Устройство для приготовления и подачи газообразной смеси из двух компонентов к внешней системе по требованию - RU2011637C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для смешивания газов под контролем. Более конкретно это изобретение касается устройства для смешивания газов, таких как азот и двуокись углерода, для использования в системах розлива напитков с дозированием, в котором напиток, заключенный в резервуаре для наливных продуктов, регулируемо разливается из него с дозированием посредством подачи газовой смеси под давлением в этот резервуар.

Использование двуокиси углерода (углекислого газа) в розливе с дозированием напитков, таких как пиво, эль или стаут (крепкое пиво), является хорошо известным. Однако было установлено, что для определенных применений использованием углекислого газа и второго газа, такого как азот, обеспечивает определенные преимущества. Например, использование такой смеси смягчает избыточную карбонизацию напитка, который подвергается розливу с дозированием, и когда используется в розливе с дозированием пива, благоприятно способствует достижению устойчивой и пенистой шапки на пиве.

Между тем как преимущества использования газообразной смеси азота и двуокиси углерода (углекислого газа) в розливе пива с дозированием уже были известными в течение некоторого времени, существенные трудности встречались в разработке точного, надежного и недорогостоящего устройства для смешивания азота и углекислого газа в правильных пропорциях. Одно устройство, которое было предложено для выполнения такого смешивания, раскрывается в патенте США N 4364493, выданном Райнесу и др. . Однако, как следует далее, Райнес и др. подходят к решению проблемы другим путем и раскрывают устройство, имеющее другие отличающиеся компоненты, работающие полностью другим способом, в отличие от таковых согласно изобретению.

Благодаря новой конструкции газосмесительного компонента устройства согласно изобретению, различные типы газов могут точно смешиваться в любых требуемых пропорциях. В отличие от устройства Райнеса и др. , газосмесительный компонент согласно изобретению является необыкновенно регулируемым, причем так, что благодаря простой манипуляции с таковым пропорции газов, которые смешиваются, могут быстро и точно изменяться в пределах широких диапазонов.

Устройство согласно изобретению разработано, чтобы точно смешивать вместе первый и второй газы в регулируемой пропорции. Полученная газообразная смесь автоматически обеспечивается по требованию к внешней системе, такой как система розлива напитков с дозированием, в которой напиток подвергается розливу с дозированием из закрытого резервуара с давлением этой газообразной смеси.

Это устройство содержит источники первого и второго газов под давлением и три главных работающих компонента или подсистемы, а именно механизм управления потоком, уникальное уравновешенное динамически один к одному пневматическое реле и газосмесительные или потокоразделяющие компоненты.

Механизм регулирования давления, который приводится в действие первым газом, таким как углекислый газ, при предопределенном избыточном давлении функционирует, чтобы регулировать поток второго газа, такого как азот, в направлении пневматического реле. Этот механизм также регулирует поток второго газа в направлении смесительного компонента этого устройства. Типично первый газ поступает во впускное отверстие механизма управления под давлением порядка десяти фунтов на квадратный дюйм (0,703 кг на 1 см²), более высоким, чем требуемое оптимальное давление для розлива с дозированием напитка из резервуара.

Пневматическое реле приводится в действие вторым газом, вытекающим из выпускного отверстия механизма управления. Способом, который вскоре будет описываться, второй газ функционирует, чтобы регулировать поток первого газа в направлении газосмесительного компонента. Важным аспектом изобретения является то, что новая конструкция пневматического реле гарантирует, что первый и второй газы подаются к газосмесительному компоненту, давления таковых всегда поддерживаются по существу равными. Это исключает необходимость согласовывать характеристики регулирования потока регуляторов подачи давления, которые функционируют, чтобы регулировать подачу газов от источников газов к системе.

Другим в высокой степени важным аспектом изобретения является уникальная конструкция газосмесительного или потокоразделяющего компонента этого устройства. Этот компонент содержит полый трубчатый корпус, внутри которого уплотненно монтируется металлокерамическая на основе нержавеющей стали втулка, которая делит полый корпус на внутреннюю и внешнюю продолговатые камеры. Эта металлокерамическая втулка является достаточно мелкозернистой, чтобы давать в результате почти идеальный линейный поток газа между камерами. Этот уникальный признак обеспечивает возможность этому устройству работать на уровнях высокой точности, особенно при относительно медленных скоростях газового потока. В процессе работы второй газ входит в первый торец внутренней камеры при данном давлении между тем как первый газ, истекающий из пневматического реле, входит во второй или противоположный торец внутренней камеры при одинаковом идентичном давлении. Установленным в промежутке между торцами этой внутpенней камеры для возвратно-поступательного движения внутри таковой находится поршнеобразный элемент, имеющий периферическое уплотнительное кольцо круглого сечения, которое уплотняемо зацепляет внутреннюю стенку металлокерамической втулки. При этой компоновке, так как давления подачи первого и второго газов, текущих в противоположные торцы внутренней камеры смесительного механизма, являются одинако- выми, количество первого газа, протекающего через металлокерамическую втулку во внешнюю камеру устройства, будет зависеть от положения поршня внутри внутренней камеры. Аналогично, количество второго газа, текущего во внешнюю камеру для смешивания с первым газом, будет таким же образом зависеть от положения поршня внутри внутренней камеры. Регулированием поршня в осевом направлении внутри внутренней камеры площадь стенки металлокерамической втулки, доступная для потока через нее первому и второму газам, может контролируемо изменяться, чтобы обеспечивать требуемую смесь этих газов во внешней камере. Эта газообразная смесь затем является доступной из второй камеры после запроса внешней системы.

Поскольку давления подачи первого и второго газов во внутреннюю камеру являются идентичными, когда поток газа требуется внешней системой, идентичные падения давления, наведенные через стенку металлокерамической втулки, гарантируют, что поток газа каждого составляющего газа будет прямо пропорциональным площади стенки втулки, доступной для этого газа, чтобы протекать через нее. Благодаря новой конфигурации смесительного механизма и ламинарному потоку, обеспечиваемому металлокерамической втулкой, когда площадь для потока первого газа увеличивается аксиальным движением поршня, площадь для потока газа соответственно уменьшается. При этой конструкции представляется простым делом связывать градуированную шкалу с совершающим возвратно-поступательное движение селективно перемещенным поршнем так, что процентные содержания по объему составляющих газов в этой газообразной смеси могут считываться непосредственно для каждого поршня внутри внутренней камеры.

