小容量氯气馈送系统 相关的专利申请
这份申请是1998年4月3日提交的但迄今未审的以“小容量氯气馈送系统”为标题的美国专利申请第08/981,242号的部分继续申请。本发明的技术领域
本发明涉及在把氯气馈送给水源以便用氯处理水时使用的那种类型的小容量气体馈送系统的切换装置。更具体地说，本发明涉及用来控制来自不同的气源的气流的切换装置。本发明的现有技术
小容量氯气馈送系统准备把来自氯气容器的气体通过气体压力调节装置供应给注射器，其中氯气被交付给供水管道。一种氯气馈送系统是在受让人的标题为“SONIX 100TM氯化器”的技术数据表910.250中予以说明的。注意力还被引向Conkling在美国专利第3,779,268号中图解说明的用于氯气系统的调节阀。
一些氯气供应系统地一个限制是能够交付给供水系统的氯气的量。使用单一的气体钢瓶在阀门结霜使气体调节阀不起作用之前仅仅允许以有限的气流速度排放氯气。
在许多领域，氯气供应商要求在为了再装满把氯气储罐返还供应商之前必须被完全放空。现有的气体调节器系统尚未提供有效的机构来保证有效地使用储罐中的全部氯气。在另一些领域，氯气供应商要求在为了再装满被返还的氯气储罐中留下预定数量的氯气。一些气体调节系统不提供有效的机构来控制留在供气钢瓶中的气体数量。
一些氯气系统的另一个限制是它们尚未提供有效的和高效率的系统来保证第一容器中的供应一旦耗尽立即从一个氯气供应容器切换到另一个氯气供应容器。此外，一些气体馈送系统不保证完全使用或受控制地使用第一容器中的气体；另一些系统需要结构复杂的调节阀组件并且是昂贵的和不可靠的。本发明的概述
本发明提供一种用于供气系统的切换装置。这种切换装置包括与负压源和舱室流体连通的出口。该装置进一步包括两个入口，每个入口都与一个气源和所述舱室流体连通。切换装置中的梭子可以这样定位，以致它可以与第一入口和第二入口之一接触或者不与任何入口接触。
在另一个实施方案中，本发明还提供一种用来把气体提供给供气系统的方法。第一种气体被从第一来源提供给负压注射器，于是一部分气体被从第一来源中放掉。第二种气体被从第二来源提供给负压注射器，而且在第二来源正在为负压注射器提供气体的同时第一气源被进一步放空。
在另一个实施方案中，本发明还提供用来给供气系统供应气体的切换装置。该切换装置包括具有出口、第一入口和第二入口的阀体。出口与负压源流体连通，第一入口与第一气源流体连通，而第二入口与第二气源流体连通。第一入口和第二入口可以有选择地与出口隔离，或者两个入口都不与出口隔离。附图简要说明
图1是体现本发明的供气系统的示意图。
图2是包括在图1所示的供气系统中的均衡耗尽阀门的放大剖视图。
图3是包括在图1所示的供气系统中的气体调节器的放大剖视图。
图4是本发明的切换装置的剖视图。
图5是用图4描绘的切换装置的另一个剖视图。
图6是用图4描绘的切换装置的替代剖视图。本发明的详细说明
本发明包括用来有选择地从第一气源、第一二气源或者第一和第二气源两者为控制注射器系统供气的切换装置。该装置具有与负压注射器流体连通的出口。装置进一步包括与出口流体连通的舱室和两个可以与所示舱室流体连通的入口。在切换装置内的梭子可以这样定位，以致它可以与第一入口、第二入口接触或者不与这两个入口接触。夹持装置可以保持梭子与入口之一接触。本发明进一步包括用来为负压注射器供气的方法，其中气体首先由第一气源供应给负压注射器，然后在第一来源被耗尽之前第二来源加入进来。在第二来源开始给控制注射器供气之后，第一来源被更充分地排放。
图1图解说明体现本发明并且包括众多气体钢瓶12的气体馈送系统。在图解说明的实施方案中，气体钢瓶12是传统的氯气钢瓶。气体馈送系统10进一步包括安装在每个钢瓶12上的负压调节器14，每个负压调节器14都包括倾向于控制来自气体钢瓶12的氯气供应的负压式阀门。负压调节器14通过供应氯气的塑料的管道系统或管道16连接到氯气注射器18上。氯气注射器18在图3中看得最清楚。气体注射器18准备把气体混合到从供水管道20流过的水中并且使氯气注入供水变得容易。在调节器18处，进入口22的经过计量的气体在舱室23处溶解在从供水管道20通过通道24流动的水流中。最终产生的溶液通过通道26被排放到应用位置，通过注射器18的水流在口22和管道系统或管道28中形成负压。正是在管道系统28中的这种负压抽吸气体通过管道16、30和32进入注射器18，并且操纵接在钢瓶12上的负压调节器14。
