NO161194B - Apparat for dosering av kondensert gass. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for utmatning av forutbestemte mengder av flytendegjort gass, fortrinnsvis flytende nitrogen eller andre kondenserte inerte gasser med lavt kokepunkt, for nøytralisering og/eller trykksetting av beholdere, flasker, bokser eller lignende. Apparatet omfatter en beholder som via en innløpskanal er forbundet med en kilde for kondensert gass, er termisk isolert og er anbragt i et omgivende hus, hvilket apparat videre omfatter midler for å opprettholde et forutbestemt væskenivå i beholderen, og endelig en doseringspumpe.

Ved dosering av mindre mengder kondensert gass med lavt kokepunkt er det hovedsakelige formål at den riktige mengde tilføres hver beholder og at tapene av kondensert gass, dvs. gass som faller utenfor beholderen når det f.eks. benyttes en kontinuerlig strøm, minimaliseres eller unngås.

I teknikkens stand er det tidligere kjent et apparat for dosering av flytende nitrogen fra DE-OS 27 32 318, i hvilket apparat en skive som er dreibar om en vertikal akse, roter-es under utløpsåpningen for nitrogenet. Avhengig av skivens form kan utløpsåpningen lukkes i større eller mindre grad.

Det er videre kjent fra GB-A-2 091 228 å regulere dosering-en av flytendegjort gass med lavt kokepunkt ved hjelp av en nåleventil som utgjør utløpsåpningen av doseringsapparatet. I denne tidligere kjente konstruksjon trekkes ventilnålen oppad av en solenoid slik at flytende nitrogen kan strømme ut av doseringsapparåtets beholder. Dette tidligere kjente apparat lider av den mangel at iskrystaller kan danne seg ved ventilsetet under bruk, noe som kan føre til ujevn strøm gjennom ventilen.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et enkelt og funksjonsmessig pålitelig apparat som doserer nøyaktige mengder kondensert gass til hver mottagende beholder. Et ytterligere formål er at all slik dosert væske havner i beholderen, slik at forbruket av kondensert gass kan holdes på & t minimum.

Disse og andre formål oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse ved hjelp av et. apparat som angitt i innledningen av krav 1, idet apparatet er karakterisert ved at doseringspumpen er plassert helt eller delvis i beholderen og at isolasjonen omgir beholderen under et forutbestemt væskenivå. Foretruk-ne utførelser av foreliggende oppfinnelse er angitt i de vedføyede uselvstendige krav.

Foreliggende oppfinnelse og dens aspekter vil forstås bedre fra følgende korte beskrivelse av de vedføyede tegninger og omtalen av én utførelse av foreliggende oppfinnelse som disse viser. Fig. 1 er et skjematisk vertikalt snitt av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse og beholderne som doser av flytende gass tilføres; Fig. 2 er et vertikalt skjematisk snitt av en foretrukket utførelse av em doseringspumpe; Fig. 3 er et skjematisk grunnriss av pumpen på fig. 2; og Fig. 4 er et skjematisk vertikalt snitt av utløpet av pumpen på fig. 2, med en foretrukket utførelse av en tilbakeslagsventil.

Det skal så vises til tegningene, hvor apparatet 1 vist på fig. 1 omfatter en væskebeholder 2 for kondensert gass med lavt kokepunkt,, f.eks. flytende nitrogen. Beholderen 2 er omgitt av en isolerende kappe 3. Beholderen 2 og kappen 3 er plassert i apparatets 1 hus 6, som kontinuerlig tilføres inert gass for å holde den mer eller mindre fuktige omgivende atmosfære ute.

En kilde (ikke vist) for kondensert gass er ved hjelp av

en mellomliggende kanal 5 forbundet med beholderen 2.

