專利名稱：低溫貯罐系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于容納和分配低溫液體的貯罐系統(tǒng)。
技術(shù)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|&罐來盡可能地減少 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(tǒng)，所含冷凍劑的大部 份也將因熱滲透而蒸發(fā)，并將通過控制閥、泄放閥或安全閥而泄放。 考慮到在分配時的系統(tǒng)操作，液態(tài)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(tài)冷凍劑的損耗導致了大量的經(jīng)濟損失。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個方面是一種低溫貯罐設(shè)備，其包括(A) 主貯罐、低溫冷卻器和用于將液態(tài)冷凍劑從主貯罐傳送到該低 溫冷卻器中的裝置；(B) 輔助貯罐和用于將液態(tài)冷凍劑從低溫冷卻器傳送到輔助Ui罐 中的裝置；(C) 用于對傳送到輔助貯罐中的液態(tài)冷凍劑加壓的裝置；和(D) 用于將所形成的加壓的液態(tài)冷凍劑傳送到主!)&罐中的裝置。 本發(fā)明的另 一個方面是一種用于運行低溫貯罐系統(tǒng)的方法，其包括(A) 從主貯罐中抽出液態(tài)冷凍劑并低溫冷卻該抽出的液態(tài)冷凍劑；(B) 將低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑傳送到輔助l!i罐中；(C) 對^氐溫冷卻的液態(tài)冷凍劑加壓；和(D)將加壓的液態(tài)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(chǎn)生低于240k制冷的制冷器。像文中所用到的那樣，用語"低溫液體"和"液態(tài)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 度低于現(xiàn)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 別高于或低于罐的中點的這些部分。


唯一的附圖為本發(fā)明低溫貯罐系統(tǒng)的 一個優(yōu)選實施例的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明將參照附圖進行詳細地描述。現(xiàn)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，其典型地處于通常為0至600磅/平方英寸表壓(psig)的壓力范圍內(nèi)。 在可借助本發(fā)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(tài)冷凍劑從主貯罐1抽出到導管3中并通過閥4和導管5向泵 6傳送。液態(tài)冷凍劑從泵6中泵送到管路7中，進而通向液體使用點 或通向用于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)。由于泵通常較低溫流體熱，所以一些液態(tài)冷凍劑在通過泵6進行 處理的過程中坤支蒸發(fā)。這些已蒸發(fā)流體從泵6以管路8經(jīng)過閥9傳送， 并隨后以管路IO進入含有蒸氣的貯存空間11的上部。優(yōu)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(jīng)過隔熱空間或隔熱容積12。輔助l!i罐13初始時壓力小于主!^罐l。 一些液態(tài)冷凍劑從主^罐 1以管路14經(jīng)過閥15傳送到低溫冷卻器16中，在低溫冷卻器16中 該液態(tài)冷凍劑相對于主貯罐1中的壓力從1K低溫冷卻至100K。在本發(fā)明的實踐中可使用任何適當?shù)牡蜏乩鋮s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 低溫冷卻器和脈沖管制冷器。也可使用其它的冷卻系統(tǒng)，例如液氮熱 交換器。脈沖管制冷器為封閉式制冷系統(tǒng)，該封閉式制冷系統(tǒng)在封閉 循環(huán)中振蕩工作氣體，并在這種情況下將熱負荷從冷區(qū)(cold section) 傳輸至熱區(qū)。振蕩的頻率和相位由系統(tǒng)配置所決定。驅(qū)動器或壓力波 發(fā)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(fā)生裝置、或用于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(fā)生器向脈沖管內(nèi)的工作氣體運送能量，從而 引起壓力和速度的振蕩。氦為優(yōu)選的工作氣體；然而，任何有效的工 作氣體都可用于脈沖管制冷器中，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(yōu)選在后冷卻器中冷卻，然后隨著向冷端的移動而 在再生器中冷卻。脈沖管制冷系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)和脈沖配置是這樣的， 使得冷頭部(cold head)中的振蕩工作氣體在脈沖循環(huán)的 一 部分中膨 脹，而熱通過間接熱交換由工作氣體所吸收，這為用于低溫冷卻的液 態(tài)冷凍劑提供了制冷。優(yōu)選地，脈沖管制冷系統(tǒng)采用慣性管和貯器來 保持氣體位移并且將壓力脈沖保持在適當?shù)南辔?。貯器的尺寸充分地 大，以便在振蕩流動期間在其中發(fā)生實質(zhì)上微乎其微的壓力振蕩。低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑從低溫冷卻器16中以管路17送入輔助貯 罐13。隨后對該低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑加壓，使其壓力大于主貯罐l 的壓力，并通常處于20至620psig的壓力范圍內(nèi)。優(yōu)選地，加壓發(fā)生 在輔助貯罐13內(nèi)。附圖示出了用于通過利用壓力累積回路而執(zhí)行加 壓的一種優(yōu)選裝置，其中低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑以管路18被傳送到壓力累積旋管19并在壓力累積旋管19中加熱和蒸發(fā)。蒸發(fā)的低溫流 體隨后以管路20通過閥21傳送回到輔助貯罐13內(nèi)，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(nèi)的壓力。