[发明专利]主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法

说明书

本发明公开一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，属于深冷容器绝热技术领域，该结构包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其还设有氮气输气置换装置，氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接，通过进气口充入氮气，同时通过抽空口抽出夹层空间内的气体，使氮气持续穿透内容器绝热被，置换出内容器绝热被内部的气体分子。本发明涉及的结构及方法氮气置换效果理想，置换效率高，成本低，夹层真空度高。

技术领域

本发明涉及真空绝热深冷压力容器的绝热技术领域，尤其涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，适用于拥有超多反射屏、超厚绝热结构的低温介质储运装备。

背景技术

中国建了大量的风能和太阳能，可再生能源成本迅速下降，但风能太阳能不稳定，很多风能太阳能上不了网，进一步推动了储能技术的发展，但诸如电池、抽水蓄能或压缩空气蓄能等，这些方式都是短期储能，不能解决长期储能的问题。只有将盈余的绿能电解水制成氢，可以实现长期储能并可以被输送到需要能源的场所通过燃料电池技术重新将氢能转换为电能，完成能源的规模转移。氢能发展的核心是储运，氢气储运有三种方式：高压气态储运、液氢储运和固态吸附储运，其中液氢储运具备最高效率，其单车载氢量是其它两种方式的20倍以上。

目前液氢储运装备均采用夹套式高真空多层绝热方式，其结构原理是将高反射率的金属薄膜和低导热率的间隔材料交替组合的多层绝热材料包覆在真空夹套内的低温壳体外，当夹套内被抽空至≤10^-2Pa的高真空，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，实现有效绝热。

因为液氢沸点为-252.7℃，环境存储温差大，且具有极低的容积汽化潜热，极易汽化，对储运容器绝热性能要求极高。常规绝热结构包覆在低温内容器上，依靠增加反射屏的数量(≥90个反射屏)来满足液氢储存超高的绝热要求。绝热结构包覆完成后，要对整个夹层进行氮气置换和抽真空。氮气置换目的是将夹层中难以脱附的空气、水分子等置换成为易脱附的氮气分子，然后将氮气分子脱附抽空排出夹层外，有效减少夹层气体分子数量，消除对流传热。目前常用的氮气置换系统及方法如本申请人在先申请的申请公布号为CN111810832 A的中国专利申请公布的一种真空多层绝热低温容器夹层氮气冲洗置换系统及方法，该系统包括充氮装置、自动出气控制阀门、抽真空装置和控制系统；所述的充氮装置、自动出气控制阀门和抽真空装置均与真空多层绝热低温容器的夹层连通；所述的充氮装置包括氮气源、氮气加热器和进气控制阀门，氮气源配有供气阀门，氮气源的出气端与氮气加热器的进气端连接，氮气加热器的出气端与进气控制阀门的进气端连接，进气控制阀门的出气端与夹层连通；所述的供气阀门、氮气加热器、进气控制阀门、抽真空装置和自动出气控制阀门均与控制系统通信连接。

然而，反射屏和间隔层均为薄膜材料，具有很大的表面积，其表面吸附大量的气体，超多层数超厚结构致使绝热结构中间及贴近内容器侧的绝热结构层间气体逸出阻力加大，很难被氮气分子置换并被抽空排出，致使最终低温层间压强＞10^-2Pa，这部分由于残余气体造成的层间气体分子对流传热会急剧增加，从而导致设备整体绝热性能下降，抵消真空多层绝热自身的“超级绝热”效能。