JP2014527606A - 貯蔵タンクに補充する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、タンカ（２）から固定貯蔵タンク（１）に、過冷極低温液化ガス、具体的には液体窒素（ＬＩＮ）を補充する方法および装置に関する。方法は、以下のステップ：冷却槽（４）を備えタンカ（２）と貯蔵タンク（１）の入口（１９）との間に連結されるサブクーラ（３）が、充填レベル（５）までタンカ（２）から液化ガスを充填され、槽温度に冷却されるステップ；その後、貯蔵タンク（１）が、送出ポンプ（６）を使用して液化ガスがサブクーラ（３）の冷却槽（４）内の熱交換器（７）を通って貯蔵タンク（１）にポンプ輸送されることによって、タンカ（２）から液化ガスを補充され、その間、液化ガスが冷却槽（４）の槽温度に冷却されるステップを含み、補充プロセスの終了後、サブクーラ（３）にもはや液化ガスが供給されなくなり、したがってサブクーラ（３）の温度が上がる。本発明による教示によって、ポンプを使用した、タンカ（２）による貯蔵タンク（１）の迅速な補充が可能になり、それによって個々のタンカ（２）が、一日当たりより多くの貯蔵タンクを充填できるようになる。したがって、タンカおよびそれらの乗員をより効率的に使用することが可能になる。さらに、充填プロセスの間の貯蔵タンク内の圧力変動が減少され得る。

Description

本発明は、タンカから固定貯蔵タンクに過冷極低温液化ガスを補充する方法および装置に関する。液化ガスは、具体的には、液体窒素（ＬＩＮ）である。

一般的に、極低温液化ガスの消費者側には大容量の固定貯蔵タンクが設置され、消費者はそこから極低温液化ガスを取り出すことができる。これらの貯蔵タンクには、定期的な補充が必要である。補充は、タンカによって行われる。通常、極低温液化ガスは、タンカの保持タンク内において過冷状態で輸送される。過冷状態とは、極低温液化ガスが、相当する圧力での沸点よりも低い温度にあることを意味するものとする。

補充前、一般的に、貯蔵タンクは、極低温液化ガスの蒸発により加圧下にある。この圧力は、通常、補充プロセス前にベントされて低くされ、それによってさらに多くの極低温液化ガスが蒸発する。その後、タンカに貯蔵されている極低温液化ガスは、極低温液化ガスのさらなる温度上昇を招くのでポンプを使用することなくタンカ内の内圧によって貯蔵タンクに移される。したがって、この充填プロセスは、比較的長い時間がかかる。

別法として、固定貯蔵タンクを常に特定の低圧に保ち、ポンプを使用してタンカからの補充が実行されることが知られている。しかし、この場合、ポンプは、充填前の冷却のための待ち時間を回避するために、恒久的に低温状態に保たれなければならない。したがって、ポンプを恒久的に冷却する場合、エネルギ消費が高くなり、またポンプには定期的な保守が必要となる。

従来技術より、消費者設備または輸送手段に過冷液化ガスが必要な場合、固定タンクの出口にサブクーラを使用することが知られている。この場合、サブクーラは、液化ガスの温度を沸点より低く保つのに使用される。サブクーラは、例えば欧州特許出願公開第０３０７０９２Ａ１号に記載されている。しかし、タンカからの固定貯蔵タンクの補充のためのサブクーラの使用については、これまで説明されていない。

したがって、本発明の目的は、従来技術に関連して説明した問題を少なくとも部分的に解決し、具体的には、貯蔵タンクの補充がそれによって通常のプロセスに比べてより迅速かつ／またはより効率的に実行され得る方法および装置を提供することである。他の目的は、充填プロセスの間、消費者側に連結されているタンク内の圧力変動を減少させることである。

これらの目的は、独立特許請求項の特徴による方法、装置および貯蔵タンクによって達成される。本発明のさらに他の有利な構造および特徴は、従属的に構成された特許請求項に示されている。従属特許請求項に個別に記載されている特徴は、任意の所望の技術的に実現可能なやり方で互いに組み合わされ、本発明のさらなる形態を定義することができることに注目されたい。さらに、特許請求の範囲に示されている特徴は、本明細書により詳細に指定され、説明され、本発明の他の好ましい構成も提示される。

