專利名稱：限量充裝裝置以及具有其的低溫容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫容器，特別是涉及一種用于低溫容器的限量充裝裝置和具有其的 低溫容器。
背景技術(shù)：
如液氧、液氮、液氬、液化天然氣(LNG)等的低溫介質(zhì)是工業(yè)上常用的原料。它 們的工作溫度較低，并通常以液態(tài)形式存儲在低溫容器內(nèi)。例如，液氮的工作溫度通常 在-196°C左右。在將液化了的低溫介質(zhì)從充裝源充入容器的過程中，介質(zhì)會不斷汽化，導(dǎo)致 容器內(nèi)壓力升高。這會使得容器內(nèi)與充裝源之間的壓差減小甚至消失，導(dǎo)致充裝不能繼續(xù) 進行。另外，容器內(nèi)壓力過高還會形成安全隱患。因此，現(xiàn)在一般采用排放式充裝。如圖1所示，現(xiàn)有的低溫容器1上通常設(shè)有進液 管2、排氣管3。在充裝過程中，一面利用進液管2進行充裝、一面利用排氣管3排掉蒸汽以 降低容器內(nèi)壓力，從而保持容器內(nèi)與充裝源之間的穩(wěn)定的壓差。然而，利用這種方法，一部 分介質(zhì)會以蒸汽的形式排放掉。實際上，存儲在低溫容器內(nèi)的低溫介質(zhì)通常是氣液平衡狀態(tài)。因此，在充裝時需要 控制容器內(nèi)液體的充滿率。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常在容器1上設(shè)置一測滿管4。在充裝過程中 測滿管4打開，當(dāng)其中有液體流出時即表明容器已經(jīng)達到設(shè)計的充滿率。這時，需要人工關(guān) 閉充裝源的閥門以及容器上各管的閥門，以停止充裝。然而，利用這種方法，一部分介質(zhì)會 以液體的形式被排放掉。低溫介質(zhì)是經(jīng)過復(fù)雜的工藝過程并花費大量的附加能源和費用而獲得的。在現(xiàn)有 的容器充液方式中，從排氣管3和測滿管4排出的介質(zhì)會不可避免地被浪費掉，這不僅容易 污染環(huán)境還會造成資源浪費，另外如果處理不當(dāng)還會形成安全隱患。如何避免充裝過程中 介質(zhì)的浪費是一個急待解決的問題。另外，現(xiàn)有充液方式需要工作人員集中注意力，及時打開和關(guān)閉相應(yīng)管路的閥門。 例如，如果在充裝時忘記打開測滿閥4，可能造成容器內(nèi)的液體超過安全液位，從而引起憋 壓、炸罐等危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于低溫容器的限量充裝裝置，以在低 溫介質(zhì)充裝到指定容積后自動停止向低溫容器內(nèi)的充裝工作。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題在于，提供一種低溫容器，以避免充裝過程中的 介質(zhì)浪費。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于低溫容器的限量充裝裝置，所述限量充 裝裝置設(shè)置在低溫容器內(nèi)，并與低溫容器上設(shè)置的用于充裝低溫介質(zhì)的進液管相連接。該 限量充裝裝置包括閥體，具有一封閉的內(nèi)腔以及設(shè)置在閥體上的進液口和設(shè)置在閥體頂 壁上的出液口，其中該進液口與該進液管相連通，該出液口與該低溫容器的內(nèi)部相連通；止流件，位于該閥體內(nèi)腔中并具有預(yù)定重量，用于封閉該閥體的出液口 ；浮子，位于該閥體外、 并能隨該低溫容器內(nèi)低溫介質(zhì)液位的高低而上下移動；以及連接件，穿過該閥體的出液口 并固定連接該止流件與該浮子，其中，該出液口的內(nèi)徑大于該連接件的直徑一預(yù)定尺寸。
優(yōu)選地，所述限量充裝裝置還包括設(shè)置在該閥體的出液口與該浮子之間的擾流 板，其中該擾流板上設(shè)有供該連接件穿過的通孔，該通孔的內(nèi)徑與該連接件的直徑相當(dāng)。
