CN102596729B - 喷嘴头和带有所述喷嘴头的灌装机 - Google Patents

Abstract

一个用来将液体灌入包装的喷嘴头适用于将液体飞溅和起泡减到最小程度。当所述喷嘴头处在高于所述包装的位置时更适用于将液体灌入包装内，所述喷嘴头由一个上表面组成，至少有一根倾斜的通道从上表面的位置延伸开去。所述通道的出口端有一个喷孔可以使灌入通道的液体喷射流喷向所述包装的单侧壁。所述喷嘴头的特征在于喷孔从所述喷嘴头里伸出，面向通道。带有所述喷嘴头的灌装机也被公开了。

Description

喷嘴头和带有所述喷嘴头的灌装机

技术领域

本发明涉及喷嘴头，尤其涉及将容易起泡和飞溅的液体灌入具有圆底表面的包装的喷嘴头。

背景技术

在将液体灌入包装的灌装机里，一些类型的喷嘴头用来将液体分装进包装内。如今的灌装机灌装包装的速率正在不断提高。仅仅举一些相关的例子，对于某些液体，比如牛奶，特别是低脂的牛奶，还有对于一些果汁，诸如菠萝汁来说，起泡可能是一个问题。当液体喷射流将空气混合进该液体中时，起泡发生，泡沫快速溢出包装的边缘，导致充分灌满包装方面的问题。通常希望通过实现高灌装速率从而达成高生产率，并且通过实现降低起泡的发生从而达成高灌装率（即包装内部体积的最佳利用）。与起泡相关的问题是飞溅，在液体喷射流撞击包装壁或者进入包装内的液体中的时候，会发生液体溅出包装的情况。灌装速率以及喷嘴头与包装之间的距离会使这两个问题加剧。这两个问题也会相互产生关联，这是因为起泡现象的增加会导致飞溅现象减少，泡沫好比吸收小液滴的飞溅阻尼器

本申请人揭示了对某一类型的包装来说起泡和飞溅的问题会特别严重，即所谓的纸瓶，所述纸瓶由圆柱形的套筒和塑料顶部组成，所述套筒由包装层压薄片制成，所述塑料顶部与所述层压套筒的一端相连接。所述塑料顶部包含瓶颈，所述瓶颈通过覆盖纸瓶的灌入口的薄膜或者盖子封闭，并且在通常情况下具有弯曲的瓶肩。将纸瓶的底部加工成敞开式，使得在将纸瓶颠倒过来的时候尤其能从底部进行灌装。灌装完后，将纸瓶的底部密封并塑造成所需的形状。

灌装通过多个步骤才完成，其中在每一个步骤中，将需要被灌装的预定的部分容量的产品灌装入包装。特别是如果使用将产品直接注入包装的标准灌装喷嘴，在灌装的第一个步骤当中，因为灌装喷射流撞击封闭瓶颈的薄膜或者盖子的内部，可能会导致不利的产品容量飞溅。在喷射流撞击薄膜或者盖子后，它们转而上升维持几乎同样的速度从而导致飞溅以及起泡。这可以和具有直角型瓶肩的传统的包装相比较，这种传统的包装逆转灌入液体的动量时效率更低，并且更不容易飞溅。

关于减少起泡和飞溅的已知的解决方案，是将注入的液体流对准包装的内壁。这个解决方案通过使用具有若干个喷孔的喷嘴头将注入液体引向包装壁来实现。用这种方法，该液体流可能会受包装壁的引导混以更少的空气进入包装内现有的液体中，并且由于避免了与容器一端的直接冲击，飞溅的现象也会减少。US-4711277中公开了这样的一种装置。

本发明旨在进一步改进涉及包装灌装的现有技术，例如所描述的纸瓶类型。

由起泡特别是飞溅引起的问题是喷孔附近的物质逐渐积聚。物质来源于产品，并且可能造成喷孔的充分运行能力方面的问题。即使喷孔本身没有直接受到影响，喷孔附近的物质积聚可能会影响液体喷射流，将液体喷射流引向其他方向，影响液体喷射流的扩展度等等。所述不稳定的喷射流转而会产生更多的问题，这些问题将被讨论。不稳定的喷射流对可控性会产生直接不利的影响，还会影响喷嘴头的性能，可能会造成邻近的喷射流互相干扰，还导致喷孔的性能不佳。

