一种LNG瓶限充装置
技术领域
本发明涉及LNG气瓶技术领域，尤其是涉及一种LNG瓶限充装置。
背景技术
汽车用LNG气瓶用于储存低温液化气体(LNG)的特种气瓶，主要用于重卡天然气汽车，替代传统的燃油车，其液化天然气(LNG)具储存形式有特殊性。
设计依据主要为TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》，车用液化天然气焊接绝热气瓶(执行标准GB/T 34510《汽车用液化天然气气瓶》)两个标准以及生产气瓶企业的企业标准，其中对气瓶的充装率都有明确的规定以及要求的型式试验。
车用LNG气瓶具有双层结构，其夹层具有高真空状态，防止LNG液体与外界进行对流导热；但其通过内胆支撑的传热以及夹层的热辐射都会对气瓶的内胆进行加热；使其气瓶中的LNG液体气化，从而使瓶内压力上升。目前每个LNG 气瓶都在气相空间装有安全排放阀，防止压力过高对LNG气瓶造成损伤；为了确保其安全阀在排放时能够排放的是气体而不是LNG液体，在气瓶结构上进行了专门设计，使气瓶内部在充装介质时能留有足够量的气相空间，由于气相的可压缩性远大于液相，这个预留的气相空间保证了瓶内低温液化气体(液相) 在吸收热量气化时，不至于使瓶内压力上升过快过高。显然这个预留的气相空间容积是否足够，决定了其是否能起到应有的作用，因此目前这种气瓶都按照国家标准的要求在其出厂铭牌上标注了最大充装量，预留气相空间的容积大小就是根据这个最大充装量计算得来的。目前汽车用LNG气瓶都是在其内胆后封头内侧焊接一个防过量充装隔离空间，该隔离空间在底部具有一个小孔与气瓶内胆相连通，当气瓶充装LNG液体时，由于加液速度较快，而隔离空间底部的小孔进液较慢；当LNG气瓶充满时由于气瓶内部和隔离空间存在液位差，从而使得LNG气瓶顶部的液体缓慢流进隔离空间，在LNG气瓶顶部形成了一定的气相空间。但此设计具有一定的局限性：第一在LNG气瓶的残液大于1/2时，其安全空间相应的会减少1/2，对LNG的安全空间影响较大，再次充装时容易造成过量充装，形成安全隐患。第二其隔离空间在加液时处于负压状态，在其焊接不好或充装压力差过大时容易造成其隔离空间受到外压影响而形成弹性失稳使其安全空间时效。第三焊接量较大，组装较为严格以及质量较重给生产带来很大的局限性。
发明内容
为改善原有的设计方式减少安全隐患，使其对充装过程中的充装精度更加准确，以及减少生产过程中带来的复杂工序，本发明采用如下技术方案：一种LNG瓶限充装置，包括：
三通阀件，所述三通阀件设置有第一口部、第二口部和第三口部，所述第一口部与所述第二口部分别位于所述三通阀件的两侧，所述第三口部设置在所述三通阀件的下部；
进液管，连接所述第一口部与所述三通阀件连通；
竖直管，连接所述第三口部与所述三通阀件连通，其内部设置有限位机构；
浮球，设置在所述竖直管内腔，位于所述限位机构的上方，可在液体浮力作用下在竖直管内上下浮动，其直径不小于所述三通阀件的水平方向的内径。
优选的，所述限位机构为销子。
优选的，所述竖直管的侧壁设置有若干通孔，位于所述限位机构的下方。
优选的，所述浮球数量为两个，分别为上浮球和下浮球。
进一步的，所述下浮球的直径等于所述上浮球的直径。
本发明的优点在于，当气瓶内液面高于进液管时浮球由于浮力作用处于三通阀件的顶部，由于充装压力的作用使浮球紧密贴合三通阀件内的锥形面上形成阀件关闭进而达到关闭充液管的作用。当液面低于LNG气瓶安全空间，由于内胆整体处于压力平衡状态，浮球在重力的作用下重新回到竖直管内，进而避免在加液过程中液面高低而影响安全空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的使用状态示意图；
图3为现有技术原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种LNG瓶限充装置，由三通阀件3、进液管2、竖直管7以及浮球机构组成。三通阀件3设置有第一口部31、第二口部32和第三口部33，第一口部31与第二口部32分别位于三通阀件3的两侧，第三口部33设置在三通阀件3的下部；进液管2连接第一口部31与三通阀件3连通。竖直管 7连接第三口部33与三通阀件3连通，其内部设置有限位销子5；浮球机构，分别为上浮球41和下浮球42，设置在竖直管7的内腔，位于限位销子5的上方，可在液体浮力作用下在竖直管7内上下浮动，下浮球42的直径等于上浮球41 的直径。上浮球41的直径不小于三通阀件3的水平方向的内径。竖直管7的侧壁设置有六个通孔6，位于限位销子5的下方。
浮球采用比LNG液化天然气密度小的材料制成；并且要求具有较小的黏粘性及低的摩擦系数；具有耐超低温性能(-200℃-180℃)以及能够承受充装时充液压力对其抗压碎的能力。竖直管采用奥氏体不锈钢加工而成，在其底下开设六个进液孔当液面高于三通阀件时上浮球处于三通阀件的液面顶部；在竖直管的底部采用限位销子计防止浮球掉落。三通阀件采用奥氏体不锈钢加工而成，内腔设计成锥形面。当上浮球由于浮力作用处于浮子套内时由于充装压力的作用使其紧密贴合在锥形面上形成阀件关闭，下浮球由于与竖直管壁间隙较小，此时无法继续对气瓶进行充液，进而达到关闭充液管的作用。当液面低于LNG气瓶1的安全空间，由于内胆整体处于压力平衡状态；上浮球在重力的作用下重新回到竖直管内进而避免在加液过程中液面高低而影响安全空间。采用固定杆8将装置进行固定防止在充液过程中进液管以及由于气瓶内部在充液时液面波晃动而对其测量准确性的影响。
如图3所示，现有传统装置工作原理：在LNG气瓶1内设置一个防过量筒体8，在其底部设置有个小孔9，LNG在加注时瓶内液面上升高度比防过量筒体 8液面快很多。在液面到达顶部时，由于瓶体内压力变大，LNG加液机由于瓶内压力较大“跳抢”停止加液。但由于防过量筒体8的底部小孔9进液速度较小，在跳抢后无法充满防过量内部容积。“跳枪”结束后，由于压力作用瓶体的液面会流向防过量筒体8内，进而在瓶体顶部形成安全空间。
但是上述技术存在一些缺陷：LNG气瓶的整体重量偏大，制作繁杂且使用后影响整车能耗水平；存在安全隐患，传统的防过量在充液时由于防过量装置受到液面的压力，容易失稳；在50％以上充液时由于内部会存在与瓶内液面高度相等的液体，造成在50％以上液面再次充装时很容易失去放过充效果。
本专利不需要设置了传统的防过量装置即内部焊制防过量筒体，减少了整体重量，降低能耗；减少的传统的防过量由于防过量装置受到液面的压力，容易失稳的安全隐患；测量更加精准，制造、安装简单方便节省了人力、焊接等工序。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，对于一些本领域普通技术人员所熟知的技术内容，此处不再赘述，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
