專利名稱：用于給定流體劑量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種連續(xù)可調(diào)且自清潔的、在低壓下給定少量流體劑量的裝置和方法。
背景技術(shù)：
出于多種原因，在低壓下給定少量流體劑量是困難的。如果要在低壓下給定少量流體劑量，那么流體的表面張力就是一個特別不利的參數(shù)。
在廣義上，存在很多基于噴嘴的解決辦法。傳統(tǒng)的噴嘴通常需要相對高的壓力來連續(xù)工作，且它們易于阻塞。當(dāng)需要較少劑量時，通常還必須利用脈動劑量(脈動配制)，以使得流體的總量隨時間變得足夠少。
本發(fā)明并不基于使流體能夠被傳送或提升的毛細(xì)管效應(yīng)。這種毛細(xì)管效應(yīng)是在諸如US4819375、FR2088860、US3786598、US6321487、DE2447230的專利中的基本功能。專利WO03096796描述了一種吸液芯，這種吸液芯允許流體基于毛細(xì)管的吸引從出口側(cè)、并因此不依賴于入口側(cè)的流體壓力而滲入。
就上述專利而言，除了流體的表面張力、噴嘴的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)噴嘴中的流體壓力之間的備有證明文件的相關(guān)性會依本發(fā)明而發(fā)生變化以外，本發(fā)明主要還包括一種具有填料的管，并開發(fā)出了新的優(yōu)點(diǎn)·避免形成壓降，并通過入口側(cè)的流體靜壓獲得受控的流體滲入；·可以在低流體靜壓下給定精確的流體劑量；·對于流體中的較低顆粒含量不具有較高的要求，上述現(xiàn)有技術(shù)中的解決方法通常就是這樣；·允許局部阻塞，無需拆開劑量噴嘴，通過前向沖洗就可實(shí)現(xiàn)自清潔，傳統(tǒng)的解決方法通常就是這樣；·無需用電；·通過調(diào)整例如劑量單元的文丘里管中的橫截面積、填料的密實(shí)度或者入口側(cè)上的壓力就可以調(diào)節(jié)劑量。
本方法可優(yōu)選地用于在制造工業(yè)中進(jìn)行可靠的流體劑量，并用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的滴灌系統(tǒng)。劑量的精確性高，并且解決方法簡單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種劑量單元，其中劑量單元的內(nèi)側(cè)填充有一種基于有機(jī)/無機(jī)纖維的物質(zhì)，或者允許流體能夠通過的其它物質(zhì)。這種劑量單元的原理是利用從入口側(cè)到出口側(cè)的小的壓降來獲得精確的流體流。除了入口側(cè)的靜態(tài)過壓和流體的粘度以外，流動將通過由下列參數(shù)給定的劑量單元的文丘里管中的摩擦來確定，這些參數(shù)為·劑量單元的文丘里管的橫截面積·劑量單元的全長·劑量單元的表面特性·填料的長度·文丘里管中的填料填充程度·填料的尺寸·填料的表面特性·填料的柔性·填料與出口側(cè)的表面或流體的物理接觸，以避免形成壓降·填料中雜質(zhì)的量劑量單元具有錐形形狀，其橫截面積從入口側(cè)向文丘里管的方向減小，其中在文丘里管內(nèi)橫截面積最小。在文丘里管中，橫截面積通常在1-10mm的長度上保持恒定，并且該橫截面積從劑量單元的這一點(diǎn)上到出口端都是一樣的。錐體的剖面(profile)應(yīng)該優(yōu)選地減小，以使得劑量單元在文丘里管的最終部分上的內(nèi)側(cè)基本上平行。通過這種設(shè)計(jì)，劑量單元更為堅(jiān)固和穩(wěn)定。這是由于任何顆粒在較長的文丘里管中比在較短的文丘里管中能更容易地找到空間，而不會阻塞劑量單元。
劑量單元的文丘里管可被制成可以機(jī)械地改變橫截面積。由此，一定的預(yù)期流量可取決于劑量單元的預(yù)定用途。用于這種用途的裝置可流暢地、或者在預(yù)定步驟中對應(yīng)于特定的流量進(jìn)行調(diào)整。用于流暢調(diào)整的示例可以是設(shè)置在由柔性材料制成的錐形劑量單元的出口端周圍的夾具。通過收緊該夾具，文丘里管和填料被壓縮，從而減少了可通過的流體量。
填料至少從噴嘴結(jié)構(gòu)的最大開口處延伸、通過劑量單元的文丘里管并且超出劑量單元的出口端。在文丘里管的最小橫截面積中，取決于所選擇的材料，填料將包括多條允許一定量的流體通過的小通道。借此，在文丘里管中可以得到用于流體流的非常小的容積，此外，每條通道的較小尺寸將確保在劑量單元中幾乎是層流。以這種方式，在劑量單元中形成摩擦模式，這種模式允許不依賴于毛細(xì)管效應(yīng)來進(jìn)行精確劑量。
