专利名称：一种限量充装装置、低温液体容器及限量充装方法
技术领域：
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种限量充装装置、低温液体容器及限量充装方 法。
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，所以目前盛装低温介质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介质的漏热量，从而使得低温介质在储存和运输过 程中保持较低的损耗。由于低温介质的温度较低，以液氮为例，工作温度通常在-196°C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的充装均采 用排放充装。一面通过充液管1充装，同时打开 排气阀20，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，一部分低温介质就以蒸汽的形式浪费了。同时，考虑到低温介质平衡状态下为气液平衡，对于低温介质的充满率也有一定 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30 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。低温介质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 得的低温介质上，如何从根本上改进其充装低温介质装置，从而达到不浪费能源的目的，弓丨 起了研究者广泛的关注。综合上述，现有的低温介质的真空绝热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介质浪费；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，在超过低温介质容器安全液位， 可能会引起憋压和炸罐的危险。因此，现有的低温介质的真空绝热容器的充装技术，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
为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种低温液体容器的限量充装 装置及和低温液体容器，以及向该低温液体容器限量充装低温液体的方法，其可以实现无 排放远程充装，即节能环保，又增加了充装的安全可靠性，并且充装速度较快，更加人性化。为了实现上述目的，本发明提供一种低温液体容器的的限量充装装置，该限量充 装装置设置于低温液体容器中，其包括一承压腔，具有一进液口和一位于顶部的出液口 ；一 浮子装置，包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，用于封堵该 出液口。根据本发明的限量充装装置，所述限量充装装置包括一用于限位的第一导向管， 固接于所述承压腔的顶部上，与所述浮子导杆紧密配合。根据本发明的限量充装装置，其中所述第一导向管具有若干出液孔。根据本发明的限量充装装置，其中所述限量充装装置包括一用于限位的第二导向 管，设置在该承压腔的底部，与该浮子导杆紧密配合。根据本发明的限量充装装置，其中所述的限量充装装置还设置有一 液体导向挡 板，倾斜设置在该承压腔内，用于导引从该进液口充装到该承压腔的液体。根据本发明的限量充装装置，其中所述液体导向挡板上端与所述承压腔内顶板固 接，所述液体导向挡板下端利用突出的多个支架与所述承压腔的侧壁面固接。根据本发明的限量充装装置，其中所述多个突出支架在所述液体导向挡板下端的 外缘上均布。根据本发明的限量充装装置，其中所述限量充装装置还设置有一带导向的泄液 板，包括一底板，设置有用于限位的第三导向管，其与该浮子导杆紧密配合；一侧壁，固定在 该承压腔；和若干泄液孔。根据本发明的限量充装装置，其中所述若干泄液孔在所述侧壁上均布。根据本发明的限量充装装置，其中所述止流块与所述出液口相匹配的密封面为锥 面或者柱面。根据本发明的限量充装装置，其中所述进液口设置在所述承压腔的顶部或侧部。本发明还提供一种具有上述限量充装装置的低温液体容器，该低温液体容器包括 充液管，所述低温液体容器中设有一限量充装装置，所述限量充装装置包括一承压腔，具有 一与该充液管连同的进液口和一位于顶部的出液口 ；一浮子装置，包括一浮子，和一位于该 浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被 限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，用于封堵该出液口。