Аппарат для быстрого получения больших объемов таблеток твердой углекислоты
Аппарат для изготовления таблеток твердой углекислоты, содержащий корпус, имеющий частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, цилиндрический ротор, установленный в корпусе и вращающийся вокруг оси, смещенной относительно центральной оси указанной частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса, узел подачи и расширения жидкой СО2, сообщенный с указанным корпусом и ротором, в который жидкая углекислота поступает из источника под давлением и в котором жидкая СО2 превращается в газообразную фазу и фазу сухого льда, сухой лед разгружается в ротор, а газообразная углекислота выпускается, причем указанный ротор имеет ряд радиально подвижных лопаток, проходящих между ротором и частично цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, образуя ряд карманов, в которые поступает сухой лед из узла подачи и расширения, в результате вращения ротора вокруг его оси указанные карманы и сухой лед смещаются по окружности и объем карманов уменьшается, а сухой лед прессуется в таблетки, причем указанный корпус имеет зону разгрузки, связанную с карманами, когда их объем минимален, для выгрузки твердых спрессованных таблеток из корпуса. Использование данного изобретения обеспечивает моментальное изготовление большого объема твердых таблеток СО2 высокой плотности и требует небольших энергозатрат для получения таблеток «на месте», где такие таблетки нужны. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 20 ил.
Область изобретения.
Данное изобретение относится к облегченному, высокомобильному и эффективному аппарату для немедленного получения большого объема таблеток спрессованной твердой углекислоты (СО2). В аппарате используется жидкая углекислота, которая выгружается через сопла и расширяется до достижения состояния тройной точки фазовой диаграммы, в котором жидкая, газообразная и твердая фазы могут сосуществовать и в результате хорошо известного процесса мгновенно перейти в смесь, состоящую из СО2 в газообразной фазе и частиц сухого льда. Газообразная углекислота (СО2) выбрасывается в атмосферу, или возвращается в процесс для превращения в жидкость при помощи вакуумной системы восстановления, или используется при тушении огня. Частицы сухого льда укрупняются в хлопья большего размера, которые прессуются в таблетки посредством не центрально установленного ротора с радиально движущимися лопатками, установленными в радиальных щелях ротора. Ротор и лопатки образуют карманы, которые движутся по окружности и связаны с внутренней поверхностью частичного корпуса ротора, где хлопья прессуются в таблетки по мере того как объем карманов уменьшается при движении ротора и лопаток к точке выгрузки таблеток. В лопатках сделаны щели, доходящие до внешних кромок лопаток. В эти щели входят разделители, жестко смонтированные на частичном корпусе, и делят продолговатые карманы вдоль ротора, корпуса и смежных лопаток на карманы меньшего размера для формирования более мелких таблеток. Эти более мелкие таблетки выгружаются из частичного корпуса ротора в шлюзовую камеру, включающую корпус и ротор с лопатками, для перемещения таблеток к выпускному отверстию, изолированному от устройства прессования таблеток. Шлюзовая камера включает отверстие для выпуска воздуха, служащее для облегчения перемещения таблеток к месту использования, например к месту возгорания для тушения огня.
Описание уровня техники.
Формирование таблеток СО2 из твердой углекислоты хорошо известно. Эти таблетки использовались и используются в различных целях, например, для обработки поверхности такими таблетками, выпущенными из пескоструйного аппарата, для перемещения материалов, для нейтрализации вредных веществ в окружающем воздухе, для быстрого замораживания пищевых продуктов или иных материалов и т.п.
Разнообразные способы использования жидкой СО2, в том числе аппараты для получения таблеток СО2 из жидкой СО2, раскрыты в следующих патентах США: 4033736, 4389820, 4977910, 5355962, 5419138.
Хотя в некоторых патентах, относящихся к известному уровню техники, описаны аппараты для формирования таблеток СО2, рабочие характеристики, включая затяжной пуск, малый объем продукции и детали структуры, в том числе большие тяжелые компоненты, а также эксплуатационные требования, ограничили использование таблеток СО2 для различных целей.
Например, в патенте США №4033736 крыльчатка 80 установлена не центрально относительно корпуса 30. Сухой лед из СО2 образуется между корпусом и крыльчаткой. При вращении крыльчатки сухой лед радиально вытесняется через проходы 52, где сухой лед прессуется в основном под воздействием пружин 76. В данном изобретении сухой лед прессуется во время его движения по окружности между ротором и корпусом в карманах, ограниченных корпусом, ротором и радиально движущимися лопатками на роторе. Эти карманы движутся по окружности и уменьшаются в объеме благодаря внецентренному соотношению между ротором и корпусом.
В патенте США №5419138 описывается использование гидравлического плунжера для прессования сухого льда (СО2) в таблетки и обсуждаются усовершенствования известных аппаратов для получения таблеток СО2 и сухого льда, использование таких таблеток и сухого льда и рабочие характеристики известных аппаратов. Производительность аппарата низкая, пуск затяжной, конструкция тяжелая и потребности в энергии значительны.
Аппарат согласно настоящему изобретению, наоборот, обеспечивает моментальное изготовление большого объема твердых таблеток СО2 высокой плотности и требует небольших энергозатрат для получения таблеток «на месте», где такие таблетки нужны для ликвидации пожаров, снижения загрязнения окружающей среды и т.п.
Краткое изложение изобретения.
В течение многих лет газообразная двуокись углерода с частицами сухого льда или без них использовалась и используется для ликвидации пожаров, особенно в некоторых опасных условиях.
До изобретения систем "Халон" СО2 была единственным газообразным средством эффективного пожаротушения при возгорании большинства материалов, за исключением некоторых активных металлов и материалов, содержащих свой собственный источник кислорода. Газообразная двуокись углерода является желательным средством для ликвидации пожаров, поскольку она не горит, не выбрасывает своих собственных продуктов разложения, обеспечивает свою собственную герметизацию для выпуска из контейнера для хранения, так что нет необходимости в дополнительной герметизации, газообразная двуокись углерода не оставляет осадка, так что нет необходимости в очистке контейнера от агента, она сравнительно инертна по отношению к большинству материалов, обеспечивает трехмерную защиту, поскольку в условиях окружающей среды представляет собой газ, не проводит электричества и может использоваться при наличии электрооборудования под напряжением. Однако использование газообразной CO2 в качестве средства для ликвидации возгораний и пожаротушения несколько ограничено из-за невозможности доставить газообразную СО2 к месту возгорания на расстояния, намного превышающие 10-15 футов. Кроме того, ранее известные устройства не вырабатывают достаточно больших объемов таблеток CO2, которые можно было бы транспортировать на большие расстояния для эффективной борьбы с пожарами и загрязнениями.
Системы на основе «Халона» постепенно снимаются с производства в связи с правилами Управления по Охране Окружающей Среды, которые требуют постепенного снятия с производства веществ, вызывающих истощение озонового слоя.
Двуокись углерода рассматривается в качестве альтернативной технологии, и настоящее изобретение предусматривает использование СО2 в качестве замены «Халона» и других веществ, вызывающих истощение озона, которое может нанести вред окружающей среде, например разнообразные пенообразователи и т.п.
Целью настоящего изобретения является создание аппарата для немедленного получения большого объема таблеток твердой углекислоты высокой плотности из жидкой углекислоты под давлением, используя относительно небольшую, облегченную, высокомобильную конструкцию. Один вариант аппарата согласно изобретению имеет общий вес меньше чем 100 футов, высоту около 30 дюймов и глубину и ширину приблизительно от 6 до 12 дюймов. Аппарат работает от электромотора небольшой мощности. Приведенные выше размеры аппарата могут меняться в зависимости от желаемой производительности. Аппарат также может приводиться в действие бензиновым или дизельным двигателем небольшой мощности. Вышеописанный вариант аппарата согласно изобретению может производить приблизительно от 600 до 800 фунтов таблеток СО2 в час в зависимости от размеров компонентов и скорости вращения ротора. Время запуска аппарата составляет приблизительно 3 секунды, так что обеспечивается весьма эффективная, недорогая и быстро приводимая в действие система пожаротушения.
Другой целью изобретения является создание аппарата для получения таблеток двуокиси углерода согласно изобретению и предыдущей цели, который включает корпус для приема жидкой углекислоты под давлением, которая выгружается через ряд сопел в квадратные компенсационные трубы, где жидкая двуокись углерода превращается в смесь газообразной двуокиси углерода и частичек сухого льда. Газообразная двуокись углерода выпускается в атмосферу или в систему улавливания паров. Частицы сухого льда, образованные в трубах из расширяющейся СО2, собираются в карманах роторной системы и прессуются в таблетки твердой углекислоты.
Еще одной целью изобретения является создание аппарата для получения таблеток двуокиси углерода согласно изобретению и предыдущим целям, в котором конструкция для прессования скопившихся частиц сухого льда в таблетки включает частичный в основном цилиндрический корпус с цилиндрическим ротором, установленным в этом корпусе на оси с отклонением от центра кривизны частично цилиндрического корпуса. В роторе имеются радиальные щели, в которые входят радиально подвижные лопасти или лопатки, торцевые кромки которых поддерживаются в тесном контакте с внутренним пространством частично цилиндрического корпуса, образуя множество непрерывных карманов, за исключением тех щелей, в которые входят дугообразные разделители на корпусе. Эти лопатки двигаются радиально относительно вращающегося ротора, который перемещает их по внутренней поверхности частично цилиндрического корпуса. В результате частицы сухого льда и хлопья, двигаясь по окружности, превращаются в твердую таблетку двуокиси углерода по мере того как непрерывные карманы, образованные корпусом, ротором и лопатками, перемещаются от большого входного объема к малому выходному объему. Разделители на корпусе режут таблетку, образованную в каждом кармане, на множество таблеток меньшего размера, которые выгружаются из ротора.
