CN100543358C - 低温液体存储罐及重新填充该存储罐的方法 - Google Patents

低温液体存储罐及重新填充该存储罐的方法 Download PDF

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Abstract

存储罐限定了用于存储低温液体的致冷剂空间。该存储罐包括结合的填充和排气组件，该组件包括具有第一端和在致冷剂空间外部的第二端的管道，所述第一端具有放置在致冷剂空间的上部分内的开口，所述第二端连接到插孔，重新填充喷嘴可以连接到该插孔。放置在管道中的止回阀仅允许在从插孔向致冷剂空间填充低温液体的方向上的流动。旁路线路设置在止回阀周围，在该旁路线路中放置有阀，该阀可操作成打开或关闭的，以控制通过旁路线路的流动。该方法包括将重新填充喷嘴连接到插孔，以及打开旁路阀，以从致冷剂空间排出蒸气以降低其中的蒸气压力以及冷却管道、插孔、重新填充喷嘴以及填充线路。在对存储罐进行排气后，关闭旁路阀，并且可以通过插孔和管道重新填充存储罐。

Description

低温液体存储罐及重新填充该存储罐的方法
技术领域
本发明涉及一种低温液体存储罐及重新填充该存储罐的方法。更具体地，该存储罐包括用于重新填充致冷剂空间(cryogen space)和对该致冷剂空间进行排气的整体装置。
背景技术
低温液体是一般在大气压下具有-100°C(约-150℉)以下的沸点的液化气体。低温液体的例子包括液体天然气(LNG)、氮、氧、二氧化碳、甲烷和氢。
低温液体通常存储在绝热存储罐中，该绝热存储罐包括安装在外壳内的内存储容器，通过绝热材料和布置在内容器与外壳之间的空间中的真空提供绝热。内容器限定了可以存储低温液体的致冷剂空间。这样的布置降低了热从周围环境向存储在致冷剂空间内的低温液体的传递。这样的热传递也被称作“热泄露”，因而希望降低到致冷剂空间中的热泄露。热泄露导致低温液体的汽化，这进而导致致冷剂空间中的蒸气压力升高。如果致冷剂空间中的蒸气压力升高到减压阀的设置点之上，则向大气排出蒸气。为了避免通过排气以及随之发生的将所存储的流体释放到环境中而浪费低温液体，希望设计存储罐来降低热泄露，使得可以将低温液体保存较长一段时间而不排气。每根穿过绝热空间并进入致冷剂空间的管都提供了可能促进热泄露的导热路径。
常规的低温液体存储罐将单独的管用于填充致冷剂空间和对该致冷剂空间进行排气。排气管设有减压阀，如果致冷剂空间内的蒸气压力超过基于存储罐的设计额定压力选择的预定设置点，则该减压阀打开。填充管和排气管都可以在通常被蒸气占据的致冷剂空间的上部分中具有开口端。为了安全的原因，设计规范一般需要防止低温流体通过填充管从存储罐逸出的布置，而常规的填充管一般利用止回阀来实现该目的。因此，对于常规的存储罐，该止回阀使填充线路不适合用作排气线路。
例如，标题为“Relief Valve Construction to Minimize IgnitionHazard from Cryogenic Storage Tanks Containing VolatileLiquids”的美国专利No.5,572,874公开了一种用于从低温液体存储罐的致冷剂空间排气的布置。在该例子中，一个或多个专用排气管被用于各自的减压阀。在一些存储罐中使用两个减压阀是常见的，以防其中一个阀发生故障或与其中一个减压阀相关联的排气线路被堵塞。在这样的布置中，对于这些减压阀中的一个，打开减压阀的设置点可以较高。
标题为“Shutoff Valve for Cryogenic Liquid Storage Tank”的美国专利No.4,956,975公开了另一种排气线路布置，其在排气线路中包括截流阀，当存储罐被填充到其最大容量时，通过低温液体的流动动量关闭该截流阀。类似于其它已知的低温液体存储罐，使用专用管作为排气线路。在所公开的布置中，一根管用于从致冷剂空间的底部填充和抽出低温液体。通过这样的管进行填充的缺点是：当填充存储罐时，进入的低温液体在冷凝可能在致冷剂空间内的蒸气方面不是同样有效。优选的设计利用开口到致冷剂空间的上部分中的填充管，可以在该上部分喷射低温液体，以冷凝蒸气并降低蒸气压力，允许更快和/或更有效地重新填充。
当开始向存储罐重新填充低温液体时，填充线路可能最初处于使某些低温液体汽化的温度，直到低温液体冷却该填充线路。当冷却填充线路时减少被汽化的低温液体的量将是一种改进。
发明内容