在图解说明的气体馈送系统实施方案中，转子流量计34指示通过管道系统32和28流向注射器18的气体的体积或流速。转子流量计34还可以包括用来控制通过管道系统32和28流向注射器18的流速的控制阀36。转子流量计34和控制阀36的构造是传统的并且将不予以详细地描述。尽管在图解说明的布局中转子流量计被安装在远离负压调节器14的地方，但是在其它布局中转子流量计34可以被直接安装在每个负压调节器上以便指示其它从各个气体钢瓶12到管道系统16的流动。
图1所示的供气系统10进一步包括用来在氯气系统开始操作期间一边维持钢瓶的第二储藏库42处于待机状态一边由钢瓶的第一储藏库40提供氯气供应的远程切换装置。远程切换装置38包括在钢瓶开始操作期间隔离钢瓶的第二储藏库42的阀门，于是当钢瓶的第一储藏库40中的气体接近空瓶条件时，远程切换装置38打开，以便在从钢瓶的第二储藏库42为注射器18提供气体供应的同时还维持钢瓶的第一储藏库40与注射器18连通从而使钢瓶的第一储藏库40中的全部气体都可以被使用。
然后，远程切换装置38通过手工操作切换，以便仅仅将钢瓶的第二储藏库42接在注射器18上并且隔离钢瓶的第一储藏库40。然后，可以为了再充满将第一储藏库40中的钢瓶12从系统上拆除并且用充满气体的容器代替。然后，远程切换装置38可以维持那些容器12处于待机状态直到钢瓶的第二储藏库42接近空瓶条件。
在用图1图解说明的供气系统10中，每个钢瓶储藏库40和42进一步包括把那个钢瓶储藏库中的两个负压调节器14连接到与远程切换装置38和注射器18连通的管道系统30上的均衡耗尽装置44。均衡耗尽装置44同时把来自钢瓶储藏库40中的两个钢瓶的均衡的或均等的气流提供给远程切换装置38。
切换装置起首先从最初的来源供应气体的作用，然后作为对条件变化的反应该切换装置这样添加另一种供应，以致第一来源和第二来源两者都为系统供应气体。第一来源进一步消耗到选定的水平之后，该切换装置可以将第一来源这样隔离，以致第二来源单独给系统供气。切换装置可以手工操作、可以机械操作、也可以通过使用微处理器实施电控。切换装置可以使用相互合作的多个阀门，或者可以使用在各种气源之间前后切换的单一阀门。切换装置可以包括具有一个或多个出口和任意数量的入口的阀体。出口如同用于用氯气处理市政供水的负压注射器系统那样通向负压源。入口可以被接到类似压缩氯气储罐的气源上，或者接到本身又被接到许多气体储罐上的均衡耗尽装置上。
切换装置可以包含能够往复移动从一个入口到另一个入口、每次密封一个入口同时允许其它入口保持与出口连通的梭子。在中间位置，梭子不与任何入口接触，因此允许气体从所有被连接的源进入。类似弹簧的偏移力使梭子寻找这个中间位置。通过使用可从远离切换装置的地方访问的控制机构，梭子可以朝入口之一移动。这种控制机构可以是电动的或机械的，并且可以是手工操作的或自动操作的。一种这样的控制机构是齿条齿轮系统，其中齿条整体地附着在梭子上，齿条上的齿与小齿轮上的通过切换装置延伸的问候齿相互作用。小齿轮可以借助诸如皮带、马达或手工操作的控制旋钮之类的东西在外部旋转。梭子一旦与入口之一接触就可以借助这个中性偏移力的反作用力被固定在与该入口接触的位置。这个反作用力可以由保持梭子与该入口接触的夹持装置(例如，棘爪机构、棘轮和棘爪、或螺线管)提供。这个反作用力被设定在它将被中性偏移力和由耗尽主动供气造成负压增加而引起的力的合力克服。
