用于将流体供给到流体流的投配单元和方法 【技术领域】
本发明涉及用于将流体供给到流体流的投配(dosing)单元及用于将流体投配入流体流的方法。该投配单元用于将流体供给到通过第一管部的流体流，第二管部被布置于第一管部中并且包括用于将流体供给到第二管部中的流体口，第二管部包括用于将来自第二管部的流体供给到第一管部的流体流中的至少一个节流孔。
背景技术
对于用于饮料等的灌装系统，需要不时地清洁这些系统，其中，清洁流体穿过灌装系统的各部分。在清洁过程中，系统保持在生产状态(CIP清洁)，其中，待灌装的饮料由清洁液体代替。该清洁液体主要地包括作为液体浓缩物的清洁剂所添加到的水。清洁剂通常作为液体浓缩物由脉冲式投配泵直接供给到液体流。这种不连续的供给，特别是供给到连续的液体流中的不连续的供给，能够导致清洁液中的较大的浓度变化，从而损及清洁效果的均匀性。为平顺这样的浓度变化，通常安装所称的“气室(air vessels)”，或者利用循环泵使已经混合的清洁液循环流动，直至实现相应的混合。
参考JP59-039331 A，已知用于将流体供给到开始所述的类型的流体流中的投配单元。在该单元中，管部被布置于流体主线，该管部经由弯曲部而连接到投配泵。该管部在其周部包括多个节流孔(throttle opening)。流体在压力下被泵入该管部并且相对于流体流垂直地排入该流体流。流体到流体流的供给除依赖于孔的截面的固有参数之外，还依赖于供给线的压力。由于投配泵引起的压力变化，由此导致了流体的供给量的变化。所提到的参考文献还建议在也布置于流体流线的开放筒部包括管部。这使进入流体流的流体经历两阶段混合，由此能够减小浓度变化。
根据现有技术的另外的参考文献WO 94/00225 A1，已知用于具有不同温度的两种流体的混合装置。在该混合装置中，喷嘴元件被插入流体流用管线中，其中，该喷嘴元件根据文丘里原理(venturi principle)起作用。文丘里管被插入到该喷嘴元件并被喷嘴元件的外封装所包围。流体室形成在文丘里管和外封装之间。流体由主泵供给到该流体室。孔被设置于文丘里管以将喷嘴内的区域连接到流体室。流体流流过文丘里管时被加速，从而使出现的真空将流体抽吸到主流体流并在喷嘴元件内产生一定的预混合。预混合的清洁液在文丘里管的端部进入主流并与主流混合。这种手段能够实现相对良好的混合，然而，需要较大的结构变动，这只能以相应的高成本来实现。
【发明内容】
本发明的目的在于提供将流体供给到如开始所述类型的流体流的投配单元，并涉及用于将流体投配入流体流的方法，其中，流体能够容易地以可靠且均匀的方式被供给到流体流。
根据本发明，通过用于将流体供给到通过第一管部的流体流中的投配单元实现本发明的目的，第二管部布置于第一管部中并包括用于将流体供给到第二管部的流体口，其中第二管部包括用于将来自第二管部的流体供给到第一管部的流体流中地至少一个节流孔，第二管部包括与流体流朝向相反的动态压力口。
在该方案中，流体能够不连续地供给到装置，但仍产生均匀浓度的连续的流体流。流体进入流体流的投配速率特别地取决于动态压力口处的流体流的动态压力，该动态压力与流体流的通过量直接相关。在流体流变化的情况下，由此直接调节流体的投配速率，而不用对投配泵等进行否则必须实施的任何复杂的控制。
该装置通过调整其大小而能够用于饮料生产中的任何其它的投配泵应用。这意味着，在投配清洁剂之外，也能够例如将糖浆投配入水流。
在以下说明了本发明的目标的优选实施方式。
在所提供的投配单元中，节流孔被设置在第二管部的封闭的端部中。节流孔的截面平行于动态压力口的截面。节流孔与第一管部同轴线，和/或动态压力口被设置为与第一管部同轴线，和/或第二管部与第一管部同轴线。流体口关于流体流被布置于动态压力口和节流孔之间。所述节流孔与动态压力口的截面直径比在1∶3到1∶7的范围内。另外的节流孔被设置于第二管部，其中，另外的节流孔分布于第二管部的表面区域，特别地，在圆周方向上均匀地分布于所述第二管部的周部。在第二管部，另外的节流孔使位于流体流的方向上的上游侧的节流孔的有效截面增加，特别地，使该有效截面逐渐增加，其中，取决于第二管部所包围的体积来确定节流孔的有效截面的增加。流体口关于流体流被布置在位于下游侧的第一节流孔和被设置于第二管部的表面区域且位于上游侧的另外的节流孔之间。第二管部的全部另外的节流孔与动态压力口的截面直径比在1∶3到1∶10的范围内。
