一种分子筛可置换的深冷压力容器及分子筛置换方法与流程

1.本发明涉及深冷压力容器技术领域，具体涉及一种分子筛可置换的深冷压力容器及置换方法。


背景技术：

2.深冷压力容器(低温绝热罐)是一种用于存放低温液态气体的储存容器，其结构包括内容器和外容器，内容器和外容器之间形成真空夹层空间以隔绝外界热量的传递，从而保证内容器中低温液化气体的安全性。低温绝热罐夹层空间的真空度是保证真空绝热低温容器绝热效果的关键因素。
3.现有技术中，低温绝热罐的内容器的外壁上通常包裹有一层绝热材料，以进一步提高绝热效果。但是，由于绝热材料及真空夹层中的其它功能结构件在使用过程中往往会释放出一些气体和水分，导致夹层空间的真空度逐渐降低，从而影响容器的绝热性能。为此，现有的低温绝热罐通常在夹层空间内设置有气体吸附装置，典型的气体吸附装置为分子筛吸附器，其工作原理为利用分子筛(一种硅酸盐晶体颗粒)在低温下对于气体和水分的强大吸附能力，将真空夹层中不断的释放出的气体和水分进行有效吸附，从而维持夹层空间的真空度不下降，由此起到长期保持夹层空间真空度的效果。
4.现有的分子筛吸附器在低温绝热容器上的安装结构如图7所示，其包括连接在内容器上的分子筛容器和充填在分子筛容器内部的经过活化的分子筛，分子筛容器上设置有用于与夹层空间相连通的气体吸附通道。为了在制造和安装过程中防止分子筛与空气接触而失去活性，分子筛容器的气体吸附通道上还设置有采用铝箔或铜箔制成的封闭片。待分子筛吸附器安装到低温容器的夹层空间内后，先将低温容器的夹层空间抽真空，达到预先设定的真空度要求后，再设法将封闭片破坏(例如使用高压氮气将封闭片冲破)，从而使得分子筛吸附器的气体吸附通道与真空夹层空间相连通。
5.但是，现有技术中深冷压力容器上的分子筛吸附器存在的问题是：分子筛吸附器使用一段时间后由于分子筛吸收气体或水分已经达到饱和，从而失去活性，在深冷压力容器内部绝热材料缓慢释放气体的作用下，或者由于深冷压力容器的夹层空间本身存在慢性泄漏的情况下，会使得深冷压力容器夹层空间内真空度逐渐下降，由此降低了深冷压力容器的使用寿命。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出一种分子筛可置换的深冷压力容器及置换方法，旨在提高冷压力容器的使用寿命。具体的技术方案如下：
7.一种分子筛可置换的深冷压力容器，包括内容器、外容器、形成于所述内容器与所述外容器之间的夹层空间、设置在所述夹层空间上的分子筛吸附器，所述分子筛吸附器包括设置在所述内容器罐体上的分子筛吸附盒、填充在所述分子筛吸附盒内部用于吸附所述夹层空间内气体和水分的分子筛、设置在所述分子筛吸附盒上用于将所述分子筛封闭在所
述分子筛吸附盒内部的盒盖、设置在所述外容器罐体上的真空环境专用二通阀，所述盒盖上开设有吸附孔，所述吸附孔上设置有可冲破的密封片，所述真空环境专用二通阀包括阀体和设置在所述阀体上的吸附通道、设置在所述吸附通道上的真空密封孔、设置在所述真空密封孔上用于封堵或开通所述吸附通道的热膨胀密封柱塞，所述夹层空间内设置有一吸附管路，所述吸附管路的一端与所述盒盖上的吸附孔相连接，所述吸附管路的另一端与所述阀体的吸附通道的一端相连接，所述阀体的吸附通道的另一端与所述夹层空间相连通；所述分子筛吸附盒上还设置有用于置换所述分子筛吸附盒内部分子筛的进料管路和出料管路，所述进料管路和出料管路分别延伸至所述外容器的罐壁外部并通过封头进行封堵。
8.上述可冲破的密封片在分子筛吸附器的制造和安装过程中保持完整，在分子筛吸附器安装到夹层空间上并在夹层空间抽真空后通过高压氮气进行冲破，从而使得分子筛吸附盒内部与吸附通道相连通。
