JP3513225B2 - 極低温液体貯蔵タンク - Google Patents

極低温液体貯蔵タンク

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して極低温液体の貯
蔵及び供給装置に関し、より特定すると、このような極
低温液体のための改良された貯蔵タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、液体天然ガス
（ＬＮＧ）、窒素、酸素、ＣＯ2、メタン、水素等の極
低温液体は、極めて低温で存在する液化ガスである。こ
のような極低温液体は液体状態を維持するのに極めて低
い温度を必要とするので取り扱いにおいて特有の問題が
生じる。このような問題うちの一つは、貯蔵タンクを単
一のラインによって充填する場合に生じる。本発明のタ
ンクは事実上どのような極低温液体に対しても利用でき
るが、本発明の説明を容易にするために特にＬＮＧを参
考にして説明する。
【０００３】現存するタンクは、噴射ヘッドからタンク
の頂部内へある程度冷却されたＬＮＧを噴射し、それに
よってタンク内にあるガスを凝縮させ且つタンク内の圧
力ヘッド（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）を潰すことに
よって充填される。圧力ヘッドが潰れると、タンク内の
圧力が実質的に低下して極低温液体がタンク内に自由に
流れ込むことができる。極低温液体は、その液面高さが
噴射ヘッドに到達して噴射ヘッドが沈むまでタンク内に
流れ込み続けるであろう。ひとたび噴射ヘッドが沈む
と、流れ込んでくるある程度冷却された極低温液体がも
はや圧力ヘッドと直に接触することがなく、従って、圧
力ヘッドを迅速に潰すことができないので、タンク内の
圧力が次第に増加するであろう。しかしながら、タンク
内の乱流によって液体が層をなすのが防止され、従っ
て、タンクが液体で満たされるまで蒸気のための空間は
潰れ続ける。タンク内の圧力が極低温液体の所望の充填
高さに対応する所定の値に達すると、極低温液体の流れ
を自動的に停止させるために、圧力監視装置が充填ライ
ン内に配置される。ヘッド又はアレージ空間すなわち極
低温液体の頂部とタンクの頂部との間の領域は、蒸発し
た極低温液体を収容し且つ排気がなされるまでのタンク
内の保圧時間（ｈｏｌｄ ｔｉｍｅ）を増加させる。
【０００４】上記の充填システムは運転可能だけれど
も、圧力の上昇が比較的小さいので噴射ヘッドが沈むと
きを判断するのに極めて高感度で且つ高価な圧力監視装
置が必要とされる。もし圧力監視装置が圧力の上昇を検
知しないならば、液体がタンク内に完全に充満するであ
ろう。液体が充満したタンクは、例えば、蒸発した極低
温液体を収容するためのヘッド又はアレージ空間がない
ので、タンクの保圧時間がほとんどゼロまで減少する等
の多くの理由から望ましくない。従って、極低温液体の
ための改良された充填システムが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、比較的感度
が低く且つ低廉な圧力監視装置によってタンクの充填を
検知して適切なアレージ空間を形成して保圧時間を長く
することができる改良された貯蔵タンクを提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の極低温液体タン
クは、貯蔵タンクをメインタンクとより小さい第２のす
なわちアレージタンクとに分割することによって従来技
術における不具合点を解消している。充填ラインは極低
温液体をメインタンクに供給する。メインタンクとアレ
ージタンクとは、充填ラインの３０％以下の流速容量を
有する比較的小さい通路に接続されている。タンクを充
填するためには、極低温液体が、頂部からの充填か底部
からの充填のどちらかを使用する充填ラインを介してメ
インタンクに供給される。この充填ラインは前記の通路
よりもかなり大きいので、メインタンクは液体が充満す
るであろう。メインタンクが液体で一杯になると、液体
の流れが急激に低下し、この急激な低下は比較的感度が
