СТЕРИЛИЗАЦИОННАЯ МАШИНА И СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ УПАКОВОЧНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ
STERILIZING MACHINE AND METHOD OF STERILIZATION OF PACKAGING CONTAINERS

Изобретение относится к стерилизационной установке и способу стерилизации упаковочных контейнеров.
В пищевой промышленности является распространенной практикой упаковывать жидкость и частично жидкие пищевые продукты в упаковочные контейнеры. Такие упаковочные контейнеры могут, например, выполняться из пластикового материала, такого как, например, ПЭТ, или выполняться из ламинированного картонного материала. Касательно последнего, обычным типом ламинированного картонного материала является материал, который содержит внутренний слой из бумаги или картона и один или более барьерных слоев, например, полимерного материала или алюминиевой фольги. Все больше и больше распространенным типом упаковки является "картонная бутылка", изготовленная в наполнительной машине, в которой упаковочные заготовки вышеописанного упаковочного ламината образуются и запечатываются в виде трубы. Указанная труба закрывается на одном конце в том плане, что верхняя часть термопластичного материала формуется посредством литья под давлением методом впрыска непосредственно на концевом участке трубы. Листы упаковочного ламината могут отрезаться от магазинного рулона упаковочного ламината.
До наполнения упаковочного контейнера пищевым продуктом, в частности, если наполнение происходит при температуре окружающей среды, упаковочный контейнер требует стерилизации. Стерилизация представляет собой термин, ссылающийся на какой-либо процесс, который исключает или убивает микробиальную жизнь, включая передаваемые агенты, такие как, например, грибок, бактерии, вирусы и споры, которые могут находиться на поверхности упаковочного материала или в продукте. В (пищевой) упаковочной промышленности, это, в общем смысле, называется асептической упаковкой, т.е. упаковкой стерилизованных продуктов в стерилизованные упаковочные контейнеры, т.е. поддержанием как продукта, так и упаковочного контейнера без живых микробов и микроорганизмов, таким образом свежесть продукта может сохраняться без специальных требований охлаждения, т.е. таким образом стерильность может поддерживаться внутри упаковочного контейнера, хотя он хранится при температуре окружающей среды. В этом контексте, термин "коммерчески стерильный" также обычно используется и означает, в общем, отсутствие микроорганизмов, способных расти в пищевом продукте при нормальных неохлажденных условиях, при которых пищевой продукт, вероятно, будет содержаться во время изготовления, доставки и хранении. В настоящей заявке на патент слово "стерильный" относится к состоянию, являющемуся по меньшей мере коммерчески стерильным.
Традиционный способ стерилизации упаковочных контейнеров представляет собой химическую стерилизацию, в частности, используя перекись водорода, предпочтительно, в газообразной фазе. Однако, этот процесс имеет недостаток, заключающийся в том, что остатки химического вещества могут оставаться на поверхности контейнера.
Другой известный способ стерилизации упаковочных контейнеров выполняется посредством облучения, в частности, используя электронные лучи. EP 2 371 397 A1 описывает стерилизационную машину, содержащую множество стерилизационных устройств, выполненных с возможностью вставки в контейнеры для стерилизации внутренней части контейнеров. Контейнеры и стерилизационные устройства размещены на общей вращательной поддерживающей конструкции, которая удерживает контейнеры и стерилизационные устройства во взаимно выровненном положении и вращает их вдоль кругового пути. Контейнеры поднимаются относительно стерилизационных устройств таким образом, что стержнеобразный стерилизационный элемент вставляется в соответствующий контейнер для стерилизации внутренней части или контейнера. Другой пример стерилизационного устройства для стерилизации упаковочных контейнеров описан в международной заявке № PCT/EP2013/076870, поданной настоящим заявителем.
Тем не менее, по-прежнему существует необходимость обеспечения усовершенствованной стерилизационной установки и способа стерилизации упаковочных контейнеров, обеспечивающих особенно безопасную и экономически выгодную стерилизацию.
Изобретение предлагает стерилизационную установку согласно пункту 1 формулы изобретения и способ стерилизации упаковочных контейнеров согласно пункту 17 формулы изобретения. Варианты выполнения и несколько аспектов изобретения заданы в зависимых пунктах формулы изобретения и нижеследующем описании, в частности во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.
Изобретение теперь будет дополнительно описываться во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе первого варианта выполнения стерилизационной установки по изобретению;
Фиг.2 - вид в перспективе второго варианта выполнения стерилизационной установки по изобретению, разрезанной по плоскости через общую ось вращения каруселей; и
Фиг.3 – более подробный вид верхней карусели по Фиг.2.
Одинаковые или соответствующие элементы обозначены одинаковыми позициями на всех чертежах. Признаки, описанные во взаимосвязи с разными вариантами выполнения, могут комбинироваться, если технически возможно. Некоторые поперечные поверхности приведены штрих-пунктирными линиями. Это для иллюстрации того, что поперечное сечение было выполнено через элемент, но что детали внутренней части элемента не показаны подробно.
Стерилизационная установка по изобретению для стерилизации упаковочных контейнеров содержит первую карусель для поддержания множества стерилизационных устройств, при этом стерилизационные устройства выполнены с возможностью стерилизации внутренней части упаковочных контейнеров посредством электронно-лучевого облучения, и транспортировочную систему для транспортировки упаковочных контейнеров, при этом транспортировочная система содержит вторую карусель, соосную с первой каруселью. Первая карусель содержит первый вращаемый вал, и вторая карусель содержит второй вращаемый вал, удаленный от первого вращаемого вала. В варианте выполнения, оба вала могут иметь общую ось вращения.
