CN207540205U - 一种co2加注装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种CO₂加注装置，所述气瓶通过一号管路连接至一号三通的第一端口，所述一号管路上设置有增压装置和一号阀门，所述增压装置位于气瓶与一号阀门之间，一号三通的第二端口通过二号管路连接至二号三通的第一端口，一号三通的第三端口连接有三号管路，所述三号管路上设置有二号阀门；二号三通的第二端口通过四号管路7连接至目标产品的充气阀，二号三通的第三端口通过五号管路连接至抽真空设备，所述五号管路上设置有三号阀门；所述目标产品置于称重设备上，所述称重设备的精度在0.01g～1g之间。本设备具有设备成本低、起始加注质量小、加注压力大、所需产品降温幅度小、加注精度高的优点。

Description

一种CO2加注装置

技术领域

本实用新型涉及一种工质加注装置，特别是一种CO₂加注装置。

背景技术

CO₂作为最早的制冷剂之一，在19世纪末到20世纪30年代之间得到了广泛应用。此后，随着对CO₂的进一步研究，自上世纪90年代初，逐渐形成了CO₂跨临界循环制冷系统。其中，CO₂跨临界循环制冷系统在高压侧的较大温度变化(约80—100℃)的放热过程，非常适合用于热水加热，因此，人们开始将CO₂用于对热泵领域的研究。因此，目前在制冷系统、热泵系统、热管等多种冷热交换设备中都需要加注CO₂。

如表1所示为液态CO₂温度和压力关系表：

表1

CO₂具有高压特性，并且液态CO₂的临界压力和临界温度分别为31℃、7.4MP，即液态CO₂的最高压力为7.4MPa、此时CO₂温度为31℃，温度高于上述临界温度，再大的压力都无法形成液态CO₂。

一般公司在生产需要加注CO₂工质的产品时，都会采购加注设备，但由于CO₂的高压特性导致目前的加注设备对CO₂工质的加注比较困难。目前的加注设备大多采用“质量流量计”配合软件计算补偿的方案来计量加注克数，该方法具有以下缺点：

1、加注精度相对较低，一般精度在±2g-±5g，无法满足±1g甚至±0.1g等高精度要求；

2、加注质量有局限性：质量一般要求20g以上，由于加注精度太低，故为了保证偏差比例在可控范围内，必须要加注足够多的工质才可以，比如若仅加注5g，在精度为2g的情况下，其偏差达到了2/5＝40％；

3、部分产品内部的CO₂必须为液态时才能达到要求的加注克数，由于现有加注设备加注压力较小，很难使加注到产品内的气体液化，以加注设备能提供4MPa的压力为例，按照上表，必须把产品降温到5℃以下才能达到CO₂的液化条件，降温幅度大，难度高。

基于上述加注设备的现状，国内外很少有成品设备可以满足加注量少、加注精度高、加注压力大的要求，并且即使满足，那该种设备的价格非常昂贵，对于想小批量生产相关产品的公司来说采购难度高、采购成本大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种CO₂加注装置，用于解决现有的加注装置存在的加注精度低、加注质量有局限以及降温幅度较大的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种CO₂加注装置，用于对目标产品进行CO₂加注，包括气瓶、抽真空设备和称重设备；

所述气瓶内装有液态CO₂；

还包括一号管路、二号管路、三号管路、四号管路、五号管路以及一号三通、二号三通；

所述气瓶通过一号管路连接至一号三通的第一端口，所述一号管路上设置有增压装置和一号阀门，所述增压装置位于气瓶与一号阀门之间，一号三通的第二端口通过二号管路连接至二号三通的第一端口，一号三通的第三端口连接有三号管路，所述三号管路上设置有二号阀门；二号三通的第二端口通过四号管路连接至目标产品的充气阀，二号三通的第三端口通过五号管路连接至抽真空设备，所述五号管路上设置有三号阀门；

所述目标产品置于称重设备上，所述称重设备的精度在0.01g～1g之间。

本实用新型与现有技术中通过大幅降低目标产品温度来加速CO₂液化的方法不同的是，本实用新型采用增加压力的方式，使得在温度较高的环境下能够实现CO₂的液化；并且通过增压液化的方式可以满足注入大量CO₂的要求；采用高精度的称重装置，使得对所加注的二氧化碳量得以严格控制，及时对于少量注入量的情况下也能严格控制偏差。

进一步的，在本实用新型中，气瓶的阀门上设置有压力调节装置。通过压力调节装置，可以查看气瓶内的CO₂压力并调节输入至增压装置的CO₂的压力值，与增压泵配合共同对CO₂压力进行调节。

进一步的，在本实用新型中，还包括快速接头，所述四号管路通过快速接头与充气阀连接。为了精确控制注入的CO₂的质量，在注入前期的准备工作中需对管路和目标产品分别抽真空，第四管路和目标产品之间需要先分离再连接，故用快速接头可以方便二者的连接和拆卸。

