用于從液化氣罐填充加壓氣缸的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于從液化氣罐(1)填充加壓氣缸(7)的設(shè)備和方法，包括輸送管道(10)，所述輸送管道包括連接至所述罐(1)的上游端和選擇性地連接至至少一個加壓氣缸(7)的至少一個下游端，所述輸送管道(10)包括用于氣化從所述罐(1)抽取的液體的至少一個構(gòu)件(5)，其中，所述設(shè)備包括用于選擇性地產(chǎn)生用于與所述至少一個氣化構(gòu)件(5)交換熱量的空氣流的構(gòu)件(3)，所述設(shè)備的特征在于，其包括將已經(jīng)與所述氣化構(gòu)件(5)交換了熱量的空氣引導(dǎo)至位于輸送管道(10)上游端的空間以便冷卻待填充的氣缸(7)的空氣回路(4，8)。
【專利說明】用于從液化氣罐填充加壓氣缸的設(shè)備和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于填充氣缸的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明更具體地涉及用于從液化氣罐填充加壓氣缸的設(shè)備，該設(shè)備包括具有連接至所述罐的上游端和用于選擇性地連接至至少一個加壓氣缸的至少一個下游端的輸送管道，所述輸送管道包括至少一個用于氣化從所述罐抽取的液體的構(gòu)件，所述設(shè)備包括用于選擇性地產(chǎn)生空氣流以便與所述至少一個氣化構(gòu)件交換熱量的構(gòu)件。
[0003]壓縮氣缸的填充由于絕熱膨脹和絕熱壓縮現(xiàn)象的組合而在缸中產(chǎn)生熱量。
[0004]所產(chǎn)生的熱量通過氣缸的壁耗散一部分。因此，當(dāng)用氮氣填充具有50升容量的鋼瓶使其在35分鐘內(nèi)達(dá)到150bar的壓力時(流率在500kg/小時的數(shù)量級)，如果環(huán)境溫度為37°C，所述瓶的最終溫度達(dá)到56°C，增加了幾乎20°C。
[0005]當(dāng)氣缸在熱的環(huán)境(環(huán)境溫度高于30°C或40°C )中、在更高壓力(200巴、300巴或更高)下填充時，所述加熱過程引起更多問題。
[0006]實際上，在填充過程中，氣缸能達(dá)到其最大安全溫度(例如當(dāng)它們的旋塞配備有溫控保險絲時為70°C )。為了避免所述問題，一種解決方案是在氣缸被填充時冷卻所述氣缸。
[0007]一種解決方案包括在有空調(diào)的設(shè)施中填充氣缸。文獻(xiàn)US4556091中描述的另一種解決方案是利用噴灑在其外表面上的冷卻劑來冷卻氣缸。文獻(xiàn)US5934081中描述的另一種解決方案是降低引入氣缸的氣體的溫度。
[0008]然而，這些解決方案都不能令人滿意，顯著原因是所述設(shè)施和/或電力消耗的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的全部或一部分缺點。
[0010]為此，根據(jù)本發(fā)明、并且也符合在上面的序言給出的一般定義的設(shè)備的主要特征在于，其包括引導(dǎo)已經(jīng)與氣化構(gòu)件交換了熱量的空氣直至位于輸送管道的下游端的空間以便冷卻待填充的氣缸的空氣回路。
[0011]此外，本發(fā)明的實施例可包括下列特征的一個或多個:
[0012]-所述設(shè)備包括圍繞輸送管道的下游端限定出一空間的填充室，該填充室設(shè)置用于在氣缸被填充時保持氣缸周圍的冷的環(huán)境，
[0013]-所述填充室被封閉或部分封閉，
[0014]-所述填充室由壁限定，其中至少一部分壁具有隔熱結(jié)構(gòu)，
[0015]-所述空氣回路包括空氣集管和連接至該空氣集管的空氣管道，所述空氣集管定位成與氣化構(gòu)件相鄰以便接收已經(jīng)與構(gòu)件(5)交換了熱量的冷卻空氣，
[0016]-所述空氣集管包括與所述氣化構(gòu)件的至少一部分表面相鄰的第一開口端和連接至該空氣集管的第二會聚端，
[0017]-所述設(shè)備包括用于起動該設(shè)備的構(gòu)件，其選擇性地控制所述氣缸的填充的起動，用于起動的構(gòu)件連接至用于選擇性地產(chǎn)生空氣流的構(gòu)件，以便響應(yīng)于氣缸填充的起動而觸發(fā)用于選擇性地產(chǎn)生空氣流的構(gòu)件的起動，
