KR20040045843A - 펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 시스템 - Google Patents

펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20040045843A
KR20040045843A KR10-2004-7005615A KR20047005615A KR20040045843A KR 20040045843 A KR20040045843 A KR 20040045843A KR 20047005615 A KR20047005615 A KR 20047005615A KR 20040045843 A KR20040045843 A KR 20040045843A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cryogenic
heat
working gas
cooling
vessel
Prior art date
Application number
KR10-2004-7005615A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100891291B1 (ko
Inventor
로얄존에이치.
고츠만크리스티안프리드리히
아차랴아룬
랭게리디.
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Publication of KR20040045843A publication Critical patent/KR20040045843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100891291B1 publication Critical patent/KR100891291B1/ko

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
    • 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
    • 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
    • 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

본 발명은 용기 내부(2)의 적어도 일부분인 저온 열 교환기(13)에 냉각을 제공하도록 펄스 튜브(10)의 저온 단부에서 팽창되는 작동 가스에 펄스를 제공하는 펄스 발생기(11)에 의해 제공된 에너지로부터 발생된 냉각에 의해 용기 내부(2)로의 열 누설이 차단되는, 극저온 유체(3)를 포함하는 극저온 용기 시스템에 관한 것이다.

Description

펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 시스템{CRYOGENIC VESSEL SYSTEM WITH PULSE TUBE REFRIGERATION}
극저온 유체의 저장이나 다른 함유는 용기 내로의 열 누설에 기인하는 극저온 유체의 손실을 가능한 한 감소시키는 단열된 용기를 사용하는 것을 포함한다. 그러나, 사용할 수 있는 가장 좋은 단열 시스템을 사용해도, 함유된 극저온제의 상당한 부분은 열 누설에 의해 기화되어, 증기가 안전 밸브를 통해 대기로 발산되는 지점에서 컨테이너 내의 압력 증가가 일어난다. 극저온 유체의 이러한 손실은 특히 초전도체와 같은 응용에 사용되는 헬륨 및 네온과 같은 고비용의 극저온 유체의 경우 상당한 경제적 부담을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 유체로의 열 누설에 기인한 손실을 감소키기거나 제거하는 극저온 유체를 저장하거나 담기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 통상적으로 저장이나 다른 목적을 위한 극저온 유체를 함유하는 것에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 극저온 용기 시스템의 바람직한 일실시예의 단면도이다.
도2는 열 파이프가 채용된 본 발명의 극저온 용기 시스템의 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
