EA043846B1

EA043846B1 - GAS DISTRIBUTION SYSTEM WITH PRESSURE AND HEAT CONTROL IN THE TANK

Info

Publication number: EA043846B1
Application number: EA202190777
Authority: EA
Inventors: Лукас Конфрст
Original assignee: Чарт Инк.
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2023-06-29

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications

Эта заявка заявляет преимущество приоритета предварительной заявки на патент США №This application claims the benefit of priority to U.S. Provisional Patent Application No.

63/009,614, поданной 14 апреля 2020 года, полное содержание которой включено в эту заявку по ссылке.63/009,614, filed April 14, 2020, the full contents of which are incorporated into this application by reference.

Область техникиField of technology

Настоящее раскрытие относится, в общем, к криогенному хранилищу и подающим системам для подачи газа для потребляющего устройства или процесса и, более конкретно, подачи газа для потребляющего устройства или процесса при управлении теплом и давлением в криогенном резервуаре.The present disclosure relates generally to cryogenic storage and supply systems for supplying gas to a consumer device or process, and more particularly to supplying gas to a consumer device or process in controlling heat and pressure in a cryogenic tank.

Уровень техникиState of the art

Криогенные резервуары являются эффективным средством хранения криогенных текучих сред, используемых в виде газов. Газ обычно хранится в сжиженном состоянии, поскольку так он занимает значительно меньший объем. Сжиженный природный газ, например, занимает в виде жидкости приблизительно 1/600-ую часть объема в газообразном состоянии. Очень важно регулирование температуры и давления криогенных резервуаров. Сжиженный газ хранят в изолированных криогенных резервуарах вследствие требований к низкой температуре и обычно при низких давлениях. Дополнительно, хранимая криогенная жидкость обычно насыщается, так что газообразное и жидкое состояния существуют одновременно при требуемой температуре и давлении.Cryogenic tanks are an effective means of storing cryogenic fluids used in the form of gases. Gas is usually stored in a liquefied state because it occupies a much smaller volume. Liquefied natural gas, for example, occupies approximately 1/600th of its volume as a liquid as a gas. Controlling the temperature and pressure of cryogenic tanks is very important. Liquefied gas is stored in insulated cryogenic tanks due to low temperature requirements and usually at low pressures. Additionally, the stored cryogenic liquid is typically saturated so that gaseous and liquid states exist simultaneously at the desired temperature and pressure.

Потребляющим устройствам часто требуется подача газа из системы криогенного резервуара при конкретной температуре и давлении. При подаче газа для потребляющих устройств, давление и температура в криогенном резервуаре могут колебаться. Когда температура и/или давление чрезмерно увеличиваются, может потребоваться выпускать газ в атмосферу, что вызывает потери хранимого продукта. Таким образом, желательно иметь систему криогенного подающего резервуара для подачи газа для потребляющего устройства, которая может управлять внутренней температурой и давлением и предотвращать потери продукта.Consumer devices often require a supply of gas from a cryogenic tank system at a specific temperature and pressure. When supplying gas to consuming devices, the pressure and temperature in the cryogenic tank may fluctuate. When temperature and/or pressure increase excessively, it may be necessary to release the gas to the atmosphere, causing loss of stored product. Thus, it is desirable to have a cryogenic supply tank system for supplying gas to a consumer device that can control the internal temperature and pressure and prevent product loss.

Система предшествующего уровня техники для распределения газа из резервуара для хранения и подачи криогенной жидкости, показанная на фиг. 1, включает в себя криогенный резервуар 100 с криогенной жидкостью 110 и паром 120 в свободном пространстве над линией 115 уровня жидкости. Криогенный резервуар включает в себя внутреннюю оболочку 101 и внешнюю оболочку 102. Система криогенного резервуара включает в себя паровую или первую трубку или линию 400 от криогенного резервуара 100 до испарителя 12 продукта и до распределительного выпускного клапана 10. Трубка или линия 400 может включать в себя ручные стопорные клапаны, такие как клапан 30. Трубка или линия 400 также включает в себя регулятор-экономайзер 6. Жидкостная или вторая линия 300 проходит от жидкостной части резервуара до испарителя 12 и распределительного выпускного клапана 10. Дополнительно, система включает в себя создающую давление или третью линию 500, которая проходит от жидкостной части резервуара до создающего давление испарителя 13 и обратно до резервуара 100 и включает в себя создающий давление регулятор 7.A prior art system for distributing gas from a cryogenic liquid storage and supply tank shown in FIG. 1 includes a cryogenic tank 100 with cryogenic liquid 110 and steam 120 in the headspace above the liquid level line 115. The cryogenic tank includes an inner shell 101 and an outer shell 102. The cryogenic tank system includes a steam or first tube or line 400 from the cryogenic tank 100 to the product evaporator 12 and to the distribution outlet valve 10. The tube or line 400 may include manual stop valves, such as valve 30. Tube or line 400 also includes an economizer regulator 6. A liquid or second line 300 extends from the liquid portion of the reservoir to the evaporator 12 and the control outlet valve 10. Additionally, the system includes a pressure generating or third line 500, which runs from the liquid part of the reservoir to the pressure-creating evaporator 13 and back to the reservoir 100 and includes a pressure-creating regulator 7.

