CN110785222B - 带有可调流量限制器的文丘里混合器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于混合液体(L)和物质(S)的设备(1)，该设备(1)包括壳体(2)，该壳体(2)带有混合腔室(129)的液体入口和物质入口、用于液体(L)和物质(S)的混合物(LS)的出口；以及在壳体(2)中布置在液体入口和混合腔室之间的流量限制器(30)。流量限制器(30)可控制成在第一位置(P1)和第二位置之间切换，该第一位置(P1)提供第一通流区域(FA1)，该第一通流区域构造成产生文丘里效应，使得液体(L)的流动将物质(S)吸入到混合腔室中，而第二位置提供第二通流区域，该第二通流区域大于第一通流区域(FA1)，从而减少由流量限制器(30)引起的压降。

Description

带有可调流量限制器的文丘里混合器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于混合液体和物质(substance)的设备，在该设备中，产生文丘里效应，使得该液体的流动将该物质吸入混合腔室。

背景技术

在食品工业中，将物质混入液体中在许多工艺中很常见。该物质可以是固体，例如粉末状，或者可以是与其应混入的液体不同甚或相同的液体。水、液体乳制品、糖溶液是可混有另一种物质的液体的一些示例。待混入液体的物质的示例是奶粉、干燥形式的添加剂和稳定剂、液体食品添加剂、食品浓缩物、其他液体成分甚或同一液体。这些液体和待混入液体的物质只是用作食品生产成分的液体和物质的几个示例。通常混有另一种物质(有时也称为第二物质)以便获得食品的液体有很多。

为此目的使用的一种类型的混合设备使用文丘里效应来完成混合。熟知的是，文丘里效应指当流体流过流体导管的狭窄区段时流体压力降低。由液体的流动引起的压力降低将物质吸入液体中。由于液体和物质显然结合并随后作为一种共同的液体流离开设备，因此将物质吸入液体实现了混合。混合设备有时称为喷射器或抽吸设备，因为它产生将物质“吸入”液体的相对较低的压力。

在专利文件US5779355A和US8496189B2中示出了使用文丘里效应的现有技术混合设备的一些示例。尽管这些设备成功地将液体和物质混合在一起，但它们无法达到在食品加工业中使用时必须满足的卫生要求。特别地，在食品加工业中，非常重要的是可以有效地清洗使用文丘里效应的混合设备。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述确认的一个或多个限制。特别地，本发明的目的是提供一种使用文丘里管有效地混合液体和物质的设备，同时赋予该设备一种设计，该设计允许有效地清洗该设备，使得该设备可用于食品加工业中。

根据一个方面，为了达到这些目的，提供了一种用于混合液体和物质的设备。所述设备包括：具有混合腔室的壳体；所述混合腔室的第一入口，其用于将所述液体输送到所述混合腔室中；所述混合腔室的第二入口，其用于将所述物质输送到所述混合腔室中；出口，其用于将所述液体和所述物质的混合物从所述混合腔室输送出去；以及流量限制器，其布置在所述壳体中在所述第一入口和所述混合腔室之间。所述流量限制器可控制成在第一位置和第二位置之间切换，所述第一位置提供第一通流区域，所述第一通流区域构造成产生文丘里效应，使得所述液体的流动将所述物质吸入所述混合腔室，而所述第二位置提供大于所述第一通流区域的第二通流区域，从而减小由所述流量限制器引起的压降。

针对流量限制器具有两个位置是有利的，因为这允许有两种操作模式，在一种操作模式中完成混合，在另一种操作模式中可以完成清洗。通常当在第二位置由流量限制器引起的压降减小(与在第一位置时由流量限制器引起的压降相比)时执行清洗。减小的压降是有利的，因为它使得将例如清洗液体泵送通过设备变得更容易，这节省了能源并使得更容易满足卫生要求。

所述流量限制器可以包括盘，所述盘布置成在所述第一位置和所述第二位置之间绕几何轴线旋转。这使得清洗更加容易，因为从清洗的角度来看，当流量限制器处于第二位置时，针对清洗液体流的冲击角和湍流会变得更加有益。详细地，在所述第一位置，所述盘可以布置成与进入的液体流成直角。在所述第二位置，所述盘可以布置成平行于进入的清洗液体。