低く且つ低廉な流れ監視装置によって検知して充填動作
を停止させることができる。アレージタンクは、捕捉し
たガスを保持し且つメインタンクとアレージタンク内の
液体の液面の高さが等しくなるまで前記通路を介して液
体をメインタンクからアレージタンク内へと流れ込ませ
る。両方のタンク内の液体の液面高さが等しくなると、
液体の上方に蒸気のための空間が形成されて液体の膨張
を吸収され且つ長い保圧時間を提供される。
【０００７】
【実施例】図１において、本発明の貯蔵タンクは、メイ
ンタンク２を含み、このメインタンク２は、外被４によ
って包囲されて外被４とメインタンク２との間に絶縁空
間が形成されている。本発明の貯蔵タンクはどのような
極低温液体貯蔵タンクの充填に対しても役立つが、ＬＮ
Ｇによって燃料供給されるバスにおいて見られるような
車両に搭載された水平の貯蔵タンクとして特に有用であ
る。絶縁空間６には、絶縁材が充填され且つ負圧にされ
て外部環境とメインタンク２の内側との間の熱伝導を最
小にすることができる。絶縁空間６は、タンク内に貯蔵
された極低温液体への熱の伝導を最小にするけれども、
いつかは熱伝導が起こってタンク内の極低温液体の一部
が蒸発する。蒸発した極低温液体は、過度の圧力が生じ
るのをさけるために収容されるか又は排気されなければ
ならない。排気は無駄であり且つある場合には本質的に
危険なので、蒸発する極低温液体を出来るだけ多く収容
するのが望ましい。
【０００８】噴射ヘッド９を有する充填パイプ８が極低
温液体をメインタンク２の内側に供給するために設けら
れている。充填パイプ８は頂部から充填するように図示
されているけれども、充填動作は、従来技術におけるよ
うに噴射ヘッド９が沈むことによって大きく影響を受け
ないので、本発明のタンクは底部からの充填も同様に機
能することが理解されるべきである。
【０００９】第２のすなわちアレージタンク１０が、図
１及び２に示すように、第１のタンク２内に配置されて
いる。メインタンク２とアレージタンク１０との実際の
容積比率は、タンクの作動圧力範囲及び形状によって変
わるであろう。しかしながら、好ましい実施例において
は、アレージタンク１０の容積はメインタンク２の容積
の約１０〜１５％である。
【００１０】図１及び２に示した好ましい実施例におい
ては、第１の通路１２がアレージタンク１０の底部に形
成されていて、メインタンク２からアレージタンク１０
への極低温液体の流れを許容している。これらのタンク
間を流体が流れることによって、以下に説明するように
２つのタンクの液体の液面高さが等しくなる。メインタ
ンク２が最初にアレージタンク１０を充填することなく
一杯になるようにするためには、通路１２の流れの容量
が充填パイプ８の流れの容量の約５％でなければならな
い。充填パイプ８と通路１２との相対的な大きさの特定
の例としては、充填パイプの直径が１２．７ｍｍ（１／
２インチ）で通路の直径が１．５９ｍｍ（１／１６イン
チ）であるか又は充填パイプの直径が１９．０５ｍｍ
（３／４インチ）で通路の直径が２．３８ｍｍ（３／３
２インチ）であるが、適切である相対的な大きさならば
どのようなものでも使用することができる。
【００１１】図３には別の実施例が示されており、この
実施例は、メインタンクとアレージタンクとの極低温液
体の液面高さが等しくなったときに、アレージタンク１
０内の蒸気を逃がすためにアレージタンク１０の頂部に
形成された第２の通路１４を含んでいる。この第２の通
路１４は、壁１６がメインタンク２内の極低温液体と接
触することにより、壁１６の温度がアレージタンク１０
内の蒸気を凝縮させ且つアレージタンク１０内の圧力ヘ
ッドを潰すのに十分な程度に冷たいような用途において
は省略することができる。これらの用途においては、図
１及び２に示された単一の通路を有する好ましい実施例
が使用される。
【００１２】作動時には、流れ監視装置２２を備えた極
低温液体源２０が充填パイプ８と接続されて、極低温液
体が第１のタンク２に供給される。充填パイプ８を通っ
て流入する極低温液体の流速は通路１２を通ってアレー
ジタンク１０に流れ込む流速よりもはるかに速いので、
