一种低温液体存储密封的装置及方法与流程

本发明涉及低温液体存储，特别涉及一种低温液体存储密封的装置及方法。

背景技术：

1、在工业和科学领域中，对于低温液体的储存需求日益增加。这些低温液体(如液氮、液氢等)在许多应用中扮演着重要角色，例如在医疗领域用于冷冻保存生物样本、在航空航天领域用于燃料储存等。然而，传统的低温液体储存方法存在一些问题，例如需要昂贵的设备、高能耗、液体损失等。

2、已有的地下储存液体的方法主要包括使用密封容器或地下储罐。这些方法需要专门的设备来确保液体的密封和稳定性，如jph09152098a与jp2005082976a。此外，还有一些利用地下水层进行储存的方法，通过注入低温液体到地下水层中形成冰层密封，如cn114738657a。

3、密封容器或地下储罐的缺点，主要包括以下几个方面：

4、1、成本高昂：设计、建造和安装密封容器或地下储罐需要大量资金投入。这些设备通常需要特殊的材料和工程设计，以确保液体的密封性和稳定性，从而增加了成本。

5、2、维护和管理成本高：密封容器或地下储罐需要定期维护和管理，以确保其运行和密封效果。这包括检查、清洁、修理和替换设备部件等工作，需要耗费大量资源和人力。

6、而利用地下水层直接形成冰层则面临如下问题：

7、1、冰层密封不均匀:简单注入低温液体形成冰层，难以精确控制冰层的生长速率和分布，容易导致冰层密封效果不均匀，存在局部薄弱区域；

8、2、冰透镜膨胀破坏风险:在冻土中，如果不加以控制，冰透镜的过度生长膨胀可能会导致周围土层的结构破坏，引发地质灾害。冻胀压力可能使储存设施发生位移、变形甚至破裂，带来安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于通过冰透镜主动控制技术，精准的控制冰层的生长速率与方向，从而得到稳定一致的冰层作为储库的密封层，实现可靠的、低成本的低温液体的地下存储。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种低温液体存储密封的装置，其包括：埋设在土壤内的库体，库体具有存储低温液体的内腔；作用于库体顶部、底部和周向侧壁的制冷系统；压力调节系统，与库体内腔连通，通过气压调节库体内腔压力；在低温液体注入内腔前，在制冷系统的制冷作用下调节库体周围土壤的温度分布，同时压力调节系统调节内腔气体压力，以使水分在土壤中迁移聚集形成冰层，在制冷系统和压力调节系统共同的作用下，实现控制冰层在土壤中的生长速率和方向。

3、进一步，库体埋设在低导热系数和高强度的改性土壤内，在制冷系统和压力调节系统共同的作用下，实现控制冰层在改性土壤中的生长速率和方向。

4、进一步，改性土壤由天然土壤与硅藻土、膨润土等添加剂按适当比例混合而成。

5、进一步，还包括监测机构，用于监测库体壁面温度和内腔压力，在冰层生长过程中，通过实时监测库体壁面温度和内腔压力，动态调整制冷剂流量和内腔压力，使冰层在改性土壤中均匀缓慢生长。

6、进一步，制冷系统包括换热器和循环制冷机，换热器作用于库体顶部、底部和周向侧壁，循环制冷机与换热器管路连接，通过管路向换热器循环输送制冷剂。

7、进一步，换热器包括设置在内腔顶部的第一换热器，设置在内腔周向侧壁的第二换热器，设置在内腔底部的第三换热器，循环制冷机包括与第一换热器管路连接的第一循环制冷机，与第二换热器管路连接的第二循环制冷机，与第三换热器管路连接的第三循环制冷机。

8、进一步，库体的周围设置有柔性围挡结构，改性土壤填充在围挡结构中，当冰层生长产生压力时，围挡结构可以允许一定程度的滑移变形，使得压力能够传递到冰层生长的临界区域，确保冰层的均匀生长。

9、进一步，围挡结构包括设置在库体顶部和底部的柔性阻挡件，以及多个环绕库体设置，沿库体径向向库体延伸的柔性连接板，阻挡件的直径大于库体的直径，连接板连接顶部和底部的柔性阻挡件，相邻的连接板及顶部、底部的阻挡件共同构成填充改性土壤的容置槽。

10、进一步，库体包括内腔支撑结构、上法兰、颈管和上端盖，支撑结构和上法兰由不锈钢制成的，以提供足够的强度和抗低温性能，上法兰设置在内腔支撑结构顶部，颈管与上法兰套接；上端盖可拆卸的设置在库体的上端，通过颈管与内腔连通。