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述限量充装装置包括一用于限位的第一 导向管，固接于所述承压腔的顶部上，与所述浮子导杆紧密配合。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述第一导向管具有若干出液孔。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述限量充装装置包括一用于限位的第二 导向管，设置在该承压腔的底部，与该浮子导杆紧密配合。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述的限量充装装置还设置有一液体导向 挡板，倾斜设置在该承压腔内，用于导引从该进液口充装到该承压腔的液体。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述液体导向挡板上端与所述承压腔内顶 板固接，所述液体导向挡板下端利用突出的多个支架与所述承压腔的侧壁面固接。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述多个突出支架在所述液体导向挡板下 端的外缘上均布。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述限量充装装置还设置有一带导向的泄 液板，包括一底板，设置有用于限位的第三导向管，其与该浮子导杆紧密配合；一侧壁，固定 在该承压腔；和若干泄液孔。
根据本发明提供的低温液体容器，其中所述若干泄液孔在所述侧壁上均布。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述止流块与所述出液口相匹配的密封面 为锥面或者柱面。根据本发明提供的低温液体容器，其中所述进液口设置在所述承压腔的顶部或侧 部。本发明还提供一种利用上述低温液体容器进行充装低温液体的限量充装方法，包 括提供一承压腔，一进液口和一位于顶部的出液口，以使充装到该承压腔的低温液体从顶 部喷出；提供一浮子装置，其包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯 穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆 固定，当不断冲入的低温液体达到预定的高度时，上浮的浮子推动该止流块封堵该出液口。本发明通过在低温液体容器中设一限量充装装置，该限量充装装置包括一承压 腔，承压腔上设有进液口和出液口，低温液体可通过进液口充入到承压腔，通过出液口进入 到低温液体容器，所述限量充装装置还包括一浮子装置，该浮子装置包括浮子导杆和固接 于浮子导杆底部的浮子，浮子导杆贯穿整个承压腔，并从出液口穿出，所述浮子装置可以上 下浮动，浮子导杆还连接有一止流块，该止流块被限定在承压腔内，当低温液体容器不断充 入低温液体容器时，所述止流块随着浮子装置一同竖直向上运动，当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，止流块堵塞出液口，使得承压腔和充液管内 的蒸汽压力迅速上升，充装源头感应到较大压差时会切断供应。借此，对低温介质的充装， 可以实现无排放远程充装，即节能环保，又增加了充装的安全可靠性，充装速度较快，更加 人性化。
图1是现有技术的低温液体容器的示意图；图2所示为采用限量充装装置的低温液体容器充装示意图；图3是本发明提供的限量充装装置的结构图；图4A是图3中所示第一导向管的外部视图；图4B是图4A所示第一导向管的纵向剖视图；图5A是图3中所示液体导向挡板的外部视图；图5B是沿图5A中A-A线的剖视图；图6A是图3中所示带导向的泄液板的纵向剖视图；图6B是沿图6A中B-B线的剖视图；图7A是本发明提供的低温液体容器的充装初始示意图；图7B是本发明提供的低温液体容器的充装结束示意图。
具体实施例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所示为采用限量充装装置40的低温液体容器50充装示意图。低温液体容器50包括一充液管1和设置于低温液体容器50内的限量充装装置40。充液管1 一端插入限量充装装置40，另一端接充装源头。充装开始后，充装源头将一定压力的低温液体通过充液 管1注入，然后通过限量充装装置40再进入到低温液体容器50。在充装过程中，排气阀20 和测满阀30均处于关闭状态，从而在充装过程中不会有低温液体的外漏，即节约了能源， 又保护了环境。图3是本发明提供的限量充装装置的结构图。所述限量充装装置40设置于低温 液体容器50中，限量充装装置40包括浮子导杆2、第一导向管3、出液口 4、液体导向挡板 5、承压腔6、止流块7、第二导向管8、带导向的泄液板9和浮子10。