SISTEMA DE AISLAMIENTO CRIOGENICO CON AEROGEL.

Un método para establecer un sistema de aislamiento criogénico que comprende:

(A) proporcionar un espacio de aislamiento que contiene al aerogel y que está definido por una pared interior y una pared exterior;

(B) llevar a cabo al menos una presurización y, al menos una despresurización del espacio de aislamiento que contiene al aerogel en donde la presurización comprende proporcionar un gas condensable al espacio de aislamiento que contiene al aerogel y la despresurización es a un nivel por debajo de la presión atmosférica; y

(C) refrigerar al menos una pared del espacio de aislamiento que contiene al aerogel a una temperatura inferior a 190 K tal que el gas condensable condense para causar una reducción adicional de la presión que tendrá lugar en el espacio de aislamiento y que el aerogel adsorba alguna cantidad del gas condensable y algo de los gases no condensables presentes en el espacio de aislamiento para causar una reducción adicional de la presión que tendrá lugar en el especio de aislamiento

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W07006268US.

Solicitante: PRAXAIR TECHNOLOGY, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 39 OLD RIDGEBURY ROAD,DANBURY, CT 06810-5113.

Inventor/es: .

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 15 de Julio de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > TUBERIAS O TUBOS; EMPALMES U OTROS ACCESORIOS PARA... > Aislamiento térmico en general (aislamiento térmico... > F16L59/06 (Dispositivos que utilizan una capa de aire o el vacío)
  • F16L59/14B

Clasificación PCT:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION DE GASES O LIQUIDOS > RECIPIENTES PARA CONTENER O ALMACENAR GASES COMPRIMIDOS,... > Recipientes no bajo presión > F17C3/02 (con medios para asegurar el aislamiento térmico (aislamiento térmico en general F16L 59/00))
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SISTEMA DE AISLAMIENTO CRIOGENICO CON AEROGEL.

Fragmento de la descripción:

Sistema de aislamiento criogénico con aerogel.

Campo de la técnica

Esta invención se refiere en general a sistemas de aislamiento y, más concretamente, a sistemas de aislamiento para su uso a temperaturas criogénicas. Tal sistema de aislamiento se conoce del documento de número EP-A-629.810.

Antecedentes de técnica

Los sistemas de aislamiento criogénicos por vacío convencionales para recipientes de doble pared requieren un vacío extremo, por lo general menos de 1 micrómetro de Hg a 0ºC. El propósito del vacío es reducir la conducción/convección por los gases. El extremo vacío que se requiere es caro de producir, requiere de largos tiempos de bombeo a elevada temperatura. Esto tiene como resultado un elevado coste de fabricación para el equipo de vacío aislado. Una vez obtenido, el extremo vacío es muy difícil de mantener durante la vida útil del equipo, que puede ser normalmente de 15 a 20 años, y en la práctica se comprueba que, a pesar de todas las precauciones, la presión en el espacio de vacío inevitablemente aumenta causando una pérdida acusada del comportamiento. Una alternativa es utilizar un aislamiento de espuma. Sin embargo, este aislamiento tiene una pérdida de calor mucho más elevada que la del aislamiento por vacío. A menos que tomen medidas complejas para sellar frente al ambiente los aislamientos con espuma, la infiltración de agua provocará que éstos se degraden rápidamente. En consecuencia, se requiere de un sistema de aislamiento criogénico que sea fiable lo largo de su vida útil, que sea barato de fabricar, que tenga un elevado rendimiento, y que sea relativamente insensible a la pérdida de vacío.

Resumen de la invención

Un método para establecer un sistema de aislamiento criogénico que comprende:

    (A) proporcionar un espacio de aislamiento que contiene al aerogel y que está definido por una pared interior y una pared exterior;
    (B) llevar a cabo al menos una presurización y, al menos una despresurización del espacio de aislamiento que contiene al aerogel en donde la presurización comprende proporcionar un gas condensable al espacio de aislamiento que contiene al aerogel; y
    (c) refrigerar al menos una pared del espacio de aislamiento que contiene al aerogel a una temperatura inferior a 190 K.

Como se usa en la presente invención, el término "gas condensable " significa un gas con una presión de vapor en condiciones de frío que es significativamente más baja que la presión que se prevé mediante la aplicación de la ley de los gases perfectos a la temperatura media del espacio de aislamiento. Normalmente esto tendrá como resultado para el gas condensable un cambio de fase de gas a sólido. Sin embargo, el aislamiento de aerogel tiene un área específica extremadamente alta, y cuando se enfría a temperaturas criogénicas es capaz de absorber una cierta cantidad de gas.

Breve descripción del dibujo

La única Figura es una representación simplificada de la sección transversal de una realización de la invención en donde el espacio de aislamiento está definido por las paredes de un conducto de doble pared.

Descripción detallada

La invención es aplicable para su uso con cualquier estructura o recipiente de doble pared tal como una conducción de doble pared o un tanque de doble pared. La Figura muestra una sección de tubo o conducto de doble pared y la invención se examinará con mayor detalle con referencia a la Figura.

En relación ahora a la Figura, el espacio de aislamiento 1 es el volumen definido por la pared interior 2 y la pared exterior 3 del conducto de doble pared 4. El espacio de aislamiento 1 contiene al aerogel 5, que puede ser en forma de un material compuesto de aerogel tal como una esterilla que comprende al aerogel combinado con boata de fibras, tales como poliéster, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de sílice y sus mezclas. Preferentemente al menos el 75 por ciento del volumen del espacio de aislamiento está lleno con el aerogel o con el material compuesto de aerogel.