提供一种低温液体存储罐，该低温液体存储罐包括限定可以在其内存储低温液体的致冷剂空间的内容器。外壳包围该内容器，具有保持内容器与外壳分开的支撑结构，由此在内容器和外壳之间限定绝热空间。该存储罐还包括结合的填充和排气组件，该结合的填充和排气组件包括具有第一端和在外壳外部的第二端的管道，所述第一端具有至少一个放置在致冷剂空间的上部分内的开口，所述第二端连接到插孔(receptacle)，重新填充喷嘴可以连接到该插孔，以通过管道向致冷剂空间提供低温液体。止回阀被放置在管道中，仅允许在从插孔向致冷剂空间填充低温液体的方向上的流动。旁路线路设有：与在止回阀和致冷剂空间之间的管道连通的一端；与在止回阀和插孔之间的管道连通的第二端；以及放置在旁路线路中的阀，该阀可操作到允许流体流过旁路线路的打开位置和阻止流体流过旁路线路的关闭位置。
优选地，插孔包括截流阀，该截流阀具有被对着底座施加偏压的阀构件。当阀构件与底座接触时，低温液体不能流过该插孔。当重新填充喷嘴连接到该插孔上时，该阀构件被机械地移离底座。这是当重新填充喷嘴从插孔断开时阻止低温液体从插孔泄露的附加安全特征。
在一个优选的实施方案中，旁路线路与管道相比被配置为限制通过它的流动，使得允许较高的流体流速通过管道。也就是说，旁路线路可以使用具有比管道的截面流通面积小的截面流通面积的通道，或可以在旁路线路中设置节流孔。管道还可以是比旁路线路直的流动路径。限制通过旁路线路的流动的原因是旁路线路的尺寸不必与管道的尺寸一样大，因为旁路线路起从致冷剂空间排出蒸气的作用，而管道还起填充致冷剂空间的作用，因而较高的流速对该附加目的是有益的。而且，在与插孔相关联的截流阀发生故障并且手工操作的旁路阀打开的情况下，旁路线路的较小尺寸降低了低温液体可以从致冷剂空间泄露的速率。
在一个优选的实施方案中，结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括：其中安装止回阀的本体；入口开口，该入口开口具有可安装到管道的相应法兰上的法兰，管道在其法兰处退出外壳；设置在本体内的通道，该通道充当管道和旁路线路的相应部分；以及旁路阀的安装位置，使得旁路阀可以直接安装到本体上。本体可以是一个部分组成的本体或包括可以紧固在一起以提供单一本体的多个部分。使用多个部分可以有利于本体的加工。在一些实施方案中，插孔也可以直接安装到本体上，同时本体具有用于接收插孔的整体联接器，或通过单独的装置进行安装，但是在任何一种情况下，这样的布置对消除本体和插孔之间对管的需要都是有利的。
在优选的实施方案中，具有其至少一个开口的管道的第一端放置在致冷剂空间的一部分中，当存储罐填充有低温液体时，该部分通常被蒸气占据。在本公开中，将“蒸气”定义为与“气体”同义。蒸气可以通过低温液体的汽化而形成在致冷剂空间内，当热泄露到致冷剂空间中时，可能导致该汽化。尽管“蒸气”的某些定义将蒸气定义成只可以通过压缩变成液体的气体，但是在本公开中，将蒸气更广泛地定义为包括可以通过降低温度，例如在重新填充过程中将低温液体喷射到蒸气空间中时，冷凝变回液体的气体。因此，通道的放置在致冷剂空间的上部分中的端可以具有多个开口，当填充存储罐时，低温液体可以通过该多个开口喷射到致冷剂空间中。
结合的填充和排气组件还可以包括排气线路，该排气线路包括与在止回阀和致冷剂空间之间的管道连通的一端和与可以通过其使所排出的蒸气消散的通风竖管(vent stack)连通的第二端。放置在排气线路中的、在关闭位置被施加偏压的减压阀控制通过排气线路的流动。当管道中的压力超过预定设置点时，减压阀打开。在一个优选的实施方案中，减压阀的预定设置点是约1.4MPa(约210psi)。在其它实施方案中，减压阀的预定设置点是一个低于2.4MPa(低于约350psi)的选择值。
当结合的填充和排气组件包括排气线路和减压阀时，可以通过在本体内提供用于排气线路的通道和提供用于将减压阀安装到该布置中的本体中的位置，使得可以将减压阀定位成控制通过排气线路的流动，而将这些元件合并到整体阀装置中。因此，整体阀装置的本体提供模块基座，止回阀、旁路阀和减压阀可以安装到该基座上(或内)；以及用于管道、旁路线路和排气线路的内部通道。本体可以包括至少两个可以紧固在一起以形成该本体的部分，这有利于具有内部通道的本体的加工，并且提供了包围减压阀的罩。
结合的填充和排气组件可以进一步包括辅排气线路，该辅排气线路包括与止回阀和致冷剂空间之间的管道连通的一端和与减压阀和通风竖管之间的排气线路连通的第二端。放置在辅排气线路中的辅排气阀控制通过辅排气线路的流动。辅排气线路可以是第二减压阀或可手工操作的排气阀。当蒸气压力小于打开减压阀的设置点时，并且当插孔未连接到重新填充喷嘴上时，可以使用可手工操作的排气阀来提供对存储罐排气的操作灵活性。替代地，如果第二排气阀是第二减压阀，则可以使用它来提供额外安全余量，其中这些减压阀之一具有较高的用于打开的设置点。具有两个减压阀提供了额外的保护度，以防减压阀之一被卡住关闭或以其他方式发生故障。当使用辅排气线路时，可以将用于辅排气线路的通道和用于辅排气阀的安装位置设置在整体阀装置的本体内，从而将这些部件合并到整体阀装置中。
在一个优选的布置中，管道在可以将该管道与支撑结构的元件结合的位置穿透外壳和内容器。通过将管道与支撑结构结合，可以通过降低热传递路径的数目来降低泄露到致冷剂空间中的热。
