JPH10332088A - 容器内で多成分低温混合物を貯蔵するための装置 - Google Patents

容器内で多成分低温混合物を貯蔵するための装置

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JPH10332088A
JPH10332088A JP10135277A JP13527798A JPH10332088A JP H10332088 A JPH10332088 A JP H10332088A JP 10135277 A JP10135277 A JP 10135277A JP 13527798 A JP13527798 A JP 13527798A JP H10332088 A JPH10332088 A JP H10332088A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 従来技術よりもはるかに簡単な態様で前記レ
トロフィットの問題を解決できるように適用可能な、多
成分低温混合物を貯蔵するための装置を提供する。 【解決手段】 多成分低温混合物を貯蔵するための容器
12が装置に設けられている。必然的な熱漏れによっ
て、低温混合物は気化し、その結果、低温混合物の気相
は揮発性の高い第1の成分の含有率が高くなり、低温混
合物の液相は第2の成分の含有率が高くなる。導管18
が、容器のヘッドスペース領域の上方にある容器の位置
と、容器のヘッドスペース領域の下方にある容器の位置
との間を連通する。その結果、気相の流れが、大気に開
口したリザーバ20内に流入する。リザーバは、容器に
連通するように設けられている。その結果、液相から構
成された液相の流れが、リザーバ内に流入し、第2の成
分の濃度が常に増加する。混合物の液相によって、導管
18内の混合物の気相が凝縮させられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、容器内で多成分
低温混合物を貯蔵するための装置に関する。特に本願発
明は、そのような貯蔵装置に関し、この貯蔵装置におい
ては、大気に開口するリザーバが、前記混合物の液相を
収容できる容器に接続されている。また、前記リザーバ
に熱伝達されるように接触した導管が、前記混合物の液
相の気化に抗してヘッドスペースの蒸気を凝縮できるよ
うに、前記容器のヘッドスペース領域から案内されてい
る。
【0002】
【従来の技術】従来技術において認められているよう
に、容器内に貯蔵された多成分低温混合物は、ある期間
(または時間)にわたって、成分の濃度の変化を被って
いる。そのような濃度変化の理由は、前記多成分低温混
合物の成分が種々の揮発性を有しているという事実に基
づいている。もし、前記多成分低温混合物が液体状で前
記容器内に導入されたならば、前記容器内に熱が必然的
に漏れて、前記液体が気化する。前記容器のヘッドスペ
ース領域内にある気相内で前記液体の揮発性成分が濃縮
されるほど、前記液相は、必ず、揮発性がより小さい成
分に、より一層濃縮される。
【0003】この問題は、酸素や窒素が含まれている、
液体空気や通気性のある合成混合物を貯蔵する際に、一
般に出くわす。そのような混合物を貯蔵することを試み
る場合、前記混合物の液相は、酸素よりも揮発性が高い
窒素が気化するために、酸素の濃度を常に増加させてし
まう。そのような濃縮(富化)を防止するために、従来
技術では、米国特許第5,571,231号において図
示するような装置を提供している。前記装置において
は、外部凝縮タンクが貯蔵容器のヘッドスペース領域に
接続されている。前記外部凝縮タンクは、前記貯蔵容器
のボトム領域に接続された組み込み式の熱交換器を備え
ている。前記ヘッドスペースの蒸気は、前記装置から解
放される前に、前記熱交換器を通過する液相の流れによ
って、前記外部凝縮タンク内で凝縮させられる。圧力成
形回路を設けて、前記液体は、前記容器内に戻るように
圧送される。米国特許第3,260,060号は、低温
のデューア(dewar)を開示している。前記低温の
デューアにおいては、液体が、前記デューアのヘッドス
ペース領域内設けられている熱交換器を通して解放され
る。前記デューア内の圧力が増加したとき、前記熱交換
器を通る液体は、前記蒸気を凝縮させて、前記液体の濃
度を安定化させる。
【0004】米国特許第3,260,060号において
図示された低温のデューアに伴う問題は、デューアや貯
蔵容器などののヘッドスペース領域に、熱交換器を設け
なければならないということである。したがって、この