11、进一步，颈管为ptfe材料制成的，在低温环境下，利用不锈钢材质的上法兰产生的收缩变形锁紧颈管，从而使上法兰与颈管密封连接。

12、由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：通过协同调节储液库体的壁面温度和内腔压力，可以在土壤中形成特定的温度和压力分布，引导水分向预期的区域迁移并冻结，从而控制冰层的生长速率和方向，而得到稳定一致的冰层作为储库的密封层，实现可靠的、低成本的低温液体的地下存储。

技术特征：

1.一种低温液体存储密封的装置，其特征在于，包括埋设在土壤内的库体，库体具有存储低温液体的内腔；作用于库体顶部、底部和周向侧壁的制冷系统；压力调节系统，与库体内腔连通，通过气压调节库体内腔压力；在低温液体注入内腔前，在制冷系统的制冷作用下调节库体周围土壤的温度分布，同时压力调节系统调节内腔气体压力，以使水分在土壤中迁移聚集形成冰层，在制冷系统和压力调节系统共同的作用下，实现控制冰层在土壤中的生长速率和方向。

2.根据权利要求1所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，库体埋设在低导热系数和高强度的改性土壤内，在制冷系统和压力调节系统共同的作用下，实现控制冰层在改性土壤中的生长速率和方向。

3.根据权利要求2所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，改性土壤由天然土壤与硅藻土、膨润土等添加剂按适当比例混合而成。

4.根据权利要求3所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，还包括监测机构，用于监测库体壁面温度和内腔压力，在冰层生长过程中，通过实时监测库体壁面温度和内腔压力，动态调整制冷剂流量和内腔压力，使冰层在改性土壤中均匀缓慢生长。

5.根据权利要求1所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，制冷系统包括换热器和循环制冷机，换热器作用于库体顶部、底部和周向侧壁，循环制冷机与换热器管路连接，通过管路向换热器循环输送制冷剂。

6.根据权利要求5所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，换热器包括设置在内腔顶部的第一换热器，设置在内腔周向侧壁的第二换热器，设置在内腔底部的第三换热器，循环制冷机包括与第一换热器管路连接的第一循环制冷机，与第二换热器管路连接的第二循环制冷机，与第三换热器管路连接的第三循环制冷机。

7.根据权利要求2所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，库体的周围设置有柔性围挡结构，改性土壤填充在围挡结构中，当冰层生长产生压力时，围挡结构可以允许一定程度的滑移变形，使得压力能够传递到冰层生长的临界区域，确保冰层的均匀生长。

8.根据权利要求7所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，围挡结构包括设置在库体顶部和底部的柔性阻挡件，以及多个环绕库体设置，沿库体径向向库体延伸的柔性连接板，阻挡件的直径大于库体的直径，连接板连接顶部和底部的柔性阻挡件，相邻的连接板及顶部、底部的阻挡件共同构成填充改性土壤的容置槽。

9.根据权利要求1所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，库体包括内腔支撑结构、上法兰、颈管和上端盖，支撑结构和上法兰由不锈钢制成的，以提供足够的强度和抗低温性能，上法兰设置在内腔支撑结构顶部，颈管与上法兰套接；上端盖可拆卸的设置在库体的上端，通过颈管与内腔连通。

10.根据权利要求9所述的低温液体存储密封的装置，其特征在于，颈管为ptfe材料制成的，在低温环境下，利用不锈钢材质的上法兰产生的收缩变形锁紧颈管，从而使上法兰与颈管密封连接。

技术总结本发明提供一种低温液体存储密封的装置，其包括埋设在土壤内的库体，库体具有存储低温液体的内腔，作用于库体顶部、底部和周向侧壁的制冷系统；压力调节系统，与库体内腔连通，通过气压调节库体内腔压力，在低温液体注入内腔前，在制冷系统的制冷作用下调节库体周围土壤的温度分布，同时压力调节系统调节内腔气体压力，以使水分在土壤中迁移聚集形成冰层，在制冷系统和压力调节系统共同的作用下，实现控制冰层在土壤中的生长速率和方向；通过协同调节储液库体的壁面温度和内腔压力，可以在土壤中形成特定的温度和压力分布，引导水分向预期的区域迁移并冻结，从而控制冰层的生长速率和方向，而得到稳定一致的冰层作为储库的密封层，实现可靠的、低成本的低温液体的地下存储。技术研发人员：刘心远,王金萍,刘具龙,田洪海,王倩受保护的技术使用者：中山先进低温技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/10/10