CN101622491A - 具有隔开的低温空间的低温流体储罐 - Google Patents

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Abstract

一种低温储罐包括将低温空间划分成主储存空间和副空间的隔板。设置在低温空间内的阀与穿过隔板的第一流道相关联。阀包括由低温空间内的流体力致动的阀构件。穿过隔板的第二流道包括受限的流通面积，该受限的流通面积的尺寸构造为其流通截面积小于充注导管的流通截面积，使得当用液化气体充注主储存空间时，背压存在可检测的增加。一种优选的方法包括在排放和用低温流体再次充注主储存空间时，通过在隔板允许的蒸汽压力差的影响下，从副空间经过第一流道排放液化气体，设立充有蒸汽的缺量空间。如果在再次充注期间蒸汽压力差反向，则阀可以闭合，以留出充有蒸汽的缺量容积。当在再次充注期间检测到背压增加时，停止再次充注。

Description

具有隔开的低温空间的低温流体储罐
技术领域
本发明涉及具有隔开的低温空间的低温流体储罐。更具体地，隔板利用如下设备和方法将低温空间划分成两个储存空间，即，该设备和方法包括穿过隔板的至少两个流道以及调节两个储存空间之间的低温流体的流动的至少一个阀。
背景技术
低温流体包括通常在大气压下沸点低于-100℃(约-150°F)的液化气体。低温流体的示例包括在低温温度下能够以液态储存的液化天然气(LNG)和其它气体，例如氮气、氧气、二氧化碳、甲烷和氢气。
为防止低温流体蒸发损耗并为增加其能够以液态储存的时间，可将低温流体储存在绝热储罐中，该绝热储罐由安装在外壳中的内部储存容器组成，同时由绝热材料以及设置在内部容器和外壳之间的空间中的真空提供热绝缘。内部容器限定出液化气体能够在低温温度下储存于其中的低温空间。这种设置降低了从周围环境到低温空间内储存的低温流体的热量传输，但一些热量进入低温空间是不可避免的，这种热量传输又可以称作“热漏”。热漏使低温流体变暖，这减小了液化气体的密度并提高了低温流体的平均温度和压力。在固定的容积中，液化气体密度减小导致低温蒸汽的密度增大，并且一些蒸汽会被冷凝回到膨胀的液体中。总的来说，低温空间中的液化气体体积将随着由于热漏而造成的平均温度和蒸汽压力升高而稳步增大。如果低温空间中的总压力上升到释压阀的设定值以上，则蒸汽从低温空间排放到大气中，或者排放到回收系统或直接排放至最终用户。例如，使用在工业中通称为经济器的装置，可以将排放的蒸汽直接输送到发动机。然而，减少从低温空间排放的低温流体仍是优选的，所以合乎要求的是，设计储罐以减少热漏，使得能够在不排放的情况下，更加长期地储存低温流体。穿过绝热空间进入低温空间中的各个管道提供了能够有助于热漏的导热路径。减少内部储存容器和外壳之间延伸的管道数量能够减少热漏。还可以通过选择导热系数较低的材料作为内部储存容器的支撑结构来减少热漏。
延长保存时间并降低从低温空间排放蒸汽的可能性的另一种方法是在充注储罐时，为蒸汽留出一部分低温空间。该蒸汽空间通称为缺量空间，且该缺量空间提供用于低温流体膨胀进入的容积，使得在达到释压阀的设定点压力之前，罐不会变得充满液体。如果用液化气体完全装满储罐，而不留出充有蒸汽的缺量空间，则由于几乎不存在液化气体可以膨胀进入的空间，所以即使是非常少的热漏也能够导致储存压力急剧升高。因此，通常做法是在充注储罐时留出不充满液化气体的缺量空间。为有助于在充注储罐时防止缺量空间充满低温流体，标题为“低温液体储罐”的美国专利No.5,404,918(′918专利)公开了具有隔开的低温空间的储罐，在主罐和缺量空间之间只有一个通道装置。通道装置的流通截面积小于充注线的流通截面积，使得当充注低温空间时，限制液化气体流入到隔开的缺量空间中。这种设置的问题在于，虽然通道装置的流通截面积小于充注线的流通截面积，但是，特别是当通道装置位于隔板底部附近以有助于将液化气体排回主罐中时，它仍然允许一定量的液化气体在充注期间流入到缺量空间中。可能更加重要地是，这种设置的另一个问题在于，由通道装置导致的限流也起到限制低温流体从缺量空间流进主罐中的作用。在充注储罐时，如果储罐最初不是空的，则可能有一些液化气体已经存在于缺量空间内。对于用于运载车辆发动机用的燃料的储罐而言，这是很常见的，因为完全清空储罐将使车辆缺乏燃料并抛锚。当再次充注部分空置的储罐时，在再次充注过程期间流入主罐中的新引入的液化气体能够冷凝主罐内的蒸汽，从而降低主罐中的压力。同时，由通道装置提供的限流限制正从缺量空间流回主罐中的液化气体的流动速度，在这种情况下，该流动由高于主罐中的压力的缺量空间的压力驱动。在充注过程的末期，来自缺量空间的液化气体的受限流动能够导致大量液化气体存在于缺量空间内，这导致为蒸汽所留的容积减小。该后果是不利的，因为在再次充注过程的末期蒸汽容积减小意味着用于低温流体膨胀进入的容积较小，这又意味着从低温空间排放蒸汽之前的保存时间较短。此外，在再次充注之后的使用期间，如果从储罐中以较高的速度输送液化气体，则具有一个穿过隔板的限流通道的储罐的另一个缺点在于：由单流道提供的限流能够降低输送液化气体的速度。标题为“具有整合缺量罐(Ullage Tank)的低温液体储罐”的美国专利No.6,128,908(′908专利)所讲授的设计克服了与′918专利所讲授的设计相关的一些问题。′908专利讲授的设置类似于′918专利的设置，除了缺量罐和主罐之间的通道将缺量罐的下部和主罐的上部相连接。这防止了液化气体在充注过程的第一部分期间流入缺量罐中，但所设置通道的小直径仍然限制液化气体流回主罐中的速度。然而，这种设计引入了新的问题，因为它依靠缺量罐和主罐之间的压力差以从缺量罐中清除液化气体，并且这也可能导致液化气体存在于缺量罐内。如果通过主罐和缺量罐之间的分隔壁传输的热量将缺量罐中的蒸汽冷却到这样的程度，以致它冷凝缺量空间中的蒸汽从而降低其中的蒸汽压力，则会损害′908专利讲授的储罐的有效性。如果该压力差没有高到能够有效地通过竖直通道从缺量空间清除液化气体，则当再次充注该罐时，这可能导致所留的蒸汽空间比预期的小。另外，′908专利所讲授的设计的另一个缺点在于：由于缺量空间和主罐之间的竖直通道的直径较小，所以看起来通道可能堵塞，致使该设计的发明者在优选的实施方式中引入作用为防止缺量空间过压的释压装置，这增加了制造成本，也增加了释压阀失效的情况下的可能的失效模式。
标题为“储存冷却液的方法和系统”的美国专利No.5,685,159(’159专利)公开了一种设置，其包括主罐和副罐，副罐可以用作用于主罐的缺量空间。在公开的优选实施方式中，当副罐在主储罐外部时，系统可以包括控制主储罐和副罐之间的流动的电磁阀。可以为电子控制器编程，以便当充注罐时自动致动电磁线圈将阀关闭，以及在其它情况下保持阀打开，以使得副罐与主储罐能够相连通并用作缺量空间。这种设置的缺点在于：主罐和副罐之间的导管将另一个传热路径引入低温空间中。然而，出于维护的目的，有必要将电磁阀定位在储存容器的外部，在那里可以为了保养而触及电磁阀，而且在那里电磁线圈本身将不会将热量引入低温空间中。
′159专利还公开了其它的优选实施方式，其中副罐位于主储罐内。在这些实施方式中，使用毛细管而不是阀来限制在充注期间低温流体流入副罐中的流动，并使副罐和主储罐之间能够连通，以致内部副罐能够用作缺量空间，并使得能够将低温流体(液体和/或蒸汽)排回到主储罐中。这种设置的一个问题在于至少一个毛细管优选地与缺量空间的低点相关联，使得进入缺量空间的或在缺量空间内冷凝的任何液化气体能够通过与缺量空间的低点相关联的毛细管排到缺量空间的低点。由于毛细管总是敞开的，所以它们能够允许低温流体在再次充注期间流入到副罐中，这会导致蒸汽空间的容积减小。
发明内容
一种低温储罐包括由用于储存低温流体的绝热容器限定的低温空间和将低温空间划分成主储存空间和副空间的隔板。在优选的实施方式中，导管将主储存空间和储罐外的管接头相连接，阀设置在低温空间内并与经过隔板的第一流道相关联，该阀包括阀构件，该阀构件由低温空间内的流体力致动以在打开位置和落座位置之间移动，以及经过隔板设置的第二流道，其中第二流道包括受限的流通面积，其尺寸构造为使其流通截面积小于导管的流通截面积，使得当将低温流体引入到主储存空间中并且利用液化气体充注主储存空间时，导管中的背压存在可检测的增加。
