PL179067B1 - Dozownik cieczy PL PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Dozownik cieczy, zwlaszcza kropel cieczy krio- genicznej, zawierajacy naczynie do przechowywania cieczy kriogenicznej, z otworem wylotowym do odpro- wadzania czynnika kriogenicznego z naczynia, zawo- rem otwierajacym i zamykajacym wyplyw cieczy kriogenicznej z naczynia oraz sterujacym tym zaworem mechanizmem uruchamiajacym zaopatrzonym w zespól magnetyczny, znamienny tym, ze zawór (16) jest roz- mieszczony calkowicie wewnatrz naczynia (10), a ze- spól magnetyczny mechanizmu uruchamiajacego (18) znajduje sie w bezposrednim sasiedztwie zaworu (16), calkowicie lub czesciowo na zewnatrz naczynia (10), przy czym zespól magnetyczny mechanizm u urucha- miajacego (18) zawiera cewke (22, 28) umieszczona calkowicie na zewnatrz naczynia (10), a ruchome cze- sci urzadzenia uruchamiajacego (18) sa umieszczone wewnatrz naczynia (10). FIG. 1 . P L 179067 B 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest dozownik cieczy, zwłaszcza kropel cieczy pobieranych z określonej objętości cieczy kriogenicznej, zwłaszcza ciekłego azotu.

179 067

Skroplone gazy stosowane są zwykle w przemyśle w ilościach masowych i mogąbyć odmierzane za pomocą metod konwencjonalnych. W niektórych przypadkach występuje potrzeba dozowania tylko bardzo niewielkiej ilości, na przykład kilku milimetrów ciekłego gazu. Taka potrzeba może wystąpić na przykład przy zamykaniu napoju w butelce. Często pożądane jest, aby w szyjce każdej z butelek zawarty był gaz, na przykład azot, nie oddziałujący ujemnie na jakość napoju. Ponadto, nawet jeśli azot nie jest niezbędny z tego powodu, w zamkniętej butelce z tworzywa sztucznego zawierającej napój, w wyniku obniżenia się temperatury, może wystąpić częściowa próżnia w szyjce tej butelki, która to częściowa próżnia powoduj e zapadanie się do wewnątrz ścianki butelki, a napełnianie przestrzeni szyjkowej niewielką ilością azotu, lub innego stosownego gazu, przed założeniem na butelkę zamknięcia, ochrania przed powstawaniem takiej częściowej próżni.

Dozownik kropel ciekłego azotu, lub innego skroplonego gazu, znany jest na przykład z opisu patentowego GB 2092552. W tym znanym rozwiązaniu stosuje się izolowany zbiornik ciekłego azotu z zaworem na zewnętrznej powierzchni dennej i element uruchamiający na jego zewnętrznej powierzchni górnej. Mechanizm uruchamiający jest połączony z zaworem za pośrednictwem długiego drążka, tak że zawór jest uruchamiany w wyniku ruchu drążka w górę i w dół. Ta konstrukcja zapewniając doskonale dobrany sposób dozowania kropel ma jednak pewne wady związane ze stosowaniem wydłużonego drążka łączącego. Masa drążka musi być możliwie mała, dla zminimalizowania bezwładności i umożliwienia pracy z dużą szybkością. Niestety, występuje granica, poza którąnie ma możliwości zmniejszania średnicy (a zatem i masy) drążka, bez ujemnego oddziaływania na jego wytrzymałość. Ponadto, im większa jest masa drążka, tym szybciej zużywa się zawór, a więc, tym większe sąpotencjalne upływy. W konsekwencji, ta konstrukcja nie nadaje się do stosowania przy stosunkowo dużych częstotliwościach.

Inne znane urządzenie przedstawiono w opisie patentowym GB 2251296, w którym jest stosowane izolowane naczynie z zaworem i układem uruchamiającym, które zlokalizowane są całkowicie wewnątrz naczynia. Zawór zaopatrzony jest w element stożkowy dociskany ku dołowi za pomocą sprężyny i połączony z magnesem trwałym umieszczonym w cewce, która stanowi część mechanizmu uruchamiającego. Element stożkowy jest przemieszczany w górę lub w dół, zależnie od kierunku przepuszczania prądu stałego przez cewkę. Ta konstrukcja, mimo że pozwala na eliminację problemów związanych z mechanizmem uruchamiającym zlokalizowanym na zewnątrz naczynia kriogenicznego, nie jest łatwa w konserwacji, występuje konieczność opróżniania naczynia i rozbierania całego zespołu zaworu/mechanizmu uruchamiającego przy konserwacji mechanizmu uruchamiającego. Dodatkowe problemy spowodowane są koniecznością przeprowadzenia przewodów elektrycznych przez ścianki izolowanego pojemnika.

