CN1074988A - 混合阀与分配装置 - Google Patents

Abstract

各种液态饮料成分是通过一种混合阀非常均匀 地混合在一起。该混合阀具有一个限流片，其形状能 将一束液体流分离成多股星形状分布的射流以便引 进到一个混合腔内。在一个较佳实施例中，一种稀释 液体，例如水以星形状分布的多股射流流入所述的混 合腔中，而饮料浓缩剂由横向于混合腔轴线的通道， 经计量输入到所述混合腔内，以形成使两种液体能充 分地混合所必需的旋涡。一个分配喷管最好横向于 所述的混合腔轴线向下延伸。

Description

本发明涉及一种能使液态饮料成分得到充分均匀混合的装置，尤其涉及一种经改进的混合和分配装置。

用饮料浓缩剂来配制各种饮料使得有可能通过去除大量水份的方式来提高运输和储存的效率。从使用的观点来看，用各种浓缩剂对入水来配制供饮用的各种饮料确实是很方便的。有关改善混合和分配这些饮料的许多方案一直是提供直接装接到和饮料浓缩剂容器为一整体件的可挠曲导管上的装置，该些装置在存储期间密封住浓缩剂容器，使用时将浓缩剂对入水并将配制好的饮料分配到饮料供应容器中。然而，由于这些装置必须简易轻便，所以在它们的混合效率方面仍存在许多问题，并且在分配过程中经常导致飞溅。

若使用机械搅拌机来稀释浓缩剂，虽然能获得均匀混合的饮料，但会引起成本提高和卫生问题，除非有严格和完善的卫生制度。因此，有必要改善混合均匀性和以方便、卫生及成本低为目标的一致性。同时还有必要减少分配饮料过程中所出现的飞溅现象。

用饮料浓缩剂来配制各种即饮饮料在现代化的饮食服务业中是必不可少的。冷、热两种饮料都是用混合分配器配制的。一般来说，这些装置在配制饮料时所用的水对浓缩剂的配比，按体积计算为3∶1到6∶1。冷饮料所用的浓缩剂包括各种果汁和果汁酒浓缩剂，例如橙子、柠檬酸、葡萄、葡萄柚、柠檬水、红莓子、樱桃等等以及茶和咖啡。热即饮饮料的配制是用例如咖啡或茶之类的浓缩剂对上热水即可。所用的浓缩剂可含有可溶性和扩散性的成份。众所周知，各种浓缩剂是包装在具有整体的分配管道的容器中，使用前该分配管道是被密封的。

在美国专利4750645中，Wilson和Godfvey公开了一种饮料混合与分配装置，该装置设计来对上述类型的经包装的饮料浓缩剂进行处理。在他们的装置中使用了一种简单的混合阀，该阀能非常简便和符合卫生地用浓缩剂配制各种饮料。所述的混合阀包括一个可旋转的内部机件、一个外罩壳和一个安装在上述可旋转的内部机件内的限流片，该限流片设置在淡水进入口和饮料浓缩剂进入口之间。借助于限流片中央开的喷水孔，将水和喷进来的浓缩剂混合在一起。内机件的一头制成分配喷管，且能在外罩壳内旋转以关闭浓缩剂的进口，由此，就可将阀门组件连接到浓缩剂容器的分配管道上，并能有效地关闭它以便于运输。

但是，在实际应用中，用Wilson和Godfrey装置配制饮料时，并没能获得如预期中那样有效的混合。而且，在较大的压力或流量下，有时在分配喷管的开口处还会产生某些用户所不能接受的、较严重的飞溅现象。因此这种阀门仍需被改进才行。

