柑橘类水果油提取器的高架输送和清洗系统
相关申请的交叉引用
本申请要求基于2017年3月3日提交的美国临时申请62/600,799的权益和优先权。
技术领域
本发明的领域是从柑橘类水果的果皮或外皮中高速自动提取油。这种机器在用于提取油的辊(或辊子)上积聚不需要的残余物。这些辊需要定期清洁，导致提取器的停机时间过长。本发明通过提供“自清洁”(或“就地清洁”)操作模式显著地减少了所述停机时间，并且提高了操作效率以及操作安全性，如下面更详细地描述的。本发明还包括另一种操作模式，其中擦拭条通过提取器周期性地传送或推动柑橘类水果。只有当柑橘类水果由于各种原因残留在辊上并且必须通过提取器推动或传输水果时才使用该模式。
背景技术
本发明的领域涉及从柑橘类水果中提取油的装置。世界范围内需要增加从柑橘类水果中提取的油的量。通常使用在特定水果的果皮或外皮上进行的一种或多种机械操作来提取油。用于从整个水果中提取油的一种特定类型的装置在美国专利No.4,070,959中有描述，该专利在此通过引用整体并入本文，如同完整阐述的那样，其使用安装在浅矩形水箱中具有小尖齿的大量平行水平辊(或辊子)。在操作该装置的情况下，齿形辊浸没在水下，以允许通过尖齿的刺穿作用从水果的外皮去除的油被水捕获。水箱中的水和在与水果流相反的方向上辊周围的水循环产生水包油乳液，其通常通过过滤装置进一步处理以去除水果碎屑和其他大颗粒，然后通过一个或多个阶段的离心机处理，以分离油、水和微小固体颗粒。第一级离心机通常是三相分离器，其产生含有大部分油的“轻相”，含有大部分水的“中间相”和含有大部分固体颗粒的“污泥相”，“污泥相”主要由不溶性组分组成，例如在提取油期间从水果中除去的微小颗粒和其他碎屑。来自离心机的污泥相被丢弃到废物流中，而来自离心机的含有大部分水以及一些残余油和固体的“中间相”返回到油提取器以节省用水量。
辊齿的刀尖穿透果皮的外皮的精确深度对于提取油的效率是重要的，并且通过放置在齿环(刀尖)之间的环形垫圈来控制，如美国专利No.4070959所述。穿透深度由不同的滚动速度调节，其中差速使水果抵抗滚动，导致齿环的尖齿穿透果皮或外皮中的油腺，而环形垫圈限制尖齿的穿透深度。环形垫圈还具有防止水果碎屑(例如果皮屑、花萼瓣和茎片)在环的齿上堆积的重要功能，因为每个都可以自由移动到与齿环外径相切的位置以解除任何异物。
使垫圈移动到切线位置的主要力是来自水果8与外垫圈11的接触(图1A)。这种方法的一个特殊问题是在多个环形垫圈11和齿环1的表面上堆积工艺残留物12，这产生了对环形垫圈的自由运动的阻力，从而减少了齿进入水果的果皮13的渗透。残留物12可包括来自水果表面的蜡，生物膜和其他有机和无机物质。在一些情况下，残留物堆积可能变得足够严重以至于环形垫圈被锁定在辊上的位置并且在柑橘类水果8抵靠它们的力的作用下不会移动，如13所示。这导致从水果中去除的油的减少并导致有价值的油的回收率降低。此外，残留物的积累也可能成为油提取器中油乳液污染的来源，例如微生物会导致油中的成分变化，从而导致油的整体风味和香气特征的降低，也为减少了油的回收。环形垫圈和齿环上的残留物会变得非常严重，以至于会缩短环形垫圈和齿圈的寿命，需要更频繁地更换。
对于现有技术，为了减少残留物在辊上的环形垫圈上的积累，油提取器20(图2)通常填充有2％至3％氢氧化钠或氢氧化钾的溶液，温度为130华氏度或更低。在此温度下允许油提取器运行30至60分钟，以帮助松开辊上的残留物。残留物的最终去除是通过使用40至60psi的现有植物供水或高达3000psi的高压软管用新鲜水手动喷射30(图3)辊的顶部以进行完全清洁。
目前清洁辊的手动方法的主要问题是必须关闭提取器一段延长的时间。停机时间很贵，特别是在加工季节。
设计用于清洁辊的自动方法的一个重要问题是提取器需要使用悬挂在柑橘在其上移动的辊上方的摆锤推动器。那些推动器叶片将柑橘推向提取器的排出端。任何用于清洁辊的自动系统也必须完成擦拭器(或推动器)的功能。
理想情况下，任何自动清洁系统都能够改装到现有的提取器上。
