专利名称：低温贮罐系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于容納和分配低温液体的贮罐系统。
技术背景低温液体的贮存或其它的容納包括利用隔热容器或隔热|&罐来尽可能地减少 一 些冷冻剂(cryo gen)因热量渗透到容器中而造成的损 失。然而，即使是利用可得到的最好的隔热系统，所含冷冻剂的大部 份也将因热渗透而蒸发，并将通过控制阀、泄放阀或安全阀而泄放。 考虑到在分配时的系统操作，液态的冷冻剂还可能因来自泵或管路热 渗透的汽化而耗损，以及因来自灌泵损耗或传输和注入损耗而耗损。 这种液态冷冻剂的损耗导致了大量的经济损失。发明内容本发明的一个方面是一种低温贮罐设备，其包括(A) 主贮罐、低温冷却器和用于将液态冷冻剂从主贮罐传送到该低 温冷却器中的装置；(B) 辅助贮罐和用于将液态冷冻剂从低温冷却器传送到辅助Ui罐 中的装置；(C) 用于对传送到辅助贮罐中的液态冷冻剂加压的装置；和(D) 用于将所形成的加压的液态冷冻剂传送到主!)&罐中的装置。 本发明的另 一个方面是一种用于运行低温贮罐系统的方法，其包括(A) 从主贮罐中抽出液态冷冻剂并低温冷却该抽出的液态冷冻剂；(B) 将低温冷却的液态冷冻剂传送到辅助l!i罐中；(C) 对^氐温冷却的液态冷冻剂加压；和(D)将加压的液态冷冻剂传送到主贮罐中。像文中所用到的那样，用语"低温冷却器"意思是指可产生低于240k制冷的制冷器。像文中所用到的那样，用语"低温液体"和"液态冷冻剂"意思是指 在大气压力下为240k温度的气体的流体。像文中所用到的那样，用语"低温冷却"意思是指将液体冷却至温 度低于现有压力时液体的饱和温度。像文中所用到的那样，用语"上部"和"下部"意思是指主贮罐的分 别高于或低于罐的中点的这些部分。
唯一的附图为本发明低温贮罐系统的 一个优选实施例的示意图。
具体实施方式
本发明将参照附图进行详细地描述。现在参照附图，隔热容器或 主贮罐1包括贮存空间11和隔热空间12。贮存空间11含有低温液体 2，其典型地处于通常为0至600磅/平方英寸表压(psig)的压力范围内。 在可借助本发明进行处理的低温液体中的一种可称为氢、氦、氖、氧、 氮、氩、二氧化碳、曱烷以及诸如空气和天然气的混合物。液态冷冻剂从主贮罐1抽出到导管3中并通过阀4和导管5向泵 6传送。液态冷冻剂从泵6中泵送到管路7中，进而通向液体使用点 或通向用于在传送到蒸气使用点之前汽化的汽化器。使用点的示例包 括高压缸填充、液体缸填充、真空瓶填充、气体取样和分析以及桂车 回充(trailer transfilling)。由于泵通常较低温流体热，所以一些液态冷冻剂在通过泵6进行 处理的过程中坤支蒸发。这些已蒸发流体从泵6以管路8经过阀9传送， 并随后以管路IO进入含有蒸气的贮存空间11的上部。优选地，如附 图中所示出的那样，蒸气返回管路10在连通贝i存空间11的上部之前自下部至上部经过隔热空间或隔热容积12。辅助l!i罐13初始时压力小于主!^罐l。 一些液态冷冻剂从主^罐 1以管路14经过阀15传送到低温冷却器16中，在低温冷却器16中 该液态冷冻剂相对于主贮罐1中的压力从1K低温冷却至100K。在本发明的实践中可使用任何适当的低温冷却器。这样的低温冷 却器中的一种可称为斯特林(Stirling)低温冷却器、Gifford-McMahon 低温冷却器和脉冲管制冷器。也可使用其它的冷却系统，例如液氮热 交换器。脉冲管制冷器为封闭式制冷系统，该封闭式制冷系统在封闭 循环中振荡工作气体，并在这种情况下将热负荷从冷区(cold section) 传输至热区。振荡的频率和相位由系统配置所决定。驱动器或压力波 发生器可以是活、塞或一些其它的机械压缩装置、或者声学的或热声的 波发生装置、或用于向工作气体提供脉沖或压缩波的任何其它适当装 置。也就是说，压力波发生器向脉冲管内的工作气体运送能量，从而 引起压力和速度的振荡。氦为优选的工作气体；然而，任何有效的工 作气体都可用于脉冲管制冷器中，且这些工作气体中的一种可称为 氮、氧、氩、氙和氖或者含有其中的一种或多种的混合物(例如空气)。振荡工作气体优选在后冷却器中冷却，然后随着向冷端的移动而 在再生器中冷却。脉冲管制冷系统的几何结构和脉冲配置是这样的， 使得冷头部(cold head)中的振荡工作气体在脉冲循环的 一 部分中膨 胀，而热通过间接热交换由工作气体所吸收，这为用于低温冷却的液 态冷冻剂提供了制冷。优选地，脉沖管制冷系统采用惯性管和贮器来 保持气体位移并且将压力脉冲保持在适当的相位。贮器的尺寸充分地 大，以便在振荡流动期间在其中发生实质上微乎其微的压力振荡。低温冷却的液态冷冻剂从低温冷却器16中以管路17送入辅助贮 罐13。随后对该低温冷却的液态冷冻剂加压，使其压力大于主贮罐l 的压力，并通常处于20至620psig的压力范围内。优选地，加压发生 在辅助贮罐13内。附图示出了用于通过利用压力累积回路而执行加 压的一种优选装置，其中低温冷却的液态冷冻剂以管路18被传送到压力累积旋管19并在压力累积旋管19中加热和蒸发。蒸发的低温流 体随后以管路20通过阀21传送回到辅助贮罐13内，在辅助贮罐13 中，由汽化所引起的体积膨胀用来增加辅助贮罐13内的压力。另一安置在辅助贮罐13内的浸没式液泵，或通过利用未示出的管道和阀 门装置的泵6。其它的用于增加辅助^罐中低温冷却的低温液体的压随着低温冷却的液态冷冻剂的压力提高到超过主贮罐中的压力， 液流反向从辅助贝i罐13中以管路17通过低温冷却器16和阀15并以 管路14和管路3进入含有液体的主J!i罐1的下部。