Несколько важных признаков безопасности этого устройства, такие как автоматическая остановка и управление с обратной связью являются свойственным этой конструкции, показанной на чертежах. Эти признаки будут рассматриваться подробно в абзацах, которые следуют далее.

Имея ввиду предшествующее краткое описание этого изобретения, целью изобретения является разработка газосмесительного устройства, в котором первый и второй газы могут легко смешиваться вместе в точно регулируемых пропорциях, причем этой газообразной смесью, образованной таким образом, автоматически обеспечивается внешняя система и только после требования внешней системы.

Другой целью этого изобретения является разработка газосмесительного устройства упоминавшегося выше типа, в котором газы могут точно смешиваться без необходимости попытки согласовывать характеристики регулирования потоков регуляторов подаваемого давления, которые регулируют поток этих двух газов от газовых источников в направлении данного устройства.

Следующей целью этого изобретения является разработка устройства, описанного в предшествующих абзацах, которое включает новое уравновешенное динамически один к одному пневматическое реле, которое находится в состоянии сообщения с газосмешивающим компонентом этого устройства и которое приводится в действие первым газом под предопределенным давлением, которое является оптимальным для работы внешней системы. Благодаря новому признаку динамического уравновешивания этого пневматического реле это устройство измеряет поток второго газа к смешивающему компоненту при давлении, которое является всегда равным рабочему давлению первого газа.

Очередной целью этого изобретения является разработка устройства описанного типа, в котором газосмесительный компонент этого устройства принимает газ от одного из источников подачи газа при рабочем давлении оптимального снабжения системы, принимает другой газ от пневматического реле при одинаковом давлении и затем точно смешивает эти два газа в пропорции, определенной положением механически регулируемого, поршнеобразного устройства, уплотненного внутри этого газосмесительного компонента.

Еще одной целью этого изобретения является разработка устройства типа, описанного в предшествующих абзацах, в котором газосмесительный компонент включает металлокерамическую втулку конструкции, которая гарантирует ламинарный поток газов через эту втулку в газосмесительную камеру.

Еще другой очередной целью этого изобретения является разработка устройства, которое включает встроенные "средства защитной блокировки", которые принудительно предотвращают поток либо первого, либо второго газа, или неправильное, или неконтролируемое смешивание этих двух газов во внешней системе. Даже временный поток одного газа или неправильное смешивание двух газов во внешней системе, состоящей из бочонка, серьезно ухудшает качество продукта для всей продукции, находящийся тогда в системе. Опорожнение любого резервуара сжатого газа будет служить причиной появления обстоятельств для ухудшения качества продукта. Падение или изменение давления источника любого газа происходит нормально при условиях, если система не находится в состоянии статического равновесия.

Например, одно из давлений газа падает в качестве результата опорожнения одного из источников подачи или увеличивается в качестве результата "дрейфа" или неисправности регулировки другого источника.

Преднамеренное или нечаянное закрытие (или открытие) управляющего или запорного клапана источника неодновременно с управляющим или запорным клапаном другого источника, например, при времени закрытия, времени открытия, остановке системы, в качестве подготовке к замене бутылок, повторном запуске системы после замены бутылок и подобных операциях.

Так как любой дисбаланс давлений источников неминуемо служит причиной неправильно смешанных газов, которые должны поступать в систему и приводить к гибельным для продукции результатам при всех обстоятельствах необходимо для того, чтобы сохранять качество продукции, чтобы все нормальные соединения, отсоединения, замены бутылок, регулирование давления в системе, запуски и остановки системы делались высококвалифицированным обслуживающим персоналом. Поскольку непрерывное присутствие и подготовка обслуживающего персонала на действующем оборудовании для отработки точности являются функциональноо непрактичными, критически важно, что автоматические блокирующие устройства используются с этой системой, чтобы воспринимать дисбалансы источников давления и автоматически приводить к остановке. Конечно, имеется большое разнообразие способов и механизмов, чтобы обеспечивать эти блокировки добавлениями внешних аппаратных средств, все из которых могут неправильно срабатывать или удаляться и во время этого периода дисбаланса, длинного или короткого, "смеситель" подает несмешанные или неправильно смешанные газы и постоянно ухудшает качество продукции. Для надежной и предсказуемой безопасной для конечной продукции работы настоятельно необходимо, чтобы блокировки были автоматическими, свойственно внутренними которые не могут сниматься со смесительной системы или аппаратных средств и являются в высокой степени надежными или сохраняющими работоспособность при отказе отдельных элементов. Такие блокировки обеспечиваются устройством согласно изобретению.

Еще одной целью изобретения является разработка устройства типа, описанного в предшествующих разделах, в котором превосходная точность смешивания, в частности, при низких скоростях потоков газов через устройство достигается без образования неординарно больших перепадов давления при максимальных скоростях потоков газов. Это достигается обеспечением первой и второй ступеней внутри газосмесительных средств, которые контролируемо смешивают газы, текущие в данное устройство. Более конкретно в одной форме устройства согласно этому изобретению общий поток газа подразделяется на две ступени, причем одна представляет ступень низкой скорости потока газа, а другая представляет ступень высокой скорости потока газа.

Эти и другие цели этого изобретения реализуются изобретением, один вариант осуществления которого показывается в фигурах.

На фиг. 1 схематически изображено газосмесительное устройство согласно изобретению; на фиг. 2 -схематически изображена дополнительная форма газосмесительного устройства согласно изобретению.

