擠壓設備的蒸汽/水靜態混合器噴嘴的制作方法
【專利說明】擠壓設備的蒸汽/水靜態混合器噴嘴
[0001]發明背景發明領域
[0002]本發明總體上涉及多元流體噴入諸如預調節器和擠壓機的擠壓系統加工部件的改進裝置。更具體地說，本發明涉及單獨或與擠壓系統加工部件結合的這種裝置，該裝置包括噴射閥，較佳地具有互連的靜態混合段，以使用大大簡化的設備有效地噴射蒸汽/水混合物(以及其它可選流體，如果需要)。
【背景技術】
[0003]擠壓蒸煮系統長期用于諸如人類食品或動物飼料的各種食品的加工。這種系統具有多種不同部件，但主要加工部件是連接到下游擠壓機的上游產品預調節器。在預調節器中，最初，干原料通常與水和/或蒸汽和油混合以濕潤且部分地預煮原料。預調節好的產品接著送入擠壓機，在擠壓機中，材料經受不斷增加的溫度、壓力和剪切力水平并從節流孔模具機構擠出。在某些情況下，添加的蒸汽和/或水在加工過程中噴入擠壓機筒作為擠壓輔助并便于完成最終產品的蒸煮和形成。
[0004]傳統預調節器通常包括具有在其中的一個或兩個細長軸向可旋轉軸的細長容器或殼體，該可旋轉軸在其上具有向外延伸的攪拌元件或攪打器。隨著原料向殼體的出口前進，呈蒸汽或水形式的濕氣在沿殼體長度的不同位置噴射。因此，這些預調節器裝有相應歧管，該歧管具有通向殼體內部的噴嘴。此外，輸送軟管通常固定到輸送濕氣的歧管。這種復雜裝置可能難以維修和清洗，并需要富有經驗的人工操作員控制以確保在不同噴射位置的恰當濕潤。例如，美國專利第7，906，166說明了固定到預調節器殼體的多噴嘴濕潤裝置。在其它情況下，另外的這種組件用于沿幾乎整個預調節器殼體的長度噴射。
[0005]這些傳統預調節器在其使用過程中往往產生并排放大量蒸汽。由于這種逸出的熱蒸汽可容易與食品顆粒混合、因材料覆蓋擠壓系統部件和鄰近環境而產生污染問題的事實，因此這是加工裝置的嚴重問題。這種污染美學上是不愉快的，并還可產生嚴重微生物污染問題。此外，過多蒸汽的放出是非常無效的熱能浪費。
[0006]用于典型預調節器的噴嘴具有相對較小直徑，通常大約1/2-5/8英寸，且可具有超過6英寸的相對較長的長度。這樣，相當常見的是，噴嘴在預調節器的運行過程中變成部分地或完全地堵塞，從而需要停機和維護/清洗。
[0007]這些問題中的很多在擠壓機裝有傳統噴嘴的情況下重現，但通常未到與預調節器相同的程度。但是，可能難以控制并持續運行面臨噴射/污染問題的擠壓機。
[0008]因此，有技術上對改進噴射裝置的需求，該噴射裝置可與預調節器和/或擠壓機一起使用以更有效地噴射多元流體，同時使傳統擠壓系統特有的堵塞和污染問題最小化，同時優化熱能的利用。
【發明內容】
[0009]本發明解決上述問題并提供流體噴入諸如預調節器殼體和/或擠壓機筒的擠壓系統加工部件的改進裝置。較佳裝置包括流體靜態混合段，該混合段包括具有多個流體入口的細長管形殼體、在殼體內并可操作成混合多元流體的靜止混合組件以及從靜態混合器輸送混合流體的出口。較佳裝置還包括噴射閥，該噴射閥包括可操作地與靜態混合器出口連接的流體入口、混合流體出口、可切換控制閥結構和可操作地與用于其選擇性切換的閥結構連接的執行器。整體裝置具有允許閥流體出口連接到選自包括預調節器殼體和擠壓機筒的組合的擠壓系統部件的結構。
[0010]組合式靜態混合器/噴射閥裝置可與預調節器和或擠壓機一起用于流體噴射。在預調節器的情況下，通常僅需要單個組合式裝置，而在擠壓機的情況下，多元裝置可鄰近擠壓機筒的入口端使用。
[0011]雖然組合式裝置是較佳的，但本發明不這樣限制。即，預調節器可設置成包括由只允許流體選擇性噴入預調節器殼體的噴射閥組成的流體噴射裝置；噴射閥包括流體入口、流體出口和用于從閥入口到閥出口的選擇性流體流動控制的可切換閥結構。
[0012]為了使流體噴射裝置的堵塞最小化或消除，閥出口和預調節器殼體的內表面之間的軸向距離應小于大約3英寸，有利地小于大約I英寸且最佳地小于大約1/2英寸。類似地，噴射裝置的流體輸送結構的直徑應相對較大，較佳地至少大約I英寸。大直徑流體輸送結構與短閥門噴射距離結合在一起，確保預調節器的基本無堵塞運行。
[0013]這些相同考慮因素適用于本文中的擠壓機的流體噴射裝置，即流體輸送部件和噴射路徑長度應使用在預調節器的情況下的上述相同直徑/長度參數設計。
