CN108194825B - 一种改进型常温气态工质定量充装系统及其充装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种改进型常温气态工质定量充装系统，包括：一标准容器；一真空泵，真空泵依次通过一第二截止电磁阀和一第三截止电磁阀与标准容器的工质充装出口连接；一分子泵，分子泵通过一第四截止电磁阀并接在第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上；一计量增压泵，计量增压泵的一端通过一第五截止电磁阀与所述标准容器的工质充装出口连接；一三通换向电磁阀，三通换向电磁阀的第一端口依次通过一稳压阀和一液体流量计与计量增压泵的另一端连接，其第二端口并接在第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上，其第三端口与工件的充装进口连接。还公开了其充装方法。本发明有效地实现低沸点工质的定量气态充装和工质的高纯度充装。

Description

一种改进型常温气态工质定量充装系统及其充装方法

技术领域

本发明涉及工质充装设备技术领域，尤其涉及一种改进型常温气态工质定量充装系统及其充装方法，适用于传热产品、管体、设备内部充装高纯气体工质。

背景技术

目前，大部分两相传热产品需要填充工质，利用工质相变提高产品的热传导特性，例如热管、环路热管、VC等产品。现有的两相传热产品的工质主要为水、丙酮以及氟利昂等，大部分都是通过流量计和称重的方式进行计量，但针对常温常压下为气态的工质，例如氨、甲烷、乙烷、丙烷、氟利昂等低沸点的工质，除非在高压下保证其本身为液态，这样才能通过液体的体积进行计量。为此，本申请人进行了有益的探索和研究，发明了一种改进型常温气态工质定量充装系统，实现低沸点工质的定量气态充装和工质的高纯度充装，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一：针对现有技术的不足而提供一种实现低沸点工质的定量气态充装和工质的高纯度充装、充装工艺简单可靠、设备要求低、提高生产效率、便于控制的改进型常温气态工质定量充装系统。

本发明所要解决的技术问题之二：提供一种上述改进型常温气态工质定量充装系统的充装方法。

作为本发明第一方面的一种改进型常温气态工质定量充装系统，包括：

一具备加热制冷功能的标准容器，所述标准容器具有一工质灌装进口、一温度检测端口、一压力检测端口、一高纯气体进口和一工质充装出口，所述标准容器的工质灌装进口与工质灌装设备连接；

一设置在所述标准容器的温度检测端口上的第一温度传感器；

一设置在所述标准容器的压力检测端口上的压力传感器；

一设置在所述标准容器的工质灌装进口上的灌装流量计；

一充装有高纯气体的气瓶，所述气瓶的出气口依次通过一减压电磁阀和一第一截止电磁阀与所述标准容器的高纯气体进口连接；

一真空泵，所述真空泵的抽真空进口依次通过一第二截止电磁阀和一第三截止电磁阀与所述标准容器的工质充装出口连接；

一分子泵，所述分子泵的抽真空进口通过一第四截止电磁阀并接在所述第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上；

一计量增压泵，所述计量增压泵的一端通过一第五截止电磁阀与所述标准容器的工质充装出口连接；

一三通换向电磁阀，所述三通换向电磁阀的第一端口依次通过一稳压阀和一液体流量计与所述计量增压泵的另一端连接，其第二端口并接在所述第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上，其第三端口与待充装工质的工件的充装进口连接；

一安装在所述稳压阀与液体流量计之间的管路上的第二温度传感器；以及

一PLC控制器，所述PLC控制器分别与所述标准容器、第一、第二温度传感器、压力传感器、灌装流量计、真空泵、分子泵、计量增压泵、液体流量计、减压电磁阀、第一、第二、第三、第四、第五截止电磁阀、三通换向电磁阀以及稳压阀连接。

