CN108357704A - 一种限充装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止过渡充装的限充装置，更适合用于车载瓶内容器中，其包括：一导向管，所述导向管为具有竖直管道的中空套管，其顶部具有被相隔开地设置至少一开孔和底部具有一封板以阻隔所述导向管内低温液体从底部流出；以及一封液装置，可滑动地被设置于所述导向管外周并被所述封板所支撑，并得以沿着所述导向管的外壁面上下移动；其中，所述封液装置在其自身重力和浮力的作用下漂浮于液面，当所述封液装置的重力等于所受浮力时，所述封液装置处于平衡状态，低温液体通过所述开孔充装；随着容器内液位的升高，所述封液装置开始上浮并离开所述封板处沿着所述导向管的外壁向顶部移动以封闭所述开孔，使得低温液体停止充装。

Description

一种限充装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种限充装置，特别涉及一种防止过渡充装的自动限充装置，更适合用于车载瓶内容器中。

背景技术

限位充装装置是为了防止容器充装过度的一种装置，充装后的低温液体会随着外界的热量传入，使低温液体温度逐渐升高，进而体积不断膨胀，呈现过满状态，容易发生爆炸等安全隐患。现在常用的为了防止瓶内产生液压，通过在瓶体内部设置了一定的安全空间，有些采用的预留内胆空间结构(如副罐、气室)，防止瓶内过满，但是这在实际使用过程中该结构的使用效果并不理想。目前大多采用浮筒式液位计、压差式液位计、电容式液位计等，需要人工对充装过程进行跟踪，当液位高度达到最高液位附近时，手动关闭进液阀，而不能进行自动限位充装。

专利公开号CN101881646A介绍了“一种浮筒液位计用的浮筒”，与专利公开号CN105091983A介绍了“一种浮筒式液位计装置”，采用的是密闭金属铜，浮筒式结构具有结构简单，操作方便等优点。与自动限充装置相比，其缺点是在于功能简单，只能作为评判容器内液位高度的一种工具，不能自动停止充装，而且需要电气设备将电信号转换输出。

再者低温容器是储存低温介质的，如果低温容器内低温液体在限充装置中排不彻底，当低温容器内装入低温低温液体后，容易产生冰堵现象，液相管冰堵后会影响气瓶供气量，气相管路冰堵后会影响气瓶的安全性。如果利用高温气体吹扫置换，成本又太高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种限充装置，其中所述限充装置能够在车载瓶内容器中液位达到最高液位时，自动停止充装，防止过充，节约成本。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中所述限充装置仅包括一个导向管和一个封液装置，结构简单，可靠性强，不需要额外的密封装置和电气设备。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中当所述封液装置的重力等于所受浮力时，所述封液装置处于平衡状态，而随着液位的升高，所述封液装置开始上浮。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中所述封液装置不需要单独的运动引导装置，如导轨套。因此，所述限充装置的体积明显变小和制造成本显著降低。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中所述导向管的外壁面具有至少一开孔，所述封液装置可以在浮力的作用下向沿所述导向管的外壁面上下移动进而遮盖住所述开孔，不需要额外的密封装置，并且容易应用。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中所述限充装置水平安装在车载瓶内容器顶端并与进液管的端口相连，低温液体通过进液管并进一步通过所述开孔流入瓶内，不需要额外预留瓶内空间。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中当容器内液位高度低于所述限充装置底端时，低温液体从所述导向管的所述开孔处流入容器内；当容器内液位高度与所述限充装置底端齐平时，容器内低温液体开始淹没所述封液装置，所述封液装置沿着所述导向管外壁面逐渐移动上升直至所述封液装置将所述导向管的所述开孔全部堵住，此时进液量几乎为零，即为充装自动停止。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中本发明是基于浮力原理的一种自动限充装置，所述限充装置动态响应性好、测量精度高、维修方便。

本发明的另一个目的在于提供一种限充装置，其中所述限充装置具有不过充，不少充，自动充的特点，具有自动限充功能。

通过下面的描述，本发明的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。

为了达到上述目的，本发明提供一种限充装置，其包括：

一导向管，所述导向管为具有竖直管道的中空套管，其顶部具有被相隔开地设置至少一开孔和底部具有一封板以阻隔所述导向管内低温液体从底部流出；以及

一封液装置，可滑动地被设置于所述导向管外周并被所述封板所支撑，并得以沿着所述导向管的外壁面上下移动；

其中，所述封液装置在其自身重力和浮力的作用下漂浮于液面，当所述封液装置的重力等于所受浮力时，所述封液装置处于平衡状态，低温液体通过所述开孔充装；随着容器内液位的升高，所述封液装置开始上浮并离开所述封板处沿着所述导向管的外壁向顶部移动以封闭所述开孔，使得低温液体停止充装。

