KR0165568B1 - 열-누출량이 적은 응집성-에어로겔 저온 시스템 - Google Patents

열-누출량이 적은 응집성-에어로겔 저온 시스템 Download PDF

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노타로 죤
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프리드릭 고쯔만 크리스챤
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조안 엠.젤사
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Abstract

본 발명은 저온 유체, 상기 저온 유체 및 상기 저온 유체로부터 이격되어 마주보는 내면에 간접 또는 간접적으로 노출되고 마주보는 외면을 가지는 제 1 라미나, 제 1 라미나의 내면으로부터 이격되어 있으며, 제 1 라미나로부터 이격되어 마주보는 외면 및 제 1 라미나 쪽으로 향하고 있는 내면을 가지는 제 2 라미나, 제 1 라미나의 내면에서 제 2 라미나의 내면까지 연장되어 있는 응집성 에어로겔의 적어도 하나의 블록 및 층을 포함하는 열-누출이 낮은 저온 시스템에 관한 것이다. 이때, 에어로겔이 약 250,000 ㎛Hg 이하의 압력을 가지는 기체 환경을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적어도하나의 라미나가 대기압에 의해 부과된 바와같은 외부 하중을 응집성 에어로겔에 적어도 부분적으로 전송하도록 가요성을 가지며, 응집성 에어로겔이 한 라미나에서 다른 것까지 그위에 부과된 하중을 적어도 부분적으로 전송할 수 있다.

Description

열-누출량이 적은 응집성-에어로겔 저온 시스템
제1도는 본 발명이 적용되는 저온 유체 컨테이너의 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 견지에서, 제1도의 컨테이너를 나타내는 라인 2-2 에서의 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 다른 견지에서, 제1도의 컨테이너를 나타내는 라인 2-2 에서의 단면도.
제4도는 본 발명에 또따른 다른 견지에서, 제1도의 컨테이너를 나타내는 라인 2-2 에서의 단면도.
제5도는 온도 295K 및 77K 에서 두 표면 사이의 다양한 압력의 공기 환경에서의 수개 물질의 겉보기 열 전도도를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 저장 컨테이너 12 : 제 1 라미나
14 : 저온 유체 16 : 제 2 라미나
본 발명은 저온에서 유체를 저장 또는 수송하는 열-누출량이 적은 시스템에 관한 것이다.
저온에서의 유체, 즉 저온유체를 저장 또는 유도함에 있어서, 열전달 속도 즉, 실온에 노출된 표면으로부터 저온 유체에 노출된 표면으로의 열-누출이 매우 낮은 시스템을 제공하는 것이 중요하다. 온도차가 크기 때문에, 열전도 포텐셜이 매우 높다. 저온에서 유체로의 열 누출은 저온 특히, 저온 유체를 형성하기 위해 기체를 액화하는데 필요한 작업량이 크기 때문에 특히 비용이 많이 들고 바람직하지 못하다.
저온 범위는 공개되어 있으며, 본 명세서에서는 0K 내지 172K 의 온도 범위가 이용된다. 저온 이상의 온도에서 만족스럽게 수행되는 절연시스템은 일반적으로 저온에서는 만족스럽게 수행되지 않는다. 물의 냉각온도 이하의 온도에서, 절연시스템은 낮은 내부 증기압을 가져, 시스템의 절연성을 개선하고 시스템에 대기중 습기를 도입하는데 높은 포텐셜을 발생시킨다.
저온에서 유체를 저장 또는 유도하기 위한 시스템에 있어서, 열 누출은 일반적으로 감소된 기체압력 공간 즉, 기체 유도에 의한 열 전달을 감소시키기 위해 어느 정도까지 공기 또는 기체를 배출시키는 공간을 제공함에 있어서 감소된다. 필요한 구조물은 공간에 있어서의 대기압 이하의 압력 또는 배기 정도에 따라 변한다. 배기도가 높은 경우 배기 공간과 기압간의 압력차를 지지하기 위해 더 강하고 두꺼운 벽과 구조물을 필요로 한다.
복사에 의한 열 전달은 감소시키기 위하여, 공간은 적어도 부분적으로 복사 차단제, 고체 및 보이드 분말 또는 매트릭스로 채워진다. 공간을 통하는 열전달의 허용 비율을 얻기 위해 전형적으로 높은 배기도가 필요하다. 매트릭스 또는 분말은 일반적으로 매트릭스 또는 분말의 고체 부분을 통한 전도에 의해 공간을 통한 열 전달 비율에 다소 영향을 미친다.
