專利名稱：層流噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于將流體注入容器的噴嘴。本發(fā)明進(jìn)一步關(guān)于一種能提供分層的輸出流的噴嘴。
背景技術(shù)：
在將液態(tài)產(chǎn)品注入容器時(shí)產(chǎn)生泡沫是批量生產(chǎn)的液態(tài)產(chǎn)品包裝線中增加注入速度的一大障礙。由于泡沫還需要占據(jù)瓶上部的空間，尤其是低粘度液體，為了確保容器裝滿時(shí)包含泡沫，而且液體不溢出容器外更是如此。這就要求使用較多的容器材料，否則就是不產(chǎn)生泡沫。本申請(qǐng)人已確定產(chǎn)生泡沫的主要機(jī)制是灌注容器時(shí)對(duì)容器中的現(xiàn)有的液體進(jìn)行液流面松動(dòng)的撞擊，來(lái)自噴嘴的紊流是擾動(dòng)源。先有技術(shù)的噴嘴力圖減小擾動(dòng)，然而作用有限，下面將依次討論這些先有技術(shù)。
下流式噴嘴與細(xì)網(wǎng)配合用以力圖減少流體流動(dòng)時(shí)的紊流旋渦。以細(xì)網(wǎng)中的小孔對(duì)旋渦的物理限制來(lái)達(dá)到目的，然而它不能消除紊流，僅是限制紊流。在某種程度上細(xì)網(wǎng)由于“跳動(dòng)”變流進(jìn)入紊流區(qū)而成為新的紊流源。由于細(xì)網(wǎng)的堵塞和破裂，故它的維護(hù)也是一個(gè)限制因素。
溢流式灌注采用一個(gè)噴嘴，它進(jìn)入并與容器的頂部封裝在一起，使產(chǎn)品充滿容器。由于泡沫的密度小于液體，泡沫上升到容器的頂部并進(jìn)入產(chǎn)品流中。沒(méi)有減少發(fā)泡，僅有一種處理已產(chǎn)生泡沫的方法。該方法增加了灌注循環(huán)所需的時(shí)間，溢流泡沫必須在此方法中通過(guò)重新循環(huán)來(lái)循環(huán)使用，除非將溢流扔掉。
側(cè)部噴嘴是由噴嘴的一部分伸入容器來(lái)工作的。流體慢慢地導(dǎo)向容器的內(nèi)壁并沿壁向下噴流產(chǎn)生層流。由于流體利用容器內(nèi)側(cè)時(shí)流動(dòng)截面增加也減小了流體的速度(與現(xiàn)有流體的撞擊有關(guān))。該方法由于噴嘴的設(shè)計(jì)取決于容器的尺寸而進(jìn)行起來(lái)很復(fù)雜。另外由于噴嘴必須進(jìn)入容器，故產(chǎn)品不能充滿容器的頂部。
沉浸灌注是將噴嘴頂部沉浸在容器中液面下方來(lái)進(jìn)行的。該方法消除了在其它灌注類型中存在的由于固有的液流/氣流/現(xiàn)有的不良界面的擾動(dòng)而產(chǎn)生的紊流。由于噴嘴向下的沖擊縮短了整個(gè)循環(huán)時(shí)間而限制了最大的速度。由于在該方法中噴嘴的外部也浸濕了，故產(chǎn)品外溢也是令人關(guān)心的問(wèn)題。該方法要求額升的時(shí)間來(lái)用于使噴嘴插入和拔出容器，機(jī)械上的復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)備成本增大，采用網(wǎng)格式過(guò)濾網(wǎng)會(huì)堵塞，還可能使產(chǎn)品在噴嘴和瓶子上溢出，這會(huì)導(dǎo)致外觀和衛(wèi)生上的問(wèn)題。
層流保持噴嘴保留來(lái)自預(yù)先存在的層流源，如儲(chǔ)罐灌裝器的層流。這里層流沒(méi)有發(fā)展僅保留了預(yù)先存在的層流。這是與固有的紊流灌注源、如活塞或液流測(cè)量滴注技術(shù)等是不相容的。授予Zanini等的美國(guó)專利No.5228604討論的就是這種噴嘴，這里引出供參考。Zanini等的噴嘴是在沒(méi)有網(wǎng)的情況下工作的下流式噴嘴，但它意味著排它性地使用了儲(chǔ)罐灌裝源，它不能將紊流轉(zhuǎn)換為層流。
當(dāng)人們?cè)诓捎梦闪髟磿r(shí)，還不知道用流體噴嘴灌注技術(shù)來(lái)提供層流。因此有必要研制一種流體噴嘴，它將從紊流源產(chǎn)生層狀液流。本發(fā)明的好處包括它提供了較快的灌注生產(chǎn)線的速度，必需的容器頭部空間較小從而減少了容器材料用量。
發(fā)明概述公開了一種用于容器灌裝機(jī)中灌注流體的液流噴嘴，該噴嘴能自動(dòng)地將紊流轉(zhuǎn)換為層流該噴嘴包括一個(gè)中空的套，該套的第一端裝到灌裝機(jī)上從而提供與灌裝機(jī)之間的聯(lián)通，中空的套形成一個(gè)內(nèi)腔。噴嘴還具有將流體排入容器的第二端上的流體出口。一個(gè)魚雷形構(gòu)件放在腔內(nèi)從而限制通過(guò)噴嘴的液流，以衰減噴嘴流出的紊流。一個(gè)位于魚雷形構(gòu)件內(nèi)的作動(dòng)器起到打開和關(guān)閉流體出口的作用。該作動(dòng)器裝到一個(gè)往復(fù)式密封件上，該往復(fù)式密封件能通過(guò)作動(dòng)器的操作而打開和關(guān)閉流體出口。通常，噴口內(nèi)的流體在穿過(guò)魚雷形構(gòu)件時(shí)得到加速。