優(yōu)選地，該擾流板為朝向浮子方向凸出的曲面形狀。優(yōu)選地，該擾流板為球冠形狀。優(yōu)選地，該擾流板相對于該閥體出液口的位置固定。優(yōu)選地，該擾流板被固定到該進液管。優(yōu)選地，還包括固定連接在該閥體與該低溫容器內(nèi)壁之間的一個或多個固定連接 件。優(yōu)選地，該擾流板被固定到該固定連接件上。優(yōu)選地，該閥體頂壁的內(nèi)表面被設(shè)置成與該止流件的外形輪廓相匹配的凹面。優(yōu)選地，該止流件為球體形狀。優(yōu)選地，該進液口設(shè)置在該閥體的側(cè)壁上。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種存儲低溫介質(zhì)的低溫容器，其上設(shè)有用于 充裝該低溫介質(zhì)的進液管。在該低溫容器內(nèi)還設(shè)有如上所述的限量充裝裝置。其中，當(dāng)該低 溫容器內(nèi)的低溫介質(zhì)到達指定液位時，該浮子上浮并使得該止流件封閉該閥體的出液口。優(yōu)選地，所述限量充裝裝置位于靠近該低溫容器上部的位置。利用本發(fā)明，可以在無需排放容器內(nèi)介質(zhì)的情況下對容器進行充裝，從而實現(xiàn)了 無損充裝，避免了資源浪費，降低了成本，同時有利于環(huán)境保護。通過計算確定限量充裝裝 置的安裝位置，可以準(zhǔn)確地控制充入低溫容器的液體量，從而杜絕了現(xiàn)有技術(shù)中可能存在 的過充現(xiàn)象和過壓危險(如炸罐)。在對本發(fā)明的低溫容器充裝介質(zhì)時，可以無需開啟排放 管和測滿管的閥門；甚至可以無需在容器上設(shè)置現(xiàn)有技術(shù)中的排放管和/或測滿管。本發(fā) 明的限位充裝裝置可以實際需要具體設(shè)計，從而能夠滿足客戶不同的充裝率要求。另外，本 發(fā)明的限位充裝裝置結(jié)構(gòu)小巧，因而基本上不會對容器的承載容積造成影響。下面結(jié)合附圖和詳細實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。


圖1為現(xiàn)有低溫容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)有限量充裝裝置的低溫容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中限量充裝裝置的結(jié)構(gòu)圖，其中出液口處于打開狀態(tài)；以及圖4為與圖3類似的視圖，其中出液口處于封閉狀態(tài)。
具體實施例方式圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的低溫容器10，容器上設(shè)有用于向容器10的內(nèi)腔11充裝 低溫介質(zhì)的進液管12。在容器10內(nèi)，還設(shè)有與進液管12相連的限量充裝裝置20。如圖3、圖4所示，限量充裝裝置20包括一閥體21。閥體21具有由側(cè)壁211、頂壁 212和底壁213包圍的中空的封閉內(nèi)腔214。在閥體21上，例如其側(cè)壁211上，設(shè)有與進液管12相連通的進液口 215 ；并且在其頂壁212上設(shè)有與容器10的內(nèi)腔11相連通的出液口 216，從而使得該封閉的閥體內(nèi)腔214通過進液口 215和出液口 216分別與進液管12和容 器內(nèi)腔11相連通。這樣，來自進液管12的低溫介質(zhì)只能先經(jīng)由進液口 215進入閥體內(nèi)腔 214，然后再經(jīng)由出液口 216進入容器內(nèi)腔11。圖3中的箭頭具體示出了介質(zhì)從進液管12 到容器內(nèi)腔11中的流向。當(dāng)然，進液口 215也可以設(shè)置在閥體21的其它位置，如設(shè)置在頂 壁212上的與出液口 216相偏離的位置 上(未示出)。在閥體的內(nèi)腔214中設(shè)置有與出液 口 216相配合的止流件22。在閥體外設(shè)置有浮子23。一連接件24穿過出液口 216、并將止 流件22和浮子23固定連接到一起。其中，出液口 216的內(nèi)徑被設(shè)置為大于連接件24的直 徑一預(yù)定尺寸，以使得低溫介質(zhì)能經(jīng)由出液口 216順利地離開閥體內(nèi)腔214。