На фиг. 1 показывается один вариант осуществления этого изобретения подачи газообразной смеси к внешней системе по требованию последней. На фигурах показано устройство в качестве образующего часть системы розлива напитков с дозированием, приспособленной к розливу с дозированием пива из бочонка. Это устройство содержит источник первого газа 12 под давлением, такого как углекислый газ, источник второго газа 14 под давлением, такого как азот, и три основные функциональные подсистемы. Эти функционирующие подсистемы, которые на практике располагаются внутри подходящего корпуса, содержат механизм 16 регулирования давления, (средства управления), уравновешенное динамически один к одному пневматическое реле 18 и газосмесительные или разделяющие поток средства 20. Средства 20 функционируют, чтобы контролируемо смешивать первый и второй газы и находятся в состоянии сообщения с бочонком или закрытым резервуаром 22, из которого напиток должен подвергаться розливу с дозированием под давлением газообразной смеси. Резервуар 22 взаимосоединяется с устройством, осуществляющим розлив с дозированием клапана или осуществляющим розлив пива с дозированием вентиля способом, хорошо известным специалистам в данной области техники. При этой конструкции газообразная смесь будет проходить потоком по требованию внешней системы от газосмесительных средств 20 через трубопровод 24 в бочонок 22, в силу чего пиво будет выходить из осуществляющего розлив с дозированием вентиля F 1.

Далее, что касается нижней части фиг. 1, газосмесительные средства, или механизм 20 содержит корпус 26, имеющий первую или внутреннюю камеру 28 и вторую или внешнюю камеру 30. Эти камеры делятся пористым элементом, обеспеченным здесь в форме металлокерамической на основе нержавеющей стали втулки 32. Втулка 32 является трубчатой по форме и ее торцы располагаются в уплотняемом соединении с внутренними стенками корпуса 26, где используются эластомерные уплотнительные кольца круглого сечения или другие подходящие уплотняющие средства. Втулка 32 конструируется из материала, имеющего множество очень мелких пор, которые гарантируют по существу совершенный ламинарный поток газов через них. При этом конструкции внешняя камера 30 принимает форму продолговатой, кольцеобразной формованной, закрытой камеры, которая может сообщаться только с внутренней камерой 28 и только через маломерные поры, обеспеченные в металлокерамической втулке 32.

Расположенным в пределах внутренней камеры 28 находится совершающее возвратно-поступательное движение средство или поршневой узел 34, которое является перемещаемым в осевом направлении внутри камеры 28 от первого к второму положению, в силу чего функционирующим так, чтобы делить внутреннюю камеру на первую 28а и вторую 28b части пропорционально изменяющегося объема. В настоящей форме этого изобретения поршневой узел 34 содержит продолговатый шток 36, который несет на одном его конце поршнеобразный элемент 38, (поршень) имеющий на его периферии пластично устойчивое эластомерное уплотнительное кольцо круглого сечения 40, которое сцепляется и скользит вдоль внутренних стенок втулки 32. Шток 36 является перемещаемым в осевом направлении в прецизионных приращениях, чтобы вынуждать поршень 38 перемещаться в осевом направлении внутри камеры 28 с очень малыми, прецизионно контролируемыми приращениями.

Важный аспект устройство согласно этому изобретению состоит в уравновешенном динамически один к одному пневматическом реле 18. Впускное отверстие пневматического реле 18 находится в состоянии сообщения с источником первого газа 12 посредством трубопровода 44. Реле 18 также находятся в состоянии сообщения с источником второго газа 14 посредством трубопровода 46, который сообщается с управляющими средствами 16 через трубопровод 48. Способом, который теперь будет описываться, второй газ 14 благодаря особенности конструкции функционирует в качестве работающего газа, который приводит в действие реле, чтобы позволять прохождение потока первого газа 12 к газосмесительным средствам.

Основная функция пневматического реле состоит в том, чтобы подавать первый газ 12 к газосмесительным средствам 20 после требования, которое получается в результате розлива напитка с дозированием из резервуара 22. Более конкретно функция уравновешенного динамически один к одному пневматического реле состоит в том, чтобы обеспечивать первый газ 12 к части 28b камеры 28 газосмесительного механизма через трубопровод 50 при давлении, точно равном давлению подачи второго газа 14, который проходит потоком через трубопровод 51 к части 28а камеры газосмесительных средств через средства 16 управления.

Пневматические реле 18 согласно настоящему варианту осуществления этого изобретения содержат полый корпус 52, имеющий первую 52а и вторую 52b части и первую диафрагму 54, установленную внутри второй части 52b, чтобы делить таковую на первую 56 и вторую 58 камеры давления соответственно. Камера 56 находится в состоянии сообщения с механизмом 16 управления потоком через трубопровод 46, между тем как вторая камера 58 находится в состоянии сообщения через трубопровод 50 с газосмесительными средствами.

Обеспечивающее клапанное действие пневматическое реле 18 является средством уникальной конструкции и содержит первое канальное средство 60 давления, которое объединяется с диафрагмой 54 и функционирует, чтобы управлять потоком первого газа 12 в камеру 58. Канальное средство 60 давления является перемещаемым от закрытого положения к открытому положению после движения диафрагмы 54 из ее первого в состоянии неподвижности положения к ее второму отклоненному положению в качестве реакции на давление, приложенное к ней вторым газом 14, проходящим потоком через трубопровод 46. Для того, чтобы пластично сопротивляться движению диафрагмы в направлении второго положения, обеспечиваются сдвигающие средства, показанные здесь в виде цилиндрической (винтовой) пружины 62, которая располагается в промежутке между диафрагмой 54 и гнездом 64 под пружину, которое образуется внутри полого корпуса 52.

Новый аспект канальных средств 60 давления заключается в конструкции полой трубки 68, которая действенно взаимосоединяется с диафрагмой 54 и которая взаимодействует с эластомерным гнездом 70, чтобы определенно управлять потоком первого газа 12 через данное устройство. Трубка 68 внутренне разделяется на полость к очень острой периферической кромке 69, которая приспосабливается, чтобы под действием давления приходить в состояние сцепления с гнездом 70, чтобы обеспечивать герметичное перекрытие, когда клапанное средство находится в его закрытом положении. Между тем как острая кромка 69 является исключительно эффективной в обеспечении герметичного уплотнения, таковая может также сильно повреждать гнездо 70, если ударное действие таковой не будет амортизироваться. Чтобы обеспечивать необходимую амортизацию, эластомерное гнездо 70 нагружается пружиной, если острая кромка цилиндра будет приходить в состояние сцепления с гнездом с поддающейся оценке силой, гнездо освобождается с тем, чтобы перемещаться против сопротивления второго смещающего средства, обеспеченного в виде цилиндрической (винтовой) пружины 72, поддерживаемое внутри части 52а корпуса 52 этого механизма. При этой конструкции, когда клапанное средство закрывается и острая кромка 69 цилиндрического элемента перемещается в состояние герметического сцепления с эластомерным гнездом 70, пружина 72 будет действовать в качестве амортизатора и будет позволять некоторое движение гнезда с тем, чтобы предупреждать любое повреждение такового, которое могло бы неблагоприятно воздействовать на его эффективность в качестве герметичного уплотнения. Этот важный признак надежности гарантирует точное и в высокой степени надежное герметичное перекрытие реле.

