专利名称：用于给定流体剂量的装置和方法
技术领域：
一种连续可调且自清洁的、在低压下给定少量流体剂量的装置和方法。
背景技术：
出于多种原因，在低压下给定少量流体剂量是困难的。如果要在低压下给定少量流体剂量，那么流体的表面张力就是一个特别不利的参数。
在广义上，存在很多基于喷嘴的解决办法。传统的喷嘴通常需要相对高的压力来连续工作，且它们易于阻塞。当需要较少剂量时，通常还必须利用脉动剂量(脉动配制)，以使得流体的总量随时间变得足够少。
本发明并不基于使流体能够被传送或提升的毛细管效应。这种毛细管效应是在诸如US4819375、FR2088860、US3786598、US6321487、DE2447230的专利中的基本功能。专利WO03096796描述了一种吸液芯，这种吸液芯允许流体基于毛细管的吸引从出口侧、并因此不依赖于入口侧的流体压力而渗入。
就上述专利而言，除了流体的表面张力、喷嘴的设计和传统喷嘴中的流体压力之间的备有证明文件的相关性会依本发明而发生变化以外，本发明主要还包括一种具有填料的管，并开发出了新的优点·避免形成压降，并通过入口侧的流体静压获得受控的流体渗入；·可以在低流体静压下给定精确的流体剂量；·对于流体中的较低颗粒含量不具有较高的要求，上述现有技术中的解决方法通常就是这样；·允许局部阻塞，无需拆开剂量喷嘴，通过前向冲洗就可实现自清洁，传统的解决方法通常就是这样；·无需用电；·通过调整例如剂量单元的文丘里管中的横截面积、填料的密实度或者入口侧上的压力就可以调节剂量。
本方法可优选地用于在制造工业中进行可靠的流体剂量，并用于农业应用的滴灌系统。剂量的精确性高，并且解决方法简单。
发明内容
本发明是一种剂量单元，其中剂量单元的内侧填充有一种基于有机/无机纤维的物质，或者允许流体能够通过的其它物质。这种剂量单元的原理是利用从入口侧到出口侧的小的压降来获得精确的流体流。除了入口侧的静态过压和流体的粘度以外，流动将通过由下列参数给定的剂量单元的文丘里管中的摩擦来确定，这些参数为·剂量单元的文丘里管的横截面积·剂量单元的全长·剂量单元的表面特性·填料的长度·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·填料与出口侧的表面或流体的物理接触，以避免形成压降·填料中杂质的量剂量单元具有锥形形状，其横截面积从入口侧向文丘里管的方向减小，其中在文丘里管内横截面积最小。在文丘里管中，横截面积通常在1-10mm的长度上保持恒定，并且该横截面积从剂量单元的这一点上到出口端都是一样的。锥体的剖面(profile)应该优选地减小，以使得剂量单元在文丘里管的最终部分上的内侧基本上平行。通过这种设计，剂量单元更为坚固和稳定。这是由于任何颗粒在较长的文丘里管中比在较短的文丘里管中能更容易地找到空间，而不会阻塞剂量单元。
剂量单元的文丘里管可被制成可以机械地改变横截面积。由此，一定的预期流量可取决于剂量单元的预定用途。用于这种用途的装置可流畅地、或者在预定步骤中对应于特定的流量进行调整。用于流畅调整的示例可以是设置在由柔性材料制成的锥形剂量单元的出口端周围的夹具。通过收紧该夹具，文丘里管和填料被压缩，从而减少了可通过的流体量。
填料至少从喷嘴结构的最大开口处延伸、通过剂量单元的文丘里管并且超出剂量单元的出口端。在文丘里管的最小横截面积中，取决于所选择的材料，填料将包括多条允许一定量的流体通过的小通道。借此，在文丘里管中可以得到用于流体流的非常小的容积，此外，每条通道的较小尺寸将确保在剂量单元中几乎是层流。以这种方式，在剂量单元中形成摩擦模式，这种模式允许不依赖于毛细管效应来进行精确剂量。
剂量单元和填料必须由相对于流体和环境来说是适当的材料制成，并设想在其中工作。剂量单元可由塑料、橡胶或类似的柔性材料或非柔性材料(例如塑料、金属、陶瓷)制成。
当剂量单元由柔性材料制成时，剂量单元的清洗可采用如下方式执行，即通过定期增加流体的压力，以使剂量单元在最狭窄的点处屈服，由此增大横截面积，并使杂质能够被冲洗出来。当剂量单元由非柔性材料制成时，类似地，机械装置必须被包括在该设计中，以使剂量单元的文丘里管的横截面积能够增大，并因此能够进行冲洗。
结合流体压力的定期增大，通过将清洗添加剂添加到流体中可进行剂量单元的前向冲洗。
此外，清洗可通过定期在压力下将气体加入到流体中来进行，以便同样实现对剂量单元的填料的机械清洗。
在剂量单元的外侧通过机械操作来进行定期前向冲洗的过程中，清洗也可通过对该剂量单元进行机械驱动而得到进一步的提高。
通过本发明，在剂量单元的整个文丘里管上，即使是在非常小的压降下(低至所说的0.1bar)，流体的剂量也可非常精确地加以确定。
当流体离开剂量单元的文丘里管时，为了最小化/避免形成压降，填料延伸超过剂量单元的出口端并与另一表面或流体接触是重要的。借此，流体可通过填料渗出，而不会形成压降。
此外，一个优点(但并不是强制性的)是，在文丘里管的后面，剂量单元终止于倾斜的切断。这导致流体的附着度降低。同样地，可通过将填料在入口侧处以倾斜的角度切断，来提高流体通过的容易度。通过这种方式，更容易打破流体中的任何空气/气泡，以使其能够通过。打破任何空气/气泡的又一方法是，将一些纤维伸入到剂量单元的供给管中，以便刺穿空气泡，从而允许通过。
