專利名稱：低溫液體存儲罐及重新填充該存儲罐的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫液體存儲罐及重新填充該存儲罐的方法。更
具體地，該存儲罐包括用于重新填充致冷劑空間(cryogen space )和 對該致冷劑空間進行排氣的整體裝置。
背景技術(shù)：
低溫液體是一般在大氣壓下具有-100。 C (約-150° F)以下的沸 點的液化氣體。低溫液體的例子包括液體天然氣(LNG)、氮、氧、二 氧化碳、曱烷和氫。
低溫液體通常存儲在絕熱存儲罐中，該絕熱存儲罐包括安裝在外 殼內(nèi)的內(nèi)存儲容器，通過絕熱材料和布置在內(nèi)容器與外殼之間的空間 中的真空提供絕熱。內(nèi)容器限定了可以存儲低溫液體的致冷劑空間。 這樣的布置降低了熱從周圍環(huán)境向存儲在致冷劑空間內(nèi)的低溫液體的 傳遞。這樣的熱傳遞也被稱作"熱泄露"，因而希望降低到致冷劑空 間中的熱泄露。熱泄露導(dǎo)致低溫液體的汽化，這進而導(dǎo)致致冷劑空間 中的蒸氣壓力升高。如果致冷劑空間中的蒸氣壓力升高到減壓閥的設(shè) 置點之上，則向大氣排出蒸氣。為了避免通過排氣以及隨之發(fā)生的將 所存儲的流體釋放到環(huán)境中而浪費低溫液體，希望設(shè)計存儲罐來降低 熱泄露，使得可以將低溫液體保存較長一段時間而不排氣。每根穿過 絕熱空間并進入致冷劑空間的管都提供了可能促進熱泄露的導(dǎo)熱路 徑。
常規(guī)的低溫液體存儲罐將單獨的管用于填充致冷劑空間和對該致 冷劑空間進行排氣。排氣管設(shè)有減壓閥，如果致冷劑空間內(nèi)的蒸氣壓 力超過基于存儲罐的設(shè)計額定壓力選擇的預(yù)定設(shè)置點，則該減壓閥打 開。填充管和排氣管都可以在通常被蒸氣占據(jù)的致冷劑空間的上部分 中具有開口端。為了安全的原因，設(shè)計規(guī)范一般需要防止低溫流體通
過填充管從存儲罐逸出的布置，而常規(guī)的填充管一般利用止回閥來實 現(xiàn)該目的。因此，對于常規(guī)的存儲罐，該止回閥使填充線路不適合用
作排氣線路。
例如，標題為"Rel ief Valve Construct ion to Minimize Igni t ion Hazard from Cryogenic Storage Tanks Containing Volatile Liquids，，的美國專利No. 5， 572， 874公開了 一種用于從低溫液體存儲 罐的致冷劑空間排氣的布置。在該例子中， 一個或多個專用排氣管被 用于各自的減壓閥。在一些存儲罐中使用兩個減壓閥是常見的，以防 其中一個閥發(fā)生故障或與其中一個減壓閥相關(guān)聯(lián)的排氣線路被堵塞。 在這樣的布置中，對于這些減壓閥中的一個，打開減壓閥的設(shè)置點可 以較高。
標題為 "Shutoff Valve for Cryogenic Liquid Storage Tank，， 的美國專利No. 4， 956， 975公開了另 一種排氣線路布置，其在排氣線路 中包括截流閥，當存儲罐被填充到其最大容量時，通過低溫液體的流 動動量關(guān)閉該截流閥。類似于其它已知的低溫液體存儲罐，使用專用 管作為排氣線路。在所公開的布置中， 一根管用于從致冷劑空間的底 部填充和抽出低溫液體。通過這樣的管進行填充的缺點是當填充存 儲罐時，進入的低溫液體在冷凝可能在致冷劑空間內(nèi)的蒸氣方面不是 同樣有效。優(yōu)選的設(shè)計利用開口到致冷劑空間的上部分中的填充管， 可以在該上部分噴射低溫液體，以冷凝蒸氣并降4氐蒸氣壓力，允許更 快和/或更有效地重新填充。
當開始向存儲罐重新填充低溫液體時，填充線路可能最初處于使 某些低溫液體汽化的溫度，直到低溫液體冷卻該填充線路。當冷卻填 充線路時減少被汽化的低溫液體的量將是一種改進。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種低溫液體存儲罐，該低溫液體存儲罐包括限定可以在其 內(nèi)存儲低溫液體的致冷劑空間的內(nèi)容器。外殼包圍該內(nèi)容器，具有保 持內(nèi)容器與外殼分開的支撐結(jié)構(gòu)，由此在內(nèi)容器和外殼之間限定絕熱 空間。該存儲罐還包括結(jié)合的填充和排氣組件，該結(jié)合的填充和排氣 組件包括具有第一端和在外殼外部的第二端的管道，所述第一端具有 至少一個放置在致冷劑空間的上部分內(nèi)的開口 ，所述第二端連接到插 孔(receptacle)，重新填充噴嘴可以連接到該插孔，以通過管道向
致冷劑空間提供低溫液體。止回閥被放置在管道中，僅允許在從插孔
向致冷劑空間填充低溫液體的方向上的流動。旁路線路i殳有與在止 回閥和致冷劑空間之間的管道連通的一端；與在止回閥和插孔之間的 管道連通的第二端；以及放置在旁路線路中的閥，該閥可操作到允許 流體流過旁路線路的打開位置和阻止流體流過旁路線路的關(guān)閉位置。
優(yōu)選地，插孔包括截流閥，該截流閥具有被對著底座施加偏壓的 閥構(gòu)件。當閥構(gòu)件與底座接觸時，低溫液體不能流過該插孔。當重新 填充噴嘴連接到該插孔上時，該閥構(gòu)件被機械地移離底座。這是當重 新填充噴嘴從插孔斷開時阻止低溫液體從插孔泄露的附加安全特征。
在一個優(yōu)選的實施方案中，旁路線路與管道相比被配置為限制通 過它的流動，使得允許較高的流體流速通過管道。也就是說，旁路線 路可以使用具有比管道的截面流通面積小的截面流通面積的通道，或 可以在旁路線路中設(shè)置節(jié)流孔。管道還可以是比旁路線路直的流動路 徑。限制通過旁路線路的流動的原因是旁路線路的尺寸不必與管道的 尺寸一樣大，因為旁路線路起從致冷劑空間排出蒸氣的作用，而管道 還起填充致冷劑空間的作用，因而較高的流速對該附加目的是有益的。 而且，在與插孔相關(guān)聯(lián)的截流閥發(fā)生故障并且手工操作的旁路閥打開 的情況下，旁路線路的較小尺寸降低了低溫液體可以從致冷劑空間泄 露的速率。
