Герметическое устройство для защиты содержимого от повреждений и/или потерь

 

Изобретение относится к области устройств с непроницаемыми затворами и соединениями и может быть применено в упаковках, в элементах транспортных средств, а также в корпусах и трубопроводах различного оборудования. Герметическое устройство для защиты содержимого от повреждений и/или потерь включает емкость с испаряющим средством, установленную на емкости крышку с уплотнением из упругоподатливого материала, например эластомера, и внутреннюю газообразную среду. Устройство снабжено капиллярным адсорбером испаренной указанным средством жидкости, размещенным непосредственно около внутренней границы зоны контакта жесткой емкости и уплотнения, сопряженным с их смежными поверхностями, расположенными под углом друг к другу, и выполненным с возможностью разъема по одной из поверхностей, образующих капиллярную полость, при этом уплотнение или емкость выполнены со округлением вдоль внутренней границы зоны контакта, а капиллярная полость и жидкость испаряющего средства разделены газообразной средой. Изобретение обеспечивает повышение надежности укупоривания, а также снижение эксплуатационных расходов. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области устройств с непроницаемыми затворами и соединениями и может быть применено в упаковках, в элементах транспортных средств, а также в корпусах и трубопроводах различного оборудования.

Широко известны устройства, содержащие корпус или емкость с затвором, выполненным из полимера или имеющим упругую уплотнительную прокладку, расположенную в канавке или по периметру затвора, которая в месте соединения с корпусом или емкостью создает зону контакта:

1. ПМ №1283 RU, В 65 D 17/50;

2. Заявка №93007679/13 RU, В 65 D 43/02;

3. Патент №2018469 RU, В 65 D 47/32, 51/16;

4. А.с. №1640040 RU, В 65 D 41/04;

5. ПМ №7399 RU, В 65 D 41/26;

6. А.с. №1655856 RU, В 65 D 41/04;

7. Патент №4665654 US, H 02 В 1/28.

Недостатком аналогов является низкая надежность укупоривания устройств. Это связано с тем, что кольцевые прокладки, расположенные в замкнутых канавках, обладают свойством к самоуплотнению только при изменении давления взаимодействующей среды. А при нормальных условиях старение полимеров и релаксация напряжения в материале прокладок, вызывающие снижение контактного давления и расслаивание зоны контакта, ничем не компенсируются. В результате происходит разрыв этой зоны и, как следствие, утечка содержимого и/или проникновение окружающей среды в устройство.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является упаковка для консервации продуктов (заявка №2663291, FR, В 65 В 31/06).

Упаковка включает емкость с жидким консервантом, например, маринадом, и герметично установленную на емкости крышку с уплотнением из эластомера, толщина которого обеспечивает повторное герметичное укупоривание за счет памяти формы после проникновения в емкость основной и вспомогательной игл, через которые производится частичный отсос внутренней газообразной среды с образованием разряжения либо ввод инертного газа.

Недостаток известного устройства заключается в низкой надежности герметизации, т.к. память формы эластомера со временем ухудшается из-за потери им эластичных свойств вследствие большой относительной деформации материала при прокалывании его иглами отсасывающего средства. Это снижает допустимое число повторных укупориваний устройства.

Эксплуатационным недостатком конструкции является необходимость использования дополнительных технических средств и приложение внешней энергии для изменения состава среды, а также применение дорогих расходных материалов (инертный газ).

Изобретение решает задачу повышения надежности укупоривания при нормальном давлении за счет самоуплотнения устройства в процессе изменения состава его внутренней среды с функциональной зависимостью создаваемого давления от площади зоны контакта, а также снижение эксплуатационных расходов.

Этот результат достигается тем, что герметическое устройство для защиты содержимого от повреждений и/или потерь, включающее емкость с испаряющим средством, установленную на емкости крышку с уплотнением из упругоподатливого материала, например эластомера, и внутреннюю газообразную среду, согласно изобретению снабжено капиллярным адсорбером испаренной указанным средством жидкости, размещенным непосредственно около внутренней границы зоны контакта жесткой емкости и уплотнения, сопряженным с их смежными поверхностями, расположенными под углом друг к другу, и выполненным с возможностью разъема по одной из поверхностей, образующих капиллярную полость, при этом уплотнение или емкость выполнены со округлением вдоль внутренней границы зоны контакта, а капиллярная полость и жидкость испаряющего средства разделены газообразной средой.

