(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (51) Int. Cl. B01F5/04 ( ) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 2008/02 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Urządzenie dozujące, służące do wprowadzania dodatku do strumienia płynu głównego (30) Pierwszeństwo: FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2007/16 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 07/2008 (73) Uprawniony z patentu: DOSATRON INTERNATIONAL, Tresses, FR PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: BARRAS Gilbert, CARIGNAN PRES DE BORDEAUX, FR DARBOIS Matthieu, TALENCE, FR (74) Pełnomocnik: Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o. rzecz. pat. Karcz Katarzyna Warszawa 130 skr. poczt. 37 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 Opis Wynalazek dotyczy urządzenia dozującego, służącego do wprowadzania dodatku do strumienia płynu głównego krążącego w przewodzie, które to urządzenie to zawiera pompę z tłokiem różnicowym o ruchu przemiennym, która pobiera dodatek z naczynia i dozuje go, a pompa ta zawiera pierwszy wlot, przez który dostarczany jest strumień płynu głównego, który zapewnia napęd pompy, drugi wlot, przez który dostarczany jest dodatek oraz wylot mieszanki dodatku i płynu głównego. EP dotyczy urządzenia dozującego wyżej opisanego rodzaju, w którym regulacja zasysanej porcji, która jest następnie dozowana, dokonuje się przez przemieszczenie tulei wzdłuż rury, co powoduje zmianę długości biegu zasysania tłoka. Pomimo, że ten sposób regulacji jest ciekawy, nie pozwala on uzyskać w sposób satysfakcjonujący bardzo małych porcji, na przykład rzędu 1 części na milion (ppm). FR dotyczy pompy strumieniowej Venturiego, w której do zwężki Venturiego zasysa się płyn, który miesza się z płynem napędowym, który rozpręża się w komorze zbieżnej. Płynem napędowym może być ciecz, zwłaszcza woda, podczas gdy płynem zasysanym może być powietrze w przypadku pompy próżniowej z dyszą wodną. Dozowanie płynu zasysanego w mieszance płynu napędowego z płynem zasysanym nie zostało tu wzięte pod uwagę. Znane są, na przykład z EP lub US , pompy dozujące z tłokami różnicowymi, które działają na zasadzie silnika z tłokiem przemiennym. Płyn napędowy, ogólnie woda, przechodzi przez pompę i napędza tłok. Przemienny ruch tłoka umożliwia działanie drugiej, alternatywnej pompy zintegrowanej z pierwszą pompą, aby pobierać dozowany dodatek i wtryskiwać go do płynu napędowego, czyli płynu głównego. Ten typ pompy dozującej ma liczne zalety: - wydatek właściwy dozowania nie zmienia się zależnie od wydatku lub ciśnienia płynu napędowego; - pompa dozująca ma duży zakres stosowania i wydatku, a jej górne ograniczenie związane jest z dopuszczalną maksymalną częstotliwością; - dozowanie pozostaje stałe przy zmianach wydatku; - działanie jest mało wrażliwe na ciśnienie płynu napędowego; - możliwa jest regulacja dozowania. Jednakże, najwyższe wartości wydatku, które pompa może uzyskać są stosunkowo ograniczone, ponieważ rozmiary cylindra pompy wzrastają z wymaganym maksymalnym wydatkiem. Duże wydatki wymagają wielkich pomp, których wymiary muszą być ograniczone przez wymagania pomieszczenia i koszty. Ponadto, zakresy dozowania są ograniczone zwłaszcza przy uzyskiwaniu bardzo małych wydatków, na przykład rzędu 1 części na milion (ppm). Objętości dodatku wtryskiwanego w każdym cyklu pompy stają się wówczas bardzo małe i nie można ich uzyskać w prostym układzie mechanicznym. WO 02/02938 proponuje urządzenie, które umożliwia małe dozowania. Jednakże urządzenie to wykorzystuje