Термин карусель должен включают в себя любой тип подвижного устройства, например, конвейерные цепи или плиту, ленты, колеса и тому подобное. Перемещение вдоль траектории карусели может содержать только вращательное движение, но не ограничено этим. Оно также может содержать поступательное перемещение или комбинацию вращательного и поступательного перемещения.
Термин "упаковочный контейнер" не должен ограничиваться на контейнере для жидкого или твердого пищевого продукта, а используется только для целей удобства. В общем смысле, любой контейнер, который требует стерилизации, является подходящим для этой цели и должен подпадать под этот термин, включая, но не ограничиваясь этим, контейнер для медицинских препаратов, для медицинских устройств, для жидких, полужидких или твердых пищевых продуктов, для хранения биологического материала или органических веществ.
Термин "стерилизация" в этом контексте означает стерилизацию поверхности объекта, подлежащего стерилизации, и/или, если объект содержит внутреннюю часть, стерилизацию указанной внутренней части.
Поверхность объекта может содержать внутреннюю поверхность объекта, внутреннюю и внешнюю поверхность или их части объекта. Внутренняя поверхность упаковочного контейнера представляет собой поверхность, находящуюся в контакте с пищевым продуктом или, в общем смысле, материалом, подлежащим заполнению в контейнер. В соответствии с изобретением, множество стерилизационных устройств выполнено с возможностью стерилизации внутренней поверхности и внутренней части контейнера. В дополнительном варианте выполнения, оно также выполнено с возможностью стерилизации части внешней поверхности контейнера.
Главная идея изобретения заключается в обеспечении отдельных и/или отделенных каруселей для стерилизационных устройств и упаковочных контейнеров, соответственно. Первая карусель предназначена для поддерживания стерилизационных устройств, и вторая карусель является частью транспортировочной системы для транспортировки упаковочных контейнеров вдоль, предпочтительно, кругового пути. Внутренняя стерилизация контейнеров происходит во время транспортировки контейнеров вдоль кругового пути. Вторая карусель может, например, либо непосредственно удерживать контейнеры, либо направлять конвейер для контейнеров, такой как цепной или ленточный конвейер, вдоль предпочтительно кругового пути.
Каждая из каруселей может содержать вращаемое колесо или плиту, соединенную с валом жестким образом, так, что колесо или плита и вал вращаются вместе. Первый вращаемый вал может представлять собой приводной вал для вращения колеса или плиты первой карусели, и второй вращаемый вал представляет собой, предпочтительно, приводной вал для вращения колеса или плиты второй карусели.
Отдельные карусели с отдельными приводными валами обеспечивают большую гибкость управления и лучшее использование доступного пространства в стерилизационной машине по сравнению с известной комбинированной каруселью с одним приводным валом. Так как карусели не являются взаимно соединенными посредством одного общего приводного вала, в общем смысле, является возможным управлять каруселями независимо друг от друга. Такая конструкция обеспечивает регулирование одной плиты относительно другой. Кроме того, дополнительное свободное пространство образуется между каруселями, в частности между первым и вторым вращаемыми валами, которое может использоваться таким образом, что компактность машины может улучшаться и/или расположение составных элементов в машине может улучшаться.
Стерилизационные устройства, предпочтительно, выполнены с возможностью по меньшей мере частичной вставки в соответствующий упаковочный контейнер, подлежащий стерилизации, в частности через открытую верхнюю часть или нижнюю часть упаковочного контейнера. В варианте выполнения, стерилизационные устройства вставляются в контейнер вдоль, по существу, вертикального направления перемещения во время вращения стерилизационных устройств и упаковочных контейнеров вокруг общей оси вращения, заданной первым и вторым вращательными валами. Может быть предпочтительным в соответствии с изобретением, что первая карусель представляет собой верхнюю карусель, и вторая карусель - нижнюю карусель.
В варианте выполнения изобретения, стерилизационная установка содержит первое приводное устройство для вращения первой карусели. Первое приводное устройство выполнено с возможностью вращения первого приводного вала (первого вращательного вала) и может, в частности, представлять собой вращательный привод и, более предпочтительно, электродвигатель. Первое приводное устройство может быть размещено на стационарном рамном элементе, в частности на стороне стерилизационных устройств, противоположной относительно второго вращательного вала. Более предпочтительно, приводное устройство размещено в плоскости выше стерилизационных устройств.
В соответствии с вариантом выполнения, первое приводное устройство выполнено с возможностью приведения в действие и вращения первой и второй карусели. Для этой цели, первое приводное устройство находится в функциональном соединении с первым и вторым вращаемыми валами. Например, первое приводное устройство может содержать третий вал, размещенный, по существу, параллельно относительно первого и второго вала, но удаленный от них. Такой вал может быть соединен с первым и/или вторым валом посредством соединительного средства, т.е. посредством конвейерной ленты, полосы, клинового ремня, цепи, зубчатого привода, спирального конического зубчатого колеса, глухой или торсионной муфты и тому подобного.
Функциональное соединение с любым из валов также может содержать синхронизирующее устройство для синхронизации вращения или перемещения первой карусели со второй каруселью и наоборот.
