СИСТЕМА ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ЖЁСТКИХ КОНТЕЙНЕРОВ
PLASMA TREATMENT SYSTEM FOR RIGID CONTAINERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе плазменной обработки. В частности, настоящее изобретение относится к системе плазменной обработки жестких контейнеров и способу использования упомянутой системы плазменной обработки для стерилизации внутренней поверхности и/или содержимого упомянутых жестких контейнеров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует множество известных технологий стерилизации, однако многим из них присущи такие недостатки, как плохая эффективность стерилизации и необходимость наличия дорогих и сложных устройств.
Изначально, мы ссылаемся на патент WO 2011/055113, который включен в настоящее описание в качестве ссылки. Это предыдущая заявка заявителя настоящего изобретения, однако она относится к системе, подходящей исключительно для эластичной упаковки.
В патенте US 4,834,948 раскрыт стандартный генератор озона на основе газового разряда барьерного типа (ГРБ) с коаксиальными электродами. Однако, раскрываемое в этом патенте устройство не может производить озон внутри герметичного контейнера. Изобретение, раскрываемое в этом патенте, направлено на добавление озона в газовый поток, подаваемый по трубе.
В пат. заявке JP 2009218083 представлено радиочастотное устройство, работающее на очень высокой частоте (МГц-ГГц) и, опять же, не способное вырабатывать озон внутри заранее герметизированного контейнера.
В пат. заявке ЕР 1941912 А1 снова представлен совершенно иной тип устройства, использующего для стерилизации сочетание УФ- и ИК-излучения, а также электронную бомбардировку, а не химические вещества, такие как озон.
В пат. заявке US 20110123690 А1 также представлено совершенно не связанное устройство, которое использует традиционный термический способ стерилизации герметичных контейнеров.
Патент US 7,892,611 В2 относится к сфере плазменной обработки на основе ГРБ, которое однако не способно обрабатывать герметичные контейнеры с внешней стороны, т.к. для работы электрода необходимо поместить его внутрь контейнера.
Задачей по меньшей мере одного аспекта настоящего изобретения является устранить или уменьшить влияние по меньшей мере одной или более вышеупомянутых проблем.
Дополнительно, задачей по меньшей мере одного аспекта настоящего изобретения является предоставление улучшенного стерилизационного устройства для жестких контейнеров.
Дополнительно, задачей по меньшей мере одного аспекта настоящего изобретения является предоставление улучшенного способа стерилизации жестких контейнеров.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается стерилизационное устройство, содержащее:
резервуар, который может заполняться эластичным изолирующим материалом или жидкостью;
внутри резервуара расположен эластичный канал или выемка, причем выемка включает в себя жидкостную деформацию изолирующего материала в соответствии с формой обрабатываемого контейнера, и проходит, по меньшей мере частично, через герметичный резервуар, формируя таким образом отверстие, через которое контейнер, подлежащий стерилизации, может вводиться и помещаться внутрь;
группу электродов, расположенных вокруг эластичного канала или выемки, через которые может подаваться переменный ток высокого напряжения;
в котором, в процессе работы, эластичный канал или выемка способен оказывать давление на стерилизуемый контейнер путем увеличения давления в эластичном изоляционном материале или жидкости, и при подаче переменного тока высокого напряжения на группу электродов, в стерилизуемом контейнере образуется плазма.
Таким образом, настоящее изобретение относится к стерилизационному устройству, способному стерилизовать среду в закрытом контейнере с помощью технологии возбуждения плазмы. Стерилизационное устройство может использоваться для стерилизации различных материалов, помещенных в герметичный контейнер, таких как: материалы растительного происхождения, продукты питания, материалы животного происхождения, предметы, используемые в медицине или офтальмологии, а также фармацевтическая или косметическая продукция. Стерилизация в настоящей заявке также включает в себя обеззараживание и, таким образом, означает уменьшение количества жизнеспособных микроорганизмов, например, в 100 или 100000 раз.
Плазма будет создавать внутри контейнера активные частицы высокой энергии, такие как озон, гидроксильные радикалы, метаустойчивые частицы и т.п. Эти частицы затем стерилизуют все имеющиеся поверхности внутри герметичного контейнера.