需要說明的 是，由于繪圖的原因，在圖3和圖4中連接件24的尺寸被縮小。連接件24可以是剛性的連 接桿，也可以是柔性的連接索。止流件22具有預(yù)定的重量，使其不會在低溫介質(zhì)中浮起。這樣，即使在閥體內(nèi)腔 214中充滿低溫介質(zhì)的情況下，止流件22依然保持在閥體內(nèi)腔的底部，如圖3所示，而不會 影響與位于頂壁212上的出液口 216。浮子23被設(shè)置為能夠在低溫介質(zhì)中浮起，從而會隨 著容器內(nèi)低溫介質(zhì)液位的高低而上下移動。適當(dāng)設(shè)計止流件22、浮子23和連接件24的結(jié) 構(gòu)和尺寸，使得當(dāng)容器內(nèi)的介質(zhì)到達預(yù)定液位時，浮子23可帶動連接件24和止流件22 — 起浮起并使得止流件22堵住出液口 216，如圖4所示，從而切斷了從閥體21向容器10的介 質(zhì)供應(yīng)。當(dāng)閥體出液口 216被封閉后，進液管12以及閥體內(nèi)腔214中的壓力會迅速上升。 在檢測到這種壓力變化后，用于提供低溫介質(zhì)的充裝源會自動停止對該容器的充裝工作。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，止流件22可以被設(shè)置成球體形狀。閥體頂壁212的內(nèi) 表面可以被設(shè)置為與止流件22的外形輪廓相匹配的形狀，例如錐形凹面217 (見圖3)，以更 好地實現(xiàn)止流件22對出液口 216的密封。當(dāng)然，止流件22也可以被設(shè)置成其它合適和形 狀，如圓柱體形狀、板狀等。浮子23可以為空心球體、空心柱體、或者其它適合的形狀。由于浮子23位于出液口 216的正上方，因而從出液口 216中噴出的低溫介質(zhì)會對 浮子23造成沖擊。沖擊可能在容器10內(nèi)的液位未到達預(yù)定液位時造成浮子23上移，并使 得止流件22上移，形成誤動作。為了解決這個問題，優(yōu)選地，可以在出液口 216與浮子23之 間設(shè)置一擾流板25。擾流板25上設(shè)有供連接件24穿過的通孔，該通孔的內(nèi)徑與連接件24 的直徑相當(dāng)，以盡可能地減小離開出液口 216的低溫介質(zhì)流對浮子23的影響。這樣，從出液 口 216噴出的具有較快流速和較高壓力的低溫液體中的絕大部分會首先噴到擾流板25的 下表面上，然后向下濺落到容器中，從而不會影響浮子23的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，擾流板25可 以設(shè)置為朝向或背向浮子23方向凸出的曲面形狀，如球冠形狀或拋物面形狀等。優(yōu)選地， 可以將擾流板25固定到進液管12上(見圖3)或直接固定到閥體21上，使其與出液口 216 保持預(yù)定距離。優(yōu)選地，本發(fā)明的限量充裝裝置20還包括一個或多個固定連接件27，固定連接件 27的一端固定到閥體23而另一端固定到低溫容器的內(nèi)壁，例如焊接到內(nèi)壁的封頭和/或筒 體上，以改善進液管12與閥體21之間的受力狀況。根據(jù)實際需要，固定連接件27可以被 設(shè)置成任意合適的結(jié)構(gòu)和形狀。優(yōu)選地，固定連接件27和進液管12可以相對于閥體均布 或?qū)ΨQ設(shè)置。擾流板25可以進一步固定到固定連接件27上。當(dāng)然，擾流板25也可以僅固 定到固定連接件27。
優(yōu)選地，限量充裝裝置20的各個部件，如閥體21、止流件22、浮子23、連接件24、 擾流板25和/或固定連接件27等，均由不銹鋼等低溫材料制成。接下來，具體說明利用本發(fā)明的限量充裝裝置20向低溫容器10充裝低溫介質(zhì)的 過程。在充裝過程的開始，止流件22由于重力的作用位于閥體內(nèi)腔214的底部。充裝源 (未示出)中的液態(tài)低溫介質(zhì)首先從進液管12和進液口 215進入閥體內(nèi)腔214，再經(jīng)由出 液口 216進入容器內(nèi)腔11。通常，充裝源中的低溫介質(zhì)具有比待充裝的容器內(nèi)更大的壓力 和更低的溫度。因此，剛從出液口 216噴出的介質(zhì)也具有較低的溫度。