第１のタンク２は極低温液体が迅速に充填され、一方、
アレージタンク１０は実質的に空のままである。タンク
１０が充填されると、メインタンク２内への流れ領域が
小さいために充填パイプ８内の流れが急激に少なくな
り、流れ監視装置２２がアレージタンク１０への極低温
液体の流れを停止させる。極低温液体が充填されたタン
クへの流速の低下が極めて急激に起こるので、比較的感
度が低く且つ低廉な流れ監視装置を使用することができ
る。更に、メインタンク２に液体を充填するのに必要と
される液体の量を極めて正確に測定することができる。
流れ監視装置２２は、ピトー静圧管若しくは羽根形流量
センサのような管内の液体の流れを感知するのに適した
装置ならばどのようなものでもよい。別の方法として、
所望ならば、液体が充填されたタンクによって生じるラ
イン２０内の圧力の増加を感知するために、適当な圧力
センサも使用することができる。
【００１３】メインタンク２への極低温液体の供給が停
止されると、図２に最も良く示されているように、２つ
のタンクの液体の液面高さが等しくなるまで、メインタ
ンク２内の極低温液体は通路１２を介してアレージタン
ク１０をゆっくりと充填するであろう。極低温液体がこ
のタンクに入るときに蒸気をメインタンク２から逃がす
ために、図３に示された通路１４を設けることができ
る。しかしながら、ほとんどの極低温液体の用途におい
ては、壁１６はアレージタンク１０内の蒸気を凝縮させ
るのに十分な程度に冷たいので、通路１４は省くのが好
ましい。図２に示された状態においては、蒸発するＬＮ
Ｇの膨張を許容してタンクの保圧時間を長くするため
に、蒸気のための空間１５が極低温液体の上方に形成さ
れている。極低温液体が使用されるために使用ライン１
８を介してタンクから取り出されるので、タンク２及び
タンク１０内の液面高さは同時に低下するであろう。
【００１４】本発明の別の実施例が図４に示されてお
り、この実施例においては、図１〜３を参照して既に説
明した部材と同様の部材を特定するために同じ参照番号
が使用されている。図４のタンクは、開口２６を有する
第２のすなわちアレージタンク２４が図１〜３において
示されているように一方の側部に設けられているのでは
なく、メインタンク２の頂部に配置されている点を除い
て、図１〜３に示したタンクと同じである。充填パイプ
８は、既に説明したようにメインタンク２の内側へ極低
温液体を供給し、タンク２４の動作は既に説明したもの
と同じである。
【００１５】このように、本発明のタンクは、長い保圧
時間を得るために蒸気のための空間を維持しつつ、タン
クに液体を一杯まで充填すること及びこのタンクと組み
合わせられた圧力監視による利点を可能にする。以上、
本発明を図面を参照して幾分詳しく説明したが、特許請
求の範囲に記載された発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、本発明の構造及び詳細部分に多くの変更を施
すことができることは理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】最初の液体が充満した状態における本発明の貯
蔵タンクを示す断面図である。
【図２】メインタンクとアレージタンクとの液面の高さ
が等しくなった後の図１の貯蔵タンクを示す断面図であ
る。
【図３】本発明の貯蔵タンクの別の実施例を示す断面図
である。
【図４】本発明の貯蔵タンクの更に別の実施例を示す断
面図である。
【符号の説明】
２ メインタンク、 ４ 外被、 ６ 絶縁空間、
８ 充填パイプ、９ 噴射ヘッド、 １０ アレ
ージタンク、 １２ 第１の通路、１４ 第２の通
路、 １６ 壁、 １８ 使用ライン、２０ 極低
温液体源、 ２２ 流れ監視装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース・ダブリュー・グスタフソン アメリカ合衆国ジョージア州30181，ウ ォルスカ，レイク・アロウ・ヘッド，ス テーション 1101 (56)参考文献 特公 昭11−4448（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F17C 6/00 B65D 90/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タンクに極低温液体を充填する方法であ