特許の教示は、既存の低温のデューアに対し改良を加え
る、いわゆるレトロフィットを行っても容易に適用でき
ない。米国特許第5,571,231号は、前記貯蔵容
器に簡単に取り付けることができる外部凝縮タンクを使
用することにより、このレトロフィットの問題を解決し
ているが、そのようなレトロフィットは、前記ヘッドス
ペース領域の蒸気を凝縮させるのに使用された凝縮タン
クのような別体に製造された構成要素の使用が必要とな
っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】後述するように、本願
発明は、従来技術よりもはるかに簡単な態様で前記レト
ロフィットの問題を解決できるように適用可能な、多成
分低温混合物を貯蔵するための装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願発明は、多成分低温
混合物を液体として貯蔵するための装置を提供する。前
記多成分低温混合物は、少なくとも、第1の成分と、第
2の成分とを備える。前記第1の成分は、前記第2の成
分よりもより揮発性し易くなっている。前記第2の成分
は、大気圧で、バブルポイント(泡立ち点)温度を備え
ている。このバブルポイント温度は、大気圧より高い気
圧での前記第1の成分のバブルポイント温度よりも低く
なっている。そのような混合物の例は、液体酸素が前記
第2の成分であり、窒素が前記第1の成分である、窒素
や酸素を備えた液体混合物や液体空気である。
【0007】前記装置は、前記多成分低温混合物を貯蔵
するための容器を備えている。前記多成分低温混合物
は、前記容器内への熱漏れによって気化する。その結
果、前記第1の成分において含有率が高い前記混合物の
気相が、大気圧より高い気圧で、前記容器の前記ヘッド
スペース領域に形成される。前記第2の成分において含
有率が高い前記混合物の液相は、前記容器の前記ヘッド
スペース領域より下で形成される。導管が、前記容器の
ヘッドスペース領域の上方の前記容器位置と、前記容器
のヘッドスペース領域の下方の前記容器位置との間で連
通しており、その結果、前記混合物の気相で構成された
気相の流れが前記導管内に流入する。大気に開口するリ
ザーバと容器への連通部とが、設けられており、その結
果、液相で構成された液相の流れが、前記リザーバ内に
流入し、第2の成分の濃度が常に増加することになる。
前記リザーバは、前記導管に対し熱を伝達できる関係に
あり、これによって、前記気相の流れを凝縮させること
ができる。前記リザーバは、液相の流れのレベルを高め
ることができるように形成されており、その結果、前記
気相の流れの凝縮から形成された凝縮物が、水頭を十分
に発展させて、前記混合物の液相が前記容器内に再流入
する。
【0008】そのような再流入の結果、前記混合物内で
の前記第1及び第2の成分の濃度が安定する。というの
は、圧力下で解放されるのは液相であり、液相の含有率
は、前記第1の成分でそれ自身の成分が高められている
前記混合物の気相で、継続的に高められるからである。
【0009】本願発明は、同心配置のパイプによって容
易に成し遂げることができる。前記同心配置のパイプに
おいて、1つのパイプは導管として機能し、他のパイプ
は開口部を有するリザーバとして機能する。そのような
態様において、本願発明は、特別に製造された部品では
なく既製の商品で実用的に実現できる。
【0010】本願明細書は、出願人が発明として考えた
主題を明瞭に指摘する請求の範囲を備えているが、本願
にしたがって設計した装置を図示した一つの添付図面を
参照することによって、本願発明をより理解できるであ
ろう。
【0011】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、液体10とし
ての多成分低温混合物を容器12内で貯蔵するための貯
蔵装置1が、図1に図示されている。液体10は、当該
装置の排出管路14を介して容器12から分配される。
容器12内に貯蔵される液体は、通気性のある合成混合
物を形成する液体酸素と液体窒素とを備えた混合物や液
化空気とすることができる。
【0012】容器12内への熱漏れによって、容器12
のヘッドスペース領域16内で、前記混合物の気相が生
成される。前記混合物の気相は、例えば窒素のような揮
発性のより高い成分の含有率が高くなっている。容器1
2内の圧力は、そのような気化によって、大気圧よりも
高くなっている。
【0013】導管18が、ヘッドスペース領域16と、
ヘッドスペース領域16の下方部分(例えば、容器12