清洁辊的现有技术存在若干其他问题。首先，环形垫圈通常由刚性聚合材料制成，具有非常光滑的表面但耐热性低，例如聚氯乙烯，这限制了施加到辊上的苛性碱溶液的温度和效率。例如，140°F或更高的温度会由于环形垫圈的软化而对辊产生不可逆的损坏，从而导致结构变化。第二个问题是，油提取器20(图2)的整个盘必须用苛性碱溶液填充到与辊顶部相接的水平，以使苛性碱溶液与辊10上的所有表面接触(图2)。这导致为了清洁辊而需要过量的昂贵的苛性碱清洁溶液。另外，这导致必须中和和处理苛性碱溶液的额外费用和环境问题。第三个问题是，在苛性碱浸泡过程中在多个环形垫圈和齿环之间的狭窄间隙中通常没有产生足够的湍流，以有效地去除所有残留物堆积12(图1A-1B)。第四个问题是，一些蜡质残留物和蜡质残留物配合物需要高于10°F的温度才能从垫圈和齿环的表面完全溶解。第五个问题是，为了在苛性碱松散残留物后有效去除残留物，含有环形垫圈和齿环的辊必须通过操作员30(图3)使用高压水管32进行手动喷射(图3)。这是耗时且可能不安全的过程，因为操作者30(图3)必须位于抽油器20的顶部上方(图3)。操作者在每个辊10上缓慢喷射(图3)，保持喷嘴31(图3)靠近辊的顶部并垂直于辊10(图3)，以便水以足够的速度渗入垫圈和齿环之间的狭窄间隙以去除残留物。如果使用高压，通常的做法是提取器不运转，导致仅清洁一部分辊。
因为高压清洁程序是如此耗时，所以这种清洁通常在加工季节期间仅进行几次，导致环形垫圈和齿环表面上残留物的显着累积。由于时间要求和苛性碱溶液的高成本，有时也经常避免频繁的苛性碱清洗。因此，需要一种设备，其能更有效地清洁辊以防止残留物积聚，从而提高采油效率，减少化学品使用，减少用水量，减少停机时间，减少废物处理，并提高清洁期间的安全性。
发明内容
本发明克服了上述问题。它是一种自动高架输送和清洗系统，用于根据需要将柑橘类水果输送到提取器输出并用于自动清洁辊。“输送和清洗组件”的优选实施例包括摆动悬挂的擦拭杆组件，根据需要使用它来接触辊上的柑橘类水果，并在擦拭杆组件前进到提取器的输出端时在所述辊上输送柑橘类水果。擦拭杆组件是本发明该实施例的“输送”部件。在该优选实施例中，喷射歧管横向延伸穿过所述提取器并且附接到链轮驱动链。该喷射歧管构成本发明的“清洗”部件。擦拭杆组件从喷射歧管摆动悬挂。提供提取器两侧的铰接轨道，用于将擦拭杆组件升高到可以朝向提取器的输入端缩回而不接触辊上的柑橘类水果的位置。当输送和清洗组件从输出端缩回到提取器的输入端时，柑橘类水果可能进入提取器。
在较不优选的实施方案中，喷射歧管作为本发明的“输送”部件和“洗涤”部件二者。喷射歧管从链轮驱动链摆动悬挂，并安装在一个位置，以接触并输送辊上的柑橘类水果到提取器的输出端。喷射歧管也作为本发明的“清洗”部件。
本发明还包括将耐热聚合物如POMC或PVDF用于环形垫圈，以允许使用更高的清洁溶液和水温。
本发明的主要目的是提供一种系统，用于根据需要将油提取器辊上的柑橘类水果自动输送到提取器的输出端，并自动地将所述输送或擦拭器缩回到提取器的输入端而不接触辊上的柑橘类水果。
另一个目的是提供一种柑橘油提取器，其中在输送或擦拭器缩回到提取器的输入端期间，柑橘类水果可以进入提取器并通过油提取辊的旋转移动到提取器的输出端。
本发明的另一个目的是提供一种系统，用于提供“自清洁”或“就地清洁”模式，用于将清洁溶液和/或水施加到提取器辊上，以从辊上清洗掉不需要的残留物。
另一个目的是提供一种可以改装到现有提取器上的系统。
另一个目的是将耐热聚合物如POMC或PVDF用于环形垫圈，以允许使用更高的苛性碱温度。
根据以下描述和附图，其他目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A和1B示出了图1A中的现有技术的提取器辊10，其已经被残留物污染，并且在图1B中示出在清洁之后相同的辊10；
图2是本发明可以改装的现有技术提取器的正视图。
图3是图2所示的现有技术提取器的正视图，其中示出了工人准备手动清洁提取器辊的情况。
图4A是本发明的正视图，其中清洁溶液喷射在提取器辊上；