所述流量限制器可以包括第一突起和第二突起，所述第一突起延伸入所述壳体中的第一开口，而所述第二突起延伸入所述壳体中的第二开口，使得所述壳体支撑所述流量限制器。所述开口中的一个或两个可以是所述壳体中的通孔，或者可以在所述壳体中形成带底部的孔。所述突起可以布置在所述流量限制器的相对侧。

所述设备可以包括：第一环形垫圈，其在所述流量限制器和所述壳体之间的位置处围绕所述第一突起布置；以及第二环形垫圈，其在所述流量限制器和所述壳体之间的位置处围绕所述第二突起布置。

所述流量限制器可以包括接合元件，所述接合元件连接至所述第一突起并从所述壳体延伸出来，使得所述接合元件可连接至致动器。

所述流量限制器可以包括切口，所述切口与所述壳体的内壁结合形成限定所述第一通流区域的间隙。

在一个实施方式中，当所述流量限制器在所述第一位置时，从所述设备的主轴线的径向方向看，所述切口定位成与所述第二入口相对。从所述主轴线的轴向方向看，所述切口可以在朝向所述第一入口的方向上偏离所述第二入口。

所述切口可以沿着所述流量限制器的外围具有80°至150°的成角度延伸部。

所述设备可以包括第二流量限制器，其在所述壳体中布置在所述第二入口和所述混合腔室之间。然后，所述第二流量限制器可控制成在用于允许所述物质进入所述混合腔室的打开位置和用于闭合所述第二入口和所述混合腔室之间的通道的闭合位置之间切换。

所述壳体可以包括在相应的连接表面处彼此连接的第一壳体部件和第二壳体部件。

其内延伸有所述流量限制器的所述第一突起的所述第一开口可以布置在所述第一壳体部件中。其内延伸有所述流量限制器的所述第二突起的所述第二开口可以布置在所述第一壳体部件中。

所述壳体部件的每个连接表面可以相对于所述流量限制器绕其旋转的所述几何轴线倾斜一定的角度。

所述垫圈可以布置在所述第一壳体部件和所述第二壳体部件之间，所述第一壳体部件和所述第二壳体部件可彼此分离以允许更换所述垫圈。

所述第一壳体部件和所述第二壳体部件中的至少一个可以包括用于容纳所述垫圈的凹槽。

根据另一方面，提供了一种操作包括以上任何特征的设备的方法。所述方法包括：当所述第一流量限制器在所述第一位置并且所述第二流量限制器在所述打开位置时，通过将液体供应到所述第一入口并将物质供应到所述第二入口来混合所述液体和所述物质；以及当所述第一流量限制器在所述第二位置并且所述第二流量限制器在闭合位置时，通过将清洗液体供应到所述第一入口来清洗所述设备。

本发明的其他目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及附图中显现。

附图说明

现在将通过示例的方式参照所附的示意图来描述本发明的实施方式，其中：

图1是如所示的，当设置成接收清洗液体时，用于混合液体和物质的设备的立体图，

图2是图1的设备的俯视图，

图3是图1的设备的流体阻挡器的局部正视图，

图4、5和10示出了图1的设备在设置成用于混合液体和物质时的横截面侧视图、部分横截面俯视图和正视图，

图6、7和11对应于图4、5和10，但显示了设置成用于接收清洗液体的设备，

图8和9是图1的设备在分别设置成用于混合液体和物质以及设置成用于接收清洗液体时的一个壳体部件的立体图，

图12是在图1的设备中使用的垫圈的正视图，并且

图13是操作图1的设备的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1和2，示出了用于混合液体L和物质S的设备1。设备1具有壳体2，该壳体2带有被布置成接收液体L的第一入口111和被布置成接收物质S的第二入口171。液体L和物质S在设备1内混合成混合物LS，该混合物LS经由出口161离开设备1。

壳体2具有通过螺栓彼此连接的第一壳体部件3和第二壳体部件4。可以使用其他用于使壳体部件3、4彼此连接的装置，例如各种夹具、螺纹环布置等。第一壳体部件3和第二壳体部件4是两个不同的部件，当它们之间的连接被释放时(例如，当拧松螺栓时)，这两个不同的部件是彼此分开的，因此在壳体部件3、4相交处存在边界123。

