配制使用液的方法和设备的制作方法

专利名称：配制使用液的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用一种液体(最好为水性稀释液)稀释和配制一种液体(最好为浓缩液)而生成比浓缩液更粘的水性使用液的方法和设备。该设备用独特操作以一个动作打开或关闭两不同的阀来减少滴漏。
由制成液中的水性稀释液造成的运输成本占了在使用地点所使用的制成液的成本的很大部分。消毒液或洗涤液之类的制成液在大量使用时稀释液造成的运输成本是很贵的。因此，许多制成液商品从制造商处运出时为浓缩液、含水乙醇浓缩剂或粘度浓缩剂，然后在使用地点在配制器中用稀释液稀释。例如，旅馆、医院、餐馆等医疗、机关和企业单位所使用的洗涤液和清洗液在运输时常常为浓缩液，然后用配制装置以合适比例混合和稀释成使用液。
浓缩液的稀释从简单的手工计量和混合到使用计算机控制的稀释装置可有许多方法。一种普通的稀释方式是使用配制装置把浓缩液液流与稀释液液流混合在一起。稀释液液流可流过一抽吸器，从而在稀释液流过该抽吸器时在该抽吸器中生成负压而把浓缩液抽入抽吸器中与稀释液混合。Copeland等人的美国专利No.5,033,649和Freese的美国专利No.4,817,825所公开的配制器中都有抽吸器，从而以这一一般的方法稀释浓缩液而生成制成液。这类抽吸器式配制器用低粘度稀释液稀释粘度任意的浓缩液生成中等粘度或低粘度的使用液，即制成液的粘度介于浓缩液与稀释液之间。
常常要求使用液有很高的粘度。粘度高的使用液可提高使用液在倾斜或垂直表面上的附着能力，从而与这些表面的接触更有效、时间更长。附着能力起到关键作用的应用例子包括手工清洗盘子用洗涤剂、洗手剂、抽水马桶清洗剂、脱灰剂、炉子/炉栅清洗剂和去油污剂等等。某些这类较粘的使用液可用低粘度稀释液稀释低粘度浓缩液生成很高粘度的制成液而成。
现有抽吸装置设计成稀释液与浓缩液混合后粘度降低，在使用高粘度浓缩液(50-2500cP)时在最好的情况下制成液也是断断续续地流出。现有配制器也无法把稀释后的制成液的粘度提高到约200-4000cP。现有配制器中的标准抽吸器使用一文氏(文丘里)喷嘴出口和一通向一下游通道的颈口混合来自该抽吸器的喷嘴和浓缩液源的混合液。这种配制器的文丘里管与该颈口靠得很近，其间的距离一般为3mm或更小；喷嘴出口与该下游通道的该颈口的直径比一般在1∶1-1∶1.4。这一比例可在稀释液液流中配制低粘度或中等粘度的浓缩液，生成粘度比普通浓缩液低的使用液。现有配制器中该喷嘴出口与该颈口之间的距离一般为2mm或更小。在用低粘度浓缩液生成高粘度制成液的配制器中，浓缩液与稀释液的混合会发生失败。浓缩液的粘度和粘度提高会使配制器中的液流无法产生正常的抽吸作用。或者，浓缩液或使用液的高粘度会使抽吸器无法正常工作。此时，稀释液流过配制器时与浓缩液不混合或混合不足。粘度的大幅度提高会造成混合不足、配制器中的液流断断续续或堵塞。此外，即使使用液液流不完全停止，也不可能始终生成(或配制)均匀稀释或流率不变的使用液。
因此迫切需要提供一种配制器，它能在稀释液中以比浓缩液高的粘度配制和稀释浓缩液。本发明优选配制器可生成高粘度使用液、均匀混合稀释液与浓缩液、稀释比可控制、使用液的流率保持不变。本发明第一实施例为解决这些问题所使用的稀释配制器使用全新的内部尺寸以适合于稀释过程中发生的粘度变化，从而均匀和精确地生成粘度比浓缩液或稀释液高的使用液。
防止抽吸器漏水的通常做法是在抽吸器之前关闭水流，然后排出剩余稀释液。但是，在本发明第一实施例中，在配制稀释时增稠的制成液时，为获得所需高效率的抽吸器，内部体积必需加大，因此有时上述做法已无法接受。稀释液在水阀关闭后会继续漏水1-2分钟。本发明第二实施例重新安排抽吸器出口的关闭，使用一滑杆联动装置同时驱动水阀，从而减少或消除漏水。
本发明为一种用稀释液稀释浓缩液而生成使用液的设备。该设备包括一抽吸器，该抽吸器包括稀释液液流的第一进口、稀释液的喷嘴口、浓缩液的第二进口和使用液的出口。一稀释液输送装置与该第一进口连接，一浓缩液输送装置与抽吸器的该第二进口连接，从而分别供应稀释液和浓缩液。一关闭阀与该出口流体连通，一驱动阀与稀释液输送装置流体连通而控制稀释液液流。一关闭阀和驱动阀操纵器同时与关闭阀和驱动阀连接，其中该操纵器同时控制关闭阀和驱动阀。
本发明还提供一种用一配制器配制浓缩液的方法。该配制器包括一抽吸器，该抽吸器包括第一进口、第二进口和一出口。该配制器还包括一关闭阀、一驱动阀和一操纵器。该方法包括把该操纵器从第一位置移动到第二位置。当操纵器从第一位置移动到第二位置时，操纵器的该动作转变成控制驱动阀和关闭阀，从而移动操纵器即可以一个动作同时控制驱动阀和关闭阀。
对附图简要说明如下

图1为本发明设备的一优选实施例的剖面图；图2为可使用于图1所示实施例中的一止回球阀的剖面图；图3为图1抽吸器的剖面图；图3A、3B和3C示出出口路径中的限流装置或紊流生成装置；图4为沿图3中4-4线剖取的抽吸器的剖面图，未示出喷嘴；图5为图3抽吸器的喷嘴的纵向剖面图；图6为本发明设备的一优选实施例的局部剖面图；图7为本发明一可调节抽吸器的剖面图，包括一可调节喷嘴以及一可调节流率改变装置，以确保生成一稳定的动态液封；图8为一种抽吸器结构的剖面图，示出一喷嘴与一有一颈口端的抽吸器的出口部偏离。喷嘴的这一偏离造成抽吸器下游的液流中断、变向或紊流，从而促进动态液封的形成；图9为一种抽吸器的剖面图，该抽吸器包括一喷嘴输入和一下游颈口部，该颈口与从抽吸器喷嘴喷出的液流的方向相交成一角度。该成角度的液流碰到颈口时造成液流改变、紊流和其他效应，从而生成动态液封；图10和11示出抽吸器喷嘴与本发明抽吸器颈口(图7)之间的距离可调，从而随着这一距离的调节配制不同比例的稀释液和浓缩液；图12为本发明另一实施例的立体图，其外壳的一部分切去；图13为图12所示配制器的直立侧视图，外壳和滑杆卸去而以剖面图示出其中某些部件；图14为球阀处于关闭位置时的剖面图；以及图15为球阀处于打开位置时的剖面图。