存储罐还可以包括与止回阀和致冷剂空间之间的管道连通的压力表。对于整体阀装置，可以在与管道连通的本体中设置连接物，压力表可以连接到该连接物。
还单独提供了结合的填充和排气组件，供用于低温液体存储罐。结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括其中安装止回阀和旁路阀的本体。该本体包括设置在其中的流体通道，以允许流体流过在可连接到喷嘴插孔的管道与可以安装到存储罐的相应法兰上的法兰连接之间的该本体。该流体通道通过止回阀提供从插孔到法兰连接的单向流体路径和旁路通道，当旁路阀打开时，流体可以通过该旁路通道通过旁路阀从法兰连接流到插孔。结合的填充和排气组件还可以包括安装到本体上的减压阀和本体内的附加流体通道，流体可以通过该附加流体通道通过减压阀从法兰连接向排气线路排出。另外，结合的填充和排气组件还可以包括安装到本体上的第二排气阀和本体内的附加流体通道，流体可以通过该附加流体通道通过第二排气阀从法兰连接向排气线路排出。该第二排气阀可以是可手工操作的阀或第二减压阀，其具有的用于打开的压力设置点可以被设置得比其它减压阀的高。
提供一种利用所公开的装置用低温液体重新填充存储罐的方法。该方法包括：
将重新填充喷嘴连接到安装在管道上的插孔上，所述管道在插孔和限定在存储罐内的致冷剂空间之间连通；
打开旁路阀，以通过在止回阀的两侧与管道连通的旁路线路从致冷剂空间排出蒸气，直到致冷剂空间内的蒸气压力降低到预定值，以及引导从致冷剂空间排出的蒸气穿过管道，穿过重新填充喷嘴，并且通过与重新填充喷嘴相关的填充线路返回，从而预冷却重新填充喷嘴和填充线路；以及
在关闭旁路阀后，通过管道和止回阀将低温液体引导到致冷剂空间中。
在一个优选的方法中，在致冷剂空间内的压力要降低到的预定值是大气压。
优选地，该方法包括：当用低温液体填充致冷剂空间时，将低温液体引导到致冷剂空间的上部分中，该上部分在致冷剂空间被填充时通常被蒸气占据。通过将低温液体引导到致冷剂空间的上部分中，剩余在致冷剂空间的该部分中的蒸气可以冷凝回成液体。
低温液体可以选自由天然气、氮、氧、二氧化碳、甲烷和氢组成的组。在优选的实施方案中，低温液体是可在内燃机中燃烧的燃料。
在正常的操作条件下，使用该方法通过管道、插孔、重新填充喷嘴以及填充线路对致冷剂空间进行排气，以在重新填充之前预冷却这些部件，并且设置在存储罐周围的绝热物质将泄漏到致冷剂空间中的热降低到使得在重新填充操作之间不必对致冷剂空间进行排气的水平。然而，可能存在一些需要在重新填充操作之间对致冷剂空间进行排气的预定条件。例如，一个这样的预定条件是当蒸气压力升高到预定压力阈值之上时。出于安全原因，为了防止损害存储罐，该方法包括通过操作减压阀从致冷剂空间排出蒸气。在其它条件下，例如，当已知存储罐将空闲一延长的时间段时，操作者可以决定手工对致冷剂空间进行排气，并且希望在操作者选择的时间和地点对致冷剂空间进行排气，而不是等待由于热泄漏到致冷剂空间中而导致蒸气压力升高到减压阀的设置点之上。
优选地，该方法包括利用罩围绕减压阀，该罩将该减压阀与周围环境隔开。这保护减压阀不受原本可能与其接触的由于来自空气中的水凝固而导致的积聚的冰以及污物、油脂、清洁剂和其它污染物的影响。
因此，利用所公开的低温液体存储罐和方法，能够通过管从致冷剂空间排出蒸气，也可以使用该管用低温液体填充该致冷剂空间。该方法允许在重新填充之前对存储罐进行排气，以及使用所排出的蒸气预冷却填充线路。共用的排气和填充线路还降低了到致冷剂空间中的热传递路径的数目，因而降低了热泄漏。填充线路与排气线路的结合还可以导致较不复杂的管道系统布置，该布置具有较少的节点，因而导致较小的泄漏可能。该管道系统布置相对于常规设计的简化也使得降低制造成本成为可能。
附图说明
图1是具有结合的填充和排气线路组件布置的存储罐的示意图解。
图2是结合的填充和排气线路组件的一个优选实施方案的分解
图。
图3是图2的优选实施方案的端视图。图2和3示出了可以如何配置结合的填充和排气线路组件以提供具有较少连接物的简化布置。
具体实施方式
参考图1的示意图解，存储罐100包括限定致冷剂空间104的内容器102、包围内容器102的外壳106以及用于保持内容器102与外壳106分开的支撑结构108，由此在内容器102和外壳106之间限定了绝热空间109。
