一种低温液体储罐盖子系统及低温液体储罐

摘要

本发明涉及一种低温液体储罐盖子系统及低温液体储罐，其中盖子系统装设在低温液体储罐上，包括储罐盖与脉管制冷机，脉管制冷机设在储罐盖上，脉管制冷机包括低温部与室温部，低温部包括顺序连接的冷却器、回热器、冷量换热器及脉管，冷却器与脉管分别与室温部连接，室温部压缩气体产生压力波，气体在脉管底端膨胀制冷，膨胀功由室温部的膨胀功回收装置回收，蒸汽在冷量换热器上冷凝成液体流回低温液体储罐。与现有技术相比，本发明的低温液体储罐盖子系统上装入脉管制冷机，该脉管制冷机装有带膨胀功回收装置，效率提高，从而使再冷凝蒸发气体有利可图，可应用于已经广泛使用的低温液体储罐上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温设备，尤其是涉及一种低温液体储罐盖子系统及低温液 体储罐。

背景技术

低温液体储罐是用于储存低温液体，如液氦、液氢、液氮、液化天然气等低温 液体的。由于漏热，总有一部分气体被蒸发掉。为了减小蒸发，可用低温制冷机将 蒸发的气体再冷凝。早期的制冷机采用GM制冷机，其制冷效率很低，除了液氦 储罐之外，很少采用。最新发展的脉管制冷机的制冷效率与GM制冷机相比，有 了大幅度的提高，但效率仍然太低。因为蒸发而放掉的气体与脉管制冷机所消耗的 电力费用相比，仍然是小的。但蒸发掉的气体毕竟是一个损失。同时，有一大批正 在使用中的低温液体储罐，如果加装制冷机，也是一个十分麻烦的事，因为要涉及 改造问题，即使有效率很高的制冷机，安装起来也很麻烦。因而，大部分的低温液 体储罐，如液氮、液氩或液氧储罐只能是将蒸发的蒸汽放空。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、 安装方便、效率提高的低温液体储罐盖子系统及低温液体储罐。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低温液体储罐盖子系统，装设在低温液体储罐上，包括储罐盖与制冷机， 所述的制冷机设在储罐盖上。

所述的制冷机为脉管制冷机，所述的脉管制冷机包括低温部与室温部，所述的 低温部包括顺序连接的冷却器、回热器、冷量换热器、脉管及脉管室温换热器，所 述的冷却器与脉管室温换热器分别通过连接管与室温部连接，室温部压缩气体产生 压力波，气体在脉管底端膨胀制冷，冷量换热器将低温液体储罐内的蒸汽冷凝成液 体流回低温液体储罐。

所述的室温部由压缩机和推移活塞单元组成，推移活塞单元包括推移活塞前工 作腔和推移活塞背工作腔；所述的冷却器通过连接管连接压缩机的压缩腔与推移活 塞背工作腔，所述的脉管室温换热器通过连接管连接推移活塞前工作腔。

所述的室温部由两个压缩机组成，所述的冷却器通过连接管与其中一个压缩机 的压缩腔连接，该压缩机输入功，用于制冷，所述的脉管室温换热器通过连接管与 另一个压缩机的压缩腔连接，该压缩机用于回收膨胀功，从而使制冷效率提高。

所述的低温部具体包括冷冻机法兰、冷却器、回热器、冷量换热器、脉管及脉 管室温换热器，所述的冷却器与脉管室温换热器均固定在冷冻机法兰上，所述的回 热器连接在冷却器与冷量换热器之间，所述的脉管连接在脉管室温换热器与冷量换 热器之间。

所述的低温部还包括冷冻机罩，该冷冻机罩的一端固定在冷冻机法兰上，另一 端延伸连接到冷量换热器上，且所述的冷冻机罩将回热器、冷量换热器及脉管包围 在内。

所述的冷冻机罩内部为真空结构。

所述的冷冻机罩为由低导热材料制成。

一种低温液体储罐，包括低温液体储罐本体与低温液体储罐盖子系统，所述的 低温液体储罐本体上设有储罐开口，所述的低温液体储罐盖子系统设在储罐开口 处，且储罐盖盖在低温液体储罐本体的外壳上。

所述的低温液体储罐本体由储罐内壳、储罐外壳及填充在储罐内壳与储罐外壳 之间的储罐绝热材料组成，所述的低温液体储罐本体上设有储罐进液管与储罐出汽 管，所述的储罐进液管上设有储罐进液阀，所述的储罐出汽管上设有储罐出汽阀。

所述的储罐开口与低温液体储罐盖子系统之间的间隙内设有储罐开口间隙填 充物。

一种低温液体储罐，该低温液体储罐的罐体或开口处装设有膨胀功可回收的 脉管制冷机，脉管制冷机装设在开口处或罐体上的效果一致，均利用脉管制冷机的 冷量将低温液体储罐内的蒸汽冷凝成液体流回低温液体储罐。

