环境灌装系统和方法

本申请是国际申请号为PCT/US2017/059735、国家申请号为201780068912.4、申请日为2017年11月2日、名称为“环境灌装系统和方法”的中国专利申请的分案申请。

背景技术

技术领域

本发明的实施方案涉及用流体灌装容器的系统和方法，尤其是用碳酸化流体灌装饮料容器。

背景技术

三种最常见的流体灌装系统类型是体积灌装、计时灌装和计重灌装(重量灌装)。所有这些通常在半自动或自动灌装系统中实施，其中空容器被运载到灌装定位。一旦容器到达灌装定位，它们就停止，通过灌装头灌装到所需程度，然后运输到所需位置。

体积灌装系统(即体积计量灌装)将一定体积的流体分配到容器中。例如，将室设定为所需的体积，室充满流体，然后将室的内容物分配到容器中。

计时灌装系统(即，计时的体积灌装)从具有已知体积流速的喷嘴分配流体一段时间，该时间足以用设定体积的流体灌装容器。

计重系统(重量计)利用重量传感器监测容器接收的流体量。重量传感器向分配装置提供反馈，当接收到所需重量的流体时，该反馈停止分配。

冷灌装操作利用制冷过程消除灌装期间碳酸饮料的起泡。在制冷过程期间需要大量的能量冷却碳酸化流体。这种能量会导致运营成本增加。

发明内容

本发明的一个方面允许灌装系统利用增加的灌装温度，例如，环境温度。为了实现增加的灌装温度，可以改变混合器和鼓风机操作参数以及新的灌装系统通风设计。本发明允许在环境温度下用碳酸化流体灌装容器。

在另一方面，灌装系统可通过消除灌装系统内的碳酸化流体的湍流而减少泡沫形成。

在本发明的一个方面，制造灌装有碳酸化流体产品的容器的方法可包括：将处理水保持在水罐中；使用真空泵对水罐脱气；将处理水与浓缩物混合以形成流体混合物；向流体混合物中注入二氧化碳以形成碳酸化流体产品；将碳酸化流体产品储存在与灌装机流体连接的碳化罐中；以及操作灌装机以用碳酸化流体产品灌装容器。可以将处理水、流体混合物和碳酸化流体产品保持在环境温度下。

在另一方面，一种用于在环境温度下用流体灌装饮料容器的饮料容器灌装设备可包括：支撑壳体，该支撑壳体具有上表面和下表面，该上表面和下表面限定内部流体室，用于供应待排放到容器中的流体材料；阀壳，该阀壳安装在下表面上，用于控制流体材料的排放；通气管，该通气管具有第一端部和第二端部，该第二端部至少部分地延伸穿过阀壳；伞形环，该伞形环围绕通气管并且定位于通气管的第二端部附近；弹簧，该弹簧围绕通气管的第一端部定位；以及流体密封机构，该流体密封机构定位在上表面附近并且与弹簧一起操作以控制流体流入饮料容器。

在另一方面，制造灌装有碳酸化流体产品的容器的方法可包括：将处理水保持在水罐中的环境温度下；使用真空泵对水箱脱气，以形成至少0.8巴的负压；将处理水与浓缩物混合以形成流体混合物；在约3.2巴至约4.2巴的压力下向流体混合物注入二氧化碳，以形成碳酸化流体产品；将碳酸化流体产品储存在与灌装机流体连接的碳化罐中，该碳化罐具有约5.5巴的内部压力；操作灌装机以用碳酸化流体产品灌装容器，该灌装机具有约5巴的内部压力，并且该碳酸化流体产品处于环境温度。在该方法中，灌装机可包括：支撑壳体，该支撑壳体具有上表面和下表面，该上表面和下表面限定内部流体室，用于供应待排放到容器中的流体材料；阀壳，该阀壳安装在下表面上，用于控制流体材料的排放；通气管，该通气管具有第一端部和第二端部，该第二端部至少部分地延伸穿过阀壳；伞形环，该伞形环围绕通气管并且定位于通气管的第二端部附近；弹簧，该弹簧围绕通气管的第一端部定位；以及流体密封机构，该流体密封机构定位在上表面附近并且与弹簧一起操作以控制流体流入饮料容器。

