CN101801792B - 流体控制装置 - Google Patents

Abstract

外部阀(12)包围内部阀(10)。阀塞(24)能够相对于内部阀(10)的阀座(22)移动，以控制通过内部阀(10)的流体流动。阀塞(14)与外部阀(12)的出口(42)协作以控制通过外部阀(12)的流体流动。阀塞(14)包括内部阀(10)的一部分。

Description

流体控制装置

技术领域

本发明总体涉及一种流体控制装置和流体控制方法。

背景技术

许多行业可以例如通过混合浓缩品(concentrate)和稀释元素(diluted element)来实现满足最终的可销售产品的规格的混合物而将不同的组分混合成最后的包装(packaging)。

US 5,992,455 Koller公开了一种具有二次灌装管的双流灌装系统，该二次灌装管装配有阀并且被部分地布置在一次灌装管内。清楚的是，需要在二次灌装管的内部布置相对复杂的阀闭合机构。该设备的问题在于该设备的卫生和操作较复杂。另一问题在于该设备在喷嘴、具体是二次灌装管的内部混合了两种组分，从而使得该设备不能中途对分配的流体的比例进行正确的瞬时改变。

US 6,772,806 De Villele公开了一种用于用两种不同的组分灌装容器的设备，该设备包括为容器提供内部轨道和外部轨道的单一回转装置(carousel)。容器最初绕回转装置的一个轨道被输送并且在到达两个灌装站中的第一灌装站时被灌装或被部分地灌装，在该第一灌装站，喷嘴分配两种组分中的一种组分的称重后的量。在容器通过第一灌装站之后，容器被移位到另一轨道中。然后，在容器到达第二灌装站时灌装容器，在该第二灌装站，喷嘴分配两种组分中的第二组分的称重后的量。该系统的问题在于，与Soehnlen设备一样，没有利用到机器的全部灌装能力。另一问题在于，用于在内部轨道和外部轨道之间转移容器的机构是复杂的并且容器破损的机会增多。

在US 6,446,680所示的一种方法中，空的奶容器前进通过串联排列的两个灌装回转装置。第一回转装置可以将脱脂奶传送到回转装置上的容器，第二回转装置能够传送全脂奶。该机器大且复杂。此外，当仅为全脂奶指定的容器在通过脱脂奶回转装置时必须保持为空时，没有用到机器的全部灌装能力。

WO/2006/091159公开了一种用两种不同颜色的膏来灌装牙膏容器使得形成耐久图案的方法。在同轴的内管和外管的出口均具有阀的情况下，同轴的内管和外管分配来自灌装喷嘴的膏。将避免不同颜色的膏的混合。

GB 2429262公开了一种用于控制内燃机的排气流的截流阀组件。设置主阀和辅助阀。GB 2308174公开了一种具有通向底端的出口孔的锥状出口通道的单一化学制品分配器。还设置滴注活塞(drip piston)和滴流活塞(dribble piston)。除非滴注活塞和滴流活塞也允许单一化学制品的流动，否则不能打开出口孔。

本发明的目的是提供一种能解决至少一个现有技术的问题的流体控制装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种如所附权利要求书所述的流体控制装置。根据从属权利要求和下面的说明，其它可选特征是明显的。

根据本发明的第二方面，提供一种如所附权利要求书所述的流体分配方法。根据从属权利要求和下面的说明，其它可选特征是明显的。

根据本发明的一个方面，流体控制装置包括：第一阀，该第一阀具有出口和第一限制器，其中，使用时，第一限制器和出口之间的相对运动被配置成控制第一流体经由第一阀的出口向下的流动；以及第二阀，该第二阀具有出口和第二限制器，其中，使用时，第二限制器和出口之间的相对运动被配置成控制与第一流体不同的第二流体经由第二阀的出口向下的流动；第一阀的至少一部分被配置在第二阀内；第二限制器包括第一阀的一部分。