该液态冷冻剂的 回流用来保持主贮罐的内含物(contents)比其以别的方式所将成为的 更冷，从而保持压力较低并导致主贮罐1较少的蒸发损失。经由低温 冷却器的液体回流还用来更进一步地冷却液体，从而提高系统的效 率。任选地，低温冷却的液态冷冻剂可从辅助贮罐13流至主贮罐1 的下部内，同时绕过低温冷却器16。来自辅助贝i罐13的蒸气以管路 22通过阀23被传送到贮罐13外，然后进入蒸气返回管路10以便通 到主贮罐1的上部内。当来自辅助贮罐13的流体的流出引起辅助贮 罐内的压力低于主贮罐底部的压力时，低温液体的流动再次反向且该 低温液体像先前所描述的那样从主贝±罐1流进辅助贮罐13中。附图中所示本发明的实施例为特别优选的实施例，其中加压的低 温冷却的液态冷冻剂可被传送到含有蒸气的主贮罐的上部。在该模式 下，阀24打开且一部分加压的^氐温冷却的液态冷冻剂从辅助贮罐13 以管路17通过低温冷却器16进行传送，然后以管路25通过阀24到 达返回管路10。加压的低温冷却的液态冷冻剂随后以管路IO被传送 到并进入主贮罐l的上部。低温冷却的液态冷冻剂向主贮罐上部的导 入用来冷凝该空间中的 一些蒸气。这导致了主|!±罐|&存空间内压力的 降低，从而更进一 步地降低了主贮罐中蒸发损失的可能性。尽管参照特别优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但本领域技术人员将会理解在权利要求的精神和范围内存在本发明的其它 实施例。例如，本发明可通过多于一个的主贝i罐和/或多于一个的辅助 贝±耀而实施。
权利要求
1.一种低温贮罐设备，包括(A)主贮罐、低温冷却器和用于将液态冷冻剂从所述主贮罐传送到所述低温冷却器中的装置；(B)辅助贮罐和用于将液态冷冻剂从所述低温冷却器传送进所述辅助贮罐中的装置；(C)用于对传送进所述辅助贮罐中的所述液态冷冻剂加压的装置；和(D)用于将所形成的所述加压的液态冷冻剂传送进所述主贮罐中的装置。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于将加压的 液态冷冻剂传送进所述主贮罐内的装置包括所述低温冷却器。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于将加压的 液态冷冻剂传送进所述主贮罐内的装置与所述主贮罐的下部连通。
4. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于将加压的 液态冷冻剂传送进所述主贮罐内的装置与所述主贮罐内的上部连通。
5. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用 于将蒸气从所述辅助贮罐传送到所述主贮罐的装置。
6. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于对液态冷 冻剂加压的装置包括压力累积;j走管。
7. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于对液态冷 冻剂加压的装置包括液泵。
8. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述低温冷却器为 脉沖管制冷器。
9. 一种用于运行低温贮罐系统的方法，包括(A)从主贮罐中抽出液态冷冻剂并低温冷却所述抽出的液态冷冻剂；(B) 将所述低温冷却的液态冷冻剂传送进辅助贮罐中；(C) 对所述低温冷却的液态冷冻剂加压；和(D) 将所述加压的液态冷冻剂传送进所述主贮罐中。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述低温冷却的 液态冷冻剂当在所述辅助贮罐内时进行加压。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加压的液态 冷冻剂当其传送进所述主贮罐时仍进行低温冷却。
12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加压的液态 冷冻剂在所述主贮罐的下部被传送进所述主贮罐中。
13. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加压的液态 冷冻剂在所述主贮罐的上部被传送进所述主贮罐中。
14. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，传送到所述辅助 贮罐中的所述低温冷却的液态冷冻剂的一部分被蒸发，且所形成的蒸 气被传送到所述主贝i罐中。
全文摘要
一种低温贮罐系统，其中来自低温液体主贮罐(1)的低温液体通过由低温冷却器(16)所产生的制冷而低温冷却、传送到辅助贮罐(13)、加压并优选经过低温冷却器(16)返回到主贮罐(1)，从而冷却了贮罐(1)的内含物并降低了贮罐(1)内的压力和从贮罐(1)的蒸气损耗。
文档编号F17C13/04GK101233361SQ200680028423
公开日2008年7月30日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年7月6日
发明者B·A·明比奥尔, J·H·罗亚尔, J·H·齐亚, N·J·林奇, R·J·吉布, T·戈登 申请人:普莱克斯技术有限公司