Предпочтительно, чтобы контейнер, подлежащий стерилизации, был жестким контейнером, т.к. это позволяет обеспечить герметичный и плотный контакт с поверхностью эластичного канала или выемки при создании давления и воздействия на стерилизуемого контейнера. Таким образом, настоящее изобретение относится к стерилизационному устройству, способному обрабатывать и стерилизовать жесткие контейнеры, сделанные из твердого стекла или пластика, например: банки, бутылки, ампулы для лекарственных препаратов, наполненные шприцы с воздушными промежутками и т.п.
Резервуар может быть герметичным и, предпочтительно, может быть выполнен в форме герметичного ящика.
Резервуар может быть заполнен любым подходящим типом изолирующей жидкости, такой как кремнийорганическое масло или масло для высоковольтных трансформаторов.
Канал или выемка может проходить в основном через центр герметичного держателя - с одной стороны до другой. Проходное отверстие или выемка обеспечивает проем, в который помещаются контейнеры, подлежащие стерилизации.
Канал или выемка может быть выполнен из эластичного материала и/или изолирующего материала, такого как силикон или Viton (зарегистрированная торговая марка). Канал или выемка может функционировать в качестве эластичной изолирующей мембраны, при увеличении давления изолирующей жидкости в которой, канал или выемка оказывает давление на подлежащий стерилизации контейнер. Изолирующая жидкость окружает внешнюю поверхность проходного отверстия или выемки. Это устраняет любые воздушные зазоры между эластичной изолирующей мембраной, образующей канал или выемку, и подлежащим стерилизации контейнером.
Высоковольтные электроды могут быть расположены смежно и прилегать к материалу, формирующему проходное отверстие или выемку, также возможно чередование положительной и отрицательной полярности. Высоковольтные электроды могут задействоваться от электрической цепи. Высоковольтные электроды могут менять свое положение, по мере расширения или сокращения эластичной изолирующей мембраны, образующей канал или выемку.
К резервуару может подключаться устройство, которое может использоваться для увеличения давления изолирующей жидкости, содержащейся в резервуаре. В данном конкретном варианте осуществления, поршень, например, в форме шприца, может использоваться для сжатия изолирующей жидкости, оказывая таким образом силовое воздействие через эластичный материал, образующий канал или выемку, на контейнер, подлежащий стерилизации.
В процессе работы, обрабатываемый контейнер помещается в эластичный канал или выемку. После этого давление изолирующей жидкости увеличивается и, в результате, эластичный канал или выемка оказывает сильное давление на контейнер, при этом электроды остаются в соприкосновении с контейнером. К внешней поверхности контейнера прилагается равномерное давление (примерно 0,1-1 бар), что исключает наличие воздуха между эластичной мембраной канала или выемки, и поверхностью стерилизуемого контейнера.
Переменный ток высокого напряжения (действующее значение напряжения ~5-20 кВ, 1-50 кГц) может подаваться на электроды, которые разлагают газ в герметичном контейнере, формируя на его стенках плазму. Плазма генерирует внутри герметичного контейнера химически активные частицы, такие как кислородные и гидроксильные радикалы, озон, азотные метаустойчивые частицы. Эти частицы могут производить различный эффект - от обеззараживания или стерилизации содержимого бутылки или банки, либо их внутренних поверхностей, до уничтожения нежелательных органических растворителей.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ стерилизации с помощью устройства, содержащего:
резервуар, который может заполняться эластичным изолирующим материалом или жидкостью;
внутри резервуара расположен эластичный канал или выемка, причем выемка включает в себя жидкостную деформацию изолирующего материала, соответствующую форме обрабатываемого контейнера, распространяющуюся по меньшей мере частично в пределах герметичного резервуара, таким образом образуя отверстие, через которое стерилизуемый контейнер может помещаться внутрь;
группу электродов, расположенных вокруг эластичного канала или выемки, через которые может подаваться переменный ток высокого напряжения;
в котором, при использовании, эластичный канал или выемка способны оказывать давление на стерилизуемый контейнер за счет увеличения давления в эластичном изоляционном материале или жидкости, и при подаче переменного тока высокого напряжения на группу электродов в стерилизуемом контейнере образуется плазма.