В альтернативном варианте выполнения изобретения, стерилизационная машина содержит второе приводное устройство для вращения второй карусели. Второе приводное устройство выполнено с возможностью вращения второго приводного вала (второго вращательного вала) и может, в частности, представлять собой вращательный привод и, более предпочтительно, электродвигатель. Второе приводное устройство может быть размещено на стационарном рамном элементе, в частности на стороне упаковочных контейнеров, противоположной относительно первого вращательного вала. Более предпочтительно, двигатель размещен в плоскости ниже пути перемещения упаковочных контейнеров. В такой концепции изобретения, стерилизационная машина содержит отдельные приводные устройства для приведения в движение первой карусели и второй карусели, причем первое приводное устройство выполнено с возможностью вращения первого вращаемого вала, и второе приводное устройство выполнено с возможностью вращения второго вращаемого вала.
В варианте выполнения, второе приводное устройство выполнено с возможностью приведения в движение второй карусели независимо от первой карусели. Другими словами, второе приводное устройство может приводиться в действие независимо от первого приводного устройства, таким образом, например, является возможным вращать вторую карусель (со стерилизационными устройствами), когда первая карусель остается неподвижной. Преимущество этого варианта выполнения заключается в том, что перегрев упаковочных контейнеров посредством стерилизационных устройств может эффективно предотвращаться в случае прерывания движения контейнеров. В частности, не является необходимым останавливать работу стерилизационных устройств, которые, в общем смысле и предпочтительно, работают непрерывно.
Для целей стерилизации, т.е. во время обычной работы стерилизационной установки, стерилизационная установка может содержать синхронизирующее устройство для синхронизации вращательного движения первой карусели и второй карусели. Синхронизирующее устройство выполнено с возможностью синхронизации скорости первой и второй карусели и поддержания относительного неподвижного положения таким образом, что продольные оси упаковочных контейнеров и стерилизационных устройств выровнены. Т.е. продольная ось каждого упаковочного контейнера выровнена с продольной осью одного из стерилизационных устройств. Упаковочные контейнеры и стерилизационные устройства, предпочтительно, транспортируются вдоль пути стерилизации с их соответствующими продольными осями, выровненными друг с другом. Путь стерилизации является по меньшей мере частично круговым.
Синхронизирующее устройство, предпочтительно, выполнено с возможностью включения и выключения, т.е. ввода в работу и вывода из работы, предпочтительно, посредством блока управления и/или оператором. При нормальной работе, оно может использоваться для поддержания положения упаковочных контейнеров, выровненным с положением стерилизационного устройства, и может управляться посредством блока управления, содержащего датчики для измерения положений и вычислительные блоки, использующие контуры обратной связи для достижения такого выравнивания. Синхронизация может выключаться в случае случайного прерывания транспортировочной системы, транспортирующей упаковочные контейнеры, таким образом стерилизационные устройства могут продолжать вращение даже во время простоя транспортировочной системы, т.е. остановки упаковочных контейнеров. Блок управления для управления синхронизирующим устройством, предпочтительно, выполнен с возможностью предотвращения остановки стерилизационных устройств, когда они работают, т.е. они либо выключаются, либо они продолжают вращение.
Для обеспечения возможности прерывания синхронизации каруселей, предпочтительно, нет постоянной и/или принудительной синхронизации, в частности нет постоянного и/или жесткого механического соединения, взаимно соединяющего - для синхронизированного движения каруселей - первую и вторую карусели.
Независимое вращение стерилизационных устройств также обеспечивает возможность тестирования стерилизационных устройств до запуска стерилизационной машины и/или во время прерывания. Такое тестирование может, например, выполняться посредством прохода вращающихся стерилизационных устройств вдоль стационарного сенсорного устройства, размещенного на стерилизационной машине, когда упаковочные контейнеры не перемещаются.
В другом варианте выполнения изобретения, первый вращаемый вал выполнен в виде полого вала, имеющего внутренний канал для размещения по меньшей мере одной линии средства обеспечения для стерилизационных устройств, и распределительная камера размещена на конце первого вращаемого вала, обращенного ко второму вращаемому валу.
Распределительная камера может содержать корпус и по меньшей мере одно выходное отверстие для линии средства обеспечения. Этот вариант выполнения обеспечивает легкое соединение стерилизационных устройств с системой средства обеспечения, например, электрической системой, и/или системой охлаждения, и/или системой передачи данных. Линии средств обеспечения или линии питания могут быть проложены от стерилизационных устройств к системе средства обеспечения через центральный вращаемый вал первой карусели, в частности через распределительную камеру.
Линии средств обеспечения могут содержать электрическое соединение, такое как один или более проводов для электрического тока, или соединение для охлаждающей среды, т.е. трубопровод. Линия или линии средств обеспечения соединены с системой средства обеспечения на одном конце вала и со стерилизационными устройствами. Может иметь место множество индивидуальных линий средств обеспечения, проложенных через вал, каждая из которых предназначена для одного из множества стерилизационных устройств. В качестве альтернативы, может иметь место общая линия средства обеспечения, т.е. для охлаждающей среды, проложенная через вал. Указанная общая линия средства обеспечения может разделяться в распределительной камере для питания индивидуальных стерилизационных устройств.
В другом варианте выполнения, распределительное устройство для распределения по меньшей мере одного средства обеспечения к стерилизационным устройствам, размещено в распределительной камере. Распределительное устройство может быть соединено с линией средства обеспечения от вала. Распределительная камера, предпочтительно, охватывает распределительное устройство таким образом, что оно отделено от стерилизационной камеры или зоны, где электроны выходят из стерилизационных устройств, и где происходит стерилизация.
