一种两用灌装阀的制作方法

本发明涉及灌装阀结构领域，尤其涉及既可用于含汽饮料、啤酒的低温等压灌装，也可用于不含汽饮料的热灌装的两用灌装阀。

背景技术：

含汽饮料或啤酒通常采用低温等压灌装工艺（在一定的压力下进行灌装），而许多不含汽的饮料如果汁、茶饮等则需要采用热灌装工艺。前者灌装时需采用等压灌装阀，后者灌装时又需采用热灌装阀；等压灌装阀具有背压、卸压的功能，而热灌装阀具有阀内物料回流的功能，两种灌装阀的结构不同，工作原理也不一致，因此，并不能在一台灌装机上完成两种灌装工艺。

具体来说：

由于含汽饮料或啤酒需要等压灌装阀，一般的热灌装阀没有等压功能，所以如果采用热灌装阀灌装含汽饮料或啤酒，则将直接导致灌装失败，出现无法灌装的问题；如果采用等压灌装阀对不含汽的饮料进行热灌装，则又将带来以下问题：

一、热灌装工艺需要保证灌装到容器内的物料超过一定的温度（通常在88℃以上），但等压灌装阀没有液体物料回流功能，当因设备故障等原因暂停灌装时，灌装阀内物料的温度就会下降，当重新启动灌装时，开始灌出来的产品温度将不符合工艺要求。

二、为了减小液体物料扰动，等压灌装阀在设计时让液体物料沿着所灌装的容器的内壁流下，灌入容器内，如图1所示。但用于热灌装时，沿容器内壁流下的物料会粘在容器口部和罐口密封圈的表面，由于物料的温度比较高，这些物料容易干结，粘在罐口密封圈的表面，污染容器的口部，甚至让容器粘在罐口密封圈上脱不开，不得不经常清洗罐口密封圈，影响连续生产与产品质量。

所以当一条生产线上既需生产含汽饮料、啤酒，又要生产不含饮料热灌装时，通常需要配2台灌装机，或采用两种灌装阀进行互换，生产效率低，操作起来也极为不便。

技术实现要素：

本发明针对以上问题，提出了一种既可用于含汽饮料或啤酒的等压灌装，又可用于不含汽物料的热灌装的两用灌装阀。

本发明的技术方案为：包括阀体26以及阀杆7，所述阀体26中开设有出液通道，所述阀杆7可升降的设置于出液通道中、且阀杆7的侧壁与出液通道的顶部保持密封，通过所述阀杆7露出或挡住出液通道底部的出料孔；

所述两用灌装阀还包括背压腔23以及卸压回流腔24；

所述阀体26中开设有回气通道29，所述回气通道29的底口连通至阀体26的下方；

所述阀体26的外壁上开设有回流槽、卸压槽以及背压槽，所述回流槽、卸压槽、背压槽中分别设置有回流阀9、卸压阀10以及背压阀11；

所述出液通道经过回流阀9连通所述卸压回流腔24，所述回气通道29经过卸压阀10连通所述卸压回流腔24，所述回气通道29还经过背压阀11连通所述背压腔23。

所述背压腔23连通至物料缸20的上部。

所述卸压回流腔24连通至大气压或物料仓。

所述阀杆7的底部呈锥形。

所述出料孔处于罐口密封套4的中心所在的位置。

所述两用灌装阀还包括物料管19以及慢灌阀17，所述物料管19连接用于等压灌装的物料缸20或用于热灌装的物料仓，所述慢灌阀17设置在物料管19中，用于控制内部流道的面积。

所述慢灌阀17的阀芯上开设有慢灌通道。

本发明的有益效果为：

一、本案兼具了背压、卸压以及回流的功能，既可用于含汽饮料或啤酒的等压灌装，又可用于不含汽物料的热灌装，显著提高生产效率，避免了因灌装阀更换而生产效率低、生产周期长等缺陷。

二、本案灌装时，物料是从容器的中心成柱状流下，见图2，并不是沿容器的内壁流下，因此，物料将不与罐口密封圈接触，可有效防止物料粘在罐口密封圈的表面，污染容器的口部。

