了图21中所示的“支脚”34的支承。

支承件34提供舱的结构支承的功能、舱的物理位置的功能，即防止运动的功能，并且还提供为断热部以防止来自船体周围的海的热量被传导至舱。此外，为了维持上述空隙的完整性，必须密封每个支承件或支脚的周围，以防止气体逸出、进入或失去真空。

这是使用载荷承载主构件40实现的。它位于抵靠船体的下表面和抵靠舱的上表面。

如上所述，氦气可用于所述空隙中。氦气在比氢气低的温度下液化，并且可以在空隙中使用以防止形成冰/浆。在这样的布置中，可以提供附加的氦气供应系统，并且因此可以提供通向各个空隙的管道/阀布置(使用与上述类似的布置)。然后可以密封每个空隙的周界以防止诸如氦气之类的所选择的气体进入/流出。

图23示出了舱和船体下表面之间的联接，即舱既被支承又被重要地隔热的方式。

图23示出了图21中所示的多个支脚34中的一个。如图所示，支脚布置包括断热部40，其提供舱壁33和船体之间的结构连接。这可以由任何合适的材料制成，包括例如木材。

如图所示，主隔热层35布置成遵循从隔热层40延伸到舱33的钢支承结构41的侧轮廓。层35的轮廓提供了围绕支脚结构的隔热连续性。

为了提供气体密封以密封热桥接件/舱支承件40，将金属焊接盖或帽42焊接至隔热面板或层36的金属外层43的内表面。焊缝围绕支脚，从而提供气体密封以维持空隙37的完整性，如上所述，空隙可以填充有惰性气体，诸如氮气。

支承件(40)上方的舱《支脚》(梯形)：梯形形状可以是封闭的钢制盒子，并且内部的空隙可以是真空。发明人还已经确定，本文所述的面板和隔热布置，包括多重隔热层和空隙布置，也可以应用于球体舱，实际上是足球或长球体形状，其中，球体的每个平面表面对应于本文描述的面板。面板可包括各种数量的边，包括五边形和六边形，每个边焊接或联接在一起。

从另一方面来看，提供了一种用于船舶的模块化隔热布置，该布置包括一个或多个如本文所述的镶嵌隔热单元，这些隔热单元布置成抵靠或靠近船舶的载货舱，并限定主隔热层以及与所述第一隔热层隔开的第二隔热层，并在其间限定空间。

第二层也可以是多个镶嵌隔热单元或层或聚氨酯(例如喷涂)。如果该布置不用于LH₂但例如LNG，则可能不需要第二隔热层。

一个或多个镶嵌隔热单元与船舶的载货舱之间的间隙或空腔可以填充有选自氦气或氢气的气体。也可以施加真空。这同样适用于形成隔热层的镶嵌面板，这些面板抵靠或靠近船体或压载水舱(通常是船体的一部分)。

Claims

1.一种模块化隔热布置，包括一个或多个镶嵌隔热单元，每个单元包括面向内的第一层以及与所述第一层间隔开的面向外的第二层，两个层在其间限定空间，并且一个或多个间隔构件在所述第一层和所述第二层之间延伸，并且其中，限定所述第一层、所述第二层和围绕所述布置延伸的外周界的表面是不透气表面。

2.如权利要求1所述的布置，其特征在于，所述第一层和所述第二层之间的所述空间以及限定所述布置的所述外周界的表面限定了所述布置的内部容积，并且其中，所述间隔构件在使用中布置成，当所述内部容积被排出空气时，抵抗作用在所述表面上的大气压力。

3.如权利要求2所述的布置，其特征在于，所述布置包括与所述内部容积流体连通的阀，所述阀在使用中布置成允许空气从所述内部容积中排出。

4.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，限定所述布置的所述外周界的所述不透气表面由联接于所述第一层的第一部分和联接于所述第二层的第二部分形成，并且还包括联接于所述第一部分和所述第二部分的第三部分。

5.如权利要求4所述的布置，其特征在于，所述第三部分具有比所述第一部分和/或所述第二部分低的导热系数。

6.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述一个或多个间隔构件是在所述第一层和所述第二层之间延伸的多个柱的形式。

7.如权利要求6所述的布置，其特征在于，每个柱包括允许空气进入和离开所述柱内的容积的孔。

8.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述一个或多个间隔构件全部或部分由选自木材、胶合板、木材复合材料、竹子、纸板、聚氨酯、PEEK、PTFEE或不锈钢的材料形成。

