CN1007877B - 化学制品的配制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过配料歧管将各种化学组分进行混合和配料的配料器，该歧管与若干个装有浓缩化学溶液的容器相连。各电磁阀与各化学组分相通，通过有选择地操纵电磁阀使某一时刻只允许一种化学组分通过歧管和泵而与来自普通电磁阀的水混合。本发明还提供冲洗歧管的装置，其中将冲洗口装在与配料歧管出口端相对的一端。在每种化学组分通过歧管一段时间以后，冲洗装置开始运转，以便准确地稀释已配制的化学品，并冲洗该歧管。

Description

化学制品，例如那些用于清洁洗涤之类的化学制品，一般可以若干方式提供。首先，这些化学制品可以把适合于最后使用的配材成分，以浓缩和组合方式提供。这种配料方法的问题在于：适用于不同用途的各混合物的种类繁多;由于在最后使用的任何化学制品中，都有相当大量的水分存在，因而，在储存和装运这些化学制品时需要面对体积和重量都很大的问题。

解决体积和重量问题的一个方法是提供浓缩形式的化学制品，以使最终的用户可以根据需要适当地稀释该溶液，但是，这种方法似乎应注意到这种稀释所带来的问题在于，它难于达到普通洗涤用剂所需的各种合适而准确的稀释度。而太浓或太稀的溶液可能同样是不合适的。

各种混合用的设备在该技术领域中已是公知技术，而且这些设备已概括阐述于美国专利2，955，726，3，251，508，3，951，311，3，960，295和3，268，119中。虽然这些专利所公开的设备在完成其预期目的方面可能有点效果，然而其中没有一篇是适合于最终使用混合多种组分产物而在费用上对最终用户是合理的。特别是，这些专利中没有一篇揭示过本发明的抽放歧管和单级泵的配置方案，也没有一篇指出下文所描述和要求的本发明的其它特征。

显然，上述要求的类似成效已在按每日为基准计的化学加工设备中大规模地实现了。然而，这种机械设备极为昂贵，而且比下文所述的想要使用的设备更为复杂的多。

因此，本发明的一个目的是提供一种能以精确方式混合化学组分的配料装置，所述精确方式对需要与适当的稀释水或其它溶剂相混合的每种组分提供精确的数量，上述水或其它溶剂的量是以所有化学组分为基准计算的。

本发明的另一个目的是提供一种相当紧凑的，并且是可以廉价制造的化学制品混合装置，以便能够适于最后使用的情况。

本发明是为了将各种超浓基本组分流体与冲洗流体混合在一起，以形成最后使用的产品而设计的。其中使用的术语“冲洗流体”概括地定义为包括所有用于稀释各种配料基本组分的流体。例如，下文将要讨论的使用各种清洗流体的具体方案中，水是用于稀释各种液体基本组分的冲洗流体。这种冲洗流体也可以是各种配料组分的混合物，例如，可以是乙醇-水的混合物。

可以看出，在另外一种可能是油性基本成分的应用中，一种液体例如，矿物油精可以是冲洗流体，这种冲洗流体可用于混合和稀释各种油漆颜料，或者是诸如此类的各种组分。显然，术语“基本组分（base）”在这里的含义不是指碱的意思（译者注：在英文中“碱”和“基本组分”是同一个单词“base”，因此有此说明）。

从装满各种基本组分的容器至配料歧管的输送管路最好以直线方式配置。应该认识到，配料歧管也可以采用其它配置方式，例如以环形配置。以电激磁的电磁阀对各化学组分的入口和配料歧管的中心通道之间流体的流通进行控制。将泵连接到中心通道的出口端，而且希望该泵是一种往复簧片泵（oscillating    leaf    spring    pump），该泵将所选择的配料组分抽出，使之通过配料歧管输送到出口歧管，随后将此已计量的配料组分与以公知的固定流速流动的加压水（或其它选用的冲洗流体）进行混合。

将冲洗口和与之相接的电磁阀设置在配料歧管出口端相对的另一端; 而供各种组分用的入料口则位于这两者之间。把接有流量调节的进水电磁阀连接到出口歧管的入口。接到出口歧管上并与其入口相邻的是在接有冲洗口的液流连通管上的冲洗管。该冲洗管上装有单向阀，用以防止液流从配料歧管直接通过冲洗管倒流至出口歧管。