В варианте выполнения, распределительная камера закрывает и охватывает внутренний канал первого вращаемого вала по направлению к зоне стерилизации таким образом, что подача нестерильных элементов (грязь и т.д.) из канала в зону стерилизации, по существу, предотвращена. Распределительное устройство может, в частности, быть выполнено с возможностью распределения средств обеспечения, таких как электричество/питание и/или охлаждающая текучая среда, к соответствующим стерилизационным устройствам. Также обмен данными может использовать распределительное устройство для передачи данных между стерилизационными устройствами и блоком управления.
В конкретном варианте выполнения, корпус распределительной камеры полностью охватывает распределительную камеру на первой стороне несущей плиты. Посредством этого, канал первого вращаемого вала и/или внутренняя часть распределительной камеры не имеет непосредственного соединения с зоной стерилизации на первой стороне несущей плиты.
В еще одном другом варианте выполнения изобретения, распределительное устройство включает в себя шарнир. Шарнир, который содержит вращательное соединение между двумя элементами распределительного устройства, имеет по меньшей мере одно входное соединение для линии средства обеспечения от системы средства обеспечения и одно или более выходных соединений для линии средства обеспечения (линий средств обеспечения) для соответствующих стерилизационных устройств. Шарнир обеспечивает возможность вращательного движения входного соединения относительно выходного соединения. Следовательно, по меньшей мере одна линия средства обеспечения, проложенная через канал первого вращательного вала, может быть стационарной, тогда как линии средств обеспечения к стерилизационным устройствам могут вращаться.
В другом варианте выполнения изобретения первая карусель содержит вращаемую несущую плиту, которая поддерживает стерилизационные устройства. В одном варианте выполнени, стерилизационные устройства могут прикрепляться к несущей плите на первой стороне, обращенной ко второй карусели.
В качестве альтернативы, распределительная камера размещена на первой стороне несущей плиты, обращенной ко второй карусели, и стерилизационные устройства размещены по меньшей мере частично на второй стороне несущей плиты. Например, первый участок каждого из стерилизационных устройств может размещаться на первой стороне, второй участок размещается на второй стороне несущей плиты, противоположной относительно первой стороны. Посредством этого расположения, несущая плита отделяет распределительную камеру от участка стерилизационных устройств, обеспечивая возможность использования дополнительного пространства для устройств, в ином случае занятого распределительной камерой.
Вторая сторона несущей плиты, которая может рассматриваться в качестве нестерильной области, следовательно, может размещать линии средств обеспечения для стерилизационных устройств. В конкретном варианте выполнения, раскрытом ранее, стерилизационные устройства, предпочтительно, прикреплены к несущей плите таким образом, что они проходят через несущую плиту, и выходное окно электронов размещено на первой стороне несущей плиты, и устройство питания стерилизационного устройства, в частности высоковольтное устройство питания, размещено на второй стороне. Соединительный интерфейс для соединения с линией средства обеспечения, предпочтительно, размещен на второй стороне несущей плиты. Соединительный интерфейс стерилизационного устройства может, например, включать в себя электрический интерфейс и/или интерфейс для охлаждающей текучей среды.
В другом варианте выполнения, распределительная камера является чашеобразной и/или имеет коническую форму. Участок меньшего диаметра распределительной камеры, предпочтительно, обращен ко второй карусели, и участок большего диаметр распределительной камеры, предпочтительно, обращен к первой карусели, в частности, несущей плите. Участок большого диаметра распределительной камеры, предпочтительно, имеет диаметр, который больше наружного диаметра первого вращаемого вала.
Несущая плита, предпочтительно, предусмотрена с одним или более сквозными отверстиями, обеспечивающими соединение между внутренней частью распределительной камеры и второй стороной несущей плиты. По меньшей мере одно сквозное отверстие, предпочтительно, расположено в участке диаметра несущей плиты между внешней окружностью первого вращаемого вала и внутренней окружностью корпуса распределительной камеры в контакте с несущей плитой. В качестве альтернативы, распределительная камера может содержать отверстие или сквозные отверстия в положениях, выровненных с положениями несущей плиты. Посредством этого расположения, линии средств обеспечения могут легко прокладываться через первый вращаемый вал к первой стороне несущей плиты и обратно ко второй стороне, где они могут соединяться со стерилизационными устройствами.
Распределительная камера может быть предусмотрена с экранированием от излучений, в частности от рентгеновских лучей. В дальнейшем, термин рентгеновский луч включает в себя все виды электромагнитного излучения и эмиссий, генерируемых во время работы установки, включая, но не ограничиваясь этим, излучение при столкновениях электронов. Корпус распределительной камеры может, например, выполняться из экранирующего материала, такого как свинец, вольфрам, сталь или их сплава. Экранирование обеспечивает защиту элементов, размещенных в распределительной камере, таких как распределительный элемент, от излучения во время работы стерилизационных устройств. Кроме того, экранирование от излучения также может обеспечивать эффективную защиту от излучения устройства питания, в частности, если экранирование от излучений имеет коническую форму.
В другом варианте выполнения, по меньшей мере одно неподвижное второе стерилизационное устройство размещено между первой каруселью и второй каруселью, в частности для стерилизации внешней поверхности упаковочных контейнеров. Второе стерилизационное устройство, в частности, может быть размещено вдоль пути перемещения упаковочных контейнеров и проходить вдоль точки входа или выхода упаковочных контейнеров в или из второй карусели. В одном или более вариантах выполнения, два вторых стерилизационных устройства размещены с их выходными окнами электронов, обращенными друг к другу. Они размещены на расстоянии друг от друга таким образом, что зазор для упаковочных контейнеров образуется между ними. Их электронные облака образуют единое электронное облако, заполняющее зазор. Упаковочные контейнеры транспортируются в зазор и тем самым стерилизуются на их внешней поверхности. В одном или более вариантах выполнения, предусмотрено только одно второе стерилизационное устройство, и упаковочные контейнеры вращаются вокруг своих собственных осей при прохождении выходного окна электронов для получения полной стерилизации внешней поверхности. Вторые стерилизационные устройства могут быть стационарными.
