小容量氯氣饋送系統的製作方法

2023-05-11 03:50:11 1

專利名稱：小容量氯氣饋送系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在把氯氣饋送給水源以便用氯處理水時使用的那種類型的小容量氣體饋送系統的切換裝置。更具體地說，本發明涉及用來控制來自不同的氣源的氣流的切換裝置。
本發明的現有技術小容量氯氣饋送系統準備把來自氯氣容器的氣體通過氣體壓力調節裝置供應給注射器，其中氯氣被交付給供水管道。一種氯氣饋送系統是在受讓人的標題為「SONIX 100TM氯化器」的技術數據表910.250中予以說明的。注意力還被引向Conkling在美國專利第3,779,268號中圖解說明的用於氯氣系統的調節閥。
一些氯氣供應系統的一個限制是能夠交付給供水系統的氯氣的量。使用單一的氣體鋼瓶在閥門結霜使氣體調節閥不起作用之前僅僅允許以有限的氣流速度排放氯氣。
在許多領域，氯氣供應商要求在為了再裝滿把氯氣儲罐返還供應商之前必須被完全放空。現有的氣體調節器系統尚未提供有效的機構來保證有效地使用儲罐中的全部氯氣。在另一些領域，氯氣供應商要求在為了再裝滿被返還的氯氣儲罐中留下預定數量的氯氣。一些氣體調節系統不提供有效的機構來控制留在供氣鋼瓶中的氣體數量。
一些氯氣系統的另一個限制是它們尚未提供有效的和高效率的系統來保證第一容器中的供應一旦耗盡立即從一個氯氣供應容器切換到另一個氯氣供應容器。此外，一些氣體饋送系統不保證完全使用或受控制地使用第一容器中的氣體；另一些系統需要結構複雜的調節閥組件並且是昂貴的和不可靠的。
在另一個實施方案中，本發明還提供一種用來把氣體提供給供氣系統的方法。第一種氣體被從第一來源提供給負壓注射器，於是一部分氣體被從第一來源中放掉。第二種氣體被從第二來源提供給負壓注射器，而且在第二來源正在為負壓注射器提供氣體的同時第一氣源被進一步放空。
在另一個實施方案中，本發明還提供用來給供氣系統供應氣體的切換裝置。該切換裝置包括具有出口、第一入口和第二入口的閥體。出口與負壓源流體連通，第一入口與第一氣源流體連通，而第二入口與第二氣源流體連通。第一入口和第二入口可以有選擇地與出口隔離，或者兩個入口都不與出口隔離。
圖2是包括在

圖1所示的供氣系統中的均衡耗盡閥門的放大剖視圖。
圖3是包括在圖1所示的供氣系統中的氣體調節器的放大剖視圖。
圖4是本發明的切換裝置的剖視圖。
圖5是用圖4描繪的切換裝置的另一個剖視圖。
圖6是用圖4描繪的切換裝置的替代剖視圖。
本發明的詳細說明本發明包括用來有選擇地從第一氣源、第一二氣源或者第一和第二氣源兩者為控制注射器系統供氣的切換裝置。該裝置具有與負壓注射器流體連通的出口。裝置進一步包括與出口流體連通的艙室和兩個可以與所示艙室流體連通的入口。在切換裝置內的梭子可以這樣定位，以致它可以與第一入口、第二入口接觸或者不與這兩個入口接觸。夾持裝置可以保持梭子與入口之一接觸。本發明進一步包括用來為負壓注射器供氣的方法，其中氣體首先由第一氣源供應給負壓注射器，然後在第一來源被耗盡之前第二來源加入進來。在第二來源開始給控制注射器供氣之後，第一來源被更充分地排放。
圖1圖解說明體現本發明並且包括眾多氣體鋼瓶12的氣體饋送系統。在圖解說明的實施方案中，氣體鋼瓶12是傳統的氯氣鋼瓶。氣體饋送系統10進一步包括安裝在每個鋼瓶12上的負壓調節器14，每個負壓調節器14都包括傾向於控制來自氣體鋼瓶12的氯氣供應的負壓式閥門。負壓調節器14通過供應氯氣的塑料的管道系統或管道16連接到氯氣注射器18上。氯氣注射器18在圖3中看得最清楚。氣體注射器18準備把氣體混合到從供水管道20流過的水中並且使氯氣注入供水變得容易。在調節器18處，進入口22的經過計量的氣體在艙室23處溶解在從供水管道20通過通道24流動的水流中。最終產生的溶液通過通道26被排放到應用位置，通過注射器18的水流在口22和管道系統或管道28中形成負壓。正是在管道系統28中的這種負壓抽吸氣體通過管道16、30和32進入注射器18，並且操縱接在鋼瓶12上的負壓調節器14。