作为本发明第二方面的一种上述改进型常温气态工质定量充装系统的充装方法，包括以下步骤：

步骤S1，PLC控制器控制真空泵工作并控制第二截止电磁阀和第三截止电磁阀打开，真空泵对标准容器进行抽真空，当标准容器内的真空度达到10pa以下时，控制第四截止电磁阀打开并控制分子泵工作，当标准容器内的真空度达到10^-2pa以下时，控制真空泵和分子泵停止工作，并控制第二截止电磁阀、第三截止电磁阀和第四截止电磁阀关闭；

步骤S2，控制减压电磁阀和第一截止电磁阀打开，同时将充装有高纯气体的气瓶上的阀门打开，气瓶内的高纯气体通入标准容器内；

步骤S3，当压力传感器检测到标准容器内的气压达到设定气压值时，PLC控制器一方面控制第一截止电磁阀关闭，另一方面控制第五截止电磁阀、稳压阀和三通换向电磁阀打开，此时三通换向电磁阀中的第一端口与第三端口打开并连通，而第二端口关闭，并控制计量增压泵工作，使得将标准容器内的气体排出；

步骤S4，重复步骤S1至S3，直至将标准容器内的空气排干净为止，再对标准容器进行灌装工质；

步骤S5，将待充装工质的工件放在充装平台上，将待充装工质的工件的充装进口与三通换向电磁阀的第三端口进行紧密连接；

步骤S6，PLC控制器一方面控制三通换向电磁阀进行切换，使得三通换向电磁阀的第二端口与第三端口打开并连通，另一方面控制第二截止电磁阀打开并控制真空泵工作，当待充装工质的工件内的真空度达到分子泵开启条件时，控制第四截止电磁阀打开并控制分子泵工作；

步骤S7，当待充装工质的工件内的真空度达到1pa以下时，PLC控制器一方面控制第二截止电磁阀和第四截止电磁阀关闭，并控制真空泵和分子泵停止工作，另一方面控制第五截止电磁阀、稳压阀打开和控制计量增压泵工作，并控制三通换向电磁阀进行切换，使得三通换向电磁阀的第一端口与第三端口打开并连通，标准容器中的工质充入待充装工质的工件内，在充装过程中对待充装工质的工件进行制冷，保证待充装工质的工件的内部压力始终低于标准容器的内部压力；

步骤S8，液体流量计对充入工件内的工质进行计量，当向工件充入的工质达到设定充装量时，PLC控制器控制第五截止电磁阀关闭，完成对工件的充装。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：本发明有效地实现低沸点工质的定量气态充装和工质的高纯度充装，本发明的充装工艺简单可靠，设备要求低，提高生产效率，便于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，图中给出的是一种改进型常温气态工质定量充装系统，包括一具备加热制冷功能的标准容器100、温度传感器210a、210b、压力传感器220、灌装流量计230、气瓶300、真空泵400、分子泵500、计量增压泵600、三通换向电磁阀700、稳压阀800、液体流量计900以及PLC控制器(图中未示出)。

标准容器100具有一工质灌装进口110、一温度检测端口120、一压力检测端口130、一高纯气体进口140和一工质充装出口150。标准容器100的工质灌装进口110与工质灌装设备连接，用于将标准容器100内灌装工质。

温度传感器210a安装在标准容器100的温度检测端口120上，其用于实时检测标准容器100内的温度数值。压力传感器220安装在标准容器100的压力检测端口130上，其用于实时检测标准容器100内的压力数值。灌装流量计230安装在标准容器100的压力检测端口130上，其用于检测工质灌装设备向标准容器100内灌装工质的量。

气瓶300充装有高纯气体，气瓶300的出气口依次通过减压电磁阀810和截止电磁阀820与标准容器100的高纯气体进口140连接。

真空泵400的抽真空进口依次通过截止电磁阀830、840与标准容器100的工质充装出口150连接。

分子泵500的抽真空进口通过截止电磁阀850并接在截止电磁阀830、840之间的管路上。

计量增压泵600的一端通过截止电磁阀860与标准容器100的工质充装出口150连接。

三通换向电磁阀700的第一端口710依次通过稳压阀800和液体流量计900与计量增压泵600的另一端连接，其第二端口720并接在截止电磁阀830、840之间的管路上，其第三端口730与待充装工质的工件10的充装进口连接。

