УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА И СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ ЕМКОСТИ
DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR DOSING LIQUID FROM TANK

Изобретение относится к устройству дозирования жидкости из емкости, содержащему:
насос, содержащий сторону всасывания, выполненную с возможностью сообщения по текучей среде с емкостью;
распылительную головку, сообщающуюся по текучей среде со стороной нагнетания насоса через выпускной канал;
клапан предварительного сжатия, расположенный в выпускном канале; и
газовый буфер, сообщающийся по текучей среде со стороной нагнетания насоса и с распылительной головкой;
причем газовый буфер содержит буферную камеру, в которой расположено по меньшей мере одно заполненное газом упруго-деформируемое тело.
Такое устройство дозирования известно из патентного документа WO 2014/074654 A1 на имя заявителя. В этом устройстве дозирования известного уровня техники газовый буфер расположен в подвижном поршне насоса и образует часть выпускного канала, ведущую к головке.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного устройства дозирования. Согласно изобретению, это достигается посредством устройства дозирования описанного выше типа, причем газовый буфер проходит от стороны нагнетания насоса в направлении, отличающемся от направления прохождения выпускного канала. «Отсоединение» газового буфера от выпускного канала обеспечивает возможность оптимизации конфигурации буфера и выпускного канала по отдельности. Такое «отсоединение» позволяет также производить буфер отдельно от насоса и/или распылительной головки и выполнять их сборку позднее и/или в другом месте. Кроме того, это позволяет изменять размер буфера независимо от размеров насоса.
Следует отметить, что устройство дозирования, имеющее такую общую конструкцию, описано в патентном документе PCT/NL2016/050756 на имя заявителя. Однако в этом более раннем документе раскрыто устройство дозирования пены, включающее в себя головку, специально предназначенную для вспенивания. Напротив, изобретение относится исключительно к устройству для распыления жидкости, т.е. создания капель жидкости или жидкостного тумана. Устройства дозирования пены однозначно исключаются.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения газовый буфер проходит от стороны нагнетания насоса в направлении, по существу, противоположном направлению прохождения выпускного канала. Таким образом, выпускной канал может быть расположен вдоль насоса, а буфер может быть расположен напротив насоса.
В таком случае, газовый буфер может проходить от стороны нагнетания насоса в направлении емкости. Это может обеспечить эффективную компоновку различных компонентов устройства. Если устройство дозирования содержит кольцевой соединитель, предназначенный для механического соединения устройства с горлышком емкости, газовый буфер может проходить через кольцевой соединитель. Таким образом, газовый буфер может входить в часть горлышка емкости.
Если газовый буфер содержит по меньшей мере одно отверстие для обеспечения сообщения по текучей среде со стороной нагнетания насоса и с распылительной головкой, это отверстие может быть выполнено в обращенной к насосу части буфера. Поскольку газовый буфер отсоединен от выпускного канала, нет необходимости в создании отверстий на противоположных концах буферной камеры, как это делалось в устройствах известного уровня техники.
Если буферная камера соединена с насосом и с распылительной головкой соединительной частью, по меньшей мере одно отверстие может быть выполнено в этой соединительной части. Таким образом, производство и сборка газового буфера значительно упрощаются.
Клапан предварительного сжатия и газовый буфер могут быть выполнены так, чтобы они определяли, соответственно, нижний и верхний пределы давления распыления жидкости. В таком случае, нижним пределом давления распыления является давление срабатывания клапана предварительного сжатия, т.е. давление, при котором этот клапан открывается и закрывается, а верхним пределом является максимальное давление, которое может быть оказано газом в буфере.
В одном из возможных вариантов осуществления клапан предварительного сжатия может иметь давление срабатывания приблизительно от 2 до 4,5 бар, предпочтительно, приблизительно от 3 до 3,5 бар. При таких значениях давления срабатывания падение капель жидкости эффективно предотвращается.
