专利名称：流体分配系统及其双模式系统流体致动阀的制作方法
技术领域：
公开的本发明大体上涉及流体分配系统，具体地涉及这样的流体分配系统，其可控制第一流体(即稀释剂如水)与第二流体在流体分配系统内混合点的混合，第二流体包括食品浓缩液(如酱汁)、非碳酸饮料浓缩液(如果汁或等渗饮料浓缩液)或非食品浓缩液(如溶剂，如风挡刮水器液或清洗液)等类似流体。所述系统包括布置在分配系统的混合点上游第二流体供应管道中的阀门，这种阀门可通过施加正和/或负压同时起动，使得第二流体能够流过阀门。这种正和/或负压由系统要分配并与第二流体混合的第一流体产生，因此第一流体停止流动会立即终止第二流体的流动，以确保两种流体在最终溶液中精确混合，并可防止第二流体的不经意渗漏。
背景技术：
流体分配器已长期用于许多饮食服务场所，包括零售餐厅、果汁店、医院、疗养院、学校等类似场所。这种流体分配器通常需要将稀释剂，如水，和调味剂(如软饮料调味糖浆或果汁、乳品、或等渗浓缩液)混合成最终产品，使最终产品中水与浓缩液具有精确的比例，以向消费者提供具有所要求味道的最终产品。为了使产品能够最大程度地吸引消费者，从而赢得忠实的顾客和销售，关键是要令水与浓缩液的比例保持在精确的水平并完全混合，而且这种系统还要能保持食物及药品管理局(FDA)规定的无菌水平。
对于传统的分配系统，当分配软饮料时，调味剂通常包含粘度较低的普通粘性糖浆。然而，当分配非碳酸饮料如果汁、乳品饮料和等渗饮料时，调味剂通常包含浓缩液，其包括粘性很高的流体，与传统的调味糖浆相比，在进行流量调节时会遇到更大的困难。容积式泵，如蠕动泵，常用来调节这种饮料浓缩液分配系统的流量。然而，使用泵的系统需要有较大的物理空间来容纳泵装置。而且，这种系统在日常重复使用之后易于渗漏或阻塞。此外，还发现商业等级的比较便宜的分配蠕动泵在分配小体积液体，如12盎司果汁饮料时，不够精确。此外，这种固定比率的泵往往会每半个周期送出一“股”水或其它驱动液，使所分配的饮料产生分层或不均匀。这种泵还很容易在分配周期结束泵停止工作时分配少量尾流浓缩液，于是在周期结束时不经意分配一股纯浓缩液到饮料中，或是在下一个分配周期开始时将一股纯的未混合浓缩液先于水/浓缩液混合物输送到杯中，从而使所分配的饮料质量十分不稳定。现有的使用蠕动泵的果汁分配器不是自行冲洗的系统，因而需要拆开进行清洁。
即使在饮料分配系统领域之外，上述问题也会困扰试图分配任何定量流体的分配系统，所述流体包括粘性浓缩液和稀释剂，比如清洁液或其它工业用流体。
因此，在本技术领域中需要这样的流体分配系统，其能够彻底和精确地混合并分配由浓缩液及稀释剂构成的流体，即使所分配的流体体积很小这种流体也具有一致的比率，该系统能够避免使用容积式泵的传统流体分配系统所具有的问题，比传统的流体分配系统更为紧凑，而且不管粘性浓缩液的固有特性和异常结构如何都能够有效地工作。还需要有一种能够每次使用之后自清洗的系统，以确保流体商业无菌。
发明内容
因此，本发明的一个目的是要提供一种能够避免现有技术缺点的流体分配系统。
本发明的另一个目的是提供一种流体分配系统，每次分配剂量都能够提供一致的稀释剂与浓缩液之比，并能通过自清洗过程来保持商业无菌水平。热水和/或加有食物及药品管理局批准的过氧化氢溶液的热水可以自动连接，用来冲洗系统的管道。
本发明还有一个目的是提供一种流体分配系统，能够由第二分配流体施加压力致动，以分配第一流体。
本发明的还有一个目的是提供一种流体分配系统，具有双模式系统流体致动的流量阀，通过施加正压力和负压力能够同时致动或者以互补方式选择性地致动。