本发明涉及存在于现有技术中的这个缺点和其他缺点方面的问题。

发明内容

这个问题可以用一种新的灌装技术来解决，该技术即所谓的壁式灌装。取代如今的用喷嘴头将灌装喷射流对准纸瓶的封闭端，而使用将灌装喷射流导向纸瓶壁的喷嘴头。

本发明提供了一种用于将液体灌入包装同时将液体飞溅和起泡减到最小程度的喷嘴头，所述喷嘴头适于在位于所述包装的位置之上时将液体灌入所述包装内，所述喷嘴头包含上表面，数个倾斜的通道从所述上表面延伸，所述通道在其下游端有喷孔，使得注入通过通道的液体喷射流能被导向所述包装的侧壁，其中分布在所述上表面上的所述通道入口通过锥形阀是可关闭的，其特征在于：所述锥形阀具有被设置为在封闭位置紧邻所述通道的入口的边缘，所述锥形阀还具有与所述喷嘴头的所述上表面流体连通的内部凹槽，其中过道从所述凹槽通过所述锥形阀延伸，在所述凹槽和锥形阀的周围之间提供流体连通。

其中，所述过道从所述凹槽的最上面位置延伸。

其中所述喷孔沿所述通道的方向从所述喷嘴头的底部表面凸出。

其中所述喷孔具有直径Do和宽度为W的边缘。

其中所述直径Do和所述宽度W被设置成使得0.05<W/Do<0.2。

其中所述直径Do和所述宽度W被设置成使得0.05<W/Do<0.1。

其中所述通道被设置为平行于包括所述喷嘴头的中心轴的平面，所述通道与所述平面相隔距离d，d>0。

其中所述距离位于D<d<X的区间内，其中2D是所述通道的直径，X是所述喷嘴头的直径。

其中所述数个倾斜的通道被设置为通道组，该通道组以特定的半径绕所述喷嘴头的中心轴分布。

其中多于一个通道组被设置，并且其中每组都以不同的半径来设置。

其中冷却护套径向设置在所述喷嘴头的外面，冷却水入口和冷却水出口被设置为引导冷却水通过环状缝隙，所述环状缝隙产生于所述冷却护套和所述喷嘴头之间。

其中所述喷嘴头的法兰径向向外延伸到所述冷却护套，所述法兰从所述环状缝隙的上部延伸到其下部，并限定了主过道，所述主过道用于以交替方式冷却所述法兰末端的上面或者下面的流体，从而引导冷却流体的流动。

其中小于所述主过道的第二过道被设置在相对于所述主过道的法兰的相对端。

本发明还提供了一种灌装机，其包括：本发明所公开的喷嘴头；碟形盒，所述碟形盒包绕所述喷嘴头并且具有开口，所述开口被设置为能让从所述喷嘴头喷出的可灌入的产品通过；输送装置，其被设置用来输送包装容器，所述包装容器具有直接朝向所述喷嘴头的开口端，其中所述喷嘴头被设置成使得其能将可灌注的产品通过所述开口灌入所述包装容器。