承压腔6设一进液口，该进液口可以设置在承压腔6的顶部或侧部，且承压腔6的 顶部设一出液口 4。低温液体容器50的充液管1 一端通过承压腔6的进液口与所述承压腔 6连接，另一端外连接一充装源头，以此来进行充装低温液体；浮子导杆2固接于浮子10的 顶部，且该浮子导杆2贯穿于整个承压腔6，并从承压腔6的出液口 4穿出。结合图4A和图 4B，第一导向管3和承压腔6同轴，固接于承压腔6的顶部。第一导向管3上设有一通孔31 和管壁32，浮子导杆2穿过通孔31与第一导向管3紧密配合，以限位其顶部。从出液口排 出的低温液体将从导向官3的缺口 33流出并充装到罐体中。第二导向管8和承压腔6同轴设置，固接于承压腔6的底部，与浮子导杆2紧密配 合，以限位其中段。止流块7固接于浮子导杆2的中段的预定部位并被限定在承压腔6之 内。浮子10与浮子导杆2同轴且固接于浮子导杆2的底部并位于承压腔6之外。该浮子 10随着低温液体容器50中的液位的升高而最终被浮力推动，这样，止流块7也会随之上浮。 所述低温液体容器50中的低温液体液位等于或者高于预定的充满液位时，止流块7堵塞出 液口 2，使得承压腔6和充液管1内的蒸汽压力迅速上升，充装源头感应到较大压差时会切 断供应。较佳的是，承压腔6内设一倾斜的液体导向挡板5，该液体导向挡板5的上端52与 承压腔6的顶部固接，下端设有突出的支架51，参见图5A和5B。所述支架51在液体导向 挡板5的下端的边缘上均勻分布，液体导向挡板5通过均勻分布的支架51与承压腔6的侧 壁固接。借此，液体导向挡板5的下边缘与承压腔6的侧壁有一定的空隙G。在本发明提供 的一个实施例中，一定量的较大压力的低温液体注入压腔6后先经过液体导向挡板5的缓 冲，然后再通过所述的空隙G进入承压腔6，这样注入的低温液体不会对承压腔产生冲击影 响，从而提高了承压腔的使用寿命。由于承压腔6在充装液体过程中需要承受很大的压力，所以承压腔6的各腔壁有 较大的厚度，腔壁厚度由其本身在充装液体过程中所受的压强决定，具体厚度尺寸可以通 过强度的计算得出。参见图6A和6B，限量充装装置40还同轴设有一带导向的泄液板9，该带导向的泄 液板9包括侧壁91和底板92，侧壁91上设有若干均勻分布的泄液孔94，用以使得第二导 向管8和浮子导杆2间隙漏出的液体能够流入低温液体容器50内，从而减少对浮子10上 端的液体冲击压力，借此使浮子10能够不受影响的和浮子导杆2 —起自由的上下运动。底 板92上设有第三导向管93，用于与浮子导杆2紧密配合，以限位其下段。带导向的泄液板 9的侧壁91固定在承压腔6底部，该带导向的泄液板9和承压腔6之间形成一空腔。所述 浮子导杆2依次穿过设于第三导向管93、第二导向管8、出液口 4和第一导向管3中。浮子导杆2、止流块7和浮子10三个部件连成一体，组成一浮动系统，浮动系统在低温液体的充 装过程中可以在竖直方向上自由上下移动。充液管1、第一导向管3、带导向的泄液板9、第 二导向管8、承压腔6、出液口 4和液体导向挡板5连成一体，组成一固定系统。第一导向管 3、第二导向管8和带导向的泄液板9的第三导向管与所述浮子导杆2间均预设有适当的间 隙，这样设置一方面可以减少漏液，另一方面又可以保证浮动系统可以进行自由竖直的上 下运动。在本发明提供的一具体实施例中，低温液体容器50内低温介质液体的液位不断 上升，由浮子导杆2、止流块7和浮子10组成的浮动系统也会不断上升，当充装到一定程度 时，止流块7逐渐进入出液口 4，当低温介质液体在低温液体容器50内的液位达到或高于所 预设液位时，止流块7的封闭面便完全与出液口 4的封闭面接触，止流块7与出液口 4间的 封闭面的接触为无间隙接触，这样便可以保证不会再有低温介质液体通过出液口 4流出。 更好的是，止流块7和出液口 4的封闭面可以根据不同的需要设成柱面或椎面等形状。优选的是，限量充装装置40除浮子10外的各部件均采用不锈钢材料制作，浮子10 的材质为发泡聚氨脂。而低温液体则包括液氧、液氮、液氩以及液化天然气等。所述限量 充装装置40的各部件之间的连接方式为焊接、螺接或者铆接，例如止流块7焊接于浮子导 杆2的中部，浮子10焊接于浮子导杆2的底部等。浮子10为倒置浮筒，实际其形状可以根 据需要设为筒形、球形或立方形等。在装配过程中，止流块7、浮子导杆2和浮子10可以具 有一定的同心度，第一导向管3、第二导向管8和带导向的泄液板9也可具有一定的同心度。更好的是，此限量充装装置40可以根据客户的不同的充装率要求，在安全的情况 下量身定做，并且此限量充装装置可以确保所充入液体的充满率不超过设计规范要求的最 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。