Согласно изобретению адсорбер выполнен в виде открытой вовнутрь глухой капиллярной полости, образованной смежными поверхностями уплотнения и емкости и представляющей собой кольцо с клиновым радиальным профилем, сопряженное своей острой кромкой с внутренней границей зоны контакта.

Согласно изобретению испаряющее средство выполнено в виде жидкости со свободной поверхностью или увлажненного твердого или сыпучего продукта.

Согласно изобретению испаряющее средство выполнено в виде модуля, включающего резервуар с жидкостью, ее испаритель и блок управления с дозатором испаряемой жидкости или ее пара, при этом величина округления емкости или уплотнения соразмерна глубине капиллярной полости в радиальном сечении адсорбера.

Согласно изобретению для многократного укупоривания в атмосфере, содержащей пары гетерогенных жидкостей, внутренняя поверхность емкости выполнена с покрытием, не смачиваемым жидкостью испаряющего средства.

В заявляемом решении капиллярный адсорбер, выполняя функции поглотителя паровой фазы среды, дает возможность осуществлять разъемное стяжное соединение, причем именно размещение его непосредственно около границы зоны контакта обеспечивает убывающий характер функциональной зависимости создаваемого им контактного давления от площади зоны контакта. Пассивное уплотнение в заявляемой совокупности признаков также проявляет новое свойство - способность к статическому самоуплотнению при нормальном давлении среды за счет создания адсорбером локальной области пониженного давления. При этом испаряющее средство выполняет функции автономного источника энергии для создания этого разряжения, в условиях с нормальными давлением и температурой внутренней среды.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что надежность укупоривания устройства определяется, главным образом, вероятностью появления сквозных путей утечки в зоне контакта уплотнения и емкости. Эта вероятность обратно пропорциональна силе контактного давления и ширине зоны контакта. К тому же, в результате изгиба крышки при затяге соединения уплотнение обжимается неравномерно: по наружному краю сильнее, чем по внутреннему. Следовательно, расслаивание зоны контакта при старении эластомера будет начинаться с ее внутренней границы, что и определяет заявляемое место размещения адсорбера.

Испаряющее средство в процессе своего функционирования превращает внутреннюю газообразную среду в парогазовую смесь, содержащую испаренную средством жидкость в виде паровой фазы. Капиллярный адсорбер, взаимодействующий с этой смесью, изменяет ее состав в противоположном направлении путем конденсации паровой фазы среды в жидкость.

Этот конденсат заполняет капиллярную полость адсорбера с образованием искривленной поверхности в виде мениска, радиус кривизны (ρ) которой определяется главными радиусами кривизны R_M и r_M, лежащими в торцевой и радиальной секущих плоскостях, соответственно. Согласно закону Лапласа поверхностное натяжение этого конденсата вызывает в адсорбере возникновение отрицательного, относительно внутренней среды, капиллярного давления. Эта разность давлений оказывает стягивающее действие на смежные поверхности, сопряженные с адсорбером, в т.ч. и на поверхность уплотнения, которая обладает подвижностью за счет упругоподатливых свойств эластомера. При этом механические свойства жесткой емкости и заявляемый профиль капиллярной полости обеспечивают минимальную жесткость формы ее радиального сечения в направлении, перпендикулярном зоне контакта. Поэтому стягивающее действие, развиваемое адсорбером, концентрируется в этом направлении и уравновешивается деформационными напряжениями в эластомере и опорными реакциями в месте его защемления - по внутренней границе зоны контакта.

Это усилие возникает одновременно с началом капиллярной конденсации за счет смыкания поверхностей, образующих капиллярную полость, именно в узкой части ее клинового профиля, и сопряжения этой части с границей зоны контакта. Образующие поверхности, благодаря наличию округления, смыкаются под бесконечно малым углом, что создает условия для начала конденсации при любой, даже ничтожно малой, паронасыщенности внутренней среды.

При расслаивании зоны контакта, т.е. уменьшении ее площади, происходит приращение площади смежно с ней расположенного адсорбера. Под действием давления внутренней среды конденсат заполняет образовавшуюся безвоздушную щель, вследствие чего возрастает стягивающее усилие, которое равно произведению отрицательного капиллярного давления на новую величину площади его приложения.

В результате изгиба подвижной поверхности уплотнения и благодаря наличию округления вдоль внутренней границы зоны контакта материал уплотнения в этой области испытывает объемное напряженное состояние всестороннего сжатия. Это влечет за собой возникновение опорной реакции в виде дополнительного контактного давления (Р_г) на внутренней границе зоны контакта, которое с достаточной точностью подчиняется теории Герца-Беляева.

