ES2329557T3 - Sistema de vasija o recipiente criogenico con refrigeracion por tubo de impulsos. - Google Patents

Sistema de vasija o recipiente criogenico con refrigeracion por tubo de impulsos. Download PDF

Info

Publication number
ES2329557T3
ES2329557T3 ES02773445T ES02773445T ES2329557T3 ES 2329557 T3 ES2329557 T3 ES 2329557T3 ES 02773445 T ES02773445 T ES 02773445T ES 02773445 T ES02773445 T ES 02773445T ES 2329557 T3 ES2329557 T3 ES 2329557T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
vessel
cryogenic
heat
cold
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES02773445T
Other languages
English (en)
Inventor
John H. Royal
Christian Friedrich Gottzmann
Arun Acharya
Gary D. Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2329557T3 publication Critical patent/ES2329557T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/04—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by insulating layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/50—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes
    • F02G2243/54—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes thermo-acoustic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/03—Orientation
    • F17C2201/032—Orientation with substantially vertical main axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03—Thermal insulations
    • F17C2203/0304—Thermal insulations by solid means
    • F17C2203/0308—Radiation shield
    • F17C2203/0312—Radiation shield cooled by external means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03—Thermal insulations
    • F17C2203/0362—Thermal insulations by liquid means
    • F17C2203/0366—Cryogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0617—Single wall with one layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0153—Details of mounting arrangements
    • F17C2205/018—Supporting feet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F17C2205/0332—Safety valves or pressure relief valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/011—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/013—Carbone dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/014—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017—Helium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/031—Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/04—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by other properties of handled fluid before transfer
    • F17C2223/042—Localisation of the removal point
    • F17C2223/046—Localisation of the removal point in the liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F17C2227/0344—Air cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F17C2227/0348—Water cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F17C2227/0355—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid in a closed loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0372—Localisation of heat exchange in or on a vessel in the gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0374—Localisation of heat exchange in or on a vessel in the liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0379—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact inside the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0381—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact integrated in the wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/031—Dealing with losses due to heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/031—Dealing with losses due to heat transfer
    • F17C2260/033—Dealing with losses due to heat transfer by enhancing insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/031—Treating the boil-off by discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F17C2265/034—Treating the boil-off by recovery with cooling with condensing the gas phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F17C2265/035—Treating the boil-off by recovery with cooling with subcooling the liquid phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0171—Trucks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/05—Applications for industrial use
    • F17C2270/0509—"Dewar" vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/05—Applications for industrial use
    • F17C2270/0527—Superconductors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1408—Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/10—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)

Abstract

Método para proporcionar refrigeración a una vasija o recipiente criogénico que comprende un aislamiento con un escudo térmico (30) y que contiene fluido criogénico (3), cuyo método comprende: (A) aplicar un impulso a un gas de trabajo para producir un gas de trabajo comprimido, y enfriar el gas de trabajo comprimido para producir gas de trabajo enfriado; (B) expandir el gas de trabajo enfriado en un extremo frío de un tubo de impulsos (10) para generar refrigeración con el fin de producir gas de trabajo enfriado adicionalmente; y (C) proporcionar refrigeración a partir del gas de trabajo enfriado adicionalmente, directamente al aislamiento.

