CN208170003U - 物料灌装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物料灌装装置，包括待灌装的容器、物料输送管路系统、真空管路系统、尾气管路系统以及氮气管路系统，物料输送管路系统将物料源与容器连接，尾气管路系统、真空管路系统以及氮气管路系统与物料输送管路系统和容器连通；物料输送管路系统包含物料输送管路以及设置于物料输送管路上的第一阀门，物料输送管路的物料入口端连接至物料源，所述物料输送管路的物料出口端连接至容器的物料入口，一控制装置与第一阀门连接并控制所述第一阀门的开闭。使物料的灌装作业能够在普通环境中进行，为物料的灌装提供安全的气体氛围，实现物料的安全灌装，不受手套箱等附加设备的限制，操作便捷、安全。

Description

物料灌装装置

技术领域

本实用新型涉及一种物料灌装装置，属于化工设备技术领域。

背景技术

MO源即高纯金属有机化合物，是采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行外延生长时的支撑材料，如GaAs、GaN、InP、AlGaAs等化合物半导体超薄型膜材料，可用来生产LED外延片、HEMT器件、半导体激光器、太阳能电池等；是发展光电子产业的关键材料之一，也是生产高亮度、超高亮度发光材料及大规模集成电路的必备原料。MO源具有非常活泼的化学性质，对空气和水汽极为敏感，在空气中会瞬间自燃，遇水则发生猛烈爆炸。因此，MO源的灌装需要在密闭且无O₂、无H₂O的环境下进行。

现有技术中，公知的MO源灌装方式是在无氧无水惰性气氛手套箱内灌装。手套箱是将高纯惰性气体充入箱体内，并循环过滤掉其中的活性物质的实验室设备，其主要由主箱体、过渡室两部分组成。主箱体上有两个或两个以上手套操作接口，以便于操作者操作。另外，在箱体的前面或前后设有观察窗，操作者能够清楚地观察到箱体内的操作过程，使得操作过程直观地展现在操作者的眼前。在灌装的过程中，由于MO源的部分种类具有极易挥发的特性，因此，容易使得手套箱内充斥气态MO源，这使得手套箱中的吸附物(如有机溶剂吸附柱)大量被消耗，需要频繁更换。

随着市场经济的快速发展、电子技术应用领域的日益扩大，MO源的市场需求量大幅度增加，用于灌装MO源的钢瓶的规格也随之不断放大，由最初的500g、1000g放大到8kg、16kg，甚至更大，由于灌装之后的钢瓶较重，因此在人工移动钢瓶的过程中，钢瓶容易滑脱从而损坏手套箱，进而有可能引发MO源燃烧，这使得手套箱内纯手工操作变得更加困难，存在较大的安全隐患。

由此可见，传统的人工灌装方式已难以满足需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种物料灌装装置，在不需要手套箱等附加设备的情况下，能够对物料进行安全灌装。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

物料灌装装置，特点是：包括待灌装的容器、物料输送管路系统、真空管路系统、尾气管路系统以及氮气管路系统，所述物料输送管路系统将物料源与容器连接，所述尾气管路系统、真空管路系统以及氮气管路系统与物料输送管路系统和容器连通；