根据本发明的一实施例，其中所述导向管顶部具有被相隔开地设置1～10层开孔，每层开有至少两个对称的所述开孔，对称开孔的设置有利于所述封液装置的滑动，而非对称开孔，会使得所述封液装置受力不对称，容易使所述封液装置与所述导向管的外壁产生摩擦，造成更大的阻力，不利于所述封液装置的浮动。

根据本发明的一实施例，其中每层的所述开孔间距由顶层向下逐层增加而增大，当液位即将达到限位高度时，容器内的压力随液位高度的变化较为敏感，压力上升较快，充装流量会随之降低，导致所述封液装置上升速率变缓慢。而若每层开孔被设置均匀间距，则容易将底下几层开孔过快堵住，造成流量快速减小，充装时间增加。若所述开孔的直径由底层向上逐层增大，则容易导致位于底层的所述开孔过快的被封闭，造成流量的减小，使得充装时间增加。而本发明由顶层向下逐层开孔间距随着层数增加而逐渐增大，可避免这些问题。

根据本发明的一实施例，其中所述开孔的直径小于所述导向管内径的2/3，所述开孔的直径由最底层向上逐层减小或一样。

值得一提的是，每所述开孔选自圆形、梯形、方形、倒梯形和其他多边形的一种。

根据本发明的一实施例，其中所述封液装置包括一上浮件，所述上浮件与所述导向管的外壁的单边间隙控制在0.2mm-0.5mm之间，以当所述上浮件完全封闭所有所述开孔达到最大充装液位时，即使由于液面的波动导致所述上浮件的轻微晃动，由于单边间隙小使充装流量几乎为零，反之，过大的单边间隙容易使得密封性能不好，泄漏较大，使得即使封闭了所述开孔，低温液体还是在往容器内充装。

根据本发明的一实施例，其中所述封液装置包括一环形盖板和一圆筒，所述环形盖板与所述圆筒的顶部连接，所述上浮件的顶部凸出于所述环形盖板，所述环形盖板进一步与所述上浮件连接并保证所述上浮件的底端与所述圆筒的底端齐平。

根据本发明的一实施例，其中所述封液装置具有一开口槽，所述开口槽由所述圆筒、所述环形盖板和所述上浮件互相连接而包围所构成，其中所述封液装置垂直所述封板水平面竖直安装，当容器内低温液体的液位与所述封液装置最底端刚接触时，所述封液装置开口槽中的气体能形成气封液，防止液体从所述开口槽中进入。

值得一提的是，若所述圆筒底部也与所述上浮件经一环形盖板密封连接形成封闭的腔体，则由于在生产装配过程中所述封液装置内会留有空气，若没有所述开口槽，会使得所述封液装置浸没在-160℃的低温介质时，其封闭的腔体内因低温接触使腔内空气中的水汽结冰。其次，由于结冰后封闭腔体内的压力会有所降低，也不利于所述封液装置结构的稳定性。由此可见，所述开口槽的设置能提高所述限充装置的运行可靠性。

根据本发明的一实施例，其中所述上浮件的竖直长度小于所述导向管的底层开孔下边缘距底端的距离至少在10mm-30mm之间，也即当所述封液装置和所述导向管被所述封板水平支撑时，所述封液装置的顶部无法封闭所述开孔。

根据本发明的一实施例，其中所述上浮件的竖直长度大于所述导向管的开孔上边缘距底层开孔下边缘之间的最大距离至少20mm，以使得所述上浮件能封闭顶层至底层的每层所述开孔。

根据本发明的一实施例，其中所述封液装置的材料为耐低温、强度高且重量较轻的材料，既能为所述封液装置克服重力产生足够的浮力，又能保证其强度，如采用不锈钢、铝材、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯等中的一种。

根据本发明的一实施例，其中所述限充装置应用于车载瓶内容器时，被水平安装于所述容器内的顶部并与一进液管连接，低温液体由所述进液管并进一步通过所述开孔流入容器内，不需要额外预留容器内空间。