Когда распределительный клапан 10 открыт, газ из системы берется для потребления потребляющим устройством или процессом. Регулятор 7 настроен на открывание при приблизительно 30 барах, в то время как экономайзер 6 настроен на открывание при приблизительно 32 барах. Соответственно, если давление в резервуаре будет больше 32 бар, то предполагается, что газовый пар из свободного или верхнего пространства резервуара будет течь в испаритель 12 продукта. Однако, экономайзер 6 является малым регулятором с малой пропускной способностью (значением kv или cv), и поэтому без большого падения давления на экономайзере обеспечивается только низкая скорость потока. Газ течет через линию 400, когда экономайзер 6 открыт, что показано на фиг. 2 в виде пути 401. Когда давление в свободном пространстве резервуара падает ниже приблизительно 32 бар, экономайзер 6 закрывается.When the distribution valve 10 is open, gas is drawn from the system for consumption by the consuming device or process. Regulator 7 is set to open at approximately 30 bar, while economizer 6 is set to open at approximately 32 bar. Accordingly, if the pressure in the tank is greater than 32 bar, it is assumed that gas vapor from the free or upper space of the tank will flow into the product evaporator 12. However, the economizer 6 is a small regulator with a low flow capacity (kv or cv value) and therefore, without a large pressure drop across the economizer, only a low flow rate is provided. Gas flows through line 400 when economizer 6 is open, as shown in FIG. 2 as path 401. When the pressure in the headspace of the tank drops below approximately 32 bar, the economizer 6 closes.

Независимо от того, открыт ли или закрыт экономайзер 6, жидкость из нижней части резервуара перемещается в испаритель 12 через трубку 300 жидкости по пути 301, показанному на фиг. 3, для удовлетворения требований по потреблению, когда раздаточный или распределительный клапан 10 открыт.Regardless of whether economizer 6 is open or closed, liquid from the bottom of the reservoir moves into evaporator 12 through liquid tube 300 along path 301 shown in FIG. 3, to meet the consumption requirements when the dispensing or distribution valve 10 is open.

Когда давление в резервуаре падает ниже настроенной точки создающего давление регулятора 7, этот регулятор открывается, и, как показано на фиг. 4, жидкость течет по линии 501 для повышения давления в резервуаре с использованием пара из создающего давление испарителя 13.When the pressure in the reservoir drops below the set point of the pressure regulator 7, the regulator opens and, as shown in FIG. 4, liquid flows through line 501 to pressurize the reservoir using steam from the pressure generating evaporator 13.

Испаритель 12 продукта будет заполняться в зависимости от количества газа, берущегося потребляющим устройством или процессом на устройстве 10. Закрывание распределительного клапана 10 остановит отвод газа, и давление в испарителе 12 продукта будет быстро повышаться вследствие испарения остаточной жидкости, оставшейся в нем. Генерируемое давление толкает пар и нагретую жидкость, которая еще не испарилась, обратно в нижнюю часть резервуара. Экономайзер 6 в это время закрыт. Во время частой циклической работы (потребление газа, пауза, потребление газа, и т.д.), этот процесс быстро нагревает жидкость в резервуаре. Через некоторое время в резервуаре создастся давление, соответствующее настроенной точке главного предохранительного клапана. Эти предохранительные клапаны, указанные, в общем, ссылочной позицией 600, будут затем открываться, что приведет к потери части хранимой текучей среды.The product evaporator 12 will fill depending on the amount of gas taken by the consuming device or process on the device 10. Closing the distribution valve 10 will stop the gas removal, and the pressure in the product evaporator 12 will quickly increase due to the evaporation of the residual liquid remaining therein. The pressure generated pushes the steam and heated liquid that has not yet evaporated back to the bottom of the tank. Economizer 6 is closed at this time. During frequent cyclic operation (gas consumption, pause, gas consumption, etc.), this process quickly heats the liquid in the reservoir. After some time, the tank will build up pressure corresponding to the set point of the main safety valve. These safety valves, indicated generally by reference numeral 600, will then open, causing a portion of the stored fluid to be lost.

В этой конструкции предшествующего уровня техники, функция экономизации имеет очень малое рабочее окно. Экономизация работает только тогда, когда имеется высокое давление внутри резервуара иIn this prior art design, the economization function has a very small operating window. Economy only works when there is high pressure inside the tank and

- 1 043846 очень низкое потребление потребляющим устройством или процессом через распределительный клапан- 1 043846 very low consumption by consumer or process via distribution valve

10. При более высоком потреблении, скорость потока и, таким образом, падение давления на экономайзере увеличиваются и, главным образом, только жидкость берется из резервуара 100. Это вызывает создание в резервуаре давления, которое может потребовать выпускания криогенного вещества из резервуара.10. At higher consumption, the flow rate and thus the pressure drop across the economizer increases and primarily only liquid is drawn from the reservoir 100. This causes pressure to build up in the reservoir, which may require the cryogenic agent to be released from the reservoir.

Желательно обеспечить криогенный подающий резервуар для подачи газа потребляющим устройствам с улучшенным поддержанием требуемой температуры и давления в криогенном резервуаре.It is desirable to provide a cryogenic supply reservoir for supplying gas to consuming devices with improved maintenance of the required temperature and pressure in the cryogenic reservoir.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Существует несколько аспектов объекта настоящего изобретения, которые могут быть осуществлены отдельно или вместе в способах, устройствах и системах, описанных и заявленных ниже. Эти аспекты могут быть осуществлены сами по себе или в комбинации с другими аспектами объекта изобретения, описанного здесь, и предполагается, что описание этих аспектов вместе не исключает использования этих аспектов отдельно или заявления таких аспектов отдельно или в разных комбинациях, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.There are several aspects of the subject matter of the present invention that may be implemented separately or together in the methods, devices and systems described and claimed below. These aspects may be practiced alone or in combination with other aspects of the subject matter described herein, and it is intended that the description of these aspects together does not preclude the use of these aspects separately or the claim of such aspects separately or in different combinations as set forth in the appended claims.