Так как средний радиус адсорбера в торцевой плоскости устройства много больше радиальной ширины капиллярной полости, то давление Р_г можно выразить в виде следующей функции:

где Кσ - коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств материалов уплотнения и емкости, поверхностного натяжения конденсата, а также степени соответствия теории Герца-Беляева;

ϕ - острый угол наклона подвижной поверхности уплотнения к зоне контакта;

R_k - радиус внешней границы зоны контакта;

S_k - площадь зоны контакта;

ψ - острый угол наклона зоны контакта к торцевой плоскости;

R_a - радиус линии пересечения мениска с подвижной поверхностью уплотнения;

ρ - радиус кривизны мениска;

R_b - радиус скругления;

β - острый угол наклона подвижной поверхности уплотнения к торцевой плоскости.

При этом геометрические параметры адсорбера и зоны контакта связаны следующей математической зависимостью:

где t - ширина капиллярной полости по хорде радиального профиля мениска;

α - угол радиального профиля капиллярной полости в точках его пересечения с мениском;

Θ_в и Θ_п - углы смачивания конденсатом поверхностей, образующих капиллярную полость, со округлением и без него соответственно;

k - коэффициент формы подвижной поверхности уплотнения, равный единице, если она без скругления, и равный нулю, если со скруглением;

γ - угловая ширина радиального профиля мениска относительно границы зоны контакта.

Причем величина угла α должна удовлетворять неравенству:

α<(180°-Θ_B-Θ_n).

Функция (1) является убывающей, т.к. ее первая производная по аргументу S_K меньше нуля. Следовательно, при уменьшении площади зоны контакта давление Р_г, создаваемое адсорбером в процессе изменения состава среды, возрастает и препятствует ее дальнейшему расслаиванию, что обеспечивает повышение надежности укупоривания устройства.

К тому же сопряжение адсорбера с уплотнением, выполненным именно из эластомера, создает компенсационный рост во времени давления Р_г за счет снижения потерь на растяжение материала, которое сопровождает изгиб подвижной поверхности уплотнения. Это происходит благодаря увеличивающейся жесткости материала, связанной с его старением, что подтверждается зависимостью (1), в которой коэффициент Кσ пропорционален квадратному корню из модуля упругости эластомера.

Таким образом, адсорбер активизирует пассивное уплотнение, выполненное, например, из эластомера в виде прокладки или пробки, и обеспечивает реализацию эффекта статического самоуплотнения при нормальном давлении.

Заявляемое положение адсорбера обеспечивает также повышение его вместимости путем присоединения к капиллярной полости смежных с ней впадин микрорельефа поверхностей уплотнения и емкости и глухих щелей в зоне контакта, образующихся из-за некачественного укупоривания. При этом конденсация жидкости начинается в глубине этих щелей и каналов, образованных впадинами микрорельефа, что приводит к увеличению стягивающего усилия.

Это усилие, основанное на физических процессах, не подвержено влиянию внешних воздействий, которые приводят к изменению упругих свойств конструкционных материалов, в т.ч. к развитию гистерезиса и релаксации напряжений.

Надлежащим образом выполненный адсорбер обеспечивает комплексную защиту содержимого емкости, в т.ч. и от действия агрессивных жидкостей. В частном случае он может осуществлять влагозащиту. При этом в испаряющем средстве используют водорастворимую жидкость, например, спирт, а адсорбер выполняют с гидрофильным покрытием.

Однако при многократном укупоривании устройства в условиях пониженной температуры и в атмосфере, содержащей пары гетерогенных жидкостей, на поверхностях, образующих капиллярную полость, происходит капельно-пленочная конденсация с образованием так называемого гетерогенного конденсата. Наличие капель несмешиваемых жидкостей на поверхности мениска приводит к уменьшению величины его поверхностной энергии и, как следствие, к изменению величины отрицательного капиллярного давления. Адсорбционное покрытие на внутренних поверхностях емкости изменяет состав среды путем поглощения паров жидкостей, не смачивающих поверхности капиллярной полости, и удерживает их в виде пленочного конденсата на своих (липофильных по отношению к нему) поверхностях.

Известно, что для капилляров свойственно постоянство отношения t /r_м, которое в случае капиллярной полости с клиновым радиальным профилем равно:

Поэтому, если в адсорбере соблюдается условие R_м>>r_м, функцию (1) с учетом равенств (2) и (3) можно выразить в тригонометрическом виде:

Приведенные зависимости (1) и (4) представлены без учета того факта, что на подвижную поверхность уплотнения воздействует также разность давлений между отрицательным капиллярным давлением и внутренними напряжениями, возникающими в эластомере при укупоривании устройства и действующими как в зоне контакта, так и на ее внутренней границе.