本发明的还有一个目的是提供一种流体分配系统，当稀释剂停止流动时能立即终止浓缩液的流动，以防止在分配周期的末尾分配一股尾流浓缩液，或使调味浓缩液渗漏到分配管道中，或使细菌迁移回到浓缩液包装容器中。
本发明的还有一个目的是提供一种流体分配系统，即使在分配小批量的流体时也能彻底和精确地进行混合。
本发明的还有一个目的是提供一种流体分配系统，能够确保所有未分配的浓缩液部分保持处于无菌环境。
根据上述目的，公开了一种流体分配系统，即使所分配的流体体积很小，也能够均匀地进行分配混合，达到所要求的浓缩液与稀释剂之比。本发明的系统包括布置在浓缩液源和浓缩液进入稀释剂的点之间的阀门，这种阀门包括具有第一腔室(下文称作“流量腔室”)和第二腔室(下文称作“流量腔室”)的阀体，流量腔室和致动腔室由阀体内的间壁隔开，并设有可在流量腔室和致动腔室内作往复运动的柱塞。柱塞的第一端包括阀头，设计成能位于流量腔室的阀座侧壁上。当阀头在阀座侧壁上时，能够防止流体从位于阀头第一侧的流体入口流经流量腔室至位于阀头另一侧的流体出口。柱塞的第二端包括活塞头，活塞头由弹性件朝致动腔室的端壁弹性偏压，从而将阀头弹性偏置到流量腔室的阀座。柔性膜片布置在活塞头和致动腔室的端壁之间，并将致动腔室分成正压致动区(膜片和致动腔室端壁之间的空间)和负压致动区(膜片和阀体间壁之间的空间)。致动腔室的端壁上设有两个端口，即，使流体进出正压致动区的流体入口和流体出口。同样地，致动腔室的侧壁上设有端口，即，用来提供真空给负压致动区的真空口。
工作时，施加到正压致动区入口的流体以及施加到负压致动区真空口的真空都能够压缩活塞头到弹性件，使流量腔室中的阀头离开阀座，允许流体流经流量腔室。
弹性件设计成，当稀释剂不流动时能够紧紧地保持阀门关闭，从而防止浓缩液不经意渗漏到阀门下游的液流系统中。通过稀释液停止流动就关闭阀门，浓缩液不会渗漏或停留在阀门下游的液流系统内，因此整个未分配流体与分配系统外面的潜在污染物(如细菌)保持隔离。
在本发明的优选实施例中，所述阀门用于流体控制系统，这种流体控制系统用来分配要与第二流体混合的第一流体。在这一实施例中，所要分配(并与第二流体混合)的第一流体充当施加到正压致动区的流体，且其流动会产生施加到负压致动区的真空，而所要分配的第二流体是在阀门启动时流经流量腔室的流体。为了产生施加到阀门负压致动区的真空，以及产生可将第二流体(如浓缩液)从其储存容器抽入第一流体(稀释液)液流的真空，本发明的流体分配系统使用了文丘里管或“喷射泵”来产生所要求的真空。在本发明的流体分配系统的优选实施例中，稀释剂供应源设计成能同时和选择性地引导稀释剂(如水)至阀门正压致动区的流体入口和流经位于阀门下游的文丘里管。稀释剂流经文丘里管会产生真空吸力，能够(i)在阀门开启时从容器中抽取浓缩液；(ii)提供真空给阀门的负压致动区；和(iii)回收输送到阀门正压致动区的稀释剂。
通过下面结合附图对优选实施例和其某些改进所作的详细说明，将更加清楚本发明的其它目的、特征和优点，附图中
图1是本发明流体分配系统的双模式致动阀的透视图；图2是图1阀门的侧向剖视图；图3是根据本发明的结合图1和2中阀门的流体分配系统的示意图；图4是根据本发明的流体分配系统的第一可选实施例的示意图；和图5是根据本发明的流体分配系统的第二可选实施例的示意图。
具体实施例方式