열-누출이 낮은 것은 배기도가 높지않고 구조물의 강도가 높지 않으면서 얻어지는 저온에서 유체를 저장 또는 유도하기 위한 시스템이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구사항을 만족시킨다. 본 발명은 바람직하게는 선행 기술분야에서 다른 물질에 위한 것보다 더 높은 압력의 기체 분위기에 의해 열 전달 비율을 낮게하기 위해 응집성 에어로겔을 사용한다. 응집성 에어로겔은 고정형으로 하중을 견디고 전달할 수 있어, 에어로겔을 둘러싸는 구조물이 바람직하게는 대기압에 노출된 압력 하중을 완전히 지지할 필요가 없으나, 에어로겔을 통해, 엔클로저의 다른 면으로 압력 하중을 전달할 수 있어, 대기압의 압력 하중을 평형이 되게 할 수 있다.
에어로겔은 겔에서의 고체 물질이 완전히 남는 방식으로 건조된 습기없는 겔이다. 생성 고체는 전형적으로 1 내지 5% 고체 물질로 이루어진 울트라파인 오픈셀을 가지는 무정형 격자 구조이다. 에어로겔은 연속적인 다공성을 가지며, 비경이 0.01㎛ 인 내부 결합된 콜로이드 유사 입자 또는 중합체 사슬의 마이크로 구조 및 연속 다공성을 갖는다. 에어로겔을 통해 나노미터 크기가 풍부한 공극은 가장 좋은 에어로겔 부피를 갖는다.
응집형으로 제조된 무기 에어로겔은 예컨대, 알코겔을 형성하는 알콜내의 테트라메톡시 실란과 같은 금속 알콕시 화물의 가수분해 및 축합에 의해 제조된 실리카, 알루미나, 지르코니아, 텅스텐 및 티타늄 에어로겔을 포함한다. 알코겔은 알콜에 대한 초임계 조건 또는 알콜에 대해 치환된 용매의 초압계 조건에서 건조시켜, 응집성 매트릭스 즉, 응집성 에어로겔을 형성한다. 또는 알콜이 용매에 대한 초임계 조건에서 추출되는 용매로 치환될 수도 있다.
유기 에어로겔은 알칼린 조건하에서 포름알데히드와 레졸르시놀의 졸-겔 중합반응에 의해 형성된 레조르시놀-포름알데히드 에어로겔을 포함한다. 전형적인 공정이 본 발명의 참고문헌(1983년 9월 6일 발행된 미합중국 특허 제 4,402,927 호)에 기재되어 있다. 다른 유기 에어로겔이 멜라민과 포름알데히드의 졸-겔 중합반응, pH 변화 및 초임계 추출에 의해 참고문헌(R.W. Pekala 에 의해 1992년 2월 5일 발행된 U.S. 특허 제 5,086,085 호)에 기재된 바와같이 생성된다. 대표적인 밀도는 약 100 내지 약 800 ㎏/㎥ 이다.
언급된 모든 에어로겔은 응집형으로 제조될 수 있으며, 압축 하중을 견딜 수 있고, 낮은 밀도를 가지며, 대기압 및 서브-대기압, 특히 저진공에서 낮은 열전달을 나타낸다.
본 발명은
(a) 저온 유체,
(b) 상기 저온 유체 및 상기 저온 유체로부터 이격되어 마주보는 내면에 간접 또는 간접적으로 노출되어 마주보는 외면을 가지는 제 1 라미나,
(c) 제 1 라미나의 내면으로부터 이격되어 있으며, 제 1 라미나로부터 이격되어 마주보는 외면 및 제 1 라미나 쪽으로 향하고 있는 내면을 가지는 제 2 라미나,
(d) 제 1 라미나의 내면에서 제 2 라미나의 내면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 응집성 에어로겔 블록 및 층을 포함하는 열-누출량이 적은 저온 시스템을 제공한다.