由于充装过 程中的充装压力很大，所以充装的速度很快，对于小于2000L左右的低温容器，充装时间通 常为3 20分钟。另外，限位充装装置的体积小，结构可靠，可以反复多次使用，且不会对 容器的容积造成影响。本发明相应的提供一种具有限量充装装置40的低温液体容器，其包括充液管1， 并内设一限量充装装置40，低温液体容器50的充液管1 一端通过承压腔6的进液口与承压 腔6相连接，一端外接充装源头。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图7A和图7B分别示出了用本发明提供的低温液体容器50进行充装的开始和结 束时的状态。根据图7A，通过精确计算设置限量充装装置40在低温液体容器50内部的位 置。充液管1的一端贯穿设于限量充装装置40的承压腔6上，充液管1的另一端外连接一 充装源头。充装开始，一定压力的过冷液体通过充液管1不断注入，注入的液体通过液体导 向挡板5的缓冲进入到承压腔6内，液体导向挡板5的缓冲可以让注入的液体不会对浮子 导杆2产生冲击影响，从而不会影响浮动系统的运动。注入到承压腔6内的过冷液体再依 次通过出液口 4、第一导向管3上的出液孔进入到低温液体容器50内，由第二导向管8和 浮子导杆2间隙漏出的液体则通过带导向的泄液板9上的泄液孔94流入到低温液体容器 50内。喷入低温液体容器50中的过冷液体对低温液体容器50上部的低温蒸汽进行再次冷 却，低温蒸汽变成低温液体落入低温液体容器50低部，从而降低低温液体容器50内的蒸汽压力，进而可以保证充装源头和容器内的压差，从而可以维持继续充装而不用打开排气阀 排出部分低温蒸汽。借此，充装过程即节省了资源又保护了环境。在不断注入液体的过程中，低温液体容器50内的液位不断上升，浮子10不断向上 浮起，随着浮子10的上浮，止流块7也随着连在浮子10上的浮子导杆2竖直向上运动，当 浮子10上升到所设定的液位时，如图7B所示，止流块7进入到出液口 4内并堵住出液口 4 的管口，此时承压腔6内的液体无法通过出液口 4喷入容器内，从而无法冷却低温液体容 器50上部的低温蒸汽，低温液体容器50内蒸汽压力不会降低，此时由于低温液体气化非常 快，使得承压腔6和充液管1内的蒸汽压力迅速上升，从而产生多达2 5kg的压差。所述 充装源头处设有气压泵，止流块7堵塞出液口 4时，低温液体容器50中的压力上升，所述气 压泵通过充液管1感应到预定压差后自动关闭所述充装源头的充装阀门以自动切断供应， 从而实现限位无损充装。本发明相应的提供一利用上述低温液体容器进行充装的方法如下第一、提供一承压腔，一进液口和一位于顶部的出液口，以使充装到该承压腔的低 温液体从顶部喷出；第二、提供一浮子装置，其包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子 导杆贯穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮 子导杆固定，当不断冲入的低温液体达到预定的高度时，上浮的浮子推动该止流块封堵该 出液口。综上所述，本发明通过在低温液体容器中设一限量充装装置，该限量充装装置包 括一承压腔，承压腔上设有进液口和出液口，低温液体可通过进液口充入到承压腔，通过出 液口进入到低温液体容器，所述限量充装装置还包括一浮子装置，该浮子装置包括浮子导 杆和固接于浮子导杆底部的浮子，浮子导杆贯穿整个承压腔，并从出液口穿出，所述浮子装 置可以上下浮动，浮子导杆还连接有一止流块，该止流块被限定在承压腔内，当低温液体容 器不断充入低温液体容器时，所述止流块随着浮子装置一同竖直向上运动，当低温液体容 器中的低温液体液位等于或者高于预定的充满液位时，止流块堵塞出液口，使得承压腔和 充液管内的蒸汽压力迅速上升，充装源头感应到较大压差时会切断供应。借此，对低温介质 的充装，可以实现无排放远程充装，即节能环保，又增加了充装的安全可靠性，充装速度较 快，更加人性化。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。
权利要求
一种低温液体容器的限量充装装置，其特征在于，所述限量充装装置设置于低温液体容器中，其包括一承压腔，具有一进液口和一位于顶部的出液口；一浮子装置，包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，用于封堵该出液口。
2.根据权利要求1所述的限量充装装置，其特征在于，所述限量充装装置包括一用于 限位的第一导向管，固接于所述承压腔的顶部上，与所述浮子导杆紧密配合。
3.根据权利要求2所述的限量充装装置，其特征在于，所述第一导向管具有若干出液孔。
4.根据权利要求3所述的限量充装装置，其特征在于，所述限量充装装置包括一用于 限位的第二导向管，设置在该承压腔的底部，与该浮子导杆紧密配合。
