总第９１期 ２０１ ５年第７期 现代工业经济和信息化 Ｍｏｄｅｒｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ＴＯｔａｌ ｏｆ ９１ ＮＯ．７ ２０１５ 工程技术 低温液体容器预防结冰专利技术分析 朱梦诗 （国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州２１５０００） 摘要：文章介绍了低温液体容器在工业、民用领域中易结冰的原因，并根据其结冰原理，介绍了 影响低温液体容器结冰的具体因素。经过对该技术领域的专利文献的分析，梳理了低温液体容器 预防结冰技术的发展路线，以及世界各国对该项技术的研究方向，通过整理，介绍了低温液体容 器预防结冰技术的不同分支，以及其申请量的分布时间和地域。 关键词：低温液体；汽化；结冰；结霜；绝热；加热 中图分类号：ＴＢ６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—０７４８（２０１ ５）０７—００６７－０３ １低温液体容器预防结冰技术概述 低温液体一般为沸点在一２４０。Ｆ（一１５０。Ｃ）以 下的液体，氩、氦、氢、氮和氧是在低温以液体灌 装运输、操作和储存的最常用的工业气体。随着经 济的飞速发展，低温液体日益广泛地应用于冶金、 式汽化器和间接加热汽化器，间接加热汽化器 包括空温式汽化器和强制通风式汽化器。其 中，由于空温式汽化器一般是由带翅片的铝管 制作，当“冰冷”的液态气体流入汽化器时， 汽化器周围的空气跟翅片铝管内的“冰冷”的 医药、食品、化工等领域。低温液体容器，一直被 人们广泛使用，它是贮存液化气体的设备的总称。 液态气体产生热交换，温度降低，这样会造成 空气的流动，有新的“相对较热”的空气涌到 汽化器周围继续发生新的热交换。采用这种利 用周围空气的热交换的汽化器，根据所处环境 低温液体在蒸发时都会产生大量的气体，例如，一个 大气压下的单位体积的液态氮在６８。Ｆ（２０。Ｃ）时蒸 发成６９４＂￣单位体积的氮气，即使在隔热良好的容器 内，低温液体不能无限地维持在液态，而低温液体在 蒸发时会吸收一定的热量，这样就会导致容器、管路 或阀门等部件周围出现结冰或结霜的现象。 而在低温液体的应用技术领域，必不可少的 就是汽化器，它是一种工业和民用的节能设 的湿度情况，很容易造成翅片管周围结冰或结 霜，因此，防止这类蒸发器表面结冰技术也属 于低温液体容易除冰技术领域。 ２国内外低温液体容器预防结冰专利 技术分析 ２０世纪初，欧洲地区一些国家已经开始研究 备，作用是把液态的气体转换成气态的气体。 汽化器的种类较多，按加热方式分为直接加热 防止经压缩的低温液体的排出装置，如防止阀门 在排放低温液体时冻结的技术，并逐渐出现有关 低温液体容器输送管路、容器底面等其它位置的 预防结冰技术。而在早期的专利技术申请中，主 收稿日期：２０１５—０３—１５ 专利实审员，助理研究员，现就职于国家知识产权局专利局专 作者简介：朱梦诗（１９８６一），女，辽宁建平人，硕士，发明 要集中在比利时、英、法、德等欧洲国家和地 利审查协作江苏中心，研究方向：包装工程。 区，这不仅与欧洲低温物理学家卡末林・昂尼斯 现代工业经济和信息化 ・６８・ ｘｄｇｙｉｊｘｘｈｘ＠１６３．ｃｏｒｎ ．第５卷 和詹姆斯・杜瓦在１ ９世纪末到２０世纪初这段时问 气中的水蒸气，也是有效避免低温容器、管路或 阀门等部件结冰的有效途径。 而这一技术方面的专利申请多数采片ｊ对易结 冰部位吹扫，降低其周围空气湿度，避免结冰 ． 对低温物理学研究做出的巨大贡献有关，也与欧 洲专利技术发展起步较早有一定的关系。 ３低温储罐预防结冰技术的技术分支 ３．１加热 在国内外有关这方面技术的专利申请中，主要出 现在美国专利文献中。除了采用干燥的净化气体 吹扫低温容器易结冰部位以外，还有一些专利中 预防或者消除低温液体表面结冰或结霜现象 的主要技术围绕在对冰层或易结冰部位施加一定 的热能。