다른 견지에서, 본 발명은 상기 에어로겔 주위에 약 250,000 ㎛Hg 이하의 압력을 가지는 기체환경을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또다른 견지에서, 본 발명은 적어도 하나의 라미나가 대기압에 의해 부과된 바와같은 외부 하중을 응집성 에어로겔에 적어도 부분적으로 전송하며, 응집성 에어로겔이 한 라미나에서 다른 것까지 그위에 부과된 하중을 적어도 부분적으로 전송할 수 있도록 가요성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제1도에 나타낸 바와같은 저온 유체를 위한 저장 컨테이너에 적용될 수 있다. 본 발명은 저온 유체를 위한 다른 용기 또는 도관에 유사하게 적용될 수 있다. 저장 컨테이너(10)는 저온 유체(14)를 향해 마주보는 내면과 저온 유체로부터 이격되어 마주보는 내면을 가지는 제 1 라미나(12)를 가진다. 일반적으로 제 1 라미나(12)는 저온 유체에 직접적으로 즉, 유체와 접촉하여 노출되 있으며, 유체를 저장할 수 있게 되어 있다. 전형적으로 제 1 라미나는 금속 판으로 이루어지며, 저온 유체에 대해 불침투성이고 유체에 의해 부과된 하중을 견딜 수 있다. 또는, 제 1 라미나가 저온 유체에 간접적으로 즉, 제 1 라미나의 외면이 자체가 저온유체와 직접 접촉하는 다른 표면(도시하지 않음)과 접촉할 수 있으며, 유체를 저장할 수 있도록 노출될 수 있다. 컨테이너가 저온에서 유체를 저장하는 경우, 제 1 라미나는 저온 유체의 온도에 접근한다.
제 1 라미나(12)의 내면으로부터 이격되어, 제 1 라미나(12)의 내면에 대향하는 내면 및 제 1 라미나(12)로부터 이격되어 대향하는 외면을 가지는 제 2 라미나(16)이다. 전형적으로, 제 2 라미나(16)의 외면은 직접 대기압에 노출된다. 선택적으로 보호 코팅(17)이 물리적 손상을 보호하기 위하여 제 2 라미나의 내면에 제공될 수 있으며, 선택적으로 열 누출 속도를 늦춘다. 적합한 물질로 예컨대, 폴리스티렌 또는 폴리우레탄 포움과 같은 유기 포움을 포함한다. 제 1 라미나(12)의 내면에서 제 2 라미나(16)의 내면까지의 연장된 즉, 그 사이의 간격에는 적어도 한 블럭 또는 층의 응집성 에어로겔이 있다. 다중층, 블록, 브릭, 단편 또는 불규칙한 파편이 적용될 수 있다. 제 1 라미나 및 제 2 라미나가 둘러싸인 다목적 응집성 에어로겔이 공기 또는 다른 기체를 배기시킬 수 있는 폐쇄 챔버를 제공하고, 처리중에 응집성 에어로겔을 보호하게 된다. 본 발명은 일반적으로 에어로겔에 그 기재 실리콘 산화물이 강한 분자 결합을 형성하는 유도성 비가연성이기 때문에 4각형 구조를 가지며 적용가능한 반면, 실리카 에어로겔이 바람직하다.
본 발명에 의해 제공된 시스템에 사용되기 위한 응집성 실리카 에어로겔은 약 60 내지 100, 바람직하게는 60 내지 100 ㎏/㎥ 의 밀도를 갖는다. 평균 공극 크기는 약 0.01 내지 약 0.4㎛, 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.1㎛ 의 범위이다. 전형적으로 더 큰 크기의 공극은 더 적은 밀도에 해당한다. 본 명세서에서 사용된 공극 크기는 응집성 물질내 보이드내의 벽 사이의 평균 거리를 의미한다.
응집성 에어로겔은 저온을 위한 단일 낮은 열-누출 시스템에서의 다양한 공극 사이즈 및 밀도층에 사용될 수 있다. 시스템이 저온 서비스에 있을때, 시스템의 냉각 표면 근처 시스템내에 기체 환경을 포함하는 기체 분자의 평균 자유 경도는 시스템의 따뜻한 표면 근처의 기체 분자 보다 더 길다. 따라서, 비슷하거나 더 낮은 겉보기 열 전도도가 시스템내의 더 따뜻한 면 근처에 더 작은 공극 크기를 갖는 응집성 에어로겔에서 얻어질 수 있는 것보다 시스템내의 더 차가운 표면 근처 더 작은 공극 크기를 갖는 응집성 에어로겔에서 얻어질 수 있다. 주어진 적용에 사용되는 에어로겔 물질의 중량을 감소시키기 위하여, 제2도에 나타낸 바와 같이, 층(20) 또는 온도가 더 낮을때 제 1 라미나(12)에 인접한 층에서의 더 큰 공극 크기 및 더 낮은 밀도를 사용하고, 층(22) 또는 온도가 따뜻한 제 2 라미나(16)에 인접한 층에서 더 높은 밀도 및 더 작은 공극 크기를 사용하는 이점이 있다. 따라서 시스템 전체에 있어 열 누출량이 낮게 유지되면서 시스템 중량 및 비용이 감소될 수 있다.