在圖解說明的氣體饋送系統實施方案中，轉子流量計34指示通過管道系統32和28流向注射器18的氣體的體積或流速。轉子流量計34還可以包括用來控制通過管道系統32和28流向注射器18的流速的控制閥36。轉子流量計34和控制閥36的構造是傳統的並且將不予以詳細地描述。儘管在圖解說明的布局中轉子流量計被安裝在遠離負壓調節器14的地方，但是在其它布局中轉子流量計34可以被直接安裝在每個負壓調節器上以便指示其它從各個氣體鋼瓶12到管道系統16的流動。
圖1所示的供氣系統10進一步包括用來在氯氣系統開始操作期間一邊維持鋼瓶的第二儲藏庫42處於待機狀態一邊由鋼瓶的第一儲藏庫40提供氯氣供應的遠程切換裝置。遠程切換裝置38包括在鋼瓶開始操作期間隔離鋼瓶的第二儲藏庫42的閥門，於是當鋼瓶的第一儲藏庫40中的氣體接近空瓶條件時，遠程切換裝置38打開，以便在從鋼瓶的第二儲藏庫42為注射器18提供氣體供應的同時還維持鋼瓶的第一儲藏庫40與注射器18連通從而使鋼瓶的第一儲藏庫40中的全部氣體都可以被使用。
然後，遠程切換裝置38通過手工操作切換，以便僅僅將鋼瓶的第二儲藏庫42接在注射器18上並且隔離鋼瓶的第一儲藏庫40。然後，可以為了再充滿將第一儲藏庫40中的鋼瓶12從系統上拆除並且用充滿氣體的容器代替。然後，遠程切換裝置38可以維持那些容器12處於待機狀態直到鋼瓶的第二儲藏庫42接近空瓶條件。
在用圖1圖解說明的供氣系統10中，每個鋼瓶儲藏庫40和42進一步包括把那個鋼瓶儲藏庫中的兩個負壓調節器14連接到與遠程切換裝置38和注射器18連通的管道系統30上的均衡耗盡裝置44。均衡耗盡裝置44同時把來自鋼瓶儲藏庫40中的兩個鋼瓶的均衡的或均等的氣流提供給遠程切換裝置38。
切換裝置起首先從最初的來源供應氣體的作用，然後作為對條件變化的反應該切換裝置這樣添加另一種供應，以致第一來源和第二來源兩者都為系統供應氣體。第一來源進一步消耗到選定的水平之後，該切換裝置可以將第一來源這樣隔離，以致第二來源單獨給系統供氣。切換裝置可以手工操作、可以機械操作、也可以通過使用微處理器實施電控。切換裝置可以使用相互合作的多個閥門，或者可以使用在各種氣源之間前後切換的單一閥門。切換裝置可以包括具有一個或多個出口和任意數量的入口的閥體。出口如同用於用氯氣處理市政供水的負壓注射器系統那樣通向負壓源。入口可以被接到類似壓縮氯氣儲罐的氣源上，或者接到本身又被接到許多氣體儲罐上的均衡耗盡裝置上。
切換裝置可以包含能夠往復移動從一個入口到另一個入口、每次密封一個入口同時允許其它入口保持與出口連通的梭子。在中間位置，梭子不與任何入口接觸，因此允許氣體從所有被連接的源進入。類似彈簧的偏移力使梭子尋找這個中間位置。通過使用可從遠離切換裝置的地方訪問的控制機構，梭子可以朝入口之一移動。這種控制機構可以是電動的或機械的，並且可以是手工操作的或自動操作的。一種這樣的控制機構是齒條齒輪系統，其中齒條整體地附著在梭子上，齒條上的齒與小齒輪上的通過切換裝置延伸的問候齒相互作用。小齒輪可以藉助諸如皮帶、馬達或手工操作的控制旋鈕之類的東西在外部旋轉。梭子一旦與入口之一接觸就可以藉助這個中性偏移力的反作用力被固定在與該入口接觸的位置。這個反作用力可以由保持梭子與該入口接觸的夾持裝置(例如，棘爪機構、棘輪和棘爪、或螺線管)提供。這個反作用力被設定在它將被中性偏移力和由耗盡主動供氣造成負壓增加而引起的力的合力克服。