具体的には、これらの目的は、タンカから固定貯蔵タンクに、極低温液化ガス、具体的には過冷極低温液化ガスを補充する方法によって達成され、この方法は、以下のステップ：
− 冷却槽を備えタンカと貯蔵タンクの間に連結されるサブクーラが、充填レベルまでタンカから液化ガスを充填され、槽温度に冷却されるステップと、
− その後、貯蔵タンクが、送出ポンプを使用して液化ガスがサブクーラの冷却槽内の熱交換器を通って貯蔵タンクにポンプ輸送されることによって、タンカから液化ガスを補充され、その間、本質的に、液化ガスが冷却槽の槽温度に冷却されるステップと、
を含み、
− 補充プロセスの終了後、サブクーラにもはや液化ガスが供給されなくなり、したがってサブクーラの温度が上がる。

極低温液化ガスは、好ましくは、極低温液体アルゴン、極低温液体ヘリウム、極低温液体二酸化炭素、または、さらに特に好ましくは極低温液体窒素（ＬＩＮ）である。本発明の文脈における固定貯蔵タンクとは、極低温液化ガスを保持するのに適しており、具体的には、消費者側の近くに設置され移動式タンカによって補充可能な、大容量タンクを意味するものとする。この文脈におけるタンカとは、具体的には保持タンクである適当な容器に入れて極低温液化ガスを運ぶのに適した輸送手段を意味するものとする。

本発明の文脈におけるサブクーラとは、極低温液化ガスの充填および保持が可能である、冷却槽を保持する容器を備えた冷却装置を意味するものとする。冷却槽は、サブクーラ内に配置され、周囲から断熱される。さらに、サブクーラ内には、冷却槽と熱交換を行いその中に冷却されるべき媒体が送り込まれ得る熱交換器が形成される。送出ポンプは、極低温液化ガスがタンカから供給され得るようにタンカの保持タンクとサブクーラの間に配置される。送出ポンプは、タンカ上に配置されるのが好ましいが、必ずしも常に低温で保持される必要はない。

まず、タンカからサブクーラの冷却槽に液化ガスが充填される。この場合、具体的には、冷却槽内に配置されている熱交換器より上の充填レベルに達するのに十分な液化ガスが冷却槽に充填される。タンカが貯蔵タンクの入口に連結され、それによって液化ガスがラインシステムを通って貯蔵タンクおよび／または冷却槽に送り込まれ得る。弁は、ラインシステム内に配置され、それが作動すると、それに対応して液化ガスが冷却槽および／または貯蔵タンクに送り込まれ得るようになる。

冷却槽内の液化ガスは、短い平衡時間後、本質的に一定の熱力学的状態を呈する。液化ガスが到達する温度は、槽温度と称され、タンカ内の過冷極低温液化ガスの温度と本質的に等しい、またはその温度よりもわずかに低い。具体的には、この場合、−１９５℃〜−１９９℃の温度に達することがある。

冷却槽内の液化ガスが冷却槽温度に達した後、液化ガスは、タンカから、サブクーラ内の熱交換器を通って、貯蔵タンクの入口に送り込まれる。この場合、液化ガスは、送出ポンプ、具体的には、個別に冷却されていないおよび／またはタンカに割り当てられている送出ポンプよって供給される。

送出ポンプによってもたらされるエネルギの一部は、熱として、初めに液化ガスに伝えられるが、それでもやはり、その熱は、本質的に、サブクーラの熱交換器内において冷却槽に入っている液化ガスに伝えられ、したがって、タンカから供給される極低温液化ガスは、貯蔵タンクに達するときにはタンカ内の開始温度よりもわずかだけしか温度が上昇しない。送達の間のほとんどの時間、供給される極低温液化ガスは、液体状態にあり、貯蔵タンク内に広がっている圧力に抗してポンプ輸送され得る。さらに、供給された極低温液化ガスは、全体的に、貯蔵タンクに保持されている極低温液化ガスよりも温度が低いので、それをさらに冷却する。

この理由のため、タンク内において液体ガスの上にある蒸発したガスが凝結して固定タンク内の圧力を不必要に下げることを回避するために、タンクの最低充填レベルより下、好ましくはタンクの底部の近くにある入口を介して貯蔵タンクを充填することが重要である。他方では、固定タンクは、通常、２つの補充プロセスの間、特定の鉛直温度分布を取得する。したがって、この分布をいくらか一様にし、充填プロセス中のタンク内の平均温度を下げることが有意であり得、最低充填レベルより下にある入口を介し、またポンプを使用することでそれらをいっそう適切に行うことができる。