В варианте выполнения, по меньшей мере одно второе стерилизационное устройство выполнено с возможностью выполнения внешней стерилизации упаковочных контейнеров, по меньшей мере, частично, накладывающейся с внутренней стерилизацией. Это означает, что область по меньшей мере одного второго стерилизационного устройства, в которой объект стерилизуется, перекрывается по меньшей мере частично с областью, в которой объект стерилизуется посредством одного из множества первых стерилизационных устройств. Следовательно, второе стерилизационное устройство проходит по меньшей мере частично между первой каруселью и второй каруселью и также может по меньшей мере частично проходить между первым вращаемым валом и вторым вращаемым валом. В таком варианте выполнения, по меньшей мере одно второе стерилизационное устройство размещено по меньшей мере частично в пространстве между первым и вторым валом.
Одновременная внутренняя и внешняя стерилизация может достигаться тем, что второе стерилизационное устройство выполнено с возможностью образования облака стерилизации из электронов, по меньшей мере частично перекрывающегося с облаком стерилизации первого стерилизационного устройства.
Второе стерилизационное устройство, предпочтительно, имеет продольную ось, наклоненную относительно оси вращения первого и/или второго вращаемого вала, например от 45 градусов до 90 градусов, или, более конкретно, от 60 градусов до 80 градусов. В варианте выполнения, она является по существу поперечной относительно оси вращения.
Другой аспект изобретения относится к способу стерилизации множества упаковочных контейнеров, при этом способ содержит этапы вращения первой карусели, поддерживающей множество стерилизационных устройств, которые выполнены с возможностью стерилизации внутренней части упаковочных контейнеров посредством электронно-лучевого облучения, и транспортировки упаковочных контейнеров посредством транспортировочной системы, содержащей вторую карусель, которая является соосной с первой каруселью, причем первая карусель содержит первый вращаемый вал, вторая карусель содержит отдельный второй вращаемый вал, соосный с первым вращаемым валом, и первая карусель вращается посредством первого приводного устройства, соединенного с первым вращаемым валом для его вращения. Способ, в частности, может осуществляться в стерилизационной машине по изобретению и обеспечивает эффекты и преимущества, рассмотренные во взаимосвязи с ней.
На Фиг.2 показан первый вариант выполнения изобретения. Стерилизационная установка 10 содержит раму (не показана), имеющую верхний поддерживающий элемент 16 и нижний поддерживающий элемент 18. Первая карусель 20, которая в показанных вариантах выполнения представляет собой верхнюю карусель, поддерживается посредством верхнего поддерживающего элемента 16. Вторая карусель 40, которая представляет собой нижнюю карусель, поддерживается посредством нижнего поддерживающего элемента 18. Верхняя карусель 20 и нижняя карусель 40 являются вращаемыми вокруг общей оси 4 вращения, которая представляет собой вертикальную ось.
Первая карусель 20 содержит вращательную несущую плиту 22, которая поддерживает множество первый стерилизационных устройств 50, которые выполнены с возможностью стерилизации внутренней части упаковочного контейнера 2 посредством электронного облучения. Первые стерилизационные устройства 50 размещены на окружности несущей плиты 22, которая, предпочтительно, представляет собой круглую плиту. Первая карусель 20 дополнительно содержит первый вращаемый вал 28. Вал 28 соединен на одной стороне с несущей плитой 22 неподвижным образом и соединен посредством его корпуса на другой стороне с поддерживающим элементом 16. Таким образом, первый вращаемый вал 28 поддерживается посредством верхнего поддерживающего элемента 16 вращаемым образом.
Первый вращаемый вал 28, который также может называться приводным валом, приводится в движение посредством первого приводного устройства 32 вращающимся образом. Первое приводное устройство 32 соединено с валом 28 посредством конвейерной ленты 14, имеющей зубья, захватывающиеся в зубчатое колесо, прикрепленное к валу 28. Следовательно, несущая плита 22 может вращаться посредством приведения в действие первого приводного устройства 32. Первое приводное устройство 32 смонтировано на верхнем поддерживающем элементе 16 рамы.
Вторая карусель 40 содержит вращательное колесо или плиту 42 для направления и/или транспортировки упаковочных контейнеров 2 вдоль кругового пути транспортировки таким образом, что каждый контейнер может выравниваться с одним из стерилизационных устройств 50 во время его транспортировки вдоль пути транспортировки. Колесо 42 может представлять собой вращаемое несущее или направляющее колесо 42. Оно может, например, непосредственно удерживать упаковочные контейнеры 2 или, как в этом варианте выполнения, сцепляться с конвейером 12, который перемещает и/или удерживает упаковочные контейнеры 2.
Второй вращаемый вал 44 соединен с колесом 42 неподвижным образом. Второй вращаемый вал 44, который может называться вторым приводным валом, приводится в движение посредством второго приводного устройства 46 вращающимся образом. Второе приводное устройство соединено со вторым валом 44 аналогичным образом, как и первое приводное устройство. Следовательно, посредством приведения в действие второго приводного устройства, направляющее колесо 42 может вращаться. Второе приводное устройство 46 смонтировано на нижнем поддерживающем элементе 18 рамы 14. Второй вращаемый вал 44 поддерживается вращаемым образом посредством нижнего поддерживающего элемента 18. Как можно увидеть на Фиг.2, оба приводных устройства смонтированы на соответствующих плитах, обращенных наружу.