优选地，所述限充装置的进液端通过一连接件固定连接于所述进液管的出液端，所述连接件尺寸大于所述进液端的尺寸和所述进液管的出液端尺寸，以顺利地包裹住所述进液端和所述进液管的出液端。

值得一提的是，其中所述连接件进一步限制了所述封液装置的可移动距离以在一定的范围内。

根据本发明的一实施例，其中当所述车载瓶内容器的液位低于所述封板或与所述封板齐平时，所述封液装置的重力等于所受浮力时，所述封液装置处于平衡状态，低温液体由所述进液管通过所述开孔充装入容器内。

值得一提的是，当封液装置的重力等于所受浮力时，封液装置处于平衡状态，公式如下：

F_浮力＝ρgV＝mg

V＝π/4*(D_O ²-D_i ²)h

h＝4m/[πρ(D_O ²-D_i ²)]

其中,ρ为介质密度，V为排开液体的体积，m为封液装置的质量，Do为圆筒的外径，Di为导向管的内径，h为排开液体的高度(即封液装置浸没在液体中的高度)。

根据本发明的一实施例，其中基于浮力原理，所述封液装置具有一定的重量以及一定的体积，得以当所述车载瓶内容器的液位开始与所述封液装置最底端接触时，所述封液装置的所述开口槽中的气体能形成气封液，防止低温液体从所述开口槽中进入，随着容器内液面升高，所述封液装置受到的浮力等于所述封液装置的重力，所述封液装置沿着所述导向管的外壁面向所述开孔移动，并能够封闭所述开孔，当容器中液位淹没所述封液装置至最大充装液位时，所述开孔全部被封闭以停止向容器内充装低温液体。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的一种限充装置的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例的一种限充装置的尺寸示意图。

图3为根据本发明一实施例的一种限充装置应用于车载瓶内容器的结构示意图。

图4为根据本发明一实施例的一种限充装置应用于车载瓶内容器充装终止状态时示意图。

图中：导向管10、开孔11、封板12；

封液装置20、上浮件21、环形盖板22、圆筒23、开口槽201；

进液管30、连接件31。

具体实施方式

本领域技术人员应理解的是，在本发明的公开中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本发明的目的而提供本发明的各种实施例的以下描述。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

如图1所示，一种限充装置，其包括：一导向管10，所述导向管10为具有竖直管道的中空套管，其顶部具有被相隔开地设置6个开孔11和底部具有一封板12以阻隔所述导向管10内低温液体从底部流出；以及一封液装置20，可滑动地被设置于所述导向管10外周并被所述封板12所支撑，得以沿着所述导向管10的外壁面上下移动；

其中，所述封液装置20在其自身重力和浮力的作用下漂浮于液面，当所述封液装置20的重力等于所受浮力时，所述封液装置20处于平衡状态，低温液体通过所述开孔11充装；随着液位的升高，所述封液装置20开始上浮并离开所述封板12处沿着所述导向管10的外壁向顶部移动以封闭所述开孔11，使得低温液体停止充装。

具体地，其中所述导向管10顶部具有被相隔开地设置3层开孔11，每层开有2个对称的所述开孔11，对称开孔11的设置有利于所述封液装置20的滑动，而非对称开孔11，会使得所述封液装置20受力不对称，容易使所述封液装置20与所述导向管10的外壁产生摩擦，造成更大的阻力，不利于所述封液装置20的浮动。

具体地，其中每层的开孔11间距由顶层向下逐层增加而增大，当液位即将达到限位高度时，容器内的压力随液位高度的变化较为敏感，压力上升较快，充装流量会随之降低，导致所述封液装置20上升速率变缓慢。而若每层开孔11被设置均匀间距，则容易将底下几层开孔11过快堵住，造成流量快速减小，充装时间增加。若开孔11直径由底层向上逐层增大，则容易导致位于底层的所述开孔11过快的被封闭，造成流量的减小，使得充装时间增加。而本发明由顶层向下逐层开孔11间距随着层数增加而逐渐增大，可避免这些问题。

具体地，其中所述开孔11的直径小于所述导向管10内径的2/3，所述开孔11的直径由最底层向上逐层减小或一样。

值得一提的是，每所述开孔11选自圆形、梯形、方形、倒梯形和其他多边形的一种。

具体地，其中所述封液装置20包括一上浮件21，所述上浮件21与所述导向管10的外壁的单边间隙控制在0.2mm-0.5mm，以当所述上浮件21完全封闭所有所述开孔11达到额定充装液位时，即使由于液面的波动导致所述上浮件21的轻微晃动，由于单边间隙小使充装流量几乎为零，反之，过大的单边间隙容易使得密封性能不好，泄漏较大，使得低温液体还在往容器内充装。