本发明的目的是提供能快速和充分地混合饮料成份的方法。

本发明的另一目的是提供一种经改进的混合阀，通过稀释液态的浓缩剂来配制饮料。

本发明另一种更具体的目的是提供一种经改进的混合与分配阀，该阀能用水稀释浓缩剂来配制各种饮料，且分配时只产生最低程度的飞溅现象。

本发明另一有关的目的是提供一种经改进的混合与分配阀，该阀能用水稀释浓缩剂来配制各种饮料，所配制的饮料因沉淀而分解的趋势得到减小。

本发明的另一个更具体的目的是提供一种经改进的混合与分配阀以通过这样的方式配制果汁之类饮料，亦即用高的水对浓缩剂混合比来稀释果汁浓缩剂以使饮料中各种成份得到充分地混合和变得均匀。

本发明的另一个目的是提供一种配制和分配饮料的方法，该方法可用液态浓缩剂快速、简便和有效的混合来配制和分配饮料，且其飞溅最小。

本发明的上述那些目的和其它的目的可通过提供一种经改进的混和阀、一种经改进的混合与分配阀以及一种经改进的配制混合饮料的方法来实现。

本发明的混合阀包括：一个主管道;一个通到主管道的第一液体进入口;一个通到主管道的第二液体进入口;一个限流片，其构形可将来自第一进入口的液体流束分离成多股射流以引入到一个混合腔内;和一个混合腔，该混合腔定义为在主管道内一个轴向空间，其位于限流片和倾斜设置的分配喷管之间。所述射流由在径向上均与限流片中心间隔开的小孔形成的。根据一个较佳实施例，第二液体进入口垂直于主管道的纵轴线。另外，最好还有一个从混合腔向下延伸的分配喷管。

本发明的经改进的混合与分配装置包括一个外罩壳，在外罩壳内可转动地安装了上面所述的阀。这样，主管道形成套在外罩壳内的可旋转的内机件，以便打开和关闭第二进入口。在工作状态下，第二进入口和饮料浓缩剂的供应管道通过套在外罩壳上的一个插入式接头相连接。

用来配制饮料的经改进的方法包括：将水通过第一进入口输进主管道;将饮料浓缩剂通过第二进入口输进主管道;让水流过限流片，该限流片的形状能将水分离多股星型分布的射流并将它们引入混合腔内，该混合腔定义为主管道内的一个轴向空间，其介于限流片和一个倾斜设置的分配喷管之间;让混合好的液体流经与主管道的纵向轴线成倾斜状设置的分配喷管。

从下面的详细说明，尤其是结合附图阅读后，可更好地理解本发明的内容及其特点。其中：

图1是示出本发明的混合与分配装置的一个较佳实施例的分解立体图;

图1A是图1中内机件后部的后俯视图;

图2是图1中各另件在装配和工作状态下的立体图;

图3是沿图1中3-3截面截取的剖视图;

图4是本发明所述限流片正视图，示出了绕其周边的多个星型状分布的切口;

图5是图4所示限流片的侧视图;

图6是图1所示阀的混合腔剖视详图，示出了以星型分布射流形式进入的稀释液和饮料浓缩剂相混合的情况。

图7是本发明所述装置的剖视图，其中的分配喷管处于关闭状态。

以下对本发明的几个有代表性的实施例进行描述，其侧重点放在通过将浓缩剂对上水来配制汁液饮料及对其进行分配方面。不过应该理解到，其它的用途也得到了考虑。事实上，还可应用于其它液体的配制正是本发明的一个优点。浓缩剂包括天然果汁饮料例如橘子汁和其它的乳状饮料等等中的可溶固体颗粒和悬浮固体颗粒。这些浓缩剂最好固态含量很高，在使用中常用的对水稀释配比为3∶1至6∶1。固体颗粒的高浓缩度及其高粘度（通常大约在1500到3500厘泊范围内）会产生混合困难。

图1是本发明混合阀和分配装置10的一个较佳实施例的分解主体图。装置10示出是由两个主要元件，即混合阀段12和外罩壳14组成的从图2中可看出混合阀段12套装在外罩壳14内并能在其内旋转的情况。内、外机件希望采用同一种材料制成，最好采用可进行注模成形的热塑聚合物，例如聚丙烯或聚苯乙烯。另一种选择是可用其它塑料甚至金属材料单独或混合制造。