另外一个接到出口歧管的是供冲洗管道用的排放管路，其中装有一个单向阀。该排放管路的一端与大气相通，而该单向阀则只允许气流从大气流入出口歧管。最后，接到出口歧管的是泵的出口。

出口歧管上的排放单向阀有重要的作用。在泵关掉之后，在配料循环的末端，通常有相当大量的流体残留在出口歧管和出料管中。由于这种管路当然是不漏流体的，所以流体会残留下来，结果在下次配料时，流体有可能与不希望有的或是不能共存的成分混合在一起。而单向阀的安装可以在出口歧管压力降低时使空气流入出口歧管和出料管，从而可将其中残留的相当数量的液体排放出去，使得上述不利的混合不会发生。出口歧管中各部件的特定配置是重要的，因为这种配置可使该装置发挥最有效的作用。特别是在冲洗管入口下流设置空气单向排放阀，可使冲洗管能够接受从供水阀出来的流体，而不混有空气。换句话说，进入出口歧管的连续加压的供水始终提供不混有空气的水进入冲洗管，这对于使通过该管的液流能维持适当的流量很重要。在泵出口的上流设置的空气排放阀则有助于这种排放作用。

在供水电磁阀和出口歧管之间也安装有一个单向阀，当水源的水压万一下降时，此阀可以防止液流倒回水源。

装设控制系统，目的在于控制装置中各单元的循环操作，使各组分达到最佳的混合和配料。例如，如果用泵抽吸组分A2秒钟，随后在电磁阀转接之前通过冲洗管供水几秒钟，然后，转接到组分B抽料2秒钟，这种循环操作的装置可使组分A和组分B混合，但是须以适当的方式混合。例如，当组分A和组分B浓度稀时，二者最终是可相溶且可混溶的， 然而在超高浓时，这些组分不容易混溶的情况也并不是罕见的。因此，如果在组分A之后紧接着就加入组分B的话，此二组分的混合物就会在配料歧管和泵中变成例如高粘性凝胶，从而不能对该凝胶进行精确的抽泵。如果先配入组分A，然后在泵入组分B之前先用水冲洗，把各种组分稀释到可以适当地混合的程度，这样一来组分的混合就在泵的下流进行，因此可以准确地进行计量。此外，还应注意，在配料循环期间打开的最后一个电磁阀永远是冲洗用的电磁阀，通过它可用水冲洗配料歧管和泵并起到适当的稀释作用。这种冲洗是配料操作的一部分，并且完全排除了配料循环中任何人工清洗的必要性。

对控制机构还作如下的配置：使配料歧管电磁阀中有一个阀总是打开的，而且每一次只有一个这种电磁阀是打开的。这样一种配置使得配料歧管总是被一种液体或其它液体所充满。这种恒定的装液量使泵可以连续地且以恒定速度运转，因此而使泵送和测量系统具有高的准确性。

本发明的配料装置虽然只公开了化学洗涤剂特定的一个实施方案，但是本发明对其它的任何应用都是适宜的。例如，该装置可以用于制造各种不同化学制品的组合物。本装置的简便使它可适合于最终使用的应用方式，本装置的准确性则扩大了其可能应用的范围。

本发明所述这些以及其它的目的和优点，将通过下面的叙述并结合有关附图予以更充分的说明，附图中的同一个标记符号，是指所有几个视图中相同或类似的部分。

图1是固定在壁上的本发明配料器的透视图。

图2是移去后盖的配料装置的后视图。

图3是配料装置的图示说明。

图4是配料装置控制盘的示图。

图5是本发明所用泵的详细图。

图6是沿图3    6-6线切开的剖面图。

本发明的配料器10以装配在墙12的形态概示于图1中。虽然图中所示的配料器是安装到墙12上的，然而可以确信的是配料器10也可以活动地安装在一个推车上，或者装配为独立式机柜的一部分。为使配料器10接通热水水源14和冷水水源16，可如图所示地分别采用普通的软管18和20相连。在配料器10右边伸出一根配料出口管22。配料管22最好采用清洁的塑料管，因为该配料管可能要插入到最终产品分装用的料罐或瓶内。

用动力线24把配料器10接到普通电源26上。将装有不同基本组分浓缩液的六个料瓶28，即28a-28f放置于配料器10的下方。进料管30a-30f分别伸入浓缩组分的六个料瓶28中，进料管另一端则接入配料器10内，这在下文中将作叙述。下文还会更详细地述及，在客户需要配制特殊组合物时，可以采用任意数量的浓缩成分料瓶28。为了便于讨论，这里仅采用和讨论六种浓缩的基本成分的情况。

