CN103816823B - 一种二元流体配比混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二元流体配比混合装置，包括阀体、温度调节装置、混合装置、压力调节装置、流量调节装置，所述阀体由上腔和下腔构成；温度调节装置安装在上腔内，混合装置位于阀体下腔内部，压力调节装置装于混合装置的两端与下腔之间，流量调节装置用于控制一侧的气流量大小，实现对二元气体体积配比的控制。本发明能够实现流体的温度补偿、混合，配比和流量连续可调。结构紧凑，省略了多个流量计和比例阀或者流量控制器，减少部件数量，简化了流体配气系统的结构，降低成本。

Description

一种二元流体配比混合装置

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，涉及一种二元流体配比混合装置。

背景技术

随着科技的发展，在很多行业中，需要对两种不同流体，按比例配比混合应用，例如在焊接、表面处理、医疗以及电子设备制造等行业中，常常需要将多种不同的气体进行一定比例的均匀混合之后投入使用，以获得更好的效果。其中二元流体的混合应用最为广泛。

例如，专利号为CN200610075329.X的发明专利，提供了一种流体混合装置，在流体流动的圆筒形流路的内部设有流路直径比流路内径小的内筒，在内筒内设有由放射状的4个叶片构成的固定旋转翼，在内筒的与流体流经旋转翼时产生的剥离区域相连的壁面外周，设有供给流体的集管空间，在与上述剥离区域相连的内筒的壁面上设有连通上述剥离区域和上述集管空间的开口。被供给集管空间的流体，从开口流入流体在流经旋转翼时沿着旋转翼的下游面形成的剥离区域并沿着旋转翼的叶片的方向分散，然后与受到旋转翼的旋转力的流体旋转混合。能够抑制流体的压力损失，能够在小的空间内将流体均匀混合。

流体混合配比是一般分为自动调节和手动调节。其中，自动调节配比系统是通过计算机对节流阀进行控制，分别调节各流体的输入流量，最后气体在混合装置充分混合并经输出口输出。自动调节配比系统的优点在于能够实现压力和温度补偿，混合比例准确，缺点在于零部件较多，成本昂贵。手动调节配比系统一般为输入流体通过减压稳压阀，到达调节比例阀，经手动调节混合比例之后进入混合器并输出；其优点在于成本较低，但不能进行温压补偿，且配比和混合过程分开，体积较大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，为满足照明、焊接、表面处理、医疗和冶炼等行业流体混合的特殊需求，本发明提供一种能够同时实现配比、混合、流量调整，且能够连续调节配比比例的二元流体配比混合装置。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种二元流体配比混合装置，包括阀体、温度调节装置、混合装置、压力调节装置、流量调节装置，所述阀体由上腔和下腔构成；在上腔左右两端分别装有左端盖、右端盖，左端盖的侧壁上开有主气进气孔，上腔的上盖上开有配气进气孔，主气进气孔、配气进气孔均与储气设备的输出口相连；温度调节装置安装在阀体上腔内，包括一螺旋热交换器；上腔和下腔之间的壁上设置有配气通气孔、主气通气孔；阀体的下腔为左端开口的结构，左端开口处安装有封装端盖；所述混合装置位于阀体下腔内部，为一三气室活塞，所述三气室活塞的左气室的上部与配气通气孔相应的位置设有配气活塞进气口，右气室的上部与主气通气孔相应的位置设有主气活塞进气孔，中间气室的左活塞壁、右活塞壁上均开有孔，中间气室的下部还设置有与下腔上的混合气输出口相连通的气口；压力调节装置包括两个分别装于三气室活塞的两端与阀体下腔两端之间的压力补偿弹簧，所述三气室活塞两端面均设有通孔；流量调节装置包括一旋杆和装配在旋杆上的旋盘，旋盘上有与中间气室活塞壁上大小和位置均相同的孔，旋杆贯穿左气室且一端穿过封装端盖延伸至阀体下腔外部，旋盘位于左气室内、与左气室与中间气室之间的活塞壁相接触，旋盘与活塞端盖之间设置有压紧弹簧。