Kanalen 5 er forsynt med en solenoidventi1 24, som er plassert inne i huset 6. I det minste ventillegemet 53 og ventilsetet 56 av ventilen 24 er omsluttet av et termisk belegg 57, som kan være laget'i ett stykke sammen med kappen 3, eller kan være av separat konstruksjon. Åpning av ventilen 24 reguleres av en nivåføler 17 med bistand av en regulator 8.

Et sintret filterlegeme 9 er forbundet med utløpsåpningen av kanalen 5 i beholderen, hvilket filterlegeme separerer gassfasen fra væskefasen som fører gassfasen med seg. En skvulpeplate 11 deler beholderen i to kamre 12 og 13. Skvulpeplaten 11 er fastholdt ved toppen og sidene av beholderen,

og dens nederste kant er plassert i avstand fra bunnen 14 av beholderen 2, slik at kamrene 12 og 13 står i flytforbind-else med hverandre ved hjelp av en åpning 15 mellom bunnen 14 av beholderen 2 og den nederste kant av skvulpeplaten. Høyden eller bredden av denne åpning er mindre enn et forutbestemt væskenivå 10 i beholderen 2. En sprutbeskytter 16

er plassert i det ene kammer 12 hvor kanalen 5 munner ut, og denne sprutbeskyttelse er anordnet nedstrøms for filterlegemet 9 sett i strømningsretningen av væsken gjennom kanalen 5.

I kammeret 12 er det ved toppen av beholderen 2 anordnet åpninger 23, og i kammeret 13 er det anordnet åpninger 20, 25 som fordampet væske kan unnslippe gjennom fra beholderen 2.

Skvulpeplaten 11 kan også være delt, og i så fall fastholdes det øvre parti i toppen og sidene av beholderen mens dens nedre parti, som kan være avskrådd ved bunnen mot sidene av beholderen for å etablere forbindelse mellom kamrene 12 og 13, er fast forankret langs to diametralt motstående generatriser i det nedre parti åv beholderen. Den nederste ende av kanten av skvulpeplaten 11 kan være anbragt i avstand fra bunnen 14 av beholderen 2 slik at kamrene 12 og 13 vil stå i væskeforbindelse med hverandre også i denne utførelse ved hjelp av en mellomliggende åpning 15 mellom bunnen 14 av beholderen 2 og den nederste kant av skvulpeplaten. I denne utførelse befinner væskenivået 10 seg under den øvre kant av det nedre parti av beholderen. Innhold i gassfase kan unnslippe beholderen mellom beholderens partier.

Ifølge en foretrukket utførelse er det avstand mellom beholderen 2 og isolasjonen 3, og beholderen holdes f.eks. på plass ved hjelp av avstandsholdere (ikke vist). I denne situasjon dannes det et hovedsakelig skallignende hulrom 48 mellom beholderen 2 og kappen 3. 1 henhold til én utførelse (ikke vist) er beholderen 2 en opprettstående sylinder og er kun i kontakt med den isolerende kappe 3 (som er av kvadratisk tverrsnitt i rett vinkel på sylinderens akse) langs fire generatriser, eller holdes i avstand fra isolasjonen 3 ved hjelp av avstandsholdere. En doseringspumpe 4 er fast anordnet i bunnen av beholderen 2 i kammeret 13. En tilbakeslagsventil 40 er anordnet i utløpet av pumpen 4, og etter ventilen 40 er en utløpskanal 39 forbundet med pumpens 4 hus. Utløpskanalen 39 strekker seg fra pumpen til en åpning 50 i den isolerende kappe og huset 6 av apparatet.

Kappen 3 kan stå på bunnen av huset 6 eller holdes i avstand fra bunnen av huset ved hjelp av avstandsholdere (ikke vist) .