В другом варианте осуществления газовый буфер может определять максимальное давление распыления от 3 до 6,5 бар, предпочтительно, от 5 до 6 бар. При таких давлениях образующие рассеянную струю капли жидкости все еще достаточно велики, чтобы образовывать четко ограниченную распыленную струю без риска нежелательного микроскопического распыления жидкости с последующим возможным вдыханием.
Для оптимизации использования пространства внутри устройства дозирования буферная камера может содержать по меньшей мере одно заполненное газом упруго-деформируемое тело.
Конструктивно простой вариант выполнения, легко изготавливаемый путем литьевого формования, получается, когда буферная камера и по меньшей мере одно заполненное газом упруго-деформируемое тело имеют, по существу, трубчатую форму.
При таком варианте осуществления по меньшей мере одно заполненное газом упруго-деформируемое тело может представлять собой трубку с заваренными обоими концами. Таким образом, образуется замкнутое пространство, которое может быть заполнено газом. Трубка может представлять собой многослойную трубку, содержащую, например, полиэтилен, поливинилспирт или адгезивные смолы Yparex. Такая трубка заполняется газом под давлением, например, воздухом, азотом или другими газами.
Для получения оптимального сопротивления внутреннего давления буферная камера может иметь заваренные концы скругленной формы.
В одном из возможных вариантов осуществления устройства дозирования насос может содержать механизм заливки и/или выпуска. Это позволяет производить заливку насоса перед первым использованием и удалять воздух из системы при последующей работе.
Если насос содержит камеру насоса и поршень, перемещающийся в этой камере, механизм заливки и/или выпуска может включать в себя выступ в камере насоса, предназначенный для взаимодействия с деформируемой частью поршня.
Объектом изобретения является также система дозирования жидкости, содержащая емкость, по меньшей мере частично заполненную жидкостью, и устройство дозирования описанного выше типа, соединенное с этой емкостью.
Кроме того, объектом изобретения является способ дозирования жидкости. В вышеуказанном патентном документе WO 2014/074654 A1 известного уровня техники уже рассматривается способ, включающий в себя этапы, на которых:
вытягивают жидкость из емкости и повышают давление жидкости посредством насоса, причем емкость и насос являются частью системы дозирования;
направляют по меньшей мере часть жидкости под давлением к распылительной головке системы дозирования;
распыляют жидкость из распылительной головки;
направляют другую часть жидкости под давлением к газовому буферу для временного хранения; и
распыляют хранящуюся жидкость из головки, когда насос не приведен в действие.
Изобретение обеспечивает создание усовершенствованного способа, в котором жидкость под давлением направляется из насоса в распылительную головку в направлении, отличающемся от направления, в котором жидкость из насоса поступает в газовый буфер.
В одном из возможных вариантов осуществления этого способа жидкость под давлением направляется из насоса в распылительную головку в направлении, по существу, противоположном направлению, в котором жидкость под давлением направляется из насоса в газовый буфер.
Далее приведено подробное описание приводимых в качестве примеров двух вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи, аналогичные элементы на которых обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 показано устройство дозирования согласно первому варианту осуществления изобретения, когда насос не приведен в действие, с частью емкости, схематично показанной пунктиром, вид в продольном разрезе;
на фиг. 2 - устройство на фиг. 1, вид в разрезе по плоскости A-A;
на фиг. 3 - устройство на фиг. 1 без корпуса, при нажатом пусковом рычаге и приведенном в действие насосе, вид в продольном разрезе;
на фиг. 4 - устройство на фиг. 3, вид в разрезе по плоскости B-B;
на фиг. 5 - устройство дозирования согласно второму варианту осуществления, когда насос не приведен в действие, вид в продольном разрезе;
на фиг. 6 - устройство на фиг. 5, вид в разрезе по плоскости C-C;
на фиг. 7 - устройство на фиг. 5 при нажатом пусковом рычаге и приведенном в действие насосе, вид в продольном;
на фиг. 8 - устройство на фиг. 7, вид в разрезе по плоскости B-B;
на фиг. 9-11 - различные этапы изготовления заполненного газом упруго-деформируемого тела, вид спереди и вид в разрезе по плоскости A-A;
на фиг. 12 и 13 - увеличенный вид части XII на фиг. 6, поясняющий различные элементы механизма заливки и/или выпуска;
на фиг. 14 - увеличенный вид части XIV на фиг. 7, поясняющий, как сжатый воздух может проходить через поршень; и
на фиг. 15 - увеличенный вид части XV на фиг. 8, поясняющий, как сжатый воздух может выходить из камеры насоса.
