[发明专利]低温气凝胶隔离系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及隔离系统，并且更特别是涉及用于低温的隔离系统。 

背景技术

用于双壁容器的传统低温真空隔离系统需要强真空，通常在0℃下小于1微米Hg。真空的目的在于减小气体传导/对流。所需的强真空形成成本高，在高温下需要很长的泵出时间。这对于真空隔离设备来说造成很高的制造成本。一旦得到，强真空很难在设备的使用寿命期间保持，设备的使用寿命通常是15-20年，并且实际上发现不管所有的预防措施，真空空间内的压力不可避免地升高，造成性能的限制损失。一种选择是使用泡沫体隔离。但是，这种隔离比真空隔离具有更高的热泄漏。除非采取精心的措施来对泡沫体隔离进行密封，水的渗入将使其快速退化。因此，需要一种低温隔离系统，该系统在其寿命期间非常可靠，并且相对地不敏感于真空的损失。 

发明内容

形成低温隔离系统的方法包括： 

(A)提供隔离空间，该隔离空间包括气凝胶，并通过内壁和外壁限定； 

(B)对含有气凝胶的隔离空间进行至少一个加压和至少一个减压，其中加压包括提供可凝性气体到含有气凝胶的隔离空间；以及 

(C)将含有气凝胶的隔离空间的至少一个壁冷却到小于190K的温度。 

如这里使用那样，术语“可凝性气体”指的是在冷环境下具有显著低于通过在隔离空间的平均温度下采用理想气体定律所料到的压力的蒸气压力的气体。通常，这是由从气体到固体进行相变的可凝性气体而造成的。但是，气凝胶隔离具有极高的比面积，并且在冷却到低温时能够吸收一定量的气体。 

附图说明

唯一的附图是本发明一个实施例的简化截面图，其中隔离空间通 过双壁导管的壁来限定。 

具体实施方式

本发明适用于任何双壁结构或容器，例如双壁管道或双壁罐。附图表示双壁管道或导管的截面，并且将参考附图更加详细地描述本发明。 

现在参考附图，隔离空间1是通过双壁导管4的内壁2和外壁3限定的容积。隔离空间1包括可以是气凝胶合成物形式的气凝胶5，例如包括与例如聚酯、玻璃纤维、碳纤维、硅石(silica)纤维及其混合物的纤维毛絮体结合的气凝胶的被覆层(blanket)。最好是隔离空间的至少75％的容积填充气凝胶或气凝胶合成物。 

任何适当的气凝胶可用于本发明的实践。本发明实践中的优选气凝胶是硅石气凝胶。气凝胶可作为单体形成，例如小粒、小球或粉末形式的颗粒，或者作为结合纤维毛絮体的合成气凝胶被覆层。凝胶或气凝胶是胶状颗粒的连贯、刚性、连续的三维网络。在没有中和盐的情况下，凝胶通常在酸性环境下通过胶状颗粒的聚合来形成，以便形成三维凝胶微型结构。在凝胶干燥时，即液体从其中保存有连贯凝胶微型结构的空隙中去除时，例如通过超临界干燥，形成低密度凝胶或气凝胶。用于形成气凝胶的适当方法在美国专利No.3122520中描述。用于形成气凝胶合成物的适当方法在美国专利No.6670402中描述。气凝胶最好是金属氧化物气凝胶，特别是硅石气凝胶。气凝胶颗粒可具有任何适当的密度，最好是大约0.05g/cm.sup.3到大约0.15g/cm.sup.3。气凝胶颗粒还可具有任何适当的表面面积，最好是至少大约200m.sup.2/g。这里描述的表面面积是按照Brunauer-Emmett-Teller(BET)模型根据在0.05-0.25atm的范围上的五个不同相对压力下吸收的氮的数量来计算的，参考Gregg，S.J.以及Sing，K.S.W.，“Adsorption，surface Area and Porosity”，P.285，Academic Press，New York(1991)。 

气凝胶颗粒具有非常希望的性能，例如透光性、极低的密度以及非常低的导热性。气凝胶颗粒可具有任何适当的直径。最好是，大致所有的气凝胶颗粒的直径是大约0.5mm或更多(例如大约1mm或更多)。更优选的是，大致所有的气凝胶颗粒的直径是大约5mm或更少(例如大约0.5或1mm到大约5mm)。气凝胶可以任何适当 的形式用于本发明的实践。例如，根据应用，气凝胶可通过使其与例如聚酯、玻璃纤维、碳纤维、硅石或石英纤维混合而结合到被覆层内。合成气凝胶/纤维被覆层接着以一系列层的形式围绕管道紧密包裹。在此构造中，可以通过交织例如铜或铝的抛光金属的低放射性材料薄片来提供辐射防护。这种选择的第二优点在于气凝胶可使用现有的机械包裹，以便施加多层隔离。