Если скругление на поверхности уплотнения или емкости выполнено много меньше радиальной глубины капиллярной полости, то величина угла γ мало отличается от величины угла α, а клиновой радиальный профиль капиллярной полости очерчивается прямыми линиями, кроме незначительного участка около границы зоны контакта, образованного округлением. При этом, как очевидно, угол α является величиной постоянной. Поэтому смещение мениска при различной наполненности капиллярной полости не влияет на величину давления Р_г, что подтверждается выражением (4). То есть диапазон рабочих температур устройства соответствует температурному диапазону существования конденсата, ограниченному его десорбцией.

Если величина скругления соразмерна глубине капиллярной полости, то ее профиль с одной стороны очерчивается дугой радиуса R_B. В этом случае γ=0,5 α, и эти углы уменьшаются при смещении мениска в глубь капиллярной полости, что в соответствии с выражением (4) приводит к росту давления Р_г.

Так как наполненность капиллярной полости пропорциональна паронасыщенности внутренней среды, то возникает возможность путем изменения ее состава управлять величиной давления Р_г и, следовательно, надежностью герметизации устройства. Для этого в заявляемое решение вводится дозатор испаряемой жидкости, а испаряющее средство выполняется управляемым.

Использование укупоренной продукции в качестве испаряющего средства и применение в устройстве элементов, функционирование которых основано на естественных физических процессах, не требующих затрат на подвод внешней энергии, способствуют снижению эксплуатационных расходов. Создание автономного источника разряжения (адсорбер совместно с испаряющим средством) исключает потребность в дополнительных технических средствах, а использованный способ защиты содержимого не требует применения дорогих расходных материалов. При этом выполнение адсорбера разъемным обеспечивает автоматическую его регенерацию перед повторным укупориванием без нанесения механических повреждений эластомеру.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство в виде упаковки с жидкой продукцией. На фиг.2 - радиальное сечение адсорбера в увеличенном масштабе. На фиг.3 - сечение этого адсорбера по плоскости зоны контакта. На фиг.4 и фиг.5 - расчетная схема адсорбера и схема его нагружения соответственно. На фиг.6 - устройство в виде кожуха для защиты размещенных в нем технических средств. На фиг.7 - радиальный разрез адсорбера в увеличенном масштабе. На фиг.8 - расчетная схема адсорбера.

Устройство, изображенное на фиг.1, 2, 3, содержит жесткую емкость 1, укупоренную крышкой 2, которая снабжена уплотнением 3, выполненным в виде прокладки из упругоподатливого материала, например, эластомера. Уплотнение 3 герметично сопряжено с емкостью 1 по поверхности зоны контакта 4, которая отделяет внутреннюю газообразную среду 5 от атмосферного воздуха. Затяжка соединения емкости 1 и крышки 2 для фиксации величины давления Р_к осуществлена подгибкой отбортованного края крышки 2, расположенного по ее внешнему периметру.

Емкость 1 снабжена испаряющим средством 6, выполненным, например, в виде жидкости со свободной испаряющей поверхностью, находящейся в контакте со средой 5. В простейшем случае жидкость испаряющего средства 6 представляет собой жидкую продукцию, размещенную в емкости 1. Благодаря герметичной укупорке емкости 1 пар жидкости, испаренной средством 6, находится в состоянии динамического равновесия с этой жидкостью.

Испаряющее средство 6 может быть выполнено также в виде увлажненной сыпучей или твердой продукции. При этом влажная поверхность продукции взаимодействует со средой 5.

Зона контакта 4 имеет внешнюю границу 7 радиуса R_к и внутреннюю границу 8 радиуса R_г. Непосредственно около границы 8 размещен капиллярный адсорбер 9, который сопряжен с емкостью 1 и уплотнением 3. Адсорбер 9 взаимодействует со средой 5, которая отделяет его от жидкости испаряющего средства 6, и выполнен в виде открытой вовнутрь глухой капиллярной полости 10, образованной смежными поверхностями 11 и 12, принадлежащими емкости 1 и уплотнению 3 соответственно. Такое формирование капиллярной полости 10 позволяет выполнить адсорбер 9 с возможностью разъема по одной из поверхностей 11 или 12 для упрощения его регенерации перед повторным укупориванием устройства.