В одном аспекте, система для подачи криогенного газа включает в себя криогенный резервуар, содержащий криогенную жидкость и газ в свободном пространстве над криогенной жидкостью. Система также включает в себя первый испаритель и второй испаритель, и выпускное отверстие для потребления. Первая трубка выполнена с возможностью передавать газ из свободного пространства через первый испаритель в выпускное отверстие для потребления. Вторая трубка выполнена с возможностью передавать жидкость из резервуара через первый испаритель таким образом, чтобы первый поток пара направлялся к выпускному отверстию для потребления. Третья трубка выполнена с возможностью создавать давление внутри резервуара посредством передачи жидкости из резервуара через второй испаритель таким образом, чтобы второй поток пара направлялся обратно в свободное пространство резервуара. Первый клапан-регулятор сообщается по текучей среде со второй трубкой. Первый клапан-регулятор выполнен с возможностью открываться, когда давление на выпускной стороне первого регулятора падает ниже первого заданного уровня давления. Второй клапан-регулятор сообщается по текучей среде с третьей трубкой. Второй клапан-регулятор выполнен с возможностью открываться, когда давление внутри резервуара падает ниже второго заданного уровня давления. Первый заданный уровень давления выше второго заданного уровня давления.In one aspect, a cryogenic gas supply system includes a cryogenic reservoir containing a cryogenic liquid and a gas in a headspace above the cryogenic liquid. The system also includes a first evaporator and a second evaporator, and a consumption outlet. The first tube is configured to transfer gas from the free space through the first evaporator to the outlet for consumption. The second tube is configured to transfer liquid from the reservoir through the first evaporator so that the first vapor stream is directed to the outlet for consumption. The third tube is configured to create pressure within the reservoir by transferring liquid from the reservoir through the second evaporator so that the second vapor flow is directed back into the empty space of the reservoir. The first control valve is in fluid communication with the second tube. The first regulator valve is configured to open when the pressure on the outlet side of the first regulator falls below a first predetermined pressure level. The second control valve is in fluid communication with the third tube. The second control valve is configured to open when the pressure inside the reservoir drops below a second predetermined pressure level. The first set pressure level is higher than the second set pressure level.

В другом аспекте, способ подачи газа из криогенного резервуара для потребляющего устройства при поддержании температуры и давления внутри резервуара включает в себя жидкость, хранимую в криогенном резервуаре, и включает в себя этап, на котором открывают распределительный клапан для начала распределения газа для потребляющего устройства. При первом давлении в резервуаре, направляют газ через первую трубку и первый испаритель к потребляющему устройству. При втором давлении в резервуаре, направляют жидкость из резервуара через вторую трубку и первый испаритель к потребляющему устройству. При третьем давлении в резервуаре, направляют жидкость из резервуара через третью трубку и второй испаритель и обратно в резервуар. Закрывают распределительный клапан для остановки распределения газа для потребляющего устройства, и любую остаточную жидкость или газ в первом испарителе возвращают обратно в верхнюю часть резервуара посредством первой трубки.In another aspect, a method of supplying gas from a cryogenic reservoir to a consumer device while maintaining a temperature and pressure within the reservoir includes a liquid stored in the cryogenic reservoir and includes opening a distribution valve to begin distributing gas to the consumer device. At the first pressure in the reservoir, the gas is directed through the first tube and the first evaporator to the consuming device. At the second pressure in the reservoir, liquid is directed from the reservoir through the second tube and the first evaporator to the consuming device. At the third reservoir pressure, liquid from the reservoir is directed through the third tube and second evaporator and back into the reservoir. The distribution valve is closed to stop gas distribution to the consuming device, and any residual liquid or gas in the first evaporator is returned back to the top of the reservoir through the first tube.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 является схематическим изображением системы криогенного подающего резервуара предшествующего уровня техники.Fig. 1 is a schematic illustration of a prior art cryogenic feed tank system.

Фиг. 2 является схематическим изображением первой функции подачи газа системы фиг. 1.Fig. 2 is a schematic representation of the first gas supply function of the system of FIG. 1.

Фиг. 3 является схематическим изображением второй функции подачи газа системы фиг. 1.Fig. 3 is a schematic illustration of a second gas supply function of the system of FIG. 1.

Фиг. 4 является схематическим изображением функции создания давления системы фиг. 1.Fig. 4 is a schematic representation of the pressure generating function of the system of FIG. 1.

Фиг. 5 является схематическим изображением одного варианта осуществления системы подающего резервуара настоящего раскрытия.Fig. 5 is a schematic diagram of one embodiment of the supply reservoir system of the present disclosure.

Фиг. 6 является схематическим изображением первой функции подачи газа системы фиг. 5.Fig. 6 is a schematic diagram of the first gas supply function of the system of FIG. 5.

Фиг. 7 является схематическим изображением второй функции подачи газа системы фиг. 5.Fig. 7 is a schematic illustration of a second gas supply function of the system of FIG. 5.