9.优选的，所述阀体上的吸附通道包括主吸附通道和分别横向连接在所述主吸附通道两端侧面的入口侧吸附通道和出口侧吸附通道，所述主吸附通道靠所述入口侧吸附通道的一端封闭设置，所述真空密封孔位于所述主吸附通道的靠所述入口侧吸附通道一端；所述主吸附通道靠所述出口侧吸附通道一端设置有阀盖，所述阀盖上设置有阀盖孔，所述阀盖孔内插入有用于对所述热膨胀密封柱塞进行加热的电烙铁，所述热膨胀密封柱塞与插入到所述主吸附通道内的所述电烙铁加热棒的前端相连接；在所述主吸附通道内部且位于所述电烙铁加热棒的外围设置有可伸缩的波纹管，所述波纹管的一端管口与所述阀盖之间实现密封连接，所述波纹管的另一端管口与所述热膨胀密封柱塞之间实现密封连接。
10.本发明中，所述主吸附通道的通道直径大于真空密封孔的内孔直径。
11.本发明中，所述波纹管的外围设置有保护套，所述保护套固定在所述阀盖上且与所述波纹管之间设置有空隙。
12.在波纹管内外的压力不平衡时，保护套的设置能够起到支撑和保护波纹管、防止波纹管过度变形的作用。
13.本发明中，所述阀盖的阀盖孔与所述电烙铁加热棒之间还设置有耐高温密封件。
14.优选的，所述阀盖上还设置有用于平衡所述波纹管内外压力的抽真空管路，所述抽真空管路连接抽真空装置。
15.通过使用所述电烙铁对所述热膨胀密封柱塞进行加热，使得所述热膨胀密封柱塞与所述真空密封孔之间实现过盈密封配合，从而将所述阀体上的吸附通道封堵；通过取消所述电烙铁的加热，使得所述热膨胀密封柱塞逐步冷却至常态，实现所述热膨胀密封柱塞与所述真空密封孔之间的间隙配合，从而将所述阀体上的吸附通道开通。
16.通过操作所述电烙铁的手柄，可将所述热膨胀密封柱塞移离所述真空密封孔或进入所述真空密封孔；所述热膨胀密封柱塞移离所述真空密封孔时，所述吸附通道处于最大开度状态；所述分子筛吸附器安装到所述夹层空间上后，通过向进料管路内充入干燥高压氮气将所述可冲破的密封片冲破，从而实现分子筛吸附盒内的分子筛通过所述吸附通道对所述夹层空间内的气体和水分的吸附作用。
17.本发明中，所述阀盖上设置有阀盖加热器，通过使用所述阀盖加热器对所述阀盖进行加热，使得阀盖上的阀盖孔受热膨胀从而与所述电烙铁的加热棒之间实现间隙配合；通过取消所述阀盖加热器的加热，使得所述阀盖冷却至常态，从而使得所述阀盖上的阀盖
孔收缩而与所述电烙铁的加热棒之间实现过盈密封配合。
18.在深冷压力容器正常工作状态下，上述阀盖加热器是不工作的。这时电烙铁加热棒与阀盖上的阀盖孔处于过盈密封配合状态，且电烙铁加热棒前端的热膨胀密封柱塞是处于与真空密封孔分离的状态，从而形成了连通所述分子筛吸附盒内部和夹层空间的吸附通道。
19.为了实现热膨胀密封柱塞与真空密封孔之间的高可靠密封，在所述阀体上位于所述真空密封孔的外围沿周向设置有一圈环形空腔，所述圈环形空腔上分别开设有冷却液进液孔和冷却液出液孔，所述圈环形空腔通过所述冷却液进液孔和冷却液出液孔连接冷却系统。
20.优选的，所述环形空腔为通过在阀体上钻孔所形成的矩形环形空腔。
21.本发明中，所述分子筛吸附盒内通过卡扣连接设置有用于挡住分子筛的钢丝网过滤挡片，所述钢丝网过滤挡片连接在位于所述分子筛与所述盒盖之间的所述分子筛吸附盒内壁上并将所述分子筛与所述盒盖隔开一段间距；在所述阀体上位于所述入口侧吸附通道的入口部设置有滤网。
22.本发明中，所述吸附管路与所述盒盖之间、所述吸附管路与所述阀体之间、所述阀盖与所述阀体之间、所述波纹管与所述阀盖之间、所述波纹管与所述热膨胀密封柱塞之间、所述保护套与所述阀盖之间均采用焊接连接以形成高真空的密封。