在一個優(yōu)選的實施方案中，結(jié)合的填充和排氣組件包括整體閥裝 置，該整體閥裝置包括其中安裝止回閥的本體；入口開口，該入口 開口具有可安裝到管道的相應(yīng)法蘭上的法蘭，管道在其法蘭處退出外
殼；設(shè)置在本體內(nèi)的通道，該通道充當管道和旁路線路的相應(yīng)部分； 以及旁路閥的安裝位置，使得旁路閥可以直接安裝到本體上。本體可 以是一個部分組成的本體或包括可以緊固在一起以提供單一本體的多 個部分。使用多個部分可以有利于本體的加工。在一些實施方案中， 插孔也可以直接安裝到本體上，同時本體具有用于接收插孔的整體聯(lián) 接器，或通過單獨的裝置進行安裝，但是在任何一種情況下，這樣的 布置對消除本體和插孔之間對管的需要都是有利的。
在優(yōu)選的實施方案中，具有其至少一個開口的管道的第一端放置 在致冷劑空間的一部分中，當存儲罐填充有低溫液體時，該部分通常被蒸氣占據(jù)。在本公開中，將"蒸氣"定義為與"氣體"同義。蒸氣 可以通過低溫液體的汽化而形成在致冷劑空間內(nèi)，當熱泄露到致冷劑 空間中時，可能導(dǎo)致該汽化。盡管"蒸氣"的某些定義將蒸氣定義成 只可以通過壓縮變成液體的氣體，但是在本公開中，將蒸氣更廣泛地 定義為包括可以通過降低溫度，例如在重新填充過程中將低溫液體噴 射到蒸氣空間中時，冷凝變回液體的氣體。因此，通道的放置在致冷 劑空間的上部分中的端可以具有多個開口 ，當填充存儲罐時，低溫液 體可以通過該多個開口噴射到致冷劑空間中。
結(jié)合的填充和排氣組件還可以包括排氣線路，該排氣線路包括與 在止回閥和致冷劑空間之間的管道連通的一端和與可以通過其使所排
出的蒸氣消散的通風(fēng)豎管(vent stack)連通的第二端。放置在排氣 線路中的、在關(guān)閉位置被施加偏壓的減壓閥控制通過排氣線路的流動。 當管道中的壓力超過預(yù)定設(shè)置點時，減壓閥打開。在一個優(yōu)選的實施 方案中，減壓閥的預(yù)定設(shè)置點是約1.4MPa (約210psi)。在其它實施 方案中，減壓閥的預(yù)定設(shè)置點是一個低于2.4MPa(低于約350psi)的 選擇值。
當結(jié)合的填充和排氣組件包括排氣線路和減壓閥時，可以通過在 本體內(nèi)提供用于排氣線路的通道和提供用于將減壓閥安裝到該布置中 的本體中的位置，使得可以將減壓閥定位成控制通過排氣線路的流動，
而將這些元件合并到整體岡裝置中。因此，整體閥裝置的本體提供模 塊基座，止回閥、旁路閥和減壓閥可以安裝到該基座上(或內(nèi))；以 及用于管道、旁路線路和排氣線路的內(nèi)部通道。本體可以包括至少兩 個可以緊固在一起以形成該本體的部分，這有利于具有內(nèi)部通道的本 體的加工，并且提供了包圍減壓閥的罩。
結(jié)合的填充和排氣組件可以進一步包括輔排氣線路，該輔排氣線 路包括與止回閥和致冷劑空間之間的管道連通的一端和與減壓閥和通 風(fēng)豎管之間的排氣線路連通的第二端。放置在輔排氣線路中的輔排氣 閥控制通過輔排氣線路的流動。輔排氣線路可以是第二減壓閥或可手 工操作的排氣閥。當蒸氣壓力小于打開減壓閥的設(shè)置點時，并且當插 孔未連接到重新填充噴嘴上時，可以使用可手工操作的排氣閥來提供 對存儲罐排氣的操作靈活性。替代地，如果第二排氣閥是第二減壓岡，
則可以使用它來提供額外安全余量，其中這些減壓閥之一具有較高的 用于打開的設(shè)置點。具有兩個減壓閥提供了額外的保護度，以防減壓 閥之一被卡住關(guān)閉或以其他方式發(fā)生故障。當使用輔排氣線路時，可 以將用于輔排氣線路的通道和用于輔排氣閥的安裝位置設(shè)置在整體閥 裝置的本體內(nèi)，從而將這些部件合并到整體閥裝置中。
在一個優(yōu)選的布置中，管道在可以將該管道與支撐結(jié)構(gòu)的元件結(jié) 合的位置穿透外殼和內(nèi)容器。通過將管道與支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合，可以通過 降低熱傳遞路徑的數(shù)目來降低泄露到致冷劑空間中的熱。
存儲罐還可以包括與止回閥和致冷劑空間之間的管道連通的壓力 表。對于整體閥裝置，可以在與管道連通的本體中設(shè)置連接物，壓力 表可以連接到該連接物。
還單獨提供了結(jié)合的填充和排氣組件，供用于低溫液體存儲罐。 結(jié)合的填充和排氣組件包括整體閥裝置，該整體閥裝置包括其中安裝
止回閥和旁路閥的本體。該本體包括i殳置在其中的流體通道，以允^午 流體流過在可連接到噴嘴插孔的管道與可以安裝到存儲罐的相應(yīng)法蘭 上的法蘭連接之間的該本體。該流體通道通過止回閥提供從插孔到法 蘭連接的單向流體路徑和旁路通道，當旁路閥打開時，流體可以通過 該旁路通道通過旁路岡從法蘭連接流到插孔。結(jié)合的填充和排氣組件 還可以包括安裝到本體上的減壓閥和本體內(nèi)的附加流體通道，流體可 以通過該附加流體通道通過減壓閥從法蘭連接向排氣線路排出。另外， 結(jié)合的填充和排氣組件還可以包括安裝到本體上的第二排氣閥和本體 內(nèi)的附加流體通道，流體可以通過該附加流體通道通過第二排氣閥從 法蘭連接向排氣線路排出。該第二排氣閥可以是可手工操作的閥或第 二減壓閥，其具有的用于打開的壓力設(shè)置點可以被設(shè)置得比其它減壓 閥的高。
提供一種利用所公開的裝置用低溫液體重新填充存儲罐的方法。 該方法包括
將重新填充噴嘴連接到安裝在管道上的插孔上，所述管道在插孔 和限定在存儲罐內(nèi)的致冷劑空間之間連通；
打開旁路閥，以通過在止回閥的兩側(cè)與管道連通的旁路線路從致 冷劑空間排出蒸氣，直到致冷劑空間內(nèi)的蒸氣壓力降低到預(yù)定值，以