Description

Sistema de vasija o recipiente criogénico con refrigeración por tubo de impulsos.
Campo de la técnica
Este invento se refiere, en general, a la contención de fluidos criogénicos, tal como para su almacenamiento o con otros fines.
Técnica anterior
En el documento EP-A-0 366 818, se describe un método para proporcionar refrigeración a una vasija o recipiente criogénico, que comprende:
(A)
proporcionar un impulso a un gas de trabajo para producir un gas de trabajo comprimido, y enfriar el gas de trabajo comprimido para producir gas de trabajo enfriado;
(B)
expandir el gas de trabajo enfriado en un extremo frío de un tubo de impulsos para generar refrigeración a fin de producir gas de trabajo enfriado adicionalmente; y
(C)
proporcionar refrigeración a partir del gas de trabajo enfriado adicionalmente para la vasija o recipiente criogénico que contiene fluido criogénico.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento EP-A-0 366 818 describe, además, un sistema de vasija o recipiente criogénico, que comprende:
(A)
una vasija o recipiente que tiene un cuerpo exterior que define un interior de la vasija o recipiente;
(B)
un generador de impulsos, un regenerador, un intercambiador de calor frío, medios para hacer pasar una onda de presión a través de un gas de trabajo desde el generador de impulsos al regenerador, y medios para hacer pasar una onda de presión a través del gas de trabajo desde el regenerador al intercambiador de calor frío; y
(C)
un tubo de impulsos que tiene un extremo frío, estando dicho extremo frío en comunicación de flujo con el intercambiador de calor frío, y encontrándose dicho intercambiador de calor frío, al menos, en parte en el interior de la vasija o recipiente.
\vskip1.000000\baselineskip
El almacenamiento u otro tipo de contención de un fluido criogénico supone el uso de vasijas o recipientes aislados para reducir todo lo posible cualquier pérdida de fluido criogénico debido a entradas de calor en la vasija o recipiente. Sin embargo, aún con el uso de los mejores sistemas de aislamiento disponibles, una parte significativa del criógeno contenido se evaporará debido a las entradas de calor, lo que da como resultado un incremento de la presión en el recipiente, hasta el punto de que el vapor es dejado escapar a la atmósfera a través de válvulas de seguridad. Esta pérdida de fluido criogénico supone una importante carga económica, especialmente en el caso de los fluidos criogénicos más caros tales como el helio y el neón, que se utilizan para aplicaciones tales como las relacionadas con la superconductividad.
En consecuencia, un objeto de este invento es proporcionar un sistema para almacenar o contener de otro modo un fluido criogénico que pueda reducir o eliminar las pérdidas debidas a entradas de calor en el fluido.
Sumario del invento
Los anteriores y otros objetos, que resultarán evidentes para los expertos en la técnica tras una lectura de esta exposición, se logran mediante el presente invento, uno de cuyos aspectos es un método para proporcionar refrigeración a una vasija o recipiente criogénico como se define en la reivindicación 1.
Otro aspecto del invento es un sistema de vasija o recipiente criogénico como se define en la reivindicación 4.
Tal como se utiliza en este documento, la expresión "fluido criogénico" designa un fluido que, a la presión atmosférica, es un gas a una temperatura de 240ºK.
Tal como se utiliza en esta memoria, el término "regenerador" designa un dispositivo térmico en forma de masa porosa distribuida, tal como mallas apiladas con esferas, láminas de metal perforadas y similares, con buena capacidad térmica para enfriar el gas caliente que entra y calentar el gas frío que retorna mediante transmisión directa del calor con la masa porosa distribuida.
Tal como se emplea en esta memoria, la expresión "tubo de impulsos" designa un dispositivo refrigerador para producir refrigeración a baja temperatura utilizando componentes adecuados, que incluyen un generador de impulsos.
Tal como se utiliza en este documento, el término "orificio" significa un dispositivo para la restricción del flujo de gas, situado entre el extremo caliente del expansor de tubo de impulsos y un depósito en un refrigerador de tubo de impulsos.
