CN101806391A - 一种低温液体容器的限位充装装置及低温液体容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温液体容器的限位充装装置，所述限位充装装置设置于所述低温液体容器中，包括：一具有一内腔的导向筒，设置有第一通孔，位于底部；和多个开口，位于壁部；一盖体，覆盖在所述导向筒的顶端，设置有一用于充液的第二通孔；和若干个小孔，位于该第二通孔的壁部，以及一浮子，被保持在所述导向筒的内腔。相应地，本发明还公开了一种具有上述限位充装装置的低温液体容器。借此，本发明能够保证低温液体的充装过程中的安全性和持续充装，避免低温液体外泄；并且能够节约能源，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种低温液体容器的限位充装装置及低温液体容器。
背景技术
工业上常用低温介质，如液氧，液氮，液氩，LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)等温度较低，所以目前盛装低温液体的容器通常由内外两层容器组成，其中夹层采用真空绝热形式，用以降低环境对低温液体的漏热量，从而使得低温液体在储存和运输过程中保持较低的损耗。
由于低温液体的温度较低，以液氮为例，工作温度通常在-196℃左右，由于其在充装过程中不断汽化，导致罐内压力升高，如图1所示，所以通常的真空绝热容器10的充装均采用排放充装。一面通过充液管11充装，同时打开排气阀12，排掉蒸汽，用以降低罐内压力，从而保持与充装源稳定的压差而持续充装。这样，一部分低温液体就以蒸汽的形式浪费了。
同时，考虑到低温液体平衡状态下为气液平衡，对于低温液体的充满率也有一定的控制，通常均通过设定测满管来表明此罐已经充满，即测满管中有低温液体从排液阀13流出，表明罐已经达到设计充满率，然后需要人工关闭充装源阀门，以及低温容器上的充液阀门，进而停止充装。
低温液体如液氮是经过复杂的工艺过程而获得液态的氮，转化过程中附加的能源以及费用非常高。在如今能源紧缺，节能环保的大环境下，对于如何不浪费花费巨大代价获得的低温液体上，如何从根本上改进其充装低温液体装置，从而达到不浪费能源的目的，引起了研究者广泛的关注。
综合上述，现有的低温液体的低温液体容器的充装技术存在的问题有：第一，在充装的过程中有低温气体排放，造成环境污染及低温液体浪费；第二，当充装过程中测满时，有低温液体流出，造成低温液体的浪费和污染环境；第三，在充液过程，以及充满后需要工作人员集中注意力操作，及时关闭相关阀门，人性化较差；第四，有低温蒸汽及液体排放，不安全；第五，如果测满阀即排液阀忘记打开，可能造成过充，在超过低温液体容器安全液位，可能会引起憋压和炸罐的危险。因此，现有的低温液体的低温液体容器的充装技术，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种低温液体容器的限位充装装置及低温液体容器，以实现低温液体的无损充装，并保证低温液体充装过程的安全性。
为了实现上述目的，本发明提供一种低温液体容器的限位充装装置，包括：一具有一内腔的导向筒，设置有第一通孔，位于底部；和多个开口，位于壁部；一盖体，覆盖在所述导向筒的顶端，设置有一用于充液的第二通孔；和若干个小孔，位于该第二通孔的壁部，以及一浮子，被保持在所述导向筒的内腔。
所述盖体上的若干个小孔斜向设置。所述小孔分布在所述第二通孔的外围。所述导向筒的多个开口与所述盖体的小孔相对应。
所述浮子设置有第三通孔，用于与所述所述盖体的第二通孔相配合。所述第三通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。所述第三通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。所述浮子的外径上设置有多个密封环，所述密封环的外径与所述导向筒的内径精密配合。
为了实现上述目的，本发明还提供一种低温液体容器，包含一进液管，并限定有一限位充装装置，包括：一具有一内腔的导向筒，设置有第一通孔，位于底部；和多个开口，位于壁部；一盖体，覆盖在所述导向筒的顶端，设置有一用于纳置所述进液管的第二通孔；和若干个小孔，位于该第二通孔的壁部，以及一浮子，被保持在所述导向筒的内腔。
