低溫貯罐系統的製作方法

2023-07-26 03:09:11 1

專利名稱：低溫貯罐系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於容納和分配低溫液體的貯罐系統。
技術背景低溫液體的貯存或其它的容納包括利用隔熱容器或隔熱|&罐來儘可能地減少 一 些冷凍劑(cryo gen)因熱量滲透到容器中而造成的損 失。然而，即使是利用可得到的最好的隔熱系統，所含冷凍劑的大部 份也將因熱滲透而蒸發，並將通過控制閥、洩放閥或安全閥而洩放。 考慮到在分配時的系統操作，液態的冷凍劑還可能因來自泵或管路熱 滲透的汽化而耗損，以及因來自灌泵損耗或傳輸和注入損耗而耗損。 這種液態冷凍劑的損耗導致了大量的經濟損失。發明內容本發明的一個方面是一種低溫貯罐設備，其包括(A) 主貯罐、低溫冷卻器和用於將液態冷凍劑從主貯罐傳送到該低 溫冷卻器中的裝置；(B) 輔助貯罐和用於將液態冷凍劑從低溫冷卻器傳送到輔助Ui罐 中的裝置；(C) 用於對傳送到輔助貯罐中的液態冷凍劑加壓的裝置；和(D) 用於將所形成的加壓的液態冷凍劑傳送到主!)&罐中的裝置。 本發明的另 一個方面是一種用於運行低溫貯罐系統的方法，其包括(A) 從主貯罐中抽出液態冷凍劑並低溫冷卻該抽出的液態冷凍劑；(B) 將低溫冷卻的液態冷凍劑傳送到輔助l!i罐中；(C) 對^氐溫冷卻的液態冷凍劑加壓；和(D)將加壓的液態冷凍劑傳送到主貯罐中。像文中所用到的那樣，用語"低溫冷卻器"意思是指可產生低於240k製冷的製冷器。像文中所用到的那樣，用語"低溫液體"和"液態冷凍劑"意思是指 在大氣壓力下為240k溫度的氣體的流體。像文中所用到的那樣，用語"低溫冷卻"意思是指將液體冷卻至溫 度低於現有壓力時液體的飽和溫度。像文中所用到的那樣，用語"上部"和"下部"意思是指主貯罐的分 別高於或低於罐的中點的這些部分。


唯一的附圖為本發明低溫貯罐系統的 一個優選實施例的示意圖。
具體實施方式
本發明將參照附圖進行詳細地描述。現在參照附圖，隔熱容器或 主貯罐1包括貯存空間11和隔熱空間12。貯存空間11含有低溫液體 2，其典型地處於通常為0至600磅/平方英寸表壓(psig)的壓力範圍內。 在可藉助本發明進行處理的低溫液體中的一種可稱為氫、氦、氖、氧、 氮、氬、二氧化碳、曱烷以及諸如空氣和天然氣的混合物。液態冷凍劑從主貯罐1抽出到導管3中並通過閥4和導管5向泵 6傳送。液態冷凍劑從泵6中泵送到管路7中，進而通向液體使用點 或通向用於在傳送到蒸氣使用點之前汽化的汽化器。使用點的示例包 括高壓缸填充、液體缸填充、真空瓶填充、氣體取樣和分析以及桂車 回充(trailer transfilling)。由於泵通常較低溫流體熱，所以一些液態冷凍劑在通過泵6進行 處理的過程中坤支蒸發。這些已蒸發流體從泵6以管路8經過閥9傳送， 並隨後以管路IO進入含有蒸氣的貯存空間11的上部。優選地，如附 圖中所示出的那樣，蒸氣返回管路10在連通貝i存空間11的上部之前自下部至上部經過隔熱空間或隔熱容積12。輔助l!i罐13初始時壓力小於主!^罐l。 一些液態冷凍劑從主^罐 1以管路14經過閥15傳送到低溫冷卻器16中，在低溫冷卻器16中 該液態冷凍劑相對於主貯罐1中的壓力從1K低溫冷卻至100K。在本發明的實踐中可使用任何適當的低溫冷卻器。這樣的低溫冷 卻器中的一種可稱為斯特林(Stirling)低溫冷卻器、Gifford-McMahon 低溫冷卻器和脈衝管制冷器。也可使用其它的冷卻系統，例如液氮熱 交換器。脈衝管制冷器為封閉式製冷系統，該封閉式製冷系統在封閉 循環中振蕩工作氣體，並在這種情況下將熱負荷從冷區(cold section) 傳輸至熱區。