Tal como se utiliza en este documento, la expresión "onda de presión" significa una masa de gas que, de forma cíclica, adopta valores de presión altos y bajos, en secuencia.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una representación, en sección transversal, de un sistema de vasija o recipiente criogénico.
La figura 2 es una representación, en sección transversal, de otro sistema de vasija o recipiente criogénico, en el que se emplea un conducto de calor.
La figura 3 es una representación, en sección transversal de una realización preferida del sistema de vasija o recipiente criogénico de este invento en el que la refrigeración es proporcionada directamente al aislamiento en el interior de la vasija o recipiente.
Descripción detallada
El invento se refiere a vasijas o recipientes para contener fluidos criogénicos tales como depósitos de almacenamiento estacionarios, depósitos móviles, termos y similares. Entre los fluidos criogénicos que pueden contenerse de modo efectivo mediante el uso de este invento, se pueden nombrar hidrógeno, helio, neón, oxígeno, nitrógeno, argón, dióxido de carbono y mezclas de los mismos, tales como aire y gas natural.
El invento se describirá con mayor detalle con referencia a los dibujos. Haciendo referencia ahora a la figura 1, la vasija o recipiente criogénico 20 tiene un cuerpo exterior 1, que define el interior 2 de la vasija o recipiente. El interior 2 de la vasija o recipiente contiene un aislamiento 21 que, en la realización ilustrada en la figura 1, es una capa de aislamiento que apoya contra la superficie interna del cuerpo 1 de la vasija o recipiente. El interior 2 de la vasija o recipiente también contiene una cantidad de líquido criogénico 3. En ausencia de la refrigeración mediante tubo de impulsos prevista por este invento, la penetración del calor del ambiente en la vasija o recipiente a través del aislamiento hará que parte del líquido criogénico se evapore y, finalmente, parte del fluido criogénico evaporado será enviado a la atmósfera a través de la válvula de seguridad 22.
El sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos es, típicamente, un sistema de refrigeración cerrado que aplica impulsos a un gas de trabajo o refrigerante en un ciclo cerrado y, al hacerlo, transmite una carga térmica desde una sección fría a una sección caliente. La frecuencia y la fase de los impulsos está determinadas por la configuración del sistema. Una realización de un sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos se ilustra en la figura 1.
En el sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos ilustrado en la figura 1, el accionador 11 puede ser un pistón o algún otro dispositivo de compresión mecánico, o un dispositivo generador de ondas acústicas o termoacústicas, o cualquier otro dispositivo adecuado para proporcionar un impulso o una onda de compresión a un gas de trabajo. Es decir, el generador de impulsos proporciona una fase de compresión y una fase de expansión al gas de trabajo. Cuando la vasija o recipiente criogénico es un depósito móvil tal como una cuba criogénica de un conjunto tractor-remolque, el accionador o generador de impulsos puede ser activado, ventajosamente, por el motor que propulsa al sistema móvil o puede ser activado por el calor generador por el motor a través de un dispositivo para la generación de ondas termoacústicas. El accionador o generador de impulsos 11 proporciona un impulso a un gas de trabajo para producir un gas de trabajo comprimido. El helio es el gas de trabajo preferido; sin embargo, en la práctica de este invento puede utilizarse cualquier gas de trabajo efectivo, entre los que se pueden nombrar aire, nitrógeno, oxígeno, argón y neón.
El gas de trabajo comprimido es enfriado en el post-enfriador 23 en el que se elimina el calor de compresión por intercambio de calor indirecto con un medio de refrigeración, tal como agua 24, y el gas de trabajo comprimido resultante es tratado, luego, en el regenerador 12. En el regenerador 12, el gas de trabajo comprimido es enfriado por intercambio de calor con medios regeneradores y, luego, el gas de trabajo comprimido, enfriado, es proporcionado al intercambiador de calor 13 frío y, luego, al extremo frío del tubo de impulsos 10 aislado.
