具体实施方式

本公开提供可用于材料处理和/或形成用于材料处理的系统的一部分的材料处理管道系统的不同实施例。在本说明书中，管道系统的各元件或各部分被称为管道、管、管段或导管。内表面被称为管道壁或管壁。管道系统可用于各种材料，包括但不限于固体、半固体和液体，诸如但不限于食品和非食品相关产品，诸如可食用和不可食用食品，包括肉、糊、酱、谷物、蔬菜、水果、乳制品、化妆品、药品等。

一般而言，材料处理系统可用于处理一种或多种不同类型的产品，因此，在可处理新材料之前，通常需要清洁或冲洗材料处理系统。所公开的方法有利地实现了正在处理的材料与另一待处理的材料(诸如清洁材料或其他材料)之间的过渡，同时抑制了材料之间的混合。结果，实现了材料和成本节约。

参见图1，示出了可用于材料处理和/或形成用于材料处理的系统的一部分的示例性示意管道系统10。管道系统10可以是食品或饮料处理设施、制药设备、化工设备或任何已知类型的材料处理设备的一部分。管道系统10通常用于在这些设施内将产品从一个位置输送到另一个位置。管道系统10包括连接在一起以形成连续导管或管道系统10的多个单独的管段或管道。例如，管道系统可以包括多个第一管道或管段20和多个第二管道或管段30，其中每一个第一管道段20彼此流体地连接，第一管道段20流体地连接到第二管道段30，并且第二管道段30彼此流体地连接。技术人员将理解，可以存在流体连接到第二管道段30(并且彼此连接)的其他管道段。

接合各个管段或管道的连接件或方法可以包括外部压缩夹具、压缩联接器、卫生法兰、或焊接接头以及接合管段的其他方法。图1中所示的管段或管道20、30的布置是示例性的而不是限制性的。本公开的系统和方法可以以多种系统构造使用，包括仅包含直管段的系统构造以及包括上升、下降和转弯的系统构造。此外，系统和方法可以以不同的转弯半径、不同的拐角数量和不同的拐角构造、不同的管材和不同的管长的方式使用。

通常且在一个实施例中，管道系统10由圆柱形的管道或管段20、30制成；然而，可以想到的是，该方法可以用于其中管道或管段20、30不是圆柱形的、而是具有不同于圆柱形的形状的管道系统。在这些情况下，管道或管段20、30可被认为具有“有效直径”。

术语“有效直径”是指非圆形横截面管道的面积与圆形横截面管道的面积大致相同的量度。技术人员将理解，“有效直径”通常适用于管具有非圆形横截面的情况。此外，技术人员将理解，如果管道具有圆形横截面，则“有效直径”等于管道的直径。

该系统和方法可以以具有相同或不同有效直径的管道或管段的方式使用。例如，管道系统可以包括具有第一有效直径22的第一管道或管段20，第一管道或管段20与具有第二有效直径32的第二管道或管段30流体连接。在这种情况下，第二有效直径32可以小于、基本上等于、等于、或大于第一有效直径22。

在一些实施例中，第一管道20和/或第二管道30包括多个流动通道42。图3示出了第一管道20包括多个流动通道42的示例。图6示出了第二管道30包括多个流动通道42的示例，图7示出了第一管道20流体连接到多个流动通道42的入口侧且多个流动通道42的出口侧流体连接到第二管道30的示例。通常，流动通道42(热交换器或巴氏灭菌器中的管)具有小于第一有效直径22和/或第二有效直径32的有效直径44。

在一些情况下，第一管道20连接到入口歧管40，该入口歧管40具有多个流动通道42，该多个流动通道42终止于流体地连接到另一第一管道20或第二管道30的出口歧管44。在其他情况下，第二管道20连接到入口歧管40，该入口歧管40具有多个流动通道42，该多个流动通道42终止于流体地连接到第二管道30的出口歧管44。这种入口歧管40的示例是到多管热交换器或巴氏灭菌器的入口。热交换器或巴氏灭菌器可以是直通型、U型管型或任何其它合适类型的热交换器或巴氏灭菌器。通常，流动通道42(热交换器或巴氏灭菌器中的管)具有小于第一有效直径22和/或第二有效直径32的有效直径44。