附图说明

在本文中结合并且形成为说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方案，与说明书一起进一步用来解释本发明的原理，使本领域技术人员能够实现和使用本发明。

图1是根据本发明的各个方面的流体混合系统的示意图。

图2是根据本发明的各个方面的容器灌装系统的顶视图。

图3是根据本发明的各个方面的容器灌装系统的前视剖面图。

图4是根据本发明的各个方面的通气管和伞形环的前视图。

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的实施方案的特征和优点将变得更加显而易见，附图中相同的参考标号标识相应的元件。

具体实施方式

现在将参考如附图所示的本发明的实施方案来描述本发明。所提及的“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等指示所述的实施方案可包括特定特征、结构或特性，但是每个实施方案可能不一定包括特定的特征、结构或特性。而且，此类短语不一定是指相同的实施方案。另外，在结合实施方案描述特定特征、结构或特性时，无论本文是否明确描述，认为本领域的技术人员能够结合其他实施方案来实现这些特征、结构或特性。

参考图1，流体混合系统10可包括处理水罐100，该处理水罐流体连接到处理水源80。处理水102可以从处理水源80流入处理水罐100中。处理水102可以在约17摄氏度下进入处理水罐100。真空泵110可以从处理水罐100内去除空气和气体。在一个方面，真空泵110可在处理水罐100内形成至少约0.8巴的脱气压力。在另一方面，处理水罐100内的脱气压力可为约0.91巴。

处理水泵104可将处理水102从处理水罐100内泵送至混合系统10的下一级。在一个方面，处理水泵102可将处理水102泵送通过冷却系统160以降低处理水102的温度。在一个方面，冷却系统160可以在处理水102进入冷却系统160之前将处理水102的温度从约17摄氏度降低到处理水102离开冷却系统160之后的约7.6摄氏度。在另一方面，处理水102可在混合系统10中保持在环境温度。

混合系统10可包括浓缩物罐130中的浓缩物132。浓缩物132可为饮料风味糖浆。处理水102可与浓缩物132混合以形成流体混合物。

碳化泵140可以将二氧化碳注入二氧化碳定量给料装置142中的流体混合物中，以形成碳化流体混合物，即产品流体152。在一个方面，二氧化碳定量给料装置142中的二氧化碳注入可以在约3.2巴至约4.2巴的压力下进行。

在行进到灌装机300之前，流体152可以储存在碳化罐150中，以分配到容器400中(图3)。在一个方面，碳化罐150可在约5.5巴下加压。在另一方面，碳化罐150可在比灌装机300高约0.5巴的压力下加压。

流体152可以通过产品供应导管200离开碳化罐150，并且可以通过使流体152通过冷却系统160而进入产品冷却导管202以冷却流体152。在一个方面，流体152可以在约11.8摄氏度进入冷却系统160并且可以在约6.8摄氏度下离开冷却系统160。在另一方面，碳化罐150可流体连接到灌装机300，使得流体152可在碳化罐150和灌装机300中保持在环境温度。

在本发明的一个方面，处理水、流体混合物和产品流体152在它们移动通过混合系统10时可以具有层流。这种层流可减少流体152中的泡沫形成。

如图2所示，转盘206是灌装系统的一部分，以用产品流体152灌装容器400。转盘206在容器行进207的方向上绕轴208旋转。转盘206包括流体罐和产品供应管(未示出)，其从碳化罐150延伸到对应的灌装机300(图3)。下面将更详细地讨论灌装机300。

进料站204位于转盘206附近，用于将空容器400送入转盘206。在一个方面，空容器400可以从产生期望容器400的鼓风机(未示出)处行进到进料站204。容器400可以是任何合适类型的容器，诸如罐、广口瓶或瓶子，它们灌装有任何类型的流体材料，诸如碳酸饮料，而不偏离本发明的范围。