Фиг. 8 является схематическим изображением функции создания давления системы фиг. 5.Fig. 8 is a schematic representation of the pressure generating function of the system of FIG. 5.

Фиг. 9 является схематическим изображением другого варианта осуществления системы подающего резервуара настоящего раскрытия.Fig. 9 is a schematic diagram of another embodiment of the supply reservoir system of the present disclosure.

Фиг. 10 является схематическим изображением другого варианта осуществления системы подающего резервуара настоящего раскрытия.Fig. 10 is a schematic diagram of another embodiment of the supply reservoir system of the present disclosure.

Фиг. 11 является схематическим изображением первой функции подачи газа системы фиг. 10.Fig. 11 is a schematic diagram of the first gas supply function of the system of FIG. 10.

Фиг. 12 является схематическим изображением второй функции подачи газа системы фиг. 10.Fig. 12 is a schematic illustration of a second gas supply function of the system of FIG. 10.

Фиг. 13 является схематическим изображением другого варианта осуществления системы подающего резервуара настоящего раскрытия.Fig. 13 is a schematic diagram of another embodiment of the supply reservoir system of the present disclosure.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments

Один вариант осуществления этого раскрытия обеспечивает резервуар для хранения и подачи с функцией управления теплом и давлением.One embodiment of this disclosure provides a storage and supply reservoir with heat and pressure control functionality.

Фиг. 5 показывает систему 200 криогенного подающего резервуара настоящего раскрытия, включающую в себя криогенный резервуар 203. Криогенный резервуар 203 используется для хранения крио- 2 043846 генной жидкости. Только в качестве примера, криогенной жидкостью может быть азот, гелий, кислород или любая другая известная криогенная текучая среда.Fig. 5 shows a cryogenic supply tank system 200 of the present disclosure including a cryogenic tank 203. The cryogenic tank 203 is used for storing cryogenic liquid. By way of example only, the cryogenic fluid may be nitrogen, helium, oxygen, or any other known cryogenic fluid.

В показанном варианте осуществления, криогенный резервуар 203 имеет внутреннюю оболочку 210 и внешнюю оболочку 202, причем внутренняя оболочка определяет внутреннюю часть резервуара. Криогенная жидкость 210 хранится во внутренней части внутренней оболочки 201. Криогенная жидкость 210 занимает конкретный объем криогенного резервуара 203, причем остальной объем занимает криогенный газ или пар 220. Уровень 215 жидкости обеспечен в иллюстративных целях, но уровень жидкости может изменяться, особенно при разных событиях (после подачи системой газа, пополнения резервуара жидкостью и т.д.).In the illustrated embodiment, cryogenic tank 203 has an inner shell 210 and an outer shell 202, with the inner shell defining the interior of the tank. The cryogenic liquid 210 is stored in the interior of the inner shell 201. The cryogenic liquid 210 occupies a specific volume of the cryogenic tank 203, with the remaining volume occupied by cryogenic gas or vapor 220. The liquid level 215 is provided for illustrative purposes, but the liquid level may vary, especially with different events ( after the system supplies gas, replenishes the tank with liquid, etc.).

В показанном варианте осуществления, криогенный резервуар 203 является вертикальным резервуаром. В других вариантах осуществления, криогенный резервуар 203 может быть горизонтальным резервуаром.In the illustrated embodiment, cryogenic tank 203 is a vertical tank. In other embodiments, cryogenic tank 203 may be a horizontal tank.

Хотя криогенный резервуар 203 настоящего изобретения показан как двустенный резервуар, он может быть также одностенным или трехстенным. Криогенный резервуар может быть изготовлен из медного сплава, никелевого сплава, углерода, нержавеющей стали или любого другого материала, известного в данной области техники.Although the cryogenic tank 203 of the present invention is shown as a double-walled tank, it may also be single-walled or triple-walled. The cryogenic tank may be made of copper alloy, nickel alloy, carbon, stainless steel, or any other material known in the art.

Криогенный резервуар 203 может иметь изоляцию между внутренней и внешней стенками (или оболочками) и/или может быть изолирован вакуумом. Для изоляции может быть использована однослойная или многослойная изоляция из любых известных материалов.The cryogenic tank 203 may have insulation between the inner and outer walls (or shells) and/or may be vacuum insulated. For insulation, single-layer or multi-layer insulation from any known materials can be used.

Внутренний сосуд 201 может быть соединен с внешним сосудом 202 одним или несколькими опорными элементами внутреннего сосуда. Например, как известно в данной области техники, опорный элемент внутреннего сосуда может соединять горловину и основание внутреннего сосуда с внешним сосудом.The inner vessel 201 may be connected to the outer vessel 202 by one or more inner vessel support members. For example, as is known in the art, an inner vessel support member may connect the neck and base of the inner vessel to the outer vessel.