okresowe, elektryczne środki sterujące z elektrozaworami, co komplikuje urządzenie i zwiększa koszty. Celem wynalazku jest, przede wszystkim dostarczenie urządzenia dozującego, które umożliwia w sposób prosty i oszczędny, pracę przy wysokich wydatkach płynu głównego w pompach o ograniczonych rozmiarach oraz zwiększenie dopuszczalnych zakresów dozowania, zwłaszcza w zakresie dozowań małych. Według wynalazku, urządzenie dozujące do wprowadzania dodatku do strumienia płynu głównego krążącego w przewodzie, które to urządzenie to zawiera pompę z tłokiem różnicowym o ruchu przemiennym, która pobiera dodatek z naczynia i dozuje go, a pompa ta zawiera pierwszy wlot, przez który dostarczany 1

3 jest strumień płynu głównego, który zapewnia napęd pompy, drugi wlot, przez który dostarczany jest dodatek oraz wylot mieszanki dodatku i płynu głównego, charakteryzuje się tym, że zawiera rurkę Venturiego umieszczoną w przewodzie, zaś pompa jest odgałęziona równolegle do rurki Venturiego, przy czym pierwszy wlot pompy jest połączony z wlotem rurki Venturiego, podczas gdy wylot z pompy jest połączony ze zwężką rurki Venturiego. W ten sposób tylko część wydatku płynu głównego przepływa przez pompę, co pozwala zachować małe rozmiary dla zapewnienia dozowania na zmniejszonym wydatku pochodnym, który jest następnie mieszany ze strumieniem głównym. Korzystnie, w celu umożliwienia uzyskania zasadniczo stałego dozowania pomimo zmian wydatków i niezależnie od ciśnienia na wejściu, geometria rurki Venturiego jest dostosowana do spadku mocy pompy między pierwszym wlotem a wylotem. Geometria rurki Venturiego może być dostosowana do tego, aby uzyskać w czasie pracy różnicę ciśnień na wejściu i w zwężce około 1,5 bara i mniejszą od 2 barów. Ponadto, geometria rurki Venturiego może być dostosowana tak, aby strata mocy spowodowana rurką Venturiego była mniejsza niż 0,5 bara. Dodatkowa strata mocy może powstać obwodzie pochodnym pompy, w szczególności na dyszy, która może być regulowana, korzystnie znajdującej się na wylocie pompy. Rurka Venturiego może być tak regulowana, aby stosunek przepływającego przez nią wydatku Qe, do wydatku pochodnego Qd, przepływającego przez pompę był równy R, czyli w przypadku pompy pozwalającej przetwarzać wydatek Qd z dozowaniem x%, urządzenie pozwala przetworzyć wydatek Qe=Qd R, z dozowaniem około x/r%. Rurkę Venturiego można tak nastawić, aby stosunek R był co najmniej równy dziesięć, lub bliski dziesięć. Duże wydatki mogą więc być przetwarzane przez pompy o małych rozmiarach. Dla małych dozowań, stosunek R może być wyższy niż sto. Można przewidzieć pompę, która umożliwia stosunek objętości wtryskiwanego wydatku dodawanego do wydatku płynu napędowego przepływającego przez pompę, mniejszy lub równy 1 części na milion (1/1000), podczas gdy rozrzedzenie właściwe mieszanki wychodzącej z pompy w wydatku głównym przepływającym przez rurkę Venturiego jest mniejsze niż jeden procent (1%), co oznacza, że dozowanie właściwe w wydatku głównym jest mniejsze lub równe 10-5 czyli 10 ppm (10 części na milion). Korzystnie, rurka Venturiego i pompa tworzą zespół, a na wlocie i na wylocie z rurki Venturiego przewidziane są środki połączeniowe, które umożliwiają jej podłączenie do dwóch odcinków przewodu. Poza wymienionymi wyżej aspektami, wynalazek dotyczy pewnej ilości innych aspektów, które zostaną opisane poniżej z odniesieniem do przykładu realizacji przedstawionego na załączonym rysunku, który jednak nie ogranicza zakresu wynalazku. Na rysunku: Fig. 1 jest to schemat, częściowo w widoku