结合的填充和排气组件110包括具有第一端112a和第二端112b的管道112，第一端112a具有至少一个放置在致冷剂空间的上部分内的开口，第二端112b在外壳106外并且连接到插孔114。当填充用于冷却液体的存储罐时，通常致冷剂空间的一部分被留给蒸气。在从致冷剂空间104排出蒸气以降低蒸气压力之前，将致冷剂空间104完全填充以液体将导致非常短的保持时间。这是因为即使有小量的热泄露到致冷剂空间104中也会导致一些液体的汽化，并且由于有很小的或没有空间被留给蒸气，蒸气压力将快速升高到打开减压阀的水平，导致蒸气被从致冷剂空间104排出。因此，为了增加保持时间和降低需要排出蒸气来降低蒸气压力的可能性，当重新填充存储罐100时，优选地将致冷剂空间104的一部分保留为蒸气空间，有时称作缺量空间(ullage space)。优选地，放置第一端112a的致冷剂空间的上部分是当存储罐填充有低温液体时通常被蒸气占据的致冷剂空间104的一部分。一些存储罐被设计为具有带缺量空间的致冷剂空间，所述缺量空间与当填充该罐时向其中引入低温液体的主存储容积分开。缺量空间与主存储容积连通，但是它们之间的流动被限制，使得当主存储容积满时可以控制重新填充停止，并且分开的缺量空间有助于为蒸气保留一部分致冷剂空间。对于具有分开的缺量空间的存储罐，管道112的第一端112a位于主存储容积的上部分，使得不将低温液体直接引入到分开的缺量空间中，并且被引入的低温液体可以将蒸气冷凝在较大的主存储容积中。利用这样的布置，尽管第一端112a位于主存储容积的上部分，但是当填充主存储容积时可以将它浸没在低温液体中，因为蒸气空间最初在分开的缺量空间中，直到在主存储容积和缺量空间之间建立低温液体水平的均衡。
插孔114为重新填充喷嘴的液密连接提供了连接点，使得可以通过管道112向存储罐100重新填充低温液体。在优选的实施方案中，插孔114包括阀机构，该阀机构在重新填充喷嘴连接到插孔上时可打开，而当重新填充喷嘴从插孔移开时关闭。例如，可以提供机械布置，以当连接重新填充喷嘴时自动将阀构件移动到打开位置，并且可以使用弹簧，以当移开重新填充喷嘴时将阀构件偏置(bias)到关闭位置。
图1的示意图示出了在第一端112a的多个开口，通过这些开口可以将低温液体喷射到致冷剂空间104的上部分中，以当重新填充存储罐100时冷凝蒸气和降低蒸气压力。在重新填充期间，降低致冷剂空间104内的蒸气压力是所希望的，因为它降低了背压，并且允许更快和更有效地重新填充。
在管道112中放置止回阀116，以仅允许在从插孔114填充致冷剂空间104的方向上通过管道112的流动。旁路线路118具有与止回阀116与致冷剂空间104之间的管道112连通的一端和与止回阀116与插孔114之间的管道112连通的第二端。在旁路线路118中放置旁路阀120，并且旁路阀120可操作到允许流体流过旁路线路118的打开位置和阻止流体流过旁路线路118的关闭位置。
在优选的实施方案中，结合的填充和排气组件110还包括排气线路130、减压阀132、排气线路134、旁路排气线路136以及手工排气旁路阀138。排气线路130与止回阀116和致冷剂空间104之间的管道112连通，使得可以在任何时间从致冷剂空间104排出蒸气。排气线路130连接到减压阀132，减压阀132在关闭位置可以是由弹簧施加偏压的，而当致冷剂空间104中的蒸气压力超过预定设置点时可以自动切换到打开位置。设置点通常小于存储罐100的设计压力极限一数量，该数量包括将要使用该存储罐的地方所处管辖范围的设计规范所要求的安全系数。例如，与用于以20.7MPa(3000psi)和更高的压力存储压缩气体的高压容器相比，通常以相对低的压力存储低温液体，打开减压阀的设置点可以是小于2.4MPa(小于约350psi)的预定值。在优选的实施方案中，对于用于北美的存储罐，减压阀的预定设置点可以是约1.4MPa(约210psi)。减压阀132的出口连接到排气线路134，该排气线路可以将所排出的蒸气导向到通风竖管(vent stack)或用于低压气体的回收系统。
旁路排气线路136还在一端与在止回阀116和致冷剂空间104之间的管道112连通，而在另一端，旁路排气线路136与排气线路134连通。排气旁路阀138可以是如图1中所示的可手工操作阀，或可以是辅减压阀，该阀具有比减压阀132高的设置点。在旁路排气线路136上具有可手工操作阀的目的是在以下情况下提供一种降低致冷剂空间104中的蒸气压力的方式：当蒸气压力小于打开减压阀132的预定设置点时，以及当不能通过旁路阀120和插孔114排出蒸气压力时，例如当存储罐不是在重新填充站时。替代地，排气旁路阀138可以是辅减压阀，其被提供作为安全措施以防减压阀132被卡住关闭或以其它方式发生故障的可能性。如果排气旁路阀138不是辅减压阀，则可以与排出管150的管道系统相关联提供辅减压阀。
为了指示致冷剂空间104内的蒸气压力，可以提供压力表140，以测量管道112或排气线路130中的液压。压力表140可以通过测量管道112或排气线路130中的液压来间接测量致冷剂空间104中的压力，而不是将单独的探头引入到致冷剂空间104中——这将增加另一热泄露路径。