劑量單元和填料必須由相對于流體和環(huán)境來說是適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，并設(shè)想在其中工作。劑量單元可由塑料、橡膠或類似的柔性材料或非柔性材料(例如塑料、金屬、陶瓷)制成。
當(dāng)劑量單元由柔性材料制成時，劑量單元的清洗可采用如下方式執(zhí)行，即通過定期增加流體的壓力，以使劑量單元在最狹窄的點(diǎn)處屈服，由此增大橫截面積，并使雜質(zhì)能夠被沖洗出來。當(dāng)劑量單元由非柔性材料制成時，類似地，機(jī)械裝置必須被包括在該設(shè)計(jì)中，以使劑量單元的文丘里管的橫截面積能夠增大，并因此能夠進(jìn)行沖洗。
結(jié)合流體壓力的定期增大，通過將清洗添加劑添加到流體中可進(jìn)行劑量單元的前向沖洗。
此外，清洗可通過定期在壓力下將氣體加入到流體中來進(jìn)行，以便同樣實(shí)現(xiàn)對劑量單元的填料的機(jī)械清洗。
在劑量單元的外側(cè)通過機(jī)械操作來進(jìn)行定期前向沖洗的過程中，清洗也可通過對該劑量單元進(jìn)行機(jī)械驅(qū)動而得到進(jìn)一步的提高。
通過本發(fā)明，在劑量單元的整個文丘里管上，即使是在非常小的壓降下(低至所說的0.1bar)，流體的劑量也可非常精確地加以確定。
當(dāng)流體離開劑量單元的文丘里管時，為了最小化/避免形成壓降，填料延伸超過劑量單元的出口端并與另一表面或流體接觸是重要的。借此，流體可通過填料滲出，而不會形成壓降。
此外，一個優(yōu)點(diǎn)(但并不是強(qiáng)制性的)是，在文丘里管的后面，劑量單元終止于傾斜的切斷。這導(dǎo)致流體的附著度降低。同樣地，可通過將填料在入口側(cè)處以傾斜的角度切斷，來提高流體通過的容易度。通過這種方式，更容易打破流體中的任何空氣/氣泡，以使其能夠通過。打破任何空氣/氣泡的又一方法是，將一些纖維伸入到劑量單元的供給管中，以便刺穿空氣泡，從而允許通過。
填料通常為無機(jī)纖維。這種纖維的直徑可根據(jù)情況而變化，但通常為0.006-0.5mm。填料可以是將其特性添加到流經(jīng)它的流體，或者影響該流體的任何物質(zhì)。通過這種方式，如果將流體添加到制成填料的化學(xué)物質(zhì)中，那么填料的受控降解/溶解可能是引人關(guān)注的。這樣的一個例子是，當(dāng)劑量單元用于農(nóng)業(yè)用途時，肥料排放到水中。這種肥料可以固態(tài)形式(例如丸狀)輸送，或在設(shè)置在劑量單元中作為填料的纖維中輸送。隨著肥料的溶解，劑量單元的橫截面積增加，由此輸送的水量增加，這可適合于仍在生長的植物對于水不斷增加的需求。以相同的方式，填料可由用熱的方法和/或用化學(xué)方法作用于流體的物質(zhì)制成。這樣的示例可以是通過用熱的方法加熱填料來加熱流體、通過碳纖維對例如農(nóng)藥的化學(xué)限制。
填料還可以包括例如具有或多或少光滑表面的圓形纖維。直徑越小，纖維的表面越粗糙，摩擦就越大。具有不同表面粗糙度的典型聚酯或聚丙烯纖維可以是優(yōu)選的纖維。
填料可以由具有多種不同尺寸的一種以上的物質(zhì)制成。這樣，填料的芯可包括用熱的方法加熱的纖維，同時文丘里管中的纖維包含緩慢釋放到流體中的銀離子。
所述裝置或方法通常用于每小時給定1-5000ml范圍內(nèi)的劑量。在劑量范圍的低端，所述劑量方法與其它解決方法相比將具有許多優(yōu)點(diǎn)。
用于少量(10-500ml/小時)的裝置通常為30mm長，并具有6mm的外徑。用于較多量(500-1000ml/小時)的裝置，尺寸通常為40mm長，并具有8mm的外徑。用于大量的裝置而言，尺寸通常為60mm長，并具有10mm的外徑。上述劑量單元的文丘里管的橫截面積通常為0.75到20mm2。當(dāng)然，這些尺寸僅用作指導(dǎo)作用，考慮到劑量單元的適合以及所選擇的材料，可以將劑量單元做得更大或更小。


圖1給出了具有錐形橫截面的劑量單元；圖2給出了在出口側(cè)上的常規(guī)壓力和較高壓力下的劑量單元；圖3給出了用于劑量用途的劑量單元的總體安裝。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本劑量單元的總體設(shè)計(jì)。
