CN114014236B - 一种负压灌装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种负压灌装装置，其特征在于，包括：真空泵、液体量杯、残液回收杯、灌装头、储液箱、液体容器和连接在其间由若干管道、阀门和传感器形成的抽气模块、上液模块和注液模块，以及降低液体物料温度的冷却装置；所述冷却装置包括安装在储液箱上的舱式冷却装置，所述舱式冷却装置通过压缩机和冷媒降低储液箱内液体温度，或者通过风冷或水冷降低储液箱内液体温度；所述若干阀门为电/气模组分离的开关阀，电磁模组和气阀模组间通过气体管道连接。

Description

一种负压灌装装置

技术领域

本发明涉及包装机械设备领域，特别涉及一种负压灌装装置。

背景技术

液态产品的包装涉及的行业广泛，如饮品类的汽水、果汁、牛奶、矿泉水等，调味品类的酱油、醋、果酱等，化工类的墨水、溶剂等。要满足日益增长的液体产品的包装需要，需要液体产品的包装设备具备更好的兼容性。

常用的灌装设备有常压灌装机、负压灌装机、等压灌装机、定量灌装机和液位灌装机。其中负压灌装机利用储液箱与液体容器之间的压力差来灌装，压差可使产品流速高于其他灌装设备，适用于灌装黏度稍大的液体，或是不易多暴露于空气中的液体，但负压法灌装系统需要一个溢流收集和产品在循环的装置，将快速灌装产生的泡沫通过溢流系统排出。

特别是液体容器内有海绵等吸水材料时，设备需要提供更高的真空度，高真空度可以更快的灌装并更好的将管道和阀门内的液体和气泡抽回，但是高真空造成低压强，残液的沸点将急速下降，残液回收杯内的液体在室温下沸腾，导致残液回收杯内再次产生大量气泡和水蒸汽，最终导致负压灌装设备无法正常工作。表现在实际生产中，上午环境温度较低时负压灌装设备工作正常，中午环境温度上升时灌装效率下降甚至异常。

现有技术在处理气泡和蒸汽问题时，忽略了高真空度对管道内液体沸点的影响，仅考虑正常大气压强下的解决方法，包括：向液体物料内增加消泡助剂以降低气泡的产生，在真空管道上增加更大体积的抽滤装置过滤残液，在抽滤装置内部增加搅拌部件打破已经产生的气泡等。

发明内容

本发明的目的是，提供一种负压灌装装置，在高温及低压环境下仍然能够稳定高效的工作，以达到提高灌装速度、减少包装容器内残存空气、防止液体氧化变质、延长产品保质期、避免灌装到有裂纹或缺口的容器的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种负压灌装装置，包括：

真空泵、液体量杯、残液回收杯、灌装头、储液箱、液体容器和连接在其间由若干管道、阀门和传感器形成的抽气模块、上液模块和注液模块，以及降低液体物料温度的冷却装置；

所述冷却装置包括安装在储液箱上的舱式冷却装置，所述舱式冷却装置通过压缩机和冷媒降低储液箱内液体温度，或者通过风冷或水冷降低储液箱内液体温度；

所述若干阀门的电/气模组分离，电磁模组和气阀模组间通过气管连接，消除电磁模组产生的热量对液体温度的影响。

在一种实施例中，所述上液模块包括真空泵、液体量杯和储液箱，以及连通真空泵、液体量杯和储液箱之间的上液管道，在上液管道上分别设有开关阀一与开关阀二；开关阀一设置在靠近真空泵一侧的上液管道上，开关阀二设置在靠近储液箱一侧的上液管道上，其中的液体量杯设置在开关阀一与开关阀二之间的上液管道上。

在一种实施例中，所述液体量杯内设有扰流板，所述扰流板密度大于液体密度，所述扰流板为多孔结构，所述扰流板不导电，所述扰流板不会和液体发生理化反应。

在一种实施例中，所述注液模块包括液体量杯、灌装头和液体容器，以及连通所述液体量杯、灌装头和液体容器的注液管道，在注液管道上设有开关阀三。

在一种实施例中，所述灌装头上设有带侧方开孔的注液针。

在一种实施例中，所述注液管道上设置有导气管道；所述导气管道的一端装有开关阀四，其另一端连接在注液管道上。

在一种实施例中，所述抽气模块包括真空泵、残液回收杯和液体容器，以及连通所述真空泵、残液回收杯和液体容器的抽气管道，在抽气管道上分别设有开关阀五与开关阀六；其中，开关阀五设置在靠近真空泵一侧的抽气管道上，开关阀六设置在靠近液体容器一侧的抽气管道上，残液回收杯位于开关阀五与开关阀六之间的抽气管道上。