及引導(dǎo)從致冷劑空間排出的蒸氣穿過管道，穿過重新填充噴嘴，并且 通過與重新填充噴嘴相關(guān)的填充線路返回，從而預(yù)冷卻重新填充噴嘴
和填充線路；以及
在關(guān)閉旁路閥后，通過管道和止回閥將低溫液體引導(dǎo)到致冷劑空 間中。
在一個優(yōu)選的方法中，在致冷劑空間內(nèi)的壓力要降低到的預(yù)定值 是大氣壓。
優(yōu)選地，該方法包括當用低溫液體填充致冷劑空間時，將^f氐溫 液體引導(dǎo)到致冷劑空間的上部分中，該上部分在致冷劑空間被填充時 通常被蒸氣占據(jù)。通過將低溫液體引導(dǎo)到致冷劑空間的上部分中，剩 余在致冷劑空間的該部分中的蒸氣可以冷凝回成液體。
低溫液體可以選自由天然氣、氮、氧、二氧化碳、甲烷和氫組成 的組。在優(yōu)選的實施方案中，低溫液體是可在內(nèi)燃機中燃燒的燃料。
在正常的操作條件下，使用該方法通過管道、插孔、重新填充噴
嘴以及填充線路對致冷劑空間進行排氣，以在重新填充之前預(yù)冷卻這 些部件，并且設(shè)置在存儲罐周圍的絕熱物質(zhì)將泄漏到致冷劑空間中的 熱降低到使得在重新填充操作之間不必對致冷劑空間進行排氣的水 平。然而，可能存在一些需要在重新填充操作之間對致冷劑空間進行 排氣的預(yù)定條件。例如， 一個這樣的預(yù)定條件是當蒸氣壓力升高到預(yù) 定壓力閾值之上時。出于安全原因，為了防止損害存儲罐，該方法包 括通過操作減壓閥從致冷劑空間排出蒸氣。在其它條件下，例如，當 已知存儲罐將空閑一延長的時間段時，操作者可以決定手工對致冷劑 空間進行排氣，并且希望在操作者選擇的時間和地點對致冷劑空間進 行排氣，而不是等待由于熱泄漏到致冷劑空間中而導(dǎo)致蒸氣壓力升高 到減壓閥的設(shè)置點之上。
優(yōu)選地，該方法包括利用罩圍繞減壓閥，該罩將該減壓閥與周圍 環(huán)境隔開。這保護減壓閥不受原本可能與其接觸的由于來自空氣中的 水凝固而導(dǎo)致的積聚的水以及污物、油脂、清潔劑和其它污染物的影 響。
因此，利用所公開的低溫液體存儲罐和方法，能夠通過管從致冷 劑空間排出蒸氣，也可以使用該管用低溫液體填充該致冷劑空間。該
方法允許在重新填充之前對存儲罐進行排氣，以及使用所排出的蒸氣 預(yù)冷卻填充線路。共用的排氣和填充線路還降低了到致冷劑空間中的 熱傳遞路徑的數(shù)目，因而降低了熱泄漏。填充線路與排氣線路的結(jié)合 還可以導(dǎo)致較不復(fù)雜的管道系統(tǒng)布置，該布置具有較少的節(jié)點，因而 導(dǎo)致較小的泄漏可能。該管道系統(tǒng)布置相對于常規(guī)設(shè)計的簡化也使得 降低制造成本成為可能。


圖l是具有結(jié)合的填充和排氣線路組件布置的存儲罐的示意圖
圖2是結(jié)合的填充和排氣線路組件的一個優(yōu)選實施方案的分解圖。
圖3是圖2的優(yōu)選實施方案的端視圖。圖2和3示出了可以如何 配置結(jié)合的填充和排氣線路組件以提供具有較少連接物的簡化布置。
具體實施例方式
參考圖1的示意圖解，存儲罐100包括限定致冷劑空間104的內(nèi) 容器102、包圍內(nèi)容器102的外殼106以及用于保持內(nèi)容器102與外 殼106分開的支撐結(jié)構(gòu)108，由此在內(nèi)容器102和外殼106之間限定 了絕熱空間109。
結(jié)合的填充和排氣組件110包括具有第一端112a和第二端112b 的管道112，第一端112a具有至少一個放置在致冷劑空間的上部分內(nèi) 的開口，第二端112b在外殼106外并且連接到插孔114。當填充用于 冷卻液體的存儲罐時，通常致冷劑空間的一部分被留給蒸氣。在從致 冷劑空間104排出蒸氣以降低蒸氣壓力之前，將致冷劑空間104完全 填充以液體將導(dǎo)致非常短的保持時間。這是因為即使有小量的熱泄露 到致冷劑空間104中也會導(dǎo)致一些液體的汽化，并且由于有很小的或 沒有空間被留給蒸氣，蒸氣壓力將快速升高到打開減壓閥的水平，導(dǎo) 致蒸氣被從致冷劑空間104排出。因此，為了增加保持時間和降低需 要排出蒸氣來降低蒸氣壓力的可能性，當重新填充存儲罐100時，優(yōu) 選地將致冷劑空間104的一部分保留為蒸氣空間，有時稱作缺量空間
(ullage space )。優(yōu)選地，；故置第一端112a的致冷劑空間的上部分 是當存儲罐填充有低溫液體時通常被蒸氣占據(jù)的致冷劑空間104的一 部分。 一些存儲罐被設(shè)計為具有帶缺量空間的致冷劑空間，所述缺量 空間與當填充該罐時向其中引入低溫液體的主存儲容積分開。缺量空 間與主存儲容積連通，但是它們之間的流動被限制，使得當主存儲容 積滿時可以控制重新填充停止，并且分開的缺量空間有助于為蒸氣保 留一部分致冷劑空間。對于具有分開的缺量空間的存儲罐，管道112 的第一端112a位于主存儲容積的上部分，使得不將低溫液體直接引入 到分開的缺量空間中，并且被引入的低溫液體可以將蒸氣冷凝在較大 的主存儲容積中。利用這樣的布置，盡管第一端112a位于主存儲容積 的上部分，但是當填充主存儲容積時可以將它浸沒在低溫液體中，因 為蒸氣空間最初在分開的缺量空間中，直到在主存儲容積和缺量空間 之間建立^f氐溫液體水平的均衡。
插孔114為重新填充噴嘴的液密連接提供了連接點，使得可以通 過管道112向存儲罐100重新填充低溫液體。在優(yōu)選的實施方案中， 插孔114包括閥機構(gòu)，該閥機構(gòu)在重新填充噴嘴連接到插孔上時可打 開，而當重新填充噴嘴從插孔移開時關(guān)閉。例如，可以提供機械布置， 以當連接重新填充噴嘴時自動將閥構(gòu)件移動到打開位置，并且可以使 用彈簧，以當移開重新填充噴嘴時將閥構(gòu)件偏置(bias)到關(guān)閉位置。
圖1的示意圖示出了在第一端112a的多個開口 ，通過這些開口可 以將低溫液體噴射到致冷劑空間104的上部分中，以當重新填充存儲 罐100時冷凝蒸氣和降低蒸氣壓力。在重新填充期間，降低致冷劑空 間104內(nèi)的蒸氣壓力是所希望的，因為它降低了背壓，并且允許更快 和更有效地重新填充。