而施加热能的方式却又多种多样，如热 请通过其它技术手段利用降低环境湿度的方式去 水浴、热介质管、电加热等。在该技术方面，几 乎各个国家都有较多的申请量，可以说该项技术 在本技术领域已经比较成熟且广泛应用，但是根 据实际储运低温液态气体的场所及除冰用途的不 同，加热设备也不尽相同。 由于有关除冰技术中日本专利申请量比重很 大，因此研究日本专利的技术内容对充分研究本 技术领域的发展脉络起着至关重要的作用。从日 本的专利申请中可以看出，其除冰技术主要应用 于深埋于地下的低温液体储罐装置中，由于低温 液体储罐深埋于地下，而土壤中必然也会存在一 定的水分，伴随着低温液态气汽化吸热，会导致 储罐周边土壤的冻结，从而储罐也随之冻结和破 裂。有关地上低温液体储罐的除冰技术中，加热 的方式也比较常见。日本专利中加热方式主要采 用外部加热装置对储罐周围加热，如加热篱笆、 加热的超导线圈、循环的热水管、换气暖化以及 双层储罐的中间层的热空气流动等。 当然，除了加热方式之外，也有一些国家的 专利申请在加热热源的独特运用的方面进行新的 尝试， 如韩国专利（Ｋ Ｒ １ ０—２ ０ ｌ ２一 （１０６１３２５Ａ）的低温液体容器汽化器中采用太阳 能电池板吸收的热量作为翅片的热源为其提供热 量，防止低温液体在汽化的过程中翅片表面结 冰。除了低温液体容器、汽化器的翅片管表面易 结冰以外，针对低温液体容器的附加设备，例如 排出管、阀门等部件也易结冰且形成冰堵等现 象，解除排出设备的冰堵现象一般也采用加热的 方式。 ３．２降低环境湿度 低温液体容器、管路或阀门等部件表面的结 冰离不开环境空气中水蒸气的存在，减少环境空 除低温液体容器、管路或阀门等部件的结冰ｆ【ＪＪ 题。例如日本专利文献（ＪＰ５３—３６７ｌ ７Ａ， １９７８０４０５）中，为了有效防止深埋于底下的低温 液体储罐表面结冰的问题，其通过防止地下水深 入到罐底的方式，是储罐底部原理地下水的接 触，从而有效防止了其底部冻结的现象，与此类 似的还有通过有效引导地下水远离地下低温液体 储罐的技术方案；在日本文献（ＪＰ５４—１７５２ｌＡ， ｌ９７９０２０８）中，申请人通过利用设置在地下低温 液体储罐周围的高吸水性材料的方式，将储罐剧 围环境的水分吸收掉来有效防止储罐表面结冰； 另外德国专利（ＤＥ３４２６６０８Ａ１，１９８４０７１９）也 公开了一种通过在低温液体容器底部设置有绝热 防渗透的环形支撑，有效防止水分子进入容器底 部，从而避免容器底部结冰。 ３．３压力调节 有一些低温液体容器，例如液化石油气、液 化天然气储罐等，它们使用的过程是一个气体不 断排出的过程，当燃气不断气化燃烧的时候，由 于带走大量的“气化潜热”，自身被冷却导致钢 瓶外壁结水珠或结冰，瓶内压力变小，这时燃气 的导出量就会随之减少。这时除了采用ｊＪＩｌ热的方 式以外，还可以采用稳压的办法防止容器外壁的 结冰。如在中国专利申请（ＣＮ２０２３７ Ｊ ４５０Ｕ） 中，其通过在液化天然气气瓶与减压阀之问连接 有压力平衡瓶，气瓶内的液体燃气通过连接管到 达压力平衡瓶，通过合理地利用被压缩燃气的内 能，促使燃气自然气化，气瓶不会产生结冰现 象； 在中国专利（ｃ Ｎ ２ ４ ３ ６ ８ １ １ Ｙ， ２０ｌｌ０６２７）中，使液化石油气容器的进液管和 排液管分别通过单向阀和减压阀与液化石油气输 送管道相连，通过随着液化石油气储罐内压力的 变化不断与石油液化气管道之间进行液化气的交 ２０１ ５年第７期 朱梦诗：低温液休容器预防结冰专利技术分析 ・６９・ 换从而有效防止液化石油气管道结露的现象；另 外韩国专利（ＫＲｌ０—２０１３—００６１ ７０６Ａ）公开了 一剂的防冻效果有限，对于较大面积以及温度极 低的情况，防冻效果一般；类似的还有通过预 先在ＣＯ 中混合一定量的Ｎ Ｏ的方式防止ＣＯ 的 种液化天然气储罐防结冰的装置，即在储罐上 部连接一个压力补偿装置，当储罐内压力降低或 冻结。对于低温液体排出管路中的冰堵现象， 温度降低而造成冷冻现象时，通过压力补偿可以 还有采用过滤器或过滤网的形式滤除冰花的方 有效防止。 ３．４利用绝热材料 式去除冰堵。 在低温物理学领域，专利技术较多且涉及面 低温液体储罐用于储运处低温液态物质，为 方式即为设置绝热层，其也是有效避免由于储罐 与外界环境换热而导致容器表面结冰的首选途 广泛，而低温液体容器的使用与该领域的技术 冰这一技术在低温物理学中属于冰山一角，但 是其为低温液体在冶金、医药、食品、化工等 了有效防止其与外界环境进行热交换，最常用的 发展密不可分，虽然涉及低温液体容器预防结 径。在低温绝热技术领域，常用的绝热方式有普 通绝热、真空粉末绝热等，绝热材料主要有膨胀 珍珠岩、超细玻璃纤维、聚苯乙烯和聚氨酯发泡 领域的应用提供一定的保障。从上述分析中不 难看出，一直以来低温液体容器、管路或阀门 等排放部件的结冰普遍依靠加热的方式来缓 塑料、泼墨玻璃等。 ３．５其它 解，从长远角度来讲，这并不是低碳环保的最 好办法，如何更加环保有效预防低温液体设备 的结冰将是这一技术领域研究的重点课题。由 此通过对该项技术专利申请的技术分析，可以 对于低温液体容器的预防结冰技术，并不 局限于上述几种类型，在国内外的一些专利申 请中还会出现一些采用比较鲜见的方式防止低 充分了解国内外有关低温容器预防结冰技术的 温液体容器、输送管道或阀门等部件的结冰。 例如在我国早期的专利文献中，有使用防冻剂 来预防局部管道和部件的结冰现象，但是防冻 发展情况以及发展趋势，并对有关该技术领域 的相关专利工作提供一定参考。 （编辑：王璐） Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｅｖｅｎｔ Ｉｃｉｎｇ Ｐａｔｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｆ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ Ｚｈｕ Ｍｅｎｇｓｈｉ （Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ，ＳＩＰＯ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５０００） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎｄ ｃｉｖｉｌ ｅａｓｙ ｔｏ ｆｒｅｅｚｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｆｒｏｚｅｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐａｔｅｎｔ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｍｂｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｐｒｅｖｅｎｔ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｏｕｔｅ，ａｎｄ ｆｒｏｍ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｙ ｃｏｌｌａｔｉｎｇ，ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｒａｎｃｈ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｐｒｅｖｅｎｔ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｉｍｅ ａｎｄ ａｒｅａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ；ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ；ｉｃｅ；ｆｒｏｓｔ；ａｄｉａｂａｔｉｃ；ｈｅａｔｉｎｇ
