CN109488879A - 液体储存系统和在液体储存系统中供给不燃性气体的方法 - Google Patents

Abstract

根据实施方式，液体储存系统包括：储存液体燃料的储罐；在储罐的外部和储罐中液体燃料的液面上方的气相空间之间提供连通的通气管；向气相空间供给不燃性气体的不燃性气体供给装置；安装在通气管中的压力控制装置，响应于气相空间和大气压力之间的压力差而操作，将气相空间中的压力限制在规定范围内。当气相空间中的压力小于或等于规定的下限时，压力控制装置通过通气管将储罐外的环境空气引入气相空间，当气相空间中的压力高于规定的上限时，压力控制装置通过通气管将气体从气相空间排出到储罐外面。

Description

液体储存系统和在液体储存系统中供给不燃性气体的方法

技术领域

本发明的实施方式涉及用于控制在储存液体的储罐内的液面的竖直上方的气相空间中的压力和氧浓度的技术。

背景技术

用于储存液体的储罐包括用于储存水或例如为汽油和柴油的易燃性油的所谓液体储罐。这种储罐中储存液体。如果需要，液体通过管道或类似装置泵送至储罐的外部。有时，在储罐中，气液界面(即液面)的位置下降。储罐中液面竖直上方的气相空间的体积随着液面下降而增加。在储罐内的空间密闭的情况下，气相空间的压力随着液面竖直向下移动而减小。当气相空间中的压力达到接近真空的值时，难以将液体从储罐泵送至储罐的外部。

为此，液体储罐通常具有通气管，以提供上述气相空间和储罐外空间(即大气)之间的连通。通过将储罐外的空气通过通气管引入气相空间，能够使气相空间内的压力接近环境大气压力。通过抑制气相空间中的压力下降，把气相空间下方的液体泵送到储罐外部将变得容易。

这种通气管包括一个所谓的“无阀门通气管”，其在储罐内的气相空间和储罐外的周围环境之间提供恒定的连通。在储罐中储存高挥发性液体的情形下，采用所谓的“带放泄阀的通气管”，其配备有响应于气相空间相对于环境大气的压力差而操作的阀(参见“危険物行政研究会”编著的「危険物施設基準の早わかり(2)」“危险物品设施标准的快速参考(2)”，東京法令出版，2013年2月1日，第261-263页)。这种放泄阀包括止回阀，其允许来自储罐外部的空气流入气相空间并阻止气体从气相空间流向储罐的外部，例如真空泄压阀。

这种用于液体的储罐通常由金属制成。当储罐内的气相空间通过无阀门通气管与大气连通时，含氧空气通过通气管进入气相空间，从而会在储罐的内表面上产生金属腐蚀。在储罐中储存易燃液体的情形下，存在超过规定浓度的氧气可能导致储罐中的气体着火。

希望尽可能降低气相空间内的氧浓度，以避免储罐内表面上的这种金属腐蚀或储罐中储存的易燃液体着火。举例来说，通过向储罐内供应比重大于空气的惰性气体(例如二氧化碳)并在易燃液体的液面的竖直上方形成惰性气体层可避免储罐中的气体起火。

但在例子中，储罐内气相空间的惰性气体层(屏蔽层)的竖直上方的空间与储罐外的大气连通，并充满着含氧空气。这将难以避免储罐内表面的在惰性气体层竖直上方的一部分发生金属腐蚀。比重小于空气的挥发性气体可填充储罐中惰性气体层竖直上方的气相空间的一部分。挥发性气体可能会与进入气相空间的氧气发生反应而着火。

仅通过向液体储罐中的气相空间供应惰性气体便难于彻底地防止储罐中的金属腐蚀和着火。需要使气相空间中的氧浓度尽可能接近零。此外，需要将气相空间内的压力保持在接近环境大气压力的期望范围内，以便于泵出储罐中储存的液体。

发明内容

鉴于上述情况做出了本发明的实施方式。实施方式的目的是提供一种液体储存系统，用于将储罐中的气相空间的压力保持在所需范围内的同时使气相空间中的氧浓度接近于零。

根据一个实施方式，提供了一种液体储存系统，包括：在内部储存液体燃料的储罐；通气管，在所述储罐的外部和所述储罐中的液体燃料的液面的竖直上方的气相空间之间提供连通；用于向所述气相空间供给不燃性气体的不燃性气体供给装置；以及安装在所述通气管中的压力控制装置，该压力控制装置响应于所述气相空间和环境大气之间的压力差而操作，将所述气相空间中的压力限制在包括环境大气压力的规定范围内，其中，当所述气相空间中的压力小于或等于用表压规定的规定下限时，所述压力控制装置通过所述通气管将所述储罐外的环境空气引入所述气相空间，当所述气相空间中的压力大于或等于用表压规定的规定上限时，所述压力控制装置通过所述通气管将气体从所述气相空间排出到所述储罐外。

特别是，所述压力控制装置包含：真空泄压阀，该真空泄压阀为止回阀，在所述通气管内允许空气从所述储罐的外部流动到所述气相空间并阻止气体从所述气相空间流动到所述储罐的外部；以及压力泄放阀，该压力泄放阀为止回阀，在所述通气管内允许气体从所述气相空间流动到所述储罐的外部并阻止空气从所述储罐的外部流动到所述气相空间，所述真空泄压阀和所述压力泄放阀为当所述气相空间的压力在所述规定范围内时闭阀的常闭阀，当所述气相空间内的压力小于或等于所述下限时，所述真空泄压阀开阀以将所述储罐外部的空气引入所述气相空间，以及当所述气相空间中的压力大于或等于所述上限时，所述压力泄放阀开阀以将气体从所述气相空间排出到所述储罐的外部。

根据另一实施方式，提供了一种向液体储存系统的储罐中的气相空间供给不燃性气体的方法，所述液体储存系统包括：在内部储存液体燃料的储罐；通气管，在所述储罐的外部和所述储罐中的液体燃料的液面的竖直上方的气相空间之间提供连通；向所述气相空间供给不燃性气体的不燃性气体供给装置；以及安装在所述通气管中的压力控制装置，该压力控制装置响应于所述气相空间和环境大气之间的压力差而操作，将所述气相空间中的压力限制在包括环境大气压力的规定范围内，其中，所述不燃性气体供给装置在下列情形中的任何一种或其组合下向所述气相空间供应不燃性气体，所述情形包括：所述储罐中储存的液体的液面下降的情形；所述气相空间中的氧浓度高于规定的正常范围的情形；所述储罐中的所述液面的位置低于规定的正常范围的情形；以及所述储罐外的空气通过所述压力控制装置经由所述通气管被引入所述气相空间的情形。

