ДОЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
PROPORTIONING DEVICE

Изобретение относится к устройству и способу забора дозы вещества из транспортирующей его полости согласно ограничительной части пп.1 и 17 формулы изобретения.
Устройство и способ этого типа известны из DE 19801405. Известное устройство служит для забора дозы вещества в количестве, определенном его объемом, из транспортирующего трубопровода. Указанное устройство, используемое с транспортирующим трубопроводом, имеет выпускное отверстие, которое выполнено с возможностью плотного закрытия посредством вентиля. Кроме того, указанное устройство содержит дозирующую камеру в форме объемной трубки, внутри которой расположен вытеснительный поршень. Объемная трубка выполнена с возможностью перемещения из некоторого положения, находящегося в транспортирующей полости напротив выпускного отверстия, через эту полость в выпускное отверстие. При перемещении через указанную полость объемная трубка заполняется определенной дозой вещества. При входе в выпускное отверстие объемная трубка его уплотняет, и после открытия выпускного вентиля указанную дозу вещества выдавливают посредством вытеснительного поршня из объемной трубки в заборную емкость. Затем объемную трубку снова втягивают назад, причем выпускной вентиль остается плотно закрытым все время, пока объемная трубка уплотняет выпускное отверстие. Далее объемную трубку и вытеснительный поршень возвращают в исходное положение. Недостатком этой конструкции является невозможность поддержания асептических условий работы объемной трубки, причем стерилизация устройства для забора возможна лишь очень ограниченно.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства и способа забора дозы вещества из транспортирующей полости с обеспечением возможности осуществления простой стерилизации.
Решение поставленной задачи изложено в пп.1 или 17 формулы изобретения.
Благодаря расположению согласно изобретению дозирующей камеры по направлению потока за выпускным отверстием, так что выпускное отверстие плотно закрыто корпусом вентиля, а дозирующая камера имеет свое собственное заборное отверстие, дозирующая камера изолирована от транспортирующей полости, транспортирующей указанное вещество, и может быть подвергнута простой стерилизации после выталкивания указанной дозы вещества. Соосное расположение корпуса вентиля и выталкивающего поршня позволяет создать компактную и легко стерилизуемую конструкцию.
Предпочтительные варианты реализации изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Некоторые варианты реализации изобретения поясняются далее подробнее при помощи чертежей, на которых:
фиг.1 - схематическое сечение предлагаемого устройства в первом положении,
фиг.2 - устройство согласно фиг.1 в начале процесса забора,
фиг.3 - устройство согласно фиг.1 в конце процесса забора,
фиг.4 - схематическое сечение еще одного варианта предлагаемого устройства при заполнении дозирующей камеры,
фиг.5 - устройство согласно фиг.4 после заполнения дозирующей камеры,
фиг.6 - устройство согласно фиг.4 после выталкивания дозы вещества.
На фиг.1 показано устройство 1 согласно изобретению для забора дозы вещества в количестве, определенном его объемом, из полости 2, которой в представленном варианте выполнения является транспортирующий трубопровод. В полости 2 находится или протекает текучее вещество, например жидкость, жидкость с твердыми веществами, в частности продукт питания, например напиток из фруктовых смесей и т.п. Устройство 1 особенно пригодно для забора проб, например, для определения их зараженности микроорганизмами, однако может применяться также и для других целей.
Устройство 1 содержит транспортирующую полость 2а, которая предпочтительно выполнена в виде элемента большей транспортирующей полости 2 для транспортирования вещества. В представленном варианте реализации изобретения полость 2а окружена патрубком 3а, который может быть установлен при помощи фланцев в содержащий полость 2 трубопровод 3, через который указанное вещество течет в направлении F потока. Через стенку патрубка 3а поперечно к направлению F потока проходит выпускное отверстие 4, которое окружено седлом 4а вентиля. Седло 4а выполнено с возможностью плотного закрытия корпусом 5 вентиля. В представленном варианте реализации изобретения седло 4а ориентировано на полость 2а, в которой находится и перемещается корпус 5. С этой целью корпус 5 вентиля соединен со шпинделем 6 вентиля, который проходит через уплотненное отверстие 7 в стенке патрубка 3а, расположенной напротив выпускного отверстия 4, и выполнен с возможностью перемещения при помощи привода 8 в направлении двойной стрелки А поперечно к направлению F.
