一种液体充气灌装设备的制作方法

本实用新型具体涉及一种液体灌装设备，可应用于饮料、酒水、调料、日化用品、油类等液体的加气灌装，属于液体加工设备技术领域。

背景技术：

液体灌装是指将特定要求液体或者流体装入指定容器内的操作。液体灌装广泛应用于饮料、酒水、日化、油脂等各行业。在液体灌装中，有一类液体特别容易被空气氧化，例如深海鱼油、橄榄油等含有不饱和脂肪酸的液体，由于本身的不稳定性或者为了增加样品在运输和存储过程中的稳定性，往往灌装过程中需要加入惰性气体，通常使用氮气作为保护气源。目前惰性气体的灌装商业化的装置采用惰性气体充填和液体灌装分步进行，一般先将惰性气体充入瓶体，然后通过生产线运输带运输瓶体至液体灌装组件。也有惰性气体与液体同时灌装的方式，但主要是惰性气体与液体同时填充，节省灌装步骤，但不涉及气液体两相的混合。

还有一类液体，主要是饮料、酒水等饮品，在灌装时通过内部充气能够改进口感和风味。比如气泡饮料、气泡酒水在打开瓶盖时由于二氧化碳的作用，会产生许多气泡，作为一种新型的饮品具有独特的风味，受到消费者的喜爱。制作气泡饮料一般通过高压将二氧化碳气体溶解在饮料中，然后进行灌装。而气泡酒水则是对原材料进行发酵，将原材料中富含的天然糖分或易转化为糖的淀粉物质经过酵母发酵后产生酒精和二氧化碳，通过控制二次发酵工艺将发酵过程中的二氧化碳密封在瓶中产生气泡。

技术实现要素：

本实用新型提供一种液体充气灌装设备，实现气液两相的混合一步灌装，可应用于饮料、酒水、液体调料、日化用品、油类等液体的加气灌装。利用本实用新型设备能够使气体在液体中以微纳米气泡的状态分散在液体中，当气源是惰性气体时，可实现对液体的保鲜存储，延长液体的保质期；也可用于灌装生产具有独特口感和气味的微纳米气泡饮料、酒水。

根据本实用新型的液体充气灌装设备，主要包括气液混合装置、容器、微纳米气泡曝气器以及灌入装置；其中，

气液混合装置通过管路与容器连接，气液混合装置进口端分别连接有气体源管路和液体源管路；

微纳米气泡曝气器安装在容器的底部并通过气液混合流体管路与气液混合装置的出口端连接；形成的气液混合流体存储于可密闭容器中；

灌入装置与容器的底部连接。

采用本实用新型的液体充气灌装设备灌装液体时，气体和液体分别通过管路进入气液混合装置进行第一级混合，形成气液混合流体进入安装在容器底部的微纳米气泡曝气器进行二级处理，得到具有微纳米级别气泡分散的气液混合流体，保存在容器内部气液混合流体再通过灌入装置灌装进瓶子内。

进一步地，为了保证液体灌装设备的正常运行，当灌装的液体存在杂质较多的情况下，该套设备可以配置液体过滤装置。所述的液体过滤装置可以装置在气液混合装置前，也可以装置在气液混合装置之后，优选装置在气液混合装置前，以避免过滤装置对微纳米气泡的影响。

进一步地，所述的气液混合装置优选为气液混合泵。

进一步地，所述的气源种类包括但不限于：二氧化碳、氮气、空气、氧气、氢气。

进一步地，所述的容器可以为非密封或者可密封的容器。当所述容器为可密封容器时，可以加装气体压缩机、液位计和压力传感器等部件，通过气体压缩机对容器加压，液位计和压力传感器控制压力范围，实现加压灌装的效果。

进一步地，所述微纳米气泡曝气器(曝气头)包括：

接入管口，包含一个接入管以切线的方式结合一个圆柱形腔体；

半球形腔体，具有直径敞口端和球顶开孔端；

喷射头，具有固定端和喷射端，喷射孔从固定端贯穿到喷射端，孔径从固定端到喷射端逐渐增大；

其中，半球形腔体的直径敞口端与接入管口的圆柱形腔体连接，半球形腔体的球顶开孔端与喷射头的固定端连接。

优选情况下，所述微纳米气泡曝气器还包括：

加压盖，为一个具有嵌套结构的盖子，包含内盖和外盖，外盖两端敞口，内盖一端敞口另一端封闭，内外盖之间设置有空腔；加压盖通过外盖与半球形腔体连接并包住喷射头，其中内盖的封闭端与喷射头的喷射端相对。

具体情况下，接入管口的圆柱形腔体一侧与带喷射头的半球形腔体连通，另一侧封闭，从而成为一种单头曝气器。

具体情况下，接入管口的圆柱形腔体两侧分别与带喷射头的半球形腔体连通，从而成为一种双头曝气器。

具体情况下，喷射头的喷射孔为圆锥形。

微纳米气泡曝气头内部结构简单，安装方便。加压盖可以根据实际需要使用或者不使用，在使用加压盖的情况下，这样旋流后的水体经过喷射孔喷出后受到加压盖两层切割挤压的作用，能够进一步分割微细气泡，形成具有更小粒径的微细气泡流体，具有更好的微细气泡发生效果。