第一和第二限制器可以独立地移动。

至少一个限制器和与其相关联的出口的相对运动可被配置成直线运动，第一和第二限制器和与其相关联的出口的相对运动可以是直线运动，第一和第二限制器和与其相关联的出口的运动可以在相同的方向上。

第一阀的流体可以被配置成流动通过第二限制器的一侧面，且第二阀的流体被配置成流动通过第二限制器的另一面。

第一阀的第一限制器和出口可被配置成可在第一阀的第一限制器和出口的多个不同的相对位置相对于第二阀的出口一起移动。

第二限制器也可包括第一阀的出口。

至少一个限制器可沿在第一流体控制过程中产生的相对运动的方向逐渐变尖。

至少一个出口可沿相对运动的方向逐渐变尖。

至少一个限制器可被配置成当控制流体时延伸通过与其相关的出口。

至少一个出口可被配置成当控制阀的流体时闭合。

至少一个阀可具有流体流量计。

控制装置可被配置成当预定量的流体已经流动通过阀时闭合至少一个阀的出口。

施力装置可被配置成对至少一个阀的出口和限制器施加沿相对运动的至少一个方向的力。

至少一个阀可包括动力装置，该动力装置被配置成使限制器和与其相关联的出口进行相对运动。

在相对运动过程中，仅第一阀的第一限制器或出口或者第二阀的第二限制器或出口不能移动，以限制第一阀或第二阀。第二阀的出口可绕第一阀延伸。当沿阀的相对运动的方向观察时，至少一个出口在其外周是圆形。当开口被打开时，当沿阀的相对运动的方向观察时，至少一个出口在其内周是圆形。

第二阀的外表面相对于竖直方向的夹角大于10°或大于15°或小于50°或小于40°或小于30°，优选在25°的范围内。

在第二阀的出口的下方，第二限制器的外表面相对于竖直方向的夹角小于50°或小于40°或大于10°或大于15°或者在25°的范围内。

该装置可包括具有出口和第三限制器的第三阀，第一阀或第二阀的至少一部分被配置在第三阀内，第三限制器是第二阀的一部分。第一阀或第二阀的任何特征也可以适用于第二阀和第三阀。

本发明还包括被配置成从至少一个阀被供给流体的容器。该容器可被配置成从两个阀被供给流体。可以在从另一阀供给一部分流体的情况下从一个阀供给流体，或者能够同时提供来自两个阀的流体。流体可以被配置成在流体撞击容器的底部或容器中的流体之前混合。容器可以被配置成：使用时，当从一个阀或两个阀灌装容器时，该容器相对于两个阀保持静止。该装置可包括称量装置，该称量装置被配置成使用时控制从至少一个阀供给的流体的量。

根据本发明的另一方面，一种利用第一阀和第二阀控制流体的方法，其中，第一阀具有出口和第一限制器，第二阀具有出口和第二限制器，且第一阀的一部分被配置在第二阀中，该方法包括：

通过使第一阀的第一限制器和出口之间进行相对运动来控制第一流体经由第一阀的出口向下的流动；以及通过使第二阀的第二限制器和出口之间进行相对运动来控制与第一流体不同的第二流体经由第二阀的出口向下的流动，第二限制器的相对运动是通过使所述第一阀的包括第二限制器的一部分移动引起的。

该方法可包括使流体从一个阀流出然后停止流动然后使流体从另一个阀流出的步骤。该方法可包括使流体从每一个阀进入共用容器的步骤。该方法可包括在从一个阀或两个阀灌装容器时使阀和容器保持相对静止的步骤。

该方法可包括使流体从第二阀流动以绕从第一阀的出口起的流体流路的整个周边流动的步骤。

该方法可包括使流体流动到容器中并且保持至少一个阀的流体流速并且在期望量的流体已经从阀进入容器时使流体流动停止的步骤。

该方法可包括称出容器的重量的步骤，其中，流体从至少一个阀流入该容器，并且在期望量的流体已经进入容器中时停止流动。来自至少一个阀的流体可包括液体、奶、粉末或颗粒中的任一种。