Конденсат 13 жидкости, испаренной средством 6, заполняет капиллярную полость 10 и имеет открытую поверхность в виде мениска 14 с главными радиусами кривизны: R_м и r_м. Мениск 14 пересекает поверхности 11 и 12 по линиям 15 и 16 соответственно и имеет в радиальном сечении адсорбера 9 криволинейный профиль 17 радиуса r_м. Линия 16 в торцевой плоскости имеет радиус R_a.

Поверхности 11 и 12 смачиваются жидкостью, испаренной средством 6. При этом жесткая форма емкости 1 исключает самопроизвольное погружение адсорбера 9 в жидкость испаряющего средства 6, от которой он отделен средой 5, что предотвращает нейтрализацию стягивающего действия адсорбера 9.

Капиллярная полость 10 представляет собой кольцо с клиновым радиальным профилем, которое сопряжено своей острой кромкой с границей 8. Радиальный профиль капиллярной полости 10 имеет незамкнутый контур сечения со стороны внутренней среды 5 и состоит (см. фиг.4) из соприкасающихся на границе 8 двух радиальных профилей 18 и 19 поверхностей 11 и 12 соответственно. Профиль 19 имеет прямолинейную форму, а профиль 18 - комбинированную и состоит из криволинейной части 20 радиуса R_в, совмещенной с границей 8, и прямолинейной части 21, расположенной по касательной к части 20. Профиль 18 представляет собой выпуклую линию, выпуклость которой направлена в сторону профиля 19.

В точках пересечения с профилем 17 радиальный профиль капиллярной полости 10 имеет ширину t, измеряемую по хорде профиля 17, и угол раствора α, определяемый по углу между профилем 19 и частью 21, от которых отсчитываются также и углы смачивания Θ_п и Θ_в соответственно.

Профиль 17 относительно границы 8 имеет угловую ширину, характеризуемую углом γ, который образован профилем 19 и линией, замыкающей комбинированный профиль 18.

Зона контакта 4 в радиальном сечении адсорбера 9 имеет профиль 22, который совместно с профилем 23 торцевой секущей плоскости образует острый угол ψ. Этот угол соответствует углу наклона зоны контакта 4 к торцевой плоскости и, следовательно, углу между векторами укупоривающей силы Р_у и создаваемой ею силы контактного давления Р_к (см. фиг.5). Острый угол β между профилями 19 и 23 характеризует наклон поверхности 12 уплотнения 3 к торцевой плоскости.

Поверхность 12 является подвижной за счет упругоподатливых свойств материала уплотнения 3, а поверхность 11 емкости 1 имеет жесткую форму, определяемую свойствами емкости. Поверхность 12 расположена под углом ϕ к зоне контакта 4. Угол ϕ определяется по острому углу между профилем 19 и прямой, являющейся продолжением профиля 22.

Емкость 1 вдоль границы 8 выполнена со округлением 24, радиальное сечение которого соответствует криволинейной части 20 профиля 18. Скругление, как таковое, необходимо для обеспечения весьма малой площадки контакта, возникающей при сближении поверхностей 11 и 12 под действием стягивающего усилия, и создания в области этой площадки преимущественно упругих деформаций материала уплотнения 3.

На фиг.3 показана щель 25, которая может образоваться при расслаивании зоны контакта 4 в результате старения материала уплотнения 3 или при некачественном повторном укупоривании устройства.

Как один из примеров исполнения на фиг.6 и 7 показано устройство, предназначенное для многократного укупоривания в атмосфере, содержащей пары гетерогенных жидкостей. Оно содержит емкость 1, которая выполнена составной и включает в себя каркас 26 и съемные листы обшивки 27. Внутренняя поверхность емкости 1 имеет адсорбционное покрытие 28, не смачиваемое конденсатом 13, которое нанесено также и на легкосъемные листы внутренней обшивки (на чертеже не показаны), установленные внутри емкости 1. Легкосъемность внутренней обшивки предназначена для оперативного управления составом среды 5, которое возникает при многократном укупоривании устройства в условиях изменяющегося состава атмосферы.

Покрытие 28, нанесенное на отдельные элементы устройства (каркас 26, обшивка 27, листы внутренней обшивки), имеет неодинаковый химический состав для обеспечения максимальной адгезионной активности в отношении каждой из жидкостей, входящих в состав паровой фазы среды 5 и не смачивающих поверхности 11 и 12.

Внутри емкости 1 установлено защищаемое устройство 29, на элементы которого также нанесено покрытие 28.

