СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ В РАЗЛИВОЧНОЙ МАШИНЕ
SYSTEM AND METHOD FOR STERILISATION CHAMBER IN FILLING MACHINE

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к стерилизационной камере в разливочной машине для производства пищевых упаковок для жидких продуктов, и более конкретно, для системы и способа для предотвращения вздутия упаковочного материала в упомянутой стерилизационной камере.
Уровень техники
Разливочные машины, имеющие нагреваемую стерилизационную камеру, могут очень сильно нагреваться во время работы и во время остановки, причем это тепло излучается от горячих поверхностей и поглощается упаковочным материалом. Это может приводить к вздутию упаковочного материала. Вздутие представляет собой явление, при котором алюминиевая фольга отделяется от картона упаковочного материала так, что образуются пузыри. В тяжелых случаях пузыри могут лопнуть, что приводит к проблеме нарушения стерильных свойств упаковочного материала, так как пищевой продукт контактирует с областью, в которой образовались пузыри. Обычно это приводит к необходимости утилизации части упаковочного материала. Поскольку упаковки могут быть только утилизированы после их наполнения, это приводит к утилизации пищевого продукта. Такой ущерб должен быть минимизирован.
Сущность изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в создании системы и способа для стерилизационной камеры, которые по меньшей мере частично устраняют и уменьшают проблемы уровня техники. Это достигается созданием распылительной охлаждающей системы по п.1 формулы изобретения в стерилизационной камере. Другие варианты выполнения описаны в зависимых п.п. 2-11 формулы изобретения. Способ работы системы по п.1 формулы изобретения описан в п.12 формулы изобретения, а другие варианты выполнения описаны в п.п.13-16 формулы изобретения. Стерилизационная камера, имеющая распылительную охлаждающую систему по п.1 формулы изобретения, раскрыта в п.17 формулы изобретения, и разливочная машина, содержащая распылительную охлаждающую систему, раскрыта в п.18 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже следует подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, которые показывают примеры неограничивающих, предпочтительных в настоящее время вариантов изобретения, на которых:
Фиг.1 - вид сбоку в сечении стерилизационной камеры в разливочной машине по изобретению,
Фиг.2 - вид спереди в сечении стерилизационной камеры по Фиг.1, и
Фиг.3 - детальный вид распылительной форсунки и ее струи по изобретению,
Фиг.4 - разобранный вид форсунки, используемой для осуществления изобретения,
Фиг.5 - вид в сечении форсунки по фиг. 4,
Фиг.6 - второй вид в сечении форсунки, показывающий ее использование для осуществления изобретения, и
Фиг.7 - блок-схема, показывающая подачу воздуха и жидкости для работы форсунок в системе изобретения.
Подробное описание изобретения
Система по изобретению обозначена 100 и может быть увидена в разливочной машине на фиг.1. Детали разливочной машины будут объяснены только вкратце и более подробно, если только они взаимодействуют с системой изобретения.
Система 100 на фиг.1 установлена в разливочной машине такого типа, которая имеет нагревательную стерилизационную камеру 10, в которой перекись водорода, которая используется для стерилизации упаковочного материала, испаряется из полотна 50 упаковочного материала так, что может происходить стерилизация.
Полотно 50 упаковочного материала разматывается из большой бобины (не показано) и покрывается, по меньшей мере, с одной стороны перекисью водорода известным по себе способом. Покрытие перекисью водорода может происходить в неглубокой или в глубокой ванне, посредством напыления на полотно или посредством подачи полотна через ролик, покрытый перекисью водорода, или подобным образом, известным специалисту в данной области.
Покрытое таким образом полотно 50 упаковочного материала направляют затем в стерилизационную камеру 10, которая окружена кожухом 11. Стерилизационная камера 10 содержит ролики 12, 13 для направления полотна 50 назад и вперед в камере 10 вблизи по меньшей мере одной нагревательной рамы 14, см. также фиг.2. В нагревательной раме 14 предусмотрено несколько нагревательных лент, которые обозначены позицией 15 на фиг.1, и эти нагревательные ленты 15 показаны отдельно на фиг.2. На фиг.1 показаны три по существу идентичные нагревательные рамы 14, но может быть установлено большее или меньшее количество рам 14, каждая их которых имеет множество нагревательных лент 15.