附图说明

图1是根据第一实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的纵截面。

图2是根据第一实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的横截面。

图3是安装在根据第一实施方式的液体储存系统的通气管中的压力控制装置的纵向截面图。

图4是沿着图3的线IV-IV截取的截面图。

图5是安装在根据第一实施方式的液体储存系统的通气管中的过滤器的纵向截面图。

图6是根据第二实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的纵截面。

具体实施方式

在下文中，参考附图详细描述本发明。同时，本发明不受该实施方式的限制。而且，以下实施方式包括本领域技术人员可容易想到的组件或基本相同的组件。

第一实施方式

(液体储存系统的示意性结构)

首先，参照图1和图2描述根据本实施方式的液体储存系统。图1是根据该实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的纵截面。图2是根据该实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的横截面。在图1和图2中，竖直方向上的向上由箭头U表示，并且竖直方向的向下由箭头D表示。

如图1和2所示，根据该实施方式的液体储存系统具有能够在其中储存液体的液体储罐10(简称为储罐)、和用于将储存在储罐中的液体燃料20泵送至储罐10外部的装置25(称为液体泵送装置)。此外，液体储存系统具有用于向储罐10供应不燃性气体的装置30(称为不燃性气体供给装置)、和用于在储罐10外部的空间和储存在储罐10中的液体燃料20的液面21的竖直上方的气相空间22之间提供连通的通气管40。在该实施方式中，储罐10外部的空间是指存在具有环境大气压力的空气(所谓环境空气)的空间。液体泵送装置25将液体燃料20泵入设置在车辆中的储罐或燃料分配器(未示出)中。

储罐10设置在形成于地平面的竖直向下的凹坑中，并构成为所谓的地下液体储罐。特别地，储罐10设置在地下凹坑的基部5和屋顶7之间。屋顶7可以竖直设置在地平面的上方或下方。多个支撑腿6在地下凹坑的基部5上布置并且彼此间隔排列。储罐10设置在这些支撑腿6上以由支撑腿6支撑。地平面下的储罐10可储存挥发性和/或易燃液体，如油和液体燃料。储罐10储存极易挥发的液体燃料，具体说是柴油。

如图1和图2所示，储罐10大体上具有圆柱形状，并且包括沿图1中的箭头L所示的纵向方向延伸的部分11(称为主体部分)。储罐10包括在纵向方向L上设置在主体部分11的外侧的部分16和17(称为镜部)，每个部分都具有半球形状。如图2所示，主体部分11的横截面是环形的。储罐10的主体部分11的竖直向上部分12和竖直向下部分13分别表示为“顶部”和“底部”。

储罐10底部13的内表面13a与液体燃料20物理接触。储存在储罐10中的液体燃料的液面21的竖直上方有一个充满气体的空间22，即所谓的气相空间22。顶部12的内表面12a面向气相空间22并与气体接触。气相空间22中的气体含有由储罐10中的液体燃料20的挥发性成分组成的可燃气体。

镜部16的内表面16a在纵向方向的一端处连接至顶部12的内表面12a和底部13的内表面13a。表面16a与这些内表面12a和13a相连。镜部17的内表面17a在另一端，即在纵向方向上与镜部16相对的一端，连接至顶部12的内表面12a和底部13的内表面13a。内表面17a与这些内表面12a和13a相连。镜部16和17的内表面16a和17a分别部分地面向气相空间22。储罐10可以承受相对较高的内部压力。气相空间22与储罐10的内部容积的比率优选在5％至10％的范围内。

储存在储罐10中的液体燃料通过液体泵送装置25输送到储罐10的外部。液体泵送装置25具有延伸穿过储罐10的导管26(即，供给管)、和安装在导管26中的泵28。导管26在储罐10内部的一端具有用于吸入储存的液体的吸入口27。吸入口27竖直向下设置在储罐10中。特别地，吸入口27布置在底部13的内表面13a的附近。

当泵28运行时，储罐10中储存的液体燃料通过吸入口27进入导管26，并通过导管26泵出储罐10。在此操作期间，在储罐10中，液体燃料20的液面21的位置降低，液面21竖直上方的气相空间22的体积增大，并且气相空间22中的压力降低。

在液体储存系统中，当气相空间22中的压力降低时，启动不燃性气体供给装置30以向气相空间22供应不燃性气体。不燃性气体供给装置30具有用作不燃性气体供给源的气瓶32、和用于将不燃性气体从气瓶32引导至储罐10内的气相空间22的导管34。导管34从气瓶32延伸穿过储罐10的顶部12。导管34在位于储罐10中的一端具有用于供给不燃性气体的供给口35。供给口35布置在储罐10的气相空间22内，特别是布置在顶部12的内表面12a的附近。

当气相空间22中的压力低于气瓶32中的压力和环境大气压力时，气瓶32内的不燃性气体通过导管34被导入储罐10，从而通过供给口35向气相空间22供给。通过不燃性气体供给装置30供应给气相空间22的不燃性气体包括不含氧的惰性气体。不燃性气体优选为“每单位摩尔数的质量”较大(即高密度)，并且为即使排放到周围环境中也不会产生问题的气体。这种不燃性气体包括由分子量比氧大的元素组成的气体，特别是容易获得的稀有气体。这种分子量比氧大的稀有气体包括氩(Ar，平均分子量约40[g/mol])、和氙(Xe，平均分子量约131[g/mol])。在该实施方式中，氩气(Ar)被用作不燃性气体。

通气管40延伸穿过地下凹坑屋顶7和储罐10的顶部12。通气管40在储罐10中具有开口42，气体通过该开口流入或流出。开口42设置在储罐10的气相空间22中，特别是在顶部12的内表面12a附近。另外，通气管40在储罐10的外部具有开口48，气体通过该开口48流入或流出。开口48设置在储罐10外部的存在环境大气压力的空间中，特别是设置在地下凹坑屋顶7的竖直上方。

