专利名称：用于连续制造液态混合物的设备和方法
技术领域：
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的一种用于连续制造包括至少一种、尤其是两种液态的、可泵送的组分的液态产品的设备以及一种用于运行该设备的方法，该设备具有用于每种组分的第一和第二存储容器和分别配置给第一和第二存储容器的用于设定组分的额定流量的第一流量调节回路或第二流量调节回路。
背景技术：
在制造液态产品时已知这样的设备和方法，其提供的解决方案能够制造包括多种组分的液态产品。这些设备或方法的任务还包括提供组分、混合组分并且将混合过的液态产品输送给再加工设备。通常，再加工步骤是指将液态产品装灌到为此设置的容器中。例如在食品工业中借助这种设备混合出各种清凉饮料、含有牛奶的产品等。
除了提供例如由浓果汁和水构成的饮料外，在许多情况下还要求向饮料中附加地添加二氧化碳，如可口可乐、百事可乐等。另一要求是能够在相同的设备中同时制造不同的液态产品。
为了满足这些要求，必须尽可能灵活地设计所述用于制造液态产品的设备。
专利申请WO 99/48387公开了包括至少两种不同的混合物组分的食用混合物的制造。在此，这些用于多种食用混合物的混合物组分存储在一个唯一的设备部件中并且由该设备部件来提供混合物组分以制备希望的食用混合物。通过给多条生产线供应共同的组分，可节约存储容器、测量及调节装置以及管道。
在专利申请EP 0334213 A中公开了一种用于连续制造可流动的混合物的方法，其中，待制造的混合物的组分分别在封闭的回路中被导回其存储容器中，直至每种组分达到额定流量，随后可将组分混合，且无需等待混合物的调节回路的稳定过程。与其它实施稳定过程(在该过程期间混合物必须被排出)的设备相比，上述方案的优点在于在从反馈运行转换到混合运行后，混合物可立即获得预规定的品质并且因此无需稳定过程。
在添加二氧化碳的情况下，例如通过上述方法制得的混合物被聚积在中间容器中、被转交且被添加二氧化碳。之后，将完成的液态产品输入灌装容器中，为了装灌从该容器中提取液态产品并将其转交至装灌装置。
装灌装置例如遵循停走原理，也就是说，不连续地提取不同量的液态产品。停走运行由生产线中的其它设备部件、如填充剂、贴标签机等的故障所引起。因此，用于提供液态产品的设备必须能够在任意的待取出的液体量的情况下在任意时间段上提供搀有二氧化碳的混合物。发明内容
本发明的任务在于提出一种设备，借助其可更加稳定地调节混合物的控制回路， 可降低在添加二氧化碳的情况下混合液态组分的成本，并且简化设备维护。此外，本发明的任务还包括提出一种用于运行该设备的方法。
该任务在开头所提类型的设备中以下述方式得以实现存储容器和灌装容器设计成压力容器并且借助至少一个用于在存储容器和灌装容器之间建立压力平衡的压力平衡管道彼此连接。存储容器和灌装容器与压力平衡管道一起构成压力平衡系统。
此外，还要求保护一种在使用根据本发明的设备的情况下连续制造包括至少两种组分和二氧化碳的液态产品的方法。在所述设备运行时，借助压力平衡管道在存储容器和灌装容器之间实施连续的压力平衡。
根据权利要求，提出一种具有在存储容器和灌装容器之间的压力平衡的功能的设备和方法。从而放弃了传统的、基于使用处于大气压力之下的存储及中间容器和处于升高的压力之下的灌装容器的解决途径，在这种传统的解决途径时在存储容器和灌装容器之间出现高的压差。例如在已知的解决方案中，在中间容器和灌装容器之间的压差直至7巴。在当前的解决方案中，由于在存储容器和灌装容器之间的基本相同的压力，液体流量的调节变得更加简单。在借助根据本发明的设备运行根据本发明的方法的情况下，尤其是可基本上消除由于装灌装置的停走运行所产生的、在灌装容器和输入液体的管道/区域之间较大的压力波动。
附图示出根据本发明的具有所属组件和其连接装置的设备的线路图。
具体实施方式
本发明的其它有利的方案由从属权利要求和接下来借助附图显示的实施例给出。
附图示出根据本发明的具有所属组件和其连接方式的设备30的一种优选的实施方式的线路图。两种液态组分kl、k2通过第一和第二供应管道^a、26b分别被输入到存储容器la、lb中。所述组分例如是由60%的糖和40%的果汁构成的浓果汁和水，混合物例如包括20%的浓果汁和80%的水。根据存储容器la、lb中的液位分别借助第一和第二供应转换阀27a、27b来调节组分量。在此，分别借助液位测量装置21来检测液位。
