CN1003419B - 液体配料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种液体混合法和按选定比例对两种或两种以上液体混合的配料装置。每种组分液体分别流入一个装有液面控制装置的组分液体罐内，液面控制装置可在此罐内建立一个与压力气源相通的顶部自由空间。压力气源的作用是通过一测量装置，在输入到一个组分液体混合罐之前，将液体从液体罐内排出。

Description

液体配料装置

本发明涉及用于生产封装饮料的设备和方法，特别是用于将两种或两种以上组分液体按所需关系或比例进行配料的设备和方法。

依据本发明提出的液体配料装置具有许多优点，这主要因为该装置能够随时测出或感应出液体的恒定流速以及系统部件之间极为稳定的压力差。恒定流速可提高和保持液体的混合精度，改善相应的冷却系统稳定状态下的工作条件，并确保有足够数量的混合产品。

另外，尤其值得指出的是，依据本发明提出的液体配料装置可获得由压力差确定的不同的液体流速，压力差在保证液体所需配料比例的同时，又能对各组分的液体流速变化或混合液体的流量变化作出反应。

与此液体配料装置有关的公开的现有技术包括美国1969年3月1日公布的授予WITT等的申请号为3，237，808的专利和1973年7月3日公布的授予Mnikl等的3，743，141号专利。

本发明的简图说明如下：

图1是依据本发明的液体配料装置与一个冷却器和碳酸气冷却罐之间的连接图。

图2是液体配料装置的放大图。

图3是组分液体罐的一部分和沿图4中的3-3线的剖面图。

图4是贮存组分液体的混合罐和向此混合罐输送液体的一条管道内的压力响应阀门图。

图5与图4大体相同，但阀门元件由线性调节缩控制。

依据本发明原理制造的饮料混合装置（或称饮料配料装置）通常用数字10表示。尽管能够按任意选定的配料比率混合两种以上的流体或液体，但此处以两种液体-水和饮料用糖浆或浓缩糖浆为例来介绍已公开的饮料配料装置的工作原理。

经过处理的饮料用水经与管道16连通的管道14引入予先冷却器和/或空气分离器罐12内。受装有浮子22的常用液面传感器20控制的薄膜阀门18控制空气分离器罐12内的液面高度，罐12内的水由泵26经管道28注入由水罐24组成的容器装置，管道28与管道30连通。水罐24内的贮水量由装有浮子74的液面传感器34控制的薄膜阀门32保持恒定。

同样，从合适饮料源来的饮料浓缩液或糖浆经管道38和40流入由液体混合罐58组成的容器装置，罐内的糖浆的液面高度由装有浮子76的传感器44控制的薄膜阀门42保持恒定。

液体罐24和36由导管46（图2）与惰性气体源（诸如二氧化碳或氮气）相通。导管46以约为300磅/吋²压力向减压控制阀门48提供选择的惰性气体。减压控制阀门48又将其本身低压出口通过导管52与将惰性气体同时引入每一罐中的歧管装置或平衡导管装置50相通。输入液体罐24和36的增压惰性气体分别在两个罐内的液体表面上方建立不同体积的自由顶部空间54和56，其压力是恒定的。下面较详细地论述从容器装置24，36和58排出液体的装置和方法。每个顶部空间内的恒压惰性气体使罐24和36中的饮料用水和饮料浓缩液以一定流速流入由混合罐58组成的一容器装置中，加注器（图中未画出）以相同流速将混合液抽出。如图1所示，混合液体经过导管60和62从混合罐58泵出后送入碳酸气冷却罐64。冷却罐64上可能装有一个带浮子68的液面控制器66，以便控制薄膜阀门70，薄膜阀门用于控制流入冷却罐64内的混合液体的流速。经混合、冷却和充有碳酸气的液体经导管72流入加注器（图中未画出）。