제3도에 나타낸 바와같이, 시스템에서의 응집성 에어로겔을 통한 복사에 의한 열 전달을 감소시키기 위하여, 알루미늄 호일과 같은 반사적인 호일의 복사 차단물(24)이 제1 및 제 2 라미나를 마주보는 에어로겔 층 표면에서 에어로겔 층 사이에 적용될 수 있다. 선택적으로, 반사 필름이 화학적 또는 증기 침착에 의해 응집성 에어로겔 층의 표면에 적용될 수 있다. 선택적으로, 복사에 의한 전달을 감소시키기 위하여, 알루미늄 또는 구리의 플레이크와 같은 반사성 플레이크(도시하지 않음)를 부전도화하는 것은 그 형성중에 에어로겔 물질을 통해 결합될 수 있다.
유용하게는, 응집성 에어로겔은 부과된 외부 하중 특히, 압축 하중을 견디고 이를 수송할 수 있다. 응집성 에어로겔의 강도를 증가시키기 위하여, 강화 섬유가 금속, 탄소 또는 폴리에스테르 섬유와 같이, 그 형성 과정에서 에어로겔에 관련될 수 있다. 본 발명에 의해 제공된 시스템에 있어서, 하나 또는 두개의 라미나가 응집성 에어로겔에 하중을 적어도 부분적으로 전달함으로써 부과된 외부 하중을 지지할 수 있는 가요성 물질로 이루어질 수 있으며, 다른 라미나로 적어도 부분적으로 하중을 전달할 수 있다. 만일 다른 라미나가 지지되고 저온 유체를 포함 및 지지하지 않는 경우, 하중은 저온 유체를 포함하며, 다른 라미나를 접촉 및 지지할 수 있는 표면에 하중이 더 전달된다. 가요성 라미나는 라이트-게이지 금속, 보호성 발포 포장재 또는 플라스틱, 바람직하게는 섬유 강화성 물질이다. 바람직하게는, 라미나가 수증기 및 다른 대기압 기체에 대해 불침투성이다.
응집성 에어로겔의 압축 하중 지탱력을 개선시키기 위하여, 제4도에 나타낸 바와같이, 지지체(26) 또는 버팀목과 같이 이격되고 편재화된 하중 지지 수단이 제 1 라미나에서 제 2 라미나도 에어로겔을 통해 연장되도록 제공될 수 있다. 또는, 에어로겔은 그 벽이 제 1 라미나에서 제 2 라미나로 연장되어 있는 6각형 단면 영역의 셀과 같은 셀(도시하지 않음)에 얻어질 수 있다. 또는, 응집성 에어로겔은 그 하중 지탱력 때문에 펄라이트 분말과 같은 절연 분말로 채워진 공간 또는 채워지지 않은 공간을 포함할 수 있는 라미나 사이에 편재화된 하중 지지수단(26)으로서 적용될 수 있다.
표 I 에는 표에 나타낸 온도로 유지되는 표면 사이에, 각 1.27㎝ 두께의 두 연속 층에서, 96㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 응집성 실리카 에어로겔의 여러 대기압 이하에서 측정된 겉보기 열 전도도 값을 나타낸다. 응집성 실리카 에어로겔 물질은 하기 참고문헌에 기재된 방법에 의해 제조된다(캐나다 특허 제 1,288,313 호, 1991년 9월 3일 발행, A.J. Hunt et al.). 상기 방법은 알콜겔을 제공하기 위하여, 알콜내에서 실리콘 알콕시화물을 가수분해 및 축중합시키는 단계를 포함한다. 알콜을 액체 이산화탄소를 대체하고, 알콜겔은 초임계 조건하에서 이산화탄소를 추출함으로써 건조시킨다. 생성되는 물질은 주변온도, 기압 및 물질의 공극 크기의 함수로서 기체 전도에 대한 상관관계로부터 약 0.04마이크로미터의 유효 평균 공극 크기를 갖도록 결정된다. 물질의 밀도는 약 96㎏/㎥ 로 측정된다. 물질의 하중 지탱력은 표준 대기압과 같은 압축 하중을 층에 부과함으로써 측정된다. 물질은 크게 압축되지 않으며, 응집성을 유지하고, 결함을 나타내며, 적재 전과 같은 동일한 열 전도도를 나타낸다.