Et kraftoverføringsorgan 19 som er forbundet med pumpen 4, er ført gjennom en åpning 20 med større tverrsnittsareal enn organet 19, og gjennom en tilsvarende åpning i kappen 3. Den ende av kraftoverføringsorganet 19 som befinner seg utenfor kappen 3 er innsatt i en solenoidanordning 21, som via en elektrisk ledning 22 er forbundet med en regulator 8. Videre er det anordnet en nivåføler 17 i kammeret 13 av beholderen 2, og denne er via en elektrisk ledning 18 forbundet med regulatoren 8 i huset 6 av apparatet 1. Nivå-føleren har til formål å opprettholde et væskenivå 10 i beholderen 2 innenfor forutbestemte grenser når apparatet er

i bruk.

På sin underside er bunnen av apparatet 1 forsynt med en elektrisk varmeplate 26, som er forbindbar med en kilde for elektrisk kraft ved hjelp av ledninger 51. Varmeplaten 26 er forsynt med en åpning som er koaksial med åpningen 50,' gjennom hvilken utløpskanalen 39 fra pumpen er ført.

Pumpen 4 er skjematisk vist i snitt på fig. 2 og omfatter et sylindrisk hus 30 hvori et stempel 31 er bevegelig i aksial retning. Huset 30 oppviser en bunn 35 som smalner av konisk, idet toppen av kjeglen har en utløpsåpning 36. En utløpsrørmuffe 59 er anordnet under bunnen 35. Muffen er gjenget innvendig.

( Stempelet 31, som er bevegelig langs innerflaten av det sylindriske hus 30, omfatter en kappe 32 som hviler mot

innerflaten av huset 30 og som ved sin nedre ende er forsynt med en konisk avsmalnende bunn 33 med samme kjeglevinkel som bunnen 35 av huset 30. Bunnen 33 og 35 av hhv. stempelet 31 og huset 30 kan også være flat. En åpning 34 er anordnet i toppen av bunnen av stempelet 31. På innsiden av kappen 32 av stempelet 31 er det anordnet en stjerneskive 38, som har en sentral åpning 55 som en ventilspindel 47 er ført gjennom. I det foreliggende tilfelle er stjerneskiven 38 flat og er forankret ved tre punkter i kappen 32. Fig. 3 er et grunnriss av stjerneskiven. Undersiden av stjerneskiven 38 flukter med den koniske bunn 33 av stempelet 31 ved stemp-elets kappe 32, men kan naturligvis være anordnet i en høyere posisjon. På sin utside kan kappen 32 av stempelet 31 være forsynt med et skruelinjeformet spor langs hele omkretsflaten av kappen for å redusere friksjonen mellom stempelet 31 og huset 30.

Den øvre ende av ventiIspindelen 47 går over i kraftover-føringsorganet 19 og er ved sin nedre ende forsynt med et ventillegeme 37, som i sin nederste stilling hviler mot bunnen 33 av stempelet 31, idet den indre eller øvre grense-flate 54 av åpningen 34 danner et ventilsete for ventillegemet 37. I dette tilfelle er den øvre ende av ventillegemet 37 plassert i avstand fra stjerneskiven 38. Ved nedadgående bevegelse av venvtilspindelen 47 vil ventillegemet først komme i kontakt med ventilsetet 54 (dersom det allerede ikke er i kontakt med dette), og deretter vil ventilspindelen 47 ved fortsatt nedadgående bevegelse forskyve stempelet 31 nedad ved hjelp av ventillegemet 37. Når bevegelsesretning-en av ventilspindelen 47 er hovedsakelig reversert, vil spindelen først heve ventillegemet 37 inntil dets øvre flate kommer i kontakt med stjerneskiven 38, slik at stempelven-tilen 37, 54 åpnes, og ventilspindelen 47 vil deretter heve stempelet 31 ved hjelp av ventillegemet 37 og stjerneskiven 38. Undersiden av ventillegemet 37 som vender mot setet 54, er f.eks. konisk, sfærisk eller rotasjonsellipsoidisk krum-met. Avstanden mellom stjerneskiven 38 og den øvre flate på ventillegemet når ventilen er lukket, dvs. når ventillegemet hviler mot setet 54, kan varieres ved hjelp av forskjellige midler.