其中所述输送装置被设置成沿着直线路径输送所述包装容器，并且保持所述包装容器的位置在开口以下使得所述包装容器保持在所述直线路径上时能被灌装。

附图说明

图1是稍微偏离中央的装置的横截面图，该装置包含本发明的一个实施方式中的喷嘴头。

图2是按照本发明的一个实施方式所示的喷嘴头的侧面图。

图3是图2的喷嘴头的俯视图。

图4是沿着图3中的线IV-IV的截面图。

图5是沿着图3中的线V-V的截面图。

图6是按照本发明的一个实施方式所示的包含灌装喷嘴的灌装操作台的侧面示意图。

图7是按照本发明的一个实施方式所示的喷嘴头的横截面图

图8是按照本发明的一个实施方式所示的阐明冷却装置的折叠视图。

具体实施方式

图1是灌装部件1的局部横截面图，按照本发明的第一个实施方式，灌装部件1包括喷嘴头2。灌装部件1附着于碟形盒4中以构成灌装装置5。所述部件是灌装机或者包装机的灌装操作台的部分，用来将可灌装的食品灌入包装容器中。灌装前包装容器已经经过消毒灭菌，在上下文中，维持无菌状态直到灌装包装容器完毕是一个极其重要的问题。所以，必须定期清洗消毒具有大的内部表面面积的该灌装装置。如果该装置处于无菌的环境中，优选应当在没有干扰无菌状态的条件下执行清洗和消毒的工作。为了清洗消毒而拆卸该装置会很麻烦和耗时，并且需要在无菌环境下重新组装，因此不是理想的。由于这个原因，设置了碟形盒4。图1中展示了碟形盒4的一部分，碟形盒4包括垂直的通孔6，通孔6中插有喷嘴头2并留有间隙。通孔6包含具有第一直径的第一部分，具有另一直径的第二部分紧挨着该第一部分，也就是，将被描述的碟形盒4中的开口12。碟形盒4也包括水平的通道8，互相连接所有的垂直的通孔6。阻断装置在图中没有显示出，可以通过控制阻断装置以从下面密封碟形盒4中的开口12。可灌入的产品为了到达开口12下面的包装容器不得不通过这些开口12，并且通过封闭这些开口12，灌装操作台可以与灌装机的其他部分分离。为了有助于密封，使这些开口12尽可能的小是有益的。同样，开口12更小可以使邻近的灌装部件1之间距离更短，转而使索引步骤（indexing step）缩短，生产速率提高成为可能。开口12更小也可以进一步使阻断装置的庞大结构缩小。密封后，在不影响灌装机其他部分的情况下，灌装装置5可以通过加压蒸汽或者其他方法进行清洗消毒，冲洗等等。回到灌装部件1上来，仍旧参考图1，灌装部件1包含外壳14，外壳14有入口16用来灌入产品。杆18设置在中央，并受伺服马达控制而上下移动。伺服马达使可控性和可调性最大化，然而其他的驱动装置也是可行的。弹性薄膜20将灌装部件1中的含产品部分与其余部分分开。

节流装置22设置在杆18上面，与外壳14的凸起24合作以在封闭位置起到密封的作用。使节流装置22圆周的部分有凹进处，以致于当节流装置22向打开的位置（向上）移动的时候，能以提高的精确度控制流量。在节流装置22移动足够的距离而与凸起24完全不接触之前，在这种情况下，在节流装置22和凸起24之间可以形成直径增加的通道。在杆18的末端设置了锥形阀26。在这个实施方式中，锥形阀26包含由硅树脂浇铸形成的不锈钢的主体。锥形阀26面朝下的侧面除了中央凹槽28以外基本上是平坦的。设置围绕凹槽28的边30凭借硅树脂覆盖的表面，用来向喷嘴头2里的入口32提供密封。中央凹槽28依靠至少一个过道34与锥形阀26上面的容积腔流体连通。这阻止了当锥形阀26上升的时候真空的产生，真空的产生会影响可控性。这也能使更多的表面被自动清洗。为了避免空气进入凹槽28，空气进入凹槽28会影响可灌入产品的定容和装置消毒的可能性，一条或若干条过道34优选设置在凹槽28最高的位置上。过道34和中央凹槽28产生的另一种效果是产品流从多于一个方向进入入口32。因此，通过通道的产品流会更有效地界定，用这种方法过道34也有助于减少起泡和飞溅。