9.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述一个或多个间隔构件由从所述第一表面延伸的第一部分和从所述第二表面延伸的第二部分以及将所述间隔构件的所述第一部分连接至所述第二部分的中间部分形成。

10.如权利要求9所述的布置，其特征在于，所述中间部分具有比所述第一部分和/或所述第二部分低的导热系数。

11.如权利要求9或10所述的布置，其特征在于，所述间隔元件的所述第一部分和所述第二部分由铝或其合金形成，并且其中，所述中间部分由选自铝、铝合金、不锈钢、橡胶、POM、PTFE或PEEK的材料形成。

12.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述或每个镶嵌单元的周界包括用于与相邻镶嵌单元邻接的连接表面，其中，当相邻单元被放在一起时，所述连接表面沿着所述表面在相邻单元之间提供连续接触。

13.如权利要求12所述的布置，其特征在于，所述连接表面是从所述单元的周界延伸的径向延伸的边沿的形式。

14.如权利要求13所述的布置，其特征在于，每个单元包括在所述单元的面向内的表面上的径向延伸的第一边沿，以及在所述单元的面向外的表面上的径向延伸的第二边沿。

15.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述镶嵌隔热单元具有选自三角形、正方形、矩形、六边形或镶嵌多边形的形状。

16.如前述权利要求中任一项所述的布置，其特征在于，所述镶嵌隔热单元是六边形的，并且所述一个或多个间隔元件的横截面是六边形的。

17.如权利要求16所述的布置，其特征在于，所述间隔元件是六角柱的单个矩阵的形式。

18.一种隔热系统，包括多个如前述权利要求中任一项所述的模块化隔热布置，并且其中，多个模块化隔热布置彼此气体连通，使得一个布置的排气导致空气从其它布置抽出。

19.如权利要求18所述的隔热系统，其特征在于，相邻的模块化隔热布置沿着每个布置的周界焊接在一起。

20.如权利要求18或19所述的隔热系统，其特征在于，还包括一个或多个空气泵，所述空气泵与一个或多个隔热布置气体连通并且在使用中布置成从所述布置或每个布置抽取空气。

21.如权利要求18至20中任一项所述的隔热系统，其特征在于，还包括

A压力检测器，所述压力检测器在使用中布置成监测所述布置或每个布置内的压力，并且还包括布置成响应于检测到的压力激活空气泵的控制布置；

和/或

B温度传感器，所述温度传感器在使用中布置成监测所述布置或每个布置内的温度，并且还包括布置成响应于检测到的温度激活空气泵的控制布置。

22.一种低温封围舱，包括由如权利要求1至17中任一项所述的模块化隔热布置或如权利要求18至21中任一项所述的隔热系统形成的外隔热层。

23.一种包括如权利要求22所述的低温封围舱的远洋船。

24.一种对包括如权利要求1至17中任一项所述的模块化布置的低温封围舱进行隔热的方法，所述方法包括对一个或多个模块化布置内的空间排气的步骤。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，间断地测量真空度，并进一步执行排气以维持真空度。

26.一种液化气体运输布置，包括用于包含液化气体的舱和围绕所述舱的外表面的隔热层，其中，所述隔热层呈面向所述舱的面向内的第一层和背离所述舱的面向外的第二层的形式，所述第一层和所述第二层彼此间隔开并限定所述第一层和所述第二层之间的空间，并且其中，限定所述第一层和所述第二层的表面是不透气表面。

27.如权利要求26所述的运输布置，其特征在于，围绕所述舱的所述隔热层被分成独立的隔热区段，并且其中，所述独立的隔热区段在使用中布置成彼此邻接，以包围所述舱。

28.如权利要求26或27所述的运输布置，其特征在于，所述布置包含在支承结构内，并且其中，所述支承结构在使用中布置成联接于相邻且对应的支承结构，以形成单独的液化运输布置的阵列。

29.一种航运隔热系统，包括如权利要求1至16中的任一项所述的一个或多个镶嵌隔热单元，所述镶嵌隔热单元布置成抵靠或靠近船舶的载货舱，并限定主隔热层，所述系统包括第二隔热层，所述第二隔热层与所述第一层间隔开，并在其间确定空间。

30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述第二层还能够是多个镶嵌隔热单元或层或聚氨酯。

31.如权利要求29或30所述的系统，其特征在于，所述一个或多个镶嵌隔热单元与船舶的所述载货舱之间的间隙或空腔能够填充有选自氦气或氢气的气体，或者能够是真空。