附圖概述在說(shuō)明書以特別指出和有區(qū)別地說(shuō)明本發(fā)明來(lái)作為結(jié)尾的同時(shí)，可以相信，從下面參照附圖進(jìn)行的描述，同樣也能更好地理解本發(fā)明，其中


圖1A是本發(fā)明實(shí)施例在關(guān)閉狀態(tài)的剖視圖，圖1B是本發(fā)明實(shí)施例在打開狀態(tài)的剖視圖，圖2是圖1實(shí)施例零部件拆開的視圖，圖3A是圖1實(shí)施例中部屏板的平面視圖，圖3B是圖1實(shí)施例中部屏板的正面圖，圖4是在紊流注入容器時(shí)產(chǎn)生泡沫的說(shuō)明圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)詳細(xì)參見附圖，其中同樣的數(shù)字表示相同的零件。圖1A示出本發(fā)明噴嘴10的實(shí)施例。本裝置能大大減少流體注入容器時(shí)產(chǎn)生泡沫的量。它能從紊流源如活塞式灌注器或液流測(cè)量灌注器中產(chǎn)生層流。如果采用儲(chǔ)罐或重力傳送灌注源，本裝置將能保持層流。它能控制液流，使它產(chǎn)生層流，并在它流出噴口時(shí)保持層流。未受抑制的紊流渦動(dòng)將在液流周向表面上產(chǎn)生流體擾動(dòng)，而該流體擾動(dòng)與容器中現(xiàn)有的液體池的相互作用已被確定為是灌注時(shí)產(chǎn)生泡沫的主要機(jī)制。通過(guò)產(chǎn)生和保持層流，就能消除紊流的負(fù)面影響。另外，申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)可將噴嘴10設(shè)計(jì)成在流體通過(guò)噴嘴時(shí)通常能加速液流，目的在于將紊流轉(zhuǎn)化為層流，在任何情況下都需要避免通過(guò)噴嘴的液流突然加速。
對(duì)噴嘴10來(lái)說(shuō)通常具有兩個(gè)區(qū)域，圍繞上屏板12和下屏板14的區(qū)域是層流產(chǎn)生區(qū)，圍繞中桿16的區(qū)域是層流保持區(qū)。上腔18包含流體并限定一個(gè)在本區(qū)的流動(dòng)環(huán)，它擴(kuò)散來(lái)自噴嘴頂部標(biāo)準(zhǔn)直徑的液流，使它們通過(guò)屏板12和14周圍的環(huán)形區(qū)。
下腔20包含流體并限定一個(gè)接著將紊流轉(zhuǎn)化為層流的液流環(huán)。它將噴嘴出口22的液流聚合成某一直徑的液流(由容器開口確定)。出口22起到中桿密封端24的閥座的作用。
中屏板26為氣動(dòng)作動(dòng)器28、上屏板12和下屏板14提供了一個(gè)固定座。它還為中桿16和氣動(dòng)作動(dòng)器28提供了對(duì)準(zhǔn)中心的構(gòu)件，并為氣動(dòng)作動(dòng)器28提供進(jìn)出噴嘴10的空氣出入口。圖2示出一根通氣管30及穿過(guò)中屏板26的通道，該通道允許管30與作動(dòng)器28連接。通氣管30具有進(jìn)出氣動(dòng)作動(dòng)器28的密封通道。作動(dòng)器活塞31通過(guò)螺接或其它方式連到中桿16上。屏板12和14可用螺接或其它方式連到中屏板26上，作動(dòng)器28的功能亦可通過(guò)一個(gè)小型電機(jī)、作用在內(nèi)部相應(yīng)作動(dòng)器上噴嘴主腔外的磁場(chǎng)、或其它已知方式來(lái)達(dá)到。
上屏板12和下屏板14具有流線型的氣動(dòng)作動(dòng)器28的包套，并限定了流體環(huán)的內(nèi)徑。支承面29使中桿26保持與噴嘴10的縱軸對(duì)準(zhǔn)，從而在密封端24和出口22之間提供良好的密封。在密封端24進(jìn)入下腔出口22時(shí)，該密封就可止住液流。墊圈32對(duì)組裝空間來(lái)說(shuō)是必需的，它使作動(dòng)器28相對(duì)于下屏板14固定定位。作動(dòng)器28為中桿16提供線性作動(dòng)，由此來(lái)打開和關(guān)閉噴嘴10，它的位置為非儲(chǔ)罐系統(tǒng)的使用提供了方便。
參見圖2，上屏板O形圈34在上屏板12和中屏板26之間提供了靜態(tài)密封。下屏板O形圈36在下屏板14和中屏板26之間提供了靜態(tài)密封。外套O型圈38在上腔套40和中屏板26、以及中屏板26和下腔42之間提供靜態(tài)密封。動(dòng)態(tài)O形圈44在下屏板14和中桿16之間提供動(dòng)態(tài)密封。