根据该实施方式的液体储存系统具有响应于气相空间22和环境大气压力之间的压力差而操作的装置50(称为压力控制装置)，以将气相空间22的压力限制到包括环境大气压力的规定范围。下面参照图1至图4描述压力控制装置50。图3是安装在该实施方式的液体储存系统的通气管中的压力控制装置的纵向截面图。图4是沿着图3的IV-IV线截取的截面图。图3和图4示出了包括两个泄压阀的压力控制装置，泄压阀的阀元件均处于关闭位置。在图3中，在相应打开位置的这些阀元件用虚线表示。

压力控制装置50安装在通气管40的中间，并且配置成响应于气相空间22和环境大气压力之间的压力差而操作。特别地，当气相空间22内的压力从环境大气压力下降一规定值或更大时，压力控制装置50将储罐10外部的空气导入气相空间22内。并且，当气相空间22内的压力从环境大气压力上升一规定值或更大时，压力控制装置50将空气从气相空间22排出到储罐10的外部。压力控制装置50将气相空间22内的压力限制在包括环境大气压力的规定范围内，即在规定的下限和上限之间。

如图3所示，压力控制装置50内装有作为止回阀的真空泄压阀60，用于允许空气从储罐10的外部流向气相空间22并阻止气体从气相空间22流向储罐10的外部。进一步地，压力控制装置50内装有作为止回阀的压力泄放阀70，用于允许气体从气相空间22流向储罐10的外部并阻止空气从储罐10的外部流向气相空间22。真空泄压阀60和压力泄放阀70相互并列地布置。真空泄压阀60和压力泄放阀70都是由压力控制装置50中的气体的压力控制其各自的阀元件62和72的开闭的、防止逆流的所谓“挡板阀”(flapper valve)或“瓣阀”(flapvalve)。泄压阀60和70各自响应于气相空间22和环境大气压力之间的压力差而独立地运行。

泄压阀60和70均是当气相空间22的压力在包括环境大气压的规定范围内时阀元件保持闭阀的常闭阀。在图3中，阀60和70的各自的阀元件分别处在用实线表示的正常位置，即关闭位置。包括这些泄压阀60和70的压力控制装置50构造成封闭气相空间22和储罐10外部的环境大气之间的连通。可以避免储罐10外面的含氧空气进入储罐10内的气相空间22。

压力控制装置50具有用于容纳真空泄压阀60和压力泄放阀70的各自的阀元件62和72的公共阀体52(所谓的阀盒)。阀体52将通气管40的比压力控制装置50更靠气相空间22侧的部分45与比压力控制装置50更靠大气侧的部分46连接。阀体52具有大致圆柱形的形状，并且内部具有柱状空间。

压力控制装置50具有分隔部件55，该分隔部件55将柱状空间分隔为与气相空间22连通的空间53(称为罐侧空间)和与储罐10外部的空间连通的空间54(称为大气侧空间)。分隔部件55具有两个贯通孔56和57。特别地，分隔部件55具有与真空泄压阀60的阀元件62相对应的导入口56，当阀元件62处于打开位置时，来自大气侧空间54的空气通过该导入口被引导至罐侧空间53中。此外，分隔部件55具有与压力泄放阀70的阀元件72相对应的排出口57，当阀元件72处于打开位置时，来自罐侧空间53的气体通过该排出口排到大气侧空间54。

如图4所示，分隔部件55具有圆盘形状，并且两个贯穿孔56和57，即导入口56和排出口56均具有基本上圆形的形状。阀元件62和72每个都具有基本上圆盘的形状。真空泄压阀60的阀元件62可以封闭导入口56。压力泄放阀70的阀元件72可以封闭排出口56。真空泄压阀60和压力泄放阀70在分隔件55的径向上彼此相对。真空泄压阀60包括导入口56和阀元件62。压力泄放阀70包括排出口56和阀元件72。换言之，在压力控制装置50中，真空泄压阀60和压力泄放阀70彼此并列连接。

真空泄压阀60和压力泄放阀70均为所谓的“挡板阀(也称为瓣阀)”。真空泄压阀60具有可操作以绕着与分隔部件55结合的枢轴65枢轴转动的阀元件62、和用于将阀元件62施力到其关闭位置(如图3所示)的部件64(称为施力部件)，在该关闭位置阀元件62将在分隔部件55中形成的导入口56封闭。压力泄放阀70具有可操作以绕着与分隔部件55结合的枢轴75枢轴转动的阀元件72、和用于将阀元件72施力到其关闭位置(如图3所示)的施力部件74，在该关闭位置阀元件72将在分隔部件55中形成的排出口57封闭。施力部件64和74每个都可以通过使用各种弹簧例如螺旋扭转弹簧来实现。例如，通过改变弹簧常数，可以分别调节真空泄压阀60和压力泄放阀70的开启和关闭压力。

真空泄压阀60的阀元件62和压力泄放阀70的阀元件72均具有大致圆盘的形状。罐侧空间53的压力(即图1所示的气相空间22的压力)与大气侧空间54的压力(即环境大气压力)之间的压差作用在这些阀元件62和72上。真空泄压阀60和压力泄放阀70如此构造使得各个阀元件62和72根据罐侧空间53和大气侧空间54之间的压力差相对于分隔部件55独立地枢轴转动。

在真空泄压阀60中，当气相空间22的压力小于或等于表压(gauge pressure)规定的规定下限时，即气压空气22的压力从环境大气压力下降规定值时，阀元件62克服施力部件64的施力移动至图3中箭头V所示的打开位置。由此，通过导入口56在罐侧空间53和大气侧空间54之间形成了连通。压力已经降低的气相空间22通过通气管40与储罐10的外部连通。这允许来自储罐10外部的空气被引入气相空间22中。例如将真空泄压阀60开始打开的压力，即气相空间22的压力的下限，用表压设定为负的0.01MPa。

