CN1956916A - 可再填充式材料转移系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于储存、转移和分配诸如流体和液体之类的粘性材料(42)的材料转移系统包括一个材料盛装容器(20)，该容器带有一个含有原动力的上部区域(22)和一个带有材料入口和出口(46，48)的底部区域(26)。双锥形或其它形状的力传递装置(60)位于材料盛装区域中。当材料容器装有高粘性材料(例如粘合剂、密封剂、胶粘剂或润滑脂)时，力传递装置是一个能量转换器。力传递装置可用作粘性流体和粘性较低的液体的液面指示仪的整体部件。粘性材料自身在力传递装置的界面区域和流体容器的内壁之间形成密封。垂直稳定元件可从力传递装置向外延伸。
Description
相关申请的交叉参考
【0001】本申请要求2004年3月31日提交的、序列号为60/558,691的美国临时申请的权益，在此将该申请的内容并入本文作为参考。
技术领域
【0002】本发明涉及材料管理领域，更具体地是涉及为盛装，转移，输送和分配不同材料而设计的系统。本发明的材料管理系统被配置成从容器中输送无污染流，该容器能够被重复地排空并填充，其间不用清洗该容器或其组件。
背景技术
【0003】先前已知的材料管理系统在从盛装容器中转移一定稠度的粘性流体，液体和其他类型材料时存在困难，这些材料可能抵抗泵送，并可能损伤泵送设备。如此处所使用的，流体是这样一种物质，其能够流动，并且在受到趋于改变其形状的力作用时会以稳定速率改变其形状。某些材料，虽然通常并不被认为是流体，但是在某些条件下也可流动，例如软固体和半固体。大量的流体被用在运输，制造，农事，采矿和工业中。稠性流体，粘性流体，半固体流体，粘弹性产品，糊状物，凝胶和其他流体材料都不容易从流体源(例如，压力容器，开口容器，供应管线等)分配，它们包括所用流体的相当大的部分。这些流体包括稠性和/或粘性化学物质和其他这样的材料，例如润滑脂，粘结剂，密封剂和胶粘剂。在食品加工业中，奶酪，奶油，糊状食品等必须在不降低食品质量和新鲜度的情况下从一个点移动到另一个点。在工业化学和医药产品的制造和使用中，常常会采用稠性和/或粘性的难于移动的流体。将这些材料以保护材料质量的方式从一个地方移动到另一个地方(例如从容器到制造或加工点)的能力是至关重要的。
【0004】运输，搬运，输送和分配稠性和/或粘性材料是一种挑战，因为这些材料抵抗流动，不容易被分配或移出它们的容器。之前已知的输送粘性流体的方法集中于在推动活塞或随动板与粘性材料容器的侧壁之间建立和保持流体紧密密封。然而，如果粘性材料容器变得不圆或具有凹陷，则这些装置非常容易破裂。而且，某些系统对所有部件都要求具有高精度，并要求相对庞大和昂贵的设备。此外，多数用于流体材料运输的已知系统要求使用具有容器的外部泵，该容器具有随动板。而且，要将泵和随动板连接或以其他方式耦合到一起，从而增加了这类材料转移系统的成本和机械复杂度。
【0005】迄今已知的器皿和容器是基本的中等高压力容器，其特性在转移难移动的材料方面具有缺陷。例如，这样的容器通常是相对较重的、由软钢制成的改装空气接收器。其它这样的容器仅是薄壁的由特种合金钢制成的改装丙烷罐。因此，这些容器是按DOT规范制造的，且因此要求相对频繁的再次认证。这样的容器也容易发生内部锈蚀，且常常是封闭的，故难于进行清洗。而且，这些容器不是双模的(用于液体和/或稠性流体)。此外，过去的容器内部仅由一个子系统组成，具有单一功能的随动装置防止高压气体出现侧流。这些随动装置制造困难，且相对昂贵，容易锈蚀，而且即使在用户希望的情况下，也不能够擦拭容器壁。许多这样的系统含有沉重的“压舱物”，其在制造后不能调整，且如果容器放置在其一侧时，容易产生倾斜(翻倒)。
【0006】已公开的可重用的粘性材料分配设备系统包括一个随动船，该随动船具有一个用压舱物加重了的较低船体部分。该船的直径小于缸体内径，以便该船浮在填充有粘性材料(例如稠性润滑脂)的缸体中。在该系统的使用中，通过缸体的入口和出口将粘性材料填充到缸体中。通过从上面将压缩气体施加到船中，该船尽力迫使粘性材料通过公共入口和出口流出容器，直到该船的底部坐在开口上并阻挡开口。然而，所公开的容器被配置成一种立式的密闭压力容器，难于清洗。而且，所公开的船是一种单功能(防止气体发生侧流)的、笨重的、难于制造的设备。
【0007】因此，需要一种迄今还没有的、可再填充的材料转移系统，其可将高粘性流体从容器中移动到使用点。类似地，需要一种材料转移系统，其能够分配所需量的材料而不会浪费，当化学物质不容易操作且不能手动地从容器中容易或安全地除去时，这特别重要。优选地，这样的材料转移系统将减小或消除使用鼓状物，桶和提桶带来的成本和花费，并减小或消除与现有系统有关的材料浪费。由于某些化学物质对一种形式或其他形式的污染是敏感的，因而进一步需要一种材料转移系统，其是被密封的，且保护了产品的质量，允许在不打开容器造成污染的情况下进行采样，并允许将产品质量问题适当地归因于供应商或用户。类似地，需要一种可再填充式材料转移系统，其使用低成本的部件，并为分配和转移稠性流体和其它这样的材料提供非机械(无运动部件)的非脉动式解决方案。本发明满足这些需要以及其他需要。
发明内容