填料通常为无机纤维。这种纤维的直径可根据情况而变化，但通常为0.006-0.5mm。填料可以是将其特性添加到流经它的流体，或者影响该流体的任何物质。通过这种方式，如果将流体添加到制成填料的化学物质中，那么填料的受控降解/溶解可能是引人关注的。这样的一个例子是，当剂量单元用于农业用途时，肥料排放到水中。这种肥料可以固态形式(例如丸状)输送，或在设置在剂量单元中作为填料的纤维中输送。随着肥料的溶解，剂量单元的横截面积增加，由此输送的水量增加，这可适合于仍在生长的植物对于水不断增加的需求。以相同的方式，填料可由用热的方法和/或用化学方法作用于流体的物质制成。这样的示例可以是通过用热的方法加热填料来加热流体、通过碳纤维对例如农药的化学限制。
填料还可以包括例如具有或多或少光滑表面的圆形纤维。直径越小，纤维的表面越粗糙，摩擦就越大。具有不同表面粗糙度的典型聚酯或聚丙烯纤维可以是优选的纤维。
填料可以由具有多种不同尺寸的一种以上的物质制成。这样，填料的芯可包括用热的方法加热的纤维，同时文丘里管中的纤维包含缓慢释放到流体中的银离子。
所述装置或方法通常用于每小时给定1-5000ml范围内的剂量。在剂量范围的低端，所述剂量方法与其它解决方法相比将具有许多优点。
用于少量(10-500ml/小时)的装置通常为30mm长，并具有6mm的外径。用于较多量(500-1000ml/小时)的装置，尺寸通常为40mm长，并具有8mm的外径。用于大量的装置而言，尺寸通常为60mm长，并具有10mm的外径。上述剂量单元的文丘里管的横截面积通常为0.75到20mm2。当然，这些尺寸仅用作指导作用，考虑到剂量单元的适合以及所选择的材料，可以将剂量单元做得更大或更小。
图1给出了具有锥形横截面的剂量单元；图2给出了在出口侧上的常规压力和较高压力下的剂量单元；图3给出了用于剂量用途的剂量单元的总体安装。
具体实施例方式
图1示出了本剂量单元的总体设计。
图1A示出了从侧面看去的剂量单元101，其带有用于示出图1B和1C所示横截面的线条。图1B示出了从入口侧看去的剂量单元101。
图1C示出了剂量单元101的中心横截面。剂量单元101在一端具有入口102，并在相对端106具有出口106。流体流动的方向总是从入口102朝向出口106。剂量单元101在入口102处具有能够固定该剂量单元的凸缘103。在内部，剂量单元101具有锥形剖面104，在锥形剖面后面，剂量单元终止于位于其出口端106处的文丘里管(venturitube)105。
图1A和1B示出了回转对称管形剂量单元，但它也可以是具有示于图1C的横截面的两片，其中它们的纵向轴线垂直延伸到附图所在的平面。这两片连在一起，限定了与锥形管的横截面相对应的文丘里管形的横截面。
图1D与图1C的剂量单元的横截面视图相对应，但此时在剂量单元101中具有填料108。所述填料被固定成必须在剂量单元的入口102处延伸。填料108在剂量单元的入口和出口之间的任何位置上均具有相同的体积，但在剂量单元的文丘里管109中被进一步压缩。注意，在剂量单元的出口后面，填料108被切断成不同的长度110，以便消除形成压降(drops)的潜在可能性。
图2示出了在常规操作和冲洗过程中的所述剂量单元。
图2A示出了具有填料204的剂量单元203，所述填料204通过流体腔202连接到流体供给源201。在剂量单元的出口后面，填料204与用于接收流体的表面205相接触。位于流体腔202中的流体静压将大于位于剂量单元出口后面的流体静压。
图2B示出了供给例如1bar的流体206的剂量单元207，由此剂量单元的柔性材料将屈服，并且该剂量单元的文丘里管209将扩张。剂量单元207的文丘里管209所增加的横截面积允许填料208中的任何杂质在常规压力(例如0.2bar)下，通过文丘里管209中的最密实的填料部分。同样，薄片型剂量单元(见对图1和2的描述)的文丘里管的增大是通过将所述片彼此移开实现的。
图3示出了通过连接管302连接到来自流体储罐301的流体供给源的剂量单元303。所述连接管302的尺寸在给定压力下为剂量单元303提供恒定的流体供给。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种剂量单元，它具有从入口朝向出口的内部锥形横截面，该横截面终止于剂量单元出口处的文丘里管，其中填料在剂量单元内沿纵向延伸，至少通过整个文丘里管并超出剂量单元出口，该填料附着在入口处，其中剂量单元产生从入口至出口的受摩擦控制的流体静压降，并且该剂量单元包括用于增加文丘里管的横截面积的装置。
2、根据权利要求1所述的剂量单元，其中，文丘里管由硬的材料制成，并且具有可调节的截面积，以允许或多或少的流体能够流过具有填料的区域。
3、根据上述权利要求所述的剂量单元，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积能够通过拉伸所述柔性材料而增大，以允许或多或少的流体能够流过具有填料的区域。
4、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，出口的剖面被倾斜地切断。