Dozownik cieczy według wynalazku, przeznaczony zwłaszcza do dozowania kropel cieczy kriogenicznej, zawiera naczynie do przechowywania cieczy kriogenicznej, z otworem wylotowym od odprowadzania czynnika kriogenicznego z naczynia, zaworem otwierającym i zamykającym wypływ cieczy kriogenicznej z naczynia oraz sterującym tym zaworem mechanizmem uruchamiającym zaopatrzonym w zespół magnetyczny. Dozownik tego rodzaju charakteryzuje się tym, że zawór jest rozmieszczony całkowicie wewnątrz naczynia, a zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie tego zaworu, całkowicie lub częściowo na zewnątrz naczynia. Zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego zawiera cewkę umieszczoną całkowicie na zewnątrz naczynia, a ruchome części urządzenia uruchamiającego sąumieszczone wewnątrz naczynia.

Korzystne jest, że zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego zaopatrzony jest w elektromagnes z rdzeniem, mającym wewnętrzny koniec i zewnętrzny koniec, przy czym wokół rdzenia jest nawinięta cewka, a wewnętrzny koniec rdzenia przechodzi przez płytę podstawową do wnętrza naczynia. Cewka jest tak nawinięta, że przy przepływie przez niąprądu, wewnątrz naczynia jest wytworzone pole magnetyczne. Rdzeń kończy się poza wewnętrzną powierzchnią płyty podstawowej lub równo z nią.

179 067

W innym korzystnym rozwiązaniu rdzeń kończy się tuż przed powierzchnią wewnętrzną płyty podstawowej, a część materiału płyty podstawowej pokrywa wewnętrzny koniec rdzenia dla zabezpieczenia rdzenia przed oddziaływaniem zawartości naczynia.

Rdzeń jest korzystnie dwuczęściowy, przy czym każda z części rdzenia połączona jest na swym zewnętrznym końcu z drugąjego częścią, za pośrednictwem elementu mostkującego i zaopatrzona jest w nawiniętą wokół niej cewkę.

Korzystne jest, że zawór zaopatrzony jest w magnes o polaryzacji przeciwnej względem polaryzacji pola magnetycznego wytworzonego przez zespół magnetyczny urządzenia uruchamiającego.

Wokół poszczególnych części rdzenia, cewki nawinięte są tak, że na każdym wewnętrznym końcu rdzeniajest wytworzone pole magnetyczne o różnej polaryzacji, a zawór zaopatrzony jest w element magnetyczny, który stanowi mostek między biegunami, zamykający obwód magnetyczny.

Zawór jest korzystnie połączony ze sprężyną dociskającą ten zawór w kierunku położenia zamknięcia lub otwarcia. Zawór zaopatrzony jest w drążek z zaokrąglonym końcem, przyporządkowany stożkowej części otworu wylotowego. Drążek zaworujest umieszczony w zespole prowadzącym.

Przedmiot wynalazku objaśniony zostanie bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia naczynie z cieczą kriogeniczną, zaopatrzone w dozownik, w uproszczonym przekroju, fig. 2 - dozownik w widoku szczegółowym w kierunku strzałki A na fig. 1, fig. 3 - dozownik w widoku szczegółowym w kierunku strzałki B z fig. 2, fig. 4 i 5 przedstawiają odmienne ukształtowania dozownika według wynalazku, a fig. 6 przedstawia schematycznie część linii napełniania butelek lub puszek, zaopatrzonej w urządzenie przedstawione na fig. 1-4.

