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摘要：经济与科技的进步发展使得低温技术和低温液体在众多行业中得到了广泛的应用。而鉴于低温液体的自身特点，如何最大限度的对其进行利用，实现存储过程中的低损耗乃至零损耗一直都是低温液体应用领域的一个重要研究命题。本文通过相关概念的基本介绍入手，着重说明了低温液体无损存储技术的技术要点与发展趋势，并简单介绍了当前无损储存的主要研究进展，帮助读者对相关问题建立基本的概念体系。
关键词：低温液体 液态氧氮氩 无损储存 发展
【分类号】：TF76
引言
随着经济的进步和科技的发展，低温液体也在焊接、制造乃至航天航空、医疗工程等很多领域得到了广泛的应用。但是，在应用过程中我们发现，由于低温液体的饱和温度一般来说都比常见的液体要低很多的特点，因此对于温度的变化非常的敏感，不论使用何种绝热的环境，总会或多或少的产生一些蒸发，进而给存储空间带来压力，而损耗大多出现在为了减缓压力状况而进行放空的过程。因此，随着应用的深入，如何有效地减少其存储和运输过程中的损耗率也逐渐的成为了一个重要的问题。文本即针对于低温液体无损存储这一问题入手，简单的介绍一下当前主要使用到的存储技术以及其相关的发展情况。
一 低温液体无损存储概念综述
1 低温技术及低温液体
随着科技的进步，很多领域都有了新的突破，大量的研究和实践证明相同的物质在不同的温度下会表现出不同的特性变化，而新的特性又可以帮助我们在某些领域有更加深入的应用和突破，因此低温技术及其相衍生的低温液体，成为了一个目前被广泛应用的领域。
（1）低溫技术
所谓低温技术就是当控制温度进行变化时，物质特性随着温度的变化而发生转变，进而产生新的应用领域和应用方向的技术手段。例如，在温度变化时，气态物质可能发生液化或固化，绝缘物体可能产生强导电性等都可以看做低温技术对于物质特性转化的一个应用。
（2）低温液体
而本文要探讨的所谓低温液体，主要是针对于氧氮氩液体。对于低温液体，主要有几个相同的特性：
a.一般来说，低温液体多为某些气体的液体形式，其沸点一般在–238°F（即–150°C）以下。
b.低温液体以惰性特质为多，但是对于环境中温差的变化极其敏感，易于吸热蒸发。
c.低温液体的温度较低，多数会在与皮肤接触时造成冻伤，需要特殊的低温液体储罐或储槽进行专门储存。
2 无损存储技术综述
本文中所指的无损存储技术，主要是针对于低温液体的储存技术而言。
（1）损耗的原因
一般来说，低温液体产生损耗主要由于其对于温度的变化极为敏感，很容易在存储过程中出现蒸发，而随着蒸发量的增加，存储容器中的压强就会不断的增大，在达到一定的临界值之后，就必须打开存储容器排出存储容器内的气体，确保压强维持在一个安全的范围之内，这种做法称为放空。而在放空过程中，蒸发的低温液体也随之逸出，进而造成了损耗的发生。
（2）无损技术的基本原理
实际的无损技术是一项十分复杂的技术，需要综合对于实际存储条件下的环境、压强、低温液体特性、饱和压力、导热系数、逸度等多个相关条件进行综合的考虑、建模及计算。
但是从基本原理来说，所谓的无损技术又非常简单，可以理解为通过特定的技术手段，从两方面考虑防止低温液体的损耗：一是做好存储容器的绝热，减少低温液体的蒸发率；二是通过技术手段对于已蒸发的低温液体进行回收或者转换，进而减少乃至杜绝总体低温液体的损耗。
二 低温液体无损存储技术的技术要点与发展趋势
1 无损存储的主要技术要点
前文对于无损技术的基本原理的介紹中已经提及，当前实现低温液体的无损存储主要依靠两个方面，专业上我们分别将其称为被动技术和主动技术。
（1）被动技术