Стерилизационный аппарат может быть таким, как определено в первом аспекте.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предлагается стерилизационное устройство, содержащее:
резервуар, который может заполняться эластичным изолирующим материалом или жидкостью;
внутри резервуара расположен эластичный канал или выемка, проходящая, по меньшей мере частично, через герметичный резервуар, таким образом образуя отверстие, через которое стерилизуемый контейнер может помещаться внутрь, при этом контейнер, по меньшей мере частично, заполнен электропроводным материалом;
два электрода вокруг эластичного канала, на которые может подаваться переменный ток высокого напряжения, при этом нижний электрод полностью охватывает проходное отверстие и, таким образом, любой помещаемый в канал контейнер;
в процессе работы, эластичный канал может прижиматься к контейнеру, подлежащему стерилизации, посредством увеличения давления в эластичном изоляционном материале или жидкости;
При подаче переменного тока высокого напряжения на пару электродов, большое пространство между нижним электродом и электропроводным содержимым контейнера приводит к образованию эффективной емкостной связи между содержимым контейнера и нижним электродом. Затем напряжение возбуждения почти в полном объеме возникает между электропроводным содержимым контейнера и верхним электродом, в результате чего внутри контейнера между электропроводным содержимым контейнера и стенками контейнера генерируется плазма.
Таким образом, данная система может использоваться только с контейнерами, заполненными электропроводными жидкостями, например, большинством видов продуктов питания и водных растворов, но не сухими материалами или маслами. В частности, ее удобно использовать в случае, если в контейнере очень мало свободного пространства, т.к. при малом рабочем напряжении может быть достигнута гораздо большая удельная мощность.
В качестве электропроводного материала может выступать, например, влажная пища или напиток, или водный раствор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны только на примерах со ссылками на сопроводительные чертежи.
Фиг. 1 представляет стерилизационное устройство в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, где давление жидкости, окружающей контейнер, подлежащий обработке, понижено.
Фиг. 2 представляет устройство, показанное на фиг. 1, где жидкость, окружающая контейнер, находится под давлением.
Фиг. 3 представляет вид стерилизационного устройства в соответствии с дополнительным примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет устройство, показанное на фиг. 3, на котором контейнер помещается внутрь стерилизационного устройства.
Фиг. 5 представляет вид стерилизационного устройства, показанного на фигурах 3 и 4, в процессе работы.
Фиг. 6а представляет дополнительный примера осуществления настоящего изобретения, показывающее стерилизационное устройство, в которое помещается заполненный контейнер,
Фиг. 6b показывает работу электрической части стерилизационного устройства, изображенного на фиг. 6а.
Фигуры 6с и 6d показывают заполненный контейнер, изображенный на фиг. 6а, который помещен в стерилизационное устройство, при этом на фиг. 6d изображена емкостная связь, возникающая между содержимым контейнера и высоковольтным источником питания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Строго говоря, настоящим изобретением предлагается устройство, способное производить электрический разряд (т.е. плазму) внутри закрытого, жесткого контейнера, например, бутылки или банки. Плазма формирует внутри контейнера быстрые активные частицы, такие как озон, гидроксильные радикалы, метаустойчивые частицы и т.п. Эти частицы затем стерилизуют или обеззараживают все поверхности и объем газа внутри герметичного контейнера.
Настоящее изобретение относится к стерилизационному устройству, способному обрабатывать и стерилизовать жесткие контейнеры, сделанные из твердого стекла, и контейнеры из пластика, например: банки, бутылки, ампулы для лекарственных препаратов, наполненные шприцы с воздушными промежутками и т.п.
На фиг. 1 представлено стерилизационное устройство в соответствии с настоящим изобретением, как правило, обозначенным поз. 100. На ней показан герметичный ящик 110, заполненный изолирующим жидким материалом 112, например, кремнийорганическим маслом или маслом для высоковольтных трансформаторов. Внутри герметичного ящика 110 находится контейнер 114, подлежащий стерилизации. На фиг. 1 показан канал 116, проходящий, в основном, через центр герметичного ящика 110. Канал 116 обеспечивает проем, в который помещаются контейнеры 114, подлежащие стерилизации.
