专利名称：液态二氧化碳连续输送计量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发泡塑料成型辅助设备，特别涉及一种应用于微孔塑料成型加工的液体二氧化碳的连续输送计量装置。
背景技术：
二氧化碳的温度和压力同时超过临界点(31°C，7. IMPa)时为超临界状态。在发泡挤出成型时，当液体二氧化碳被输送至挤出机机筒内后，通过调整挤出机的运转参数，在机筒内二氧化碳极易达到一种超临界状态。在超临界状态下，二氧化碳在熔融的聚合物中具有良好的溶解性能和扩散性能，并同时通过挤出机螺杆的混合作用形成可发泡的均相溶液或单相溶液。由于二氧化碳溶解度大，特别适合作为发泡剂用于生产高发泡倍率的挤出发泡制品，并替代对环境有害的氟里昂类发泡剂，如CFC，HCFC等，和对生产环境高度危险的碳氢发泡剂，如丁烷、戊烷等。但在挤出发泡成型中，如何将二氧化碳无流速波动地连续地输送到挤出机的机筒中是需要解决的问题。在2003年3月5日授权公开的专利 ZL99118908. 6《超临界二氧化碳的加入方法，和通过使用该方法生产发泡热塑性树脂产品的方法》中揭示了一种注入超临界状态二氧化碳的方法，为了保证稳定输送二氧化碳的流量无波动，需要在预定量输送泵之前维持二氧化碳在液化状态，来防止在预定量输送泵中产生气穴。进一步地，为了维持这种液化状态，在液化二氧化碳钢瓶和预定量输送泵之间设置冷却剂循环泵并保持二氧化碳的温度在_30°C -15°C之间。采用这种解决方案，一方面需要很大的能耗来维持液化状态，造成很高的运营成本；另一方面如果采用一个预定量输送泵，无法保证输送过程中的在压力控制阀之前的二氧化碳压力的稳定，从而也无法保证注入到挤出机中的超临界二氧化碳流速稳定无波动。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种用于发泡成型用的液体二氧化碳连续输送计量装置，避免了进入泵之前维持二氧化碳在低温状态，并保证了输出二氧化碳流速的稳定。本发明的目的通过下列技术方案实现 本液态二氧化碳连续输送计量装置，其中
1)第一柱塞泵100与第二柱塞泵200，包括伺服驱动电机101、减速和连接机构102、柱塞缸103、柱塞104和控温用冷却剂套105 ；柱塞缸103的顶部有吸入/输出液体二氧化碳接□ 106 ；
2)第一柱塞泵100和第二柱塞泵200的平行垂直放置，其吸入/输出液体二氧化碳接口 106开设在柱塞缸103的顶部；
3)第一柱塞泵100和第二柱塞泵200的柱塞缸103的外部由控温用冷却剂套105包
覆；
4)将第二截止阀202、第二单向阀206、第一截止阀201、第一单向阀205按顺序用不锈钢压力管道串联连接，并且第二单向阀206和第一截止阀201之间的连接管道与第一柱塞泵100的吸入/输出接口 106连接，形成第一柱塞泵100的液态二氧化碳的吸入/输出通路，从第二截止阀202入口处填充液态二氧化碳，从第一单向阀205的出口输出计量后的二氧化碳；将第四截止阀204、第四单向阀208、第三截止阀203、第三单向阀207按顺用不锈钢压力管道序串联连接，并且第四单向阀208和第三截止阀203之间的连接管道与第二柱塞泵200的吸入/输出接口 106连接，形成第二柱塞泵200的液态二氧化碳的吸入/输出通路，从第四截止阀204入口处填充液态二氧化碳，从第三单向阀207的出口输出计量后的二氧化碳；其中将第二截止阀202的入口与第四截止阀204的入口用不锈钢压力管道连接， 然后连接到液体二氧化碳源700 ；其中将第一单向阀205的出口与第三单向阀207的出口用不锈钢压力管道连接，然后连接到背压调节阀300的入口 ；
5)将背压调节阀300的出口用不锈钢压力管到连接到第五单向阀400的入口；
6)在背压调节阀300入口之前的管道上设置第一压力传感器500，在第一柱塞泵100 的吸入/输出液体二氧化碳接口 106至第一截止阀201之间的管道上，设置第二压力传感器109 ；在在第二柱塞泵100的吸入/输出液体二氧化碳接口 106至第三截止阀203的管道上，设置第三压力传感器110 ；
7)冷却剂循环装置800与第一柱塞泵100和第二柱塞泵200各自的控温用冷却剂套 105的冷却剂输入接口 107和冷却剂输出接口 108用管道连接；由冷却剂循环装置800向第一柱塞缸100和第二柱塞缸200的控温用冷却剂套105中输入恒温的冷却剂；