5、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，填料可被更换。
6、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，填料比所述剂量单元长。
7、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料能以受控的方式随时间降解或损耗。
8、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料用热的方法和/或用化学方法作用于流体。
9、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料包括两种或多种不同的物质。
10、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，包括用于定期前向冲洗的装置，该冲洗通过增加入口侧上的压力和/或通过机械打开文丘里管的几何尺寸，从而增大文丘里管的横截面积来实现。
11、根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，包括用于定期前向冲洗的装置，该冲洗通过使填料相对于文丘里管沿它们的公共纵向轴线移动来实现。
12、一种用于给定流体剂量的方法，其中，使流体通过具有锥形横截面和填料的剂量单元，所述填料沿剂量单元的纵向延伸并超出出口，从而通过剂量单元出口处的文丘里管，其中流体经受从剂量单元的入口至出口的受摩擦控制的流体静压降。
13、根据权利要求12所述的方法，其中，剂量单元通过前向冲洗来清洁。
14、根据权利要求13所述的方法，其中，定期进行剂量单元的清洁。
权利要求
1.一种剂量单元，它具有从入口朝向出口的内部锥形横截面，该横截面终止于剂量单元出口处的文丘里管，其中填料在剂量单元内沿纵向延伸，至少通过整个文丘里管并超出剂量单元出口，其中，剂量单元通过摩擦控制，允许一定量的流体在压力下以小的压降从入口通过直到出口。
2.根据权利要求1所述的剂量单元，其中，文丘里管由硬的材料制成，并且具有可调节的截面积，以允许或多或少的流体流过具有填料的区域。
3.根据上述权利要求所述的剂量单元，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积能够通过拉伸所述柔性材料而增大，以允许或多或少的流体能够流过具有填料的区域。
4.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，出口的剖面被倾斜地切断。
5.根据上述权利要求所述的剂量单元，其中，填料被连接在入口处。
6.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，填料可被更换。
7.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，填料比所述剂量单元长。
8.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料能以受控的方式随时间降解或损耗。
9.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料可用热的方法和/或用化学方法作用于流体。
10.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，其中，所述填料可包括两种或多种不同的物质。
11.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，包括用于定期前向冲洗的装置，该冲洗通过增加入口侧上的压力和/或通过机械打开文丘里管的几何尺寸，从而增大文丘里管的横截面积来实现。
12.根据上述权利要求中任一项所述的剂量单元，包括用于定期前向冲洗的装置，该冲洗通过使填料相对于文丘里管沿它们的公共纵向轴线移动来实现。
13.一种用于给定流体剂量的方法，其中，使流体通过具有锥形横截面和填料的剂量单元，所述填料沿剂量单元的纵向延伸并超出出口，从而通过剂量单元出口处的文丘里管，其中流体在压力下以小的压降从剂量单元的入口流向出口，并且所述流体流动通过摩擦控制。
全文摘要
一种连续可调的、在低压下给定流体剂量的装置和方法。本发明是自清洁型的，并具有较少的工艺。它包括其中插入有填料的锥形剂量单元，该填料能使流体沿剂量单元的纵向通过。在剂量单元的出口端设置夹紧填料的文丘里管，从而形成了适于给定的预期剂量的流体粘度和压力的喷嘴开口。当剂量单元阻塞时，可通过增加流体的压力，从而迫使柔性的剂量单元增大其横截面积来冲洗，或者以同样的方式通过机械打开剂量单元来冲洗。
文档编号F16K31/00GK101083906SQ200580043901
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月3日 优先权日2004年11月4日
发明者T·J·安诺生, B·博耶 申请人:创意公司