[发明专利]液体冷冻剂蒸发方法及系统

说明书

通过压力积聚蒸发器将来自具有顶部空间压力P1的储罐的液体冷冻剂蒸发成气态冷冻剂，并且该气态冷冻剂的压力被积聚到压力P2。压力P2下的加压气态冷冻剂膨胀穿过膨胀器以减小其压力并且被供给至使用点，该使用点位于包括在压力P3下的蒸发器的设施处。P2≥2×P3。经膨胀气体的能量可以以机械能、电能的形式被回收。

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇119(e)条要求于2015年10月1提交的美国临时专利申请号62/235,868以及2015年10月2日提交的美国临时专利申请号62/236,532的优先权的权益，这些申请的全部内容通过援引并入本文。

背景技术

技术领域

本发明涉及从被供给液化气体的蒸发器来供应工业气体。

背景技术

许多制造操作将工业气体用于应用，诸如焊接、切割、加热、冷却、固化、惰化、燃烧等。对于消耗大量工业气体的操作，以液化形式来储存气体更为经济。对于这些类型的操作，气体是通过将液化气体从储罐供给到环境温度蒸发器而获得的，其中环境大气的热量提供了所需的蒸发潜热。典型地，储罐的顶部空间压力高于储罐与用于上述应用的使用点之间的任何部件的任何压力。在使用点所需的气体压力大于储罐的顶部空间压力的情况下，在储罐与使用点之间安装增压系统。典型地，由蒸发产生的相对高压气体被减少至消耗该气体的使用点所需的压力。然而，工业气体工业(对于诸如氧气、氮气、氩气、二氧化碳、氢气、碳氢化合物燃料等气体)中使用的常规蒸发器和相关联的气体分配设备不会从这个压力减小过程中回收任何实质性的有用能量部分。

已知的是蒸发液氮并使所得气态氮膨胀穿过涡轮机的液氮动力车辆。氮气膨胀至环境压力、并且简单地排放到大气中。虽然在技术上有趣，但是它表现出较差的能量效率，因为在压缩供给至负责生产液氮以供车辆使用的空气分离设备的空气的压缩过程中消耗了大量的电力。而且，从车辆排出的氮气没有以任何特别有用的方式被利用。

因此，目的是回收与在蒸发器蒸发产生的、相对较高压力的气体的压力减小相关联的任何有用的能量。

发明内容

披露了一种用于蒸发液体冷冻剂以供应气态冷冻剂流的方法。该方法包括以下步骤。将来自具有顶部空间压力P1的储罐的液体冷冻剂供给至位于设施处的至少一个压力积聚蒸发器。在环境空气(和/或另一种流体)与所供给的穿过所述至少一个蒸发器的液体冷冻剂之间交换热量以产生在压力P2下的加压气态冷冻剂。该加压气态冷冻剂膨胀至小于P3的压力并且被供给送在压力P3下的使用点，其中P2≥2×P3。可选地，该经膨胀气态冷冻剂被供给至涡轮机以产生机械能。该机械能可选地通过交流发电机转换为电能。

还披露了一种用于蒸发液体冷冻剂以供应气态冷冻剂流的系统，该系统包括：容纳液体冷冻剂的液体冷冻剂储罐，该储罐位于在设施处；用于接收来自该储罐的液体冷冻剂并且蒸发所接收的液体冷冻剂的至少一个压力积聚蒸发器；膨胀器，该膨胀器位于在该设施处、使从该至少一个压力积聚蒸发器接收到的经蒸发冷冻剂蒸发并且产生机械能以致动机械装置，例如旋转涡轮机或移位活塞；发电机，该发电机位于在该设施处、用于将该机械能转化为电能；以及接收来自该涡轮机的经膨胀冷冻剂的使用点，该使用点位于该设施处；以及对应电能的使用点或储存点。

该方法和/或系统可以包括以下一个或多个方面：

-所述至少一个压力积聚蒸发器包括以交替序列操作的n个压力积聚蒸发器，其中n是等于或大于1的整数；在向这n个蒸发器中的第一蒸发器供给该液体冷冻剂时，不向这n个蒸发器中的第二蒸发器供给液体冷冻剂；在向该第一蒸发器供给该液体冷冻剂的同时，气态冷冻剂被从这n个蒸发器中的另一个蒸发器向该涡轮机供给并且通过所述涡轮机而膨胀；并且在向该第二蒸发器供给该液体冷冻剂的同时，气态冷冻剂被从这n个蒸发器中的另一个蒸发器向该涡轮机供给并且膨胀穿过该涡轮机。