بررسی انواع عایق‌های چندلایة منعکس‌کنندة (MLI) در مخازن کرایوژنیک

نوع مقاله: علمی- ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی - مجتمع شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر - لویزان - تهران

2 مجتمع شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، لویزان، تهران

چکیده

در عایق‌کاری مخزن کرایوژنیک از عایق‌های مختلفی استفاده می‌شود که عایق چندلایه یک نوع از آن‌ها است. عایق‌های چندلایه نسبت به سایر عایق‌های کرایوژنیک دارای عملکرد بالاتری است. این عایق‌ها از لایه‌های سپر تابشی و جداکننده تشکیل شده‌اند. عایق‌های چندلایة یکپارچه عایق‌هایی هستند که در آن لایه‌های جداکننده با قطعه‌های پلیمری کوچک با رسانایی حرارتی پایین جایگزین می‌شود. لایه‌های جداکنندة عایق چندلایة پاسخگو به بار از ستون‌های کوچک پلیمری ساخته ‌شده که به بارهای خارجی در هر لحظه پاسخ می‌دهد. عایق‌های چندلایة معمولی رایج توانایی بارگذاری را ندارد. برای برطرف کردن این مشکل از عایق‌های چندلایة متحمل بار استفاده می‌شود. این عایق‌ها جداکنندة توری ندارند، بلکه در آن‌ها از جداکننده‌های پلیمری که توانایی تحمل بار و وزن بالایی دارند، استفاده شده است. سیستم عایق کامپوزیتی لایه‌ای، شامل لایه‌های سپر تابشی، لایه‌های پودری (آیروژل یا فیوم سیلیکا) و لایه‌های حامل (پارچة بدون بافت یا کاغذ فایبرگلاس) است. تفاوت آن‌ها با عایق چندلایة معمولی در این است که عایق کامپوزیتی لایه‌ای یک لایة اضافی پودری در ساختار خود دارد. ‌‌

کلیدواژه‌ها


[1] Fesmire J.E., “Aerogel-Based Insulation Materials for Cryogenic Applications”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 502, No. 1, pp. 012188, 2019.

[2] Johnson, W.L., Plachta, D.W., Valenzuela, J.G., and Feller, J.R., “Tank Applied Testing of Load-Bearing Multilayer Insulation (LB-MLI), The 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Jt. Propuls. Conf., Cleveland, Ohio, USA, 2014.

[3] Liu, Y.W., Liu, X., Yuan, X.Z., and Wang, X.J., “Optimizing Design of a New Zero Boil Off Cryogenic Storage Tank in Microgravity”, Appl. Energy, Vol. 162, pp. 1678–1686, 2016.

[4] Zheng, J., Chen, L., Cui, C., Guo, J., Zhu, W., Zhou, Y., and Wang, J., “Experimental Study of Composite Insulation System of Spray on Foam Insulation and Variable Density Multilayer Insulation”, Appl. Therm. Eng. Vol. 130, pp. 161–168, 2018.

[5] Finckenor, M.M. and Dooling, D., Multilayer Insulation Material Guidelines, NASA/TP-1999-209263, Marshall Space Flight Center, Alabama, USA, 1999.

[6] Neumann, H., “Thermal Performance Of Different Glass Microspheres In Comparison To Perlite Between 77 And 300 K”,  AIP Conf. Proc., Vol. 1218, pp. 747-754, 2010.

[7] Dye, S., Kopelove, A., and Mills, G., “Integrated and Load Responsive Multilayer Insulation”, AIP Conf. Proc., Vol. 1218, pp. 946-953, 2010.

[8] Dye, S.A., Johnson, W.L., Plachta, D.W., Mills, G.L., Buchanan, L., and Kopelove, A.B., “Design, Fabrication and Test of Load Bearing Multilayer Insulation to Support a Broad Area Cooled Shield”, Cryogenics (Guildf), Vol. 64, pp. 135–140, 2014.

[9] Jiang, W.B., Zuo, Z.Q., Huang, Y.H., Wang, B., Sun, P.J., and Li, P., “Coupling Optimization of Composite Insulation and Vapor-cooled Shield for On-orbit Cryogenic Storage Tank”, Cryogenics (Guildf), Vol. 96, pp. 90–98, 2018.

[10] Sutheesh, P.M. and Chollackal, A., “Thermal Performance of Multilayer Insulation: A Review”, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., Vol. 396, pp. 12-61, 2018.

[11] Fesmire, J.E., Augustynowicz, S.D., and Scholtens, B.E., “Robust Multilayer Insulation for Cryogenic Systems”, AIP Conf. Proc., Vol. 985, pp. 1359–1366, 2008.

[12] Fesmire, J.E. and Johnson, W.L., “Cylindrical Cryogenic Calorimeter Testing of Six Types of Multilayer Insulation Systems”, Cryogenics (Guildf), Vol. 89, pp. 58–75, 2018.

[13] Adams, J., Gangloff, J., Stetson, N., Werth, C., White, S., Aller, M., Franta, T., Sorkin, A., Byerly, D., Eihusen, J., Newhouse, N., Fesmire, J., Swanger, A., Anton, D., Tamburello, D., and Meneghelli, B., Integrated Insulation System for Cryogenic Automotive Tanks, ICAT, Golden, Colorado, USA, 2018.

[14] Meneghelli, B., Tamburello, D., Fesmire, J., Swanger, A., Manager, D., and Adams, J. Integrated Insulation System for Automotive Cryogenic Storage Tanks, DOE Hydrogen and Fuel Cells Program, FY 2017 Annual Progress Report, 2017.

[15] Fesmire, J. “Research and Development History of Glass Bubbles Bulk-Fill Thermal Insulation Systems for Large-Scale Cryogenic Liquid Hydrogen Storage Tanks”, Technical Report KSC-E-DAA-TN57204, NASA Kennedy Space Center; Cocoa Beach, FL, United States, 2017.

[16] Karng, S.W., Garceau, N., Mulim, C., Hoonbaik, J., Kim, S., and Oh, I.H. “Performance of a 5L Liquid Hydrogen Storage Vessel”, Trans. Korean Hydrog. New Energy Soc., Vol. 26, pp. 234–240, 2015.

[17] Mills, G., Modeling and Testing Integrated and Load Responsive Multilayer Insulation, Spacecraft Thermal Control Workshop, Ball Aerospace & Technologies Corp., Broomfield, Colorado, USA, 2012.

[18] Dye, S., Kopelove, A., and Mills, G.L., “Novel Load Responsive Multilayer Insulation with High In-atmosphere and On-orbit Thermal Performance”, Cryogenics (Guildf), Vol. 52, No's. 4–6, pp. 243–247, 2012.

[19] Dye, S., Kopelove, A., and Mills, G.L., “Load Responsive Multilayer Insulation Performance Testing”, AIP Conf. Proc., Vol. 1573, pp. 487-492, 2014.

[20] Mills, G.L. and Zeller, C.M., “The Performance of Gas Filled Multilayer Insulation”, AIP Conf. Proc., Vol. 985, pp. 1475-1482, 2008.

[21] Hastings, L.J., “Analytical Modeling and Test Correlation of Variable Density Multilayer Insulation for Cryogenic Storage”, Technical Report NASA/TM-2004-213175, M-1109, NASA Marshall Space Flight Center; Huntsville, AL, United States, 2004.

[22] Johnson, W.L., Fesmire, J.E., and Heckle, K.W., “Demonstration of Hybrid Multilayer Insulation for Fixed Thickness Applications”, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., Vol. 101, pp. 12015, 2015.