本發(fā)明涉及低溫液體存儲(chǔ)，特別涉及一種低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域中，對(duì)于低溫液體的儲(chǔ)存需求日益增加。這些低溫液體(如液氮、液氫等)在許多應(yīng)用中扮演著重要角色，例如在醫(yī)療領(lǐng)域用于冷凍保存生物樣本、在航空航天領(lǐng)域用于燃料儲(chǔ)存等。然而，傳統(tǒng)的低溫液體儲(chǔ)存方法存在一些問題，例如需要昂貴的設(shè)備、高能耗、液體損失等。

2、已有的地下儲(chǔ)存液體的方法主要包括使用密封容器或地下儲(chǔ)罐。這些方法需要專門的設(shè)備來確保液體的密封和穩(wěn)定性，如jph09152098a與jp2005082976a。此外，還有一些利用地下水層進(jìn)行儲(chǔ)存的方法，通過注入低溫液體到地下水層中形成冰層密封，如cn114738657a。

3、密封容器或地下儲(chǔ)罐的缺點(diǎn)，主要包括以下幾個(gè)方面：

4、1、成本高昂：設(shè)計(jì)、建造和安裝密封容器或地下儲(chǔ)罐需要大量資金投入。這些設(shè)備通常需要特殊的材料和工程設(shè)計(jì)，以確保液體的密封性和穩(wěn)定性，從而增加了成本。

5、2、維護(hù)和管理成本高：密封容器或地下儲(chǔ)罐需要定期維護(hù)和管理，以確保其運(yùn)行和密封效果。這包括檢查、清潔、修理和替換設(shè)備部件等工作，需要耗費(fèi)大量資源和人力。

6、而利用地下水層直接形成冰層則面臨如下問題：

7、1、冰層密封不均勻:簡(jiǎn)單注入低溫液體形成冰層，難以精確控制冰層的生長(zhǎng)速率和分布，容易導(dǎo)致冰層密封效果不均勻，存在局部薄弱區(qū)域；

8、2、冰透鏡膨脹破壞風(fēng)險(xiǎn):在凍土中，如果不加以控制，冰透鏡的過度生長(zhǎng)膨脹可能會(huì)導(dǎo)致周圍土層的結(jié)構(gòu)破壞，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。凍脹壓力可能使儲(chǔ)存設(shè)施發(fā)生位移、變形甚至破裂，帶來安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于通過冰透鏡主動(dòng)控制技術(shù)，精準(zhǔn)的控制冰層的生長(zhǎng)速率與方向，從而得到穩(wěn)定一致的冰層作為儲(chǔ)庫(kù)的密封層，實(shí)現(xiàn)可靠的、低成本的低溫液體的地下存儲(chǔ)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其包括：埋設(shè)在土壤內(nèi)的庫(kù)體，庫(kù)體具有存儲(chǔ)低溫液體的內(nèi)腔；作用于庫(kù)體頂部、底部和周向側(cè)壁的制冷系統(tǒng)；壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與庫(kù)體內(nèi)腔連通，通過氣壓調(diào)節(jié)庫(kù)體內(nèi)腔壓力；在低溫液體注入內(nèi)腔前，在制冷系統(tǒng)的制冷作用下調(diào)節(jié)庫(kù)體周圍土壤的溫度分布，同時(shí)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)腔氣體壓力，以使水分在土壤中遷移聚集形成冰層，在制冷系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同的作用下，實(shí)現(xiàn)控制冰層在土壤中的生長(zhǎng)速率和方向。

3、進(jìn)一步，庫(kù)體埋設(shè)在低導(dǎo)熱系數(shù)和高強(qiáng)度的改性土壤內(nèi)，在制冷系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同的作用下，實(shí)現(xiàn)控制冰層在改性土壤中的生長(zhǎng)速率和方向。

4、進(jìn)一步，改性土壤由天然土壤與硅藻土、膨潤(rùn)土等添加劑按適當(dāng)比例混合而成。

5、進(jìn)一步，還包括監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，用于監(jiān)測(cè)庫(kù)體壁面溫度和內(nèi)腔壓力，在冰層生長(zhǎng)過程中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)庫(kù)體壁面溫度和內(nèi)腔壓力，動(dòng)態(tài)調(diào)整制冷劑流量和內(nèi)腔壓力，使冰層在改性土壤中均勻緩慢生長(zhǎng)。