Криогенная система 200 подачи включает в себя по меньшей мере один испаритель и предпочтительно по меньшей мере два испарителя для преобразования сжиженного газа в газ, используемый потребляющим устройством или процессом. В качестве испарителей, раскрытых здесь, могут быть использованы испарители различных типов, например, испаритель на основе атмосферного воздуха, испаритель на основе циркулирующей воды, электрический испаритель, испаритель на сжигаемом топливе, паровой испаритель, или испаритель на основе водяной ванны. В одном варианте осуществления используется испаритель на основе атмосферного воздуха. Криогенная система 200 подачи имеет по меньшей мере первый испаритель 12 и второй испаритель 13. Испаритель 12 функционирует в качестве испарителя продукта и преобразует жидкость из резервуара в пар и нагревает этот пар, или нагревает пар из свободного пространства резервуара, для получения давления и температуры, подходящих для потребляющего устройства. Испаритель 13 функционирует в качестве создающего давление испарителя для повышения давления криогенного резервуара посредством взятия жидкости из резервуара и образования газа перед возвращением его в свободное пространство резервуара. Хотя в качестве каждого из испарителя продукта и создающего давление испарителя показаны три испарителя, в криогенную систему 200 подачи может быть включено больше или меньше испарителей.The cryogenic supply system 200 includes at least one evaporator and preferably at least two evaporators for converting the liquefied gas into a gas usable by a consumer device or process. As the evaporators disclosed herein, various types of evaporators can be used, for example, an atmospheric evaporator, a circulating water evaporator, an electric evaporator, a combustion evaporator, a steam evaporator, or a water bath evaporator. In one embodiment, an air-based evaporator is used. The cryogenic supply system 200 has at least a first evaporator 12 and a second evaporator 13. The evaporator 12 functions as a product evaporator and converts liquid from a reservoir into vapor and heats the vapor, or heats steam from the headspace of the reservoir, to obtain a pressure and temperature suitable for the consuming device. The evaporator 13 functions as a pressure generating evaporator to increase the pressure of the cryogenic reservoir by drawing liquid from the reservoir and generating gas before returning it to the headspace of the reservoir. Although three evaporators are each shown as the product evaporator and the pressure generating evaporator, more or fewer evaporators may be included in the cryogenic supply system 200.

Некоторое количество соединенных передаточных трубок или линий обеспечивает разные функции в отношении резервуара и потребляющего устройства в качестве части криогенной системы 200 подачи. Криогенная система 200 подачи включает в себя жидкостную линию 350 от жидкостной части резервуара, которая обеспечивает жидкость для преобразования в газ посредством испарителя 12 и подачи его в выпускное отверстие 250 для потребления, которое соединяется с потребляющим устройством или процессом. Паровая линия 450 обеспечивает газ из резервуара 203 для распределения в потребляющее устройство через выпускное отверстие 250 для потребления после перемещения через испаритель 12. Создающая давление линия 550 направляет жидкость из резервуара 203 в создающий давление испаритель 13 для циркуляции результирующего потока пара обратно в резервуар 203 таким образом, чтобы давление в резервуаре могло быть увеличено. Хотя на фигурах не показаны конкретные детали, оба конца каждой передаточной трубки могут иметь некоторое количество конкретных соединительных устройств. Например, каждый из них может содержать съемное и повторно применяемое уплотнение. Каждый конец трубки может также включать в себя клапан или отверстие. Поперечные сечения этой трубки и других структур могут иметь различные формы, например, круглую, эллиптическую, квадратную, треугольную, пятиугольную, шестиугольную, многоугольную и другие формы.A number of connected transfer tubes or lines provide various functions in relation to the reservoir and the consuming device as part of the cryogenic supply system 200. The cryogenic supply system 200 includes a liquid line 350 from the liquid portion of the reservoir that provides liquid to be converted to gas by the evaporator 12 and supplied to a consumption outlet 250 that connects to the consumption device or process. Steam line 450 provides gas from reservoir 203 for distribution to a consuming device through outlet 250 for consumption after moving through evaporator 12. Pressurizing line 550 directs liquid from reservoir 203 to pressurizing evaporator 13 to circulate the resulting steam flow back to reservoir 203 thereby so that the pressure in the tank can be increased. Although the figures do not show specific details, both ends of each transfer tube may have a number of specific connecting devices. For example, each may include a removable and reusable seal. Each end of the tube may also include a valve or opening. The cross sections of this tube and other structures may have various shapes, such as circular, elliptical, square, triangular, pentagonal, hexagonal, polygonal and other shapes.

Передаточные трубки системы 200 криогенного подающего резервуара могут иметь некоторое количество клапанов. Линия 450 имеет стопорный клапан 32, в то время как линия 350 имеет клапан 10, который в варианте осуществления фиг. 5 является стопорным клапаном. Линия 550 имеет стопорный клапан 8. Выпускное отверстие 250 для потребления может иметь распределительный клапан, который открывается для обеспечения газа для потребляющего устройства или процесса.The transfer tubes of the cryogenic feed tank system 200 may have a number of valves. Line 450 has a stop valve 32, while line 350 has a valve 10, which in the embodiment of FIG. 5 is a stop valve. Line 550 has a stop valve 8. The consumption outlet 250 may have a control valve that opens to provide gas to the consumption device or process.

Клапаны системы могут быть, но не ограничены этим, грибковыми клапанами, шаровыми клапанами, обратными клапанами, запорными клапанами, обратными клапанами с наклонными пластинами, поворотными обратными клапанами или стопорными обратными клапанами.The system valves may be, but are not limited to, mushroom valves, ball valves, check valves, check valves, inclined plate check valves, swing check valves, or stop check valves.

Клапаны могут быть также электромеханическими клапанами, такими как соленоидные клапаны. В одном варианте осуществления, распределительный клапан на выпускном отверстии 250 для потребле- 3 043846 ния является соленоидным клапаном.The valves may also be electromechanical valves such as solenoid valves. In one embodiment, the control valve at the consumption outlet 250 is a solenoid valve.