Дополнительной целью изобретения является создание аппарата в соответствии с целью указанной выше, в котором СО2 подается в компрессор через сопло, включает диафрагму для того, чтобы обеспечить возможность расширения жидкой CO2 до состояния тройной точки фазовой диаграммы.
Еще одной целью изобретения является создание аппарата для получения таблеток углекислоты как определено в предыдущих целях, в котором таблетки меньшего размера выгружаются из ротора в шлюзовую камеру для приема твердых таблеток. Шлюзовая камера содержит цилиндрический корпус с впускным отверстием для таблеток и ротор с радиальными лопатками, проходящими от ротора и находящимися в непрерывном контакте с внутренней поверхностью корпуса. Ротор и лопатки вращаются вокруг оси, концентричной с осью цилиндрического корпуса, и образуют множество карманов постоянного объема. Корпус имеет выпускное отверстие для таблеток, удаленное от входного отверстия, а также входное и выходное отверстия для потока воздуха, сообщающиеся с противоположными концами корпуса шлюзовой камеры. Поток воздуха, проходящий через корпус, увлекает таблетки твердой углекислоты и переносит таблетки из шлюзовой камеры в место использования или хранения.
Еще одной дополнительной целью изобретения является создание аппарата для получения таблеток СО2, в котором таблетки выгружаются из узла прессования таблеток под действием силы тяжести, жидкая СО2 расширяется в трубе, вытесняя сухой лед в карманы в компрессоре, а газообразная СО2 собирается для последующего использования.
Еще одной дополнительной целью настоящего изобретения является создание аппарата в соответствии с вышеуказанными целями, в котором ротор компрессора вращается вокруг центральной оси, а компрессор имеет внутреннее внецентренное пространство, взаимодействующее с ротором и лопатками для прессования сухого льда (СО2) в таблетки.
Еще одной очень важной целью изобретения является создание аппарата для получения таблеток углекислоты, который отличался бы небольшим весом, небольшими размерами, который можно было бы легко транспортировать, который был бы дешев в изготовлении и работе, прост и быстр в запуске и работе и обеспечивал бы получение большого объема таблеток углекислоты для эффективного пожаротушения и прочих применений.
Эти и другие цели и преимущества, которые станут очевидными, заключаются в деталях конструкции и работы, описанных и заявленных более подробно ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, которые являются частью изобретения, на которых одни и те же числовые обозначения относятся к одним и тем же деталям.
Вышеуказанные цели достигаются тем, что аппарат для изготовления таблеток твердой углекислоты, содержащий корпус, имеющий частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, цилиндрический ротор, установленный в корпусе и вращающийся вокруг оси, смещенной относительно центральной оси указанной частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса, узел подачи и расширения жидкой СО2, сообщенный с указанным корпусом и ротором, в который жидкая углекислота поступает из источника под давлением и в котором жидкая СО2 превращается в газообразную фазу и фазу сухого льда, сухой лед разгружается в ротор, а газообразная углекислота выпускается, причем указанный ротор имеет ряд радиально подвижных лопаток, проходящих между ротором и частично цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, образуя ряд карманов, в которые поступает сухой лед из узла для подачи и расширения, в результате вращения ротора вокруг его оси указанные карманы и сухой лед смещаются по окружности и объем карманов уменьшается, а сухой лед прессуется в таблетки, причем указанный корпус имеет зону разгрузки, связанную с карманами, когда их объем минимален, для выгрузки твердых спрессованных таблеток из корпуса. Указанный узел для подачи и расширения имеет канал для подачи жидкой углекислоты, удлиненный коллектор для приема жидкой углекислоты, ряд сопел в коллекторе для обеспечения разгрузки и расширения углекислоты, ряд квадратных компенсационных труб для приема расширяющейся жидкой углекислоты из сопел с получением смеси углекислоты и сухого льда, причем упомянутые квадратные компенсационные трубы имеют разгрузочные концы рядом с ротором для равномерной выгрузки сухого льда по всей площади карманов, образованных лопатками ротора, и для выхода газообразной углекислоты.
Аппарат содержит шлюзовую камеру для приема таблеток углекислоты из корпуса ротора, причем шлюзовая камера включает цилиндрический корпус, ротор в упомянутом цилиндрическом корпусе, вращающийся вокруг оси, совпадающей с центральной осью упомянутого цилиндрического корпуса, причем упомянутый ротор в шлюзовой камере снабжен рядом радиально выступающих и подпружиненных лопаток, взаимодействующих с цилиндрическим корпусом, ограничивая карманы с открытым верхом, в которые принимаются таблетки твердой углекислоты и переносятся в изолированных карманах в зону разгрузки, причем вход и выход для воздуха на противоположных концах цилиндрического корпуса шлюзовой камеры сообщены с изолированными карманами в упомянутой зоне разгрузки для выгрузки таблеток из изолированных карманов. Упомянутый цилиндрический корпус имеет выход для воздуха, расположенный на расстоянии от зоны разгрузки таблеток, служащий для удаления остаточного воздуха из карманов в роторе в цилиндрическом корпусе прежде, чем карманы окажутся на одной прямой с отверстием для разгрузки твердых таблеток из ротора, формующего таблетки.
Указанный корпус имеет противоположные боковые стенки, причем в каждой стенке имеется круглая полость, центр которой совпадает с центром частично цилиндрической внутренней поверхностью и смещен относительно оси вращения ротора, причем концы упомянутых лопаток входят в полости, так что внешние кромки лопаток удерживаются в положении, смежном с частично цилиндрической внутренней поверхностью во время вращения ротора, обеспечивая уменьшение объема карманов и сжатие сухого льда в карманах по мере того, как ротор перемещается из положения, при котором карманы последовательно располагаются на одной прямой с узлом для подачи и расширения и имеют максимальный объем, в положение на одной прямой с зоной разгрузки, где карманы имеют минимальный объем и частицы сухого льда в каждом кармане спрессовываются в таблетку. В каждой лопатке выполнен ряд продольных щелей, расположенных на расстоянии друг от друга, доходящих до внешней кромки лопатки, причем упомянутый частично цилиндрический корпус содержит ряд параллельных разделителей, расположенных на расстоянии друг от друга на упомянутой внутренней поверхности, причем упомянутые разделители входят в упомянутые щели и разрезают таблетку в каждом кармане на ряд таблеток одинакового размера, по мере того как лопатки, карманы и сухой лед двигаются по окружности по частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса. Каждый разделитель имеет дугообразную форму и имеет внешнюю кромку, входящую в канавки, совпадающие с внутренней поверхностью упомянутой частично цилиндрической поверхности, и внутреннюю кромку, совпадающую с внешней поверхностью упомянутого ротора. Упомянутый корпус имеет переднюю стенку и заднюю стенку, причем каждый из упомянутых разделителей имеет нижний конец, находящийся на одной прямой с внутренней поверхностью верхнего конца упомянутой задней стенки, причем нижний конец упомянутого частично цилиндрического корпуса соединен с внутренней поверхностью верхнего конца упомянутой задней стенки и лежит на одной прямой с этой поверхностью, причем упомянутый частично цилиндрический корпус оканчивается верхней кромкой, отстоящей меньше чем на 180° от нижнего конца, чтобы верхняя часть ротора осталась открытой и взаимодействовала с верхними лопатками ротора, образуя открытые сверху карманы для приема частиц сухого льда из узла для подачи и расширения. Верхняя кромка имеет внутреннюю поверхность, ориентированную так, что она близка к траектории движения внешних кромок лопаток при их движении вверх к узлу для подачи и расширения, причем упомянутая передняя стенка имеет ряд параллельных ребер, расположенных на расстоянии друг от друга на ее внутренней поверхности и входящих в щели в лопатках для предотвращения движения сухого льда вниз из узла для подачи и расширения мимо ротора в зону разгрузки. По крайней мере одна из упомянутых боковых стенок имеет вход для воздуха, расположенный на одной прямой с закрытым карманом, содержащим таблетку твердой CO2, когда закрытый карман проходит мимо нижнего конца частично цилиндрического корпуса, причем упомянутый вход для воздуха приспособлен для приема сжатого воздуха со скоростью, достаточной для вытеснения таблеток твердой CO2 из карманов, проходящих мимо нижнего конца разделителей и частично цилиндрического корпуса, и для выгрузки упомянутых таблеток в шлюзовую камеру. Упомянутая передняя стенка корпуса снабжена на передней поверхности камерой для сбора, причем упомянутая камера обеспечивает закрытие верхнего торцевого участка упомянутых стенок корпуса для сбора всей газообразной CO2, вышедшей из узла для подачи и расширения, причем упомянутая камера для сбора имеет в ее стенке выходное отверстие. Упомянутый узел для подачи и расширения проходит вверх под углом к ротору и корпусу для уменьшения размера аппарата и увеличения агрегации мелких частиц сухого льда в более крупные хлопья и выгрузки их под действием силы тяжести в открывающиеся вверх карманы между соседними лопатками на роторе. Упомянутые открывающиеся вверх карманы, ограниченные соседними лопатками, при их движении вверх от ротора, образуют непрерывные карманы с непрерывными поверхностями стенок, причем нижние концы упомянутых компенсационных труб имеют такую форму, что сухой лед выгружается во все участки каждого открывающегося вверх кармана. Упомянутая шлюзовая камера включает цилиндрический корпус, ротор в упомянутом цилиндрическом корпусе, вращающийся вокруг оси, совпадающей с центральной осью упомянутого цилиндрического корпуса, причем упомянутый ротор в шлюзовой камере снабжен рядом радиальных и подпружиненных лопаток, взаимодействующих с цилиндрическим корпусом, образуя открывающиеся вверх карманы для приема таблеток твердой углекислоты и перемещения их в изолированных карманах к зоне разгрузки, и входом и выходом для воздуха на противоположных концах цилиндрического корпуса шлюзовой камеры, сообщающимися с изолированными карманами в упомянутой зоне разгрузки для выгрузки таблеток из изолированных карманов. Упомянутый цилиндрический корпус имеет выход для воздуха, расположенный на расстоянии от зоны выгрузки таблеток, для выпуска остаточного воздуха из карманов в роторе в цилиндрическом корпусе прежде чем карманы окажутся на одной прямой с зоной для выгрузки твердых таблеток из ротора, формующего таблетки.