[0018]-所述空氣集管包括至少部分地隔熱的結(jié)構(gòu)，
[0019]-所述氣化構(gòu)件包括熱交換器，所述集管的第一開口端具有對應(yīng)于所述熱交換器的表面的表面，
[0020]-空氣回路由以下材料中的至少一種構(gòu)成:鋁，
[0021]-空氣集管由以下材料中的至少一種構(gòu)成:鋁，
[0022]-至少一部分空氣回路包括隔熱的壁，
[0023]-所述液化氣罐是雙壁低溫罐，兩個壁之間為真空，
[0024]-所述輸送管道包括至少一個加壓氣體緩沖儲存位置，其位于氣化構(gòu)件和輸送管道的下游端之間，
[0025]-空氣回路的通向待填充的氣缸的端部是擴張的，
[0026]-空氣集管包括用于冷凝水的收集容器，
[0027]-空氣集管此處包括緩沖容積和孔來控制所述空氣流，
[0028]-所述輸送管道包括泵以通過選擇性的方式將液體從罐引向氣化構(gòu)件。
[0029]本發(fā)明還涉及用于從液化氣罐填充一個或多個加壓氣缸的方法，其中液化氣在被以氣體形式引入一個或多個氣缸前被氣化，在液化氣的氣化過程中產(chǎn)生的冷量/負(fù)大卡的至少一部分被用于冷卻待填充的氣缸周圍的環(huán)境。
[0030]根據(jù)其它可能的特征:
[0031]-冷量在氣化構(gòu)件中產(chǎn)生并通過強制空氣流從氣化構(gòu)件輸送到氣缸，
[0032]-輸送在氣化構(gòu)件中產(chǎn)生的冷量的強制空氣流自動地和唯一地(uniquement)在用于填充氣缸的操作過程中產(chǎn)生。
[0033]本發(fā)明還涉及包括上述或下述的特征的任意組合的任何替代裝置或方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]其它特征和優(yōu)點將通過閱讀以下參考唯一附圖的描述而顯而易見，所述附圖示出了示意性的和局部的視圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的填充設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作的可能但非限制性的實施例。

【具體實施方式】
[0035]附圖中示出的用于填充缸7的設(shè)備包括用于加壓、冷藏、液化的氣體例如液氮(或根據(jù)應(yīng)用的其它氣體)的罐I。所述罐I例如是在低溫下儲存液化冷藏加壓形式的氣體的低溫真空隔離罐。所述設(shè)備通常包括具有連接至所述罐I的上游端和至少一個下游端的輸送管道10，所述下游端用于選擇性地連接至至少一個待填充的加壓氣缸7。所述輸送管道10包括用于氣化從所述罐I抽取的液體的至少一個構(gòu)件5，例如液體/空氣熱交換器，其確保加壓、冷藏、液化的氣體被氣化成壓縮氣體。如圖所示，所述設(shè)備可包括用于將液化氣體例如以介于250kg/小時和100kg/小時之間(包括250和1000kg/hour)的速率選擇性地引導(dǎo)至熱交換器5的泵2。在氣化構(gòu)件5的下游，輸送管道10可以包括一個或多個緩沖氣罐6。最后，輸送管道10的下游端選擇性地連接至待填充的缸7。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)備包括用于選擇性地產(chǎn)生空氣流以便與氣化構(gòu)件5、例如風(fēng)扇進(jìn)行熱交換的構(gòu)件3。所述設(shè)備還包括將已經(jīng)與氣化構(gòu)件5交換了熱量的空氣引導(dǎo)至位于輸送管道10的下游端的空間以便冷卻待填充的缸7周圍的體積的空氣回路4、8。
[0037]所述空氣回路4、8包括空氣集管4，該空氣集管4定位成鄰近氣化構(gòu)件5從而接收已經(jīng)與氣化構(gòu)件5交換了熱量的空氣。空氣回路還包括空氣管道8，該空氣管道8連接至所述空氣集管4以便將所述冷卻的空氣輸送至缸7。所述空氣集管4優(yōu)選地形成隔熱的體積。例如，所述集管4形成鋁的或任何其它合適的材料的盒子。