随着馈送给系统的供气被耗尽，气体可以用以填充负压源造成的真空的速率被降低，在切换装置的出口或出口周围产生压降。由此产生的压降可以通过许多途径被夹持装置感知。例如，出口可以与和夹持装置交换电信号的压力传感器连通；或者作为替代可以使用与夹持装置机械连接的简单的膜片。优选的是一个侧面在大气压力下而另一个侧面与出口连通的柔韧的膜片被机械地连接到夹持装置上。例如，如果夹持装置是类似缺口/插入件组合的棘爪机构，那么插入件的一端可以附着在膜片上，而插入件的另一端可以坐在缺口中，以便形成夹持装置。当出口中的压力下降时，在膜片的对置侧面上的大气压力使膜片沿着压力的方向偏斜，于是附着的插入件被推出缺口，因此释放梭子，使它与两个入口脱离接触，回到不偏不倚的偏置位置。膜片的尺寸可以这样选定，以致当出口压力变化足以表明当前供气不久将不适当时，作用在膜片上的力大到足以释放夹持装置。例如，膜片可以这样确定尺寸，以致作用在它上面的力适合在舱室中的负压从大约20”H2O增加到40”H2O时释放夹持装置。用于该机构的触发点可以调节，例如，通过改变插入件与缺口咬合的部分的长度、通过调节偏置弹簧施加在膜片上的力、或者通过调节可以对梭子施加复位力的另一个偏置弹簧的张力。
一旦这个释放机构被触发而且梭子已经移动到它的中间位置，两个气源就都对出口打开，于是适合于系统的供气可以被维持下去。一旦近乎耗尽的气源耗尽到预期的程度，它就可以与系统隔离并且被新鲜的气源代替。一旦气源被更换，梭子就可以被移动到与该入口接触，以致新气源被隔离，直到出口压力再一次达到预定的低压。这样，不间断的供气就可以被维持，同时使完全或近乎完全放空气源变得容易。
切换装置的一个实施方案用图4、图5和图6予以图解说明。这个实施方案包括具有通向负压注射器(未示出)的出口320的T形阀体310、与第一气源(未示出)流体连通的第一入口330和与第二气源(未示出)流体连通的第二入口340。每个入口以及出口320都与舱室350连通，气体通过该舱室从两个入口之一流向出口。
在舱室内梭子有选择地密封两个入口之一或不密封它们。梭子可以在舱室中不同位置之间移动，并且优选可以在两个对置入口的任何一个位置和两个入口都不接触梭子的中间位置之间滑移。梭子是用能够耐受它所处的气体环境的材料制成的。适当的材料包括玻璃、金属合金、合成聚合物和诸如聚四氟乙烯之类的耐化学的合成聚合物。梭子可以是一整块耐化学的实心材料，或者可以被部分地或全部用耐化学材料涂覆，以便延长暴露在诸如在为负压源供应氯或氨的系统中遇到的严酷的气体环境中时的寿命。优选的是梭子接触入口的表面包括允许梭子气密密封该入口的表面结构。
业已找到一种这样的材料，它是可以通过模塑成形或机械加工形成图4所示的梭子360的TEFLON牌聚四氟乙烯。梭子360具有两个对置端361和362。每个对置端都是为了在梭子被向左或向右移动到带弹性体支座363、364的配合位置时密封入口之一而成形的。例如，如果梭子朝入口330滑动，末端361与弹性体支座363一起形成密封，借此防止气体从入口330流入舱室350。同样，梭子可以按相反的方向移动，以致末端362通过与弹性体支座364一起形成气密密封把入口341密封。支座363和364是由能经得起支座可能暴露于其中的气体环境的严酷考验的耐化学的材料制成的。一种这样的材料是VITON牌含氟弹性体，业已发现这种材料适合经得起氯气环境的考验。每个弹性体支座363或364都可以这样形成，以致该支座施加与梭子提供的力的反向力。这个反向力可能有助于在末端361或362与弹性体支座363或364之间提供更好的密封，从而有助于防止气体在弹性体支座和梭子之间泄漏。在图4中，弹性体支座363和364背靠Bellville弹簧(未示出)，以便提供方向与梭子的力相反的力。
切换装置可以包括允许梭子的位置受气体环境外面控制的控制机构。这种控制机构可能是电控的或者是机械的，并且可以受手工操作控制或者自动控制。这种控制机构可能是可调节的，以允许梭子在诸如接触第一入口、接触第二入口、或不接触任何入口之类的三个或多个位置之间移动。适当的控制机构的一些实例是螺线管、杠杆、螺丝、或齿条和小齿轮。控制机构还可以包括用来维持梭子与入口之一接触的夹持装置。
业已发现的一种有用的控制机构是如同用图4予以图解说明的齿条和小齿轮。齿条370有一系列与小齿轮371上的问候齿系列相互作用的齿。小齿轮371延伸到阀体外面，穿过小齿轮壳体311，并且用控制旋钮374封端，这在图6中看得最清楚。操作员可以用手旋转控制旋钮374，借此旋转小齿轮，该小齿轮本身又使齿条移动，从而使梭子在弹性体支座363和364之间滑动。附着在小齿轮圆周上的是有两个彼此以大约120°相对的缺口381和382的套环380，如图5所示。另外，用来提供倾向于使梭子移动到两个入口330和340都能与舱室350连通的不偏不倚的中间位置的固定的扭力弹簧385也附着在小齿轮上。