在优选的实施方式中，当主储存空间内的流体压力比副空间内的流体压力高出预定量时，阀构件可以从打开位置移动到落座位置。例如，为了将阀构件移动到落座位置，主储存空间内的流体压力必须超过副空间内的流体压力的预定量由阀构件必须位于打开位置的偏置所确定。例如，阀构件可以在低温空间内定位为，使得重力加到作用在阀构件上的流体力，其中重力将阀构件朝打开位置偏置。在这种实施方式中，阀构件可以沿竖直轴线或倾斜轴线在打开位置和落座位置之间移动。
在优选的实施方式中，作用在阀构件上的流体力包括静态液化气体压力和蒸汽压力，以及当阀打开时由流经阀的低温流体引起的动态流体动量力。静态液化气体压力由液化气体在测量流体力的点处的深度决定，该力在低温空间内的最低点处最大，并在液化气体的液位上方为零。
在优选的实施方式中，阀构件为球形。本领域技术人员应当理解其它形状也是可能的。球形的优点在于其相对易于制造，而且无需为了使它适当地落座在落座位置中而引导阀构件的运动和定向。这种优选的设置简化了阀机构，改善了阀的坚固性，由于阀安装在难于为了维修而触及的位置中，所以这是合乎要求的。该简单的设计还降低了制造和装配成本。阀构件可以由选自金属材料和陶瓷材料所构成的群组中的材料制成。这些材料适于在低温环境中使用。虽然已经在低温储罐样品中测试过诸如不锈钢的金属材料，但本领域技术人员应当理解可以替换为公知为在低温环境中耐用的其它适当材料，例如聚四氟乙烯或玻璃。
在优选的实施方式中，第一流道和阀的尺寸构造为当从低温空间分发低温流体时，允许低温流体以一速度从副空间流到主储存空间，该速度保持副空间内的液化气体的液位与主储存空间内的液化气体的液位基本相同。这在从低温空间分发低温流体时，允许将隔板两侧上的液化气体维持在大致相同的液位。公开的储罐提供了优于使用单个经过隔板的受限的流道的现有技术设计的优点，因为可能是这种情况，在该情况下从现有技术的储罐的主储存空间输送液化气体受到从副空间排放液化气体的可能的速度的限制。在一个实施方式中，储罐包括从主储存空间延伸到绝热容器外部的出口导管，其中，当第一流道和打开时的阀在各自最小截面处的流通截面积均至少与出口导管在该出口导管的最小截面处的流通截面积一样大。以这种方式构造流道和阀的尺寸确保从低温空间输送低温流体不受从副空间向主储存空间输送流体的输送速度的限制。
在一些实施方式中，当副空间内的蒸汽压力等于主储存空间内的蒸汽压力时，阀构件可以移动到打开位置。在这种情况下，这意味着阀构件被偏置到打开位置。例如，当用低温流体充注主储存空间时，可将阀构件迫压到闭合位置。在再次充注过程完成之后，由于经过第二流道的开口和经过隔板的热漏，最终蒸汽压力变得基本相等，而且使用这种实施方式，这允许阀打开以使液化气体的液位也持平。
隔板可以定向为在低温空间的上部区域和下部区域之间延伸，从而将低温空间的一侧限定为副空间。基本垂直于纵向轴线、将副空间限定为低温空间的一端的隔板是优选的实施方式，因为用这种构型相对易于制造储罐。然而，因为这导致在排放和再次充注之后，在达到平衡状态之后，液化气体占据隔板两侧上的低温空间，所以第二流道包括带有第一开口和第二开口的导管是有利的，该第一开口在低温空间的上部区域附近通向主储存空间，并且该第二开口在低温空间的下部区域附近通向副空间。这种设置的优点在于，因为第二流道通向副空间的下部区域，所以当在排放和再次充注期间存在足够的压力差时，液化气体可以通过第一流道和第二流道两者排放。这种设置还有助于在排放和充注期间维持压力差，这是由于只要副空间中的开口端浸没在液化气体中，蒸汽就无法经第二流道逸出。
尽管如此，第二流道的更为简单的实施方式也是可以接受的并且仍然根据本公开的方法起作用。例如，更为简单和廉价的是，第二流道是穿过隔板的孔，由此，第二流道的长度仅由隔板的厚度限定。代替简单的孔，第二流道可以包括具有在第二流道中限定出受限的流通面积的孔口的板。孔板增加第二流道的长度并且能够有助于更精确地加工孔口的尺寸。
在再一种实施方式中，第二流道还可以包括设置在其中的阀，这是设置在低温空间内的第二阀，而与第一流道相关联的阀为第一阀。与第一阀相似，第二阀可以包括能够由低温空间内的流体力致动而在打开位置和落座位置之间移动的相关的阀构件。在这种实施方式的优选的设置中，与第二阀相关联的阀构件可以由压力差移动，以便在主储存空间内的流体压力比副空间内的流体压力高出预定量时，将阀构件移动到打开位置以允许低温流体从主储存空间流向副空间。作用在第二阀的阀构件上的闭合力能够在主储存空间内的流体压力未超出副空间内的流体压力预定量时，将阀构件迫压到闭合位置。在这种实施方式中，第二阀被偏置于闭合位置中，使得主储存空间中的流体压力必须超过副空间中的流体压力预定量，以打开第二阀。这在排放和再次充注期间是有利的，因为它防止了蒸汽经过第二流道逸出副空间，同时还防止新引入的液化气体从主储存空间流到其中留出缺量容积的副空间。然后，在再次充注完成之后，如果液化气体膨胀而且主储存空间内的流体压力升高，则第二阀可以打开，以允许蒸汽膨胀进入副空间中。在第二阀的优选实施方式中，第二阀在低温空间中定向为使得与第二阀相关联的阀构件被重力偏置于落座位置中。此处和本说明书的其它位置中使用术语“落座”位置，这是因为当阀构件处于落座位置中时，即使未形成完全的流体密封，第一阀和第二阀也仍然起作用。即，当将阀构件压靠在阀座上时，无论是落座还是完全密封，阀构件都将通过相关联的流道的流动限制到允许设备根据公开的方法操作的程度。与第一阀类似，在第二阀的优选实施方式中，与第二阀相关联的阀构件是球形的，且阀构件可以由选自金属材料和陶瓷材料所构成的群组中的材料制成。
在一个实施方式中，第二阀仅允许流体沿从主储存空间到副空间的方向流经第二流道。这有助于在排放和再次充注期间维持压力差，但防止任何液化气体如在第二流道包括从主储存空间的上部区域延伸到副空间的下部区域的导管时可能的那样，从副空间经过第二流道排放。
在优选的实施方式中，副空间比主储存空间小。例如，对于低温空间大约为75美制加仑(大约0.28立方米)的储罐来说，副空间的容积优选地小于低温空间的容积的15％，而且在一些实施方式中可以小于低温空间的容积的10％。
在一些实施方式中，储罐包括从主储存空间延伸到绝热容器外部的出口导管。在其它实施方式中，储罐包括泵，该泵具有设置在主储存空间内的入口和从泵延伸到绝热容器外部的出口导管。具有泵的储罐更适于作为用于以较高压力输送低温流体的储罐，而在以较低压力输送低温流体，同时由低温空间中的蒸汽压力从低温空间推动低温流体时，可以使用没有泵的出口导管。具有出口导管的储罐还可以与具有外部泵的系统结合。
排放导管与储罐相关联，用于从低温空间排放蒸汽。在优选的实施方式中，充注导管的一部分还可以用作排放导管的一部分。在一个这样的设置中，排放导管在绝热容器外部从充注导管分支，并且与充注导管和排放导管相关联的阀作用为使得通过排放导管或通过充注导管和充注站软管排放蒸汽，以便在再次充注之前预冷充注站软管。
提供了一种在公开的储罐中保存包括液化气体和蒸汽的低温流体的方法。该方法包括在排放并用低温流体再次充注主储存空间时，通过将液化气体从副空间经由穿过隔板设置的第一流道排放到主储存空间来设立充有蒸汽的缺量空间。第一流道的尺寸构造为允许液化气体在隔板允许的蒸汽压力差的影响下流经第一流道。液化气体以一速度排放，该速度允许从副空间排放液化气体以在比排放并用低温流体再次充注主储存空间所需的时间更短的时间内设立容积至少与预设缺量容积一样大的充有蒸汽的缺量空间。该方法还包括当用低温流体充注低温空间时，通过限制液化气体从主储存空间经过第一流道流到副空间中的流动，并限制低温流体流经第二流道，留出充有蒸汽的缺量空间。该方法还包括当检测到当用液化气体充注主储存空间时出现的背压增加时，停止液化气体经过充注导管流入到低温空间中的流动。
该方法还包括在液化气体流经第二流道时，在副空间的下部区域和主储存空间的上部区域之间输送低温流体。