제5도는 약 295K 에서 유지되는 일면으로부터 약 77K 의 다른 면까지를 나타낸 수개 물질의 겉보기 열 전도도 그래프이다. A 곡선은 각각이 1.27㎝ 두께를 가지고 96㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 두 연속층에서 측정된 응집성 실리카 에어로겔에 대한 것이다. B 곡선은 두 층 사이의 반사 호일 및 두 층의 두 외면 각각에 반사 알루미늄 호일을 갖는 두 유사 연속 층에서 측정된 바와같은 응집성 실리카 에어로겔에 대한 것이다. C 곡선은 88 ㎏/㎥ 의 벌크 밀도에서 펄라이트 분말에 대한 것이다. D 곡선은 PF-210 로 지정되고, 오웬스-코닝(Owens-corning)에 의해 제조된 16 ㎏/㎥ 의 벌크 밀도를 가지는 유리섬유에 대한 것이다. E 곡선은 각각 0.074 의 복사율을 가지는 2.5㎝ 떨어진 두 표면 사이에 대류작용을 포함하여 계산된 공기에 대한 것이다.
A 곡선은 각각 1.27㎝ 두께의 두 연속층에서 측정된 응집성 실리카 에어로겔 물질에 대한 것이다. A 곡선은 표준 대기압에서 비교 물질 보다 760,000㎛Hg 의 표준 기압 공기 환경에서의 응집성 실리카 에어로겔의 겉보기 열 전도도가 상당히 낮은 것을 나타낸다. 실리카 에어로겔의 열 전도도는 에어로겔을 엔벨로프하는 공기 환경의 압력이 감소함에 따라 실리카 에어로겔의 열전도도가 급격히 감소하여, 약 250,000 ㎛Hg 에서, 열전도도가 상당히 낮은 압력에서 펄라이트 또는 유리섬유의 열 전도도와 비슷한 값으로 감소하고, 저온 유체에 대한 열-누출량이 낮은 구조물에의 사용에 바람직하게 된다. 실리카 에어로겔에 대한 열 전도도 곡선은 약 100,000㎛Hg 에서 레벨 아웃되기 시작한다. 압력이 100,000 에서 약 100㎛Hg 까지 감소됨에 따라, A 곡선은 거의 일정한 값을 레벨 아웃한다. 이러한 압력 범위에 걸쳐, 곡선 A 는 100㎛Hg 의 압력에서 펄라이트(곡선 C) 또는 유리섬유(곡선 D)에서 보다 더 낮은 열 전도도를 나타낸다. 약 100,000 ㎛Hg 에서의 응집성 실리카 에어로겔은 낮은 열 전도도를 가지며, 100㎛Hg 에서 펄라이트 또는 유리섬유를 갖는 시스템에서 보다 더 낮은 열-누출량을 나타내는 저온 시스템에 사용될 수 있다. 응집성 실리카 에어로겔은 그 높은 절연성으로 펄라이트 또는 유리섬에 대해 필요한 것보다 더 높은 압력 즉, 더 낮은 진공도를 얻을 수 있기 때문에 펄라이트 또는 유리섬유가 바람직하다.
제5도에 나타낸 바와같이, 표준 대기압에서 약 30 ㎛Hg 의 압력에서, 응집성 실리카 에어로겔은 펄라이트 또는 유리 섬유 보다 낮은 열전도도를 갖는다. 그러나, 30 ㎛Hg 보다 낮은 압력에서, 펄라이트 및 유리섬유의 열전도도는 방사 감소 수단이 없는 것보다 낮다. 특히, 30㎛Hg 미만의 압력에서, 곡선 B 에 의해 나타낸 바와같이, 층의 표면상에 반사 차단물을 갖는 두 1.5 인치 두께층에서의 응집성 실리카 에어로겔은 유리섬유 또는 펄라이트보다 낮은 열 전도도를 나타낸다. 따라서, 반사 차단물이 감소된 압력 환경에서의 응집성 실리카 에어로겔의 층 표면에 사용되는 본 발명에 따른 저온 시스템이 제공된다.