进一步参照图4和5，从第一入口111到出口161的方向看，设备1具有入口区段11、腔室区段12、合流区段13、笔直区段14、分流区段15和短的笔直区段16。这些区段11-16沿着设备1的主轴线A1延伸。主轴线A1以第一入口111为中心。实心的入口区段17布置在腔室区段12上并且包括第二入口171，第二入口171以垂直于主轴线A1的轴线A2为中心。

腔室区段12具有内部空间，该内部空间形成沿着主轴线A1延伸的混合腔室129。第一入口111和第二入口171形成混合腔室129的入口，使得液体L和物质S可以被输送到混合腔室129中。出口161经由区段13-16将液体L和物质S的混合物LS从混合腔室129中输送出去。流量限制器30布置在壳体2中在第一入口111和混合腔室129之间的位置处。

进一步参照图3和图6至11，流量限制器30可控制成在第一位置P1(图4、5、8和10)和第二位置P2(图6、7、9和11)之间切换。当流量限制器30在第一位置P1时，它提供第一通流区域FA1，该通流区域FA1的大小和形状使得在液体L流入第一入口111时产生文丘里效应。熟知的是，文丘里效应是当流体流过流体导管的狭窄区段时导致的流体压力降低。降低的压力将物质S吸入混合腔室129中。

流量限制器30的第二位置P2提供大于第一通流区域FA1的第二通流区域FA2。与流量限制器30在第一位置P1时相比，这减小了由流量限制器30引起的压降。

流量限制器30包括盘39，该盘39布置成绕几何轴线A3旋转，该轴线A3在所示的实施方式中横向于主轴线A1。盘39在第一位置P1和第二位置P2之间旋转。流量限制器30在盘39的相应的相对侧具有第一突起31和第二突起32。第一突起31延伸入壳体2中的第一开口124，并且第二突起32延伸入第二壳体2中的第二开口125，使得壳体2由此支撑流量限制器30。原则上，开口124、125用作流量限制器30的轴承。开口124、125可以是延伸穿过壳体2的通孔。可替代地，至少第二开口125可以在壳体2的内部具有带底部的孔状。

为了控制流量限制器30在第一位置P1和第二位置P2之间切换，可以将致动器(未示出)连接至与第一突起31连接的接合元件33。基本上，通过使流量限制器30在图示位置P1、P2之间倾斜90°来实现该切换。接合元件33从壳体2伸出，使得其可连接至致动器。任何合适的常规致动器(例如手动或自动控制的机械、气动和电气致动器)都可以用于该控制。

流量限制器30，或更具体地，盘39，具有切口37，该切口37与壳体2的内壁126结合形成限定第一通流区域FA1的间隙371。切口37沿着流量限制器30的外围38具有80°至150°的成角度延伸部θ。间隙371具有高度D，该高度D对应于从切口37到壳体2的内壁126的距离。流量限制器30的外围38至少在盘39的与切口37相对的一侧上具有倒圆的表面36。当流量限制器30在第一位置P1时，如从主轴线A1的径向方向D2上可见，切口37则定位成与第二入口171相对。从主轴线A1的轴向方向D1上看，在朝向第一入口111的方向可见，切口37则偏离第二入口171。

流量限制器30在盘39和第一突起31之间具有尺寸大于第一开口124的区段34。对应的区段35位于盘39和第二突起32之间，并且具有比第二开口125大的尺寸。区段34、35在轴A3的轴向方向上有效地固定流量限制器30。第一环形垫圈72在流量限制器30和壳体2之间的位置处围绕第一突起31布置。具体地，第一环形垫圈72布置在区段34和壳体2之间。第二环形垫圈73在流量限制器30和壳体2之间的位置处围绕第二突起32布置。第二环形垫圈73布置在区段35和壳体2之间。

如上所述，壳体2具有彼此连接的第一壳体部件3和第二壳体部件4。第一壳体部件3具有面对第二壳体部件4的连接表面128的连接表面127。第二壳体部件4的连接表面128是与入口区段11相接的凸缘122的一部分。第一壳体部件3的连接表面127是与腔室区段12相接的凸缘121的一部分。

用于流量限制器30的第一突起31的第一开口124布置在第一壳体部件3中。用于流量限制器30的第二突起32的第二开口125布置在第二壳体部件4中。第一开口124和第二开口125完全位于相应的壳体部件3、4内。这是有利的，因为连接表面127、128之间的边界123不与第一开口124和第二开口125中的任何一个相交。结果使密封更加卫生，并且环形垫圈72、73仅与第一壳体部件3和第二壳体部件4中的相应部件接合。