Канал 116 может быть выполнен из эластичного материала и/или изолирующего материала, такого как силикон или Viton (зарегистрированная торговая марка). Таким образом, канал 116 действует как эластичная изолирующая мембрана. Смежно с материалом, образующим проходное отверстие 116, и прилегая к нему, расположены высоковольтные электроды с положительной 118 и отрицательной 120 полярностью. Высоковольтные электроды 118, 120 задействуются от электрической цепи, как правило, обозначенной как 122.
На фиг. 1 также показан поршень и цилиндр 124. На фиг. 1 поршень 124 представлен в удлиненной форме и предназначен для снижения давления жидкости 112 в отверстии 126 герметичного ящика 110. К гибкому проходному отверстию 116 прижаты высоковольтные электроды 118, 120, которые выжимаются наружу атмосферным давлением когда давление в изолирующей жидкости 112 уменьшается с помощью поршня 124.
В процессе работы, обрабатываемый контейнер 114 помещается в эластичный канал 116, как показано на виде 200. После этого надавливают на поршень 124, в результате чего эластичный канал 116 плотно прижимается к контейнеру 114, при этом электроды 118,120 остаются в конаткте с контейнером 114. Таким образом, давление в изолирующей жидкости 112 увеличивается. При этом к внешней поверхности контейнера 114 прилагается равномерное давление (примерно 0,1-1 бар), что исключает наличие воздуха между эластичной мембраной канала 116, и поверхностью стерилизуемого контейнера 114.
Переменный ток высокого напряжения (действующее значение напряжения ~5-20 кВ, 1-50 кГц) может подаваться на электроды 118, 120, как показано на изображении, которые разлагают газ в герметичном контейнере 114, формируя на его стенках плазму. Плазма генерирует внутри герметичного контейнера 114 химически активные частицы, такие как кислородные и гидроксильные радикалы, озон, азотные метаустойчивые частицы. Эти частицы могут производить различный эффект - от обеззараживания или стерилизации содержимого бутылки или банки, либо их внутренних поверхностей, до уничтожения нежелательных органических растворителей. Сигнал, возбуждающий плазму, может модулироваться с различной амплитудой и продолжительностью с целью получения нужных химических составов.
После обработки и стерилизации внутреннего пространства герметичного контейнера 114 с помощью плазмы, давление жидкости 112 сбрасывается путем возврата поршня в его начальное положение, как показано на фиг. 1.
Контейнер 114, который теперь стерилизован, может быть извлечен; теперь он содержит активные частицы, которые продолжают стерилизовать его внутреннюю поверхность. Со временем (несколько минут или несколько часов в зависимости от температуры и содержимого контейнера) эти частицы распадаются, оставляя контейнер 114 стерилизованным и без токсических остатков.
В случае, если контейнер 114 содержит водный раствор, сформированный внутри контейнера 114 озон растворится в жидкости и, таким образом, стерилизует ее. Скорость растворения озона в жидкости может быть увеличена путем встряхивания контейнера, либо применения к нему ультразвука.
На фиг. 3 показан дополнительный пример осуществления, содержащий кольцеобразное устройство 200 в форме цилиндрической трубки с толстыми стенками, сделанными из изолирующего, упругого материала, например, из силиконового каучука. Жидкость 210 находится внутри контейнера 200. На фиг. 3 контейнер 200, наполненный материалом, готов к установке в отверстие кольцеобразного устройства 200.
В стенки кольцеобразного устройства, как показано на фиг. 4 и 5, впрессованы множество гибких емкостных электродов 214, 216, 218, 220. Каждый электрод 214, 216, 218, 220 выполнен в форме круга с отверстием посередине.
Гибкие электроды 214, 216, 218, 220 выполнены из электропроводного варианта того же упругого материала, что и трубка, и полностью заключены в изолирующий материал трубки. Электроды различной полярности подключены к источнику переменного тока высокого напряжения (действующее значение напряжения 5-20 кВ, 1-50 кГц, с формированием импульсов).