の底部)との間を連通している。その結果として、前記
混合物の気相から構成された気相の流れは、導管18内
に流入する。
【0014】導管18は、単に、パイプとすることがで
きる。頂部が大気に開口しているリザーバ20が、導管
18と熱伝達できるように設けられている。導管18よ
りも大きなパイプから簡単に構成されたリザーバ20
は、導管18の一部を囲って、そのような熱伝達を行う
ことができるようになっている。リザーバ20は、液相
から構成された液相の流れが導管22を通ってリザーバ
20内に流入するように、容器12に連通している。リ
ザーバ20は大気に開口していることから、リザーバ2
0内に含まれる(参照符号23によって示される)液体
は、貯蔵される多成分低温混合物のうち揮発性がより低
い成分に資する濃度を備えている。図示されていない
が、容器12、導管18、リザーバ20、及び導管22
は、当該技術において既知の態様の断熱材で被覆でき
る。
【0015】酸素と窒素とを備えた混合物の場合におい
て、揮発性がより低い主成分は酸素である。大気圧での
液体酸素のバブルポイント温度は、容器12内で最終的
に発生する、大気圧よりも高い圧力での、窒素のバブル
ポイント温度よりも低くなっている。リザーバ20内の
(参照符号23によって示される)液体は、大気圧で、
酸素になる傾向があることから、液体23は、導管18
内の高圧力の窒素を凝縮する。酸素と窒素の場合におい
て、容器12内の圧力が約3.5気圧を越えて上昇した
とき、導管18内の窒素の液化は、窒素を凝縮すること
ができるように、リザーバ20内での液体23のものよ
りも十分に低くなる。凝縮された窒素は、過冷され、そ
れによって、容器12内の液体も過冷される。この過冷
によって、容器12内の圧力が減少し、その結果、定常
状態の下で、容器12は、約3.9気圧ゲージで作動す
る。
【0016】液体としての窒素は、合成空気混合体すな
わち液体空気よりも濃度が高くなっていない。したがっ
て、液体24のレベルは、リザーバ20内で十分に高く
しなければならない。これによって、十分な高さになる
まで窒素を凝縮させることができ、その結果、窒素の水
頭が十分な高さに達し、それによって、凝縮された窒素
が、重力の影響下で、容器12内に逆流する。容器12
内の圧力によって、液体24のレベルは、任意の必要な
高さまで押し上げられる。任意の制御システムなしで、
定常状態での作動のために、前記貯蔵装置1を設計する
ことが可能である。しかしながら、周囲の変化は、リザ
ーバ20内に含まれる液体23の量に関するレベル制御
を必要とする。これは、リザーバ20内の液体23のレ
ベルを参照可能な信号を発生し、そのような信号をレベ
ルコントローラ25に伝える、例えば、ポイントレベ
ル、キャパシタンス、または圧力変換器によって、公知
の方法で成し遂げることができる。レベルコントローラ
25は、プログラム可能なロジックコンピュータのよう
なアナログ装置またはディジタル装置とすることができ
る。レベルコントローラ25からは出力信号が出力さ
れ、この出力信号によって、遠隔操作されるバルブ26
を制御できる。前記レベルが所定値よりも下に落ちたと
き、バルブ26は開口して、液体23がリザーバ20内
に入ることを許容する。
【0017】本願発明は好適な実施例を参照して説明さ
れたが、当業者にとって明らかなように、種々の変更、
追加、及び削除を、本願発明の精神及び範囲から離れる
ことなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願発明の一実施例に係わる貯蔵装置
の概略図である。
【符号の説明】
1 貯蔵装置 10 液体 12 容器 14 排出管路 16 ヘッドスペース領域 18 導管 20 リザーバ 22 導管 23 液体 24 液体 25 レベルコントローラ 26 遠隔操作
されるバルブ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多成分低温混合物を液体として貯蔵する
    ための装置であって、 前記多成分低温混合物は、少なくとも、第1の成分と第
    2の成分とを備えており、 前記第1の成分は、前記第2の成分よりも揮発性が高く
    なっており、 前記第2の成分は、大気圧より高い圧力での前記第1の
    成分のバブルポイント温度よりも低い、大気圧でのバブ
    ルポイント温度を備えており、 前記装置は、前記多成分低温混合物を貯蔵するための容
    器を備えおり、前記多成分低温混合物は、前記容器への