Позади стерилизационной камеры 10 (справа на фиг.1) расположен экран 16, который установлен на держатели 17 на небольшом расстоянии от задней стенки кожуха 11 стерилизационной камеры 10. Экран защищает кожух 11 от того, чтобы он становился очень горячим.
Когда полотно 50 упаковочного материала покидает стерилизационную камеру 10, оно направляется дополнительными роликами 21, 22 к последующим рабочим участкам для образования вертикальной тубы и заполнения, герметизации и дополнительной обработки наполненных упаковок известным по себе способом.
В кожухе 11 закреплена, по меньшей мере, одна форсунка 1, 2, которая установлена в его боковой стенке, расположенной справа на фиг.2. Форсунки 1, 2 установлены под направленным вниз углом β, равным примерно 25 градусам, относительно горизонтальной плоскости. Форсунки имеют угол распыления γ около 60 градусов, что означает, что они покрывают угол от 5 градусов вверх до 55 градусов вниз, смотри фиг.3. Струя является относительно тонкой в направлении, перпендикулярном плоскости на фиг.3, так что форсунки 1, 2 производят по существу плоское ("листообразное") распыление. Однако также можно установить форсунки 1, 2 по существу горизонтально. Однако это может потребовать использования большего количества форсунок 1, 2, чтобы покрывать такую же площадь поверхности. В альтернативном варианте выполнения, форсунки могут иметь различные углы распыления так, чтобы они покрывали требуемую площадь. Струи с менее плоской формой пригодны, когда требуется покрывать несколько горячих элементов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
В показанном варианте выполнения одна форсунка 1 расположена на более высоком уровне и возле задней стороны стерилизационной камеры 10 (справа на фиг.1). Таким образом, на верхнюю часть экрана 16 может воздействовать распыление из форсунки 1, и экран может охлаждаться. Экран 1 обычно является самой горячей поверхностью в камере 10. В одном варианте выполнения первая форсунка 1 может быть также выполнена для попадания в нагревательную раму 14, самую близкую к экрану 16, которая обычно представляет собой второй наиболее горячий элемент в камере 10. Другая форсунка 2 может быть расположена на более низком уровне и ближе к середине стерилизационной камеры 10. В этом случае форсунка 2 будет распылять жидкость на среднюю нагревательную раму 14. Для специалиста в данной области техники является очевидным, что возможно использовать большее количество форсунок, и что они могут быть расположены на различных высотах в камере 10 в соответствии с форсунками, показанными на фиг.1 и 2. Другие форсунки могут распылять жидкость, например, на остающиеся нагревательные рамы 14.
Температурный датчик 31 в одном варианте выполнения может быть установлен для измерения температуры внутри стерилизационной камеры 10, смотри фиг.1. Этот датчик может быть соединен с блоком управления 30 через линию 34. Дополнительные датчики также возможны, такие как датчик 32 для измерения концентрации, который соединен с блоком управления 30 через линию 35, и датчик влажности 33, который соединен с блоком управления 30 через линию 36. Выходные значения датчиков используются в качестве обратной связи для системы управления, для управления длительностью и/или временем распыления из форсунок 1, 2.
В форсунки 1, 2 в одном варианте выполнения подается сжатый воздух и жидкость с большой теплотой испарения, такой как вода или перекись водорода, и создается распыление со средним размером капли около 20 мкм. Размер капель из форсунок 1, 2 составляет предпочтительно от 2 мкм до 30 мкм. Возможны различные форсунки, такие как ультразвуковые форсунки или им подобные, и в них не должен подаваться сжатый воздух. Пригодными жидкостями, как упоминалось, являются перекись водорода, вода или их смесь. Смесь перекиси водорода и воды будет стерильной, и будет иметь более низкую концентрацию, чем чистый раствор перекиси водорода, который обычно содержит около 35% перекиси водорода. Также можно использовать конденсированную влагу или конденсированный пар из разливочной машины, который сохраняет свою стерильность до его впрыска форсунками 1, 2. Может быть использована любая жидкость с относительно высокой теплотой испарения, при условии, что она соответствует требованиям по безопасности продукта.
Также возможно изготавливать стерильную жидкость, например, воду, в разливочной машине. Пригодными способами будут фильтрация, обработка ультрафиолетовым излучением или воздействие гамма лучами. Также возможно использовать аналогичные способы, которые известны специалистам в данной области техники.