6、進(jìn)一步，制冷系統(tǒng)包括換熱器和循環(huán)制冷機(jī)，換熱器作用于庫(kù)體頂部、底部和周向側(cè)壁，循環(huán)制冷機(jī)與換熱器管路連接，通過管路向換熱器循環(huán)輸送制冷劑。

7、進(jìn)一步，換熱器包括設(shè)置在內(nèi)腔頂部的第一換熱器，設(shè)置在內(nèi)腔周向側(cè)壁的第二換熱器，設(shè)置在內(nèi)腔底部的第三換熱器，循環(huán)制冷機(jī)包括與第一換熱器管路連接的第一循環(huán)制冷機(jī)，與第二換熱器管路連接的第二循環(huán)制冷機(jī)，與第三換熱器管路連接的第三循環(huán)制冷機(jī)。

8、進(jìn)一步，庫(kù)體的周圍設(shè)置有柔性圍擋結(jié)構(gòu)，改性土壤填充在圍擋結(jié)構(gòu)中，當(dāng)冰層生長(zhǎng)產(chǎn)生壓力時(shí)，圍擋結(jié)構(gòu)可以允許一定程度的滑移變形，使得壓力能夠傳遞到冰層生長(zhǎng)的臨界區(qū)域，確保冰層的均勻生長(zhǎng)。

9、進(jìn)一步，圍擋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在庫(kù)體頂部和底部的柔性阻擋件，以及多個(gè)環(huán)繞庫(kù)體設(shè)置，沿庫(kù)體徑向向庫(kù)體延伸的柔性連接板，阻擋件的直徑大于庫(kù)體的直徑，連接板連接頂部和底部的柔性阻擋件，相鄰的連接板及頂部、底部的阻擋件共同構(gòu)成填充改性土壤的容置槽。

10、進(jìn)一步，庫(kù)體包括內(nèi)腔支撐結(jié)構(gòu)、上法蘭、頸管和上端蓋，支撐結(jié)構(gòu)和上法蘭由不銹鋼制成的，以提供足夠的強(qiáng)度和抗低溫性能，上法蘭設(shè)置在內(nèi)腔支撐結(jié)構(gòu)頂部，頸管與上法蘭套接；上端蓋可拆卸的設(shè)置在庫(kù)體的上端，通過頸管與內(nèi)腔連通。

11、進(jìn)一步，頸管為ptfe材料制成的，在低溫環(huán)境下，利用不銹鋼材質(zhì)的上法蘭產(chǎn)生的收縮變形鎖緊頸管，從而使上法蘭與頸管密封連接。