二氧化碳存储器Id用于为包括第一和第二组分kl、k2的液态产品P添加二氧化碳。搀有二氧化碳的液态产品P存储于灌装容器Ic中，该灌装容器也配有液位测量装置 21。可选地仅装灌及存储容器的组合或仅一个单个的容器配有液位测量装置21。
存储容器la、lb与灌装容器Ic通过压力平衡管道1连接。优选压力平衡管道1 使所有容器具有相同压力。该压力在1至10巴之间并且通常为6巴。存储容器la、lb、灌装容器Ic和压力平衡管道1因此构成压力平衡系统。为了将压力平衡过程减小到最低限度，存储容器la、lb和灌装容器Ic中的液位基本保持恒定。例如当从第一存储容器Ia中提取大量的组分kl且又未通过供应管道27a补充组分kl时，在存储容器Ia中会由于气室增大和液面高度变化而产生不平衡(如负压)，其必须通过压力平衡管道1来补偿，这将会导致第二存储容器Ib和灌装容器Ic中压力下降。由于液态产品P搀有二氧化碳，所以由于灌装容器Ic中的较低压力存在二氧化碳从液态产品P逃逸到灌装容器Ic的大气中的危险，从而使液态产品P不再具有要求的品质。因此，通过从存储容器la、lb和/或灌装容器 Ic中提取液体所引起的压力波动借助压力平衡过程被限制在最大约为+/-0. 2巴。通过使所有容器中的液位保持基本恒定可将压力降和压力升高减小到最低限度并确保液态产品的高质量。
根据本发明的设备30的一种优选的实施方式提供了另一种避免压力降的可能性，在该实施方式中，二氧化碳存储器Id借助设有第三转换阀20的第四管道9e与压力平衡系统连接，这样设置第四管道9e，使得其在第三转换阀20处于打开位置时向压力平衡系统中输入二氧化碳。
在根据本发明的设备30的另一种优选的实施方式中，通过附加的气罐18向压力平衡系统输入气体来克服压力降，所述气罐借助设有第二转换阀19的第三管道9c与压力平衡系统连接。当第二转换阀19处于打开状态下时，气体通过第三管道9e被输入。该方案允许以另一种例如较廉价的气体、如空气低成本地进行压力控制。
在相反的情况下、即当压力平衡系统中压力升高时，配置给灌装容器Ic的第四转换阀12、尤其是减压阀用来降低压力平衡系统内部的压力。在根据本发明的设备30的一种优选的实施方式中，这样构造第四转换阀12，使得其一方面用于降低压力并且另一方面用于压力平衡系统的排气。
压力数据借助压力传感器13来收集，该压力传感器设置在压力平衡系统中并且优选配置给灌装容器lc，并且该压力传感器测量压力平衡系统内部出现的气压。
接下来说明液态产品P在上述压力前提下的制造。
每个存储容器la、Ib尤其是以专利申请EP 0334213 A所公开的方式与第一或第二流量调节回路加、213连接。所述流量调节回路h、2b在附图中以虚线表示。流量调节回路具有第一和第二输送装置3a、3b、优选液体泵，其将第一或第二组分kl、k2从各自的存储容器la、lb输送到各自的流量调节回路h、2b中。此外，流量调节回路2a、2b还具有在组分kl、k2的输送方向F上依次设置的用于测量组分kl、k2的实际流量的第一或第二流量计4a、4b和用于调节实际流量的第一或第二调节阀fe、5b。另外，为每个流量调节回路2a、 2b设置第一或第二切换装置14a、14b，其一方面在实际流量偏离相应的额定流量时将组分 kl、k2导回到各自的存储容器la、lb中并且另一方面在实际流量与额定流量一致时将组分 kl、k2在第一管道的第一端部2 上输入第一管道9a中。在所述实施方式中，第一管道9a 的第一端部2 与第二流量调节回路2b的在第一管道9a上的连接位置28b重合。第一流量调节回路加连接到第一管道9a线路中的点28a上。在一种附图未示出的实施方式中， 两个流量调节回路h、2b的连接位置^a、28b与第一管道9a的第一端部2 重合。
在根据本发明的设备30的一种优选的实施方式中，两个流量调节回路h、2b的切换装置14a、14b分别具有一个第一和一个第二回流转换阀6a、6b和一个第一和一个第二输入转换阀7a、7b。切换装置14a、14b的工作方式借助第一切换装置1 来解释。当第一组分kl的实际流量偏离额定流量时，第一输入转换阀7a关闭并且第一回流转换阀6a打开。 由此，组分kl被导回到第一流量调节回路加中并被进一步导回到第一存储容器Ia中。当第一组分kl的实际流量与额定流量一致时，第一输入转换阀7a打开并且第一回流转换阀 6a关闭。由此，第一组分kl被导入第一管道9a中，但这只有在第二组分k2的实际流量也与其额定流量一致的情况下才发生。换句话说，只有当每个组分kl、k2都达到其额定流量时，所有组分kl、k2才被输入到第一管道9a中。优选这种输入方式使得当开始混合运行时，可立即使液态产品P中的组分kl、k2的浓度达到要求。由此无须对混合的液态产品P 进行稳定。相反，在已知的解决方案中，必须排出混合物直至稳定。附图中以P标记的箭头表示第一管道9a含有液态产品P。