La geometría y la configuración pulsatoria del sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos, son tal que antes de que el impulso de compresión procedente del accionador que pasa a través del gas de trabajo, alcance el extremo frío del tubo de impulsos, el accionador inicia la fase de expansión. Esto hace que el gas de trabajo comprimido, enfriado, se expanda en el extremo frío del tubo de impulsos. El extremo frío del tubo de impulsos es el extremo adyacente al intercambiador de calor frío. Esta expansión hace que el gas de trabajo contenido en el tubo de impulsos sea comprimido en la dirección del extremo caliente del tubo de impulsos y se elimine calor del extremo caliente, típicamente merced al uso del intercambiador de calor 25 caliente por intercambio de calor indirecto con un medio de refrigeración, tal como agua 26. Preferiblemente, el sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos emplea un orificio 15 y un depósito 14 para mantener el desplazamiento del gas y los impulsos de presión en fases
apropiadas.
El gas del tubo de impulsos, comprimido, más caliente, contenido en el extremo caliente del tubo de impulsos 10, es tratado en el intercambiador de calor 25 caliente y, luego, es introducido en el depósito 14 a través del orificio 15. El movimiento del gas, en fase apropiada con la presión, es facilitado por la incorporación del orificio o la válvula 15 y el volumen del depósito 14, donde el gas es almacenado a una presión media con pequeñas fluctuaciones. El tamaño del depósito 14 es lo bastante grande, de manera que, en esencia, en él se producen muy pocas oscilaciones de presión durante el flujo oscilante en el tubo de impulsos. El flujo de entrada desde el pistón/dispositivo 11 de generación de ondas se detiene y la presión en el tubo disminuye hasta un valor inferior. El gas procedente del depósito 14 pasa, a una presión media, a través del orificio hasta el tubo de impulsos, que está a la presión más baja. El gas expandido, enfriado adicionalmente en el extremo frío del tubo de impulsos 10 proporciona la refrigeración para la carga externa a medida que pasa a través del intercambiador de calor 13 frío. La refrigeración debida al gas de trabajo enfriado adicionalmente es transmitida así por intercambio de calor indirecto al interior 2 de la vasija o recipiente 20, sirviendo por tanto para contrarrestar la entrada de calor en la vasija o recipiente y reducir o eliminar por completo la pérdida de fluido criogénico desde la vasija o recipiente, debido a dicha incorporación de calor. El gas de trabajo resultante, más caliente, es calentado adicionalmente por tratamiento en el regenerador 12 cuando enfría el regenerador. Entonces, está listo para recibir el siguiente impulso. Puede retirarse fluido criogénico de la vasija o recipiente 20, por ejemplo a través de la conducción 27.
El refrigerador de tubo de impulsos con orificio sirve para proporcionar refrigeración cuando el fluido de trabajo es sometido a compresión y expansión cíclicas en el tubo de impulsos. El ciclo es como sigue: el generador de impulsos, merced a fases de compresión y expansión temporizadas hace que el gas de trabajo en su extremo caliente sea comprimido y, por tanto, se caliente. Como el gas comprimido está a una presión mayor que la presión media en el depósito, circula por el orificio entrando en el depósito e intercambia calor a través del intercambiador de calor caliente situado en el extremo caliente del tubo de impulsos. La circulación cesa cuando la presión en el tubo de impulsos se reduce hasta el valor de la presión media. El generador de impulsos retrocede y, así, el gas se expande en su extremo caliente. El gas frío, a baja presión, del extremo caliente del tubo de impulsos es forzado hacia el extremo frío del tubo de impulsos por la circulación del gas desde el depósito al tubo de impulsos, a través del orificio. Esto, a su vez, empuja al gas adicionalmente frío del extremo frío del tubo de impulsos para que sea tratado a través del intercambiador de calor en el extremo frío del tubo de impulsos. En este proceso, elimina el calor del fluido o de otra entidad que se esté enfriando. Esta circulación cesa cuando la presión en el tubo de impulsos aumenta hasta llegar al valor de la presión media. Luego, se repite el ciclo.