대기압으로부터 본 발명의 시스템을 통해 저온 유체로의 진행에 있어 낮은 열-누출은 약 100,000㎛Hg 미만의 압력을 갖는 공기 또는 다른 기체 환경을 응집성 실리카 에어로겔에 제공함으로써 이루어진다. 약 300 내지 약 100,000㎛Hg, 약 1000 내지 약 100,000㎛Hg 및 약 10,000 내지 약 100,000㎛Hg 의 압력범위가 특히 바람직하며, 이러한 고압은 쉽게 도달 및 유지된다. 이러한 높은 압력 범위는 일반적으로 보다 더 감소된 압력에서 필라이트 또는 유리섬유를 사용하는 종래의 시스템하에서도 유리하다. 본 발명은 낮은 압력(즉, 높은 진공도)에서 열-누출 속도에 있어 동일 및 결합되게 되어야 하는 종래의 시스템하에서 설치 비용 및 유지비용을 상당히 경감시킬 수 있다. 기체 환경 압력의 함수로서 실리카 에어로겔의 겉보기 열 전도도 양상은 모든 에어로겔과 유사하다고 즉, 모든 에어로겔이 종래 물질보다 높은 서브-기압에서 낮은 열 전도도를 나타내리라고 예측된다. 따라서, 일반적으로 에어로겔은 실리카 에어로겔에 대하여 특히 기재된 바와같이 본 발명에 적용가능하다.
정상적인 가압으로부터 적합한 감하 압력에서 낮은 열 전도도를 얻는 응집성 에어로겔의 능력은 진공 펌프와는 다른 수단에 의해 이러한 작동가능한 압력을 개발할 수 있게 한다. 조작 가능한 압력 레벨은 취급하고자 하는 시스템을 냉각시킴으로써 에어로겔 환경내의 기체를 응축시켜 얻을 수 있다. 예컨대, 이산화탄소는 응집성 에어로겔 주변의 밀폐 환경내 공기에 대해 대체될 수 있다. 액체 산소 또는 질소와 같은 저온 유체에 의해 시스템의 냉각시에, 즉, 응집성 에어로겔의 입접부 및 제 1 라미나의 냉각이 일어나, 에어로겔의 기체 환경의 압력을 감소시키고, 에어로겔을 통한 열 전달 속도를 감소시킨다. 따라서, 저온 유체가 수소 또는 헬륨인 경우, 밀폐 시스템내의 공기가 에어로겔의 기체 환경의 압력 및 에어로겔을 통한 열 전달 속도를 감소시켜 액화된다.
응집성 에어로겔 주위의 밀폐된 환경내에 감소된 압력을 얻기위한 다른 방법은 저온까지 냉각시에 밀폐된 환경으로부터 기체를 흡착하는 물질량을 환경내에 제공한다. 감소된 압력을 얻기위한 이러한 방법은 본 발명의 저온시스템의 낮은 열누출량으로 조작되는 상기한 바와같은 더 높은 압력 범위를 얻기에 특히 적합하다. 제1도에 도시한 바와같이, 저장 컨테이너내의 저온 유체에 의해 점유되는 부피로 오목한 냉각기(26)내의 분자체 물질이 컨테이너가 저온 유체로 채워질때 저온으로 냉각된다. 분자체 물질은 기체를 흡착하여, 응집성 에어로겔을 둘러싼 밀폐 환경내의 압력을 감소시킨다.
대기압 또는 대기압 이하의 압력에서 기체 환경내 응집성 에어로겔의 열 전도도를 감소시키는 또다른 방법은 아르곤, 크세논, 크립톤, 트리클로로디플루오로메탄, 브롬, 이황화탄소, 육플루오르황 또는 이들의 혼합물과 같은 공기 보다 열 전도도가 낮은 기체로 에어로겔이 둘러싸인 환경으로부터 공기를 대체하는 것이다. 열 유도 압력에서 공기보다 적어도 25% 가 낮은 열 전도도를 갖는 기체 또는 기체 혼합물이 효과적이다.
상기에서 본 발명의 특정 실시예를 참고로 기재되었으나, 본 발명은 첨부되는 특허청구범위에 따른 본 발명의 범주내에서 변경 및 수정이 가해질 수 있음은 명백하다.