Снаружи полости 2а к выпускному отверстию 4 примыкает дозирующая камера 9. Камера 9 имеет определенный объем, соответствующий объему дозы вещества, которую необходимо забрать, или целочисленной части этой дозы. Камера 9 выполнена предпочтительно цилиндрической и имеет внутренний диаметр, который по существу соответствует диаметру выпускного отверстия 4. На торцевой стороне камеры 9, обращенной от выпускного отверстия 4, находится заборное отверстие 10. Отверстие 10 также предпочтительно имеет диаметр, соответствующий диаметру камеры 9 и диаметру отверстия 4. Отверстие 4, камера 9 и отверстие 10 расположены на одной прямой. Отверстие 10 может быть плотно закрыто отдельным запорным устройством, таким как вентиль, или заслонка, или, как подробнее поясняется далее, крышкой 11 заборной емкости 12.
С отверстием 10 взаимодействует стыковочное устройство 13 для заборной емкости 12, при помощи которого она может быть прикреплена к отверстию 10 непроницаемо для жидкости. Стыковочное устройство 13 согласовано с емкостью 12, предназначенной для прикрепления и предпочтительно содержащей пневматический зажим.
В камере 9 расположен выталкивающий поршень 14, который перекрывает поперечное сечение камеры 9 и выполнен с возможностью перемещения внутри камеры 9 от отверстия 4 к отверстию 10 в направлении двойной стрелки В.
Наружный диаметр поршня 14 предпочтительно равен внутреннему диаметру отверстия 4.
Поршень 14 вместе с корпусом 5 образует вентиль с двойным седлом. Поршень 14 приводится в действие через шток 15 поршня, который проходит через полый шпиндель 6 корпуса 5 и также соединен с приводом 8, выполненным в виде пневматического привода двойного действия.
Шток 15 также является полым. Он имеет одно впускное отверстие 16 на своей стороне, обращенной от поршня 14, и по меньшей мере одно выпускное отверстие 17 вблизи поршня 14, на своей стороне, обращенной от камеры 9. Наружный диаметр штока 15 существенно меньше внутреннего диаметра полого шпинделя 6, так что между штоком 15 и шпинделем 6 образована проточная полость 18 с впускным отверстием 19 в корпусе 5 и выпускным отверстием 20 снаружи полости 2а на стороне, обращенной от корпуса 5. Выпускное отверстие 20 выполнено или расположено так, что оно не препятствует перемещению шпинделя 6, например отверстие 20 может быть расположено с возможностью осевого перемещения по отношению к шпинделю 6.
Поршень 14, полностью вытянутый из камеры 9 назад, уплотняет впускное отверстие 19. В представленном варианте реализации изобретения седло 5а на корпусе 5 проходит радиально внутрь за седло 4а отверстия 4, так что поршень 14, вытянутый назад, также может лежать на седле 5а.
Помимо выпускного отверстия 4 камера 9 имеет дополнительное впускное отверстие 21, а помимо заборного отверстия 10 дополнительное выпускное отверстие 22. Впускное отверстие 21 и выпускное отверстие 22 проходят поперечно к направлению движения поршня 14 и могут быть плотно закрыты. Отверстие 21 и отверстие 22 предпочтительно выполнены в виде вентилей.
С отверстием 7, выполненным для прохода шпинделя 6, взаимодействует стерилизационное устройство 23, предназначенное для обработки наружной стороны шпинделя 6. Устройство 23 содержит уплотненную по отношению к полости 2а стерилизационную камеру 24 и впускное отверстие 25, а также выпускное отверстие 26, оба из которых соединены с камерой 24.
Кроме того, в устройстве 1 в соответствующих местах размещены датчики 27а, 27b и 27с температуры, благодаря которым гарантируется проведение стерилизации при необходимой температуре и одновременно гарантируется, что вещество во время забора не нагревается до этой температуры, поскольку нагрев вещества до этой температуры при взятии пробы привел бы к искажению информации о степени стерильности самого вещества. При этом первый датчик 27а контролирует температуру камеры 9, второй датчик 27b - температуру устройства 23, а третий датчик 27с - температуру в полости 18. Могут быть использованы другие датчики температуры, и/или датчики температуры могут быть размещены в других местах.