所述盖体上的若干个小孔斜向设置。所述小孔分布在所述第二通孔的外围。所述导向筒的多个开口与所述盖体的小孔相对应。
所述浮子设置有第三通孔，用于与所述所述盖体的第二通孔相配合。所述第三通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。所述第三通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。所述浮子的外径上设置有多个密封环，所述密封环的外径与所述导向筒的内径精密配合。
本发明提供通过在低温液体的充装容器中设置一限位充装装置实现无损充装，该限位充装装置包括同轴设置的带出液口盖、浮子导向管和浮子。在所述低温液体容器中的低温液体液位等于或者高于预定的充满液位时，所述浮子堵住所述带出液口盖的出液口，所述低温液体容器中的压力上升，低温液体充装源头的气压泵通过所述进液管感应到预定压差后自动关闭所述充装源头的充装阀门。以保证低温液体的充装过程中的安全性和持续充装，防止低温液体外泻；节约了能源，保护了环境。
附图说明
图1是现有技术中的低温液体容器充装结构示意图；
图2是本发明提供的低温液体容器的充装结构示意图；
图3是本发明提供的限位充装装置的结构示意图；
图4是本发明提供的导向筒的结构示意图；
图5是沿图4中的A-A线的剖面图；
图6A是本发明提供的盖体的结构示意图；
图6B是沿图4A中B-B线的剖视图；
图7是本发明限位充装装置处于低温液体初始充装位置的示意图；
图8是本发明限位充装装置处于低温液体临界充装位置的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明低温液体容器的充装结构示意图，所述低温液体容器20包括进液管211和设置于低温液体容器20内的限位充装装置21，该限位充装装置21用于实现低温液体在低温液体容器20中的无损充装。进液管211一端插入低温液体容器20中，另一端连接一气压泵23，该气压泵23设置于低温液体的充装源头22，气压泵23通过限位充装装置21感应低温液体容器20内的压强变化，控制低温液体的充装源头22的充装阀门的打开或关闭。
图3是本发明提供的限位充装装置的结构示意图，限位充装装置21设置于低温液体容器20中，包括盖体212、导向筒213和浮子214，其中：盖体212覆盖在导向筒213顶端，导向筒213具有一内腔且导向筒213的底部具有第一通孔2133，第一通孔2133可以让低温液体容器20中的低温液体流通以凭借浮力支起浮子214。
浮子214被保持在导向筒213的内腔，并具有用于与进液的第二通孔2121相配合的第三通孔，且浮子214的外径与导向筒213的内径精密配合。导向筒213的底部开设有第一通孔2133的圆板，用以挡住浮子214，从而保持浮子214一直在导向筒213内，不会跌落到低温液体容器20中。浮子214会随着低温液体容器20中的低温液体的液位变化，沿着导向筒213的内壁上下移动，当低温液体容器20中的低温液体的液位等于或者高于预定的充满液位时，浮子214堵住盖体212的小孔2122。
特别的是，参阅图4和图5，导向筒213上间隔设置有多个壁2131，用于限位浮子214(未示出)，在多个壁2131之间限定了多个开口2132，用于向罐体中排放低温液体。
结合图6A和图6B所示，盖体212设置有用于充液的第二通孔2121，第二通孔的壁上还同时设置有若干用于出液的小孔2122。该小孔的方位需要与导向筒213的开口2132相配合。这样，在低温液体容器20的进液管211套接于第二通孔2121上以输入低温液体时，从第二通孔2121输入的低温液体通过小孔2122和开口2132被喷入到低温容器20中，以使导向筒213内压力和低温液体容器20内压力平衡。在一具体实施例中，进液管211与盖体212相互焊接，盖体212与导向筒213相互焊接。
较佳的是，盖体212上的若干个小孔2122优选斜向上开口设置，且小孔2122分布在第二通孔2121的外围。小孔2122小孔保持一定的方位使得过冷的低温液体向斜上方喷出，用于充分和位于低温液体容器20内部上方的低温蒸汽混合，从而使得低温蒸汽被再次冷却成低温液体，从而降低低温液体容器20内部压力，保持持续充装。导向筒的开口2122配合盖体212的小孔2122，用以使得低温液体可以喷出到低温液体容器20中。