在优选的实施方式中，限制经过第一流道的流动的步骤包括：使用阀来调节经过第一流道的流动，该阀包括可以由低温空间内的流体力在打开位置和落座位置之间致动的阀构件，由此当阀构件处于落座位置中时，由阀限制流体流动。在一个实施方式中，当由主储存空间内的流体作用在阀构件上的流体力比副空间内的流体作用在阀构件上的流体力高出预定余量时，阀构件被迫压到落座位置，否则阀构件被迫压到打开位置。
当用低温流体再次充注主储存空间时，该方法还可以包括以这样的流速引入低温流体，该流速使得主储存空间内的低温流体液位以快于副空间内的低温流体液位的升高速度上升，由此作用在阀构件上的静态流体压力和流体动量压力将其朝落座位置迫压。
除了检测背压的增加以外，检测何时充满储罐的步骤还包括：处理来自液位传感器的信号以确定主储存空间内的液化气体的液位。
如在描述本设备的优选实施方式中已经描述的那样，该方法可以包括在用低温流体再次充注储罐之前，从主储存空间经过充注导管排放蒸汽。这降低了在外部环境和低温空间之间延伸的导管的数量，有助于减少进入到低温空间中的热漏。这种设置还允许该方法进一步包括经过充注站软管排放蒸汽，以在将低温流体输送到储罐之前预冷充注站软管。经过充注站软管排放的蒸汽可以被引到充注站，在该处蒸汽被冷凝并再次液化。在其它情况下，例如如果充注站没有装备或者不愿意接受从储罐中排出的蒸汽，该方法可以包括在用低温流体再次充注储罐之前，从主储存空间经过排放管道排放蒸汽。
当再次充注主储存空间时，该方法还可以包括直到主储存空间内的蒸汽压力低于预定值时，才将低温流体引入到低温空间中。
在包括与第二流道相关联的第二阀的设备的实施方式中，该方法还可以包括在主储存空间内的蒸汽压力比副空间内的蒸汽压力高出预定量时，通过使用低温空间内的流体力来致动阀构件，由此阀构件打开以允许低温流体从主储存空间流到副空间来调节经过第二流道的流体流动。如果第二阀是单向阀，则该方法还可以包括仅允许流体从主储存空间向副储存空间流经第二阀。
附图说明
图1A至1G是穿过隔板的流道的放大图，同时这些放大图中的每个均示出了同一总体发明原理的不同实施方式。图1H是具有隔开的低温空间的储罐的优选实施方式的示意图。隔板将低温空间划分为主储存空间和副空间。每个所示实施方式均包括与第一流道和第二流道相关联的阀，其中第一流道定位在隔板的底部附近，允许低温流体在副空间和主储存空间之间流动，第二流道具有在低温空间的顶部附近通向主储存空间的一端。在图1C、1D和1H中示出的实施方式中，第二流道总是打开的，其开口尺寸限制流过第二流道的流动。图1E至1G示出了还包括阀的第二流道的实施方式，该阀是可操作的以使得低温流体能够从主储存空间流至副空间，并且该阀能够限制倒流。
图2A示出了当排放低温空间以准备充注储罐时，在隔板的各侧上的低温空间内的低温流体压力覆盖以液化气体的液位的图表。图2B是当再次充注主储存空间时的不同情况下相同参数对照时间绘制的图表。图2A和2B以示例的方式描述了公开的实施方式是怎样操作从而将液化气体从副空间排出，并且即使副空间中的液化气体的液位最初就很高，也会在再次充注过程末期留出预期的蒸汽空间容积。
图3是具有隔开的低温空间的储罐的另一种优选实施方式的示意图。在这种实施方式中，在低温空间中设置有泵，以从低温空间输送低温流体。
图4是又另一种实施方式的示意图，其中，隔板将低温空间的上部区域与占据低温空间的下部区域的主储存空间隔开。该第三实施方式也与其它实施方式共用同一发明原理，因为这种实施方式包括使得液化气体能够经过第一流道和第二流道从副空间流至主储存空间的阀，其中第一流道与副空间的底部相关联，第二流道包括在主储存空间的顶部附近通向副空间的开口，以使得蒸汽能够从主储存空间流入到副空间中。
在附图和对于优选实施方式的详细描述中，相似的附图标记用于不同实施方式中相似的部件。示意性地而并非等比例地示出本发明，一些元件被放大或者用符号示出，以简化和/或更加清楚地示出本发明。
具体实施方式
参照附图，储罐100、300和400是本发明的实施方式的示例，其特别适合于在限定出相应的低温空间102和402的绝热容器101内保存低温流体。图1H、图3和图4示出了本发明可以应用于具有不同的隔板构型的储罐，和以较低或相对较高的压力输送储存液体的储罐。例如，图3的实施方式示出了能够用于以较高压力输送低温流体的具有内部泵的储罐。不同的所示实施方式示出本发明可用于利用储罐来保存和分发液化气体的许多不同应用。例如，可以以液态储存和分发气体，以为工业过程提供冷却作用，或者在以气态使用气体的情况下，可以以液态储存它以提高储存密度。公开的储罐特别适合的应用是用于保存和分发液化气体，例如天然气、纯甲烷、氢其、其混合物或能够作为燃料输送至发动机的其它相似的可燃气体。该发动机可以用于，例如为车辆提供动力，驱动其它机器，或者用于发电。
然而，因为低温流体以远低于周围温度的温度保持在储罐中，所以泄露到低温空间中的热量能够将一部分储存的液化气体转化成蒸汽，导致蒸汽压力升高。如果蒸汽压力升高到预定阈值，则释压阀通常打开以排放部分蒸汽进而降低蒸汽压力，从而防止过压和对储罐造成损害。然而，这导致一部分储存的液体被浪费并被释放到周围大气中，除非排放口连接于回收系统，而回收系统会为系统增加更多成本和复杂度。除了浪费储存的低温流体外，如果储存的液体是对环境无害的物质，例如液化氧气或液化氮气，则通过通风竖管或在通风良好的位置中将这种物质排放到大气中没有什么关系。对于诸如天然气的其它物质而言，并不期望排放到大气，然而，如果以液化形式使用所分发的气体而不直接使用所排放的蒸汽，或者如果最终用户通常在高于储罐的释放压力的压力下使用所分发的气体而将所排放的蒸汽的压力增加到所需压力是不可行的，则回收系统可能是不实用的。在释压系统保持必要的安全性特征以防止储罐过压的同时，本公开的目的在于提供改进的特征，该改进的特征为当在储罐的正常操作中保存和分发液化气体时，降低必须从低温空间102排放蒸汽的频率或可能性。
储罐100、300和400都包括隔开的储存空间，该隔开的储存空间有助于在充注低温空间102时留出该低温空间102的一部分不充注液化气体，从而使得低温流体能够在不急剧提高流体压力的情况下膨胀。如已经描述的那样，出于该目的而在低温空间中使用隔板已经为本领域技术人员所公知，但本发明的主题通过根据当时的情况自动调节隔板各侧上的空间之间的流动而做出优于先前已知的设置的改进，例如，当在再次充注之前排放低温空间时，所公开的设置便于从副空间108排出液化气体；或者，在再次充注过程期间，在副空间中留有蒸汽空间的同时使液化气体能够继续从副空间108排出；或者，在保存和分发液化气体的全程中，使主储存空间106中的蒸汽能够流入副空间108中，且能够使低温空间102中的液化气体的液位持平。
参照图中示出的全部实施方式，隔板104和404在相应的实施方式中将低温空间102、402划分成主储存空间106、406和较小的副储存空间108、408。通过经过导管110引入低温流体来充注低温空间102，该导管110包括设置在主储存空间106中的开口端111。低温流体可以经过位于储罐100、300或400外部的管接头114引入导管110中。管接头114可以包括整合的截止阀，当管接头114联接于充注管口时该截止阀打开，而当充注管口不联接于管接头114时该截止阀关闭。总管分路接头115可以用于减少配件和连接件的数量，以简化组装并减少潜在的泄漏点的数量。在图1H中，总管分路接头115内的内部通道将延伸到容器101内部中的导管和三个外部连接件相连接。如已经暗示的那样，一个内部通道从导管110引导至管接头114，用于用低温流体充注低温空间。可以将可选择的截止阀116安装在总管分路接头115与管接头114以及导管110之间，或者安装成利用较少的连接件获得相同的效果，可以将阀组件安装在制成于总管分路接头115内的孔中，由此总管分路接头115就用作截止阀116的本体。使用所示实施方式，蒸汽可以经过导管110从主储存空间106排出。这与传统的系统不同，传统的系统通常将蒸汽排放至大气，导致气体被浪费并被释放到环境中。标题为“低温液体储罐和再次充注该储罐的方法”的共有加拿大专利No.2,505,606(′606专利)公开了一种优选的方法。′606专利公开了经过可以用于再次充注储罐的同一导管排放的设备和方法。经过管接头114排放的蒸汽可以用于预冷用于将液化气体输送到低温空间102的软管和/或管道，并且该排放的蒸汽可以通过充注站再次冷凝并因此得到回收。总管分路接头115内的第二内部通道可以用于将排放的蒸汽从导管110引导至导管117。释压阀118可以安装在总管分路接头115中或在总管分路接头115下游的导管117上。如果充注站并不希望接收从低温空间102排放的蒸汽，则蒸汽可以经过导管117排放。当储罐远离充注站处于正常运行中时，当低温空间102内的蒸汽压力超过预设值时，释压阀118自动打开以通过导管117排放蒸汽。在图1H和图4中示出的实施方式中，第三内部通道将出口导管112与输送导管119相连接，通过该输送导管119可以将低温流体输送给最终用户。在图3示出的实施方式中，仍然可以将出口导管112可选择地安装成连接于排出管路319，但低温泵350设置在主储存空间106中以通过输送导管352将大部分液化气体泵送至最终用户。与其它实施方式相比，低温泵350使图3的实施方式更加适于例如将气体以较高的压力输送给最终用户。