这种方法除了用于本实施方式外，也可以有利地用于其他的应用甚至是发明中。例如，可以用于喷嘴部件，该喷嘴部件具有正如本发明中入口32的上游部分那样相应或者甚至是相同的结构。这样的结构可以具有多于一成组的入口32，以致于例如，具有两成组的入口以两种不同半径绕喷嘴头的中央分布。在这样的情况下，上述结构会导致产品可以同时到达两成组的入口，产生来自喷嘴头的数量有效限定且均匀的液体输出。这可以和另一种情况相比，在该情况下，当产品到达（径向）内部的成组的入口前首先需要通过（径向）外部的成组的入口，从而导致在产品输出和同样来自喷嘴头的不均匀的流量之间出现暂时的延迟。因此本发明按照上述的说明，还涉及构造出了一个锥形阀，这样的阀门与具有多于一成组的入口的喷嘴头结合，所以也涉及了包括该阀门和该喷嘴头的阀门部件。在那方面，可以注意到可能有两个以上的成组的入口和一个以上的凹槽及过道，以致于例如设置有沿着不同半径设置的三成组的入口，使各成组的入口之间的区域能流体连通的三组凹槽和过道。凹槽和过道也可以是由基本相同的容积构成的，以致于过道更象是凹槽的连续而不是直径很小的孔。例如，锥形阀也可以被设计成一系列互相连接的同轴的环形结构，通过物料桥互相连接。环形结构然后用来覆盖入口，凹槽和过道然后被定义为各环之间的容积。本领域的技术人员将意识到“环”的形状和位置将由入口的设置来定义。更进一步概括本发明的这一方面，该方面显示了锥形阀，该锥形阀具有外周缘，在该外周缘处，锥形阀与喷嘴头连接，众所周知，锥形阀的特征在于其能进入喷嘴头，能在该外周缘的内部与喷嘴头径向地流体连通。

回到只有一成组的入口的本实施方式上来，喷嘴头2具有几个通孔或者通道10，用来引导可灌入的产品通过喷嘴头2的上部进入喷嘴头2的下部。在所阐明的实施方式中，通道10是笔直的通道，还有既然通过通道灌入液体进行清洗，通道也会具有更加复杂的形状。每个喷嘴出口36被用来将可灌入的产品喷射流导向包装的容器壁，该容器位于碟形盒4（见图3）中的开口12的下方，该限制使得喷射流不得不在没有互相作用的情况下通过开口12。由于已经提到过的几个原因，开口12的直径希望是尽可能小。喷射流保持彼此分离非常重要，不然的话它们将显著地转向。显著地转向会转而导致喷射流在没有互相作用的情况下不能通过开口12，并且任何喷射流与开口12的边互相作用会明显导致显著的飞溅，危及无菌状态，减少灌装过程的可控性。本申请人认为如果喷嘴出口与喷嘴头2的底部表面齐平，喷射流分离最初会是足够的。随着时间流逝，然而，喷嘴出口周围细微的物质的积聚（包括可灌入的产品）会导致发散的喷射流，不稳定的，忽隐忽现的喷射流以及邻近喷射流和飞溅的互相作用增加。这也导致喷射流冲击碟形盒的内壁（沿着边或者开口12），从而导致相当大的污染。解决这个问题的解决方案是设置凸缘（见参考号36），凸缘沿每个通孔或者通道10的方向从喷嘴头2的底部突出。每个凸缘36优选地以锋利的边为结尾。凸缘36的设置减少了发散的喷射流的发生，这不用限制清洗之间有效运转的时间。由于物质积聚的风险减少了，普遍认为锋利的边增强了凸缘36有益的性能。为了多少有助于定义“锋利”的概念，基于本实施方式和其他实施方式的目的，边的宽度和孔口直径之间的比例大约为0.05-0.2，优选在0.05-0.1之间。本申请人不排除更低的比例，然而更薄的边通常更加难以生产出来，持久性更差。对于直径大约在8毫米的小孔，这导致边的宽度大约在0.4-1.6毫米，优选在0.4-0.8毫米之间，这对于本发明中一个或多个实施方式中所述小孔来说是合适的尺寸。在这里还必须强调拥有一个光滑的外部设计，没有任何裂缝的喷嘴头2的使用是有益的，既然其提供了相对容易进行清洗或者消毒的表面。喷嘴头的形状除了附图中提到的形状，可能还存在其他形状，但是有裂缝等诸如此类的喷嘴头将不适用于本发明的意图。