隨著饋送給系統的供氣被耗盡，氣體可以用以填充負壓源造成的真空的速率被降低，在切換裝置的出口或出口周圍產生壓降。由此產生的壓降可以通過許多途徑被夾持裝置感知。例如，出口可以與和夾持裝置交換電信號的壓力傳感器連通；或者作為替代可以使用與夾持裝置機械連接的簡單的膜片。優選的是一個側面在大氣壓力下而另一個側面與出口連通的柔韌的膜片被機械地連接到夾持裝置上。例如，如果夾持裝置是類似缺口/插入件組合的棘爪機構，那麼插入件的一端可以附著在膜片上，而插入件的另一端可以坐在缺口中，以便形成夾持裝置。當出口中的壓力下降時，在膜片的對置側面上的大氣壓力使膜片沿著壓力的方向偏斜，於是附著的插入件被推出缺口，因此釋放梭子，使它與兩個入口脫離接觸，回到不偏不倚的偏置位置。膜片的尺寸可以這樣選定，以致當出口壓力變化足以表明當前供氣不久將不適當時，作用在膜片上的力大到足以釋放夾持裝置。例如，膜片可以這樣確定尺寸，以致作用在它上面的力適合在艙室中的負壓從大約20」H2O增加到40」H2O時釋放夾持裝置。用於該機構的觸發點可以調節，例如，通過改變插入件與缺口咬合的部分的長度、通過調節偏置彈簧施加在膜片上的力、或者通過調節可以對梭子施加復位力的另一個偏置彈簧的張力。
一旦這個釋放機構被觸發而且梭子已經移動到它的中間位置，兩個氣源就都對出口打開，於是適合於系統的供氣可以被維持下去。一旦近乎耗盡的氣源耗盡到預期的程度，它就可以與系統隔離並且被新鮮的氣源代替。一旦氣源被更換，梭子就可以被移動到與該入口接觸，以致新氣源被隔離，直到出口壓力再一次達到預定的低壓。這樣，不間斷的供氣就可以被維持，同時使完全或近乎完全放空氣源變得容易。
切換裝置的一個實施方案用圖4、圖5和圖6予以圖解說明。這個實施方案包括具有通向負壓注射器(未示出)的出口320的T形閥體310、與第一氣源(未示出)流體連通的第一入口330和與第二氣源(未示出)流體連通的第二入口340。每個入口以及出口320都與艙室350連通，氣體通過該艙室從兩個入口之一流向出口。
在艙室內梭子有選擇地密封兩個入口之一或不密封它們。梭子可以在艙室中不同位置之間移動，並且優選可以在兩個對置入口的任何一個位置和兩個入口都不接觸梭子的中間位置之間滑移。梭子是用能夠耐受它所處的氣體環境的材料製成的。適當的材料包括玻璃、金屬合金、合成聚合物和諸如聚四氟乙烯之類的耐化學的合成聚合物。梭子可以是一整塊耐化學的實心材料，或者可以被部分地或全部用耐化學材料塗覆，以便延長暴露在諸如在為負壓源供應氯或氨的系統中遇到的嚴酷的氣體環境中時的壽命。優選的是梭子接觸入口的表面包括允許梭子氣密密封該入口的表面結構。
業已找到一種這樣的材料，它是可以通過模塑成形或機械加工形成圖4所示的梭子360的TEFLON牌聚四氟乙烯。梭子360具有兩個對置端361和362。每個對置端都是為了在梭子被向左或向右移動到帶彈性體支座363、364的配合位置時密封入口之一而成形的。例如，如果梭子朝入口330滑動，末端361與彈性體支座363一起形成密封，藉此防止氣體從入口330流入艙室350。同樣，梭子可以按相反的方向移動，以致末端362通過與彈性體支座364一起形成氣密密封把入口341密封。支座363和364是由能經得起支座可能暴露於其中的氣體環境的嚴酷考驗的耐化學的材料製成的。一種這樣的材料是VITON牌含氟彈性體，業已發現這種材料適合經得起氯氣環境的考驗。每個彈性體支座363或364都可以這樣形成，以致該支座施加與梭子提供的力的反向力。這個反向力可能有助於在末端361或362與彈性體支座363或364之間提供更好的密封，從而有助於防止氣體在彈性體支座和梭子之間洩漏。在圖4中，彈性體支座363和364背靠Bellville彈簧(未示出)，以便提供方向與梭子的力相反的力。