三、在灌装对氧化敏感的物料时（如啤酒），通过背压的形式使得物料与空气的接触面积更少，灌装后容器内的物料含氧量更低，提高了产品品质。

四、本案通过控制物料高速、慢速灌装的慢灌阀是安装在物料管道上的，而不在安装在灌装时的回气通道上（由控制回气速度来控制灌装流速），要首次慢速灌装时，流速控制更精确（如果采用回气速度来控制灌装流速，刚刚开始灌装时，容器内的压力还没有等于物料出灌装嘴的压力，灌装流速会比较快），从而可在灌装初期有效避免物料冲击瓶底产生大量泡沫，或是出现飞溅和卷入气体的现象。

附图说明

图1是背景技术在物料流出时的结构示意图，

图2是本案在物料流出时的结构示意图，

图3是本案的结构示意图；

图中1容器托板，2是容器，3是罐口密封圈，4是罐口密封套，5是液阀密封圈，6是滑动密封圈，7是阀杆，8是导向杆，9是回流阀，10是卸压阀，11是背压阀，12是凸轮，13是滚轮，14是密封波纹管，15是下压气缸，16是液阀气缸，17是慢灌阀，18是流量计，19是物料管，20是物料缸，21是物料，22是背压气体，23是背压腔，24是卸压回流腔，25是灌装阀安装环，26是阀体，27是复位弹簧，28是环形喷口，29是回气通道。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图1-3，对本专利进行详细阐述。

图3中所示的零件除凸轮12外，都安装在灌装机的灌装阀安装环25上，并一同旋转。包括阀体26以及阀杆7，所述阀体26中开设有出液通道，所述出液通道连接物料缸或是物料仓，所述阀杆7可升降的设置于出液通道中、且阀杆7的侧壁与出液通道的顶部保持密封，阀杆7的上部装有密封波纹管14，通过所述阀杆7露出或挡住出液通道底部的出料孔；所述阀体26固定连接在灌装阀安装环25上；所述阀杆7上还固定连接有液阀气缸16，所述液阀气缸16与灌装阀安装环25固定相连，通过液阀气缸16驱动阀杆7下行，所述阀杆7或者是液阀气缸16的活塞杆上固定连接有限位环，所述限位环和阀体26之间设有复位弹簧27，通过复位弹簧27驱动阀杆7上行；

这样，当液阀需要关闭时，液阀气缸16的活塞杆伸出，阀杆7向下移动，装在阀杆7上的液阀密封圈5压紧在阀体26下部的内锥面上，液阀关闭；

当液阀需要打开时，液阀气缸16的活塞杆缩回，阀杆7在复位弹簧27的作用下上升，液阀密封圈5脱离阀座26下部的内锥面，液阀打开。

所述两用灌装阀还包括背压腔23以及卸压回流腔24；

所述阀体26中开设有回气通道29，所述回气通道29的底口连通至阀体26的下方；具体来说，所述阀体26的底部固定连接有与罐口适配的罐口密封套4，所述罐口密封套4的底面上固定连接有用于实现罐口密封的罐口密封圈3；在所述阀体26的底面上开设出料孔以及环形喷口28，所述环形喷口28与回气通道29的底口相连通，并且所述环形喷口28处于罐口密封套4的内侧，所述出料孔处于环形喷口28的内侧；

这样，背压气体以及罐中的气体可经环形喷口28出入回气通道，而出液通道中的液体则可经出料孔向下流出；

所述阀体26的外壁上开设有回流槽、卸压槽以及背压槽，所述回流槽、卸压槽、背压槽中分别设置有用于对各个槽独立实现截止或导通的回流阀9、卸压阀10以及背压阀11；

所述出液通道经过回流阀9连通所述卸压回流腔24，所述回气通道29经过卸压阀10连通所述卸压回流腔24，所述回气通道29经过背压阀11连通所述背压腔23。

本案使用时，通过背压阀可以控制背压腔中的背压气体沿回气通道向罐中注入，通过回流阀可以控制出液通道中的物料向卸压回流腔中回流，通过卸压阀可以控制回气通道中的气体向卸压回流腔中卸压。从而使得本案兼具背压、卸压以及回流的功能，既可用于含汽饮料或啤酒的等压灌装，又可用于不含汽物料的热灌装。

具体来说，

回流槽的槽底连通出液通道、且回流槽的槽口连通卸压回流腔；回流阀9的阀杆伸入回流槽中，通过回流阀9的阀杆挡住或露出回流槽槽底的孔，在回流槽中实现槽底至槽口的截止或导通；从而实现出液通道与卸压回流腔之间的截止或导通。

