CN2564239Y - 气体比例混合装置 - Google Patents

Abstract

一种食品保鲜气体比例混合装置，包括由容器构成的混合室[1]、与气体种类对应的气源以及控制电路[6]，特征是：每个气源之间的压力相同，气源的压力大于混合室[1]的压力，每个气源与混合室[1]之间分别通过电磁阀[5]和管道[7]连接，各路由电磁阀[5]和管道[7]构成的通道截面成比例，每个电磁阀[5]的控制端分别与控制电路[6]连接，所述控制电路[6]至少包含对应每个电磁阀[5]的时间控制电路。所述各路通道之间的截面比例可以为1∶1，也可以为气体混合比，还可以将上述两者相结合。本实用新型采用简单的电磁阀和管道结构，通过分段间隙充气混合方式替代了原来复杂的闭环控制系统，其方案构思巧妙，气体比例混合精度符合要求，结构非常简单，成本低，尤其作为食品保鲜气体自动混合装置十分简便、实用。

Description

气体比例混合装置

                           技术领域

本实用新型涉及一种气体比例混合装置，具体涉及一种将二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)以及少量特种气体等按一定比例混合成食品保鲜气体的装置，该保鲜气体用于食品气调保鲜包装。

                           背景技术

食品气调保鲜包装亦称为气体置换包装，国际上称为MPA包装(即ModifiedAtmosphere Packaging)。它是采用复合保鲜气体(2～4种气体按比例混合)，对包装盒内的空气进行置换，改变盒内食品的外部环境，达到抑制细菌(微生物)的生长繁衍，减缓新鲜果蔬的新陈代谢速度，从而延长食品的保鲜期及货架期(1～6个月)。与冷冻食品和真空包装加高温杀菌食品相比，气调保鲜包装的产品，保鲜质量高，营养成分保持好，真正做到了原汁、原味、原貌。

现有技术中，食品气调保鲜包装设备一般由气体保鲜包装机和保鲜气体自动比例混合装置两部分组成，其中，保鲜气体自动比例混合装置是一个闭环控制系统构成的气体自动混合机，它是靠气体传感器检测信号(电流或电压信号)来控制各路伺服流量阀通径大小，从而控制进入混合室内的各种气体的比例。这种装置的优点是混合气体比例准确，误差小，自动控制能力强，但缺点是：1、由于采用闭环控制系统以及伺服流量阀、气体传感器等，结构复杂，成本高；2、由于影响该系统精度的因素较多，比如传感器的精度、控制环响应时间、外界的干扰、控制间隙(指伺服流量阀的开口大小)等，要想达到较高精度所付出的代价更大。然而从食品保鲜气体的要求来看，尽管混合保鲜气体有一定的比例要求，但这种要求允许存在一定误差，换句话说只要将混合保鲜气体的比例控制在一定的范围内就能满足使用要求，而是否采用闭环控制则不是必要的。由此可见，在满足气体混合比例要求的前提下，气体混合装置结构简单，工作可靠，成本低反而是企业和市场追求的目标，进一步说这样的技术方案才能充分体现其创造性和实用性，这样的技术才具有生命力。为此，本实用新型从保鲜气体混合要求和特点角度出发，设计了一种简单实用的保鲜气体比例混合装置，并与一种创造性的混合方法相配合，实现了保鲜气体的混合要求，获得了显著地技术效果。

                          发明内容

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种气体比例混合装置，包括由容器构成的混合室、与气体种类对应的气源以及控制电路，关键之处是：每个气源之间的压力相同，气源的压力大于混合室的压力，每个气源与混合室之间分别通过电磁阀和管道连接，各路由电磁阀和管道构成的通道之最小有效截面成比例，每个电磁阀的控制端分别与控制电路连接，所述控制电路至少包含对应每个电磁阀的时间控制电路。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、所述“由电磁阀和管道构成的各路通道之最小有效截面成比例”有以下几种情况：

(1)、各路通道之间的最小有效截面比例为1∶1。这种通道结构简单，但气体混合误差较大，当各路气体混合比例比较接近时采用此方案效果较好。

(2)、各路通道之间的最小有效截面比例为气体混合比。这种通道结构复杂，但气体混合误差较小，当各路气体混合比例相差较大时采用此方案效果较好。

(3)、各路通道之间的最小有效截面比例关系有两种，一种是气体混合比相同或接近的通道最小有效截面比例为1∶1，另一种是气体混合比在一倍以上的通道最小有效截面比例采用气体混合比。这种通道的结构和效果处于上述两者之间。