На фиг.4 показан один подробный пример форсунок 1, 2 в поэлементном изображении, и на фиг.5 показан вид форсунки в сечении. Форсунка содержит основание 101, которое прикреплено к стороне стерилизационной камеры 10, и корпус 102 для вмещения внутренних деталей. Уплотнение 106 расположено между основанием 101 и корпусом 102 для обеспечения герметичного соединения воздуха и воды, и для тепловой изоляции корпуса 102 от стерилизационной камеры 10. Форсунка дополнительно содержит, внутри сборки основание/корпус, воздушный колпачок 103, сопло 104 и прокладку 105.
Воздушный колпачок 103 располагают в отверстии, выполненном с соответствующей формой, в основании 101, причем упомянутое отверстие имеет такую форму, чтобы предотвращать вращение воздушного колпачка 103, и сопло 104 прижимают к воздушному колпачку 103. Прокладку 105 располагают на наружной части сопла 104, и корпус 102 затем устанавливают на основание 101 (с уплотнением 106), удерживая воздушный колпачок 103, сопло 104 и прокладку 105 в плотном соединении давлением.
Корпус 102 дополнительно оборудован воздушным входным отверстием 110, которое ведет к кольцевому каналу 111, который открыт слева на фиг.5. Этот канал 11 сообщается, через отверстия в прокладке 105, с соответствующим кольцеобразным каналом 121 в сопле 104, в свою очередь сообщающимся со сквозными отверстиями 121, по существу проходящими в осевом направлении в сопле 104. Сквозные отверстия 121 сопла открыты в пространство 130 между воздушным колпачком 103 и соплом 104. Давление распыляемого воздуха составляет около 1,5 бар манометрического давления.
Корпус 102 далее оборудован жидкостным/паровым входным отверстием 113 для воды, перекиси водорода, пара или тому подобного. Жидкостное/паровое входное отверстие 113 сообщается с центральным в осевом направлении каналом 114 корпуса 102, причем упомянутый центральный канал 114 в свою очередь сообщается с центральным сквозным отверстием 123 сопла 104 через центр прокладки 105. Центральное сквозное отверстие 123 ведет к конусообразному переходу в маленькую трубку 133, вставленную в центрально расположенное отверстие в воздушном колпачке 103. Центральный в осевом направлении канал 114 также соединен с дренажным отверстием 112 для отвода жидкости и/или пара внутри форсунки.
На фиг.7 показана блок-схема жидкостного соединения для случая, когда в стерилизационной камере 10 установлены четыре форсунки 1, 2, по две на разных сторонах стерилизационной камеры 10. В форсунки подается стерильная вода через первую трубку 200, а стерильный воздух подается через вторую трубку 210. Потоки стерильной воды и воздуха смешиваются на выходе из форсунки 1, 2 где воздух направляется к центральной водяной струе под углом почти в 45 градусов. Это создает сильно распыленный водяной поток, приводящий к очень маленькому размеру капли, как это показано на фиг. 6. Форсунки 1, 2 активируются подачей воздуха (не показано) через линию 230, которая активирует привод 140, который поднимает иглу 141, обе показаны схематически на фиг.5.
В теплообменник 202 подается вода посредством затворного клапана 206 и открывающего клапана 205, который соединен с источником свежей воды (не показано). Избыточная вода сливается в воронку 207, соединенную с дренажом (не показано). Теплообменник 202 опустошается посредством затворного клапана 205 и открывающего клапана 206. Это обычно делается в конце выпуска продукции разливочной машины так, чтобы форсунки 1, 2 могли быть стерилизованы непосредственно в начале следующего выпуска продукции.
Во время стерилизации форсунок 1, 2 высокотемпературный пар подается из входного отверстия 210 и через первую трубку 200 в форсунки 1, 2. Давление пара составляет около 1,7 бар манометрического давления, и температура пара составляет около 130°С. Когда теплообменник опустошен, он не воздействует на пар для форсунок. Пар входит в контакт с внутренней частью форсунок, и убивает все потенциальные бактерии. Весь конденсат во время процесса стерилизации извлекается через дренажное отверстие 112, ведущее к дренажной трубке 220. Дренажная вода удаляется через пароуловитель 220, который позволяет выходить наружу воде, сохраняя пар. Вакуумный выключатель 223 прикреплен в сообщении с пароуловителем 221, чтобы избегать поломки пароуловителя, вызываемого низким давлением, которое возникает, когда дренажный клапан закрыт, и пар конденсируется между клапаном 222 и пароуловителем 221. Термометры (показанные на фиг.7) могут быть установлены по выбору около форсунок, чтобы контролировать, что пар является достаточно горячим для целей стерилизации.
