疏水器、无菌双座阀、疏水器的操作方法及灌装设备与流程

本发明涉及疏水器、无菌双座阀、疏水器的操作方法和灌装设备。

背景技术：

专利文献wo2012/168221a2公开的一种双座阀的疏水器中，闭合件包括在锥形密封面之后的圆柱形伸展部分。在座阀处于打开位置和闭合位置时，圆柱形伸展部分与座体的空心圆柱形伸展部分紧密结合从而界定出一个环形通道。通道的尺寸在闭合件移动期间保持不变，并限制了预定的流速。闭合件被配置为能够向上移动并进入与座体的全关断接触。座阀处于打开位置时，清洁介质被排出。座阀在闭合位置时，蒸汽压保持不变，直到座阀根据相应温度而被移动到打开位置，以使得积聚的冷凝液可以排出。疏水器与双座阀的阀腔中较低的断流阀相连，所述阀腔被无菌蒸汽清洁并灭菌。应用蒸汽得到的冷凝液在座阀处于打开位置时被排出。取决于当前温度，只要不发生冷凝，则座阀维持在全密封的闭合位置。

专利文献wo2015/039724a1公开了一种疏水器，该疏水器与从处理系统的管道布置分支出的冷凝管线相连，从排出方向上看，闭合件设置于座体的上游位置，该闭合件可借助热动致动器和/或气动致动手段相对于座体，在密封闭合位置、节流部分闭合位置和完全打开位置之间移动。

专利文献de4036581a1公开了一种疏水器，该疏水器经由切换阀与双座阀的排出阀相连。切换阀在冲洗周期时开放一个具有大横截面且通向出口的通道，同时疏水器被隔离。

专利文献us5628339a公开了一种疏水器，该疏水器与热水锅炉的蒸汽管线相连，且包括阀螺旋插入件中的一个通道。

专利文献de1711575u公开了一种用于蒸汽加热装置的疏水器。其中，呈平截圆锥形或圆柱形的闭合件在圆周面上设有槽，所述槽限定了恒定的截面且在排出方向上无喷流效应。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种功能可靠、经济有效且几乎无需维护的疏水器、无菌双座阀、操作疏水器的方法和灌装设备，其中，所述疏水器包含尽可能最小数量的部件，使得无菌双座阀的建造费用得以削减。

在座阀处于闭合位置时，疏水器中通过闭合件和座体形成的喷流状通道保持开放，使得所述疏水器按照喷流型疏水器的优势原则运行。积聚的冷凝液一直通过该通道排出，而气压很大程度上得到保持。这在灭菌周期的效率方面很重要。座阀在处于打开位置时曝出大的横截面，该大的横截面与排水阀的通道相对应，且在第一排出状态下允许大通量的冷凝液和产品残余通过。无论大通量还是小通量均是经由相同路径排出，使得不再需要配备常规的切换阀及其配套的管道。由此仅将小通量液流排至疏水器中，使大通量液流绕过疏水器排至出口。所述通道在排出方向上先窄然后变宽，且从物理角度看，其可充当扩散器。所述通道可由于过热冷凝液的蒸发及由此得到的蒸汽的膨胀而产生反压。所述反压控制流通的冷凝液的流通量，使得灭菌侧的气压几乎保持不变。因为不存在再蒸发效应，积聚在系统中的冷却的冷凝液更快地通过通道排出。疏水器所需空间和将疏水器安装在灭菌双座阀上所需的空间均减小。疏水器由较少数量的部件构成，鉴于部件数量较少，疏水器在运行时可以自清洁，因此所述疏水器具有成本效益且几乎无需维护。当大通量流体通过处于打开位置的座阀排出时，暴露在液流中的通道可被有效地清洗，因此，在座阀处于闭合位置时，可避免通道堵塞。如果在灭菌周期中通道有堵塞的趋势，可通过暂时将闭合件移动至打开位置或者向打开位置的方向移动的控制，进行自动清洁，使得通道部件上的沉积物可被冲刷掉。所述疏水器极其结实耐用。由于可能设在致动器上的轴密封件仅需要密封一个几乎无压强的后部空间，可免除受压力作用的密封件的使用。由于疏水器的结构设计简单，可在任何时间容易地对其进行维护。

在配有疏水器的无菌双座阀的情况下，在冲洗周期时，大通量的冷凝液和产品残余会通过疏水器中与排出应用蒸汽得到的小通量冷凝液相同的路径导出到出口。这样便不再需要常用的具有复杂管路的切换阀，无菌双座阀由于疏水器中座阀的有效自清洁作用而很少需要维护。