为了使喷射流通过开口12，利用了附加的发明方案。通过将每个通道从包含喷嘴头2的对称中心轴的平面移开设定的距离，并使通道10平行于这个平面延伸，同时通道10可以保持为直线通道，通道之间不互相作用，喷射流可以通过开口12。因为基本上利用了喷嘴头的整个延伸部，将通道相对于喷嘴头的中心轴设置成更大的角度是可能的。与水平线之间呈现更大的角度使得喷射流冲击远离包装的封闭端的包装壁是可能的，与水平线之间呈现更小的角度可以使喷射流在更高的位置冲击包装壁。凭经验估计，这有利于在不干扰包装密封部分的情况下，也就是包装的密封区域，在尽可能高的位置冲击包装壁。这个方法对于本发明和本发明的实施方式来说有一个好处是不用通过垂直对准灌装的喷嘴头移动包装来灌装包装。

图5的横截面图解了通道10是怎样靠近的，特别是处于喷嘴头2中央的通道。已经提到过通道10可能还有其他的形状，但是直线形状的通道简化了喷嘴头2的生产。喷嘴头2也包括用来紧锢的法兰和存放密封剂的凹穴，但是对于专业人员来说通过观察附图这些部件都是显而易见的。

图2是根据本发明的一个实施方式的喷嘴头2的侧面图。用同样的号码标出相同的部件。

图3是图2喷嘴头的俯视图，标示了入口32。图4和图5的横截面图解了通道10通过喷嘴头2的路径。

图6图解了灌装机中灌装操作台38的一部分，灌装部件1设置在灌装操作台38之中。需要注意的是，灌装部件的个数和构造可以和图6中公开的不同，而不逾越如附属权利要求所限定的本发明的范围，例如，一个灌装操作台可以包括一个以上的灌装部件，并且附加的灌装部件将不必非要使用本发明。在灌装操作台38之中，可灌入的产品42被灌入包装容器40。包装容器40有敞开的底部，面朝上，并且另一端部的瓶肩的形状和开启装置容易造成产品的飞溅和起泡，如果可灌入的产品流直接面向该区域的话。包装容器沿机器方向（MD）在灌装单元之间间歇性地移动。因为当把可灌入的产品42灌装进一个空的包装容器40的时候，飞溅和起泡的风险最大，所以按照本发明的一个实施方式，设置喷嘴头2用来将可灌入的产品42灌装进空的包装容器40。灌装单元，在每个灌装单元的时间等等也被在灌装机上游的工序限定好了，这些工序如预热，消毒和排气。

在一些申请中，将喷嘴头设置在一个加热区域，该加热区域中充满了相当多的干燥的空气流。在这些情况下，可能会有使产品积聚在通道10或者喷嘴出口36当中的风险。这将使喷嘴的性能变坏，从而不得不采取一些措施来避免这种积聚。

根据其他的实施方式，该发明喷嘴设置有冷却护套44，正如图7中所示。将冷却护套44设置在喷嘴头2的外面，冷却液，例如，冷却水被允许流动通过环状缝隙46，环状缝隙46位于喷嘴头2和冷却护套44之间。

在本实施方式之中，通过在喷嘴头2上面的法兰50（图8），冷却通道48（见图8）限定在环状缝隙46当中。法兰50径向向外延伸，朝向冷却护套44，并且通过研究图8的折叠视图，结构便很容易理解了，图8之中喷嘴头的圆周长度已经在冷却水入口45和冷却水出口47之间被分开，被放平。

法兰50从环状缝隙46的上部延伸到下部，环状缝隙46位于喷嘴头2和冷却护套44之间。每个法兰50的长度小于环状缝隙46的高度，以致于产生一条高于或者低于法兰50的流体过道。通过定位法兰50产生一条上下交替的主过道52，冷却液流被引导到喷嘴头2的外表面上，以有效的方式冷却该外表面。在所阐述的实施方式中，更小的过道54与主过道52设置成相对的关系，从而产生了“捷径”，以致于冷却流体流可以设置成流入角落，否则角落的位置会有使冷却液流沉滞的风险。冷却液不进行显著的交换，沉滞的冷却液流对冷却效果会不利。为了保证充裕的流量而标出主过道和更小过道的尺寸，对于专业技术人员来说是很容易解决的任务。图8中，通过用较大和较小的箭头记号阐述了该流量。