В начале работы без намерения забора устройство 1 находится в исходном положении, показанном на фиг.1. В этом исходном положении корпус 5 плотно закрывает выпускное отверстие 4, а поршень 14 - отверстие 19 шпинделя 6. Заборное отверстие 10 открыто или плотно закрыто посредством соответствующего устройства (не показано) или крышкой 11 заранее состыкованной заборной емкости 12. Указанное вещество протекает в направлении F потока через полости 2 или 2а. Заборная емкость 12 может быть подвергнута предварительной стерилизации и ее определенный объем может быть заполнен жидким продуктом питания.
При необходимости произвести забор определенной дозы вещества вначале при состыкованной емкости 12 стерилизуют камеру 9, крышку 11 емкости 12 и торцевую сторону поршня 14, обращенную к камере 9. С этой целью в камеру 9 через впускное отверстие 21 вводят стерилизующее средство, которое выводят через выпускное отверстие 22. Предпочтительно стерилизация производится посредством пара или конденсата.
Если применяются заборные емкости, впускные отверстия которых уже подвергнуты стерилизации, а заборное отверстие 10 плотно закрыто крышкой, то первоначальная стерилизация камеры 9 и дополнительных элементов, состоящих в контакте с веществом, может быть осуществлена также при стерилизации полости 2 или 2а, в начале подачи указанного вещества.
В качестве емкости 12 предпочтительно применяется контейнер, известный из ЕР 263101. Крышка 11 емкости 12 содержит заполнительный патрубок 11а (фиг.3), который может быть прикреплен к стыковочному устройству 13. Кроме того, крышка 11 содержит запорную пробку 11b, которая плотно закрывает патрубок 11а изнутри, т.е. по направлению из внутренней полости емкости 12, для открытия которой крышка 11 должна быть выдавлена внутрь из патрубка 11а. Поэтому такие емкости 12 не имеют предварительно стерилизуемой крышки и перед заполнением должны быть подвергнуты стерилизации, в особенности в области торцевой поверхности 11с крышки 11. В устройстве 1 согласно изобретению это происходит предпочтительно посредством стерилизации крышка 11 описанным способом вместе с камерой 9, во время этой стерилизации пробка 11b продолжает находиться в патрубке 11а, и торцевая поверхность 11с образует границу камеры 9.
Стерилизация осуществляется при соответствующей температуре, предпочтительно примерно 120°C.
Если датчиком 27а в камере 9 зафиксирована температура, ниже той температуры, при которой возможна стерилизация, т.е. ниже примерно 40°C, то может быть начат процесс дозирования. Охлаждение осуществляется посредством самого протекающего мимо вещества, т.к. камера 9 непосредственно примыкает к полости 2 или 2а.
Для процесса дозирования вентиль с двойным седлом, состоящий из корпуса 5 и поршня 14, отводят от выпускного отверстия 4, так что дозируемое вещество из полости 2а может втекать в камеру 9 (см. фиг.2). Однако отверстие 19 шпинделя 6 остается при этом плотно закрытым поршнем 14.
После заполнения камеры 9 вентиль с двойным седлом, образующий одно целое с корпусом 5 и поршнем 14, плотно закрывающим отверстие 19, перемещается назад на седло 4а и закрывает таким образом выпускное отверстие 4. При этом наружная сторона шпинделя 6 проходит через стерилизационную камеру 23, через которую протекает стерилизующее средство (предпочтительно пар или конденсат), так что нестерилизованная часть шпинделя 6 не входит в полость 2а.
Если выпускное отверстие 4 плотно закрыто, освобождают проход в емкость 12 и поршнем 14 выдавливают в нее дозу вещества, находящегося в камере 9. Если применяется особым образом выполненная крышка контейнера, то для обеспечения возможности наполнения емкости 12 пробку 11b выдавливают из патрубка 11а каким-либо приспособлением (не показано) или поршнем 14. Во время выталкивания вещества из камеры 9 поршнем 14 корпус 5 продолжает плотно закрывать выпускное отверстие 4. При этом отверстие 19, ведущее к проточному каналу 18, открыто. Через внутреннюю полость штока 15 поршня, т.е. через впускное отверстие 16 и выпускные отверстия 17 всасывается или подводится стерильная среда, например стерильный воздух или конденсат, или стерилизующее средство, например пар, которое заполняет зазор, образующийся за поршнем 14 и выпускным отверстием 4, и предотвращает подсос туда указанного вещества и/или нестерильного воздуха и т.п.