切換裝置可以包括允許梭子的位置受氣體環境外面控制的控制機構。這種控制機構可能是電控的或者是機械的，並且可以受手工操作控制或者自動控制。這種控制機構可能是可調節的，以允許梭子在諸如接觸第一入口、接觸第二入口、或不接觸任何入口之類的三個或多個位置之間移動。適當的控制機構的一些實例是螺線管、槓桿、螺絲、或齒條和小齒輪。控制機構還可以包括用來維持梭子與入口之一接觸的夾持裝置。
業已發現的一種有用的控制機構是如同用圖4予以圖解說明的齒條和小齒輪。齒條370有一系列與小齒輪371上的問候齒系列相互作用的齒。小齒輪371延伸到閥體外面，穿過小齒輪殼體311，並且用控制旋鈕374封端，這在圖6中看得最清楚。操作員可以用手旋轉控制旋鈕374，藉此旋轉小齒輪，該小齒輪本身又使齒條移動，從而使梭子在彈性體支座363和364之間滑動。附著在小齒輪圓周上的是有兩個彼此以大約120°相對的缺口381和382的套環380，如圖5所示。另外，用來提供傾向於使梭子移動到兩個入口330和340都能與艙室350連通的不偏不倚的中間位置的固定的扭力彈簧385也附著在小齒輪上。
再一次參照圖5，垂直於小齒輪371定位的是裝在套管384中的插入件383。壓縮彈簧386提供把插入件383朝套環380推的力。當控制旋鈕374按照任何方向旋轉60°時，壓縮彈簧386都使插入件383滑到缺口381或382中，取決於旋鈕究竟是順時針旋轉還是逆時針旋轉。如果小齒輪371已經被順時針旋轉到插入件383與缺口381相互鎖定的位置，那麼梭子將接觸彈性體支座364並且將入口340密封。雖然扭力彈簧正在施加傾向於使梭子向其不偏不倚的中間位置滑動的力，但是這種運動被夾持裝置(即缺口381與插入件383的互鎖)阻止。
插入件383的與接觸套環385的末端相對的末端附著在膜片390上。這個膜片可以是由柔韌到足以允許膜片對膜片兩側的壓力差作出反應的材料製成的。優選的是膜片能耐受它可能接觸到的氣體。例如，膜片可以包括彈性體、合金或耐化學的聚合物。業已發現能用於供應氯氣的系統的一種這樣的材料是VITON牌含氟彈性體。在給負壓注射器供應氨的系統中，業已發現HYPALON牌氯氟化的彈性體能提供好結果。膜片390裝在被分成兩個不連通的艙室392和393的膜片殼體391中。第一膜片艙室393對大氣開放，因此處在大氣壓下。第二膜片艙室392如圖6所示藉助真空管394與艙室350流體連通。因此，膜片艙室392處在與艙室350相同的壓力下。在實踐中，當艙室350中的壓力下降到某個點以下時，例如，當氣體供應減少到這樣的水平，以致它不再能填充負壓負壓注射器在艙室350中形成的真空時，該膜片朝壓力比較低的區域偏斜。當偏斜的量超過缺口381的深度時插入件被拉出缺口381，於是扭力彈簧3 85提供的力使小齒輪371按逆時針方向旋轉60°(參照圖5)。藉此使梭子360向梭子兩端都不接觸支座並因此允許氣體通過兩個入口330和340進入艙室350的中間位置移動。這樣，適當的氣體供應將在仍然有效地消耗陳舊的氣源的同時由新鮮的氣源提供。
當原來的氣源隨著足夠的時間流逝被完全放空時，控制旋鈕374可以按與前一次的旋轉方向相反的方向旋轉，以致接在耗盡的氣源上的閥門被關閉，與艙室350斷開。此時，空的氣源可以被拆除和更換。通過連續地重複這個過程，在負壓注射器處總是維持適當的氣體供應，而且允許耗盡的氣源在它們被拆除之前完全放空。
圖2更詳細地圖解說明包括一對定義被膜片238分開的艙室234和236的殼體部分230和232的均衡耗盡裝置44。膜片238的邊緣被夾在殼體的兩個部分232和234之間，O型圈240提供緊密的流體密封。圖2中展示的左側殼體部分230包括通過螺紋把閥座夾持器244裝入的軸襯或套管242。TEFLON閥座246藏在閥座夾持器244中，而逐漸減小的軸套是為把其它管道系統16接到入口孔256上準備的。