还可以想到，流动通道42可以是诸如陶瓷膜过滤系统的膜过滤系统的一部分。

管道系统10具有至少一个入口90和至少一个出口92，可在入口90处将管道猪70(下面描述)引入到系统10中，可在出口92处回收管道猪70。这些位置可以变化并且可以位于竖直管段、水平段或倾斜管段。

此外，入口90可用于引入第二材料60和任何其他后续材料。

现在转到图2，示意性地示出了管道系统10的一段。该段是第一管道20的典型部分，并且该段包含多个管道猪70。图5示出了管道段的另一段，该段是第二管道30的典型部分，并且该段包含多个管道猪70。

管道猪70的数量将足以填充或基本上填充管道的横截面(例如，第一管道20的横截面24或第二管道30的横截面34)，以限定塞子80。所设置的管道猪70的数量也将足以延伸一轴向长度，以限定具有前缘82和后缘84的塞子80。前缘82将与第一材料50接触，后缘84将与第二材料60接触。应当理解，前缘82和后缘84不是离散的限定边界；而是如图2、3和5所描绘的，可以被认为是塞子80的相应部分，其中一串猪70从第一管道20或第二管道30的内壁的一侧延伸到相应第一管道20或第二管道30的内壁的相对侧。

所限定的塞子80将具有足以抑制第一材料50和第二材料60的混合的轴向长度。所述轴向长度将使得在后缘84处存在于第二材料60中的第一材料50的量按体积计约为10％或更少。所述轴向长度将使得在前缘82处存在于第一材料50中的第二材料60的量按体积计约为10％或更少。在一些实施例中，所述轴向长度使得在后缘84处存在于第二材料60中的第一材料50的量按体积计约为10％或更少，并且使得在前缘82处存在于第一材料50中的第二材料60的量按体积计约为10％或更少。

管道猪70可以具有任何合适的形状，尽管可以设想管道猪70将是大致球形的，使得当它们团聚时，它们将高效地填充以形成塞子80，该塞子80将有效地抑制第一材料50和第二材料60的混合。备选形状可以包括柱状形状、子弹形状和壳状形状，尽管如上所述，猪可以具有任何特定形状，只要它们可以穿越第一管道20、第二管道30和流动通道42。

管道猪70将具有小于第一管道20或第二管道30的有效直径的尺寸。换句话说，如果管道猪70是球形的，则它们将具有小于第一管道20或第二管道30的有效直径的直径。此外，管道猪70可具有与流动通道42的有效直径基本相同或稍大的尺寸(即，与热交换器或巴氏灭菌器的管的有效直径基本相同或稍大)。

在一些实施例中，管道猪70是可压缩的，使得它们在行进穿过流动通道42时被稍微压缩。在其它实施例中，管道猪70是不可压缩的。管道猪70可具有弹性体，该弹性体可由诸如橡胶或橡胶型聚合物等可弹性变形的材料或诸如聚氨酯(食品级或其它)的柔性泡沫材料形成。在一些实施例中，管道猪70可涂覆有惰性材料，诸如硅酮、硅酮橡胶或其他类似类型的材料。

还可以想到，管道猪70具有小于或略小于流动通道42的有效直径(即，小于或略小于热交换器或巴氏灭菌器的管的有效直径)的尺寸。

管道猪70可以是流体不可渗透的或流体可渗透的，并且在使用中，管道猪70可以是所有的流体不可渗透的、所有的流体可渗透的、或每一种的某种组合。管道猪70可以是疏水性的或亲水性的，并且在使用中，管道猪70可以是全部疏水性的、全部亲水性的、或每一种的某种组合。

在一些实施例中，管道猪70可设有定位装置72，如图4所示，使得当管道猪70穿越管道系统10时，管道猪70可以被追踪。这样，如果需要或期望的话，可以减轻系统内管道猪70的意外损失的风险。定位装置72可包括磁体、RFID标签、或可提供用于在管道系统10内定位管道猪70的手段的一些其它合适的定位装置。

