(12) PATENT (19) NO (11) 332779 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. F24H 4/02 (2006.01) F24H 4/04 (2006.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 20130 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 2011.02.24 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 2011.02.24 (30) Prioritet (41) Alm.tilgj 2012.08.27 (4) Meddelt 2013.01.14 (73) Innehaver Aker Engineering and Technology AS, Postboks 222, 1326 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Arne Barrett Sele, Haresvingen, 1362 HOSLE, Norge Trygve Johannes Lund, Thorleifs allè 13A, 0489 OSLO, Norge (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 0306 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte for å øke det interne trykket til en trykkbeholder (6) Anførte publikasjoner US 41483 A (7) Sammendrag Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for å øke det interne trykket til en trykkbeholder (1) inneholdende et medium som er til stede i både væske- (3) og gassfase (2), beholderen omfattende en indre og en ytre fluidtett barriere, nevnte barrierer separert av et rom i mellom barrierene (8), omfattende trinnene: - å sirkulere et egnet fluid gjennom både rommet i mellom barrierene og en varmeenhet; og - å varme fluidet med varmeenheten.
1 Teknisk område Den foreliggende oppfinnelsen angår tanker for lagring og transport av fluider så som hydrokarboner, inkludert lav-temperatur flytende naturgass. Dette inkluderer tanker for lagring og transport, inkludert mobile og faste drivstofftanker for marin og landbasert bruk. Bakgrunn for oppfinnelsen 1 20 For en rekke anvendelser kan flytende gass bli lagret i trykkbeholdere på en praktisk måte. En fordel er at i slike tanker kan den avdampende væsken bli oppbevart til et passende tidspunkt når gassfasen der skal forbrukes. For anvendelse i forbrenningsmotorer er det spesielt nødvendig at hydrokarbongassen blir levert ved et kontrollert trykk. Et annet aspekt er at væske fra en tank under tilstrekkelig trykk kan bli tappet over nivået til den lagrede flytende gassen uten anvendelsen av en pumpe. Dette gjør det mulig for væsken å bli tappet fra tanken uten å ha åpninger under væskeoverflaten fra hvilke væsken kan bli tappet ved hjelp av tyngdekraften. Dette tilveiebringer en sikkerhet mot utilsiktet ukontrollert lekkasje i en situasjon hvor en ventil ikke lukker seg. Lekkasje av væske med lav temperatur vil på grunn av dens store varmekapasitet nesten umiddelbart forårsake sprøbrudd i vanlige materialer for skipsbygging og strukturer. I et slikt ulykkestilfelle, hvis det ikke er noe uttak under væskenivået, kan trykk umiddelbart bli fjernet ved at en ventil slipper ut trykket på gassen. 2 Begrensningene med denne teknikken er at tilstrekkelig trykk må bli opprettholdt i tanken for å overstige den hydrostatiske høyden ved toppen av tanken. Nåværende praksis er å tappe væske fra en liten åpning ved bunnen av tanken inn i en varmeveksler, hvor denne væsken blir fordampet og matet inn i gassfasen i tanken for dermed å øke damptrykket. Dette blir gjort på bekostning av muligheten for en utilsiktet hendelse hvor kryogen væske kan lekke og forårsake sprøbrudd. Væskefasen kan så bli tappet ut av tanken over væskefasenivået inne i tanken. 30 Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for å øke trykket i en trykkbeholder inneholdende flytende gass, som minimerer eller minsker i det minste noen av ulempene med fremgangsmåtene kjent i teknikken, spesielt risikoen for utilsiktet lekkasje av kryogen væske.
