TW202328615A - 液體容器之冷卻方法及儲存設備 - Google Patents

Abstract

本揭示之一形態之方法係儲存極低溫液體之液體容器之冷卻方法，將以下供給加以組合：將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內之散布供給、以及將上述極低溫液體供給至上述液體容器內之非散布供給；當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始上述非散布供給或者增加上述非散布供給中之上述極低溫液體之供給量。

Description

液體容器之冷卻方法及儲存設備

本揭示係關於液體容器之冷卻方法及儲存設備。

下述專利文獻1中揭示有藉由從低溫液體容器內之散布管散布低溫液體而將低溫液體容器冷卻之冷卻方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-09453號公報

[發明所欲解決之問題]

於儲存極低溫液體之液體容器之冷卻中，將所儲存之極低溫液體散布於液體容器內。從開始散布該極低溫液體起不久之期間，極低溫液體氣化而體積增大，因此液體容器內之壓力上升。但，若進而持續散布極低溫液體，則於某一時間點，液體容器內之氣體之體積開始減少，液體容器內之壓力下降，最終存在液體容器內成為負壓之顧慮。

因此，本揭示中，目的在於提供不僅抑制液體容器內之壓力下降而且將液體容器冷卻之冷卻方法及儲存設備。 [解決問題之手段]

本揭示之一形態之方法為儲存極低溫液體之液體容器之冷卻方法，其將以下供給加以組合：將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內之散布供給、以及將上述極低溫液體供給至上述液體容器內之非散布供給；當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始上述非散布供給或者增加上述非散布供給中之上述極低溫液體之供給量。

又，本揭示之一形態之儲存設備包括：液體容器，儲存極低溫液體；散布供給配管，將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內；非散布供給配管，將上述極低溫液體供給至上述液體容器內；以及控制裝置，將來自上述散布供給配管之上述極低溫液體之供給以及來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給加以組合，來執行將上述液體容器冷卻之冷卻程式，於上述冷卻程式中，當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給或者增加來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給量。 [發明之效果]

根據上述方法及構成，可提供一種不僅抑制液體容器內之壓力下降，而且將液體容器冷卻之冷卻方法及儲存設備。

〈整體結構〉 以下，對實施方式之儲存設備100進行說明。首先，對儲存設備100之整體結構進行說明。圖1為儲存設備100之構成圖。如圖1所示，儲存設備100包括：液體容器10、散布供給配管20、非散布供給配管30、通氣配管40、及控制裝置50。以下，依序對該等構成要素進行說明。

液體容器10為儲存極低溫液體之容器。極低溫液體中包含液態氫及液態氦等。本實施方式之液體容器10為球形型。但，液體容器10可為下方部分為向上下方向延伸之圓筒且上方部分為鏡板之平底圓筒型，亦可為向水平方向延伸之圓筒之兩側為鏡板之枕型。又，液體容器10可設置於地上，亦可搭載於船等移動體上。

液體容器10包含：金屬製之內槽11、以及從外側覆蓋內槽11之金屬製之外槽12。作為一例，內槽11及外槽12係由SUS304L所形成。但，內槽11及外槽12之材料並不限定於此。又，作為一例，內槽11與外槽12之間為真空，並且填充有珍珠岩等絕熱材料。

液體容器10中，於相互不同之高度位置設置有複數個溫度感測器13、14、15。各溫度感測器13、14、15測定所對應之高度位置之液體容器10（內槽11）之溫度。此外，本實施方式中，3個溫度感測器13、14、15設置於液體容器10中，設置於液體容器10中之溫度感測器之數量並未限定。進而，於液體容器10中，亦設置有測定液體容器10內之壓力的壓力感測器16。

散布供給配管20係進行將極低溫液體一面散布一面供給至液體容器10內之「散布供給」的配管。即，散布供給係使極低溫液體成為粒子狀而供給至液體容器10內之方法。散布供給配管20係與位於液體容器10之外部之共用配管60連接，從該共用配管60供給極低溫液體。散布供給配管20從共用配管60延伸，於徑向上貫穿液體容器10，到達液體容器10內之上部。