该方法可包括使流体从第二阀流动从而使流体在至少第二阀相对于竖直方向成角度的步骤。该方法可包括使已经离开第二阀的流体相对于竖直方向以一角度倾斜的步骤。该方法可包括在流体已经相对于竖直方向以一角度离开第二阀之后使来自第二阀的流体的相对于竖直方向的角度增大的步骤。

该方法可包括限制离开一个阀的流体经由另一个阀回流以辅助阀的清洁的步骤。该方法可包括使盖位于各阀的出口上方从而使离开一个阀的流体在盖内流动并且回流到另一阀中的步骤。

本发明包括利用这里说明的流体控制装置控制流体的方法。

附图说明

为了更好地理解本发明和本发明的典型实施方式，现在将参照附图来说明本发明的例子，其中：

图1是根据本发明的典型实施方式的流体控制装置的剖视图，其中，内部阀位于打开位置，外部阀位于打开位置；

图2示出了位于闭合位置的内部阀和位于闭合位置的外部阀；

图3示出了位于闭合位置的内部阀和位于打开位置的外部阀；

图4示出了位于打开位置的内部阀和位于闭合位置的外部阀；以及

图5是位于打开位置的两个阀都位于清洁位置的示意性剖视图。

具体实施方式

典型的流体控制装置允许至少两种流体的受控流动和可能的随后混合。该装置设置有控制第一流体的流动的内部阀10和控制第二流体的流动的外部阀12。内部阀10位于外部阀内并且用作外部阀的阀塞。

筒状体14限定内部阀室16。筒状体14具有流体入口18和流体出口20。各口均与内部阀室16流体连通。筒状体14以朝向出口20成锥状逐渐变尖的阀座22的形式结束。

在内部阀10内安装阀塞24，该阀塞24的下端具有锥状的逐渐变尖部26，以与阀座22互补，使得阀塞24能够如图2和图3所示地坐落在阀座22中从而阻塞出口20，或者如图1和图4所示离开阀座22以位于打开位置。

随着阀塞24移动，阀塞24的阀杆28移动通过与头部32连接的波纹管(bellows)30。波纹管确保内部阀室16保持封闭并且确保室内存在的流体与头部32内的引导阀杆28的轴承34分开。

外部阀包括外部阀室36，该外部阀室36的外部由筒状体38限定。

筒状体(阀体)38具有入口40和出口42。各口均与外部阀室36流体连通。筒状体38以朝向出口42以锥状逐渐变尖的阀座44的形式结束。

内部筒状体14用作外部阀12的阀塞。

内部阀塞24和用作外部阀塞的筒状体14可独立地沿纵向轴线移动，从而能够有选择地开闭任一阀。在该实施方式中，外部筒状体38被固定。

筒状体14移动通过波纹管46，该波纹管46确保轴承48和筒状体14和38之间的其它移动部件与第二流体分离。

对内部阀杆28的顶端施加例如气动压力或其它压力，以抵抗压缩弹簧48的作用将阀塞24推到闭合位置。类似地，对筒状体14的位于头部32的下方的面向上的表面50施加气动压力或其它压力。这使得筒状体14抵抗弹簧52的作用而向下移动，以闭合外部阀。作为可选方案，在利用所施加的力打开阀的情况下，弹簧可以作用以使阀或各阀到达闭合位置。

阀10和12提供如下方法：在全脂奶被供给到内部阀且脱脂奶被供给到外部阀的情况下，有选择地分配全脂奶、脱脂奶或半脱脂奶。半脱脂奶由全脂奶和脱脂奶的混合物形成。

两个阀10、12分别被连接到全脂奶源或脱脂奶源。

然后，通过打开阀并且允许奶从入口18、40经由各自的内部/外部出口20、42直接流动到奶瓶或奶盒中，从任一个阀或两个阀分配奶。流体仅在离开阀之后混合。对于半脱脂奶，两个阀同时打开或顺次打开。