En la figura 1 se muestra el intercambiador de calor frío situado en el interior 2 de la vasija o recipiente, en el volumen ocupado por vapor. El intercambiador de calor frío podría estar situado, también, de forma que aplicase, al menos, algo de refrigeración directamente al líquido en el interior de la vasija o recipiente. En otra realización, el intercambiador de calor frío podría conectarse a un conducto de calor u otro dispositivo de transmisión de calor que aplique la refrigeración al vapor criogénico y/o al líquido criogénico contenidos en la vasija o recipiente. En todavía otra realización, el intercambiador de calor frío podría posicionarse de forma que aplicase la refrigeración directamente al aislamiento del interior de la vasija o recipiente.
La figura 2 ilustra otra realización en la que se utiliza un conducto de calor para aplicar refrigeración desde el intercambiador de calor frío al líquido criogénico contenido en la vasija o recipiente. En el caso de elementos comunes, los números de referencia de la figura 2 son los mismos que en la figura 1 y estos elementos comunes no se describirán de nuevo con detalle.
Un conducto de calor es un dispositivo térmico para transmitir calor de manera eficiente desde un extremo del conducto a su otro extremo. Típicamente, el dispositivo comprende un conducto mal conductor del calor, tal como un tubo 50 de acero inoxidable, cerrado en ambos extremos y que contiene un fluido transmisor del calor. Este conducto de calor se carga con fluido transmisor del calor, es decir, un gas o una mezcla de gases, a una presión y una temperatura apropiadas con el fin de cambiar de fase por condensación en el extremo 51 en contacto con el intercambiador de calor frío del tubo de impulsos y por ebullición en el otro extremo 52 en contacto indirecto con el fluido criogénico que ha de condensarse o sub-enfriarse. Por ejemplo, para condensar vapor o sub-enfriar líquido en el interior 2 de la vasija o recipiente a, por ejemplo, 80ºK, la masa de gas nitrógeno requerida en el conducto de calor podría determinarse merced a las partes de vapor y de líquido designadas para el volumen del conducto de calor correspondiente a la condición de cambio de fase del nitrógeno a 80ºK.
La figura 3 ilustra una realización del invento en la que se proporciona refrigeración a dos lugares en el interior de la vasija o recipiente, siendo uno de esos lugares un escudo térmico dentro del aislamiento. En la figura 3 se utilizan, para los elementos comunes, los mismos números de referencia que en la figura 1 y estos elementos comunes no se describirán de nuevo con detalle.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, la vasija o recipiente criogénico 20 tiene un escudo térmico 30 dentro del aislamiento 21 en el interior de la vasija o recipiente. El escudo térmico podría estar constituido por cualquier entidad que sirva para interceptar la entrada de calor a la vasija o recipiente. Por ejemplo, podría ser un material metálico o podría ser un refrigerante, por ejemplo, nitrógeno líquido. En el sistema de refrigeración por tubo de impulsos de dos etapas, ilustrado en la figura 3, el gas de trabajo comprimido, enfriado, procedente del regenerador 12, se divide en dos partes. Una primera parte 32 se trata en un segundo regenerador 31 en el que es llevada a una temperatura más baja, antes de ser tratada en el intercambiador de calor 13 frío. El resto de esta etapa del sistema de refrigeración por tubo de impulsos funciona de manera similar a la anteriormente descrita con referencia a la figura 1.
Una segunda parte 33 del gas de trabajo enfriado procedente del regenerador 12 es tratada en un segundo intercambiador de calor 34 frío que está en relación de intercambio de calor con el escudo térmico 30. La segunda etapa del sistema de refrigeración por tubo de impulsos, ilustrada en la figura 3, que incluye un segundo tubo de impulsos 35, un segundo intercambiador de calor 36 caliente, un segundo orificio 37, y un segundo depósito 38, funciona de manera similar a la primera etapa del tubo de impulsos, excepto porque la refrigeración generada por esta segunda etapa es entregada al escudo térmico en el interior 2, en vez de al fluido criogénico contenido en el interior 2. Las dos etapas podrían emplear dos tubos de impulsos independientes con conexión térmica o cualquier otra configuración efectiva, adecuada. Por motivos de claridad, el aislamiento que cubre una porción de la parte fría del sistema de refrigeración mediante tubo de impulsos de dos etapas, no se ilustra en la figura 3. Los expertos en la técnica reconocerán que, en el funcionamiento normal, dicha parte estará aislada.