图1和2分别是本发明流体分配系统的双模式系统流体致动阀的透视图和侧向剖视图，这种流量控制阀可以通过施加因所分配流体流动而产生的真空吸力来致动，或者通过施加由这种所分配流体产生的正压力来致动，还可以通过同时施加来自这种所分配流体的真空吸力和正压力来致动，分配要与第一流体混合的第二流体。这种阀门包括一般是细长形的阀体10，阀体的端壁设有流体入口15，阀体的侧壁设有流体出口20和真空口25。间壁30处于阀体10中，其位置能够将阀体分成两个腔室，即流量腔室(用31表示)和致动腔室(用32表示)，因此入口15和出口20提供阀体外部与流量腔室之间的流体连通，而真空口25提供阀体外部与致动腔室之间的流体连通。
与间壁30相对的致动腔室32的端部设有端板100，端板最好通过若干螺纹件110固定于阀体10。端板100设有两个开口，即入口105和出口106，因此当端板100固定在阀体10时，入口105和出口106同样提供致动腔室内部与阀体外部之间的流体连通。
阀柱塞200布置在阀体10内并从间壁30穿过。阀柱塞200的第一端装配有阀头205，阀头205设计成能坐落在由流量腔室31的倾斜侧壁构成的阀座16。O形环、垫圈或其它柔性密封机构206最好布置在阀头205和阀座16之间，当阀门处于闭合位置时可确保形成紧密密封并防止流体不经意渗漏通过阀门结构。活塞头210装配在阀柱塞200的第二端。弹性件215如螺旋弹簧并置在间壁30和活塞头210之间，使得始终朝端板100偏压活塞头210。由于柱塞200、阀头205和活塞头210是整体结构，活塞头210朝端板100的偏压也使阀头205在流量腔室31中朝阀座16偏压，因此未施加致动力(无论是真空还是正压)时，阀门处于闭合状态，防止流体通过流量腔室31流动。
柔性膜片300设置在活塞头210和端板100之间并覆盖致动腔室32的整个宽度，从而将致动腔室32分为两个区域，即，真空或负压致动区40和正压致动区50。负压致动区40从间壁30延伸到膜片300的下侧，而正压致动区50从膜片300的上侧延伸到端板100。膜片300的端部牢固地夹紧在端板100和阀体10之间，因此负压致动区40与正压致动区50完全隔离，在这两个区域之间不存在流体连通。
使用时，流体浓缩液输送到入口15。由于没有压力施加到正压致动区50，也没有真空施加到负压致动区40，所以弹性件215朝端板100偏压活塞头210，从而使流量腔室31中的阀头205偏压到阀座16上，而压缩柔性密封机构206，以防止流体在阀头205周围流动并流经出口20。
当流体通过入口105输送到正压致动区50而在区域50内提供正压力时，正压致动区50扩大，驱使活塞头210离开端板100而压缩弹性件215，并提升流量腔室31中的阀头205离开阀座16。当阀头205脱离开阀座16之后，入口15的流体自由流过阀头205周围并从出口20流出。当供给正压致动区50的流体停止时，弹性件215立即驱使活塞头210沿相反方向运动(现在朝端板100运动)，转而使流量腔室31中的阀头205朝阀座16运动，直至阀头205紧靠在阀座16上，此时流体的流动再次立刻停止。
同样地，当有真空施加到真空口25上而在负压致动区40内产生真空负压力时，区域40收缩，拉动活塞头210离开端板100而压缩弹性件215，并提升流量腔室31中的阀头205离开阀座16。当阀头205脱离开阀座16之后，加在入口15的流体自由流过阀头205周围并从出口20流出。当供给负压致动区40的真空停止时，弹性件215立即驱使活塞头210沿相反方向运动(现在朝端板100运动)，转而使流量腔室31中的阀头205朝阀座16运动，直至阀头205紧靠在阀座16上，此时流体的流动再次立刻停止。
由于施加正压到正压致动区50和施加真空或负压到负压致动区40都能够使流量腔室31中的阀头205离开阀座16，所以可以容易地看出同时施加正压到区域50和施加真空到区域40能够更快作出反应以启动流体流经流量腔室31，从而在分配所要求的流体部分时具有更高的精确度。