Для предотвращения десорбции адгезированных жидкостей покрытие 28 может быть использовано со свойствами хемосорбции по отношению к этим жидкостям.

Уплотнение 3 вдоль границы 8 выполнено со скруглением 30. Величина скругления 30 соразмерна глубине капиллярной полости 10, поэтому ее радиальный профиль, изображенный на фиг.8, состоит из профилей 31 и 32, отличающихся по форме от соответствующих профилей на фиг.4. Профиль 31 имеет прямолинейную форму, а профиль 32 - криволинейную радиуса R_в и представляет собой выпуклую линию, выпуклость которой направлена в сторону профиля 31. При этом угол β, характеризующий наклон поверхности 12 к торцевой плоскости, заключен между профилем 23 и хордой 33 профиля 32. А угол α образуется профилем 31 и касательной 34 к профилю 32 в точке пересечения его с профилем 17. От касательной 34 отсчитывается и угол Θ_в.

Для регулирования состава среды 5 путем изменения парциального давления испаренной жидкости средство 6 выполнено управляемым и снабжено дозатором 35 этой жидкости. Дозатор 35 представляет собой насос, подающий жидкость из резервуара 36 в испаритель 37, выход которого соединен паропроводом со средой 5. Объемная подача жидкости дозатором 35 регулируется блоком управления 38, выполненным, например, в виде программируемого регулятора частоты вращения электродвигателя насоса. В случае, если дозатор 35 размещен вне емкости 1, он может быть соединен с ней паропроводом (на чертеже не показан). При этом для снижения эксплуатационных расходов паропровод имеет отводы, равные числу подсоединяемых к дозатору емкостей. Повышение полезной отдачи испаряющего средства объясняется тем, что нагреватели управляемых испарителей малой мощности имеют низкий КПД.

Для повышения точности регулирования паронасыщенности среды 5 дозатор 35 может быть выполнен двухканальным, причем второй канал (на чертеже не показан) дозатора 35, управляющий объемной подачей пара в среду 5, устанавливается на выходе испарителя 37.

Устройство работает следующим образом. Перед укупориванием устройства емкость 1 заполняют жидкой (или увлажненной) продукцией, т.е. размещают в емкости испаряющее средство 6. После этого устанавливают на горловину емкости 1 крышку 2 и фиксируют ее, например, подгибкой отбортованного края. Установкой крышки 2 формируют зону контакта 4 с исходной площадью S_к и изолированную внутреннюю среду 5. Одновременно с этим смыкают адсорбер 9 по плоскости разъема, подготавливая его тем самым к изменению состава среды 5.

При этом из-за изгибания крышки 2 уплотнение 3 по наружному краю обжимается сильнее, чем по внутреннему, чему соответствует эпюра давления Р_к (см. фиг.5) с максимумом Р_{к max}, смещенным к границе 7.

Средство 6 испаряет молекулы жидкости с ее свободной поверхности в среду 5, превращая ее в парогазовую смесь. Поверхности 11 и 12 адгезируют эти молекулы, в результате чего капиллярная полость 10 покрывается тонкой пленкой жидкости. При этом кинетическая энергия молекул этой жидкости превращается в энергию адгезионно-когезионных связей конденсата и теплоту адсорбции, которая поглощается за счет теплоемкости крышки 2 и емкости 1. В глухой части капиллярной полости 10, в которой сходятся поверхности 11 и 12, адсорбционная пленка образует искривленную поверхность чрезвычайно малого радиуса, лежащего в радиальной секущей плоскости. Благодаря вогнутой форме этой поверхности пар среды 5 становится относительно нее насыщенным, в результате чего начинается процесс капиллярной конденсации, изменяющий состав среды 5. Этот процесс приводит к увеличению радиуса адсорбционной пленки до некоторой равновесной величины и к образованию в итоге этого процесса конденсата 13 с мениском 14, характеризуемого радиусами кривизны R_м и r_м. К тому же этот процесс исключает появление воздушных включений на границе 8.

Под действием поверхностного натяжения мениска 14 конденсат 13 испытывает растягивающее усилие, которое создает в его объеме пониженное, относительно среды 5, отрицательное капиллярное давление Рσ. Или, что то же самое, давление среды 5 возрастает относительно объема капиллярной полости 10, заполненной конденсатом 13. Это избыточное давление, приложенное к поверхностям уплотнения 3, находящимся в контакте со средой 5, воздействует через массу уплотнения 3 на поверхность 12, т.к. эластомер, находящийся в состоянии всестороннего сжатия, подобен сильно вязкой жидкости, способной передавать давление во все стороны почти без потерь. Вследствие этого, а также нерастяжимости конденсата 13 к поверхности 12 в области с площадью S_y, заключенной между границей 8 и линией 16, а также к поверхности 11 - между границей 8 и линией 15, оказывается приложенной стягивающая сила F_ст. Ее нормальная составляющая F_H (см. фиг.5) направлена в ту же сторону, что и сила контактного давления Р_к в зоне контакта 4.