另一安置在輔助貯罐13內(nèi)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。其它的用于增加輔助^罐中低溫冷卻的低溫液體的壓隨著低溫冷卻的液態(tài)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并以 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(tài)冷凍劑的 回流用來保持主貯罐的內(nèi)含物(contents)比其以別的方式所將成為的 更冷，從而保持壓力較低并導致主貯罐1較少的蒸發(fā)損失。經(jīng)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(tǒng)的效 率。任選地，低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑可從輔助貯罐13流至主貯罐1 的下部內(nèi)，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，然后進入蒸氣返回管路10以便通 到主貯罐1的上部內(nèi)。當來自輔助貯罐13的流體的流出引起輔助貯 罐內(nèi)的壓力低于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(fā)明的實施例為特別優(yōu)選的實施例，其中加壓的低 溫冷卻的液態(tài)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(tài)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，然后以管路25通過閥24到 達返回管路10。加壓的低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑隨后以管路IO被傳送 到并進入主貯罐l的上部。低溫冷卻的液態(tài)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(nèi)壓力的 降低，從而更進一 步地降低了主貯罐中蒸發(fā)損失的可能性。盡管參照特別優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了詳細地描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)存在本發(fā)明的其它 實施例。例如，本發(fā)明可通過多于一個的主貝i罐和/或多于一個的輔助 貝±耀而實施。
權(quán)利要求
1.一種低溫貯罐設(shè)備，包括(A)主貯罐、低溫冷卻器和用于將液態(tài)冷凍劑從所述主貯罐傳送到所述低溫冷卻器中的裝置；(B)輔助貯罐和用于將液態(tài)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)用于對傳送進所述輔助貯罐中的所述液態(tài)冷凍劑加壓的裝置；和(D)用于將所形成的所述加壓的液態(tài)冷凍劑傳送進所述主貯罐中的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將加壓的 液態(tài)冷凍劑傳送進所述主貯罐內(nèi)的裝置包括所述低溫冷卻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將加壓的 液態(tài)冷凍劑傳送進所述主貯罐內(nèi)的裝置與所述主貯罐的下部連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將加壓的 液態(tài)冷凍劑傳送進所述主貯罐內(nèi)的裝置與所述主貯罐內(nèi)的上部連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用 于將蒸氣從所述輔助貯罐傳送到所述主貯罐的裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于對液態(tài)冷 凍劑加壓的裝置包括壓力累積;j走管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于對液態(tài)冷 凍劑加壓的裝置包括液泵。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述低溫冷卻器為 脈沖管制冷器。
9. 一種用于運行低溫貯罐系統(tǒng)的方法，包括(A)從主貯罐中抽出液態(tài)冷凍劑并低溫冷卻所述抽出的液態(tài)冷凍劑；(B) 將所述低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑傳送進輔助貯罐中；(C) 對所述低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑加壓；和(D) 將所述加壓的液態(tài)冷凍劑傳送進所述主貯罐中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述低溫冷卻的 液態(tài)冷凍劑當在所述輔助貯罐內(nèi)時進行加壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述加壓的液態(tài) 冷凍劑當其傳送進所述主貯罐時仍進行低溫冷卻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述加壓的液態(tài) 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(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述加壓的液態(tài) 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(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，傳送到所述輔助 貯罐中的所述低溫冷卻的液態(tài)冷凍劑的一部分被蒸發(fā)，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(tǒng)，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(chǎn)生的制冷而低溫冷卻、傳送到輔助貯罐(13)、加壓并優(yōu)選經(jīng)過低溫冷卻器(16)返回到主貯罐(1)，從而冷卻了貯罐(1)的內(nèi)含物并降低了貯罐(1)內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)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(shù)有限公司