В этом варианте выполнения, первый вращаемый вал 28 и второй вращаемый вал 44 являются соосными друг с другом и вращаются вокруг общей оси 4 вращения. Несущая плита 22 соединена с нижним концевым участком первого вращаемого вала 28, и колесо 42 соединено с верхним концевым участком второго вращаемого вала 44. Валы 28, 44 отделены на некоторый зазор. Расстояние между валами 28 и 44 соответствует по меньшей мере высоте упаковочных контейнеров 2, предпочтительно, по меньшей мере двойной высоте упаковочных контейнеров 2. Первая карусель 20 и вторая карусель 40 могут приводиться в движение независимо друг от друга посредством соответствующих приводных устройств 32 и 46.
Стерилизационная установка 10 дополнительно содержит синхронизирующее устройство (не показано) для синхронизации вращательного движения первой карусели 20 с вращательным движением второй карусели 40 или наоборот. Такое синхронизирующее устройство может, например, представлять собой механическое синхронизирующее устройство. Однако, синхронизирующее устройство содержит, предпочтительно, блок управления, который измеряет какое-либо отклонение в выравнивании. Это может выполняться, например, посредством измерения положения между первой и второй каруселью, либо непосредственно, либо косвенно, используя положение стерилизующих элементов и контейнеров. В примере, датчики непрерывно измеряют позиционные маркеры на колесе 42 и плите 22 для их сравнения с заданным положением. Какое-либо отклонение, получающееся из указанного измерения, передается на блок управления для обработки. В качестве альтернативы или дополнительно, может измеряться частота вращения.
Блок управления содержит один или более контуров обратной связи для компенсации отклонения и синхронизации работы первого и второго приводного устройства 32, 46. При работе, одно из устройств может ускоряться или замедляться для уменьшения какого-либо измеренного отклонения до тех пор, пока положение стерилизационных устройств и контейнеров снова не будет выровнено.
Кроме того, синхронизирующее устройство выполнено с возможностью вывода из работы для обеспечения возможности приведения в движение первой карусели 20 и второй карусели 40 независимо друг от друга. Следовательно, первая карусель 20 и вторая карусель 40 могут выборочно приводиться в движение синхронизированным образом или несинхронизированным образом. В частности, также является возможным приводить в движение только одну из каруселей, т.е. только первую карусель 20 и/или только вторую карусель 40.
В дальнейшем одно из первых стерилизационных устройств 50 будет описываться со ссылкой на фиг.3. Первые стерилизационные устройства 50, по существу, выполнены одним и тем же образом, таким образом нижеследующее описание также применяется к другим первым стерилизационным устройствам 50. Первое стерилизационное устройство 50 содержит электронно-лучевой эмиттер 52 для излучения электронного луча и устройство 66 питания, выполненное с возможностью обеспечения высоковольтного питания для электронно-лучевого эмиттера 52. Электронно-лучевой эмиттер 52 содержит герметически уплотненную вакуумную камеру 54, генератор 56 электронного луча, размещенный в вакуумной камере 54, для генерирования электронного луча, и выходное окно 58 электронов на продольном конце вакуумной камеры 54.
Вакуумная камера 54 имеет корпус 60, имеющий вытянутую и, в частности, по существу, цилиндрическую форму. Корпус 60 содержит первую корпусную часть 62, имеющую меньшее поперечное сечение, и вторую корпусную часть 64, имеющую большее поперечное сечение. Генератор 56 электронного луча, который содержит подогреваемую нить накала и/или катод, размещен во второй корпусной части 64. Цилиндрическая первая корпусная часть 62, которая может быть описана как имеющая форму стержня, выполнена с возможностью обеспечения зоны ускорения электронов между генератором 56 электронного луча и выходным окном 58 электронов. Выходное окно 58 электронов расположено на концевой поверхности первой корпусной части 62. Вторая корпусная часть 64 содержит электрический интерфейс для соединения с устройством 66 питания. Вторая корпусная часть 64 электронно-лучевых эмиттеров 52 и устройства 66 питания непосредственно соединены друг с другом и распределены вокруг первого вращаемого вала 28.
При использовании, электронный луч генерируется посредством нагрева нити накала. Когда электрический ток подается через нить накала, электрическое сопротивление нити накала побуждает нить накала нагреваться до температуры порядка 2000°C. Этот нагрев побуждает нить накала излучать электроны. Электроны ускоряются по направлению к выходному окну 58 электронов посредством потенциала напряжения между катодом и выходным окном 58 электронов, которое образует анод. Затем, электроны проходят через выходное окно 58 электронов и продолжают перемещаться к целевой области, т.е. в этом случае внутрь упаковочного контейнера 2. В частности, электроны генерируют электронное облако вокруг выходного окна 58 вследствие эффектов рассеяния потери энергии.
Потенциал напряжения между катодом и выходным окном 58 электронов создается, например, посредством соединения катода и нити накала с устройством 66 питания и посредством соединения корпуса 60, включающего в себя выходное окно 58 электронов, с землей. Нить накала также соединена с устройством 66 питания для обеспечения электрического тока через нить накала. Напряжение между катодом и выходным окном 58 электронов может быть порядка 75-150 кВ.