在管道112中放置止回岡116，以僅允許在從插孔114填充致冷 劑空間104的方向上通過管道112的流動。旁路線路118具有與止回 閥116與致冷劑空間104之間的管道112連通的一端和與止回閥116 與插孔114之間的管道112連通的第二端。在旁路線路118中放置旁 路閥120，并且旁路閥120可操作到允許流體流過旁路線路118的打 開位置和阻止流體流過旁路線路118的關(guān)閉位置。
在優(yōu)選的實施方案中，結(jié)合的填充和排氣組件iio還包括排氣線
路130、減壓閥132、排氣線路134、旁路排氣線路136以及手工排氣 旁路閥138。排氣線路130與止回閥116和致冷劑空間104之間的管 道112連通，使得可以在任何時間從致冷劑空間104排出蒸氣。排氣 線路130連接到減壓閥132,減壓岡132在關(guān)閉位置可以是由彈簧施 加偏壓的，而當致冷劑空間104中的蒸氣壓力超過預(yù)定設(shè)置點時可以 自動切換到打開位置。設(shè)置點通常小于存儲罐100的設(shè)計壓力極限一 數(shù)量，該數(shù)量包括將要使用該存儲罐的地方所處管轄范圍的設(shè)計規(guī)范 所要求的安全系數(shù)。例如，與用于以20. 7MPa ( 3000psi )和更高的壓 力存儲壓縮氣體的高壓容器相比，通常以相對低的壓力存儲低溫液體， 打開減壓閥的設(shè)置點可以是小于2. 4MPa (小于約350psi)的預(yù)定值。 在優(yōu)選的實施方案中，對于用于北美的存儲罐，減壓閥的預(yù)定設(shè)置點 可以是約1. 4MPa(約210psi )。減壓閥132的出口連接到排氣線路134， 該排氣線路可以將所排出的蒸氣導(dǎo)向到通風(fēng)豎管(vent stack)或用 于低壓氣體的回收系統(tǒng)。
旁路排氣線路136還在一端與在止回閥116和致冷劑空間104之 間的管道112連通，而在另一端，旁路排氣線路136與排氣線路134 連通。排氣旁路閥138可以是如圖1中所示的可手工操作閥，或可以 是輔減壓閥，該閥具有比減壓閥132高的設(shè)置點。在旁路排氣線路136 上具有可手工操作閥的目的是在以下情況下提供一種降低致冷劑空間 104中的蒸氣壓力的方式當蒸氣壓力小于打開減壓閥132的預(yù)定設(shè) 置點時，以及當不能通過旁路閥120和插孔114排出蒸氣壓力時，例 如當存儲罐不是在重新填充站時。替代地，排氣旁路閥138可以是輔 減壓鬧，其被提供作為安全措施以防減壓闊132被卡住關(guān)閉或以其它 方式發(fā)生故障的可能性。如果排氣旁路閥138不是輔減壓閥，則可以 與排出管150的管道系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)提供輔減壓閥。
為了指示致冷劑空間104內(nèi)的蒸氣壓力，可以提供壓力表140， 以測量管道112或排氣線路130中的液壓。壓力表140可以通過測量 管道112或排氣線路130中的液壓來間接測量致冷劑空間104中的壓 力，而不是將單獨的探頭引入到致冷劑空間104中一一這將增加另一 熱泄露路徑。
如圖l所圖解的實施例所示，使用諸如管150之類的單獨裝置來從致冷劑空間104移走低溫液體。當?shù)蛪簹怏w的用戶使用存儲罐100 時，可以使用諸如所圖解的管150之類的簡單排出管。如果需要，可 以利用致冷劑空間104內(nèi)的蒸氣壓力從致冷劑空間104推動低溫液體， 并且可以使用壓力控制閥(未示出)來調(diào)整流。對于提供高壓氣體的 系統(tǒng)，可以使用低溫泵(未示出)，以在低溫液體汽化之前抽取它。低 溫泵可以;故置在致冷劑空間104內(nèi)，或僅具有放置在致冷劑空間104 內(nèi)的吸入口，或可以使用管150來將低溫液體導(dǎo)向到可以從其中抽取 低溫液體的貯槽。也就是說，盡管結(jié)合的填充和排氣組件IIO僅使用 一個穿過絕熱空間109的管道112來達到多個不同的目的，降低了常 規(guī)構(gòu)造通常所提供的熱傳遞路徑的數(shù)目，但是需要單獨的管或泵穿過 絕熱空間109，以移走低溫液體來提供給終端用戶。
虛線160示出了可以被根據(jù)圖2和3中所示的布置制造的結(jié)合的 填充和排氣組件110結(jié)合和合并的部件與流體通道。虛線160內(nèi)的流 體通道可以設(shè)置在立體(solid body)內(nèi)，止回閥116、旁路閥120、 減壓閥132和排氣旁路閥138全都可以安裝到該立體中，以避免其間 的單獨管道系統(tǒng)，這樣的單獨管道系統(tǒng)將產(chǎn)生更多接頭和可能的泄露 路徑，以及由于在單獨部件之間裝管子所需的勞動和/或時間而導(dǎo)致的 高制造成本。該立體可以包括法蘭162,用于將設(shè)置在該立體內(nèi)的管 道112的部分與延伸到致冷劑空間104中并到達第一端112a的管道 112的部分相連。
在圖1的示意圖中，管道112被示為在存儲罐100的中心縱軸線 附近穿透絕熱空間109。在一個優(yōu)選的實施方案中，管道112在該管 道可以與支撐結(jié)構(gòu)的元件結(jié)合的位置穿透外殼106和內(nèi)容器102。管 道112和支撐結(jié)構(gòu)之間的這種結(jié)合可以有利地進一步降低到致冷劑空 間104中的熱傳遞路徑的數(shù)目。
現(xiàn)在參考圖2和3，圖解了圖1的結(jié)合的填充和排氣組件的示意 布置的物理布置，其中相同的特征用相同的參考數(shù)字加一百標示。