在压力泄放阀70中，当气相空间22的压力大于或等于表压规定的规定上限时，即气压空气22的压力从环境大气压力上升规定值时，阀元件72克服施力部件74的施力移动至图3中箭头P所示的打开位置。由此，通过排出口57在罐侧空间53和大气侧空间54之间形成了连通。压力已经上升的气相空间22通过通气管40与储罐10的外部连通。这允许气相空间22中的气体排出到储罐10外。例如将压力泄放阀70开始打开的压力，即气相空间22的压力的上限，用表压设定为0.01MPa。

当气相空间22的压力降至低于表压规定的规定下限时，如上构造的压力控制装置50允许通过通气管40将储罐10外部的空气导入气相空间22中。根据本实施方式，在液体泵送装置25(如图1所示)将储存在储罐10中的液体燃料20以相对高的流量泵送到储罐10的外部，储罐10中液面21的位置急剧降低，并且即使在不燃性气体供给装置30向气相空间22供给不燃性气体气相空间22的压力也下降的情形下，能够通过将储罐10外部的空气引入气相空间22内来防止气相空间22内的压力过度低于环境大气压力。

此外，当气相空间22内的压力升高到表压规定的规定上限之上时，压力控制装置50允许气相空间22中的空气通过通气管40排到储罐10外。根据该实施方式，在气相空间22内的压力升到上限之上的情形下，当储存在储罐10中的液体燃料20蒸发(挥发)时或当不燃性气体被过量供应到储罐10时，能够通过将填充在气相空间22中的气体排出到储罐10的外部来防止气相空间22中的压力变得过高。

优选地，当来自储罐10外部的空气通过上述压力控制装置50被引入气相空间22时，即真空泄压阀60的阀元件62打开时，不燃性气体供给装置30可将不燃性气体供应到气相空间22。通过使用安装在导管34中的控制阀(未示出)，控制该控制阀在真空泄压阀60的阀元件62处于打开位置时开阀，很容易实现这种情况。

当通过上述压力控制装置50中的真空泄压阀60开阀而将含氧空气引入气相空间22时，填充在气相空间22中的气体的氧浓度上升。气相空间22中的氧气可能会溶解在储罐中的结露水中，并在金属储罐10的内表面12a，13a，16a和17a上引起金属腐蚀。此外，如果气相空间22中的氧浓度高于所谓的“燃烧极限氧浓度”，则液体燃料20或气相空间22中的气体有可能点燃。

为了使气相空间22中的氧浓度尽可能接近零，液体储存系统具有布置在通气管40中的压力控制装置50的气相空间22一侧的过滤器80，以从气体中分离出氧气并保留氧气。下文将参照图1和图5描述过滤器80。图5是安装在根据第一实施方式的液体储存系统的通气管中的过滤器的纵向截面图。图5示出了过滤器中的脱氧剂和吸湿剂的排列。

如图1所示，过滤器80布置在通气管40中的压力控制装置50的气相空间侧。具体地，过滤器80布置在通气管40的比压力控制装置50更靠气相空间22侧的部分45和通气管40的延伸穿过储罐10的顶部12的部分44之间。通气管40的这些部分44和45中的空间始终与气相空间22连通，并且以与气相空间22中相同的压力填充相同的气体。部分44是包括布置在气相空间22中的开口42的端部44。

如图5所示，过滤器80具有设置在通气管40的两个部分44和45之间的外壳82，外壳82中的内部空间83与气相空间22连通(见图1)。外壳82容纳有用于吸收内部空间83中的气体中含有的氧的脱氧剂84、和用于吸收内部空间83中的气体中包含的水分的吸湿剂86。可以使用沸石，特别是吸附和解吸水且不吸附二氧化碳或氮气的3A型沸石，作为吸湿剂86。

过滤器80的外壳82具有大致圆柱形的形状，并且与通气管40的部分44和45同轴地布置。换言之，外壳82形成通气管40的一部分。内部空间83具有圆柱形状。脱氧剂84和吸湿剂86具有在与外壳82的内部空间83的轴线(在图5中用虚线A表示)基本垂直的方向上延伸的圆盘形状。脱氧剂84和吸湿剂86沿着轴线，即沿气体流动的方向，彼此间隔开。

过滤器80具有用于在外壳82内保持脱氧剂84的保持部件85和用于保持吸湿剂的保持部件87。保持部件85和87均为一对网状部件，并且其外缘结合至外壳82。保持部件85和87构造成允许气体通过，并且将脱氧剂84和吸湿剂86分别夹在中间。过滤器80从内部空间83中的气体至少分离出并且保持氧气和水分。

外壳82内的内部空间83与储罐10中的气相空间22连通。过滤器80通过脱氧剂84对气相空间22中的气体进行除氧。另外，过滤器80可以通过吸湿剂86对气相空间22内的气体进行除湿。含有吸附的氧且脱氧能力降低的脱氧剂84、和含有吸收的水分且脱水能力降低的吸湿剂86可分别用新品来更换。外壳82具有用于更换脱氧剂84和吸湿剂86的进入孔(未示出)。另外，性能已经降低的脱氧剂84和吸湿剂86可连同用于容纳新脱氧剂和新吸湿剂的外壳82和保持部件85和87一起更换为另一个过滤器80。

此外，液体储存系统具有能够测量气相空间22中的氧气和不燃性气体中至少一种的浓度的浓度传感器90。液体储存系统具有用于测量与通气管40中的气相空间22连通的空间中的氧浓度的氧浓度传感器90。氧浓度传感器90布置在通气管40的气相空间侧的端部44，端部44内的空间始终与气相空间22连通。例如可以使用氧离子导电性陶瓷传感器，例如稳定氧化锆等，作为氧浓度传感器90。

可以通过这种氧浓度传感器90来测量气相空间22中的氧浓度。能够借助不燃性气体供给装置30确定不燃性气体向气相空间22的供给状态。在不燃性气体供给装置30向气相空间22供给的不燃性气体为氩等稀有气体的情况下，可使用用于测量气相空间22内的不燃性气体的浓度的传感器，通常为用于测量稀有气体(氩)的浓度的稀有气体浓度传感器，来代替氧浓度传感器90。此外，稀有气体浓度传感器和氧浓度传感器90可以组合使用以测量气相空间22中氧气和不燃性气体(稀有气体)两者的浓度。