23.本发明中，所述热膨胀密封柱塞通过螺纹配合连接在电烙铁加热棒的前端并通过焊接进行固定。
24.本发明中，所述吸附管路还可以改进为弯曲型吸附管路，弯曲型吸附管路可以补偿内容器和外容器之间因温度变化而引起的的相对移位。
25.一种分子筛可置换的深冷压力容器的分子筛置换方法，包括如下步骤：
26.(1)吸附通道封堵：开启阀盖加热器对阀盖进行加热，使得阀盖上的阀盖孔膨胀，从而实现电烙铁的加热棒与阀盖孔之间的间隙配合；然后操作电烙铁的手柄，使得电烙铁加热棒前端的热膨胀密封柱塞进入到阀体的真空密封孔中；然后关闭阀盖加热器，阀盖逐步冷却至常态，使得阀盖上的阀盖孔恢复至与电烙铁加热棒之间的过盈密封配合状态；最后开启电烙铁对电烙铁加热棒前端的热膨胀密封柱塞进行加热，热膨胀密封柱塞受热膨胀，使得热膨胀密封柱塞与真空密封孔之间实现密封过盈配合，从而将阀盖的吸附通道封堵；其中，所述电烙铁开启后维持一定的加热温度以使得吸附通道始终处于封堵状态；
27.(2)卸出旧料：拆去进料管路和出料管路上的封头，通过采用对进料管路充入压缩空气的方法，或者通过采用对出料管路进行抽真空的方法，将分子筛吸附盒内旧的分子筛从出料管路中卸出；
28.(3)加入新料：在出料管路的端部设置拦料网，然后通过在进料管路上设置加料泵将新的分子筛从进料管路加入到分子筛吸附盒内直至加满，或者通过在出料管路上连接真空泵将新的分子筛从进料管路吸入到分子筛吸附盒内直至加满；
29.(4)抽真空：将进料管路进行封堵，然后在出料管路上连接拦料网和真空泵对分子筛吸附盒的内部进行抽真空，抽真空完成后将出料管路进行封堵；
30.(5)吸附通道开通：关闭电烙铁使得热膨胀密封柱塞逐步冷却至常态，从而实现热膨胀密封柱塞与真空密封孔之间的间隙配合；然后重新开启阀盖加热器，阀盖受热膨胀，从
而实现阀盖上阀盖孔与电烙铁加热棒之间的间隙配合；再操作电烙铁的手柄，将电烙铁加热棒前端的热膨胀密封柱塞移离真空密封孔，从而实现吸附通道的开通；吸附通道开通后关闭阀盖加热器，阀盖逐步冷却至常态，从而使得阀盖上的阀盖孔收缩并与电烙铁的加热棒之间重新恢复过盈密封配合。
31.作为本发明中分子筛置换方法的进一步改进，在热膨胀密封柱塞进入到真空密封孔中并使用电烙铁对热膨胀密封柱塞进行加热的过程中，还通过连接在阀体的环形空腔上的冷却系统对阀体的真空密封孔部位进行冷却，从而提高热膨胀密封柱塞与真空密封孔之间过盈密封配合的可靠性。
32.优选的，当波纹管内外的压力不平衡导致在操作电烙铁移动过程中阻力较大时，开启与阀盖上抽真空管路相连接的抽真空装置以平衡波纹管内外的压力。
33.本发明的有益效果是：
34.第一，本发明的一种分子筛可置换的深冷压力容器及置换方法，特殊设计的真空环境专用二通阀实现了深冷压力容器上分子筛的定期置换，从而解决了传统深冷压力容器上分子筛失去活性后无法更换的技术难题，由此提高了深冷压力容器的使用寿命。
35.第二，本发明的一种分子筛可置换的深冷压力容器及置换方法，特殊设计的真空环境专用二通阀，能够确保吸附通道与外界环境之间的高可靠密封，从而可以避免深冷压力容器在进行分子筛置换时夹层空间的泄漏风险。
36.第三，本发明的一种分子筛可置换的深冷压力容器及置换方法，分子筛的可置换结构实现了深冷压力容器上分子筛的定期或不定期更换，由此大大提高了深冷压力容器的使用寿命。
附图说明
37.图1是本发明的一种分子筛可置换的深冷压力容器的结构示意图；
38.图2是图1中涉及分子筛吸附盒和真空环境专用二通阀部分的局部放大视图；