Так как поверхность 12 жестко сопряжена с поверхностью 11 вдоль границы 8 давлением Р_к и нагружена равномерно распределенным отрицательным капиллярным давлением Рσ, действующим по нормали к ней, то она не подвергается короблению, а изгибается в сторону поверхности 11. Сближение этих поверхностей под действием F_ст создает на границе 8 дополнительное контактное давление Р_г. Отсутствие коробления поверхности 12 обеспечивает равномерный характер распределения Р_г вдоль границы 8.

Таким образом, в зоне контакта 4 возникает суммарное давление РΣ имеющее двугорбую эпюру с максимумами Р_{к max} и Р_{г max}, смещенными к границам 7 и 8 соответственно. Такая характеристика распределения PΣ обеспечивает повышение надежности герметизации наиболее оптимальным образом.

Капиллярное исполнение адсорбера 9 удерживает конденсат 13 от перемещений под действием силы тяжести, что делает возможной работу устройства при любом угле наклона горловины емкости 1.

Если объем жидкости испаряющего средства 6 превышает объем капиллярной полости 10, то со временем адсорбер 9 войдет в состояние насыщения. При этом мениск 14 примет коническую или цилиндрическую форму, кривизна которой определяется только радиусом R_м. Однако поверхностные слои конденсата 13 будут удерживаться в этом случае только когезионными силами и под действием силы тяжести и внешних механических воздействий будут стекать вниз, увлекаемые к тому же силами смачивания поверхности 11. Это приведет к восстановлению кривизны мениска 14 в радиальной секущей плоскости.

При большом объеме среды 5 выполнение испаряющего средства 6 из увлажненной твердой или сыпучей продукции может предотвратить насыщение адсорбера 9.

При снятии крышки 2 происходит раскрытие капиллярной полости 10, вследствие чего исчезают капиллярные силы, удерживающие конденсат 13. Под действием сил тяжести капли конденсата 13 стекают вниз, освобождая поверхности 11 и 12. Поэтому при повторной установке крышки 2 на место капиллярная полость 10 оказывается пустой, а адсорбер 9 автоматически подготовленным к очередному циклу изменения состава среды 5.

С течением времени напряжения в материале уплотнения 3, вызванные контактным давлением в зоне контакта 4, релаксируют, т.е. уменьшаются, а сам материал подвергается старению, в результате чего происходит разуплотнение соединения емкости 1 и уплотнения 3.

По этой причине при расслаивании зоны контакта 4 около границы 8 возникает глухая щель 25, что влечет за собой уменьшение площади S_к. Конденсат 13 под действием давления среды 5 заполняет безвоздушную щель 25. При этом мениск 14 смещается в сторону границы 8 с уменьшением своего радиуса кривизны r_м за счет клиновой формы профиля капиллярной полости 10. Это приводит к росту отрицательного капиллярного давления и, следовательно, к увеличению относительного давления среды 5.

Площадь S_y при этом растет более резко, из-за соразмерности ее величины с площадью щели 25. А так как у границы 8 отсутствуют воздушные включения, то площадь S_y увеличивается на всю величину уменьшения площади S_к. Вследствие этого резко растет сила F_ст, причем ее величина оказывается функционально связанной с уменьшением площади S_к.

Таким образом, автономно, без использования дополнительных технических средств, около границы 8 возникает локальная область пониженного давления, функционально связанная с площадью зоны контакта 4. Адсорбер 9 при этом одновременно с функцией поглотителя паровой фазы среды 5 выполняет функцию стяжного средства, отслеживая состояние зоны контакта 4 и формируя, при необходимости, корректирующее силовое противодействие ее расслаиванию.

Благодаря малому объему капиллярной полости 10, соразмерному объему щелей, образующихся в зоне контакта 4, и отсутствию воздушных включений чувствительность адсорбера 9, как функционально стяжного средства, имеет максимальную величину.

При уменьшении щели 25 описанный процесс идет в обратном порядке к исходному состоянию устройства.