再一次参照图5，垂直于小齿轮371定位的是装在套管384中的插入件383。压缩弹簧386提供把插入件383朝套环380推的力。当控制旋钮374按照任何方向旋转60°时，压缩弹簧386都使插入件383滑到缺口381或382中，取决于旋钮究竟是顺时针旋转还是逆时针旋转。如果小齿轮371已经被顺时针旋转到插入件383与缺口381相互锁定的位置，那么梭子将接触弹性体支座364并且将入口340密封。虽然扭力弹簧正在施加倾向于使梭子向其不偏不倚的中间位置滑动的力，但是这种运动被夹持装置(即缺口381与插入件383的互锁)阻止。
插入件383的与接触套环385的末端相对的末端附着在膜片390上。这个膜片可以是由柔韧到足以允许膜片对膜片两侧的压力差作出反应的材料制成的。优选的是膜片能耐受它可能接触到的气体。例如，膜片可以包括弹性体、合金或耐化学的聚合物。业已发现能用于供应氯气的系统的一种这样的材料是VITON牌含氟弹性体。在给负压注射器供应氨的系统中，业已发现HYPALON牌氯氟化的弹性体能提供好结果。膜片390装在被分成两个不连通的舱室392和393的膜片壳体391中。第一膜片舱室393对大气开放，因此处在大气压下。第二膜片舱室392如图6所示借助真空管394与舱室350流体连通。因此，膜片舱室392处在与舱室350相同的压力下。在实践中，当舱室350中的压力下降到某个点以下时，例如，当气体供应减少到这样的水平，以致它不再能填充负压负压注射器在舱室350中形成的真空时，该膜片朝压力比较低的区域偏斜。当偏斜的量超过缺口381的深度时插入件被拉出缺口381，于是扭力弹簧3 85提供的力使小齿轮371按逆时针方向旋转60°(参照图5)。借此使梭子360向梭子两端都不接触支座并因此允许气体通过两个入口330和340进入舱室350的中间位置移动。这样，适当的气体供应将在仍然有效地消耗陈旧的气源的同时由新鲜的气源提供。
当原来的气源随着足够的时间流逝被完全放空时，控制旋钮374可以按与前一次的旋转方向相反的方向旋转，以致接在耗尽的气源上的阀门被关闭，与舱室350断开。此时，空的气源可以被拆除和更换。通过连续地重复这个过程，在负压注射器处总是维持适当的气体供应，而且允许耗尽的气源在它们被拆除之前完全放空。
图2更详细地图解说明包括一对定义被膜片238分开的舱室234和236的壳体部分230和232的均衡耗尽装置44。膜片238的边缘被夹在壳体的两个部分232和234之间，O型圈240提供紧密的流体密封。图2中展示的左侧壳体部分230包括通过螺纹把阀座夹持器244装入的轴衬或套管242。TEFLON阀座246藏在阀座夹持器244中，而逐渐减小的轴套是为把其它管道系统16接到入口孔256上准备的。
均衡耗尽装置44进一步包括带有膜片毂盘262的滑阀260，该膜片毂盘这样夹紧膜片238的中心部分以致滑阀260可以随着膜片移动。滑阀260的一端包括可以有选择地与阀座246咬合的阀体264，而滑阀260的另一端包括可以与第二阀座252咬合的第二阀体266。第二阀座252包括众多在阀体266和阀座252之间的小孔268，以便允许受控的气流在阀门构件266与阀座252咬合时通过阀座252。壳体的左半部分230和右半部分232分别备有与为转子流量计和注射器18提供气流的管道30连通的排气口270和272。
在均衡耗尽装置操作时，在与转子流量计34连通的管道30中的负压施加在膜片两侧的舱室234和236的负压上，从而引起最初通过在阀体266周围的孔268抽吸气体。气流进入图2所示的右舱室236所引起的压力差将在膜片238上形成引起阀体264移动离开阀座246的压力，于是引起气流进入舱室234并且直到膜片238两侧的舱室234和236中的气体压力相等为止。这样，在两个与气体钢瓶12连通的管道16中气流将达到平衡，因此提供从那些钢瓶12到注射器18均匀一致的均衡流动。
在此发表的这项发明的进一步的改进方案和等同方案对于熟悉这项技术的人仅使用常规实验就能提出，然而这样的改进方案和等同方案被认为落在本发明的权利要求书所定义的精神和范围内。