所述物料输送管路系统包含物料输送管路以及设置于物料输送管路上的第一阀门，所述物料输送管路的物料入口端连接至物料源，所述物料输送管路的物料出口端连接至容器的物料入口，一控制装置与第一阀门连接并控制所述第一阀门的开闭。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述第一阀门为气动阀，气动阀与一电磁阀连接，控制装置与电磁阀电连接并通过电磁阀控制气动阀的开闭。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，物料输送管路与容器之间安装一个质量流量计，质量流量计连接控制装置，将质量信号传递给控制装置，当质量信号指示容器的重量达到预定值时，控制装置控制第一阀门关闭。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述氮气管路系统包含氮气管路以及用于连接物料输送管路与氮气管路的氮气连接管路、氮气阀门，所述氮气管路的第一气体出口端通过氮气阀门连接至容器的气体出入口，氮气管路的气体入口端连接至置换气体源，置换气体源通过氮气管路、氮气连接管路、氮气阀门向物料输送管路系统充入置换气体。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述真空管路系统包括真空管路以及用于连接物料输送管路与真空管路的真空连接管路、真空阀门，所述真空管路的一端口通过真空阀门连接至容器的气体出入口，真空管路的另一端口连接至抽真空装置，抽真空装置通过真空管路和真空连接管路、真空阀门对物料输送管路抽真空。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，真空管路与抽真空装置之间设有真空缓冲罐。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，真空缓冲罐容纳于第一冷却装置中。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述尾气管路系统包括尾气管路以及用于连接物料输送管路和尾气管路的尾气连接管路、尾气阀门，所述尾气管路的一端口通过尾气阀门连接至容器的气体出入口，尾气管路的另一端口连接尾气缓冲罐、压力平衡装置、尾气吸收装置，尾气缓冲罐将尾气管路中的物料收集，压力平衡装置保持容器内压力恒定，尾气吸收装置将尾气中的物料吸收。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述尾气缓冲罐容纳于第二冷却装置中。

进一步地，上述的物料灌装装置，其中，所述容器设置为多个，多个容器以并联方式连接于物料输送管路系统和氮气管路系统、真空管路系统、尾气管路系统上。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①使物料的灌装作业能够在普通环境中进行，为物料的灌装提供安全的气体氛围，实现物料的安全灌装，不受手套箱等附加设备的限制，操作便捷、安全，同时摆脱传统手套箱对灌装规格的限制，可以适用于灌装各种不同规格的容器，尤其是较大规格的容器；

②采用质量流量计的计量方式，有效解决现行用电子称计量不准的问题，灌装精度大大提高；

③本实用新型物料灌装装置可实现对灌装钢瓶在线取样，有效地缩短工作时间，显著提高物料的灌装效率。

附图说明

图1：本实用新型的连接结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。

如图1所示，物料灌装装置，包括待灌装的容器3、物料输送管路系统、真空管路系统、尾气管路系统以及氮气管路系统，所述物料输送管路系统将物料源1与容器3连接，所述尾气管路系统、真空管路系统以及氮气管路系统与物料输送管路系统和容器3连通；

物料输送管路系统包含物料输送管路4以及设置于物料输送管路4上的第一阀门14，物料输送管路4的物料入口端连接至物料源1，所述物料输送管路4的物料出口端连接至容器3的物料入口，一控制装置与第一阀门14连接并控制所述第一阀门14的开闭。其中，第一阀门14为气动阀，气动阀与一电磁阀16连接，控制装置与电磁阀16电连接并通过电磁阀16控制气动阀的开闭。

物料输送管路4与容器3之间安装一个质量流量计12，质量流量计12连接控制装置，将质量信号传递给控制装置，当质量信号指示容器3的重量达到预定值(例如14kg、17kg等)时，控制装置控制第一阀门14关闭。物料输送管路4上设置有第二阀门(备用阀门)17。

氮气管路系统包含氮气管路28以及用于连接物料输送管路4与氮气管路28的氮气连接管路29、氮气阀门25，氮气管路28的第一气体出口端通过氮气阀门25连接至容器3的气体出入口，氮气管路28的气体入口端连接至置换气体源2，置换气体源2通过氮气管路28、氮气连接管路29、氮气阀门25向物料输送管路系统充入置换气体，从而将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出。

真空管路系统包括真空管路5以及用于连接物料输送管路4与真空管路5的真空连接管路6、真空阀门18，真空管路5的一端口通过真空阀门18连接至容器3的气体出入口，真空管路5的另一端口连接至抽真空装置7，抽真空装置7通过真空管路5和真空连接管路6、真空阀门18对物料输送管路4抽真空，从而将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出。真空管路5与抽真空装置7之间设有真空缓冲罐8，真空连接管路6的一端口连接至物料输送管路4的物料出口端部分，另一端口连接至真空管路5。真空缓冲罐8容纳于第一冷却装置13中。