如图1所示，离开外部阀的奶在筒状体14的外表面上流动。在奶离开阀座44之后，由于阀座44相对于筒状体14的竖直方向的大倾角(steep angle)，奶继续在筒状体14上流动并且留在筒状体14内。另外，筒状体14的外表面包括朝向内部阀的出口向下延伸的弧形(arcuate)部62。此外，由于表面张力，奶附着到筒状体14的外部并且附着到弧形面上，并且超过弧形面，使得来自第二阀的奶可占据与出口42的直径相比减小的直径。的确，来自第二阀的奶可向下流动超过筒状体14，并且到达包括由离开第一阀的出口20的奶限定的区域的至少一部分的区域。在流体“a”的粘性小于流体“b”的粘性的情况下，可通过外部阀分配流体“a”，以增强允许产生该向内方向流动的粘附效果。

在出口42的区域中，筒状体14的外部相对于竖直方向的角度可以小于40°或大于10°，优选是25°。在奶离开筒状体的位置，筒状体14的外部相对于竖直方向的角度可小于80°或大于30°，优选是70°。

类似地，离开内部阀的奶在向下逐渐变尖的阀塞24的外表面上流动并且由于表面张力而附着到该表面。离开第一阀的奶可具有与第一出口的直径相比减小的直径。

阀塞24的外部相对于竖直方向的角度可小于40°或可大于10°，优选是20°。

从两个阀都打开的图1可以看出，阀塞24的底部的高度和筒状体14的底部的高度相等。因此，不同的奶一离开该装置之后立即混合。从而，稍后不需要再混合不同的奶，并且甚至在奶开始灌装容器之前，不同的奶就被完全混合。

通过监控和调整各奶组分的流速，可以控制在辅助容器中收集的所产生的半脱脂奶中的全脂奶和脱脂奶的相对浓度。可以采用流量计来测量各入口处的体积式流量。

可以通过改变来自入口18、40的在上游施加的压力或者通过调整阀的开度或者通过当已经分配了所需的体积时闭合阀，来调整流速。可以由计算机微细地控制流量计量(flowmetering)，使得能够精确地分配半脱脂奶，以满足期望的规格或特别的标准。流量计量可以被中途地调整，以对分配的脂肪含量百分比进行精确的瞬时改变。流量计量的调整允许在分别操作时从各阀分配的奶或者在同时操作时从两个阀分配的奶的相同的总体积。

如任何通常的单组分灌装机那样，在一站进行奶瓶处理。可以采用带有如上所述的流量计量的灌装用回转装置。作为可选方案，称量单元可被设置在各容器的下方，以确定瓶子何时被充分地灌装。可选择地，称量单元可以用于先称出期望量的全脂奶、之后称出期望量的脱脂奶。

本发明的流体控制装置在任何灌装机构思中都能工作，不管其是如输送机系统那样的直线的，还是如回转系统那样的转动的。

可以通过使用图5所示的装置来容易地清洁阀室16、36。在图5中，两个阀都位于打开位置，并且盖(cap)60绕外部阀体38的下端的外部延伸并且密封外部阀体38的下端的外部。在清洁过程中，通过入口40将压力水(water under pressure)供给到外部阀。该压力水向下冲出外部阀，冲进盖60内，然后冲上阀室16，最后通过入口18离开。例如，通过测量离开入口18的液体的电阻来监测该液体。这样，可以循环利用离开入口18的奶。

可选择地，阀具有第二入口(未示出)，第二入口自身装配有双通阀，从而使该第二入口能够开闭。于是，第二入口可被用于在清洁过程中提供返回CIP流。

本发明的流体控制装置与“公制/英制的瓶设计(metric/imperial bottle design)”兼容，并且可以在读取标签之后即可分配奶。

该原理可以延伸成具有与实践中可以具有的阀一样多的阀，例如具有三个以上的阀，这些阀以一个位于另一个的内部的方式被布置并且均可被独立地选择性地操作。例如，第三阀可以包围所示的阀，其中，第三阀的阀塞包括筒状体38，这种情况下，该筒状体38可移动，并且可具有逐渐变尖的下端以装配到第三阀的以锥状逐渐变尖的开口中。