częściowo w przekroju, instalacji z urządzeniem dozującym według wynalazku. Fig. 2 jest uproszczonym, schematycznym widokiem wycinka pompy urządzenia, a Fig. 3 przedstawia w przekroju w większej skali szczegół wariantu. Odnosząc się do Fig. 1, widać na niej urządzenie dozujące D do wprowadzania płynnego dodatku A do strumienia płynu głównego L, w omawianym przykładzie jest to woda. Płynny dodatek A znajduje się w naczyniu 1. Urządzenie D zawiera pompę dozującą 2, której oś ustawiona jest pionowo. Pompa 2 jest znanego typu, zwłaszcza może to być pompa wytwarzana i sprzedawana przez spółkę zgłaszającą DOSARTON 2

4 INTERNATIONAL. Przykłady takich pomp opisano w EP lub US Jak przedstawiono schematycznie na Fig. 2, pompa 2 zawiera ogólnie tłok różnicowy 3 o ruchu przemiennym, który napędza tłok 4 o mniejszej średnicy, zapewniający pompowanie i wtrysk dodatku A. Tłok 4 ślizga się w cylindrycznej komorze pompy dodatkowej 5, połączonej rurką wlotową 6 z naczyniem 1. Rurka 6 zanurzona jest w pobieranym dodatku A. Pompa 2 zawiera pierwszy wlot 7, przez który wpływa płyn główny, ogólnie woda zapewniająca napęd tłoka różnicowego 3. Tłok 2 zawiera drugi wlot 8 znajdujący się w dolnej części korpusu pompy dodatkowej 5, do pobierania dodatku A, oraz wylot 9 mieszanki dodatku A i płynu głównego L. Jako środki sterujące przemiennym ruchem tłoka 3 przewidziano klasyczne środki zaworowe lub analogiczne. Te znane środki nie zostały przedstawione ani opisane. Urządzenie D zawiera rurkę Venturiego 10, która ma część wlotową 11, zwężkę 12 o zmniejszonym przekroju i część wylotową 13. Pompa 2 jest równoległe odgałęziona w postaci rurki Venturiego 10, przy czym pierwszy wlot 7 pompy jest połączony przewodem 14 z wlotem 11 rurki Venturiego, podczas gdy wylot 9 pompy jest połączony przewodem 15 ze zwężką 12 rurki Venturiego. Przekroje poprzeczne poszczególnych części rurki Venturiego są korzystnie okrągłe, lecz mogłyby mieć inny kształt, na przykład prostokątny. Jak wiadomo, rurka Venturiego pozwala na obniżenie ciśnienia przepływu płynu w zwężce, zwłaszcza w celu obniżenia go poniżej ciśnienia atmosferycznego. Przepływ płynu w przewodzie, nie biorąc pod uwagę zmian wysokości, przebiega zgodnie z równaniem Bernoulliego: P + ρ V 2 /2 = constans Gdzie P = ciśnienie statyczne płynu V = prędkość płynu ρ = gęstość płynu Różnica ciśnień (Pe - Pc) między wlotem a zwężką rurki Venturiego jest związana z geometrią (zmiana przekroju) i z wydatkiem Qe płynu. Oznaczając jako Se przekrój poprzeczny na wlocie 11 i jako Sc przekrój poprzeczny na zwężce 12 rurki Venturiego, otrzymujemy: Prędkość na wlocie: Ve = Qe/Se Prędkość na zwężce: Vc = Qe/Sc Skąd Pe Pc = -1/2 ρ Qe 2 (1/ Sc 2-1/ Se 2 ) Zmiana ciśnienia na wlocie określa zakres działania rurki Venturiego, której zakres zmniejsza się przy wzroście ciśnienia wejściowego. 3

5 Korzystnie, różnica ciśnień między wlotem 11 a zwężką 12 rurki Venturiego jest dostosowana do straty mocy między wlotem 7 a wylotem 9 przy normalnej pracy pompy. Jako nieograniczający przykład można podać stratę mocy rzędu 1,5 bara, która jest mniejsza niż 2 bary. Geometria rurki Venturiego dostosowana jest do tego, aby strata mocy między wlotem a wylotem z rurki Venturiego była mała, mniejsza niż 0,5 bara. Rurka Venturiego 10 i pompa 2 mogą tworzyć zespół, a na wlocie i na wylocie z rurki Venturiego przewidziane są środki połączeniowe Re i Rs, które umożliwiają jej podłączenie do dwóch odcinków Te, Ts przewodu. Działanie urządzenia wynika bezpośrednio z powyższych objaśnień. Wydatek pochodny, który przepływa