振蕩的頻率和相位由系統配置所決定。驅動器或壓力波 發生器可以是活、塞或一些其它的機械壓縮裝置、或者聲學的或熱聲的 波發生裝置、或用於向工作氣體提供脈沖或壓縮波的任何其它適當裝 置。也就是說，壓力波發生器向脈衝管內的工作氣體運送能量，從而 引起壓力和速度的振蕩。氦為優選的工作氣體；然而，任何有效的工 作氣體都可用於脈衝管制冷器中，且這些工作氣體中的一種可稱為 氮、氧、氬、氙和氖或者含有其中的一種或多種的混合物(例如空氣)。振蕩工作氣體優選在後冷卻器中冷卻，然後隨著向冷端的移動而 在再生器中冷卻。脈衝管制冷系統的幾何結構和脈衝配置是這樣的， 使得冷頭部(cold head)中的振蕩工作氣體在脈衝循環的 一 部分中膨 脹，而熱通過間接熱交換由工作氣體所吸收，這為用於低溫冷卻的液 態冷凍劑提供了製冷。優選地，脈沖管制冷系統採用慣性管和貯器來 保持氣體位移並且將壓力脈衝保持在適當的相位。貯器的尺寸充分地 大，以便在振蕩流動期間在其中發生實質上微乎其微的壓力振蕩。低溫冷卻的液態冷凍劑從低溫冷卻器16中以管路17送入輔助貯 罐13。隨後對該低溫冷卻的液態冷凍劑加壓，使其壓力大於主貯罐l 的壓力，並通常處於20至620psig的壓力範圍內。優選地，加壓發生 在輔助貯罐13內。附圖示出了用於通過利用壓力累積迴路而執行加 壓的一種優選裝置，其中低溫冷卻的液態冷凍劑以管路18被傳送到壓力累積旋管19並在壓力累積旋管19中加熱和蒸發。蒸發的低溫流 體隨後以管路20通過閥21傳送回到輔助貯罐13內，在輔助貯罐13 中，由汽化所引起的體積膨脹用來增加輔助貯罐13內的壓力。另一安置在輔助貯罐13內的浸沒式液泵，或通過利用未示出的管道和閥 門裝置的泵6。其它的用於增加輔助^罐中低溫冷卻的低溫液體的壓隨著低溫冷卻的液態冷凍劑的壓力提高到超過主貯罐中的壓力， 液流反向從輔助貝i罐13中以管路17通過低溫冷卻器16和閥15並以 管路14和管路3進入含有液體的主J!i罐1的下部。該液態冷凍劑的 回流用來保持主貯罐的內含物(contents)比其以別的方式所將成為的 更冷，從而保持壓力較低並導致主貯罐1較少的蒸發損失。經由低溫 冷卻器的液體回流還用來更進一步地冷卻液體，從而提高系統的效 率。任選地，低溫冷卻的液態冷凍劑可從輔助貯罐13流至主貯罐1 的下部內，同時繞過低溫冷卻器16。來自輔助貝i罐13的蒸氣以管路 22通過閥23被傳送到貯罐13外，然後進入蒸氣返回管路10以便通 到主貯罐1的上部內。當來自輔助貯罐13的流體的流出引起輔助貯 罐內的壓力低於主貯罐底部的壓力時，低溫液體的流動再次反向且該 低溫液體像先前所描述的那樣從主貝±罐1流進輔助貯罐13中。附圖中所示本發明的實施例為特別優選的實施例，其中加壓的低 溫冷卻的液態冷凍劑可被傳送到含有蒸氣的主貯罐的上部。在該模式 下，閥24打開且一部分加壓的^氐溫冷卻的液態冷凍劑從輔助貯罐13 以管路17通過低溫冷卻器16進行傳送，然後以管路25通過閥24到 達返回管路10。加壓的低溫冷卻的液態冷凍劑隨後以管路IO被傳送 到並進入主貯罐l的上部。低溫冷卻的液態冷凍劑向主貯罐上部的導 入用來冷凝該空間中的 一些蒸氣。這導致了主|!±罐|&存空間內壓力的 降低，從而更進一 步地降低了主貯罐中蒸發損失的可能性。儘管參照特別優選的實施例對本發明進行了詳細地描述，但本領域技術人員將會理解在權利要求的精神和範圍內存在本發明的其它 實施例。例如，本發明可通過多於一個的主貝i罐和/或多於一個的輔助 貝±耀而實施。
權利要求