參見圖3，中屏板26可在肋條46的上、下方裝有液動(dòng)葉片45。肋條46提供結(jié)構(gòu)剛度，葉片45有助于防止肋條46將附加的紊流引入液流。圖4表示先有技術(shù)的噴嘴中由液流表面的擾動(dòng)而產(chǎn)生泡沫48的情況。
在已用圖示并描述了本發(fā)明的特殊實(shí)施例的同時(shí)，顯然對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可在不超出本發(fā)明精神的前提下作出各種變化和改型，在所附權(quán)利要求中包含了本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些修改。
權(quán)利要求
1.一種用以灌注來(lái)自容器灌裝機(jī)的流體的流體噴嘴，其特征在于該噴嘴在流體流過(guò)時(shí)能將基本的紊流轉(zhuǎn)化為基本的層流。
2.一種灌注來(lái)自容器灌裝機(jī)的流體的流體噴嘴，其特征在于該噴嘴能將基本的紊流轉(zhuǎn)化為基本的層流，該噴嘴包括一個(gè)中空的套，它裝到灌裝機(jī)上，從而在灌裝機(jī)和噴嘴之間提供流體聯(lián)通，中空的套形成一個(gè)內(nèi)腔；還包括一個(gè)魚雷形構(gòu)件，該魚雷形構(gòu)件能放在腔內(nèi)，從而限制通過(guò)噴嘴的液流，以衰減噴嘴流出的紊流。
3.一種灌注來(lái)自容器灌裝機(jī)的流體的流體噴嘴，其特征在于該噴嘴能將基本的紊流轉(zhuǎn)化為基本的層流，該噴嘴具有(a)一個(gè)中空的套，它的第一端裝到灌裝機(jī)上，從而在該灌裝機(jī)和噴嘴之間提供液流聯(lián)通，該噴嘴的第二端具有將流體注入容器的出口，中空的套形成內(nèi)腔；(b)一個(gè)魚雷形的構(gòu)件，該構(gòu)件放置在腔內(nèi)從而限制通過(guò)噴嘴的液流，以衰減從噴嘴流出的液流的紊流，(c)一個(gè)位于魚雷形構(gòu)件的作動(dòng)器，它起到打開和關(guān)閉流體出口的作用。
4.一種將基本的紊流轉(zhuǎn)化為基本的層流的方法，其特征在于它的步驟是(a)提供一流體源，(b)引導(dǎo)流體通過(guò)一輸出噴嘴，(c)在保持通過(guò)噴嘴的流體加速的同時(shí)限制液流以衰減流體中的紊流，和(d)引導(dǎo)衰減后的流體通過(guò)輸出噴嘴的出口。
5.按照前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的噴嘴，其中噴嘴包括一個(gè)中空的套和一個(gè)魚雷形的構(gòu)件，魚雷形構(gòu)件放置在套內(nèi)，從而限制通過(guò)噴嘴的液流，以衰減從噴嘴流出的流體的紊流。
6.按照前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的噴嘴，其中該噴嘴可拆卸地固定到灌裝機(jī)上。
7.按照前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的噴嘴，還包括一個(gè)噴嘴上的流體出口。
8.按照前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)的噴嘴，還包括一個(gè)作動(dòng)器，它位于魚雷形構(gòu)件內(nèi)，該作動(dòng)器裝到往復(fù)密封件上，該往復(fù)密封件能打開和關(guān)閉流體出口。
9.按照前述權(quán)利要求任何一個(gè)的噴嘴，其中噴嘴中的流體在流過(guò)魚雷形構(gòu)件而通過(guò)噴嘴時(shí)被加速。
10.按照前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的噴嘴，其中作動(dòng)器裝到一個(gè)往復(fù)密封件上，通過(guò)作動(dòng)器的操作，該往復(fù)密封件能打開和關(guān)閉流體出口。
全文摘要
一種用以灌注來(lái)自容器灌裝機(jī)的液體的噴嘴,它能將基本的紊流轉(zhuǎn)化為基本的層流。該噴嘴包括裝到灌裝機(jī)上的中空的套和將流體注入容器的出口。一個(gè)魚雷形構(gòu)件放在套內(nèi)限制穿過(guò)噴嘴的流體衰減從噴嘴流出的流體的紊流。一個(gè)位于魚雷形構(gòu)件內(nèi)的作動(dòng)器起到打開和關(guān)閉流體出口的作用。
文檔編號(hào)B05B1/00GK1246101SQ97181759
公開日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1997年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月10日
發(fā)明者賈森·邁克爾·克賴頓 申請(qǐng)人:普羅克特和甘保爾公司