卸压槽的槽底连通回气通道、且卸压槽的槽口连通卸压回流腔；卸压阀10的阀杆伸入卸压槽中，通过卸压阀10的阀杆挡住或露出卸压槽槽底的孔，在卸压槽中实现槽底至槽口的截止或导通；从而实现回气通道与卸压回流腔之间的截止或导通。

背压槽的槽底连通回气通道、且背压槽的槽口连通背压腔；背压阀11的阀杆伸入背压槽中，通过背压阀11的阀杆挡住或露出背压槽槽底的孔，在背压槽中实现槽底至槽口的截止或导通；从而实现回气通道与背压腔之间的截止或导通。

所述背压腔23以及卸压回流腔24开设于灌装阀安装环25的内部，所述背压槽、卸压槽以及回流槽相互平行、且三者从上到下依次排列。使得本案从阀体结构布局上相较于现有技术更为精巧，也更易于实现，以更为简单、精巧的结构，实现了等压灌装、热灌装两用的目的。

所述背压腔23以及卸压回流腔24还可以设置于阀体26的内部或者是其他固定连接在灌装阀安装环25的部件上。

所述背压腔23通过管道连通至物料缸20的上部。为使得附图更为清晰，背压腔和物料缸20之间的管道在图3中并未示出，物料缸20用于进行等压灌装，其中下部容置的是物料21、上部容置的是背压气体22，这样，将使得背压气体22可保持向背压腔中注入。

所述卸压回流腔24通过管道以及三通连通至大气压或物料仓。为使得附图更为清晰，物料仓、卸压回流腔24和物料仓之间的管道在图3中并未示出，物料仓用于进行热灌装，其还具有过滤、加热等功能，在热灌装工艺中，在灌装间隙，即停止灌装时，物料自物料仓进入出液通道之后，可以经回流槽以及卸压回流腔24回流，并经过物料仓的处理再次流动至出液通道中，形成循环，以避免物料自然冷却，从而借助高温避免物料被污染，并具有杀灭细菌的作用。

而在卸压时，气体则可以经卸压槽以及卸压回流腔24向外排出，完成卸压。

所述阀杆7的底部呈锥形，并且阀杆7的底部的侧壁上还固定连接有液阀密封圈5。这样，当阀杆7的底部与出料孔分离进行灌装时，如图2所示，物料可从容器的中心成柱状流下，不是如图1所示沿容器的内壁流下，从而使得物料不接触罐口密封圈，可有效防止物料粘在罐口密封圈的表面，出现污染容器的口部的问题。同时，锥形的结构设计，也可起到有效的稳流以及导流作用。

进一步的，所述锥形的侧表面呈向内凹陷或向外凸出的弧面状。从而有效提高稳流以及导流作用。

再进一步的，所述锥形的侧表面上设置有若干沿其长度方向设置的导流凸棱。从而进一步提高稳流以及导流作用。

另外，所述出料孔的内壁呈与阀杆7底端适配的锥面状。

所述出料孔处于罐口密封套4的中心所在的位置。

人们在使用时还发现，物料从容器的中心成柱状流下虽然解决了热灌装时的种种问题；但在等压灌装时，由于物料直接下落至容器底部，而不是落在容器的侧壁上，因此，中心成柱状流下将导致含气物料在灌装初期，在重力影响下直接冲击容器底部，又重新带来了灌装初期物料中所含气体易析出，出现物料喷涌、难于灌装的问题。即在两用罐装阀设计过程中出现了本领域技术人员难以克服的技术壁垒。

与此同时，值得注意的是，即使采用传统等压灌装阀中通过控制回气速度来控制液体流速的结构，其也必须是在灌装开始、产生回气之后，才可借助气体流出的阻力，迫使容器内的压力高于背压腔内的压力，达到调低液体流速的目的；其在等压灌装初期，在液阀打开的瞬间，由于容器内的压力与背压腔的压力是相等，液体的流速还是很快，因此，仍无法克服上述的技术壁垒。