图4B是优选的输送和清洗组件的一部分的局部剖视图，示出了如何通过喷射歧管可摆动地承载擦拭杆组件。
图4C是优选的输送和清洗组件的正视图。
图5A是本发明的侧视图，其中输送和清洗组件朝向提取器的输出端前进；
图5B是本发明的侧视图，其中输送和清洗组件处于其升高位置并且朝向提取器的输入端缩回而不接触提取器辊上的柑橘类水果；
图6A-6K是示意性“概念草图”，未按比例绘制，其示出了本发明的操作；
图7A-7D是示意图“概念草图”，示出了“自清洁”或“就地清洁”模式，其中将苛性溶液施加到提取器辊上；
图8A是本发明的不太优选的第二实施例的局限剖视图；
图8B是图8A的设备的正视图；
图9是控制系统的示意图。
具体实施方式
图1A至图3示出了现有技术的问题。上面参考图1A-3详细描述了这些问题。
如上所述，图1A示出了现有技术的辊10，其在环形垫圈11和齿环14上形成残留物，图1B示出了在清洁和去除残留物之后的相同辊10。如上所述，该残留物会对提取器的性能产生严重的不利影响。
图2示出了现有技术的提取器20，如美国专利4,070,959所示，其具有多个齿辊10和擦拭杆60，用于根据需要将柑橘类水果输送通过提取器。如图2所示，承载擦拭杆的链条仅在一个方向上移动，链轮顺时针转动。
图3示出了如何由工人30手动清洁现有技术的提取器20。
图4A-4C和5A-5B示出了改进的提取器100的优选实施例。如图5A所示，提取器100具有输入端101和输出端102，柑橘类水果90被引入该输入端101，柑橘类水果通过输出端102排出。为清楚起见，图4A-4C中未显示柑橘类水果。如本领域中已知的，多个齿辊110(图5A)穿透柑橘类水果的油腺。
第一对链轮121,122(图4A)在输入端101安装在辊110上方，并且第二对链轮125,126(图5A-5B)在输出端102安装在辊(或辊子)110上方。第一和第二驱动链或带131,132(图4A)由第一和第二对链轮承载。在图5A-5B中，只有输入端链轮121，输出端链轮125和传动链或带131是可见的。用于所有链轮的驱动装置169设计成使链轮沿第一方向(如图5A所示的顺时针方向)或沿第二方向(图5B中的逆时针方向)旋转。
新的高架输送和清洗组件150(图4C)的喷射歧管部分151在驱动链131,132(或带)之间延伸并由其传送(图4A)。
图4B-4C示出了新的输送和清洗组件150的部件(图5A-5B)。图4B是沿着喷射歧管151的长度观察的局部剖视图，示出了由喷射歧管151可摆动地承载的擦拭杆组件160。图4B是局部剖视图，其中它不包括轮168或链131和链轮121。擦拭杆组件160包括擦拭杆161，擦拭杆161水平地并横向地延伸穿过提取器100的宽度(图4A)。擦拭杆161(图4B)具有优选地凸出的表面164并且附接到若干垂直延伸的擦拭杆支撑臂162。每个擦拭支撑臂162连接到优选塑料头163，塑料头163由喷射歧管151可摆动地承载。
图4C是示出具有喷嘴152-155的喷射歧管151的正视图。喷嘴采用扇形设计，并提供输出喷雾的重叠，如图4A所示。喷嘴152-155在图4C中没有喷射，因为擦拭杆组件没有处于其升高位置以避免干扰喷嘴的喷射。喷射歧管51通过本领域已知的连接器157连接到链131。塑料间隔件158由喷射歧管151可滑动地承载。优选金属支撑臂162通过螺栓165连接到塑料支撑头163。轮168在擦拭杆161的每个侧向或横向端部处连接到支撑臂162，以使擦拭杆161旋转到升高位置，以在高架输送和清洗组件150缩回期间避开柑橘类水果(图5B)。一对轮168接触铰接轨道170以升高组件150，如下面的图6D-6H所示和所述。
柔性高压供应管线或软管56连接到喷射歧管151，以将水或清洁溶液供给到喷嘴152-155。不锈钢软管支撑卷盘55(图5A)安装到高架提取器结构以承载管线或软管56。软管卷盘55是优选的软管支撑件，但也可以使用其他软管支撑件。
包括电动机169的链轮驱动装置安装在链轮125上方(图4A，5A)。