将供水用电磁阀32装于配料器10内且接到热水软管18和冷水软管20上。软管18和20分别挂接到水用电磁阀32的热水端32a和冷水端32b上，电磁阀32能按指令打开，并将热和/或冷水通过电磁阀出口32c配送出去。水用电磁阀32装有一个流量控制机构，以便能提供恒定体积的流量而不受入口压力的影响。这种流量控制机构是众所周知的，而爱登公司（Eaton    Corporation）制造的洗涤器式的那些产品可适用此处所需的用途。电磁阀出口32c附接有一个入口水的单向阀34，当水压下降时，此阀可起到防止化学物料倒流入供水管18和20的作用。

与水单向阀34相接的是出口歧管36，具体地说，单向阀34是接到出口歧管的入口端36a上。出口歧管36顶部依次并排有冲洗水出口36b、空气入口36c和化学物料入口36d。配料出口36e接出料管22。冲洗管出口36b接冲洗管38，冲洗管路38中装有一个单向阀40，此阀只允许冲洗液以背离出口歧管36的方向流动，由此而防止不需要的化学物料通过冲洗管38倒流。

配料歧管42概括地示于图2和图3，其剖视图示于图6。在最佳方案中，配料歧管42是由一整块材料做成的。正如图6所示，入口通道44是从配料歧管42的底部向上钻孔而成。中心通道46一般是按歧管42的长度延伸，如图所示。几个电磁阀48装在配料歧管42的顶端，它们分别固定于该歧管顶端的各凹槽50中。凹槽50的凸肩50a成为电磁阀48底缘48a的底座。连接用的通道52使电磁阀底部的凹槽50与中心通道46相通。电磁阀柱塞（即插棒式铁芯或电磁铁）48b从封闭通道52的位置缩回，以使由特别入口通道44选择地流入流体。电磁阀48是装有外柱塞（向外的插棒式铁芯）弹簧的阀，因此，它在常态下能够遮断通过通道52的流体。当通电激磁时，电磁阀柱塞48b缩入，因而可使流体依次地通过入口通道44、凹槽50、通道52和46。柱塞48b的周围是一个环状区54，液流可以通过它流动。

特别是，最佳方案中的电磁阀是Brunswick    Technetics    Predyne    Mini    Series    G。这样的电磁阀响应时间仅有3到5毫秒。在本发明的这种装置中，响应时间实质上是一瞬间，这样一来，泵没有机会吸入空气，所以不能准确地进行泵唧。

配料歧管42的底部备有几个入料口56，它与入口通道44相接，这些入料口用于连接进料软管30a-30f。一个冲洗口58装在配料歧管42上并连有冲洗管38。如下文所详述的，冲洗口58位于配料歧管42的一端，而与冲洗口相对的另一端则是歧管的出口60，为混合化学物料用的各个入料口56则位于冲洗口与歧管出口之间。

泵62连在配料歧管42的出口60上。泵62是吸进型（drawthrough    type）泵，并详细示于图5。泵62有一个入口64，一个机架66和一个泵机座68。正如所示，机座68使泵62从入口64到出口72向上倾斜。这样的斜角有助于阻止泵内吸入或形成气泡。这种气泡会降低测量精度。同样，配料歧管42是通过位于该歧管出口端的歧管托架70而得到支撑的。

泵62的另一端还有一个出口72。泵62内滑动地装配有一个轴向柱塞组合件，柱塞74的两端装有波纹管76和78。柱塞74固定在一个U形弹簧组件80上，其围壁使柱塞74能以往复式作轴向移动。柱塞74内装有一个鸭嘴阀82，同时邻近泵62的出口72装有第二个出口鸭嘴阀84。柱塞74的外围装有一个线圈86，当激磁时，线圈86使柱塞74作轴向往复运动，从而在阀82和84之间导致泵唧作用。泵62的出口72上连有泵输出管88。输出管88后接出口歧管36的化学物料入口36d。