如图1所图解的实施例所示，使用诸如管150之类的单独装置来从致冷剂空间104移走低温液体。当低压气体的用户使用存储罐100时，可以使用诸如所图解的管150之类的简单排出管。如果需要，可以利用致冷剂空间104内的蒸气压力从致冷剂空间104推动低温液体，并且可以使用压力控制阀(未示出)来调整流。对于提供高压气体的系统，可以使用低温泵(未示出)，以在低温液体汽化之前抽取它。低温泵可以放置在致冷剂空间104内，或仅具有放置在致冷剂空间104内的吸入口，或可以使用管150来将低温液体导向到可以从其中抽取低温液体的贮槽。也就是说，尽管结合的填充和排气组件110仅使用一个穿过绝热空间109的管道112来达到多个不同的目的，降低了常规构造通常所提供的热传递路径的数目，但是需要单独的管或泵穿过绝热空间109，以移走低温液体来提供给终端用户。
虚线160示出了可以被根据图2和3中所示的布置制造的结合的填充和排气组件110结合和合并的部件与流体通道。虚线160内的流体通道可以设置在立体(solid body)内，止回阀116、旁路阀120、减压阀132和排气旁路阀138全都可以安装到该立体中，以避免其间的单独管道系统，这样的单独管道系统将产生更多接头和可能的泄露路径，以及由于在单独部件之间装管子所需的劳动和/或时间而导致的高制造成本。该立体可以包括法兰162，用于将设置在该立体内的管道112的部分与延伸到致冷剂空间104中并到达第一端112a的管道112的部分相连。
在图1的示意图中，管道112被示为在存储罐100的中心纵轴线附近穿透绝热空间109。在一个优选的实施方案中，管道112在该管道可以与支撑结构的元件结合的位置穿透外壳106和内容器102。管道112和支撑结构之间的这种结合可以有利地进一步降低到致冷剂空间104中的热传递路径的数目。
现在参考图2和3，图解了图1的结合的填充和排气组件的示意布置的物理布置，其中相同的特征用相同的参考数字加一百标示。
为了将部件结合和降低阀之间的管与连接物的数目，结合的填充和排气组件210使用具有内部流体通道的本体。在所图解的实施方案中，本体是一个三个部分组成的本体，包括法兰262、主体264以及减压阀罩266，它们可以结合在一起形成立体。应理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以用不同数目的部分，诸如两个部分或不止三个部分，来形成立体。然而，希望降低部分的数目以简化设计，以及降低部件以及部件之间的密封的数目。可以在法兰262、主体264以及减压阀罩266的配合面之间提供诸如密封垫片或。形密封环之类的密封。类似于图1中所示意性示出的法兰162，法兰262可连附到设置在一个管道上的相应法兰上，所述管道从该相应法兰延伸到放置在致冷剂空间内部的该管道的第一端(图2和3中未示出，但是在图1中被示意地示为第一端112a)。
在组装的立体内设置内部流体通道，以在如图1中的虚线160内示意性示出的阀部件之间提供流体连接。在图2所图解的分解图中，止回阀216被示为在法兰262和主体264之间，表示当组装本体时，将止回阀216保持在法兰262和主体264之间。止回阀216可以安装在主体264上，法兰262可以由主体264的整体部分(integral piece)制成。旁路阀220是可与主体264内的其阀机构安装的，以按与旁路阀120相同的方式起作用，以允许通过管道212b和插孔214排出存储罐的致冷剂空间内的蒸气，从而绕过止回阀216，以及允许所排出的蒸气压力预冷却填充线路。
减压阀232在主体263和减压阀罩266之间安装到主体264上。减压阀罩266包括内部通道，用于将从减压阀232引出的出口以及从排气旁路阀238引出的旁路排气线路连接到排气线路234，排气线路234通向通风竖管或低压气体回收系统。因为罩266中的流体通道是从减压阀232和排气旁路阀238沿着流动方向的，所以所排出的蒸气的压力通常比立体的其他部分中的流体的压力低。除了为排气线路提供整体流体通道外，罩266还包围减压阀232，以保护它不受周围环境影响。减压阀232如果被暴露于污物或其它污染物之中可能需要更频繁的维修。即使暴露在空气中可能也是不希望的，因为这导致在减压阀232周围积聚冰。
例如，可以使用诸如o形环之类的密封来密封阀和联接器安装到主体264上的地方。使用联接器213来在管道212b和主体264之间提供液密连接。联接器270将通道212b连接到插孔214，该插孔优选地具有整体截流阀，当插孔214连接到重新填充喷嘴上时，该截流阀可打开。联接器272将排出管234连接到减压阀罩266。
所公开的结合的填充和排气组件210的一个优点是，所有的阀都位于存储罐的外部，在该存储罐的外部可以容易地接近这些阀以进行操作和维护。通过使用具有内部流体通道的立体来提供如下的整体装置，降低了管道的数量：与在装置中的每个阀之间使用管道的常规布置相比，该整体装置具有较少的组成部分、较少的用于装配的连接物，并且泄漏的可能性降低，并且部件之间具有较短的距离。此外，结合的填充和排气组件210降低了贯穿绝热空间进入致冷剂空间中的管的数目。