尾气管路系统包括尾气管路32以及用于连接物料输送管路4和尾气管路32的尾气连接管路33、尾气阀门24，尾气管路32的一端口通过尾气阀门24连接至容器3的气体出入口，尾气管路32的另一端口连接尾气缓冲罐35、压力平衡装置36、尾气吸收装置37，尾气缓冲罐35将尾气管路32中的物料收集，压力平衡装置36保持容器3内压力恒定，尾气吸收装置37将尾气中的物料吸收。尾气缓冲罐35容纳于第二冷却装置30中。

需说明的是，容器3可设置为多个，多个容器以并联方式连接于物料输送管路系统和氮气管路系统、真空管路系统、尾气管路系统上，相互独立进行物料灌装。物料输送管路系统和气体管路系统上设置有检漏装置。

灌装时，其步骤为：

a、通过检漏装置检查物料输送管路系统和尾气管路系统的气密性，当气密性达到预定标准的时进行工作；通过真空管路系统将物料管路系统和尾气管路系统中的空气和水蒸气排出。

b、打开物料源1，通过物料管路输送系统向容器3中灌装物料，灌装完成时，关闭物料源1；

c、将完成灌装的容器3与气体管路系统和物料输送管路系统断开。

其中，在步骤b中，通过控制装置控制第一阀门14的开闭，以控制物料源1经物料输送管路4向容器3中灌装物料。质量流量计12将质量信号传递给控制装置，当质量信号指示容器3的质量到达预定值时，控制装置控制第一阀门14关闭。

抽真空装置7通过真空管路5和真空连接管路6、真空阀门18将物料输送管路4中抽真空，从而将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出。

在步骤c之前，通过抽真空装置7将物料输送管路4的物料出口端和第二阀门17之间的部分中的剩余物料抽出到缓冲罐8中，当剩余物料被抽出时进行步骤c。

本实用新型物料灌装装置能够适用于特殊物料的灌装，特殊物料是指容易与空气中的某些成分发生化学反应的物料，这些物料不适于在空气中灌装，例如MO源等。对此，物料灌装装置为待灌装的物料提供合适的气体氛围，物料在这种气体氛围下灌装到容器3中并且同时不会与物料输送管路系统中的气体发生化学反应，从而保证了灌装的安全性。本实用新型物料灌装装置通过设置气体管路系统，将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出，使得物料输送管路系统中的气体氛围不存在易与物料发生反应(尤其是化学反应)的气体，这使得后续的物料灌装变得较为便利，不再局限于如背景技术中提到的手套箱中，而是能够在开放的环境中进行作业，不仅使得灌装操作较为便捷，而且还有效地缩短了灌装时间，提高了物料灌装的效率。

以物料为MO源，置换气体为氮气为例进行详细说明，用于灌装MO源的容器3为密闭的钢瓶，在灌装之前，钢瓶中的气体为不与物料发生反应的气体。

通过多种方式实现将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出，将通过举例的形式进行详细说明。

一种方式是通过气体置换的形式将MO源输送管路系统中的空气和水蒸气置换为不与MO源发生反应的气体，例如惰性气体和氮气，考虑到惰性气体的成本较高，因此，优选地，使用氮气置换MO源输送管路系统中的空气。置换气体源2通过氮体管路28和氮体连接管路29、氮体阀门25向物料输送管路系统中充入置换气体，从而将物料输送管路系统和气体管路系统中的空气和水蒸气排出。

当将钢瓶(容器3)的MO源入口连接到MO源输送管路(物料输送管路4)的MO源出口端之后，打开置换气体源2的开关，置换气体通过氮气管路28的氮气连接管路29、氮气阀门25、阀门15到达MO源输送管路，置换其中的空气，之后，关闭氮气阀门25、阀门15，打开钢瓶的MO源入口和气体出入口以与MO源输送管路和尾气连接管路33连通，通入MO源，将MO源通过MO源输送管路灌装到钢瓶中。