Создающая давление линия 550 включает в себя создающий давление регулятор 16, и жидкостная линия 350 включает в себя жидкостный регулятор 17. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, паровая линия 450 не имеет клапана-регулятора или экономайзера.Pressure line 550 includes pressure regulator 16, and liquid line 350 includes liquid regulator 17. In the embodiment shown in FIG. 5, The 450 steam line does not have a control valve or economizer.

Система 200 криогенного резервуара может включать в себя устройства или датчики для считывания различных характеристик системы резервуара. Эти устройства или датчики могут показывать давление, температуру, перепад давления, уровень жидкости и т.д.The cryogenic tank system 200 may include devices or sensors for reading various characteristics of the tank system. These devices or sensors can indicate pressure, temperature, differential pressure, liquid level, etc.

Система 200 криогенного резервуара может также включать в себя систему управления. Система управления может включать в себя контроллер и, необязательно, различные датчики (такие как датчики давления и температуры), расположенные на или в системе. Контроллер может быть использован для управления различными частями системы криогенного резервуара, такими как клапаны системы 200 криогенного резервуара. Контроллер может быть проводным или беспроводным и имеет связь с необязательными датчиками и этими клапанами, и другими частями систем, которыми он управляет. Контроллер включает в себя процессор или другое вычислительное устройство и может быть программируемым для регулирования или инициирования процессов после некоторых событий или получения информации о состоянии, в том числе для приведения системы в конфигурации, описанные ниже. Контроллер может также обеспечивать информацию, например, ретроспективные данные, или указания различных типов для пользователя.The cryogenic tank system 200 may also include a control system. The control system may include a controller and, optionally, various sensors (such as pressure and temperature sensors) located on or in the system. The controller may be used to control various parts of the cryogenic tank system, such as valves of the cryogenic tank system 200. The controller can be wired or wireless and communicates with optional sensors and these valves and other parts of the systems it controls. The controller includes a processor or other computing device and may be programmable to regulate or initiate processes following certain events or obtain status information, including bringing the system into the configurations described below. The controller may also provide information, such as historical data, or indications of various types to the user.

В варианте осуществления фиг. 5 или в любых других вариантах осуществления настоящего раскрытия, система 200 криогенного резервуара включает в себя по меньшей мере одну трубку для наполнения резервуара криогенной жидкостью. В одном варианте осуществления имеется отдельная трубка для наполнения и отдельная трубка для удаления. Могут также существовать другие пути из внутреннего сосуда для наполнения жидкостью и ее удаления. Трубки для наполнения и удаления могут быть любым трубопроводом, пригодным для перемещения или обеспечения возможности течения через него потока текучей среды.In the embodiment of FIG. 5 or any other embodiments of the present disclosure, the cryogenic reservoir system 200 includes at least one tube for filling the reservoir with cryogenic liquid. In one embodiment, there is a separate tube for filling and a separate tube for removal. There may also be other pathways from the internal vessel for fluid filling and removal. The fill and release conduits can be any conduit suitable for moving or allowing a fluid stream to flow through it.

Фиг. 6 показывает первую функцию подачи газа, обеспечиваемую системой 200 криогенного резервуара. Клапан 32 линии 450 открыт и остается открытым на протяжении операций, описанных ниже. Когда потребляющее устройство или процесс присоединены, и открыт распределительный клапан у выпускного отверстия 250 для потребления, газ перемещается из свободного пространства криогенного резервуара 203, пока давление в линии 450 и, таким образом, на выпускной стороне жидкостного регулятора 17, будет больше конкретного давления. В одном варианте осуществления, это давление приблизительно составляет 30 бар. Другими словами, жидкостный регулятор 17 закрыт, когда давление на выпускной стороне (т.е., давление в линии 450) больше приблизительно 30 бар. Газ перемещается из свободного пространства криогенного резервуара через трубку 450 и испаритель 12 продукта (где он может быть нагрет) к выпускному отверстию 250 для потребления, как указано, в общем, стрелками 451. Взятие пара из свободного пространства резервуара значительно улучшает общее управление теплом, поскольку при удалении газа из резервуара удаляется значительное количество тепла. В отличие от общепринятых систем, на линии 450 нет никакого экономайзера или регулятора, которые могли бы мешать перемещению газа из свободного пространства резервуара.Fig. 6 shows the first gas supply function provided by the cryogenic tank system 200. Valve 32 of line 450 is open and remains open throughout the operations described below. When a consumer device or process is connected and the control valve at the consumption outlet 250 is opened, gas moves from the headspace of the cryogenic tank 203 until the pressure in the line 450, and thus at the outlet side of the fluid regulator 17, is greater than a particular pressure. In one embodiment, this pressure is approximately 30 bar. In other words, fluid regulator 17 is closed when the outlet side pressure (ie, line 450 pressure) is greater than about 30 bar. Gas moves from the cryogenic tank headspace through tube 450 and product evaporator 12 (where it can be heated) to outlet 250 for consumption, as generally indicated by arrows 451. Taking vapor from the tank headspace greatly improves overall heat management because Removing gas from the reservoir removes a significant amount of heat. Unlike conventional systems, the 450 line does not have any economizer or regulator to interfere with the movement of gas from the headspace of the tank.