本发明还提供用稀释液稀释和配制浓缩液形成使用液的方法和设备，该设备包括一抽吸器、一稀释液输送装置、一浓缩液输送装置和一制成液输出装置。该抽吸器包括第一进口孔、第二进口孔和一出口。第一进口孔接受来自稀释液输送装置的稀释液液流，第二进口孔接受来自浓缩液输送装置的大气压下的浓缩液液流。该抽吸器还有一文氏限流装置，包括一具有一进口和一收敛部的通道，其一端与该进口下游的一出口连接。该抽吸器文氏管(图1)还有一与第一进口20相联的喷嘴60把稀释液喷入一通道81的颈口80。该喷流流过一充满浓缩液的室54。该喷流把浓缩液吸入颈口80和由动态液封充满的通道81。颈口80的直径与喷嘴60的出口的比例大于1.4∶1，最好大于2∶1。制成液输出装置与出口连接而输出使用液。制成液输出装置52包括一限流装置24，其开口的面积小于出口86(图1)的面积，以便改变从抽吸器的出口流出的液流。也可使用其他液流改变或限制装置。
在一优选实施例中，把粘度约与蒸馏水或去离子水相同(最高约为100cP，即如下所述用Brookfield粘度计测得的厘泊值)的稀释液液流引入包括一最好为锥形文氏限流装置的抽吸器的内部部件中。由于该锥形限流装置的直径从进口的较大直径变为出口的较小直径，因此锥形体浸没在浓缩液中的狭窄出口处的流率大大增加，压力成比例下降。该狭窄锥形出口与周围的粘度约为10-1000cP、最好为10-600cP的浓缩液连通。
浓缩液的粘度与使用液的粘度之间的关系如下表所示。
浓缩液进口一般与锥形限流装置和喷嘴的外部流体连通，因此下降的压力和增大的流率把浓缩液吸入从该锥形体出口流出的稀释液液流中。锥形体出口也与一通向液流出口的颈口液体连通。在该液体输出室中，稀释液和浓缩液结合成一混合液流，该液流混合后粘度提高。制成液的最终粘度大于浓缩液或稀释液的粘度，为100-4000cP，较好为100-2000cP，为200-1200cP则更好。液体混合输出室构作成其形状呈圆形横截面，横截面的大小适合于获得使用液的粘度。在液流开始形成时，稀释液和浓缩液混合，用一限流装置的形状合适的出口以紊流或复杂流形成动态液封。该动态液封形成在颈口80与限流装置24之间。按照稀释液和浓缩液的性质，该粘度可以瞬时速率或很高速率提高。由于制成液粘度的性质，该混合室一般呈进口较窄、出口较宽的锥形。
在优选实施例中，限流装置进口和出口的尺寸、混合室进口和出口的尺寸对获得可控稀释比和获得其稀释可控、均匀的持续不断的制成液来说是至关重要的。
本发明还提供一种配制较粘清洗液的优选方法。该方法包括使浓缩液与一通道或一混合室流体连通；把稀释液从一喷口喷入该混合室或通道，其流速足以使该喷口处的压力下降而吸入该浓缩液，从而浓缩液在该通道中与稀释液汇合而生成动态液封；稀释液混合并稀释浓缩液而生成使用液，使用液的粘度大于浓缩液或稀释液的粘度；把该较粘的清洗液输送到所需使用地点。该较粘的清洗液在该方法中的输送速率与浓缩液的粘度基本无关。
本发明设备最适合于用合适的稀释液稀释粘度小于使用液的浓缩液而配制出高粘度使用液。工作时，本发明设备便于控制，可通过选择浓缩液的流率而以所需速率配制出组成均匀的使用液。这在使用同一设备在不同时间稀释粘度不同的不同浓缩液时可大大节省调节该设备所需时间和精力。
本发明设备的另一个显著优点是，即使管线压力较低，也能生成持续不断、精确的使用液液流。本发明设备的一般工作范围为约15-40psi或更高，视地理位置而定。许多配制器在10-20psi或10-15psi的低管线压力下无法工作。本发明设备的独特优点在于，可高效、精确、持续不断地把浓缩液稀释成高粘度使用液。本发明设备的稀释比范围极宽。该稀释设备可以较低的稀释比(每份浓缩液10份稀释液)到较高的浓缩液浓度(每份浓缩液3份稀释液)稀释浓缩液，即浓缩液约占总容积的10％-33％。本发明设备的优选稀释比约为15％-30％，最好约为20％(5∶1)-25％(4∶1)。
为粘度小于浓缩液的使用液而设计的抽吸器一般由于稀释液与浓缩液混合后粘度大大提高而无法工作。这类配制器会无法抽吸浓缩液进行混合。如现有的配制器文丘里管和输出室不加修正，稀释液的喷射就不抽吸浓缩液，从而不形成动态液封。通过增加颈口通道和混合室的大小使高粘度使用液流出并提供一具有一限流装置的有效的液流转向、液流改变或紊流、回压(背压)生成装置，就可减慢稀释液的喷射，用其动能实施混合，在抽吸器中获得持续不断的液流。
通过使用限流装置下游的尺寸足够大的管道，就可在抽吸器中由其容积决定于限流装置的大小而基本不受液流改变装置下游管道影响的动态液流生成动态液封。这进一步便于控制使用液的组成和配制速率。同样，浓缩液输送装置的管径的加大可使浓缩液被吸入抽吸器而不造成很大的压力损耗。这转而可连续、均匀地配制出使用液，而与浓缩液的粘度无关。
本发明方法和设备用来配制稀释时增稠的化学物系。这类化学物系为在稀释液或溶剂基液中所形成的高浓度材料。这类稀释液或溶剂包括水、含水酒精调和液或酒精调和液。