散布供給配管20包含複數個散布供給口21。各散布供給口21位於液體容器10內之上部。從共用配管60供給至散布供給配管20之極低溫液體從各散布供給口21散布於液體容器10內（進行散布供給）。又，於散布供給配管20上設置有散布供給閥22。藉由打開該散布供給閥22而開始散布供給，藉由減小散布供給閥22之開度而減少散布供給中之極低溫液體之供給量，且藉由將散布供給閥22完全關閉而停止散布供給。

非散布供給配管30係進行將極低溫液體一面噴出或釋放（不散布）一面供給至液體容器10內之「非散布供給」的配管。即，非散布供給係將極低溫液體作為一系列之連續體而供給至液體容器10內之方法。非散布供給配管30係與散布供給配管20同樣，與共用配管60連接，從該共用配管60供給極低溫液體。即，共用配管60向散布供給配管20與非散布供給配管30之兩者供給極低溫液體。非散布供給配管30從共用配管60延伸，於徑向上貫穿液體容器10，到達液體容器10內之下部。

非散布供給配管30包含非散布供給口31。非散布供給口31位於液體容器10內之下部。從共用配管60供給至非散布供給配管30中之極低溫液體從非散布供給口31向液體容器10內一面噴出或釋放一面供給（進行非散布供給）。又，於非散布供給配管30上設置有非散布供給閥32。藉由打開該非散布供給閥32而開始非散布供給，藉由減小非散布供給閥32之開度而減小非散布供給中之極低溫液體之供給量，且藉由將非散布供給閥32完全關閉而停止非散布供給。

又，本實施方式之非散布供給口31從液體容器10之內表面向液體容器10之中央部供給極低溫液體。即，以極低溫液體從非散布供給口31中湧出之方式供給。但，亦可將非散布供給配管30以從液體容器10之內部通過之方式來配置，從配置於液體容器10之內表面附近之非散布供給口31向液體容器10之內表面供給極低溫液體。又，非散布供給口31亦可不位於液體容器10內之下部。此外，於儲存設備100之運用時，非散布供給配管30作為於液體容器10中填充極低溫液體、或者將極低溫液體從液體容器10向液體容器10之外部搬出之配管來發揮功能。

通氣配管40係將於液體容器10內極低溫液體氣化而產生之蒸發氣體向液體容器10之外部搬出之配管。通氣配管40包含於液體容器10內之上部開口之取出口41。液體容器10內之蒸發氣體從取出口41流入至通氣配管40而搬出至液體容器10之外部。又，於通氣配管40上設置有通氣配管閥42。

控制裝置50為進行各種控制之裝置。控制裝置50具有：處理器、揮發性記憶體、不揮發性記憶體、以及I/O介面等。於控制裝置50之不揮發性記憶體中保存有包含後述冷卻程式之各種程式、以及各種資料，處理器基於各程式，使用揮發性記憶體來進行運算處理。

控制裝置50與設置於液體容器10中之溫度感測器13、14、15電性連接，藉由從各溫度感測器13、14、15接收測定訊號，可取得液體容器10之溫度。又，控制裝置50與設置於液體容器10中之壓力感測器16電性連接，藉由從壓力感測器16接收測定訊號，可取得液體容器10內之壓力。又，控制裝置50與散布供給閥22、非散布供給閥32、以及通氣配管閥43電性連接，藉由對各閥22、32、43發送控制訊號，可控制各閥22、32、43之開度。此外，控制裝置50可使用馬達來進行各閥22、32、43之開關，亦可使用氣壓或油壓來進行各閥22、32、43之開關。

本說明書中揭示之要素之功能可使用為了執行所揭示之功能而構成或編程之通用處理器、專用處理器、積體電路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits，特定應用積體電路）、現有電路、及/或包含該等之組合的電路或者處理電路來執行。處理器由於包含電晶體或其他電路，故而被視為處理電路或電路。本揭示中，電路、單元或手段為執行所列舉之功能的硬體、或者為了執行所列舉之功能而編程之硬體。硬體可為本說明書中所揭示之硬體，或者亦可為為了執行所列舉之功能而編程或構成之其他已知之硬體。於硬體為被認為是電路之一種的處理器之情形時，電路、手段或單元為硬體與軟體之組合，軟體用於硬體及/或處理器之構成。

