СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АСЕПТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ПОРЦИЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
METHOD AND DEVICE FOR ASEPTIC FEED OF GREAT AMOUNT OF FLUID PORTIONS

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для подачи отдельных порций текучей среды, чувствительной к микробактериальным агентам, в безопасных асептических условиях.
Уровень техники
Один способ асептической подачи текучей среды, чувствительной к микробактериальным агентам, с помощью разливочного аппарата заключается в хранении текучей среды в контейнере типа «bag-in-box» (BIB) с подающей трубкой, снабженной на выходе асептическим обратным клапаном. Один тип асептического клапана представляет собой так называемый «вязкоупругий» клапан, содержащий корпус, имеющий форму цилиндра или усеченного конуса, при этом в корпусе клапана выполнен внутренний канал, соединенный с одним или несколькими отверстиями для подачи текучей среды. Клапан также содержит также высокоэластичный цилиндр, имеющий внутреннее сечение меньшее, чем сечение корпуса клапана, за счет чего высокоэластичный цилиндр плотно прилегает снаружи к отверстиям для подачи текучей среды и к седлу клапана.
Такой клапан описан, например, в патентных документах US 7243682, US 5836484 или WO 2006/063000. Подачу текучей среды осуществляют с помощью насоса, который оказывает давление на гибкую трубку и находящуюся в трубке текучую среду, и, следовательно, создает давление во внутреннем канале и выходных отверстиях, имеющихся в корпусе клапана. Когда давление текучей среды превышает давление, действующее снаружи клапана, то оно вынуждает эластичный цилиндр отодвигаться от корпуса клапана и выпускных отверстий. При прекращении работы насоса давление снаружи корпуса насоса превышает давление текучей среды, и эластичный цилиндр плотно прижимается в заданном положении к корпусу клапана, предотвращая тем самым обратный поток через клапан. Соответственно, протекание текучей среды допускается только в одном направлении.
Однако в разливочных аппаратах, снабженных таким клапаном, было обнаружено, что в промежутке времени между двумя подачами текучей среды асептическое условие не поддерживается системно. В зависимости от конструкции вязкоупругие клапаны после остановки насоса могут выдерживать определенное противодавление, и может пройти несколько минут, прежде чем давление текучей среды понизится по существу до более низкой величины. По этой причине при соответствующем закрытии клапана его состояние является неопределенным, поскольку он находится слишком близко к положению открытия, чтобы можно было обеспечить полное и надежное его закрытие.
Если в исходном положении клапан открыт и выдает определенное количество текучей среды, уменьшение давления текучей среды приводит к снижению расхода, и при дальнейшем уменьшении расхода возникает ситуация, в которой при достижении клапаном давления, называемого давлением закрытия, расход становится равным нулю. На этом этапе обратный клапан находится в не очень стабильном состоянии: он близок к открытому положению, хотя и закрыт. При этом клапан обычно медленно пропускает несколько капель текучей среды, тем самым возможно ухудшая асептическое состояние (стерильность) оставшейся текучей среды. На этапе закрытия клапана, в случае использования типичного клапана, выполненного с высокоэластичной оболочкой, размещенной поверх твердого седла клапана, оболочка уже прилегает к седлу клапана и находится с ним в контакте. Однако это прилегание не является слишком плотным, что проявляется в нарастании капель текучей среды или их капания из клапана в течение короткого промежутка времени (до одной минуты). По истечении минуты или почти минуты такого капания давление в системе подачи выше по потоку от клапана достигает другой величины, и после этого клапан поддерживает постоянное по времени давление, называемое давлением, которое удерживает клапан. При нахождении в таком состоянии обратный клапан восприимчив к микробному загрязнению. Это наблюдалось, в частности, в таких ситуациях, когда дозировали вязкие текучие среды или текучие среды, содержащие твердые частицы.
Сущность изобретения
Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что предложенные способ подачи текучей среды и соответствующий разливочный аппарат обеспечивают надежное закрытие клапана непосредственно после остановки насоса.