Несущая плита 22 имеет множество монтажных отверстий, размещенных с постоянным промежутком вокруг оси 4 вращения. Электронно-лучевые эмиттеры 52 проходят через монтажные отверстия таким образом, что первая корпусная часть 62 с выходным окном 58 выступает на первой стороне 23 несущей плиты 22, нижней стороне. Вторая корпусная часть 64, а также устройство 66 питания, размещено на второй стороне 24 несущей плиты 22, верхней стороне. В альтернативном варианте выполнения, несущая плита 22 может содержать монтажные отверстия, подходящие для размещения также второй корпусной части 64, тем самым отделяя устройство 66 питания на верхней стороне от лучевых эмиттеров 52. В таком варианте выполнения, несущая плита 22 также содержит экранирующий материал для предотвращения радиационного излучения в область выше верхней стороны. Несущая плита 22 содержит сталь или другой подходящий устойчивый материал для восприятия механических усилий, которые могут возникать во время работы.
Во время цикла стерилизации, первая корпусная часть 62 стерилизационного устройства 50 вставляется в упаковочный контейнер 2 через его отверстие для стерилизации внутренней части упаковочного контейнера 2.
Как показано на Фиг.1, подъемное устройство 48 (только частично показано) предусмотрено для перемещения упаковочных контейнеров 2 вдоль вертикального направления к и от первого стерилизационного устройства 50. Стерилизационное устройство 50 вставляется в упаковочный контейнер 2 во время перемещения упаковочного контейнера 2 вместе с направляющим колесом 42. Направляющее колесо 42 вращается синхронно с несущим колесом 22. Каждый упаковочный контейнер 2 синхронно перемещается с первым стерилизационным устройством 50, тем самым поддерживая продольную ось первого стерилизационного устройства 50, выровненной с продольной осью упаковочного контейнера 2.
Во время вертикального перемещения контейнера 2, внутренняя поверхность контейнера 2 стерилизуется полностью до дальнего конца контейнера 2. Излученные электроны генерируют электронное облако вокруг выходного окна 58 вследствие эффектов рассеяния потери энергии. Каждая часть поверхности контейнера 2, проходящая через указанное облако и остающаяся там в течение определенного периода времени, стерилизуется. По существу, электронно-лучевой эмиттер 52 может не только использоваться для стерилизации внутренней поверхности внутренней части контейнера 2, но также участка внешней поверхности, особенно близкого к отверстию контейнера 2.
Период времени (время стерилизации), в течение которого часть поверхности контейнера должна оставаться в электронном облаке, генерируемом электронно-лучевым эмиттером 52, должен быть достаточно большим для исключения всех микробиологических веществ. Другими словами, каждая часть контейнера, подлежащая стерилизации, должна подвергаться достаточно высокой дозе. Такая доза (и соответствующее время стерилизации) может зависеть в том числе от скорости перемещения между электронно-лучевым эмиттером 52 и упаковочным контейнером 2, напряжения электронов, электрического тока электронов, газовой композиции и плотности в и вокруг контейнера, диаметра или расстояния между лучевым эмиттером и контейнером, формы контейнера и распределения электронов через выходное окно.
Первый вращаемый вал 28 выполняется в виде полого вала, имеющего канал 30, проходящий в продольном направлении вдоль вала. Первый вращаемый вал 28 размещен на второй стороне 24 несущей плиты 22, т.е. в этом случае верхней стороне. Устройство 66 питания также размещено на второй стороне 24 несущей плиты 22, т.е. на той же стороне, что и первый вращаемый вал 28. Канал 30 сообщается с первой стороной 23, т.е. нижней стороной, несущей плиты 22. Несущая плита 22 имеет центральное сквозное отверстие, соосное с первым вращаемым валом 28.
Распределительная камера 34 размещена на первой стороне 23 несущей плиты 22 на продольном конце первого вращаемого вала 28, в частности ниже первого вращаемого вала 28. Распределительная камера 34 содержит имеющий по существу чашеобразную форму корпус, который, предпочтительно, полностью закрывает канал 30 на первой стороне 23 несущей плиты 22. Другими словами, нет соединения между каналом 30 и зоной стерилизации, которая проходит на первой стороне 23 несущей плиты 22. Распределительная камера 34 имеет первое отверстие по направлению к каналу 30 и по меньшей мере одно второе отверстие по направлению ко второй стороне 24 несущей плиты 22, в частности в зоне радиально снаружи первого вращаемого вала 28. Несущая плита 22 имеет множество сквозных отверстий 26 в области, окружающей первый вращаемый вал 28, для обеспечения прохода между внутренней частью распределительной камеры 34 и второй стороной 24 несущей плиты 22. Распределительная камера 34 обеспечивает проход от канала 30 ко второй стороне 24 несущей плиты 22 через посредство первой стороны 23, причем проход вдоль первой стороны 23, предпочтительно, полностью закрыт корпусом распределительной камеры 34.
Распределительная камера 34 размещает распределительное устройство 36 для распределения по меньшей мере одного средства обеспечения, такого как электричество и/или охлаждающая текучая среда, к первым стерилизационным устройствам 50. Распределительное устройство 36 содержит шарнир для распределения по меньшей мере одного средства обеспечения из невращающейся линии средства обеспечения к вращающимся стерилизационным устройствам 50. Распределение средства обеспечения, в частности электричества, также может достигаться с помощью по меньшей мере одного скользящего кольца. В частности, для защиты распределительного устройства 36, корпус распределительной камеры 34 может быть предусмотрен с экранированием 35 от излучений, в частности от рентгеновских лучей, которые генерируются электронно-лучевыми эмиттерами 52. Экранирование 35 от излучений может выполняться, в общем смысле, известным образом, например, используя материалы, такие как свинец, вольфрам или их сплавы.