另外，根据本发明的目标通过用于将流体投配入流体流的方法得以实现，其中，一体积的流体由流体流的动态压力直接施加载荷，并且被施压的流体以节流的方式被传送到流体流，并且依据传送到流体流的流体来供给该体积的流体。
在以下说明了本发明的目标的优选实施方式。
在所提供的方法中，被施压的流体的体积依据流体的供给体积的变化而变化。被传送到流体流的流体的体积速率取决于流体流的动态压力。所供给的流体可以是清洁剂，并且流体流可以是水流。所供给的流体可以是液态食品或饮料浓缩物，并且流体流是可以是水流或类似水的液流。
【附图说明】
下面，将参考与附图关联的实施方式来更为详细地描述和说明本发明，在附图中：
图1示出了根据灌装系统等的管部的实施方式的根据本发明的投配单元的立体侧视图；
图2示出了从上斜视观察的根据图1的实施方式的视图，其中未示出外部管部；
图3示出了带有动态压力口的视图的图1的实施方式的立体侧视图；
图4示出了图1到图3的实施方式的后视图；
图5示出了前述附图的实施方式的平面图；及
图6示出了实施方式在与流体流相反的方向上的视图。
【具体实施方式】
图1示出了带有第一管部3的投配单元，其中第一管部3是灌装系统的一部分并且未示出进一步的细节。第二管部4优选同心地插入到第一管部3。第二管部4具有筒状的设计。供给管5被联接到第二管部，该供给管用于供给例如清洁液等流体2，另一方面，该供给管将第二管部4保持于第一管部3中。供给管5连接于(未示出的)投配泵。
如图3和图4所示，第二管部4包括开口端。第二管部4的与开口端相反的一端由图1和图2中所示的板9封闭。第一节流孔6被配置于该板9，如图1、图2和图6所示。第一节流孔6被设置为与第二管部4同心并且还与第一管部3同心。在第二管部4的周面，设置有另外的节流孔8。这些另外的节流孔8在圆周方向上均匀地分布于第二管部4的表面区域，并且节流孔8的数目朝向第二管部4的开口端增加。在所示的实施方式中，第二管部4的开口端的截面实施为与第一节流孔6的截面基本上平行。
如图1、图3和图5所示，流体流1流过第一管部。该流体流到达第二管部4的开口端，如图3中所示。该开口端形成与流体流1朝向相反的动态压力口7。流体流1直接垂直地作用于动态压力口7的截面。
在投配单元的操作过程中，作为流体2的清洁浓缩物(清洁剂)被供给到作为流体流1的水流。该清洁浓缩物由投配泵(未示出)经由供给管5泵入第二管部4。清洁剂的最小供给量根据第一节流孔6的截面积而固定。由投配泵的最小行程(lift)所需要的液流来确定清洁剂的最小供给量。对于清洁剂的不连续的脉冲式供给，仅一部分清洁剂被立刻且直接地经由第一节流孔6供给到流体流1。未立刻直接地被传送的其它清洁剂被储存于第二管部4并在泵行程之间被传送到流体流1。第二管部4中的该体积(volume)的清洁浓缩物由经由动态压力口7直接作用于该体积的清洁浓缩物的流体流1的动态压力直接施加载荷。因而清洁浓缩物的投配速率由第一节流孔6的截面和流体流1的动态压力来确定，并且，只要能传送最小体积，则该投配率基本上与用于清洁浓缩物的投配泵的特性无关。在连续的流体流1中，只要投配泵能够确保清洁浓缩物在泵行程之间在第二管部中的中途储存(intermediate storage)，就能够实现清洁浓缩物的连续供给，并且通过限制投配泵的泵送量(pumping capacity)能够防止在第二管部的动态压力口7处的“溢流(overflow)”。
为进一步控制清洁液用的投配量，另外的节流孔8被设置于第二管部4的表面区域。在投配泵所传送的体积从最小体积开始进一步增加并且连续的两个泵行程的清洁浓缩物的体积在从第一行程开始到第二行程结束之间的期间内不能再通过第一节流孔6被供给到流体流1时，这些另外的节流孔8沿径向方向将清洁浓缩物供给到流体流1。随着投配泵的泵送量增加，由此第二管部4被充满清洁浓缩物，然后清洁浓缩物相应地经由另外的节流孔8排出。由于防止了第二管部的经过动态压力口7的溢流，由此由全部节流孔6、8的出口截面的总和确定投配泵的最大传送体积。