结合的填充和排气组件210的还一优点是，可以使用相同的部件来将管道212b和插孔214定向到多个方向，因为联接器213安装有三个螺栓，而主体264可以被制造成具有四个螺栓孔。本领域的技术人员将理解，可以使用其它的螺栓模式来获得相同的结构灵活性。例如，当存储罐是安装到车辆上的燃料罐时，该特征可能是有利的。为了增加在车辆上可以贮存的燃料的数量，燃料罐可以安装到车辆的路边侧(curb-side)和路侧(road-side)两侧。结合的填充和排气组件210的模块化结构允许将相同的部件用于所有的燃料罐，同时无论燃料罐安装在车辆的路边侧还是路侧，都可以从车辆侧接近插孔214，降低了用于加工和维护的零件存货。模块化设计为排气线路234提供了相同的结构灵活性。如图2中所示，优选地，减压阀罩266具有允许以至少两种方式连接它的安装模式，使得排气线路234可以连接成如图3中所示向左边延伸，或者沿相反的方向向右边延伸，如果安装减压阀罩266使得排气线路234的出口面向相反方向的话。参考图3，主体264、减压阀罩266和联接器213的设计允许相同的部件被安装成具有对于排气线路234和管道212b的取向而言的镜像。
如图3所示，可以将附加的部件合并到整体阀装置中。压力表240可以经由通过一个联接器连接到设置在主体264侧的端口的一个管道，与在止回阀216和法兰262之间的主管道本身连通，或与设置在主管道和排气阀232和238之间的主体264内的排气线路通道连通，其中“主管道”在这里指包括主体264内的、以与图1中示意性示出的管道112相同的功能工作的通道的管道。可以使用管子(tubing)280来将信号线引导到主体264中，在该主体中它可以在止回阀216和法兰262之间的位置穿过主管道，并且从该位置继续穿行到致冷剂空间中，在此处它可以连接到诸如水平传感器之类的仪器。与可能针对用于填充、排气、压力测量以及水平测量的单独部件使用穿过罐绝热的单独元件的常规存储罐相比，通过使用整体阀装置的本体将各部件结合降低了各个管和连接物的数目，并且还可以降低到致冷剂空间中的热传递路径的数目。
所共开的装置使给存储罐重新填充低温液体的改进方法成为可能。参考图1至3，该方法包括将重新填充喷嘴连接到插孔114、214，插孔114、214连接到管道112，管道112在插孔114、214和致冷剂空间104之间连通。该方法然后包括打开旁路阀120、220，以通过在止回阀116、216的两侧与管道112连通的旁路线路118从致冷剂空间104排出蒸气。从致冷剂空间104排出的蒸气被引导穿过管道112b、212b、插孔114、214，然后通过重新填充喷嘴和填充线路返回，从而预冷却重新填充喷嘴和填充线路。当致冷剂空间104内的蒸气压力降低到预定值时，关闭旁路阀120、220，并且经由管道112、插孔114、214以及预冷却的重新填充喷嘴和填充线路将低温液体导入到致冷剂空间104中。
在重新填充之前蒸气压力要降低到的预定值可以是大气压或某个其它预定值。在排气阶段可以使用压力表140、240监测蒸气压力。
该方法还可以包括：当致冷剂空间104内的蒸气压力超过预定设置点并且打开减压阀132、232时，或当手工打开旁路排气旁路阀138、238时，通过管道112以及通过排气线路134、234排气。排气旁路阀138、238提供了一种例如在以下情况下对存储罐100进行排气的手动选项：当蒸气压力低于减压阀的设置点并且车辆不是在重新填充站时，或如果重新填充站未配置成通过填充线路接收所排出的蒸气的话。
所公开的方法和装置适合用于被设计用于存储低温液体的存储罐，所述低温液体选自由天然气、氮、氧、二氧化碳、甲烷和氢组成的组。如果低温液体是可在内燃机中燃烧的燃料，可以将该存储罐和方法用于用于存储可以被提供给车辆的发动机的燃料的车辆燃料罐，或其它移动应用，诸如可安装在用于传输低温液体的车辆上的存储罐。
通常从用于分配低温液体的站或移动存储罐重新填充存储罐。通常间歇地使用重新填充喷嘴和填充线路重新填充存储罐。在填充操作之间，环境温度可能使填充线路和重新填充喷嘴变热，这意味着流过填充线路的低温液体将被闪蒸成蒸气，直到填充线路被冷却到在低温液体的闪点之下的温度。一般在重新填充存储罐之前，对它们进行排气，以降低致冷剂空间内的蒸气压力。在这样的情况下，因为蒸气接近低温液体的闪点温度，而该温度比典型的周围环境冷得多，所以存在将蒸气从存储罐排出并通过填充线路返回以在重新填充之前预冷却重新填充喷嘴和填充线路的优点。
尽管已示出和描述了本发明的特定元件、实施方案和应用，但是当然应该理解，本发明不限于此，因为在不背离本公开的范围的情况下，特别是根据上述的教导，本领域的技术人员可以作出修改。

Claims (43)

1.一种低温液体存储罐，所述存储罐包括：