【0008】简要且概括地，本发明涉及一种可再填充式材料转移系统，其用于分配各种材料，包括可能抵抗泵送和/或可损伤泵送设备的稠性、粘性和其它类型的流体。本发明进一步提供了一种材料管理系统，其适于输送无污染的流体产品流，该系统可被重复地排空和再填充，其间不需要清洗该设备。另一方面，本发明进一步提供了一种材料管理系统，其适于分配抵抗流动的浓稠的和/或粘性材料，而不需要独立的泵，也不需要将泵耦合到容器中的随动板上。在一个进一步的方面中，本发明提供了一种材料管理系统，其适于为用户提供关于多少流体留在容器中的信息。在又一个方面中，本发明提供了一种流体管理系统，其适于在较大的操作温度范围内输送高流动速率。
【0009】本发明是可重用的、可再填充的、可回收的系统，其在包装、存储、转移和分配粘性材料(例如流体和液体)方面是有用的。该系统包括材料盛装容器，该容器带有一个含有原动力的上部区域和一个带有材料入口和出口的底部区域。可替换地，材料入口和出口可以被配置成一种设置在容器顶部的歧管或其它结构。双锥形或其它形状的，测量液面的力传递装置位于材料盛装区域中。根据应用，力传递装置可被加重到一定量。力传递装置的切向元件的直径和高度形成圆柱形界面区域。该圆柱形界面区域的直径小于形成环形的材料容器的内径，该环形与粘性流体或液体匹配，而且与该系统的操作条件匹配。
【0010】当材料容器装有高粘性材料(例如粘合剂、密封剂、胶粘剂或润滑脂)时，所述力传递装置是一个能量转换器。力传递装置可用作粘性流体和粘性较低的液体的液面指示仪的整体部件。粘性材料自身在力传递装置的界面区域和流体容器的内壁之间形成密封。垂直稳定元件可从力传递装置向外延伸。这些稳定元件防止界面区域从流体容器的侧壁上刮掉粘性材料。在使用该系统时，容器通过其入口和出口填充材料，例如粘性流体或液体。该填充操作提升了力传递装置并形成了粘性密封。通过从上面对力传递装置施加压力，力传递装置迫使粘性材料从材料入口或出口流出容器，直到力传递装置的底部坐在入口和出口上并阻挡入口和出口。在本发明中，可将高压惰性气体形式的能量施加到力传递装置上。本发明也考虑到了，可从气动、液压、机械、电子或机电装置的组合中获得能量，其中在力传递装置和容器壁之间不存在任何密封装置。
【0011】本发明包括一种用于从容器转移材料的设备，其包括拱顶、附连到拱顶的切向元件和附连到所述切向元件上的推进器，其中所述切向元件被配置成具有一个与纵向轴线基本平行的外表面，所述推进器被配置成具有一个用于穿透材料的部分。所述力传递装置可被配置为使所述推进器成一种包括有背对切向元件的顶点的锥形，所述拱顶成一种带有背对切向元件的顶点的锥形，所述切向元件包括一个或多个圆柱形盘或板。可替换地，所述力传递装置可配置成带有圆柱形突起的半椭圆形。所述力传递装置可被进一步配置成具有稳定翅片，其被连接到切向元件的外表面，或者被连接到拱顶的外表面。此外，所述力传递装置可包括一个带有连杆的液面指示装置，其中该连杆具有多个磁簧(magnetic reed)开关，且被可滑动地设置在拱顶、切向元件和推进器内，而且一个磁性致动器被设置在所述推进器的底部内。
【0012】根据下文结合附图给出的详细描述，本发明的其它特征和优点变得明显，而附图通过示例形式示出了本发明的特征。
附图说明
【0013】图1是本发明可再填充式材料转移系统的第一实施例的部分横截面的正视图，其中所述系统具有一个双锥形力传递装置。
【0014】图2是图1力传递装置的侧视图。
【0015】图3是图2力传递装置的顶视图。
【0016】图4是本发明可再填充式材料转移系统的一个可替换实施例的部分横截面的正视图，其中所述系统具有一个包括稳定器翅片的双锥形力传递装置。
【0017】图5是图4力传递装置的侧视图。
【0018】图6是图5力传递装置的顶视图。
【0019】图7是图5力传递装置的侧视图，其进一步包括了一个环形管理装置。
【0020】图8是图7力传递装置的顶视图。
【0021】图9是本发明可再填充式材料转移系统的一个可替换实施例的部分横截面的侧视图，其中所述系统具有一个包括提升机构的可打开的盖子。
【0022】图10是本发明力传递装置的一个可替换实施例的侧视图，其中所述力传递装置具有上部稳定器翅片。
【0023】图11是图10力传递装置的部件的分解视图。
【0024】图12是本发明力传递装置的一个可替换实施例的侧视图，其中所述力传递装置被配置成与液面指示装置一起使用。
【0025】图13是图12力传递装置的顶视图。
【0026】图14是图12力传递装置的底视图。
【0027】图15是图12力传递装置的侧视图，其中所述力传递装置进一步包括一个环形管理装置。
【0028】图16是图15力传递装置的顶视图。
【0029】图17是与图12力传递装置一起使用的液面指示装置的侧视图。
【0030】图18是与图12力传递装置和图17液面指示装置一起使用的定位装置子组件的侧视图。
具体实施方式
【0031】如为了进行图解说明的附图所示，本发明涉及可再填充式材料转移系统，其用于分配各种材料，包括可能抵抗泵送和/或可损伤泵送设备的稠性、粘性和其它类型的流体。该系统包括一个材料盛装容器，该材料盛装容器带有一个含有原动力的上部区域和一个带有材料入口和出口的底部区域。双锥形或其它形状，测量液面的力传递装置位于材料盛装区域中。根据应用，力传递装置可被加重到一定量。力传递装置的切向元件的直径和高度形成圆柱形界面区域。这个圆柱形界面区域的直径小于形成环形的材料容器的内径，该环形与粘性流体或液体匹配，而且与该系统的操作条件匹配。