温度传感器210b安装在稳压阀800与液体流量计900之间的管路上。

PLC控制器分别与标准容器100、温度传感器210a、210b、压力传感器220、灌装流量计230、真空泵400、分子泵500、计量增压泵600、液体流量计900、稳压阀800、减压电磁阀810、截止电磁阀820、830、840、850、860以及三通换向电磁阀700连接。

本发明的改进型常温气态工质定量充装系统的充装方法，包括以下步骤：

步骤S1，PLC控制器控制真空泵400工作，并控制截止电磁阀830、840打开，真空泵400对标准容器100进行抽真空，当标准容器100内的真空度达到10pa以下时，控制截止电磁阀850打开，并控制分子泵500工作，当标准容器100内的真空度达到10^-2pa以下时，控制真空泵400和分子泵500停止工作，并控制截止电磁阀830、840、850关闭；

步骤S2，PLC控制器控制减压电磁阀810和截止电磁阀820打开，同时将充装有高纯气体的气瓶300上的阀门打开，气瓶300内的高纯气体通入标准容器100内；

步骤S3，当压力传感器220检测到标准容器100内的气压达到设定气压值时，PLC控制器一方面控制截止电磁阀820关闭，另一方面控制截止电磁阀860、稳压阀800和三通换向电磁阀700打开，此时三通换向电磁阀700中的第一端口710与第三端口730打开并连通，而第二端口720关闭，并控制计量增压泵600工作，使得将标准容器100内的气体排出；

步骤S4，重复以上步骤S1至S3，直至将标准容器100内的空气排干净为止，再对标准容器100进行灌装工质，保证标准容器100内的纯高压气体状态，同时温度传感器210a和压力传感器220实时检测标准容器100内的温度和压力数值；

步骤S5，将待充装工质的工件10放在充装平台上，将待充装工质的工件10的充装进口与三通换向电磁阀700的第三端口730进行紧密连接，防止正负压力下产生泄漏现象；

步骤S6，PLC控制器一方面控制三通换向电磁阀700进行切换，使得三通换向电磁阀700的第二端口720与第三端口730打开并连通，而其第一端口710关闭，另一方面控制截止电磁阀830打开并控制真空泵400工作，当待充装工质的工件内的真空度达到分子泵开启条件时，PLC控制器控制截止电磁阀850打开并控制分子泵500工作；

步骤S7，当待充装工质的工件10内的真空度达到1pa以下时，PLC控制器一方面控制截止电磁阀830、850关闭，并控制真空泵400和分子泵500停止工作，另一方面控制截止电磁阀860、稳压阀800打开和控制计量增压泵600工作，并控制三通换向电磁阀700进行切换，使得三通换向电磁阀700的第一端口710与第三端口730打开并连通，而其第二端口720关闭，标准容器100中的工质充入待充装工质的工件10内，在充装过程中对待充装工质的工件10进行制冷，保证待充装工质的工件10的内部压力始终低于标准容器100的内部压力；

步骤S8，液体流量计900对充入工件10内的工质进行计量，当向工件10充入的工质达到设定充装量时，PLC控制器控制截止电磁阀860关闭，完成对工件10的充装。由于低沸点工质随着压力的增加，能够从气态变成液态，通过计量增压泵600的不断增压，在计量增压泵600和稳压阀800之间能够保证工质都变为液体状态，通过温度传感器210b读取温度数据及通过计量增压泵600获取压力数据，通过液体流量计900的流量能够较为准确的反应工质的质量，继而得到充装工质定量的结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种改进型常温气态工质定量充装系统，其特征在于，包括：

一具备加热制冷功能的标准容器，所述标准容器具有一工质灌装进口、一温度检测端口、一压力检测端口、一高纯气体进口和一工质充装出口，所述标准容器的工质灌装进口与工质灌装设备连接；