专业人员认为，一些关于部件的结构的详细说明被省略以增加可读性。但是，这些省略的细节无论如何不妨碍专业人员应用本说明书中的教导。

必须注意的是，围绕喷嘴出口设置凸缘的创意不限于描述过的通孔的形状或者路径，也不限于所设置的通孔的数量。

需要强调的是，除了圆形的通道之外，有其他的办法可以让产品通过喷嘴头（即使圆形通道目前来说是优选的），比如一个或多个裂缝。

Claims (15)

1.用于将液体灌入包装（40）同时将液体飞溅和起泡减到最小程度的喷嘴头（2），所述喷嘴头（2）适于在位于所述包装（40）的位置之上时将液体灌入所述包装（40）内，所述喷嘴头（2）包含上表面，数个倾斜的通道（10）从所述上表面延伸，所述通道（10）在其下游端有喷孔（36），使得注入通过通道（10）的液体喷射流能被导向所述包装（40）的侧壁，其中分布在所述上表面上的所述通道入口通过锥形阀（26）是可关闭的，其特征在于：所述锥形阀（26）具有被设置为在封闭位置紧邻所述通道的入口的边缘（30），所述锥形阀还具有与所述喷嘴头的所述上表面流体连通的内部凹槽（28），其中过道（34）从所述凹槽（28）通过所述锥形阀（26）延伸，在所述凹槽和锥形阀的周围之间提供流体连通。

2.如权利要求1中所述的喷嘴头，其中，所述过道（34）从所述凹槽（28）的最上面位置延伸。

3.如权利要求1或2中所述的喷嘴头，其中所述喷孔（36）沿所述通道（10）的方向从所述喷嘴头（2）的底部表面凸出。

4.如权利要求3所述的喷嘴头，其中所述喷孔（36）具有直径Do和宽度为W的边缘。

5.如权利要求4所述的喷嘴头，其中所述直径Do和所述宽度W被设置成使得0.05<W/Do<0.2。

6.如权利要求4所述的喷嘴头，其中所述直径Do和所述宽度W被设置成使得0.05<W/Do<0.1。

7.如权利要求3所述的喷嘴头，其中所述通道（10）被设置为平行于包括所述喷嘴头的中心轴的平面，所述通道（10）与所述平面相隔距离d，d>0。

8.如权利要求7所述的喷嘴头，其中所述距离位于D<d<X的区间内，其中2D是所述通道（10）的直径，X是所述喷嘴头（2）的直径。

9.如权利要求1或2所述的喷嘴头，其中所述数个倾斜的通道（10）被设置为通道组，该通道组以特定的半径绕所述喷嘴头的中心轴分布。

10.如权利要求9所述的喷嘴头，其中多于一个通道组被设置，并且其中每组都以不同的半径来设置。

11.如权利要求1或2所述的喷嘴头，其中

冷却护套（44）径向设置在所述喷嘴头（2）的外面，

冷却水入口（45）和冷却水出口（47）被设置为引导冷却水通过环状缝隙（46），所述环状缝隙（46）产生于所述冷却护套（44）和所述喷嘴头（2）之间。

12.如权利要求11所述的喷嘴头，其中所述喷嘴头（2）的法兰（50）径向向外延伸到所述冷却护套（44），所述法兰（50）从所述环状缝隙（46）的上部延伸到其下部，并限定了主过道（52），所述主过道（52）用于以交替方式冷却所述法兰（50）末端的上面或者下面的流体，从而引导冷却流体的流动。

13.如权利要求12所述的喷嘴头，其中

其中小于所述主过道（52）的第二过道（54）被设置在相对于所述主过道（52）的法兰（50）的相对端。

14.一种灌装机，其包括：

任一前述权利要求中所述的喷嘴头（2）；

碟形盒（4），所述碟形盒包绕所述喷嘴头（2）并且具有开口（12），所述开口（12）被设置为能让从所述喷嘴头（2）喷出的可灌入的产品通过，

输送装置，其被设置用来输送包装容器（40），所述包装容器（40）具有直接朝向所述喷嘴头（2）的开口端，其中所述喷嘴头被设置成使得其能将可灌注的产品通过所述开口（12）灌入所述包装容器（40）。

15.如权利要求14所述的灌装机，其中所述输送装置被设置成沿着直线路径输送所述包装容器，并且保持所述包装容器的位置在开口以下使得所述包装容器保持在所述直线路径上时能被灌装。