В упомянутом частично цилиндрическом корпусе имеется поперечная стопорная планка, закрывающая нижние концы упомянутых канавок и служащая упором для участка нижнего конца каждого разделителя, находящегося в указанных канавках.
Каждый разделитель имеет скошенный верхний конец, радиально проходящий на всю длину каждой щели в каждой лопатке, так что таблетка в каждом кармане разрезается на таблетки меньшего размера.
Упомянутый узел для подачи и расширения снабжен соплом, проходящим сквозь боковую стенку упомянутого корпуса, причем упомянутое сопло сообщается с источником CO2 под давлением и обеспечивает расширение СО2 в упомянутых карманах в виде сухого льда для дальнейшего прессования в таблетки и выгрузки из корпуса.
Вышеуказанные цели достигаются также тем, что аппарат для сжатия сжимаемого материала при движении этого материала по окружности, содержащий корпус, имеющий по крайней мере частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, имеющую центральную ось, цилиндрический ротор, вращающийся вокруг оси, расположенной на расстоянии от центральной оси упомянутой частично цилиндрической внутренней поверхности, причем упомянутый ротор имеет ряд радиальных щелей, причем радиально подвижная лопатка в каждой щели взаимодействует с ротором и частично цилиндрической поверхностью и образует радиальные карманы для приема сжимаемого материала во входной зоне, когда карманы оказываются на одной прямой с входной зоной и для сжатия материала, при движении материала в карманах по окружности и сжатии его по мере того как объем карманов уменьшается при движении к зоне разгрузки около конца упомянутого частично цилиндрического корпуса, расположенного ближе к оси вращения упомянутого ротора, чем конец упомянутых карманов, соседствующий с входной зоной, в результате чего исключается радиальная экструзия сжимаемого материала через диафрагмы.
Каждая упомянутая лопатка имеет ряд щелей, проходящих до внешней кромки лопатки, причем на упомянутой частично цилиндрической поверхности имеется ряд дугообразных блокаторов, у каждого из которых внутренняя кромка входит в одну из упомянутых щелей, и, таким образом, предотвращается утечка газообразной CO2 через упомянутые щели в лопатках. Упомянутый корпус имеет боковые стенки, причем во внутренней поверхности каждой боковой стенки имеется круглая полость, причем у каждой упомянутой лопатки имеются торцевые кромки, входящие в упомянутые полости, как в направляющие, причем упомянутые полости имеют центральную ось, совпадающую с центральной осью упомянутой частично цилиндрической поверхности так, что упомянутые лопатки перемещаются радиально относительно ротора во время его вращения вокруг упомянутой оси, расположенной на расстоянии от центральной оси упомянутых полостей и частично цилиндрической внутренней поверхности упомянутого корпуса. Упомянутый корпус снабжен режущей пластиной, направленной к упомянутому ротору вблизи упомянутой зоны разгрузки для удаления сжатого материала из упомянутых карманов.
Вышеуказанные цели достигаются также тем, что аппарат для сжатия сжимаемого материала при движении этого материала по окружности, содержащий корпус, имеющий по крайней мере частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, имеющую центральную ось, цилиндрический ротор, вращающийся вокруг оси, совпадающей с центральной осью упомянутой частично цилиндрической внутренней поверхности, причем в упомянутом роторе выполнен ряд радиальных щелей, причем радиально движущаяся лопатка в каждой щели взаимодействует с ротором и частично цилиндрической поверхностью, образуя радиальные карманы для приема сжимаемого материала во входной зоне, когда карманы оказываются на одной прямой с входной зоной, причем упомянутый корпус имеет поверхность, расположенную внецентренно и ближе к оси вращения упомянутого ротора, чем цилиндрическая поверхность, для прессования материала в таблетки по мере того как объем материала в карманах и объем самих карманов уменьшается при движении карманов по внецентренной поверхности к зоне разгрузки в упомянутом корпусе на расстоянии от упомянутой входной зоны, для выгрузки спрессованных таблеток под действием силы тяжести.
В упомянутой входной зоне имеется сопло, через которое проходит жидкая СО2 и расширяется, образуя частицы сухого льда, укрупняющиеся в упомянутых карманах, когда лопатки взаимодействуют с частично цилиндрической поверхностью упомянутого корпуса.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показан частичный вертикальный разрез аппарата по оси вращающегося ротора для формования таблеток двуокиси углерода согласно изобретению.
На фигуре 2 показан частичный вертикальный разрез по линии 2-2 на фигуре 1, иллюстрирующий компоненты аппарата для расширения углекислоты и прессования таблеток согласно изобретению.
На фигуре 3 показан детальный горизонтальный разрез ротора, лопаток и корпуса по оси вращения ротора.
На фигуре 4 показана увеличенная вертикальная проекция одной из подвижных лопаток ротора, используемых в узле для прессования таблеток.
На фигуре 5 показан продольный разрез коллектора для жидкой CO2, иллюстрирующий конструкцию расширительных сопел.
На фигуре 6 показан вид снизу коллектора, иллюстрирующий положение расширительных сопел.
На фигуре 7 показан частичный вид сбоку верхнего конца квадратной компенсационной трубы.
На фигуре 8 показан частичный вид передней стенки поддерживающего корпуса, иллюстрирующий ребра на его поверхности, обращенные к ротору.
На фигуре 8А показан вид сбоку передней стенки поддерживающего корпуса, иллюстрирующий конфигурацию ребер.
На фигуре 9 представлен подробный схематичный чертеж, иллюстрирующий соотношение между лопатками ротора и ребрами.
На фигуре 10 представлен схематичный чертеж одного из карманов для приема частиц сухого льда и газообразной СО2.
На фигуре 11 подробно изображен один из разделителей, смонтированных на частично цилиндрическом корпусе.
На фигуре 12 показан разделитель со скошенным верхним концом для разделения таблетки, образованной в кармане, уменьшающегося объема на таблетки меньшего размера.
На фигуре 13 показан частичный разрез, поясняющий связь входного отверстия для воздуха с ротором и карманами для удаления таблеток из ротора.
На фигуре 14 показан вертикальный разрез шлюзовой камеры для приема спрессованных таблеток твердой CO2, выгруженных из карманов ротора, и управления выгрузкой таблеток из аппарата.
На фигуре 15 показан горизонтальный разрез шлюзовой камеры для приема, где показаны входное и выходное отверстия для потока воздуха.
На фигуре 16 показан продольный вертикальный разрез, аналогичный фигуре 1, иллюстрирующий другое исполнение аппарата с использованием сопла для введения СО2 в компрессор.
На фигуре 17 показан поперечный разрез исполнения изобретения, представленного на фигуре 16.
На фигуре 18 подробно показан режущий механизм, используемый в этом варианте исполнения изобретения.
На фигуре 19 представлен продольный вертикальный разрез, иллюстрирующий другой вариант исполнения изобретения.
На фигуре 20 представлен продольный вертикальный разрез, иллюстрирующий другой вариант исполнения изобретения, в котором ротор вращается вокруг центральной оси, а внутренняя полость корпуса отклонена от соосности.
Описание предпочтительных вариантов исполнения.
Хотя подробно описаны только два предпочтительных варианта исполнения изобретения, следует иметь в виду, что эти варианты приводятся только в качестве иллюстрации. Объем изобретения не ограничивается деталями конструкции и расположением компонентов, изложенных ниже в описании или показанных на чертежах. Для ясности в описании предпочтительных вариантов исполнения изобретения будет использована специальная терминология. Следует иметь в виду, что каждый специальный термин включает все технические эквиваленты, которые работают аналогичным образом для достижения аналогичной цели.