Claims (9)

1. Método para proporcionar refrigeración a una vasija o recipiente criogénico que comprende un aislamiento con un escudo térmico (30) y que contiene fluido criogénico (3), cuyo método comprende:
(A)
aplicar un impulso a un gas de trabajo para producir un gas de trabajo comprimido, y enfriar el gas de trabajo comprimido para producir gas de trabajo enfriado;
(B)
expandir el gas de trabajo enfriado en un extremo frío de un tubo de impulsos (10) para generar refrigeración con el fin de producir gas de trabajo enfriado adicionalmente; y
(C)
proporcionar refrigeración a partir del gas de trabajo enfriado adicionalmente, directamente al aislamiento.
2. El método de la reivindicación 1, en el que también se proporciona refrigeración directamente al fluido criogénico.
3. El método de la reivindicación 1, en el que se proporciona refrigeración a un fluido contenido en un conducto de calor que, entonces, proporciona la refrigeración para el fluido criogénico.
4. Un sistema de vasija o recipiente criogénico, que comprende:
(A)
una vasija o recipiente (20) que tiene un cuerpo exterior (1) que define un interior (2) de la vasija o recipiente, que contiene un aislamiento (21) con un escudo térmico (30);
(B)
un generador de impulsos (11), un regenerador (12), un primer intercambiador de calor (13) frío, medios para hacer pasar una onda de presión a través de un gas de trabajo desde el generador de impulsos (11) al regenerador (12), y medios para hacer pasar una onda de presión a través del gas de trabajo, desde el regenerador (12) al primer intercambiador de calor (13) frío;
(C)
un tubo de impulsos (10) que tiene un extremo frío, estando dicho extremo frío en comunicación de flujo con el primer intercambiador de calor (13) frío, y estando dicho primer intercambiador de calor (13) frío, al menos en parte, en el interior (2) de la vasija o recipiente; y
(D)
medios para hacer pasar una onda de presión a través del gas de trabajo desde el regenerador (12) a un segundo intercambiador de calor (34) frío que está en relación de intercambio de calor con el escudo térmico (30).
5. La vasija o recipiente criogénico de la reivindicación 4, que comprende además un segundo regenerador (31) en el que los medios para hacer pasar una onda de presión a través del gas de trabajo desde el regenerador (12) al intercambiador de calor (13) frío, incluyen el segundo regenerador (31).
6. La vasija o recipiente criogénico de la reivindicación 4 o de la reivindicación 5, en la que el generador de impulsos es un dispositivo termoacústico.
7. La vasija o recipiente criogénico de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en la que el generador de impulsos comprende un pistón.
8. La vasija o recipiente criogénico de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, que comprende además un depósito (14) en comunicación de flujo con el tubo de impulsos (10) a través de un orificio (15).
9. La vasija o recipiente criogénico de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, que comprende, además, un conducto de calor (50, 51, 52) en relación de intercambio térmico con el primer intercambiador de calor (13) frío.
ES02773445T 2001-10-18 2002-09-18 Sistema de vasija o recipiente criogenico con refrigeracion por tubo de impulsos. Expired - Lifetime ES2329557T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/978,765 US6430938B1 (en) 2001-10-18 2001-10-18 Cryogenic vessel system with pulse tube refrigeration
US978765 2001-10-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2329557T3 true ES2329557T3 (es) 2009-11-27