这些材料通常用普通增稠机制增稠。唯一的要求是稀释时粘度提高。稀释时粘度提高的原因是浓缩液中的表面活性剂之间的相互作用及其与水成(水性)介质的相互作用，从而由于浓度、分子结构和与水成稀释介质中的离子或盐类异种的相互作用发生很大的物理变化。
该化学物系一般可以是基于表面活性剂的中性物系；含有合适(相容的)表面活性剂、潜溶剂和其他添加剂的酸基物系；含有合适表面活性剂、潜溶剂等等的碱性物系。
本发明的成分一般还包括表面活性剂。该表面活性剂可包括任何组分，包括化合物、聚合物和反应产物。表面活性剂的作用是改变所得成分的表面张力、乳化灰尘从而除去和悬浮灰尘，以便随后擦去灰尘。可使用任何表面活性剂，包括有机表面活性剂，例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
本发明清洗剂中可含有抗菌剂、杀菌剂、抗发酵剂或抗病毒剂。这决定于最终使用场合。在某些应用中最好同时使用抗病毒剂和抗菌剂。
图1示出用稀释液稀释浓缩液的本发明设备一优选实施例10。该设备10包括一与一稀释液输送装置14(例如自来水管之类的导管)、一浓缩液输送装置16(例如较粘浓缩液供应管之类的导管)以及一制成液输出装置18工作连接并流体连通的抽吸组件12，该制成液输出装置可为管子之类的导管。抽吸器12包括一与稀释液输送装置14连接并流体连通的稀释液进口20、一个或多个与浓缩液输送装置16连接并流体连通的浓缩液进口22和一与制成液输出装置18连通的出口24。
稀释液输送装置14最好为一供水管26，其水压足以使文丘里管工作，例如为10-40psig，最好为30-40psig(1×105牛顿/平方米)。该抽吸器的一个令人吃惊的特点是，可在约为10-15psi的低管线压力下不断输送均匀、精确的稀释液。水压最好用水管26上游的一与水管26连接的水压调节器28调节。从图1可见，该优选实施例的浓缩液输送装置16最好包括一与(容器90中的)浓缩液91工作连接且流体连通并经一L形管接头32与抽吸器12连接工作且流体连通的管子30(也可使用管道或其他导管)。
一止回阀34在管子30的与抽吸器12相对的一端或抽吸器12的上游与管子30连接。止回阀34、管子30和L形管接头32的大小选择成在输送其中的浓缩液时减小、最好是尽可能减小该设备10中止回阀34与进口22之间的压力损耗(压力降)。按照设备10的放置方向和应用场合，L形管接头32可有可无。例如，可用一软管取代管子30和L形管接头32而形成一光滑弧形，从而减小由管子连接处36、38等内径变化和L形管接头32的形状造成的流向突然变化引起的压力损耗。最好是，浓缩液输送装置16的最大内径显著大于浓缩液进口22的直径，该比例最好为2∶1(即面积之比为4∶1)。浓缩液输送装置16的长度最好尽可能短，以便减小液流在其中流动时的压力降。
从图2可见，止回阀34可为一止回球阀，一弹簧40把球42向止回阀的进口44偏置。当不抽吸浓缩液时，球42抵靠阀座46而防止液体向止回阀34的进口发生回流。这种止回阀的优点是止回阀的方向可不在垂直位置上。该止回阀最好为一无弹簧的重力式止回球阀，以便减小由弹簧造成的压力降。工作时，该止回阀最好呈垂直方向，以便球靠重力抵靠阀座而在抽吸停止时防止浓缩液发生回流。这种无弹簧重力式止回球阀与图2基本相同，只是没有弹簧。此时，无弹簧球的密度比图2中使用向下(向止回阀的进口)偏置该球的弹簧40的球42的密度大得多。
无弹簧重力式止回球阀中的球用密度(即比重)比浓缩液大的材料制成。该球的密度最好如下选择该球所造成的压力降很小，但抽吸一旦停止，它就下落到阀座上而防止回流。对于密度为0.95-1.25g/mL的浓缩液，球的密度大于1.3g/mL，最好大于2.0g/mL。该止回阀的球若用陶瓷制成则更好，因为陶瓷的密度大、抗腐蚀能力强。但是也可使用其他材料。例如可用空心不锈钢球获得所需密度。
把浓缩液送入抽吸器的一种优选方式涉及到使用一膜片式止回阀。膜片式止回阀的作用与止回球阀相同，即防止浓缩液流离抽吸器。众所周知，膜片式阀的工作原理是使一柔性膜片或膜片部与一通常用金属或其他刚性材料、例如塑料、合成物等等制成的阀座装置密封抵靠。橡胶膜片的截面一般较薄，可有一周边加强衬套或可较硬。由于膜片或膜片部的周边必需与阀座装置的表面或内径接触而形成密封，因此膜片周边的刚性必需较高，以便确保紧配合和密封。
这种膜片式阀一般呈与圆形阀座相配的整圆形。但是，在某些实施例中，膜片可由两个、三个、四个或更多个叶片瓣膜构成。工作时，各叶片在流过该阀的液流的作用下移离阀座而打开该阀。当液体停止流动或反向流动时，该阀或各阀部抵靠阀座而密封该阀，从而中断液流。膜片式阀可用一弹簧装置使膜片或各膜片部紧抵阀座，从而使一定的力在阀打开前作用在该阀上。但在本发明的应用场合中，最好使用无弹簧膜片式阀。此外，对本发明各种应用场合来说，最好使用由两个或三个叶片构成的膜片。
回到图1，稀释液输送装置14经一任选的接头48与抽吸器12的进口20连接并流体连通。稀释液输送装置14的大小做成使得抽吸器12进口20处稀释液的压力足够大，从而使得稀释液从喷嘴64的喷口60喷出的速度足以抽吸浓缩液输送装置16中的浓缩液。最好是，稀释液在抽吸器12的稀释液液流的进口20处的压力约为10-60psig，最好为20-40psi(超过大气压的7×104-1×105牛顿/平方米)，但在10-15psi下即可工作。
一管子26(或管道之类)与管接头48连接而把稀释液供应给抽吸器12。管子26的与抽吸器相对的一端50与一压力调节器28连接，把稀释液的压力调节到所需压力，10-60psi时无需调节器，尽管10-15psi即能工作，但最好为20-40psi。调节器28转而与一稀释液供应源(未示出)连接。管子26最好用铜、钢、聚氯乙烯之类刚性较大的材料制成，以便提高该设备的工作稳定性。