Аппарат для быстрого получения большого количества таблеток углекислоты согласно изобретению показан на чертежах и, как правило, обозначается позицией 10. Аппарат включает корпус 12, поддерживающий вращающийся компрессор 14 СО2, сообщающийся с узлом 16 для подачи и расширения жидкой СО2 на его входной зоне, сообщающийся со шлюзовой камерой 18 в его выходной зоне для регулирования выгрузки таблеток спрессованной твердой СО2, образованных компрессором 14.
Корпус 12 включает горизонтально расположенную опорную плиту 19, пару вертикальных, параллельных боковых стенок 20, расположенных на расстоянии друг от друга, каждая из которых имеет прямоугольную конфигурацию и жестко соединена с опорной плитой 19. Вертикальная передняя стенка 22 жестко соединена с опорной плитой 19, проходит вверх между боковыми стенками 20 и оканчивается у верхней кромки 24 ниже верхней кромки боковых стенок 20, как показано на фигуре 2. Частичная задняя стенка 26, расположенная на расстоянии от передней стенки 22 и параллельная ей, проходит вертикально от опорной плиты 19 между боковыми стенками 20 и жестко соединена с ними на расстоянии от задних кромок боковых стенок 20. Верхний конец задней стенки 26 расположен ниже верхней кромки 24 передней стенки 22 и жестко соединен с дугообразным, частично цилиндрическим корпусом ротора 28, кромка 30 нижнего конца которого находится на одной прямой с передней поверхностью задней стенки 26 и жестко соединена с верхней кромкой задней стенки 26. Частично цилиндрический корпус 28 проходит между боковыми стенками 20, жестко соединен с указанными стенками 20 и включает кромку 32 верхнего конца, которая смещена вбок к задней кромке боковых стенок относительно кромки 30 нижнего конца корпуса 28, как показано на фигуре 2.
Впереди передней стенки 22 расположена закрытая камера 34 для сбора газообразной СО2, как описано ниже. Камера для сбора 34 включает переднюю стенку 36, расположенную на расстоянии от передней стенки 22, донную стенку 38, боковые стенки 40 и наклоненную вверх верхнюю стенку 42, проходящую от верхней кромки передней стенки 36 до точки между верхними углами боковых стенок 20, расположенной на расстоянии от верхней кромки 24 передней стенки 22, как показано на фигуре 2. Передняя стенка 36 камеры для сбора 34 включает трубчатый элемент 44, проходящий через нее по соседству, но на расстоянии от донной стенки 38, для выпуска газообразной СО2 из камеры 34 в атмосферу или в вакуумную систему восстановления.
Узел 16 для подачи и расширения жидкой СО2 включает подающую трубу или шланг 46, сообщенную с герметизированным баком, снабженным клапаном (не показаны), содержащим запас жидкой СО2, которая может проходить по трубе 46 в поперечно расположенный коллектор 48. Как показано на фигурах 5 и 6, коллектор 48 включает верхнюю стенку 50 с отверстием 52, сообщающимся с подающей трубой 46. Коллектор 48 включает центральный продольный канал 54, образованный донной стенкой 56 и верхней стенкой 50. Горизонтальный канал 54 оканчивается на расстоянии от одного конца коллектора и снабжен заглушкой 58 на другом конце коллектора. Донная стенка 56 включает ряд продольно расположенных резьбовых отверстий 60, проходящих от канала 54 до нижней поверхности донной стенки 56. Сопло 61 установлено в каждом из отверстий 60 для регулирования потока жидкой СО2. Каждая из боковых кромок коллектора имеет фланец 62. Между фланцами 62 смонтирован ряд квадратных компенсационных труб 64, каждая из которых имеет верхний конец 66 с уменьшенной площадью поперечного сечения на внешней поверхности, как показано на фигуре 7, для того, чтобы верхний конец 66 мог телескопически раздвигаться между фланцами 62 на коллекторе, а трубы 64 могли быть жестко прикреплены к коллектору 48.
Компенсационные трубы 64, в которые CO2 поступает из сопел 61, ограничивают зоны расширения, в которых жидкая СО2, проходя через ограничивающий проток в каждом из сопел 61, может расшириться и достичь своей тройной точки, где образуются частички сухого льда и газообразная СО2, подлежащие выпуску через квадратные трубы 64.
Нижние концы компенсационных труб 64 телескопически раздвигаются между наклонными, расположенными на расстоянии друг от друга, параллельными стенками 68 и 70, которые проходят между боковыми стенками 20 корпуса 12 и жестко прикреплены к боковым стенкам 20. Стенки 70 и 68 направлены вверх вдоль нижней части противоположных поверхностей труб 64, а трубы 64 жестко прикреплены к стенкам 70 и 68. Как показано на фигуре 2, стенки 68 и 70 проходят между боковыми стенками 20 рядом с их верхним углом, причем нижняя кромка стенки 70 находится на одной прямой с верхней кромкой 24 передней стенки 22, но отстоит от нее по вертикали. Верхняя стенка 42 закрытой камеры 34 соединена с нижней кромкой стенки 70. Другая стенка 68 проходит вниз и внутрь между боковыми стенками 20 на большее расстояние, чем стенка 70, и имеет боковой фланец 72 в форме плиты с загнутой вверх кромкой 74, прикрепленной к нижней кромке стенки 68, и конечную часть кромки 76, лежащую на верхней кромке и находящуюся в контакте с верхней кромкой частично цилиндрического корпуса 28 ротора, как показано на фигуре 2.
Узел 16 для подачи и расширения жидкой СО2 проходит от корпуса 12 вверх не вертикально, а под углом, а для уменьшения общей высоты аппарата, а также для облегчения слипания частичек сухого льда в более крупные частицы и хлопья по мере того, как движущаяся вниз расширяющаяся СО2 соударяется с поверхностью нижней стенки квадратных труб 64. Сухой лед и газообразная СО2 движутся вниз под углом в зону корпуса 12 над компрессором 14, как показано стрелками 78. Газообразная СО2 отделяется от частиц сухого льда и выгружается в камеру 34 через пространство между верхней кромкой 24 передней стенки 22 и нижней кромкой стенки 70 так, что газ может проходить вниз в камеру 34, как показано стрелками 80, и отводиться оттуда через трубчатый выпускной канал 44.
Компрессор 14 включает цилиндрический ротор 82, расположенный между боковыми стенками 20 корпуса 12 и снабженный на каждом конце поворотной цапфой 84, которая проходит через боковые стенки 20 и опирается в них на подшипниках или втулках 86. Одна поворотная цапфа 84 более длинная, чем другая, связана с приводным двигателем (не показан) любым хорошо известным способом. Приводной двигатель может представлять собой электромотор небольшой мощности, бензиновый или дизельный двигатель, или другой источник энергии, вращающий ротор с разными скоростями.
В роторе 82 выполнены радиальные щели 88, равноудаленные друг от друга по периметру ротора и проходящие внутрь ротора на равное расстояние от его внешней поверхности. В каждой щели 88 расположена подвижная прямоугольная лопатка 90. Лопатки 90 могут радиально перемещаться в щелях 88. Лопатки 90 немного длиннее, чем расстояние между боковыми стенками 20, и концы каждой лопатки входят во внутренние полости 92 в противоположных внутренних поверхностях боковых стенок 20, как показано на фигурах 1 и 3. Как показано на фигуре 2, внешняя периферия каждой полости 92 тангенциальна внутренней поверхности верхней части передней стенки 22, а внешняя периферия полостей 92 совпадает с внутренней поверхностью частично цилиндрического корпуса 28 ротора. Таким образом, при движении концов лопаток 90 по круговой траектории внешние кромки лопаток приходят в тесное соприкосновение с внутренней поверхностью частично цилиндрического корпуса 28 ротора и с внутренней верхней поверхностью полостей 92. Ротор 82 вращается вокруг оси, смещенной относительно центра круглых полостей 92 и центральной оси частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса 28 ротора. Этим вызывается радиальное движение лопаток 90 внутрь от выдвинутого положения, когда лопатки обращены к компенсационным трубам 64 и к пластине 72, к ротору 82 при их движении по внутренней поверхности частично цилиндрического корпуса 28 к месту разгрузки, ограниченному задней кромкой 30 частично цилиндрического корпуса 28. Лопатки 90 движутся по круговой траектории, центр которой смещен относительно центра вращения ротора 82 во время вращательного движения ротора 82 и лопаток 90.