钢瓶中的气体通过尾气连接管路33经过尾气缓冲罐35、压力平衡装置36、尾气吸收装置37后排放到外界大气。为了使得到达尾气缓冲罐35的MO源留在尾气缓冲罐35中以避免MO源通过压力平衡装置36排放至尾气吸收装置37中，尾气缓冲罐35容纳于第二冷却装置30中，以将MO源冷却。冷却后的MO源由液态变为固态，从而留在尾气缓冲罐35中。第二冷却装置30可以为多种形式，优选地，第二冷却装置30为冷阱。另外，为了加强保障，防止气态MO源进入第二冷却装置30中，尾气缓冲罐35可以设置为多个，多个缓冲罐串联在尾气管路32与压力平衡装置36之间。尾气吸收装置37采用喷淋吸收液的方式将压力平衡装置36排出的尾气进一步收集。

灌装完成之后在拆卸下钢瓶之前，需要将MO源输送管路中剩余的MO源排出或回收，以避免在拆卸下钢瓶之后，MO源输送管路中剩余的MO源外泄和接触空气。对此，可以采用多种方式，例如：当钢瓶中所灌装的MO源的重量到达预定值关闭物料源，打开尾气阀门24、阀门15将其中剩余的MO源流回到钢瓶内。

另一种方式是通过将MO源输送管路的连接管路抽真空的方式，将MO源输送管路的连接管路中的MO源抽出，以避免在拆下钢瓶时MO源接触H₂O、O₂。抽真空装置7通过真空管路5和真空连接管路6、真空阀门18而将MO源输送管路中抽真空。

完成灌装之后在拆卸下钢瓶之前，需要将MO源输送管路中剩余的MO源排出到钢瓶内或回收到特定的容器中，以避免在拆卸下钢瓶之后，MO源输送管路系统中剩余的MO源外泄和接触空气。对此，MO源灌装装置还包括连接于真空管5与抽真空装置7之间的真空缓冲罐8，当钢瓶中灌装的MO源的重量到达预定值，关闭物料源，关闭钢瓶的MO源入口和气体出入口以断开与MO源输送管路和尾气连接管路33的连通，同时打开真空连接管路6上的真空阀门18、阀门15，之后，再次打开抽真空装置7的开关，通过真空管路5和真空连接管路6将MO源输送管路4的连接管路中剩余的MO源吸出并回收到真空缓冲罐8中。为了使得到达真空缓冲罐8的MO源留在真空缓冲罐8中以避免MO源通过真空缓冲罐8被吸入抽真空装置7中，真空缓冲罐8容纳于第一冷却装置13中，以将MO源冷却。冷却后的MO源由液态变为固态，从而留在真空缓冲罐8中。第一冷却装置13可以为多种形式，优选地，第一冷却装置13为冷阱。另外，为了加强保障，防止气态MO源进入第一冷却装置13中，真空缓冲罐8可以设置为多个，多个真空缓冲罐8串联在真空管路5与抽真空装置7之间。

为了提高灌装效率，钢瓶(容器3)可以设置为多个，并且多个钢瓶并联地连接在MO源输送管路系统和尾气管路系统上，以相互独立地进行所述MO源的灌装。并且为了便于在灌装之前将钢瓶连接到MO源输送管路系统和尾气管路系统上和在灌装完毕后钢瓶的拆卸和搬运，钢瓶的MO源入口通过金属软管连接于MO源输送管路的MO源出口端，钢瓶的气体出入口通过金属软管连接于尾气连接管路33的端口。

另外，为了提高MO源灌装过程中的安全系数，需要保证MO源输送管路系统和尾气管路系统的气密性达到一定标准，因此，MO源输送管路系统和或气体管路系统上可以设置有检漏装置，以在将钢瓶连接到MO源输送管路系统和所述气体管路系统上之后检查整个管路系统是否漏气，在漏气量达到一定标准时才能进行灌装操作。