将参照图1描述用不燃性气体替代储罐10中的空气的方法。在下面的示例中，当储罐10已经从罐车等供应了液体燃料20时，含氧空气进入储罐10中的气相空间22。

首先，在储罐10中安装有与气相空间22连通的导管34。导管34与储罐10外部的作为不燃性气体供应源的气瓶32连接。气瓶32填充有作为不燃性气体的稀有气体，具体说是氩气。要注意的是，导管34或气瓶32可以设有用于控制稀有气体从气瓶32向气相空间22的供给的控制阀(未图示)。

随后，经由导管34从气瓶32向气相空间22供给稀有气体。增大气相空间22的压力以使压力控制装置50的压力泄放阀70开阀。气相空间22中的空气通过通气管40排出(清除)到储罐10外，并且气相空间22和通气管40的内部充满稀有气体。也就是说，稀有气体代替了气相空间22中的气体，主要是含氧空气。

在这种情况下，供给到气相空间22的稀有气体通过通气管40从储罐10部分地排出。稀有气体，特别是氩气不会对人类和环境造成危害，所以即使从储罐10排出，只要量很少就没有特别的问题。

随后，确定气相空间22是否充满稀有气体。具体而言，基于氧浓度传感器90测量的氧浓度来确定。氧浓度传感器90布置在通气管40中的压力控制装置50的气相空间侧。氧浓度传感器90测量与气相空间22连通的通气管40的端部44中的氧浓度。如果氧浓度基本为零，则确定气相空间22充满着稀有气体。

如上所述，通过向气相空间22供给不燃性气体，能够使气相空间22内的氧浓度基本为零。在该示例中，直到由氧浓度传感器90测量的氧浓度变成基本为零，不燃性气体供给装置30才以规定的流量向气相空间22供给作为不燃性气体的稀有气体(氩)。需要注意的是，例如，优选基于由氧浓度传感器90测定的氧浓度，通过不燃性气体供给装置30反馈控制稀有气体向气相空间22的流量和供给时间。

此后，由于储罐10中的液体燃料20通过液体泵送装置25输送至储罐10的外部，因而液面21的位置降低并且气相空间22的体积增加。不燃性气体供给装置30根据气相空间22的体积的增大向气相空间22供给稀有气体，以使储罐10外部的空气不经由通气管40引入到气相空间22中。特别地，不燃性气体供给装置30向气相空间22供给稀有气体，以使压力控制装置50的真空泄压阀60不开阀。

通过控制不燃性气体供给装置30，并同时监测气相空间22中由氧浓度传感器90测量的氧浓度，实现稀有气体向气相空间22的供给。此外，其也可以通过与液体泵送装置25的泵28相配合地控制不燃性气体供给装置30来实现。

当液体燃料20从罐车等供应到储罐10时，液面21的位置上升，气相空间22的体积减小从而增大气相空间22的压力。在这种情形下，压力泄放阀70开阀从而通过通气管40中的压力控制装置50将稀有气体从气相空间22排到储罐10的外部。

进一步，在定期检查储罐10时，用充满空气的气瓶更换不燃性气体供给装置30的气瓶32，空气通过导管34供应到气相空间22，从而提升空间22中的压力。随后，打开压力泄放阀70以通过通气管40将稀有气体从气相空间22排到储罐10的外部，并且气相空间22充满空气。换言之，气相空间22中的气体由稀有气体替换为空气。可以打开设置在储罐10中的维护孔(所谓的检修孔，未示出)，并且由操作员检查储罐10的内部。

如上所述，如图1所示的根据本实施方式的液体储存系统具有用于在其中储存液体燃料20的储罐10；通气管40，其用于在储罐10的外部和储罐10中的液体燃料液面的竖直上方的气相空间之间提供连通；用于向气相空间22提供不燃性气体的不燃性气体供给装置30；和安装在通气管中的压力控制装置50，其响应于气相空间和环境大气压力之间的压力差而操作，从而将气相空间中的压力限制在包括环境大气压的规定范围内。当气相空间的压力小于或等于表压规定的规定下限时，压力控制装置50通过通气管40将储罐外的环境空气引入气相空间22。以及，当气相空间22中的压力大于或等于表压规定的规定上限时，压力控制装置50通过通气管40将气体从气相空间22排出到储罐10外面。需要注意的是，以基于环境大气压力的表压，下限设定为负0.01MPa，并且上限设定为正0.01MPa。

根据该实施方式，能够将储罐10中气相空间22的压力保持在包括环境大气压力的期望范围内，即在下限和上限之间。当储罐10中储存的液体燃料20的液面21的位置下降并且气相空间22的体积增加时，通过不燃性气体供给装置30向气相空间22供给不含氧的不燃性气体。这使得气相空间22中的氧浓度尽量接近于零。通过向气相空间22填充作为不含氧气的不燃性气体的稀有气体，能够维持液体燃料20不与氧气接触的状态。这使得点燃储罐10中的液体燃料20的可能性极低。此外，可以防止储罐10中的金属腐蚀。

根据该实施方式的液体储存系统，压力控制装置50包含作为止回阀的真空泄压阀60，其在通气管40内允许空气从储罐10的外部流动到气相空间22并阻止气体从气相空间22流动到储罐的外部。进一步地，压力控制装置50包含作为止回阀的压力泄放阀70，其在通气管40内允许气体从气相空间22流动到储罐10的外部并阻止空气从储罐10的外部流动到气相空间22。真空泄压阀60和压力泄放阀70是当气相空间22的压力在规定范围内时闭阀的常闭阀。当气相空间22内的压力小于或等于上述下限时，真空泄压阀60开阀以将储罐外部的空气引入气相空间22。当气相空间22中的压力高于或等于上述上限时，压力泄放阀70开阀以将气体从气相空间22排出到储罐的外部。

根据该实施方式，上述的压力控制装置50可以通过两个止回阀(常闭阀)实现，具体是通过在不同的流动方向上彼此并列布置的真空泄压阀60和压力泄放阀70实现。

需要注意的是，不燃性气体供给装置30具有作为不燃性气体供应源的气瓶32、和用于将不燃性气体从气瓶32引导至储罐10中的气相空间22的导管34。不燃性气体供给装置30响应于储罐10中储存的液体燃料20的液面21的下降和气相空间22的体积的增加而向气相空间22适当地供应不燃性气体(稀有气体)。然而，将不燃性气体供应给气相空间22的方法不限于该实施方式。可以根据氧浓度传感器90测得的气相空间22中的氧浓度控制不燃性气体供给装置30，使得气相空间22中的氧浓度接近于零。