Przedstawione na fig, 1 kriogeniczne naczynie 10 zawiera płytę podstawową 12 z otworem wylotowym 14, umożliwiającym wypływ cieczy kriogenicznej z naczynia 10. Bezpośrednio nad płytą podstawową 12 umieszczony jest zawór 16 przyporządkowany otworowi wylotowemu 14 i służący do otwierania i zamykania wypływu cieczy kriogenicznej z naczynia 10. W skład zaworu 16 wchodzi drążek 16a o niewielkiej masie (w przybliżeniu 1,5 g) wykonany na korzystnie z aluminium, mający zaokrąglony koniec 16b, współpracujący ze stożkowaczęścią 14a otworu wylotowego 14. Magnetyczne urządzenie uruchamiające, korzystnie w postaci elektromagnesu 18, umieszczone jest całkowicie na zewnątrz naczynia 10, lecz działa wytwarzając wewnątrz naczynia 10 pole magnetyczne, umożliwiające przestawianie zaworu 16 między położeniami otwarcia i zamknięcia.

Urządzenie uruchamiające 18 może być utworzone przez wiele różnych znanych urządzeń do wytwarzania pola magnetycznego, lecz korzystnym jest, jeśli zawiera pojedynczą lub podzieloną na sekcje cewkę z rdzeniem 20, jak przedstawiono na fig. 1-5. Jeżeli stosuje się konstrukcję z cewką pojedynczą, najlepiej widoczną na fig. 4, to rdzeń 20 i cewka 22 dostosowane są do współdziałania z elementem magnetycznym 24 umieszczonym na zaworze 16 tak, że przy jego działaniu biegunowość wewnętrznego końca 20a rdzenia w pobliżu elementu magnetycznego 24 jest taka, że umożliwia przestawianie zaworu 16 w pożądanym kierunku, co powoduje jego otwieranie lub zamykanie. W przykładzie wykonania z pojedynczym rdzeniem 20 znajdującym się pod zaworem 16 bardziej korzystne jest stosowanie takich biegunowości, aby powodowały przyciąganie zaworu 16 w dół przy zamykaniu otworu wylotowego 14 po włączeniu zasilania cewki.

Podwójna konstrukcja rdzenia, widoczna najlepiej na fig. 1,3 i 5, zawiera dwa rdzenie 20, z których każdy ma wewnętrzny koniec 20a usytuowany dostatecznie blisko elementu zaworowego, aby umożliwić oddziaływanie generowanego w tym miejscu pola magnetycznego na element magnetyczny 26 zaworu 16. Zewnętrzne końce 20b dwuczęściowego rdzenia 20 połączone są za pośrednictwem pierścienia magnetycznego 21 z otworem 21 a, przez który przechodzą krople cieczy kriogenicznej.

Korzystne jest, jeżeli dwie cewki 22, 28 sąnawinięte w przeciwnych kierunkach, także na wewnętrznych końcach 20a rdzenia 20 wytwarzają różne biegunowości. W tego rodzaju konstrukcji, element magnetyczny 26 nie musi mieć własnego namagnesowania, może po prostu stano179 067 wić część wykonaną ze stali. Element magnetyczny 26 działa po prostu jak mostek szczeliny G między wewnętrznymi końcami 20a rdzenia 20, zamykając obwód magnetyczny przy zasilaniu cewek 22,28. Ponadto zastosowanajest sprężyna 30 i zespół prowadzący 32, widoczny najlepiej na fig. 2, wywierające nacisk na zawór dla jego otwarcia i prowadząc zawór w cyklu roboczym. Korzystnym jest, jeżeli zespół prowadzący 32 i sprężyna 30 zainstalowane sąna ramie 34, zaopatrzonej w dwie kolumny 36, z prowadnicą32 i punktem kotwiącym 38 dl sprężyny 30, przy czym jako ogranicznik ruchu zaworu 16 służy kołek 40.

Na figurze 1, oraz figurach 3 do 5, przedstawiono różne położenia wewnętrznego końca 20u rdzenia 20. Przedstawione na fig. 1 wewnętrzne końce 20a wystają do wnętrza naczynia 10 i przechodzą przez płytę podstawową 12, także kończą się już wewnątrz tego naczynia 10, u podczas działuniu dozownika otoczone są cieczą kriogeniczną. Taki układ zapewnia czystość magnesu lub elementu magnetycznego 24, 26 zaworu usytuowanego na dnie naczynia, zapewniając tym samym, że przy działaniu zaworu nie pogarsza się czystość w wyniku obecności jakiejś substancji zbierającej się na dnie naczynia 10.