均衡耗盡裝置44進一步包括帶有膜片轂盤262的滑閥260，該膜片轂盤這樣夾緊膜片238的中心部分以致滑閥260可以隨著膜片移動。滑閥260的一端包括可以有選擇地與閥座246咬合的閥體264，而滑閥260的另一端包括可以與第二閥座252咬合的第二閥體266。第二閥座252包括眾多在閥體266和閥座252之間的小孔268，以便允許受控的氣流在閥門構件266與閥座252咬合時通過閥座252。殼體的左半部分230和右半部分232分別備有與為轉子流量計和注射器18提供氣流的管道30連通的排氣口270和272。
在均衡耗盡裝置操作時，在與轉子流量計34連通的管道30中的負壓施加在膜片兩側的艙室234和236的負壓上，從而引起最初通過在閥體266周圍的孔268抽吸氣體。氣流進入圖2所示的右艙室236所引起的壓力差將在膜片238上形成引起閥體264移動離開閥座246的壓力，於是引起氣流進入艙室234並且直到膜片238兩側的艙室234和236中的氣體壓力相等為止。這樣，在兩個與氣體鋼瓶12連通的管道16中氣流將達到平衡，因此提供從那些鋼瓶12到注射器18均勻一致的均衡流動。
在此發表的這項發明的進一步的改進方案和等同方案對於熟悉這項技術的人僅使用常規實驗就能提出，然而這樣的改進方案和等同方案被認為落在本發明的權利要求書所定義的精神和範圍內。
權利要求
1.一種用於供氣系統的切換裝置，其中包括與負壓源和艙室流體連通的出口；與第一氣源和艙室流體連通的第一入口；與第二氣源和艙室流體連通的第二入口；以及為了使第一入口和第二入口之一與所述艙室隔離或者使兩個入口都不與艙室隔離而配置的可移動的梭子。
2.根據權利要求1的切換裝置，進一步包括用來維持梭子位置的夾持裝置。
3.根據權利要求1的切換裝置，進一步包括把梭子移動到梭子不將兩個入口與所述艙室隔離的位置的彈簧。
4.根據權利要求2的切換裝置，其中夾持裝置包括缺口和插入件。
5.根據權利要求4的切換裝置，進一步包括與插入件接觸的彈簧。
6.根據權利要求4的切換裝置，進一步包括具有第一側面和第二側面的膜片，第一側面是與艙室流體連通的。
7.根據權利要求6的切換裝置，其中膜片接在插入件上。
8.根據權利要求2的切換裝置，其中夾持裝置維持梭子與第一入口或第二入口接觸。
9.根據權利要求1的切換裝置，其中負壓源是負壓注射器。
10.一種用來給供氣系統提供氣體的方法，該方法包括下述步驟由第一氣源給負壓注射器提供氣體；耗盡一部分第一氣源的氣體；由第二氣源給負壓注射器提供氣體；以及在第二氣源給負壓注射器提供氣體的同時進一步耗盡第一氣源的氣體。
11.根據權利要求10的方法，其中每種氣體都是氯氣。
12.根據權利要求10的方法，其中至少一個氣源是均等耗盡裝置。
13.一種用來給供氣系統供氣的切換裝置，其中包括具有出口、第一入口和第二入口的閥體，出口與負壓源流體連通，第一入口與第一氣源流體連通，第二入口與第二氣源流體連通；以及選擇隔離裝置，該裝置有選擇地使第一入口與出口隔離、第二入口與出口隔離或者兩個入口都不與出口隔離。
14.根據權利要求13的切換裝置，其中選擇隔離裝置被偏置，以便為兩個入口都與出口連通創造條件。
15.根據權利要求14的切換裝置，進一步包括用來維持有選擇的隔離裝置與第一出口或第二出口接觸的裝置。
全文摘要
一種用來為給水系統提供類似氯氣的氣體的連續供應的切換裝置。這種切換裝置包括與艙室和負壓源連通的出口以及兩個也與艙室連通的入口。切換裝置進一步包括可以通過定位隔離第一入口、第二入口或不隔離這兩個入口的梭子。
文檔編號F17C13/04GK1380904SQ01801235
公開日2002年11月20日 申請日期2001年5月7日 優先權日2000年5月11日
發明者戴維·哈魯奇, 瑪麗·D·卡布雷拉, 阿爾伯特·范格羅威, 格雷戈裡·斯託金哲 申請人:美國過濾公司