專利名稱：多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫儲(chǔ)運(yùn)裝備用的高真空絕熱結(jié)構(gòu)，特別是一種多種材料復(fù)合 的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有良好的低溫隔熱性能和阻燃性。屬于 低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高真空多層絕熱是低溫儲(chǔ)運(yùn)裝備中常用的高效絕熱方法，其結(jié)構(gòu)原理是將高反 射率的金屬薄膜和低熱導(dǎo)率的間隔材料交替放置設(shè)在真空夾套內(nèi)，通常采用幾十 個(gè)反射層和間隔層的交替組合。真空夾套和其中的多層絕熱材料形成一個(gè)完整的 高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，可以最大程度地限制熱量通過導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種途徑 傳遞，在低溫技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
當(dāng)夾套內(nèi)被抽至《10—2Pa的高真空，且絕熱材料合理開孔(縫)時(shí)，熱量通過 對(duì)流的傳遞已基本為零，多層絕熱結(jié)構(gòu)主要用于遏制熱量通過導(dǎo)熱和輻射兩種途 徑的傳遞。由于在低溫工程中應(yīng)用高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)時(shí)，絕熱結(jié)構(gòu)兩側(cè)的溫差 往往在15(TC以上，而多層絕熱結(jié)構(gòu)的厚度不超過50mm，因此在多層絕熱結(jié)構(gòu)中 間存在著較大的溫度梯度，尤其是絕熱結(jié)構(gòu)的低溫側(cè)，相鄰兩反射層之間的溫差 在l(TC以上。
低溫工程中可普及應(yīng)用的幾種多層絕熱材料中，不同的反射材料和隔熱材料有 不同的反射率和熱導(dǎo)率；而即使是同一種材料，其在不同的溫度下所表現(xiàn)的反射 率或熱導(dǎo)率也不同；且由于受表面粗糙度和材料之間帖服程度的影響，多層絕熱 結(jié)構(gòu)中任意兩層之間的接觸熱阻也會(huì)因材料不同而變化。因此，合理選擇反射層 和隔熱材料的組合及相對(duì)位置，使得不同材料在不同溫度區(qū)間內(nèi)最大程度地發(fā)揮 其遏制熱量傳遞的能力，可以優(yōu)化高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，減少所用絕熱材料的層 數(shù)，提高結(jié)構(gòu)的絕熱性能。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)中要求，對(duì)于某些儲(chǔ)運(yùn)沸點(diǎn)低于-182'C的低溫液體的容器，為 了避免夾層真空喪失情況下，富氧環(huán)境可能與絕熱材料發(fā)生危險(xiǎn)反應(yīng)，其所使用的多層絕熱材料應(yīng)與氧介質(zhì)兼容且為阻燃型，因此全部采用雙面鍍鋁膜和纖維紙 (絲網(wǎng))的易燃類多層絕熱結(jié)構(gòu)使用受限。即使允許使用這類絕熱結(jié)構(gòu)的低溫容 器，制造過程中也有可能因?yàn)榻饘偻鈿ず附訒r(shí)的焊渣飛濺而導(dǎo)致絕熱材料的燒毀。 傳統(tǒng)的阻燃型多層絕熱結(jié)構(gòu)，采用單一的反射層材料鋁箔和單一的間隔材料玻璃 纖維紙，即使使用50層反射層和50層間隔材料的組合，多層絕熱結(jié)構(gòu)在低溫下 的漏熱量也往往在1. 5W/m2以上，低溫隔熱性能較差。
己有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮?5106548多層絕熱的發(fā)明專利和申請(qǐng)?zhí)枮?5106550多 層絕熱系統(tǒng)的發(fā)明專利，所采用的反射層材料為單一的鍍有高反射率金屬的聚酯 薄膜，間隔或不間隔顆粒狀涂料；申請(qǐng)?zhí)枮?00510027675. 6 —種低溫絕熱復(fù)合納 米材料多層絕熱的低溫殼體的發(fā)明專利，所用反射層材料為單一的鍍氧化鋯或氧 化鋁的薄膜，間隔物為納米纖維。上述三項(xiàng)專利均只能采用單一的可燃反射材料 鍍金屬薄膜，且均未提及絕熱結(jié)構(gòu)阻燃性的特點(diǎn)。申請(qǐng)?zhí)枮?9203332. 0縫隙式多 層絕熱結(jié)構(gòu)的發(fā)明專利和申請(qǐng)?zhí)枮?00620048082. 8低溫液體容器絕熱結(jié)構(gòu)的實(shí)用 新型專利，雖提及反射層采用鋁箔或鍍鋁滌綸膜，間隔層采用纖維紙或布，但未 明確材料種類的匹配方式。所有專利均未提及在同一個(gè)多層絕熱結(jié)構(gòu)中使用多種 不同的反射材料和間隔物，以及在不同溫度區(qū)間采用不同的多層材料組合，亦未 提及絕熱結(jié)構(gòu)阻燃性的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的多層絕熱結(jié)構(gòu)的不足和缺陷，獲得穩(wěn)定、高效絕熱性能的多層 絕熱結(jié)構(gòu)，同時(shí)又能夠充分發(fā)揮絕熱材料的隔熱性能和阻燃性能，減少材料使用 的層數(shù)，本發(fā)明提供了一種多種材料復(fù)合的高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其多層絕熱結(jié) 構(gòu)由30 40層反射材料和40 50層隔熱材料間隔組合。