具体地，其中所述封液装置20包括一环形盖板22和一圆筒23，所述环形盖板22与所述圆筒23的顶部焊接连接，所述上浮件21的顶部凸出于所述环形盖板22，所述环形盖板22进一步与所述上浮件21焊接连接并保证所述上浮件21的底端与所述圆筒23的底端齐平。

具体地，其中所述封液装置20具有一开口槽201，所述封液装置20垂直于所述封板12水平面竖直安装，当容器内低温液体的液位与所述封液装置20低端刚接触时，所述封液装置20的所述开口槽201中气体能形成气封液，防止液体从所述开口槽中201进入。所述开口槽201由所述圆筒23、所述环形盖板22和所述上浮件21互相连接而包围所构成。

值得一提的是，若所述圆筒23底部也与所述上浮件21经一环形盖板22密封连接形成封闭的腔体，则由于在生产装配过程中所述封液装置20内会留有空气，若没有所述开口槽201，会使得所述封液装置20浸没在-160℃的低温介质时，其封闭的腔体内因低温接触使腔内空气中的水汽结冰。其次，由于结冰后封闭腔体内的压力会有所降低，也不利于所述封液装置20结构的稳定性。由此可见，所述开口槽201的设置能提高设备的运行可靠性。

具体地，其中所述上浮件21的竖直长度小于所述导向管10的底层开孔11下边缘距底端的距离至少10mm-30mm，也即当所述封液装置20和所述导向管10被所述封板12水平支撑时，所述封液装置20的顶部无法封闭所述开孔11。

具体地，其中所述上浮件21的竖直长度大于所述导向管10的开孔11上边缘距底层开孔11下边缘之间的最大距离至少20mm，以使得所述上浮件21能封闭顶层至底层的每一层所述开孔11。

具体地，其中所述封液装置20的材料为耐低温、强度高且重量较轻的材料，既能为封液装置20克服重力产生足够的浮力，又能保证其强度，如采用不锈钢、铝材、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯等中的一种。

如图2为根据本发明一实施例的一种限充装置的尺寸示意图，其尺寸如下,单位mm。h1＝130,h2＝21,h3＝14,h4＝25,H1＝190,H2＝3,H3＝100,H4＝112,δ＝1,Do1＝25,Di1＝20,ΦD＝10，D1＝30,di＝25.5,do＝27,Di＝98,Do＝100。所述上浮件21与所述导向管10之间的单边间隙为0.25mm。所述上浮件21的长度小于所述导向管10最后一层开孔下边缘距底端距离13mm。所述导向管10顶端开有3层开孔11，每层开孔2个，对称布置，所述开孔11直径为10mm。所述导向管10与所述封板12通过焊接连接，保证无泄漏。所述环形盖板22与所述圆筒23通过焊接连接。所述环形盖板22与所述圆筒23通过焊接连接，并保证所述上浮件21的底端与所述圆筒23底端齐平，组成所述封液装置20。所述导向管与所述封液装置构成一个自动限充装置。

所述封液装置20材料为不锈钢材料，质量为311g。当容器内液位开始与所述封液装置20低端接触时，容器内压力为0.9MPa时，LNG介质密度为675kg/m3，当介质浸没所述封液装置高度的62.4mm时，所述封液装置的重力与浮力相等处于平衡状态，随着液位的升高，所述封液装置20开始上浮。

如图3至图4所示，其中所述限充装置应用于车载瓶内容器时，被水平安装于所述容器内的顶部并与一进液管30连接，低温液体由所述进液管30并进一步通过所述开孔11流入容器内，不需要额外预留容器内空间。

优选地，所述限充装置的进液端通过一连接件31固定连接于所述进液管30的出液端，所述连接件31尺寸大于所述进液端的尺寸和所述进液管30的出液端尺寸，以顺利地包裹住所述进液端和所述进液管30的出液端。

值得一提的是，其中所述连接件31进一步限制了所述封液装置20的可移动距离以在一定的范围内。

具体地，其中当所述车载瓶内容器的液位低于所述封板12或与所述封板12齐平时，所述封液装置20的重力等于所受浮力时，所述封液装置20处于平衡状态，低温液体由所述进液管30通过所述开孔11充装入容器内。