【0032】现转到附图，其中相同附图标记表示图中相同或相应的方面，具体参考图1，可再填充式材料转移系统10包括压力容器20和力传递装置60，其中力传递装置60具有拱顶(上部)68和推进器(下部)71。压力容器包括顶部(第一端)22，侧壁24和底部(第二端)26。压力容器可以是圆柱形容器的形式，或者可以是其它用于盛装要移进和移出压力容器的材料的合适形状。例如，容器可以是垂直的或水平的高压容器、单管、管束或盘管(pipe-spool)。而且，容器不必配置为压力容器，其中要移进和移出容器的材料可以随重力或施加到传递装置上的其它能量或力移动。构造材料容器及其组件的合适材料包括金属(例如铝、铜、铁、镍和钛)和合金(例如合金20，因科镍合金，蒙奈尔合金，钢和不锈钢)。此外，聚合物、塑料、组合物和其它合成材料(如纤维增强塑料，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯，聚氨酯，聚氯乙烯，丙烯腈丁二烯苯乙烯-ABS，氯化聚氯乙烯-CPVC和聚偏氟乙烯-PVDF)也可用于构造容器及其组件。其中本发明考虑到了水平、垂直和倾斜的容器，图中提到的一般都是垂直容器；然而，本领域普通技术人员应意识到，诸如上部、下部、顶部和底部之类的术语可容易地转换到可再填充式材料转移系统的水平和倾斜配置中。
【0033】容器20的顶部22可固定到侧壁，或者可以是一个可打开的盖子或可以通过其他方式从容器的侧壁部分24移走。容器的顶部可具有一个平表面、半椭圆形表面或半球形表面。顶部可以被配置成一个盖子，其能够被打开从以便于力传递装置60的移除、材料服务的改变，系统内部保养和定期清洗。所述容器的盖子可包括从容器顶部向外延伸以及延伸到盖子中的存取或通路歧管36。存取歧管优选设置在中央，例如沿容器的纵向轴线。存取歧管可包括溢流臂32或其他在填充操作期间允许过量材料排出容器的装置。溢流臂可包括一个手动操作或压力释放阀门。存取歧管可进一步被配置成包含一个稳定管或其他在容器内沿其纵向轴线设置的杆。存取法兰34可装配在(容器外部的)存取管的外端，以便限制稳定杆(管)62，该稳定杆(管)62可从容器的顶部延伸到靠近容器的底部26。容器的顶部可进一步被配置成带有阀门和附件38，用于将加压气体引入容器和/或从容器中释放。气体(例如空气、氮气或其他通过化学方法获得的气体(惰性气体或活性气体))可用来对容器加压并向拱顶68提供所施加的力。此外，盖子可被配置成具有压力释放阀门(未示出)或其他装置，以释放容器内的气体过压。存取法兰也可用于释放容器内加压气体。
【0034】容器20的顶部22可进一步被配置成具有固定器61，其用于在力传递装置60到达容器顶部时限制力传递装置。固定器用于至少两个目的：在再填充操作期间防止溢流，以及通过允许在填充周期中排出材料来以便去除那些留在锥形拱顶68表面上的任意材料(特别是半固体材料)。固定器可被制成与力传递装置拱顶的形状一致或相符。根据容器、力传递装置和所服务的材料的构成，固定器可由与材料容器相同或不同的金属、合金或聚合物制成。此外，容器的顶部和容器的侧壁部分可被配置成具有紧密配合在一起的法兰，以便在容器被配置成具有可打开的顶部时形成密封。第一法兰27可固定到容器的顶部，而第二法兰28是被固定到容器的侧壁。在容器工作时，可用紧固机构(未示出)将顶部法兰和侧壁法兰固定在一起。
【0035】容器20的侧壁24在容器内界定了一个气体空间30。类似地，当容器填充有材料42时，容器的一部分包括材料空间40。容器也可进一步包括由行程限制器(arrestor)73界定的假底部50，其中行程限制器73被配置成与力传递装置推进器71的形状匹配(一致)。容器的底部可具有一个平表面、半椭圆表面、半球形表面或其他适于容器工作的合适形状。行程限制器被配置成防止气体发生侧流，并确保当容器排空时材料残留量低。行程限制器可进一步被配置成具有出口通道55，其横穿容器底部26并与材料歧管45连通。优选地，出口通道有足够的长度，以便通过充裕的材料密封出口而防止气体流进材料歧管。此外，出口通道有足够长度以便界定出热传递区域54，从而使热传递元件52可插在出口通道的周围和行程限制器的下方，以便对离开容器的材料进行加热或冷却。可替换地，出口通道和材料出口歧管可设置在容器的顶部，其中行程限制器、固定器和容器其他元件被适当配置。
【0036】在材料容器20的假底部50处的行程限制器73的出口通道55通向材料歧管45。材料歧管可包括T形的材料入口48和材料出口46。法兰44可在材料歧管被形成为T形时用来盖住其底部。可替换地，材料可从同一端口进入和离开歧管，其中歧管被形成为L形。一个或多个阀门(未示出)可被添加到材料入口和材料出口上。同样地，快速释放(凸轮和凹槽)联接器和其他组件可加到材料入口和材料出口上，以便连接到传统装置，从而向容器引入(填充)材料和从中移走(排空)材料。
【0037】现在参考图2和图3，力传递装置60包括拱顶(上部)68、切向元件(中部)69和推进器(下部)71。在一个实施例中，拱顶被配置成具有基本为三角形横截面的锥形或截锥体(frustrum)。锥形拱顶包括用于访问力传递装置中空内部的存取端口(开口)64。该开口可被用来将压舱物或其他加重材料插入推进器中。压舱物塞子(帽)65可用来封闭拱顶中的存取端口。可以在拱顶和切向元件中钻出或以其他方式形成一个或多个通气口(气体端口)66，以便允许气体对力传递装置的内部空间进行加压。力传递装置接收施加到拱顶上的主要力和/或能量，并通过推进器转换所施加的力，从而导致材料歧管42被普遍加压。当转移系统10包括稳定管或杆62或其他中央元件时，拱顶也包括位于锥体顶部的孔或钻孔75，所述稳定杆被可滑动地设置在其中。类似地，推进器可被配置成具有位于锥体顶部的开口77，所述稳定杆被可滑动地设置在其中。