Когда стерилизация паром заканчивается, теплообменник 202 заполнен водой, и пар в теплообменнике немедленно конденсируется и течет к закрытому теперь дренажному клапану 222. Из-за конденсации пара в трубке 200 давление снижается, и больше пара втекает в теплообменник до тех пор, пока первая трубка 200 не будет заполнена водой до водяного уровня теплообменника 202. Теперь система готова к активированию для распыления, охлаждающего стерилизационную камеру 10 во время любых остановок.
Когда разливочная машина должна быть остановлена, воздух для активирования форсунок и стерильный воздух для атомизации активируются почти одновременно. Поток воды приводится в движение давлением пара у входного отверстия 201 и больше воды непрерывно конденсируемой в виде воды, потребляется.
В одном варианте выполнения вода пульсирует в виде коротких импульсов, впрыскиваемых в течение одной секунды, и затем происходит пауза во время одной секунды. Во время паузы воздух для атомизации обычно отключается для улучшения во время последующей паузы впрыска.
Когда разливочная машина находится в установившемся рабочем состоянии для изготовления стерильной упаковки, упаковочный материал 50, несущий тонкую пленку перекиси водорода, нагревается до 85°С. Тепло заставляет испаряться перекись водорода на упаковочном материале, и оно также активирует механизм разрушения перекиси водорода. Из-за постоянного нагревания с использованием нагревательных лент 15, все поверхности стерилизационной камеры 10 являются горячими, например, экран 16, нагревательные рамы 15 и нагревательные ленты 14. При более или менее регулярных интервалах машина может нуждаться в остановке, для того чтобы исправить ошибку или отрегулировать установки, и подача упаковочного материала тогда прерывается. Горячие детали 14, 15, 16 разливочной машины могут тогда передавать тепло упаковочному материалу так, что может возникнуть образование пузырей. Чтобы избегать образования пузырей, струйные форсунки 1, 2 используются для распыления жидкости к горячим внутренним деталям, таким как экран 16 и нагревательные рамы 14 с нагревательными лентами 15, чтобы охлаждать горячие детали и снижать передачу тепла к полотну 50 упаковочного материала.
Жидкость в форме тумана прилипает к внутренним поверхностям стерилизационной камеры 10 и испаряется, и это охлаждает горячие поверхности. Таким образом, можно избегать образования пузырей. Длительность распыления предпочтительно составляет от 10 до 50 секунд. Длительность распыления зависит от температуры стерилизационной камеры 10.
В одном варианте выполнения температура измеряется температурным датчиком 31, и используется для регулирования длительности распыления таким образом, что распыляется только необходимое количество распыляемой жидкости. Эта температура зависит от различных факторов, таких как ширина полотна, время с момента запуска и так далее. Температурный сигнал посылается через линию 34 к блоку управления 30, который в свою очередь управляет форсунками 1, 2. Блок управления 30 может представлять собой стандартную управляющую систему разливочной машины или представлять собой отдельную систему. Также возможно использовать выходные данные от других датчиков, таких как датчик 32 для измерения концентрации и/или датчик влажности 33 в качестве входных данных для регулирования распыляемой жидкости из форсунок 1, 2. Датчик 32 для измерения концентрации может быть использован, если в качестве распыляемой жидкости используется раствор перекиси водорода, и датчик влажности 33 может быть использован, если в качестве распыляемой жидкости используется стерильная вода. Длительность и время распыления может регулироваться блоком управления 30 в ответ на измеренные данные от датчиков 31, 32 и 33.
На фиг.2 показан вариант выполнения, в котором для конденсирующего пара используется конденсатор 5, отмеченный линией А. Конденсированный пар будет по определению становиться стерильной водой, и она направляется через линию В в бак 6 для хранения. Линии 3 и 4 предусмотрены для направления стерильной воды к форсункам 1, 2. Насос (не показан) используется для обеспечения адекватного давления воды для достижения требуемого поведения струи по отношению к водяному потоку, размеру капли, образцу распыла и так далее.
В одном варианте выполнения, который только схематически показан на фиг.7, в стерилизационной камере 10 установлены четыре форсунки, причем на каждой стороне стерилизационной камеры 10 установлены две форсунки. Таким образом, форсунки распыляют жидкость с обеих сторон для быстрого охлаждения горячих деталей в стерилизационной камере.