第一管道9a在其第一端部2 上与用于将一定量的液态产品P从灌装容器Ic中排出的排出管道9d连接。排出管道9d自身与灌装容器Ic连接、尤其是在灌装容器Ic的底部区域中与灌装容器Ic连接。第一管道9a和排出管道9d构成液态产品P的循环回路 8。
此外，第一管道9a与用于输入二氧化碳的第二管道9b连接并且在第二端部24b 上连接到灌装容器Ic上。二氧化碳存储器Id连接到第二管道9b上，第二管道9b具有第三流量计4c和用于控制输入到第一管道9a中的二氧化碳流量的第三调节阀5c。尤其是通过第三调节阀5c这样调节进入循环回路8中的二氧化碳的流量，使得液态产品P含有二氧化碳额定值。例如在常见的清凉饮料中，每升液体混合物大约被添加4升二氧化碳。
第一管道9a将搀有二氧化碳的液态产品P输入灌装容器Ic中，从灌装容器Ic中通过灌装管道22不连续地提取非恒定量的液态产品P并将其通过排出转换阀23导入开头所提类型的装灌装置25中。通过第一管道9a对液态产品P的输送借助第三输送装置17进行，该输送装置优选构造为液体泵。第三输送装置17设置在循环回路8中并且这样构造， 使得该输送装置将处于循环回路8中的液态产品P输入混合元件16中并且在沿输送方向 F设置在混合元件16下游的第一转换阀10处于打开状态时将液态产品进一步输入到灌装容器Ic中。第一转换阀10的附加任务在于在根据本发明的设备30断开时闭合循环回路 8。
混合元件16 (其优选构造为静态混合元件)改善了已经在第一管道9a中实现的第一和第二组分kl和k2的混合的均勻性。优选混合元件尽可能靠近第一管道9a的第二端部24b地设置，以便向灌装容器Ic中输入良好混合的液态产品P。但也可将混合元件16 连接在第一管道9a中的任意位置上。
此外，循环回路8还具有连接在第一管道9a中的、尤其布置在第三输送装置17和混合元件16之间的、用于冷却液态产品P的冷却元件15。冷却元件15将液态产品P置于且保持在额定温度上。确保了额定温度的保持与生产线的停走(Mop-Go)运行无关。有利的是，在将冷却元件15在输送方向上定位于混合元件16的上游时使液态产品P、其二氧化碳的接收与其温度和其局部涡流有关。由此可调节混合元件16的参数以便最佳地混合液态产品P。但也可将(例如构造为片式换热器的)冷却元件15布置在第一管道9a中的其它位置上。另外，在某些应用环境中无需设置冷却元件15。
在根据本发明的设备30的一种优选的实施方式中，第二管道9b在第三输送装置 17和冷却元件15之间连接到第一管道9a上。因此，优选液态产品P包含了所有需要的配料，且确保冷却和混合针对最终产品进行，而不必忍受液态产品P的接下来的性质变化。但第二管道9b与第一管道9a的连接也可在循环回路8的其它位置上实现。
在冷却和混合之后，准备装灌的液态产品P在循环转换阀10打开的情况下被导入灌装容器Ic中。
灌装容器Ic具有用于测量液态产品P的密度和/或温度和/或二氧化碳含量的控制回路11。从液态产品P的密度的测量可推断出液态产品P的各组分的浓度。密度尤其是随着液态产品P中的糖浓度而剧烈变化。在确定出现密度偏差时，可马上采取立即校正浓度方式的对应措施。通过改变第一和/或第二组分kl、k2和/或二氧化碳的浓度可校正所述偏差。液态产品P在循环回路8中被引导，直到在灌装容器Ic中调节到所涉及的组分和/或二氧化碳的额定值。
例如在液态组分之一 kl的量过少时，组分kl的第一流量调节回路加的切换装置 14a被接通以向第一管道9a输入，由此组分kl的浓度立即上升。
当确定组分kl过量时，将其余的组分(在此情况下即第二组分W)输入到第一管道9a中。在需要时可附加地改变二氧化碳浓度。
当二氧化碳浓度过低时，则调节第三调节阀5c，以便将更多的二氧化碳输入到第一管道9a中。
当确定二氧化碳浓度过高时，一方面可以提高第一管道9a中的液体份额，即将第一和第二组分kl、k2以正确的比例导入第一管道9a中，另一方面可借助第四转换阀12降低灌装容器Ic中的二氧化碳的气压，由此，二氧化碳可从处于灌装容器Ic中的液态产品P 中逸出到灌装容器Ic的大气中。
当液态产品P的实际温度不等于额定温度时，可通过冷却元件15调节实际温度。