【0038】推进器71可形成为横截面基本为三角形的锥形或截锥形，并且可被配置为具有一个中空的内部。切向元件69可介于锥形拱顶68和锥形推进器之间。切向元件可配置为形状为盘状或板状，其形状为圆形或圆柱形，横截面为矩形。切向元件有助于为力传递装置提供稳定性，以便切向元件的外壁被配置成基本平行于容器20的侧壁24，并且基本平行于拱顶的纵向轴线和推进器的纵向轴线。
【0039】如图2所示，力传递装置60一个实施例的横截面类似于儿童顶部，拱顶68和推进器71的形状为锥形，从而形成双锥形力传递装置。在一个实施例中，拱顶是中空的尖部朝上的锥体，其中主要目的是为了在容器20的受限空间中填充材料42时，防止过度填充。其次，在再填充过程中，拱顶可排出位于力传递装置顶部的任意材料。锥形推进器传递施加到装置上的力，从而穿透材料，并使材料通过容器的材料出口55移动到材料岐管45中。推进器的锥形部分被配置成用于刺入或穿透容器中的材料。用于构造力传递装置及其部件的合适材料包括金属(例如铝、铜、铁、镍和钛)和合金(例如合金20，因科镍合金，蒙奈尔合金，钢和不锈钢)。此外，聚合物、塑料、组合物和其它合成材料可以用来形成力传递装置，这类材料包括纤维增强塑料，聚乙烯，聚丙稀，聚四氟乙烯，聚氨酯，聚氯乙烯，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，氯化聚氯乙烯(CPVC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。
【0040】再次参考图1，再填充材料转移系统10的一个实施例被配置成具有一个处于垂直位置的材料容器20，其中容器底部26邻近地板或地面，并可设置在支腿或其它基座(未示出)上。因此，容器的侧壁24使容器的顶部22保持就位。力传递装置60被配置成随着材料进入和离开容器而上下移动容器。当稳定杆或其它装置62设置在容器内时，传递装置上下移动该杆，该杆可被配置成在容器底部附近的末端具有帽子63。力传递装置的运动在容器顶部由固定器61限制，在容器底部由行程限制器73限制。在本发明的一个方面中，切向元件69的外径小于容器的内径。因此，随着传递元件上下移动容器，侧壁上留有一部分材料42，从而在容器侧壁和切向元件之间形成了气体密封49。在该转移系统中这样的垂直配置中，出口55被配置成具有足够的垂直长度，以便在材料从容器中排空，传递元件接近行程限制器时，容器中气体不会通过出口移动到底部材料中。
【0041】参考图4，可再填充式材料转移系统10的可替换实施例可以被配置成使用不同于高压气体源的力模式。例如，驱动杆93可被设置在岐管86内，岐管86被配置在材料容器(容器)20的顶部22内。驱动杆被配置成提供驱动力以便使力传递装置90从容器顶部移动到底部26。驱动杆的第一端部87从容器顶部延伸到岐管外。设置在岐管延伸在容器顶部外的端部处的法兰84在驱动杆的外部周围提供气密密封。驱动杆的第二末端88设置在开口102内，该开口被配置在力传递装置的锥形拱顶94的顶点处。因此，驱动杆从容器顶部向底部运动就会向容器底部驱动力传递装置。同样地，驱动杆从容器底部向顶部运动就会使力传递装置向容器顶部运动。
【0042】在操作中，预期当材料42进入设置在容器20底部26附近的材料岐管45时，力传递装置90向容器顶部22升起。可替换地，驱动杆93可被配置成使力传递装置运动到固定器91附近的容器顶部，固定器91配置在容器的顶部或盖子中。进一步地，限位开关92可被配置在固定器内，并电连接到驱动杆的力模式，以便在力传递装置接近容器顶部时阻挡临近固定器的力传递装置。相似地，限位开关101可设置在行程限制器99处或其附近。因此，随着驱动杆使传递装置向容器底部移动，限位开关用于阻挡驱动杆上的力模式，从而使传递装置靠近行程限制器定位，从而基本上使得所有材料从容器上除去。可替换地，材料岐管、开关，固定器，行程限制器和其它容器元件可被配置成从容器顶部引入并除去材料。
【0043】气体洗涤线和阀门89可配置在容器20的顶部或盖子22内并穿过固定器91，从而当从容器上除去材料42时，允许空气或惰性气体馈进到容器中，并当向容器填充材料时清除该气体。此外，在填充周期中，材料过充臂82可包括在岐管86中以便清除过余材料、空气和其它气体。随着容器内空气空间80增加和材料空间40减小，材料移出容器，气体入口和阀门可用来允许气体或空气进入容器。可替换地，过量材料排放线82可被配置成，在传递装置将材料推出容器，和进入容器的材料使传递装置向容器顶部移动时，允许空气进入和离开容器。
【0044】现参考图5和图6，双锥形力传递装置90包括拱顶(上部)94、切向元件(中部)95和推进器(下部)97。拱顶和推进器被配置为横截面基本为截去尖点或顶点的三角形的锥形或截锥形。环形切向元件具有基本为垂直的外表面，并介于拱顶和推进器之间。拱顶、切向元件和推进器可以是机加工、模铸或以其它方式制造为单个单元，或可以制造成独立的元件，然后焊接、螺栓连接或以其他方式永久地或可拆卸地固定到一起形成力传递装置。
【0045】力传递装置90可以进一步被配置成具有一个或多个沿传递装置切向元件95的外表面设置的稳定器96。稳定器是薄片状元件，可以由与传递装置相同的材料制成，例如金属及其合金、聚合物、塑料、组合物或其它天然和合成材料。多个稳定器(例如四个稳定器)可通过焊接，机械紧固件或其它合适的装置和技术，沿切向元件的外表面等距固定到传递装置上。稳定器的顶部和底部边缘可以弄成圆形，以便限制对材料容器20侧壁24的刮擦和其它损伤。稳定器的一个目的是在切向元件沿容器侧壁移动时帮助防止施力装置倾斜。稳定器还使得在容器侧壁附近存在一个材料空间49，以便在力传递装置和容器侧壁之间提供气体密封。在这样的配置中，可再填充式材料转移系统10可用在垂直位置、水平位置，或按用户要求以一定角度放置。