依据本发明的液体配料装置能够对单一液体或混合液体的流速变化作出反应。即压力差随液体流速的变化而自动变化，压力差的变化会迅速改变或调节液体的流速。压力差自动调节的主要优点是，当液体混合比保持恒定时，混合液的流速保持不变，这样可消除或避免因配料装置内的容量与加注器内的容量失调而导致冷却系统产生循环。

参看图2中经过图形放大的配料装置10，可以看出，在每一液体罐内，都设有控制液面的装置和补注液体的装置。标定的液面线L-L由各自的液面传感器34和44确定，传感器34和44分别装有浮子74和76，用以根据液面高度的变化来分别接通机械阀门78和80。当液面下降和一个或两个浮子同时下沉时，接通相应的阀门78和/或80，以便把由车间气压管路82提供的气压送至薄膜阀门32和/或42，并提高流往液体罐24和/或36的饮料用水和/或饮料糖浆的流速。直至重新建立起标定的液面线L-L时为止。

混合罐58经管由道84组成的，浸入水中的装置与饮料用水罐24连通，并经由管道86组成的浸入糖浆中的装置与饮料用糖浆罐36连通。管道84和86分别延伸到各自的液体罐的溶液内，并位于标定液面L-L的下面。在正常工作期间，液体罐24和36的工作液面高度始终保持不变。

液体罐24和36的壳体最好制成园筒形，其两端分别由上、下凸形壁88和90进行封闭。在上凸壁上钻孔，并与垂直方向上延伸的接咀92连成一体。这样，接咀92的内径大于管道84和86的直径，以便限定形成顶部空间54和56的延伸段的环形通道94（图中只画出一个）。充有二氧化碳气体的导管50的两端与接咀992连通，这样可将二氧化碳气体引入顶部空间54和56。每个接咀的顶端装有一个合适的密封圈或封严套96，以确保顶部空间54和56内的二氧化碳气体的容量。

根据上述这种配置，顶部空间54和56内的气体压力大于混合罐58内的气体压力，这样，饮料用水和饮料用糖浆的组分液体便由液体罐24和36中不断泵入混合罐58内，与此同时，组分液体以相同的流速不断得到补充。

为了得到混合罐58内的组分液体的选定比例，在由管道84和86组成的流体通道装置上分别装有由可变的节流孔98和固定不变的节流孔100组成的测量装置。节流孔100的流通截面是固定的，用以满足生产要求，而节流孔98上装有一个微米调节螺钉102，用于调节流通截面，以得到所需要的两种液体的比率。最好将可调喷咀102置于流速较高的液体。当流入混合罐58内的组分液体的比例由根据微米调节螺钉102调定的节流孔98的流通截面和节流孔100的流通截面确定后，从液体罐24和36流往混合罐58内的液体流速由液体罐和冷却罐之间的压力差确定。但是，从混合罐58到冷却罐64的液体流速是由薄膜阀门70进行调节。

二氧化碳（CO₂）气体由供给管路46送往液体配料装置10和碳酸气冷却罐64，管路46上接有与偏压调节器阀门106相连接的支管47，以便以选定的压力将二氧化碳（CO₂）气体送往减压控制阀门48的信号口，支管49将二氧化碳（CO₂）气体送到减速控制阀门149，通过此阀门又把经过减压的二氧化碳气体送往冷却罐64。对于这一已公开内容的配料装置来说，送往冷却罐的气压约为50磅/吋²（表压）。