Claims (19)

  1. (a) 저온 유체, (b) 상기 저온 유체 및 상기 저온 유체로부터 이격되어 마주보는 내면에 간접 또는 직접적으로 노출되어 마주보는 외면을 가지는 제 1 라미나, (c) 제 1 라미나의 내면으로부터 이격되어 있으며, 제 1 라미나로부터 이격되어 마주보는 외면 및 제 1 라미나 쪽으로 향하고 있는 내면을 가지는 제 2 라미나, (d) 제 1 라미나의 내면에서 제 2 라미나의 내면까지 연장되어 있고, 약 20㎏/㎥ 내지 약 160㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 적어도 하나의 응집성 에어로겔 블록 및 층을 포함하는 열-누출량이 적은 저온 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔 주위에 약 300 내지 약 250,000㎛Hg 의 압력을 가지는 기체 환경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔 주위에 약 10000 내지 약 250,000㎛Hg 의 압력을 가지는 기체 환경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제 2 라미나 사이의 냉각 영역에 대한 상기 에어로겔이 제1 및 제 2 라미나 사이의 따뜻한 영역에 대한 실리카 에어로겔 보다 더 큰 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제 2 라미나 사이의 냉각 영역에 대한 상기 에어로겔이 제1 및 제 2 라미나 사이의 따뜻한 영역에 대한 실리카 에어로겔 보다 더 낮은 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 밀폐 영역의 적어도 일부를 저온으로 냉각시킬때, 상기 밀폐 환경으로부터 기체를 흡착하기 위한 흡착제 및 상기 에어로겔 주변의 밀폐 환경을 더 포함하여, 상기 환경에서의 기체 압력이 감소되고, 따라서 상기 에어로겔을 통한 열 전달 비율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔이 열전도 압력에서 공기 보다 적어도 25% 낮은 열전도도를 가지는 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 기체 환경에 둘러싸여 있어, 열 통과 전달 비율이 공기를 포함하는 기체 환경에 둘러싸일때에 비하여 감소되는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔이, 저온 유체에 존재하는 온도에서 응축되는 기체 또는 기체 혼합물을 포함하는 기체 환경에 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 라미나의 적어도 하나가 상기 에어로겔로 외부 한중을 전달하기 위해 가용성이 있으며, 에어로겔이 한 라미나로부커 다른 라미나까지 그 위에 배치된 하중을 적어도 부분적으로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 제1 및 제 2 라미나 사이에 편재화된 하중 지지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 제1 및 제 2 라미나 사이에 적어도 하나의 복사 차단물을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔이 판넬, 블록, 불규칙한 단편, 고정 단편, 펠릿, 압축 분말, 이들의 조합 또는 이들의 분말과의 조합 처리를 포함하는 군으로부터 선택된 유형인 저온 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 라미나가 공기 및 습기의 유입에 대비하고 처리 조작시 보호를 위해 상기 에어로겔 주위에 밀폐물을 설치하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 제 2 라미나의 외면에 보호 코팅 또는 절연 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔이 실리카 에어로겔, 알루미나 에어로겔, 지르코니아 에어로겔, 카본 에어로겔, 보론 에어로겔, 텅스텐 에어로겔, 티타늄 에어로겔, 포름알데히드와 레조시놀의 졸-겔 중합반응에 의해 제조된 에어로겔 및 포름알데히드와 멜라민의 졸-겔 중합반응에 의해 제조된 에어로겔로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  16. 제18항에 있어서, 상기 실리카 에어로겔이 약 0.01 내지 약 0.4 마이크로미터 범위의 유효 공극 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  17. 제18항에 있어서, 상기 실리카 에어로겔이 약 0.02 내지 약 0.1 마이크로미터 범위의 유효 공극 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 실리카 에어로겔이 약 20 내지 100㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시스템.
  19. (a) 저온 유체로부터 떨어져 마주보는 내면과 저온 유체에 직접 또는 간접적으로 노출되고 마주보는 외면을 가지는 제 1 라미나를 설치하는 단계, (b) 제 1 라미나의 내면으로부터 이격되고, 제 1 라미나로부터 이격되어 마주보는 외면 및 제 1 라미나쪽으로 향하는 내면을 가지는 제 2 라미나를 설치하는 단계, (c) 상기 제 1 라미나의 내면으로부터 상기 제 2 라미나의 내면까지 연장되어 있는 적어도 하나의 응집 에어로겔 블록 또는 층을 설치하는 단계, (d) 상기 에어로겔 주변에 약 250,000 ㎛Hg 이하의 압력을 가지는 기체 환경을 제공하는 단계를 포함하는 열-누출량이 적은 저온 시스템에 적어도 하나의 응집성 에어로겔 블록 또는 층을 사용하는 방법.
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