Согласно одному варианту осуществления изобретение относится к способу подачи большого количества порций текучей среды, которая хранится в контейнере, содержащем патрубок и снабженном гибкой подающей трубкой, имеющей входное и выходное отверстия, причем входное отверстие трубки герметично соединено с патрубком контейнера, а выходном отверстии трубки установлен клапан, содержащий
узел подачи, имеющий впускное отверстие для приема текучей среды, вытекающей из выходного отверстия трубки, и внутренний канал, начинающийся на впускном отверстии и заканчивающийся на по меньшей мере одном выпускном отверстии,
и высокоэластичную оболочку, охватывающую узел подачи таким образом, что участок высокоэластичной оболочки перекрывает выпускное отверстие узла подачи, а конец высокоэластичной оболочки, расположенный ниже по потоку, образует выпускное отверстие клапана,
предложенный способ включает две следующие друг за другом стадии:
стадию сжатия, во время которой сжимают первый участок гибкой подающей трубки, в результате чего текучая среда подвергается сжатию и нагнетается вниз по потоку через внутренний канал узла подачи клапана, затем находящаяся под действием сжатия текучая среда отодвигает высокоэластичной оболочку от выходного отверстия узла подачи и может протекать между высокоэластичной оболочкой и узлом подачи и выходить через выпускное отверстие клапана; стадию окончания сжатия;
при этом способ включает в себя дополнительную стадию, осуществляемую после окончания стадии сжатия, во время которой сбрасывают давление на участке трубки между первым участком трубки и клапаном.
Предпочтительно при проведении дополнительной стадии давление на участке между первым участком трубки и клапаном составляет менее 0,068 атм.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения стадия сжатия осуществляется посредством вращения ротора перистальтического насоса. В этом варианте осуществления стадия сброса давления может заключаться во вращении ротора перистальтического насоса в направлении противоположном направлению вращения для сжатия.
Дополнительная стадия может также включать в себя осуществление кратковременного сжатия второго участка трубки, распложенного по потоку ниже первого участка трубки. Предпочтительно кратковременное сжатие создает усилие, достаточное, чтобы освободить от текучей среды участок трубки, расположенный между вторым участком трубки и клапаном. Во время проведения этой дополнительной стадии кратковременного сжатия усилие может быть создано менее чем за одну секунду. Такое сжатие может быть достигнуто с помощью пережимного клапана.
Последнюю стадию сброса давления осуществляют по окончанию стадии сжатия трубки, предпочтительно менее чем через одну секунду после окончания стадии сжатия.
Способ согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения используют для подачи текучих сред, имеющих вязкость менее 0,1 Па·с (100 сПз). В настоящем изобретении приведены величины вязкости, измеренные при температуре окружающей среды, т.е. 21°С.
Способ согласно настоящему изобретению может быть, в частности, использован для подачи текучих сред, содержащих твердые частицы. Предпочтительно эти твердые частицы имеют размеры не более 200 мкм.
Согласно другому варианту осуществления изобретение относится к устройству для подачи большого количества порций текучей среды, содержащейся в контейнере, снабженным патрубком и подающей трубкой, имеющей входное и выходное отверстия, причем входное отверстие трубки герметично соединено с патрубком, а в выходном отверстии трубки установлен клапан, содержащий
узел подачи, имеющий впускное отверстие для приема текучей среды, вытекающей из выходного отверстия трубки, и внутренний канал, начинающийся на впускном отверстии и заканчивающийся на по меньшей мере одном выпускном отверстии,
и высокоэластичную оболочку, охватывающую узел подачи таким образом, что участок высокоэластичной оболочки перекрывает выпускное отверстие узла подачи, а конец высокоэластичной оболочки, расположенный ниже по потоку, образует выпускное отверстие клапана;
при этом устройство содержит
насос для сжатия первого участка трубки, а также средство сброса давления на участке трубки между первым участком трубки и клапаном.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения насос представляет собой перистальтический насос.
Средством сброса давления в трубке может быть средство сжатия, которое подвергает кратковременному сжатию второй участок трубки, расположенный по потоку ниже первого участка трубки. Таким средством сжатия может быть пережимной элемент. Предпочтительно устройство содержит контроллер, настроенный для согласования последовательного перемещения указанного пережимного элемента и насоса.
При использовании перистальтического насоса средством, обеспечивающим сброс давления в трубке, может быть контроллер, настроенный на непрерывный контроль направления вращения ротора перистальтического насоса.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретение относится к машине для приготовления напитков, содержащей устройство для подачи большого количества порций концентрированного ингредиента напитка, такое, как описано выше, а также контур подачи разбавителя и камеру для разбавления концентрата, предназначенную для смешивания с разбавителем по меньшей мере части концентрированного ингредиента напитка, дозируемого посредством подачи большого количества порций.
Машина для приготовления напитков может также содержать средства для вспенивания смеси концентрированного ингредиента напитка и разбавителя. Эти средства могут быть встроены в камеру для разбавления концентрата или могут быть отделены от последней.
Машина может быть использована для подачи, например, жидкого концентрированного ингредиента напитка, например, концентрата ингредиента на основе молока и концентрата ингредиента на основе какао.
