Способ заполнения баллонов сжижен-НОй углЕКиСлОТОй Советский патент 1981 года по МПК F17C5/02 

Изобретение относится к заполнению сосудов высокого давления сжиженными газами и, преимущественно к заполнению сжиженной углекислотой баллонов, предназначенных для приготовления газированной воды в автосифонах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому, является способ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мер ной емкости, и последующий ее перепуск через зазор между пробкой и стенками нгшивного отверстия баллонов l 1. Недостаток способа наполнения за ключается в том, что в первый момент пуска жидкой углекислоты возни кает резкий перепад давлений в системе питания и полости гидроцилиндр по отношению к атмосферному давлени в полости баллона. Столб углекислот под действием перепада давлений ударяет по внешней торцовой повер ности пробки и, в случае слабой ее посадки в отверстие баллона (возмож ной за счет неблагоприятного сочетания и разброса даже допускных размеров пробок и отверстий в балло нах.) , пробка сдвигается и садится своим торцом на ступеньку наливного от вере ти я. При сдвиге пробки исключается заданный начальный наливной зазор между ее поверхностью и поверхностью стенок и уступа наливного отверстия баллона. При исключении зазора процесс перелива жидкой углекислоты невозможен и баллоны остаются заполненными только малой дозой газообразной фазы углекислоты успевшей проникнуть в баллон в самом начале наполнения. В случае же удара углекислоты и частичном сдвиге пробки при этом (т.е. элементы удерживающие пробку имеют конусность) величина зазора между торцом пробки и ступенькой и отверстии сокргвцается. В этом случае газовая фаза углекислоты, возникшая в начальный момент наполнения, проникает в баллон и выравнивает перепад давлений в гидроцилиндре и баллоне и остальная порция жидкой углекислоты (при отсутствии указанного перепада) затекает в :баллон в основном только под действием собственного веса. из-за относительной малости веси столба углекислоты малости перепада давлений и повьлиенного гидро сопротивления в уменьшенном зазоре, процесс заполнения затягивается и не укладывается в отведенное для наполнения время. В результате баллон остается не полностью наполненным. В случае же усиления конструктивных элементо.в (ребер) , выполненных на пробке, (с целью ее более надежного удержания в отверстии балло на в положений, обеспечивающем зазор между ее поверхностью и стенками отверстия), ухудшается геркдатичность соединения осаженной пробки с баллоном, так как увеличенные реб ра не пропрессовываются при осадке пробки и оставляют капиллярные зазор .(в углах ребер), создающие возможность утечки углекислоты из укупоре ного баллона. Кроме того, при заданном нормаль ном зазоре между пробкой и отверсти баллона, при поступлении жидкой угл кислоты в полость б.аллона, в началь ный момент, происходит форсированно дросселирование; ее в зазоре и резк ее расширение в полости баллона (пр этом необходимо учитывать, что зазор имеет лабиринтное проходное сечение). При дросселировании и резком рас ширений часть жидкой углекислоты охлалодается и намерзает в зазоре, образуя ледяные пробки, которые зависают в полостях резбообразных канавок и на уступе отверстия бсшлона. Ледяные пробки сокращают эффективное проходное отверстие зазор увеличивают его гидросопротивление и затягивают процесс заполнения баллонов. Увеличение же зазоров между пробкой и стенками горловины баллона до размеров, обеспечивакяцих быстрое и беспрепятственное наполнени ограничивается тем) что при этом за счет уменьшения диаметральных разме ров пробки должна быть увеличена ее высота (объем материала пробки долкен остаться прежним), а это, в сво очередь, при осадке и деформации пррбки, вызывает увеличение количейтва перемешиваемого материала части пробки, относительно резьбообразных канавок, вдоль наливного отверстия, из-за чего остаются непосредственные зазоры межд телом пробки и стенками резьбообраз ных канавок, которые ухудшают герме тичность соединения пробки с баллоном. При расширении углекислоты в беш лоне. и ее охлаждении, создается тем пературный перепад между стенками баллона и углекислотой. А так как заполняемый баллон имеет температур помещения, то охлажденная газовая фаза углекислоты несколько нагребается за счет отнятия теплоты от стенок баллона. И,для того, чтобы часть газовой фазы углекислоты (при данном давлении жидкой углекислоты в системе пи:тания) перевести снова в хидкую, необходимо выждать определенное время, необходимое для выравнивания температурного перепада у баллона и углекислоты и для последующей конденсации газовой фазы в жидкую. Температура жидкой углекислоты,при установившемся процесс.