在装灌装置的工作阶段中、即当装灌装置25从灌装容器提取一定量的液态产品P 时，通过第一管道9a补充大致相同量的液态产品P。在此时刻，第一和第二组分kl、k2被输入到第一管道9a中并且各个存储容器la、lb通过第一或第二供应管道^5a、26b得到补充。
在装灌装置的不工作阶段(例如由于生产线的其它组件的故障所引起)时，处于灌装容器Ic和第一管道9a中的液态产品P在循环回路8中的循环借助第三输送装置17 保持恒定。由此，一方面液态产品P可通过反复经过冷却元件15保持额定温度，另一方面液态产品P的混合质量(其例如可在液态产品不动地储存于灌装容器Ic中时由于果汁组分沉积在灌装容器Ic底部上而大大降低)可通过经过混合元件来维持。
虽然示出和描述了本发明的有利的实施方式，但本发明并不局限于所述实施方式，本发明可在接下来的权利要求的范围中以其它各种方式进行实施和使用。
附图标记列表
1压力平衡管道
IaUb第一和第二存储容器
Ic灌装容器
Id 二氧化碳存储器
2a、2b第一和第二流量调节回路
3a、3b第一和第二输送装置
4a、4b第一和第二流量计
4c第三流量计
5a、5b、5c第一、第二和第三调节阀
6a、6b第一和第二回流转换阀
7a、7b第一和第二输入转换阀
8循环回路
9a、9b第一和第二管道
9c、9e第三和第四管道
9d排出管道
10循环转换阀
11 控制回路
12第四转换阀
13压力传感器
14a、14b第一和第二切换装置
15 冷却元件
16 混合元件
17第三输送装置
18 气罐
19、20第二和第三转换阀
21液位测量装置
22 灌装管道
23 排出转换阀
24a, 24b第一管道的第一和第二端部
25装灌装置
26a,26b第一和第二供应管道
27a、27b第一和第二供应转换阀
28a第一流量调节回路的连接位置
28b第二流量调节回路的连接位置
F输送方向
P液态产品
30 设备
权利要求
1.用于连续制造包括至少两种液态的、可泵送的组分(kl、k2)的液态产品(P)的设备 (30)，其包含用于每种组分(kl、k2)的第一和第二存储容器(la、lb)和分别配置给第一和第二存储容器(la、lb)的、用于设定组分(kl、M)的额定流量的第一或第二流量调节回路 (h、2b)，其中，第一和第二输送装置(3a,3b)将组分(kl、k2)从各自的存储容器(IaUb) 泵送到各自的流量调节回路Oa、2b)中，并且沿着组分(kl、M)的输送方向(F)在下游依次设置用于测量组分(kl、k2)的实际流量的第一或第二流量计Ga、4b)和用于调节实际流量的第一或第二调节阀(5ajb)，其中，为每个流量调节回路(h、2b)设置第一或第二切换装置(Ha、14b)，这些切换装置一方面在实际流量偏离相应的额定流量时将组分(kl、k2) 导回到相应的存储容器(la、lb)中并且另一方面在实际流量与相应的额定流量一致时将组分(kl、M)在第一管道的第一端部(Ma)上输入到第一管道(9a)中，所述第一管道(9a) 与用于输入二氧化碳的第二管道(％)连接并且在第二端部(Mb)上连接在灌装容器(Ic) 上，第一管道(9a)将搀有二氧化碳的液态产品(P)输入到灌装容器(Ic)中，通过灌装管道0 从该灌装容器(Ic)中不连续地提取各个量的液态产品(P)，其特征在于，存储容器 (IaUb)和灌装容器(Ic)设计成压力容器并且借助至少一个用于在存储容器(la、lb)和灌装容器(Ic)之间建立压力平衡的压力平衡管道(1)彼此连接，并且所述存储容器和灌装容器与压力平衡管道(1) 一起构成压力平衡系统。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于将一定量的液体产品(P)从灌装容器(Ic)中排出的排出管道(9d)将第一管道的第一端部(Ma)与灌装容器(Ic)、特别是灌装容器(Ic)的底部区域相连接，第一管道(9a)和排出管道(9d)构成液态产品(P)的循环回路⑶。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，二氧化碳存储器(Id)连接在第二管道(％)上，所述第二管道(9b)具有第三流量计Ge)和用于控制输入到第一管道(9a)中的二氧化碳流量的第三调节阀(5c)。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，在循环回路(8)中设置第三输送装置 (17)，这样构造所述第三输送装置，使得其将处于循环回路(8)中的液态产品(P)导入到混合元件(16)、尤其是静态的混合元件中并且在沿着输送方向(F)设置在混合元件(16)下游的第一转换阀(10)处于打开位置时将该液态产品进一步导入到灌装容器(Ic)中。