Under bunnen 35 av huset 30 er pumpen 4 forsynt med en ut-løpsmuffe 59, hvori det fortrinnsvis er anbragt en tilbakeslagsventil. Én utførelse er illustrert på fig. 1, hvor tilbakeslagsventilen omfatter et ventillegeme som hviler mot undersiden av åpningen og påvirkes av en fjær. Fjæren tvinger ventillegemet mot åpningen (som danner et sete for ventillegemet) med en kraft som overskrider væsketrykket som hviler på ventillegemet når ventillegemet befinner seg i ro eller beveger seg oppad.

En ytterligere utførelse av tilbakeslagsventilen 40 vil fremgå av fig. 4, og denne omfatter et rørformet element 41 med en skruefjær 42 i det øvre parti av elementet 41. Fjæren 42 hviler mot en ringformet skulder 43, og en ventil-stang 44 er fastholdt i den øvre ende av fjæren 42. Et ventillegeme 45 er anbragt ved den nedre ende av ventil-stangen 44. For å redusere vekten av ventillegemet, er det av hul konstruksjon. I sin øvre stilling hviler ventillegemet 45 mot setet 46 i deaktivisert stilling. Fjæren 42 er konstruert slik at den ikke komprimeres før trykket av væsken som virker mot ventillegemet 45 overvinner det hydrauliske trykk som virker mot ventillegemet når det befinner seg i ro eller beveger seg oppad.

Når beholderen 2 er tom og apparatet 1 skal fylles med flytendegjort gass i beholderen 2, bringes flytendegjort gass til å strømme gjennom ledningen 5 mens ventilen 24 holdes åpen. I filterlegemet 9 separeres gasser fra væsken. Væsken faller ned mot bunnen av beholderen og fordampet gass strømmer forbi sprutbeskyttelsen 16 og forlater beholderen 2 gjennom åpningene 23 i kammeret 12. Deretter fordeler gassene seg i det skall-lignende hulrom 48 og strømmer deretter ut gjennom åpningen 50 samtidig med at de kjøler utløpskana-len 39, og ut gjennom åpningene i kappen 3 som kraftover-føringsorganet 19 og ledningen 18 er ført gjennom. Gassene som strømmer ut gjennom disse sistnevnte åpninger, sprer seg i apparatets hus 6 og strømmer deretter ut gjennom f.eks. åpningen 50 via spalten 49 og andre åpninger (ikke vist). Væske som er fordampet i kammeret 13 strømmer ut av kammeret gjennom åpningene 20 og 25 og forener seg med gassen fra

åpningene 23. En kontinuerlig tilførsel av nitrogen i gassfase bevirkes gjennom åpningen 52, og ved hjelp av fordamp-ningsprosessen i beholderen 2 skapes det et visst overtrykk i huset 6 i forhold til den omgivende atmosfære. Resultatet av dette er at fuktig luft ikke kan trenge inn i huset.

Etter hvert som beholderen 2 avkjøles, fylles den raskere med flytende nitrogen. Når væsken i beholderen har nådd det forutbestemte nivå, kan selve doseringsoperasjonen begynne. Når ventilspindelen 47 begynner å løfte seg under virkningen av drivinnretningen 21 og det mellomliggende kraftoverføringsorgan 19, forlater ventillegemet 37 setet 54 og kommer snart i kontakt med undersiden av stjerneskiven 38. Resultatet av dette er at det dannes en ringformet spalte mellom ventillegemet 37 og setet 54, gjennom hvilken væske som befinner seg i og over stempelet 42 kan strømme nedad til utløpet 36 av pumpen. Når ventillegemet 37 er kommet i kontakt med stjerneskiven 38, heves hele stempelet 32. Når ventilspindelen 47 er hevet en forutbestemt distanse, reverseres deniæ bevegelse, og ventillegemet 37 beveges da nedad mens stempelet som helhet i første omgang ikke akti-viseres. Når ventillegemet 37 er kommet i kontakt med sitt sete 54, er ven.tilen igjen lukket, og stempelet 32 følger ventillegemet 3'7 i dettes nedadgående bevegelse og tvinger væske som befinner seg mellom bunnen av stempelet og bunnen 35 av pumpesylinderen ut gjennom utløpet 36.