Механизм 16 регулирования давления настоящей формы данного изобретения содержит полый корпус 76 клапана управления, внутри которого монтируется вторая диафрагма 78. Диафрагма 78 делит корпус 76 на первую 80 и вторую 82 камеры. Первая камера 80 имеет впускное отверстие, сообщается с источником первого газа 12 посредством трубопровода 74, который в свою очередь взаимосоединяется с трубопроводом 44. Подобным образом вторая камера 82 обеспечивается впускным отверстием, сообщающимся с источником второго газа 14 под давлением посредством трубопровода 86. Вторая камера 82 сообщается через клапанное средство с камерой 83. Камера 83 обеспечивается выпускным отверстием 87, сообщающимся с газосмесительными средствами 20 через трубопровод 51 и средствами пневматического реле 18 через трубопроводы 46 и 48.

Образующим рабочую часть средств 16 регулирования давления является второе канальное средство 90 давления, которое действенно связывается с диафрагмой 78. Средство 90 функционирует, чтобы регулировать поток второго газа 14 от камеры 82 к камере 83 и оттуда в направлении пневматического реле после перемещения второй диафрагмы 78 из первого закрытого положения во второе открытое положение в качестве реакции на давление, оказываемое на диафрагму первым газом 12. Это второе канальное средство давления содержит клапанный элемент 92, который взаимосоединяется с диафрагмой 78 посредством соединительного элемента 94. Когда клапан находится в закрытом положении, эластомерное уплотнительное кольцо 93 круглого сечения клапанного элемента 92 находится в состоянии уплотняющего сцепления с гнездом 96 клапана, образованным внутри корпуса 76. Для того, чтобы пластично сопротивляться движению диафрагмы 78 в направлении открытого положения клапана, обеспечивается смещающее средство в виде цилиндрической (винтовой) пружины 98, которая располагается в промежутке между осуществляющим клапанное действие элементом 92 и внутренней стенкой корпуса 76 управляющего клапана. Пружине 98 придаются такие размеры, чтобы обеспечивать такую силу смещения в направлении вверх, чтобы при равновесии давление в камере 83 всегда было на 10 фунтов на кв. дюйм (0,703 кг на 1 см²) меньше, чем давление первого газа, приложенное к камере 80. Таким образом, если первый и второй газы подаются, например, при избыточном давлении 25 фунтов на кв. дюйм (1,758 кг на 1 см²) к впускным отверстиям как средств управления, так и средств пневматического реле, выход (СО₂) пневматического реле также всегда будет составлять точно избыточное давление 15 фунтов на кв. дюйм (1,055 кг на 1 см²) к камере 28b газосмесительных средств. Эта система делает возможным использование первого газа (СО₂) в качестве источника сигналов основного давления для всей системы. Это представляет собой значительное преимущество, т. к. СО₂ является несомненно более стабильным из источников этих двух газов.

В процессе эксплуатации регулятор 100, который регулирует поток газа 14 в направлении средств регулирования давления, устанавливается в таком случае на давление в фунтах на кв. дюйм более высокое, чем требуемое рабочее давление, которое является оптимальным для розлива с дозированием напитка из резервуара 22. Одновременно регулятор 102, который регулирует поток первого газа 12 в направлении средств регулирования давления и средств пневматического реле, также устанавливается на давление приблизительно на десять фунтов на кв. дюйм (0,703 кг на 1 см²) более высокое, чем требуемое оптимальное давление для розлива с дозированием напитка из резервуара 22. Избыточное давление первого газа 12 способствует достижению двух целей. Газ 12 при избыточном давлении будет проходить потоком через трубопровод 47 в камеру 80 средств регулирования давления. Это будет вынуждать диафрагму 78 отклоняться таким образом, который будет отделять клапанный элемент 92 от гнезда 96, позволяя газу проходить потоком из камеры 80 в камеру 83 и оттуда в выпускной трубопровод 48. Одновременно газ 12, проходящий потоком при избыточном давлении, будет протекать через трубопровод 44 во впускное отверстие пневматического реле 18.

Второй газ 14, текущий во внешнем направлении от средств 16 управления через трубопровод 48, будет протекать в камеру 28а газосмесительного подузла через трубопровод 51 при предназначенном рабочем давлении системы розлива напита с дозированием. Второй газ 14 будет также протекать через трубопровод 46 в камеру 56, будет вынуждать отклонение диафрагмы 54, перемещающее цилиндр наружу из гнезда, позволяя таким образом первому газу 12, который течет в средства пневматического реле через трубопровод 44, протекать мимо гнезда 70 в перепускной цилиндр и оттуда в камеру 58 средств пневматического реле. Затем первый газ будет протекать из камеры 58 через трубопровод 50 в камеру 28b газосмесительного или потокоразделительного механизма. Важно отметить, что, если давление газа внутри камеры 58 будет превышать давление второго газа, текущего в камеру 56, диафрагма будет отклоняться таким образом, чтобы закрывать канальные средства 60 давления. Поэтому из этого следует, что при этой единственной в своем роде конструкции средств пневматического реле первый газ, протекающий от средств реле в направлении газосмесительного механизма, всегда будет находиться под давлением, идентичным давлению второго газа 14, который функционирует в качестве рабочего газа, текущего в камеру 56, чтобы отклонять диафрагму 54 в положение открытия клапана. Этот в высокой степени единственный в своем роде признак средств пневматического реле согласно данному изобретению гарантирует, что первый газ текущий в камеру 28b газосмесительного механизма будет находиться при идентичном давлении давлению второго газа 14, текущего в камеру 28a газосмесительного механизма.