进一步地，在通气管40的比压力控制装置50更靠近气相空间22的端部44处设置用于测量气相空间22中的氧浓度的氧浓度传感器90。然而，判断气相空间22中的氧浓度的方法并不限于此。在诸如氩等稀有气体被用作不燃性气体的情况下，可以使用能够测量稀有气体浓度的传感器。

气相空间22中的气体是液体燃料20蒸发(挥发)的气体、从储罐10外部引入的空气、和不燃性气体供给装置30供给的不燃性气体(稀有气体)中的任一种或其组合。通过测量气相空间22中稀有气体的浓度，还能够从测量结果估计气相空间22中的氧浓度。需要注意的是，用于测量氧浓度的氧浓度传感器90和用于测量诸如氩等稀有气体浓度的传感器(未示出)这两者都可以设置在通气管40的与气相空间22始终连通的部分处，如端部44。优选的是，监测稀有气体浓度和氧浓度中的至少一种，并间歇地或连续地供给不燃性气体。

液体储存系统具有设置在通气管40中的比压力控制装置50更靠气相空间侧的过滤器80，以便从自气相空间22流入通气管40的气体中至少分离出并保留氧。在真空泄压阀70开阀以将空气引入气相空间22的情况下，能够使气相空间22中的氧浓度降低，而不用通过打开真空泄压阀70将空气从储罐10排出(清除)。

过滤器80具有吸收与通气管40的气相空间22连通的空间83中的气体所含有的氧的脱氧剂84、和吸收空间83内的气体所含有的水分的吸湿剂86。能够用简单的配置对气相空间22中的气体进行除氧和除湿。优选的是，在气相空间22和通气管40的内部填充稀有气体之后，可用新品分别更换吸附能力降低的脱氧剂84和吸湿剂86。请注意，过滤器80可以用新的过滤器来更换。同样优选的是，通气管40设有绕过过滤器80的导管(未示出)和用于阻止气体流过过滤器80的阀(例如球心阀)。

第二实施方式

参考图6描述根据该实施方式的液体储存系统、以及将不燃性气体供应到液体储存系统的储罐中的气相空间的方法。图6是根据该实施方式的液体储存系统的示意图，并且示出了液体储罐的纵截面。需要注意的是，相同的附图标记用于表示与第一实施方式的构造基本相同的构造，并且省略其描述。

在实施方式中，液体泵送装置25将储存在储罐10中的液体燃料20供应到热机2。热机2是将液体燃料20燃烧产生的热能转换成机械能的原动机。热机2包括例如内燃机、外燃机、燃气轮机和蒸汽轮机。热机2为紧急用柴油机，并且储罐10中储存的液体燃料20为柴油。液体泵送装置25的泵28可以由电力或热机2产生的部分机械力驱动。

用于控制不燃性气体向气相空间22的流动的控制阀36设有导管34C，该导管将来自气瓶32的不燃性气体(稀有气体)引导至储罐10中的气相空间22。将控制阀36构造成其阀元件通过电磁铁的电磁力而动作的阀，即所谓的“电磁阀”。

根据浓度传感器90测量的氧气和不燃性气体中的至少一种的浓度来控制不燃性气体供给装置30C的控制阀36。特别地，根据氧浓度传感器90测量的氧浓度来控制控制阀36。譬如，当气相空间22中的氧浓度等于或高于规定阈值或范围时，进行控制以使得控制阀36开阀，并且使得通过导管34C向气相空间22供给来自用作不燃性气体供应源的气瓶32的不燃性气体(稀有气体)。

储罐10设有测量液体燃料20的液面21的位置的装置94(称为“液面测量仪器”)。液面测量仪器94也被称为“用于测量液面的自动液面测量仪器”或“液面计”。液面测量仪器94包括根据液面21的位置产生信号的开关。开关可取决于液面21的位置是否在规定的正常范围内还是低于该范围而产生信号。根据液面测量仪器94测量的液面的位置控制不燃性气体供给装置30的控制阀36。

液体储存系统具有能控制不燃性气体供给装置30的控制阀36的开闭的控制器100。控制器100例如可以为控制热机2和液体泵送装置25的泵28的电子控制单元(ECU)。控制器100也可以是专门用于液体储存系统的电子控制单元。

控制器100可以获取热机2的工作状态，例如表示热机2的输出轴(未示出)的转矩和转速的信息。控制器100可以获取指示液体泵送装置25的泵28的工作状态的信息，例如指示操作/非操作以及供应给热机2的液体燃料的流量的信息。

控制器100判断是热机2即紧急用柴油机未工作的“正常时”，还是紧急用柴油机处于运转中的“热机在工作”情形。控制器100能够判定储罐10中储存的液体燃料20是否通过液体泵送装置25并借助泵28泵送至热机2，并且判定液面21是否下降(即气相空间的体积是否增加)。

在柴油机2未工作的“正常时”，控制器100根据氧浓度传感器90测量的氧浓度来控制控制阀36的开闭。特别地，当确定氧浓度在规定的正常范围内时，控制器100控制控制阀36闭阀。当确定氧浓度高于正常范围时，控制阀36被控制为开阀，使得来自气瓶32的稀有气体被供应到气相空间22。

如上所述，在“正常时”，当气相空间22中的氧浓度相对较高时，稀有气体被供应到气相空间22以降低氧浓度。通过根据氧浓度适当地向气相空间22供应稀有气体，能够尽可能地将气相空间22中的氧浓度保持在正常范围。

控制器100可以从压力控制装置50获取指示真空泄压阀60和压力泄放阀70(参见图5)中的每个的开阀和闭阀的信息。特别地，控制器100从设置在真空泄压阀60中的开关(未图示)获取指示真空泄压阀60的开阀的信号。