8)控制单元600与第一压力传感器500、第二压力传感器109、第三压力传感器110、第一柱塞泵100的伺服驱动电机101、第二柱塞泵200的伺服驱动电机101、第一截止阀201、 第二截止阀202、第三截止阀203、第四截止阀204用电线或电缆连接。所述的第一柱塞泵100和第二柱塞泵200都设置有控制柱塞104的行程的上位传感器和下位传感器；所述上位传感器和下位传感器与控制单元600相连接，并向控制单元 600发送柱塞104到达上限位置与下限位置的信号；
本发明装置中所包含的单向阀400可以安装在发泡成型机塑化装置上，如塑料装置的机筒上用于引入二氧化碳的连接孔内，为减少液体二氧化碳流经背压调节阀300与单向阀 400之间管道时被来自成型机塑化装置的热量加热导致其状态变化，本发明发明的背压调节阀300安装在单向阀400附近，使背压调节阀300和单向阀400之间管道容积在5毫升以下，进一步优选背压调节阀300与单向阀400之间管道容积在1毫升以下。本发明装置的优点是能够解决现有技术方案中所存在的对保持二氧化碳液化状态所需要能量消耗，以及连续计量输送过程中的流量波动问题。无论对挤出发泡成型，还是注塑发泡成型，或其他的发泡成型方式，均可实现稳定二氧化碳发泡剂的输送计量。
图1为本发明的一种连接方式示意； 图2为用于本发明的一种柱塞泵的结构示意。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
和附图，对本发明的结构和工作原理进行进一步描述。但本发明的实施方式不限于此。
如附图1、2示意，图中的标号分别表示100 -第一柱塞泵、200 -第二柱塞泵、 201 -第一截止阀、202 -第二截止阀、203 -第三截止阀、204 -第四截止阀、205 -第一单向阀、206 -第二单向阀、207 -第三单向阀、208 -第四单向阀、300 -背压调节阀、400 -第五单向阀、500 -第一压力传感器、109 -第二压力传感器、110 -第三压力传感器、 600 -控制单元、700 -液体二氧化碳源、800 -冷却剂循环装置、101 -伺服驱动电机、 102 -减速和连接机构、103 -柱塞缸、104 -柱塞、105 -控温用冷却剂套、106 -吸入/ 输出液体二氧化碳接口、107 -冷却剂输入接口、108 -冷却剂输出接口。如图1、2所示，将两个相同的柱塞泵，即第一柱塞泵100和第二柱塞泵200，垂直平行布置，使柱塞缸103的吸入/输出液体二氧化碳接口 106处于柱塞泵的顶部最高位置；将由第二截止阀202、第二单向阀206、第一截止阀201、第一单向阀205按顺序用不锈钢压力管道串联连接而形成第一柱塞泵100的液态二氧化碳的吸入/输出通路与第一柱塞泵100 的吸入/输出液体二氧化碳接口 106连接；将由第四截止阀204、第四单向阀208、第三截止阀203、第三单向阀207按顺用不锈钢压力管道序串联连接而形成第二柱塞泵200的液态二氧化碳的吸入/输出通路第二柱塞泵200的吸入/输出液体二氧化碳接口 106连接；将第二截止阀202的入口与第四截止阀204的入口用不锈钢压力管道连接，然后连接到液体二氧化碳源700，向第一柱塞泵100和第二柱塞泵200供给液态或液气混合二氧化碳；将第一单向阀205的出口与第三单向阀207的出口用不锈钢压力管道连接，然后连接到背压调节阀300的入口，输出计量后的液态二氧化碳连续流。将所述控制单元600与第一压力传感器500、第二压力传感器109、第三压力传感器110、第一柱塞泵100的伺服驱动电机101、第二柱塞泵200的伺服驱动电机101、第一截止阀201、第二截止阀202、第三截止阀203、第四截止阀204、以及第一柱塞泵100和第二柱塞泵200中的上位传感器和下位传感器用电线或电缆连接。控制单元600接收第一压力传感器500、第二压力传感器109、第三压力传感器 110的压力信号、第一柱塞泵100和第二柱塞泵200中的上位传感器和下位传感器的触发信号，以及操作人员的参数设置值等，向第一柱塞泵100的伺服驱动电机101、第二柱塞泵200 的伺服驱动电机101、第一截止阀201、第二截止阀202、第三截止阀203、第四截止阀204发出操作指令，控制所有截止阀的打开和截止，以及伺服驱动电机的运作和转速，实现装置的自动运转。将所述的第五单向阀400连接到挤出机机筒的二氧化碳引入口或安装在挤出机机筒的二氧化碳引入口中。冷却剂循环装置800与第一柱塞泵100和第二柱塞泵200各自的控温用冷却剂套105的冷却剂输入接口 107和冷却剂输出接口 108用管道连接；由冷却剂循环装置800向第一柱塞缸100和第二柱塞缸200的控温用冷却剂套105中输入恒温的冷却剂；其中所述的冷却剂循环装置800优选为恒温冷水机，输出的冷却水温度可以为5 -20°C之间的一个恒定温度。所述的液体二氧化碳源700可选用压力在20巴-60巴之间的液体二氧化碳或二氧化碳液气混合体，例如，采用市场上常见的50巴的二氧化碳储气罐提供二氧化碳源。本发明所述的装置所采用的控制方法是