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在循环回路(8)中设置连接在第一管道 (9a)中的用于冷却液态产品(P)的冷却元件(15)，所述冷却元件尤其是设置在第三输送装置(17)和混合元件(16)之间。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第二管道(9b)在第三输送装置(17) 和冷却元件(1 之间连接在第一管道(9a)上。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述二氧化碳存储器(Id)借助设有第三转换阀00)的第四管道(9e)与压力平衡系统连接，这样构造所述第四管道(9e)，使得其在第三转换阀OO)的打开状态下将二氧化碳导入到压力平衡系统中。
8.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，气罐(18)借助于设有第二转换阀 (19)的第三管道(9c)与压力平衡系统连接，这样构造所述第三管道(9c)，使得其在第二转换阀(19)的打开状态下将处于气罐(18)中的气体导入到压力平衡系统中。
9.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述灌装容器(Ic)具有第四转换阀(12)、尤其是减压阀，以用来降低其内部的压力。
10.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述灌装容器(Ic)具有用于测量液态产品(P)的密度和/或温度和/或二氧化碳含量的控制回路(11)。
11.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述灌装容器(Ic)和/或第一存储容器(Ia)和/或第二存储容器(Ib)具有液位测量装置01)。
12.在使用根据上述权利要求之一所述的本发明的设备(30)的情况下用于连续制造包括至少两种组分(kl、M)和二氧化碳的液态产品(P)的方法，其特征在于，在所述设备 (30)运行时，借助于压力平衡管道(1)在存储容器(la、lb)和灌装容器(Ic)之间实施连续的压力平衡。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过第三调节阀(5c)这样调节进入循环回路(8)中的二氧化碳流量，使得液态产品(P)含有二氧化碳额定值。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，将所述存储容器(la、lb)和灌装容器(Ic)中的液位保持基本恒定。
15.根据权利要求12至14之一所述的方法，其特征在于，通过打开第三转换阀00)提高所述压力平衡系统中的气压。
16.根据权利要求12至15之一所述的方法，其特征在于，借助于第三输送装置(17)将液态产品(P)在所述循环回路(8)中的循环保持恒定。
17.根据权利要求12至16之一所述的方法，其特征在于，借助冷却元件(15)将所述液态产品(P)保持在额定温度。
18.根据权利要求12至17之一所述的方法，其特征在于，借助混合元件(16)将所述液态产品⑵拌勻。
全文摘要
本发明涉及一种用于连续制造包括至少两种液态的、可泵送的组分(k1、k2)的液态产品(P)的设备(30)，具有用于每种组分(k1、k2)的第一和第二存储容器(1a、1b)、两个用于存储容器(1a、1b)的用于设定组分(k1、k2)的额定流量的流量调节回路(2a、2b)、第一管道(9a)(向其中输入液态产品(P)的组分)、用于输入二氧化碳的第二管道(9b)和灌装容器(1c)，第一管道(9a)将搀有二氧化碳的液态产品(P)输入到灌装容器(1c)中，存储容器(1a、1b)和灌装容器(1c)设计成压力容器并且借助至少一个用于在存储容器(1a、1b)和灌装容器(1c)之间建立压力平衡的压力平衡管道(1)彼此连接。
文档编号G05D11/13GK102483629SQ200980160836
公开日2012年5月30日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者安杰洛·卡代奥, 托马斯·埃格勒 申请人:安杰洛·卡代奥, 米特科股份公司