Указанное вещество оказывается полностью вытолкнутым, когда поршень 14 занимает положение выталкивания, показанное на фиг.3. В этом положении емкость 12 плотно закрыта, т.е., как показано на фиг.3, пробка 11b снова вдавлена в патрубок 11а. При необходимости наполнения емкости 12 второй дозированной порцией указанного вещества емкость 12 остается состыкованной на стыковочном устройстве 13. В противном случае заполненную емкость 12 удаляют и заменяют новой, или заборное отверстие 10 плотно закрывают другим способом или оставляют открытым.
Затем поршень 14 возвращают в исходное положение, в котором он расположен на седле 5а. При этом находящаяся за поршнем 14 стерильная среда выдавливается через отверстие 19 в канал 18 и через выпускное отверстие 20 наружу. Стерилизация наружной стороны штока 15 при необходимости может быть осуществлена путем ввода стерилизующего средства в канал 18. Когда поршень 14 снова находится на седле 5а, может быть начат новый процесс заполнения камеры 9, или, если отверстие 10 плотно закрыто, в камеру 9 для ее заполнения через впускное отверстие 21 может быть подан пар или конденсат, или, предпочтительно, стерильный воздух, при этом выпускное отверстие 22 остается закрытым. Перед началом нового процесса дозирования среду, находящуюся в камере 9, выпускают посредством открытия выпускного отверстия 22.
На фиг.4-6 показан второй вариант реализации предлагаемого изобретения в виде устройства 100 для забора дозы вещества в количестве, определенном его объемом. За некоторым исключением, описанным ниже, устройство 100 конструктивно аналогично устройству 1, при этом одинаковые или сравнимые конструкционные элементы обозначены такими же номерами позиций, как на фиг.1-3, и повторно не поясняются.
Устройство 100 содержит корпус 50 вентиля, имеющий центральное отверстие 190, которое больше отверстия 19. Описанным выше способом наряду с использованием поверхности 50а вентиля, сидящей на уплотнительном седле 4а вентиля, корпус 50 плотно закрывает выпускное отверстие 4 в стенке 3а полости 2а, ведущее в камеру 9.
Отверстие 190 закрыто выталкивающим поршнем 140, который отличается от выталкивающего поршня 14 предыдущего варианта реализации изобретения большими размерами. Поршень 140 выполнен предпочтительно в форме цилиндра и является по меньшей мере настолько большим, что по существу полностью заполняет дозирующую камеру 9 по меньшей мере между выпускным отверстием 4 и заборным отверстием 10. Однако в направлении двойной стрелки В поршень 140 может быть немного больше камеры 9, при этом отверстие 10 предпочтительно выполнено таким образом, что поршень 140 может быть немного вдвинут через отверстие 10 до заполнительного патрубка 11а или в емкость 12 для проб. Поперечно направлению двойной стрелки В поршень 140 предпочтительно имеет несколько меньшую ширину, чем камера 9, так что уплотнение не должно перемещаться по граничному краю поверхности 4а. Уплотнение в отверстии 190 осуществляется по меньшей мере при помощи уплотнительного кольца 51, которое размещено в корпусе 50. Кольцо 51 действует, кроме того, как скребок для поршня, очищающий наружную поверхность поршня 140, когда он перемещается относительно корпуса 50.
Корпус 50 снабжен полым шпинделем 60 вентиля, размеры которого позволяют полностью втянуть в него поршень 140, так что его выталкивающая поверхность 140а по меньшей мере находится на одной линии с поверхностью 50а корпуса 50. Однако в предпочтительном варианте реализации изобретения поршень 140 может быть вдвинут в шпиндель 60 дальше, так что поверхность 140а смещена назад в шпиндель 60 на расстояние а по отношению к поверхности 50а.
Поршень 140 снабжен полым штоком 150, в котором выполнено по меньшей мере одно впускное отверстие 16 и по меньшей мере одно выпускное отверстие 17. Выпускное отверстие 17 находится вблизи конца поршня 140, находящегося напротив поверхности 140а, и выходит в проточную полость 180, которая образована между шпинделем 60 и штоком 150. В шпинделе 60 выполнено выпускное отверстие 120 для опорожнения проточной полости 180.
Как и в первом варианте реализации изобретения, корпус 50 со своим полым шпинделем 60 и поршень 140 выполнены соосно друг с другом и с возможностью перемещения посредством привода 8 в направлении общей оси как совместно, так и независимо друг от друга.
Также следует отметить, что при выполнении полости 2 в виде трубы, вокруг корпуса 50 и его шпинделя 60 в полости 2 образуется обходной канал для вещества, так что поток F не дросселируется устройством 100.
На фиг.4-6, показывающих различные положения устройства 100, более подробно пояснена его работа.
Если необходимо переместить определенную дозу вещества из полости 2а в камеру 9, а оттуда в емкость 12, то корпус 50 со шпинделем 60 и поршень 140 со штоком 150 при помощи привода 8, предпочтительно совместно, немного перемещают от выпускного отверстия 4, в результате чего между седлом 4а и поверхностью 50а указанное вещество может затечь в камеру 9 и заполнить ее. После этого корпус 50 и поршень 140, также предпочтительно совместно, перемещают по направлению к выпускному отверстию 4 для возврата поверхности 50а на седло 4а. В самом конце закрытия камеры 9 корпусом 50 вещество, находящееся в ней, подвергается сжатию. Поскольку в частном случае жидкость сжать нельзя, то сила этого сжатия уменьшается благодаря отводу поршня 140 в шпиндель 60 за поверхность 50а на небольшое расстояние а, предпочтительно нескольких миллиметров, или никакого сжатия не происходит.
Когда камера 9 заполнена и выпускное отверстие 4 закрыто, происходит открытие заборного отверстия 10 и выталкивание указанного вещества, как описано для первого варианта реализации изобретения, через отверстие 190 посредством перемещения поршня 140 наружу. Во время перемещения поршня 140 в полость 180 через отверстие 16 и отверстия 17 подают стерильную среду, предпочтительно пар, которая заполняет пространство за поршнем 140 в полом шпинделе 60.
В конце выталкивания поршень 140 входит в заборное отверстие 10 и немного за него, предпочтительно также через патрубок 11а. Благодаря этому обеспечивается отсутствие остатков вещества в патрубке 11а и его плотное закрытие пробкой 11b или вентилем указанного контейнера.
После выталкивания определенной дозы вещества поршень 140 сначала перемещают назад, при этом патрубок 11а закрыт пробкой 11b (вентилем контейнера) заборной емкости 12. При перемещении назад поршень 140 протягивается по скребку 51, благодаря чему с поверхности поршня 140 счищаются остатки указанного вещества. Корпус 50 продолжает закрывать выпускное отверстие 4 до тех пор, пока поверхность 140а поршня 140 не скроется в отверстии 190. Одновременно с возвратом поршня 140 назад происходит выдавливание стерильной среды из канала 180 через выпускное отверстие 120. Затем устройство 100 остается в положении, уплотняющем выпускное отверстие 4, до начала следующего забора вещества.
Стерилизация камеры 9 осуществляется так же, как и в первом варианте реализации изобретения, причем здесь вначале производится предварительная промывка конденсатом, который подается из накопителя конденсата для удаления со стенок камеры 9 пленки вещества, появление которой обусловлено малой шириной поршня 140. Затем производится стерилизация паром. Стерилизация наружной стороны полого шпинделя 60 в отверстии 7 осуществляется так же, как и в устройстве 1. Стерилизация наружной стороны поршня 140 производится посредством находящегося в полости 180 пара, который стерилизует также скребок 51. Этот пар одновременно смазывает скребок 51. При возврате поршня 140 камера 9 может быть проветрена стерильным воздухом или другой стерильной средой.
Предлагаемые устройства 1, 100 могут также применяться для регулируемой подачи вещества в больших количествах, кратных объему камеры 9. С этой целью выпускное отверстие 4 просто остается открытым до тех пор, пока необходимая доза вещества не поступит в заборную емкость. Также предлагаемое устройство может применяться, например, для обычного наполнения движущихся сосудов или быть приспособлено для работы с различными заборными емкостями. Кроме того, устройство может применяться также для забора вещества из емкостей и т.п. Конструкция и расположение вентилей и/или седел вентилей и направление их действия также могут быть другими.