以上最小有效截面的概念是指管道和阀构成的流体通道中截面最小处的面积，因为这个面积与流体的流量和流速直接相关。一般情况下最小有效截面处是阀孔。

2、所述“与气体种类对应的气源”其含义：一是每种气体单独作为一种气源；二是有几种气体就有几种气源；三是每种气源装在一个钢瓶或压力容器中，换句话说，气源由盛装相应气体的容器构成。

3、所述“电磁阀”为通、断型普通电磁阀。

4、所述“混合室”可以由两个或两个以上容器串联构成，也可以为一个容器。这里的两个容器和一个容器主要是指两个混合室和一个混合室的区别。如果混合室采用两个容器串联的结构，气体的混合均匀性显然比一个容器好。

5、所述“控制电路”可以采用单片机等电脑控制，也可以采用其它形式的控制电路，而这此只要运用现有技术即可实现。

本实用新型工作原理是：在上述结构方案的基础上，采用间隙排气混合法或称分段混合法将各种气源通过通道在混合室中进行混合。具体是：通过电路控制电磁阀的开闭，使各路通道开起时间一致，而关闭时间根据气体混合比例关系和通道最小有效截面关系确定，每一周期之间留有一定时间间隙，这样在每段开启点各路通道两端的压差一致，使每段终点的误差减小，其最终的混合结果的误差明显小于气体连续混合时的误差。其构思是将一个气体连续混合过程分成若干段进行，段与段之间有一定时间间隙，而且每段中各路通道开启时间一致，这样有效地减小了由于混合室内压力变化引起的主气体(即比例最高的气体)的混合误差。其理论基础是：当压差一致时通过相同通道的流量相等。

本实用新型为了适应气体比例混合中的不同情况，可以相应采用不同措施，当各路气体混合比例接近时，各路通道之间的最小有效截面比例采用1∶1关系，按时间比例与流量比例对应的原理来控制各路电磁阀的开启和关闭时间。当各路气体混合比例相差较大，也可以采用1∶1的通道最小有效截面比，此时为了克服误差，采用分段间隙充气混合方式，减小由于混合室压力变化引起的主气体的混合误差。当各路气体混合比例相差较大，还可以将各路通道之间的最小有效截面比例关系设计成两种，一种是将气体混合比相同或接近的通道截面比例为1∶1，另一种是气体混合比在一倍以上的通道截面比例采用气体混合比，即加大主气体通道电磁阀的孔径，使之从时间上接近其它通道，然后再通过分段间隙充气混合方式进行混合。

下面根据单位流量计算公式进行分析：

已知：当气流通过气动元件时，使元件进口压力P1保持不变，使出口压力P2降低，如果降低到 $\frac{P2}{P1}=0.528$ 时，则气流达到声速；如果 $\frac{P2}{P1}=0.528~1$ 时气流在亚声速区，单位流量计算公式分别为：

(1)在声速区时： $Q_z=11.1\×s\×(p2+1.013)\×\sqrt{\frac{273}{T1}}l/\min \·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

(2)在亚声速区时： $Q_z=22.2\×s\×\sqrt{\mathrm{\Δp}(p2+1.013)}\×\sqrt{\frac{273}{T1}}l/\min \·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

所以，一定时间内总流量计算公式为：

(1)在声速区时： $Q_o=Q_z\×t$ $Q_o=11.1\×s\×(p1+1.013)\×\sqrt{\frac{273}{T1}}\×t(l/\min )\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

(2)在亚声速区时： $Q_o=Q_z\×t$ $Q_o=22.2\×s\×\sqrt{\mathrm{\Δp}(p2+1.013)}\×\sqrt{\frac{273}{T1}}\×t\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$ 式中  P1    ------       进口压力(巴)

  P2    ------       出口压力(巴)