Как ранее упоминалось, настоящая система представляет собой работающую по требованию систему. Никакого потока газа не будет получаться, если внешняя система, в этом случае система розлива пива с дозированием, не будет являться открытой, чтобы вызывать поток пива через вентиль для розлива с дозированием, соединенный с бочонком. Когда это случается, первый и второй газы будут поступать потоком в бочонок или резервуар 22 через трубопровод 24, чтобы заменять пиво, которое выливается наружу. Поскольку давления первого и второго газов являются идентичными, количество первого газа, текущего через систему, будет зависеть от положения поршня 38 в пределах внутренней камеры 28 газосмесительного механизма. Аналогично количество второго газа, текущего через систему, будет подобным образом зависеть от положения поршня 38 в пределах внутренней камеры 28. Таким образом, является очевидным, что регулированием положения поршня 38 в осевом направлении в пределах внутренней камеры 28 отношение площади металлокерамической втулки, которая является доступной для потока первого газа, к площади, которая доступная для потока второго газа, может точно регулироваться, чтобы обеспечивать требуемую газообразную смесь. Так как давления первого и второго газов в камере 28 являются точно идентичными, когда поток требуется условиями нижней части потока, идентичные капельные понижения давления, наводимые через стенку металлокерамической втулки 32, гарантирует, что поток газа каждого составляющего газа будет являться прямо пропорциональным площади стенки, которая является доступной для потока этого газа между первой или внутренней камерой 28 и второй или внешней камерой 30 газосмесительного устройства. Как упоминалось ранее, микронный номинал металлокера- мической втулки 32 является достаточно точным, чтобы давать в результате линейный поток в зависимости от соотношения падений давления. Соответственно этому газообразная смесь, текущая через трубопровод 24 в направлении внешней системы, может исключительно точно и прецизионно контролироваться. Следует отметить, что свойственным признаком единственной в своем роде конструкции этих газосмесительных средств является тот факт, что, когда площадь для потока второго газа между камерами 28 и 30 увеличивается, площадь для потока первого газа уменьшается соответственно. Это обеспечивает возможность поставить градуированную шкалу к штоку 36 поршневого узла с тем, чтобы считывать непосредственно процентные содержания первого и второго газов, которые составляют газообразную смесь для любого данного положения поршня 38 в пределах внутренней камеры 28.

В процессе действительной эксплуатации диапазон регулирования устройства для использования в розливе пива с дозированием составляет примерно от 20 до 85% по объему первого газа или углекислого газа к общему объему газовой смеси.

Например, где данными газами являются СО₂ и N₂ % CO₂=

Другой важный аспект безопасности устройства согласно изобретению находится в способности автоматического выключения средств регулирования давления. Как упоминалось ранее, эти средства конструируются так, что, если давление первого газа, текущего в камеру 80 не является на порядок примерно 10 фунтов на квадратный дюйм больше, чем давление второго газа, текущего в камеру 82, этот клапан будет автоматические закрываться пружиной 98. Когда средство управления потоком является таким образом закрытым, второй газ 14 не может течь в направлении сигнальной стороны пневматического реле. При этих условиях система будет автоматически выключаться сама.

Если источник первого газа будет становиться истощенным, средство управления давлением будет автоматически перемещаться в закрытое положение, предупреждая таким образом любой поток второго газа в направлении пневматического реле. Аналогичным образом, если источник второго газа 14 становится истощенным, система будет также автоматически выключаться, так как второй газ, текущий через трубопровод 46 в камеру 56 пневматического реле, будет ограничивать поток первого газа 12 через pеле в направлении газосмесительного механизма. Эта единственная в своем роде взаимосвязь между главными действующими подсистемами этого устройства воспроизводит в результате систему, полностью безопасную в работе.

Еще один важный признак безопасности устройства согласно изобретению находится в обеспечении третьего клапанного средства, обеспеченного здесь в качестве контрольного клапана 104. Если конфигурация пневматического реле является неправильной, представляется возможным, чтобы выходное давление первого газа 12 могло быть более высоким, чем входное давление второго газа 14. В таком случае более высокое выходное давление могло бы образовывать обратную связь с входной стороной этого устройства и далее повышать выходное давление второго газа. В зависимости от величины первоначального положительного дисбаланса в течение данного периода времени выходное давление второго газа могло бы медленно подводиться к величине давления подачи второго газа. Контрольный клапан 104 уникально и эффективно предупреждает появление такого состояния.

Ранее рассмотренная конструкция осуществляющих клапанное действие средств пневматического реле содержит еще один важный признак безопасности работы этого устройства. Например, если трубопровод, подающий второй газ под давлением к этому устройству ломается или становится отсоединенным, в силу этого прекращая поток газа в камеру 56, получающийся в результате дисбаланс мог бы направлять полую трубку 68 и ее острую периферическую кромку 69 в эластомерное гнездо 70, нарушая его эффективность. Однако включение смещающего средства или пружины 72 в то устройство с тем, чтобы действовать в качестве амортизатора, это катастрофическое разрушение эластомерного гнезда 70 эффективно предупреждается.

При уникальной системе, описанной таким образом, очевидно, что устройство согласно этому изобретению может легко использоваться благодаря большому перепаду давления при максимальном номинальном потоке такого устройства.

Это достигается делением общей максимальной скорости потока на две ступени, причем одна является первой или низкой ступенью потока, а другая является второй или высокой ступенью потока. Способ работы этих двух ступеней и их взаимосвязь с другими подсистемами этой второй формы изобретения будут описаны ниже.

Устройство согласно этому второму варианту осуществления данного изобретения, содержит источник первого газа 12 под давлением такого как углекислый газ, источник второго газа 14 под давлением такого как азот, и пять основных рабочих подсистем. Эти основные рабочие подсистемы, которые на практике располагаются внутри подходящего компактного корпуса, содержат механизм 16 регулирования давления, уравновешенное динамически один к одному пневматическое реле 18, газосмесительные или потокоразделительные средства, имеющие ступени 110 и 112 высокой и низкой скоростей потока, и средства регулирования разности давлений, обеспеченные здесь в качестве контроллера 114 разности давлений.

Газосмесительные средства функционируют, чтобы контролируемо смешивать первый и второй газы, и находятся в состоянии сообщения с бочонком или другим закрытым резервуаром, из которого напиток должен подвергаться розливу с дозированием под давлением этой газообразной смеси. Бочонок в свою очередь взаимосоединяется с устройством осуществляющего розлив с дозированием клапана или осуществляющего розлив пива с дозированием вентиля (не показан) способом, который хорошо известен специалистам в данной области техники. При этой конструкции газообразная смесь будет истекать по требованию внешней системы из газосмесительных средств через трубопровод и в бочонок, в силу чего пиво будет вынуждаться выходить из осуществляющего розлив с дозированием вентиля.