浮子214顶部具有一与第二通孔2121相对应的孔腔2141，孔腔2141与第二通孔2121的外径精密配合，浮子214上浮时其孔腔2141与第二通孔2121之间形成一压力腔，低温液体容器20充满低温液体时，第二通孔2121完全容置于孔腔2141中，且浮子214上表面与盖体212的下表面完全接触，进而堵住盖体212上的小孔2122快速阻止进液。优选的，浮子214设置有第三通孔2142，第三通孔2142分别对准导向筒213底部的第一通孔2133以及盖体212的第二通孔2121。第三通孔2142的孔径均小于第一通孔2133以及孔腔2141的孔径。第三通孔2142使得残液能够通过第三通孔2142和第一通孔2133漏入低温液体容器20中，从而不会集聚在孔腔2141中而对浮子214的上浮产生不利影响。
更佳的，浮子214的外径上设置有多个密封环，密封环的外径与导向筒213的内径精密配合，用以降低浮子214运动时和导向筒213内壁接触摩擦阻力。在本发明的一个具体实施例中，浮子214为薄不锈钢筒内发泡的聚氨脂，浮子214筒外加工有两层密封环。
优选的，限位充装装置21的盖体212、导向筒213和浮子214三者优选同轴设置。盖体212、导向筒213的材质可以是不锈钢或者铝材，浮子214的材质为发泡聚氨脂或者泡沫玻璃棉。而低温液体则包括：液氧、液氮、液氩以及液化天然气等。导向筒213可与盖体212在盖体212处焊接。
在本发明提供的一个实施例中，当限位充装装置21应用于小于2000L的低温容器，由于充装压力较高，充装速度很快，充装时间仅需要3至20分钟。基于安全、环保、节能，以及人性化角度考虑，本发明为低温液体容器20提供一个限位充装装置21，实现无排放快速限位充装。本发明通过计算确定限位充装装置21的安装位置，可以准确地控制充入低温液体容器20的低温液体量，杜绝可能出现的过充现象，从而防止了可能的如炸罐等的过压危险现象。实现无损充装，不需设置或者关闭排气阀和测满阀，因此无低温液体或气体的排放，无环境污染，同时节约了能源。
在本发明中通过计算选择合适的浮子214的尺寸，以确保在低温液体充装到预定充满液位时能够对浮子214产生足够大的浮力从而实现限位充装的目的。如图7所示，当限位充装装置21在液位为初始液位高度位置时，低温液体的充装源头22可以开始持续向低温液体容器20充装低温液体。如图8所示，当限位充装装置21在液位达到设定的临界(充满)液位高度位置时，可以突然产生压力增加的信号，如图2所示的气压泵23感应到压强增大后，从而关闭低温液体的充装源泵以停止充装，低温液体的充装源头22可以离低温液体容器20较远，实现远程充装。
下面以低温液体液氮为例，具体说明本发明充装低温液体的过程：
一定压力的过冷液体从进液管211通过盖体212上的小孔2122向上喷射，类似喷泉，进入低温液体容器20内。喷入的过冷液体对低温液体容器20上部的低温蒸汽进行再次冷却成低温液体落入低温液体容器20底部，从而降低了低温液体容器20内的蒸汽压力，可以保持充装源头22和低温液体容器20内的压差，从而维持持续充装而不需要排出低温蒸汽。随着低温液体容器20内液位的上升，逐渐使得浮子214向上浮起，浮子214沿着导向筒213内壁向上运动，当浮子214上升到设定充满液位时，浮子214完全顶到盖体212的内壁，此时，由于盖体212上的小孔2122已经深入到浮子214的第三通孔2141中，来自进液管211的低温液体受到很大的阻碍无法通过小孔2122喷入低温液体容器20内，从而无法冷却低温液体容器20上部的低温蒸汽，达不到降低低温液体容器20内蒸汽压力的目的，此时由于低温液体气化非常快，使得低温液体容器20内的蒸汽压力上升非常迅速，从而迅速产生多达2～5kg的压差，充装源头的气压泵23在感受到如此较大的压差的同时，自动切断供应，从而实现限位无损充装。
一旦液体被使用，低温液体容器20中的低温液体的液位降低，浮子214由于没有足够的浮力就会沿着导向筒213内壁向下运动，若低温液体用尽，则浮子214将落到的导向筒213底板上。由此可见限位充装装置21可以反复进行无损限位充装，浮子214均能保证稳定的切断功能。