Внешние кромки смежных лопаток 90 и внешняя поверхность ротора 82 образуют карманы 94 вдоль ротора, когда внешние кромки лопаток 90 приходят в соприкосновение с корпусом 28. Карманы 94 разделяются несколькими, предпочтительно девятью, разделителями 96, которые жестко смонтированы в неглубоких канавках 97 в корпусе 28 и выступают внутрь из частично цилиндрической поверхности частично цилиндрического корпуса 28 ротора. Каждый разделитель 96 имеет дугообразную внешнюю кромку 98, соответствующую частично цилиндрическим канавкам 97 во внутренней поверхности частично цилиндрического корпуса 28, и круговую внутреннюю кромку 100, которая является эксцентрической относительно кромки 98 и совпадает с цилиндрической внешней поверхностью ротора 82. Центр круговой поверхности ротора 82 не совпадает с центром цилиндрической поверхности, ограниченной полостями 92 и внутренней поверхностью частично цилиндрического корпуса 28. Каждый разделитель 96 имеет разгрузочный конец 102, который соответствует кромке 30 частично цилиндрического корпуса 28 и лежит на одной прямой с ней. Каждый разделитель 96 имеет также верхнюю кромку 104, которая скошена с каждого бока до центральной точки и лежит на одной прямой с верхней кромкой 32 частично цилиндрического корпуса 28. В результате этого таблетка в каждом кармане 94 на восемь таблеток 95 меньшего, по существу одинакового размера, и затем выгружаются из каждого кармана 94. Разгрузочный конец 102 каждого разделителя входит в контакт со стопорной планкой 103, которая содействует удержанию разделителей 96 в канавках 97 в частично цилиндрическом корпусе 28, как показано на фигуре 3.
В каждой лопатке 90 имеется ряд щелей 106, в которые входят разделители 96, расположенные вдоль лопатки на расстоянии друг от друга до ее внешней кромки на одной прямой. Когда лопатки 90 переходят из положения на одной прямой с верхней кромкой 32 частично цилиндрического корпуса 28 в положение на одной прямой с нижней кромкой 30 частично цилиндрического корпуса 28 и со стопорной планкой 103, карманы 94 закрываются, как только пара смежных лопаток 90 пройдет мимо кромки 32 частично цилиндрического корпуса 28. Закрытые карманы постепенно уменьшаются в объеме до тех пор, пока они не пройдут мимо кромки 30 частично цилиндрического корпуса 28 и стопорной планки 103 и частички сухого льда в карманах 94 не спрессуются и не затвердеют при уменьшении объема карманов 94. Затем спрессовавшиеся частички сухого льда выгружаются из карманов 94 вниз вдоль поверхностей, ограниченных передней стенкой 22 и задней стенкой 26 через отверстие 108 в опорной плите 19 и поступают в шлюзовую камеру 18.
Внутренняя поверхность передней стенки 22 имеет ряд параллельных ребер 110, расположенных на расстоянии друг от друга, как показано на фигурах 2, 8, 8А и 9. Эти ребра входят внутрь щелей 106 в лопатках 90, когда эти лопатки движутся вверх мимо ребер 110. Ребра 110 в щелях 106 предотвращают выпадение сухого льда через относительно широкие свободные щели 106 в лопатках 90 в камеру с таблетками, ограниченную боковыми стенками 20, задней стенкой 26 и передней стенкой 22, и смешение с таблетками 95, разгружаемыми из ротора 82.
Поскольку частицы сухого льда и газообразная CO2 разгружаются из квадратных компенсационных труб 64, квадратная форма труб существенна, так как карманы 94, ограниченные внешними кромками лопаток 90, которые выходят за пределы внешней поверхности ротора 82, включают параллельные поверхности, ограниченные смежными лопатками, и продольную прямую поверхность, ограниченную внешней поверхностью ротора. Соответственно, когда частицы сухого льда и газообразный материал входят в карманы 94, направление потока газообразного материала меняется на противоположное, и часть газообразного материала выходит через щели 106 в лопатках. В результате вся, по существу, прямоугольная форма карманов 94 более равномерно заполняется сухим льдом. Газообразная СО2, захваченная вместе с сухим льдом, даже после прохода между нижними кромками компенсационных труб 64 в карманы 94, может переместиться через щели 106 в результате реверсирования потока, как показано на фигуре 10, и карманы окажутся целиком заполненными сухим льдом.
Как показано на фигуре 13, для устранения спрессованных и затвердевших таблеток 95 углекислоты из карманов 94 после того как таблетки полностью спрессованы, любая из боковых стенок 20 снабжена или обе боковые стенки 20 снабжены входным отверстием 114 для воздуха, расположенным на одной прямой с каждым карманом 94 как только он минует разгрузочную кромку 30 частичного цилиндрического корпуса 28 и стопорную планку 103. Входное отверстие 114 для воздуха сообщено с источником сжатого воздуха таким образом, что когда лопатка 90, т.е. передняя лопатка кармана 94, проходит мимо кромки 30 корпуса 28 и стопорной планки 103, давление воздуха обеспечивает выгрузку всех таблеток СО2 при проходе таблеток за пределы кромки 30 корпуса 28, кромок 102 разделителей 96 и стопорной планки 103. Поэтому все таблетки СО2 будут вытеснены из карманов 94 в камеру для таблеток через разгрузочное отверстие 108 в шлюзовую камеру 18. Как показано на фигурах 14 и 15, шлюзовая камера 18 включает цилиндрический корпус 116 с ротором 118, вращающимся в указанном корпусе вокруг оси, концентричной корпусу 116. Ротор 118 имеет ряд радиальных лопаток 120, которые радиально перемещаются в канавках 122 и выступают из них в роторе 118, вступая в контакт с внутренней поверхностью 124 корпуса 116. Ротор 118, лопатки 120 и внутренняя поверхность 124 корпуса 116 образуют ряд карманов 126, расположенных по окружности. Цилиндрический корпус 116 имеет дугообразное входное отверстие 128 в его верхней четверти, расположенное на одной прямой с разгрузочным отверстием 108 в опорной плите 19, через которое из корпуса принимаются таблетки 136. Направляющая или пластина 130 отходит от опорной плиты 19 тангенциально к корпусу 116 у нижней кромки входного отверстия 128 для удержания таблеток 136 в карманах 126 во время вращения ротора 118 против часовой стрелки, как показано стрелкой 132. Как показано, в роторе 118 есть шесть щелей 122 и шесть лопаток 120, причем каждая лопатка отклонена наружу и взаимодействует с внутренней поверхностью 124 корпуса 116 посредством дугообразных или зигзагообразных плоских пружин 134 между нижними частями щелей 122 и внутренними кромками лопаток 120. Таким образом, смежные лопатки 120 в сочетании с внешней поверхностью ротора 118 и внутренней поверхностью 124 корпуса 116 образуют ориентированные по окружности карманы 126. Ротор 118 может приводиться во вращение небольшим мотором или тем же мотором, который приводит во вращение ротор 82 компрессора 14.
Во время вращения ротора 118 спрессованные таблетки 136, выгруженные из компрессора 14, падают под действием силы тяжести в карманы 126 и последовательно заполняют их, когда карманы оказываются на одной прямой с отверстиями 108 и 128. Продвигаясь из положения на одной прямой с отверстием 128 к нижней части корпуса 116, карманы 126 изолируются. Как показано на фигуре 15, в нижней части корпуса 116 одна его торцевая стенка имеет входное отверстие 138 для воздуха, которое связано с источником сжатого воздуха, а на противоположном конце корпуса 116 имеется выходное отверстие 140 для воздуха и таблеток, несколько большее, чем входное отверстие 138. Поток воздуха через корпус 116 от входного отверстия 138 до выходного отверстия 140 подхватывает и выгружает таблетки, переносит их к месту использования, хранения и т.п. Если воздух под давлением оказывается захваченным в карман 126, когда последний находится на одной прямой с входным отверстием 138 и выходным отверстием 140, этот воздух выходит через выпускное отверстие 142 в корпусе 116, когда карманы 126 оказываются на одной прямой с выпускным отверстием 142 до того, как эти карманы 126 оказываются на одной прямой с отверстием 128, во время их перемещения и заполнения таблетками 136 твердой углекислоты.
На фигурах 16-18 показан второй вариант исполнения изобретения, в котором жидкую углекислоту СО2 вводят во вращающийся компрессор 210, имеющий корпус 212, через расширяющееся сопло 214 в одной из боковых стенок 216 или в обеих боковых стенках 216. Сопло 214 имеет выступ 218, установленный в отверстии 220 в боковой стенке 216, и диафрагму 222 небольшого диаметра, через которую жидкая CO2 проходит, расширяется и достигает состояния тройной точки фазовой диаграммы. Частицы сухого льда и газообразная СО2 разгружаются в камеры или карманы 224, подобные карманам 94, показанным на фигурах 1-12. Компрессор 210 содержит внецентренно установленный ротор 226, снабженный радиально движущимися лопатками 228 с радиальными внешними кромками, взаимодействующими с внутренним пространством корпуса 212, образуя закрытые камеры 224 для прессования частиц сухого льда в длинные блоки СО2 при вращении ротора таким же образом, как показано на фигурах 1-12. Во внешних кромках лопаток 228 имеются щели 230, в которые входят дугообразные блокаторы 232. Блокаторы 232 проходят на расстояние по дуге большее, чем расстояние между смежными лопатками 228. В результате этого щели 230 закрываются и быстрого выброса газообразной СО2 в атмосферу не происходит. Набор блокаторов 232 расположен на противоположных сторонах сопла 214, причем блокаторы 232, связанные с лопатками 228, приближающимися к соплу 214, длиннее блокаторов 232, связанных с лопатками 228, удаляющимися от сопла 214 и движущимися к большой зоне 234 разгрузки таблеток в корпусе 212. Таким образом, частицы сухого льда удерживаются, а поток газов в атмосферу ограничивается.