进料站204可以将容器400从供应源或塑料吹塑系统(未示出)引导至转盘206中。在一个方面，容器400可在进入转盘206之前进入预清洁站，以用电离空气、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)和/或水对容器400进行清洁、冲洗和消毒。

转盘206可具有定位210、220、230、240和250，在此期间发生容器400的灌装。在定位210处，可以打开气体供应以用惰性气体例如二氧化碳灌装容器400。用惰性气体灌装容器400可以使灌装机300的压力与瓶子的压力相等。在一个方面，灌装机300内的压力可为约5巴。在另一方面，灌装机300内的压力可比碳化罐150内的压力小约0.5巴。

容器400可沿方向207行进至定位220。在定位220处，灌装机300(图3)可以开始用流体152灌装容器400。在定位230处，灌装机可以停止用流体152灌装容器400。而且，在定位230处，气体供应可关闭。在定位240处，可以通过通常称为“吸入”的过程将气体从容器400的顶部空间释放到大气中。在定位250处，可完成容器400的灌装。

出口站205可以设置在转盘206附近，用于从转盘206离开灌装的容器400。出口站205可以将灌装的容器400转移到期望的位置。

现在参照图3，其更详细地示出了灌装机300。为了进行示意性的说明，仅示出了一个灌装机组件300，并且应当理解，当容器400沿着方向207行进时，多个灌装机300可以定位在转盘206周围以灌装多个容器400。转盘206上的灌装机300的数量可以取决于制造商所希望的特定应用。典型的转盘206可以在其上设置多达120个灌装机300。此外，在转盘206周围可以存在附加的预清洁站和甚至后清洁站。

灌装机300可包括支撑壳体302，该支撑壳体具有上表面304和下表面306，该下表面限定内部流体室310，用于供应待排放到对应容器400中的流体152。流体152(优选为液体饮料)可灌装流体室310的一部分，同时在流体152上方留下顶部空间320，用于加压的惰性气体，诸如二氧化碳或氮气。流体152和气体的供应和返回管也未在这些图中示出。

阀壳330可以安装到支撑壳体302的下表面306，用于控制流体152排放到容器400中。阀壳330在附图中示意性地示出，并且可以具有任何合适的设计或构造。环形容器密封件332可以设置在阀壳330内，用于密封地接合容器400。在图3所示的实施方案中，容器密封件332可以设计成密封瓶型容器400。在另一方面，容器密封件332能够被配置成接纳罐。控制设备340可以设置在支撑壳体302的上表面304附近。下面将更详细地讨论控制设备340。

通气管312可具有第一端部313a和第二端部313b，该第二端部313b至少部分地延伸穿过阀壳330。通气管312可具有小于约4.5mm的高度。通气管312可具有与第二端部313b相邻定位的伞形环316(图4)。伞形环316可具有直径317。

通气管312可以在灌装定位与停用定位之间沿预先确定的行程移动。通气管312的第二端部313b和伞形环316可以在灌装定位时设置在容器400内，并且通气管312的第二端部313b可以在停用定位时升高到容器400上方。当通气管312处于灌装定位时，伞形环316可相对于容器400在X方向和Y方向上居中。

通气管312还可以根据不同尺寸的容器400中的期望灌装水平移动。通气管312的行程的总范围可以调节，并且取决于被灌装的容器400的类型和尺寸。通气管312可以与内部流体室310的顶部空间320流体连通，以便在灌装容器400期间将气体从容器400排放到流体室310中。

支撑管314可以安装在支撑壳体302的上表面304与下表面306之间，并且可以基本上围绕通气管312。在一个方面，支撑壳体302可以封装通气管312的中心部分，而第一端部313a和第二端部313b不被支撑管314包围。在通气管312与支撑管314之间可以包括多个密封件(未示出)，以将通气管312支撑在支撑壳体302内。

包括弹簧318的流体密封机构322可相对于支撑管314可移动地安装，用于控制流体152从内部流体室310到容器400的排放。可以减小弹簧318的长度以减慢阀的移动。在一个方面，弹簧强度可以被优化用于流体152从灌装机300到容器400的层流。还可以进行阀固定表面角度调整。