【0046】可通过增加穿透尖端或突起98来增强力传递装置90的性能。如图4和图5所示，穿透尖端可以是锥形或截锥形的，其具有与力传递装置锥形推进器部分97相同或不同的本征角(参见图11)。穿透尖端可以由与力传递装置其它部件相同的材料或可替换材料制造。进一步，锥形推进器尖端的构型不必是三角形横截面，而可以是圆形、正方形或其它合适构型的，以便随着力传递装置向容器部分移动时帮助排出材料，该容器包含材料出口通道55和材料出口岐管45。锥形推进器可配置在其带有截取部分104的底端(离拱顶94和切向元件95最远)，该截取部分104被配置成接收锥形推进器尖端。锥形推进器尖端的宽端106可被配置成具有带螺纹法兰或其它装置以便固定到推进器的截取部分上。可替换地，锥形推进器尖端可焊接或永久地固定到锥形推进器上。经验数据支持这样的假设，即推进器尖的最大直径应约与出口通道55的直径相同。推进器的锥形部分和突起被配置用于穿透材料。
【0047】现参考图7和图8，力传递装置90可以进一步被配置成具有环形管理装置103，其设置在力传递装置的切向元件95的附近和/或周围。例如，环形管理装置可包括圆形的圆饼形元件，其包括切口或凹口(未示出)，以便紧密配合在稳定翅片96上。可替换地，可在稳定翅片中形成切口或凹口，以容纳环形管理装置。环形管理装置也可被配置成保留在力传递装置的切向元件中环凹口内。环形管理装置可拆卸地或永久地固定到力传递装置(参见图15和图16)。环形管理装置的内径应与传递装置的切向元件的外径基本相同。环形管理装置的外径应大于材料容器20的内径，以便紧密靠紧容器的侧壁24。因此，随着力传递装置沿容器侧壁移动，任何沿容器侧壁累积的材料49(图4)向容器的底部26运动，通过出口通道55，而且优选是移出材料岐管45。环形管理装置的合适材料包括类似于力传递装置的材料，以及皮革，天然或合成橡胶和其它弹性体，例如Buna-N(腈)，氟橡胶，氯丁橡胶和三元乙丙橡胶(EPDM)。
【0048】现参考图9，可再填充式材料转移系统110的一个实施例包括以垂直形式配置材料容器120。材料容器包括主体150、顶部122以及一个或多个支腿或延伸件170。材料容器的主体被配置为圆柱形式，并具有连接到支腿170的下部152和连接到顶部122的上部154。上部环形法兰124连接到顶部的下部156。下部环形法兰126连接到容器主体的上部154。环形法兰形状基本为圆柱形，其具有一种圆饼状的构型，且直径明显比厚度大。夹紧螺钉128被固定到底部法兰并被配置成位于在上部法兰中形成的凹口或狭缝127内。顶部和底部法兰以及固定锁的构型使得，当固定锁就位时，在材料容器的顶部和主体之间保持流体密封。在材料容器的工作包括高压或流体密封的其它要求时，可在上部和下部法兰之间设置O形圈(未示出)，或者可在上部法兰和下部法兰之间涂敷上橡胶或其它聚合物涂层，以有助于形成流体密封。可用其它机构(例如闩锁、夹子、吊环和吊杆)将容器的顶部固定到容器主体上。
【0049】材料容器120的顶部122可以是半球形的并且横截面为圆形。可替换地，为了在容器上施加负载，压力容器的顶部可以配置为平的，正方形的或其它合适形状。钻孔、切口或其它存取端口可以提供于容器的顶部，以便定位气体入口端阀门180、溢流或压力释放阀门190和计量机构160。为了便于插入和拆卸具有显示器164的计量机构160，螺纹联接器162可设置在容器顶部的中心内。可替换地，顶部联接器可以用来固定图1所示的稳定杆或管62或图4所示的驱动轴93。
【0050】为了便于从容器120拆去顶部122，提升机构130可配置成邻近材料容器的主体150。在一个实施例中，如可从美国密执安州AnnArbor的Rosedale Products得到的，液压起重机132可用来驱动活塞或连杆134从而提升容器顶部的环状法兰124。致动器机构136可用于液压地、机械地或机电地移动驱动轴134至容器顶部位置。而且，提升机构可被配置成提升和允许盖子水平移动而无须从下部法兰126上完全拆下。出于稳定的目的，可将支撑法兰138固定到材料容器的主体150上和提升机构130的致动器机构132上。
【0051】可再填充式材料转移系统110可进一步被配置成具有材料入口和出口岐管140，其设置在材料容器120的主体150下面并邻近容器的底部152。例如，管144可连接到容器的底部并可包括T形部分146，T形部分146一端是封闭的，并连接到T形的第二部分上的排放机构148。材料岐管的排放部分可进一步包括球阀和致动器机构142。凸轮和凹槽连接器或其它工业专用机构可配置在材料岐管的出口上，以便连接到用于填充和排空容器的软管和管道。为了进一步保护材料排放岐管，可在支腿170或其它支撑材料容器120的延伸件的周围配置塑料、金属或其它合适材料的屏蔽物(未示出)。类似地，可在容器的顶部122上部周围形成保护性屏蔽物(未示出)，以便保护显示机构160、气体入口180以及压力释放或材料排放装置190。为访问到显示机构164和气体阀门180，可包围着顶部的保护机构中提供切口。
