УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДАЧИ ЖИДКОСТИ С ВЫПУСКНЫМ КЛАПАНОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СЖАТИЯ
LIQUID DISPENSING DEVICE HAVING PRE-COMPRESSION OUTLET VALVE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к технологиям раздачи и, в частности, к усовершенствованным распылителям или пеногенераторам различного типа в которых выходным давлением и, следовательно, размером капель можно точно управлять, при этом распылители можно эффективно заполнять для удаления воздуха из насосной системы и в которых выпускные клапаны работают оптимально с минимальным гистерезисом.
Более конкретно, изобретение относится к устройству для раздачи жидкости, содержащему: поршневую камеру; поршень, выполненный с возможностью перемещения в поршневой камеры для сжатия раздаваемой жидкости; сопло с определенной пропускной способностью для раздачи жидкости; выпускной клапан, имеющий определенное минимальное давления открытия, расположенный между поршневой камерой и соплом; и заполняющий клапан для заполнения устройства. Такое устройство для раздачи жидкости описано в более ранней заявке того же заявителя РСТ/US2013/068825, которая была опубликована как WO 2014/074645 А1.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройства для раздачи жидкости, такие как распылители, хорошо известны. В некоторых применяется предварительное сжатие чтобы создавать сильную струю при нажатии приводного механизма, и для предотвращения утечек. Распылители и пеногенераторы можно легко изготавливать и заправлять и их часто применяют для раздачи, например, моющих средств любых типов. Однако во многих случаях предпочтительно не качать постоянно раздаточное устройство для выталкивания раздаваемой жидкости. Было бы гораздо удобнее иметь возможность продолжать распыление или нанесение пены после нажатия спускового рычага или иного активирующего воздействия на распыляющую головку. Например, если при активации распыляющей головки некоторое разумное количество раз в минуту можно было бы получить непрерывный факел распыляемой жидкости, многие пользователи сочли бы такой режим оптимальным.
Одним видом раздаточных устройств, создающих непрерывный факел, являются аэрозольные баллончики, например, применяемые в кулинарии (напр., Pam), для борьбы с насекомыми (напр., Raid), для смазки (напр., WD40) и в массе других случаев. В аэрозольных баллончиках жидкость или другое раздаваемое вещество находится под давлением так, что когда пользователь активирует устройство (например, нажимая кнопку), содержимое под давлением имеет возможностью выходить наружу. Однако, аэрозольные баллончики представляют собой не только угрозу для окружающей среды, но и создают сложности при упаковке поскольку требуют применения газа-вытеснителя, который в аэрозольном баллончике должен быть сжат. Поэтому такие устройства должны заправляться под давлением с применением достаточно прочной упаковки, чтобы выдерживать такое давление, при этом следует принимать меры к тому, чтобы газ-вытеснитель одинаковое давление на протяжении всего срока службы банки или контейнера. Такие условия часто требуют применения вредных для окружающей среды материалов и ингредиентов.
Дополнительно, ищвестные аэрозольные баллончики не прекращают распыление, пока пользователь держит палец на кнопке. Поскольку люди обычно нажимают кнопку аэрозольного баллончика указательным пальцем доминирующей руки, это препятствует им делать что-то этой рукой с аэрозольным баллоном или поверхностью/объектом, на который направлен факел аэрозоля, затрудняя очистку и пр. Поэтому пользователи вынуждены распылять, например, моющее средство на поверхность, затем прекращать распыление, и протирать или оттирать поверхность и т.д.
Недавно на замену швабр пришли изделия для очистки полов. Многие из них пытаются распылять моющее средство или средство по уходу за полом из одного или более сопла, когда пользователь проводит устройство по полу или поверхности. В некоторых из этих устройств применяется моторизованный насос, работающий от сети или аккумулятора. Однако такие устройства часто не обладают достаточной прочностью и срок их службы невелик. Либо, например, в случае аккумуляторных устройств для очистки пола, любой серьезный отбор тока требует больших аккумуляторов и их частой замены, что наносит вред окружающей среде, затруднительно и дорого.
Наконец, хотя известные распылители с предварительным сжатием управляют выходным давлением, максимальное выходное давление в них никак не управляется. Известные распылители начинают раздачу при низком давлении. Во время рабочего хода приводного механизма давление поднимается до пиковой величины. Жидкость выдавливается через сопло, но сквозь сопло может пройти только часть жидкости, поэтому в распылителе давление нарастает. К концу рабочего хода давление жидкости падает до нуля. Низкое давление в начале и в конце рабочего хода, таким образом, создает капли увеличенного, неодинакового размера на правой и на левой стороне кривой время/давления для известного распылителя.
Распылитель с предварительным сжатием начинает распыление, когда давление жидкости достигает заранее определенной величины. Такое заранее определенное давление известно как порог срабатывания выпускного клапана. Как отмечено выше, во время рабочего хода приводного механизма давление растет до пиковой величины. Когда давление падает до заранее определенной величины (давления закрытия выпускного клапана), раздача немедленно прекращается. Размер капель в начале и в конце хода раздачи в распылителе с предварительным сжатием меньше, поскольку давление выше. Пиковое давление, создающее капли еще меньшего размера, также выше, чем давление в известном распылителе, поскольку такое же количество жидкости раздается за более короткое время. Следовательно, нарастает более высокое давление. Поэтому, по сравнению с известным распылителем, перепад давления на кривой давление/время сохраняется и даже увеличивается. Он только сдвигается в область более высокого давления. Поэтому недостатки стандартных распылителей с предварительным сжатием включают, например, (1) более широкий разброс размеров капель и (2) слишком малый размер капель.
Дополнительно, в распылителях "прямого действия", где пользователь желает прекращения распыления, как только он прекращает воздействовать на приводной механизм, желательно, чтобы выпускной клапан предварительного сжатия выполнял двойную функцию, т.е., чтобы он немедленно эффективно закрывался. Для этого, перепад между давлением открывания и давлением закрывания выпускного клапана должен быть оптимально мал. Однако обычно это не так.
Для управления выпускным давлением капель и для обеспечения возможности непрерывного распыления между рабочими ходами приводного механизма (тем самым инициируя рабочую функциональность аэрозольных распылителей) в комбинации с клапаном предварительного сжатия можно использовать буфер. Это позволяет получить точно определенных диапазон выходных давлений и перемещает верхнюю часть кривой давление/время во временной интервал хода поршня вниз, как описано в WO 2014/074654 А1, упомянутом выше. Однако при реализации такой комбинации клапан предварительного сжатия, который задает минимальное выходное давление, может потребовать существенного рабочего давления. Это затрудняет заполнение, так как удаление воздуха из насоса через выпускной клапан требует его существенного сжатия, чтобы его давление достигло величины, при которой открывается выпускной клапан. Если имеется множество внутренних каналов, таких, которые создают путь для жидкости вокруг последовательно соединенного буфера, и других каналов, которые не сжимаются, желательно создать систему заполнения, которая не требует выпуска захваченного воздуха через нормальный выходной канал распыления и открытия клапана предварительного сжатия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту изобретения предлагается устройство для раздачи жидкости, относящееся к типу, описанному выше, в котором клапан заполнения приводится в действие механически и расположен на поршне или в поршне. Механическая работа клапана заполнения позволяет эффективно заполнять насос, даже если воздух в насосе нельзя сжать до порога срабатывания выпускного клапана, тогда как положение клапана заполнения на поршне или в поршне позволяет легко удалить воздух из поршневой камеры.
В одном варианте устройство для раздачи жидкости далее содержит управляющий элемент в поршневой камере, выполненный с возможностью перемещать клапан заполнения из закрытого положения в открытое положение, когда подвижный поршень приближается к концу рабочего хода или находится в конце рабочего хода. Таким образом, клапан заполнения открыт только в конце рабочего хода, когда воздух полностью сжат.
Эту операцию можно выполнять структурно простым способом, когда управляющий элемент выступает из торцевой стенки поршневой камеры.
Чтобы иметь возможность выпустить воздух из поршневой камеры быстро и эффективно, устройство для раздачи жидкости может содержать множество управляющих элементов.
Вариант структурно простого клапана заполнения содержит уплотняющую деталь, закрывающую отверстие в поршне, и приводную деталь, соединенную с уплотняющей деталью и выполненную с возможностью взаимодействовать с управляющим элементом. Выпуская воздух через отверстие в поршне можно получить относительно короткий проточный канал.
Уплотняющая деталь может быть деформируемой вместе с приводной деталью, когда приводная деталь находится в зацеплении с управляющим элементом. Деформируемый клапан заполнения легче в изготовлении и проще в эксплуатации, чем шарнирный или иным образом подвижный клапан.
Для удаления по существу всего воздуха из устройства во время заполнения, торцевая стенка поршневой камеры и/или поршень может содержать воздушный канал, ведущий к клапану заполнения.
В одном варианте устройства для раздачи жидкости по настоящему изобретению клапан заполнения может быть выполнен с возможностью поджимания к открытому положению, когда давление в поршневой камере превышает заранее определенную величину. Таким образом, клапан заполнения также может служить клапаном сброса избыточного давления, который открывается, когда давление в поршневой камере достигает критически высоких величин.
Это может быть достигнуто относительно простым способом когда уплотняющая деталь ориентирована от торцевой стенки поршневой камеры.
В другом варианте устройства для раздачи жидкости по настоящему изобретению клапан заполнения выполнен с возможностью поджимания к закрытому положению за счет давления в поршневой камере. Таким способом можно предотвратить утечку жидкости через клапан заполнения во время обычной работы устройства.
Такую утечку можно предотвратить, ориентируя уплотняющую деталь к торцевой стенке поршневой камеры.
Для достижения одинакового распределения давления и, следовательно, равномерного выпуска, поршневая камера может быть цилиндрической, поршень может иметь круглое сечение, а клапан заполнения может быть кольцевым, при этом уплотняющая деталь клапана заполнения может быть образована его внешней периферийной кромкой.
В таком устройстве для раздачи жидкости приводная деталь может содержать кольцевой обод, расположенный концентрично с уплотняющей деталью и имеющий меньший диаметр, чем уплотняющая деталь.
В такой конструкции уплотняющая деталь и приводная деталь могут быть ориентированы по существу параллельно, когда клапан заполнения также используется как клапан сброса избыточного давления.
Альтернативно, уплотняющая деталь и приводная деталь могут иметь по существу противоположные ориентации, если клапан заполнения предназначен для предотвращения утечки жидкости под давлением, когда устройство эксплуатируется в нормальном режиме.
Чтобы воздух быстро и легко выводился из поршневой камеры во время заполнения, устройство для раздачи жидкости далее может содержать возвратное отверстие в боковой стенке поршневой камеры, а поршень может содержать первое периферийное уплотнение для уплотнения части поршневой камеры между поршнем и торцевой стенкой поршневой камеры, и второе периферийное уплотнение отнесенное от первого периферийного уплотнения так, чтобы когда поршень находится в конце рабочего хода или рядом с ним, возвратное отверстие находилось между первым и вторым периферийными уплотнениями. Таким образом, пространство между этими первым и вторым уплотнениями может служить для сбора и выпуска воздуха, который следует удалить из устройства.
Когда контейнер не является контейнером типа Flair, а является известным контейнером, устройство для раздачи жидкости может далее содержать вентиляционное отверстие в боковой стенки поршневой камеры, и первое и второе периферийные уплотнения могут быть расположены между вентиляционным отверстием и торцевой стенкой поршневой камеры, когда поршень находится в конце рабочего хода или рядом с ним. Таким способом контейнер может вентилироваться для предотвращения возникновения (частичного) вакуума и вентиляционное отверстие может открываться в конце рабочего хода, когда уплотнения пройдут за вентиляционное отверстие.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается устройство для раздачи жидкости, в котором выпускной клапан может быть выполнен с возможностью минимизировать разницу между давлением открытия и давлением закрытия. Таким образом, минимизируется гистерезис.
Для этого выпускной клапан может содержать купол, и этот купол может иметь жесткость, изменяющуюся в радиальном направлении.
В одном варианте этого устройства для раздачи жидкости управляющий купольный клапан может иметь внутренний гибкий участок, окружающий его центр, и внешний, более жесткий участок. Такое конкретное распределение жесткости, как считается, улучшает характеристики клапана.
1
1
Такого распределения жесткости можно добиться простыми средствами, когда купольный клапан является наиболее тонким на внутреннем гибком участке, имеющем радиус R, и становится толще по мере увеличения радиуса более чем R.
Для того, чтобы устройство для раздачи жидкости могло имитировать характеристики аэрозольного баллончика, оно далее может содержать буфер, расположенный между поршневой камерой и выпускным клапаном.
Полное, готовое к применению устройство для раздачи жидкости получается, когда устройство далее содержит контейнер для раздаваемой жидкости, сообщающийся по текучей среде с поршневой камерой через впускной клапан. В этом варианте различные функциональные элементы могут быть расположены на раздаточной головке или интегрированы в нее, а раздаточная головка может быть установлена на контейнер. В одном варианте один или более функциональный элемент может быть расположен в контейнере или интегрирован с ним, создавая так называемые блокирующие элементы, которые препятствуют применение раздаточной головки заявителя устанавливать на контейнеры конкурентов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует описание некоторых иллюстративных вариантов изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковые элементы обозначенными позициями, увеличенными на 100. На этих чертежах:
Фиг. 1 - раздаточные характеристики распылителей разного типа, где давление показано как функция времени.
Фиг. 2 - аналогичная кривая для характеристики диспенсера, включая предпочтительный диапазон давлений.
Фиг. 3 - гидравлическая схема, представляющая устройство для раздачи жидкости по варианту настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид в перспективе физического варианта устройства для раздачи жидкости по фиг. 3 без резервуара или контейнера.
Фиг. 5 - продольное сечение в направлении стрелок V-V на фиг. 4.
Фиг. 6 - продольное сечение нижней части устройства по фиг. 5 и контейнера с раздаваемой жидкостью, где устройство показано в исходном состоянии до заполнения.
Фиг. 7 - продольное сечение, соответствующее фиг. 5, но показывающее устройство в конце рабочего хода, где рычаг приводного механизма нажат, и поршень находится в нижней мертвой точке.
Фиг. 8 - вид, соответствующий фиг. 6, но показывающий поршень в нижней мертвой точке во время заполнения, когда часть воздуха должна выйти.
Фиг. 9 - вид в перспективе клапана заполнения, применяемого в устройстве для раздачи жидкости по фиг. 4-8.
Фиг. 10 - детальный вид в увеличенном масштабе, показывающий деформацию клапана заполнения во время заполнения.
Фиг. 11 - детальный вид в перспективе в сечении в увеличенном масштабе дна поршневой камеры и впускного клапана.
Фиг. 12 - детальный вид в сечении поршня с альтернативным вариантом клапана заполнения и поршневой камеры с альтернативными рабочими элементами.
Фиг. 13 - детальный вид в сечении, соответствующий фиг. 6 и 8, показывающий устройство в комбинации с известным контейнером с одной стенкой, который нужно вентилировать во время раздачи.
Фиг. 14 - продольное сечение раздаточной головки по альтернативному варианту устройства для раздачи жидкости по линии XIV-XIV на фиг. 15.
Фиг. 15 - продольное сечение альтернативного варианта по линии XV-XV на фиг. 14.
Фиг. 16 - детальный вид части, показанной кружком XVI на фиг. 15 с поршнем в поднятом положении перед заполнением.
Фиг. 17 - вид, соответствующий фиг. 16, но с поршнем в опущенном положении во время заполнения.
Фиг. 18 - вид, соответствующий фиг. 17, показывающий как можно вентилировать контейнер.
Фиг. 19 - детальный вид верхней части устройства для раздачи по фиг. 5 и 7, где выпускной клапан закрыт.
Фиг. 20 - вид, соответствующий фиг. 10, но показывающий открытый выпускной клапан и раздаваемую жидкость.
Фиг. 21 - детальный вид альтернативного варианта выпускного клапана по фиг. 19 в закрытом положении.
Фиг. 22 - вид, соответствующий фиг. 21, но показывающий клапан в открытом положении.
Фиг. 23 и 24 - виды, соответствующие фиг. 21 и 22, но показывающие еще один вариант выпускного клапана.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В иллюстративных вариантах настоящего изобретения представлены различные новые распылители и связанные с ними раздаточные устройства. Показанные распылительные головки могут, по существу работать и со стандартными бутылками и с резервуарами типа "пакет в пакете" или "контейнер в контейнере", изготовленными по технологии Flair, разработанной и внедренной заявителем. Технология Flair "пакет в пакете", которая заставляет внутренний контейнер сжиматься вокруг продукта, устраняет пустое пространство или пузырьки воздуха во внутреннем контейнере. Благодаря технологии Flair давление, приложенное к внутреннему пакету, является результатом действия среды под давлением, часто атмосферного давления, поданного между внутренним и внешним контейнерами, при этом вентиляция контейнера с жидкостью не требуется. Разумеется, когда в системе Flair продукт раздается из внутреннего пакета, который сжимается до оставшегося объема продукта по мере его раздачи, то давление в зазоре между внешним контейнером и внутренним контейнером следует уравнивать. Это можно делать, например, применяя вытесняющую среду, такую как, например, воздух под атмосферным давлением или более высоким. Этого можно легко добиться, вентилируя зазор атмосферным воздухом где-то между внутренним и внешним контейнерами, например, разместив вентиляционное отверстие на дне контейнера Flair или на любом другом удобном участке внешнего контейнера. В некоторых иллюстративных вариантах такое вентиляционное отверстие можно переместить на саму распылительную головку.
Существует тесная связь между выходным давлением и временем истечения для распылителей разного типа. В известном распылителе имеется распределение выходных давлений по существу по кривой нормального распределения (фиг. 1А), и чем больше давление, тем меньше размер капель. Таким образом, на кривой давления известного распылителя возникает распределение размеров капель, показанное неравномерной пунктирной штриховкой. Известный распылитель не имеет закрытых клапанов. Когда поршень приводится в действие, распылитель немедленно начинает распыление. Поэтому, когда пользователь приводит в действие насос медленно, давление жидкости является низким и возникают крупные капли. С другой стороны, быстрое приведение в действие поршня может уменьшить количество крупных капель, поскольку давление быстрее растет до пиковой величины. Поэтому в известном распылителе характеристики в большой степени зависят от действий или поведения пользователя, эксплуатирующего такой распылитель.
Распылитель с предварительным сжатием имеет другую выходную кривую с другим распределением давлений и размеров капель, как показано заштрихованной областью на фиг. 1В. Следует отметить, что из распылителя с предварительным сжатием выходит более широкий диапазон давлений. Распылитель с предварительным сжатием имеет нормально закрытые клапаны. Поэтому выпускной клапан открывается только при заранее определенном давлении. На ходе сжатия вытесненный объем между впускным и выпускным клапаном насоса становится нулевым. Если это не так, насос невозможно залить. Когда пользователь приводится в действие пользователем, распылитель может начать раздачу только когда давление жидкости превысит пороговое давление выпускного клапана. Поэтому медленный привод насоса не дает капель, поскольку насос начинает раздачу при более высоком давлении. Характеристики распылителя с предварительным сжатием в меньшей степени зависят от поведения пользователя, чем в случае известного распылителя.
Кривая давления/времени для распылителя с предварительным сжатием и буфером отличается от такой кривой стандартного распылителя с предварительным сжатием. Распылитель с предварительным сжатием и буферизацией имеет нормально закрытые клапаны, как и распылитель с предварительным сжатием, но без буферизации. Поэтому, выпускной клапан открывается только при заранее определенном давлении. Однако, имеется еще и буфер. Буфер хранит избыток жидкости, тем самым предотвращая возникновения пикового давления, как и в системах с клапанами предварительного сжатия но без буфера. Синхронизированные компоненты распылителя с предварительным сжатием и буферизацией определяют характеристики выхода. Скорость воздействия пользователя на приводной механизм оказывает незначительное влияние на выход, поскольку за счет буферизации давления выравниваются. Таким образом, характеристики диспенсера с предварительным сжатием и буферизацией в самой минимальной степени зависят от поведения пользователя. Диапазон выходных давлений значительно более узок, поскольку пиковые давления срезаются буферизацией избытка жидкости и, таким образом, давления на вершине кривой давления распылителя с предварительным сжатием срезаются на максимуме (фиг. 1С). Буферизация избытка жидкости уменьшает диапазон давлений и разброс размеров капель жидкости, как показано равномерно распределенными точками. Таким образом, для распылителя с предварительным сжатием и буферизацией выходное давление находится в более узкой полосе между минимальным давлением, т.е., давлением клапана предварительного сжатия, и максимальным давлением, которое является функцией давления, генерируемого буфером во время продолжающихся рабочих ходов или во время единственного рабочего хода в случае варианта с непосредственным упором (как будет описано ниже).
crack
max
На фиг. 2 показаны дополнительные детали корреляции между элементами распылителя с предварительным сжатием и буферизации. Давление открывания выпускного клапана, отвечающее за капли увеличенного размера, и максимальное давление раздачи, отвечающее за капли уменьшенного размера, являются управляющими параметрами, которые можно применять для задания пределов диапазона давления и диапазона разброса размера капель. Правая часть фиг. 2 иллюстрирует требуемый уровень давления и размера капель, который может быть создан в соответствии со спецификациями или пользователем или потребителем. С учетом требуемого уровня давления и размера капель можно создать распылитель с предварительным сжатием и буферизацией, который выводит некоторый диапазон давлений и размеров капель, сцентрированный на требуемом размере и проходящий от p-Δp до p+Δp. Давление p-Δp является давлением открытия или пороговым давлением p выпускного клапана, а p+Δp является максимальным давлением p раздачи при определенной частоте рабочих ходов.
На фиг. 3 показана схематическая гидравлическая схема устройства 1 для раздачи жидкости по иллюстративному варианту настоящего изобретения. На этом схематическом чертеже можно видеть, начиная с нижней части схемы, резервуар или контейнер 3, заполненный раздаваемой жидкостью L. Это может быть контейнер типа Flair "мешок в бутылке" или "контейнер в бутылке", как описано выше. Имеется впускной клапан 16, являющийся обратным клапаном и позволяющий жидкости L входить в поршневую камеру 4 из контейнера 3, когда движением поршня 5 в поршневой камере 4 создается разрежение. Через впускной клапан 16 жидкость L поступает в поршневую камеру и выталкивается вверх в буферную камеру через обратный клапан 31. Жидкость L течет через буфер 19 и если имеется достаточное давление, открывает выпускной клапан 7, который позволяет жидкости L пройти по выпускному каналу 49 в сопло 6. Следует также отметить, что слева от впускного клапана 16 показан клапан 40 заполнения, который более подробно будет описан ниже.
На фиг. 4 и 5 показан механизм иллюстративного распылителя по иллюстративному варианту настоящего изобретения, и различные входящие в него детали. Следует отметить, что термины "механизм распылителя" и "раздаточная головка" в настоящем описании могут применяться взаимозаменяемо для определения комбинации функциональных элементов, которые позволяют раздавать жидкость из контейнера.
Устройство 1 для раздачи жидкости, как показано на фиг. 4 и 5, которое является физическим воплощением гидравлической схемы по фиг. 3, содержит раздаточную головку 2 и контейнер 3, заполненный раздаваемой жидкостью L. Как указано выше, контейнер может быть контейнером типа Flair (фиг. 6, 8) или известным контейнером с одной стенкой (фиг. 13). Раздаточная головка 3 содержит поршневую камеру 4, поршень 5, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения в поршневой камере 4 для сжатия раздаваемой жидкости L, и сопло 6 с определенной пропускной способностью для раздачи жидкости L.
crack
Выпускной клапан 7 с определенным минимальным пороговым давлением p расположен между поршневой камерой 4 и соплом 6. Поршневая камера 4 сформирована на трубчатом нижнем конце корпуса 8, который частично входит в контейнер 3. Корпус 8 далее содержит кольцевую обойму 9 для соединения раздаточной головки 2 с горлышком 10 контейнера 3, например защелкивающимся соединением или резьбовым соединением. На нижнем конце корпуса 8 имеется трубчатый выступ 11 для приема сифонной трубки (не показана), которая может служить для транспортировки жидкости L из точки, расположенной у дна контейнера, в поршневую камеру 4. Трубчатый выступ 11 соединен с впускным отверстием 12, которой сформировано в нижней стенке 13 поршневой камеры. Эта нижняя стенка имеет загибающийся вверх контур, окружающий центральное углубление 14, в котором размещена вкладка 15, определяющее седло клапана, и впускной клапан 16.
Следует отметить, что термины "верх, "верхний" и "вниз", "нижний" и "дно" применяемые в настоящем описании, обозначают показанную ориентацию устройства 1 для раздачи жидкости, где раздаточная головка 2 показана установленной сверху на контейнере 3 и где сопло расположено на противоположном конце раздаточной головки 2 от контейнера 3.
Отходящий вверх от обоймы 9 корпус 8 содержит опорную раму 17, которая служит каркасом для поддержки и направления движущихся деталей раздаточной головки 2. Движущие детали включают ползун 18, на нижнем конце которого установлен поршень 5, а на верхнем конце - выпускной клапан 7 и сопло 6. В показанном варианте ползун 18 выполнен полым и в нем размещен буфер 19, который будет описан ниже. К движущимся деталям раздаточной головки 2 также относится привод 20, в показанном варианте рычаг, шарнирно закрепленный на опорной раме 17.
В этом варианте рычаг 20 содержит две боковые стенки 21, расположенные на противоположных сторонах от ползуна 18, и каждая из стенок имеет выступ 22 с контурной частью, взаимодействующей с валом шарнира (не показан) на ползуне 18 и, далее, несущий поджимающий элемент 23. В этом варианте каждый поджимающий элемент 23 имеет форму изогнутой пружины, работающей на изгиб, один конец 24 которой прикреплен к выступу 22, а противоположный конец 25 удерживается стопором 26, выступающим из корпуса 8 так, чтобы изгибать и предварительно нагружать пружину 23. Между боковыми стенками 21 приводного рычага 20 сформировано отверстие 27, которое позволяет приводному рычагу свободно поворачиваться без помех со стороны сопла 6 или узла 47 выпускного клапана.
Как указано выше, ползун 18 выполнен полым и имеет впускное отверстие 28, расположенное на его дне и выпускное отверстие 29, расположенное на его вершине. Впускное отверстие 28 сообщается с центральным отверстием 39 в поршне 5, которое закрыто обратным клапаном 31. Выпускное отверстие 29 закрыто выпускным клапаном 7. В показанном варианте буфер 19 является заполненным газом гибким мешком, внутреннее давление которого выше, чем пороговое давление выпускного клапана 7. Жидкость может течь из впуска 28 к выпуску 29 по канавкам (не показаны), которые сформированы на внутренней поверхности ползуна 18. Когда давление жидкости в раздаточном устройстве 1 повышается существенно выше порогового давления, например, в результате многократного нажатия рычага, что приводит к подачи жидкости из поршневой камеры 4 большей, чем может раздать сопло 6, буфер 19 будет сжиматься для создания пространства между мешком и стенкой ползуна 18 для приема избыточной жидкости.
Нижняя часть 32 корпуса 8, которая определяет поршневую камеру 4, имеет диаметр меньше, чем диаметр центральной части 33 корпуса 8, в которой расположен ползун 18. Нижняя часть 32 и центральная часть 33 соединены сужающейся частью 34. Поршень 5 имеет подобную конфигурацию с нижней частью 35, выступающей из ползуна 18 и имеющей относительно малый диаметр, сужающейся переходной частью 36 и верхней частью 37, окружающей ползун 18 и имеющей диаметр, величина которого находится между диаметром центральной части 33 корпуса 8 и наружным диаметром ползуна 18. Поршень 5 имеет расходящиеся наружу верхнюю и нижнюю кромки 38, 39. Эти расходящиеся наружу кромки 38-39 выполнены с возможностью уплотняющего скольжения вдоль внутренней стенки соответствующих частей корпуса 8 так, чтобы создать верхнее и нижнее уплотнение поршня 5.
Согласно важному аспекту изобретения, устройство 1 для раздачи жидкости содержит клапан 40 заполнения, который отделен от выпускного клапана 7. Клапан 40 заполнения расположен на поршне, в этом варианте на той стороне поршня 5, которая обращена к нижней стенке 13 поршневой камеры 4. Клапан 40 заполнения приводится в действие механически, т.е., его работа не зависит от давления воздуха, присутствующего в устройстве 1. В показанном варианте клапан 40 заполнения приводится в действие функциональным элементом 41, который расположен в поршневой камере 4. Функциональный элемент 41 может быть выступом, расположенным на нижней стенке 13 поршневой камеры 4. В этом варианте клапан 40 заполнения нормально поджат в закрытое положение так, что закрытие клапана 40 заполнения не требует действия функционального элемента 41. Клапан 40 заполнения открывается при зацеплении с функциональным элементом 41 и автоматически закрывается, как только такое зацепление прекращается.
В показанном варианте клапан 40 заполнения выполнен упруго деформируемым и открывается, когда он деформируется функциональным элементом 41. Клапан 40 заполнения образован кольцевым элементом, который имеет центральную часть 42, которая плотно посажена в кольцевой канавке 43 на дне поршня 5. Клапан 40 заполнения имеет внешнюю периферийную кромку 44, которая выполнена относительно гибкой и которая плотно прижата к внутренней поверхности 45 внешней периферийной стенки 48 поршня 5. Эта гибкая уплотняющая часть является упруго деформируемой, когда функциональный элемент 41 входит в зацепление с клапаном 40 заполнения. Благодаря своей упругости уплотняющая часть 44 возвращается в исходное положение, как только зацепление с функциональным элементом 41 прекращается. Следует отметить, что функциональный элемент 41 не входит в непосредственное зацепление с уплотняющей частью 44, чтобы не повредить эту уплотняющую часть 44, что может привести к протечке. Вместо этого функциональный элемент 41 входит в зацепление с приводной частью 46 клапана 40 заполнения. Эта приводная часть 46 образована приводным ободком, расположенным радиально внутри от внешней уплотняющей кромки 44.
В одном варианте (фиг. 6-10) приводная часть 46 и уплотняющая часть 44 имеют по существу противоположную ориентацию. Когда приводная часть 46 наклонена вверх для гладкого зацепления с функциональным элементом 41, который выступает вверх из торцевой стенки 13, уплотняющая часть 44 наклонена вниз, более или менее параллельно расходящейся наружу кромке 39 поршня 5. Таким образом, уплотняющая часть 44 всегда поджата в закрытое положение давлением в поршневой камере 5. Такая конструкция предотвращает протечку и воздуха, и жидкости в любых обстоятельствах.
Альтернативно, уплотняющая часть 44 и приводная часть 46 могут быть по существу параллельны или даже находиться на одной линии друг с другом (фиг. 12). В этом случае приводная часть 46 также наклонена вверх, как и уплотняющая часть 44. Таким образом, уплотняющая часть 44 может отжиматься от внутренней стенки 45 поршня 5, когда давление в поршневой камере 4 превышает заранее определенную величину. Таким образом, клапан 40 заполнения также действует как клапан сброса избыточного давления. Очевидно, что гибкость уплотняющей части 44 следует выбирать так, чтобы клапан 40 заполнения оставался закрытым при нормальной работе устройства 1 для раздачи жидкости чтобы предотвратить протечку жидкости через клапан 40 заполнения, которая повлияла бы на работу устройства 1. Уплотняющая часть 44 клапана 40 заполнения должна отклоняться и позволять жидкости выходить только когда в поршневой камере 4 возникает потенциально критическое давление. В этом варианте имеются два функциональных элемента 41, которые расположены на противоположных сторонах впускного отверстия 12. Более того, эти функциональные элементы имеют геометрию, немного отличающуюся геометрии единственного функционального элемента 41 по другим вариантам.
Клапан 40 заполнения перекрывает отверстие 50, сформированное в поршне 5. Это отверстие 50 открывается в периферийной боковой стенке 48 поршня 5 так, чтобы образовать канал для воздуха между поршневой камерой и пространством 51 между поршнем 5 и корпусом 8, которое ограничено верхним и нижним уплотнениями 38, 39. Отверстие 52 сформировано в корпусе 8 и непосредственно сообщается со свободным пространством 53 над жидкостью L в контейнере 3.
Чтобы весь остающийся воздух мог попасть в отверстие 60 в поршне 5, когда поршень находится в конце своего рабочего хода или рядом с ним, в нижней стенке 13 поршневой камеры 4 и о вставке 15, определяющей седло клапана (фиг. 11) могут быть выполнены канавки или углубления 54, 55. Через эти канавки 54, 55 воздух может течь к функциональному элементу 41 и их него вдоль деформированной уплотнительной части 44 клапана 40 заполнения к отверстию 50 в поршне 5.
В альтернативном варианте клапана заполнения отверстие 50 в поршне 5 соединено с кольцевым пространством 56, которое определено центральной частью 43 клапана 40 заполнения и внутренней поверхностью 45 стенки 48 поршня. Это кольцевое пространство 56 имеет относительно большой объем и позволяет эвакуировать текучую среду из поршневой камеры 4 относительно быстро, когда давление в поршневой камере 4 превысит заранее определенную величину и клапан 40 заполнения вынужден работать как клапан сброса избыточного давления. Далее, следует отметить, что в этом варианте когда имеется два функциональных элемента 41 на противоположных сторонах поршневой камеры 4, нет необходимости направлять воздух через все дно 13 поршневой камеры 4, поэтому в этом варианте нет канавок 54, 55 во вставке 15 и на дне 13, которые являются отличительными признаками других вариантов.
Для понимания того, что именно делает клапан 40 заполнения, следует обратиться к фиг. 5, 6, где в верхнем положении поршня поршневая камера сначала заполнена воздухом. Это может быть воздух, например, попавший в поршневую камеру во время изготовления.
Чтобы иметь возможность привести в действие устройство 1 и раздать жидкость, необходимо сначала удалить этот воздух. Поэтому, как показано на фиг. 7 и 8, на первом ходе поршня вниз, рычаг 20 нажимают и поршень 5 движется вниз, сжимая воздух А в поршневой камере 4. Здесь следует отметить, что в известных распылителях, даже там, где применяются клапаны предварительного сжатия, пороговое давление для выпускного клапана относительно невелико. Поэтому, в таких известных распылителях относительно легко можно залить распылитель, создавая давление внутри механизма просто воздухом. Когда этот воздух достаточно сжат, выше порогового давления выпускного клапана, которое не столь велико, он может выйти из распылителя через сопло.
Эти известные распылители имеют пороговое давление прибл. клапана предварительного сжатия или выпускного клапана 1,5 бар или менее и, поэтому, открытие клапана сжатым воздухом не является проблемой. Однако, как описано в WO 2014/0744654 А1, упомянутом выше, чтобы постепенно и точно управлять полосой выходного давления, при котором капли жидкости или частицы пены выходят из распылителя с предварительным сжатием и буферизацией, полезно применять купольные клапаны или выпускные клапаны, имеющие значительно более высокое давление открывания, например, от 2,5 до 4 или даже 5 или более бар. При таком высоком пороговом давлении трудно эвакуировать весь воздух и, следовательно, залить распылитель, особенно в обстоятельствах, когда имеется много внутренних каналов и пространств, которые просто являются несжимаемыми. Следует отметить, что эта проблема возникает независимо от наличия буфера. Она вызвана исключительно высоким пороговым давлением выпускного клапана предварительного сжатия.
Разумеется, можно сжимать объем поршневой камеры, смещая поршень 5 вниз. Однако невозможно сжать различные другие внутренние каналы и трубки, которые могут иметься в распылителе с предварительным сжатием и буферизацией или без буферизации. Поэтому желательно или оптимально иметь отдельную систему клапана заполнения, чтобы обеспечить эвакуацию как можно большего количества воздуха из распылителя. Такая систем описывается ниже.
Как показано на фиг. 7, когда рычаг 20 нажат и поршень 5 движется вниз, воздух сжимается на дне 13 поршневой камеры. Когда поршень 5 опустится до конца, приводная часть 46 клапана 40 заполнения, расположенного на дне поршня 5, входит в зацепление с функциональным элементом 41, который выступает из дна 13 поршневой камеры 4. Это приводит толчку, прилагаемому функциональным элементом 41 в направлении от корпуса 8 к стороне кольцевого обода 46 клапана 40 заполнения, как показано на фиг. 8 и фиг. 10 в увеличенном масштабе. Этот толчок или смещение приводной части 46 приводит к направленному внутрь движению области внешней кромки, образующей уплотняющую часть 44 клапана 40 заполнения, позволяющему воздуху выйти вдоль его стороны в отверстие 50 в поршне 5. Затем этот воздух течет через пространство, окружающее поршень 5 и ограниченное верхним и нижним уплотнениями 38, 38 и, наконец, выводится через отверстие 52 в корпусе 8 обратно в свободное пространство 53 над жидкостью L в контейнере 3.
В альтернативном варианте, показанном на фиг. 12, когда поршень 5, несущий клапан 40 заполнения, нажат до конца до зацепления с функциональным элементом 41, внешняя часть кромки клапана 40 заполнения, которая образует и приводную часть 46, и (дальше вперед) уплотняющую часть 44, смещается немного внутрь (к центральной точке). Таким образом, воздух имеет возможность выйти вокруг уплотняющей части 44 в кольцевое пространство 56 поршня 5. Оттуда вышедший воздух может течь через отверстие 50, пространство 51, окружающее поршень 5, и отверстие 52 в корпус 8. Таким образом, воздух может попасть обратно в резервуар и стать частью свободного пространства 53 в резервуаре 3.
Как указанно выше, когда контейнер 3 является контейнером типа Flair, вентиляция внутреннего пространства контейнера при раздаче жидкости не требуется. Однако раздаточная головка или механизм 2 распылителя по настоящему изобретению также может применяться в комбинации с известными контейнерами с одной стенкой. В этом случае когда жидкость L раздается из контейнера 3, в контейнер следует подать такой же объем воздуха, чтобы не допустить создания разрежения. для этого в корпусе 8 можно сформировать вентиляционное отверстие 66 (фиг. 13). Это вентиляционное отверстие 66 должно быть расположено выше возвратного отверстия 52 в корпусе для выполнения функции заполнения, поскольку вентиляционное отверстие 66 должно быть открыто, когда поршень 5 находится в конце своего рабочего хода в самом нижнем положении в поршневой камере 4. Во время движения вверх или впускного хода поршня 5 верхнее уплотнение 38 поршня 5 проходит вентиляционное отверстие 66, которое в результате становится изолированным от окружающей атмосферы, поскольку оно окружено верхним и нижним уплотнениями 38, 39. Во время движения вниз или сжимающего движения поршня 5, вентиляционное отверстие 66 вновь открывается, как только верхнее уплотнение 38 пройдет за него, и воздух может вытягиваться в контейнер 3 для компенсации объема извлеченной жидкости.
Как было указано выше, выпускной клапан 7 является клапаном с предварительным сжатием. В показанном варианте выпускной клапан 7 с предварительным сжатием является купольным клапаном. Этот купольный клапан 7 содержит муфту 57, которая окружает собственно купол 58. Муфта 57 размещена в отверстии 59 на вершине корпуса 8. Купольный клапан 7 поддерживается поддерживающим элементом 60, который имеет по существу такую же конфигурацию, что и клапан 7 и который предназначен для предотвращения переходя купола 58 в "реверсивное" состояние, из которого он не может восстановиться. Между куполом 58 клапана 7 и куполообразной частью 62 поддерживающего элемента 60 сохраняется небольшое пространство 61. Чтобы предотвратить захват воздуха в пространстве 61, что может помешать движению купола 58, имеется вентиляционное отверстие 63. Круша 64 защелкнута на поддерживающем элементе 6-0 для недопущения контакта между внутренним пространством устройства 1 с атмосферой. Купол 58 плотно прижат к кольцевому седлу 65 клапана, которое окружает выпускное отверстие 29 на вершине ползуна 18. Выпускной клапан 7, поддерживающий элемент 60 и крышка 64 образуют узел 47 выпускного клапана.
liquid
crack
Как было указано выше, желательно создать купольный клапан, который имеет более бинарное поведение, чем известные купола. Это достигается за счет более быстрого открывания и закрывания купола с как можно меньшей разницей между давлением открывания и закрывания купола. Как показано на фиг. 19, когда купольный выпускной клапан 7 находится в закрытом положении, дно купола 58 прижато к седлу 65 клапана. Поэтому любая жидкость в буфере не может пройти через закрытый клапан с предварительным сжатием, поскольку давление жидкости недостаточно, т.е., p<p. При более высоком давлении жидкости, как показано на фиг. 20, выпускной клапан 7 открывается. Минимальное давление открытия, известное как пороговое давление или открывающее давление, было превышено, и жидкость может пройти сквозь отверстие созданное между нижней поверхностью купола 58 и седлом 65 клапана, как показано стрелкой на фиг. 20.
seat
dome
dome
seat
Было обнаружено, что существует корреляция между диаметром D седла 65 клапана, диаметром D купольного клапана и гистерезисом, который в данном контексте означает разницу между давлением открытия и давлением закрытия купольного клапана. Очевидно, диаметр D купольного клапана должен быть равен или больше, чем диаметр D седла клапана, чтобы обеспечит нужное уплотнение. Разница в диаметрах увеличивает гистерезис, в результате чего давление открывания становится выше давления закрывания купольного клапана. Это не обязательно желательно во многих контекстах и, следовательно, желательно сделать разницу в диаметрах как можно меньшей без нарушения уплотнения.
Как показано на фиг. 19 купол 58 клапана 7 напряжен, когда он сидит на седле 65 клапана и, следовательно, для того, чтобы его открыть, требуется приложить еще большее напряжение, поскольку в открытом состоянии, показанном на фиг. 20, он находится еще дальше от своего естественного состояния покоя. Другими словами, купол 58 выпускного клапана 7 в закрытом положении, показанном на фиг. 19, уже находится в предварительно напряженном состоянии, удаленном от естественного состояния покоя или полного выгибания. Это вызвано наличием седла 56 клапана.
Продолжая ссылаться на фиг. 19, на этом чертеже хорошо видно, что имеется своего рода центральное кольцо, почти, но не совсем плоская окружность в центре купола 58 клапана 7, которая является самой тонкой частью всего выпускного клапана 7. Легко увидеть, что когда она сдвигается от центра к муфте 57 или к вертикальной структурной опоре купольного клапана, толщина купольного клапана, т.е., толщина мембраны увеличивается. Это позволяет изгибаться вверх и вниз только центральной круглой части 67 (фактически, круглой части сферической поверхности) для открывания и закрывания купольного клапана, тогда как более толстые части 68 - расположенные по существу не над уплотнением - сдвигаются ненамного, если вообще сдвигаются. Фактически, когда купол 7 открывается, потенциальна энергия или натяжение, запасается в этих более толстых участках 68, которые содержат внешнее кольцо купольного клапана 7, расположенных ближе всего к вертикальной муфте 57.
В иллюстративных вариантах настоящего изобретения имеется много способов изменять толщину мембраны, начиная от центра и двигаясь вдоль радиуса. Целью является минимизировать гистерезис и реализовать более бинарного быстрое открывание и закрывание купольного клапана так, чтобы предотвратить любое капание после того, как пользователь прекратит распыление, для тех распылителей, которые обладают возможностью прямого действия. Такая минимизация гистерезиса по существу зависит от материала. Другими словами, каждый материал имеет оптимальный диапазон минимальной толщины для части 67 купольного клапана 7, который изгибается при открывании, и максимальной толщины внешнего кольца 68, которое не изгибается.
Таким образом, имея в виду такие изменения, на фиг. 21-24 показаны разные профили толщины центральной части 67 купольного клапана и кромок 68 купольного клапана. На фиг. 22 и 24 показан открытый купольный клапан 7, а на фиг. 21 и 23 показан закрытый купольный клапан 7, полностью посаженный на седло 65. На фиг. 21 и 22 показан более тонкий купол, чем на фиг. 19 и 20, который, таким образом изменяется меньше по мене приближения к муфте 57, хотя он несколько изменяется и становится толще. На фиг. 23 и 24, с другой стороны, показана концепция, противоположная показанной на фиг. 21 и 22. На фиг. 23 и 24 купольный клапан 7 очень тонок в центре 67 и постепенно утолщается в направлении от центра. Имеется выраженное изменение толщины от центра к радиусу, который достигает области рядом с внешней границей седла 65 клапана. Мембрана становится все толще и толще от этой точки внешнего кольца к муфте 57, как видно на фиг. 23 и 24, где рядом с муфтой 57 мембрана является очень толстой.
dome
seat
Какую из этих иллюстративных конфигураций применять, зависит от типа материала, из которого желательно изготовить купольный клапан. Профиль толщины и диаметр и разница в диаметрах между купольным клапаном и седлом 65 клапана (D-Dкак описано выше со ссылками на фиг. 19) по существу зависят от материала. В зависимости от материала, который желательно использовать для этого клапана, такого, например, как полипропилен, полиэтилен, полиамид и полиоксиметилен, потребуется соответствующая разница в толщине и диаметрах в различных иллюстративных вариантах настоящего изобретения. Целью всего этого является, как отмечено выше и показано на фиг. 19-24, является создание купольного клапана с как можно меньшей разницей между давлениями открывания и закрывания.
На фиг. 14-18 показан альтернативный вариант устройства 101 для раздачи жидкости по настоящему изобретению. В этом альтернативном устройстве 101 буфер 119 расположен не в ползуне, а прикреплен к корпусу 108. Буфер 119 расположен на раме 118, которая прикреплена к друг корпуса 108. Рама 118 содержит трубчатую часть 111 для приема сифонной трубки 169, и эта трубчатая часть 111 также определяет впускной канал 170, ведущий к впускному отверстию 112 под поршневой камерой 104. Впускное отверстие 112 также перекрыто впускным клапаном 116. поршень 105 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в поршневой камере 104 приводным механизмом, содержащим рычаг 120. Этот приводной механизм подробно описан в более ранней заявке WO 2011/139383 А1 того же заявителя. В этом варианте буфер 119 расположен не на одной линии между поршневой камерой 104 и выпускным клапаном 107. Поэтому, раздаваемой жидкости нет необходимости течь через поршень 105. Вместо этого поршень 105 прогоняет жидкость сквозь выпускной канал 130, который сообщается с буфером 119 и перекрыт обратным клапаном 131. Из буфера 119 еще один выпускной канал 171 проходит рядом с поршневой камерой 104 к выпускному клапану 107. После прохода через выпускной клапан 107 жидкость течет по каналу 149 к соплу 106.
В этом альтернативном варианте устройства 101 для раздачи жидкости можно применять тот же тип отдельного клапана 140 заполнения, что и в первом варианте (фиг. 16). И вновь, отдельный функциональный элемент 141 выступает из дна 113 поршневой камеры для зацепления с приводной частью 146 и деформирования уплотняющей части 144. После прохождения через клапан 140 заполнения, воздух выходит через отверстие 150 в поршне, отверстие 152 в стенке корпуса 108 и вытекает в свободное пространство 153 (фиг. 17).
Когда этот альтернативный вариант устройства 101 используется в комбинации с известным контейнером с одной стенкой, вентиляционное отверстие можно сформировать в стенке корпуса на более высоком уровне, чем заливочное отверстие 152, как и в первом варианте (фиг. 18). Это позволит впускать в контейнер 103 атмосферный воздух после рабочего хода сжатия.
Вышеприведенное описание и чертежи являются только примерами и не ограничивают настоящее изобретение, объем защиты которого определен приложенной формулой. Следует отметить, что специалисты в этой области легко могут комбинировать различные технические аспекты различных описанных иллюстративных вариантов.