致动杆341可以安装在支撑壳体302内并且可以接合流体密封机构322，用于在通过阀壳330排出流体152的打开位置以及将支撑壳体302的流体室310与阀壳330密封的关闭位置之间操纵机构322。流体密封机构322和致动杆341可以利用许多附加部件实现它们的操作。

灌装机300可包括吸入管352和吸阀353，以在容器400处于转盘206上的定位240时将气体从容器400的顶部空间释放到大气。在一个方面，吸入管352的直径可以比常规的吸入管减小约1.5mm。吸入管352可具有大于约1.5mm的直径。在一个方面，取决于容器400中的流体152的泡沫，容器400的吸出可以在两个阶段中发生。灌装机300还可包括压力释放管356和压力释放阀357。

现在讨论灌装机300的一般灌装操作。流体152可具有穿过灌装机300的层流。在另一方面，流体152可以在环境温度(例如，约15摄氏度)下从灌装机300罐装到容器400中。环境罐装需要较少的冷却并且可以节省大量的运营成本。

流体密封机构322可以最初关闭，并且通气管312可以升高。通气管312的内部存在大气压。将空容器400移动到转盘206的一个阀壳330下方的定位。然后，可以将容器400移动到与阀壳330上的容器密封件332密封接合，并且通气管312可以下降到灌装定位。容器400可以用来自内部流体室310和通气管312的惰性气体吹扫，以便从容器400中冲洗空气和其他杂质。致动杆341可被致动以将流体密封机构322提升到打开位置。可以允许流体152从内部流体室310流入容器400，同时容器400内的惰性气体通过通气管312排放到内部流体室310的顶部空间320中。在灌装过程期间，容器400和内部流体室310中的气体压力可以相等，这允许流体152仅在重力的影响下流入容器400。可以对容器400继续进行罐装，直到液体上升到通气管312的第二端部313b的水平。容器400内的罐装水平可以通过通气管312的第二端部313b的向下定位确定。一旦流体152到达通气管312，流体就不能流入容器400，因为气体不能通过通气管312逸出。在容器400被灌装到期望水平之后，致动杆341可被致动以将流体密封机构322移动到关闭位置，其中流体密封机构322与阀壳330密封接合。然后，通气管312可以从容器400上升到停用定位。最后，气体可以从容器400的顶部释放到大气中。

冷灌装系统可以将约8摄氏度的流体分配到容器中。在本发明的一个方面，流体152可以在约15摄氏度下分配到容器400中，从而显著节省能量。与灌装约8摄氏度的冷灌装系统相比，根据本发明的罐装系统用约15摄氏度的流体罐装容器400可以导致冷却流体所需的系统能量减少约60％。

应理解的是，是具体实施方式部分，而不是发明内容和说明书摘要部分，旨在用于解释权利要求书。发明内容和说明书摘要部分可以给出发明人考虑的本发明的一个或多个但不是全部示例性实施方案，因此无意以任何方式限制本发明和所附的权利要求书。

以上借助于阐释具体功能的实施以及其关系的功能性构建块描述了本发明。出于描述的方便，本文随意地限定这些功能性构建块的边界。只要能恰当地执行具体功能以及其关系，也可限定其他边界。

对具体实施方案的以上描述将充分揭示本发明的一般性质，使得他人可通过应用本技术领域的知识在不脱离本发明总体构思的情况下容易地针对各种应用对这些具体实施方案进行修改和/或调整，而无需过度实验。因此，基于本文给出的教导和指导，这些调整和修改旨在落入所公开实施方案的等同物的含义和范围内。应当理解，本文的措辞或术语是出于描述而不是限制的目的，因而本说明书的术语或措辞应由本领域的技术人员按照所述教导和指导来解释。

本发明的宽度和范围不应受任何上述示例性实施方案限制，而应仅按照所附权利要求书和它们的等同物来限定。