综上所述，本实用新型物料灌装装置使物料的灌装作业能够在普通环境中进行，能够为物料的灌装提供安全的气体氛围，实现物料的安全灌装，不受手套箱等附加设备的限制，操作便捷、安全，同时摆脱传统手套箱对灌装规格的限制，可以适用于灌装各种不同规格的容器，尤其是较大规格的容器。另外可采用质量流量计的计量方式，有效解决了现行用电子称计量不准的问题，灌装精度大大提高。本实用新型物料灌装装置可对灌装钢瓶在线取样，有效地缩短了工作时间，提高了物料的灌装效率。

需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非用以限定本实用新型的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.物料灌装装置，其特征在于：包括待灌装的容器(3)、物料输送管路系统、真空管路系统、尾气管路系统以及氮气管路系统，所述物料输送管路系统将物料源(1)与容器(3)连接，所述尾气管路系统、真空管路系统以及氮气管路系统与物料输送管路系统和容器(3)连通；

所述物料输送管路系统包含物料输送管路(4)以及设置于物料输送管路(4)上的第一阀门(14)，所述物料输送管路(4)的物料入口端连接至物料源(1)，所述物料输送管路(4)的物料出口端连接至容器(3)的物料入口，一控制装置与第一阀门(14)连接并控制所述第一阀门(14)的开闭。

2.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：所述第一阀门(14)为气动阀，气动阀与一电磁阀(16)连接，控制装置与电磁阀(16)电连接并通过电磁阀(16)控制气动阀的开闭。

3.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：物料输送管路(4)与容器(3)之间安装一个质量流量计(12)，质量流量计(12)连接控制装置，将质量信号传递给控制装置，当质量信号指示容器(3)的重量达到预定值时，控制装置控制第一阀门(14)关闭。

4.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：所述氮气管路系统包含氮气管路(28)以及用于连接物料输送管路(4)与氮气管路(28)的氮气连接管路(29)、氮气阀门(25)，所述氮气管路(28)的第一气体出口端通过氮气阀门(25)连接至容器(3)的气体出入口，氮气管路(28)的气体入口端连接至置换气体源(2)，置换气体源(2)通过氮气管路(28)、氮气连接管路(29)、氮气阀门(25)向物料输送管路系统充入置换气体。

5.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：所述真空管路系统包括真空管路(5)以及用于连接物料输送管路(4)与真空管路(5)的真空连接管路(6)、真空阀门(18)，所述真空管路(5)的一端口通过真空阀门(18)连接至容器(3)的气体出入口，真空管路(5)的另一端口连接至抽真空装置(7)，抽真空装置(7)通过真空管路(5)和真空连接管路(6)、真空阀门(18)对物料输送管路(4)抽真空。

6.根据权利要求5所述的物料灌装装置，其特征在于：真空管路(5)与抽真空装置(7)之间设有真空缓冲罐(8)。

7.根据权利要求6所述的物料灌装装置，其特征在于：真空缓冲罐(8)容纳于第一冷却装置(13)中。

8.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：所述尾气管路系统包括尾气管路(32)以及用于连接物料输送管路(4)和尾气管路(32)的尾气连接管路(33)、尾气阀门(24)，所述尾气管路(32)的一端口通过尾气阀门(24)连接至容器(3)的气体出入口，尾气管路(32)的另一端口连接尾气缓冲罐(35)、压力平衡装置(36)、尾气吸收装置(37)，尾气缓冲罐(35)将尾气管路(32)中的物料收集，压力平衡装置(36)保持容器(3)内压力恒定，尾气吸收装置(37)将尾气中的物料吸收。

9.根据权利要求8所述的物料灌装装置，其特征在于：所述尾气缓冲罐(35)容纳于第二冷却装置(30)中。

10.根据权利要求1所述的物料灌装装置，其特征在于：所述容器(3)设置为多个，多个容器以并联方式连接于物料输送管路系统和氮气管路系统、真空管路系统、尾气管路系统上。