優(yōu)選地，將限量充裝 裝置20設(shè)置在靠近容器上部的位置，從而能夠利用這些剛噴出的介質(zhì)冷卻聚集在容器上 部的介質(zhì)蒸汽，甚至使其重新液化。這樣，容器10內(nèi)的壓力即可得到有效降低，而無需再利 用排氣管將蒸汽排出，避免了浪費。適當(dāng)設(shè)置擾流板25的形狀，可以優(yōu)化從出液口 216噴 出的介質(zhì)的灑落范圍，以更好地對介質(zhì)蒸汽進行冷卻。隨著容器10內(nèi)液位的上升，液體介質(zhì)對浮子23產(chǎn)生浮力并浮力逐漸增大，從而使 得浮子23帶動連接件24和止流件22 —起上移。當(dāng)容器內(nèi)的液體介質(zhì)到達預(yù)先設(shè)定的指定 液位時，浮子23恰好上浮到使得止流件22到達閥體內(nèi)腔214的頂部并封閉住出液口 216， 如圖4所示。這時，從進液管12進入閥體內(nèi)腔214的介質(zhì)不能再進入容器10的內(nèi)腔。這 樣，在充裝過程中，無需利用測滿管檢測容器內(nèi)液體介質(zhì)的容量，從而也不會造成介質(zhì)的浪 費。通常，低溫介質(zhì)的汽化速度非?？?。當(dāng)閥體的出液口 216被封閉后，進液管12和 閥體內(nèi)腔214中的壓力會迅速上升，如可在1秒內(nèi)壓力升高2 5bar。而介質(zhì)的流量迅速 下降，甚至為零。設(shè)置在充裝管路中的壓力計或流量計在檢測這種壓力或流量的突然變化 后，會向為充裝源提供動力的充裝泵(未示出)發(fā)送切斷信號。充裝泵在接收到該切斷信 號后即停止工作。這樣，就實現(xiàn)了整個充裝過程的自動停止。當(dāng)然，也可以通過其他信號來 實現(xiàn)充裝的自動停止。需要注意的是，由于本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)充裝自動停止，因而充裝源可以 設(shè)置在遠離待充裝容器的位置，從而提高了充裝過程的安全性。現(xiàn)有技術(shù)的容器中沒有過充保護裝置，以較高的壓力充裝很容易導(dǎo)致容器過充的 危險。另外，現(xiàn)有的充裝方式，在充裝的同時需要進行放氣，而且從觀測到測滿管流出液體 到關(guān)閉閥門也需要經(jīng)過一定的時間，因而采用過高的壓力進行充裝是不經(jīng)濟的。而本發(fā)明 的限位充裝裝置的低溫容器的能夠在充裝到達指定液位后立即停止充裝操作，從而避免了 過充現(xiàn)象。因而，本發(fā)明的容器能夠以較高的壓力進行充裝，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速充裝。例如， 對于小于2000L左右的低溫容器，充裝時間通常為3 20分鐘。利用本發(fā)明，可以在無需排放容器內(nèi)介質(zhì)的情況下對容器進行充裝，S卩，可實現(xiàn)無 損充裝。因而，在充裝介質(zhì)時可以將容器上的排氣管和測滿管全部關(guān)閉。甚至，無需在容器 上設(shè)置排氣管和/或測滿管。應(yīng)當(dāng)指出，雖然通過上述實施方式對本發(fā)明進行了描述，然而本發(fā)明還可有其它 多種實施方式。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以對 本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求及 其等效物所保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于低溫容器的限量充裝裝置，該低溫容器上設(shè)有用于充裝低溫介質(zhì)的進液管，其特征在于，所述限量充裝裝置設(shè)置在低溫容器內(nèi)并與該進液管相連接，該限量充裝裝置包括閥體，具有一封閉的內(nèi)腔以及設(shè)置在閥體上的進液口和設(shè)置在閥體頂壁上的出液口，其中該進液口與該進液管相連通，該出液口與該低溫容器的內(nèi)部相連通；止流件，位于該閥體內(nèi)腔中并具有預(yù)定重量，用于封閉該閥體的出液口；浮子，位于該閥體外、并能隨該低溫容器內(nèi)低溫介質(zhì)液位的高低而上下移動；以及連接件，穿過該閥體的出液口并固定連接該止流件與該浮子，其中，該出液口的內(nèi)徑大于該連接件的直徑一預(yù)定尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限量充裝裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在該閥體的出液口 