Как видно из нижней, правой части фиг. 2, ступень 110 высокоскоростного потока газосмесительных средств содержит корпус 118, имеющий первую или внутреннюю камеру 120 и вторую или внешнюю камеру 122. Эти камеры делятся пористым элементом, обеспеченным здесь в виде металлокерамической на основе нержавеющей стали втулки 124. Втулка 124 является трубчатой по форме, и ее торцы располагаются в состоянии уплотняемого сцепления с внутренними стенками корпуса 118 посредством использования эластомерных уплотнительных колец круглого сечения, или других подходящих уплотняющих средств. Втулка 124 делается из материала, имеющего множество очень мелких пор, которые гарантируют по существу совершенный ламинарный поток газов через нее. При этой конструкции внешняя камера 122 принимает форму продолговатой кольцеобразно формованной, закрытой камеры, которая может сообщаться только с внутренней камерой 120 только через мелкие поры, обеспеченные в металлокерамической втулке 124.

Расположенным в пределах внутренней камеры 120 находится совершающее возвратно-поступательное движение средство или поршневой узел 124, который является перемещаемым в осевом направлении в пределах камеры 120 от первого положения к второму положению, в силу чего функционирующим чтобы делить внутреннюю камеру на первую 120а и вторую 120b части пропорционально изменяющегося объема.

Ступень 112 низкоскоростного потока газосмесительных средств содержит корпус 126, имеющий первую или внутреннюю камеру 128 и вторую или внешнюю камеру 130. Эти камеры делятся пористым элементом, обеспеченным здесь в виде металлокерамической на основе нержавеющей стали втулки 132. Втулка 132 является трубчатой по форме и ее торцы располагаются в состоянии уплотняемого сцепления с внутренними стенками корпуса 126 посредством использования эластомерных уплотнительных колец круглого сечения или других подходящих уплотняющих средств. Втулка 132 подобно втулке 124 делается из материала, имеющего множество очень мелких пор, однако предлагающего газодинамическое сопротивление, которое отличается от подобного сопротивления втулки 124. При этой конструкции внешняя камера 130 принимает форму продолговатой, кольцеобразно формированной, закрытой камеры, которая может сообщаться с внутренней камерой 128 и только через мелкие поры, обеспеченные в металлокерамической втулке 132.

Расположенным в пределах внутренней камеры 128 находится совершающее возвратно-поступательное движение средство или поршневой узел 134, который является перемещаемым в осевом направлении внутри камеры 128 от первого положения к второму положению, в силу чего функционирующим, чтобы делить внутреннюю камеру на первую и вторую части 128а и 128b пропорционально изменяющегося объема.

В этой второй форме данного изобретения оба поршневых узла содержат удлиненный шток 136, который несет на одном конце поршнеобразный элемент (поршень) 138, имеющий на его периферии пластично устойчивое эластомерное уплотнительное кольцо 140 круглого сечения, которое приходит в состояние сцепления и скользит вдоль внутренних стенок втулок 124 и 132. Штоки являются перемещаемыми в осевом направлении с прецизионными приращениями, чтобы вынуждать поршни 138 перемещаться в осевом направлении внутри их соответствующих камер при очень малых прецизионно контролируемых приращениях.

Как и в ранее описанном устройстве согласно этому изобретению эта вторая форма данного изобретения также включает уравновешенное динамически один к одному пневматическое реле 18. Впускное отверстие средств пневматического реле 18 находится в состоянии сообщения с источником первого газа 12 посредством трубопровода 44. Средства реле 18 также находятся в состоянии сообщения и источником второго газа 14 посредством трубопровода 46, который, в свою очередь сообщается средствами 16 управления через трубопровод 48. Опять второй газ 14 функционирует в качестве рабочего газа, который приводит в действие реле, чтобы позволять прохождение потока первого газа 12 к газосмесительным средствам. Основная функция пневматических реле состоит в том, чтобы подавать первый газ 12 к газосмесительным средствам в зависимости от требования, причем подучающегося в результате того, что происходит розлив напитка с дозированием из резервуара 22.

Пятая подсистема этой второй формы устройства, согласно изобретению, а именно контроллеp 114 разности давлений функционирует, чтобы разделять работу этих двух ступеней 110 и 112 газосмесительных средств. Контроллер 114 содержит полый корпус 142, имеющий первую 142а и вторую 142b взаимосоединенные части корпуса и диафрагму 144, расположенную промежуточно между ними. Диафрагма 144 делит полый корпус 142 на две камеры 146 и 148. Камеры 146 находится в состоянии сообщения с первой ступенью 110 газосмесительных средств через трубопровод 150, а камера 148 находится в состоянии сообщения с бочонком через трубопровод 152.

Часть 142а обеспечивается внутренним гнездом 153 клапана, которое плотно контактирует с уплотнительным кольцом 154 круглого сечения, несомым осуществляющим клапанное действие элементом 156. Осуществляющий клапанное действие элемент 156 действенно связывается с диафрагмой 144 и функционирует, чтобы регулировать потока газа из камеры 146 в подкамеру 158 и через центральный канал 160, обеспеченный в осуществляющем клапанное действие элементе, этот канал находится в состоянии сообщения с камерой 148. Средство управления смещением, показанное в качестве пружины 161, поддерживается внутри камеры 148 и функционирует, чтобы нормально поджимать уплотнительное кольцо 154 круглого сечения в состоянии уплотняющего сцепления с гнездом. Пока давление газа внутри камеры 146 является меньше, чем давление газа внутри камеры 148, плюс давление, прилагаемое пружиной на диафрагму 144, клапанный элемент 156 будет оставаться в состоянии сцепления с гнездом, блокируя поток газа в направлении бочонка. Однако после падения давления внутри бочонка предопределенной величины клапанный элемент будет отходить от гнезда, позволяя газу проходить от ступени 110 в направлении бочонка.