混合阀段主要是由一个主管道16和一个相对于主管道纵轴线倾斜设置的分配喷管18形成的。从图中可看出喷管的倾斜角度为90°或成横向关系，这在许多实施例中已取得了满意的工作效果。也可有其它不同的倾斜角度。主管道16有一个第一液体进入口20和一个第二液体进入口22。从图中可看到第二液体进入口的中心轴线横向于主管道16的纵轴线。在主管道内装有一个限流片24，它位于第一液体进入口20和第二液体进入口22之间。这可从图3和图6中更清楚地看到。限流片24的形状被设计成能将来自第一液体进入口20的流束分隔成几股星型状分布的射流，以便和来自第二液体进入口22的液体相混合。这几股射流最好每股均与限流片中心在径向上隔开一间距，而限流片24的中心和主管道纵轴线重合。

混合主要发生在主管道的内部，介于限流片24和分配喷管18之间。这一空间形成混合腔30，如图3和图6所示。在该较佳实施例中，水将从第一液体进入口20输进，而饮料浓缩剂则从第二液体进入口22输进。所输进的水流过限流片24并被分隔成几股星型状分布的射流（参见图6中标号32）。水射流32在混合腔30内和浓缩剂汇合以配制经混合的饮料，经混合的饮料则流到分配喷管18。混合最好能在分配喷管内继续进行，这样，由于分配喷管具有足够的长度来消耗混合过程中所产生的大量紊流能量，使得分配饮料过程中产生的飞溅现象减至最小程度，而不致减小杯中混合效果。实际上，本发明的优点除了能增强在饮料供应容器内的混合作用外，还能减小产生的飞溅现象。如图所示，液体流动的方向最好为水是水平进入，浓缩剂为垂直进入而经混合的饮料则垂直分配。

图3示出了安装在主管道16中的限流片24处在可操作的位置。这在较佳实施例中是通过提供一个限流片24可顶在其上的环形台阶或止动座34的方式实现的。若有必要，可对该止动座倒角或采用其它形状以改善射流的通过情况，但这并非必需的。从图中还可看出限流片具有多个星型状分布的切口区域36。这可从图4的放大正视图和图5的侧视图中看得更清楚。从图中还可看出这些开口区域距圆心等距且分布在周边上。在其它的实施例中，这些开口可以开在周边之内，而且若有必要，还可以离圆心不等距。

由于将限流片24抵压着止动座34放置，切口将形成开口，这些开口的区域定义为切口边缘和止动座34的内边缘之间的区域。限流片24上总的开口面积为单个开口面积的总和。上述开口面积一般少于混合腔截面面积的50%，最好少于25%典型情况为大约5%到约15%。从图中可看出5个切口区域36的分布情况。不过，所选切口的个数是可变的，可以是任何合理的数目，例如从3至10个。同样的，切口的形状也可以不同，从半园形或园形到矩形或其它的形状。不过图中所示的切口形状和数目很适用于用水稀释果汁浓缩剂的情况。

从图6中可看到正在进行中的混合活动情况。一个带有螺纹接口42的水输入管40（图中用双点划线表示）被插入主管道16内。水压至少要有10磅/平方英寸，一般采用30～60磅/平方英寸。本实施例中主管道和外罩壳两者分别具有切口区域44和46，形成一个用于与螺纹接口42上的凸销44′啮合的链槽。从图1、1A和7中可看到：当喷管18被倒转到对应于运输状态的位置时，上述两种切口将重合。这样，螺纹接口42和凸销44′就滑入其位置。一旦凸销就位后，喷管18就可以从图7所示的位置上被向下旋转到图1、2和6的工作位置上，并将螺纹接口42锁定就位。