Alternatywne przykłady wykonania przedstawiono na figurach 3 i 4, w których wewnętrzne końce 20a kończą się równo z powierzchnią wewnętrzną 12a płyty podstawowej 12. Konstrukcja dozownika przedstawiona na fig. 5, w której wewnętrzne końce 20a kończą się tuż przed powierzchnią wewnętrzną 12a płyty podstawowej 12 i są zabezpieczone cienką warstwą materiału 50, z którego jest utworzona płyta podstawowa 12, możliwe są do zastosowania, kiedy pożądane jest zabezpieczenie rdzenia 20 przed działaniem przechowywanej w naczyniu cieczy. Taka konstrukcja ma dodatkową zaletę polegającą na eliminacji problemów uszczelnienia wewnątrz płyty podstawowej 12, dla zapobieżenia wyciekowi cieczy. W konstrukcji przedstawionej na fig. 5, płyta podstawowa 12 jest korzystnie wykonana z materiału wybranego spośród nadających się do tego materiałów niemagnetycznych, a grubość T warstwy 50 dobrana jest tak, aby zapewnić przekazywanie przez nią odpowiedniej siły magnetycznej. Do wykorzystania w charakterze płyty podstawowej 12 o konstrukcji przedstawionej na fig, 1 do 5 nadaje się stal nierdzewna, ponieważ taka stal zwykle jest niemagnetyczna.

Działanie dozownika realizuje się przez przepuszczenie prądu stałego przez cewki 22, 28, w celu wytworzenia pola magnetycznego w sąsiedztwie wewnętrznego końca (końców) 20a rdzenia (rdzeni) 20. Strumień magnetyczny oddziałuje, przyciągając (lub odpychając w określonych konstrukcjach) magnes 24 lub element magnetyczny 26 zaworu 16, pociągając tym samym zaokrąglony koniec 16b drążka 16ado położenia zamknięcia i powodując zamknięcie stożkowej części 14a otworu wylotowego 14. Kiedy prąd zostaje wyłączony, pod działaniem sprężyny 30 odciągnięty zostaje drążek 16a zaworu 16, umożliwiając przedostawanie się cieczy kriogenicznej przez otwór wylotowy 14. Przez proste włączanie i wyłączanie prądu możliwa jest realizacja sterowania zaworem 16 przy otwieraniu lub zamykaniu wypływu cieczy kriogenicznej z naczynia 10. Im większa jest prędkość przełączania, tym większa jest liczba kropli kriogenu na minutę. Możliwa jest praca z częstotliwością powyżej 1000 cykli na minutę, nawet do 1800 cykli na minutę. Do napędzania zaworu między położeniem otwarcia oraz położeniem zamknięcia, możliwe jest stosowanie prądu zmiennego. W takiej konstrukcji do sterowania prędkością działania zaworu konieczna jest tylko zmiana częstotliwości prądu.

Jak przedstawiono na figurze 6, naczynie 10 umieszczone jest powyżej linii 60 z butelkami lub puszkami, tak że podczas pracy dozownika krople 62 dozowanego czynnika kriogenicznego, na przykład azotu, są dozowane bezpośrednio do otworu 63 butelki lub puszki 64, znajdujących się poniżej. Do wykrywania obecności puszki lub butelki służy czujnik optyczny lub mechaniczny czujnik 66, wysyłający sygnał do zespołu sterującego 68, który inicjuje działanie mechanizmu uruchamiającego 18, kiedy występuje taka potrzeba. Dla zapewnienia odpowiedniego poziomu cieczy w naczyniu 10 wykorzystuje się zasilający zasobnik cieczy kriogenicznej 70.

Rozwiązanie według wynalazku ma określone zalety w stosunku doznanych rozwiązań dozowników. Przez zastosowanie mechanizmu uruchamiającego 18 znajdującego się całkowicie poza naczyniem 10, możliwa jest eliminacja wymagań dotyczących przeprowadzania przewodów elektrycznych do wnętrza naczynia, przy równoczesnej eliminacji związanych z tym problemów

179 067 uszczelnienia. Poza tym, urządzenie uruchamiające nie jest wystawione na działanie niekiedy niesprzyjającego środowiska wewnątrz naczynia. Upraszcza się również konserwacja, ponieważ mechanizm uruchamiający można obsługiwać, a nawet wymieniać, bez uprzedniego opróżniania naczynia 10 i bez oddziaływania zakłócającego na delikatny zespół zaworu. Przy umieszczeniu mechanizmu uruchamiającego 18 w bezpośrednim sąsiedztwie zaworu 16 wyeliminowany jest długi drążek uruchamiający znanego rozwiązania oraz problemy z tym związane. Stosunkowo niewielka masa, a zatem i bezwładność drążka umożliwia jego pracę z duża szybkością.