Средства пневматического реле 18 согласно настоящему варианту осуществления данного изобретения, содержат полый корпус 162, имеющий первую 162а и вторую 162b части и первую диафрагму 164, установленную внутри второй части 162b, чтобы делить таковую на первую 166 и вторую 168 камеры давления. Камера 168 находится в состоянии сообщения с подсистемой, содержащей средства 16 управления, через трубопровод 46, между тем как камера 166 находится в состоянии сообщения с газосмесительными средствами через трубопровод 169.

Осуществляющие клапанное действие средства пневматического реле 18 являются единственной в своем роде конструкцией и содержат первое канальное средство давления или клапанный элемент 170, который операционно связывается с диафрагмой 164 и функционирует, чтобы регулировать поток первого газа 12 в камеру 166. Клапанный элемент 170 является перемещаемым из закрытого положения в открытое положение, исходя из движения диафрагмы 164 из ее первого в состоянии покоя положения в ее второе отклоненное положение, в качестве реакции на давление, оказываемого на нее вторым газом 14, текущим через трубопровод 46. Для того, чтобы пластично оказывать сопротивление движению в направлении второго положения, здесь обеспечивается смещающее средство, показанное в виде цилиндрической (винтовой) пружины 172, которая располагается в промежутке между клапанным элементом 170 и гнездом пружины 176, которое образуется нижней поверхностью снабженного резьбой регулировоч- ного элемента 178. Элемент 178 является с помощью резьбы принимаемым внутри части 162а полого корпуса 162 так, что сжимающие силы, приложенные пружиной 172, могут точно регулироваться.

Клапанный элемент 170 несет на себе уплотнительное кольцо 180 круглого сечения, которое приспосабливается чтобы уплотняемо приходить в состояние сцепления с гнездом 182 клапана, образованным внутри части 162а. В процессе работы, когда сила газа 14, действующая на диафрагму 164, является достаточной, чтобы преодолевать поджимающее действие пружины 172, газ 12 будет протекать мимо гнезда 182 в камеру 166 и будет действовать против диафрагмы 164, чтобы иметь тенденцию уравновешивать силу газа 14, действующую на противоположную сторону диафрагмы 164.

Механизм 16 регулирования давления этой второй формы данного изобретения является идентичным механизму первой формы данного изобретения и содержит полый корпус 76 управляющего клапана, внутри которого монтируется вторая диафрагма 78. Диафрагма 78 делит корпус 76 на первую 80 и вторую 82 камеры. Первая камера 80 имеет впускное отверстие, сообщающееся с источником первого газа 12, посредством трубопровода 74. который в свою очередь взаимосоединяется с трубопроводом 44. Подобным образом вторая камера 82 обеспечивается впускным отверстием, которое сообщается с источником второго газа 14 под давлением посредством трубопровода 86. Вторая камера 82 сообщается через осуществляющие клапанное действие средства с камерой 83. Камера 83 обеспечивается выпускным отверстием 87, которое сообщается с газосмесительными средствами через трубопровод 51 и со средствами пневматического реле через трубопроводы 46 и 48.

Образующим рабочую часть средств 16 регулирования давления является второе канальное средство 90 давления, содержащее второй клапанный элемент 92, который действенно связывается с диафрагмой 78. Средство 90 функционирует, чтобы регулировать поток второго газа 14 из камеры 82 в камеру 83 и оттуда в направлении средств пневматического реле, исходя из движения второй диафрагмы 78 из первого закрытого положения к второму открытому положению, в качестве реакции на давление, оказываемое на диафрагму первым газом 12. Второй клапанный элемент 92 взаимосоединяется с диафрагмой 78 посредством короткой соединительной детали 94. Когда этот клапан находится в закрытом положении, эластомерное уплотнительно кольцо 93 круглого сечения клапанного элемента 92 находится в состоянии уплотняющего сцепления с гнездом 96 клапана, образованным внутри корпуса 76 клапана.

Для того, чтобы пластично сдерживать движение диафрагмы 78 в направлении открытого положения клапана, обеспечивается смещающее средство в виде цилиндрической (винтовой ) пружины 98, которая располагается в промежутке между осуществля- ющим клапанное действие элементом 92 и внутренней стенкой корпуса 76 клапана управления. Пружина 98 придаются такие размеры, чтобы обеспечивать такую силу смещения в направлении вверх, что при равновесии давление в камере 83 будет всегда на 10 фунтов на кв. дюйм (0,703 кг на 1 см²) меньше, чем давление первого газа, приложенное к камере 80. Таким образом если первый и второй газы подаются, например, при избыточном давлении 25 фунтов на кв. дюйм (1,758 кг на 1 см²) к выпускным отверстиям как средств управления, так и средств пневматического реле, выход средств управления будет составлять избыточное давление 15 фунтов на кв. дюйм (1,055 кг на 1 см²). Это давление питает обе камеры 120а и 128а первой и второй ступеней смесительных средств. Выход средств пневматического реле (СО₂) будет также составлять точно 15 фунтов на кв. дюйм (1,055 кг на 1 см²) избыточного давления к камерам 120b и 128b первой и второй ступеней газосмесительных средств. Эта система делает возможным использование первого газа (СО₂) в качестве источника сигналов основного давления для всей системы.

В процессе работы регулятор, который регулирует поток второго газа 14 в направлении средств регулирования давления, устанавливается на 10 фунтов на кв. дюйм (0,703 кг на 1 см²) выше, чем требуемое рабочее давление, которое является оптимальным для розлива с дозированием напитка из бочонка, например избыточное давление 25 фунтов на кв. дюйм (1,758 на 1 см²). Одновременно регулятор, который регулирует поток первого газа 12 в направлении средств регулирования давления и средств пневматического реле, также устанавливается на давление, которое приблизительно на 10 фунтов на кв. дюйм (0,703 кг на 1 см²) является более высоким, чем требуемое оптимальное давление для розлива напитка с дозированием из бочонка, например избыточное давление 25 фунтов на кв. дюйм (1,758 кг на 1 см²). Это избыточное давление первого газа 12 достигает две цели. Газ 12 при избыточном давлении будет протекать через трубопровод 74 в камеру 80 средств регулирования давления. Это будет вынуждать диафрагму 78 отклоняться таким образом, который будет отделять клапанный элемент 92 от гнезда 96, позволяя протекать из камеры 80 в камеру 83 и оттуда в выпускной трубопровод 48. Одновременно газ 12, текущий при избыточном давлении, будет проходить потоком через трубопровод 44 во впускное отверстие пневматического реле 18.