针对上述技术壁垒，本案在进料管道中设置了如下所述的慢灌阀，通过该慢灌阀即可实现快速灌装或者是慢速灌装两种灌装形式，这样，在等压灌装初期，因为液体的不可压缩性，当液阀打开时，可立即进行慢速灌装，即使此时容器内的压力与背压腔的压力是相等，也可通过慢灌阀控制物料缓慢流出，从而避免含气饮料在等压灌装的初期由于冲击以及剧烈扰动而出现的气体析出、灌装失败的问题，最终，即可有效克服上述的技术壁垒。

此后，直至灌装到一定液位后再进行快速灌装以保证灌装效率，此时由于容器底部有液体缓冲，再灌入的液体非常稳定，因此，在快速灌装过程，液面以下基本上看不到有气泡现象。

所述两用灌装阀还包括物料管19以及慢灌阀17，所述物料管19连接用于等压灌装的物料缸20或是用于热灌装的物料仓，所述慢灌阀17设置在物料管19中，用于控制内部流道的面积。物料管19上还设有用于监控流量的流量计18。控制物料快速、慢速灌装的慢灌阀是安装在物料管道上的，而不在安装在灌装时的回气通道上(由控制回气速度来控制灌装流速)，可以使得首次慢速灌装时，对流速控制更精确(如果采用回气速度来控制灌装流速，刚刚开始灌装时，容器内的压力还没有等于物料出灌装嘴的压力，灌装流速会比较快)，从而可在灌装初期有效避免物料冲击瓶底产生大量泡沫，或是出现飞溅和卷入气体的现象。

所述慢灌阀17具有流道、伸入流道中的阀芯以及用于驱动阀芯往复运动的驱动机构，通过驱动机构驱动阀芯挡住或露出流道；所述慢灌阀17的阀芯上开设有慢灌通道。这样，当慢灌阀17打开时，即阀芯向流道之外运动时，内部流道面积变大，如果此时液阀打开，则灌装阀进行快速灌装；当慢灌阀17关闭时，即阀芯向流道内运动并堵住流道时，物料仅能经慢灌通道流动，即使得内部流道面积变小，如果此时液阀打开，灌装阀进行慢速灌装。

液阀气缸16、慢灌阀17、背压阀11、卸压阀10、回流阀9的动作均由电气控制装置控制。

需灌装的容器2位于容器托板1的上面；罐口密封套4、罐口密封圈3、滑动密封圈6、导向杆8、滚轮13组合成一体；当灌装机旋转时，滚轮13沿凸轮12上升或在下压气缸15(下压气缸15始终下压，相当于气弹簧)的作用下沿凸轮12下降，带动罐口密封套4上升或下降。

下面对于等压罐装以及热管装的过程进行具体阐述。

等压过程为：进罐、空气置换、罐口密封及背压、慢速灌装、快速灌装、慢速灌装、静置、卸压、罐口脱离出罐。在等压灌装过程中，回流阀9始终关闭。

易拉罐灌装阀的灌装容量由流量计18控制。当经过流量计18的物料达到设定值时，电气控制系统发信号关闭灌装动作。

、进罐

灌装前，液阀气缸16、慢灌阀17、背压阀11、卸压阀10均关闭，液阀气缸16活塞伸出，液阀关闭。

当灌装阀随灌装阀安装环25旋转时，滚轮13沿凸轮12上升，带动导向杆8、罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起上升，容器2由其他机构(未画出)推到容器托板1上；

s2、空气置换

背压阀11打开，背压腔23中的背压气体经背压阀11、回气通道29、环形喷口28吹入容器2内，把容器2内的空气从容器2的口部与罐口密封圈3之间的环隙中赶出。到达设定时间后，背压阀11关闭，进入下一步；

当用于灌装对氧气不敏感的物料时，可直接跳过这一步。

s3、罐口密封及背压

当灌装机继续转动时，滚轮13离开凸轮12，导向杆8在下压气缸15的作用下下降，带动罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起下降，使罐口密封圈3压紧在容器2的口部，使容器2与灌装阀之间形成一个密闭的灌装空间。

背压阀11再次打开，背压腔23中的背压气体经背压阀11、回气通道29、环形喷口28进入容器2内；当容器2内的压力与背压腔23中的压力接近相等后，进入下一步。

s4、慢速灌装

液阀气缸16打开，活塞缩回，阀杆7在复位弹簧27的作用下上升，液阀打开；物料21在重力的作用下经物料管19、流量计18、慢灌阀17，从阀体26与阀杆7之间形成的环形通道内流下；经液阀密封圈5、从容器2的中心成柱状流入容器2内部；同时容器2内的气体经环形喷口28、回气通道29、背压阀11返回背压腔23中。