根据疏水器的一个有利实施例，密封面和座体区域可具有相同的锥顶角，或者，密封面宽度很小，并且作为通过较小锥顶角的后退区域(recedingarea)宽度逐渐增加。由此密封面和座体区域间形成宽度逐渐增加的间隙。在第一种情况下，座阀在闭合位置时，密封面和座体区域间会形成一个大面积接触区，其中，通道的轮廓嵌在座体区域或密封面中。在第二种情况下，闭合造成的接触大致为线接触，该线接触部分被通道的轮廓所阻断。通道区域在收缩部分之后变宽，该通道区域由呈锐角扩展的密封面和座体区域界定。

根据一个有利实施例，座体自入口侧起沿排出方向变宽，形成一个通向出口的阀腔。贯通阀腔的线性致动器上的闭合件被相对于座体移动，当闭合件移动入阀腔时，座阀处于打开位置，当闭合件移出阀腔进入座体时，座阀处于闭合位置。这样，座阀处于打开位置时，流体流过时受到的阻力很小，这对于大通量流体很有利。然而，当闭合件被逆着沿排出方向的流体移动时，除了允许液流通过的通道外，流体排出的路径逐渐变窄。线性致动器可由气动、电动或电磁驱动。座体的锥顶角为一个大致30°到60°的角，优选大致40°的角。在大通量时，这些角可使液流自由进入阀腔。

根据具有不同锥顶角的一个实施例，这些锥顶角应相差大致1°到10°。由于这一角度差的存在，通道自收缩部分后开始逐渐变宽。

密封面和/或座体区域的轴向长度可大致相当于最小座体直径的50％。这样，通道会有最优长度，这有利于形成好的流动条件。

根据具有不同锥顶角的一个有利实施例，收缩部分由座体区域上的优选为圆柱体形的铣削(milled-out)部分所形成。该铣削部分从生产技术角度来看易于制造且容易测量。铣削部分自入口侧起延伸过座体区域和密封面的部分高度。自收缩部分起宽度逐渐增加的区域由密封面和座体区域间的角度差界定。

根据具有相同锥顶角的实施例，通道延伸过密封面和/或座体区域的整个高度。当从排出方向看时，通道开始为圆柱形部分，自所述圆柱形部分后宽度呈锥形增加。

在以上两个实施例中，通道入口处的宽度均不用减小，因为通道的流体效率并不重要。

可以沿周向方向设置多个铣削部分。

根据通道的多个部分在座体区域和密封面上以大致镜像对称的方式排布的实施例，这些部分在周向方向上彼此相对地成为一对。这样可防止闭合件相对于座体发生旋转。

根据一个有利实施例，线性致动器为活塞的活塞杆，该活塞受有压流体的作用，该作用力与弹簧的弹力相逆。所述活塞杆可发生移动以使所述致动器与阀腔封离(sealedoff)。活塞优选受到在将座阀调节到打开位置的方向上的弹力的作用，以使得无需对活塞施加任何有压流体而使座阀维持在打开位置。在休息状态时，疏水器可以说处于一种应对大通量液流的待命状态。在灭菌周期开始时，闭合位置例如仅可通过使用压缩空气来调节。闭合件可通过线性驱动在两个方向上移动。当执行大通量的冲洗周期时，通道的各部分总会被冲洗而得到有效清洁。如果在座阀处于闭合位置的灭菌周期中通道堵塞，这一状况可通过温度探测器探测到，该温度探测器例如探测入口侧、双座阀的泄露腔中或者疏水器附近的温度。随后，座阀可至少被再一次转移到打开位置，以使得堵塞的通道被快速动态流下的积聚的冷凝液冲洗。

对于无菌双座阀，在入口侧、壳体和/或到疏水器的座阀的排出路径上设置至少一个温度探测器是有利的。温度探测器作为温度测量单元用于探测所在区域内的温度情况，使得也可能依靠温度调控的方法来使座阀在打开和闭合位置间切换。

本申请的一个实施例中，无菌双座阀的壳体中有泄露腔，所述泄露腔与止回阀和排水阀相连，以达到使用冷凝液冲洗和使用蒸汽灭菌的目的。在使用蒸汽执行灭菌周期之前，可能存在的产品残余可被大通量的流体经由疏水器冲离泄露腔。在灭菌周期中，座阀处于闭合位置，但是积聚的冷凝液可经允许流体通过的通道以小流量排出。