阀门1布置在流体浓缩液的源点和浓缩液进入稀释剂的加入点之间，因此在流经管道的稀释剂停止时可防止浓缩液不经意流入流体供应管道中。如示意图3更详细的示出，本发明的流体分配系统包括浓缩液(如调味糖浆)容器500，可通过管道501将浓缩液输送至阀门1的入口15。同样地，稀释剂(如水)供给源510分配要与已分配浓缩液混合的稀释剂。稀释剂的供给最好通过压力调节器601和电磁阀602来调节，如本技术领域都知道的。稀释剂的供给从电磁阀602分成第一分支512和第二分支513。第一分支512的管道将稀释剂从电磁阀602引导到阀门1的入口105。流经入口105的稀释剂施加正压致动力到阀门1的正压致动区50，从而打开阀门1使浓缩液能够从供给源500流出。同样地，第二分支513的管道将稀释剂从电磁阀602引导到文丘里管或喷射泵700的入口。
更具体地，文丘里管700包括压差喷射器，其内径从喷射器入口到喷射室是减小的。喷射室位于喷射器入口、喷射器出口以及吸入口701的交汇处。进入喷射器入口的水被挤压到喷射室中而变成高速喷射流。由于喷射器入口和出口侧之间的压差，通过喷射室的速度增大，使得在喷射室中产生压力下降。这种压降使得添加的材料，如本发明流体分配系统中使用的浓缩液，能够通过吸入口吸入并与运动的稀释剂流混合。由于喷射流朝喷射器出口扩散，所以其速度减小而再转化为压力能。
因此，当稀释剂输送到文丘里管700的入口时，只要阀门1被促动使浓缩液能够流动，稀释剂流经文丘里管700将从阀门1的出口20抽取浓缩液，浓缩液通过管道21到达吸入口701，在吸入口浓缩液被吸入和与稀释剂流体混合。
如上面所解释的，稀释剂可以引导到阀门1的正压致动区50以打开阀门并使浓缩液能够流过那里。为了抽出输送到正压致动区50的稀释剂，设有稀释剂回流管514，稀释剂回流管将稀释剂从正压致动区50中的出口106引导到位于文丘里管700的喷射器出口附近的另一吸入口702，因此通过稀释剂回流管514返回的稀释剂可再次进入接近于大气压力的液流中。
而且，如上面所解释的，可以将真空施加到负压致动区40以打开阀门1而使浓缩液能够流过。为了将真空施加到负压致动区40，在文丘里管700还设有另一吸入口703，吸入口703紧靠吸入口701布置。当稀释剂流经文丘里管700在喷射室中产生压力下降时，这种压力下降通过管道26施加真空到阀门1的负压致动区40(如上面所详细介绍的)，于是阀头205离开阀座16，使得浓缩液能够流经出口20。或者，在吸入口701处可以设有T形流体接头，T形接头的每个分支容纳一个管道21和26。利用这种流体接头，单个吸入口701提供了抽取浓缩液到稀释剂流中的真空以及输送到负压致动区40以打开阀门1的真空。
上述系统详细描述了通过同时施加流体正压力到正压致动区50，和负压力到负压致动区40来致动阀门1，这两种外力都使阀头205离开阀座16，允许浓缩液流经阀门1。然而，本发明流体分配系统的可选实施例可以只利用正压力或负压力中的一种来致动上述阀门1，因此本发明的流体处理系统可以去掉一种压力应用装置而同时还能保持系统的功能和紧凑的构造方式。举例来说，在图4所示的本发明替代实施例中，去掉了图3中流体处理系统的真空管道26和阀门1的真空口25，因此阀门1的唯一致动力是通过管道512施加到正压致动区50入口105的正流体压力。同样地，图5示出了本发明的另一个可选实施例，其中流体管道512、稀释剂回流管514、以及阀门1的正压致动区50的入口105和出口106省去，因此阀门1的唯一致动力是通过管道26施加到负压致动区40真空口25的真空压力。