在一个实施例中，所述残液回收杯底部和所述储液箱之间装有回收管道，在回收管道上设有开关阀七，所述残液回收杯的底部与回收管道连通，回收管道的另一端与储液箱或废液箱连通。

在一种实施例中，所述冷却装置安装在抽气管道和残液回收杯上，通过水冷风冷的热交换方式降低抽气管道和残液回收杯内液体温度，或者通过压缩空气在涡流管一端产生的低温气体降低抽气管道和残液回收杯内液体温度。

在一种实施例中，所述气阀模组包括开关阀一、开关阀二、开关阀三、开关阀四、开关阀五、开关阀六与开关阀七，其均由阀体与一个以上的气缸构成，阀体为一体式联排结构；所述阀体上对应气缸设置有若干供管道接驳的进料口与出料口，所述进料口与出料口之间设有盲孔，通过盲孔以使相邻的进料口与出料口相连通，气缸的驱动轴上设有堵头，所述堵头随气缸驱使沿盲孔轴向移动封堵于进料口与出料口之间。

在一种实施例中，所述液体量杯的内部装有电导式液位控制器，液体量杯外部或液体量杯与储液箱之间的上液管道外部装有非接触式液位控制器。

在一种实施例中，靠近所述真空泵的开关阀与所述真空泵之间的上液管道上设有流量调节阀。

在一种实施例中，靠近所述真空泵的开关阀为两位三通阀。

在一个实施例中，所述抽气管道上设有气体压力传感器，所述压力传感器位于两个开关阀之间的抽气管道。

综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果是：

本发明通过将储液箱设置于冷却装置内，或者通过冷却装置对抽气管道局部进行冷却，使得管道内的液体温度低于该负压压强下的沸点，装置内的液体物料不沸腾不气化，实现长时稳定灌装，同时消除了不饱和水蒸气对真空泵的影响和损坏。

本发明通过将传统电磁阀门的电磁模组和气阀模组分离，进一步消除了电磁模组产生的热量对液体物料温度的影响，且本发明的开关阀均采用市面上现有的气缸，以及按需求定制的阀体和阀杆，该阀门易于加工和实现，工作时开启和闭合速度快，密封性能好，更适合黏度较高的液体的负压灌装装置上使用。

本发明通过在灌装头上增加导气装置，以及将开关阀设置在距离灌装头较近的位置，进一步的减少了管道中残液量，残液的减少间接降低了不饱和水蒸气产生的原料。

本发明通过增加流量调节阀、扰流板和液位控制器，进一步消除了液体物料在高流速时产生的气泡对液位精度的影响。

本发明通过在灌装头上使用侧方开孔的注液针，进一步消除了滴液以及滴液对产品表面的污染。

本发明通过在液体量杯和残液回收杯与真空泵连通的管道上使用二位三通阀，进一步降低了装置在结构方面的复杂度。

附图说明

图1为本发明一种负压灌装装置结构示意图；

图2为本发明中扰流板的立体结构图；

图3为本发明中开关阀的立体结构示意图；

图4为本发明中开关阀的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1所示，一种负压灌装装置，包括：

真空泵1、液体量杯5、残液回收杯6和灌装头10、储液箱3、液体容器2和连接在其间由若干管道、阀门和传感器形成的抽气模块、上液模块和注液模块，以及降低液体温度的冷却装置4和或4’。

所述气阀模组包括开关阀一12、开关阀二15、开关阀三14、开关阀四17、开关阀五13、开关阀六18与开关阀七16，其均由阀体与一个以上的气缸构成，阀体为一体式联排结构。具体的，气阀模组均由阀体31与一个以上的气缸32构成，所述阀体31上对应气缸32设置有若干供管道接驳的进料口33与出料口34，所述进料口33与出料口34之间设有盲孔35，通过盲孔35以使相邻的进料口33与出料口34相连通，气缸32的驱动轴上设有堵头36，所述堵头36随气缸32驱使沿盲孔35轴向移动封堵于进料口33与出料口34之间，进而通过气缸32以实现管路的开关启闭。特别的，电磁模组工作中产生的热量无法传递到液体，腐蚀性或黏稠性液体不会对电磁造成影响，联排阀体与市面上常见的气缸组合降低设备复杂度，同时降低了设备成本和体积。

所述冷却装置，包括安装在储液箱3上的舱式冷却装置4，具体的，所述储液箱3置于所述舱式冷却装置4中，特别的，所述冷却装置4通过压缩机和冷媒降低储液箱3内液体温度，避免液体在超低压环境下达到沸点。

可选的，所述冷却装置安装在管道和液杯上的外置式冷却装置4’，具体的，所述外设式冷却装置4’通过涡流管效应产生的低温气体降低管道和液杯内液体温度。特别的，涡流管可以直接使用压缩空气产生冷气，适合狭小空间内局部降温。