此时参见隔板104及其关联的特征。低温流体可以经由穿过隔板104设置的两个流道，即第一流道120和第二流道130在主储存空间106和副空间108之间流动。第一流道120设置在低温空间102的底部附近，以便于将液化气体从副空间108排放到主储存空间106，并且在特定的情况下，例如在两个空间中的流体压力大致相等时，还使得液化气体能够倒流，即从主储存空间106流到副空间108，例如使得隔板104的两侧液化气体的液位持平。如图1A中所示，当阀122偏置于打开位置中时，例如当阀122和阀构件124定向为通过重力将阀构件124偏置为与阀座126间隔开时，有助于经过第一流道120的双向流动。允许经过阀122的双向流动防止隔板的相对两侧上的液化气体有较大的液位差，避免了静态流体压力失调，否则这种失调可能需要隔板104的结构更加坚固，增加了设备的重量和成本。
阀122通过由低温空间102内的流体力自动致动的阀构件124来调节经过第一流道120的流动。即，阀122不是手动致动的，或由具有诸如电磁线圈的驱动器致动或者由气动或液压活塞致动，或者由任何其它机械机构致动。虽然另外的力可用于偏置阀构件的位置，但是正是作用在阀构件124上的流体力基于当时的情况自动操作阀构件。这些流体力包括安置阀构件124时的蒸汽压力和静态液化气体压力。当阀122打开并且低温流体正流经第一流道120时，作用在阀构件124上的流体力进一步包括沿流体流动方向作用的动态流体动量力。在阀122的所示优选实施方式中，其定向为使重力也作用在阀构件上从而将其偏置于打开位置中。挡板128具有较大的开口，使得液化气体能够随意流入到第一流道120中，同时挡板128防止阀构件124掉出第一流道120。代替挡板128，可以使用诸如第一流道120的壁的突起的其它装置将阀构件124保持在第一流道120中。
第二流道130设置在低温空间102的顶部附近，以允许蒸汽从主储存空间106流入到副空间108中。第二流道130优选地在主储存空间106的上部区域中具有通向主储存空间106的开口，以减少在充注期间从主储存空间106经过第二流道130向副空间108的流动。在图1A至1D和图1H所示的实施方式中，第二流道130总是打开的，但它具有收缩的流通面积，使得主储存空间106和副空间108之间的压力差仍然能够产生。即，当在充注之前排放主储存空间106时，蒸汽还是会从副空间108经过第二流道130排放，但由于流通面积收缩，所以蒸汽不能跟上其从主储存空间106排放的速度，使得压力差能够扩大，这有助于将液化气体从副空间108中经过第一流道120推到主储存空间106。第二流道130中的收缩的另一个益处在于，当正用液化气体充注主储存空间时，收缩的流通面积有助于显示何时装满主储存空间106，因为即使在液化气体的液位达到第二流道130的通向主储存空间106的开口所在的高度之后，打开的第二流道130也将允许少量液化气体流入到副空间108中，当主储存空间106充满之后，收缩的流通面积导致背压的可检测的增大。然而，在正常运行期间当储罐用于保存和分发液化气体，并且热漏使低温空间102中的一些液化气体变暖时，由第二流道130提供的收缩的流通面积足以允许蒸汽在主储存空间106和副储存空间108之间流动，以维持隔板104两侧的蒸汽压力相等，使得在再次充注过程末期留出的蒸汽空间形成用于低温流体膨胀进入的缺量空间，从而降低蒸汽压力的升高速度，延长保存时间，并降低从低温空间102排放蒸汽的需求。仅使用一个穿过隔板的流道的现有技术的储罐需要在以下两种需求中做出妥协，即设置收缩的流道以便当开始充注主储存空间时防止充注副空间的需求以及设置足够大的开口以在排放期间允许从副空间排放液化气体，以及允许在正常运行期间适当的流动的需求。本发明克服了这种现有技术设计的此项缺点。
图1A至1G是隔板104和用于调节穿过隔板104的流动的流道的放大图，每个图均以示例的方式示出了全都共用相同发明原理的不同的设置。
参照图1A，这是图1H中示出的第一流道120的设置的放大图。第一流道120包括向下翻转的弯管，同时竖直部分具有面向主储存空间106的底部的开口端。如示出的那样，阀122和阀构件124定向为使得阀构件124被重力偏置于打开位置中，与阀座126间隔开。挡板128阻止阀构件124掉出第一流道120。
在图1B中，第一流道120呈向上翻转90度的弯管形，同时向上翻转的开口端处于副空间108中。阀122B与弯管的竖直定位的部分相关联，使得阀构件124B由重力迫压到远离阀座126B的打开位置。挡板128B阻止阀构件124B靠在第一流道120的壁上，否则当阀构件124B与阀座126B间隔开时，在该处有可能限制通过那里的流动。
如下所述，图1A和1B的实施方式可以与诸如图1H中所示的第二流道130的开口但是收缩的第二流道配合，或与图1C中所示的第二流道130C配合，或者与还包括阀的第二流道配合，例如图1E到1G中所示的实施方式。在图1H中，第二流道130仅是隔板104中设置的孔口。该孔口可以简单地通过在隔板104上钻孔或者通过安装孔板制成。
参照图1C，第一流道120也是弯管形的，但以与水平轴线成小于90度的角度向下翻转到主储存空间106中，同时阀122C位于向下倾斜的部分上，使得重力仍然将阀构件124C迫压到远离阀座126C的打开位置。该示例示出了为了重力偏置阀构件，它无需竖直定向，并且事实上，可以使用任何倾斜角，如果期望减少重力偏置，并使阀在较小的流体压力差的影响下关闭，则使用更小的倾斜角。挡板128C允许流体经过开口端，同时将阀构件124C保留在第一流道120内。
图1C还示出了用附图标记130C标识的第二流道的另一种实施方式。第二流道130C包括导管，该导管具有通向主储存空间106的上部区域的开口端和通向副空间108的下部区域的开口端。这种构型的优点在于，当从副空间108排放液化气体时，液化气体可以通过第一流道和第二流道排放，而充注第二流道130C的液化气体防止蒸汽流经第二流道130C，这有助于维持有差别的蒸汽压力。虽然图1H的实施方式具有更为简单这一优点，但它在排放主储存空间106的同时使得更多蒸汽能够从副空间108中逸出，这降低了有助于从副空间108排出液化气体的蒸汽压力差。尽管如此，图1H中的第二流道130的受限的流通面积确实使得压力差能够扩大，并经证实满足从副空间108排放液化气体这一预期目的。