工程中常用的多層絕熱材料中，鋁箔和玻璃纖維紙是不燃的絕熱材料，雙面鍍 鋁薄膜、化學(xué)纖維紙或各種纖維絲網(wǎng)是可燃的絕熱材料，不燃絕熱材料的連續(xù)組 合，或一層不燃反射層與一層可燃間隔材料的交替組合均為阻燃結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中 的絕熱結(jié)構(gòu)中，在高溫側(cè)采用鋁箔作為反射層，而在低溫側(cè)采用雙面鍍鋁薄膜作 為反射層；隔熱材料同時(shí)采用玻璃纖維紙、化學(xué)纖維紙或各種纖維絲網(wǎng)等。為了 確保夾層抽真空時(shí)絕熱材料層間的真空度，絕熱結(jié)構(gòu)中所用的材料應(yīng)均勻開孔 (縫)。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)包括高溫側(cè)組合、過渡組 合和低溫側(cè)組合，其中高溫側(cè)組合靠近外界環(huán)境，低溫側(cè)組合靠近所需絕熱的低 溫殼體，過渡組合夾在兩者之間。
高溫側(cè)組合采用一層鋁箔和一層玻璃纖維紙交替組合，可保證絕熱結(jié)構(gòu)在外 部遇到明火時(shí)不會(huì)燃燒，且可發(fā)揮鋁箔在高溫區(qū)的良好抗輻射性能；過渡組合采 用一層雙面鍍鋁薄膜與一層玻璃纖維紙交替，或一層鋁箔與一層化學(xué)纖維紙(絲 網(wǎng))交替，或一層雙面鍍鋁薄膜與一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))交替組合，絕熱性能 優(yōu)于全不燃材料；低溫側(cè)組合采用一層雙面鍍鋁薄膜、 一層玻璃纖維紙、 一層化 學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))、 一層玻璃纖維紙，共四層交替組合，或一層雙面鍍鋁薄膜、一 層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))、 一層玻璃纖維紙、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))，共四層交替 組合，可保證低溫下的隔熱性能，發(fā)揮雙面鍍鋁薄膜在低溫區(qū)的良好抗輻射性能， 以及不同材料間高接觸熱阻、低熱導(dǎo)率的隔熱性能。
低溫側(cè)組合相鄰兩層雙面鍍鋁薄膜應(yīng)確保斷開，避免任意兩層反射層直接接 觸。若本絕熱結(jié)構(gòu)在機(jī)械化流水線上縫制成絕熱被后包扎在絕熱的低溫殼體外表 面，可避免手工纏繞的不利影響，獲得更加穩(wěn)定、優(yōu)良的低溫絕熱性能。 本發(fā)明的有益效果在于
1、 多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，外部不燃，整個(gè)結(jié)構(gòu)可保證 點(diǎn)燃后離開熱源可自動(dòng)熄滅的阻燃性，并確保與氧化性介質(zhì)兼容。
2、 當(dāng)該阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為70層左右時(shí)，即可達(dá)到傳統(tǒng)阻 燃型絕熱結(jié)構(gòu)總層數(shù)IOO層時(shí)的低溫隔熱效果。因此可減少絕熱材料的用量， 降低絕熱材料成本，減少真空夾層間距，在外部尺寸相同時(shí)增大低溫容器內(nèi)部 的有效容積，更有利于移動(dòng)式低溫儲(chǔ)運(yùn)裝備的輕量化和容積最大化。
3、 當(dāng)該阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為90層左右時(shí)，即可明顯優(yōu)于傳 統(tǒng)阻燃絕熱結(jié)構(gòu)總層數(shù)IOO層時(shí)的低溫隔熱效果，大幅度減少低溫儲(chǔ)運(yùn)裝備的 漏熱量。當(dāng)所處夾層真空度《l(TPa時(shí)，該多層絕熱結(jié)構(gòu)在液氮溫度下的表觀 熱導(dǎo)率優(yōu)于9. 5X 10—5 W/m K。