為了將部件結(jié)合和降低閥之間的管與連接物的數(shù)目，結(jié)合的填充 和排氣組件210使用具有內(nèi)部流體通道的本體。在所圖解的實施方案 中，本體是一個三個部分組成的本體，包括法蘭262、主體264以及 減壓閥罩266，它們可以結(jié)合在一起形成立體。應(yīng)理解，在不背離本 公開的范圍的情況下，可以用不同數(shù)目的部分，諸如兩個部分或不止 三個部分，來形成立體。然而，希望降低部分的數(shù)目以筒化設(shè)計，以
及降低部件以及部件之間的密封的數(shù)目?？梢栽诜ㄌm262、主體264 以及減壓閥罩266的配合面之間提供諸如密封墊片或o形密封環(huán)之類 的密封。類似于圖1中所示意性示出的法蘭162，法蘭262可連附到 設(shè)置在一個管道上的相應(yīng)法蘭上，所述管道從該相應(yīng)法蘭延伸到放置 在致冷劑空間內(nèi)部的該管道的第一端(圖2和3中未示出，但是在圖 1中被示意地示為第一端112a)。
在組裝的立體內(nèi)設(shè)置內(nèi)部流體通道，以在如圖1中的虛線160內(nèi) 示意性示出的閥部件之間提供流體連接。在圖2所圖解的分解圖中， 止回閥216被示為在法蘭262和主體264之間，表示當組裝本體時， 將止回閥216保持在法蘭262和主體264之間。止回閥216可以安裝 在主體264上，法蘭262可以由主體264的整體部分(integral piece) 制成。旁路閥220是可與主體264內(nèi)的其閥機構(gòu)安裝的，以按與旁路 閥120相同的方式起作用，以允許通過管道212b和插孔214排出存儲 罐的致冷劑空間內(nèi)的蒸氣，從而繞過止回閥216，以及允許所排出的 蒸氣壓力預(yù)冷卻填充線路。
減壓閥232在主體263和減壓閥罩266之間安裝到主體264上。 減壓岡罩266包括內(nèi)部通道，用于將從減壓閥232引出的出口以及從 排氣旁路閥238引出的旁路排氣線路連接到排氣線路234，排氣線路 234通向通風(fēng)豎管或低壓氣體回收系統(tǒng)。因為罩266中的流體通道是 從減壓閥232和排氣旁路閥238沿著流動方向的，所以所排出的蒸氣 的壓力通常比立體的其他部分中的流體的壓力低。除了為排氣線路提 供整體流體通道外，罩266還包圍減壓閥232,以保護它不受周圍環(huán) 境影響。減壓閥232如果被暴露于污物或其它污染物之中可能需要更 頻繁的維修。即使暴露在空氣中可能也是不希望的，因為這導(dǎo)致在減 壓閥232周圍積聚冰。
例如，可以使用諸如o形環(huán)之類的密封來密封閥和聯(lián)接器安裝到 主體264上的地方。使用聯(lián)接器213來在管道212b和主體264之間提 供液密連接。聯(lián)接器270將通道212b連接到插孔214,該插孔優(yōu)選地 具有整體截流閥，當插孔214連接到重新填充噴嘴上時，該截流閥可
打開。聯(lián)接器272將排出管234連接到減壓閥罩266。
所公開的結(jié)合的填充和排氣組件210的一個優(yōu)點是，所有的閥都 位于存儲罐的外部，在該存儲罐的外部可以容易地接近這些閥以進行 操作和維護。通過使用具有內(nèi)部流體通道的立體來提供如下的整體裝 置，降低了管道的數(shù)量與在裝置中的每個閥之間使用管道的常規(guī)布 置相比，該整體裝置具有較少的組成部分、較少的用于裝配的連接物， 并且泄漏的可能性降低，并且部件之間具有較短的距離。此外，結(jié)合 的填充和排氣組件210降低了貫穿絕熱空間進入致冷劑空間中的管的 數(shù)目。
結(jié)合的填充和排氣組件210的還一優(yōu)點是，可以使用相同的部件 來將管道212b和插孔214定向到多個方向，因為聯(lián)接器213安裝有三 個螺栓，而主體264可以被制造成具有四個螺栓孔。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將理解，可以使用其它的螺栓模式來獲得相同的結(jié)構(gòu)靈活性。例如， 當存儲罐是安裝到車輛上的燃料罐時，該特征可能是有利的。為了增 加在車輛上可以j^存的燃料的數(shù)量，燃料罐可以安裝到車輛的路邊側(cè)
(curb-side )和路側(cè)(road-side )兩側(cè)。結(jié)合的填充和排氣組件210 的模塊化結(jié)構(gòu)允許將相同的部件用于所有的燃料罐，同時無論燃料罐 安裝在車輛的路邊側(cè)還是路側(cè)，都可以從車輛側(cè)接近插孔214，降>|氐 了用于加工和維護的零件存貨。模塊化設(shè)計為排氣線路234提供了相 同的結(jié)構(gòu)靈活性。如圖2中所示，優(yōu)選地，減壓閥罩266具有允許以 至少兩種方式連接它的安裝模式，使得排氣線路234可以連接成如圖 3中所示向左邊延伸，或者沿相反的方向向右邊延伸，如果安裝減壓 閥罩266使得排氣線路234的出口面向相反方向的話。參考圖3,主 體264、減壓閥罩266和聯(lián)接器213的設(shè)計允許相同的部件被安裝成 具有對于排氣線路234和管道212b的取向而言的鏡像。
如圖3所示，可以將附加的部件合并到整體閥裝置中。壓力表240 可以經(jīng)由通過一個聯(lián)接器連接到設(shè)置在主體264側(cè)的端口的一個管 道，與在止回閥216和法蘭262之間的主管道本身連通，或與設(shè)置在 主管道和排氣閥232和238之間的主體264內(nèi)的排氣線路通道連通， 其中"主管道，，在這里指包括主體264內(nèi)的、以與圖1中示意性示出 的管道112相同的功能工作的通道的管道?？梢允褂霉茏?tubing)280來將信號線引導(dǎo)到主體264中，在該主體中它可以在止回閥216 和法蘭262之間的位置穿過主管道，并且從該位置繼續(xù)穿行到致冷劑 空間中，在此處它可以連接到諸如水平傳感器之類的儀器。與可能針 對用于填充、排氣、壓力測量以及水平測量的單獨部件使用穿過罐絕 熱的單獨元件的常規(guī)存儲罐相比，通過使用整體閥裝置的本體將各部 件結(jié)合降低了各個管和連接物的數(shù)目，并且還可以降低到致冷劑空間 中的熱傳遞路徑的數(shù)目。