或者，可以在流体管道512和26中设置额外的阀门，系统通过施加到正压致动区50的正压力、施加到负压致动区40的负压力、或者通过以互补方式同时施加的正压力和负压力来选择性地使阀门1工作，以提供最大的灵活性来控制各种流体的流动。
应当认识到，虽然在此介绍的系统尤其适用于克服控制高粘性流体(如果汁、乳品或等渗浓缩液)流动所存在的困难，但是这种系统对于调节低粘性组分(如用于软饮料的调味糖浆)的流动同样有效，而且还可以用于需要混合多种不同流体的任何应用中。
在此已经详细介绍了根据本发明基本原理的优选实施例和某些修改形式，所属领域的技术人员通过熟悉所述基本原理可以知道其它各种实施例及其修改和变化形式。所以，应该认识到本发明可以用本文所述具体方法不同的方式来实施。
实用性对于多种流体的流体分配系统的工业应用，要求提供一种分配装置，要能够确保流体之间精确混合比例并能防止流体从系统不经意渗漏。本文公开了这样一种流体分配系统，可用来控制第一流体(即稀释剂如水)与第二流体在流体分配系统内混合点的混合，所述第二流体包括食物浓缩液(如酱汁)、非碳酸饮料浓缩液(如果汁或等渗饮料浓缩液)或非食品浓缩液(如溶剂，风挡刮水器液或清洗液)等类似的流体。所述系统包括布置在分配系统中混合点上游第二流体供应管道中的阀门，这种阀门可通过施加正和/或负压同时起动，使第二流体能够流经阀门。这种正和/或负压由系统分配并与第二流体混合的第一流体产生，因此第一流体停止流动会立即终止第二流体的流动，确保两种流体在最终溶液中精确混合，并可防止第二流体的不经意渗漏。
权利要求
1.一种混合至少第一和第二流体的流体分配系统，包括输送所述第一流体的第一流径；输送所述第二流体的第二流径；阀门，布置在所述第二流体源点下游的所述第二流径内，所述阀门还包括输送所述第二流体的分配流体流径；和混合器，位于所述阀门下游用来混合所述第一和第二流体；其特征在于，当通过所述第一流径输送流体时，所述第一流径与所述阀门流体接合，开启所述分配流体流径。
2.根据权利要求1所述的流体分配系统，其特征在于，所述第一流径设计成能施加流体压力到所述阀门内的刚性阀柱塞，使所述柱塞从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置可防止流体流经所述第二流径，而在所述开启位置允许流体流经所述第二流径。
3.根据权利要求1所述的流体分配系统，其特征在于，所述第一流径将所述第一流体引导到所述阀门内的刚性阀柱塞，使所述柱塞从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置可防止流体流经所述第二流径，而在所述开启位置允许流体流经所述第二流径。
4.根据权利要求3所述的流体分配系统，其特征在于，所述第一流径还施加真空吸力到所述刚性阀柱塞，使所述柱塞从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置可防止流体流经所述第二流径，而在所述开启位置允许流体流经所述第二流径。
5.根据权利要求1所述的流体分配系统，其特征在于，所述第一流径施加真空吸力到所述阀门内的刚性阀柱塞，使所述柱塞从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置可防止流体流经所述第二流径，而在所述开启位置允许流体流经所述第二流径。
6.根据权利要求1所述的流体分配系统，所述阀门还包括与所述分配流体流径流体隔绝的致动流体流径，所述致动流体流径与所述第一流径流体相通。