壳体部件3、4的每个连接表面127、128相对于几何轴线A3倾斜角度β，流量限制器30布置成围绕该几何轴线A3旋转。该角度β应该足够大，使得第一开口124和第二开口125完全位于相应的壳体部件3、4内。角度β通常大于10°。对于所示的实施方式，壳体部件3、4的每个连接表面127、128相对于主轴线A1倾斜小于90°的角度α。角度α通常小于80°。

第一壳体部件3和第二壳体部件4中的至少一个(在所示示例中，第一壳体部件3)具有用于容纳垫圈71的凹槽1210。垫圈71是环形的，如图12中可见，并且被布置在第一壳体部件3和第二壳体部件4之间的凹槽1210中。如图所示，第一壳体部件3和第二壳体部件4可彼此分离，使得可以更换垫圈71。由于垫圈71与表面127、128对准，所以由垫圈71的外围714限定的区域715也相对于几何轴线A3倾斜角度β。

第二流量限制器40在壳体2中位于第二入口171和混合腔室129之间。第二流量限制器40可控制成在打开位置P1和闭合位置P2之间切换，该打开位置P1用于允许物质S进入混合腔室129，而该闭合位置P2用于闭合第二入口171和混合腔室129之间的通道。第二流量限制器40可以与流量限制器30相同，但是不具有切口，并且具有可连接到致动器(未显示)的接合元件43。该致动器可以是与用于切换流量限制器30的类型相同的致动器。然后，第二流量限制器40可以通过在所示位置之间旋转90°而在打开位置P1和闭合位置P2之间切换。垫圈74布置在壳体2中的某个位置处，在该位置，当第二流量限制器40在所示的闭合位置P2时，该垫圈74围绕第二流量限制器40的外围。

参照图13，示出了操作设备1的方法。当操作设备1时，它在第一入口111处连接到液体供应源，并且在第二入口171处连接到应混入液体的物质的供应源。出口161连接到接收器，该接收器接收液体和物质的混合物。任何常规的供应源、接收器和连接技术都可以用于此目的。为了产生最佳的文丘里效应，应以哪种流速供应液体可取决于液体的类型，因此优选地根据经验确定。可以通过使用任何合适的常规的用于清洗被布置成生产液体食品的食品加工线的系统将清洗液体CL(见图6)供应通过设备1。

该方法包括通过将液体供应到第一入口111并且通过将物质S供应到第二入口来混合91液体L和物质S。然后，(第一)流量限制器30处于第一位置P1，而第二流量限制器40处于打开位置P1。当完成混合时，通过向第一入口111供应清洗液体来清洗92设备1。然后，(第一)流量限制器30处于第二位置P2，而第二流量限制器40处于闭合位置P2。清洗液体然后可以从第一入口111流过设备1并流到出口161。

设备1不必一定在第一位置P1具有由流量限制器30中的切口37限定的通流区域FA1。可以使用形成穿过或通过流量限制器的区域(通道)并完成文丘里效应的其他形状和开口。例如，可以在盘39中布置通孔来代替切口。

根据以上描述，尽管已经描述和示出了本发明的各种实施方式，但是本发明不限于此，而是还可以在所附权利要求书所限定的主题的范围内以其他方式实施。

Claims (13)

1.一种用于混合液体(L)和物质(S)的设备，所述设备包括：

具有混合腔室(129)的壳体(2)，

所述混合腔室(129)的第一入口(111)，所述第一入口(111)用于将所述液体(L)输送到所述混合腔室(129)中，

所述混合腔室(129)的第二入口(171)，所述第二入口(171)用于将所述物质(S)输送到所述混合腔室(129)中，

出口(161)，所述出口(161)用于将所述液体(L)和所述物质(S)的混合物(LS)从所述混合腔室(129)输送出去，以及

流量限制器(30)，所述流量限制器(30)布置在所述壳体(2)中在所述第一入口(111)和所述混合腔室(129)之间，其中

所述流量限制器(30)可控制成在第一位置(P1)和第二位置(P2)之间切换；

所述第一位置(P1)提供第一通流区域(FA1)，所述第一通流区域(FA1)构造成产生文丘里效应，使得所述液体(L)的流动将所述物质(S)吸入所述混合腔室(129)，并且