一设置在所述标准容器的温度检测端口上的第一温度传感器；

一设置在所述标准容器的压力检测端口上的压力传感器；

一设置在所述标准容器的工质灌装进口上的灌装流量计；

一充装有高纯气体的气瓶，所述气瓶的出气口依次通过一减压电磁阀和一第一截止电磁阀与所述标准容器的高纯气体进口连接；

一真空泵，所述真空泵的抽真空进口依次通过一第二截止电磁阀和一第三截止电磁阀与所述标准容器的工质充装出口连接；

一分子泵，所述分子泵的抽真空进口通过一第四截止电磁阀并接在所述第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上；

一计量增压泵，所述计量增压泵的一端通过一第五截止电磁阀与所述标准容器的工质充装出口连接；

一三通换向电磁阀，所述三通换向电磁阀的第一端口依次通过一稳压阀和一液体流量计与所述计量增压泵的另一端连接，其第二端口并接在所述第二截止电磁阀与第三截止电磁阀之间的管路上，其第三端口与待充装工质的工件的充装进口连接；

一安装在所述稳压阀与液体流量计之间的管路上的第二温度传感器；以及

一PLC控制器，所述PLC控制器分别与所述标准容器、第一、第二温度传感器、压力传感器、灌装流量计、真空泵、分子泵、计量增压泵、液体流量计、减压电磁阀、第一、第二、第三、第四、第五截止电磁阀、三通换向电磁阀以及稳压阀连接。

2.一种如权利要求1所述的改进型常温气态工质定量充装系统的充装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，PLC控制器控制真空泵工作并控制第二截止电磁阀和第三截止电磁阀打开，真空泵对标准容器进行抽真空，当标准容器内的真空度达到10pa以下时，控制第四截止电磁阀打开并控制分子泵工作，当标准容器内的真空度达到10^-2pa以下时，控制真空泵和分子泵停止工作，并控制第二截止电磁阀、第三截止电磁阀和第四截止电磁阀关闭；

步骤S2，控制减压电磁阀和第一截止电磁阀打开，同时将充装有高纯气体的气瓶上的阀门打开，气瓶内的高纯气体通入标准容器内；

步骤S3，当压力传感器检测到标准容器内的气压达到设定气压值时，PLC控制器一方面控制第一截止电磁阀关闭，另一方面控制第五截止电磁阀、稳压阀和三通换向电磁阀打开，此时三通换向电磁阀中的第一端口与第三端口打开并连通，而第二端口关闭，并控制计量增压泵工作，使得将标准容器内的气体排出；

步骤S4，重复步骤S1至S3，直至将标准容器内的空气排干净为止，再对标准容器进行灌装工质；

步骤S5，将待充装工质的工件放在充装平台上，将待充装工质的工件的充装进口与三通换向电磁阀的第三端口进行紧密连接；

步骤S6，PLC控制器一方面控制三通换向电磁阀进行切换，使得三通换向电磁阀的第二端口与第三端口打开并连通，另一方面控制第二截止电磁阀打开并控制真空泵工作，当待充装工质的工件内的真空度达到分子泵开启条件时，控制第四截止电磁阀打开并控制分子泵工作；

步骤S7，当待充装工质的工件内的真空度达到1pa以下时，PLC控制器一方面控制第二截止电磁阀和第四截止电磁阀关闭，并控制真空泵和分子泵停止工作，另一方面控制第五截止电磁阀、稳压阀打开和控制计量增压泵工作，并控制三通换向电磁阀进行切换，使得三通换向电磁阀的第一端口与第三端口打开并连通，标准容器中的工质充入待充装工质的工件内，在充装过程中对待充装工质的工件进行制冷，保证待充装工质的工件的内部压力始终低于标准容器的内部压力；

步骤S8，液体流量计对充入工件内的工质进行计量，当向工件充入的工质达到设定充装量时，PLC控制器控制第五截止电磁阀关闭，完成对工件的充装。