进一步的，在本实用新型中，三号管路的末端设置有气体回收装置。在加注结束后，需将存在于管路中的残留CO₂通过二号阀门排出，气体回收装置可以减少CO₂的浪费。

进一步的，在本实用新型中，由于本装置通常是在高压环境下工作，故对本装置汇中的零部件的压力要求较高，所述一号阀门、二号阀门、三号阀门以及快速接头的公称压力在7.4MPa以上。

有益效果：

本实用新型提供的CO₂加注装置，与市场上的成品加注设备相比，具有设备成本低、起始加注质量小、加注压力大、所需产品降温幅度小、加注精度高的优点。具体如下：

采用高精度的称重设备，对所加注的CO₂的质量控制精确，在低质量加注情况下可以获得良好的偏差；

利用增压的方式将CO₂的压力增大，使之更加容易液化，满足在温度较高的环境下的加注要求，相比于原先需要对产品温度进行大幅降温的方法而言，本装置实施起来相对容易；

同时，通过增压方式，能够向目标产品内加注更多的CO₂，满足某些对加注量大的产品的需求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示为本实用新型提供的一种CO₂加注装置，用于对目标产品9进行CO₂加注，加注CO₂的基本考虑因素为温度和压力，温度越低、压力越高，则液化CO₂的速度越快。

本装置包括气瓶1、抽真空设备6和称重设备10；

所述气瓶1内装有液态CO₂，常规的气瓶1一般为40L的钢瓶；

还包括一号管路13、二号管路16、三号管路14、四号管路7以及一号三通17、二号三通18；

所述气瓶1通过一号管路13连接至一号三通17的第一端口，所述一号管路13上设置有增压装置12和一号阀门3，所述增压装置12位于气瓶1与一号阀门3之间，一号三通17的第二端口通过二号管路16连接至二号三通18的第一端口，一号三通17的第三端口连接有三号管路14，所述三号管路14上设置有二号阀门4；二号三通18的第二端口通过四号管路7连接至目标产品9的充气阀8，二号三通18的第三端口通过五号管路15连接至抽真空设备6，所述五号管路15上设置有三号阀门5，三号阀门5位于抽真空设备6和二号三通18之间。上述一号阀门3、二号阀门4、三号阀门5在关闭时管路中的工质无法通过，打开时管路中的工质可以通过。

所述目标产品9置于称重设备10上，所述称重设备10的精度在0.01g～1g之间。采用市面上电子称重设备，如TC200KB，其承重和精度范围为200KG±1g，如TC20KB，其承重和精度范围为20KG±0.1g，如JJ3000B，其承重和精度范围为3KG±0.01g，可根据不同目标产品9的需求选择适当的称重设备10。

在某些实施例中，气瓶1的阀门上设置有压力调节装置2。压力调节装置2用于查看气瓶1内的工质压力和调节进入增压装置12的压力，压力调节装置2和增压装置12配合共同调节工质加注压力。可选压力调节装置2的调压范围为0～40MPa。

在某些实施例中，还包括快速接头11，所述四号管路7通过快速接头11与充气阀8连接。

为了避免管路中或目标产品9中存在杂质气体，在加注CO₂前需对管路和目标产品9进行抽真空处理，因此在所述抽真空设备6上设置有真空度测量装置，当真空度达到预设值后才能进行正式的加注工作。一般真空度达到10Pa即可满足要求，抽真空设备6可选择范围较广，如飞跃牌V-i140SV真空泵。

在某些实施例中，三号管路14的末端设置有气体回收装置。可以对加注结束后残余在管路中的CO₂进行回收，避免浪费。

上述各项实施例中，由于本装置需要耐受较高的压力，故需要选择耐压力较高的零部件，其中一号阀门3、二号阀门4、三号阀门5以及快速接头11的公称压力在7.4MPa以上，经过试验发现，当CO₂压力达到12MPa时，能够快速液化且加注量大，基本能够满足市面上对各种质量的CO₂的加注要求，因此上述一号阀门3、二号阀门4、三号阀门5以及快速接头11优选耐压12MPa以上。

同样的，上述一号管路13、二号管路16、四号管路7也需要耐受高压，需选用耐压管，其所耐受的压力与所通过的工质压力相关，如602型耐受48MPa的钢丝编织橡胶管，可以完全满足本装置的需求。其它管路对受压要求较小，可选与前述相同或耐受压力较小的材料。

加注工艺：

本实用新型提供的装置在加注CO₂时整体过程大致分为：管路抽真空——目标产品9抽真空——高压加注——质量校对——密封五个过程，加注过程中，目标产品9的温度低于31℃。具体操作过程如下：

步骤一、管路抽真空

管路抽真空的目的是为了防止管路中的空气进入目标产品9而影响产品性能。

初始状态，四号管路7与目标产品9的充气阀8未连接，打开一号阀门3、三号阀门5，关闭二号阀门4，使得从气瓶1到抽真空设备6之间形成通路；打开增压装置12，打开抽真空设备6对一号管路13进行抽真空到所需真空度，关闭一号阀门3，关闭抽真空设备6，打开气瓶1的阀门，至此，一号管路13中的杂质气体被抽走，一号管路13中充满高压CO₂。