在允许使用多个同样的部件和密封件的原理意义上看，止回阀、排水阀和疏水器中的座阀的构造可至少大致相同。

疏水器的概念使得其可以按照阀轴方向大致为水平或者大致为垂直的状态安装于灌装设备中的双座阀上，以适应相应的可用安装空间。

附图说明

将结合附图对本发明主题的实施例进行解释，其中：

图1示出了配有疏水器的无菌双座阀的侧视图，所述疏水器占据特定的安装位置；

图2示出了与图1类似的侧视图，其中疏水器安装的位置不同；

图3示出了根据图1、图2的疏水器的轴向剖面，其中，座阀处于闭合位置；

图4示出了根据图3的细节放大图；

图5示出了与图3、图4相关的透视细节图；

图6示出了与图4相似的视图，所述视图呈现了图4所示细节的变体；

图7示出了根据图3至图5的疏水器，其中，座阀处于打开位置；

图8示出了根据另一实施例的疏水器的轴向剖面，其中，座阀处于闭合位置；

图9示出了与图8相关的细节放大图；

图10示出了图9相关细节的透视图；及

图11示出了根据实施例的变型例的细节放大图，与图8、图9类似。

具体实施方式

作为非限制性示例，图1和图2所示为疏水器a在所谓的产品结(productnode)k的使用情况，该产品结k例如为食品或饮料产业中用于饮料或液态食品的灌装设备n。

产品结k包含具有已知结构设计的无菌双座阀1，所述无菌双座阀1建立产品线2、3之间的连接，或者将产品线2、3相互分离。所述无菌双座阀1包括壳体4和致动装置5。壳体4中，阀盘(valuedisk)和座体(图中未示出)之间设置有泄露腔9。壳体4通过冷凝瓶7与蒸汽管6相连，同时壳体4还与止回阀8相连，使得可以使用冷凝瓶7中的冷凝液将至少泄露腔9中的产品残余清除，然后用蒸汽对泄露腔9进行消毒。

此外，壳体4还与排水阀10相连，连接管线12从排水阀10通向疏水器a，疏水器a通过起出口作用的管线13可与缓冲器(impactabsorber)15相连。疏水器a上附装有作为线性致动器的致动单元14，例如此处可采用气动致动单元，止回阀8和排水阀10以类似方式也附装有致动单元。如图所示，壳体4上装有温度探测器11，用于探测比如泄露腔9中的温度；还可以在通向疏水器a的流路径上或者疏水器a内设置又一温度探测器(未示出)。

图1与图2中的产品结k的相互差异在于疏水器a的安装位置不同，这可能与可用的安装空间有关。图1中，疏水器被垂直安装于灌装设备n中，而图2中疏水器安装方位大致水平。

当产品线2、3相互隔开且止回阀8打开、排水阀10闭合时，如果座阀处于打开位置，则疏水器a处于第一排出状态，在排出方向r上有大通量的冷凝液、比如来自冷凝瓶7的冷凝液，和产品残余通过；或者，如果座阀处于闭合位置，则疏水器a处于第二排出状态，有小通量的优选为冷凝液的流体通过。这些排出状态与例如泄露腔9的冲洗周期和灭菌周期相对应。两种排出状态使用相同的路径。

图3至图5示出了疏水器a的实施例，其中在图3、图4中座阀处于闭合位置。

图3的疏水器a中包括壳体16，壳体16界定了阀腔17且包括座体19，座体19具有锥形座体区域21、即具有阀轴x的座阀v，其中所述锥形座体区域21与闭合件18的锥形密封面20对应。座体19在排出方向r上沿朝向阀腔17的方位宽度逐渐增加。阀腔17与出口13相连。在图示的闭合位置时，闭合件18从下大致全部伸入座体19中，使得密封面20和作为座阀的座体区域21将通过座体19的通道d密闭关断。但是，在闭合位置时，闭合件18和座体19通过至少一条控制槽s界定了由两部分组成的通道d。在本实施例中，密封面20中形成有至少一条本地控制槽s，例如，以铣削部分22的形式存在的控制槽。铣削部分22即使是在座阀处于闭合位置时，也会使通过座体19的节流通道保持打开。通道d的横截面在排出方向r上会发生变化，在初始入口后会出现收缩部分e，随后，通道d的横截面在排出方向r上宽度逐渐增加。

闭合件18可以说是作为头部被布置在线性致动器23上，且优选其与所述线性致动器23呈一体的状态，其中，所述线性致动器23为活塞25的活塞杆，活塞25可在致动单元14中移动。活塞25受腔体27中的有压流体作用以调节图示的闭合位置，活塞25还受弹簧26的弹力施加的在相反方向的作用以调节座阀v的打开位置(图7)。致动器23通过密封件24与阀腔17封离

在如图4的放大图中可看到密封面20上的铣削部分22或者控制槽s在排出方向r上延伸，先在起始部分22a呈圆柱体形大致延伸到收缩部分e的控制槽腰部22b处，随后在末端部分22c处宽度逐渐增加。

图5所示为铣削部分22的各部分22a、22b和22c，所述各部分界定了闭合件18中密封面20内的控制槽s，并与座体区域21一同形成了由两部分组成的通道d。圆柱体形的铣削部分22具有一个圆柱轴，该圆柱轴与锥形座体区域21或锥形密封面20围成一个锐角，使得密封面20或者座体区域21中的铣削部分22呈锥形。