所共開的裝置使給存儲罐重新填充低溫液體的改進方法成為可 能。參考圖l至3，該方法包括將重新填充噴嘴連接到插孔114、 214， 插孔114、 214連接到管道112，管道112在插孔114、 214和致冷劑 空間104之間連通。該方法然后包括打開旁路閥120、 220，以通過在 止回閥116、 216的兩側(cè)與管道112連通的旁路線路118從致冷劑空間 104排出蒸氣。從致冷劑空間104排出的蒸氣被引導(dǎo)穿過管道112b、 212b、插孔114、 214，然后通過重新填充噴嘴和填充線路返回，從而 預(yù)冷卻重新填充噴嘴和填充線路。當致冷劑空間104內(nèi)的蒸氣壓力降 低到預(yù)定值時，關(guān)閉旁路閥120、 220，并且經(jīng)由管道112、插孔114、 214以及預(yù)冷卻的重新填充噴嘴和填充線路將低溫液體導(dǎo)入到致冷劑 空間104中。
在重新填充之前蒸氣壓力要降低到的預(yù)定值可以是大氣壓或某個 其它預(yù)定值。在排氣階段可以使用壓力表140、 240監(jiān)測蒸氣壓力。
該方法還可以包括當致冷劑空間104內(nèi)的蒸氣壓力超過預(yù)定設(shè) 置點并且打開減壓閥132、 232時，或當手工打開旁路排氣旁路閥138、 238時，通過管道112以及通過排氣線路134、 234排氣。排氣旁路閥 138、 238提供了一種例如在以下情況下對存儲罐IOO進行排氣的手動 選項當蒸氣壓力低于減壓閥的設(shè)置點并且車輛不是在重新填充站時， 或如果重新填充站未配置成通過填充線路接收所排出的蒸氣的話。
所公開的方法和裝置適合用于被設(shè)計用于存儲低溫液體的存儲 罐，所述低溫液體選自由天然氣、氮、氧、二氧化碳、曱烷和氫組成 的組。如果低溫液體是可在內(nèi)燃機中燃燒的燃料，可以將該存儲罐和 方法用于用于存儲可以被提供給車輛的發(fā)動機的燃料的車輛燃料罐， 或其它移動應(yīng)用，諸如可安裝在用于傳輸?shù)蜏匾后w的車輛上的存儲罐。 通常從用于分配低溫液體的站或移動存儲罐重新填充存儲罐。通 常間歇地使用重新填充噴嘴和填充線路重新填充存儲罐。在填充操作 之間，環(huán)境溫度可能使填充線路和重新填充噴嘴變熱，這意味著流過 填充線路的低溫液體將被閃蒸成蒸氣，直到填充線路被冷卻到在低溫 液體的閃點之下的溫度。 一般在重新填充存儲罐之前，對它們進行排 氣，以降低致冷劑空間內(nèi)的蒸氣壓力。在這樣的情況下，因為蒸氣接 近低溫液體的閃點溫度，而該溫度比典型的周圍環(huán)境冷得多，所以存 在將蒸氣從存儲罐排出并通過填充線路返回以在重新填充之前預(yù)冷卻
重新填充噴嘴和填充線路的優(yōu)點。
盡管已示出和描述了本發(fā)明的特定元件、實施方案和應(yīng)用，但是 當然應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于此，因為在不背離本公開的范圍的情況 下，特別是根據(jù)上述的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出修改。
權(quán)利要求
1.一種低溫液體存儲罐，所述存儲罐包括內(nèi)容器，該內(nèi)容器限定其中可以存儲所述低溫液體的致冷劑空間；包圍該內(nèi)容器的外殼；在所述內(nèi)容器和所述外殼之間的支撐結(jié)構(gòu)，用于保持所述內(nèi)容器與所述外殼分開，由此在所述內(nèi)容器和所述外殼之間限定絕熱空間；結(jié)合的填充和排氣組件，包括具有第一端和在所述外殼外部的第二端的管道，所述第一端具有至少一個放置在所述致冷劑空間的上部分內(nèi)的開口，所述第二端連接到插孔，重新填充噴嘴可以連接到該插孔，以通過所述管道向所述致冷劑空間提供所述低溫液體；放置在所述管道中的止回閥，所述止回閥僅允許在從所述插孔給所述致冷劑空間填充所述低溫液體的方向上的流動；以及旁路線路和放置在該旁路線路中的旁路閥，該旁路線路具有與在所述止回閥和所述致冷劑空間之間的所述管道連通的一端，和與在所述止回閥和所述插孔之間的所述管道連通的第二端，該旁路閥可操作到允許流體流過所述旁路線路的打開位置和阻止流體流過所述旁路線路的關(guān)閉位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述結(jié)合的填充和排氣組件包括整體閥裝置，該整體閥裝置包括其中安裝所述止回閥的本體; 入口開口 ，該入口開口具有可安裝到所述管道的相應(yīng)法蘭上的法蘭，所述管道在其法蘭處退出所述外殼；設(shè)置在所述本體內(nèi)的通道，該通 道充當所述管道以及所述旁路線路的相應(yīng)部分；以及用于所述旁路閥 的安裝位置，該旁路閥可直接安裝到所述本體上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲罐，其中所述本體包括至少兩個可 以緊固在一起以形成所述本體的部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲罐，其中所述插孔可直接安裝到所 述本體上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述管道的所述第一端和 所述至少 一個開口放置在所述致冷劑空間的一部分中，當所述存儲罐 填充有低溫液體時，該部分通常4皮蒸氣占據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲罐，其中所述至少一個開口是多個 開口中的一個，當填充所述存儲罐時，可以通過該多個開口將低溫液 體噴射到所述致冷劑空間中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，還包括排氣線路和放置在該排 氣線路中的減壓閥，該排氣線路包括與在所述止回閥和所述致冷劑空 間之間的所述管道連通的一端和與可以通過其使所排出的蒸氣消散的 通風(fēng)豎管連通的第二端，該減壓閥在關(guān)閉位置被施加偏壓，并且在所 述管道中的壓力超過預(yù)定設(shè)置點時打開。