Mens stempelet 32 tvinges nedad, øker trykket som virker på ventillegemet 3'5 ut over en forutbestemt verdi, og resultatet av dette er at fjæren 42 komprimeres og stangen 44 med ventillegemet 45 beveges nedad. Det dannes derved en ringformet åpning mellom ventillegemet 45 og dettes sete 46, gjennom hvilken væske kan strømme og forlate utløpet. Når stempelet 42 har nådd sin nederste stilling, faller trykket mot ventillegemet 46 til en lavere verdi, og som et resul-tat av dette gjeninntar ventillegemet 45 sin lukkede stilling vist på fig. 4.

Fra sin nederste stilling begynner stempelet 32 en ny pumpe-sekvens, idet ventillegemet 37 og stangen 19 først begynner en oppadrettet bevegelse, og så snart ventillegemet 37 er kommet i kontakt med stjerneskiven 38, heves hele stempelet 32.

Volumet som doseres pr. pumpesyklus kan endres ved å modifisere løftehøyden av stempelet 32 fra bunnen av pumpesylinderen 35. Ved å modifisere klaringen mellom stjerneskiven 38 og ventillegemet 37, kan mengden av væske som pr. tids-enhet strømmer inn i hulrommet mellom stempelet 32 og bunnen

35 av pumpesylinderen, modifiseres.

Andre utførelser av pumpen 4 er også tenkbare. For eksempel kan pumpehuset 30 forlenges ved sin ende som vender bort fra utløpet. I dette tilfelle vil innløpet ikke bestå av hele det indre tverrsnitt av det sylindriske pumpehus 30, men av én eller flere- åpninger i veggen av pumpehuset 30 over den øverste stilling av stempelet 31. Dette resulterer i at pumpehuset 30 kan rage opp over nivået 10 uten at dette influerer på funksjonen av pumpen 4. I forbindelse med foreliggende oppfinnelse er uttrykket "pumpe 4" ment å skulle bety den aktive del av pumpen, dvs. den del av pumpen hvor stempelet 31 er bevegelig anordnet, inklusive innløps-åpningen som er plassert over den øverste stilling av stempelet.

I henhold til én utførelse (ikke vist) kan isolasjonen 3 erstatte selve beholderen 2, og i dette tilfelle vil naturligvis åpningen 50 være i tettende kontakt med utløpskanalen 39.

Når apparatet 1 på fig. 1 settes i funksjon, bringes beholdere, f.eks. aluminiumsbokser 27, til å passere under ut-løpskanalen 39 av beholderen 2. Disse bokser kan være plassert på et transportbånd som med jevn hastighet bringer boksene under utløpskanalen 39.

I det viste utførelseseksempel registrerer en føler 28, 29 når en boks passerer et visst punkt foran utløpet 39. Sig-nalet fra føleren 28, 29 overføres til regulatoren 8 via ledninger 7, og regulatoren styrer pumpen 4 slik at den forutbestemte mengde væske bringes til å forlate utløpet 39 når boksen befinner seg under utløpet.

Når væsken i beholderen 2 har sunket til et forutbestemt minste nivå, åpnes ventilen 24, og væske med gassbobler strømmer inn i kammeret 12. Filterlegemet 9 separerer gassfasen fra væskefasen. Når væskenivået i beholderen 2 har steget til et forutbestemt maksimumsnivå, lukkes ventilen 24.

Foreliggende oppfinnelse må ikke betraktes som begrenset til det som er beskrevet ovenfor og vist på tegningene, idet mange modifikasjoner er tenkelige uten å avvike fra idéen og rammen av de vedføyede krav.