内容器，该内容器限定其中可以存储所述低温液体的致冷剂空间；
包围该内容器的外壳；
在所述内容器和所述外壳之间的支撑结构，用于保持所述内容器与所述外壳分开，由此在所述内容器和所述外壳之间限定绝热空间；
结合的填充和排气组件，包括：
具有第一端和在所述外壳外部的第二端的管道，所述第一端具有至少一个放置在所述致冷剂空间的上部分内的开口，所述第二端连接到插孔，重新填充喷嘴可以连接到该插孔，以通过所述管道向所述致冷剂空间提供所述低温液体；
放置在所述管道中的止回阀，所述止回阀仅允许在从所述插孔给所述致冷剂空间填充所述低温液体的方向上的流动；以及
旁路线路和放置在该旁路线路中的旁路阀，该旁路线路具有与在所述止回阀和所述致冷剂空间之间的所述管道连通的一端，和与在所述止回阀和所述插孔之间的所述管道连通的第二端，该旁路阀可操作到允许流体流过所述旁路线路的打开位置和阻止流体流过所述旁路线路的关闭位置。
2.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括：其中安装所述止回阀的本体；入口开口，该入口开口具有可安装到所述管道的相应法兰上的法兰，所述管道在其法兰处退出所述外壳；设置在所述本体内的通道，该通道充当所述管道以及所述旁路线路的相应部分；以及用于所述旁路阀的安装位置，该旁路阀可直接安装到所述本体上。
3.根据权利要求2所述的存储罐，其中所述本体包括至少两个可以紧固在一起以形成所述本体的部分。
4.根据权利要求2所述的存储罐，其中所述插孔可直接安装到所述本体上。
5.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述管道的所述第一端和所述至少一个开口放置在所述致冷剂空间的一部分中，当所述存储罐填充有低温液体时，该部分通常被蒸气占据。
6.根据权利要求5所述的存储罐，其中所述至少一个开口是多个开口中的一个，当填充所述存储罐时，可以通过该多个开口将低温液体喷射到所述致冷剂空间中。
7.根据权利要求1所述的存储罐，还包括排气线路和放置在该排气线路中的减压阀，该排气线路包括与在所述止回阀和所述致冷剂空间之间的所述管道连通的一端和与可以通过其使所排出的蒸气消散的通风竖管连通的第二端，该减压阀在关闭位置被施加偏压，并且在所述管道中的压力超过预定设置点时打开。
8.根据权利要求7所述的存储罐，其中所述结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括：其中安装所述止回阀的本体；入口开口，该入口开口具有可安装到所述管道的相应法兰上的法兰，所述管道在其法兰处退出所述外壳；设置在所述本体内的通道，该通道充当所述管道、所述旁路线路和所述排气线路的相应部分；以及用于将所述旁路阀和所述减压阀直接安装到所述本体上的相应安装位置。
9.根据权利要求8所述的存储罐，其中所述本体包括至少两个可以紧固在一起以形成所述本体的部分，该本体提供包围所述止回阀和所述减压阀的罩。
10.根据权利要求8所述的存储罐，其中所述插孔可直接安装到所述本体上。
11.根据权利要求7所述的存储罐，其中所述减压阀的所述预定设置点是1.4MPa。
12.根据权利要求7所述的存储罐，其中所述减压阀的所述预定设置点是一个小于2.4MPa的选择值。
13.根据权利要求7所述的存储罐，还包括辅排气线路和放置在该辅排气线路中的可手工操作的排气阀，该辅排气线路包括与在所述止回阀和所述致冷剂空间之间的所述管道连通的一端和与所述减压阀和所述竖管之间的所述排气线路连通的第二端。
14.根据权利要求13所述的存储罐，其中所述结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括：其中安装所述止回阀的本体；入口开口，该入口开口具有可安装到所述管道的相应法兰上的法兰，所述管道在其法兰处退出所述外壳；设置在所述本体内的通道，该通道充当所述管道、所述旁路线路、所述排气线路和所述辅排气线路的相应部分；以及用于将所述旁路阀、所述减压阀和所述可手工操作的排气阀直接安装到所述本体上的相应安装位置。
15.根据权利要求14所述的存储罐，其中所述管道还包括管，该管在所述管道的设置在所述本体内的所述部分和所述插孔之间连通。
16.根据权利要求15所述的存储罐，其中所述排气线路还包括排气管，该排气管在所述排气线路的设置在所述本体内的所述部分和所述通风竖管之间连通。
17.根据权利要求16所述的存储罐，其中所述结合的填充和排气组件是由可以与可在多个方向之一上延伸的所述管和所述插孔组装的部件组成的模块。
18.根据权利要求17所述的存储罐，其中所述部件可以与可在多个方向之一上延伸的所述排气管组装。
19.根据权利要求18所述的存储罐，其中所述存储罐是可安装在车辆的路边侧或路侧的车辆燃料存储罐，并且可以将所述管定向，使得可从所述车辆的旁边接近所述插孔。