與該浮子之間的擾流板，其中該擾流板上設(shè)有供該連接件穿過的通孔，該通孔的內(nèi)徑與該 連接件的直徑相當(dāng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的限量充裝裝置，其特征在于，該擾流板為朝向或背向浮子方 向凸出的曲面形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的限量充裝裝置，其特征在于，該擾流板為球冠形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的限量充裝裝置，其特征在于，該擾流板相對于該閥體出液口 的位置固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的限量充裝裝置，其特征在于，該擾流板被固定到該進液管。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的限量充裝裝置，其特征在于，還包括固定連接在該閥體與該 低溫容器內(nèi)壁之間的一個或多個固定連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的限量充裝裝置，其特征在于，該擾流板被固定到該固定連接 件上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限量充裝裝置，其特征在于，該閥體頂壁的內(nèi)表面被設(shè)置成 與該止流件的外形輪廓相匹配的凹面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的限量充裝裝置，其特征在于，該止流件為球體形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限量充裝裝置，其特征在于，該進液口設(shè)置在該閥體的側(cè)壁上。
12.—種存儲低溫介質(zhì)的低溫容器，其上設(shè)有用于充裝該低溫介質(zhì)的進液管，其特征在 于，在該低溫容器內(nèi)還設(shè)有如權(quán)利要求1 11中任一項所述的限量充裝裝置，其中，當(dāng)該低 溫容器內(nèi)的低溫介質(zhì)到達指定液位時，該浮子上浮并使得該止流件封閉該閥體的出液口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的低溫容器，其特征在于，所述限量充裝裝置位于靠近該低 溫容器上部的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種限量充裝裝置以及一種具有該限量充裝裝置的低溫容器。限量充裝裝置包括閥體，具有一封閉的內(nèi)腔以及設(shè)置在閥體上的進液口和設(shè)置在閥體頂壁上的出液口，其中進液口與進液管相連通，出液口與低溫容器的內(nèi)部相連通；止流件，位于閥體內(nèi)腔中并具有預(yù)定重量，用于封閉閥體的出液口；浮子，位于閥體外、并能隨低溫容器內(nèi)低溫介質(zhì)液位的高低而上下移動；以及連接件，穿過閥體的出液口并固定連接止流件與浮子，其中，出液口的內(nèi)徑大于連接件的直徑一預(yù)定尺寸。利用本發(fā)明，可以在無需排放容器內(nèi)介質(zhì)的情況下對容器進行充裝，從而實現(xiàn)了無損充裝，避免了資源浪費，降低了成本，同時有利于環(huán)境保護。
文檔編號F17C13/04GK101886738SQ20091008401
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者呂國權(quán), 王坤, 蔣平安, 鄧明華 申請人:南通中集罐式儲運設(shè)備制造有限公司;中國國際海運集裝箱(集團)股份有限公司