所述上液模块，包括真空泵1、液体量杯5和储液箱3，以及连通在真空泵1、液体量杯5和储液箱3之间的上液管道21，在上液管道上分别设有开关阀一12、开关阀二15与传感器一；其中开关阀一12设置在靠近真空泵1一侧的上液管道21上，其中开关阀二15设置在靠近储液箱3一侧的上液管道21上，其中的液体量杯5设置在开关阀一12和开关阀二15之间的上液管道21上。具体的，储液箱3内存放待分装的液体，液体量杯5计量待灌装的液体，开关阀一12和开关阀二15闭合后锁存量杯内的液体等待灌装。

可选的，在所述液体量杯5内部装有电导式液位控制器7，在液体量杯5外部或液体量杯5与储液箱3之间的上液管道21上装有非接触式液位控制器7’。具体的，通过液位控制器7对液体精确计量，并在达到额定值时驱动开关阀一12和开关阀二15以停止上液；通过液位控制器7’对储液箱3内液体容量进行判断，当液位较低时停止上液动作。特别的，电导式液位控制器7无法区分气泡和液体，非接触式液位控制器7’与之同时使用，有效避免液体量杯未满时进行注液工作。

可选的，在所述液体量杯5内可装有扰流板9，扰流板9的密度大于液体，且不与液体物料发生反应，扰流板9为多孔结构。具体的，当上液管道21内流量较大时，液体从较细的上液管道21进入较粗的液体量杯5时，容易发生喷溅现象，扰流板9可以有效降低喷溅现象的发生。特别的，扰流板9使液面快速平稳的上升到液位开关所在位置，进一步消除喷溅及气泡对电导式液位控制器7精度的影响。

可选的，所述开关阀一12与所述真空泵1之间的上液管道21上设有流量调节阀11。具体的，冲洗液体量杯5时将流量调整到较大值，液杯计量5时将流量调整到较小值。特别的，通过大流量实现管道的冲洗，降低了装置的复杂度和维护成本，通过小流量降低液面波。

可选的，所述开关阀一12为两位三通开关阀，具体的，上液后的液体量杯5内的压差与液体容器2内几乎相同，量杯内的液体只能依靠重力缓慢下降甚至停滞，二位三通阀的第三通孔和大气或气源连通，增大的压差可以加快液体的排出。特别的，二位三通阀的使用降低了装置结构的复杂度。

所述注液模块，其包括液体容器2、灌装头10和液体量杯5，以及连通液体容器2、灌装头10和液体量杯5的注液管道22，在注液管道上设有开关阀三14，其中开关阀三14设置在靠近所述液体容器2一侧的注液管道22上。具体的，通过注液管道22将液体量杯5内的液体注入到液体容器2中。特别的，开关阀三14到液体容器2的距离越短，该段注液管道内的残液越少。

可选的，所述灌装头10上安装有测开孔的注液针10’。具体的，通过灌装头10上的密封件密封液体容器2的注液孔，通过灌装头10上的注液针10’将液体注入到液体容器2内。特别的，侧孔的注液针10’离开液体容器2时，有效的避免注液针10’内残留的液体因机械抖动滴落在液体容器2的表面。

可选的，所述注液管道22上还设置有导气管道25，所述导气管道25的一端装有开关阀四17，另一端连接在注液管道22上。具体的，通过开关阀四17向导气管道25内加压，可以将注液管道22内的残液推入液体容器2，或者通过开关阀四17对导气管道25抽气，将注液管道22内的残液排出。进一步减少残液对装置的影响。特别的，根据包装容器2内部需要保持正压、负压还是常压，在开关阀17一侧接相应的气源。

所述抽气模块，其包括真空泵1、残液回收杯6和液体容器2，以及连通所述真空泵1、残液回收杯6和液体容器2的抽气管道23，，在抽气管道23上分别设有开关阀五13与开关阀六18；其中开关阀五13设置在靠近真空泵1一侧的抽气管道23上，其中开关阀六18设置在靠近液体容器2一侧的抽气管道23上，残液回收杯6位于开关阀五13和开关阀六18之间的抽气管道23上。具体的，残液回收杯6用于气液分离和残液收集，防止液体对真空泵1造成伤害。特别的，开关阀六18距离液体容器2越近，抽气管道23内的残液就越少。

可选的，所述抽气管道23上设有气体压力传感器8，所述压力传感器8位于在开关阀13和开关阀18之间的抽气管道23上。具体的，通过压力传感器8对抽气管道23内的压力进行检测，当液体容器2内的真空度达到要求时，通过开关阀五13和开关阀六18停止抽气并保持真空度。特别的，压力传感器8接在残液回收杯6上，避免狭小的抽气管道23内产生的瞬间压力影响真实压力值。