进一步地，旋杆延伸至阀体下腔外部的一端安装有旋帽，旋帽上设有指针标记，封装端盖上设有刻度。

进一步地，所述的螺旋热交换器由金属圆柱内芯和缠绕在所述内芯上的两个相平行的螺旋形金属薄片，所述金属薄片的厚度为0.2～0.4mm。

进一步地，阀体上腔的内侧设有与螺旋热交换器相匹配的螺纹凹槽。

进一步地，与所述配气进气孔相邻的两个螺纹凹槽与螺旋形金属薄片之间分别设置螺旋形密封圈。

进一步地，所述三气室活塞为圆柱形，所述三气室活塞两端面的通孔均为3个、距活塞轴心4～5mm、呈120°均匀分布、直径0.8～1.2mm。

进一步地，所述主气通气孔、配气通气孔、主气活塞进气孔、配气活塞进气口均为圆形、且大小一致。

进一步地，压力调节装置的两个压力补偿弹簧为相同的弹簧。

进一步地，中间气室的左活塞壁、右活塞壁上的孔及旋盘上的孔为的三个以所述活塞的轴心为中心周向均匀分布的扇形孔，并且左活塞壁上的扇形孔与右活塞壁上的扇形孔彼此交错，左活塞壁中心还有活塞壁中心孔，所述旋杆装配在活塞壁中心孔内。

进一步地，所述旋盘通过键装配在旋杆上。

本发明所述的二元流体配比混合装置，主气和配气分别通过主气进气孔、配气进气孔进入内腔中，分别经螺旋热交换器形成的两个独立的螺旋通道流至主气通气孔、配气通气孔。此过程中，主气和配气通过螺旋热交换器上的螺旋形金属薄片进行热交换，实现温度补偿，使主气和配气得温度一致。由于气道为螺旋形，气体在其中流动的距离长，且两路气体之间的热交换接触面积大，能够充分的进行热交换，温度补偿充分。然后，主气、配气分别经主气活塞进气口、配气活塞进气孔进入三气室活塞的右气室、左气室，最后进入中间气室实现混合，并从出气孔排出。在此过程中，由于左气室、右气室分别通过孔与阀体内腔相连，同时分别安在三气室活塞两端的压力补偿弹簧，分别顶在阀体活塞腔壁和活塞腔端盖上，用以平衡两路气体的压力。当主气或配气的进气气压增大时，压力补偿弹簧能够立即形成负反馈控制，使所述活塞向远离压力变大的一路气体的方向移动，减小气压增大一路气体的进气口的面积，而另一路气体进气口面积增大，压差减小，从而使两边气体压力回到相等的状态。当需要调整两种气体的配比时，通过旋转旋杆来旋转旋盘，从而调节旋盘和所述活塞中间气室左活塞壁上的孔的重叠面积，实现控制配气气体的流入中间气室的流量，以达到调节主气与配气的混合比例的目的。

综上所述，本发明所述的二元流体配比混合装置，实现流体的温度补偿、混合，配比和流量连续可调。二元流体的配比是通过保持一路流体流量不变、调节另一路流体的流量来实现的。通过手动调节旋杆，带动旋盘转动，能够连续调节混合气体的配比比例。旋杆末端的旋帽上和封装端盖上分别设有指针标记和刻度，控制准确。

本发明结构紧凑，流体配比调节、混合和流量调整都在同一装置内部实现，省略了多个流量计和比例阀或者流量控制器，减少部件数量，简化了流体配气系统的结构，降低成本。

附图说明

图1为本发明所述二元流体配比混合装置的剖面图。

图2为本发明所述二元流体配比混合装置的装配爆炸图。

图3为本发明所述中间气室左活塞壁的正面示意图。

图中：

1-左端盖，2-主气进气孔，3-密封圈，4-上盖，5-螺旋热交换器，6-螺旋形密封圈，7-配气进气孔，8-右端盖，9-阀体，10-压力补偿弹簧，11-主气通气孔，12-三气室活塞，13-主气活塞进气孔，14-混合气输出口，15-旋盘，16-键，17-压紧弹簧，18-调节旋杆，19-配气活塞进气口，20-配气通气孔，21-活塞端盖，22-封装端盖，23-旋帽，24-扇形孔，25-活塞壁中心孔。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1、图2所示，本发明所述二元流体配比混合装置，包括阀体9、温度调节装置、混合装置、压力调节装置、流量调节装置，所述阀体9由上腔和下腔构成。在上腔左右两端分别装有左端盖1、右端盖8，左端盖1、右端盖8均是通过螺钉固定在上腔上的，左端盖1、右端盖8与上腔之间设置密封圈3，防止漏气。左端盖1的侧壁上开有主气进气孔2，上腔的上盖4上开有配气进气孔7，主气进气孔2、配气进气孔7均与储气设备的输出口相连，具体地，主气进气孔2、配气进气孔7与储气设备的输出口可以通过螺纹连接。