39.图3是图2的局部放大视图(吸附通道处于开通状态)；
40.图4是将图3中的电烙铁和热膨胀密封柱塞经移位进入真空密封孔中结构示意图(吸附通道处于封堵状态)。
41.图5是阀体上环形空腔部位的截面视图。
42.图6是将吸附管路改进为弯曲管路结构的示意图
43.图7是现有技术中在深冷压力容器上设置分子筛吸附器的结构示意图。
44.图中：1、内容器，2、外容器，3、夹层空间，4、分子筛吸附器，5、分子筛吸附盒，6、分子筛，7、盒盖，8、真空环境专用二通阀，9、吸附孔，10、密封片，11、阀体，12、真空密封孔，13、热膨胀密封柱塞，14、吸附管路，15、进料管路，16、出料管路，17、封头，18、主吸附通道，19、入口侧吸附通道，20、出口侧吸附通道，21、阀盖，22、电烙铁(手柄部分)，23、电烙铁加热棒，24、波纹管，25、保护套，26、耐高温密封件，27、抽真空管路，28、阀盖加热器，29、环形空腔，30、冷却液进液孔，31、冷却液出液孔，32、钢丝网过滤挡片，33、滤网。
具体实施方式
45.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅
用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
46.实施例1：
47.如图1至7所示为本发明的一种分子筛可置换的深冷压力容器的实施例，包括内容器1、外容器2、形成于所述内容器1与所述外容器2之间的夹层空间3、设置在所述夹层空间3上的分子筛吸附器4，所述分子筛吸附器4包括设置在所述内容器1罐体上的分子筛吸附盒5、填充在所述分子筛吸附盒5内部用于吸附所述夹层空间3内气体和水分的分子筛6、设置在所述分子筛吸附盒5上用于将所述分子筛6封闭在所述分子筛吸附盒5内部的盒盖7、设置在所述外容器2罐体上的真空环境专用二通阀8，所述盒盖7上开设有吸附孔9，所述吸附孔9上设置有可冲破的密封片10，所述真空环境专用二通阀8包括阀体11和设置在所述阀体11上的吸附通道、设置在所述吸附通道上的真空密封孔12、设置在所述真空密封孔12上用于封堵或开通所述吸附通道的热膨胀密封柱塞13，所述夹层空间3内设置有一吸附管路14，所述吸附管路14的一端与所述盒盖7上的吸附孔9相连接，所述吸附管路14的另一端与所述阀体11的吸附通道的一端相连接，所述阀体11的吸附通道的另一端与所述夹层空间13相连通；所述分子筛吸附盒5上还设置有用于置换所述分子筛吸附盒5内部分子筛6的进料管路15和出料管路16，所述进料管路15和出料管路16分别延伸至所述外容器2的罐壁外部并通过封头17进行封堵。
48.上述可冲破的密封片10在分子筛吸附器4的制造和安装过程中保持完整，在分子筛吸附器4安装到夹层空间3上并在夹层空间3抽真空后通过高压氮气进行冲破，从而使得分子筛吸附盒5内部与吸附通道相连通。
49.优选的，所述阀体11上的吸附通道包括主吸附通道18和分别横向连接在所述主吸附通道18两端侧面的入口侧吸附通道19和出口侧吸附通道20，所述主吸附通道18靠所述入口侧吸附通道19的一端封闭设置，所述真空密封孔12位于所述主吸附通道18的靠所述入口侧吸附通道19一端；所述主吸附通道18靠所述出口侧吸附通道20一端设置有阀盖21，所述阀盖21上设置有阀盖孔，所述阀盖孔内插入有用于对所述热膨胀密封柱塞13进行加热的电烙铁22，所述热膨胀密封柱塞13与插入到所述主吸附通道18内的所述电烙铁加热棒23的前端相连接；在所述主吸附通道18内部且位于所述电烙铁加热棒23的外围设置有可伸缩的波纹管24，所述波纹管24的一端管口与所述阀盖21之间实现密封连接，所述波纹管24的另一端管口与所述热膨胀密封柱塞13之间实现密封连接。