控制器100可以从氧浓度传感器90获取指示通气管40的端部44中的氧浓度，即气相空间22中的氧浓度的信息。特别地，控制器100从设置在氧浓度传感器90中的开关(未示出)获取指示气相空间22中的氧浓度是在规定的正常范围内还是高于该范围的信号。

控制器100可以获取指示储罐10中液体燃料20的液面21的位置的信息。特别地，控制器100通过液面测量仪器94中设置的开关(未示出)获取指示液面21的位置是在规定的正常范围内还是比该正常范围低的信息。

控制器100基于上述各种信息和信号对以下条件进行判定。

(A)热机2(紧急用柴油机)是否在工作；

(B)液体泵送装置25的泵28是否在工作；

(C)储罐10的气相空间22中的氧浓度是否高于规定的正常范围；

(D)储罐10中液面21的位置是否低于规定的正常范围；

(E)压力控制装置50的真空泄压阀60是否开阀。

当满足上述条件(A)至(E)中的至少一个时，控制器100将控制阀36控制为开阀，使得不燃性气体供给装置30C向气相空间22供应稀有气体。当条件(A)至(E)中的任何一个都不满足时，控制器100控制控制阀36闭阀。

在热机2(紧急用柴油机)工作的情形(A)或液体泵送装置25的泵28工作的情形(B)下，即在储罐10中储存的液体燃料20的液面21下降的情形下，气相空间22的体积增大并且气相空间22的压力降低。在该情形下，如果真空泄压阀60开阀，则有可能将含氧空气引入气相空间22。为了抑制向气相空间22引入空气，控制器100进行控制以使控制阀36开阀，从而向气相空间22供给稀有气体。能够通过维持气相空间22中的压力来抑制真空泄压阀60的开阀，并且防止气相空间22中的氧浓度增大。

在气相空间22中的氧浓度高于规定的正常范围的情形(C)下，控制器100控制控制阀36开阀并且使得向气相空间22供给稀有气体。由此，气相空间22中的氧浓度降低，并且能尽可能地将氧浓度保持在正常范围内。要注意的是，当气相空间22中的压力由于向气相空间22供给稀有气体而变得等于或高于规定的上限时，压力控制装置50的压力泄放阀70开阀以便气相空间22中的含氧气体被排出储罐10。

在储罐10中液面21的位置低于规定的正常范围的情形(D)下，控制器100进行控制使得控制阀36开阀以向气相空间22供给稀有气体。由此能够将气相空间22中的压力维持在规定的正常范围内，并且防止因真空泄压阀60开阀导致空气进入气相空间22。

在真空泄压阀60开阀的情形(E)下，即当储罐10外的空气通过压力控制装置50并经由通气管40导入储罐10的气相空间22中时，控制器100进行控制使得控制阀36开阀以便向气相空间22供给稀有气体。当气相空间22中的压力低于规定的下限时，真空泄压阀60开阀。在该情形下，通过由不燃性气体供给装置30C向气相空间22供给惰性气体，能够将气相空间22的压力维持在包括环境大气压力的正常范围内，并且能抑制含氧空气进入气相空间22。

如上所述，根据本实施方式的“将不燃性气体供应到液体储存系统中的储罐内的气相空间的方法”，不燃性气体供给装置在以下情形中的任何一种或其组合下向气相空间供应不燃性气体：储罐中储存的液体的液面下降的情形(A)和(B)；气相空间中的氧浓度高于规定的正常范围的情形(C)；储罐中液面的位置低于规定的正常范围的情形(D)；以及储罐外的空气通过压力控制装置经由通气管引入气相空间的情形(E)。

这防止了压力控制装置50由于气相空间22中的压力降低而通过通气管40将储罐10外部的含氧空气引入储罐10的气相空间22中。通过以这种方式向气相空间22供给不燃性气体，能够在将储罐10中气相空间22的压力维持在期望范围内的同时，保持气相空间22中的氧浓度接近零。能够避免储罐中的金属腐蚀和着火，同时容易地将储罐中的液体泵送到储罐外部。

其它实施方式

尽管已经描述了本发明的实施方式，但是这些实施方式仅以示例的方式给出，并不旨在限制本发明的范围。在上述实施方式中，在储罐10中储存的液体是具有易燃性的液体燃料20例如柴油，但在储罐中储存的液体燃料不限于此。液体可以为各种液体燃料。在储罐10可以是所谓的储存水的储水罐的情形下，不需要对气相空间22进行除湿，并且不需要在过滤器80中设置吸湿剂86。

在上述实施方式中，氩为分子量比氧大的稀有气体，将氩用作通过不燃性气体供给装置30向气相空间22供给的不燃性气体。然而，根据本发明的不燃性气体不局限于此。不燃性气体可以是任何一种，只要它不含氧并且不与储罐10中汽化的气体发生反应即可。根据本发明的不燃性气体可以包括诸如为氙(Xe)，氡(Rn)的稀有气体、诸如为二氧化碳(CO₂)和氮(N₂)的气体、或这些气体的混合物。应该注意的是，优选将这种不含氧的混合气体配置成具有比氧更高的密度。

在上述实施方式中，不燃性气体供给装置30和30C通过导管34和34C将气瓶32中填充的不燃性气体供给到气相空间22，但根据本发明的不燃性气体供给装置并不局限于此。例如，在不燃性气体供给装置中，可以采用压缩机、泵等来替代气瓶32，从而从不燃性气体供应源压缩不燃性气体并且将不燃性气体泵送至气相空间22。

在上述实施方式中，压力控制装置50包括：作为止回阀的真空泄压阀60，其允许在通气管40中空气从储罐10的外部流向气相空间22并阻止气体从气相空间22流向储罐10的外部；和作为止回阀的压力泄放阀70，其允许气体在通气管40中从气相空间22流向储罐10的外部并阻止空气从储罐10的外部流向气相空间22。泄压阀60和70为当气相空间22的压力在规定范围内时闭阀的常闭阀。当气相空间中的压力小于或等于下限时，真空泄压阀60开阀以将储罐10外部的空气引入气相空间22中。当气相空间22中的压力高于或等于上限时，压力泄放阀70开阀以将气体从气相空间22排出到储罐10的外部。然而，根据本发明的压力控制装置并不限于此。例如，压力控制装置包括至少一个泄压阀或控制阀，其用于将气相空间22的压力控制在包括环境大气压力的规定范围内，即在规定的下限和上限之间。