Зона 234 разгрузки простирается от положения, диаметрально противоположного соплу 214, до приблизительно 135° по периметру корпуса 212 для того, чтобы таблетки могли падать под действием силы тяжести из ротора, лопаток и корпуса. Вблизи зоны 234 разгрузки расположен резак 236, выполненный в форме стержня 238 с выступами 240, которые входят в пазы 230 в лопатках 228. Этот резак служит для разрезания спрессованных блоков на таблетки, как показано на фигуре 18. Может быть использована, как показано на фигуре 13, и пневморазгрузка спрессованных таблеток из камер 224 в зону 234.
Аппарат для быстрого получения большого количества таблеток углекислоты согласно данному изобретению, показанный на фигуре 19, обозначен позицией 310. Аппарат имеет корпус 312, в котором установлен вращающийся ротор компрессора СО2 314, сообщающийся с узлом 316 для подачи и расширения жидкой СО2 на входе и выходе корпуса, и выход 318 для выгрузки в шлюзовую камеру таким же образом, как показано на фигуре 2.
Корпус 312 имеет горизонтально расположенную опорную плиту 319, пару вертикальных, расположенных на расстоянии друг от друга, параллельных боковых стенок 320, каждая из которых имеет прямоугольную конфигурацию и жестко соединена с опорной плитой 319. Вертикальная передняя стенка 322 жестко соединена с опорной плитой 319, проходит вверх между боковыми стенками 320 и оканчивается у верхней кромки 324 ниже верхней кромки боковых стенок 320, как показано на фигуре 19. Частичная задняя стенка 326, расположенная на расстоянии от передней стенки 322 и параллельная ей, проходит вертикально от опорной плиты 319 между боковыми стенками 320 и жестко соединена с ними на расстоянии от задних кромок боковых стенок 320. Верхний конец задней стенки 326 оканчивается вровень с верхней кромкой 324 передней стенки 322 и жестко соединен с аркообразным, частично цилиндрическим корпусом 328 ротора, у которого торцевая кромка 330 лежит на одной прямой с нижней стенкой 326 и жестко соединена с верхней кромкой задней стенки 326. Частично цилиндрический корпус 328 проходит между боковыми стенками 320 и жестко соединен с указанными стенками 320. Корпус 328 имеет торцевую кромку 332, смещенную относительно торцевой кромки 330 корпуса 328, как показано на фигуре 19.
Впереди передней стенки 322 расположена закрытая камера 334 для сбора газообразной СО2. Камера 334 имеет переднюю стенку 336, расположенную на расстоянии от передней стенки 322, донную стенку, являющуюся частью донной стенки 319, боковые стенки 340 и верхнюю стенку 342, проходящую от верхней кромки передней стенки 336 до корпуса 328 рядом с торцевой кромкой 332, между боковыми стенками 320, расположенной на расстоянии от верхней кромки 324 передней стенки 322. Передняя стенка 336 камеры 334 для сбора снабжена трубчатым элементом 344, проходящим через нее по соседству, но на расстоянии от донной стенки 319, для выпуска газообразной СО2 из камеры 334 в атмосферу, или в вакуумную систему восстановления, или в аппарат для использования газообразной СО2 при пожаротушении.
В узле 316 для подачи и расширения жидкой СО2 имеется подающая труба или шланг 346, сообщающийся с герметизированным баком, снабженным клапаном (не показаны), содержащим запас жидкой СО2, которая может проходить в удлиненный коллектор 348 и в компенсационную трубу или трубы 350, поддерживаемую или поддерживаемые кронштейном 352, укрепленным на донной плите 319. Коллектор 348 оборудован диафрагмой или диафрагмами (не показаны), аналогичными показанным на фигурах 5 и 6.
Компенсационная труба или компенсационные трубы 350 ограничивают зоны расширения СО2, в которых СО2 расширяется до достижения состояния тройной точки фазовой диаграммы, где образуются частички сухого льда и газообразная СО2, и затем разгружаются к кромке 332 корпуса 328 ротора через камеру 334 для сбора газообразной СО2. Газообразная СО2 отделяется от частичек сухого льда и разгружается в камеру 334, а газ проходит вниз в камеру 334 и выбрасывается через трубчатый элемент 344.
Цилиндрический ротор 314 компрессора проходит между боковыми стенками 320 и имеет радиальные щели 354, равноудаленные друг от друга по периметру ротора и проходящие внутрь ротора на равное расстояние от его внешней поверхности. В каждой щели 354 расположена подвижная прямоугольная лопатка 356. Лопатки 356 могут радиально перемещаться в щелях 354. Лопатки 356 немного длиннее, чем расстояние между боковыми стенками 320, и концы каждой лопатки входят во внутренние полости 358 в противоположных внутренних поверхностях боковых стенок 320, как показано на фигурах 1 и 3. Внешняя периферия каждой полости 358 является внутренней поверхностью частично цилиндрического корпуса 328 ротора. Поэтому, когда концы лопаток 356 движутся по круговой траектории, внешние кромки лопаток приходят в тесное соприкосновение с внутренней поверхностью частично цилиндрического корпуса 328 ротора и с внутренней верхней поверхностью полостей 358. Ротор 314 вращается вокруг оси, смещенной относительно центральной оси частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса 328 ротора. Этим вызывается радиальное движение лопаток 356 внутрь от выдвинутого положения, когда лопатки 356 и полости 358 обращены к зоне расширения и входа, ограниченной кромкой 332 корпуса 328 и кромкой 324 стенки 322, и движутся внутрь к ротору 314, при их движении по внутренней поверхности частично цилиндрического корпуса 328 к зоне разгрузки, ограниченной задней кромкой 330 частично цилиндрического корпуса 328. Лопатки 356 движутся по круговой траектории, центр которой смещен относительно центра вращения ротора 314 во время вращательного движения ротора 314 и лопаток 356.
Когда внешние кромки лопаток контактируют с корпусом 328, внутренняя поверхность корпуса 328, смежные лопатки 356 и внешняя поверхность ротора 314 образуют карманы 359 вдоль ротора 314 и лопаток 356. Полости 359 разделены разделителями 360, которые жестко смонтированы в неглубоких канавках в корпусе 328 и выступают внутрь из частично цилиндрической внутренней поверхности частично цилиндрического корпуса 328 ротора, как показано на фигурах 1-12. Этот вариант выполнения ротора, лопаток и корпуса работает так же, как на фигурах 1-18, и содержит структуры, подобные структурам для выгрузки таблеток вниз к выходу 318.
В варианте исполнения изобретения, представленном на фигуре 20, используется компрессор для формирования таблеток СО2, обозначенный позицией 410, который содержит корпус 412 ротора цилиндрической конфигурации, но имеет плоскую пластину или прямолинейный участок 414, противолежащую (или противолежащий) центру цилиндрической внутренней поверхности 416, расположенной вокруг большей части корпуса 412. Ротор 418 смонтирован на оси в торцевых стенках 420 корпуса 412 и вращается вокруг его центральной оси, совпадающей с центром цилиндрического участка 416 корпуса 412. В корпусе 412 имеется вход 422, сообщенный с узлом 424 для подачи СО2, имеющим пластину 426 с соплом или диафрагмой 428, через которые жидкая СО2 проходит и расширяется. Получаются частички сухого льда и газообразная CO2.
Газообразная СО2 может выходить, как показано позицией 430, между пластиной 426 и пластиной 432, у которой одна кромка соединена с корпусом 412 и образует одну кромку входа 422. Газообразная CO2 может также выходить, как показано позицией 434, между кромкой 424 пластины с соплом и внешней поверхностью корпуса 412 рядом с входом 422.
Частицы сухого льда, образующиеся в результате расширения жидкой СО2, проходят через вход 422 в карманы 436, образованные радиальными лопатками 438, установленными в щелях 440 ротора 418. В торцевых стенках корпуса 412 имеются полости 413, образованные аналогично внутренней поверхностью 416 корпуса 412 и внутренней поверхностью плоской пластины 414, служащие для управления движением лопаток 438 в щелях 440. Радиальные щели 440 позволяют лопаткам 438 двигаться так, что внешние кромки лопаток 438 постоянно находятся вблизи внутренней поверхности 416 цилиндрического участка корпуса 412 и прямолинейных внутренних поверхностей 442 плоской пластины 414, аналогично торцевым полостям на фигурах 1-19.
В корпусе 412 имеется разгрузочное отверстие 444, расположенное диаметрально противоположно входу 422. Разгрузочное отверстие 444 снабжено разгрузочной трубой 446 с верхним концом 448 в форме раструба, соединенным с отверстием 444 для упрощения разгрузки таблеток СО2 под действием силы тяжести из карманов 436 ротора при прохождении лопаток над отверстием 444. Эта конструкция проще, поскольку внешние кромки радиальных лопаток 438 взаимодействуют с внешними поверхностями 416 и 442 и регулируют положение лопаток 438 и размер карманов 436. Размер карманов 436 не изменяется, когда лопатки 438 взаимодействуют с частично цилиндрической поверхностью. Однако, благодаря тому что внутренняя прямолинейная поверхность 442 эксцентрична относительно оси вращения ротора 418, объем карманов 436 уменьшается, пока лопатки не пройдут мимо центра пластины 414, в результате чего частицы сухого льда в карманах 436 сжимаются. Поскольку ротор продолжает вращаться по часовой стрелке, лопатки 438, проходя мимо центра пластины 414 к разгрузочному отверстию 444, вызывают увеличение объема карманов 436, поэтому таблетки свободно падают через отверстие 444 в разгрузочную трубу 446. Стык между цилиндрической поверхностью 416 и эксцентрической поверхностью 442 может содержать криволинейный переходный участок 443 для обеспечения более плавного движения и меньшего износа лопаток 438 и поверхностей 442 и 443.