Устройство 1 дозирования жидкости (не показана) из емкости C (схематично показана пунктиром) содержит насос 2, имеющий сторону S всасывания, выполненную с возможностью сообщения по текучей среде с емкостью C. Устройство 1 дозирования содержит также распылительную головку 3, сообщающуюся по текучей среде со стороной P нагнетания насоса 2 через выпускной канал 4. Головка 3 предназначена исключительно для распыления жидкости и не способна осуществлять вспенивание. В случае необходимости вспенивания перед головкой 3 может быть установлен специальный экран.
В выпускном канале 4 установлен клапан 5 предварительного сжатия, расположенный между вертикальной частью 6, начинающейся рядом со стороной P нагнетания насоса, и горизонтальной частью 7, ведущей к распылительной головке 3. В этом варианте осуществления клапан 5 предварительного сжатия представляет собой управляющий купольный клапан, поддерживаемый встроенной втулкой, расположенной внутри камеры 8 клапана. Клапан 5 предварительного сжатия имеет давление срабатывания, которое определяет нижний предел давления, при котором происходит распыление жидкости.
Устройство 1 дозирования содержит также газовый буфер 9, сообщающийся по текучей среде со стороной P нагнетания насоса 2 и с распылительной головкой 3. Газовый буфер 9 содержит нижнюю часть 10, образующую буферную камеру, в которой расположен заполненное газом упруго-деформируемое тело 11, и верхнюю часть 52, соединяющую буферную камеру 10 с рамой 12, которая будет рассмотрена далее. Как ясно видно из фиг. 1, газовый буфер 9 проходит от стороны P нагнетания насоса 2 в направлении, отличающемся от направления, в котором проходит выпускной канал 4. Фактически, в рассматриваемом варианте осуществления вертикальная часть 6 выпускного канала 4 проходит вертикально вверх вдоль насоса 2, в то время как газовый буфер 9 проходит, по существу, вертикально вниз, в направлении, противоположном направлению прохождения выпускного канала 4.
В этом варианте осуществления насос 2 содержит камеру 17 насоса, являющуюся частью рамы 12. Рама 12 включает в себя кольцевой соединитель 13, предназначенный для механического соединения с горлышком (не показано) емкости C. Газовый буфер 9 проходит через этот кольцевой соединитель 13 в горлышко емкости C. В рассматриваемом случае буферная камера 10 содержит выполненный за одно целое впускной канал 14 с расширенной частью 15, позволяющей соединить с впускным каналом 14 сифонную трубку (не показана). Буферная камера 10 установлена на нижней части рамы 12 так, что она, по существу, соосна стороне P нагнетания насоса 2, в то время как впускной канал 14 соосен с впуском 16 на стороне S всасывания насоса 2.
Насос 2 содержит также поршень 18, который способен возвратно-поступательно перемещаться со скольжением внутри камеры 17 насоса. Поршень 18 содержит стационарный шток 19 поршня, шарнирно соединенный с исполнительным элементом 20 посредством оси 21, проходящей через отверстие 22. Исполнительный элемент содержит пусковой рычаг 23 и скобу 24, шарнирно соединенную с задней частью рамы 12. Нажатие пускового рычага 23 приводит к перемещению поршня 18 и камеры 17 насоса относительно друг друга, так что поршень приближается ко дну 25 камеры 17 насоса, что становится заметно при сравнении фиг. 1 и 3. Пусковой рычаг 23 возвращается в свое исходное положение, показанное на фиг. 1, пружинным механизмом (на чертежах не показан).
Рама 12, содержащая насос 2, и исполнительный элемент 20, содержащий пусковой рычаг 23 и скобу 24, закрыты двухкомпонентным корпусом 50, 51.