提供一系列“概念草图”6A-6K以说明改进的提取器100的操作。草图不是按比例绘制的，仅包括提取器的一些元件，并且夸大了某些部件以说明本发明。草图说明了这里描述的本发明的两个实施例的操作；即图4A，4B和5A-5C所示的第一实施例和图8A和8B所示的第二实施例。
图6A示出了处于休止位置的提取器100。链轮121和125是静止的，链131不移动。齿辊110沿逆时针方向旋转，以将柑橘类水果91-94从提取器100的输入端101推向输出端102。如本领域中已知的，齿辊使得来自柑橘类水果91-94的油落入箱103中。如上所述，仅当由于各种原因柑橘类水果残留在辊110上并且需要将柑橘类水果输送到提取器100的输出端102时，才启动输送和清洗组件150。
高架输送和清洗组件150连接到链131和132(图6A中不可见)。示出了在3点钟位置连接到链轮121，但是应该理解，可以使用不同的休止位置。
如图6B所示，需要将柑橘类水果91-94输送到输出端102，并且链轮驱动装置169(图6B中未示出，参见图5A)已被致动并且链轮121,125在第一方向即顺时针方向上旋转。输送和清洗组件150下降到图5A，6B和6C中所示的位置，其中它接触柑橘类水果并沿从提取器100的输入端101朝向输出端102的方向前进。组件150将那些柑橘类水果91-94推向或输送到输出端102。
在图6C中，输送和清洗组件150已经足够靠近输出端102，以使柑橘类水果91从提取器100排出。
在图6D中，输送和清洗组件150几乎已经到达链轮125的9点钟位置(可以使用不同的链轮位置)。一对轨道170安装在提取器100的每一侧，每个轨道从输入端101上方的位置延伸到提取器100的输出端102。输出端102上方的轨道170的区段172铰接在铰链173处。铰接段通过输送和清洗组件150向上旋转，如图6D所示。柑橘类水果95,96已进入输入端101。
在图6E中，输送和清洗组件150已经到达链轮125的9点钟位置(可以使用其他位置)，并且轨道170的铰接段172(在提取器100的两侧)已经返回到水平位置。输送和清洗组件150在图6E所示的位置处接触开关(为清楚起见未示出)，该开关暂时停止链轮121和125的旋转，并使链轮沿第二方向旋转，即沿图6F所示的逆时针方向旋转。柑橘类水果95-96进入输入端101。
如图6F所示，链轮121和125已经开始沿着使输送和清洗组件150缩回到输入端101的方向旋转。输送和清洗组件150到达轮168(图4C，为清楚起见未在图6F中示出)已接触轨道170的位置。这种与轨道170的接触使得擦拭杆组件160(图4C)通过相对于喷射歧管151顺时针旋转而移动到升高位置。柑橘类水果95-98正在进入输入端101。
如图6G所示，当柑橘类水果95-98朝向输出端102移动时，输送和清洗组件150进一步向输入端101缩回，这是由辊110的旋转引起的。
轨道170的输入端171距提取器的输入端101足够的距离d1，以允许轮168向上和向下移动经过轨道70的输入端101而不接触轨道。
如图6H所示，在输送和清洗组件150朝输入端101缩回期间，擦拭杆组件160被示出处于其升高位置，以避免擦拭杆组件160与辊110上的柑橘类水果95-98之间的接触。
在图6J中，输送和清洗组件150被示出朝向输入端101缩回，其中擦拭杆组件160处于其升高位置，以便当柑橘类水果95-98朝向输出端102移动时避免与这些水果接触。
值得注意的是，如图6E-6K所示，当输送和清洗组件150缩回时，诸如95-98的柑橘类水果可通过辊110的旋转而移动通过提取器100。在图6A-6K所示的第一操作模式中，没有流体通过喷射歧管151承载的喷嘴。
在图6K中，输送和清洗组件150已经到达图6A所示的休止位置，此时它接触开关，该开关停止链轮121,125的旋转。
值得注意的是，美国专利4,070,959中所示的现有技术机构仅在一个方向上旋转链轮。本发明使链轮沿不同方向旋转，以使输送和清洗组件150前进或后退。
图7A-7D示出了图4A-4C和5A-5B所示优选实施例的第二操作模式，它是“自清洁”或“就地清洁”模式。