【0052】可再填充式材料转移系统110可被配置成容纳不同量的材料142和各种压力的高压气体31。例如(参见图1和图4)，可设置容器120的顶部122和主体150的尺寸，并且配置固定器61，91和行程限制器73，99，以便内部材料空间40容纳例如55、150、300或600加仑(2.3立方米)的流体或其它材料。对于涉及恒定气体压力的操作模式，本领域技术人员无须过多实验就可确定容纳高压气体所需的容器体积。对于利用特定量气体来预充填容器的操作模式可如下进行：
(a)确定最终压力(P)，以排空时分配材料所需的绝对项表示；
(b)以容器的溢出容积(V)乘以该绝对压力(P)，从而获得本文称为PV常数的值；
(c)确定预充填一个满的容器时的绝对压力值；和
(d)用PV常数除以预充填时的绝对压力，从而确定容纳高压气体所需的容器的容积。
【0053】当双锥形力传递装置60，90被用在材料容器20，120中时，切向元件69，95的外径(拱顶68，94和推进器71，97的最大外径)被配置成比材料容器的侧壁24的内径稍小。可再填充式材料转移系统可按需要的服务放大和缩小。服务范围小到手持系统，大到货车或挂车固定的系统。考虑到本发明可应用到非常小(微尺寸，毫微尺寸的)到非常大的材料转移系统，它们可移动的材料量可小于1微升和大到至少上万升材料。容器领域的技术人员无须过多实验就可确定适当的容器几何形状、材料以及其他特征。类似地，材料转移领域的技术人员无须过多实验就可确定适当的力传递装置几何形状，材料和其他特征。如果用有限体积的气体来充填可再填充式材料转移系统，而不是将其连接到气体供应源，那么材料转移领域的技术人员无须过多实验就可确定适当的最小气体压力。进一步地，气体操作领域的技术人员无须过多实验就可确定适当的初始气体压力和气体体积。下面是可再填充式材料转移系统的某些实例的尺寸：
【0054】例1车体密封剂分配器
分配容积：1.9加仑(432立方英寸，7.1升)
容器
顶部：平的
底部：平的
内直径：6.5英寸(16.5厘米)
内高：14.5英寸(36.8厘米)
溢出容积：2.1加仑(481立方英寸，7.9升)
材料：铝
力传递装置
顶部：平的
底部：120度锥体
底部突起：无
切向直径：6.25英寸(15.9厘米)
切向高度：1.0英寸(2.5厘米)
材料：铝
【0055】例2车体隔音材料分配器
分配容积：21.7加仑(5013立方英寸，82.1升)
容器
顶部：2∶1的半椭圆形
底部：2∶1的半椭圆形
内直径：15.5英寸(39.4厘米)
笔直壳体高度：32.1英寸(81.5厘米)
溢出容积：34.3加仑(7929立方英寸，129.9升)
材料：不锈钢
力传递装置
顶部：2∶1的半椭圆形
底部：2∶1的半椭圆形
底部突起：直径3.0英寸(7.6厘米)，且高度2.5英寸(6.4厘米)
切向直径：14.0英寸(35.6厘米)
切向高度：5.0英寸(12.7厘米)
材料：不锈钢
【0056】力传递装置60，90，200和300的切向元件69，95，230，232，234，236，330，332，334，346，348与材料容器20，120的侧壁靠近程度，除了其它方面，还取决于材料42的性质。靠近范围从0.2英寸到1.0英寸(0.5到2.5厘米)。切向元件69，95，230，234，236，330，332，334，346，348的高度，除了其它方面，还取决于材料的性质和容器20，120的尺寸。高度范围从0到12英寸(30.5厘米)。锥形拱顶68，94具有限定角度，除了其它方面，其还取决于材料的特征。角度范围在90到180度之间。推进器71，97，210，212，214，215的支点具有限定角度215，除了其它方面，其还取决于材料的性质，该角度的范围在90到180度之间。推进器尖端98，220具有限定角度225，除了其它方面，其还取决于材料的性质，且该角度范围在30到小于180度之间。
【0057】现参考图10和图11，力传递装置200可适于与具有不同粘度的各种流体一起使用。力传递装置的推进器部分210可被配置为锥形或截锥形的中空装置。多个切向元件230可被配置成靠近传递装置的推进器部分设置。例如，切向元件232，234，236可以是具有一定纵横比的盘状或圆柱形的，其中高度(厚度)显著小于它们的直径。切向元件可以堆叠在彼此的上方并用固定杆250或其它合适的机构固定到推进器部分。利用顶部联接器254，固定杆可拆卸地固定到板上，并可在其第二(底部)端252固定到锥形推进器210的底部214。在一个实施例中，固定杆设置在切向元件的穿孔或孔256中并处于推进器的管子或导管258内。
【0058】增加固定到推进器210的下部214的穿透尖端220可辅助传递装置200穿透到稠性或粘性流体中。如上所述，推进器尖端可以是锥形(横截面为三角形)的、，钝头的、正方形或其它合适形状。推进器尖端可以包括适配器222，其用于通过焊接、螺纹机构把尖端固定到推进器上，或将尖端固定到固定杆250上。锥形推进器的端口264和切向元件中的空腔或孔262可用来提供对锥形推进器中空部分的入口，以便添加压舱物。帽子260可设置在最外面的切向元件上，从而覆盖填加和拆卸压舱物的端口。当力传递装置用在被增压的可再填充式材料转移系统中时，可在切向元件中钻或形成孔或钻孔280，以便允许材料传递装置的增压。
【0059】力传递装置200还可包括稳定机构240。例如，三个稳定翅片242，244，246可固定到最外面的切向元件232，从而防止倾斜，并在力传递装置的推进器210在材料容器20，120中移动时使推进器210稳定。稳定翅片可以焊接、螺栓固定、螺纹接合和通过一个或多个法兰243，245，247永久地或可拆卸地固定到力传递元件的上部切向元件232。稳定翅片被配置成使它们在切向元件的周边外部延伸，以致稳定器的最外部邻近材料容器的内侧壁。可替换地，稳定翅片可被附连到一个或多个切向元件，如图4-6所示。
