Kryogeenisten lämmöneristeiden vertailu : tyhjiö-, typpikaasu- ja Cryogel® Z-lämpöeriste

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheena oli vertailla kolmea eri lämmöneristettä kryogeenisissä sovellutuksissa käytännön kokeilla, joita varten oli rakennettu kaksi koekappaletta. Toimeksiantaja on aikaisemmin arvioinut teoreettisesti lämmöneristeiden suorituskykyjä, mutta varsinkin tyhjiöeristeen lämmönsiirtymislaskelmat eivät ole olleet luotettavia, joten teoreettisten tarkastelun lisäksi haluttiin suorittaa käytännön kokeet.

Kokeissa koekappaleet kylmennettiin nestemäisellä typellä kryogeenisiin lämpötiloihin, jonka jälkeen mitattiin eristeiden pintalämpötilaa ja nestemäisen typen haihtumista. Työssä on myös pohdittu näiden kolmen eri eristeen hyötyjä ja haittoja laivateollisuudessa.

Vertailtaviksi eristeiksi on valittu tyhjiö-, typpikaasu- ja Cryogel® Z -eristeet, jotka ovat pääasiassa käytössä Meyer Turun telakalla rakennettavissa LNG:tä (Liqufied Natural Gas) polttoaineena käyttävien risteilijäaluksien LNG-putkiston lämmöneristeenä.

Testien perusteella Cryogel® Z –eriste toimi kryogeenisissä olosuhteissa parhaiten, mutta tyhjiöeristeeseen verrattuna sillä ei ollut merkittävää eroa. Typpikaasu ei toiminut lämmöneristeenä ollenkaan ja oli kolmesta vertailtavasta eristeestä selvästi huonoin.

The subject of this thesis was to compare three different thermal insulation materials in cryogenic applications in practical experiments for which two prototypes were built. The commissioner of the thesis had theoretically evaluated the performance of the thermal insulations earlier, but the calculations, especially with vacuum insulation, have not been reliable. For this reason, in addition to the theoretical review, a practical experiment was performed.

In the experiments prototypes were cooled down to cryogenic temperatures where the surface temperature of the insulations and evaporation of liquid nitrogen were measured from prototypes. Also, advantages and disadvantages of these three insulation materials for the ship industry were considered in this thesis.

The three selected thermal insulation materials chosen were vacuum, nitrogen gas and Cryogel® Z. These materials are primarily used for LNG (Liqufied Natural Gas) pipe insulation at the Meyer Turku shipyard for cruise ships powered by LNG.

The result from the experiment was that Cryogel® Z insulation worked best in cryogenic circumstances. However, compared to vacuum insulation Cryogel did not have a significant advantage. Nitrogen gas insulation clearly performed the worst and did not work as a thermal insulation at all.