2 Sammendrag av oppfinnelsen 1 20 I denne oppfinnelsen blir det benyttet en tank, eller trykkbeholder, omfattende to væsketette barrierer. Et egnet varmemedium, så som luft eller vann, blir sirkulert gjennom en side av en varmeveksler. På den motsatte siden av varmeveksleren kan et egnet fluid, så som nitrogen, bli sirkulert gjennom nevnte varmeveksler og rommet i mellom barrierene til tanken i et lukket kretsløp. Sirkulasjon av nevnte fluid kan oppnås ved kun konveksjon, eller ved en egnet fremdriftsanordning så som en vifte. Når bare konveksjon blir benyttet for å sirkulere fluidet, er det viktig at inntaks-/returkanalene er plassert korrekt på trykkbeholderen. Det er foretrukket at kanalen som tilfører oppvarmet fluid fra varmeveksleren, er plassert over væskenivået til tanken, og at kanalen som tilfører avkjølt fluid tilbake til varmeveksleren, er plassert under nevnte væskenivå. Tilstrekkelig separering av de to kanalene er nødvendig for å oppnå en korrekt sirkulasjon i rommet mellom barrierene. Tankveggen med dobbelte barrierer virker som en andre varmeveksler og øker varmeenergien til de oppbevarte fluider, noe som forårsaker avkoking og økt trykk i tanken. Det økte trykket blir oppnådd uten å trenge gjennom føringer i tanken under væskenivået i tanken og uten å måtte anvende en pumpe. Varmeveksleren, som varmer mediet som sirkulerer gjennom rommet i mellom barrierene til tanken, kan bli byttet ut med enhver annen egnet varmeenhet kjent for fagmannen. Den foreliggende oppfinnelsen er nærmere definert i det følgende, og tilveiebringer: 2 30 en fremgangsmåte for å øke det interne trykket i en trykkbeholder inneholdende et medium som er til stede i både væske- og gassfase, ved å varme opp i det minste en del av mediet og øke trykket i trykkbeholderen for å drive væskefase ut over toppen av tanken, hvor trykkbeholderen omfatter en indre og en ytre fluidtett barriere, idet nevnte barrierer er adskilt av et rom mellom barrierene, karakterisert ved trinnene: - å sirkulere et egnet fluid som er forskjellig fra mediet gjennom både rommet mellom barrierene og en varmeenhet i en lukket krets, og - å varme fluidet med varmeenheten. I en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er varmeenheten en varmeveksler.
3 I en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir et egnet varmemedium, så som vann eller luft, benyttet på den andre siden av varmeveksleren. Oppfinnelsen tilveiebringer også en trykkbeholder for et medium som har både væske- og gassfase, omfattende en ytre og en indre fluidtett barriere, hvor de to barrierene er adskilt av et rom mellom barrierene, og midler for å varme opp i det minste en del av mediet som skal lagres i trykkbeholderen for å øke trykket i trykkbeholderen for å drive væskefase ut over toppen av trykkbeholderen, karakterisert ved at rommet mellom de to barrierene er knyttet til en varmeenhet ved hjelp av et rør, slik at et fluid som er forskjellig fra mediet kan bli sirkulert gjennom både rommet mellom barrierene og varmeenheten i en lukket krets, hvilken varmeenhet er innrettet til å varme fluidet. 1 I en utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen er fluidet en egnet gass, så som nitrogen. I en annen utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen, er fluidet en egnet væske, så som metanol. 20 2 Typen og egenskapene av fluidet som blir brukt til å sirkulere i rommet mellom barrierene, er avhengig av egenskapene, f.eks. kondenseringstemperaturen, til fluidet som blir oppbevart i trykkbeholderen. I tilfellet av en trykkbeholder inneholdende LNG, vil et egnet sirkulerende fluid være for eksempel nitrogen. I tilfellet av en trykkbeholder inneholdende LPG, vil et egnet sirkulerende fluid, i tillegg til nitrogen, også kunne være en egnet væske så som metanol. I nok en annen utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen er varmeenheten en varmeveksler. 30 I enda en annen utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen blir vann eller luft anvendt som varmekilden for varmeveksleren.