1.一種低溫貯罐設備，包括(A)主貯罐、低溫冷卻器和用於將液態冷凍劑從所述主貯罐傳送到所述低溫冷卻器中的裝置；(B)輔助貯罐和用於將液態冷凍劑從所述低溫冷卻器傳送進所述輔助貯罐中的裝置；(C)用於對傳送進所述輔助貯罐中的所述液態冷凍劑加壓的裝置；和(D)用於將所形成的所述加壓的液態冷凍劑傳送進所述主貯罐中的裝置。
2. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於將加壓的 液態冷凍劑傳送進所述主貯罐內的裝置包括所述低溫冷卻器。
3. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於將加壓的 液態冷凍劑傳送進所述主貯罐內的裝置與所述主貯罐的下部連通。
4. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於將加壓的 液態冷凍劑傳送進所述主貯罐內的裝置與所述主貯罐內的上部連通。
5. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括用 於將蒸氣從所述輔助貯罐傳送到所述主貯罐的裝置。
6. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於對液態冷 凍劑加壓的裝置包括壓力累積;j走管。
7. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述用於對液態冷 凍劑加壓的裝置包括液泵。
8. 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述低溫冷卻器為 脈沖管制冷器。
9. 一種用於運行低溫貯罐系統的方法，包括(A)從主貯罐中抽出液態冷凍劑並低溫冷卻所述抽出的液態冷凍劑；(B) 將所述低溫冷卻的液態冷凍劑傳送進輔助貯罐中；(C) 對所述低溫冷卻的液態冷凍劑加壓；和(D) 將所述加壓的液態冷凍劑傳送進所述主貯罐中。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述低溫冷卻的 液態冷凍劑當在所述輔助貯罐內時進行加壓。
11. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述加壓的液態 冷凍劑當其傳送進所述主貯罐時仍進行低溫冷卻。
12. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述加壓的液態 冷凍劑在所述主貯罐的下部被傳送進所述主貯罐中。
13. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述加壓的液態 冷凍劑在所述主貯罐的上部被傳送進所述主貯罐中。
14. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，傳送到所述輔助 貯罐中的所述低溫冷卻的液態冷凍劑的一部分被蒸發，且所形成的蒸 氣被傳送到所述主貝i罐中。
全文摘要
一種低溫貯罐系統，其中來自低溫液體主貯罐(1)的低溫液體通過由低溫冷卻器(16)所產生的製冷而低溫冷卻、傳送到輔助貯罐(13)、加壓並優選經過低溫冷卻器(16)返回到主貯罐(1)，從而冷卻了貯罐(1)的內含物並降低了貯罐(1)內的壓力和從貯罐(1)的蒸氣損耗。
文檔編號F17C13/04GK101233361SQ200680028423
公開日2008年7月30日 申請日期2006年6月30日 優先權日2005年7月6日
發明者B·A·明比奧爾, J·H·羅亞爾, J·H·齊亞, N·J·林奇, R·J·吉布, T·戈登 申請人:普萊克斯技術有限公司