Фиг. 7 показывает вторую функцию подачи газа, обеспечиваемую системой 200 криогенного резервуара. Как указано выше, жидкостный регулятор 17 на линии 350 настроен на конкретное давление, приблизительно составляющее 30 бар. Когда давление в свободном пространстве криогенного резервуара снижается вследствие удаления газа/пара из свободного пространства, давление внутри линии 450 падает ниже 30 бар, и жидкостный регулятор 17 открывается. Жидкость будет затем течь из резервуара через линию 350 и регулятор 17 в испаритель 12 продукта. Результирующий пар будет затем течь через выпускное отверстие 250 для потребления к потребляющему устройству или процессу. Путь текучей среды показан, в общем, стрелками 351 на фиг. 7.Fig. 7 shows a second gas supply function provided by the cryogenic tank system 200. As stated above, fluid regulator 17 on line 350 is set to a specific pressure of approximately 30 bar. When the headspace pressure of the cryogenic tank decreases due to the removal of gas/vapor from the headspace, the pressure within line 450 drops below 30 bar and fluid regulator 17 opens. Liquid will then flow from the reservoir through line 350 and regulator 17 to product evaporator 12. The resulting steam will then flow through the consumption outlet 250 to the consumption device or process. The fluid path is shown generally by arrows 351 in FIG. 7.

Фиг. 8 показывает функцию увеличения давления, обеспечиваемую системой 200 криогенного резервуара. Создающий давление регулятор 16 на линии 550 настроен на открывание, когда давление внутри резервуара упадет до конкретного давления. В одном варианте осуществления, конкретное давление приблизительно составляет 29 бар. Когда давление в криогенном резервуаре снижается до этого конкретного давления вследствие удаления газа/пара из свободного пространства и/или жидкости из нижней части резервуара, жидкость будет течь из резервуара через линию 550 к создающему давление испарителю 13. Результирующий пар будет течь обратно в криогенный резервуар 203 и входить в паровое свободное пространство. Путь текучей среды показан, в общем, стрелками 551 на фиг. 8. Создающий давление регулятор 16 закрывается, когда давление в резервуаре повышается выше приблизительно 29 бар. Это поддерживает требуемое давление в резервуаре и в испарителе 12 продукта.Fig. 8 shows the pressure boost function provided by the cryogenic tank system 200. The pressure generating regulator 16 on line 550 is configured to open when the pressure inside the tank drops to a specific pressure. In one embodiment, the specific pressure is approximately 29 bar. When the pressure in the cryogenic tank is reduced to this particular pressure due to the removal of gas/vapor from the headspace and/or liquid from the bottom of the tank, liquid will flow from the tank through line 550 to the pressure generating evaporator 13. The resulting vapor will flow back into the cryogenic tank 203 and enter the steam free space. The fluid path is shown generally by arrows 551 in FIG. 8. The pressure generating regulator 16 closes when the pressure in the reservoir rises above approximately 29 bar. This maintains the required pressure in the reservoir and in the product evaporator 12.

Когда потребление потребляющим устройством или процессом останавливается, жидкость, оставшаяся в испарителе 12 продукта, испаряется. Давление, генерируемое при этом эффекте, толкает обратно нагретую жидкость, которая еще не смогла испариться, и остаточный пар. Жидкость и пар перемещаются обратно через линию 450 в свободное пространство криогенного резервуара 203. Жидкостный регулятор 17 будет закрыт вследствие более высокого давления в испарителе 12 продукта. Давление внутриWhen consumption by the consuming device or process stops, the liquid remaining in the product evaporator 12 evaporates. The pressure generated by this effect pushes back the heated liquid that has not yet been able to evaporate and the residual steam. Liquid and vapor flow back through line 450 into the headspace of cryogenic tank 203. Liquid regulator 17 will be closed due to the higher pressure in product evaporator 12. Pressure inside

--

Claims

the tank will likely rise back above 29 bar, which will cause the pressure generating regulator 16 to close. Excess heat in the form of steam will again be created at the top of the tank and will allow gas/steam to be removed from the top of the tank before switching to liquid removal during the next gas supply or distribution cycle.

This improvement in design ensures that the cold liquid at the bottom of the reservoir will remain in the reservoir and will not heat up as in the prior art system of FIG. 1. By retaining cold liquid in the reservoir, the heat capacity of the stored liquid is also maintained. Thus, even with frequent cyclic operation (gas consumption, pause, gas consumption, etc.) these effects will be limited, resulting in less frequent opening of the safety valve and reduced losses of stored liquid.

Fig. 9 shows an additional embodiment of the present disclosure in which the cryogenic tank system 225 uses a check valve 18 on liquid line 350. The cryogenic tank system 225 may include all the elements of the cryogenic tank system 200, but with the additional check valve 18. The check valve 18, in as a one-way valve, prevents liquid from flowing back into the bottom of the cryogenic tank from the product evaporator 12 after gas consumption ceases in the event that the pressure in the product evaporator falls below the set point of the liquid regulator 17 (and thus the liquid regulator 17 opens).

Alternatively, valve 10 in FIG. 9 may be a ball check valve (and check valve 18 is eliminated) that prevents liquid from flowing back into the bottom of the cryogenic tank from product evaporator 12 after gas consumption ceases in the event that the pressure in the product evaporator falls below the set point of liquid regulator 17 (and, thus, the liquid regulator 17 opens).