混合腔的长度与直径的比值大小要足以使浓缩剂来流产生旋涡而粉碎成飞沫，这样，到经混合的饮料流出喷管18时浓缩剂与水可以得到充分混合并溶解在水中。一般来说，这种比值的范围在2∶1到5∶1之间，最好是3∶1至4∶1。对于无糖份的饮料浓缩剂，其混合比要更高，例如达到10∶1甚至更高。同样地，从进入口22到限流片24的空间对混合作用也会有影响。希望限流片24在混合腔的一边到进入口22的中心的距离为3～10毫米。喷管18的长度对能否有效地进行分配且将飞溅减小到最小程度也是很重要的因素。一般喷管的长度与直径的比值为3∶1到10∶1，最好为3∶1至6∶1，例如3.5∶1。这样，对于内径约为7毫米的喷管，长度在21毫米到42毫米最理想。

从图6中还可看到来自饮料浓缩剂容器的一根管子48。该管子最好是可挠曲和具有弹性的，并且例如可由聚乙烯、硅或医用橡胶或塑料管材制成。从图中可看到该导管48套在具有中心通道52的插入式接头50的外面。该通道52在工作位置上和进入口22相连通，如图6所示，而在关闭位置上，则和进入口22不相通，如图7所示。这种结构型式，可以将直到使用前仍处于有效密封状态下的饮料浓缩剂供应导管48接到所述的阀与分配组件上。由于采用了一种可挠曲的弹性导管48，所以在供料时可以用蠕动泵装置从导管的外面进行有效地挤压，使液体流过导管，而不需让液体和泵的另件直接接触。因此，这种结构布置提供了很大方便同时也很卫生。

从图6中可看到：液体以多股射流32进入混合腔30，每股射流均在径向上与限流片24的中心隔开一段距离，这些射流是由限流片24上的开口36和在止动座34处的混合腔腔壁形成的。从图中还可看到另一个横向于主管道纵轴线的输入管道。当液体流经混合腔30流向分配喷管18时，上述液体产生涡旋而相互混合。混合的程度取决于来自限流片24的水是否有适当的回压，该回压一般须保持在10到80磅/平方英寸的范围内。液体的混合在混合腔内强有力地进行并延续到喷管内，该喷管要具有足够的长度以消耗流体在混合时所产生的大量旋涡能量，这样，在分配经混合的饮料时就可把飞溅现象减至最小的程度。

在一个较佳实施例中，一种稀释液，例如水以星型状分布的射流进入混合腔内，而饮料浓缩剂则通过横向于混合腔轴线的通道例如经蠕动泵计量输入到混合腔内，以产生必要的旋涡，而使两种液体能充分混合。一般来说，浓缩剂要求具有40°-65°的白利糖度，且在某些情况下，还要求含有以重量计高达15%，例如4～12%的悬浮固体颗粒。其粘度一般在约500至约6000厘泊范围内，或更窄的范围内，即1500至约3500厘泊范围内。上述数据是用Brookfield    Model    LVT粘度计、使用3号心轴、转数为12转/分、试样温度为40°F时测得的。水是以3∶1至6∶1的配比与浓缩剂相混合的。这样高的混合配比和高的固态含量对早期用的混合与分配装置有不小的压力，但是本发明却仍能有效地处理它们，尤其是在低流量的状态下。对于例如用汁液浓缩剂配制的各种饮料，其在玻璃杯中或其它的分配容器内始终显示出较好的均匀性。

上面说明的目的是指导熟悉现有技术的普通技术人员如何实施本发明，而不是要详细描述本发明的所有显而易见的变更和变化，对于熟悉现有技术的人来说，这些变更和变化在阅读了说明书后都是显而易见的。不过，所有这些显而易见的变更和变化都应包括在本申请的权利要求书所界定的本发明的范围之内。该权利要求书意图覆盖能够满足予期目的任何结构布置或顺序中的所要求的元件和步骤，除非所述的事物和本发明的内容相抵触。

Claims (20)