50.本实施例中，所述主吸附通道18的通道直径大于真空密封孔12的内孔直径。
51.本实施例中，所述波纹管24的外围设置有保护套25，所述保护套25固定在所述阀盖21上且与所述波纹管24之间设置有空隙。
52.在波纹管24内外的压力不平衡时，保护套25的设置能够起到支撑和保护波纹管24、防止波纹管24过度变形的作用。
53.本实施例中，所述阀盖21的阀盖孔与所述电烙铁加热棒23之间还设置有耐高温密封件26。
54.优选的，所述阀盖21上还设置有用于平衡所述波纹管24内外压力的抽真空管路27，所述抽真空管路27连接抽真空装置。
55.通过使用所述电烙铁22对所述热膨胀密封柱塞13进行加热，使得所述热膨胀密封柱塞13与所述真空密封孔12之间实现过盈密封配合，从而将所述阀体11上的吸附通道封
堵；通过取消所述电烙铁22的加热，使得所述热膨胀密封柱塞13逐步冷却至常态，实现所述热膨胀密封柱塞13与所述真空密封孔12之间的间隙配合，从而将所述阀体11上的吸附通道开通。
56.通过操作所述电烙铁22的手柄，可将所述热膨胀密封柱塞13移离所述真空密封孔12或进入所述真空密封孔12；所述热膨胀密封柱塞13移离所述真空密封孔12时，所述吸附通道处于最大开度状态；所述分子筛吸附器4安装到所述夹层空间3上后，通过向进料管路15内充入干燥高压氮气将所述可冲破的密封片10冲破，从而实现分子筛吸附盒5内的分子筛6通过所述吸附通道19、18、20对所述夹层空间3内的气体和水分的吸附作用。
57.本实施例中，所述阀盖21上设置有阀盖加热器28，通过使用所述阀盖加热器28对所述阀盖21进行加热，使得阀盖21上的阀盖孔受热膨胀从而与所述电烙铁22的加热棒23之间实现间隙配合；通过取消所述阀盖加热器28的加热，使得所述阀盖21冷却至常态，从而使得所述阀盖21上的阀盖孔收缩而与所述电烙铁22的加热棒23之间实现过盈密封配合。
58.在深冷压力容器正常工作状态下，上述阀盖加热器28是不工作的。这时电烙铁加热棒23与阀盖21上的阀盖孔处于过盈密封配合状态，且电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13是处于与真空密封孔12分离的状态，从而形成了连通所述分子筛吸附盒5内部和夹层空间3的吸附通道。
59.为了实现热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间的高可靠密封，在所述阀体11上位于所述真空密封孔12的外围沿周向设置有一圈环形空腔29，所述圈环形空腔29上分别开设有冷却液进液孔30和冷却液出液孔31，所述圈环形空腔29通过所述冷却液进液孔30和冷却液出液孔31连接冷却系统。
60.优选的，所述环形空腔29为通过在阀体11上钻孔所形成的矩形环形空腔29。
61.本实施例中，所述分子筛吸附盒5内通过卡扣连接设置有用于挡住分子筛6的钢丝网过滤挡片32，所述钢丝网过滤挡片32连接在位于所述分子筛6与所述盒盖7之间的所述分子筛吸附盒5内壁上并将所述分子筛6与所述盒盖7隔开一段间距；在所述阀体11上位于所述入口侧吸附通道19的入口部设置有滤网33。
62.本实施例中，所述吸附管路14与所述盒盖7之间、所述吸附管路14与所述阀体11之间、所述阀盖21与所述阀体11之间、所述波纹管24与所述阀盖21之间、所述波纹管24与所述热膨胀密封柱塞13之间、所述保护套25与所述阀盖21之间均采用焊接连接以形成高真空的密封。