可选的，所述残液回收杯6的底部与回收管道24连通，回收管道的另一端与储液箱3或废液箱连通，回收管道24上设有开关阀七16。具体的，当残液回收杯6内有残液蓄积时，为了避免残液被吸入真空泵1中，通过开关阀七16将残液及时排放到储液桶3或废液桶。

可选的，所述开关阀五13为两位三通开关阀，具体的，抽气后的残液回收杯6内处于负压状态，回收杯内的残液只能依靠重力缓慢下降甚至停滞，二位三通阀的使用可以降低设备结构复杂度，还可以通过其中一个通孔向回收杯内加压，加快残液的排出。

具体的，本发明以墨水为例，为了提高设备工作效率，抽气模块和上液模块并行，注液模块和回收模块并行，优化后的时序如下:

一.初始状态下：调节阀调整到低流速状态，开关阀12-18全部处于关闭状态，储液箱处于冷却装置中；

二.准备工作：开关阀12、15、13与16打开，真空泵抽取墨水到液体量杯内，真空泵抽走液体容器内的空气使之处于真空状态；

三.检测工作：上液管道上的液位传感器和抽气管道上的压力传感器分别触发开关阀12、15、13与16关闭，液体量杯内的墨水和液体容器内的负压被锁存保持，保持过程中压力表和量杯液面没变化，说明系统和液体容器无泄漏；

四.开始灌装：开关阀14与16打开，液体量杯内的液水注入液体容器，残液回收杯内的液体回收到储液箱内；

五.清尾工作:开关阀17打开，并将注液管道内残留的液体注入液体容器内。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种负压灌装装置，其特征在于，包括：

真空泵、液体量杯、残液回收杯、灌装头、储液箱、液体容器和连接在其间由若干管道、若干阀门和若干传感器形成的抽气模块、上液模块和注液模块，以及降低液体物料温度的冷却装置；

所述上液模块包括真空泵、液体量杯和储液箱，以及连通所述真空泵、液体量杯和储液箱之间的上液管道，在上液管道上分别设有开关阀一、开关阀二和传感器一；

所述注液模块包括液体量杯、灌装头和液体容器，以及连通所述液体量杯、灌装头和液体容器的注液管道，在注液管道上设有开关阀三；

所述抽气模块包括真空泵、残液回收杯和液体容器，以及连通所述真空泵、残液回收杯和液体容器的抽气管道，在抽气管道上分别设有开关阀五与开关阀六，开关阀五和开关阀六之间还设置有气体压力传感器；

所述冷却装置包括安装在储液箱上的舱式冷却装置，所述舱式冷却装置通过压缩机和冷媒降低储液箱内液体温度，或者通过风冷或水冷降低储液箱内液体温度；所述冷却装置安装在抽气管道和残液回收杯上，通过水冷风冷的热交换方式降低抽气管道和残液回收杯内液体温度，或者通过压缩空气在涡流管一端产生的低温气体降低抽气管道和残液回收杯内液体温度；

所述阀门为电/气模组分离的开关阀，电磁模组和气阀模组间通过气体管道连接；

所述真空泵用于抽取液体至液体量杯内，并抽走液体容器内的空气使之处于真空状态；所述液体量杯内设有扰流板，使液面快速平稳上升；且所述液体量杯内部还装有电导式液位控制器，所述液体量杯与储液箱之间的上液管道上装有非接触式液位控制器，以避免液体量杯未满时进行注液工作；所述上液管道的传感器一和抽气管道的气体压力传感器用于控制液体量杯内的液体和液体容器内的负压使其保持封存状态，以检测液体容器是否泄漏；开始灌装时，液体量杯内的液体将注入液体容器，残液回收杯内的液体回收到储液箱内。

2.根据权利要求 1 所述的一种负压灌装装置，其特征在于： 所述灌装头上设有带侧方开孔的注液针。

3.根据权利要求 1 所述的一种负压灌装装置，其特征在于： 所述注液管道上设置有导气管道；所述导气管道的一端装有开关阀四，其另一端连接在注液管道上。

4.根据权利要求 1 所述的一种负压灌装装置，其特征在于： 所述残液回收杯底部和所述储液箱之间装有回收管道，在回收管道上设有开关阀七。

5. 根据权利要求 1 所述的一种负压灌装装置，其特征在于： 所述气阀模组包括开关阀一、开关阀二、开关阀三、开关阀四、开关阀五、开关阀六与开关阀七，其均由阀体与一个以上的气缸构成，阀体为一体式联排结构；所述阀体上对应气缸设置有若干供管道接驳的进料口与出料口，所述进料口与出料口之间设有盲孔，通过盲孔以使相邻的进料口与出料口相连通，气缸的驱动轴上设有堵头，所述堵头随气缸驱使沿盲孔轴向移动封堵于进料口与出料口之间。