Как показано на фиг. 5, в процессе работы обрабатываемый контейнер 210 помещается в отверстие в центре кольцеобразного устройства 200. На верхнюю поверхность трубки подается давление, сдавливая ее вертикально и заставляя расширяться горизонтально, тем самым сжимая контейнер 200. Упругая трубка сконструирована таким образом, чтобы весь воздух между отверстием трубки и контейнером выталкивался (возможно наличие с наружной стороны ограничительного кольца или трубки). После этого на электроды подается высокочастотный сигнал высокого напряжения, как и ранее, разлагая воздух внутри контейнера 200. Таким образом, настоящее изобретение относится к системе, генерирующей электрический разряд внутри жесткого изолирующего контейнера с использованием исключительно внешних электродов. Жесткий контейнер может помещаться внутрь системы таким образом, чтобы электроды находились в непосредственной близости к стенкам контейнера. Изолирующий материал полностью заполняет все промежутки между электронами и контейнером, а также все промежутки между электродами.
На электроды с разной полярностью подается переменный ток высокого напряжения (синусоидальный импульс), который генерирует сильное электрическое поле. В местах соприкосновения электрического поля с газом внутри контейнера формируется электрический разряд или плазма, генерируя озон и другие активные частицы.
На фиг. 6а показан заполненный контейнер 300, помещаемый в стерилизационное устройство 310. На фиг. 6с электроды выполнены из гибкого, высокоэластичного материала. Система с жидким изолятором (аналогичная показанной на фиг. 1 патента) также работоспособна.
Жесткий контейнер 300 устанавливается в проходное отверстие или выемку, и, как и ранее, к верхней части эластичного материала прикладывается давление. В результате этого весь воздух вокруг контейнера выталкивается по мере приобретения эластичным материалом формы контейнера. На электроды А и В подается электрический ток высокого напряжения и высокой частоты (действующее значение напряжения 3-15 кВ, 1-50 кГц). Возможно заземление электрода В, однако он также может иметь фазу, противоположную электроду А. В связи с относительно высокой емкостью между электродом В и содержимым контейнера, имеет место тесное электрическое взаимодействие между ними, с небольшим снижением напряжения на стенках контейнера. Таким образом, между электродом А и содержимым контейнера присутствует большое электрическое поле, заставляющее газ в контейнере формировать плазму. Данная система имеет преимущество перед системами, показанными на фигурах 1-5, позволяющее ей работать с более низким напряжением возбуждения.
Если контейнер заполняется полностью, электрод А может отсутствовать в эластичном материале, и, вместо этого, использовать электрод, соприкасающийся с крышкой, или саму крышку (если она выполнена из электропроводного материала). В таком случае, для целей безопасности, электрод А, вероятно, будет заземлен, а электрод В подключен к питанию.
Устройство, представленное в рамках настоящего изобретения, может использоваться для различных стерилизационных задач:
1). Медицина
Окончательная стерилизация чувствительных к температуре лекарственных препаратов (в частности, радиоактивных препаратов, таких как изотопные маркеры для ПЭТ), в случае, если для стерилизации традиционными способами недостаточно времени в связи с коротким периодом полураспада радиоактивных элементов.
2). Промышленность
Стерилизация бутылок и банок перед их заполнением - актуально для сфер производства продуктов питания, напитков и косметики; а также
3). Продукты питания
Стерилизация или обеззараживание наружной поверхности пищи герметично закрытых бутылок или банок.
В то время, как конкретные варианты исполнения настоящего изобретения были описаны выше, желательно, чтобы отклонения от вышеописанных вариантов исполнения находились в пределах объема настоящего изобретения. Например, может использоваться любая подходящая форма устройства, и любой тип гибкого проходного отверстия, которое упирается в жесткий контейнер, подлежащий стерилизации. Кроме того, может использоваться любой способ генерации плазмы. Устройство, предлагаемое настоящим изобретением, также может использоваться для любых задач, требующих стерилизации.