根据图3和图4所示的实施例，座体区域21和密封面20具有相同的锥顶角β，该锥顶角可以为30°到60°间的一个角，优选接近40°的角。

在所示实施例中，只设置了一个本地控制槽s。可设置在比如密封面20的圆周上分布的多于一个的控制槽s。控制槽腰部22b在收缩部分处呈直线，但是也可以在22a和22c部分之间呈圆润状。相应的控制槽可为v形槽，也可为直角槽。

如图6所示，控制槽s’也可能仅被设置在座体区域21上。此时，密封面20上不会设置任何控制槽s。可选的，如图6所示，座体区域21和密封面20上都设置有相应的控制槽s和s’，当座阀处于闭合位置时，s和s’一同界定收缩部分e大概处于通道d长度的中间。此时，两个大致镜像对称的控制槽s和s’在圆周方向彼此相对。通过示例方式，为闭合元件18提供了防旋转手段。

图7所示为在座阀处于打开位置时图3至图5中的疏水器a，该打开位置例如通过弹簧26进行调节。该弹簧使活塞25完全停住并使闭合件18从座体19缩回到腔体17，以使得座体19和出口13间曝出大的横截面，比如，该横截面例如对应于图1和图2中排水阀10的横截面。

图3中的闭合位置对应于小通量时的第二排出状态，而图7中的打开位置对应于大通量时的第一排出状态，即冲洗周期和灭菌周期。

在图7所示的打开位置时，强液流涌入阀腔17后流至出口13以进行冲洗。所述强液流冲去闭合元件18上、座体区域21上或控制槽s中的可能污染物，

图8和图9为座阀处于闭合位置时疏水器a的另一实施例，所述实施例与图3至图6的实施例不同之处在于座体区域21和密封面20具有不同的锥顶角。锥形密封面20的锥顶角比座体区域21的锥顶角β小，角度差为α。如图8和图9所示的闭合位置，当密封面20的窄面基本处于座体19的最小直径处时，闭合件18会产生密封效果。但是，至少一个控制槽s、比如铣削部分22被设在例如密封面20中，使得允许液流通过的横截面由座体区域21、密封面20和控制槽s界定，且该横截面在排出方向r上会发生变化。

密封面20和座体区域21各自的轴向长度h大致与最小座体直径d的一半相对应。锥顶角间的角度差α的值大约为1°到10°。控制槽s仅在长度h的较短起始区域上扩展且其宽度和深度沿排出方向r逐渐减小直至控制槽最终与闭合面20在收缩部分e处融合，在收缩部分e处，由于角度差α的存在，座体区域21已从密封面20退回。

图10所示为闭合件18与金属密封面20中大致呈圆柱体形的铣削部分22的立体示意图。控制槽s也可以只在座体区域21上形成(图中未示出)。

图11所示为另一可选实施例，其中由两部分组成的通道d由大致镜像对称的铣削部分22a’和22’，即两个控制槽s和s’界定。控制槽s和s沿周向方向彼此相对，并被设置于座体区域21中以及密封面20中。该通道d先窄，过收缩部分e后又变宽。如图11中的实施例，为闭合件18提供防旋转手段很有益处，这可以使得控制槽s和s’总是沿周向方向彼此相对。此外，如图7至图10的实施例，可以设置多于一个的控制槽，其分布于圆周方向。

第二实施例的作用与第一实施例相对应，即，所述第二实施例为一种疏水器a，其座阀v在闭合位置时具有喷射功能，在打开位置时曝出大的横截面。两种排出状态(冲洗周期和灭菌周期)中均使用至出口的相同的流路径。

疏水器a由较少量的部件构成。密封件24没有受任何高压的作用。因为座阀v具有自清洁能力，其具有成本效益且易于维护。但是，如果通道d在灭菌周期中由于产品残余或者其他污染物导致堵塞，这会引起泄露腔9中温度下降，座阀v会被暂时控制，使得座阀通过温度测量单元中温度探测器11的状态信号的上位控制恢复至打开位置，这样，通道d可被强烈冲刷干净。

上述疏水器的使用可免除产品结k内切换阀及其管道的使用。此类产品结k中的切换阀被用于将冲洗周期中的大通量液流直接排出、仅在冲洗周期中分隔开疏水器a及通过疏水器导入冷凝液。

疏水器a可被容易嵌入已有的流程或者处理系统中，因为疏水器a和目前正被使用的切换阀受致动单元14作用的方式相同。

为了节约成本并简化各部件间的布局，止回阀8、排水阀10和具有执行单元14的座阀v可具有至少大致相同的结构设计(原理上)。