值得一提的是，当封液装置20的重力等于所受浮力时，封液装置20处于平衡状态，公式如下：

F_浮力＝ρgV＝mg

V＝π/4*(D_O ²-D_i ²)h

h＝4m/[πρ(D_O ²-D_i ²)]

其中,ρ为介质密度，V为排开液体的体积，m为封液装置20的质量，Do为圆筒23的外径，Di为导向管10的内径，h为排开液体的高度(即封液装置20浸没在液体中的高度)。

其中基于浮力原理，所述封液装置20具有一定的重量以及一定的体积，得以当所述车载瓶内容器的低温液体的液位开始与所述封液装置20底端接触时，所述封液装置20的所述开口槽中201中气体能形成气封液，防止液体从所述开口槽中进入，随着容器内液面升高，所述封液装置20受到的浮力等于所述封液装置20的重力，所述封液装置20沿着所述导向管10的外壁面向所述开孔11移动，并能够封闭所述开孔11，当容器中液位淹没所述封液装置20至最大充装液位H时，所述开孔11全部被封闭，以停止向容器内充装低温液体。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种限充装置，其特征在于，包括：

一导向管，所述导向管为具有竖直管道的中空套管，其顶部具有被相隔开地设置至少一开孔和底部具有一封板以阻隔所述导向管内低温液体从底部流出；以及

一封液装置，可滑动地被设置于所述导向管外周并被所述封板所支撑，并得以沿着所述导向管的外壁面上下移动；

其中所述封液装置在其自身重力和浮力的作用下漂浮于液面，当所述封液装置的重力等于所受浮力时，所述封液装置处于平衡状态，低温液体通过所述开孔充装；随着液位的升高，所述封液装置开始上浮并离开所述封板处沿着所述导向管的外壁向顶部移动以封闭所述开孔，使得低温液体停止充装。

2.如权利要求1所述的一种限充装置，其中所述导向管顶部具有被相隔开地设置1～10层所述开孔，每层开有至少两个对称的所述开孔。

3.如权利要求2所述的一种限充装置，其中每层的所述开孔间距由顶层向下逐层增大；所述开孔的直径小于所述导向管内径的2/3，且所述开孔的直径由底层向上逐层减小或一样。

4.如权利要求1所述的一种限充装置，其中所述封液装置包括一上浮件，所述上浮件与所述导向管的外壁的单边间隙控制在0.2mm-0.5mm之间。

5.如权利要求4所述的一种限充装置，其中所述封液装置包括一环形盖板和一圆筒，所述环形盖板连接于所述圆筒的顶部，所述上浮件的顶部凸出于所述环形盖板，所述环形盖板进一步连接于所述上浮件并保证所述上浮件的底端与所述圆筒的底端齐平。

6.如权利要求5所述的一种限充装置，其中所述封液装置包括一开口槽，所述开口槽由所述圆筒、所述环形盖板和所述上浮件互相连接而包围所构成，其中所述封液装置垂直所述封板水平面竖直安装，当容器内低温液体的液位与所述封液装置最底端刚接触时，所述封液装置开口槽中的气体能形成气封液，防止液体从所述开口槽中进入。

7.如权利要求4所述的一种限充装置，其中所述上浮件的竖直长度小于所述导向管的底层开孔下边缘距底端的距离；所述上浮件的竖直长度大于所述导向管的开孔上边缘距底层开孔下边缘之间的最大距离。

8.如权利要求1所述的一种限充装置，其应用于车载瓶内容器时，被水平安装于所述容器内的顶部并与一进液管连接，低温液体由所述进液管并进一步通过所述开孔流入所述容器内。

9.如权利要求8所述的一种限充装置，其中所述限充装置的进液端通过一连接件固定连接于所述进液管的出液端。

10.如权利要求9所述的一种限充装置，其中所述封液装置具有一定的重量以及一定的体积，得以当所述容器内的液位开始与所述封液装置最底端接触时，所述封液装置的所述开口槽中的气体能形成气封液，防止低温液体从所述开口槽中进入，随着容器内液面升高，所述封液装置受到的浮力等于所述封液装置的重力，所述封液装置沿着所述导向管的外壁面向所述开孔移动，并能够封闭所述开孔，当容器中液位淹没所述封液装置至最大充装液位时，所述开孔全部被封闭以停止向所述容器内充装低温液体。