Второй газ 14, текущий во внешнем направлении от средств 16 управления через трубопровод 48, будет течь в камеры 120а и 128а ступеней высокоскоростного и низкоскоростного потоков газосмесительных средств через трубопровод 51 при предписанном рабочем давлении для розлива напитка с дозированием. Второй газ 14 будет также протекать через трубопровод 46 в камеру 168 средств пневматического реле. Второй газ, текущий в камеру 168 будет отклонять диафрагму 164, перемещая уплотнительное кольцо 180 круглого сечения в сторону от гнезда 182, позволяя таким образом первому газу 12, который течет в средства пневматического реле через трубопровод 44, протекать мимо гнезда 182 в камеру 166 средств пневматического реле. Тогда первый газ будет проходить потоком из камеры 166 через трубопровод 169 в камеры 120b и 128b высокоскоростного потока и низкоскоростного потока и вторых ступеней газосмесительного или потокоразделительного механизма. Если давление газа внутри камеры 166 будет превышать давление второго газа, текущего в камеру 168, диафрагма будет отклоняться таким образом, чтобы перемещать клапанный элемент 170 в закрытое положение. Поэтому следует, что при уникальной конструкции средств пневматического реле, первый газ, текущий от средств в направлении газосмесительных сpедств, будет всегда находиться под давлением, идентичным давлению второго газа 14, который функционирует в качестве рабочего газа, текущего в камеру 168, чтобы отклонять диафрагму 164 в положение открытия клапана.

В эксплуатации второго варианта осуществления данного изобретения, показанного на фиг. 2, предположим, что низкая скорость потока газа будет представлять скорость порядка 20% максимальной номинальной скорости потока газа. Также предположим, что общий расход газа будет составлять 10 л в 1 мин, а соответствующее падение давления будет порядка 2 фунта на кв. дюйм (0,141 кг на 1 см²). Тогда следует, что отношение "давление первой ступени характеристика потока" будет составлять приблизительно 2 фунта на кв. дюйм (2 л в 1 мин, а для второй ступени будет составлять 2 фунта на кв. дюйм (10 л в 1 мин).

Для того, чтобы разделить работу двух ступеней 110 и 112, контроллер 114 разности давлений должен включаться в устройство способом, показанном на фиг. 2. В соответствии с упоминавшимися выше предложениями сущность контролера 114 является такой, что он остается замкнутым при разностях давлений порядка 2 фунта на кв. дюйм (0,141 кг на 1 см²) или менее. Результат этого состоит в том, что при расходах газа менее чем 2 л в 1 мин, поток буде проходит только через ступени 112 низкоскоpостного потока, причем ступень 110 будет отсекаться контроллером 114. В таком случае при низких скоростях потока любая ошибка слежения в реле 18 будет существенно уменьшаться из-за крутой характеристики отношения давления к потоку ступени низкоскоростного потока. Чтобы иллюстрировать скорость потока 0,5 л в 1 мин, предположим также что давление СО₂ доставляемого реле 18, отличается от давления N₂на 0,5 дюйма водяного столба. Так как при этой скорости потока падение через разделитель низкоскоростного потока составляет 0,5 фунта на кв. дюйм (14 дюймов водяного столба), смесь будет получаться с ошибкой 0,5/14 или 3,57% относительно корректированной смеси. Если происходит так, что смесь устанавливается при 30% , получающаяся в результате ошибка могла бы давать получение 30% смеси плюс или минус 1,07% . Если ступень высокоскоростного потока использовалась для этой скорости потока, ошибка могла бы составлять 0,5/28 дюймов Н₂О, или 17,86% . При 30% смеси результат мог бы составлять 30+5,36% или пятикратную ошибку, получающуюся в первом случае.

Рассмотрим теперь ситуацию, где скорость потока является такой, что ступень 110 высокоскоростного потока включается в работу, однако она пропускает только небольшую часть общей скорости потока. В качестве примера предположим общую скорость потока порядка 2,5 л в 1 мин. 2 л в 1 мин будут проходит через ступень 112 низкоскоростного потока и 0,5 л в 1 мин через ступень 110 высокоскоростного потока объединялись в выпускном канале для общего расхода 2,5 л в 1 мин. Как и ранее, предполагаемая ошибка при 0,5 л в 1 мин через ступень высокоскоростного потока будет составлять 0,5/28 дюймов Н₂О или 17,86% корректированной смеси. Арифметика этого представляется в следующей далее форме:
30% · 0,1786 = +5,36% абсолютная ошибка
Окончательная смесь =

Вышесказанное делает ясным/ что использование этого двухступенчатого подхода обеспечивает заметно повышенную точность смеси низкоскоростного потока без какого-либо ухудшения в точности более высоких скоростей потока. Далее это достигается без столкновения с неприемлимо большим падением общего давления.

Имея теперь это изобретение, описанным подробно в соответствии с требованиями патентных законов, специалисты в этой области техники не будут иметь никакой трудности во введении изменений и модификаций в отдельные части или их связанный узел для того, чтобы удовлетворять специальные требования или соответствовать специфическим условиям. Такие изменения и модификации могут делаться без отступления от объема и сущности данного изобретения.

Реферат

Использование: в устройствах для смешивания газов, например азота и двуокиси углерода, для использования в системах розлива напитков с дозированием. Сущность изобретения: первый регулятор осуществляет регулирование давления газа от первого источника газа в направлении средств регулирования давления, которое является оптимальным для розлива напитка из резервуара. Одновременно второй регулятор регулирует поток газа от второго источника газа в направлении средств регулирования давления. При этом газ от второго источника через первый трубопровод поступает в первую камеру и перемещает первую диафрагму, отрывая клапанный элемент от гнезда и тем самым обеспечивая проход газа из первой камеры во вторую камеру и далее во второй трубопровод. Газ от первого источника через второй трубопровод поступает в третью камеру и через третий трубопровод в четвертую камеру, отклоняя вторую диафрагму и обеспечивая тем самым проход газа через четвертый трубопровод в цилиндр и затем в пятую камеру. 6 з. п. ф-лы, 2 ил.

Формула