〈冷卻程式〉 其次，對控制裝置50所執行之冷卻程式進行說明。冷卻程式係用以將液體容器10冷卻之程式。若於常溫之液體容器10中，例如從非散布供給口31填充極低溫液體，則非散布供給口31周邊局部冷卻，因此液體容器10之非散布供給口31周邊與其他部位之溫度差變大，由此存在液體容器10破損之顧慮。因此，於常溫之液體容器10中填充極低溫液體之情形時，首先對液體容器10進行將極低溫液體緩緩地供給至液體容器10之內部整體而將液體容器10冷卻之冷卻。

圖2為冷卻程式之流程圖。如圖2所示，若冷卻程式開始，則控制裝置50將散布供給閥22打開而進行散布供給，將非散布供給閥32關閉（步驟S1）。即，藉由從散布供給配管20之各散布供給口21散布極低溫液體，而從液體容器10內之上部朝向液體容器10之內部空間散布極低溫液體。藉此，液體容器10內之氣體冷卻，經冷卻之氣體使液體容器10整體均勻冷卻。即，液體容器10經由內部之氣體，藉由極低溫液體而間接地冷卻。

此外，藉由進行散布供給，散布於液體容器10內之極低溫液體氣化，於液體容器10內產生蒸發氣體。藉由蒸發氣體產生，液體容器10內之壓力上升。此時，液體容器10內產生之蒸發氣體之一部分經由通氣配管40向液體容器10之外部釋放。蒸發氣體之釋放量可藉由控制通氣配管閥42之開度來調整。此外，本實施方式中，基於從壓力感測器16取得之液體容器10內之壓力，來控制通氣配管閥42之開關。但，於冷卻時亦可關閉通氣配管閥42，而使蒸發氣體不向液體容器10之外部釋放。

繼而，控制裝置50取得液體容器10之溫度（步驟S2）。本實施方式中，控制裝置50從溫度感測器13、14、15取得液體容器10之溫度。此外，本實施方式中之所謂液體容器10之溫度係指液體容器10之內槽11之內表面之溫度。

繼而，控制裝置50判定步驟S2中取得之液體容器10之溫度是否低於預先決定之閾值（步驟S3）。如上所述，若將極低溫液體散布於液體容器10內，則只要不經由通氣配管40而釋放至外部，液體容器10內之壓力就會持續上升。因此，以不超過液體容器10之最高使用壓力之方式，開關通氣配管閥42來調整液體容器10之壓力。但，若持續不斷地散布極低溫液體，則隨著液體容器10之溫度之下降，於某時間點，較於液體容器10內散布蒸發而增加之液化氣體之體積而言，隨著液體容器10內所存在之液化氣體之溫度下降而減少之體積增大，液體容器10內之壓力不斷下降。若其持續進行，最後，液體容器10之壓力低於零而達到負壓。上述步驟S3中之閾值為液體容器10內即將成為負壓之前之液體容器10之溫度。該閾值可基於使用液體容器10來事先進行之冷卻之試驗結果而決定，或者亦可使用藉由桌上研究而獲得之值或根據經驗規則而獲得之值。

於步驟S3中，當液體容器10之溫度不低於閾值時（步驟S3中為否（NO）），即不存在液體容器10內成為負壓之顧慮時，返回至步驟S2。另一方面，於步驟S3中，當液體容器10之溫度低於閾值時（步驟S3中為是（YES）），即存在液體容器10內成為負壓之顧慮時，控制裝置50將散布供給閥22關閉而停止散布供給，且打開非散布供給閥32而開始非散布供給（步驟S4）。