도3은 냉각이 용기 내부의 단열부에 직접적으로 제공되는 본 발명의 극저온 용기 시스템의 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.
이 개시 내용을 읽음으로써 당업자에게 명확해지는 상술된 목적과 다른 목적은 본 발명에 의해 달성된다. 일 태양은 다음과 같다.
극저온 용기에 냉각을 제공하는 방법이며,
(A) 압축 작동 가스를 생성하기 위해 작동 가스에 펄스를 제공하고 냉각된 작동 가스를 생성하기 위해 압축 작동 가스를 냉각하는 단계와,
(B) 다른 냉각된 작동 가스를 생성하기 위한 냉각을 발생시키도록 펄스 튜브(10)의 저온 단부 내의 냉각된 작동 가스를 팽창시키는 단계와,
(C) 다른 냉각 작동 가스로부터 극저온 유체(3)를 포함하는 극저온 용기(20)로 냉각을 제공하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 다른 일 태양은 다음과 같다.
극저온 용기 시스템이며,
(A) 용기 내부(2)를 형성하는 외부 쉘(1)을 갖는 용기(20)와,
(B) 펄스 발생기(11), 재생기(12), 저온 열 교환기(13), 펄스 발생기(11)로부터 재생기(12)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단 및 재생기(12)로부터 저온 열 교환기(13)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단과,
(C) 저온 단부를 갖는 펄스 튜브(10)를 포함하며,
상기 저온 단부는 저온 열 교환기(13)와 유동 연통하고, 상기 저온 열 교환기(13)는 용기 내부(2)의 적어도 일부분인 극저온 용기 시스템이다.
여기에 사용된 용어 "극저온 유체"는 대기압에서 240K 온도에서 가스인 유체를 의미한다.
여기에 사용된 용어 "재생기"는 다공성으로 분배된 질량체와 직접 열 전달을통해 유입하는 고온 가스를 냉각시키고 그리고 반송되는 차가운 가스를 가열하기 위한 좋은 열 용량을 갖는, 구형 적층된 스크린 및 천공된 금속 시트 등과 같은 다공성으로 분배된 질량체 형태인 열 장치를 의미한다.
여기에 사용된 용어 "펄스 튜브"는 펄스 발생기를 포함하는 적절한 요소를 사용하여 저온 냉각을 생성하기 위한 냉각기 장치를 의미한다.
여기에 사용된 용어 "오리피스"는 펄스 튜브 팽창기의 고온 단부와 펄스 튜브 냉각기 내의 저장소 사이에 위치한 가스 유동 제한 장치를 의미한다.
여기에 사용된 용어 "압력파(pressure wave)"는 주기적으로 연속하여 고압 및 저압이 되는 가스 질량체를 의미한다.
본 발명은 고정 저장 탱크, 움직이는 탱크 설비, 듀어(dewar) 등과 같은 극저온 유체를 담을 수 있는 용기에 관한 것이다. 본 발명을 사용하여 효율적으로 담을 수 있는 극저온 유체로는 수소, 헬륨, 네온, 산소, 질소, 아르곤, 이산화탄소, 및 공기 및 천연 가스 등과 같은 혼합물이다.
본 발명은 도면을 참조로 더 상세히 설명될 것이다. 도1을 참조하면, 극저온 용기(20)는 용기 내부(2)를 형성하는 외부 쉘(1)을 구비한다. 용기 내부(2)는 도1에 도시된 본 발명의 실시예에서 용기 쉘(1)의 내부면에 인접하는 단열층인 단열부(21)를 포함한다. 또한, 용기 내부(2)는 일정량의 극저온 유체(3)를 포함한다. 본 발명의 펄스 튜브 냉각 설비가 없으면, 단열부를 통한 용기 내로의 주변 열 누설은 극저온 유체의 일부분을 기화시키고 결국 기화된 극저온 유체의 일부분은 안전 밸브(22)를 통해 발산될 것이다.
펄스 튜브 냉각 시스템은 일반적으로 밀폐 사이클 내에서 작동 가스 또는 냉매를 펄스로 보내고 그렇게 함으로써 차가운 섹션으로부터 뜨거운 섹션으로 열 부하를 전달하는 폐쇄 냉각 시스템이다. 펄스의 주파수 및 위상은 시스템의 구성에 의해 결정된다. 펄스 튜브 냉각 시스템의 일 실시예는 도1에 도시되어 있다.
도1에 도시된 펄스 튜브 냉각 시스템에서 드라이버(driver, 11)는 피스톤 또는 다른 기계적 압축 장치, 또는 음향 또는 열 음향파 발생 장치 또는 작동 가스에 펄스 또는 압축파를 제공하기 위한 다른 적절한 장치일 수 있다. 즉, 펄스 발생기는 작동 가스에 압축 위상 및 팽창 위상을 제공한다. 극저온 용기가 트랙터-트레일러 상의 극저온 탱크와 같은 움직이는 탱크이면, 드라이버 또는 펄스 발생기는 움직이는 시시템에 동력을 공급하는 엔진에 의해 바람직하게 구동될 수 있거나 열 음향파 발생 장치를 통해 엔진에 의해 발생된 열에 의해 구동될 수 있다. 드라이버 또는 펄스 발생기(11)는 작동 가스에 펄스를 제공하여 압축 작동 가스를 생성한다. 헬륨은 바람직한 작동 가스이지만 임의의 효과적인 작동 가스가 본 발명의 실시에서 사용될 수 있고, 그러한 작동 가스로서 공기, 질소, 산소, 아르곤 및 네온을 예로 들 수 있다.