抽吸器12有一液体出口部52，其方向一般与稀释液液流相同而与流入抽吸器的浓缩液液流垂直。抽吸器12中还有一室54与稀释液进口20、浓缩液进口22和出口部52连接并流体连通。抽吸器12的出口部52包括一颈口80、一通道81和一混合部82。混合器82的与室54相对的一端与抽吸器的出口24紧邻。锥形喷嘴64在抽吸器12中位于稀释液输送装置14的紧下游，因此稀释液经喷嘴出口60喷入室54。
从图3和5可见，图1优选实施例的抽吸器中的喷嘴64包括一进口端68、一出口端60以及最好有一O形环72防止液体从喷嘴周围漏出。喷嘴中在进口端68与出口端60之间有一喷嘴通道74。喷嘴64的内壁最好呈光滑的收敛形，以便加速稀释液，使稀释液喷出该喷嘴。喷嘴的进口端68的直径最好小于约5cm，最好为0.5-4cm。喷嘴内表面76构作成形成一铃形(钟形)进口78以便液体通道光滑过渡和提高喷嘴进口端68的机械整体性。这还使得喷嘴进口的直径与稀释液进口20的内径实质相同。喷嘴的收敛角度和出口端60的内径选择成使得喷出喷嘴的稀释液的速度和形状可有效地冲击颈口80、通道81和混合部82的通道的壁，以便抽吸和混合浓缩液。
从图3、4和5可见，喷嘴64的直径为0.1-6mm、较好为0.2-5mm、更好为1-4mm的出口端60以约垂直于浓缩液液流的方向从稀释液进口20穿过浓缩液进口22进入室54中。喷嘴的出口端60正对颈口80。颈口80的大小与喷嘴60无关，其直径为1-10mm、较好为2-9mm、更好为3-7mm。颈口80通入通道81、通道81通入抽吸器12的混合部82和出口24，因此从室54喷出的稀释液一般沿轴向流入抽吸器的出口部52。喷嘴出口60下游与最靠近颈口80部位之间的距离至关重要，因为随着该距离从零提高到约10mm、最好小于8mm，该配制器的效率呈线性增长。在该距离超过这一尺寸后，配制器效率下降，但约保持不变。
工作时，当稀释液喷入颈口80和通道81而冲击通道81和混合器82的壁而遇到液流或紊流的一定阻力时生成动态液封。该液封(动态容积)中的液体流入通道中的液体并把它推向出口24，从而在室54中相对抽吸器12外部的大气压形成一负压。这使得浓缩液从浓缩液输送装置16(即L形管接头32、管子30和止回球阀34)被抽吸入设备10。通道82的进口80与喷嘴出口端60的直径比选择成在把稀释液压入设备中时可有效地抽吸浓缩液。最好是，该通道的进口80与喷嘴出口60的直径比大于约1.4∶1、较好为大于2.0∶1、更好为2.0-3.5∶1,2.0-3.0∶1则更好。
通向通道82的颈口部80的直径可保持不变。但是，颈口部81也可从进口80开始呈发散形，以便当液体流过通道82与通道中的壁接触时形成紊流或降低线速度。通道82的颈口80的直径和通道的颈口部81的直径选择成可在浓缩液与稀释液混合时提高粘度，从而液体不从通道82向上回流入室54中。颈口80可呈非圆形横截面，以便于形成动态液封。该横截面可为卵形、椭圆形、三角形、长方形等等。通过正确选择喷嘴出口与通道颈口的面积比，通道81的混合器82的发散角度以及颈口部81的长度和通道82的混合部的长度可用现有文丘里管设计方法确定。一般来说，混合部与液体流路之间的发散角度约为1-50°。抽吸器在通道82的混合部一端的出口24与制成液输出装置19连接而使使用液流出该设备。
回到图1，抽吸器12与一出口管接头84连接，该管接头与一与该通道连通的限流装置86连接。该限流装置可调节，以便调节回压，以使配制特性最佳。图1中的限流装置86为一内径小于出口24的内径的限流孔。该限流孔的与抽吸器12相对的一端与一最好为一管子的导管88连接，该管子通向一容器92。容器92中可注入使用液，它可选择成与制成液的组分比例相配。导管88也可以是一管道、一L形管接头、一液槽或其他液体输送装置。
限流装置86在抽吸器12中形成一标称回压(背压)，以便克服大于通道82的颈口与喷嘴出口的现有面积比的效应而造成抽吸作用。由于通道颈口的大小和颈口相对于从喷嘴喷出的喷流的大小变大，如不使用限流装置86，喷流会经通道82流出抽吸器而不猛烈冲击抽吸器的颈口、通道和混合器(即发散部)的壁。如使用限流装置(即限流孔)，液体(包括稀释液和浓缩液及其混合液)冲击通道82的壁而在颈口22与限流装置86之间生成动态液封，经稀释的浓缩液流向出口24，从而随着通道中的液体流出该通道和抽吸器在室54中生成负压。
该限流装置86可为一管接头、一短段管道、一孔(例如限流孔)或其他在抽吸器出口处阻碍液流、改变液流方向、生成紊流、改变液流的装置。但是，限流装置86的大小和形状选择成它并不造成过高回压而大大减少液流。最好是，限流装置86(最好为一限流孔)的内径约小于导管88的出口24的直径的0.9倍，限流装置86的长度较短(例如约等于通道颈口的直径)，从而回压大致不受该长度的影响。为了不生成过高回压，与限流孔86连接的管子88的直径最好较大。管子88与限流孔内径的直径比大于1.3∶1，最好为1.5∶1-3.5∶1。抽吸器12中从颈口80到颈口部81到通道82的液流通道的大小和形状也选择成可生成动态液封。