在一些实施例中，一些或所有管道猪70可由这样的材料制成，其使得管道猪70在浸没管道猪70的材料中具有中性浮力。例如，管道猪70可在第一材料50或第二材料60中的任一种或两种中具有中性浮力。中性浮力是指管道猪70的平均密度基本上等于浸没管道猪70的流体材料的密度的情况。

在一些实施例中，管道猪70可以表现出磁性，并且在这种情况下，管道猪70可以由磁性材料制成或者可以至少部分地由磁性材料形成。例如，管道猪70可以包括由非磁性材料的外壳包围的磁性材料的芯，非磁性材料的外壳可以是可压缩的或不可压缩的、流体可渗透的或流体不可渗透的。备选地，管道猪70可被形成为使得磁性材料颗粒嵌入管道猪70的结构内，从而使得管道猪整体表现出磁性。

在管道猪70表现出磁性的情况下，可以设想在管道猪70穿越流动通道70之后，管道猪70将被相互吸引以形成塞子80或重新形成为塞子80。

回到图1，将第一多个管道猪70引入或设置到管道系统中，其量足以基本上填充第一管道20的横截面24并限定具有前缘82和后缘84的塞子80，如图2所描绘的。

在引入或设置多个管道猪70并限定塞子80之后，提供第二材料60以使其与塞子80的后缘84接触。移动第二材料60以促使塞子80移动穿过管道系统10。因为第二材料60推动塞子80穿过管道系统10，塞子80能够使第一材料50移动穿过管道系统10，使得管道系统10不再包含第一材料50。

在第二材料60是诸如液体的流体的情况下，该流体可被提供以使得其以抑制每个管道猪70的沉降的速度移动。在一些情况下，流体以超过管道猪70的临界沉积速度的速度移动。结果，管道猪70在移动的同时沉降到管道底部的趋势将减少。因此，当塞子80穿过管道系统10移动时，塞子80的形成被维持。

当塞子80遇到管道尺寸的变化或管道方向的变化时，塞子80能够穿越这种变化，因为塞子80由多个管道猪70形成，每个管道猪70具有基本上等于或小于它们所穿越的管道或流动通道的有效直径的尺寸(或者当每个管道猪大于它们所穿越的管道或流动通道的有效直径时，管道猪将是可压缩的，使得它能够穿越所述管道和/或流动通道)。有利地，当塞子80遇到热交换器、巴氏灭菌器或其它处理设备，特别是这种处理设备的流动通道42或管段时，一个或多个塞子70进入每个流动通道42或管段，以将第一材料50从每个流动通道42或管段中移出，由第二材料60替换。

例如并特别参考图3，描绘了管道系统10的一部分。在该部分中，塞子80位于第一管道段20中，并且第一管道段20包括多个流动通道42。在一个实施例中，第一管道段20被示出为流体连接到入口歧管40，该入口歧管40与多个流动通道42流体连通，该多个流动通道42终止于出口歧管46，该出口歧管46与第一管道20流体连通。

参见图6，本领域技术人员将理解，第二管道段30包括多个流动通道42。在一个实施例中，第二管道段30被示出为流体地连接到入口歧管40，该入口歧管40与多个流动通道42流体连通，该多个流动通道42终止于出口歧管46，该出口歧管46与第二管道30流体连通。

参见图7，本领域技术人员将理解，第一管道段20包括多个流动通道42。在一个实施例中，第一管道段30被示出为流体地连接到入口歧管40，该入口歧管40与多个流动通道42流体连通，该多个流动通道42终止于出口歧管46，该出口歧管46与第二管道30流体连通。

当塞子80从第一管道20朝第二管道30移动(特别参见图7)并且遇到入口歧管40时，塞子80将被分散为单独的管道猪70，使得每个流动通道42中使至少一个管道猪70穿越或通过。此后，管道猪70将在出口歧管46附近聚结或团聚，使得塞子80将重新形成。本领域技术人员将认识到，在图3和6中所示的布置的情况下将发生相同的现象。