所谓被动技术，就是指将主要的关注点集中于存储容器的绝热技术的改善上，通过不断的改进存储罐或存储槽的绝热方法及措施，进而实现大幅降低低温液体蒸发率的目的，在一些应用中，甚至可以达到短时间内蒸发率为零最佳状态。
被动技术的应用手段主要集中于绝热材料的改进、绝热方式的改进、低温储槽空间的排列甚至辐射器的使用等，但是，依据目前的存储条件和可实现的技术手段来看，长时间的控制低温液体蒸发率很难做到，因此必须要结合主动技术来共同实现无损存储这一目标。
（2）主动技术
所谓主动技术，前文也已经大概的提及，主要的原则就是通过技术手段对于汽化的低温液体进行液化回收，从而降低乃至杜绝液体的损耗率，目前主要的方法还是在于低温制冷设备的新应用和性能提升。
一般来说，目前对于主动技术手段的研究和发展主要集中于以下两个方面：
a.改进低温储槽储存结构
该种方法的应用主要基于两点，一是建立在环状或圆状低温储槽的基础之上；二是建立于低温制冷机的应用。在这个应用中主要涉及到了两级冷热交换的过程，如下图所示，中心端是所使用的制冷系统，而环状储槽被一个热力夹套所缠绕，形成第二级冷热交换系统；进而使用真空构建绝热层，而在绝热层的外围，再次使用热力夹套进行缠绕，以形成第一级冷热交换系统。
在实际工作中，外部热量先受到第一级冷热交换系统的影响，大幅度的降低热辐射；进而穿过真空绝热层后，再次受到第二级冷热交换系统的影响，进一步的受到冷却。而我们在实际使用中，可以根据实际存储的低温液体的类型，通过计算调整冷却剂和冷却机的实际情况和输出，确保储槽内温度维持在低温液体的合适温区，从而达到长期储存的效果。
值得一提的是，该种方法在液氢的储存中使用较多，但是结构也相对复杂。
b.低温制冷机的应用 此外，还可以通过使用低温制冷机直接针对于所存储的低温液体进行冷却控制。一般而言，可以分为以下两种情况
a）低温制冷机直接冷却低温液体
该项方法的基本原理主要是将低温制冷机和循环泵管道结合起来使用，通过循环泵管道将存储容器内的低温液体引出，经过低温冷却机的作用之后，达到控制低温液体温度的目的，进而再经由循环泵管道将低温液体送入存储容器中。
b）低温制冷机冷凝低温液体蒸发后产生的气体
低温冷却机的另一种有效的冷却方法是将冷却过程作用于存储容器中已产生的气体上，通过将其冷凝之后，再送回到存储容器中，进而实现低温液体无损耗的目的。
2 无损储存的主要研究进展
目前为止，针对于无损储存技术，国内外已经有了许多专业的探索，也基于大量的试验提出了很多相关的理论和改进，而这些研究进程又进一步的帮助提升和改进低温液体的无损储存。
下表收录了主要的无损储存的研究进程。
工质 存储容器尺寸 主要理论
LH2 2.23m3 液体表面液体易于受到界面温度影响
2m3 边界层的吸热主要来源于储罐的吸热
0.9m3 加壓系统气相区温度有层次变化，而液相区温度一致
41L 液体热传递方法与热流方式有关
低热流：导热
高热流：对流
73.5m3 液体温度分布于储罐尺寸关联不大，通过加热小储罐底部可以模拟出大储罐的温度分布状况
2.1m3 储罐底部热量可以显著减少热分层
LN2/LO2 直径1.8m圆柱体 热流密度与热分层成正比关系
直径1.8m圆柱体 热分层在球形和圆柱形储罐中的分布规律类似
低温液体 - 探讨低温液体不稳定状况与液体过热之间的关联
- 边界层与热分层流体混合状况与模型
LNG 底部加热量与侧边加热量对于翻滚模式与强度的影响
结束语
低温液体的应用领域有及其广阔的前景，而相关的无损储存研究目前还正处于一个相对初步的阶段，未来还需要更进一步的技术更新来保障低温液体的无损储存，进而实现低温液体在更多、更广泛的领域中获得应用。
参考文獻
【1】 程进杰、朱建炳、冶文莲等：基于ZBO存储的低温储存箱漏热分析，低温工程[J]，2012年第6期