圖1是本發(fā)明絕熱結(jié)構(gòu)的組合示意圖。 圖2是本發(fā)明高溫測(cè)組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明過渡組合的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖a為雙面鍍鋁薄膜與玻璃纖維紙組成的結(jié)構(gòu)，圖b是鋁箔與化學(xué)纖維紙組成的結(jié)構(gòu)，雙面鍍鋁薄膜與化學(xué)纖 維紙組成的結(jié)構(gòu)。
圖4是本發(fā)明低溫側(cè)組合的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖a為一層雙面鍍鋁薄膜、 一層玻璃纖維紙、 一層化學(xué)纖維紙、再一層玻璃纖維紙組成的結(jié)構(gòu)；圖b是一層 雙面鍍鋁薄膜、 一層化學(xué)纖維紙、 一層玻璃纖維紙、再一層化學(xué)纖維紙組成的結(jié) 構(gòu)。
圖中，1是高溫側(cè)組合、2是過渡組合、3是低溫側(cè)組合、4是鋁箔、5是玻 璃纖維紙、6是雙面鍍鋁薄膜、7是化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
如圖l、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕 熱結(jié)構(gòu)包括高溫側(cè)組合l、過渡組合2和低溫側(cè)組合3，由外到內(nèi)按順序包覆在 絕熱的低溫殼體外，其中高溫側(cè)組合1靠近外界環(huán)境，低溫側(cè)組合3靠近絕熱的 低溫殼體，過渡組合2夾在兩者之間。
高溫側(cè)組合1中，由不少于5層的鋁箔4和相同層數(shù)的玻璃纖維紙5交替組 成，其中玻璃纖維紙5的幅寬應(yīng)比鋁箔4的幅寬兩側(cè)各多出3 5mm，以避免在絕 熱的低溫殼體外包扎時(shí)反射層短路。
低溫側(cè)組合3中，由6層雙面鍍鋁薄膜6、 10層玻璃纖維紙5、 5層化學(xué)纖維 紙(絲網(wǎng))7共21層交替組成，或6層雙面鍍鋁薄膜6、 IO層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng)) 7、 5層玻璃纖維紙5共21層交替組成。其組合順序采用一層雙面鍍鋁薄膜6、 一 層玻璃纖維紙5、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7、 一層玻璃纖維紙5，或一層雙面鍍 鋁薄膜6、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學(xué)纖維紙(絲 網(wǎng))7，如此交替多層組合。低溫側(cè)組合3最內(nèi)層與絕熱的低溫殼體相接觸的材料 為雙面鍍鋁薄膜6。
過渡組合2中，由10 20層雙面鍍鋁薄膜6與相同層數(shù)的玻璃纖維紙5交替， 或10 20層鋁箔4與相同層數(shù)的化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7交替，或10 20層雙面鍍 鋁薄膜6與相同層數(shù)的化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7交替，多層組合，其中玻璃纖維紙5 或化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7的幅寬，應(yīng)比雙面鍍鋁薄膜6或鋁箔4的幅寬兩側(cè)各多出 3 5mm，以避免在絕熱的低溫殼體外包扎時(shí)反射層短路。當(dāng)絕熱結(jié)構(gòu)對(duì)阻燃性要 求較高而對(duì)隔熱性能要求不敏感時(shí)，可用高溫側(cè)組合1替代過渡組合2。低溫側(cè)組合3中所用的每層絕熱材料均應(yīng)根據(jù)絕熱的低溫殼體包扎尺寸的需 要單獨(dú)裁剪，除了保證玻璃纖維紙5或化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7的幅寬比雙面鍍鋁薄 膜6的幅寬兩側(cè)各多出3 5mm之外，每一層雙面鍍鋁薄膜6需要搭接時(shí)，僅可與 本層接觸，或與相鄰玻璃纖維紙5接觸，避免與其它任意反射層直接接觸。
本發(fā)明多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)中的高溫側(cè)組合1和過渡 組合2均可在機(jī)械化流水線上疊合、打孔并按一定數(shù)量要求縫制成絕熱被的形式。 以絕熱被的形式包扎在絕熱的低溫殼體外表面，可避免手工纏繞的不利影響，獲 得更加穩(wěn)定、優(yōu)良的低溫絕熱性能。當(dāng)?shù)蜏貍?cè)組合3需要縫制成絕熱被時(shí)，由于 低溫側(cè)絕熱結(jié)構(gòu)中間存在著較大的溫度梯度，相鄰兩反射層之間的溫差在io'c以 上。為避免反射層之間直接接觸，應(yīng)先將所需數(shù)量的絕熱材料疊合、打孔而不縫 制，然后根據(jù)包扎尺寸需要裁剪成所需的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度應(yīng)留出搭接15 30隨的裕 量；將一層雙面鍍鋁薄膜6、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7、 一 層玻璃纖維紙5作為一組，或?qū)⒁粚与p面鍍鋁薄膜6、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7、 一層玻璃纖維紙5、 一層化學(xué)纖維紙(絲網(wǎng))7作為一組，每組在同一方向均錯(cuò)開 35 50rnm;最后將錯(cuò)開的低溫側(cè)絕熱材料縫制成一條絕熱被，方可用于絕熱的低 溫殼體外表面的包扎。