압축 작동 가스는 후냉각기(aftercooler, 23) 내에서 냉각되고, 압축열은 물(24)과 같은 냉각제와 간접적인 열교환에 의해 제거되고, 결과적으로 압축 작동 가스가 재생기(12) 내에서 처리된다. 재생기(12) 내에서 압축 작동 가스는 재생기 매체와 열교환에 의해 냉각되고, 냉각된 압축 작동 가스는 열 교환기(13)를 냉각하기 위해 제공되고 단열된 펄스 튜브(10)의 냉각 단부에 제공된다.
펄스 튜브 냉각 시스템의 형상 및 위상 구조는, 압축 펄스가 드라이버로부터 작동 가스를 통과하여 펄스 튜브의 냉각 단부에 도달하기 전에 드라이버가 팽창 위상을 기동시키도록 구성된다. 이 때문에 냉각된 압축 작동 가스가 펄스 튜브의 냉각 단부에서 팽창한다. 펄스 튜브의 냉각 단부는 냉각 열 교환기에 인접한 단부이다. 이러한 팽창은 펄스 튜브 내의 작동 가스가 펄스 튜브의 고온 단부의 방향에서 압축되고 열은 뜨거운 열 교환기(25)의 사용에 의해 물(26)과 같은 냉각제와 간접적인 열 교환으로 일반적으로 고온 단부로부터 제거된다. 바람직하게는 펄스 튜브 냉각 시스템은 오리피스(15) 및 저장소(14)를 채용하여 가스 변위 및 압력 펄스를 적절한 위상으로 유지한다.
펄스 튜브(10)의 고온 단부 내의 고온 압축 펄스 튜브 가스는 뜨거운 열 교환기(25) 내에서 처리되고, 그 후 오리피스(15)를 통해 저장소(14)로 유입된다. 압력을 갖는 적절한 위상의 가스 이동은 오리피스 또는 밸브(15)와, 작은 변동을 갖는 평균 압력으로 가스가 저장된 저장소 체적(14)이 합체됨으로써 촉진된다. 저장소(14)의 크기는 충분히 커서 펄스 튜브 내의 발진 유동 중에 기본적으로 매우 작은 압력 발진이 발생한다. 웨이브 발생 장치/피스톤(11)으로부터 유입 유동은 정지하고, 튜브 압력은 더 낮은 압력으로 감소한다. 평균 압력의 저장소(14)로부터의 가스는 더 낮은 압력의 펄스 튜브로 오리피스를 통하여 진행한다. 펄스 튜브(10)의 냉각 단부에서의 다른 냉각 팽창 가스는 냉각 열 교환기(13)를 통하여 진행하는 것과 같이 외부 부하에 냉각을 제공한다. 다른 냉각 작동 가스로부터의 냉각은 간접적인 열 교환에 의해 용기(20)의 내부(2)로 통과하여, 용기로의 열 누설을 상쇄시키고 이러한 열 누설에 기인한 용기로부터의 극저온 유체 손실을 감소시키거나 완전히 제거한다. 생성된 고온 작동 가스는 재생기를 냉각시킬 때 재생기(12) 내에서 처리됨으로써 더 따뜻해진다. 그 다음에 다음 펄스를 수용할 준비가 된다. 극저온 유체는 관(27)을 통해서와 같이 용기(20)로부터 배출될 수 있다.
오리피스 펄스 튜브 재생기는 작동 유체가 펄스 튜브 내에서 주기적으로 압축 및 팽창될 때 냉각을 제공하도록 기능한다. 주기는 다음과 같다. 때에 알맞은 압축 및 팽창 위상을 통한 펄스 발생기는, 작동 가스가 고온 단부에서 압축되고 가열되게 한다. 압축 가스가 저장소 내의 평균 압력보다 더 높은 압력이기 때문에, 압축 가스는 오리피스를 통해 저장소로 유입하고 펄스 튜브의 뜨거운 단부에 위치한 뜨거운 열 교환기를 통해 열을 교환한다. 유동은 펄스 튜브 내의 압력이 평균 압력으로 감소될 때 정지한다. 펄스 발생기는 후퇴하고, 따라서 고온 단부의 가스를 팽창시킨다. 펄스 튜브의 고온 단부 내의 저온 저압 가스는 오리피스를 통해 저장소로부터 펄스 튜브로의 가스 유동에 의해 펄스 튜브의 저온 단부 쪽으로 이동한다. 이는 차례로 펄스 튜브의 저온 단부의 다른 냉각 가스를 가압하여, 펄스 튜브의 저온 단부에서 열 교환기를 통해 처리된다. 이 공정에서 유체 또는 다른 물질로부터 열을 제거하여 냉각된다. 이러한 유동은, 펄스 튜브 내의 압력이 평균 압력으로 증가할 때 정지한다. 주기는 반복된다.