Family

ID=25526370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES02773445T Expired - Lifetime ES2329557T3 (es) 2001-10-18 2002-09-18 Sistema de vasija o recipiente criogenico con refrigeracion por tubo de impulsos.

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6430938B1 (es)
EP (1) EP1436554B1 (es)
KR (1) KR100891291B1 (es)
CN (1) CN100467976C (es)
BR (1) BR0213401A (es)
CA (1) CA2463818C (es)
DE (1) DE60232899D1 (es)
ES (1) ES2329557T3 (es)
MX (1) MXPA04003676A (es)
WO (1) WO2003033972A1 (es)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4392740B2 (ja) * 2001-08-30 2010-01-06 株式会社ルネサステクノロジ 半導体記憶回路
JP4520676B2 (ja) * 2001-08-31 2010-08-11 アイシン精機株式会社 冷却装置
US7434407B2 (en) * 2003-04-09 2008-10-14 Sierra Lobo, Inc. No-vent liquid hydrogen storage and delivery system
US6865897B2 (en) * 2003-07-10 2005-03-15 Praxair Technology, Inc. Method for providing refrigeration using capillary pumped liquid
US7059138B2 (en) 2003-09-23 2006-06-13 Praxair Technology, Inc. Biological refrigeration system
US7395527B2 (en) 2003-09-30 2008-07-01 International Business Machines Corporation Method and apparatus for counting instruction execution and data accesses
US8381037B2 (en) 2003-10-09 2013-02-19 International Business Machines Corporation Method and system for autonomic execution path selection in an application
US7895382B2 (en) 2004-01-14 2011-02-22 International Business Machines Corporation Method and apparatus for qualifying collection of performance monitoring events by types of interrupt when interrupt occurs
US7415705B2 (en) 2004-01-14 2008-08-19 International Business Machines Corporation Autonomic method and apparatus for hardware assist for patching code
US20060010881A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Keith Gustafson Cryogenic dewar
US7290396B2 (en) * 2005-01-19 2007-11-06 Praxair Technology, Inc. Cryogenic biological preservation unit
US20060260328A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Rampersad Bryce M Cryogenic biological preservation unit with active cooling and positive atmospheric seal lid
US20060260329A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Rampersad Bryce M Cryogenic biological preservation unit with integrated cryocooler and nitrogen supply
US20070000258A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-04 Bonaquist Dante P Biological refrigeration sytem
US20070068175A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Rampersad Bryce M Control system for actively cooled cryogenic biological preservation unit
US20090071171A1 (en) * 2007-09-18 2009-03-19 Jalal Hunain Zia Cryogenic liquid storage method and system
DE102008007923A1 (de) * 2008-02-07 2009-08-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Kühlen eines Speicherbehälters
US20130008188A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Mccormick Stephen A Cryogen heat pipe heat exchanger
US8763409B2 (en) 2011-07-07 2014-07-01 Linde Aktiengesellschaft LNG (liquefied natural gas) and LIN (liquid nitrogen) in transit refrigeration heat exchange system
US20130086939A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-11 Guy D. Cusumano Distributed lng device
US20130098070A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Stephen A. McCormick Pressure control apparatus for cryogenic storage tanks
FR3014544A1 (fr) * 2013-12-06 2015-06-12 Air Liquide Procede de refrigeration, boite froide et installation cryogenique correspondantes
CN106500386B (zh) * 2016-12-28 2022-12-30 宁波华斯特林电机制造有限公司 基于斯特林电机的冷却装置
FR3120097B1 (fr) * 2021-02-22 2023-02-17 Gorry Sebastien Dispositif de compression d’un fluide stocké sous la forme d’un liquide cryogénique, et procédé de fabrication associé