5.根据上述任一项权利要求所述的限量充装装置，其特征在于，所述的限量充装装置 还设置有一液体导向挡板，倾斜设置在该承压腔内，用于导引从该进液口充装到该承压腔 的液体。
6.根据权利要求5所述的限量充装装置，其特征在于，所述液体导向挡板上端与所述 承压腔内顶板固接，所述液体导向挡板下端利用突出的多个支架与所述承压腔的侧壁面固接。
7.根据权利要求6所述的限量充装装置，其特征在于，所述多个突出支架在所述液体 导向挡板下端的外缘上均布。
8.根据上述任一项权利要求所述的限量充装装置，其特征在于，所述限量充装装置还 设置有一带导向的泄液板，包括一底板，设置有用于限位的第三导向管，其与该浮子导杆紧密配合； 一侧壁，固定在该承压腔；和 若干泄液孔。
9.根据权利要求8所述的限量充装装置，其特征在于，所述若干泄液孔在所述侧壁上 均布。
10.根据权利要求1所述的限量充装装置，其特征在于，所述止流块与所述出液口相匹 配的密封面为锥面或者柱面。
11.根据权利要求1所述的限量充装装置，其特征在于，所述进液口设置在所述承压腔 的顶部或侧部。
12.一种低温液体容器，包括充液管，其特征在于，所述低温液体容器中设有一限量充 装装置，所述限量充装装置包括一承压腔，具有一与该充液管连同的进液口和一位于顶部的出液口 ； 一浮子装置，包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整个承压 腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，用于封堵该出液口。
13.根据权利要求12所述的低温液体容器，其特征在于，所述限量充装装置包括一用 于限位的第一导向管，固接于所述承压腔的顶部上，与所述浮子导杆紧密配合。
14.根据权利要求13所述的低温液体容器，其特征在于，所述第一导向管具有若干出 液孔。
15.根据权利要求14所述的低温液体容器，其特征在于，所述限量充装装置包括一用 于限位的第二导向管，设置在该承压腔的底部，与该浮子导杆紧密配合。
16.根据上述任一项权利要求所述的低温液体容器，其特征在于，所述的限量充装装置 还设置有一液体导向挡板，倾斜设置在该承压腔内，用于导引从该进液口 充装到该承压腔 的液体。
17.根据权利要求16所述的低温液体容器，其特征在于，所述液体导向挡板上端与所 述承压腔内顶板固接，所述液体导向挡板下端利用突出的多个支架与所述承压腔的侧壁面 固接。
18.根据权利要求17所述的低温液体容器，其特征在于，所述多个突出支架在所述液 体导向挡板下端的外缘上均布。
19.根据上述任一项权利要求所述的低温液体容器，其特征在于，所述限量充装装置还 设置有一带导向的泄液板，包括一底板，设置有用于限位的第三导向管，其与该浮子导杆紧密配合；一侧壁，固定在该承压腔；和若干泄液孔。
20.根据权利要求19所述的低温液体容器，其特征在于，所述若干泄液孔在所述侧壁 上均布。
21.根据权利要求12所述的低温液体容器，其特征在于，所述止流块与所述出液口相 匹配的密封面为锥面或者柱面。
22.根据权利要求12所述的低温液体容器，其特征在于，所述进液口设置在所述承压 腔的顶部或侧部。
23.一种用于如权利要求12的低温液体容器的限量充装方法，其特征在于，提供一承压腔，其包括一进液口和一位于顶部的出液口口，以使充装到该承压腔的低 温液体从顶部喷出；提供一浮子装置，其包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整 个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，当不断冲入的低温液体达到预 定的高度时，上浮的浮子推动该止流块封堵该出液口口。
全文摘要
本发明公开了一种低温液体容器的限量充装装置，所述限量充装装置设置于低温液体容器中，包括一承压腔，具有一进液口和一位于顶部的出液口；一浮子装置，包括一浮子，和一位于该浮子顶部的浮子导杆，该浮子导杆贯穿整个承压腔，并从该出液口穿出；以及一止流块，被限定在该承压腔内，并与该浮子导杆固定，用于封堵该出液口。相应的，本发明提供一种具有上述装置的低温液体容器。借此，对低温介质的充装，可以实现无排放远程充装，既节能环保，又增加了充装的安全可靠性，并且充装速度较快，更加人性化。
文档编号F17C1/00GK101832466SQ20091007992
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者汪荣顺, 王坤, 蒋平安, 邓明华 申请人:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司;南通中集罐式储运设备制造有限公司