przez przewód 14 i pompę 2, umożliwia działanie pompy dozującej między ciśnieniem wejściowym Pe w rurce Venturiego 10 a ciśnieniem Pc w zwężce. Rurka Venturiego jest tak ustawiona, żeby stosunek R wydatku Qe przepływającego przez rurkę Venturiego 10 do wydatku Qd przepływającego przez pompę dozującą 2 wynosił co najmniej 10 (dziesięć). Tak więc, przepływ główny nie przechodzi przez pompę dozującą 2. Pozwala to na stosowanie pompy 2 o małym rozmiarze w celu dozowania produktu dodatkowego A o dużego przepływu płynu głównego. Na przykład, aby zapewnić dozowanie 1% do wydatku 20 m 3 /h, przy stosunku R równym dziesięć, można zastosować standardową pompę o maksymalnym wydatku 2,5 m 3 /h, zapewniającego dozowanie na poziomie 10%. Wynalazek umożliwia więc obróbkę dużych wydatków płynu głównego za pomocą stosunkowo małych pomocą pomp dozujących. Ponadto, efekt rozrzedzenia między strumieniem, który przepływa przez pompę 2 a strumieniem głównym, który przepływa przez rurkę Venturiego 10 pozwala uzyskać bardzo małe dozowania z dużą dokładnością. Stosunek R dla małych dozowań może być co najmniej równy 100 (sto). Pompa dozująca 2, umożliwiająca uzyskanie stosunku objętości wydatku wtryskiwanego dodatku A do wydatku Qd płynu napędowego przepływającego przez pompę, równego jednej tysięcznej (1/1000), w połączeniu z rozrzedzeniem co najmniej 1% pozwala na dozowanie właściwe Qe dodatku A do wydatku głównego, mniejsze niż 10-5, czyli 10 ppm (10 części na milion). Na przykład pompa 2 umożliwiająca uzyskanie stosunku objętości 1/1500 (0,07%) między wydatkiem dodatku A pobranego a wydatkiem Qd, odpowiada w praktyce zasadniczo mniejszemu dokładnemu dozowaniu uzyskanemu mechanicznie za pomocą takiej pompy. Ustawiając rurkę Venturiego 10 na wartość stosunku Qe/Qd równą 133 (Qe = 20 m 3 /h gdy Qd = 150 l/h), stosunek objętości dozowania dodatku A do wydatku głównego wynosi: (0,07% / 133), czyli stosunek lub 5 ppm. Fig. 3 przedstawia dodatkową możliwość regulacji wydatku pompy przez spowodowanie dodatkowej straty mocy w obwodzie odchodzącym z pompy. Korzystnie, ta strata mocy powstaje na dyszy 16 zainstalowanej na wylocie 9 z pompy. Dysza 16 zawiera kalibrowany otwór przelotowy. Przy danej różnicy ciśnień między zwężką a wlotem rurki Venturiego, częstotliwość pompy 2, a więc i wydatek pochodzący z pompy 2 będzie o tyle mniejszy, o ile otwór dyszy 16 zostanie zmniejszony. Pompa 2, gdy nie ma dyszy 16, pozwala ogólnie na regulację wydatku między wartością maksymalną M, a wartością minimalną M/p, przy p zbliżonym na przykład do trzech. Dokładając dyszę 16 można zwiększyć zakres regulacji w stronę wartości mniejszych, zależnie od średnicy kalibrowanego otworu przelotowego. 4

6 Dysza 16 może być regulowana, zwłaszcza za pomocą zaworu iglicowego, co pozwala na zmianę dozowania, w szczególności w przypadku pompy dozującej bez regulacji. Jako wariant można przewidzieć co najmniej dwie różne dysze, zamontowane równolegle na jednym lub wielu by-passach, z jednym lub kilkoma zaworami selektywnymi, co pozwala na uzyskanie co najmniej dwóch zakresów regulacji. Kombinacja rurki Venturiego z pompą dozującą pozwala na uzyskanie zakresu działania, który jest niezależny od ciśnienia. Kombinacja ta umożliwia również uzyskanie zasadniczo stałego dozowania, a nie tylko wtrysku, który zmieniałby się zależnie od różnic ciśnień i wydatku. Próby wykonane przy wydatkach od 25 m 3 /h do 40 m 3 /h pod ciśnieniem od 8 barów do 10 barów, zwłaszcza dla celów zraszania w rolnictwie, były zadowalające przy zastosowaniu dozownika DOSARTON INTERNATIONAL DI 1500 działającego z wydatkiem 1,1 m 3 na godzinę, i przy dozowaniu dodatkowym 50 ppm do wydatku głównego, a następnie 4 ppm z inną dyszą 16. Wynalazek pozwala na uwolnić się od ciśnieniowych ograniczeń rurki Venturiego. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie dozujące do wprowadzania dodatku (A) do strumienia płynu głównego (L) krążącego w przewodzie, które to urządzenie to zawiera pompę (2) z tłokiem różnicowym o ruchu przemiennym, która pobiera dodatek (A) z naczynia (1) i dozuje go, a pompa ta zawiera pierwszy wlot (7), przez który dostarczany jest strumień płynu głównego, zapewniającego napęd pompy, drugi wlot (8), przez który dostarczany jest dodatek oraz wylot (9) mieszanki dodatku i płynu głównego, znamienne tym, że zawiera rurkę Venturiego (10) umieszczoną w przewodzie, zaś pompa (2) jest odgałęziona równolegle do rurki Venturiego (10), przy czym pierwszy wlot (7) pompy jest połączony z wlotem (11) rurki Venturiego, podczas gdy wylot (9) z pompy jest połączony ze zwężką (12) rurki Venturiego. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że geometria rurki Venturiego (10) jest dostosowana do spadku mocy pompy (2) między pierwszym wlotem (7) a wylotem (9). 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że geometria rurki Venturiego (10) jest dostosowana do tego, aby uzyskać w czasie pracy różnicę ciśnień na wejściu i w zwężce około 1,5 bara i mniejszą od 2 barów. 4. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że geometria rurki Venturiego (10) jest dostosowana tak, aby strata mocy spowodowana rurką Venturiego była mniejsza niż 0,5 bara. 5. Urządzenie według któregokolwiek z poprzednich zastrz., znamienne tym, że w obwodzie odchodzącym z pompy spowodowana jest dodatkowa strata mocy (16). 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że dodatkowa strata mocy spowodowana jest dyszą (16). 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że dysza (16) umieszczona jest na wylocie (9) z pompy. 8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że dysza jest regulowana. 9. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że rurka Venturiego (10) jest tak ustawiona, żeby stosunek wydatku (Qe) przepływającego przez rurkę Venturiego do wydatku (Qd) przepływającego przez pompę dozującą (2) wynosił (R), tak by z pompą pozwalającą na przetworzenie wydatku (Qd) z dozowaniem równym x%, urządzenie umożliwiało przetworzenie wydatku Qe = Qd R, przy dozowaniu około x/r%. 5

7 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że rurka Venturiego (10) jest tak ustawiona, żeby stosunek (R) wydatku (Qe) przepływającego przez rurkę Venturiego do wydatku pochodnego (Qd) przepływającego przez pompę dozującą (2) wynosił dziesięć, lub około dziesięć. 11. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienne tym, że pompa (2) umożliwia uzyskanie stosunku objętości wydatku wtryskiwanego dodatku do wydatku płynu napędowego przepływającego przez pompę, mniejszego lub równego jednej tysięcznej (1/1000), podczas gdy rozrzedzenie właściwe mieszanki wychodzącej z pompy w stosunku do wydatku głównego przepływającego przez rurkę Venturiego, jest mniejsze niż 1%, co pozwala na dozowanie właściwe wydatku głównego mniejsze niż 10-5, czyli 10 ppm (10 części na milion). 12. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że rurka Venturiego (10) i pompa (2) tworzą zespół, a na wlocie i na wylocie z rurki Venturiego przewidziane są środki połączeniowe (Re, Rs), które umożliwiają jej podłączenie do dwóch odcinków (Te, Ts) przewodu. 6

8 7 EP