温度调节装置安装在阀体9上腔内，为一螺旋热交换器5。螺旋热交换器5由金属圆柱内芯和缠绕在所述内芯上的两个相平行的螺旋形金属薄片，所述金属薄片的厚度为0.2～0.4mm。阀体9上腔的内侧设有与螺旋热交换器5相匹配的螺纹凹槽，用于固定所述螺旋热交换器5。在与所述配气进气孔7相邻的两个螺纹凹槽与螺旋形金属薄片之间分别设置螺旋形密封圈6。两个平行的螺旋形金属薄片与上腔分别围成两个独立的螺旋形气体流道。上腔和下腔之间的壁上设置有配气通气孔20、主气通气孔11，配气通气孔20与配气进气孔7、主气通气孔11与主气进气孔2分别位于上腔的两端。主气和配气从主气进气孔2、配气进气孔7进入阀体9上腔后，分别沿相邻的两条独立螺旋形气道逆向流动，通过螺旋热交换器5的螺旋形金属薄片进行热交换，从而使得两路流体温度一致，实现温度补偿的作用。

阀体9的下腔为左端开口的结构，左端开口处安装有封装端盖22；下腔的下部设置有混合气输出口14。所述混合装置为一圆柱形三气室活塞12，位于阀体9下腔内部。所述三气室活塞12的左气室的上部与配气通气孔20相应的位置设有配气活塞进气口19，右气室的上部与主气通气孔11相应的位置设有主气活塞进气孔13，中间气室的左活塞壁、右活塞壁上均开有孔，中间气室的下部还设置有与混合气输出口14相连通的气口。所述主气通气孔11、配气通气孔20、主气活塞进气孔13、配气活塞进气口19均为圆形、且大小一致。当所述活塞12处于下腔的中间位置时，所述主气活塞进气孔13、配气活塞进气口19分别与主气通气孔11、配气通气孔20部分错开，二者的圆心之间的横向距离为它们的半径，如图1所示。配气活塞进气口19与配气通气孔20、主气活塞进气孔13与主气通气孔11相重叠，经过温度补偿的主气和配气分别经主气活塞进气孔13、配气活塞进气口19进入三气室活塞12的右气室、左气室，然后经中间气室左活塞壁、右活塞壁上的孔进入中间气室实现混合，并从出气孔排出。较佳地，左活塞壁上的孔与右活塞壁上的孔彼此交错，便于主气与配气充分混合。

压力调节装置包括两个分别装于三气室活塞12的两端与阀体9下腔两端之间的压力补偿弹簧10，两个压力补偿弹簧10为性能参数相同的两根弹簧，两根压力补偿弹簧10均处于压缩状态。所述三气室活塞12两端面均设有通孔，使左气室、右气室分别通过孔与阀体9内腔相通。在流体混合过程中，进入左气室的配气和进入右气室的主气通过所述活塞12两端面的通孔进入所述活塞12与下腔之间的空间。当两路气体的气压相同时，所述活塞12两端的压力相同，位于下腔的中间位置；当一路气体的压力变化时，该路气体对应的压力补偿弹簧10张开，另一路气体对应的压力补偿弹簧10收缩，从使所述活塞12向远离压力变大的一路气体的方向移动，减小气压增大的一路的气体的进气口的面积，另一路气体进气口面积增大，从而使两边气体压力回到相等的状态。当一路气体的压力减小时，所述活塞12向压力减小的一路气体的方向移动，保证两路流体以相同压力混合。较佳地，所述三气室活塞12两端面的通孔均为3个、距活塞轴心4～5mm、呈120°均匀分布、直径0.8～1.2mm。