在本实用新型的进一步优选实施例中，安装在容器底部的微纳米气泡曝气头可以采用组合结构，该组合结构包括主管路、连接头、多个曝气头管路和多个微纳米气泡曝气头，主管路通过连接头与多个曝气头管路连接，多个微纳米气泡曝气头分别连接在多个曝气头管路的另一端。所述曝气头可以为单头、双头或多头。主管路与多个曝气头管路形成的平面垂直，与主管路连接的每个曝气头管路长度一致；从而保证主管路中心到每个曝气头的距离一致，因此每个曝气头受到的水压相同，从而保证每个曝气头产生的微细气泡的效果一致。

上述组合结构管路整体对称分布，可以提前根据现在条件进行预制，现场施工时通过接头拼接上，简化现场安装过程，提高工作效率以及安装的效果。此外由于流体压力及流动的方向对微细气泡的产生具有很大的影响，本组合结构能够保证每个曝气头终端受到的压力、流量和流速均一，从而保证每个曝气头产生微细气泡的效果一致。

更优选情况下，微纳米气泡曝气头采用单头曝气头，安装在曝气头管路上的多个单头曝气头的喷水方向一致，同为顺时针方向，或同为逆时针方向，单头曝气头的喷水方向与多个曝气头管路形成的平面呈一定的角度，角度范围为0～60°。相同的喷水方向使得在曝气头在曝气同时喷出的气液混合液流在液体内形成旋流，增加了水体的扰动，有利于微纳米气泡的传质和扩散。当单头曝气头的喷水方向与曝气头管路的形成的平面呈的角度大于0°时，形成的旋流扰动有利于水体上下层的传质和扩散。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供了一种液体充气灌装设备，同时实现饮料、酒水等液体的加气和灌装两个工序，使用本实用新型设备能够将气体以微纳米气泡的状态分散在液体中，其中微纳米气泡的粒径范围在10nm～10μm，气泡粒径要小于传统加气方式，由于粒径更小，能够制取得到口感和风味独特饮品。

(2)由于微纳米气泡比表面积大，具有促进气体溶解的特性，本实用新型液体充气灌装设备能够实现常压或者加压状态下，气体的过饱和溶解。比常规的加气设备具有更大的溶气量。

(3)当气源为惰性气体时，利用本实用新型液体充气灌装设备可以实现惰性气体的液体分散，有利于易氧化液体的保鲜存储。

附图说明

图1为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为非密闭，无过滤装置)；

图2为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为可密闭，无过滤装置)；

图3为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为非密闭，过滤装置在气液混合装置后)；

图4为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为可密闭，过滤装置在气液混合装置后)；

图5为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为非密闭，过滤装置在气液混合装置前)；

图6为本实用新型液体充气灌装设备的装置示意图(容器为可密闭，过滤装置在气液混合装置前)；

图7为单头曝气头的立体示意图；

图8为单头曝气头的正视示意图；

图9为单头曝气头的左视示意图；

图10为单头曝气头的的纵向剖视示意图；

图11为加压盖的立体示意图；

图12为加压盖的正视示意图；

图13为加压盖的俯视示意图；

图14为加压盖的纵向剖视示意图；

图15为带加压盖的单头曝气头的立体示意图；

图16为带加压盖的单头曝气头的正视示意图；

图17为带加压盖的单头曝气头的纵向剖视示意图；

图18为主管路配四个单头曝气头示意图；

图19为主管路配四个单头曝气头俯视示意图；

图20为单头曝气头与曝气管路平面成一定角度安装示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，所述液体充气灌装设备包括：气液混合装置1、容器3、微纳米气泡曝气器4和灌入装置5。气体和液体分别通过气体源管路6和液体源管路7进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，再经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在容器3的底部，形成的气液混合流体存储于容器3中，容器3通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的常压灌装。

实施例2

如图2所示，所述液体充气灌装设备包括：气液混合装置1、可密闭容器11、微纳米气泡曝气器4、灌入装置5、气体压缩机12、液位计13和压力传感器14。液体源通过液体源管路7进入气液混合装置1中，气体源通过气体源管路6进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，形成气液混合流体经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在可密闭容器11的底部，形成的气液混合流体存储于可密闭容器11中，气体压缩机12通过气体管路15连接可密闭容器11，液位计13安装在可密闭容器11内壁，压力传感器14安装在可密闭容器11顶部，可密闭容器11通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的加压灌装。

实施例3

如图3所示，所述液体充气灌装设备包括：气液混合装置1、过滤装置2、容器3、微纳米气泡曝气器4和灌入装置5。气体和液体分别通过气体源管路6和液体源管路7进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，形成气液混合流体经过气液混合流体管路8进入过滤装置2中，经过过滤后的气液混合流体再经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在容器3的底部，形成的气液混合流体存储于容器3中，容器3通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的常压灌装。