【2】 李广武、安刚、李娜：低温液体无损存储技术的发展及应用[J]，真空与低温，2008年9月第14卷第3期
【3】 宋斌杰、石玉美、汪荣顺：国外低温液体无损存储的研究进展[J]，低温与超导，2007年第35卷第6期
关键词：低温液体 液态氧氮氩 无损储存 发展
【分类号】：TF76
引言
随着经济的进步和科技的发展，低温液体也在焊接、制造乃至航天航空、医疗工程等很多领域得到了广泛的应用。但是，在应用过程中我们发现，由于低温液体的饱和温度一般来说都比常见的液体要低很多的特点，因此对于温度的变化非常的敏感，不论使用何种绝热的环境，总会或多或少的产生一些蒸发，进而给存储空间带来压力，而损耗大多出现在为了减缓压力状况而进行放空的过程。因此，随着应用的深入，如何有效地减少其存储和运输过程中的损耗率也逐渐的成为了一个重要的问题。文本即针对于低温液体无损存储这一问题入手，简单的介绍一下当前主要使用到的存储技术以及其相关的发展情况。
一 低温液体无损存储概念综述
1 低温技术及低温液体
随着科技的进步，很多领域都有了新的突破，大量的研究和实践证明相同的物质在不同的温度下会表现出不同的特性变化，而新的特性又可以帮助我们在某些领域有更加深入的应用和突破，因此低温技术及其相衍生的低温液体，成为了一个目前被广泛应用的领域。
（1）低溫技术
所谓低温技术就是当控制温度进行变化时，物质特性随着温度的变化而发生转变，进而产生新的应用领域和应用方向的技术手段。例如，在温度变化时，气态物质可能发生液化或固化，绝缘物体可能产生强导电性等都可以看做低温技术对于物质特性转化的一个应用。
（2）低温液体
而本文要探讨的所谓低温液体，主要是针对于氧氮氩液体。对于低温液体，主要有几个相同的特性：
a.一般来说，低温液体多为某些气体的液体形式，其沸点一般在–238°F（即–150°C）以下。
b.低温液体以惰性特质为多，但是对于环境中温差的变化极其敏感，易于吸热蒸发。
c.低温液体的温度较低，多数会在与皮肤接触时造成冻伤，需要特殊的低温液体储罐或储槽进行专门储存。
2 无损存储技术综述
本文中所指的无损存储技术，主要是针对于低温液体的储存技术而言。
（1）损耗的原因
一般来说，低温液体产生损耗主要由于其对于温度的变化极为敏感，很容易在存储过程中出现蒸发，而随着蒸发量的增加，存储容器中的压强就会不断的增大，在达到一定的临界值之后，就必须打开存储容器排出存储容器内的气体，确保压强维持在一个安全的范围之内，这种做法称为放空。而在放空过程中，蒸发的低温液体也随之逸出，进而造成了损耗的发生。
（2）无损技术的基本原理
实际的无损技术是一项十分复杂的技术，需要综合对于实际存储条件下的环境、压强、低温液体特性、饱和压力、导热系数、逸度等多个相关条件进行综合的考虑、建模及计算。
但是从基本原理来说，所谓的无损技术又非常简单，可以理解为通过特定的技术手段，从两方面考虑防止低温液体的损耗：一是做好存储容器的绝热，减少低温液体的蒸发率；二是通过技术手段对于已蒸发的低温液体进行回收或者转换，进而减少乃至杜绝总体低温液体的损耗。
二 低温液体无损存储技术的技术要点与发展趋势
1 无损存储的主要技术要点
前文对于无损技术的基本原理的介紹中已经提及，当前实现低温液体的无损存储主要依靠两个方面，专业上我们分别将其称为被动技术和主动技术。
（1）被动技术
所谓被动技术，就是指将主要的关注点集中于存储容器的绝热技术的改善上，通过不断的改进存储罐或存储槽的绝热方法及措施，进而实现大幅降低低温液体蒸发率的目的，在一些应用中，甚至可以达到短时间内蒸发率为零最佳状态。