Работа устройства, изображенного на фиг.6, не отличается от изложенного. Однако при снятии крышки 2 атмосферный воздух, содержащий пары гетерогенных жидкостей, проникает внутрь емкости 1, поэтому после ее укупоривания пары жидкостей, не смачивающих поверхности 11 и 12 и не смешивающихся с конденсатом 13, адгезируются покрытием 28 в виде пленочного конденсата. Достаточно развитая поверхность емкости 1 с учетом поверхности защищаемого устройства 29 обеспечивает очистку среды 5 от паров гетерогенных жидкостей.

Если покрытие 28 выполнено хемосорбционным, то этот конденсат вступает с ним в химическое взаимодействие, которое предотвращает десорбцию указанных жидкостей. Замену обшивки 27 или листов внутренней обшивки проводят при истощении адсорбционного покрытия 28 или при его разрушении.

Дозатор 35 в соответствии с командами блока управления 38 впрыскивает в испаритель 37 порции жидкости, хранящейся в резервуаре 36. Испаренная жидкость по паропроводу поступает в среду 5. Ограниченный объем этих порций обеспечивает необходимую, наперед заданную, паро насыщенность среды 5 и, как следствие, наполненность капиллярной полости 10. В результате этого на границе 8 возникает давление Р_г, величина которого находится в соответствии с командами, управляющими дозатором 35.

В случае, если дозатор 35 имеет второй, дополнительный канал, то он создает принудительный поток пара из испарителя 37 в среду 5, что улучшает динамические и точностные характеристики процесса изменения ее состава.

Работа испаряющего средства 6 на группу емкостей, присоединяемых к отводам паропровода, не отличается от описанной выше.

В варианте исполнения дозирование можно осуществлять с помощью крышки, периодически открываемой вручную или с помощью дополнительного устройства. В этом случае на поверхности капиллярной полости наносится гидрофильное покрытие, а функции испаряющего средства выполняет влажный атмосферный воздух окружающей среды.

Использование заявляемого изобретения позволяет, благодаря повышению надежности укупоривания устройства при целенаправленном изменении состава его внутренней среды, увеличить степень защиты технических средств и уменьшить потери продукции при хранении и транспортировании, а также защитить окружающую среду за счет снижения количества аварийных проливов продукции, при этом обеспечивается повышение рентабельности используемого устройства за счет снижения эксплуатационных расходов.

Формула изобретения

1. Герметическое устройство для защиты содержимого от повреждений и/или потерь, включающее емкость с испаряющим средством, установленную на емкости крышку с уплотнением из упругоподатливого материала, например эластомера, и внутреннюю газообразную среду, отличающееся тем, что оно снабжено капиллярным адсорбером испаренной указанным средством жидкости, размещенным непосредственно около внутренней границы зоны контакта жесткой емкости и уплотнения, сопряженным с их смежными поверхностями, расположенными под углом друг к другу, и выполненным с возможностью разъема по одной из поверхностей образующих капиллярную полость, при этом уплотнение или емкость выполнены со округлением вдоль внутренней границы зоны контакта, а капиллярная полость и жидкость испаряющего средства разделены газообразной средой.

2. Герметическое устройство по п.1, отличающееся тем, что адсорбер выполнен в виде открытой во внутрь глухой капиллярной полости, образованной смежными поверхностями уплотнения и емкости и представляющей собой кольцо с клиновым радиальным профилем, сопряженное своей острой кромкой с внутренней границей зоны контакта.

3. Герметическое устройство по п.2, отличающееся тем, что испаряющее средство выполнено в виде жидкости со свободной поверхностью или увлажненного твердого или сыпучего продукта.

4. Герметическое устройство по п.2, отличающееся тем, что испаряющее средство выполнено в виде модуля, включающего резервуар с жидкостью, ее испаритель и блок управления с дозатором испаряемой жидкости или ее пара, при этом величина округления емкости или уплотнения соразмерна глубине капиллярной полости в радиальном сечении адсорбера.

5. Герметическое устройство по п.2, отличающееся тем, что внутренняя поверхность емкости выполнена с покрытием, не смачиваемым жидкостью испаряющего средства.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

TK4A - Поправки к публикациям сведений об изобретениях в бюллетенях "Изобретения (заявки и патенты)" и "Изобретения. Полезные модели"

Страница: 294

Напечатано: (57) 1. ...выполнены со округлением...4. ...при этом величина округления емкости...

Следует читать: (57) 1. ...выполнены со скруглением...4. ...при этом величина скругления емкости...

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2004

Код раздела: FG4A

Извещение опубликовано: 27.04.2005        БИ: 12/2005