7.根据权利要求1所述的流体分配系统，所述阀门还包括阀体；在所述阀体内的间壁，所述间壁在所述阀体中形成流体隔绝的流量腔室和致动腔室；分配流体入口和分配流体出口，使所述第二流径和所述流量腔室之间能够流体连通；和可滑动地装配在所述间壁中的阀柱塞，所述阀柱塞可从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置禁止所述分配流体入口和所述分配流体出口之间流体连通，而在所述开启位置允许所述分配流体入口和所述分配流体出口之间流体连通。
8.根据权利要求7所述的流体分配系统，所述阀柱塞还可以在所述第一流体产生的流体压力的作用下移动。
9.根据权利要求8所述的流体分配系统，还包括布置在所述致动腔室内的柔性膜片，所述柔性膜片构成流体隔绝的真空压力致动区和正压力致动区。
10.根据权利要求9所述的流体分配系统，所述阀门还包括致动流体入口和致动流体出口，使所述第一流径和所述正压致动区之间能够流体连通；和致动流体真空口，使所述第一流径和所述真空压力致动区之间能够流体连通。
11.根据权利要求1所述的流体分配系统，所述阀门还包括阀体；所述阀体的与所述第二流径流体相通的分配流体入口；所述阀体的与所述第二流径流体相通的分配流体出口；所述阀体的与所述第一流径流体相通的致动流体入口；所述阀体的与所述第一流径流体相通的致动流体出口；和所述阀体的与所述第一流径流体相通的致动流体真空口。
12.根据权利要求11所述的流体分配系统，所述阀门还包括在所述阀体内的间壁，所述间壁在所述阀体中形成流体隔绝的流量腔室和致动腔室；和可滑动地装配在所述间壁中的阀柱塞，所述阀柱塞可从闭合位置移动到开启位置，在所述闭合位置禁止所述分配流体入口和所述分配液体出口之间流体连通，而在所述开启位置允许所述分配流体入口和所述分配液体出口之间流体连通。
13.根据权利要求12所述的流体分配系统，所述阀柱塞还包括带有阀头的第一端；第二端；和轴杆，在所述第一端和所述第二端之间延伸并穿过所述间壁。
14.根据权利要求13所述的流体分配系统，所述阀门还包括在所述流量腔室内的阀座，所述阀座设计成能与所述阀头紧密配合，防止所述第二流体流经所述流量腔室。
15.根据权利要求14所述的流体分配系统，所述阀门还包括朝所述阀座偏压所述阀头的弹簧件。
16.根据权利要求15所述的流体分配系统，其特征在于，所述阀柱塞还包括安装在所述第二端的活塞头，所述弹簧件布置在所述间壁和所述活塞头之间。
17.根据权利要求16所述的流体分配系统，所述阀门还包括布置在所述致动腔室内的柔性膜片，所述柔性膜片构成流体隔绝的真空压力致动区和正压力致动区。
18.根据权利要求17所述的流体分配系统，其特征在于，所述致动流体入口和所述致动流体出口与所述正压致动区流体相通，且所述致动流体真空口与所述真空压力致动区流体相通。
全文摘要
本发明公开了一种流体分配系统，用来精确地控制第一流体(即稀释剂如水)与第二流体(即浓缩液)在系统内混合点进行的混合。阀门(10)布置在系统中混合点(701)上游的第二流体供应管道(501)中，阀门(10)可通过施加正和/或负的压力同时起动，使得第二流体能够流经阀门(10)。所述压力是由系统所要分配并与第二流体混合的第一流体产生的，因此第一流体停止流动会立即终止第二流体的流动以确保两种流体在最终溶液中的正确混合，从而防止第二流体不经意渗漏或聚集在液流系统内而变质或受到污染。
文档编号B67D1/07GK1774680SQ02829270
公开日2006年5月17日 申请日期2002年5月9日 优先权日2002年5月9日
发明者M·A·弗里德曼 申请人:国际分配器公司