流量调节装置包括一调节旋杆18和装配在调节旋杆18上的旋盘15，所述旋盘15通过键16装配在调节旋杆18上。旋盘15上有与中间气室活塞壁上大小和位置均相同的孔，例如，以所述活塞12的轴心为中心的三个周向均匀分布的扇形孔24，如图3所示。调节旋杆18贯穿左气室、调节旋杆18一端穿过活塞端盖21和封装端盖22延伸至阀体9下腔外部安装旋帽23，旋帽23上设有指针标记，封装端盖22上设有刻度。左活塞壁中心还有活塞壁中心孔25，所述调节旋杆18装配在活塞壁中心孔25内。旋盘15位于左气室内、旋盘15与左气室的活塞壁之间设置有压紧弹簧17，使旋盘15与左气室和中间气室之间的活塞壁相接触。当需要调整两种气体的配比时，通过旋转调节旋杆18来旋转旋盘15，从而调节旋盘15和所述活塞12中间气室左活塞壁上的孔的重叠面积，实现控制配气气体的流入中间气室的流量，以达到调节主气与配气的混合比例的目的。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二元流体配比混合装置，包括阀体（9）、温度调节装置、混合装置、压力调节装置、流量调节装置，其特征在于，所述阀体（9）由上腔和下腔构成；在上腔左右两端分别装有左端盖（1）、右端盖（8），左端盖（1）的侧壁上开有主气进气孔（2），上腔的上盖（4）上开有配气进气孔（7），主气进气孔（2）、配气进气孔（7）均与储气设备的输出口相连；温度调节装置安装在阀体（9）上腔内，包括一螺旋热交换器（5）；上腔和下腔之间的壁上设置有配气通气孔（20）、主气通气孔（11）；阀体（9）的下腔为左端开口的结构，左端开口处安装有封装端盖（22），下腔的下部设置有混合气输出口（14）；所述混合装置位于阀体（9）下腔内部，为一三气室活塞（12），所述三气室活塞（12）的左气室的上部与配气通气孔（20）相应的位置设有配气活塞进气口（19），右气室的上部与主气通气孔（11）相应的位置设有主气活塞进气孔（13），中间气室的左活塞壁、右活塞壁上均开有孔，中间气室的下部还设置有与混合气输出口（14）相连通的气口；压力调节装置包括两个分别装于三气室活塞（12）的两端与阀体（9）下腔两端之间的压力补偿弹簧（10），所述三气室活塞（12）两端面均设有通孔；流量调节装置包括一调节旋杆（18）和装配在调节旋杆（18）上的旋盘（15），旋盘（15）上有与中间气室的左活塞壁、右活塞壁上的孔大小、位置均相同的孔，调节旋杆（18）贯穿左气室且一端穿过封装端盖（22）延伸至阀体（9）下腔外部，旋盘（15）位于左气室内、与左气室与中间气室之间的活塞壁相接触，旋盘（15）与活塞端盖（21）之间设置有压紧弹簧（17）。

2.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，调节旋杆（18）延伸至阀体（9）下腔外部的一端安装有旋帽（23），旋帽（23）上设有指针标记，封装端盖（22）上设有刻度。

3.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，所述的螺旋热交换器（5）由金属圆柱内芯和缠绕在所述内芯上的两个相平行的螺旋形金属薄片，所述金属薄片的厚度为0.2~0.4mm。

4.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，阀体（9）上腔的内侧设有与螺旋热交换器（5）相匹配的螺纹凹槽。

5.根据权利要求4所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，与所述配气进气孔（7）相邻的两个螺纹凹槽与螺旋形金属薄片之间分别设置螺旋形密封圈（6）。

6.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，所述三气室活塞（12）为圆柱形，所述三气室活塞（12）两端面的通孔均为3个、距所述活塞（12）轴心4~5mm、呈120°均匀分布、直径0.8~1.2mm。

7.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，所述主气通气孔（11）、配气通气孔（20）、主气活塞进气孔（13）、配气活塞进气口（19）均为圆形、且大小一致。

8.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，压力调节装置的两个压力补偿弹簧（10）为相同的弹簧。

9.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，中间气室的左活塞壁、右活塞壁上的孔及旋盘（15）上的孔为三个以所述活塞（12）的轴心为中心周向均匀分布的扇形孔（24），并且所述左活塞壁上的扇形孔（24）与所述右活塞壁上的扇形孔（24）彼此交错，左活塞壁中心还有活塞壁中心孔（25），所述调节旋杆（18）装配在活塞壁中心孔（25）内。

10.根据权利要求1所述的二元流体配比混合装置，其特征在于，所述旋盘（15）通过键（16）装配在调节旋杆（18）上。