圖1A示出了從側(cè)面看去的劑量單元101，其帶有用于示出圖1B和1C所示橫截面的線條。圖1B示出了從入口側(cè)看去的劑量單元101。
圖1C示出了劑量單元101的中心橫截面。劑量單元101在一端具有入口102，并在相對端106具有出口106。流體流動的方向總是從入口102朝向出口106。劑量單元101在入口102處具有能夠固定該劑量單元的凸緣103。在內(nèi)部，劑量單元101具有錐形剖面104，在錐形剖面后面，劑量單元終止于位于其出口端106處的文丘里管(venturitube)105。
圖1A和1B示出了回轉(zhuǎn)對稱管形劑量單元，但它也可以是具有示于圖1C的橫截面的兩片，其中它們的縱向軸線垂直延伸到附圖所在的平面。這兩片連在一起，限定了與錐形管的橫截面相對應(yīng)的文丘里管形的橫截面。
圖1D與圖1C的劑量單元的橫截面視圖相對應(yīng)，但此時在劑量單元101中具有填料108。所述填料被固定成必須在劑量單元的入口102處延伸。填料108在劑量單元的入口和出口之間的任何位置上均具有相同的體積，但在劑量單元的文丘里管109中被進(jìn)一步壓縮。注意，在劑量單元的出口后面，填料108被切斷成不同的長度110，以便消除形成壓降(drops)的潛在可能性。
圖2示出了在常規(guī)操作和沖洗過程中的所述劑量單元。
圖2A示出了具有填料204的劑量單元203，所述填料204通過流體腔202連接到流體供給源201。在劑量單元的出口后面，填料204與用于接收流體的表面205相接觸。位于流體腔202中的流體靜壓將大于位于劑量單元出口后面的流體靜壓。
圖2B示出了供給例如1bar的流體206的劑量單元207，由此劑量單元的柔性材料將屈服，并且該劑量單元的文丘里管209將擴(kuò)張。劑量單元207的文丘里管209所增加的橫截面積允許填料208中的任何雜質(zhì)在常規(guī)壓力(例如0.2bar)下，通過文丘里管209中的最密實(shí)的填料部分。同樣，薄片型劑量單元(見對圖1和2的描述)的文丘里管的增大是通過將所述片彼此移開實(shí)現(xiàn)的。
圖3示出了通過連接管302連接到來自流體儲罐301的流體供給源的劑量單元303。所述連接管302的尺寸在給定壓力下為劑量單元303提供恒定的流體供給。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種劑量單元，它具有從入口朝向出口的內(nèi)部錐形橫截面，該橫截面終止于劑量單元出口處的文丘里管，其中填料在劑量單元內(nèi)沿縱向延伸，至少通過整個文丘里管并超出劑量單元出口，該填料附著在入口處，其中劑量單元產(chǎn)生從入口至出口的受摩擦控制的流體靜壓降，并且該劑量單元包括用于增加文丘里管的橫截面積的裝置。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的劑量單元，其中，文丘里管由硬的材料制成，并且具有可調(diào)節(jié)的截面積，以允許或多或少的流體能夠流過具有填料的區(qū)域。
3、根據(jù)上述權(quán)利要求所述的劑量單元，其中，至少文丘里管由柔性材料制成的，以使得文丘里管的截面積能夠通過拉伸所述柔性材料而增大，以允許或多或少的流體能夠流過具有填料的區(qū)域。
4、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，出口的剖面被傾斜地切斷。
5、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，填料可被更換。
6、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，填料比所述劑量單元長。
7、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料能以受控的方式隨時間降解或損耗。
8、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料用熱的方法和/或用化學(xué)方法作用于流體。
9、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料包括兩種或多種不同的物質(zhì)。
10、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，包括用于定期前向沖洗的裝置，該沖洗通過增加入口側(cè)上的壓力和/或通過機(jī)械打開文丘里管的幾何尺寸，從而增大文丘里管的橫截面積來實(shí)現(xiàn)。