Дополнительные особенности и преимущества, помимо раскрытых здесь, будут очевидны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана машина для приготовления напитков согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2а и 2b показана работа клапана, используемого в настоящем изобретении.
На фиг.3а, 3b и 3с показано устройство для подачи большого количества порций текучей среды на каждой из трех стадий, осуществляемых в процессе подачи текучей среды.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана машина 7 для приготовления напитка, включающая в себя устройство 14 для асептической подачи большого количества порций текучей среды согласно изобретению.
Машина 7 для приготовления напитков содержит также контур для подачи разбавителя, включающий в себя емкость 8 с разбавителем и насос 9. Обычно разбавителем 12 является вода. Указанный контур может также содержать нагреватель разбавителя (не показан). Контур подачи разбавителя обеспечивает подачу разбавителя в камеру 10 для разбавления концентрата, в которую подают также концентрированный ингредиент напитка. Камеру 10 для разбавления концентрата обычно применяют для улучшения смешения разбавителя 12 и концентрата с тем, чтобы выполнить эффективное разбавление концентрированного ингредиента напитка. Это может быть также достигнуто за счет определенной ориентации струи разбавителя внутри камеры для разбавления концентрата.
Концентрированный ингредиент напитка подают в камеру 10 для разбавления концентрата с помощью устройства 14 для подачи большого количества порций текучей среды. Устройство содержит корпус 15, в котором размещен контейнер 1 для хранения и подачи концентрированного ингредиента напитка. Контейнер предпочтительно представляет собой гибкий контейнер, который может быть по усмотрению размещен в жесткой оболочке, наподобие системы «bag-in-box» (BIB). Контейнер содержит патрубок 2, к которому герметично присоединена гибкая дозирующая трубка 3, имеющая входное и выходное отверстия. Гибкая дозирующая трубка 3 выполнена из материала, который может быть сжат. В выходном отверстии трубки установлен обратный клапан 4.
Устройство 14 для подачи большого количества порций текучей среды может выдавать некоторое количество текучей среды из эластичного контейнера в дискретные моменты времени, сохраняя в то же время остальную текучую среду в эластичном контейнере в асептических условиях. Устройство 14 содержит насос 6, служащий для периодического сжатия первого участка 31 трубки с целью подачи нескольких порций текучей среды, после чего ее подача прекращается. Насос предпочтительно представляет собой перистальтический насос. Во время стадии сжатия текучая среда подвергается сжатию и побуждается к перемещению в трубке вниз по потоку, затем она проходит через клапан 4, а при остановке насоса течение текучей среды в трубке и через клапан прекращается. Тем не менее, перистальтический насос поддерживает остаточное давление в трубке 3, которое препятствует эффективному закрытию клапана.
Устройство 14 для подачи большого количества порций текучей среды содержит также средство 5 сжатия, служащее для кратковременного сжатия второго участка 32 трубки, расположенного по потоку ниже первого участка 31 трубки. Предпочтительно такой пережимной элемент пережимает трубку в течение менее 1 секунды, еще более предпочтительно менее 0,5 сек. Предпочтительно средство сжатия представляет собой пережимной элемент, который может линейно перемещаться вперед и назад для пережима трубки. Линейно перемещающиеся средства сжатия являются предпочтительными, поскольку они могут прикладывать к трубке большое усилие сжатия в короткий промежуток времени. Такое сжатие проталкивает некоторое количество текучей среды, находящейся внутри трубки, через обратный клапан, и давление текучей среды в трубке после сжатия значительно снижается до величины, меньшей, чем давление в конце рассмотренной стадии сжатия, и много меньшей величины давления закрытия клапана и удерживаемого клапаном давления. Таким образом, внутри трубки поддерживается остаточное давление текучей среды меньшее величины давления закрытия клапана и давления, удерживаемого клапаном, что гарантирует асептическое закрытие клапана. Машина 7 предпочтительно содержит блок 16 управления для координирования взаимосвязанных действий насоса 6 и средства 5 сжатия. Стадия сброса давления может быть также осуществлена путем реверса вращающегося элемента перистальтического насоса в направлении, противоположном направлению вращения для нагнетания.
Машина 7 для приготовления напитков также содержит устройство 11 для вспенивания смеси концентрированного ингредиента напитка и разбавителя, такое как взбиватель, расположенный по потоку ниже камеры 10 для разбавления концентрата. Указанное устройство 11 для вспенивания может быть также встроено внутри камеры 10 для разбавления концентрата. Оно может представлять собой устройство для инжектирования водяного пара или воздуха.