  Δp   ------       压力降Δp＝P1-P2(巴)

  s     ------       有效截面积mm²

  T1    ------       进口气体温度K

  Q_z   ------       换算成自由状态后的瞬时额定流量l/min

  Q_o   ------       一定时间内的总流量

  t     ------       通气时间

由公式③、④可知，总流量与有效截面积S或通气时间t成正比。因此改变阀的有效截面或通气时间，即可改变一定时间内的总流量。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型采用通、断型普通电磁阀和管道结构，通过分段间隙充气混合方式进行气体比例混合，其精度完全达到食品保鲜气体比例混合要求，而气体混合装置的结构非常简单，与现有技术相比大大降低了成本，进一步提高了产品的市场竞争力。

2、本实用新型以简单的结构和方式替代了原来复杂的闭环控制系统，其技术方案构思巧妙，具有明显的创造性和实用价值，尤其作为食品保鲜气体自动混合装置显得十分简便。

3、本实用新型气体混合比例可以通过控制电路进行设定和调节，可以方便的实现自动控制和操作，具有较好的功能延伸性。

4、本实用新型针对气体的各种比例关于，可以采取不同措施，其方案具有较大的灵活性和适应性。

                           附图说明

附图1为本实用新型结构示意图；

附图2为本实用新型分段间隙充气混合时的电磁阀工作状态图，图中剖面线框表示电磁阀处于导通状态，A、B、C分别表示三种不同气体，t表示时间，段表示一个周期。

以上附图中：1、混合室；2、A气室；3、B气室；4、C气室；5、电磁阀；6、控制电路；7、管道；8、阀门；9、电线。

                      具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见附图1所示，一种用于食品气调保鲜包装的气体比例混合装置，其目的是将二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)以及氧气(O₂)三种气体按比例混合成食品保鲜气体并对食品包装中的气体进行置换包装。该装置由混合室1、三种气源、三个电磁阀5、控制电路6、阀门8和管道7组成。混合室1由一个容器构成，三种气源分别为A气室2、B气室3、C气室4，每个气室内的气体压力相同，气源的压力大于混合室1的压力，每个气室与混合室1之间分别通过一个电磁阀5和管道7连接，三路由电磁阀5和管道7构成的通道最小有效截面成1∶1比例关系，每个电磁阀5的控制端分别与控制电路6连接，所述控制电路6至少包含对应每个电磁阀5的时间控制电路。假设三种气体的混合比例为7∶2∶1，采用分段间隙充气混合方式具体是：通过控制电路6将一个气体连续混合过程设定成若干段进行，段与段之间有一定时间间隙，每段中各路通道打开时间一致，而且气体导通时间通过控制电路6设定成7∶2∶1，这样工作时，三种气体分别从各气室经管道7和电磁阀8流入混合室1中，并在混合室1中得到按比例混合的食品保鲜气体。由于每一段(周期)之间留有一定时间间隙，这样在每段开启点三路通道两端的压差一致，使每段终点的误差减小，其最终的混合结果的误差明显小于气体连续混合时的误差，并且接近混合比例。

本实施例中，为了进一步减少气体混合时由于压力变化而引起的误差，可以把混合比例为“7”份的最大比例气种对应的通道最小有效截面扩大4倍，这样控制时间的比例应改为7/4∶2∶1，这样可以进一步减少误差。

Claims (7)

1、一种气体比例混合装置，包括由容器构成的混合室[1]、与气体种类对应的气源以及控制电路[6]，其特征在于：每个气源之间的压力相同，气源的压力大于混合室[1]的压力，每个气源与混合室[1]之间分别通过电磁阀[5]和管道[7]连接，各路由电磁阀[5]和管道[7]构成的通道之最小有效截面成比例，每个电磁阀[5]的控制端分别与控制电路[6]连接，所述控制电路[6]至少包含对应每个电磁阀[5]的时间控制电路。

2、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述各路通道之间的最小有效截面比例为1∶1。

3、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述各路通道之间的最小有效截面比例为气体混合比。

4、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述各路通道之间的最小有效截面比例关系有两种，一种是气体混合比相同或接近的通道最小有效截面比例为1∶1，另一种是气体混合比在一倍以上的通道最小有效截面比例采用气体混合比。

5、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述气源由盛装相应气体的容器构成。

6、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述电磁阀[5]为通、断型电磁阀。

7、根据权利要求1所述的气体比例混合装置，其特征在于：所述混合室[1]由两个容器串联构成。

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