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲罐，其中所述結(jié)合的填充和排氣組 件包括整體閥裝置，該整體閥裝置包括其中安裝所述止回閥的本體； 入口開口 ，該入口開口具有可安裝到所述管道的相應(yīng)法蘭上的法蘭，所述管道在其法蘭處退出所述外殼；設(shè)置在所述本體內(nèi)的通道，該通 道充當所述管道、所述旁路線路和所述排氣線路的相應(yīng)部分；以及用置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲罐，其中所述本體包括至少兩個可 以緊固在一起以形成所述本體的部分，該本體提供包圍所述止回閥和 所述減壓閥的罩。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲罐，其中所述插孔可直接安裝到所 述本體上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲罐，其中所述減壓閥的所述預(yù)定設(shè) 置點是1. 4MPa (約210psi )。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲罐，其中所述減壓閥的所述預(yù)定設(shè) 置點是一個小于2. 4MPa (小于約350psi )的選擇值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的存儲罐，還包括輔排氣線路和放置在該 輔排氣線路中的可手工操作的排氣岡，該輔排氣線路包括與在所述止 回閥和所述致冷劑空間之間的所述管道連通的一端和與所述減壓岡和 所述豎管之間的所述排氣線路連通的第二端。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的存儲罐，其中所述結(jié)合的填充和排氣組件包括整體閥裝置，該整體岡裝置包括其中安裝所述止回閥的本 體；入口開口，該入口開口具有可安裝到所述管道的相應(yīng)法蘭上的法蘭，所述管道在其法蘭處退出所述外殼；設(shè)置在所述本體內(nèi)的通道， 該通道充當所述管道、所述旁路線路、所述排氣線路和所述輔排氣線 路的相應(yīng)部分；以及用于將所述旁路閥、所述減壓閥和所述可手工操 作的排氣閥直接安裝到所述本體上的相應(yīng)安裝位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲罐，其中所述管道還包括管，該 管在所述管道的設(shè)置在所述本體內(nèi)的所述部分和所述插孔之間連通。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲罐，其中所述排氣線路還包括排 氣管，該排氣管在所述排氣線路的設(shè)置在所述本體內(nèi)的所述部分和所 述通風(fēng)豎管之間連通。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲罐，其中所述結(jié)合的填充和排氣 組件是由可以與可在多個方向之一上延伸的所述管和所述插孔組裝的 部件組成的模塊。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲罐，其中所述部件可以與可在多 個方向之一上延伸的所述排氣管組裝。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲罐，其中所述存儲罐是可安裝在 車輛的路邊側(cè)或路側(cè)的車輛燃料存儲罐，并且可以將所述管定向，使 得可從所述車輛的旁邊接近所述插孔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述管道在可以將所述管 道與所述支撐結(jié)構(gòu)的元件結(jié)合的位置穿過所述外殼和所述內(nèi)容器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，還包括放置在一個排氣線路中 的減壓閥，該排氣線路從一個所述低溫液體可通過其從所述致冷劑空間移走的管道分支出來。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述插孔包括被對著底座 施加偏壓的閥構(gòu)件，由此當所述闊構(gòu)件與所述底座接觸時，所述低溫 液體不能流過所述插孔，而當重新填充噴嘴連接到所述插孔時，所述 閥構(gòu)件^皮才幾械地移離所述底座。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，還包括壓力表，該壓力表與在 所述止回閥和所述致冷劑空間之間的所述管道連通。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述旁路線路與所述管道 相比，；故配置成限制通過它的流動，因而允i午更高的流體流速通過所 述管道。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，其中所述存儲罐是可移動的。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的存儲罐，其中所述存儲罐可安置在車 輛上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲罐，所述存儲罐是車輛燃料罐。