与现有技术相比，本发明的低温液体储罐盖子系统上装入脉管制冷机，该脉 管制冷机装有带膨胀功回收装置，效率提高，从而使再冷凝蒸发气体有利可图。将 脉管制冷机设在储罐盖上，使用方便，便于安装，可应用于已经广泛使用的低温液 体储罐上。

附图说明

图1为实施例1中储罐的结构示意图；

图2为实施例1中盖子系统的结构示意图；

图3为实施例1中带脉管制冷机的储罐结构示意图；

图4为实施例1中的脉管制冷机结构示意图；

图5为实施例1中的脉管制冷机的外形图；

图6为设有储罐开口间隙填充物的储罐的示意图；

图7为实施例2中的脉管制冷机结构示意图；

图8为实施例3中的脉管制冷机结构示意图；

图9为实施例4中的脉管制冷机结构示意图。

图中标号：1为储罐本体，111为储罐内壳，112为储罐绝热材料，113为储罐 外壳，121为储罐进液管，122为储罐进液阀，131为储罐出汽管，132为储罐出汽 阀，141为储罐开口，142为储罐开口壁，143为储罐开口间隙，144为储罐开口间 隙填充物，2为盖子系统，21为储罐盖，3为脉管制冷机，30为低温部，311为冷 却器气体进口，312为冷却器内翅，313为冷却器，314为冷却流体通道，315为冷 却器连接管，321为冷冻机法兰，322为冷冻机罩，323为冷冻机真空腔，324为冷 冻机罩的伸延部，331为回热器，332为回热器填料，341为冷量换热器，342为回 热器气体均匀器，343为冷气流道，345为冷量换热器外翅，346为冷量换热器内 翅，351为脉管，352为脉管空腔，361为脉管伸延真空管，362为脉管室温换热器， 363为脉管气体室温换热器内翅，364为脉管室温换热器气体进口，365为脉管连 接管，4为推移活塞单元，40为室温部，41为推移活塞前工作腔，42为推移活塞 气缸，43为推移活塞，44为推移活塞杆，45为推移活塞背工作腔，46为推移活塞 挡板，471为推移活塞弹簧，472为推移活塞气库，473为推移活塞气库腔，5为压 缩机，51为压缩腔，52为压缩活塞，53为压缩气缸，54为压缩活塞杆，55为压 缩机驱动部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

低温液体储罐，如图1、图2、图3所示，包括低温液体储罐本体1与盖子系 统2。

如图1、图3所示，低温液体储罐本体1由储罐内壳111、储罐外壳113及填 充在储罐内壳111与储罐外壳113之间的储罐绝热材料112组成，低温液体储罐本 体上1设有储罐进液管121与储罐出汽管131，储罐进液管121上设有储罐进液阀 122，储罐出汽管131上设有储罐出汽阀132。储罐绝热材料112夹在储罐内壳111 与储罐外壳113之间，起减低漏热的作用。上部有储罐开口141，储罐内壳111内 的空间为低温液体存储腔。储罐进液管121用于向储罐灌注液体或放出液体，储罐 进液阀122用于关闭进液管，储罐出汽管131用于放出蒸发的蒸汽，储罐出汽阀 132用于关闭储罐出汽管131。

盖子系统2包括储罐盖21与脉管制冷机3，脉管制冷机3设在储罐盖2上。 如图4、图5所示，脉管制冷机3包括低温部30与室温部40。

低温部30具体包括冷冻机法兰321、冷却器313、回热器331、冷量换热器341、 脉管351及脉管室温换热器362，冷却器313与脉管室温换热器362均固定在冷冻 机法兰321上，回热器331连接在冷却器313与冷量换热器341之间，脉管351 连接在脉管室温换热器362与冷量换热器341之间。脉管室温换热器362与脉管 351之间还设有脉管伸延真空管361，该脉管伸延真空管361焊接在冷冻机法兰321 上。冷却器313上有冷却器气体进口311、冷却器内翅312及冷却流体通道314。 回热器331内填充回热器填料332。冷量换热器341内有回热器气体均匀器342、 冷气流道343、冷量换热器内翅346及冷量换热器外翅345。脉管351内是脉管空 腔352。脉管室温换热器362上设有脉管气体室温换热器内翅363与脉管室温换热 器气体进口364。脉管351两端的冷量换热器341与脉管室温换热器362也起到气 体均匀器的作用，使气体在脉管351内的流动均匀，减小气体混合损失。脉管室温 换热器362可不要，如果脉管351和脉管连接管365的内径可很好地光滑过渡，因 为光滑过渡所产生的热很小。