63.本实施例中，所述热膨胀密封柱塞13通过螺纹配合连接在电烙铁加热棒23的前端并通过焊接进行固定。
64.本实施例中，所述吸附管路还可以改进为弯曲型吸附管路(如图6所示)，弯曲型吸附管路可以补偿内容器1和外容器2之间因温度变化而引起的的相对移位。
65.实施例2：
66.一种采用实施例1的分子筛可置换的深冷压力容器的分子筛置换方法，包括如下步骤：
67.(1)吸附通道封堵：开启阀盖加热器28对阀盖21进行加热，使得阀盖21上的阀盖孔膨胀，从而实现电烙铁22的加热棒23与阀盖孔之间的间隙配合；然后操作电烙铁22的手柄，使得电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13进入到阀体11的真空密封孔12中；然后关闭
阀盖加热器28，阀盖21逐步冷却至常态，使得阀盖21上的阀盖孔恢复至与电烙铁加热棒23之间的过盈密封配合状态；最后开启电烙铁22对电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13进行加热，热膨胀密封柱塞13受热膨胀，使得热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间实现密封过盈配合，从而将阀盖21的吸附通道封堵；其中，所述电烙铁22开启后维持一定的加热温度以使得吸附通道始终处于封堵状态；
68.(2)卸出旧料：拆去进料管路15和出料管路16上的封头，通过采用对进料管路15充入压缩空气的方法，或者通过采用对出料管路16进行抽真空的方法，将分子筛吸附盒5内旧的分子筛6从出料管路16中卸出；
69.(3)加入新料：在出料管路16的端部设置拦料网，然后通过在进料管路15上设置加料泵将新的分子筛从进料管路15加入到分子筛吸附盒5内直至加满，或者通过在出料管路16上连接真空泵将新的分子筛从进料管路15吸入到分子筛吸附盒5内直至加满；
70.(4)抽真空：将进料管路15进行封堵，然后在出料管路16上连接拦料网和真空泵对分子筛吸附盒5的内部进行抽真空，抽真空完成后将出料管路16进行封堵；
71.(5)吸附通道开通：关闭电烙铁22使得热膨胀密封柱塞13逐步冷却至常态，从而实现热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间的间隙配合；然后重新开启阀盖加热器28，阀盖21受热膨胀，从而实现阀盖21上阀盖孔与电烙铁加热棒23之间的间隙配合；再操作电烙铁22的手柄，将电烙铁加热棒23前端的热膨胀密封柱塞13移离真空密封孔12，从而实现吸附通道的开通；吸附通道开通后关闭阀盖加热器28，阀盖21逐步冷却至常态，从而使得阀盖21上的阀盖孔收缩并与电烙铁22的加热棒23之间重新恢复过盈密封配合。
72.作为本实施例中分子筛置换方法的进一步改进，在热膨胀密封柱塞13进入到真空密封孔12中并使用电烙铁22对热膨胀密封柱塞13进行加热的过程中，还通过连接在阀体11的环形空腔29上的冷却系统对阀体11的真空密封孔12部位进行冷却，从而提高热膨胀密封柱塞13与真空密封孔12之间过盈密封配合的可靠性。
73.优选的，当波纹管24内外的压力不平衡导致在操作电烙铁22移动过程中阻力较大时，开启与阀盖21上抽真空管路27相连接的抽真空装置以平衡波纹管24内外的压力。
74.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。