도1에는 저온 열 교환기가 증기에 의해 채워진 체적 내의 용기 내부(2)에서와 같이 도시된다. 또한, 저온 열 교환기는 적어도 일정 냉각을 용기 내부의 유체로 직접 전달하기 위해 위치될 수 있다. 다른 실시예에서 저온 열 교환기는 열 파이프 또는 다른 열 전달 장치로 연결될 수 있고, 상기 열 전달 장치는 냉각을 극저온 증기 및/또는 용기 내부의 극저온 유체로 전달한다. 또 다른 실시예에서는 저온 열 교환기가 용기 내부의 단열부로 냉각을 직접 전달하기 위해 위치될 수 있다.
도2는 열 파이프가 저온 열 교환기로부터 용기 내부의 극저온 유체로 냉각을 전달하기 위해 사용되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도2의 도면부호는 기본 요소에 대해 도1의 도면부호와 동일하고, 이들 기본 요소는 상세히 다시 설명되지 않는다.
열 파이프는 파이프의 일단부로부터 타단부까지 열을 효과적으로 전달하기 위한 열 장치이다. 일반적으로 상기 장치는 스텐레스강 파이프(50)와 같은 저 전도성 파이프를 포함하고 양단부에서 폐쇄되며 열 전달 유체를 포함한다. 이 열 파이프는 열 전달 유체, 즉 가스 또는 가스 혼합물로 충전되어, 펄스 튜브의 저온 열 교환기와 접촉하는 단부(51)에서 응축됨으로써 그리고 응축되거나 아냉각된 극저온 유체와 간접적으로 접촉하는 타단부(52)에서 비등함으로써 위상을 변화시킨다. 예를 들어, 증기를 응축하고 용기 내부(2)의 유체를 예를 들어 80K로 아냉각하기 위해, 열 파이프 내의 필요한 질소 가스량은 80K의 질소 위상 변화 조건에 상응하는 열 파이프 체적을 위해 설계된 증기 및 유체 부분에 의해 결정될 수 있다.
도3은 냉각이 용기 내부의 두 곳에 제공되고 그 중의 한 곳은 단열부 내의 열 차폐부(thermoshield)인 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도3의 도면부호는 기본 요소에 대해 도1의 도면부호와 동일하고, 이들 기본 요소는 상세히 다시 설명되지 않는다.
도3을 참조하면, 극저온 용기(20)는 용기 내부의 단열부(21) 내의 열 차폐부(30)를 구비한다. 열 차폐부는 용기로의 열 누설을 차단하는데 사용되는 임의의 물질일 수 있다. 예를 들어, 금속 재료 또는 냉매, 즉 액체 질소일 수 있다. 도3에 도시된 2 단계 펄스 튜브 냉각 시스템은 재생기(12)로부터의 냉각 압축 작동 가스가 두 부분으로 분할된다. 제1 부분(32)은 저온 열 교환기(13) 내에서 처리되기 전에 더 낮은 온도로 되는 제2 재생기(31) 내에서 처리된다. 펄스 튜브 냉각 시스템의 이런 단계의 잔유물은 도1을 참조로 상술된 바와 유사한 방식으로 작동한다.
재생기(12)로부터의 냉각 작동 가스의 제2 부분(33)은 열 차폐부(30)와 열 교환 관계에 있는 제2 저온 열 교환기(34) 내에서 처리된다. 제2 펄스 튜브(35), 제2 뜨거운 열 교환기(36), 제2 오리피스(37) 및 제2 저장소(38)를 포함하는 도3에 도시된 펄스 튜브 냉각 시스템의 제2 단계는 내부(2)의 극저온 유체보다는 오히려 내부(2)의 열 차폐부로 전달되는 상기 제2 단계에 의해 생성된 냉각을 제외하고는제1 펄스 튜브 단계와 유사한 방식으로 작동한다. 이러한 2 단계는 열 연동기 또는 다른 적절하고 효과적인 구성을 갖는 2개의 독립 펄스 튜브를 채용할 수 있다. 명확히 하기 위해, 2 단계 펄스 튜브 냉각 시스템의 저온부의 부분을 포함하는 단열은 도3에 도시되지 않았다. 당업자는 정상 작동에서 그러한 부분이 단열되는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명이 임의의 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명되었지만, 당업자는 특허청구범위의 기술 사상과 범위 내에 본 발명의 다른 실시예가 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 극저온 용기에 냉각을 제공하는 방법이며,
    (A) 압축 작동 가스를 생성하기 위해 작동 가스에 펄스를 제공하고 냉각된 작동 가스를 생성하기 위해 압축 작동 가스를 냉각하는 단계와,
    (B) 다른 냉각된 작동 가스를 생성하기 위한 냉각을 발생시키도록 펄스 튜브(10)의 저온 단부 내의 냉각된 작동 가스를 팽창시키는 단계와,