【0060】现参考图12、13和14，力传递装置300可形成为不同于图1-8中所示双锥形的多种构型。例如，传递装置的推进器部分310和传递装置的拱顶部分315可以是半球形或半椭圆形。这样的半球形或半椭圆形容易通过冷加工、退火或铸造制成。类似地，可实施注模工艺以便使用各种合金和金属。
【0061】如图12所示，传递装置300可包括大致切向的部分330以便与材料容器的内侧壁平行。因此，传递装置的推进器或下部310可包括切向部分332，而传递装置的上部315可包括切向部分334。传递装置的这两半可在焊缝340处结合，或可采用其它技术永久地或可拆卸地将两半固定到一起。如上所述，垂直稳定翅片342，344，346，348可以绕传递装置的切向部分沿圆周方向间隔开。虽然在参考附图中示出了四个稳定翅片，但是根据容器和传递装置的直径和其它构型，可适当地采用两个、三个、六个或更多个稳定翅片。
【0062】当力传递装置300用在其它气体增压环境中时，传递装置的上部或顶部(拱顶)315可包括一个或多个出口或孔380，以便允许增压气体进入传递装置的内部。此外，用于将压舱物放置到传递装置中的存取端口360可被提供在传递装置拱顶的上表面上。如上所述，压舱物存取端口可被配置成接收可拆卸地插入到存取端口中的塞子或帽子。传递装置的拱顶也可被配置成具有联接器，法兰或其它元件350，以便插入稳定管62(图1)或驱动轴93(图4)。对于容纳液面指示装置的力传递装置的构型(图17，18)，管子或其它管道可被配置成从拱顶联接器延伸到靠近推进器部分310的底表面处。如图12所示，推进器部分还被配置成具有圆柱突起或法兰320，其可被配置成联接器，以接收用来包含定位装置子组件600的固定机构322(图18)。推进器联接器还可被用作穿透尖端，以便穿透材料并使非常粘的流体移动通过容器20，120的出口通道55和材料岐管45，140。因此，推进器尖端(突起320)的直径应与出口通道55的直径大约相等。
【0063】为了辅助将材料传递装置300插入到材料容器内部和从中拆去，可在拱顶315上的上部联接器350中形成孔352或类似机构。例如，如图13所示，可在联接器上对齐地钻出两个孔352以便链子或金属丝可穿过这些孔，以从压力容器中提升力传递装置。如上所述，传递容器可由合适的金属、合金、塑料或其它与转移系统所用的材料兼容的聚合物制成。
【0064】现参考图15和图16，半球形(半椭圆形)的传递装置300(图11)可被配置成具有环形管理装置400，从而帮助除去积聚在材料容器内壁上的材料。环形管理装置包括由天然或合成橡胶、弹性聚合物或其它与被转移进和转移出容器的材料兼容的合适材料形成的环形元件410。环形管理装置可进一步包括固定到环形元件的一个或多个水平法兰420。水平法兰可包括端口452，454，456，458，从而容纳阻挡栓442，444，446，448或其它通风机构，以便被束缚在传递装置以下的气体或空气可随传递装置从顶部移动到底部(从第一端到第二端)而释放。水平法兰可以通过螺栓和螺母470或其它合适固定装置固定到环形元件。可替换地，环形元件可以胶粘或以其他方式结合到法兰或直接结合到传递装置的拱顶上。法兰的垂直部分可以焊接或以其他方式与水平法兰形成在一起，并可以通过螺栓和螺母460或其它合适的紧固装置附连到传递装置。环形管理装置可以固定地或可拆卸地固定到力传递装置。
【0065】现参考图17，可再填充式材料转移系统可包括液面指示装置500。许多类型的液面指示器可被整合到材料转移系统中，如接触和非接触式液面装置，例如，容器重量装置(天平)、容器气压装置(压力计)，线性和旋转编码装置(带尺计(tape gages))、波装置(激光，磁致伸缩，射频和超声)、磁性耦合的装置(指示杆和带)、位移装置(限位和靠近开关)，材料流量装置(流量计)、光学装置(光纤，光电，和视觉)、气体和材料界面装置(浮力，电容，电导，差压，和差温)及核装置(放射线同位素)。一种与这里所述的力传递装置一起使用的合适系统可从美国康涅狄格州Plainville的GEMS Sensors公司得到。这样的装置包括轴杆520，其可设置在适配器管或力传递装置的中心腔内(参见图12)。轴杆可以包括磁簧开关或其它连接到壳体560中微处理器的液面指示器上，该壳体可从材料容器的外部看到。螺纹联接器540或其它固定装置可用来将液面指示器系统附连到图12中力传递装置300的上部法兰350上。壳体可包括可编程微处理器(未示出)和其它电子装置，如被配置成与特定尺寸的材料容器一起使用的数字显示器564。系统的壳体560可由聚合物、组合物、其它合成材料，或更坚固的金属或合金构造，其可从加利福尼亚的North Hills的MooreIndustries International公司得到。
【0066】现再参考图18，为了致动轴杆520中的磁传感器，定位装置子组件600可被配置成用于在图11所示的力传递装置300内定位。子组件包括容放磁定位装置(磁性致动器)640的外壳620，其可以是圆柱或卵形的。螺纹帽或其它联接器660配置在壳体的一侧上以便固定到适配器322或力传递装置上的其它机构。壳体帽包括一个钻孔或腔680，以致轴杆520可穿过定位装置子组件。类似地，定位装置配置在中心腔690内，以及轴杆被可滑动地设置在定位装置内。此外，定位装置子组件可包括清洗机构(未示出)，从而从轴杆上除去沉积的材料。在操作中，随着容器中材料液面增加，保持着定位装置子组件(磁性致动器)的传递装置向上移动轴杆，所述轴杆致动包含在轴杆内的传感器。随着定位装置(磁性致动器)接近轴杆的最高点，装置上的显示器564将被校准从而读取100％或其它指示来示出容器是满的。液面指示装置500可经校正从而适当地示出材料高度，重量和体积。相似地，随着材料从容器中排出，传递装置接近容器的底部，引起磁性致动器接近轴杆的最低点，且液面指示器将示出材料高度，重量或体积的减小。