图7A示出了该模式的准备和开始。输送和清洗组件150首先移动到图6H所示的位置，其中擦拭杆组件160通过轮168(图7A中不可见)旋转到其升高位置。然后将输送和清洗组件移动到图7A所示的起始位置。从提取器100排出所有柑橘类水果，并清空水箱103。流体压力在喷射歧管151中建立到期望的水平。辊110以减小的速度旋转。在图6H和7A所示的升高位置，擦拭杆组件160不与通过喷射歧管151的喷嘴的流体接触。清洁溶液(包括焦散和消毒剂，但不限于此)和/或水的喷射开始如图7A中的箭头所示，喷射歧管151位于链轮121的5点钟位置。
在图7B中，链轮121,125沿顺时针方向旋转，以使输送和清洗组件150朝向输出端102前进。
如图7C所示，当喷射歧管151到达链轮125的7点钟位置时，链轮121,125如图所示暂时停止。
如图7D所示，链轮121,125沿逆时针方向旋转，并且输送和清洗组件150朝向输入端101缩回。当喷射歧管151到达输入端链轮121的5点钟位置时，如图7A所示，链轮121,125反向。重复图7A-7D所示的该循环，直到辊110已经被清洁。
一旦如图7A-7D所示的清洁循环完成，输送和清洗组件150将在入口链轮121处的5点钟位置处停止，从而允许清洁溶液必要的接触时间以软化残留物积聚。循环中的下一个序列是高压冲洗，通常为125-500psi，用新鲜水。输送和清洗组件150将根据需要一次或多次行进跨过油提取器辊110，以有效地移除清洁溶液和残留物。一旦漂洗循环完成，输送和清洗组件150返回到其在入口链轮121的3点钟位置处的休止位置(图6A)并停止。此时机器已准备好恢复正常操作。利用本发明，不需要人员以不安全的方式手动清洁辊。
本发明包括将耐热聚合物如POMC或PVDF用于环形垫圈，以允许更高的苛性温度用于更好地清洁辊110中的环形垫圈的残留物。图8A和8B是与上面所示的实施例相比较的本发明的较不优选实施例的“概念草图”。
图8A是图8B的一部分的局部剖视图，其中它不包括链231或承载链231的链轮。图8A中所示的输送和清洗组件250使用喷射歧管251作为擦拭或输送杆并通过辊上的喷嘴252喷射清洁溶液(包括腐蚀剂和消毒剂而没有限制)和/或水来执行清洁功能。喷射歧管251跨过提取器的宽度延伸，承载多个喷嘴，并且通过支撑臂257和链连接器258从链轮链或皮带上可摆动地承载，链连接器258具有连接到链轮驱动链的旋转构件。诸如252的喷嘴被承载在歧管251下方。喷射歧管251两端的轮268(图8B)接合铰接轨道170(图8B中未示出)，以将喷射歧管251移动到升高位置，以允许其缩回到提取器100的输入端101而不接触辊上的柑橘类水果110。对链轮驱动链的摆动安装将喷射歧管251的位置垂直地保持在连接器258下方。
图9是新提取器的控制系统的框图。主控制系统300控制辊驱动装置301处的提取器辊的速度，302处的链轮的速度和方向以及303处的喷嘴的致动。
如本文和权利要求中所使用的，在图4A-4C和5A-5B所示的优选实施例中，短语“用于将所述高架输送和清洗组件移动到升高位置的装置”指的是擦拭杆组件160、铰接轨道170和擦拭杆组件160两端上的轮168的相互作用。在图8A-8B所示的第二实施例中，该短语指的是喷射歧管251、喷射歧管251两端的轮268和铰接轨道170。
如本文和权利要求中所使用的，在图4A-4C和5A-5B的优选实施例中，短语“用于将所述高架输送和清洗组件移动到降低位置的装置”指的是轮168以及轨道170的输入端171的位置允许输送和清洗组件从图6A所示的位置向下移动到图6B所示的位置，而轮168没有接合轨道170。在图8A-8B所示的第二实施例中，该短语指的是轮268和轨道170的输入端171的相同位置。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的前述描述，并且不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够在适合于预期的特定用途的各种实施例中最好地使用本发明。