步驟S4中，藉由將散布供給閥22關閉，來自液體容器10內之上部之極低溫液體之散布停止。藉此，液體容器10內之氣體之冷卻被抑制，由此，液體容器10內之氣體之體積之減少被抑制。其結果為，可抑制液體容器10內之壓力之下降。進而，於步驟S4中，藉由將非散布供給閥32打開，極低溫液體從非散布供給配管30供給至液體容器10中，液體容器10直接冷卻。此時，從非散布供給配管30供給之極低溫液體氣化而產生蒸發氣體。其結果為，液體容器10內之氣體之量增加，可抑制液體容器10內之壓力之下降。

繼而，控制裝置50判定液體容器10之冷卻是否完成（步驟S5）。例如，控制裝置50可於液體容器10之溫度達到預先決定之冷卻完成溫度以下時判定為冷卻完成，且於液體容器10之溫度高於上述冷卻完成溫度時判定為冷卻未完成。又，例如，控制裝置50亦可於供給至液體容器10中之極低溫液體未氣化而開始積存於液體容器10中，極低溫液體之液位達到預先決定之基準液位以上時判定為冷卻完成，且於極低溫液體之液位低於上述基準液位時判定為冷卻未完成。

於步驟S5中，於控制裝置50判定為冷卻未完成之情形時（步驟S5中為否（NO）），返回至步驟S5。另一方面，於步驟S5中，於判定為冷卻完成之情形時（步驟S5中為是（YES）），結束冷卻程式。以上為本實施方式中之冷卻程式之說明。

此外，若冷卻程式結束（液體容器10之冷卻完成），則控制裝置50開始於液體容器10中填充極低溫液體。極低溫液體之填充係藉由非散布供給配管30、或者藉由散布供給配管20及非散布供給配管30之兩者來進行。此時，從非散布供給配管30供給之極低溫液體之供給量亦可使步驟S4中之供給量增加。即，從非散布供給配管30供給至液體容器10中之極低溫液體之供給量可於冷卻後增加。

又，於上述冷卻程式中，當液體容器10之溫度低於閾值時，將非散布供給閥32打開，開始從非散布供給配管30之極低溫液體之供給（非散布供給）（參照步驟S4）。但，從冷卻程式開始時（步驟S1）起將非散布供給閥32打開而預先進行非散布供給，當液體容器10之溫度低於閾值時（步驟S3中為是（YES）），增大非散布供給閥32之開度，來增加非散布供給中之極低溫液體之供給量亦可。

同樣，上述冷卻程式中，當液體容器10之溫度低於閾值時，將散布供給閥22關閉，停止從散布供給配管20中之極低溫液體之供給（散布供給）（步驟S4）。但，當液體容器10之溫度低於閾值時（步驟S3中為是（YES）），減小散布供給閥22之開度，來減少散布供給中之極低溫液體之供給量亦可。

又，上述冷卻程式中，於步驟S4中同時進行散布供給閥22之關閉與非散布供給閥32之開放，但亦可不為同時。即，於步驟S4中，可從將散布供給閥22關閉起（從停止散布供給起）既定時間後打開非散布供給閥32（開始非散布供給），亦可從將非散布供給閥32打開起（從開始非散布供給起）既定時間後關閉散布供給閥22（停止散布供給）。

又，上述實施方式中，藉由控制裝置50執行冷卻程式，來進行液體容器10之冷卻。但，液體容器10之冷卻亦可由作業者手動進行。

〈總結〉 上述實施方式之方法係儲存極低溫液體之液體容器之冷卻方法，將以下供給加以組合：將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內之散布供給、以及將上述極低溫液體供給至上述液體容器內之非散布供給，當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始上述非散布供給或者增加上述非散布供給中之上述極低溫液體之供給量。

如上所述，當液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始非散布供給或者增加非散布供給中之極低溫液體之供給量，藉此，液體容器藉由極低溫液體而開始直接冷卻，或者藉由更多之極低溫液體而直接冷卻。此時，液體容器被局部冷卻，因此作為液體容器內之氣體整體，冷卻被抑制，體積之減少被抑制。進而，由於藉由非散布供給而供給之極低溫液體氣化而產生蒸發氣體，故而液體容器內之氣體之量增加。其結果為，可抑制液體容器內之壓力之下降。