冷冻机罩322的一端固定在冷冻机法兰321上，另一端延伸连接到冷量换热器 341上，且冷冻机罩322将回热器331和脉管351包围在内。冷冻机罩322之内的 空腔为冷冻机真空腔323。冷冻机罩322的作用是防止冷量换热器341对冷冻机法 兰321和储罐盖21的距离过近而产生过大的漏热损失。漏热不仅增加功耗，而且 会在法兰上结冰，结露，产生腐蚀。一般回热器331的长度在40-100mm，如果没 有冷冻机罩322，蒸汽会在冷量换热器341与冷冻机法兰321和储罐盖21之间， 有对流和导热，产生从室温向冷头的漏热。一般气体对流的热损失远大于导热损失。 漏热量基本与温差成正比，与距离成反比。冷冻机罩322内是真空，这样，只有固 体的导热，没有气体的导热与对流。因而漏热大大减小。冷冻机罩的伸延部324 可比较长。其内壁温暴露在蒸汽里，温度基本和蒸汽一样，外壁虽然也在蒸汽里， 但与储罐开口壁142之间的储罐开口间隙143可设计的很小，使气体没有对流，这 样气体的漏热可很小，而外壁由于很长，导热也很小。增加冷冻机罩322虽然会产 生额外的导热损失，但增加冷冻机罩322产生的导热损失与没有冷冻机罩322时蒸 汽的对流热损失相比很小。因而是有益的。

室温部40由压缩机5和推移活塞单元4组成。压缩机5由压缩活塞52，压缩 气缸53，压缩活塞杆54，压缩机驱动部55组成。压缩活塞52，压缩气缸53形成 压缩腔51。推移活塞单元4由推移活塞气缸42，推移活塞43，推移活塞杆44，推 移活塞挡板46，推移活塞弹簧471，推移活塞气库472组成，推移活塞43前后形 成推移活塞前工作腔41与推移活塞背工作腔45，推移活塞气库472与推移活塞挡 板46之间的空间为推移活塞气库腔473。

冷却器连接管315连接压缩腔51、推移活塞背工作腔45和冷却器气体进口 311。脉管连接管365连接推移活塞前工作腔41与脉管室温换热器气体进口364。

压缩腔51和推移活塞背工作腔45与推移活塞前工作腔41之间气体可通过低 温部30往复流动。

工作时，压缩机驱动部55带动压缩活塞52往复运动，产生近似于正弦的压力 波，气体的往复流动也近似与正弦。功从压缩腔51输入，气体在脉管空腔352的 底部膨胀制冷，膨胀功传入到推移活塞前工作腔41，由推移活塞43传给推移活塞 背工作腔45，推移活塞背工作腔45与压缩腔51一起压缩气体。这样，膨胀功就 被回收再利用了。因而，推移活塞起到了膨胀功回收装置的作用。蒸汽在冷量换热 器341被冷凝，而后变成液体流下。从而使储罐由于漏热而蒸发的液体再凝缩，从 而减小由于储罐漏热而蒸发的液体。

由于有推移活塞将膨胀功回收再利用，从而使制冷效率提高，从而使运行费用 低减，使蒸发的蒸汽再凝缩变得现实。

如图6所示，为了进一步减小热损失，储罐开口间隙143内可加储罐开口间隙 填充物144。储罐开口间隙填充物144由导热小的材料，如发泡材料制成。

实施例2

与实施例1不同之处在于，冷冻机罩322采用低导热的材料如发泡材料制成， 如图7所示。

实施例3

与实施例1不同之处在于，低温部30内没有设置冷冻机罩，如图8所示，此 时可能会产生较大的漏热损失，从而引起储罐盖结露结冰，引起腐蚀问题。

实施例4

如图9所示，与实施例3不同之处在于，室温部40由两个压缩机5组成，两 个压缩机的运行由逆变器控制。冷却器连接管315连接其中一个压缩机5的压缩腔 51和冷却器气体进口311，该压缩机输入功，用于制冷。脉管连接管365连接另一 个压缩机5的压缩腔51与脉管室温换热器气体进口364，该压缩机用于回收膨胀 功，起到膨胀功回收装置的作用，从而使制冷效率提高。

制冷机不仅可装在盖子上，也可装在储罐上。如冷冻机法兰固定在储罐外壳上， 冷冻机冷头固定在储罐内壳上。同时，由于脉管制冷机的脉管和回热器是简单的管 子，可做为储罐的支撑使用。

制冷机也可直接装在开口处。

本发明的盖子系统不仅可装脉管制冷机，也可装其他形式的制冷机。

盖子是一个小部件，可方便地加装在已有的储罐上，因而该发明不仅对于新制 造的储罐有用，对现有的储罐也有很大的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。