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2951348A (en) * 1956-07-24 1960-09-06 Union Carbide Corp Method and apparatus for storage and distribution of low-temperature liquids
BE632902A (es) 1962-05-31 1963-10-21
US4129014A (en) * 1977-07-22 1978-12-12 Chubb Talbot A Refrigeration storage and cooling tank
US4718239A (en) 1987-03-05 1988-01-12 Union Carbide Corporation Cryogenic storage vessel
US4727723A (en) 1987-06-24 1988-03-01 The M. W. Kellogg Company Method for sub-cooling a normally gaseous hydrocarbon mixture
EP0366818A1 (de) * 1988-11-02 1990-05-09 Leybold Aktiengesellschaft Kryostat mit einem Flüssig-Stickstoff (LN2)-Bad
US5699839A (en) 1995-07-14 1997-12-23 Acurex Environmental Corporation Zero-vent liquid natural gas fueling station
US5571231A (en) 1995-10-25 1996-11-05 The Boc Group, Inc. Apparatus for storing a multi-component cryogenic liquid
US5794450A (en) * 1997-01-03 1998-08-18 Ncr Corporation Remotely located pulse tube for cooling electronics
JPH10282200A (ja) 1997-04-09 1998-10-23 Aisin Seiki Co Ltd 超電導磁石システムの冷却装置
GB2329700B (en) * 1997-09-30 2001-09-19 Oxford Magnet Tech Improvements in or relating to cryostat systems
JPH11237130A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Daikin Ind Ltd 冷凍機システムの冷却装置
US6205812B1 (en) 1999-12-03 2001-03-27 Praxair Technology, Inc. Cryogenic ultra cold hybrid liquefier
US6269658B1 (en) 2000-06-28 2001-08-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with pulse tube refrigeration

Also Published As

Publication number Publication date
CN1620583A (zh) 2005-05-25
CA2463818A1 (en) 2003-04-24
WO2003033972A1 (en) 2003-04-24
CN100467976C (zh) 2009-03-11
MXPA04003676A (es) 2004-07-22
US6430938B1 (en) 2002-08-13
DE60232899D1 (de) 2009-08-20
EP1436554A1 (en) 2004-07-14
EP1436554B1 (en) 2009-07-08
KR20040045843A (ko) 2004-06-02
KR100891291B1 (ko) 2009-04-06
EP1436554A4 (en) 2006-05-03
BR0213401A (pt) 2005-01-04
CA2463818C (en) 2007-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2329557T3 (es) Sistema de vasija o recipiente criogenico con refrigeracion por tubo de impulsos.
ES2212957T3 (es) Licuefactor criogenico hibrido ultra frio.
JP4873210B2 (ja) 低温燃料用貯蔵容器
WO2002057694A1 (en) Cryogenic pulse tube system
CA2614195C (en) Cryogenic tank system
JPH03503203A (ja) 中間ヒートシンク付きの遠隔の再凝縮器
ES2263765T3 (es) Procedimiento y dispositivo para el rellenado de recipientes a presion con gases o mezclas de gases permanentes de bajo punto de ebullicion.
US6519950B2 (en) Device for storing gas under pressure
JP2005098688A (ja) 生体冷凍システム
US6453677B1 (en) Magnetic refrigeration cryogenic vessel system
JPS63287700A (ja) 宇宙飛行体の電気的な駆動機構用稀ガスを貯蔵するための容器に稀ガスを充填しかつこの容器から取出す方法およびそのための容器
JP2001091173A (ja) 熱搬送装置
KR102123531B1 (ko) 열교환 시스템
JPS6338862A (ja) ヒ−トパイプ付冷凍機
CN115371298B (zh) 一种液氢和液氧同步深度过冷的撬装式系统及方法
KR102496145B1 (ko) 액화수소 운송 차량
JPH08283009A (ja) ヘリウム３クライオスタット
Nast Status of solid cryogen coolers
JP7296116B2 (ja) 保温保冷装置
JPH0633855B2 (ja) 液体ヘリウムの貯蔵装置
KR20230108924A (ko) 초저온 냉동기를 이용한 액화수소 저장장치
JP2005155536A (ja) 温度制御型アンモニア水・ガス供給装置
JPH0634214A (ja) パルス管冷凍機
KR20230105426A (ko) 저온액화가스를 이용한 액화수소 저장시스템
JPS58166780A (ja) 超電導電子装置