4 I en ytterligere utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen omfatter beholderen et rør som har to ender, hvor den ene ende av røret befinner seg internt i beholderen og plassert under væskefasens nivå. I en annen ytterligere utførelsesform av trykkbeholderen ifølge oppfinnelsen omfatter nevnte beholder et løpehjul, fortrinnsvis en vifte, for å sirkulere fluidet gjennom både varmeenheten og rommet mellom barrierene. Kort beskrivelse av tegningene Figur 1 viser en skjematisk tegning av en trykkbeholder ifølge oppfinnelsen. Detaljert beskrivelse 1 Figur 1 viser en trykkbeholder 1 med to barrierer inneholdende gassfasen 2 og væskefasen 3 av det lagrede mediet. Den eksterne varmeveksleren 4 varmer et fluid som sirkulerer gjennom et rør 6 inn i rommet 8 mellom barrierene, gjennom et returrør og tilbake til varmeveksleren 4. Den økte avdampingen fra væsken 3 grunnet varmen tilveiebrakt ved det sirkulerende fluidet, forårsaker økt trykk i gassfasen 2. Dette forårsaker tilstrekkelig trykk til å overvinne den hydrostatiske høyden som er nødvendig for å drive den lagrede væsken 3 ut gjennom røret 7.
P a t e n t k r a v 1. Fremgangsmåte for å øke det interne trykket i en trykkbeholder (1) inneholdende et medium som er til stede i både væske- (3) og gassfase (2), ved å varme opp i det minste en del av mediet og øke trykket i trykkbeholderen (1) for å drive væskefase ut over toppen av tanken, hvor trykkbeholderen omfatter en indre og en ytre fluidtett barriere, idet nevnte barrierer er adskilt av et rom (8) mellom barrierene, karakterisert ved trinnene - å sirkulere et egnet fluid som er forskjellig fra mediet gjennom både rommet (8) mellom barrierene og en varmeenhet (4) i en lukket krets, og - å varme fluidet med varmeenheten. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor varmeenheten er en varmeveksler (4). 1 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor et egnet varmemedium, så som vann eller luft, er tilveiebrakt på den andre siden av varmeveksleren (4). 20 2 4. Trykkbeholder (1) for et medium som har både væske- (3) og gassfase (2), omfattende en ytre og en indre fluidtett barriere, hvor de to barrierene er adskilt av et rom (8) mellom barrierene, og midler for å varme opp i det minste en del av mediet som skal lagres i trykkbeholderen (1) for å øke trykket i trykkbeholderen for å drive væskefase ut over toppen av trykkbeholderen, karakterisert ved at rommet (8) mellom de to barrierene er knyttet til en varmeenhet (4) ved hjelp av et rør (,6), slik at et fluid som er forskjellig fra mediet kan bli sirkulert gjennom både rommet mellom barrierene (8) og varmeenheten (4) i en lukket krets, hvilken varmeenhet er innrettet til å varme fluidet. 30. Trykkbeholder ifølge krav 4, hvor fluidet er en egnet gass så som nitrogen. 6. Trykkbeholder ifølge krav 4, hvor fluidet er en egnet væske så som metanol. 3 7. Trykkbeholder ifølge ethvert av krave 4-6, hvor varmeenheten er en varmeveksler (4).
6 8. Trykkbeholder ifølge krav 7, hvor vann eller luft blir sirkulert gjennom den andre siden av varmeveksleren (4). 9. Trykkbeholder ifølge ethvert av kravene 4-8, hvor beholderen omfatter et rør (7) som har to ender, idet den ene ende av røret befinner seg inne i beholderen og er plassert under væskefasens nivå, mens den andre ende befinner seg utenfor beholderen (1).. Trykkbeholder ifølge ethvert av kravene 4-9, omfattende et løpehjul, fortrinnsvis en vifte, for å sirkulere fluidet.
1/1 4 6 1 2 7 8 3 Fig. 1