28. —種用于低溫液體存儲罐的結(jié)合的填充和排氣組件，所述結(jié)合 的填充和排氣組件包括整體閥裝置，該整體閥裝置包括其中安裝止回 閥和旁路閥的本體，所述本體包括設(shè)置在其中的流體通道，以允許流體流過在可連接到噴嘴插孔的管道與可以安裝到所述存儲罐的相應(yīng)法 蘭上的法蘭連接之間的所述本體，所述流體通道通過所述止回閥提供 從所述插孔到所述法蘭連接的單向流體路徑和旁路通道，當所述旁路 閥打開時，流體可以通過該旁路通道通過所述旁路閥從所述法蘭連接 流到所述插孔。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的結(jié)合的填充和排氣組件，還包括安裝 到所述本體上的減壓閥和所述本體內(nèi)的附加流體通道，流體可以通過 該附加流體通道通過所述減壓閥從所述法蘭連接向一個排氣線路排 出。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的結(jié)合的填充和排氣組件，還包括安裝 到所述本體上的第二排氣閥和所述本體內(nèi)的附加流體通道，流體可以 通過該附加流體通道通過所述第二排氣閥從所述法蘭連接向所述排氣 線路排出。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的結(jié)合的填充和排氣組件，其中所述第二排氣閥是可手工操作的閥。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的結(jié)合的填充和排氣組件，其中所述第二排氣閥是第二減壓閥，該第二減壓閥具有的用于打開的壓力設(shè)置點 可以被設(shè)置得比所述其它減壓閥的高。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的結(jié)合的填充和排氣組件，其中所述插 孔可安置到所述本體上。
34. —種用低溫液體重新填充存儲罐的方法，所述方法包括 將重新填充噴嘴連接到安裝在管道上的插孔上，所述管道在所述插孔和限定在所述存儲罐內(nèi)的致冷劑空間之間連通；打開旁路閥，以通過在止回閥的兩側(cè)與所述管道連通的旁路線路從所述致冷劑空間排出蒸氣，直到所述致冷劑空間內(nèi)的蒸氣壓力降低 到預(yù)定值，以及引導(dǎo)所述從所述致冷劑空間排出的蒸氣穿過所述管道, 穿過所述重新填充噴嘴，并且通過與所述重新填充噴嘴相關(guān)的填充線路返回，從而預(yù)冷卻所述重新填充噴嘴和所述填充線路；以及在關(guān)閉所述旁路閥后，通過所述管道和所述止回閥將低溫液體引 導(dǎo)到所述致冷劑空間中。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中在所述致冷劑空間內(nèi)的壓力要降低到的所述預(yù)定值是大氣壓。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中當用所述低溫液體重新填 充所述致冷劑空間時，所述方法還包括將所述低溫液體引導(dǎo)到所述致 冷劑空間的上部分中，該上部分在所述致冷劑空間被填充時通常4皮蒸 氣占據(jù)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述低溫液體選自由天然 氣、氮、氧、二氧化碳、曱烷和氫組成的組。
38. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述低溫液體是可在內(nèi)燃 機中燃燒的燃料。
39. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括，在預(yù)定的條件下，通 過與在所述止回閥和所述致冷劑空間之間的所述管道連通的排氣線路 對所述致冷劑空間進行排氣。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括通過手工操作放置在所 述排氣線路中的閥，通過所述排氣線路排氣。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述預(yù)定的條件之一是在 所述致冷劑空間內(nèi)的蒸氣壓力超過預(yù)定設(shè)置點時，在該預(yù)定條件下， 放置在所述排氣線路中的減壓閥自動打開。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，還包括利用罩包圍所述減壓閥， 該罩將該減壓岡與周圍環(huán)境隔開。
43. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括將所述管道和所述旁路 線路的部分并入其內(nèi)裝有所述止回閥的本體內(nèi)。
全文摘要
存儲罐限定了用于存儲低溫液體的致冷劑空間。該存儲罐包括結(jié)合的填充和排氣組件，該組件包括具有第一端和在致冷劑空間外部的第二端的管道，所述第一端具有放置在致冷劑空間的上部分內(nèi)的開口，所述第二端連接到插孔，重新填充噴嘴可以連接到該插孔。放置在管道中的止回閥僅允許在從插孔向致冷劑空間填充低溫液體的方向上的流動。旁路線路設(shè)置在止回閥周圍，在該旁路線路中放置有閥，該閥可操作成打開或關(guān)閉的，以控制通過旁路線路的流動。該方法包括將重新填充噴嘴連接到插孔，以及打開旁路閥，以從致冷劑空間排出蒸氣以降低其中的蒸氣壓力以及冷卻管道、插孔、重新填充噴嘴以及填充線路。在對存儲罐進行排氣后，關(guān)閉旁路閥，并且可以通過插孔和管道重新填充存儲罐。
文檔編號F17C1/00GK101189469SQ200680019743
公開日2008年5月28日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
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