又，上述實施方式之方法中，當上述液體容器之溫度低於上述閾值時，停止上述散布供給或者減少上述散布供給中之上述極低溫液體之供給量。

如上所述，藉由停止散布供給或者減少散布供給中之極低溫液體之供給量，來抑制液體容器內之氣體之冷卻。藉此，液體容器內之氣體之體積之減少被抑制。可抑制液體容器內之壓力之下降。

又，上述實施方式之方法中，上述散布供給中，從上述液體容器內之上部供給上述極低溫液體，且於上述非散布供給中，從上述液體容器內之下部供給上述極低溫液體。

如上所述，散布供給中，藉由從液體容器內之上部供給極低溫液體，於不存在液體容器內成為負壓之顧慮之情形時，可經由經冷卻之氣體而將液體容器整體均勻地冷卻。又，非散布供給中，藉由從液體容器內之下部供給極低溫液體，於存在液體容器內成為負壓之顧慮之情形時，極低溫液體容易積存於液體容器之底部，液體容器被局部冷卻。藉此，作為液體容器內之氣體整體，難以冷卻，可抑制液體容器內之壓力之下降。

又，上述實施方式之儲存設備包括：液體容器，儲存極低溫液體；散布供給配管，將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內；非散布供給配管，將上述極低溫液體供給至上述液體容器內；以及控制裝置，將來自上述散布供給配管之上述極低溫液體之供給與來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給加以組合，來執行將上述液體容器冷卻之冷卻程式，且於上述冷卻程式中，當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給或者增加來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給量。

如上所述，當液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始來自非散布供給之極低溫液體之供給或者增加來自非散布供給配管之極低溫液體之供給量，藉此，液體容器藉由極低溫液體而開始直接冷卻，或者藉由更多之極低溫液體而直接冷卻。此時，由於液體容器被局部冷卻，故而作為液體容器內之氣體整體，冷卻被抑制，體積之減少被抑制。進而，由於從非散布供給配管供給之極低溫液體氣化而產生蒸發氣體，故而液體容器內之氣體之量增加。其結果為，可抑制液體容器內之壓力之下降。

10:液體容器 11:內槽 12:外槽 13:溫度感測器 14:溫度感測器 15:溫度感測器 16:壓力感測器 20:散布供給配管 21:散布供給口 22:散布供給閥 30:非散布供給配管 31:非散布供給口 32:非散布供給閥 40:通氣配管 41:取出口 42:通氣配管閥 50:控制裝置 60:共用配管 100:儲存設備

[圖1]為儲存設備之構成圖。 [圖2]為冷卻程式之流程圖。

Claims (4)

1. 一種液體容器之冷卻方法，上述液體容器儲存極低溫液體， 上述方法將以下供給加以組合：將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內之散布供給、以及 將上述極低溫液體供給至上述液體容器內之非散布供給；並且 當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始上述非散布供給或者增加上述非散布供給中之上述極低溫液體之供給量。
2. 如請求項1之方法，其中 當上述液體容器之溫度低於上述閾值時，停止上述散布供給或者減少上述散布供給中之上述極低溫液體之供給量。
3. 如請求項1或2之方法，其中 於上述散布供給中，從上述液體容器內之上部供給上述極低溫液體， 於上述非散布供給中，從上述液體容器內之下部供給上述極低溫液體。
4. 一種儲存設備，包括： 液體容器，儲存極低溫液體； 散布供給配管，將上述極低溫液體一面散布一面供給至上述液體容器內； 非散布供給配管，將上述極低溫液體供給至上述液體容器內；以及 控制裝置，將來自上述散布供給配管之上述極低溫液體之供給與來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給加以組合，來執行將上述液體容器冷卻之冷卻程式，於上述冷卻程式中，當上述液體容器之溫度低於預先決定之閾值時，開始來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給或者增加來自上述非散布供給配管之上述極低溫液體之供給量。