20.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述管道在可以将所述管道与所述支撑结构的元件结合的位置穿过所述外壳和所述内容器。
21.根据权利要求1所述的存储罐，还包括放置在一个排气线路中的减压阀，该排气线路从一个所述低温液体可通过其从所述致冷剂空间移走的管道分支出来。
22.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述插孔包括被对着底座施加偏压的阀构件，由此当所述阀构件与所述底座接触时，所述低温液体不能流过所述插孔，而当重新填充喷嘴连接到所述插孔时，所述阀构件被机械地移离所述底座。
23.根据权利要求1所述的存储罐，还包括压力表，该压力表与在所述止回阀和所述致冷剂空间之间的所述管道连通。
24.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述旁路线路与所述管道相比，被配置成限制通过它的流动，因而允许更高的流体流速通过所述管道。
25.根据权利要求1所述的存储罐，其中所述存储罐是可移动的。
26.根据权利要求25所述的存储罐，其中所述存储罐可安置在车辆上。
27.根据权利要求1所述的存储罐，所述存储罐是车辆燃料罐。
28.一种用于低温液体存储罐的结合的填充和排气组件，所述结合的填充和排气组件包括整体阀装置，该整体阀装置包括其中安装止回阀和旁路阀的本体，所述本体包括设置在其中的流体通道，以允许流体流过在可连接到喷嘴插孔的管道与可以安装到所述存储罐的相应法兰上的法兰连接之间的所述本体，所述流体通道通过所述止回阀提供从所述插孔到所述法兰连接的单向流体路径和旁路通道，当所述旁路阀打开时，流体可以通过该旁路通道通过所述旁路阀从所述法兰连接流到所述插孔。
29.根据权利要求28所述的结合的填充和排气组件，还包括安装到所述本体上的减压阀和所述本体内的附加流体通道，流体可以通过该附加流体通道通过所述减压阀从所述法兰连接向一个排气线路排出。
30.根据权利要求29所述的结合的填充和排气组件，还包括安装到所述本体上的第二排气阀和所述本体内的附加流体通道，流体可以通过该附加流体通道通过所述第二排气阀从所述法兰连接向所述排气线路排出。
31.根据权利要求30所述的结合的填充和排气组件，其中所述第二排气阀是可手工操作的阀。
32.根据权利要求30所述的结合的填充和排气组件，其中所述第二排气阀是第二减压阀，该第二减压阀具有的用于打开的压力设置点可以被设置得比所述其它减压阀的高。
33.根据权利要求28所述的结合的填充和排气组件，其中所述插孔可安置到所述本体上。
34.一种用低温液体重新填充存储罐的方法，所述方法包括：
将重新填充喷嘴连接到安装在管道上的插孔上，所述管道在所述插孔和限定在所述存储罐内的致冷剂空间之间连通；
打开旁路阀，以通过在止回阀的两侧与所述管道连通的旁路线路从所述致冷剂空间排出蒸气，直到所述致冷剂空间内的蒸气压力降低到预定值，以及引导所述从所述致冷剂空间排出的蒸气穿过所述管道，穿过所述重新填充喷嘴，并且通过与所述重新填充喷嘴相关的填充线路返回，从而预冷却所述重新填充喷嘴和所述填充线路；以及
在关闭所述旁路阀后，通过所述管道和所述止回阀将低温液体引导到所述致冷剂空间中。
35.根据权利要求34所述的方法，其中在所述致冷剂空间内的压力要降低到的所述预定值是大气压。
36.根据权利要求34所述的方法，其中当用所述低温液体重新填充所述致冷剂空间时，所述方法还包括将所述低温液体引导到所述致冷剂空间的上部分中，该上部分在所述致冷剂空间被填充时通常被蒸气占据。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述低温液体选自由天然气、氮、氧、二氧化碳、甲烷和氢组成的组。
38.根据权利要求34所述的方法，其中所述低温液体是可在内燃机中燃烧的燃料。
39.根据权利要求34所述的方法，还包括，在预定的条件下，通过与在所述止回阀和所述致冷剂空间之间的所述管道连通的排气线路对所述致冷剂空间进行排气。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括通过手工操作放置在所述排气线路中的阀，通过所述排气线路排气。
41.根据权利要求39所述的方法，其中所述预定的条件之一是在所述致冷剂空间内的蒸气压力超过预定设置点时，在该预定条件下，放置在所述排气线路中的减压阀自动打开。
42.根据权利要求41所述的方法，还包括利用罩包围所述减压阀，该罩将该减压阀与周围环境隔开。
43.根据权利要求34所述的方法，还包括将所述管道和所述旁路线路的部分并入其内装有所述止回阀的本体内。
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