Данное изобретение позволяет использовать таблетки углекислоты в качестве замены агентов подавления огня системы «Халон» или иных химикатов, истощающих озоновый слой, неблагоприятных для окружающей среды. Данное изобретение также снимает ограничения на использование углекислоты из-за того, что ранее известные устройства не позволяли достичь очага горения на большом расстоянии от источника углекислоты. Данное изобретение обеспечивает немедленное получение больших объемов твердых таблеток углекислоты высокой плотности из жидкой углекислоты под давлением без использования гидравлических плунжеров или другого крупногабаритного и тяжелого оборудования для прессования сухого льда в твердые таблетки и устраняет необходимость в использовании экструдера для превращения сухого льда в таблетки.
Конструкция аппарата согласно изобретению отличается небольшим весом, аппарат можно переносить, и он может эффективно работать от мотора небольшой мощности. Производительность аппарата можно удвоить или утроить за счет увеличения длины компрессора, ротора и других структур, а плотность таблеток 136 можно изменять путем изменения скорости вращения ротора.
Как хорошо известно, для горения нужны три элемента: топливо, кислород и тепло. Снижая температуру и вытесняя кислород, таблетки углекислоты устраняют два из трех компонентов, жизненно важных для поддержания горения. Пленкообразующая пена может вытеснять кислород, но она не снижает температуру вспышки, как это делают таблетки углекислоты. Другие химические вещества отделяют кислород от огня, не снижая температуру вспышки, а в случаях высокотемпературного пламени химические продукты могут создавать токсичные условия и обеднять озоновый слой.
Некоторые ранее известные устройства относительно тяжелы, вес их может достигать около 3000 фунтов, и они вырабатывают приблизительно 200 фунтов таблеток углекислоты в час после запуска в течение 10-15 минут. Другой ранее известный аппарат, весящий 8000 фунтов, вырабатывает от 500 до 600 таблеток в час после запуска. Эти большие ранее известные машины для выработки вышеуказанных количеств таблеток требуют моторов мощностью до 20 лошадиных сил. Такие, ранее известные машины, представляют собой тяжелые, громоздкие стационарные агрегаты, и они не стали экономически оправданными или достаточно эффективными для борьбы с пожарами или загрязнениями окружающей среды. Аппарат согласно изобретению может весить около 60-100 фунтов или меньше, его высота меньше 3 футов, ширина около 12 дюймов и толщина 6 дюймов. Аппарат приводится в действие маленьким мотором мощностью менее 1 лошадиной силы, он может быть высокомобильным и изготавливает около 800 фунтов таблеток углекислоты в час при времени разгона всего около 3 секунд. Поэтому аппарат согласно изобретению оказывается очень важным и менее дорогим средством борьбы с пожарами.
Срок хранения твердой углекислоты очень короток даже в условиях рефрижерации. Поэтому ее нельзя заготовить заранее, а потом использовать для борьбы с пожарами, загрязнениями окружающей среды или в иных целях. Но этот недостаток устраняется благодаря настоящему изобретению, так как становится возможным изготовить большой объем таблеток углекислоты при небольшом времени запуска аппарата. Например, благодаря небольшому размеру и весу аппарата и быстроте изготовления таблеток углекислоты «на месте», аппарат согласно изобретению или несколько его агрегатов можно смонтировать на вертолете вместе с баком жидкой углекислоты под давлением и получить эффективную систему доставки таблеток CO2 для борьбы с лесными пожарами.
В качестве альтернативы крупный агрегат можно постоянно установить на площадке, удаленной от места пожара, а таблетки СО2 транспортировать и выгружать в месте возгорания с вертолета из большого ведра или контейнера. Данное изобретение можно также использовать для тушения больших химических пожаров, пожаров в высотных зданиях и пожаров, до которых не удается добраться другими обычными средствами. С помощью данного изобретения можно быстро ликвидировать разливы смертельно опасных химикатов и нейтрализовать вредные пары, например пары аммиака и т.п., на коммунальных и химических предприятиях. Благодаря малым габаритам и весу аппарат согласно изобретению можно установить на небольшом трейлере, пикапе, грузовике или даже на спине человека в целях борьбы с пожарами и загрязнениями окружающей среды. Даже если горение происходит на поверхности воды, когда горит нефть или топливо, плавающее на поверхности воды, данное изобретение решит эту проблему, так как таблетки будут плавать на воде и потушат огонь.
Кроме того, изобретение не ограничивается борьбой с огнем, поскольку различные хорошо известные проблемы могут быть решены немедленным замораживанием или отвердением жидкостей в твердую массу, которую затем быстро восстанавливают и возвращают в процесс, прежде чем персоналу или окружающей среде нанесены серьезные повреждения. Данное изобретение особенно полезно при использовании на нефтеналивных и грузовых судах, платформах морского бурения нефти, на нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводах, а также во многих других местах, где могут произойти пожары, разливы нефти и выделения ядовитых веществ.
Все вышеизложенное следует рассматривать только как иллюстрацию принципов изобретения. Поскольку специалисты могут легко придумать многочисленные изменения, нежелательно ограничивать данное изобретение показанными и описанными точной конструкцией и режимом работы. Соответственно, можно использовать все подходящие модификации и эквиваленты, не выходя за пределы объема изобретения.
1. Аппарат для изготовления таблеток твердой углекислоты, содержащий корпус, имеющий частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, цилиндрический ротор, установленный в корпусе и вращающийся вокруг оси, смещенной относительно центральной оси указанной частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса, узел для подачи и расширения жидкой СО2, сообщенный с указанным корпусом и ротором, в который жидкая углекислота поступает из источника под давлением и в котором жидкая СО2 превращается в газообразную фазу и фазу сухого льда, сухой лед разгружается в ротор, а газообразная углекислота выпускается, причем указанный ротор имеет ряд радиально подвижных лопаток, проходящих между ротором и частично цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, образуя ряд карманов, в которые поступает сухой лед из узла для подачи и расширения, в результате вращения ротора вокруг его оси указанные карманы и сухой лед смещаются по окружности и объем карманов уменьшается, а сухой лед прессуется в таблетки, причем указанный корпус имеет зону разгрузки, связанную с карманами, когда их объем минимален, для выгрузки твердых спрессованных таблеток из корпуса.
2. Аппарат по п.1, в котором указанный узел для подачи и расширения имеет канал для подачи жидкой углекислоты, удлиненный коллектор для приема жидкой углекислоты, ряд сопел в коллекторе для обеспечения разгрузки и расширения углекислоты, ряд квадратных компенсационных труб для приема расширяющейся жидкой углекислоты из сопел с получением смеси углекислоты и сухого льда, причем упомянутые квадратные компенсационные трубы имеют разгрузочные концы рядом с ротором для равномерной выгрузки сухого льда по всей площади карманов, образованных лопатками ротора и для выхода газообразной углекислоты.
3. Аппарат по п.1 в сочетании со шлюзовой камерой для приема таблеток углекислоты из корпуса ротора, причем шлюзовая камера включает цилиндрический корпус, ротор в упомянутом цилиндрическом корпусе, вращающийся вокруг оси, совпадающий с центральной осью упомянутого цилиндрического корпуса, причем упомянутый ротор в шлюзовой камере снабжен рядом радиально выступающих и подпружиненных лопаток, взаимодействующих с цилиндрическим корпусом, ограничивая карманы с открытым верхом, в которые принимаются таблетки твердой углекислоты и переносятся в изолированных карманах в зону разгрузки, причем вход и выход для воздуха в противоположных концах цилиндрического корпуса шлюзовой камеры сообщены с изолированными карманами в упомянутой зоне разгрузки для выгрузки таблеток из изолированных карманов.
4. Аппарат по п.3, в котором упомянутый цилиндрический корпус имеет выход для воздуха, расположенный на расстоянии от зоны разгрузки таблеток, служащий для удаления остаточного воздуха из карманов в роторе в цилиндрическом корпусе прежде, чем карманы окажутся на одной прямой с отверстием для разгрузки твердых таблеток из ротора, формующего таблетки.
5. Аппарат по п.1, в котором указанный корпус имеет противоположные боковые стенки, причем в каждой стенке имеется круглая полость, центр которой совпадает с центром частично цилиндрической внутренней поверхностью и смещен относительно оси вращения ротора, причем концы упомянутых лопаток входят в полости так, что внешние кромки лопаток удерживаются в положении, смежном с частично цилиндрической внутренней поверхностью во время вращения ротора, обеспечивая уменьшение объема карманов и сжатие сухого льда в карманах по мере того, как ротор перемещается из положения, при котором карманы последовательно располагаются на одной прямой с узлом для подачи и расширения и имеют максимальный объем, в положение на одной прямой с зоной разгрузки, где карманы имеют минимальный объем и частицы сухого льда в каждом кармане спрессовываются в таблетку.