Сторона S всасывания насоса 2 содержит впуск 16 и впускной клапан 26, который способен перемещаться между нижним седлом 27 клапана на впуске 16 и верхним седлом 28 у впускного отверстия 29 насосной камеры 17. Верхнее седло 28 выполнено с зубьями, что позволяет жидкости проходить через впускной клапан 26, когда он прилегает к верхнему седлу 28, и всасываться в камеру 17 насоса.
Аналогичным образом, сторона P нагнетания насоса 2 содержит выпускное отверстие 49 и выпускной клапан 30, который способен перемещаться между нижним седлом 31 на впуске 32 соединительной части 52 буфера 9 и верхним седлом 33 у выпускного отверстия 49 камеры 17 насоса. Здесь нижнее седло 31 выполнено с зубьями, что позволяет жидкости под давлением проходить сквозь выпускной клапан 30, когда он прилегает к нижнему седлу 31, и протекать в буферную камеру 10.
Насос 2 может содержать механизм 34 заливки. Механизм 34 заливки содержит два выступа 35 на дне 25 камеры 17 насоса, которые воздействуют на деформируемую внутреннюю кольцевую часть 36 на нижней поверхности поршня 18 (см. фиг. 12, 13). Это позволяет воздуху выходить через выпускное отверстие 37 поршня в пространство между верхней и нижней кромками 38, 39 поршня 18 (см. фиг. 14). Отсюда воздух может выходить через выпускное отверстие 40, выполненное в боковой стенке 41 камеры 17 поршня в месте, расположенном между верхней и нижней кромками 38, 39, когда поршень 18 находится в своем нижнем положении. Этот механизм 34 позволяет удалить воздух, находящийся в камере 17 поршня после сборки устройства 1 дозирования и емкости C, во время первого хода/ходов поршня 18 вниз, осуществляя, таким образом, заливку насоса 2 для дальнейшей эксплуатации.
Насос может также содержать механизм 53 выпуска. Это особенно важно, когда емкость C представляет собой обычную одностенную емкость. Если емкость C является емкостью типа «мешок в бутылке», такой, как емкость Flair, выпуск не требуется. Механизм 53 выпуска содержит второе выпускное отверстие 54, выполненное в боковой стенке 41 камеры 17 поршня в месте, расположенном выше верхней кромки 38 поршня 18, когда он находится в своем нижнем положении (см. фиг. 8). Второе выпускное отверстие 54 расположено выше выпускного отверстия 40 механизма 34 заливки. Наружный воздух может поступать в устройство 1 сверху через верхнюю часть камеры 17 поршня и через второе выпускное отверстие 54 в пространство 55 вокруг камеры 17 поршня. Отсюда воздух по пространству между буфером 9 и кольцевым соединителем 13 поступит в емкость C, как показано стрелками V1-V4 на фиг. 8.
В этом варианте осуществления буферная камера 10 имеет, по существу, трубчатую форму, так же, как и заполненное газом упруго-деформируемое тело 11. Как буферная камера 10, так и заполненное газом тело 11 имеют скругленные верхний и нижний концы 42, 43 и 44, 45, соответственно. Заполненное газом тело 11 плотно прилегает к цилиндрической боковой стенке 46 буферной камеры 10, и, таким образом, заполняет, по существу, весь объем буферной камеры 10 при отсутствии жидкости.
Когда пусковой рычаг 23 нажимают первый раз, любой воздух, находящийся в камере 2 насоса, будет удален посредством вышеописанного механизма 34 выпуска. Затем, при возвращении пускового рычага 23 в исходное положение, в результате перемещения вверх поршня 18 в поршневой камере возникает частичное разрежение, что приводит к всасыванию жидкости из емкости C по впускному каналу 14, через впуск 16, мимо впускного клапана 26 и через впускное отверстие 29 в камеру 17 насоса. Одновременно с этим, указанное частичное разрежение приводит к посадке выпускного клапана 30 на верхнее седло 33, перекрывая, таким образом, выпускное отверстие 49 и отсоединяя буферную камеру 10 и выпускной канал 4 от камеры 17 насоса. Таким образом, камера 17 поршня полностью заполняется жидкостью.