[0038]空氣集管4優(yōu)選包括鄰近或抵靠氣化構(gòu)件5的至少一部分表面的第一開口端。空氣集管4包括連接至空氣管道8的第二會聚端?？諝饧?的第一端具有例如開放表面，其定位成抵靠氣化構(gòu)件5并且尺寸(高度和寬度)對應(yīng)于所述氣化構(gòu)件5的表面。S卩，從一側(cè)進(jìn)入氣化構(gòu)件5的全部熱空氣在另一側(cè)上在空氣集管4的孔中被回收冷卻。
[0039]在其內(nèi)部體積中，集管4優(yōu)選包括設(shè)置有孔12以便控制流入其中的空氣的緩沖區(qū)或體積。所述結(jié)構(gòu)設(shè)置成例如用于使冷卻空氣流的循環(huán)速度標(biāo)準(zhǔn)化和/或用于限制湍流現(xiàn)象和/或使進(jìn)入空氣的體積最大化。
[0040]此外，空氣集管4可包括一一例如在其內(nèi)部體積的底部部分中一一用于冷凝水的收集容器14和/或冷凝水排出系統(tǒng)。
[0041]空氣集管4優(yōu)選包括第二會聚端，其引導(dǎo)構(gòu)件的入口處的空氣流以用于選擇性地產(chǎn)生空氣流。所述產(chǎn)生構(gòu)件3優(yōu)選為風(fēng)扇3，其出口通向空氣管道8。
[0042]風(fēng)扇3可以根據(jù)所述設(shè)備的大小和特別地根據(jù)需要冷卻的氣化流體的流率來確定尺寸。例如，所述風(fēng)扇3的尺寸可以設(shè)置成以5000Nm3/小時(標(biāo)準(zhǔn)立方米每小時)的流率供給。
[0043]因此，風(fēng)扇3吸入暖空氣并迫使它穿過氣化構(gòu)件-交換器5然后在空氣管道8中產(chǎn)生冷卻空氣流，該空氣管道8通向缸7被填充時所在的空間。
[0044]空氣管道8優(yōu)選為隔熱管道，其具有例如介于200mm和900mm之間(包括200mm和900mm)的直徑，優(yōu)選為400mm的數(shù)量級，以避免運輸冷卻氣體時壓降過大。
[0045]空氣管道8的下游端優(yōu)選位于封閉的或部分封閉的外殼9中，該外殼在填充過程中容納缸7，例如一個隔室，其壁部是隔熱的。
[0046]空氣管道8的通向待填充的缸7的所述端優(yōu)選地擴張并例如定位于缸7的上方。
[0047]所述簡單和低價的結(jié)構(gòu)允許缸7在被填充時以有效方式被冷卻，而不造成任何過度消耗。
[0048]這種設(shè)備的冷卻能力可以在20KW和50KW之間(包括20KW和50KW)。
[0049]優(yōu)選地，所述冷卻(起動風(fēng)扇3)僅在缸7被填充的時刻或剛好該時刻之前被觸發(fā)。風(fēng)扇3的起動可以根據(jù)用于起動缸7的填充的泵2的起動情況而定，例如借助于常見的起動構(gòu)件(例如開關(guān))。
[0050]這種設(shè)備的能量效率有利地解決了過度加熱的問題，因為從氣化構(gòu)件5回收的冷卻能量比在填充過程中在氣缸中產(chǎn)生的加熱能量大三到四倍。這證實了所述設(shè)備的有利性質(zhì)，即使在液化氣的氣化過程中產(chǎn)生的冷量的回收率為25%時。
[0051]所述設(shè)備需要有限的投資和比已知解決方案更小的電力損耗。
[0052]所述設(shè)備對于在環(huán)境溫度相對較高(30°C或更高)的地理區(qū)域中在200巴、300巴或更高壓力下填充加壓氣缸(氮氣或其他氣體或混合物)特別有利。
[0053]所述設(shè)備能夠特別地利用包括使用可用的強制空氣流通的大氣蒸發(fā)器的氣化構(gòu)件。例如，所述大氣蒸發(fā)器可以是由Thermax Inc.以參考標(biāo)號“⑶50HF”出售的類型。所述大氣蒸發(fā)器包括強制空氣流通。所述蒸發(fā)器的強制空氣流通的出口可以經(jīng)由優(yōu)選隔熱的管道連接至所述輸送管道的下游端，即外殼9中的待填充的缸7的位置。優(yōu)選地，所述強制流通的空氣在所述輸送管道的下游端的上方通向所述外殼，即，在設(shè)置用于外殼9中的待填充的氣缸的位置上方。
[0054]還優(yōu)選地，并且如上所述，所述設(shè)備自動運行:一旦低溫流體被氣化，強制空氣流通馬上自動起動。
【權(quán)利要求】