为了建立混合液体从混合罐58流入碳酸气冷却罐64的标定的流速，利用手控调节螺钉107调节偏压调节器阀门106，直至压差表109指示的压力读数大于管路108内的压力时为止。管路108内的压力等于冷却罐64内的实际压力，即表压50磅/吋²。以增压管路压力提供的二氧化碳（CO₂）气体经支管47送往偏压调节器阀门106。把阀门106与减压阀门48相连接的导管114内的输出压力等于导管108内的压力加压力表109指示的偏压的和。例如，一个偏压级可能为5磅/吋²（表压），那末在管路114内产生总压力为55磅/吋²（表压）。这个5磅/吋²（表压）的压力差将保持在阀门106上，并与增压管路108内的压力的升或降无关。经调节的压力差构成顶部空间54和56以及冷却罐64之间的压力差，在计算此压力差时，应把各组分液体的比例（如粘度）和流过喷咀98和100所需要的流速考虑在内。因此，根据上述所例的压力值，在各种工作条件下，顶部空间54和56内的二氧化碳（CO₂）气体的压力比碳酸气冷却罐64内的压力高5磅/吋²（表压）。

液体罐24和36上分别装有一个高-低液面探测器116，每个液面探测器各有一个高液面探头H和一个低液面探头L。此探测器在超出浮子74和76所控制的液面范围外工作。万一饮料用水或糖浆的流量较大、减少或中断到予定比例，也就是说，万一糖浆罐内的液体容量发生变化或供水不足，在液体罐24和36中有一个罐或两个罐内的液体容量过多的情况下，高液面探头H可测出液体浸入量，并能根据是哪个罐内的液体过量来迅速关闭阀门32或42。如果液面下降至低于低液面探头L的末端，阀门70将被迅速关闭，以中断所有液体顺流。

使用碳酸气冷却罐64内的浮子液面控制器66或高-低液面探测器104都不会影响混合液体从混合罐58流入冷却罐64内，这是因为这两种控制器都操纵薄膜阀门70的工作来调节输往冷却罐64内的混合液体的流量。输往冷却罐64的混合液体的流速是恒定的，并可通过改变偏置压力调节阀门106的位置进行人工调节，偏置压力调节阀门106又使减压控制阀门48来调整顶部空间54和56内的气体压力。如果冷却罐64内的液面达到高液面探头H位置，则阀门70将被关闭，从而中断从混合罐58来的混合液体的流动。此时，导管60和混合罐58内的压力将升高，并等于顶部空间54和56内的压力，使喷咀98和100内的压降等于0。同理，当冷却罐64内的液面上升时，浮子68（图1）将接通液面控制器66，致使阀门70减少管道62内的液体的流速、液体流速的降低会引起导管60和混合罐58内的压力升高，从而使喷咀98和100内的压力差减小，组分液体的流速和混合液体的流速也都相应地减小。

二氧化碳（CO₂）气体经导管46（图2）送往调压阀门48，经调压阀门将气体压力降到由偏压继电器阀门106控制的规定数值。经过调节的压力经管道52送往导管50和顶部空间54和56。管道50的尺寸足以保持顶部空间54和56之间的压力相等。顶部空间54和56内的压力迫使液体罐24和36内的液体分别向上流经管道84和86进入混合罐58。饮料用水和糖浆的流量或流速取决于顶部空间54和56与混合罐58之间的压力差，另外还取决于节流孔98和100的孔径，饮料用水和糖浆合成一种混合液体，混合液体内的各组分液体的比例是固定的。碳酸气冷却罐64经导管49与具有一定流速和压力的二氧化碳（CO₂）气源相通，这样可保证混合的液体含有适量的碳酸气。浮子68及其相关的阀门70控制流入冷却罐64内的混合液体的流速，此流速与经管路72送往容器注入装置（图中未画出）的已充有碳酸气的冷却了的混合液体的流速相对应。

上述液体配料装置及其已公开内容的工作条件可使冷却系统在稳定条件下工作（该工作条件的作用是通过一系统获得液体的恒定流量）。组分液体准确的配料比例使配料装置迅速作出反应，以满足容器注入器的要求和符合碳酸气充气标准。

为了进一步用图例说明已公开系统的液体配料装置的工作原理，根据图1和该系统选择的导管和管道给出了下列流速、温度和压力。该系统中的导管和管道分别如图中的管道14上的A、管道28上的B、管道38上的C、导管60上的D和管道72上的E所示。例子中的字母Q、T和P分别代表加伦/小时、温度（F°）和磅/吋²（表压）：