この方法の利点は、極低温液化ガスが、ポンプによって上昇した圧力で供給されるので、補充プロセスにかかる時間が、ポンプを用いない送達と比較すると７０％まで短縮され得ることである。さらに、ポンプによって発生する熱がサブクーラの冷却槽によって吸収されるので、使用ポンプが常に低温状態にある必要がない。ポンプを用いない送達と比較すると、この方法は、さらに、充填プロセスの間のサブクーラの冷却またはサブクーラの低温での保持のためだけしか追加的にエネルギを費やさなくてよいので、エネルギ的にほとんど劣らない。サブクーラは、補充継続時間中だけ全体的に冷却され、その合間は周囲温度を呈する。したがって、それを除霜するあらゆる追加の注意または機器が必要なく、それによって固定タンクの断熱材の外側に配置される構成要素が単純になる。

サブクーラの冷却槽内の充填レベルおよび／または圧力は、貯蔵タンクの充填の間、一定に保たれるのが好ましい。この目的のため、具体的には、極低温液化ガスは、充填プロセスの間、冷却槽に分けて入れられる。この目的ため、具体的には、ラインシステム内にあり制御ユニットに接続されている弁がそれに従って切り換えられる。制御ユニットは、さらに、レベルプローブおよび温度センサを使用して、充填プロセスを監視する。冷却槽には、さらに、逃がし弁が配置され、それによって冷却槽内の圧力が減少され得る。このようにして、補充プロセス全体を通して、一定の状態が調節され得る。

タンカ内の圧力および／または温度は、貯蔵タンクの充填の間、一定に保たれるのが特に好ましい。補充プロセス中の状態は、やはり、この処置によって一定に保たれる。

さらに、液化ガスは、圧力３から１５ｂａｒの間、好ましくは５から１０ｂａｒの間で、その圧力に相当する液化ガスの沸点よりも低い温度で貯蔵タンクに貯蔵されるのが好ましい。これは、液化ガスが貯蔵タンク内において過冷状態にあることを意味し、その場合、一般的に、タンカ内の極低温液化ガスは、さらに低い温度にあると推定することができる。さらに、このことは、補充プロセスの間、貯蔵タンク内の圧力が周囲の圧力になる、または周囲の圧力に対して上昇したままになることをやはり意味する。これによって、貯蔵タンクの初めのベントが不要になり、したがって補充プロセスの間のさらなる時間の節約になり、ことによると貯蔵タンクに連結されている消費者側が圧力変動を受けなくなる。

具体的には、充填プロセス終了後、サブクーラにもはや液化ガスが供給されなくなり、したがってサブクーラの温度が上がることも有利な点である。これは、サブクーラが液化ガス補充プロセスの間だけしか低い槽温度に保たれないことを意味する。２つの補充プロセスの合間ではサブクーラ内の液化ガスは蒸発し、サブクーラは周囲温度を呈する。したがって、サブクーラは、連続的に冷却される必要がなく、さらに、凍らない。補充プロセスのための冷却は、液化ガスを充填することによってごく短時間で達成される。

本発明の他の態様は、タンカから固定貯蔵タンクに、過冷極低温液化ガス、具体的には液体窒素を補充するための装置であって、貯蔵タンクの入口にはサブクーラが装備されている、装置を提供し、このサブクーラは、液化ガスをタンカから貯蔵タンクにそれを通して送り込むことができる冷却槽を備え、サブクーラの入口側またはタンカには送出ポンプがあり、それによって液化ガスが加圧されて冷却槽を通り貯蔵タンク内にポンプ輸送され得る。この装置は、特に、本発明による方法を実行するように構成され適合されている。

好ましくは、サブクーラは、貯蔵タンク近くに設置される。入口は、タンクの底部近くにある必要があり、どんな場合でも、タンク内の液化ガスの最低充填レベルより下にある必要がある。提案の装置の場合、貯蔵タンクの補充は、短時間で実行可能であり、それは、タンク内の液化ガスを加圧下で過冷状態で維持するのに寄与することができる。

装置の有利な改善によれば、タンカから過冷極低温液化ガスをサブクーラに充填するための手段、および／または冷却槽の予め決定可能な充填レベルを維持するための手段が設けられる。これらの手段は、好ましくは、ラインシステム、弁、センサおよび／または制御ユニットを備える。具体的には、一方において、冷却槽に液化ガスが充填され得、かつ／または貯蔵タンクに液体ガスが充填され得るように構成された弁を備えるラインシステムが設けられ、弁は、制御ユニットに接続されるのが好ましい。制御ユニットは、さらに、冷却槽および／または貯蔵タンク、またはタンカを監視するためのレベルプローブおよび／または温度センサに接続される。このように、貯蔵タンクの補充は、ほぼ自動的に実行され得る。