被动技术的应用手段主要集中于绝热材料的改进、绝热方式的改进、低温储槽空间的排列甚至辐射器的使用等，但是，依据目前的存储条件和可实现的技术手段来看，长时间的控制低温液体蒸发率很难做到，因此必须要结合主动技术来共同实现无损存储这一目标。
（2）主动技术
所谓主动技术，前文也已经大概的提及，主要的原则就是通过技术手段对于汽化的低温液体进行液化回收，从而降低乃至杜绝液体的损耗率，目前主要的方法还是在于低温制冷设备的新应用和性能提升。
一般来说，目前对于主动技术手段的研究和发展主要集中于以下两个方面：
a.改进低温储槽储存结构
该种方法的应用主要基于两点，一是建立在环状或圆状低温储槽的基础之上；二是建立于低温制冷机的应用。在这个应用中主要涉及到了两级冷热交换的过程，如下图所示，中心端是所使用的制冷系统，而环状储槽被一个热力夹套所缠绕，形成第二级冷热交换系统；进而使用真空构建绝热层，而在绝热层的外围，再次使用热力夹套进行缠绕，以形成第一级冷热交换系统。
在实际工作中，外部热量先受到第一级冷热交换系统的影响，大幅度的降低热辐射；进而穿过真空绝热层后，再次受到第二级冷热交换系统的影响，进一步的受到冷却。而我们在实际使用中，可以根据实际存储的低温液体的类型，通过计算调整冷却剂和冷却机的实际情况和输出，确保储槽内温度维持在低温液体的合适温区，从而达到长期储存的效果。
值得一提的是，该种方法在液氢的储存中使用较多，但是结构也相对复杂。
b.低温制冷机的应用 此外，还可以通过使用低温制冷机直接针对于所存储的低温液体进行冷却控制。一般而言，可以分为以下两种情况
a）低温制冷机直接冷却低温液体
该项方法的基本原理主要是将低温制冷机和循环泵管道结合起来使用，通过循环泵管道将存储容器内的低温液体引出，经过低温冷却机的作用之后，达到控制低温液体温度的目的，进而再经由循环泵管道将低温液体送入存储容器中。
b）低温制冷机冷凝低温液体蒸发后产生的气体
低温冷却机的另一种有效的冷却方法是将冷却过程作用于存储容器中已产生的气体上，通过将其冷凝之后，再送回到存储容器中，进而实现低温液体无损耗的目的。
2 无损储存的主要研究进展
目前为止，针对于无损储存技术，国内外已经有了许多专业的探索，也基于大量的试验提出了很多相关的理论和改进，而这些研究进程又进一步的帮助提升和改进低温液体的无损储存。
下表收录了主要的无损储存的研究进程。
工质 存储容器尺寸 主要理论
LH2 2.23m3 液体表面液体易于受到界面温度影响
2m3 边界层的吸热主要来源于储罐的吸热
0.9m3 加壓系统气相区温度有层次变化，而液相区温度一致
41L 液体热传递方法与热流方式有关
低热流：导热
高热流：对流
73.5m3 液体温度分布于储罐尺寸关联不大，通过加热小储罐底部可以模拟出大储罐的温度分布状况
2.1m3 储罐底部热量可以显著减少热分层
LN2/LO2 直径1.8m圆柱体 热流密度与热分层成正比关系
直径1.8m圆柱体 热分层在球形和圆柱形储罐中的分布规律类似
低温液体 - 探讨低温液体不稳定状况与液体过热之间的关联
- 边界层与热分层流体混合状况与模型
LNG 底部加热量与侧边加热量对于翻滚模式与强度的影响
结束语
低温液体的应用领域有及其广阔的前景，而相关的无损储存研究目前还正处于一个相对初步的阶段，未来还需要更进一步的技术更新来保障低温液体的无损储存，进而实现低温液体在更多、更广泛的领域中获得应用。
参考文獻
【1】 程进杰、朱建炳、冶文莲等：基于ZBO存储的低温储存箱漏热分析，低温工程[J]，2012年第6期
【2】 李广武、安刚、李娜：低温液体无损存储技术的发展及应用[J]，真空与低温，2008年9月第14卷第3期
【3】 宋斌杰、石玉美、汪荣顺：国外低温液体无损存储的研究进展[J]，低温与超导，2007年第35卷第6期