例1：

A.Q＝6000，P＝50，T＝70

B.Q＝6000，P＝70，T＝45

C.Q＝1500，P＝70，T＝70

D.Q＝7500，P＝45，T＝52

E.Q＝7500，P＝40，T＝36

例2：

A.Q＝4166，P＝50，T＝70

B.Q＝4166，P＝70，T＝45

C.Q＝834，P＝70，T＝70

D.Q＝5000，P＝45，T＝52

E.Q＝5000，P＝40，T＝36

在稳定状态工作期间，虽然上述液体配料装置及其工作方式，可达到连续准确的对液体进行配料的目的，然而当机器停机或暂时中断液体流动（如排除容器注入装置的故障）时，可能引起这种情况，即，在压力均衡瞬变期间，一种组分液体或两种单一组分液体，或者混合液体向使液体混合的方向流动。在具有不同比重的液体混合时，可以测出使液体混合的位差。

根据本发明的装置，为了保证在中断正常液体流动时发生瞬变的情况下仍能保持液体分离，因此，提供图3、4和5中所示的各装置。尤其在液体由正常流动突然转变的停止流动的情况下，已建立的约为5码/吋²（表压）的压力差会下降到0，在此转换期间，要达到压力均衡，除其它因素外，还包括液流能量的损耗，而液流能量又与混合液体的比重有关。

图3表示盛有糖浆或浓缩液罐36的上部分结构。管道86经弯管101、直管道103和短接咀110与混合罐58连通。如图3所示，在混合罐58和液体罐36之间装有一个分离器112，用于增加液体流动的阻力，以减小未受控制的含有较大比重和较小比重的液体的混合。除分离器112外，此混合罐上还加装一个液体流向响应单向阀门114′，此阀门主要由一个浮动球116′组成，此浮动球由金属线或杆118夹住，用于当液体由混合罐58向液体罐36逆向流动时堵住接咀110。这样，单向阀114′可迅速防止混合液体流入液体罐36，从而防止将此比重较大的液体冲淡。

按需要加装一个电力致动阀门，可采用如图5所示的一种方案。

线性致动器120经导管122和124与液压源相接，其输出杆126穿过装有普遍密封垫的管壁接头。输出杆126的末端装有一个锥形堵塞130（用虚线表示），当该堵塞顶住接咀110的开口处时，切断混合液体罐58与接咀110和液体罐36之间道路。

若不加装诸如116′或130这样的阀门组件，比重较大的液体反向流动，即从混合罐58倒流入液体罐36内。这种瞬间有害的倒流现象，一直延续到压力达到均衡时为止。用户可能很清楚了解：对于偶然发生的液体流动中断现象，用普通监视装置难以检测碳酸气冷却罐内的不正常混合现象，但可以测出经常发生的液体流动中断现象。

尽管对实现本发明的最佳方案已作了介绍和说明，但是，在不脱离主题的情况下，还可以进行修改和变动。

Claims (9)

1、一种按预选比例至少混合两种液体的配料装置包括：贮存组分液体的溶器装置24，26;浸入每一种组分液体液面L、L下面的并组成从每一容器装置24，36往外流动的流体通路装置84，86;从上述各流体通路装置84，86中按选定比例接收和混合各组分液体的装置58;从上述各容器24，36，58中排放上述各组分液体的排放装置46，106，49，149;在流入上述接收和混合装置58之前在上述流体通路装置84，86中设置的测量各组分液体流量的测量装置98，100;用各自组分液体连续地补注各容器装置的补注装置34，32，44，42;在各容器装置中控制其中组分液体液面L、L并保持该液面在一定范围内的控制装置74，116，116，76，该装置使上述流体通道装置84，86在正常情况下浸入各自容器装置中液面L，L的下面，所述液面控制装置74，116，116，76使各容器装置具有一个未被组分液体占据的顶部空间54，56;导气装置50，它在一选定的通常压力下将一种惰性气体同时输送到所述的每个容器装置中的上述顶部空间，以便把组分液体从容器装置24，36中排列所述流体通道装置84，86中。