装置の他の有利な改善によれば、貯蔵タンクは、３〜１５ｂａｒ、好ましくは５〜１０ｂａｒの貯蔵圧力用に構成され、送出ポンプは、この圧力に抗した充填に対応する圧力用に構成される。それによって、加圧下での対応する液化ガスの補充が可能になり、したがって充填時間が著しく短縮される。

本発明による方法について開示の詳細および利点は、本発明による装置および本発明によるタンカに適合かつ適用可能であり、逆もまた同様である。

本発明および技術的な文脈は、図面を用いて以下に一例として説明される。図面は、本発明の特に好ましい実施形態を示しているが、本発明はそれに制限されないことに注目されたい。

図面には、固定貯蔵タンク１に過冷極低温液化ガスを補充するための装置８が概略的に示されている。装置８は、過冷極低温液化ガスが送達される保持タンク１６を有するタンカ２を備える。装置８は、さらに、熱交換器７が内部に形成されている、冷却槽４付きのサブクーラ３を備える。サブクーラ３は、ライン９および送出ポンプ６を介してタンカ２の保持タンク１６に結合され、さらに、ライン９を介して貯蔵タンク１の入口１９に結合されている。入口１９は、好ましくはタンク１の底部２０近くである、タンク１内の液化ガスの最低レベル２１より下に配置されている。ライン９およびサブクーラ３はラインネットワーク１７を形成し、それを介して、ライン９の使用によりタンカ２の保持タンク１６からの極低温液化ガスが熱交換器７を通って冷却槽４または貯蔵タンク１のいずれかに送り込まれ得る。この目的のため、ライン９およびラインネットワーク１７には、２つの送出弁１０と１つの充填弁１３とが設置されている。さらに、サブクーラ３内には、レベルプローブ１４と温度センサ１５とが設置されている。レベルプローブ１４、温度センサ１５、送出弁１０および充填弁１３は、信号線１１によって、補充プロセスを監視または調節する制御ユニット１８に接続されている。サブクーラ３は、さらに、逃がし弁１２を有する。別の逃がし弁１２もまた、ライン９において設置されている。

貯蔵タンク１の補充のために、タンカ２の保持タンク１６がポンプ６によってサブクーラ３に結合される。まず、熱交換器７より上の充填レベル５まで、保持タンク１６からサブクーラ３の冷却槽４に極低温液化ガスが充填される。この目的のため、サブクーラへのライン９にある供給弁１０が開けられ、貯蔵タンク１の入口１９に対する供給弁１０が閉じられ、充填弁１３が開けられる。冷却槽４に極低温液化ガスが充填された後、タンカ２の保持タンク１６から、極低温液化ガスが、ライン９および送出ポンプ１６を介して熱交換器７を通って貯蔵タンク１の入口１９に送り込まれる。この目的のため、供給弁１０が開けられ、充填弁１３が閉じられる。

例えば、極低温液化ガスが窒素の場合、冷却槽４内には、気体窒素ＧＮと液体窒素ＬＩＮとが存在することになる。貯蔵タンクの補充のとき、レベルプローブ１４または温度センサ１５によって、冷却槽４内の充填レベル５または冷却槽内の温度が低くなってきたことが判明すると、任意選択で、充填弁１３を介して冷却槽４に極低温液体窒素がさらに補充され得る。充填プロセス終了後、サブクーラ３は、低温に保持される必要はない。したがって、サブクーラ３は、タンク１の断熱材２２の外側に配置され、２つの補充プロセスの合間では温度が上がる。

送出ポンプ６によって低温の液化ガスにもたらされる熱エネルギは、熱交換器７に入って冷却槽４に入っている低温の液化ガスに伝えられる。こうして、貯蔵タンク１はまた、送出ポンプ６を用いて充填され、それによって、補充プロセスに要する時間が非常に短く保たれ得る。

本発明による教示によって、タンカ２による固定貯蔵タンク１への迅速な補充が可能になり、それによって個々のタンカ２が、一日当たりより多くの貯蔵タンクを充填することができるようになる。したがって、タンカ１およびそれらの乗員をより効率的に使用することが可能になる。さらに、充填プロセスの間の貯蔵タンク内の圧力変動が減少され得る。