Gorman-Rupp    14825型弹簧片振动泵，若按本发明所述方法进行改进和组装的话，将特别适用于本发明。特别是，经此改进和组装后，此泵在长时间泵唧流体时能够保持优异的准确度，这不是寻常的改变，因为使用其它类型的泵如隔膜泵会发生磨损。这种往复泵的准确性过去之所以未曾为人们所察觉是基于以下的事实，即泵唧体积基本上是随施加于泵的输入电压的不同而改变。用120伏的额定线电压时，泵唧体积的变化高达200%。

有利于提高泵精确度的另一个方法是在配料循环期间保持泵的连续运转。虽然各个电磁阀可以接通或关断，以改换通过该泵的液流，然而泵的连续运转却可避免液流因泵的起动和停泵而造成的体积变化，从而使泵可以恒定的公知的水平运转。

调压器63与泵62相接，该调压器是起调节电压作用的，一般公知的斜波式和消隐脉冲式调压器。特别是，在108伏时调节电压更有效，上述108伏对电源电压能正常达到的线电压来说是最低水平的电压。总是降低电源电压要比试图使一部分电压升高而另一部分降低，而且使该部分降低至108与120伏的某中间值更容易和更为有效。因此，靠调整至108伏电压并卷绕线圈，可以使泵获得很高的精确度，从而使泵的输出变化在全部使用期间都不大于3-5%。

进气管90接到出口歧管36的空气入口36c上。进气管路90中装有一 个进气单向阀92，该阀只让空气按照图3箭头标示的向下方向流入。

当然，图2所示的机架94中装有配料器10的上述各个部件。电路板96装设有一般常规的微处理机电子元件，其控制功能将详述于下面的操作说明中。LED（大电子显示器）板装在机架94上，在膜式开关98上面的各个电钮按动以后即开始LED的指示运行。膜式开关98的详情示于图4。再者膜式开关是众所周知的，所以不属于本发明的目的。盒式记忆存储器102可以插入电路板96，该记忆盘存储器102能为各种化学制品的混合编制程序，而且用它可使大致相同的设备用于多种不同生产领域。最后，当然还要有一个动力源104对上述各个部件提供适当的动力。

下表所列的是在生成最终洗涤产品中所使用的各基本组分的不同比例的实施例。

在实际操作中，本发明的配料器是相当容易使用的。开始时，操作者在膜式开关板98上按“接通”开关，此后选择将使用容器的大小规格，并且按相应的按钮。然后把出料管22置于容器中，并且同时选择所需产品的产品按钮，准备完毕，操作者按“启动”按钮。

当按“启动”按钮时，供水电磁阀32开启，一般情况下使用的是用软管20通过此电磁阀的冷水端32b供给的冷水。如膜式开关板98上可以看到的，当需要热水时，可以按该按钮，从而使电磁阀的热水端32a开启以代替原来的冷水端32b。供水螺线管32在配料操作整个过程的全部时间内都处于开启和运行状态，同时其中的压力可确保为冲洗管38提供水源压力。

另外，当按下“启动”按钮时，泵62启动并且连续运行，直到产品配料的操作循环完成为止。例如，如果选择的产品有三个组分，相应于第一组分的电磁阀将打开，从而使泵62通过软管30抽出瓶28中的组分，使其先后地通过各通道44、54、52和46到出口60，再通过泵62和通过泵出口管88而进入配料歧管36，最后通过出料管22。当第一个化学制品的配给量已经配足时，电磁阀48即关闭，冲洗用的电磁阀则打开，使水流通过整个中心通道46，从而将原先通过的化学品全部冲洗出去。已发现，6秒的冲洗时间一般来说是本发明的最佳冲洗时间。

之后，打开对应于第二个化学制品的电磁阀，同时关上冲洗用的电磁阀，然后，重复上述程序，在第二个化学制品配料完毕以后，冲洗用的电磁阀再次打开，而化学品用的电磁阀则关上，再次冲洗该配料歧管。有些产品需用三种不同的基本组分，若是这种情况，则需再加入第三种化学制品，然后进行冲洗。

当冲洗循环完成时，泵62停转。此刻，供水电磁阀32亦关掉，通常 会有一些液体残留在出口歧管36和出料管22中。此时，由于出口歧管36中没有压力而使进气管90和进气单向阀92开启，从而使空气进入配料歧管，并将上述残留液体排入正在装料的容器中。

在配料循环开始时，最好先将调节冲洗口58的冲洗用电磁阀48打开，以便在任何组分的电磁阀打开之前，可以稍微冲洗一下。这使得水在起动泵的期间配入，从而使泵唧精确度不是最好。在泵已经起动并达到其稳定运转水平以后不久，可以接通第一组分。当配料用的化学制品是高浓度的情况时，可能需要删除此最初的冲洗步骤。