[0014]雖然組合式流體噴射閥/靜態混合段噴射裝置是較佳的，但改進可單獨使用這些部件實現，即預調節器或擠壓機可僅裝有本發明的噴射閥，或反之，可使用靜態混合段而不需要噴射閥。
[0015]本發明主要涉及蒸汽和/或水噴入擠壓部件。然而，諸如肥肉、著色劑、乳化劑等等的其它原料或添加劑可單獨或與濕氣一起添加。
【附圖說明】
[0016]圖1是根據本發明裝有包括流體噴射閥和靜態混合段的改進流體噴射組件的預調節器的立體圖；
[0017]圖2是圖1所示預調節器的局部俯視圖；
[0018]圖3是沿圖2的線3-3截取的垂向剖視圖；
[0019]圖4是包括流體噴射組件的噴射閥的安裝支架的圖1所示的預調節器的檢修門的立體圖；
[0020]圖4A是示出安裝在圖4所示的門支架上的流體噴射閥組件的放大局部視圖；
[0021]圖5是包括直立靜態混合段但沒有使用流體噴射閥的流體噴射組件的側視圖；
[0022]圖6是形成靜態混合段的一部分的內混合元件的側正視圖；
[0023]圖7是具有四個安裝在擠壓機筒上的流體噴射組件的雙螺桿擠壓機的立體圖，具有包括流體噴射閥的組件而沒有使用靜態混合段；
[0024]圖8是雙螺桿擠壓機的筒段的剖視圖，并示出了安裝在擠壓機的筒段上的本發明的噴射閥中的四個；
[0025]圖9是圖8所示的噴射閥中的一個的放大局部剖視圖，并示出了噴射閥的更多細節；以及
[0026]圖10是類似于圖7的噴射閥的視圖，但示出了包括不僅流體噴射閥而且靜態混合段的流體噴射組件。
【具體實施方式】
[0027]現轉到圖1-4，示出了預調節器20，該預調節器裝有安裝在其上用于輸送諸如蒸汽和水的混合流體到預調節器內部的組合式流體噴嘴組件22。預調節器屬于以參見的方式完全并全部地納入本文的美國專利第7，906，166號所述的類型。
[0028]總體上，預調節器20包括細長攪拌殼體24，該殼體24具有在其內并沿其長度延伸的一對平行的、細長的、軸向延伸的可旋轉攪拌軸26和28。軸26、28可操作地與各自數控變速/變向驅動裝置(未示出)連接。預調節器20適于與諸如擠壓機或制片機的下游加工裝置一起使用并用于濕潤和部分地蒸煮諸如人類食品或動物飼料的食品材料。
[0029]更詳細地，殼體24具有細長橫向弓形側壁30，該側壁30存在一對細長并排互通腔室32和34，以及材料入口 36、下材料出口(未示出)和蒸汽排放口 38。腔室34具有比相鄰腔室32大的橫截面積，如從圖3的討論中會顯而易見。側壁30具有四個鉸接安裝的檢修門40，且組件22固定到與腔室34連通的最后面檢修門40。這個檢修門40裝有安裝板42，該安裝板42具有延伸穿過門并具有最里面噴射口 43a(圖4A)的噴射孔43。當然，安裝板42或其它類似金屬制品可由設計者決定貼附到側壁30的其它部分。殼體24的相反兩端裝有端板44和46，如所示。
[0030]軸26、28中的每個具有在其上的多個向外延伸的攪拌元件48和50，該攪拌元件48和50設計成攪拌和混合送到預調節器的材料并將材料從入口 36朝向下出口輸送且穿過下出口。元件48相對于元件50軸向偏置,且元件48、50交錯(intercalated)(即，元件50延伸進入由軸26和元件48形成的圓柱形運行包絡，反之亦然)。雖然元件48、50示出為基本上垂直于軸26、28，但本發明不這樣限制；此外，元件48、50的長度和間距可由使用者決定如何調節。將會看到,軸26基本上沿腔室32的中心線定位，而軸28同樣基本上沿腔室34的中心線定位。
[0031]該實施例的組合式流體噴射組件22總體上包括流體噴射閥組件52和靜態混合段54，并設計成將諸如蒸汽/水或蒸汽/水/添加劑的多種混合流體噴入預調節器20。如以下更詳細解釋，與傳統流體噴射設備相比，組件22簡化了流體噴射所需的設備、更衛生、提高了預調節器的能效并導致了預調節好的產品中更高水平的濕氣和/或蒸煮。
[0032]噴射閥組件52 (圖4A)包括具有內機械驅動(未示出)的選擇性可致動閥體56，該內機械驅動具有向外延伸的軸向可旋轉桿58。桿58連接到具有中心通道62的球形閥球60。球60位于管形段64內，該管形段64接納在外閥套66內。閥套66的內側端通過螺紋緊固件固定到安裝板42。將會發現，中心通道62和段64的孔具有相同直徑，且段64的相反內側