步骤二、目标产品9抽真空

目标产品9抽真空可提高目标产品9的性能，防止目标产品9中有杂质气体影响产品性能。

将充气阀8和目标产品9连接，将快速接头11和充气阀8连接，打开充气阀8，使得从目标产品9到抽真空设备6之间形成通路；打开抽真空设备6对目标产品9进行抽真空到所需真空度，先关闭充气阀8，再关闭抽真空设备6，至此，目标产品9和二号管路16中的杂质气体被抽走。

步骤三、质量归零

质量归零可方便快速读取所加注的CO₂的质量。

为了准确获得所加注的CO₂的质量，一般选择适当过充，然后在加注后要利用充气阀8对目标产品9内的气体进行少量释放直到达到预定的加注质量即进行质量校对。基于上述原因，为了准确获得注入的CO₂的质量，需要将加注前的称重设备10的基点调高，即将仅承载包含带充气阀8的目标产品9的称重设备10进行归零处理，又考虑到各种管路的晃动对归零的影响，故需在不连接各种管路的情况下归零，即先拔下快速接头11，称重设备10质量归零，然后再插上快速接头11，在上述插拔过程中，难免会对引入少量气体进入四号管路7，严格起见，再次打开抽真空设备6对四号管路7进行抽真空到所需真空度，关闭三号阀门5，再关闭抽真空设备6，打开充气阀8，此时管路中和目标产品9中均完成了抽真空，且称量设备归零。当然，若对真空度要求不高或插拔过程中没有空气进入，可省略此处的抽真空步骤。

步骤四、加注

打开一号阀门3和增压装置12，向目标产品9进行加注，加注时可对目标产品9进行降温处理可缩短加注时间；根据现场操作确定加注时长，时间到后，关闭充气阀8，然后关闭一号阀门3，打开二号阀门4将二号管路16、四号管路7中的CO₂通过二号阀门4排放到外界，必要时可在二号阀门4处加装气体回收装置进行回收。

步骤五、质量校对

质量校对是为了上一步中加注的质量进行校对，确保加注精准度。

拔下快速接头11，查看称重设备10所显示的质量，此时称重设备10所显示质量为加注质量，如果加注质量大于所需质量，则慢慢打开充气阀8释放部分CO₂，直到质量达到要求。

步骤六、密封

密封是为了减少或防止目标产品9中的CO₂泄露，一般泄漏量要求低于1g/年，具体根据产品要求进行。

取下充气阀8，对目标产品9进行密封处理，防止泄露。

上述一号阀门3、二号阀门4、三号阀门5、充气阀8、增压装置12、抽真空设备6以及称重设备10可利用手工控制，也可利用现代自动化控制技术进行控制，以代替手工开关阀门、抽真空设备6、增压装置12以及称重设备10归零，提高工作效率。

本实用新型是基于增压方法实现对CO₂的快速液化，在某些实施例里，也可以不设置增压装置12，只要将气瓶1放置在不超过31℃的环境中，直接依靠气瓶1内的压力进行加注，优点是可降低设备成本，缺点是低于一定压力情况下将无法继续加注，使得无法将气瓶1内气体用尽。

利用本实用新型的装置和方法进行加注，起始加注质量小于1g，加注精度可选择±1g或者±0.1g，最高可选择±0.01g，加注压力在使用增压装置12时可超过7.4Mpa，不使用增压装置12时最高7.4MPa。

本实用新型提供的CO₂加注装置与市场上的成品加注设备相比，具有设备成本低、起始加注质量小、加注压力大、所需产品降温幅度小、加注精度高的优点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种CO₂加注装置，用于对目标产品进行CO₂加注，其特征在于：包括气瓶、抽真空设备和称重设备；

所述气瓶内装有液态CO₂；

还包括一号管路、二号管路、三号管路、四号管路、五号管路以及一号三通、二号三通；

所述气瓶通过一号管路连接至一号三通的第一端口，所述一号管路上设置有增压装置和一号阀门，所述增压装置位于气瓶与一号阀门之间，一号三通的第二端口通过二号管路连接至二号三通的第一端口，一号三通的第三端口连接有三号管路，所述三号管路上设置有二号阀门；二号三通的第二端口通过四号管路连接至目标产品的充气阀，二号三通的第三端口通过五号管路连接至抽真空设备，所述五号管路上设置有三号阀门；

所述目标产品置于称重设备上，所述称重设备的精度在0.01g～1g之间。

2.根据权利要求1所述的CO₂加注装置，其特征在于：气瓶的阀门上设置有压力调节装置。

3.根据权利要求2所述的CO₂加注装置，其特征在于：还包括快速接头，所述四号管路7通过快速接头与充气阀连接。

4.根据权利要求2所述的CO₂加注装置，其特征在于：所述抽真空设备上设置有真空度测量装置。

5.根据权利要求1所述的CO₂加注装置，其特征在于：三号管路的末端设置有气体回收装置或者直接和外界相通。

6.根据权利要求3所述的CO₂加注装置，其特征在于：所述一号阀门、二号阀门、三号阀门以及快速接头的公称压力在7.4MPa以上。

7.根据权利要求1至6中任意一条所述的CO₂加注装置，其特征在于：所述一号管路、二号管路和四号管路为钢丝编织橡胶管。