е нагулнения баллона, в конце системы питания и, особенно в гидроцилиндре ниже, чем температура помещения подаваемых на заполнение баллонов. Теплопередача относительно медленный процесс и выравнивание температурного перехода занимает длительное время и вынуждает удлинять время процесса заполнения . В результате значительный процент баллонов оказывается или не заполненным, или заполненным ниже допустимого минимального уровня, а про- цесс заполнения требует относительно длительный интервал времени, что снижает производительность устройства, реализукицего данный способ. Цель способа - ускорение процесса заполнения. Поставленная цель достигается за счет того, что первую порцию поступающей в мерную емкость У17лекйслоты переводят из жидкой фазы в газообразную и газовую фазу пропускают в баллон через зазор между пробкой и стенками наливного отверртия баллона. На чертеже изображено устройство осуществляющее заполнение баллонов сжиженной углекислотой, продольный разрез. Устройство состоит из баллона 1 с пробкой 2 установленной в гидроцилиндре 3 со штоком 4, золотника 5, пальца б, камеры 7 и трубопровода 8 с каналом 9. В стенках гидроцилиндра 3 выполнены мерная емкость 10 и каналы 11. Между пробкой 2 и стенками нгшивного сзтверстия бгшлона 1 имеется зазор 12. Емкость 10 и канал 11 перекрываются плунжером 13 Нижняя часть гидроцилиндра 3 имеет канал 14, трубопровод 15, винт 16, канал 17 и пуансон 18. Устройство работает следующим образом. Подлежащий заполнению очередной баллон укомплектованный пробкой 2 своим дульцем плотно вставляется в сливное отверстие гидроцилиндра 3и удерживается в этом положении штоком 4. Затем путем перевода золотника 5 отсечного затвора при помощи пальца 6 в положении открыто, камеру 7 гидроцилиндра сообщают с расходной емкостью при помощи трубопровода 8, канала 9 мерной емкости 10 канала 11. С целью получения эффекта дросселирования,величину проходного сечения канала 11 выполняют малой и соизмеримой, напри мер с сочетанием зазора 12 между те.лом пробки и стенками наливного отверстия баллона. Перед началом заполнения г лунжер 13 перекрывает мерную емкость 10 и канал 11. Затем при помощи сообце ния плунжеру 13 движения вверх,откры вает канёш 11. Углекислота под действием своего давления проникает по каналу 11 в полость гидроцилиндра малыми порциям так как встречает при перетекании относительно большое гидрЬсопротивление. Малые порции жидкой углекисло ты в полости гидроцилиндра немедленн переходят в газовую фазу углекислоты, легко проникают через зазор 12 в баллон. При перетекании углекислоты в баллон в виде газовой фазы ие могу образовываться ледяные пробки в зазо ре, а давление в полостях гидроцилиндра и баллона нарастает одновременно и быстро, что устраняет перепа давления и последукедий удар жидкой углекислотой по пробке. За время движения плунжера вверх давление в полостях гидроцилиндра и баллона поднимается до давления, близкого к давлению насыщенных паров углекислоты, и тем самым подготавливаются условия для последующей подачи жидкой углекислоты в полость гидр цилиндра через мерную емкость 10 (бе ее испарения и образования снега в гидроцилиндре и воздушных пробок в системе питания). Затем плунжер отк жлвает мерную ем кость 10 и жидкая углекислота спокой но и быстро гатекает в полость гидро цилиндра под действием веса своего столба и остаточной разности давлеиий. Объем полости, образованной стёнкгини цилиндра и торцом плунжера в его крайнем верхнем положении,уста навливают несколько большим, чем объем полости баллона. Затем золотник переводят в положение закрыто, а плунжеру сообщают быстрое движение вниз. При движении шрнжер вытесняет углекислоту в балЛон, при этом плунжер создает избыточное давление при котором газовая фаза углекислоты в гидроцилинд ре и баллоне сжимается и увеличивает свой удельный вес. С целью обеспечения надежного перехода газовой фазы углекислоты в эквивалент жидкой, значение давления доводят до значения выше критического давления сжижения углекислоты при данной ее температуре (температура же жидкой углекислоты в самом конце системы питания, в канале 9, и температура стенок гидроцилиндра {при установившемся процессе наполнения в установке) значительно ниже, чем температура жидкой углекислоты подаваемой из системы питания). При достижении полного заполнения бёшлона жидкой углекислотой и нарастании давления, при продолжении движения плунжера, избыток порции угле- . (КИСЛОТЫ вытесняется через кангш 17 и канал 14 переливного обратного клапана по трубопроводу 15. При этом давление срабатывания обратного клапана устанавливают, например, винтом 16/ несколько вьаае, чем критическое давление углекислоты при установившейся ее температуре. Установление избыточности вытесняе1«юй порции жидкой углекислоты .и повышенного давления срабатывания переливного клапана обеспечивает устранение распора плунжера и максимальное заполнение баллона углекислотой. Причем, максимальное заполнение баллонов хорошо обеспечивается и в условиях работы зарядных установок, имеющих сменные расходные емкости, когда по мере отбора из последних углекислота, происходит значительное падение давления в емкости, а следовательно, и в системе питания установки. Кроме того, избыточность порции углекислоты и подъем давления при вытеснении избытка обеспечивают надежный переход газовой фазы, находящейся в баллоне, в состояние с большим удельным весом. Затем продолжением движения плунжера при помощи пуансона 18 производят герметичную купорку баллона. Баллон извлекают из наливного отверстия гидроцилиндра, плунжер отводят вверх на величину выступления пробки из наливного отверстия следующего баллона и процесс повторяется. Формула изобретения Способ заполнения баллонов сжиженной углекислотой, включающий заполнение мерной емкости и последующий ее перепуск через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллонов, отличающийс я тем, что, с целью ускорения процесса заполнения,первую порцию поступающей в мерную емкость углекислоты переводят из жидкой фазы в газообразную и газовую фазу пропускают в баллон через зазор между пробкой и стенками наливного отверстия баллона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 184700, кл. F 17 С 5/02, 1962.

И