2、根据权利要求1所述的配料装置，其特征在于所述接收和混合装置包含有一个混合室装置58，它在沿每一个容器装置24，36的上面部位伸展，每一流体通道包含有一根导管84，86，该导管具有一浸入各自容器装置液面下的流体进口部分和一个一般呈倒U型的出口部份，它沿各自容器装置上部伸展，并与所述混合室装置相接;其特征还在于所述测量装置包括一个设置在上述某根导管进口部分和出口部分交界处的可变节流孔98，102，和一个设置在另外一根导管进口部分和出口部分交界处的固定不变节流孔100，所述的节流孔装置使两种液体根据选定的配比关系并按预选的流量要求流入上述混合室装置，预选的流量是由所述顶部空间和所述混合室装置之间的压力差来确定的。

3、根据权利要求1所述的配料装置还包括有：从上述的接收和混合装置58中接收和调节已混合液体的装置64，在常压下同时向所述各容器装置24，36输送惰性气体的装置46，106，50包括有将惰性气体输入所述接收和调节装置64的输送装置49，149，输送进所述容器装置中惰性气体的压力值大于输送进所述接收和调整装置的压力值。

4、根据权利要求1或2所述的配料装置，其特征在于每一个所述容器装置包括有一个封闭罐88，90，所述补注装置包括一根导管28，38，它与每一个封闭罐相连，并与两种液体中每一种液体的各自液源相连接，所述的将惰性气体输入所述顶部空间的输送装置包括有一根导管50，该导管与上述封闭罐及一惰性气体压力源52相连接并使封闭罐互相沟通，从而使所述顶部空间54，56沟通，这样，就可向每一封闭罐中贮存的液体施加一个压力增量，使各液体能有效地在浸入式的流体通道84，86中流动。

5、根据权利要求3所述的配料装置，其特征在于所述接受和调节装置64包括有一个封闭室64，它通过49，60与所述惰性气体源以及所述的接受和混合装置58相连接，所述接受和混合装置包括有一个混合室装置58，它沿所述容器装置24，36横展，每一个惰性气体输送装置中的压力调节装置48，149使所述顶部空间及混合室装置中的压力大于所述封闭室中压力，从而使混合好的液体能流入到所述封闭室中。

6、根据权利要求2所述配料装置，其特征在于在上述倒U型出口部分的一处设有单向流量调节阀装置114，130以防止液流倒流。

7、根据权利要求2所述的配料装置，其特征在于，所述流体进口部分通过一设在上述容器装置顶部88的环状通道92，94，一个导气装置50使上述通道与一具有压力的惰性气体源52相连接，在进口部分和通道之间的环状空间中设有一密封装置，用来密封容器装置的顶部。

8、根据权利要求2，6或7所述的配料装置，其特征在于，可变节流孔装置98，102设在一个进口部分上，而固定不变节流孔设在另一个进口部分上。

9、按选定比率混合两种以上液体的一种方法是：在液体混合之前，测量每种液体通过节流孔的流量;当液体流动发生阻力或各组分液体或混合液体的流速万一发生变化时，应能保持已选定的配料比例;对上述方法的改进措施是：在各个液体罐内输送和保持各个液体给定量的方法，该液体量值应控制在使各个液体罐内能产生一个不被液体占据的顶部空间，使每个液体罐内的顶部空间保持沟通，通过一个测量节流孔使每个液体罐内液体沟通，利用气体给顶部空间增压，以便同时将每个液体罐内的液体经过测量节流孔压出，各测量节流孔分别位于与一个液体混合罐相通的管道内。

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