所述第二位置(P2)提供第二通流区域(FA2)，所述第二通流区域(FA2)大于所述第一通流区域(FA1)，从而减小由所述流量限制器(30)引起的压降，其中所述流量限制器(30)包括第一突起(31)和第二突起(32)，所述第一突起(31)延伸入所述壳体(2)中的第一开口(124)，并且所述第二突起(32)延伸入所述壳体(2)中的第二开口(125)，使得所述壳体(2)支撑所述流量限制器(30)，

其特征在于

所述壳体(2)包括在相应的连接表面(127、128)处彼此连接的第一壳体部件(3)和第二壳体部件(4)，所述第一壳体部件(3)和所述第二壳体部件(4)是当它们之间的连接被释放时彼此分开的两个不同的部件，

所述第一开口(124)布置在所述第一壳体部件(3)中，并且所述第二开口(125)布置在所述第二壳体部件(4)中，以及

所述连接表面(127、128)之间的边界(123)不与所述第一开口(124)和所述第二开口(125)中的任何一个相交。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述流量限制器(30)包括盘(39)，所述盘(39)布置成在所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间绕几何轴线(A3)旋转。

3.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括：

第一环形垫圈(72)，其在所述流量限制器(30)和所述壳体(2)之间的位置处围绕所述第一突起(31)布置，以及

第二环形垫圈(73)，其在所述流量限制器(30)和所述壳体(2)之间的位置处围绕所述第二突起(32)布置。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述流量限制器(30)包括接合元件(33)，所述接合元件(33)连接至所述第一突起(31)并从所述壳体(2)伸出，使得所述接合元件(33)可连接到致动器。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述流量限制器(30)包括接合元件(33)，所述接合元件(33)连接至所述第一突起(31)并从所述壳体(2)伸出，使得所述接合元件(33)可连接到致动器。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中所述流量限制器(30)包括切口(37)，所述切口(37)与所述壳体(2)的内壁(126)结合形成限定第一通流区域(FA1)的间隙(371)。

7.根据权利要求6所述的设备，其中当所述流量限制器(30)在所述第一位置(P1)时，所述切口(37)定位成：

从所述壳体(2)的主轴线(A1)的径向方向(D2)看，与所述第二入口(171)相对，并且

从所述主轴线(A1)的轴向方向(D1)看，在朝向所述第一入口(111)的方向上偏离所述第二入口(171)。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述切口(37)沿着所述流量限制器(30)的外围(38)具有80°至150°的成角度延伸部(θ)。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，所述设备包括第二流量限制器(40)，所述第二流量限制器(40)在所述壳体(2)中布置在所述第二入口(171)和所述混合腔室(129)之间，所述第二流量限制器(40)可控制成在打开位置(P1)和闭合位置(P2)之间切换，

所述打开位置(P1)用于允许所述物质(S)进入所述混合腔室(129)，以及

所述闭合位置(P2)用于闭合所述第二入口(171)和所述混合腔室(129)之间的通道。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述壳体部件(3、4)的每个连接表面(127、128)相对于几何轴线(A3)倾斜一定的角度(β)，所述流量限制器(30)布置成绕几何轴线(A3)旋转。

11.根据权利要求1所述的设备，其中垫圈(71)布置在所述第一壳体部件(3)和所述第二壳体部件(4)之间，所述第一壳体部件(3)和所述第二壳体部件(4)可彼此分离以允许更换所述垫圈(71)。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一壳体部件(3)和所述第二壳体部件(4)中的至少一个包括用于容纳所述垫圈(71)的凹槽(1210)。

13.一种操作根据权利要求9所述的设备(1)的方法，所述方法包括：

当所述流量限制器(30)在所述第一位置(P1)并且所述第二流量限制器(40)在所述打开位置(P1)时，通过将液体供应到所述第一入口(111)并将物质(S)供应到所述第二入口(171)来混合(91)所述液体(L)和所述物质(S)，以及

当所述流量限制器(30)在所述第二位置(P2)并且所述第二流量限制器(40)在所述闭合位置(P2)时，通过将清洗液体供应到所述第一入口(111)来清洗(92)所述设备(1)。

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