当用与上述不同几何形状的颈口80、通道81和混合器82生成动态液封时，可省略限流装置86，但也可使用限流装置86。图3A示出引入颈口80或通道81中的圆柱形插入物83。当喷流碰到插入物83时，造成很大紊流，而使很粘的稀释浓缩液充满颈口80并继续流过颈口80而注入通道81。这样，颈口80和通道81中稀释浓缩液液流与插入物相互作用而生成动态液封。同样，图3B示出一横跨通道81的网屏85。稀释浓缩液流路中的网屏85在网屏部的出口端处生成一定回压和紊流，从而生成充满颈口80和通道81的动态液封。图3C示出把动态液封引入颈口80和通道81中的装置的另一实施例。一固定在混合器82四壁上的弧形金属丝87插入物强使流过该文丘里管的稀释浓缩液生成紊流和/或回压，从而生成动态液封。
使用时，压力调节器28最好把流入的稀释液的压力调节到约10-40psi、最好为30-40psi、但低至10-15psig(1×105牛顿/平方米)也可工作。该压力把稀释液压入管子26、管接头48、喷嘴64及其出口60。稀释液从喷嘴64的出口60喷出后经颈口80喷入抽吸器12的颈口部81中。如上所述，该喷流充满颈口部81和通道82而把该通道中的液体推向限流孔86，在通道82中造成一相对于抽吸器外部的负压。喷流在通道82中造成的负压传经室54、浓缩液进口22、L形管接头32、管子30和止回阀34，使得容器90中大气压下的浓缩液被吸入抽吸器中。由于该止回阀、该管子和L形管接头的内径较大，因此当浓缩液流入抽吸器中时，压力损耗很小。最好是，由于管子的内径大，因此浓缩液的粘度和浓缩液的很慢的流率在管子中造成浓缩液的层流，这转而造成浓缩液输送装置16中的压力损耗很小。然后浓缩液流入室54、从颈口流入通道中与稀释液接触和混合。
当稀释液喷流冲击通道82中的液体时，该喷流的高速度(从而很大的动能)在该通道中造成紊流以及稀释液与浓缩液的混合。当液体流过通道82的混合部(即发散部)时，由于混合部的直径向出口24递增，因此液流的线速度下降，从而液体的动能转变成混合作用，使得稀释液与浓缩液混合而生成使用液。稀释液与浓缩液的混合液具有很高粘度。由于通道82的颈口部81和发散部的大小选择成便于粘度提高的液体的流动，因此所生成的液体经管接头84和限流孔86流出该通道。所生成的液体(即使用液)然后经制成液输出装置18的管子88流入容器92中。
由于喷嘴64、通道81的颈口80和通道的混合部82、浓缩液输送装置16和制成液输出装置18的大小做成使通道82中的液体的粘度提高，因此各种粘度的浓缩液可被吸入抽吸器中。使用液的配制速率与浓缩液的粘度无关。本发明设备可用来稀释粘度为10-1000cP(22℃时的Brookfield粘度)的浓缩液而获得22℃下粘度为100-4000cP、最好为100-2000cP的使用液。
从图1可见，使用时，抽吸器12与供应稀释液的管子26、供应浓缩液的管子30以及经管接头84与限流装置或限流孔86连接，限流孔86又与把使用液送到容器92的管子88连接。控制稀释液的压力和流率而使浓缩液被吸入抽吸器后以所需速率与稀释液混合。所得使用液送入容器92。从而控制使用液的组成和流率。
图6例示出用稀释液稀释浓缩液的本发明设备的一优选实施例610。该设备610安装成抽吸器612和混合器682中的液流水平流动。该设备包括一与稀释液输送装置614(例如供应去离子水、自来水或其他水性液的管子之类的导管)、浓缩液输送装置616(例如供应较粘浓缩液的管子之类的导管)和制成液输出装置618(可为管子之类的导管)工作连接且流体连通的抽吸器组件612，抽吸器612包括一与稀释液输送装置614连接且流体连通的稀释液进口620、一个或多个与浓缩液输送装置616连接且流体连通的浓缩液进口622和与制成液输出装置618流体连通的出口624。
稀释液输送装置614供应稀释液、水成稀释液或去离子水，其水压足以使文丘里管工作，例如为10-60psig，最好为20-40psig(1×105牛顿/平方米)，10-15psig也行。水压最好用其上游的一水压调节器调节。从图6可见，该优选实施例的浓缩液输送装置616最好包括一管子(也可使用管道或其他导管)，它经一L形管接头632与抽吸器612工作连接且流体连通。
一膜片式阀634位于管子630中与抽吸器612相对的一端或抽吸器612的上游。膜片634、管子630和L形管接头632的大小选择成在其中输送浓缩液时减小、最好是尽可能减小该设备610中阀634与进口622之间的压力损耗(压力降)。按照设备610的放置方向和应用场合，L形管接头632可有可无。例如，可用一软管取代管子630和L形管接头632而形成一光滑弧形，从而减小由这些部件的内径变化造成的流向突然变化引起的压力损耗。最好是，浓缩液输送装置616的内径明显大于浓缩液进口22，该直径比最好为1.25∶1。浓缩液输送装置616的长度最好尽可能短，以便减小液流在其中流动时的压力降或压力损耗。
回到图6，稀释液输送装置614与抽吸器612的进口620连接且流体连通。稀释液输送装置614的大小做成使得抽吸器612进口620处稀释液的压力足够大，从而使得从喷嘴664喷出的稀释液的速度足以抽吸浓缩液输送装置616中的浓缩液。稀释液源与进口620连接，最好以20-40psi的压力供应给抽吸器612。
抽吸器612有一出口部681，其方向一般与稀释液液流相同而与流入抽吸器的浓缩液液流方向垂直。抽吸器612中还有一室654与稀释液进口620、浓缩液进口622和出口部681连接且流体连通。抽吸器612的出口部681包括一颈口680和一限定一通道681的混合器，该通道包括一混合部682，该混合部与抽吸器的该颈口和混合器对应。混合器682的与室654相对的一端与抽吸器的出口624紧邻。锥形喷嘴664在抽吸器612中位于稀释液输送装置614的紧下游，因此稀释液沿轴向经喷嘴出口660喷入室654。出口660与颈口680的直径比与结合图1所述相同。