При повторном нажатии на пусковой рычаг 23 давление в камере 17 насоса мгновенно возрастает, поскольку жидкость несжимаема. Это повышение давления приводит к посадке впускного клапана 26 на нижнее седло 27, закрывая, таким образом, впуск 16 и отсоединяя насос 2 от емкости C. В то же самое время выпускной клапан 30 также садится на свое нижнее седло 31, открывая выпускное отверстие 49 и позволяя жидкости под давлением войти в верхнюю часть буферной камеры 10 через впуск 32.
Верхняя часть буферной камеры 10 непосредственно сообщается по текучей среде с выпускным каналом 4 через выпуск 47, не имеющий какого-либо клапана. И, поскольку давление газа в заполненном газом теле 11 выше давления срабатывания клапана 5 предварительного сжатия, жидкость под давлением сначала поступит из впуска 32 непосредственно на выпуск 47, и отсюда по вертикальной части 6 выпускного канала 4, мимо клапана 5 предварительного сжатия и по горизонтальной части 7, к распылительной головке 3.
Однако насос 2 выполнен таким образом, что его производительность больше максимальной пропускной способности распылительной головки 3, так что давление в выпускном канале 4 во время хода вниз поршня 18 будет продолжать возрастать. В конечном итоге, давление становится настолько высоким, что жидкость под давлением будет выдавливаться в буферную камеру 10, поступая в пространство между боковой стенкой 46 и заполненным газом телом 11.
Когда жидкость под давлением из насоса 2 поступает в буферную камеру 10 во время хода поршня насоса устройства 1 дозирования, заполненное газом тело 11 сжимается, в результате чего давление газа внутри заполненного газом тела 11 повышается. Это сжатие приводит к деформированию заполненного газом тела 11, что показано пунктирными линиями на чертежах. Когда поршень достигнет своей нижней мертвой точки, и пусковой рычаг 23 возвратится в свое исходное положение, давление газа в буфере 9 подействует на жидкость и заставит её выйти из буферной камеры 10 по направлению к распылительной головке 3. Таким образом, распыление жидкости продолжается, даже если пусковой рычаг не задействован. Этим обеспечивается непрерывное распыление жидкости, более или менее похожее на распыление аэрозоля.
Заполненное газом тело 11, выполненное из упругого или гибкого материала, снова принимает свою первоначальную форму, заполняя буферную камеру 10. Поскольку скругленный конец 44 заполненного газом тела 11 является относительно более жестким, чем трубчатая боковая стенка, этот конец остается более или менее стационарным, что предотвращает возможность смятия заполненного газом тела 11 в буферной камере 10.
В этом варианте осуществления заполненное газом тело 11 изготовляется из трубки 48, выполненной из упругого или гибкого материала (см. фиг. 9), заваренной на концах 44, 45 (см. фиг. 10). Завариваемые концы 44, 45 складывают, придавая им полусферическую форму (см. фиг. 11). Тело 11 может быть заполнено сжатым газом после заваривания одного из концов, но возможен также вариант, при котором трубка погружается в газовую среду, и в ней производится заваривание.
Буферный распылитель согласно изобретению позволяет осуществлять непрерывное распыление жидкости после нажатия пускового рычага. Поскольку буфер содержит заполненное газом пластиковое тело, а не металлическую пружину, устройство может быть изготовлено легко и с меньшими затратами, а также облегчается его утилизация. Кроме того, предлагаемое устройство производит гораздо меньший выброс диоксида углерода в атмосферу, чем существующие устройства. Расположение буфера напротив выпускного канала обеспечивает компактность конструкции, а также позволяет оптимизировать поток жидкости к распылительной головке.
Несмотря на то, что изобретение было описано на примере нескольких конкретных вариантов осуществления, понятно, что возможны также многие другие варианты, при условии, что они не выходят за рамки объема формулы изобретения.