参照图1D，第一流道120呈向下翻转90度的弯管形，同时敞开的向下翻转的开口端处于第一储存空间106中。阀122D与弯管的竖直定位部分相关联，使得阀构件124D由重力迫压到远离阀座126D的打开位置。第二流道130D类似于图1C中的第二流道，因为它包括导管，该导管从与主储存空间106的上部区域相关联的开口端延伸至与副空间108的下部区域相关联的开口。然而，在该实施方式中，第二流道130D设置在主储存空间106中，并在阀122D和通向副空间108的开口之间从第一流道120上分支。这种构型示出了本发明原理的范围包括第一流道和第二流道共用一个通过隔板104的开口的实施方式。两个流道限定出两个不同的路径，低温流体能够通过该路径在主储存空间106和副空间108之间流动。第一流道120允许低温流体在主储存空间106的上部区域和副空间108的下部区域之间双向流动，而第二流道130D提供了收缩的流程，该流程允许低温流体在主储存空间106的上部区域和副空间108的下部区域之间流动。即，在该实施方式中，主储存空间106和副空间108之间的两个流道共用同一个穿过隔板104的开口，同时仍以类似于图1C中所示的流道设置的方式起到独立的流道的作用。
图1E到1G均示出了第二流道130的实施方式，该第二流道130进一步包括控制通过第二流道的流动的阀。图1E和1G的实施方式中示出的阀均定向为使得相应的阀构件134E和134F被重力偏置于闭合位置中。这两种设置中的阀以大致相同的方式操作。在图1E中，阀132E设置在其开口端处于副空间108中的向上翻转的弯管的竖直部分中。将阀构件134E示出为处于闭合位置中，靠在阀座136E上。挡板138E防止阀构件134E被推出第二流道130。在图1F中，阀132F设置在其开口端处于主储存空间106中的向下翻转的弯管的竖直部分中。在该图中，阀构件134F示出为处于打开位置中，与阀座136E间隔开。挡板138F通过防止阀构件134F密封靠在第二流道130的壁上而允许低温流体流经阀132F。参照图1E和1F，当主储存空间106中的流体压力高于副空间108中的流体压力时，相应的阀构件134E和134F从闭合位置提升至打开位置。即，与所有其它实施方式相同，主储存空间106中处于较高压力的蒸汽能够经过第二流道130流入到副空间108中，从而缓和例如由热漏和液化气体的体积膨胀导致的流体压力增大的后果。在这些实施方式中，阀132E和132F被重力偏置于闭合位置中，使得在副空间108中的流体压力高于主储存空间106中的流体压力时，阀将保持闭合，而流体压力差能够有助于将液化气体从副空间108经过第一流道120推到主储存空间106中。
图1G示出了包括阀的第二流道130的再一种实施方式。这种实施方式示出了无需重力偏置与第二流道130相关联的阀132G。在这种实施方式中，当储罐水平时，由于阀构件134无需克服重力偏置，因此只要主储存空间106中的蒸汽压力高于副空间108中的蒸汽压力，阀构件134G就能够移动至与阀座136G间隔开的打开位置。即使储罐并不水平，重力也将比其在图1E和1F中所示的实施方式中的情况要小得多。第二流道130，与包括图1E和1F中示出的那些实施方式的所有其它实施方式相同，仍然提供收缩的流通面积，使得当用低温流体充注主储存空间106时，在充满主储存空间时，即使当阀构件134G被迫压到靠在挡板138G上的打开位置时，背压也将升高。与图1E和1F的实施方式相同，当副空间108中的蒸汽压力高于主储存空间106中的蒸汽压力时，阀构件134G将被推靠在阀座136G上，使得能够维持较高的压力差，以在排放或者充注主储存空间106时，有助于将液化气体从副空间108推到主储存空间106中。
对于图中示出的与穿过隔板的流道相关联的阀，下列等式概述了其操作，式中：
Pm是从主储存空间侧作用在阀构件上的流体压力之和，包括蒸汽压力和静态液化气体压力；
Pa是从副空间侧作用到阀构件上的流体压力之和，包括蒸汽压力和静态液化气体压力；
Pg是作用在阀构件上的重力；
Mma是由从副空间经过阀移动到主储存空间的流体引起的、作用在阀构件上的流体动量力；以及
Mam是由从副空间经过阀移动到主储存空间的流体引起的、作用在阀构件上的流体动量力。
对于被重力偏置于打开位置中的阀，例如在相应的图1A、1B、1C、1D和1H中的阀122、122B、122C和122D而言，当Pm＜Pa+Pg+Mam时，阀构件被迫压到打开位置并维持在打开位置中，与阀座间隔开。如果阀构件初始落靠在阀座上，如图1C中所示，即使阀构件允许在它自身和阀座之间存在一些泄露，则Mam也为零或者基本为零。一旦阀构件与阀座间隔开，并且低温流体正从副空间108经过第一通道120流至主储存空间106，则Mam可以增加到更大的值，加到将阀构件迫压到打开位置的力。当Pm+Mma＞Pa+Pg时，阀构件被迫压回到落座位置。例如，当充注主储存空间106，降低隔板104两侧的蒸汽压力差，而且主储存空间106中的液化气体的液位上升导致第一流道120中的流体倒流时，这种情况可能发生，由此Mma加到将阀构件推向阀座的流体力中。当阀构件压靠在阀座上时，Mma是零(或者在通过阀发生少量泄露的情况下，则Mam基本为零)。值得注意的是，在优选的实施方式中，当阀构件处于落座位置中时，完全的流体密封并不是必需的。例如，即使阀允许在阀构件和阀座之间存在少量泄露，只要该泄露小到能够在充注期间留出蒸汽空间的预期容积，则与第一流道120相关联的阀将仍然发挥作用以达到预期效果。即，甚至是部分落座的阀构件或未完全落靠在阀座上的阀构件仍将在流道中提供限制，防止大量流体流过流道。因为公开的设备容许经过阀的一些泄露，所以对于制造规格可以接受较低的精度，这意味着可以将制造阀的成本保持低廉。少量泄露实际上可以有助于在再次充注过程之后，在保存和分发低温流体的正常运行期间，使低温空间102、104中的蒸汽压力和液化气体的液位均等。容许一些泄露还使得设计稳固，这意味着即使并不完全流体密封，它仍将以可接受的方式操作，这对于包括设置在低温空间内的部件的设备是很重要的，在低温空间中这些部件即使并非完全不可行，也非常难于为了维修而触及它们。
对于诸如相应的图1E和1F中的阀132E和132F的、具有被重力偏置于落座位置中的阀构件的阀而言，当Pm+Mma＜Pa+Pg时，阀构件被迫压到落座位置并维持在落座位置中，压靠在阀座上。如果阀构件初始坐靠在阀座上，则Mma为零或基本为零。一旦阀构件被迫压到与阀座间隔开的位置，而且流体从主储存空间106经过第二流道130流至副空间108，则Mma增加到较大的值，加到作用在阀构件上从而将其保持在打开位置中的力。利用被重力偏置于落座位置中的阀构件134E和134F，由于副空间108中的较高的流体压力和与从副空间108经过第二流道130流到主储存空间106的流体流动相关联的流体动量力都作用在阀构件134E和134F上，从而将其迫压到其相应的落座位置，所以相应的阀如同单向阀一样有效地起作用。
如这些实施方式的描述中已经提到的那样，当排放主储存空间106时，期望副空间108中产生较高的蒸汽压力，使得液化气体将从副空间108经过第一流道120流到主空间106。相应地，如果阀132E和132F在主储存空间106的排放期间保持关闭，则这有助于维持促进这一目的的蒸汽压力差。
当Pm+Mma＞Pa+Pg时，阀132E和132F打开，并且当主储存空间106内的蒸汽压力高于分别作用在阀构件134E和134F上的流体压力和重力时，使得主储存空间106中的蒸汽能够经过第二流道130流入到副空间108中。
在所有的实施方式中，与穿过隔板的流道相关联的、并设置在低温空间102内的阀用于调节主储存空间106和副空间108之间的流动，并主要由流体力致动。在一些实施方式中，同样可以施加诸如重力的另外的力以用于帮助使阀构件偏置于打开或闭合位置中。应当认识到还可以将其它的偏置力用于阀构件，例如弹簧力或浮力。虽然示出的实施方式示出了球形的阀构件，但本领域技术人员应当理解阀机构可以是诸如铰链阀构件的不同类型的。只要阀能够制造为具有所需的坚固性、耐久性和预期的使用寿命，阀的类型并不重要，这因为即使并非完全不可行，也难于维修设置在低温空间内的阀。在符合本要求的情况下，在其它实施方式(未示出)中，阀构件可以使用弹簧将其偏置于打开或落座位置中。例如，现参照图1G中示出的阀132G，该阀可以还包括设置在副空间108中、位于阀构件134G和开口端之间的弹簧，由此该弹簧偏置阀构件134G使其靠在阀座136G上。在该示例中，弹簧力将加到用于描述阀构件操作的等式中。还可以存在使用除流体力之外的作用在阀构件上的力的不同组合的实施方式，并且对于这种实施方式，本领域技术人员应当理解怎样修改于此描述的等式以解释作用在阀构件上的其它力。