在根据本实施方式的投配单元中，清洁液在两个泵行程之间储存在第二管部，并根据流体流1的动态压力而被传送到流体流1。因此，第二管部的容积大体上对应于或大于投配泵的至少一个位移体积(displaced volume)。特别地，由第二管部限定的容积在尺寸上足够的大，以能够容纳两个连续传送行程的最大传送体积减去两个传送行程期间通过相应的节流孔的出口截面传送的体积之后的体积。
在所示的实施方式中，第一节流孔6被设置于第二管部的背朝液流的端部。采用该配置，能够完全清空第二管部4，从而在清洁过程结束(投配泵停止)并经过一定的清洗(rinsing)时间后，不会有清洁浓缩物残留在第二管部4中。这样，能够通过例如水流等流体流1容易地实现对第二管部4的清洗，从而使灌装系统等在完整的清洁过程结束之后能够被直接再次投入运行。
理想地，所有孔的截面积之和对于最大行程所清空的储存体积来说足够大。
根据所示的实施方式，动态压力口7的截面积相对于第一节流孔6的截面积的比率被确定在25∶1的范围内。在所示的实施方式中，第一节流孔6的直径被确定为5mm，并且优选地在3mm到7mm的范围内，而另外的节流孔8的直径被确定为3mm，并且优选地在2mm到7mm的范围内。动态压力口7的直径基本上对应于第二管部4的直径并且在所示的实施方式中为25mm，并且优选地在20mm到40mm的范围内。
作为节流孔6和节流孔8的所示孔的替换例，还可以将节流孔设置为例如沿流体流1的流动方向的槽或相对于流体流1的流动方向横置的槽。
在所示的实施方式中，同心地布置的孔被实施为第一节流孔6。作为该布置的替换例，可以在第二管部的对应端板处布置若干个孔。另外，这样的节流孔也能够采用槽状设计。
根据本实施方式的投配单元用作投配均衡器(dosingequalizer)，该投配均衡器能够以不连续的流体传送实现流体到连续流体流的连续供给。
本实施方式示出了作为投配均衡器的投配单元，其用于将例如清洁浓缩物的流体2供给到通过第一管部3的例如水流的流体流1。第二管部4被布置于第一管部3中并包括用于供给流体2的流体口5。第二管部4还包括用于将来自第二管部4的流体2供给到流体流1的至少一个节流孔6和与流体流1朝向相反的动态压力口7。
采用所说明的装置，能够如下进行根据本发明的方法：
借助于未示出的软管泵经由供给管将流体2传送到第二管部的内部。在第二管部的内部，流体到达在该管部内堆积(bankup)的流体流。在所供给的流体与第二管部内的堆积的流体流经过一定的混合后，所述流体体积由流体流的动态压力直接施加载荷。被施压的流体体积以节流的方式被传送到流体流1。尽管软管泵具有脉冲特性，也能够实现流体至流体流的大致连续的供给。
在投配单元的实施方式中，节流孔6被设置于第二管部4的闭合端部。节流孔6的截面平行于动态压力口7的截面。由此，在投配泵停止之后能够实现第二管部4的完全清空。
在投配单元中，节流孔6与第一管部3同轴线。动态压力口7被设计为与第一管部3同轴线。第二管部4与第一管部3同轴线。由此，清洁浓缩物被供给到流体流1的中央。
在投配单元的该实施方式中，流体口5关于流体流布置在动态压力口7和节流孔6之间，即，清洁流体用的供给管5被连接成距离第二管部4的位于下游侧的端部比距离其动态压力口7近。由此，第二管部4能够抵抗动态压力而从端部板9开始被灌装清洁流体，从而在第二管部4中产生清洁流体与水的受限的混合。这增加了清洁流体通过节流孔供给到流体流(水流)的投配准确性。
在投配单元的该实施方式中，节流孔6与动态压力口7的截面直径比在1∶3到1∶7的范围内，优选地为1∶5。
在根据本实施方式的投配单元中，另外的节流孔8被布置为分布于第二管部的表面区域，特别地布置为在圆周方向上均匀地分布于第二管部的周部。这些另外的节流孔8增加了在流体流的上游侧的全部节流孔8的有效节流截面。这里，全部的孔6、8的截面积之和至少对应于所需要的面积，使得最大的泵行程的体积能够完全流出。
在根据本实施方式的投配单元中，第二管部4的全部另外的节流孔8与动态压力口7的优选的截面直径比在1∶3到1∶10的范围内，优选地为1∶7。
在该方法中，第二管部4中的被施压的流体2的体积取决于投配泵供给的流体2的变化的或脉动的供给体积。传送到流体流1的流体2的体积速率取决于流体流1的动态压力，然而，该体积速率基本上与投配泵的流体供给无关。