    熱漏れによって気化し、 その結果、前記第1の成分の含有率が高くなった前記多
    成分低温混合物の気相は、前記大気圧より高い圧力で、
    前記容器のヘッドスペース領域に形成され、 前記第2の成分の含有率が高くなった前記多成分低温混
    合物の液相は、前記容器のヘッドスペース領域の下方に
    形成されており、 前記装置は、また、前記容器のヘッドスペース領域の上
    方にある前記容器の位置と、前記容器のヘッドスペース
    領域の下方にある前記容器の位置との間を連通する導管
    を備えており、その結果、前記多成分低温混合物の気相
    から構成された気相の流れが、前記導管内に流入し、 前記装置は、さらに、大気に開口し且つ前記容器に連通
    するリザーバを備えており、その結果、前記液相から構
    成された液相の流れが、前記リザーバ内に流入し、第2
    の成分の濃度が常に増加し、 前記リザーバは前記導管と熱伝達する関係にあり、これ
    によって、前記気相の流れが凝縮させられ、 前記リザーバは、前記液相のレベルを発展させるように
    形成されており、その結果、前記気相の流れの凝縮から
    形成された凝縮物が、水頭を十分に生成して、前記多成
    分低温混合物の液相が前記容器内に再流入し、それによ
    って、前記多成分低温混合物の液相内の第1の成分の濃
    度と前記第2の成分の濃度とを安定させることができる
    ことを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、さら
    に、 前記リザーバと前記容器との間に介在された作動可能な
    制御バルブと、 前記リザーバ内の前記液相の流れの高さを示すことが可
    能な検出信号を発生するレベル検出器と、 前記検出信号に応答するコントローラとを備えており、
    前記コントローラは、前記制御バルブに接続されてお
    り、 また、前記コントローラは、前記液相の流れの高さを前
    記レベルに維持するように、前記制御バルブを作動させ
    るための手段を備えていることを特徴とする装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の装置において、 前記リザーバは、前記導管の一部を囲んでいることを特
    徴とする装置。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の装置において、 前記リザーバは、前記導管の一部を囲んでいることを特
    徴とする装置。
JP10135277A 1997-05-23 1998-05-18 容器内で多成分低温混合物を貯蔵するための装置 Withdrawn JPH10332088A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US862807 1986-05-13
US08/862,807 US5778680A (en) 1997-05-23 1997-05-23 Apparatus for storing a multi-component cryogenic mixture within a container

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JPH10332088A true JPH10332088A (ja) 1998-12-15

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ID=25339415

Family Applications (1)

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JP10135277A Withdrawn JPH10332088A (ja) 1997-05-23 1998-05-18 容器内で多成分低温混合物を貯蔵するための装置

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US (1) US5778680A (ja)
EP (1) EP0879988B8 (ja)
JP (1) JPH10332088A (ja)
AU (1) AU731083C (ja)
CA (1) CA2234286A1 (ja)
DE (1) DE69840312D1 (ja)

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