在下列段落中，将描述不同的操作情况以进一步详细说明优选的实施方式。
再次充注之前排放。在运去充注站以再次充注的储罐内的蒸汽压力可以有很大的变率。能够影响蒸汽压力的许多不同变量中的一部分包括周围温度、低温流体已经保存在储罐中多久、以及最后一次再次充注之后的初始蒸汽压力。通常的做法是在再次充注之前排放低温储罐，以降低低温空间内的蒸汽压力。取决于充注站的输送压力，低温空间中的蒸汽压力可以降低将低温流体输送至储罐的速度。具有竖直隔板和限制穿过隔板的流动的孔口的现有技术的设计存在的问题在于，随着时间的推移，低温空间内的液化气体的由隔板隔开的两个空间中的液位能够持平。因此，当部分空置的储罐被运去充注站时，在副空间中可能存在液化气体。使用现有技术的储罐在排放和再次充注的期间，副空间中的液化气体不能足够快地通过孔口排放到主储存空间中，所以在充注主储存空间之后，由于液化气体仍旧占据副空间中的一部分，所以留出的蒸汽空间比预期的要小。参照图1H的储罐作为示例，本发明解决了该问题。在排放过程期间，由于经过第二流道130的流通面积收缩，所以从主储存空间106排出的蒸汽比其能够从副空间108中排出的速度更快。这造成副空间108和主储存空间106之间的压力差扩大，同时副空间108中的较高压力推动液化气体从副空间108的底部经过第一流道120和打开的阀122。与第二流道130相比，第一流道120的截面积更大，使得液化气体能够很快地从副空间108排出。由于已经从副空间108移除液化气体，并且由于一些蒸汽经过第二流道130排放，所以副空间108和主储存空间106之间的压力差逐渐下降，直到流体压力相等且低温流体停止从副空间108流到主储存空间106。
理解了储罐可以在不同的状态下被运送以再次充注，一些储罐具有较高的蒸汽压力，一些储罐具有较高的残留液化气体液位等，图2A是经由一个示例示出了公开的储罐的优选实施方式是怎样操作以在排放主储存空间的同时从副空间排出液化气体的图表。该示出的示例表示公开的储罐是如何在不同的状况下操作的。图2A是蒸汽压力(左手侧轴线上的刻度)随单位为秒的时间变化覆盖以表示为充满的百分比(右手侧轴线上的刻度)的储罐内的液化气体的液位随同一时间刻度变化绘制的图表。在该示例中，绘制的数据是这样计算出的：基于液化气体为甲烷，而储罐与图1H中所示的储罐相似，为具有水平纵轴线的大体圆筒形，并具有如图1D中所示的穿过隔板的流道，该储罐具有以下特性：低温空间的容量为大约75美制加仑(大约0.28立方米)；充注导管110，其也可以用于排放低温空间102，内径大约为3/4英寸(大约19毫米)；第一流道，内径大约为0.3英寸(大约7.6毫米)；以及第二流道，其是内径大约为3/16英寸(大约4.75毫米)的管子。在该示例中，在通过充注导管110开始排放低温空间102之前，隔板两侧上的液化气体的液位是持平的，初始大约为50％(半空)，而且低温空间中的初始蒸汽压力也是相等的，为每平方英寸170磅(170psi)(约1.2兆帕(MPa))。线210是主储存空间内的蒸汽压力图，而虚线212是副空间内的蒸汽压力图，两者都相对于时间绘制。在时间刻度上的0秒处开始排放低温空间102。线214是主储存空间内的液化气体的液位图，而虚线216是副空间内的液化气体的液位图，与蒸汽压力数据一样，两者相对于同一时间刻度作图。图2A令人惊异地示出，在短期内将液化气体从副空间排出仅需要副空间与主储存空间之间的很小的压力差，在该示例中示出了液化气体的液位在不到220秒内从50％降到约3％，比这蒸汽压力从170psi(大约1.2MPa)降到120psi(大约0.8MPa)所需的时间要少。当从主储存空间106排放蒸汽时，不能从副空间108同样快地排放蒸汽，这导致压力差扩大。在排放过程的末期前后，由于副空间108内的蒸汽压力最终赶上主储存空间106内降低的蒸汽压力，隔板各侧上的蒸汽压力再次相等。在该示例中，在排放过程的全程中，最大压力差扩大到大约0.7psi(大约5千帕(kPa))。而现有技术的储罐限制间隔开的空间之间的流动，这可能抑制从副空间排出液化气体，因为第一流道120的尺寸构造得大到足以使其并未过度限制液化气体从副空间108到主储存空间106的流动，所以公开的设备能够有效地从副空间排放液面更高的液化气体。一旦从副空间108中排放液化气体并且蒸汽压力相等，则即使在蒸汽压力相等之后，阀122也用于限制大量液化气体流回到副空间108中。
再次充注。在优选的方法中，在主储存空间106内的蒸汽压力已经降到低于预设的压力阈值之后，通过充注导管110将低温流体从充注站引入到主储存空间106中，以开始用低温流体再次充注储罐。如前段中所述，在优选的方法中，在排放过程期间从副空间排放液化气体，但是在最差的情况下，当开始再次充注时副空间中仍存在液化气体。例如，运去再次充注的储罐可能初始具有较低的蒸汽压力，因而无需排放，但低温空间内的液化气体的液位持平意味着在开始再次充注时副空间内可能存在大量的液化气体。即使在这种情况下，只要副空间108内的蒸汽压力高于主储存空间106内的蒸汽压力，当前公开的储罐就用于将低温流体从副空间108排到主储存空间106。在充注期间，因为通过导管110新引入的低温流体进一步冷却和冷凝主储存空间106内的蒸汽，所以主储存空间106内的蒸汽压力能够下降。因为与主储存空间106内的蒸汽不同，隔板104防止副空间108内的蒸汽直接接触通过充注导管110引入的低温流体，所以压力差能够扩大。图2B是经由一个示例示出当用低温流体再次充注主储存空间106的时候，公开的储罐是怎样用于从副空间108排放液化气体的图表。与图2A相同，图2B的所示示例表示公开的储罐能够怎样在不同情况下操作的。图2B以与图2A相同的参数绘制，并假设特性相同的储罐，不同之处在于初始条件和时间间隔与何时开始用低温流体再次充注储罐，而不是排放储罐相对应。在该示例中，充注站的输送压力为50psi(大约0.3MPa)。在时间刻度上的0秒处，主储存空间106和副空间108内的蒸汽压力均为120psi(大约0.8MPa)，且隔板两侧上的液化气体的液位持平，仍是初始为50％(半空)。线220是主储存空间内的蒸汽压力图，而虚线222是副空间内的蒸汽压力图，两者都相对于时间绘制。在时间刻度上的0秒处开始再次充注低温空间102。线224是主储存空间内的液化气体的液位图，而虚线226是副空间内的液化气体的液位图，与蒸汽压力数据一样，两者均相对于同一时间刻度绘制。再一次地，使用公开的设备，图2B再次令人惊异地显示出，在短期内将液化气体从副空间排出仅需要副空间与主储存空间之间的很小的压力差，在该示例中示出了液化气体的液位在不到100秒内从50％降到大约15％，这与用低温流体再次充注主储存空间106所需的时间大致相同。在再次充注过程的末期前后，主储存空间106中的蒸汽压力下降的速度也下降(如图2B的右手侧由线220的较小的斜度所示)。在停止引入低温流体之后，在副空间108内的蒸汽压力最终赶上主储存空间106内降低的蒸汽压力时，隔板104各侧上的蒸汽压力相等。在该示例中，在再次充注过程的全程中，最大压力差扩大到大约3.3psi(大约23kPa)，它甚至高于在排放过程的示例中扩大的压力差。申请人发现使用现有技术的储罐，因为现有技术设计使用的孔口的尺寸限制了隔开的空间之间的流动，所以在某些情况下，即使这个量级的压力差都不足以将液化气体从副空间排放到预期液位。
图2A和2B所示的示例均显示出，因为第一流道120的尺寸构造为大到足以使得其并不过度限制液化气体从副空间108到主储存空间106的流动，所以公开的设备能够有效地从副空间排放液面更高的液化气体。使用公开的储罐，在蒸汽压力相等，或流体压力差因增大主储存空间106中的静态流体压力和降低副空间108中的静态流体压力而反向的情况下，能够最终停止液化气体从副空间108的流动。一旦主储存空间106内的流体压力高于副空间108内的流体压力，则阀122关闭并阻止经过第一流道120的流体流动。在该示例中，当流体沿从主储存空间106到副空间108的方向流经第一流道120的速度超过大约0.3盎司/秒(大约9克/秒)时，阀122关闭。因此，由于阀122在流体力的影响下用于限制低温流体从主储存空间106流到副空间108，所以低温流体不会经过第一流道120大量流回到副空间108中。