En la práctica de esta invención se puede usar cualquier aerogel adecuado. El aerogel preferente en la práctica de esta invención es aerogel de sílice. El aerogel se puede producir como un bloque monolítico, como un material particulado en la forma de gránulos, esferas o partículas pequeñas de polvo, o como una esterilla de material compuesto de aerogel que incorpora boata de fibras. Un gel o aerogel es una estructura tridimensional continua, rígida y coherente de partículas coloidales. Los geles se producen mediante la agregación de partículas coloidales, normalmente bajo condiciones ácidas en ausencia de sales neutralizantes para formar una microestructura de gel tridimensional. Cuando se seca el gel, es decir, cuando se elimina el líquido de los poros, mediante medios en los que se preserva la microestructura coherente del gel, tal como un secado supercrítico, se forma un gel de baja densidad o un aerogel. En el Documento de Patente de los EE.UU. de número 3.122.520 se describe un proceso adecuado para la producción de un aerogel. En el Documento de Patente de los EE.UU. de número 6.670.402 se describe un proceso adecuado para la producción de un material compuesto de aerogel. El aerogel preferentemente es un aerogel de óxido de metal, particularmente un aerogel de sílice. Las partículas de aerogel pueden tener cualquier densidad adecuada, preferentemente aproximadamente 0,05 g/cm3 a aproximadamente 0,15 g/cm3. Las partículas de aerogel también pueden tener cualquier área superficial adecuada, preferentemente al menos aproximadamente 200 m2/g. El área superficial descrita en la presente invención se calcula en base a la cantidad de nitrógeno adsorbido a cinco presiones relativas diferentes en el intervalo de 0,05 a 0,25 atm según el modelo Brunauer-Emmett-Teller (BET), citado en Gregg, S. J., y Sing, K. S. W., "Adsorption, Surface Area and Porosity", pag. 285, Academic Press, Nueva York (1991).

Las partículas de aerogel tienen propiedades altamente deseables tales como, por ejemplo, transparencia óptica, extremadamente baja densidad, y muy baja conductividad térmica. Las partículas de aerogel pueden tener cualquier diámetro adecuado. Preferentemente, el diámetro de substancialmente la totalidad de las partículas del aerogel es aproximadamente 0,5 mm o más (por ejemplo, aproximadamente de 1 mm o más). Más preferentemente, el diámetro de substancialmente la totalidad de las partículas del aerogel es aproximadamente 5 mm o menos (por ejemplo, aproximadamente 0,5 ó 1 mm a aproximadamente 5 mm). El aerogel se puede emplear en la práctica de esta invención en cualquier forma adecuada. Por ejemplo, el aerogel se puede incorporar a una esterilla mediante su mezcla con fibras tales como poliéster, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibras de sílice o de cuarzo, dependiendo de la aplicación. A continuación, la esterilla de material compuesto aerogel/fibra se envuelve apretadamente alrededor de la tubería en una serie de capas. En esta configuración es posible proporcionar un blindaje contra la radiación mediante la intercalación de láminas delgadas de un material de baja emisividad, normalmente, un metal pulido tal como cobre o aluminio. Una segunda ventaja de esta opción es que el aerogel se puede envolver utilizando la maquinaria existente para la aplicación de Aislamiento de Capas Múltiples.

Una segunda opción es llenar el espacio de doble pared con una forma de material particulado de aerogel. Se disponen de diversos polvos, gránulos y bolas en tamaños que...

 


Reivindicaciones:

1. Un método para establecer un sistema de aislamiento criogénico que comprende:

    (A) proporcionar un espacio de aislamiento que contiene al aerogel y que está definido por una pared interior y una pared exterior;
    (B) llevar a cabo al menos una presurización y, al menos una despresurización del espacio de aislamiento que contiene al aerogel en donde la presurización comprende proporcionar un gas condensable al espacio de aislamiento que contiene al aerogel y la despresurización es a un nivel por debajo de la presión atmosférica; y
    (C) refrigerar al menos una pared del espacio de aislamiento que contiene al aerogel a una temperatura inferior a 190 K tal que el gas condensable condense para causar una reducción adicional de la presión que tendrá lugar en el espacio de aislamiento y que el aerogel adsorba alguna cantidad del gas condensable y algo de los gases no condensables presentes en el espacio de aislamiento para causar una reducción adicional de la presión que tendrá lugar en el especio de aislamiento.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento está entre una pared interior y una pared exterior de un conducto de doble pared.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento está entre una pared interior y una pared exterior de un tanque de doble pared.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el aerogel está en la forma de una esterilla de aerogel

5. El método de la reivindicación 4, en donde la esterilla de aerogel comprende aerogel combinado con coata de fibras.

6. El método de la reivindicación 1, en donde el aerogel está en forma de material particulado.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el gas condensable es dióxido de carbono.

8. El método de la reivindicación 1, en donde al menos se llevan a cabo dos ciclos de presurización y despresurización en el espacio de aislamiento que contiene al aerogel.

9. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento que contiene al aerogel se enfría mediante refrigeración procedente de un líquido criogénico.

10. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento que contiene al aerogel además comprende un blindaje contra la radiación.

11. El método de la reivindicación 1, en donde el aerogel comprende aerogel de sílice.

12. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento previo al enfriamiento tiene una presión en el intervalo de 1.000 a 10.000 micrómetros de Hg.

13. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento se evacua previo a dicha presurización usando una bomba de vacío.

14. El método de la reivindicación 1, en donde el espacio de aislamiento tiene una conductividad térmica aparente de menos de 3 mW/mK a una presión mayor de 10 micrómetros de Hg.