    って、 （ａ）メインタンクを準備する段階と、 （ｂ）前記メインタンク内に同メインタンクによって包
    囲されるように設けられたアレージタンクを準備する段
    階と、（ｃ）前記メインタンクに極低温液体を供給するための
    充填パイプを設ける段階と、 （ｄ）前記アレージタンクに、同アレージタンクの内部
    と前記メインタンクの内部とを連通させる通路を設ける
    段階であって、同通路の前記充填パイプに対する大きさ
    は、極低温液体が当該通路を介してアレージタンクに入
    る前に前記メインタンクが極低温液体でほぼ一杯になる
    ように、前記充填パイプに対して小さくなされ、前記メ
    インタンクが極低温液体で一杯になった後に、前記メイ
    ンタンク内の前記極低温液体が、前記アレージタンク内
    の蒸気を凝縮させて、前記アレージタンクから蒸気を排
    気することなく前記アレージタンク内に入るのを可能に
    するようになされた前記通路を設ける段階と、 （ｅ）前記メインタンクに極低温液体を給送する段階
    と、 （ｆ）前記メインタンクが液体で一杯になったときに同
    メインタンクへの極低温液体の流速の低下を検知して充
    填動作を停止する段階と、 （ｇ）前記メインタンク内の極低温液体が前記アレージ
    タンク内の蒸気を凝縮させて、蒸気を排気することなく
    前記アレージタンク内に入るようにさせる段階と、 を含む方法。
  2. 【請求項２】 極低温液体のための貯蔵タンクであっ
    て、 （ａ）メインタンクと、 （ｂ）前記メインタンク内に同メインタンクによって包
    囲されて設けられたアレージタンクと、 （ｃ）前記メインタンクに極低温液体を供給するための
    充填パイプと、 （ｄ）前記アレージタンクに設けられ、前記アレージタ
    ンクの内部と前記メインタンクの内部とを連通させるよ
    うになされた通路であって、同通路の前記充填パイプに
    対する大きさは、極低温液体が当該通路を介してアレー
    ジタンクに入る前に前記メインタンクが極低温液体でほ
    ぼ一杯になるように、前記充填パイプに対して小さくな
    され、前記メインタンクが極低温液体で一杯になった後
    に、前記メインタンク内の前記極低温液体が、前記アレ
    ージタンク内の蒸気を凝縮させて、前記アレージタンク
    から蒸気を排気することなく前記アレージタンク内に入
    るのを可能にするようになされた前記通路と、を含み、 前記メインタンクへの極低温液体の流速の低下が検知さ
    れて、前記アレージタンクが極低温液体で一杯になる前
    に充填動作を停止することができ、その後、これらの２
    つのタンクは液面高さが等しくなされて、タンク内の極
    低温液体の保圧時間を最大にするためのアレージヘッド
    が提供されるようになされた貯蔵タンク。
  3. 【請求項３】 前記アレージタンクが前記メインタンク
    の内側に形成されている、請求項２に記載の貯蔵タン
    ク。
  4. 【請求項４】 前記メインタンク及びアレージタンクが
    外部環境から熱的に絶縁されている、請求項２に記載の
    貯蔵タンク。
  5. 【請求項５】 前記アレージタンクの容積が前記メイン
    タンクの容積の約５〜２５％である、請求項２に記載の
    貯蔵タンク。
  6. 【請求項６】 前記通路が、同通路の流量容量が前記充
    填パイプの流量容量の３０％以下であるような大きさで
    ある、請求項２の記載の貯蔵タンク。
  7. 【請求項７】 前記第１及びアレージタンクが互いに熱
    伝導状態にある、請求項２に記載の貯蔵タンク。
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