1、一种混合阀，它包括：

一个主管道；

一个通向主管道的第一液体进入口；

一个通向主管道的第二液体进入口；

一个限流片，其形状能将来自第一进入口的液体分离成多股射流，以便引入到一个混合腔之内；

一个混合腔，其定义为主管道内的轴向空间，其位置在所述限流片和倾斜设置的喷管之间；和

一个分配喷管，该喷管能与主管道的纵轴线成倾斜地设置。

2、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：所述第二液体进入口是横向于主管道的纵轴线的。

3、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：所述限流片开口总面积小于混合腔横截面面积的50%。

4、如权利要求3所述的混合阀，其特征在于：开口的总面积在5%～15%的范围内。

5、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：所述混合阀的长度与直径的比值在2∶1到5∶1的范围内。

6、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：所述喷管的长度与直径的比值在3∶1到10∶1的范围内。

7、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：从限流片到第二进入口中心的距离在3～10毫米的范围内。

8、如权利要求1所述的混合阀，其特征在于：所述的限流片是一个园盘，在园盘的周边上有三到十个开口区域。

9、如权利要求8所述的混合阀，其特征在于：所述限流片的开口总面积小于所述混合腔横截面面积的50%;

所述混合腔的长度与直径的比值在2∶1至5∶1的范围内;

所述喷管长度与直径的比值在3∶1至10∶1的范围内;以及

从所述限流片到第二进入口中心的距离在3～10毫米的范围之内。

10、一种混合与分配装置，它包括：

（a）一个外罩壳，它包括：

一个两头通的圆筒体，和一个适合与一个可挠曲的导管对接的整体插入构件;以及

（b）一个能旋转的内机件，它包括：

一个主管道;

一个和主管道相通的第一液体进入口;

一个和主管道相通的第二液体进入口;

限流片，其外形能将来自第一进入口的液体流束分离成多股星型分布的射流以便引入到一个混合腔内;

一个混合腔，其定义为主管道内的轴向空间，其位置介于限流片和一个倾斜设置的分配喷管之间;以及

一个与主管道纵轴线成倾斜状设置的分配喷管。

11、如权利要求10所述的混合与分配装置，其特征在于：第二液体进入口横向于主管道纵轴线。

12、如权利要求10所述的混合与分配装置，其特征在于：所述限流片开口总面积小于所述混合腔截面面积的50%。

13、如权利要求10所述的混合与分配装置，其特征在于：所述开口总面积在小于25%的范围内。

14、如权利要求10所述的混合与分配装置，其特征在于：所述混合腔的长度与直径的比值在2∶1至5∶1范围内。

15、如权利要求10所述的混合与分配装置，其特征在于：所述喷管的长度与直径的比值在3∶1或10∶1的范围内。

16、如权利要求15所述的混合与分配装置，其特征在于：

所述限流片是一个圆盘，其周边有三个到十个开口区域;

所述限流片开口总面积为混合腔截面面积的5%～25%的范围内;以及

所述混合腔的长度与直径的比值在2∶1或5∶1的范围内。

17、一种用于配制各种饮料的经改进的方法，它包括：

通过一个第一液体进入口将水输入主管道内;

通过一个第二液体进入口将饮料浓缩剂输入主管道内;

让水流经一个限流片，该限流片的形状能将水分离成多股星型分布的射流并将它们引向一个混合腔内，该混合腔定义为主管道内的一个轴向空间，其位置介于所述限流片和一个可倾斜地设置的分配喷管之间;以及

让经混合的液体沿主管道纵轴线流动并流出向下悬挂的分配喷管。

18、如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述限流片开口总面积为所述混合腔截面面积的5%～25%。

19、如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述饮料浓缩剂的粘度在500～6000厘泊的范围内，该数据是用Brookfield  Model  LVT粘度计、使用3号心轴、转速为12转/分、试样温度40°F的状态下测得的，且浓缩剂具有40°～65°的白利糖度。

20、如权利要求19所述的方法，其特征在于：水对浓缩剂的混合配比是在3∶1到6∶1范围内。

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