前段中描述的排放和再次充注情况示出了在排放或再次充注过程期间，公布的储罐是怎样操作以留出将液化气体从中排空的低压蒸汽空间，从而留出能够用作低温液化能够随后膨胀的缺量空间的空间。因为第二流道130位于隔板104的顶部附近，所以在再次充注期间，直到主储存空间106几乎充满时，液化气体才有机会流经第二流道130。尽管如此，由于第二流道具有收缩的流通面积，所以经过第二流道流入到副空间108中的液化气体的量是可以忽略的。特别是当阀122闭合时，当用液化气体再次充注主储存空间106，并且主储存空间106充满液化气体时，第一流道120和第二流道130的收缩的流通面积导致背压骤然升高。充注站可以检测该背压的骤然升高，使其自动停止输送低温流体以防止过度充注。
正常操作期间保存和分发低温流体。在已经用液化气体充满主储存空间106之后，如果任何热量泄漏到低温空间102中并导致液化气体被加热和膨胀，则压缩蒸汽可以经第二流道130流入到副空间108中，防止蒸汽压力骤增，否则在没有蒸汽可以流入的空间的情况下这就可能发生。由于第二流道130允许蒸汽自由地穿过隔板104移动，并由于隔板104是导热的，所以随着时间推移，低温空间102内的压力和温度将相等。由于阀122受重力偏置而打开，所以如果第一流道120的相对端上的流体压力相同，则液化气体能够从主储存空间106经过阀122渗入到副空间108，前提是与这种流动相关联的流体动量力小于将阀构件124迫压到打开位置的重力。随着时间推移，主储存空间106中的液化气体的液位将与副空间108中的液化气体的液位基本相同，但这不会阻止储罐的操作，因为留出预期的蒸汽空间容积的目的已经达到，而且一旦再次充注储罐，低温空间102内的蒸汽空间的位置就无关了。即，只要留出预期的蒸汽空间容积，那么蒸汽是否占据隔板104的两侧上的低温空间102的上部区域就并不重要了。第一流道120和阀122的尺寸构造为使得液化气体能够以足够高的速度流过那里，该速度高到即使在以设计的最大流速分发低温时，也足以允许隔板104的两侧上的液化气体的液位保持基本相平，并且在再次充注之前排放主储存空间106时，足以允许副空间108内的液化气体从那里排空。这是优于现有技术的罐的改进，其中现有技术的罐在隔板中使用单个开口以提供两种具有相反的需求的功能。即，单个流道需要足够小，以限制在再次充注之前流入到副空间中的流量，但在当排放或再次充注储罐时，试图从副空间清空液化气体时或当以最大速度分发液化气体时，这是不利的。通过具有两个流道，一个的尺寸构造为具有收缩以在再次充注期间限制液化气体的流动，同时足够大以在正常操作期间允许蒸汽膨胀和均衡，而另一个流道安装有阀以防止大量液化气体在再次充注期间流入到副空间中，同时尺寸构造为足够大，以在排放或再次充注储罐时或当以较高速度分发液化气体时，允许从副空间以更高的流速流到主储存空间。
图3所示的实施方式与图1H所示的实施方式相似，相似的附图标记指代相似的特征。主要的区别在于储罐300包括泵350，该泵350在主储存空间106内设置有吸入口，以从该处移除低温液体并将其输送至输送导管352。本领域技术人员应当理解图3中示出的第一流道和/或第二流道能够替换为图1B至1G中示出的相应的第一流道或第二流道中的任一个。
图4示出了储罐400的示意图，其中隔板404更加水平地定向，从而将低温空间402划分成主储存空间406和副空间408。虽然制造水平定向的隔板更加困难和昂贵，但是这种实施方式对于从副空间408排放液化气体具有一些功能上的优点。此外，这种实施方式示出了在要求保护的发明的范围内设想的其它构型。可以使用不同的隔板方向。与其它实施方式相似，低温流体可以通过充注导管110引入到低温空间402中，该充注导管110具有通向主储存空间406的出口111。第一流道420在副空间408的低点处设置有开口，以便有助于重力帮助液化气体从副空间408流入到主储存空间406中。阀422包括能够被重力偏置于打开位置中的阀构件424。阀构件424可以制成为能浮在液化气体中，使得在主储存空间406中的液化气体的液位足够高时，除流体动量力以外，浮力也可以作用在阀构件424上，从而将其迫压向阀座426。挡板428允许低温流体进出第一流道420并从该第一流道420离开，同时防止阀构件424掉出。由于副空间408位于低温空间402的上部区域中，所以与具有竖直定向的隔板的实施方式不同，液化气体无需进入副空间以越过低温空间402的底部维持液化气体处于基本恒定的液位处。因此，阀422可以是仅允许低温流体从副空间408经过第一流道流到主储存空间406的单向阀。第二流道430包括将主储存空间406的上部区域与副空间408的上部区域相连接的孔口。该孔口的尺寸构造为限制液化气体从主储存空间406流到副空间408的流动。在充注期间，孔口的尺寸和位置将从主储存空间406流出的液化气体的流动降低到很小的值，因为限制这种流动直到在充注过程的末期前后，当主储存空间406中的液化气体的液位已经上升到孔口所在的高度时为止。第二流道430有助于使整个低温空间402的蒸汽压力相等，并有助于在阀构件424靠在相关的阀座426上形成流体密封的情况下防止阀构件424粘在闭合位置中。与其它实施方式相似，因为阀422防止在充注期间液化气体倒流，所以第一流道420的尺寸可以构造为适应从副空间408流到主储存空间406的较高流速。在储罐400保存和分发液化气体的正常运行期间，第二流道430允许蒸汽从主储存空间406流入到副空间408中，以减缓由热漏和低温空间402内的液化气体的膨胀引起的蒸汽压力增大的速度。在储罐400被运至充注站以再次充注时，使用这种实施方式的构型，主储存空间406中的液化气体的液位将通常低于副空间408的低点，所以所有已保存在副空间408中的液化气体将已经通过阀422排至主储存空间406中。由于在副空间408中通常没有任何液化气体，所以一个区别在于，像其它实施方式中那样形成压力差从而将液化气体从副空间推至主储存空间将并不重要。在充注之前的排放期间使用储罐400，第一流道420与打开的第二流道430两者的较大通流能力将允许蒸汽比限制流体流动的现有技术的设计更快地从副空间408排放，并且这是有利的，因为期望将蒸汽压力降低到较低的压力，以便在需要通过释压阀排放任何蒸汽之前，提高缺量空间的容量以接收更多的蒸汽和膨胀的液化气体。如果充注站的输送压力高于副空间408中的蒸汽压力，在压力差高到足以导致阀构件424向阀座426移动的情况下，这可以在再次充注期间在副空间408中保持较低的蒸汽压力。
虽然已经示出并描述了本发明的具体元件、实施方式和应用，但应当理解，本发明当然不限于此，因为本领域技术人员可以在不背离本公开的范围的前提下，特别是根据前述讲授做出改型。

Claims (44)

1.一种低温储罐，包括：
a.低温空间，其由用于储存低温流体的绝热容器限定；
b.搁板，其将所述低温空间划分成主储存空间和副空间；
c.导管，其将所述主储存空间与所述储罐外的管接头相连接；
d.阀，其设置在所述低温空间内，并与穿过所述隔板的第一流道相关联，所述阀包括能够由所述低温空间内的流体力致动以在打开位置和落座位置之间移动的阀构件；以及
e.穿过所述隔板的第二流道，其中，所述第二流道包括受限的流通面积，所述受限的流通面积的尺寸构造为流通截面积小于所述导管的流通截面积，使得当将所述低温流体引入到所述主储存空间中并用液化气体充注所述主储存空间时，所述导管中的背压存在可检测的增加。
2.如权利要求1所述的储罐，其中，当所述主储存空间内的流体压力比所述副空间内的流体压力高出预定量时，所述阀构件能够从所述打开位置移动至所述落座位置。
3.如权利要求1所述的储罐，其中，所述流体力包括静态液化气体压力和蒸汽压力，以及当所述阀打开时由流经所述阀的所述低温流体引起的动态流体动量力。
4.如权利要求1所述的储罐，其中，所述阀在所述低温空间内定向为使得重力加到作用在所述阀构件上的所述流体力中，其中，所述重力将所述阀构件朝所述打开位置偏置。