由于慢灌阀17没有打开，通道面积较小，所以此时为慢速灌装，可防止物料冲击容器2底部时出现飞溅和卷入气体的现象。当流量计18测得灌装量达到首次慢速灌装设定值时进入下一步。

s5、快速灌装

慢灌阀17打开，通道面积加大，此时为快速灌装。当流量计18测得灌装量达到快速灌装设定值时进入下一步。

s6、慢速灌装

慢灌阀17再次关闭，通道面积减小，再次进行慢速灌装，以提高灌装精度。当流量计18测得灌装量达到最终设定值时，进入下一步。

s7、静置

液阀气缸16、慢灌阀17、背压阀11关闭，液阀气缸16的活塞伸出，带动阀杆7下降，液阀关闭；延时设定的静置时间后转下一步。

s8、卸压

卸压阀10一起打开，由于卸压阀10的流通面积较小，容器2内物料上方的气体和灌装阀内的背压气体，经环形喷口28、回气通道29、卸压室10慢慢排至卸压回流腔24内，使容器2内的压力降到大气压。

s9、罐口脱离、出罐

当灌装阀在灌装机上旋转到出罐位置时，滚轮13沿凸轮12上升，带动导向杆8、罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起上升，罐口密封圈3与容器2脱离。最后灌装后的容器2由其他机构未画出推离容器托板。

等压灌装过程结束。

热灌装过程为：进罐、罐口密封、慢速灌装、快速灌装、慢速灌装、灌装结束、罐口脱离出罐。在热灌装过程中，卸压阀10始终关闭。

易拉罐灌装阀的灌装容量由流量计18控制。当经过流量计18的物料达到设定值时，电气控制系统发信号关闭灌装动作。

在热灌装时，背压气体的压力可以等于大气压，也可以略高于大气压，以防止外部气体进入物料缸20内。

灌装机待机或灌装阀缺小容器时由于灌装阀内始终有物料21在流动，所以灌装阀的温度不会因散热而下降。

t1、进罐

灌装前，液阀气缸16、慢灌阀17、背压阀11、回流阀9均关闭，液阀气缸16活塞伸出，液阀关闭。

当灌装阀随灌装阀安装环25旋转时，滚轮13沿凸轮12上升，带动导向杆8、罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起上升，容器2由其他机构未画出推到容器托板1上。

t2、罐口密封

当灌装机继续转动时，滚轮13离开凸轮12，导向杆8在下压气缸15的作用下下降，带动罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起下降，使罐口密封圈3压紧在容器2的口部，使容器2与灌装阀之间形成一个密闭的灌装空间。

t3、慢速灌装

背压阀11打开，同进液阀气缸16打开，活塞缩回，阀杆7在复位弹簧27的作用下上升，液阀打开；物料21在重力的作用下经物料管19、流量计18、慢灌阀17，从阀体26与阀杆7之间形成的环形通道内流下；经液阀密封圈5、从容器2的中心成柱状流入容器2内部；同时容器2内的气体经环形喷口28、回气通道29、背压阀11返回背压腔23中。

由于慢灌阀17没有打开，通道面积较小，所以此时为慢速灌装，可防止物料冲击容器2底部时出现飞溅和卷入气体的现象。当流量计18测得灌装量达到首次慢速灌装设定值时进入下一步。

t4、快速灌装

慢灌阀17打开，通道面积加大，此时为快速灌装。当流量计18测得灌装量达到快速灌装设定值时进入下一步。

t5、慢速灌装

慢灌阀17再次关闭，通道面积减小，再次进行慢速灌装，以提高灌装精度。当流量计18测得灌装量达到最终设定值时，进入下一步。

t6、灌装结束

液阀气缸16、慢灌阀17、背压阀11关闭，液阀气缸16的活塞伸出，带动阀杆7下降，液阀关闭。

t7、罐口脱离、出罐

当灌装阀在灌装机上旋转到出罐位置时，滚轮13沿凸轮12上升，带动导向杆8、罐口密封套4、滑动密封圈6、罐口密封圈3一起上升，罐口密封圈3与容器2脱离。最后灌装后的容器2由其他机构（未画出）推离容器托板。

热灌装过程结束。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。