在不受任何特定理论约束的情况下，当塞子80接近流动通道42并且一个或多个管道猪70进入特定流动通道42时，在包含一个或多个管道猪的这些流动通道42中产生了动态背压。这转而将在那些没有管道猪42的流动通道42中产生流量的增加，或者在那些流动通道42中的管道猪42的数量比其它通道中的数量少的流动通道42中产生流量的增加。结果，管道猪42进入那些不包含管道猪42(或流动通道42中的管道猪42的数量比其它通道少)的流动通道的趋势将更大。

在管道猪70表现出磁性的情况下，当管道猪70进入流动通道42时，管道猪70将由于增加的涡电流(福柯电流(Foucault current))而经历制动效果，这将诱发动态背压。这转而将在那些没有管道猪42的流动通道42中产生流量的增加，或者在那些流动通道42中的管道猪42的数量比其它通道中的数量少的流动通道42中产生流量的增加。结果，管道猪42进入那些不包含管道猪42(或流动通道42中的管道猪42的数量比其它通道少)的流动通道的趋势将更大。

重新成形的塞子80将具有足以抑制第一材料50和第二材料60的混合的轴向长度。所述轴向长度将使得在后缘84处存在于第二材料60中的第一材料50的量按体积计约为10％或更少。所述轴向长度将使得在前缘82处存在于第一材料50中的第二材料60的量按体积计约为10％或更少。在一些实施例中，所述轴向长度使得在后缘84处存在于第二材料60中的第一材料50的量按体积计约为10％或更少，并且使得在前缘82处存在于第一材料50中的第二材料60的量按体积计约为10％或更少。

在所描述的方法的一些实施例中，预期提供第二多个管道猪70以在移动第一塞子80之后在第一管道20中形成第二塞子。第二塞子将具有前缘和后缘，使得前缘与第二材料接触，并且后缘与第三材料接触。第三材料可以与第一材料和第二材料相同或不同。第二塞子被构造成使得第二塞子的后缘处存在的第二材料的量按体积计约为10％或更少。在一些实施例中，第二塞子被构造成使得存在于第二塞子的前缘处的第三材料的量按体积计约为10％或更少。在其他实施例中，第二塞子被构造成使得第二塞子的后缘处存在的第二材料的量按体积计约为10％或更少，并且第二塞子的前缘处存在的第三材料的量按体积计约为10％或更少。

考虑到上述情况，该方法可以包括提供第三、第四等多个管道猪以在提供先前的塞子之后在第一管道子中分别形成第三、第四等塞子。同样，可以设想提供第三、第四等材料来移动相应的第三、第四等塞子。在这方面，每种材料可以与第一、第二或任何先前材料相同或不同。

第一塞子80和第二塞子(以及每个后继的塞子(当存在时))可以轴向分开一距离，该距离可以与管道系统的轴向距离一样长，但是通常是该距离的一些分数，诸如约75％、约50％、约40％、约30％、约20％、约10％、约9％、约8％，约7％、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％、或约1％。

第一塞子80和任何后续的塞子穿过管道系统10移动直到它们到达管道系统10的出口92，在出口92处它们被收集。

虽然已经描述了一种有效地使材料混合最小化的方法，但可以预期该方法将有效地清洁管道系统的内壁和相关联的流动通道42。在这方面，技术人员将理解，由于塞子80填充或基本上填充第一管道段20和第二管道段30(当存在时)的整个横截面，一个或多个管道猪70的表面将与第一管道段20和第二管道段30(当存在时)的内壁接触。结果，当塞子80穿过管道系统10移动时，第一管道段20和第二管道段30(当存在时)的内壁将被一个或多个清管器70“擦洗”，以有效地清洁第一管道段20和第二管道段30(当存在时)的内表面。

此外，因为每个流动通道42中将由至少一个管道猪70穿越，所以可以有效地清洁每个流动通道42。

虽然本公开的构思易具有各种修改和替代形式，但是本公开的具体示例性实施例在附图中以示例的方式示出。然而，应当理解，不存在将本公开的构思限制为特定公开形式的意图；其目的是涵盖落入如权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。