1.用于填充加壓氣缸(7)的設(shè)備，該設(shè)備包括液化氣罐(I)，該設(shè)備包括輸送管道(10)，該輸送管道包括連接至所述罐(I)的上游端和用于選擇性地連接至至少一個加壓氣缸(7)的至少一個下游端，輸送管道(10)包括用于氣化從所述罐(I)抽取的液體的至少一個構(gòu)件(5)，所述設(shè)備包括用于選擇性地產(chǎn)生空氣流以便與所述至少一個氣化構(gòu)件(5)交換熱量的構(gòu)件(3)，所述設(shè)備的特征在于包括空氣回路(4，8)，其用于將已經(jīng)與氣化構(gòu)件(5)交換了熱量的空氣引導(dǎo)至位于所述輸送管道(10)的下游端的空間以便冷卻待填充的氣缸(7)，所述設(shè)備包括填充外殼(9)，其限定出圍繞所述輸送管道(10)的下游端的空間，所述外殼(9)設(shè)置成用于圍繞所述輸送管道(10)的下游端、即在氣缸被填充時圍繞所述氣缸保持冷的環(huán)境，所述空氣回路(4，8)包括空氣集管(4)和空氣管道(8)，所述空氣集管(4)定位成與氣化構(gòu)件(5)相鄰以便接收已經(jīng)與構(gòu)件(5)交換了熱量的冷卻空氣，所述空氣管道(8)的一端、所謂的上游端連接至空氣集管(4)，另一端、所謂的下游端位于所述外殼(9)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述填充外殼(9)是封閉的或部分封閉的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述填充外殼(9)由壁部限定，所述壁部的至少一部分具有隔熱結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述空氣集管(4)包括與所述氣化構(gòu)件(5)的至少一部分表面相鄰的第一開口端和連接至所述空氣管道(8)的第二會聚立而。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣化構(gòu)件(5)包括熱交換器，所述集管(4)的第一開口端具有對應(yīng)于所述交換器的表面的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于起動該設(shè)備的構(gòu)件(11)，其選擇性地控制所述氣缸(7)的填充的起動，用于起動的所述構(gòu)件(11)連接至用于選擇性地產(chǎn)生空氣流的構(gòu)件(3)，以便響應(yīng)于氣缸(7)的填充的起動而觸發(fā)用于選擇性地產(chǎn)生空氣流的構(gòu)件(3)的起動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述輸送管道(4)包括至少一個加壓氣體緩沖儲存位置，其位于氣化構(gòu)件(5)和輸送管道的下游端之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述空氣回路(4，8)的通向待填充的氣缸、即通向所述輸送管道(10)的下游端的端部是擴張的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述氣化構(gòu)件包括液體/空氣熱交換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述空氣管道(8)的下游端通入所述外殼(9)的頂部中。
11.一種用于從液化氣罐(I)填充一個或多個加壓氣缸(7)的方法，其中液化氣體在被以氣體形式引入所述一個或多個氣缸(7)之前被氣化，其特征在于，在液化氣的氣化過程中產(chǎn)生的冷量的至少一部分被用于冷卻待填充的氣缸(7)周圍的環(huán)境，冷量在氣化構(gòu)件(5)中產(chǎn)生并被輸送到空氣中，所述冷卻空氣借助于從氣化構(gòu)件強制產(chǎn)生的空氣流被輸送至遠(yuǎn)達(dá)通過強制空氣流保護(hù)氣缸(7)的外殼(9)內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，輸送在氣化構(gòu)件(5)中產(chǎn)生的冷量的強 制空氣流自動地和唯一地在用于填充氣缸(7)的操作過程中產(chǎn)生。
【文檔編號】F17C9/04GK104471303SQ201380037568
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】P·阿彭蒂尼耶, J-P·巴比爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司