Наконец, машина 7 для приготовления напитков обычно содержит зону 17 подачи напитка, в которой напиток подают в чашку 13.
Далее со ссылкой на фиг.2а и 2b более подробно описан клапан, который используют в устройстве согласно настоящему изобретению. Клапан 4 содержит узел подачи 41, имеющий впускное отверстие 42, к которому подсоединена гибкая трубка 3 контейнера для подачи текучей среды, вытекающей из выходного отверстия трубки. Впускное отверстие 42 открыто во внутренний канал 43, начинающийся на впускном отверстии и заканчивающийся на по меньшей мере одном выпускном отверстии 44. Клапан содержит высокоэластичную оболочку 45, охватывающую узел 41 подачи таким образом, что участок этой оболочки перекрывает выпускные отверстия 44 узла подачи.
На фиг.2а показан клапан в закрытом положении, т.е. когда насос 6 или средство 5 сжатия не создают давления текучей среды в канале 43. В этом положении высокоэластичная оболочка 45 герметично закрывает выходные отверстия 44 узла подачи.
На фиг.2b показан клапан в открытом положении, т.е. когда насос 6 или средство 5 сжатия создают давление текучей среды в канале 43, достаточное для того, чтобы текучая среда отодвинула высокоэластичную оболочку 45 от выходных отверстий 44 узла подачи. В результате текучая среда может вытекать через выпускные отверстия 44 узла подачи и, пройдя между высокоэластичной оболочкой 45 и узлом 41 подачи, выходить наружу через выпускное отверстие 46 клапана. Предпочтительно высокоэластичная оболочка 45 содержит выступ 48, который сопрягается с углублением 47 в наружной части узла 41 подачи, не позволяя этой оболочке 45 скользить вдоль узла 41 подачи.
На фиг.3а-3с показано устройство 14 для подачи большого количества порций текучей среды на каждой из трех стадий, осуществляемых в процессе подачи текучей среды. Насос представляет собой перистальтический насос, содержащий неподвижный элемент 62, на который направляют гибкую трубку, и подвижный элемент 61, способный вращаться и прижимать первый участок 31 гибкой трубки к фиксирующему его положение неподвижному элементу 62.
На фиг.3а подвижный элемент 61 вращается. В результате текучая среда внутри - гибкой трубки 3 подвергается сжатию и побуждается к перемещению вниз по потоку внутри клапана 4, который открывается под действием усилия, созданного находящейся под давлением текучей средой.
При проведении этой стадии сжимающий элемент 5 остается незадействованным.
На фиг.3b вращение подвижного элемента 61 прекращается, а сжимающий элемент 5 непосредственно приводится в действие и сжимает текучую среду внутри второго расположенного ниже по потоку участка 32 трубки. После этого текучая среда, находящаяся внутри этого участка, быстро перемещается вниз по потоку, оказывая давление на всю текучую среду, находящуюся между вторым участком и клапаном, и открывая за счет этого клапан 4. Предпочтительно сжимающий элемент приводится в действие в течение менее 1 секунды после остановки насоса, еще более предпочтительно - в течение менее 0,5 сек.
На фиг.3с насос 6 все еще не приведен в действие, в то же время сжимающий элемент 5 переведен в нерабочее положение, в результате чего второй участок 32 трубки, расположенный ниже по потоку, разжимается и вновь заполняется текучей средой, протекающей из участка, расположенного выше по потоку. При этом конечное давление, действующее внутри той части трубки, которая находится по потоку ниже второго участка 32, имеет низкую величину, предпочтительно в интервале от 0 до 0,068 атм, вполне подходящую для того, чтобы высокоэластичная оболочка 45, перекрывающая выходные отверстия 44, была полностью к ним прижата. Материал гибкой трубки может быть выбран таким, чтобы деформированная трубка сама действовала как заслонка и медленно разжималась.
Преимущество настоящего изобретения заключается в улучшении асептических условий подачи текучей среды. Клапан закрывается непосредственно после прекращения работы насоса. При этом после прекращения работы насоса никакого капания не происходит.
Преимущество настоящего изобретения состоит также в том, что оно может быть использовано в уже существующих асептических разливных автоматах, снабженных вязкоупругим клапаном для улучшения асептической подачи текучей среды.
Следует понимать, что для специалистов в данной области техники будут очевидны различные изменения и модификации по отношению к описанным здесь предпочтительным вариантам осуществления. Такие изменения и модификации могут быть осуществлены без выхода за пределы объема и сущности настоящего изобретения и без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагается, что эти изменения и модификации будут охватываться приложенными пунктами формулы изобретения.