图7为一抽吸器770的剖面图，该抽吸器包括一直径固定的喷嘴，喷嘴771与颈口777之间的距离可调；以及一限流装置772，该限流装置的直径可调，从而改变该设备用稀释液抽吸和稀释浓缩液的特性、补偿粘度和水压的变动和在稀释过程中稳定液流。该限流装置772为一空心截头圆锥，随着781的旋入，它的内径减小。该截头圆锥上可开槽。这些纵向槽开在截头部上而提高该圆锥的柔性，从而该限流装置772的直径可缩小。该抽吸器有一浓缩液源773和一稀释液源，该稀释液一般为水，最好为去离子水774。由于抽吸器喷嘴771沿轴向把稀释液液流喷入颈口777和通道778的浓缩液中，因此抽吸浓缩液与之混合。喷嘴出口771与颈口777之间的距离可用调节螺丝775之类的调节装置调节。随着调节螺丝775在螺纹孔776中旋进旋出，喷嘴出口771与颈口777之间的距离变小(调节螺丝以液流方向旋入)或变大(调节螺丝以与液流相反的方向旋出)，喷嘴771与颈口777之间的距离的变化可控制浓缩液与稀释液的稀释比。这一距离的变化可使抽吸器用于各种浓缩液粘度和稀释液源压力。距离可变的另一个优点是可选择优选的浓缩液稀释比，从每份稀释液0.01-90份浓缩液到每100份稀释液0.5-60份浓缩液。根据本发明抽吸器的其他可调节方面，稀释液可为每100份稀释液10-40份浓缩液、最好为每100份稀释液18-28份浓缩液。经喷嘴771喷入颈口777的稀释液在抽吸器的作用下把773中的浓缩液吸入颈口777和通道778和混合器779。在通道778和混合器779中，稀释液和浓缩液混合成均匀的高粘度使用液。使用液的粘度明显大于稀释液或浓缩液的粘度。本发明抽吸器在使用液充满通道778和混合器779时工作状态最佳。在本发明该实施例中，颈口部777与喷嘴出口771的直径比大于1.4∶1、较好大于2.0∶1、更好为2.5-3.5∶1。在本发明抽吸器的高粘度工作范围内，若抽吸器的限流装置772的直径或横截面小于混合器出口780的直径或横截面，该通道和混合部中就会充满液体。在本发明可调抽吸器中，限流装置772的直径和横截面可根据使用液的粘度和稀释液的压力加以调节而稳定抽吸器中的液流。可用任何公知的机械调节装置调节限流装置的直径或横截面，但该限流装置最好用柔性弹性材料制成，从而在螺纹孔782中的调节螺丝781的作用下其大小可减小。当调节螺丝以液流方向旋出时，限流装置的横截面或直径变大。当调节螺丝以与液流相反的方向旋入时，限流装置的直径或横截面变小。限流装置的最佳横截面或直径首先选择成确保工作时颈口和混合器充满使用液。但是，当形成持续不断的液流后，限流装置的直径或比例可调节成使液流最佳，而且液流仍持续不断。
图8示出便于生成充满该配制器的颈口和通道部的动态液封的另一种抽吸器构型。抽吸器800包括一稀释液进口801，该进口终止于一把稀释液喷入通道804的颈口803后流入混合器805的喷嘴出口802。浓缩液从浓缩液进口806被从喷嘴802喷出的稀释液液流吸入抽吸器室807中。稀释液液流吸入的浓缩液经颈口803流入通道804后非轴向地流入混合器805。在抽吸器的该实施例中，颈口803的轴线与喷嘴出口802的轴线偏离，从而液流偏离颈口803的轴线。在现有配制器中，喷嘴进口802轴线与圆形颈口的轴线或中心位于同一直线上，因此液流沿喷嘴803和颈口804的轴向流动。在图8抽吸器优选实施例中，喷嘴进口和液流偏离圆形颈口的中心。我们发现，液流的这一轴向偏离或非轴向液流促进动态液封的生成，确保液体充满颈口和混合部。这一偏离指喷嘴802和进口801所成轴线和稀释液液流的轴线或中心不接触圆形颈口的轴线810或中心点，而与一从颈口803的轴线或中心到圆形颈口壁808画出的假想半径接触。在本发明抽吸器的该优选实施例中，喷嘴出口802小于颈口803，颈口803与喷嘴出口802的直径比通常大于1.4∶1、较好大于2.0∶1、最好为2.2-3.5∶1。
图9为本发明另一抽吸器的剖面图。在现有抽吸器中，配制器的颈部与颈口同心或与稀释液液流平行。在现有配制器中，由于颈部周壁与液流同心而紊流最小。在本发明抽吸器中，颈部周壁与稀释液液流的轴线成一X角。在颈部成角度的抽吸器中，抽吸器900包括稀释液进口901和稀释液的喷嘴出口902。稀释液从喷嘴出口902喷入颈口903后经通道904流入混合部905。这种抽吸器有一基准轴线906。该基准轴线为喷嘴出口902的中心与圆形进口901的中心之间的连线。该基准轴线906穿过颈口和通道904后进入混合器905。通道904的周壁907一般呈圆形截面。但是，周壁907与通道904的轴线908偏离而与抽吸器的基准轴线906成X角。与基准轴线906偏离的角X大于0°。角X最好大于2°，大于5°更好。我们发现，这一偏离角有利于生成动态液封，确保液体充满颈口和混合器。
图10示出随着喷嘴出口(例如图1的喷嘴60或图7的喷嘴771)与颈口(例如图1的颈口80或图7的颈口777)之间的距离变化所得的稀释比。其喷嘴/颈口距离可变的图7所示可调抽吸器用来产生图10和11的数据。当起先喷嘴退离颈口时，喷嘴生成浓缩液含量很少的使用液。随着喷嘴继续后退，抽吸器抽吸更多浓缩液。稀释比的变化范围为每100份稀释液0.01-90份浓缩液，最好为每100份稀释液0.5-60份浓缩液，重量百分比按照使用液的组成为0.1-25％。