由于各种液态基本组分有变化的粘度和不同的流体特性，所以控制机构在控制泵唧时间和调节所泵唧液流的液量时需将这些变化率都考虑进去，这一点很重要。

作为更具体的实施例，假设操作者想要配制两加仑脱脂型的碱性清洁剂。此时清洁剂采用附表所示的碱性和中性基本组分，特别是要将它们分别稀释为1:80和2:100的浓度。对于两加仑的总量来说，结果需要3.2英两的碱性基本组分，1.2英两的中性基本组分和251.52英两的水。此外，作为实施例，如泵62以每秒0.56英两的速率泵取碱性基本组分，而以每秒0.94英两的速率泵取中性基本组分，则要求与碱性基本组分相连的电磁阀打开5.7秒，与中性基本组分相连的电磁阀打开1.3秒。如果供水电磁阀32将以每分钟448英两的速率使水流过，则该电磁阀32将打开共33.69秒。在此实施例的操作中，供水电磁阀32就需开启总共33.69秒。在供水电磁阀32打开的同时，泵62必须随着调节冲洗口58用的冲洗电磁阀48开始一打开时就起动。短时间后，碱性组分电磁阀可打开2.85秒，配制出一半配给量的碱。然后碱性组分电磁阀会关闭，而冲洗用电磁阀会短时间的开启，然后中性组分电磁阀打开0.68秒，同时配出一半配给量的中性组分。重复操作使最后冲洗时间至少是6秒，直到供水电磁阀32完成其供水的总时间为止。

虽然上面已经描述了本发明的最佳实施方案，但是必须明白，在没有违背本发明精神和所附权利要求范围的前提下可以进行各种改变、配合和调整。

Claims (8)

1、一种混合各种化学组分用的装置，该装置包括：

一个配料歧管，该歧管包括一个主要通道、连接到该主要通道的多个化学液流的进料口、以及接到该主要通道的一个出口；

一个有一个入口和一个出口的泵，该泵的入口连接到配料歧管的出口上，以便通过配料歧管和该泵抽取溶液，

可进行选择性控制的阀装置，它们分别与上述歧管的各进料口组装在一起，

一个稀释冲洗液的液源，

出口通道装置，将上述稀释冲洗液的液源接入与上述泵泵出的各种化学液流相接的液流连通管中，以便在上述泵出口的下流方向对各化学液流进行稀释，上述出口通道装置有一个配料出口，

一个可以自动操作的冲洗液控制阀，它装于上述出口通道装置中，以调节由冲洗液源输入的冲洗液流量；以及

控制系统，它与上述泵、可选择性控制的阀装置以及冲洗液控制阀在操作上相关联，使它们根据予先选定的体积、混合配料的顺序以及各化学液料的浓度而进行自动操作，以便将上述予定体积和予定组合的各化学液流通过上述泵排放入上述出口通道装置中，并且通过上述冲洗控制阀将予定体积的冲洗液流加入混合液中，藉此而将化学液流稀释至予先选定的浓度。

2、根据权利要求1的装置，其中所述泵是一种恒定位移的往复泵。

3、根据权利要求1的装置，该装置还进一步包括有对上述泵供应恒压电源的装置。

4、根据权利要求1的装置，其中在所述配料歧管的一端还包括有一个冲洗口，该冲洗口在液流连通管中与稀释的冲洗液液源相接。

5、根据权利要求4的装置，其中所述配料歧管的主要通道有第一端和第二端，所述多个进料口连接到主要通道第一端和第二端之间的中间位置上，所述配料歧管的出口位于主要通道的第二端，而所述冲洗口则在其对面，位于配料歧管的第一端。

6、根据权利要求1的装置，其中将所述控制系统装设成能使上述泵在配制循环期间连续地运转。

7、根据权利要求5的装置，其中将控制系统装设成使所述的可选择性控制的阀装置一次只可以打开其中一个阀，而且使这种阀装置中总是有一个阀是打开的。

8、根据权利要求1的装置，该装置进一步包括一个与所述出口通道装置相连的空气入口，该空气入口接有一个单向阀，将阀做成和装配成使空气只能按照进入上述出口通道装置的方向流动。

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