低溫絕熱

低溫絕熱的目的是設法減少通過對流、導熱及輻射等途徑漏入低溫設備的熱量，低溫絕熱技術是整個低溫工程學科領域中最廣泛的基礎技術之一。

基本介紹

• 中文名：低溫絕熱
• 領域：低溫工程學科
• 途徑：對流、導熱及輻射
• 方法：高溫保溫

類型

堆積絕熱

這是一種沿用古老的高溫保溫方法的絕熱形式，選用導熱係數小的絕熱材料裝提案在需要絕熱的部位，有時在絕熱材料的空隙中充氮氣或乾空氣，堆積絕熱有泡沫型、粉末型及纖維型，這些材料的導熱係數隨溫度的降低和容量的減少近似呈線性關係較少，其絕熱效果取決於絕熱層的厚度。

高真空絕熱

高真空絕熱是將要求絕熱空間抽成10~10Pa，從而排除氣體的對流傳熱和絕大部分的氣體熱導率。實際上，高真空絕熱是由一個熱壁與冷壁構成的純粹的真空空間。在這類絕熱中，影響絕熱性能的主要因素有兩點：一是夾層的真空度，二是輻射傳熱的大小，常用發射率低的材料，並使輻射表面高度光亮、清潔，用液氮或冷蒸汽冷卻熱屏等。

真空粉末與纖維絕熱

這種絕熱結構式在絕熱空間沖天孔性絕熱材料（粉末或纖維），在將絕熱空間抽到一定的真空度。影響絕熱效果的因素有真空度、粉末的粒度、容重、添加劑的種類和數量、界面溫度等。以真空粉末及纖維絕熱的絕熱性能比高真空絕熱好得多。真空粉末的表觀熱導率大約是普通堆積絕熱的熱導率的幾十分之一，由於絕熱效率較高，在低溫技術中得到了廣泛套用。

高真空多層絕熱

高真空多層絕熱是在真空夾層中裝有很多防輻射屏（反射率很高的金屬膜），以此來降低輻射傳熱的一種絕熱形式，絕熱空間抽空到低於10Pa的負壓，是效率最高的一種絕熱形式，有“超級絕熱”之稱。影響多層絕熱性能的主要因素有：採用的材料、多層中的真空度、多層的層密度和鬆緊度、多層的總層數或總厚度及多層絕熱物承受的機械負荷、邊界溫度等等。

操作形式

實際低溫液體貯槽的絕熱結構往往不是採取某種單一的絕熱形式，而是根據要求貯存的液化氣體的物理特性及使用要求，進行多種絕熱形式的組合，低溫容器絕熱性能的優劣，除受製造工藝限制外，很大程度上取決於絕熱結構的設計合理與否，對於貯存極低溫度的容器，即使是套用超級多層絕熱也不能滿足要求，例如計算表明，把一個液氮日蒸發率為1%的50L多層絕熱容器來貯存液氦，預計液氦的日蒸發率達50%左右。

在低溫容器方面，國內外採用的絕熱結構主要有多層-冷卻屏絕熱形式和多屏絕熱形式。

在高真空絕熱空間中裝置金屬輻射屏將會使導入絕熱空間冷壁的熱流大幅度降低，在低溫容器或低溫恆溫器中，這些金屬輻射屏都是焊裝於容器的頸管上的，因此從容器中排出的蒸汽的冷卻效應可降低包圍著液化氣體容器分輻射屏的溫度，這種輻射屏叫做蒸汽冷卻屏，如圖3.3.2a。

在多層絕熱中裝置3~5個銅（鋁）質傳導屏的結構被稱為多層-冷卻屏絕熱容器，圖3.3.2b是四屏絕熱容器的結構示意圖。

圖3.3.2b示出的四屏絕熱容器中，其內容器和第一個屏之間為高真空絕熱，採用無間隔物的鍍鋁滌綸薄膜做多層絕熱的500L的三屏液氦貯槽，計算得到容器的液氦日蒸發率僅為0.7%。

多屏絕熱是一種將多層絕熱輻射屏與蒸汽冷卻傳導屏合二為一的超絕熱結構，在這種結構中採用層數少，層密度較小的多層絕熱屏來遏制熱壁的室溫輻射，同時這些多層輻射屏有逐一與容器的頸管進行熱聯結，藉助於輻射屏平行方向的導熱，將屏中熱流導向頸管，被從頸管中逸出的冷蒸汽帶走，例如，1976年我國浙江大學研製的50L多屏絕熱容器的日蒸發率僅為1.8%，100L液氦容器的日蒸發率<1%。

多屏絕熱結構具有效率高，製作容易、重量輕及預冷快等優點，在液氦容器中得到了廣泛的套用。

綜合比較國內外各種低溫絕熱的類型與結構，借鑑存在的各種低溫容器的絕熱形式，低溫測試系統我們採用多屏絕熱結構，選用具有高反射性能、防輻射作用好的0.006mm厚的鋁箔作傳導屏，為了防止兩層鋁箔間的直接熱接觸，用絕熱性能好尼龍網作隔物，一共安裝14快蒸汽冷卻屏。

為了提高傳導屏的熱效率，往往通過翅片把傳導屏和頸管聯結起來，翅片的設計原則是儘可能減少傳導屏與頸管的熱阻，翅片與傳導屏的相連部分的接觸面應儘可能大，為了便於抽空，翅片上應開一些孔，翅片與頸管的連線一般有兩種方法，一種方法是釺焊，另外一種方法是熱套，我們選用第一種方法，採用釺焊，用銀來焊接。翅片與傳導屏的連線我們採用接觸連線，用帶子、抱箍等將傳導屏與翅片貼緊

主要特點

	優點	缺點
堆積絕熱	成本低，機械強度高，不需要剛性的真空夾套。	熱收縮率大，熱導率會隨時間變化，熱導率較大。
高真空絕熱	熱流較許多小厚度的絕熱小，預冷損失小，容易實現對形狀複雜表面的絕熱。	需要長期保持高真空，邊界表面的輻射率要小。
真空粉末與纖維絕熱	真空度比多層絕熱要求低，真空獲得容易，易於對複雜形狀絕熱。	在震動負荷下和反覆熱循環中粉末會沉降壓實，抽空時需用真空過濾器。
高真空多層絕熱	絕熱性能最好，低重量，預冷損失比真空粉末小，穩定性也比真空粉末好（無沉降壓實問題）。	單位容積的成本高，難於對複雜形狀絕熱，真空度要求高，存在平行方向的導熱問題。