權(quán)利要求
1、一種多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特征在于包括高溫側(cè)組合(1)、過渡組合(2)和低溫側(cè)組合(3)，其中高溫側(cè)組合(1)采用一層鋁箔(4)和一層玻璃纖維紙(5)交替組合；過渡組合(2)采用一層雙面鍍鋁薄膜(6)與一層玻璃纖維紙(5)交替，或一層鋁箔(4)與一層化學(xué)纖維紙(7)交替，或一層雙面鍍鋁薄膜(6)與一層化學(xué)纖維紙(7)交替組合；低溫側(cè)組合(3)采用一層雙面鍍鋁薄膜(6)、一層玻璃纖維紙(5)、一層化學(xué)纖維紙(7)、一層玻璃纖維紙(5)，或一層雙面鍍鋁薄膜(6)、一層化學(xué)纖維紙(7)、一層玻璃纖維紙(5)、一層化學(xué)纖維紙(7)，共四層交替組合，如此交替組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特 征是所述的高溫側(cè)組合(1)中，鋁箔(4)和玻璃纖維紙(5)的層數(shù)均不少于5 層；所述的過渡組合(2)中，雙面鍍鋁薄膜(6)和玻璃纖維紙(5)，或鋁箔(4) 和化學(xué)纖維紙(7)，或雙面鍍鋁薄膜(6)和和化學(xué)纖維紙(7)，其層數(shù)均不少于 10層；所述的低溫側(cè)組合(3)中，雙面鍍鋁薄膜(6)的層數(shù)不少于6層、玻璃 纖維紙(5)不少于10層、化學(xué)纖維紙(7)不少于5層，或雙面鍍鋁薄膜(6) 的層數(shù)不少于6層、化學(xué)纖維紙(7)不少于10層、玻璃纖維紙(5)不少于5層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特 征是所述的高溫側(cè)組合(1)靠近外界環(huán)境，低溫側(cè)組合(3)靠近所需絕熱的低 溫殼體，過渡組合(2)夾在兩者之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特 征是所述的低溫側(cè)組合(3)最內(nèi)層與絕熱的低溫殼體接觸的材料為雙面鍍鋁薄膜(6)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特 征是所述的低溫側(cè)組合(3)中，相鄰兩層雙面鍍鋁薄膜(6)應(yīng)確保斷開，避免 任意兩層雙面鍍鋁薄膜(6)直接接觸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，其特 征是所述的低溫側(cè)組合(3)縫制成絕熱被時(shí)，將一層雙面鍍鋁薄膜(6)、 一層玻璃纖維紙(5)、 一層化學(xué)纖維紙(7)、 一層玻璃纖維紙(5)作為一組，或?qū)⒁粚?雙面鍍鋁薄膜(6)、 一層化學(xué)纖維紙(7)、 一層玻璃纖維紙(5)、 一層化學(xué)纖維 紙(7)作為一組，每組在同一方向均錯(cuò)開35 50mm。
全文摘要
多種材料復(fù)合的阻燃型高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)，屬于低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括高溫側(cè)組合、過渡組合和低溫側(cè)組合，高溫側(cè)組合采用鋁箔和玻璃纖維紙交替組合；過渡組合采用雙面鍍鋁薄膜與玻璃纖維紙，或鋁箔與化學(xué)纖維紙，或雙面鍍鋁薄膜與化學(xué)纖維紙交替組合；低溫側(cè)組合采用雙面鍍鋁薄膜、玻璃纖維紙、化學(xué)纖維紙的混合組合。本發(fā)明絕熱結(jié)構(gòu)外部不燃，整個(gè)結(jié)構(gòu)阻燃，且低溫絕熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)的阻燃型絕熱結(jié)構(gòu)，因此可減少絕熱材料的用量，降低絕熱材料成本，減少真空夾層間距，在外部尺寸相同時(shí)增大低溫容器內(nèi)部的有效容積，更有利于移動(dòng)式低溫儲(chǔ)運(yùn)裝備的輕量化和容積最大化，在低溫工程中具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)F16L59/065GK101307857SQ20081004015
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者汪榮順, 蔚 魏 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)