在另一实施方式(未示出)中，贯穿阀杆28的整个长度设置导管，且在阀杆的底端头具有开口。在容器位于阀的下方的任何时间，例如具有香味和/或颜色的果汁等流体可以经由该导管以计量过的剂量被分配。

所述实施方式的第一个优点是，提供一种不复杂且成本更有效的用于分配流体的设备和方法，特别是对于操作、工厂设计、工艺以及从原料进入到成品的派送的产品流。

第二个优点是，可以从同一阀系统的分开的室来分配产品的两种以上的组分，一次分配一种组分或同时分配所有组分。

本发明的第三个优点是，提供一种显著减少足迹(footprint)、结构、工艺、存储、灌装和冷藏/仓储的用于分配流体的设备和方法。

本发明的第四个优点是，由于可以在一个站进行多种组分的灌装，因此，喷嘴和称重单元被用于100％容量。

本发明的第五个优点是，流体控制装置的清洁简单，并且不需要任何附加的清洁管、通路或系统。本发明还提供一种在产品流动区域的内部不具有移动的机械部件的卫生设计。

本发明的第六个优点是，通过在没有损失、没有中间相(inter phase)且灌装速度不减小的情况下在两个容器之间精确地改变液流的重量或体积，允许产品定制(production to order)、完全灵活(full flexibility)、即时生产指令(just in time order)完成。

第七个优点是，与产品变化、净化(purging)或清洁相关的奶的浪费较少或不存在。

第八个优点是，由于例如在换成全脂奶之前不需要排空一罐脱脂奶，因此，随着时间的变化很快。

第九个优点是，由于仅需要两罐奶(即，不是全脂奶罐、半脱脂奶罐和脱脂奶罐，而仅是全脂奶和脱脂奶)，因此，基建支出减少。

第十个优点是，产品能够在离开装置之后立即混合。

虽然已经利用奶说明了本发明，但是，其它流体或混合物或粉末或颗粒或气体或上述物质的任意组合也可以经由两个以上的阀排出。

例如，水和浓缩品可被混合为白酒或葡萄酒以及橘子汁和柠檬水。此外，很多种不同风味的制品例如可以通过使用同一种基本成分而经由不同的阀混合。阀可以被用于混合例如易于发泡的至少一种流体，由于由阀塞或筒状体的向下收拢的表面实现的平滑流动，可以增强该分配。

如果期望，则可以改变阀塞10或筒状体14的锥状面的角度，以确保该角度与例如被分配的产品的表面张力相匹配，以使产品附着到该锥状面的能力最优化，并且在产品离开装置时辅助产品的排出和可能的混合。

虽然已经示出并说明了一些优选实施方式，但是，对本领域的技术人员来说明显的是，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。

应该注意与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的与本申请有关并且与本说明书一起供公众查阅的所有文件和文献，所有这些文件和文献的内容通过引用包含于此。

本说明书(包括所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征以及/或者所公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以任意的组合方式组合，这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。

除非另外明确说明，本说明书(包括所附权利要求书、摘要和附图)中公开的每一个特征可以用具有相同、等同或类似目的的替换特征来替换。从而，除非另外明确说明，所公开的每一个特征仅是一系列等同或类似特征的一个示例。

本发明不限于上述实施方式的细节。本发明可延伸到本说明书(包括所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征的任何一个新的特征或任何一种新的特征组合，或者可延伸为所公开的任何方法或工艺的步骤的任何一个新步骤或任何一种新的步骤组合。

Claims (15)

1.一种流体控制装置，包括：

第一阀，所述第一阀具有出口和第一限制器，其中，使用时，所述第一限制器和所述第一阀的所述出口之间的相对运动被配置成控制第一流体经由所述第一阀的所述出口向下的流动；以及