12、由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果為：通過協(xié)同調(diào)節(jié)儲(chǔ)液庫(kù)體的壁面溫度和內(nèi)腔壓力，可以在土壤中形成特定的溫度和壓力分布，引導(dǎo)水分向預(yù)期的區(qū)域遷移并凍結(jié)，從而控制冰層的生長(zhǎng)速率和方向，而得到穩(wěn)定一致的冰層作為儲(chǔ)庫(kù)的密封層，實(shí)現(xiàn)可靠的、低成本的低溫液體的地下存儲(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，包括埋設(shè)在土壤內(nèi)的庫(kù)體，庫(kù)體具有存儲(chǔ)低溫液體的內(nèi)腔；作用于庫(kù)體頂部、底部和周向側(cè)壁的制冷系統(tǒng)；壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與庫(kù)體內(nèi)腔連通，通過氣壓調(diào)節(jié)庫(kù)體內(nèi)腔壓力；在低溫液體注入內(nèi)腔前，在制冷系統(tǒng)的制冷作用下調(diào)節(jié)庫(kù)體周圍土壤的溫度分布，同時(shí)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)腔氣體壓力，以使水分在土壤中遷移聚集形成冰層，在制冷系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同的作用下，實(shí)現(xiàn)控制冰層在土壤中的生長(zhǎng)速率和方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，庫(kù)體埋設(shè)在低導(dǎo)熱系數(shù)和高強(qiáng)度的改性土壤內(nèi)，在制冷系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同的作用下，實(shí)現(xiàn)控制冰層在改性土壤中的生長(zhǎng)速率和方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，改性土壤由天然土壤與硅藻土、膨潤(rùn)土等添加劑按適當(dāng)比例混合而成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，用于監(jiān)測(cè)庫(kù)體壁面溫度和內(nèi)腔壓力，在冰層生長(zhǎng)過程中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)庫(kù)體壁面溫度和內(nèi)腔壓力，動(dòng)態(tài)調(diào)整制冷劑流量和內(nèi)腔壓力，使冰層在改性土壤中均勻緩慢生長(zhǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，制冷系統(tǒng)包括換熱器和循環(huán)制冷機(jī)，換熱器作用于庫(kù)體頂部、底部和周向側(cè)壁，循環(huán)制冷機(jī)與換熱器管路連接，通過管路向換熱器循環(huán)輸送制冷劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，換熱器包括設(shè)置在內(nèi)腔頂部的第一換熱器，設(shè)置在內(nèi)腔周向側(cè)壁的第二換熱器，設(shè)置在內(nèi)腔底部的第三換熱器，循環(huán)制冷機(jī)包括與第一換熱器管路連接的第一循環(huán)制冷機(jī)，與第二換熱器管路連接的第二循環(huán)制冷機(jī)，與第三換熱器管路連接的第三循環(huán)制冷機(jī)。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，庫(kù)體的周圍設(shè)置有柔性圍擋結(jié)構(gòu)，改性土壤填充在圍擋結(jié)構(gòu)中，當(dāng)冰層生長(zhǎng)產(chǎn)生壓力時(shí)，圍擋結(jié)構(gòu)可以允許一定程度的滑移變形，使得壓力能夠傳遞到冰層生長(zhǎng)的臨界區(qū)域，確保冰層的均勻生長(zhǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，圍擋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在庫(kù)體頂部和底部的柔性阻擋件，以及多個(gè)環(huán)繞庫(kù)體設(shè)置，沿庫(kù)體徑向向庫(kù)體延伸的柔性連接板，阻擋件的直徑大于庫(kù)體的直徑，連接板連接頂部和底部的柔性阻擋件，相鄰的連接板及頂部、底部的阻擋件共同構(gòu)成填充改性土壤的容置槽。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，庫(kù)體包括內(nèi)腔支撐結(jié)構(gòu)、上法蘭、頸管和上端蓋，支撐結(jié)構(gòu)和上法蘭由不銹鋼制成的，以提供足夠的強(qiáng)度和抗低溫性能，上法蘭設(shè)置在內(nèi)腔支撐結(jié)構(gòu)頂部，頸管與上法蘭套接；上端蓋可拆卸的設(shè)置在庫(kù)體的上端，通過頸管與內(nèi)腔連通。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其特征在于，頸管為ptfe材料制成的，在低溫環(huán)境下，利用不銹鋼材質(zhì)的上法蘭產(chǎn)生的收縮變形鎖緊頸管，從而使上法蘭與頸管密封連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種低溫液體存儲(chǔ)密封的裝置，其包括埋設(shè)在土壤內(nèi)的庫(kù)體，庫(kù)體具有存儲(chǔ)低溫液體的內(nèi)腔，作用于庫(kù)體頂部、底部和周向側(cè)壁的制冷系統(tǒng)；壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與庫(kù)體內(nèi)腔連通，通過氣壓調(diào)節(jié)庫(kù)體內(nèi)腔壓力，在低溫液體注入內(nèi)腔前，在制冷系統(tǒng)的制冷作用下調(diào)節(jié)庫(kù)體周圍土壤的溫度分布，同時(shí)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)腔氣體壓力，以使水分在土壤中遷移聚集形成冰層，在制冷系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同的作用下，實(shí)現(xiàn)控制冰層在土壤中的生長(zhǎng)速率和方向；通過協(xié)同調(diào)節(jié)儲(chǔ)液庫(kù)體的壁面溫度和內(nèi)腔壓力，可以在土壤中形成特定的溫度和壓力分布，引導(dǎo)水分向預(yù)期的區(qū)域遷移并凍結(jié)，從而控制冰層的生長(zhǎng)速率和方向，而得到穩(wěn)定一致的冰層作為儲(chǔ)庫(kù)的密封層，實(shí)現(xiàn)可靠的、低成本的低溫液體的地下存儲(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉心遠(yuǎn),王金萍,劉具龍,田洪海,王倩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山先進(jìn)低溫技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10