6. Аппарат по п.5, в котором в каждой лопатке выполнен ряд продольных щелей, расположенных на расстоянии друг от друга, доходящих до внешней кромки лопатки, причем упомянутый частично цилиндрический корпус содержит ряд параллельных разделителей, расположенных на расстоянии друг от друга на упомянутой внутренней поверхности, причем упомянутые разделители входят в упомянутые щели и разрезают таблетку в каждом кармане на ряд таблеток одинакового размера по мере того, как лопатки, карманы и сухой лед двигаются по окружности по частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса.
7. Аппарат по п.6, в котором каждый разделитель имеет дугообразную форму и имеет внешнюю кромку, входящую в канавки, совпадающие с внутренней поверхностью упомянутой частично цилиндрической поверхности, и внутреннюю кромку, совпадающую с внешней поверхностью упомянутого ротора.
8. Аппарат по п.7, в котором упомянутый корпус имеет переднюю стенку и заднюю стенку, причем каждый из упомянутых разделителей имеет нижний конец, находящийся на одной прямой с внутренней поверхностью верхнего конца упомянутой задней стенки, причем нижний конец упомянутого частично цилиндрического корпуса соединен с внутренней поверхностью верхнего конца упомянутой задней стенки и лежит на одной прямой с этой поверхностью, причем упомянутый частично цилиндрический корпус оканчивается верхней кромкой, отстоящей меньше, чем на 180° от нижнего конца, чтобы верхняя часть ротора осталась открытой и взаимодействовала с верхними лопатками ротора, образуя открытые сверху карманы для приема частиц сухого льда из узла для подачи и расширения.
9. Аппарат по п.8, в котором верхняя кромка имеет внутреннюю поверхность, ориентированную так, что она близка к траектории движения верхних кромок лопаток при их движении вверх к узлу для подачи и расширения, причем упомянутая передняя стенка имеет ряд параллельных ребер, расположенных на расстоянии друг от друга на ее внутренней поверхности и входящих в щели в лопатках для предотвращения движения сухого льда вниз из узла подачи и расширения мимо ротора в зону разгрузки.
10. Аппарат по п.9, в котором по крайней мере одна из упомянутых боковых стенок имеет вход для воздуха, расположенный на одной прямой с закрытым карманом, содержащим таблетку твердой СО2, когда закрытый карман проходит мимо нижнего конца частично цилиндрического корпуса, причем упомянутый вход для воздуха приспособлен для приема сжатого воздуха со скоростью, достаточной для вытеснения таблеток твердой CO2 из карманов, проходящих мимо нижнего конца разделителей и частично цилиндрического корпуса, и для выгрузки упомянутых таблеток в шлюзовую камеру.
11. Аппарат по п.10, в котором упомянутая передняя стенка корпуса снабжена на передней поверхности камерой для сбора, причем упомянутая камера обеспечивает закрытие верхнего торцевого участка упомянутых стенок корпуса для сбора всей газообразной СО2, вышедшей из узла для подачи и расширения, причем упомянутая камера для сбора имеет в ее стенке выходное отверстие.
12. Аппарат по п.11, в котором упомянутый узел для подачи и расширения проходит вверх под углом к ротору и корпусу для уменьшения размера аппарата и увеличения агрегации мелких частиц сухого льда в более крупные хлопья и выгрузки их под действием силы тяжести в открывающиеся вверх карманы между соседними лопатками на роторе.
13. Аппарат по п.12, в котором упомянутые открывающиеся вверх карманы, ограниченные соседними лопатками, при их движении вверх от ротора, образуют непрерывные карманы с непрерывными поверхностями стенок, причем нижние концы упомянутых компенсационных труб имеют такую форму, что сухой лед выгружается во все участки каждого открывающегося вверх кармана.
14. Аппарат по п.13 в сочетании со шлюзовой камерой для приема таблеток углекислоты из корпуса ротора, причем упомянутая шлюзовая камера включает цилиндрический корпус, ротор в упомянутом цилиндрическом корпусе, вращающийся вокруг оси, совпадающий с центральной осью упомянутого цилиндрического корпуса, причем упомянутый ротор в шлюзовой камере снабжен рядом радиальных и подпружиненных лопаток, взаимодействующих с цилиндрическим корпусом, образуя открывающиеся вверх карманы для приема таблеток твердой углекислоты и перемещения их в изолированных карманах в зоне разгрузки, и входом и выходом для воздуха на противоположных концах цилиндрического корпуса шлюзовой камеры, сообщающимися с изолированными карманами в упомянутой зоне разгрузки для выгрузки таблеток из изолированных карманов.
15. Аппарат по п.14, в котором упомянутый цилиндрический корпус имеет выход для воздуха, расположенный на расстоянии от зоны выгрузки таблеток, для выпуска остаточного воздуха из карманов в роторе в цилиндрическом корпусе прежде, чем карманы окажутся на одной прямой с зоной для выгрузки твердых таблеток из ротора, формующего таблетки.
16. Аппарат по п.8, в котором в упомянутом частично цилиндрическом корпусе имеется поперечная стопорная планка, закрывающая нижние концы упомянутых канавок и служащая упором для участка нижнего конца каждого разделителя, находящегося в указанных канавках.
17. Аппарат по п.6, в котором каждый разделитель имеет скошенный верхний конец, радиально проходящий на всю длину каждой щели в каждой лопатке так, что таблетка в каждом кармане разрезается на таблетки меньшего размера.
18. Аппарат по п.1, в котором упомянутый узел для подачи и расширения снабжен соплом, проходящим сквозь боковую стенку упомянутого корпуса, причем упомянутое сопло сообщается с источником СО2 под давлением и обеспечивает расширение СО2 в упомянутых карманах в виде сухого льда для дальнейшего прессования в таблетки и выгрузки из корпуса.
19. Аппарат для сжатия сжимаемого материала при движении этого материала по окружности, содержащий корпус, имеющий по крайней мере частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, имеющую центральную ось, цилиндрический ротор, вращающийся вокруг оси, расположенной на расстоянии от центральной оси упомянутой частично цилиндрической внутренней поверхности, причем упомянутый ротор имеет ряд радиальных щелей, причем радиально подвижная лопатка в каждой щели взаимодействует с ротором и частично цилиндрической поверхностью и образует радиальные карманы для приема сжимаемого материала во входной зоне, когда карманы оказываются на одной прямой с входной зоной и для сжатия материала, при движении материала в карманах по окружности и сжатии его по мере того, как объем карманов уменьшается при движении к зоне разгрузки около конца упомянутого частично цилиндрического корпуса, расположенного ближе к оси вращения упомянутого ротора, чем конец упомянутых карманов, соседствующий с входной зоной, в результате чего исключается радиальная экструзия сжимаемого материала через диафрагмы.
20. Аппарат по п.19, в котором каждая упомянутая лопатка имеет ряд щелей, проходящих до внешней кромки лопатки, причем на упомянутой частично цилиндрической поверхности имеется ряд дугообразных блокаторов, у каждого из которых внутренняя кромка входит в одну из упомянутых щелей, и, таким образом, предотвращается утечка газообразной СО2 через упомянутые щели в лопатках.
21. Аппарат по п.20, в котором упомянутый корпус имеет боковые стенки, причем во внутренней поверхности каждой боковой стенки имеется круглая полость, причем у каждой упомянутой лопатки имеются торцевые кромки, входящие в упомянутые полости как в направляющие, причем упомянутые полости имеют центральную ось, совпадающую с центральной осью упомянутой частично цилиндрической поверхности так, что упомянутые лопатки перемещаются радиально относительно ротора во время его вращения вокруг упомянутой оси, расположенной на расстоянии от центральной оси упомянутых полостей и частично цилиндрической внутренней поверхности упомянутого корпуса.
22. Аппарат по п.19, в котором упомянутый корпус снабжен режущей пластиной, направленной к упомянутому ротору вблизи упомянутой зоны разгрузки для удаления сжатого материала из упомянутых карманов.
23. Аппарат для сжимаемого материала при движении этого материала по окружности, содержащий корпус, имеющий по крайней мере частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, имеющую центральную ось, цилиндрический ротор, вращающийся вокруг оси, совпадающей с центральной осью упомянутой частично цилиндрической внутренней поверхности, причем в упомянутом роторе выполнен ряд радиальных щелей, причем радиально движущаяся лопатка в каждой щели взаимодействует с ротором и частично цилиндрической поверхностью, образуя радиальные карманы для приема сжимаемого материала во входной зоне, когда карманы оказываются на одной прямой с входной зоной, причем упомянутый корпус имеет поверхность, расположенную внецентрично и ближе к оси вращения упомянутого ротора, чем цилиндрическая поверхность, для прессования материала в таблетки по мере того, как объем материала в карманах и объем самих карманов уменьшается при движении карманов по внецентренной поверхности к зоне разгрузки в упомянутом корпусе на расстоянии от упомянутой входной зоны для выгрузки спрессованных таблеток под действием силы тяжести.
24. Аппарат по п.23, в котором в упомянутой входной зоне имеется сопло, через которое проходит жидкая СО2 и расширяется, образуя частицы сухого льда, укрупняющиеся в упомянутых карманах, когда лопатки взаимодействуют с частично цилиндрической поверхностью упомянутого корпуса.