１ 固定貯蔵タンク
２ タンカ
３ サブクーラ
４ 冷却槽
５ 充填レベル
６ 送出ポンプ
７ 熱交換器
８ 装置
９ ライン
１０ 供給弁
１１ 信号線
１２ 逃がし弁
１３ 充填弁
１４ レベルプローブ
１５ 温度センサ
１６ 保持タンク
１７ ラインネットワーク
１８ 制御ユニット
１９ 入口
２０ 底部
２１ 最低レベル
２２ 断熱材
ＧＮ 気体窒素
ＬＩＮ 液体窒素

Claims (11)

1. タンカ（２）から固定貯蔵タンク（１）に極低温液化ガス、具体的には液体窒素（ＬＩＮ）を補充する方法であって、
   冷却槽（４）を備え前記タンカ（２）と前記貯蔵タンク（１）の間に連結されるサブクーラ（３）が、充填レベル（５）まで前記タンカ（２）から前記液化ガスを充填され、槽温度に冷却されるステップと、
   その後、前記貯蔵タンク（１）が、送出ポンプ（６）を使用して前記液化ガスが前記サブクーラ（３）の前記冷却槽（４）内の熱交換器（７）を通って前記貯蔵タンク（１）にポンプ輸送されることによって、前記タンカ（２）から前記液化ガスを補充され、その間、本質的に、前記液化ガスが前記冷却槽（４）の前記槽温度に冷却されるステップと
   を備え、
   前記補充プロセスの終了後、前記サブクーラ（３）にもはや液化ガスが供給されなくなり、したがって前記サブクーラ（３）の温度が上がる、
   方法。
2. 前記サブクーラ（３）の前記冷却槽（４）内の前記充填レベル（５）および／または圧力が、前記貯蔵タンク（１）が充填されている間、一定に保たれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記タンカ（２）内の圧力および／または温度が、前記貯蔵タンク（１）が充填されている間、一定に保たれる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記液化ガスが、３から１５ｂａｒの間、好ましくは５から１０ｂａｒの間圧力で、当該圧力に相当する液化ガスの沸点よりも低い温度で、前記貯蔵タンク（１）に貯蔵される、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記貯蔵タンク（１）の前記補充が、前記貯蔵タンク（１）内の前記液化ガスの最低レベル（２１）より下にある入口（１９）、具体的には前記貯蔵タンク（１）の底部（２０）に近い入口（１９）を通って行われる、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
6. タンカ（２）から固定貯蔵タンク（１）に、過冷液化ガス、具体的には液体窒素（ＬＩＮ）を補充するための装置（８）であって、前記貯蔵タンク（１）の入口にはサブクーラ（３）が装備され、前記サブクーラ（３）が、冷却槽（４）と、前記タンカ（２）から前記サブクーラ（３）に過冷液化ガスを充填するための手段とを備え、前記冷却槽（４）を通って、前記液化ガスが前記タンカ（２）から前記貯蔵タンク（１）に供給可能であり、前記サブクーラ（３）の入口側または前記タンカ（１）には送出ポンプ（６）があり、それによって前記液化ガスが加圧されて前記冷却槽（４）を通り前記貯蔵タンク（１）にポンプ輸送され得る、装置（８）。
7. 前記冷却槽（４）の予め決定可能な充填レベル（５）を維持するための手段が設けられる、請求項６に記載の装置（８）。
8. 前記貯蔵タンク（１）が、３〜１５ｂａｒ、好ましくは５〜１０ｂａｒの貯蔵圧力用に構成され、前記送出ポンプ（６）が、それに対応する圧力用に構成される、請求項６または７に記載の装置（８）。
9. 前記貯蔵タンク（１）の前記入口が、前記貯蔵タンク（１）内の前記液化ガスの最低レベル（２１）より下、具体的には前記貯蔵タンク（１）の底部（２０）近くにある、請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 液化ガス、具体的には液体窒素（ＬＩＮ）用の固定貯蔵タンク（１）であって、前記貯蔵タンク（１）内の前記液化ガスの最低レベル（２１）より下、特に前記貯蔵タンク（１）の底部（２０）近くにある前記貯蔵タンク（１）の入口（１９）に連結されるサブクーラ（３）を備える、固定貯蔵タンク（１）。
11. 前記サブクーラ（３）が、その温度が前記貯蔵タンク（１）の温度に依存しないように、前記貯蔵タンクの断熱材（２２）の外側に配置される、請求項１０に記載の固定貯蔵タンク（１）。

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