    (C) 다른 냉각 작동 가스로부터 극저온 유체(3)를 포함하는 극저온 용기(20)로 냉각을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각은 극저온 유체로 직접 제공되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 극저온 용기는 열 차폐부(30)를 갖는 단열부를 포함하고, 냉각은 단열부로 직접 제공되는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 냉각은 또한 극저온 유체로 직접 제공되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 냉각은 극저온 유체로 냉각을 제공하는 열 파이프로 제공되는 방법.
  6. 극저온 용기 시스템이며,
    (A) 용기 내부(2)를 형성하는 외부 쉘(1)을 갖는 용기(20)와,
    (B) 펄스 발생기(11), 재생기(12), 저온 열 교환기(13), 펄스 발생기(11)로부터 재생기(12)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단 및 재생기(12)로부터 저온 열 교환기(13)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단과,
    (C) 저온 단부를 갖는 펄스 튜브(10)를 포함하며,
    상기 저온 단부는 저온 열 교환기(13)와 유동 연통하고, 상기 저온 열 교환기(13)는 용기 내부(2)의 적어도 일부분인 극저온 용기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 용기 내부(2)는 열 차폐부(30)를 갖는 단열부(21)를 포함하고, 상기 저온 열 교환기(13)는 열 차폐부(30)와 열 교환 관계에 있는 극저온 용기 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 용기 내부(2)는 열 차폐부(30)를 갖는 단열부(21)를 포함하고 재생기(12)로부터 열 차폐부(30)와 열 교환 관계에 있는 제2 저온 열 교환기(34)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단을 더 포함하는 극저온 용기 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 재생기(12)로부터 저온 열 교환기(13)까지 작동 가스를 통해 압력파를 통과시키기 위한 수단이 제2 재생기(31)를 더 포함하는 극저온 용기 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 상기 펄스 발생기는 열 음향 장치인 극저온 용기 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 펄스 발생기는 피스톤을 포함하는 극저온 용기 시스템.
  12. 제6항에 있어서, 오리피스(15)를 통해 펄스 튜브(10)와 유동 연통되는 저장소(14)를 더 포함하는 극저온 용기 시스템.
  13. 제6항에 있어서, 저온 열 교환기(13)와 열 교환 관계에 있는 열 파이프(50, 51, 52)를 더 포함하는 극저온 용기 시스템.
KR1020047005615A 2001-10-18 2002-09-18 펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 장치 KR100891291B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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
US09/978,765 2001-10-18
PCT/US2002/029546 WO2003033972A1 (en) 2001-10-18 2002-09-18 Cryogenic vessel system with pulse tube refrigeration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040045843A true KR20040045843A (ko) 2004-06-02
KR100891291B1 KR100891291B1 (ko) 2009-04-06