5.如权利要求4所述的储罐，其中，所述阀构件能够沿竖直轴线在所述打开位置和所述落座位置之间移动。
6.如权利要求4所述的储罐，其中，所述阀构件能够沿倾斜轴线在所述打开位置和所述落座位置之间移动。
7.如权利要求1所述的储罐，其中，所述阀构件是球形的。
8.如权利要求1所述的储罐，其中，所述阀构件由选自金属材料和陶瓷材料所构成的群组中的材料制成。
9.如权利要求1所述的储罐，其中，所述第一流道和所述阀的尺寸构造为，当从所述低温空间分发所述低温流体时，允许所述低温流体以一速度从所述副空间流向所述主储存空间，所述速度保持所述副空间内的所述液化气体的液位与所述主储存空间内的所述液化气体的液位基本相同。
10.如权利要求1所述的储罐，还包括从所述主储存空间延伸至所述绝热容器外部的出口导管，其中，所述第一流道和打开时的所述阀在各自最小截面处的流通截面积均至少与所述出口导管在所述出口导管的最小截面处的流通截面积一样大。
11.如权利要求1所述的储罐，其中，当所述副空间内的蒸汽压力等于所述主储存空间内的蒸汽压力时，所述阀构件能够移动到所述打开位置。
12.如权利要求1所述的储罐，其中，所述隔板定向为在所述低温空间的上部区域和下部区域之间延伸，从而将所述低温空间的一侧限定为所述副空间。
13.如权利要求12所述的储罐，其中，所述第二流道还包括带有第一开口和第二开口的导管，所述第一开口在所述低温空间的所述上部区域附近通向所述主储存空间，并且，所述第二开口在所述低温空间的所述下部区域附近通向所述副空间。
14.如权利要求1所述的储罐，其中，所述第二流道是穿过所述隔板的孔，且所述第二流道的长度由所述隔板的厚度限定。
15.如权利要求1所述的储罐，其中，具有孔口的板限定出所述第二流道中的所述受限的流通面积。
16.如权利要求1所述的储罐，还包括设置在所述第二流道中的第二阀，所述第二阀包括由所述低温空间内的流体力致动以在打开位置和落座位置之间移动的阀构件。
17.如权利要求16所述的储罐，其中，与所述第二阀相关联的所述阀构件能够由流体压力差移动，以便在所述主储存空间内的流体压力比所述副空间内的流体压力高出预定量时，将所述阀构件移动到所述打开位置，以允许低温流体从所述主储存空间流到所述副空间。
18.如权利要求16所述的储罐，其中，当所述主储存空间内的流体压力未超出所述副空间内的流体压力预定量时，作用在与所述第二阀相关联的所述阀构件上的闭合力将所述阀构件迫压到所述落座位置。
19.如权利要求16所述的储罐，其中，所述第二阀在所述低温空间内定向为使得与所述第二阀相关联的所述阀构件被重力偏置于所述落座位置中。
20.如权利要求16所述的储罐，其中，所述第二阀仅允许流体沿从所述主储存空间到所述副空间的方向流经所述第二流道。
21.如权利要求16所述的储罐，其中，与所述第二阀相关联的所述阀构件是球形的。
22.如权利要求16所述的储罐，其中，与所述第二阀相关联的所述阀构件由选自金属材料和陶瓷材料所构成的群组中的材料制成。
23.如权利要求1所述的储罐，其中，所述副空间小于所述主储存空间。
24.如权利要求1所述的储罐，其中，所述副空间的容积小于所述低温空间的容积的15％。
25.如权利要求1所述的储罐，其中，所述副空间的容积小于所述低温空间的容积的10％。
26.如权利要求1所述的储罐，还包括从所述主储存空间延伸至所述绝热容器外部的出口导管。
27.如权利要求1所述的储罐，还包括在所述绝热容器外部从所述充注导管分支的排放导管。
28.如权利要求1所述的储罐，还包括泵，所述泵具有设置在所述主储存空间内的进口和从所述泵延伸至所述绝热容器外部的出口导管。
29.一种将包括液化气体和蒸汽的低温流体保存在由储罐限定的绝热低温空间中的方法，其中，所述低温空间被隔开，从而将所述低温空间划分成主储存空间和副空间，所述方法包括：
a.当排放并用低温流体再次充注所述主储存空间时，通过将液化气体从所述副空间经由穿过所述隔板设置的第一流道排放至所述主储存空间来设立充有蒸汽的缺量空间，其中，所述第一流道的尺寸构造为，允许所述液化气体在所述隔板允许的蒸汽压力差的影响下流经所述第一流道，所述液化气体以一速度排放，所述速度允许从所述副空间排放液化气体以在比排放并用低温流体再次充注所述主储存空间所需的时间更短的时间内设立容积至少与预设缺量容积一样大的所述充有蒸汽的缺量空间；
b.当用低温流体再次充注所述低温空间时，通过限制所述液化气体从所述主储存空间经过所述第一流道流到所述副空间中的流动，留出所述充有蒸汽的缺量空间。
c.限制经过穿过所述隔板设置的第二流道的低温流体的流动，使得在排放和用低温流体再次充注所述主储存空间时，所述隔板两侧的所述蒸汽压力差能够扩大，并且由此在将低温流体引入到所述主储存空间中时，当用低温流体充注所述主储存空间的时候，出现可检测的背压；以及
d.检测何时充满所述储罐，并在充满所述储罐时停止再次充 注。
30.如权利要求29所述的方法，其中，限制经过所述第一流道的流动的步骤包括：使用阀调节经过所述第一流道的流动，所述阀包括能够由所述低温空间内的流体力在打开位置和落座位置之间致动的阀构件，由此，当所述阀构件处于所述落座位置中时，所述阀限制流体流动。
31.如权利要求30所述的方法，其中，作用在所述阀构件上的所述低温空间内的流体力包括蒸汽压力和静态液化气体压力，以及当所述低温流体流经所述阀时由所述低温流体引起的动态流体动量力。
32.如权利要求30所述的方法，还包括将所述低温空间内的所述阀定向为使得作用在所述阀构件上的重力将所述阀构件朝打开位置偏置。
33.如权利要求30所述的方法，其中，当所述主储存空间内的流体作用在所述阀构件上的流体压力比所述副空间内的流体作用在所述阀构件上的流体压力高出预定余量时，所述阀构件被迫压向所述落座位置，否则所述阀构件被迫压到所述打开位置。
34.如权利要求30所述的方法，其中，当用所述低温流体充注所述主储存空间时，所述方法包括以一流速引入所述低温流体，所述流速使得所述主储存空间内的低温流体液位以快于所述副空间内的低温流体液位的升高的速度上升，由此作用在所述阀构件上的静态流体力和流体动量压力将所述阀构件迫压向所述落座位置。
35.如权利要求29所述的方法，其中，所述检测何时充满所述储罐的步骤包括：处理来自液位传感器的信号，以确定所述主储存空间内的液化气体的液位。
36.如权利要求29所述的方法，其中，通过使所述第二流道的流通截面积小于充注导管的流通截面积，限制经过所述第二流道的流动，当再次充注所述储罐时，低温流体经过所述充注导管被引入到所述主储存空间中。
37.如权利要求32所述的方法，还包括在用低温流体再次充注所述储罐之前，从所述主储存空间经过所述充注导管排放蒸汽。
38.如权利要求29所述的方法，还包括在用低温流体再次充注所述储罐之前，从所述主储存空间经过排放管道排放蒸汽。
39.如权利要求29所述的方法，其中，当再次充注所述主储存空间时，直到所述主储存空间内的蒸汽压力小于预设值时，才将所述低温流体引入到所述低温空间中。
40.如权利要求30所述的方法，还包括用第二阀调节经过所述第二流道的流体流动，所述第二阀包括能够由所述低温空间内的流体力致动的阀构件，由此当所述主储存空间中的蒸汽压力比所述副空间内的蒸汽压力高出预定量时，所述第二阀打开以允许低温流体从所述主储存空间流至所述副空间。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述第二阀是单向阀，并且所述方法还包括仅允许流体从所述主储存空间向所述副储存空间流经所述第二阀。
42.如权利要求29所述的方法，还包括当所述低温流体流经所述第二流道时，在所述副空间的下部区域和所述主储存空间的上部区域之间输送所述低温流体。
43.如权利要求29所述的方法，还包括通过出口导管从所述主储存空间分发所述低温流体。
44.如权利要求29所述的方法，还包括用泵从所述主储存空间泵送所述低温流体，所述泵具有设置在所述低温空间内的入口。
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