FIG. 3.

/622 f6b

26) b 2Ob

FIG. 4. 24

20(2

179 067

FIG. 5.

179 067

fO

20h ^38

/2 a

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dozownik cieczy, zwłaszcza kropel cieczy kriogenicznej, zawierający naczynie do przechowywania cieczy kriogenicznej, z otworem wylotowym do odprowadzania czynnika kriogenicznego z naczynia, zaworem otwierającym i zamykającym wypływ cieczy kriogenicznej z naczynia oraz sterującym tym zaworem mechanizmem uruchamiającym zaopatrzonym w zespół magnetyczny, znamienny tym, że zawór (16) jest rozmieszczony całkowicie wewnątrz naczynia (10), a zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego (18) znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie zaworu (16), całkowicie lub częściowo na zewnątrz naczynia (10), przy czym zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego (18) zawiera cewkę (22, 28) umieszczoną całkowicie na zewnątrz naczynia (10), a ruchome części urządzenia uruchamiającego (18) są umieszczone wewnątrz naczynia (10).
2. 2. Dozownik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół magnetyczny mechanizmu uruchamiającego (18) zaopatrzony jest w elektromagnes z rdzeniem (20), mającym wewnętrzny koniec (20a) i zewnętrzny koniec (20b), przy czym wokół rdzenia (20) jest nawinięta cewka (22,28), a wewnętrzny koniec (20a) rdzenia (20) przechodzi przez płytę podstawową (12) do wnętrza naczynia (10), przy czym cewka (22, 28) jest tak nawinięta, że przy przepływie przez nią prądu, wewnątrz naczynia (10) jest wytworzone pole magnetyczne.
3. 3. Dozownik według zastrz. 2, znamienny tym, że rdzeń (20) kończy się poza wewnętrzną powierzchnią (12a) płyty podstawowej (12) lub równo z nią.
4. 4. Dozownik według zastrz. 2, znamienny tym, że rdzeń (20) kończy się tuż przed powierzchnią wewnętrzną (12a) płyty podstawowej (12), a część materiału (50) płyty podstawowej (12) pokrywa wewnętrzny koniec (20a) rdzenia (20) dla zabezpieczenia rdzenia przed oddziaływaniem zawartości naczynia (10).
5. 5. Dozownik według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że rdzeń (20) jest dwuczęściowy, przy czym każda z części rdzenia (20) połączona jest na zewnętrznym końcu (20b) z drugąjego częściąza pośrednictwem elementu mostkującego (21) i zaopatrzona jest w nawiniętą wokół niej cewkę (22, 28).
6. 6. Dozownik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór (16) zaopatrzony jest w magnes (24) o polaryzacji przeciwnej względem polaryzacji pola magnetycznego wytworzonego przez zespół magnetyczny urządzenia uruchamiającego (18).
7. 7. Dozownik według zastrz. 5, znamienny tym, że wokół poszczególnych części rdzenia (20) cewki (22, 28) nawinięte są tak, że na każdym wewnętrznym końcu (20a) rdzenia (20) jest wytworzone pole magnetyczne o różnej polaryzacji, a zawór (16) zaopatrzony jest w element magnetyczny (26), który stanowi mostek między biegunami, zamykający obwód magnetyczny.
8. 8. Dozownik według zastrz. 6, znamienny tym, że zawór (16) jest połączony ze sprężyną (30) dociskającą ten zawór (16) w kierunku położenia zamknięcia lub otwarcia.
9. 9. Dozownik według zastrz. 8, znamienny tym, że zawór (16) zaopatrzony jest w drążek (16a) z zaokrąglonym końcem (16b), przyporządkowany stożkowej części (14a) otworu wylotowego (14).
10. 10. Dozownik według zastrz. 9, znamienny tym, że drążek (16a) zaworu (16) jest umieszczony w zespole prowadzącym (32).