实施例4

如图4所示所述装置包括：气液混合装置1、过滤装置2、可密闭容器11、微纳米气泡曝气器4、灌入装置5、气体压缩机12、液位计13和压力传感器14。气体和液体分别通过气体源管路6和液体源管路7进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，形成气液混合流体经过气液混合流体管路8进入过滤装置2中，经过过滤后的气液混合流体再经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在容器3的底部，形成的气液混合流体存储于可密闭容器11中，气体压缩机12通过气体管路15连接可密闭容器11，液位计13安装在可密闭容器11内壁，压力传感器14安装在可密闭容器11顶部，可密闭容器11通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的加压灌装。

实施例5

如图5所示，所述液体充气灌装设备包括：气液混合装置1、过滤装置2、容器3、微纳米气泡曝气器4和灌入装置5。液体源先经过过滤装置2过滤后通过液体源管路7进入气液混合装置1中，气体源通过气体源管路6进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，形成气液混合流体再经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在容器3的底部，形成的气液混合流体存储于容器3中，容器3通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的常压灌装。

实施例6

如图6所示，所述液体充气灌装设备包括：气液混合装置1、过滤装置2、可密闭容器11、微纳米气泡曝气器4、灌入装置5、气体压缩机12、液位计13和压力传感器14。液体源先经过过滤装置2过滤后通过液体源管路7进入气液混合装置1中，气体源通过气体源管路6进入气液混合装置1中进行第一级的气液混合，形成气液混合流体经过气液混合流体管路9进入微纳米气泡曝气器4中进行第二级的混合，其中微纳米气泡曝气器4安装在可密闭容器11的底部，形成的气液混合流体存储于可密闭容器11中，气体压缩机12通过气体管路15连接可密闭容器11，液位计13安装在可密闭容器11内壁，压力传感器14安装在可密闭容器11顶部，可密闭容器11通过灌装管路10连接灌入装置5，实现对液体的加压灌装。

下面对上述实施例中的微纳米气泡曝气器(曝气头)的结构给出一个具体实施例。

图7-17示出了一种微纳米气泡曝气器的具体结构。在该具体实施例中，曝气头4为单头曝气头(或单边曝气头)，由3个部分组成，包括接入管口41、半球形腔体42和喷射头43。其中接入管口41是一个接入管411以切线的方式结合在一个圆柱形腔体412的周壁上，接入管411的轴向与圆柱形腔体412的直径方向平行。接入管411的末端带有连接螺纹413，用来与气液源流体管路连接。半球形腔体42具有直径敞口端421和球顶开孔端422。圆柱形腔体412的一侧415与半球形腔体42的直径敞口端421连通，另一侧414封闭。喷射头43具有固定端431和喷射端432，喷射孔433从固定端431贯穿到喷射端432，孔径从固定端431到喷射端432逐渐增大，例如是一个圆锥形孔，孔的展开角可以为15-45°，特别优选为30°。喷射头43的固定端431与半球形腔体42的球顶开孔端422连接。喷射头43既可以与半球形腔体42为分体件通过安装组合在一起，也可以为一体成型件。

具体参见图11-13，曝气头4还可以包括加压盖44，加压盖44为一个具有嵌套结构的盖子，包含内盖441和外盖442，外盖442两端敞口，内盖441的内端敞口，外端446封闭，内外盖之间留有设置有空腔443。内外盖的外端之间通过均匀间隔的三个连接臂444连接。

半球形腔体42沿直径敞口端421向外延伸有连接直壁423，连接直壁423上设置有结合部424，加压盖44的外盖442的内端设置有与半球形腔体42的连接直壁423对配的结合部445。参见图11-13，加压盖44通过外盖442与半球形腔体42连接并包住喷射头43，其中内盖441的外端446与喷射头43的喷射端432相对。

曝气头4通过接入管口41接入流体管路，流体经过接入管口41进入内部腔体，在腔体内部形成旋流，由一头的喷射孔433向外喷出，喷出的流体经过加压盖44内部的嵌套的盖子挤压后进入外盖442内部空腔443，再通过空腔443的排出口将流体排出，形成均匀的微细气泡流体。

图18-20示出了本实用新型中的曝气头的一种组合结构，该组合结构包括主管路401、连接头403、曝气头管路402和单头曝气头4。

主管路401通过连接头403与四个曝气头管路402连接，曝气头管路402之间呈垂直分布(如图19所示)。单头曝气头4连接在曝气头管路403另一端。主管路401与四个曝气头管路403形成的曝气管路平面407垂直。单头曝气头4的安装与曝气管路平面407呈一定的角度(如图20所示)，具体可以为15-45°。流体由主管路401分别进入各个分支曝气头管路402，经过曝气头的旋切作用，形成的气液混合流体，通过单头曝气头的喷射口43，沿着一定的曝气喷出方向406喷出。四个曝气头同时喷出，在水体中形成逆时针的旋流搅动，有利于微纳米气泡的传质和扩散。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。