【0067】虽然本发明是相对材料转移系统的某些实施例示出和说明的，但是对于本领域技术人员而言明显的是，可做出各种修改而不会脱离本发明的范围。尤其是，应该清楚，本发明不局限于任何形成所公开的装置的任何特定方法。虽然本发明某些方面在这里是以与流体和其它特殊材料结合使用而示出和描述的，但对于本领域技术人员而言明显的是，可再填充式材料转移系统和力传递装置可与许多材料结合使用，而不仅仅是这里特定描述的。进一步，特定尺寸和大小，所用材料等在这里已经被说明并仅作为例子给出。在不脱离本发明的范围的情况下可做出其它的修改和改进。因此，本发明不受所附权利要求以外的其它方面的限制。
Claims (20)
1.一种用于从容器中转移材料的设备，所述设备包括：
拱顶；
附连到所述拱顶并具有纵向轴线的切向元件，其中所述切向元件被配置成具有基本平行于所述纵向轴线的外表面；和
附连到所述切向元件的推进器，其中所述推进器被配置成具有一个用于穿透材料的部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述推进器是锥形的。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述推进器具有一个背向所述切向元件的顶点，所述拱顶为带有背向所述切向元件的顶点的锥形，且所述切向元件为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述推进器被配置成具有突起。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述推进器被配置为截锥体，且所述突起被配置为锥形。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述推进器是中空的，所述拱顶是锥形的，且所述切向元件是圆柱形的。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述切向元件包括多个圆柱形板。
8.根据权利要求4所述的设备，其中所述推进器被配置为半椭圆形，且所述突起被配置为圆柱形。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述推进器是中空的，所述拱顶被配置成半椭圆形且是中空的，并且所述切向元件由所述拱顶和所述推进器形成。
10.根据权利要求1所述的设备，进一步包括多个稳定翅片。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述稳定翅片被连接到所述切向元件的外表面。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述稳定翅片被连接到所述拱顶的外表面。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述切向元件包括多个圆柱形板。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述切向元件包括多个圆柱形板。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述拱顶被配置成用来接收驱动力。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述拱顶、切向元件和推进器被配置成用来接收压舱物。
17.根据权利要求1所述的设备，进一步包括液面指示装置。
18.根据权利要求1所述的设备，其中所述液面指示装置包括具有多个磁簧开关的轴杆，其中所述轴杆可滑动地设置在所述拱顶、切向元件和推进器内，且一个磁性致动器被设置在所述推进器的底部内。
19.一种用于转移材料的可再填充式系统，所述系统包括：
容器，其具有一个具有材料入口岐管的第一端、一个具有材料离开岐管的第二端和一个设置在所述第一端和所述第二端之间的壁，所述容器进一步具有一条纵向轴线和一个横向宽度；
设置在所述容器内的力传递装置，所述力传递装置包括：
a)拱顶；
b)切向元件，其附连到所述拱顶，并且具有与所述容器的纵向轴线基本平行的纵向轴线，其中所述切向元件被配置成具有基本平行于所述拱顶纵向轴线的外部区域，其中所述切向元件的横向宽度明显小于所述容器的横向宽度，和
c)附连到所述切向元件的推进器，其中所述推进器被配置成用来穿透容器中的材料；
固定器，其位于所述容器的第一端，并被配置成与所述拱顶的形状相符；和
行程限制器，其位于所述容器的第二端，并被配置成与所述推进器的形状相符。
20.根据权利要求19所述的系统，进一步包括液面指示装置，其具有设置在所述容器所述第一端的显示器，所述显示器被附连到具有多个磁簧开关的轴杆上，其中所述轴杆可滑动地设置在所述拱顶、切向元件和推进器内，且其中一个磁性致动器被设置在所述推进器的底部内。
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