当第一柱塞泵100在一均勻速度计量输出液体二氧化碳时，第二柱塞泵200从二氧化碳源700中吸入二氧化碳，并进行预压。此时，第一截止阀201打开，第二截止阀202和第三截止阀203处于截止状态；第四截止阀204在第二柱塞泵200吸料时处于打开位置，当第二柱塞泵200中的柱塞104达到下限位置，触发其中的下位传感器，第四截止阀204截止，第二柱塞泵200开始或延时后对柱塞缸中的二氧化碳预压到预设值，例如，100巴，等待切换；当第一柱塞泵100中的柱塞104到达其中的上限位置，触发其中的上位传感器，第一截止阀201立即截止，而第三截止阀203同时打开，第二柱塞泵200的伺服驱动马达101按需要的转速勻速地输出液体二氧化碳；第二截止阀202打开，使第一柱塞泵100从二氧化碳源700中吸入二氧化碳，当第一柱塞泵100中的柱塞104到达下限位置时，触发其中的下位传感器，第二截止阀202截止，第一柱塞泵100开始或延时后对柱塞缸中的二氧化碳预压到预设值，例如，100巴，等待切换；在柱塞泵计量输出之前，由于采用预压方法将来自二氧化碳源700的二氧化碳升压到一个较高的压力，例如临界压力(7. IMPa)以上的压力，当二氧化碳的温度不超过临界温度(31°C)，在柱塞泵的二氧化碳就可以保持在液态。由于本发明装置中的两个相同的柱塞泵的冷却剂套105中通以5 - 20°C之间的恒温冷却水，使柱塞泵中的二氧化碳的温度保持在31°C以下的一个稳定温度，因此保证柱塞缸中的二氧化碳是液态；如此往复，实现了不间断地勻速输出液体二氧化碳。在本发明中，为避免输出单向阀400下游压力波动对计量精度的影响，在液体二氧化碳管路上，设置了背压调节阀300。 其作用是稳定背压调节阀300入口之前的压力，保持二氧化碳在背压调节阀300之前在一个稳定的压力状态；由于第一柱塞泵100和第二柱塞泵200的冷却剂套中一直流通恒冷却水，保持柱塞泵的柱塞缸中的二氧化碳的温度恒定，从而保证了柱塞泵计量输出的二氧化碳的状态是一致的。由于柱塞泵的伺服驱动电机的转速可以维持在稳定的转速，从而使输出的液体二氧化碳的体积流速或质量流速保持稳定，消除使用端压力波动对输出流速的影响。在一些具体实施方式
中，所述的背压控制阀300为气动控制的背压阀，或弹簧阀；在另外的一些具体实施方式
中，该背压控制阀300可以为大压差的限流元件。在本发明中，在背压调节阀300之后另外设置了一个单向阀400，其功能是阻止挤出机中的熔胶进入本发明装置的管道之中，造成管道堵塞。 在背压控制阀300和节流阀400之间的管道，由于靠近高温使用点，其间的液体二氧化碳会存在状态转换，例如处于超临界状态，导致压缩特性变化，导致最终输出流速的些微波动。为减轻这一潜在的流速波动，有必要将该背压控制阀 300和节流阀400之间的管道容积限制在5ml以下，优选在1 ml以下。
虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思作了详尽说明，但本领域技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种液态二氧化碳连续输送计量装置，其特征是，主要包括第一柱塞泵(100)、第二柱塞泵(200)、第一截止阀(201)、第一单向阀(205)、第二单向阀(206)、第二截止阀(202)、 第三单向阀(207)、第三截止阀(203)、第四单向阀(208)、第四截止阀(204)、背压调节阀 (300)、第五单向阀(400)、第一压力传感器(500)、第二压力传感器(109)、第三压力传感器 (110)、控制单元(600)、液体二氧化碳源(700)、和冷却剂循环装置(800)组成，其中第一柱塞泵(100)与第二柱塞泵(200)包括伺服驱动电机(101)、减速和连接机构 (102)、柱塞缸(103)、柱塞(104)和控温用冷却剂套(105)，第一柱塞泵(100)和第二柱塞泵 (200)分别通过柱塞缸(103)顶部的吸入/输出液体二氧化碳接口 ；第一柱塞泵(100)和第二柱塞泵(200)二者平行且垂直于地面放置，其吸入/输出液体二氧化碳接口(106)开设在柱塞缸(103)的顶部；第一柱塞泵(100)和第二柱塞泵(200)的柱塞缸(103)的外部由控温用冷却剂套(105) 包覆；将第二截止阀(202)、第二单向阀(206)、第一截止阀(201)、第一单向阀(205)按顺序用不锈钢压力管道串联连接，并且第二单向阀(206)和第一截止阀(201)之间的连接管道与第一柱塞泵(100)的吸入/输出接口( 106)连接，形成第一柱塞泵(100)的液态二氧化碳的吸入/输出通路，使得从第二截止阀(202)入口处填充液态二氧化碳，从第一单向阀 (205)的出口输出计量后的二氧化碳；将第四截止阀(204)、第四单向阀(208)、第三截止阀 (203)、第三单向阀(207)按顺用不锈钢压力管道序串联连接，并且第四单向阀(208)和第三截止阀(203)之间的连接管道与第二柱塞泵(200)的吸入/输出接口(106)连接，形成第二柱塞泵(200)的液态二氧化碳的吸入/输出通路，使得从第四截止阀(204)入口处填充液态二氧化碳，从第三单向阀(207)的出口输出计量后的二氧化碳；其中将第二截止阀 (202)的入口与第四截止阀(204)的入口用不锈钢压力管道连接，然后连接到液体二氧化碳源(700);其中将第一单向阀(205)的出口与第三单向阀(207)的出口用不锈钢压力管道连接，然后连接到背压调节阀(300)的入口 ；将背压调节阀(300)的出口用不锈钢压力 管到连接到第五单向阀(400)的入口 ； 在背压调节阀(300)入口之前的管道上设置第一压力传感器(500)，在第一柱塞泵 (100)的吸入/输出液体二氧化碳接口( 106)至第一截止阀(201)之间的管道上，设置第二压力传感器(109);在在第二柱塞泵(100)的吸入/输出液体二氧化碳接口(106)至第三截止阀(203)的管道上，设置第三压力传感器(110)； 冷却剂循环装置(800 )与第一柱塞泵(100 )和第二柱塞泵(200 )各自的控温用冷却剂套(105)的冷却剂输入接口(107)和冷却剂输出接口(108)用管道连接；由冷却剂循环装置(800)向第一柱塞缸(100)和第二柱塞缸(200)的控温用冷却剂套(105)中输入恒温的冷却剂； 控制单元(600)与第一压力传感器(500)、第二压力传感器(109)、第三压力传感器 (110)、第一柱塞泵(100)的伺服驱动电机(101)、第二柱塞泵(200)的伺服驱动电机(101)、 第一截止阀(201)、第二截止阀(202)、第三截止阀(203)、第四截止阀(204)用电线或电缆连接。
2.根据权利要求1的液态二氧化碳连续输送计量装置，其特征是，所述的第一柱塞泵 (100)和第二柱塞泵(200)都设置有控制柱塞(104)的行程的上位传感器和下位传感器，所述上位传感器和下位传感器与控制单元(600)相连接，并向控制单元(600)发送柱塞(104) 到达上限位置与下限位置的信号。
3.根据权利要求1的液态二氧化碳连续输送计量装置，其特征是，所述的背压调节阀 (300)与单向阀(400)之间管道容积在5毫升以下。
4.根据权利要求1的液态二氧化碳连续输送计量装置，其特征是，所述的背压调节阀 (300)与单向阀(400)之间管道容积在1毫升以下。
全文摘要
本发明涉及一种发泡塑料成型辅助设备，特别涉及一种应用于微孔塑料成型加工的液体二氧化碳的连续输送计量装置。主要包括第一柱塞泵(100)、第二柱塞泵(200)、第一截止阀(201)、第一单向阀(205)、第二单向阀(206)、第二截止阀(202)、第三单向阀(207)、第三截止阀(203)、第四单向阀(208)、第四截止阀(204)、背压调节阀(300)、第五单向阀(400)、第一压力传感器(500)、第二压力传感器(109)、第三压力传感器(110)、控制单元(600)、液体二氧化碳源(700)、和冷却剂循环装置(800)组成；本发明装置的优点是能够解决现有技术方案中所存在的对保持二氧化碳液化状态所需要能量消耗，以及连续计量输送过程中的流量波动问题。无论对挤出发泡成型，还是注塑发泡成型，或其他的发泡成型方式，均可实现稳定二氧化碳发泡剂的输送计量。
文档编号B29C44/60GK102205592SQ20111011548
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者唐庆华 申请人:北京中拓机械有限责任公司