Claims (11)

1. Apparat for utmatning av forutbestemte mengder av kondensert gass, hvilket apparat omfatter en beholder (2) som er forbundet med en kilde for flytende gass via en innløpskanal (5), hvilken beholder er termisk isolert og anbragt i et omgivende hus (6), midler (17) for å opprettholde et forutbestemt væskenivå (10) i beholderen (2), og en doseringspumpe (4) som er forbundet med et drivorgan (21) via et mellomliggende kraf toverf øringsorgan (19)', karakterisert ved at doseringspumpen (4) er anbragt i beholderen (2) eller delvis i beholderen og den omgivende isolasjon under det forutbestemte væskenivå (10), hvilken pumpe (4) i funksjon er plassert fullstendig under væskenivået, og at doseringspumpen (4) er en stempelpumpe med en pumpesylinder (30) og et stempel (31) som er aksialt bevegelig i sylinderen (30), og at pumpens væskeinnløp er anbragt i pumpesylinderen (30) over den øverste stilling av stempelet (31) .

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at en regulator (8) "for pumpen er anbragt i huset (6), hvori det opprettholdes en atmosfære av gass ved et høyere trykk enn trykket av den omgivende atmosfære.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kraftoverføringsorganet (19) i pumpehuset er forbundet med eller går over i en ventilspindel (47), som ved sin frie ende er fast forbundet med et ventillegeme (37), at stempelet (31) omfatter en sylindrisk kappe (32) som er glidende forskyvbar langs pumpesylinderen (30), en bunn (33) med en sentral åpning (34) hvis kant som vender mot det indre av stempelet (31) danner et sete (54) for ventillegemet (37), og en stjerneskive (38) anordnet i stempel-kappen (32) og forsynt med en sentral åpning gjennom hvilken ventilspindelen er ført, dg at ventillegemet (37) er bevegelig i den aksiale retning mellom nevnte ventilsete og nevnte stjerneskive (38) eller et punkt mellom setet (54) og stjerneskiven (38).

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at utsiden av den sylindriske kappe av stempelet er forsynt med et skruelinjeformet spor.

5. Apparat ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at pumpen (4) ved sitt utløp (59) er forsynt med en tilbakeslagsventil (40).

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at tilbakeslagsventilen (40) omfatter en fjærbelas-tet kjegle (45), og at tilbakeslagsventilen (40) er åpen i retning forover når trykket av kjeglen (45) overvinner det hydrauliske trykk som væsken i beholderen (2) utøver mot kjeglen (45) med en forutbestemt verdi.

7. Apparat ifølge et eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at innløpskanalen (5) munner ut i beholderen (2) over det forutbestemte væskenivå (10), og at et sintret filterlegeme (9) som virker som en faseseparator for gass og væske, er anordnet i utløpet av innløpskanalen (5).

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at beholderen (2) er delt i to deler eller kamre (12, 13) av en skvulpeplate (11), at de to kamre av beholderen (2) står i innbyrdes forbindelse ved hjelp av en åpning (15) mellom skvulpeplaten (11) og bunnen (14) av kammeret, hvilken åpning (15) har mindre høyde enn det forutbestemte væskenivå, og at pumpen (4) og filterlegemet (9) er anbragt i hvert sitt av kamrene (13, 12).

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at en sprutbeskyttelse (16) er anbragt mellom filterlegemet (9) og skvulpeplaten (11).

10. Apparat ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at doseringspumpen (4) er forsynt med en utløpskanal (39) som strekker seg fra pumpen (4) inn i en åpning (50) i en isolerende kappe (3) og i huset (6), og at åpningen (50) er et utløp for kald gass.

11. Apparat ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at bunnen av apparatet (1) er forsynt med en elektrisk varmeplate (26) som er forsynt med en åpning for en utløpskanal (39) fra pumpen (4).