Fig. 10 shows an additional embodiment of the present disclosure in which the cryogenic tank system 226 utilizes a loop 19 upstream of the product evaporator 12. The cryogenic tank system 226 may include all of the elements of the cryogenic tank system 200, but also includes a loop upstream of the product evaporator 12. It is noted that in the embodiment of FIG. 10, loop 19 has a peak portion that physically rises above product evaporator 12. As shown in FIG. 10, steam line 450 is attached to this peak portion of the loop. This embodiment, which may be desirable in some applications of the technology of this disclosure, prevents a portion of the liquid from reservoir and line 350 from flowing simultaneously into line 450 as the remainder moves to product evaporator 12. Such flow into line 450 would result in flow into the headspace of the reservoir, such that line 450 would act as a pressure generating circuit, which is undesirable.

Fig. 11 and 12 show first and second gas supply functions for cryogenic tank system 226. Fig. 11 shows the path of gas from the headspace of the cryogenic tank 203 to the consumption outlet 250 and the consumption device or process when the fluid regulator 17 is closed, generally indicated by arrows 452. FIG. 12 shows the path of liquid from cryogenic reservoir 203 through open fluid regulator 17 and evaporator 12 to consumption outlet 250 and consumption device or process, generally indicated by arrows 352. As noted above, loop 19 provides additional structure to ensure that liquid removed from the cryogenic tank through line 350 did not flow into gas line 450 through valve 12.

Fig. 13 shows an additional embodiment of the present disclosure in which the cryogenic tank system 227 utilizes a check valve 18 in line 350 together with the loop structure 19 of FIG. 10-12. The cryogenic tank system 227 may include all of the elements and functionality of the cryogenic tank system 226 of FIG. 10-12, but with an additional check valve 18, the functionality of which is described above in relation to FIGS. 9. As further described in relation to FIG. 9, in another alternative embodiment of this opening system, valve 10 of FIG. 13 may be a ball check valve (and check valve 18 is excluded).

While preferred embodiments of this disclosure have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that changes and modifications may be made thereto without departing from the spirit of this disclosure, the scope of which is defined by the following claims.

CLAIM

1. A cryogenic gas supply system comprising a cryogenic reservoir comprising an inner shell and an outer shell, the inner shell defining an interior portion configured to contain cryogenic liquid and gas in a headspace above the cryogenic liquid;

first evaporator;

- 5 043846 second evaporator;

outlet for consumption;

a first tube configured to transfer gas from the free space through the first evaporator to an outlet for consumption;

a second tube configured to transfer liquid from the reservoir through the first evaporator so that the first vapor stream is directed to the outlet for consumption;

a third tube configured to pressurize the interior of the reservoir by transferring liquid from the reservoir through the second evaporator such that the second vapor flow is directed back into the headspace of the reservoir;

a first control valve in fluid communication with the second tube, wherein said first control valve is configured to open when a pressure on an outlet side of the first regulator falls below a first predetermined pressure level;

a second control valve in fluid communication with the third tube, said second control valve being configured to open when the pressure within the reservoir drops below a second predetermined pressure level;

wherein the first predetermined pressure level is higher than the second predetermined pressure level, and wherein the first tube does not have a control valve.

2. The cryogenic tank supply system according to claim 1, wherein the system further comprises a pipeline loop upstream of the first evaporator.

3. The cryogenic tank supply system of claim 2, wherein the loop includes a peak portion that physically rises above the first evaporator.

4. The cryogenic tank supply system according to any of the preceding paragraphs, further comprising a valve on the second line-tube between the regulator and the first evaporator.

5. The cryogenic tank supply system according to claim 4, wherein the valve is a check valve.

6. The cryogenic tank supply system according to claim 4, wherein the valve is a ball check valve.

7. The cryogenic tank supply system according to any one of the preceding claims, wherein the first predetermined pressure level is 30 bar.

8. The cryogenic tank supply system according to any one of the preceding claims, wherein the second set pressure level is 29 bar.

9. The cryogenic tank supply system of any one of the preceding claims, wherein the first evaporator is an atmospheric air evaporator.

10. The cryogenic tank supply system of any one of the preceding claims, wherein the second evaporator is an atmospheric air evaporator.

11. The cryogenic reservoir supply system of any one of the preceding claims, wherein the first tube includes a stop valve.

12. A method for supplying gas from a cryogenic tank according to claims 1 to 11 to a consuming device while maintaining the temperature and pressure inside the tank, comprising the steps of opening a distribution valve to begin distributing gas to the consuming device;

at the first pressure in the reservoir, directing the gas through the first tube and the first evaporator to the consuming device;

at a second pressure in the reservoir, directing liquid from the reservoir through a second tube and a first evaporator to a consuming device;

at the third reservoir pressure, directing liquid from the reservoir through a third tube and a second evaporator and back into the reservoir;

closing the distribution valve to stop gas distribution to the consuming device; and returning any residual liquid or gas in the first evaporator back to the top of the reservoir via the first tube.

13. The method of claim 12, wherein the first pressure in the reservoir is greater than or equal to approximately 30 bar.

14. The method according to claim 12 or 13, wherein the second pressure in the reservoir is less than or equal to approximately 30 bar.

15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the third pressure in the reservoir is less than or equal to approximately 29 bar.

16. The method according to any one of claims 12 to 15, further comprising the step of directing the liquid or gas through the loop before the first evaporator.

17. The method according to any one of claims 12 to 16, wherein the second line further comprises a regulator that opens at the second pressure in the reservoir and allows liquid to flow through the second line to the first evaporator.

18. The method according to any one of claims 12-17, in which the third line additionally contains a regulator, which

-