Первые стерилизационные устройства 50 непрерывно приводятся в действие, т.е. электронное излучение не прерывается между циклами стерилизации, т.е. оно поддерживается в работе также между двумя упаковочными контейнерами 2, стерилизующимися одним и тем же стерилизационным устройством 50. В предпочтительном варианте выполнения изобретения, стерилизационная машина содержит блок безопасности, выполненный с возможностью поддержания вращения первой карусели 20 с первыми стерилизационными устройствами 50, даже когда вторая карусель 40 остается неподвижной, при условии, что первые стерилизационные устройства 50 поддерживаются в работе. Другими словами, устройство безопасности предотвращает то, что первая карусель 20 остается неподвижной, когда первые стерилизационные устройства находятся в работе, тем самым предотвращая перегрев упаковочных контейнеров 2.
Как показано на Фиг.1, стерилизационная установка 10 содержит по меньшей мере одно второе стационарное стерилизационное устройство 70 дополнительно к множеству вращающихся первых стерилизационных устройств 50. Первые стерилизационные устройства 50, главным образом, используются для внутренней стерилизации, и по меньшей мере одно второе стерилизационное устройство 70 используется для частичной внешней стерилизации упаковочных контейнеров 2. Второе стерилизационное устройство 70, предпочтительно, размещено таким образом, что перекрывающаяся область стерилизации обеспечивается там, где одновременно происходит внешняя и внутренняя стерилизация упаковочного контейнера 2. Стерилизационное устройство 70 содержит два лучевых эмиттера, при этом каждый имеет прямоугольные выходные окна. Второе стерилизационное устройство 70 размещено вдоль пути перемещения упаковочных контейнеров 2. Выходные окна обоих эмиттеров обращены друг к другу, и упаковочные контейнеры проходят через область между выходными окнами. Оба эмиттера стационарного стерилизационного устройства 70 незначительно повернуты или наклонены относительно планарной плоскости, означая, что их выходные окна не являются параллельными относительно друг друга, и наклонены от вертикальной плоскости. Более того, продольные оси вторых стерилизационных устройств не являются поперечными относительно продольной оси контейнеров 2. В результате, продольная ось эмиттеров второго стерилизационного устройства 70 может иметь угол около от 45 градусов до 90 градусов по направлению к оси 4 вращения или продольной оси контейнеров 2, предпочтительно между 60 градусами и 80 градусами. В результате, когда контейнеры входят в область, охваченную эмиттером стерилизационного устройства 70, внешняя поверхность, близкая к отверстию контейнеров 2, стерилизуется первой. Части внешней поверхности, ближе к дальнему концу контейнера 2, стерилизуются, когда проходят через область обоих эмиттеров.
Посредством этого расположения, внутренняя часть и внутренняя поверхность контейнера 2 стерилизуются первыми. Общее электронное облако и асептическая или стерильная зона генерируется посредством одного из первых стерилизационных устройств и второго стерилизационного устройства в области, где контейнер входит во второе стерилизационное устройство 70.
Стерилизационная установка 10 по изобретению, предпочтительно, размещена ближе по ходу относительно наполнительной машины для заполнения жидкости или частично жидкого пищевого продукта в упаковочные контейнеры 2. Упаковочные контейнеры 2 перемещаются посредством конвейера 12, который содержит, например, ленту или цепь. На выходе стерилизационной машины 10, упаковочные контейнеры являются стерильными и готовы для наполнения.
Устройство по изобретению может размещаться в камере облучения в наполнительной машине. Наполнительная машина содержит по меньшей мере одну станцию наполнения для заполнения содержимого в упаковочный контейнер и по меньшей мере одну станцию для укупоривания отверстия после заполнения. Изобретение может, например, применяться в стерилизационном устройстве, как описано в международной заявке № PCT/EP2013/076870, поданной настоящим заявителем. Во время внутренней стерилизации упаковочных контейнеров, относительное перемещение выполняется между упаковочным контейнером и эмиттером. Множество эмиттеров предусмотрено на карусели или тому подобном, которая выполнена с возможностью вращения. Упаковочные контейнеры, которые транспортируются, например, посредством конвейера, достигают карусели и прикрепляются к одному из (вращающихся) эмиттеров. Во время по меньшей мере части одного вращения карусели, происходит стерилизация внутренней поверхности упаковочного контейнера. Затем, упаковочный контейнер снимается с подходящего эмиттера или с карусели, соответственно, и транспортируется в асептическую камеру для наполнения и укупоривания. Вход асептической камеры может включать в себя эмиттеры для наружной стерилизации упаковочных контейнеров.
Список позиций
2 упаковочный контейнер
4 ось вращения
10 стерилизационная машина
12 конвейер
14 лента
16 верхний поддерживающий элемент
18 нижний поддерживающий элемент
20 первая карусель
22 несущая плита
23 первая сторона
24 вторая сторона
26 сквозное отверстие
28 первый вращаемый вал
30 канал
32 первое приводное устройство
34 распределительная камера
35 экранирование от излучений
36 распределительное устройство
40 вторая карусель
42 направляющее колесо
44 второй вращаемый вал
46 второе приводное устройство
48 подъемное устройство
50 первое стерилизационное устройство
52 электронно-лучевой эмиттер
54 вакуумная камера
56 электронно-лучевой генератор
58 выходное окно электронов
60 корпус
62 первая корпусная часть
64 вторая корпусная часть
66 устройство питания
70 второе стерилизационное устройство