第二阀，所述第二阀具有出口和第二限制器，其中，使用时，所述第二限制器和所述第二阀的所述出口之间的相对运动被配置成控制与所述第一流体不同的第二流体经由所述第二阀的所述出口向下的流动；

所述第一阀的至少一部分被配置在所述第二阀内；

所述第二限制器包括所述第一阀的一部分，

其特征在于：

至少当限制器所控制的出口打开时，所述第一限制器和所述第二限制器的外表面的位于各自对应的出口的区域中的部分均向下和向内收拢。

2.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述第一限制器和所述第二限制器中的至少一个限制器当流体流动通过该限制器所控制的阀时至少伸至该阀的所述出口。

3.根据权利要求1或2所述的流体控制装置，其特征在于，所述第一限制器和所述第二限制器中的至少一个限制器当流体流动通过该限制器所控制的阀时延伸通过该阀的所述出口。

4.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，当所述第一限制器和所述第二限制器允许流体流动通过所述第一限制器和所述第二限制器所控制的阀时，所述第一限制器和所述第二限制器的最低点位于大致同一高度。

5.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述第一限制器和所述第二限制器中的至少一个限制器的外表面向下和向内收拢。

6.根据权利要求5所述的流体控制装置，其特征在于，至少当所述至少一个限制器所控制的阀允许流体流动时，所述至少一个限制器的外表面在该限制器所控制的阀的出口的下方从该出口向下增大该外表面相对于竖直方向的夹角。

7.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述第二限制器的外表面相对于竖直方向的夹角大于10°或大于15°或小于50°或小于40°或小于30°。

8.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，在所述第二阀的所述出口的下方，所述第二限制器的外表面相对于竖直方向的夹角小于50°或小于40°或大于10°或大于15°或者为25°。

9.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述第一阀具有位于所述第一阀的所述出口的上游的腔，第一流体被配置成供给到该腔中。

10.根据权利要求9所述的流体控制装置，其特征在于，所述第二限制器的内表面的至少一部分限定所述腔的至少一部分。

11.根据权利要求9所述的流体控制装置，其特征在于，所述第二阀具有位于所述第二阀的所述出口的上游的腔，第二流体被配置成供给到该腔中，所述第二阀的腔与所述第一阀的腔被相互隔开，所述第一阀的腔位于所述第一阀的所述出口和所述第二阀的所述出口的上游。

12.根据权利要求11所述的流体控制装置，其特征在于，所述第二限制器的外表面的至少一部分限定所述第二阀的所述腔的至少一部分。

13.根据权利要求8所述的流体控制装置，其特征在于，所述流体控制装置包括封闭构件，所述封闭构件被配置成密封所述第一阀的所述出口和所述第二阀的所述出口，使得当所述第一阀和所述第二阀允许流体流动时，两个出口彼此流体连通，由此，在使用时，在由所述封闭构件收纳腔之间的流体的情况下，流体被配置成从一个出口朝向另一腔的出口流出并且通过该另一腔的出口流动到该另一腔中。

14.一种利用第一阀和第二阀控制流体的方法，其中，所述第一阀具有出口和第一限制器，所述第二阀具有出口和第二限制器，且所述第一阀的一部分被配置在所述第二阀中，所述方法包括：

通过使所述第一阀的所述第一限制器和所述出口之间进行相对运动来控制第一流体经由所述第一阀的所述出口向下的流动；以及

通过使所述第二阀的所述第二限制器和所述出口之间进行相对运动来控制与所述第一流体不同的第二流体经由所述第二阀的所述出口向下的流动，其中，所述第二限制器的相对运动是通过使所述第一阀的包括所述第二限制器的部分移动而引起的，

其特征在于：

当使各阀打开时，使该阀的各自的限制器在各自的出口的区域中呈现向下和向内收拢的外表面。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括当不同的流体离开所述限制器时使所述不同的流体混合的步骤。

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