图12-15示出用来解决某些配制器中所存在的漏水问题的本发明另一实施例。该配制装置200用稀释液稀释浓缩液生成使用液后一般把使用液输出到一瓶中。该配制装置200包括一由一盖221和一底座231构成的壳体219。如图12所示，为更清楚示出配制装置200，壳体219的大部分切去。盖221和底座231可用塑料之类材料模制而成。盖221用螺丝(未示出)之类紧固在底座231上。盖上有两个入口223，图12中只示出其中之一。图12所示入口223为浓缩液提供进口。壳体221上同样有稀释液的进口。盖221的顶部上还有一进口223a供反虹吸阀穿过。盖的底部上有一孔224。一出口导管218穿过孔224。美国专利申请顺序号No.08/687,674所示一滴盘可用来放置使用液瓶。
该设备200包括一与一稀释液输送装置214(例如自来水管之类的导管)、一浓缩液输送装置216(例如较粘浓缩液供应管之类的导管)以及一制成液(或使用液)输出装置218工作连接且流体连通的抽吸组件212，该制成液输出装置可为管子或管道之类的导管。该抽吸器212包括一与稀释液输送装置214连接且流体连通的稀释液进口220、一个或多个与浓缩液输送装置216连接且流体连通的浓缩液进口222和一与制成液输出装置218连接且流体连通的出口224。
稀释液输送装置214最好为一供水管226，其水压足以使文丘里管工作，例如为10-40psig，最好为30-40psig(1×105牛顿/平方米)。与前述实施例一样，水管226上游有一水压调节器(未示出)调节水压。该优选实施例的浓缩液输送装置216包括一与(容器290中的)浓缩液291连接且流体连通并经一L形管接头232与抽吸器212连接且流体连通的管子230(也可使用管道或其他导管)。
结构与止回阀34相同的一止回阀234在管子230的与抽吸器212相对的一端或抽吸器212的上游与管子230连接。止回阀234、管子230和L形管接头232的大小选择成在输送其中的浓缩液时减小、最好是尽可能减小该设备200中止回阀234与进口222之间的压力损耗(压力降)。应该看到，设备200的形状和放置方向和应用场合可能需要使用不同形状的管接头232，例如L形管接头。最好是，浓缩液输送装置216的最大内径大大大于浓缩液进口222的直径，该比例最好为2∶1(即面积之比为4∶1)。浓缩液输送装置216的长度最好尽可能短，以便减小液流在其中流动时的压力降。
稀释液输送装置214的大小做成使得抽吸器212进口220处稀释液的压力足够大，从而使得稀释液从喷嘴264的出口260喷出的速度足以抽吸浓缩液输送装置218中的浓缩液。稀释液输送装置214包括一与一水阀299连通的管子226、连接在水阀299与反虹吸阀298之间的另一管子226a和连接在抽吸器212与反虹吸阀298之间的另一管子226b。管子226与一稀释液源(未示出)连接。水阀229可为一合适的水阀，例如Dema的633B-EL型之类的磁锁定阀。水阀299用两装在底座231上的侧板299a装在底座231上。水阀299包括一阀体299b和一可下压的驱动钮299c。水阀299的出口经管子226a与反虹吸阀298的进口连接且流体连通。一弯管298a与反虹吸阀298的出口连接。该弯管298a又经管子226b与抽吸器212连接且流体连通。管子226、226a-226b用刚性较大的材料制成，例如铜、不锈钢、聚氯乙烯之类，以便提高该设备的工作稳定性。
抽吸器212有一液体出口部252，其方向一般与稀释液液流相同而与流入抽吸器的浓缩液液流垂直。抽吸器212中还有一室254与稀释液进口220、浓缩液进口222和出口部252连接且流体连通。抽吸器212的出口部252包括一颈口280、一通道281和一混合部282。混合器282的与室254相对的一端与抽吸器的出口224紧邻。锥形喷嘴264在抽吸器212中位于稀释液输送装置214的紧下游，因此稀释液经喷嘴出口260喷入室254。
抽吸器212的流路形状与抽吸器12相同，不再赘述。但是，抽吸器12的有关几何形状和流路构型也适用于抽吸器212。
一球阀270与抽吸器212的出口224连接。该球阀270包括一外壳271和一可转动球件272。该球阀与一可转动轴273连接，因此轴273在第一位置与第二位置之间的转动使球阀270在图15所示打开位置与图14所示关闭位置之间转动。该阀壳有一连接部271a，其大小和形状做成可装在出口224中。一O形密封273用来确保不漏水。连接部271a中有一孔271b。该孔271b有一通向出口224的开口用作上面结合抽吸器12的限流装置86所述的一限流装置。球件272包括第一孔272a。孔272a穿过球件272用作使用液通道。第二孔272b与孔272a垂直相交。但是孔272b不穿过整个球件272。壳体271上有一开口271c。一进水管274的第一端与一弯管275连接，其另一端沿底座231伸展在水阀299上方。弯管275位于壳体271的开口271c中。球件272上有密封276在球阀位于图15所示打开位置时提供密封。该球阀可为任何合适的球阀，例如由John Guest,Inc.提供的球阀。如图所示，该球阀改成增设孔272b、开口271和密封276，从而形成某些地方法规所要求的一空气开关。壳体271包括第二连接部271c，它是一与制成液输出装置218连接的出口。