Family

ID=25526370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047005615A KR100891291B1 (ko) 2001-10-18 2002-09-18 펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 장치

Country Status (10)

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

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
US7415705B2 (en) 2004-01-14 2008-08-19 International Business Machines Corporation Autonomic method and apparatus for hardware assist for patching code
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
JP2006038220A (ja) * 2004-07-14 2006-02-09 Chart Inc 極低温デュアー瓶
US7290396B2 (en) * 2005-01-19 2007-11-06 Praxair Technology, Inc. Cryogenic biological preservation unit
US20060260329A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Rampersad Bryce M Cryogenic biological preservation unit with integrated cryocooler and nitrogen supply
US20060260328A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Rampersad Bryce M Cryogenic biological preservation unit with active cooling and positive atmospheric seal lid
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
US8763409B2 (en) 2011-07-07 2014-07-01 Linde Aktiengesellschaft LNG (liquefied natural gas) and LIN (liquid nitrogen) in transit refrigeration heat exchange system
US20130008188A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Mccormick Stephen A Cryogen heat pipe heat exchanger
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
NL293446A (ko) 1962-05-31
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
CN100467976C (zh) 2009-03-11
CA2463818C (en) 2007-01-30
BR0213401A (pt) 2005-01-04
EP1436554B1 (en) 2009-07-08
EP1436554A4 (en) 2006-05-03
ES2329557T3 (es) 2009-11-27
KR100891291B1 (ko) 2009-04-06
CA2463818A1 (en) 2003-04-24
DE60232899D1 (de) 2009-08-20
CN1620583A (zh) 2005-05-25
EP1436554A1 (en) 2004-07-14
US6430938B1 (en) 2002-08-13
MXPA04003676A (es) 2004-07-22
WO2003033972A1 (en) 2003-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100891291B1 (ko) 펄스 튜브 냉각이 제공된 극저온 용기 장치
US6374617B1 (en) Cryogenic pulse tube system
CA2481230C (en) Thermo-siphon method for providing refrigeration
ES2212957T3 (es) Licuefactor criogenico hibrido ultra frio.
CA2614195C (en) Cryogenic tank system
US5107683A (en) Multistage pulse tube cooler
KR20020011333A (ko) 극저온 액체 탱크 설비를 작동시키는 시스템
GB2113369A (en) Cryogenic cooling apparatus
US6865897B2 (en) Method for providing refrigeration using capillary pumped liquid
US3401533A (en) Gas liquefiers
Thummes et al. Approaching the 4He lambda line with a liquid nitrogen precooled two-stage pulse tube refrigerator
JPS63302259A (ja) 極低温発生装置
JPS6338862A (ja) ヒ−トパイプ付冷凍機
JP3669911B2 (ja) 液化ガス収容装置
US3782129A (en) Proportionate flow cryostat
JP3686222B2 (ja) パルス管冷凍機
CN115371298B (zh) 一种液氢和液氧同步深度过冷的撬装式系统及方法
Starvin et al. Experimental investigation on subcooling of liquid hydrogen by helium gas injection through evacuation
JP3106398B2 (ja) フロン回収装置
JPH02159077A (ja) 極低温液体貯蔵方法および装置
JPH07269967A (ja) 冷凍装置
JPH04313649A (ja) 冷凍装置
JPH05312423A (ja) ダブルインレット型冷凍装置
JPS6137792B2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130311

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140311

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150309

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160309

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee