CN102741769A

CN102741769A - 精密计量装置

Info

Publication number: CN102741769A
Application number: CN2010800592381A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·M·坎德罗拉; 罗伯特·E·阿瑟尔; 劳伦斯·W·巴赛特
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-10-17
Also published as: WO2011090652A2; EP2519864B1; US20130039146A1; BR112012016008A2; WO2011090652A3; EP2519864A2; JP2013515607A

Abstract

本发明提供了一种精密计量装置，所述计量装置包括一装置，该装置具有第一室和第二室；第一活塞，所述第一活塞设置于所述第一室中，并将所述第一室分为混合部分和驱动部分；以及第二活塞，所述第二活塞设置于所述第二室中，在所述第二室中限定一浓缩液部分。所述第二室的浓缩液部分与所述第一室的混合部分流体连接。提供了一种将浓缩液加入溶剂的方法，所述方法采用所提供的计量装置。

Description

精密计量装置

技术领域

本公开总体涉及用于将精确量的浓缩物加入到溶液中的计量装置。

背景技术

计量装置在整个工业中被用于以定量比例关系将具体量的一种流体加入到另一种流体或溶液中。例如，计量装置已用于在饮料业中将糖浆加入到苏打中，将化肥加入到喷灌系统以及将添加剂加入到水中以进行去毒或净化。通常，计量系统将指定量的浓缩液通过混合装置，如混合头泵送入溶液的液体流中。通常，根据液体流中流量计提供给电磁阀的信号将浓缩液定量送入液体流。这些计量系统依靠在某种程度上不精确的电子控制和机械阀，并可消耗显著量的能源。已知其他的计量装置采用带有接收用于各种液体的活塞的腔室的单个一体式圆柱体，所述各种液体然后在该装置的下游被加入彼此中。

发明内容

需要一种可将精确量的浓缩液以高稀释度加入到溶液中的装置。例如，需要可以使用以体积计范围为从约1:1至约1:10000、从约1:10至约1:5000或甚至从约1:50至约1:1000的稀释比将浓缩液提供到溶液中的装置。现有装置的情况难以达到这种稀释比。也需要一种不需要额外电能的全机械式计量装置。最后，还需要一种在所有时间提供精确量的经稀释溶液的计量装置，而与需要的溶液量无关。

在一方面，提供了一种装置，其包括具有第一容积的第一室和具有第二容积的第二室，所述第一室和所述第二室均具有至少一个外壁；第一活塞，其可滑动地设置于所述第一室中，并可密封地将所述第一室分成混合部分和驱动部分；和第二活塞，其与所述第一活塞连接，所述第二活塞可滑动地设置于所述第二室中，并可密封地在所述第二室中限定一浓缩液部分，所述浓缩液部分和所述混合部分流体连接。也预见到具有其他浓缩液部分的其他室作为本公开的一部分。

在另一方面，提供了一种将浓缩液加入到溶剂的方法，该方法包括：提供如上所述的装置，在使所述第一室的所述混合部分的容积增大和使所述第二室的所述浓缩液部分的容积减小的方向上推动所述第一活塞，使溶剂从一个或多个溶剂源进入所述第一室的所述混合部分，并使浓缩液从所述第二室的浓缩液部分流经浓缩液导管进入所述混合室，随所述混合部分的容积增大，将所述浓缩液和所述溶剂混合形成溶剂/浓缩液混合物；关闭所述浓缩液导管中的阀门，位于所述第一室中或靠近所述第一室的至少一个阀门以及位于所述第二室中或靠近所述第二室的至少一个阀门；打开与输出导管流体连接的至少一个阀门，所述输出导管也与所述第一室的所述混合部分流体连接；在相反方向推动所述活塞并打开第二室中的阀门;使浓缩液从一个或多个浓缩液源流经所述浓缩液导管进入所述第二室的所述浓缩液部分，并经过输出导管排出所述溶剂/浓缩液混合物。用于上述装置的第三室和第三活塞也包含于本公开中。

在本公开中：

“轴向对准的”是指共享一对称轴或平行对称轴的两个或多个零部件；

“筒胆(bladder)”是指可变形容器；

“导管”是指流体通道；

“流体”是指液体或气体；

“流体连接”是指在两个装置或装置的两零部件之间直接转移流体的情形；要理解其他的流动控制装置可包含于该流体连接系统中；

“联动装置(linkage)”是指用于转移运动的构件系统，该联动装置可为直接机械联动装置或可为非直接联动装置，通过能量转移介质其随后转换成机械运动，例如送至电磁阀的电信号；

“机械连接”是指具有联动装置的两个或多个零部件；

“成比例的方式”是指预定比例，但也可解释为是指以可预计的方式变化的比例；和

“溶剂”是指将浓缩液加入其中的任意溶液，不管是纯溶剂或溶液。

所提供的装置和方法可允许少量浓缩液的精确计量，并在所有时间提供精确量的经稀释溶液，而与需要的溶液量无关。所提供的装置和方法可用于，例如，将催化剂加入到化学反应中，将抗氧化剂、热和光稳定剂、染料溶液或其他液体添加剂加入到产品混合物中。另外，所提供的装置和方法可用于将精确量的添加剂注入饮用水中。

上述发明内容并非旨在描述本发明每种实施方式的每个公开的实施例。接下来的附图简要说明以及详细描述对示例性的实施例作出了更具体的说明。

附图说明

图1为所提供的精密计量装置的一个实施例的示意图；

图2为所提供的精密计量装置的一个实施例的示意图，该精密计量装置包括一个浓缩液源；

图3为所提供的精密计量装置的再一个实施例的示意图，该精密计量装置包括两个浓缩液源。

具体实施方式

在下面的描述中参照了构成本说明书一部分的附图。附图中以图示方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不偏离本发明的范围或精神的前提下，可以设想其他的实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。

除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、量和物理特性的所有数字均应该被理解为在所有情况下都由术语“大约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则上述说明书和所附权利要求书中示出的数值参数均是近似值，其可以根据本领域技术人员利用本申请所公开的教导内容试图获得的所需特性而有所不同。通过端值表示的数值范围包括该范围内的所有数值（如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）以及该范围内的任何范围。

在此，所提供的精密计量装置由附图进一步说明。所提供装置的一个实施例示于图1中。装置100包括第一室110、第二室120、第一活塞112、第二活塞122、联动装置130和浓缩液导管140。在所提供的装置中，第一室具有的固定容积通常大于第二室的固定容积。第一室110被分为两部分-混合部分114（在活塞112上面的容积）和驱动部分116（在第一活塞112下面的容积）。混合部分114和驱动部分116的容积根据第一活塞112在第一室110中的位置进行改变。例如，当第一活塞112完全伸展时（如图1中见到的最上面位置），混合部分114的容积最小，而相应地，驱动部分116的容积则最大。第二活塞122限定浓缩液部分126。

第一室可与第二室轴向对准。例如，第一室可通过公共轴线和第二室直接对准。或者，第二室可在一单独轴线上被对准，其中所述单独轴线平行于第一轴线。或者，第二室可具有一轴线，该轴线与所述第一室所对准的轴线成一夹角。例如，可采用螺旋齿轮，其可使第二室位于与第一室基本成直角处。通过合适的传动，任意其他的角度也可适用。

第一室或第二室具有旋转对称不是必须的。例如，在第一活塞和第二活塞之间的联动装置可偏离一个或其他活塞的中心。

联动装置130可为使机械运动在第一活塞112和第二活塞122之间转移的任意系统。在图1中，由130表示的联动装置为广义的联动装置元件。联动装置130可为，例如，机械连接至第一活塞112和第二活塞122的实心杆，或在一些实施例中为在各端带有第一活塞112和第二活塞122的杆元件。因此，在一个实施例中，第一活塞112、联动装置130（杆元件）和第二活塞122全部为一个部件。在其他实施例中，联动装置130可为，例如，连接杆、径向联动装置、轴向联动装置、移位联动装置、离合器联动装置、旋转联动装置、蠕动联动装置、弹簧或弹簧系统、齿轮或齿轮系统、液压系统、伸缩系统、磁耦合系统或其他以成比例方式使机械运动从第一活塞112转移到第二活塞122的其他系统。另外，所述联动装置可为非直接的，其中信号，如电信号，可为活塞之间连接联动装置的一部分。例如，一个活塞可向另一个活塞发送电信号，而所述另一个活塞可通过电磁阀将该信号转变成机械运动。

第一室110和第二室120可为能容纳液体的任意容积元件的形状。例如，第一室110、第二室120或其两者可为圆柱形。但是，还可想到第一室110和第二室120采用其他形状的容积元件。例如，第一室110、第二室120或其两者可为横截面为从三角形到多边形的任意多边形的长斜方形形状。第一活塞112位于第一室中，使得第一活塞112的边缘完全接触第一室110的外壁并形成将第一室110分成上述两部分的密封。类似地，第二活塞122位于第二室中，使得第二活塞122的边缘完全接触第二室120的外壁并形成限定浓缩液部分的密封。在两室中，所述密封意指阻止流体从所述室的一部分到所述室的另一部分实质上横贯。第一室可具有可进入第一室的多个开口，而第二室具有可进入第二室的多个开口。这些开口通常连接至导管。

在所示的装置中，第二室120浓缩液部分126与第一室110的混合部分114流体连接。在图1中，通过浓缩液导管140流体连接。浓缩液导管140可为管道、通道、软管、导管、隧道、槽或使得液体能够从第二室120的浓缩液部分126流入第一室110的混合部分114的部件组合。浓缩液软管140可包括其他部件，如过滤器、计量仪、限流器、压力传感器、单向止回阀或任何可改变从第二室120到第一室110的液体流速、压力和流向的部件。可选的单向止回阀示于图1中，其仅为示例性之目的。在通过第二活塞122的伸展被推出浓缩液部分126后，单向止回阀144防止浓缩液回流。单向止回阀142在第一活塞112伸展期间阻止浓缩液回流。考虑到可有其他浓缩液室具有与所述第一活塞机械连接的其他活塞，并且这些其他的浓缩液室也可与所述第一圆柱体的混合部分液体连接。

通常，可用的浓缩液包括，例如配制添加剂，如抗氧化剂、热光稳定剂、光化辐射吸收剂、染料以及分散的颜料、催化剂、药物、佐剂、共溶剂、调味剂、维生素、矿物质、消毒剂、除臭剂、防污剂和阻垢剂。

将浓缩液加入到溶剂的方法可参照图1再一次作出最好的说明。尽管图1以垂直取向进行图示，但其并非限制性的，而在此仅是用来讨论所提供的方法。提供溶剂源150使得其通过溶剂导管152与第一室110的混合部分114流体连接。类似地，提供浓缩液源160使得其通过浓缩液导管162与第二室120的浓缩液部分126流体连接。浓缩液源160可为具有浓缩液的容器。所述容器可为，例如，罐、瓶、箱或筒胆。在图1示出的实施例中，在溶剂导管152中提供单向止回阀154以阻止溶剂回流；在浓缩液导管162中提供单向止回阀164以阻止浓缩液回流。

推动第一活塞112以增加第一室110的混合部分114的容积（图1中向下取向）。活塞112的这种运动将溶剂通过导管152和单向止回阀154抽入混合部分114。同时，第二活塞122以与第一活塞112运动成比例的方式运动以减少第二室120浓缩液部分126的容积，迫使浓缩液通过单向止回阀144进入浓缩液导管140，通过单向止回阀142进入第一室110的混合部分114。因此，定量的浓缩液和溶剂同时填充混合部分114，且不管其容积如何，混合部分114具有相同浓度的浓缩液和溶剂。混合可在静态下发生，或在存在并与混合部分114连通的其他混合元件下发生。在此第一活塞推动过程中，在图1所示的实施例中，单向止回阀142、144和154都处于打开位置，使液流按箭头所示方向流动，而单向止回阀156和164则都处于关闭位置以阻止液流按箭头所示方向流动。

在混合部分114达到最大容积后（由第一活塞112的撞击长度确定的任意容积），单向止回阀142、144和154关闭，而单向止回阀156和164打开。所述单向止回阀可仅通过对液流方向做出反应被动改变其状态，或通过外部控制系统进行液压地或电子地操纵。然后，第一活塞112被推动以减少混合部分114的容积（在图1中向上）。这种运动迫使溶剂和浓缩液的混合物通过单向止回阀156并通过溶剂/浓缩物混合物导管158到达终端应用或存储容器（未示出）。同时，第二活塞122按比例运动以增加第二室120浓缩液部分126的容积。这种运动使浓缩液从浓缩液源160通过浓缩液导管162和单向止回阀164补充浓缩液部分126中的浓缩液。

可选的带有单向止回阀176的流体输入导管172和带有单向止回阀178的流体输出导管174作为图1的一部分示出。输入导管172提供了将流体引入第一室110驱动部分116的通道。可用的流体可包括液流和气流。所述流体可提供第一活塞112的液压举升。所述流体可为任意液体或气体，并可泵送入驱动部分116。当第一活塞112在相反方向被推动时，流体可通过输出导管174从驱动部分116出来，并可返回，例如，储存器。

图2为所提供的精密计量装置的一个实施例的示图。在此实施例中，装置200包括第一室210、第二室220、第一活塞212、第二活塞222和浓缩液导管240。第一室210可分为两部分-混合部分214（在活塞212上面的容积）和驱动部分216（在第一活塞212下面的容积）。混合部分214和驱动部分216的容积以与针对图1中所示的实施例的上述同样的方式根据第一活塞212在第一室210中的位置进行改变。在图2所示的实施例中，第一活塞212和第二活塞222带有作为两者之间联动装置的实心杆。在该实施例中，第一活塞212和第二活塞222实际上为一个部件。第一活塞212和第二活塞222轴向对准，使得当第一活塞212以使混合部分214的容积增加的方式推动第一活塞212时，第二活塞沿公共轴线移动同样的距离并使浓缩液部分226中的容积减少。

图2还示出了通过溶剂导管252（包含单向止回阀254）与第一室210混合部分214流体连接的溶剂源250；通过导管262（包含单向止回阀264）与第二室220浓缩液部分226流体连接的浓缩液源260；溶剂/浓缩液混合物导管258（包含单向止回阀256）；用于控制流经浓缩液导管240的浓缩液的单向止回阀242和244以及可选的带有单向止回阀276的流体输入导管272和带有单向止回阀278的流体输出导管274。

图3示出了所提供的装置的另一实施例。图3示出了包括第一室310、第二室320A和第三室320B的装置300。溶剂源350通过溶剂导管352和单向止回阀354与第一室310混合部分314流体连接。第一浓缩液源360A通过浓缩液导管362A和单向止回阀364A与第二室320A浓缩液部分316A流体连接，而第二浓缩液源360B通过浓缩液导管362B和止回阀364B与第三室320B浓缩液部分316B流体连接。另外，浓缩液部分316A通过包括单向止回阀342A和344A的流体导管340A与第一室310混合部分314流体连接；浓缩液部分316B通过包括单向止回阀342B和344B的流体导管340B与第一室310混合部分314流体连接。第一活塞312将第一室310分为混合部分314和驱动部分318。驱动部分318与包括单向止回阀376的流体输入导管372和包括单向止回阀378的流体输出管道374流体连接。第一活塞312与第二活塞322A和第三活塞322B两者机械连接。第二室320A与第三室320B在尺寸、容积和形状上可以不同。类似地，第二活塞322A和第三活塞322B在尺寸和形状上可以不同。第一室310的混合部分314也和溶剂/浓缩液混合物导管358（包含单向止回阀356）流体连接。尽管图3中未示出，能够想到第二活塞和第三活塞的每一个可独立地具有不同类型的至第一活塞312的联动装置。

所图示的实施例包括第一室和含有浓缩液的一个或两个第二室。能够考虑到可提供与第一室混合部分流体连接的包含另外浓缩液的其他室。

所提供的装置和方法可用于将浓缩液精确计量入溶剂。采用所提供的装置，可将按比例量的浓缩液加入第一室混合部分的溶剂中，使得不管混合部分的容积（第一活塞的位置）如何，混合部分中的溶剂/浓缩液混合物具有相同的比例。采用合适的传动装置，该比例可为从1:1（溶剂/浓缩液，以体积计）至极其稀释的比例范围。例如，浓缩液可被稀释成（以体积计）1:1、1:20、1:50、1:100、1:500、1:1000、1:10000或甚至更高。还能考虑到，在一些操作模式中，第一活塞、第二活塞或其两者不允许转移第一室或第二室的全部固定容积。还能考虑到，通过浓缩液导管被推入第一室的混合室的浓缩液的量可由机械停止或电动停止来限制。

还能考虑到，所述联动装置通过采用机械或电动控制系统可变化和/或可调节。例如，所述联动装置在本发明的装置运行期间通过控制系统可调节和可变化。

所提供的装置和方法可用于，例如，将催化剂加入反应混合物中、将添加剂加入液体产品流或液体产品中、将药物制剂或添加剂加入到食物或饮料中。在稀释比十分重要且产品的体积小的情况下，所提供的装置和方法十分有用。它可用根据需要能输送大量或少量的溶剂/浓缩液混合物的可靠的精密计量系统来置换批量制剂。

在一些实施例中，所提供的装置不需要使用它自己的电源。例如，该系统可由流入第一室驱动部分的废水流驱动以在一个方向推动第一活塞，而溶剂源可作为反作用力以在相反的方向推动该活塞。

在不偏离本发明范围和实质的情况下，对本发明的各种修改和变动对于本领域技术人员而言是显而易见的。应当理解的是，本发明并非意图受本申请中示出的示例性实施例和实例的不当限制，这些实例和实施例仅以举例的方式提供，本发明的范围仅旨在受本申请给出的以下权利要求书的限制。在本公开中引用的所有参考文献的全部都以引证的方式并入本申请。

Claims

1.一种装置，所述装置包括：

具有第一容积的第一室和具有第二容积的第二室，所述第一室和所述第二室均具有至少一个外壁；

第一活塞，所述第一活塞可滑动地设置于所述第一室中，并可密封地将所述第一室分成混合部分和驱动部分；和

第二活塞，所述第二活塞与所述第一活塞连接，所述第二活塞可滑动地设置于所述第二室中，并可密封地在所述第二室中限定浓缩液部分，所述浓缩液部分和所述混合部分流体连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一容积和所述第二容积是固定的。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一室的固定的第一容积大于所述第二室的固定的第二容积。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一室与所述第二室轴向对准。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一活塞和所述第二活塞通过联动装置连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述联动装置为连杆、弹簧、磁铁、齿轮、液压系统中的一种，或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二活塞排出的体积与所述第一活塞不同。

8.根据权利要求1所述的装置，其中一个或多个溶剂导管与所述第一室的混合部分和一个或多个溶剂源均流体连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二室的浓缩液部分与一个或多个浓缩液源流体连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述一个或多个浓缩液源包含于筒胆中。

11.一种将浓缩液加入到溶剂中的方法，所述方法包括：

提供根据权利要求1-10中任一项所述的装置，具有浓缩液的浓缩液源和具有溶剂的溶剂源；

在使所述第一室的所述混合部分的容积增大和使所述第二室的所述浓缩液部分的容积减小的方向上推动所述第一活塞，使溶剂从一个或多个所述溶剂源进入所述第一室的所述混合部分，并使浓缩液从所述第二室的浓缩液部分流经浓缩液导管进入所述混合部分；

随所述混合部分的容积增大，将所述浓缩液和所述溶剂混合形成溶剂/浓缩液混合物；

关闭所述浓缩液导管中的阀门，位于所述第一室中或靠近所述第一室的至少一个阀门以及位于所述第二室中或靠近所述第二室的至少一个阀门；打开与输出导管流体连接的至少一个阀门，所述输出导管也与所述第一室的所述混合部分流体连接；

在相反方向推动所述第一活塞并打开第二室中的阀门；使浓缩液从一个或多个浓缩液源流经所述浓缩液导管进入所述第二室的所述浓缩液部分，并经过所述输出导管排出所述溶剂/浓缩液混合物。

12.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述第一室与所述第二室轴向对准。

13.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述第一室具有比所述第二室的固定容积大的固定容积。

14.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述机械连接包括联动装置。

15.根据权利要求14所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述联动装置选自连杆、弹簧、齿轮、液压系统和它们的组合。

16.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述第二活塞排出的体积与所述第一活塞不同。

17.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中一个或多个溶剂导管与所述第一室的混合部分和一个或多个溶剂源均流体连接。

18.根据权利要求11所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述第二室的浓缩液部分与一个或多个浓缩液源流体连接。

19.根据权利要求18所述的将浓缩液加入到溶剂中的方法，其中所述一个或多个浓缩液源包含于筒胆中。