一旋钮或操作手柄280与轴273连接而作为转动轴273的一装置而操纵球阀270。一凸轮281与轴273连接。该凸轮281位于球阀270与旋钮280之间。凸轮281的凸轮面282抵靠一滑杆机构283。该滑杆机构包括一支架284。支架284的第一部分285与第二部分286连接而形成一L形支架。第二部分286有一圆孔286a，因此该支架可装在水阀299上方。第二部分286用螺丝之类合适装置连接在水阀299上。第一部分285有一开口285a。开口285a做成一供滑动件287插入的长方形槽。滑动件287包括经第二中间部分289与第三部分290连接的第一部分288。第二部分289斜置，从而第一部分288的位置比第三部分290高。第三部分290有一细长形槽290a。连接件291可滑动地把该滑动件连接到抽吸器212上。连接件291有一扩大的头部291a。头部291a的直径大于槽290a的宽度。在安装滑动件287时，第一部分288的顶端插入槽285a中，然后把连接件291从槽290a插入抽吸器212壳体中。一端片292与第三部分290连接。该端片292向上伸展而形成一紧抵凸轮面282的表面。这些部分288、289、290和292用不锈钢之类金属制成一体。
配制器200的抽吸器212的工作情况与抽吸器12相同，不再重复。但是，下面说明水阀299和球阀270的工作情况。用可下压的驱动钮299c控制稀释液液流。水阀299在图12中处于关闭位置。在该位置，球阀270也如图14所示关闭。当要配制使用液时，逆时针转动旋钮280，从而转动凸轮281而使凸轮面282抵靠端片292。这一转动使得球阀从图14位置移动到图15所示位置。同时，随着凸轮面282推动端片292，滑动件287移向水阀299。在图12所示位置，驱动钮299c在第一部分288下方。然后，随着滑动件287的移动，倾斜的第二部分289接触按钮299c并随着滑动件以与配制器200的纵向轴线平行的方向移动而下压按钮299c。按钮299c的运动方向与滑动件垂直。该倾斜角约为30°。但是本发明也可使用其他角度。
尽管旋钮280的转动同时控制球阀270和水阀299，但球阀270调整成当旋钮280从关闭位置转动到打开位置时球阀270在驱动钮299c全部压下前(例如在稀释液可流入前)打开。同样，当旋钮280转动到关闭位置时，按钮299c在球阀270全部关闭前全部松开。因此可以看到，用一个动作就能有效地同时控制水阀270和球阀299。此外，通过把球阀设置在抽吸器的出口处以及水阀与球阀的联动，漏水问题得以消除或减小。
以上说明了本发明。各实施例只是例示性的，不应看成对本发明范围有所限制。在本发明的精神和范围内可对本发明作出修正和改变，特别是大小和形状。此外，颈口部的长度和混合器的发散角度可与上述实施例不同。稀释液可为一种溶液而不是水。本发明受后附权利要求书的限定。
权利要求
1.一种用稀释液稀释浓缩液而生成使用液的设备，该设备包括a)一抽吸器，包括接受稀释液液流的第一进口、用于稀释液的喷口、接受浓缩液液流的第二进口和一使用液出口；b)与抽吸器的第一进口连接的稀释液输送装置和与第二进口连接的浓缩液输送装置，以便分别把稀释液和浓缩液供应给抽吸器；c)一与该出口流体连通的关闭阀；d)一与稀释液输送装置流体连通而控制稀释液液流的驱动阀；e)关闭阀和驱动阀操纵器，其中该操纵器的动作同时控制关闭阀和驱动阀。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于还包括具有第一机构的驱动阀，以第一方向下压该第一机构即可把该驱动阀转动到打开和关闭位置。
3.按权利要求2所述的设备，其特征在于，该关闭阀用第二机构的运动控制。
4.按权利要求3所述的设备，其特征在于，该操纵器包括a)一可围绕一轴线转动的手柄，该手柄与第二机构连接，从而该手柄的转动控制该关闭阀；b)一与该手柄工作连接的凸轮；c)一与该凸轮工作连接的滑杆联动装置，其中手柄的转动转动该凸轮，该凸轮又移动该滑杆联动装置而控制第一机构，从而同时操纵这两个机构。
5.按权利要求4所述的设备，其特征在于，第一机构包括一与一可转动轴连接的旋钮，该轴与该关闭阀连接，该凸轮与该轴连接，该凸轮有一抵靠和推动该滑杆联动装置的凸轮面。
6.按权利要求1所述的设备，其特征在于还包括一设置在该出口中的限流器，该限流器为该关闭阀。
7.一种用一配制器配制浓缩液的方法，该配制器包括一抽吸器，该抽吸器包括第一进口、第二进口和一出口，该配制器还包括一关闭阀、一驱动阀和一操纵器，该方法包括a)把该操纵器从第一位置移动到第二位置；b)转移该操纵器的运动而控制该驱动阀；以及c)转移该操纵器的运动而控制该关闭阀，其中移动该操纵器即可用一个动作同时控制该驱动阀和该关闭阀。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，移动该操纵器和转移运动包括a)转动该操纵器；b)通过转动该操纵器而转动一与该操纵器连接的凸轮；c)把一滑动件从第一位置滑动到第二位置，从而用该凸轮的运动控制该驱动阀；以及d)通过转动该操纵器把关闭阀从第一位置转动到第二位置。
全文摘要
一种用稀释液稀释浓缩液而生成使用液的设备。该设备包括一抽吸器,该抽吸器包括第一进口、第二进口和一出口。一稀释液输送装置与抽吸器的第一进口连接,一浓缩液输送装置与抽吸器的第二进口连接,从而分别把稀释液浓缩液供应给抽吸器。一关闭阀和驱动阀操纵器同时控制与该出口连通的该关闭阀和与该稀释液输送装置连通的该驱动阀,从而控制稀释液液流。
文档编号B01F5/04GK1214955SQ9811969
公开日1999年4月28日 申请日期1998年9月23日 优先权日1997年10月21日
发明者理查德·J·美修斯, 罗伊斯·D·约翰逊, 托马斯·C·塔尔豪巴 申请人:埃科莱布有限公司