上述实施方式可以以任何可能的方式组合。此外，可以将上述实施方式归纳成各种配置中的实践。在不脱离本发明的范围和精神的情形下，可以做出各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (14)

1.一种液体储存系统，包括：

在内部储存液体燃料的储罐；

通气管，在所述储罐的外部和所述储罐中的液体燃料的液面的竖直上方的气相空间之间提供连通；

用于向所述气相空间供给不燃性气体的不燃性气体供给装置；以及

安装在所述通气管中的压力控制装置，该压力控制装置响应于所述气相空间和环境大气之间的压力差而操作，将所述气相空间中的压力限制在包括环境大气压力的规定范围内，其中，

当所述气相空间中的压力小于或等于用表压规定的规定下限时，所述压力控制装置通过所述通气管将所述储罐外的环境空气引入所述气相空间，当所述气相空间中的压力大于或等于用表压规定的规定上限时，所述压力控制装置通过所述通气管将气体从所述气相空间排出到所述储罐的外部，

所述压力控制装置包含：

真空泄压阀，该真空泄压阀为止回阀，在所述通气管内允许空气从所述储罐的外部流动到所述气相空间并阻止气体从所述气相空间流动到所述储罐的外部；以及

压力泄放阀，该压力泄放阀为止回阀，在所述通气管内允许气体从所述气相空间流动到所述储罐的外部并阻止空气从所述储罐的外部流动到所述气相空间，

所述真空泄压阀和所述压力泄放阀为当所述气相空间的压力在所述规定范围内时闭阀的常闭阀，

当所述气相空间内的压力小于或等于所述下限时，所述真空泄压阀开阀以将所述储罐的外部的空气引入所述气相空间，

当所述气相空间中的压力大于或等于所述上限时，所述压力泄放阀开阀以将气体从所述气相空间排出到所述储罐的外部。

2.根据权利要求1所述的液体储存系统，其中，

所述压力控制装置包括：

容纳所述真空泄压阀的阀元件和所述压力泄放阀的阀元件的阀体；以及

分隔部件，将所述阀体内部的空间分隔成与所述气相空间连通的罐侧空间和与所述储罐的外部连通的大气侧空间，

所述分隔部件具有导入口和排出口，所述导入口对应于所述真空泄压阀的阀元件设置，在该阀元件处于打开位置时将来自大气侧空间的空气引入所述罐侧空间，所述排出口对应于所述压力泄放阀的阀元件设置，在该阀元件处于打开位置时将气体从所述罐侧空间排出到所述大气侧空间，

所述真空泄压阀和所述压力泄放阀构成为，使得各自的阀元件响应于所述罐侧空间和所述大气侧空间之间的压差而相对于所述分隔部件独立地枢轴旋转。

3.根据权利要求1所述的液体储存系统，其中，

所述不燃性气体包括每单位摩尔数的质量大于氧的气体。

4.根据权利要求3所述的液体储存系统，其中，

所述不燃性气体包括分子量大于氧的气体。

5.根据权利要求4所述的液体储存系统，其中，

所述不燃性气体包括稀有气体。

6.根据权利要求1所述的液体储存系统，其中，

还包括：

过滤器，布置在所述通气管的比所述压力控制装置更靠近所述气相空间侧，从所述气相空间中的气体中至少分离并保持氧。

7.根据权利要求6所述的液体储存系统，其中，

所述过滤器具有吸收所述通气管中的气体含有的氧的脱氧剂。

8.根据权利要求6所述的液体储存系统，其中，

所述过滤器具有吸收所述通气管中的气体含有的水分的吸湿剂。

9.根据权利要求1所述的液体储存系统，其中，

还包括：

用于测量所述气相空间中的氧和不燃性气体中至少一种的浓度的浓度传感器。

10.根据权利要求1所述的液体储存系统，其中，

所述不燃性气体供给装置包括：

不燃性气体供应源；

将不燃性气体从所述不燃性气体供应源引导至所述气相空间的导管；以及

安装在所述导管中的控制阀，控制不燃性气体从所述不燃性气体供应源到所述气相空间的供给。

11.根据权利要求10所述的液体储存系统，其中，

还包括测量所述气相空间中的氧和不燃性气体中至少一种的浓度的浓度传感器，

所述控制阀根据所述浓度传感器测量的氧和不燃性气体中的至少一种的浓度而被控制。

12.根据权利要求10所述的液体储存系统，其中，

所述储罐设有测量所述储罐内储存的液体的液面的位置的液面测量计，

所述控制阀根据所述液面测量计所测量的液面的位置而被控制。

13.根据权利要求10所述的液体储存系统，其中，

还包括控制所述控制阀的开阀和闭阀的控制器，

所述控制器在下列情形中的任何一种或其组合下控制所述控制阀开阀，从而向所述气相空间供给不燃性气体，所述情形包括：

所述储罐中储存的液体的液面下降的情形；

所述气相空间中的氧浓度高于规定的正常范围的情形；

所述储罐中的所述液面的位置低于规定的正常范围的情形；以及

所述储罐外的空气通过所述压力控制装置经由所述通气管被引入所述气相空间的情形。

14.一种向液体储存系统的储罐中的气相空间供给不燃性气体的方法，

所述液体储存系统包括：

在内部储存液体燃料的储罐；

通气管，在所述储罐的外部和所述储罐中的液体燃料的液面的竖直上方的气相空间之间提供连通；

向所述气相空间供给不燃性气体的不燃性气体供给装置；以及

安装在所述通气管中的压力控制装置，该压力控制装置响应于所述气相空间和环境大气之间的压力差而操作，将所述气相空间中的压力限制在包括环境大气压力的规定范围内，

其中，

所述不燃性气体供给装置在下列情形中的任何一种或其组合下向所述气相空间供应不燃性气体，所述情形包括：

所述储罐中储存的液体的液面下降的情形；

所述气相空间中的氧浓度高于规定的正常范围的情形；

所述储罐中的所述液面的位置低于规定的正常范围的情形；以及

所述储罐外的空气通过所述压力控制装置经由所述通气管被引入所述气相空间的情形。