11、根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，包括用于定期前向沖洗的裝置，該沖洗通過使填料相對于文丘里管沿它們的公共縱向軸線移動來實(shí)現(xiàn)。
12、一種用于給定流體劑量的方法，其中，使流體通過具有錐形橫截面和填料的劑量單元，所述填料沿劑量單元的縱向延伸并超出出口，從而通過劑量單元出口處的文丘里管，其中流體經(jīng)受從劑量單元的入口至出口的受摩擦控制的流體靜壓降。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，劑量單元通過前向沖洗來清潔。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，定期進(jìn)行劑量單元的清潔。
權(quán)利要求
1.一種劑量單元，它具有從入口朝向出口的內(nèi)部錐形橫截面，該橫截面終止于劑量單元出口處的文丘里管，其中填料在劑量單元內(nèi)沿縱向延伸，至少通過整個文丘里管并超出劑量單元出口，其中，劑量單元通過摩擦控制，允許一定量的流體在壓力下以小的壓降從入口通過直到出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的劑量單元，其中，文丘里管由硬的材料制成，并且具有可調(diào)節(jié)的截面積，以允許或多或少的流體流過具有填料的區(qū)域。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的劑量單元，其中，至少文丘里管由柔性材料制成的，以使得文丘里管的截面積能夠通過拉伸所述柔性材料而增大，以允許或多或少的流體能夠流過具有填料的區(qū)域。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，出口的剖面被傾斜地切斷。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的劑量單元，其中，填料被連接在入口處。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，填料可被更換。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，填料比所述劑量單元長。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料能以受控的方式隨時間降解或損耗。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料可用熱的方法和/或用化學(xué)方法作用于流體。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，其中，所述填料可包括兩種或多種不同的物質(zhì)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，包括用于定期前向沖洗的裝置，該沖洗通過增加入口側(cè)上的壓力和/或通過機(jī)械打開文丘里管的幾何尺寸，從而增大文丘里管的橫截面積來實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的劑量單元，包括用于定期前向沖洗的裝置，該沖洗通過使填料相對于文丘里管沿它們的公共縱向軸線移動來實(shí)現(xiàn)。
13.一種用于給定流體劑量的方法，其中，使流體通過具有錐形橫截面和填料的劑量單元，所述填料沿劑量單元的縱向延伸并超出出口，從而通過劑量單元出口處的文丘里管，其中流體在壓力下以小的壓降從劑量單元的入口流向出口，并且所述流體流動通過摩擦控制。
全文摘要
一種連續(xù)可調(diào)的、在低壓下給定流體劑量的裝置和方法。本發(fā)明是自清潔型的，并具有較少的工藝。它包括其中插入有填料的錐形劑量單元，該填料能使流體沿劑量單元的縱向通過。在劑量單元的出口端設(shè)置夾緊填料的文丘里管，從而形成了適于給定的預(yù)期劑量的流體粘度和壓力的噴嘴開口。當(dāng)劑量單元阻塞時，可通過增加流體的壓力，從而迫使柔性的劑量單元增大其橫截面積來沖洗，或者以同樣的方式通過機(jī)械打開劑量單元來沖洗。
文檔編號F16K31/00GK101083906SQ200580043901
公開日2007年12月5日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者T·J·安諾生, B·博耶 申請人:創(chuàng)意公司