综上所述，本发明限位充装装置可以实现低温液体在低温液体容器中的无损充装，具体优点如下：首先，限位充装装置可以根据客户不同的充装率要求，在安全情况下量身定做。此限位充装装置可以确保所充入液体的充满率不超过设计要求的最大充装率，从而避免常规充装中可能引起的过充而导致容器憋压、炸罐的危险。其次，限位充装装置由于充装压力较高，充装速度很快，对于小于2000L左右的低温液体容器，充装时间通常为3～20分钟即可。再者，限位充装装置可以实现无排放充装，符合节能环保的绿色环境要求，尤其对于一些可能造成环境影响的价格昂贵的低温液体，甚至由于蒸汽排放还会造成燃烧，爆炸，更是增加了安全可靠性。并且，采用本发明提供的限位充装装置的容器可以实现远程充装，无需操作人员的监督，更加人性化。另外，限位充装装置结构可靠，可以实现反复多次使用，限位充装装置结构轻巧，尺寸小，部件少，加工容易，低温下运行可靠，且不会对容器的盛装容积造成影响。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种用于低温液体容器的限位充装装置，其特征在于，所述限位充装装置设置于所述低温液体容器中，包括：
一具有一内腔的导向筒，设置有
第一通孔，位于底部；和
多个开口，位于壁部；
一盖体，覆盖在所述导向筒的顶端，设置有
一用于充液的第二通孔；和
若干个小孔，位于该第二通孔的壁部，以及
一浮子，被保持在所述导向筒的内腔。
2.根据权利要求1所述的限位充装装置，其特征在于，所述盖体上的若干个小孔斜向设置。
3.根据权利要求2所述的限位充装装置，其特征在于，所述小孔分布在所述第二通孔的外围。
4.根据权利要求3所述的限位充装装置，其特征在于，所述导向筒的多个开口与所述盖体的小孔相对应。
5.根据权利要求1-4任一项所述的限位充装装置，其特征在于，所述浮子设置有第三通孔，用于与所述所述盖体的第二通孔相配合。
6.根据权利要求5所述的限位充装装置，其特征在于，所述第三通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。
7.根据权利要求6所述的限位充装装置，其特征在于，所述第三通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。
8.根据权利要求7所述的限位充装装置，其特征在于，所述浮子的外径上设置有多个密封环，所述密封环的外径与所述导向筒的内径精密配合。
9.一种低温液体容器，包含一进液管，其特征在于，所述低温液体容器内限定有一限位充装装置，包括：
一具有一内腔的导向筒，设置有
第一通孔，位于底部；和
多个开口，位于壁部；
一盖体，覆盖在所述导向筒的顶端，设置有
一用于纳置所述进液管的第二通孔；和
若干个小孔，位于该第二通孔的壁部，以及
一浮子，被保持在所述导向筒的内腔。
10.根据权利要求9所述的低温液体容器，其特征在于，所述盖体上的若干个小孔斜向设置。
11.根据权利要求10所述的低温液体容器，其特征在于，所述小孔分布在所述第二通孔的外围。
12.根据权利要求11所述的低温液体容器，其特征在于，所述导向筒的多个开口与所述盖体的小孔相对应。
13.根据权利要求9-12任一项所述的低温液体容器，其特征在于，所述浮子设置有第三通孔，用于与所述所述盖体的第二通孔相配合。
14.根据权利要求13所述的低温液体容器，其特征在于，所述第三通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。
15.根据权利要求14所述的低温液体容器，其特征在于，所述第三通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。
16.根据权利要求15所述的低温液体容器，其特征在于，所述浮子的外径上设置有多个密封环，所述密封环的外径与所述导向筒的内径精密配合。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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