СПОСОБ УКУПОРИВАНИЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПРОСТРАНСТВА НАД ПРОДУКТОМ
CAPPING UNDER PRESSURE FOR MODIFICATION OF SPACE ABOVE PRODUCT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится в целом к способу облегчения емкостей посредством изменения давления в пространстве над продуктом и к контейнеру, который предполагает использование данного способа. Изменение давления может быть осуществлено или во время герметизации емкости, или после герметизации емкости. Данное изменение пространства над продуктом может быть достигнуто посредством наполнения емкости жидкостью, изоляции содержимой емкости от загрязнения, вызываемого наружным воздухом, и регулирования давления в пространстве над продуктом или во время процесса укупоривания, или после укупоривания или герметизации емкости. Процесс изменения пространства над продуктом приводит к увеличению объема содержимого в емкости, в результате чего увеличивается внутреннее давление в емкости. Данное действие, в свою очередь, может обеспечить вытеснение жидкости, находящейся под пространством над продуктом в верхней зоне горловины, вниз перед укупориванием или после укупоривания емкости, обеспечивая повышенную способность емкости выдерживать нагрузку, действующую сверху. Кроме того, данное изобретение может относиться к подвергаемым горячему розливу и пастеризованным продуктам, упакованным в отвержденные при нагревании, полиэфирные емкости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Большинство производственных предприятий ищут пути уменьшения затрат, поскольку незначительное снижение себестоимости каждого отдельной емкости для упаковщика пищевых продуктов или напитков быстро дает огромную экономию вследствие большого количества емкостей, подвергаемых обработке. Использование облегченных емкостей или уменьшение затрат на энергию и другие ресурсы, поставляемые централизованными сетями, представляют собой хорошие способы экономии.
Тем не менее, облегченные емкости для негазированных продуктов могут сплющиваться при штабелировании, если не будут выполнены особые требования к погрузочно-разгрузочным работам и транспортировке. Одним типовым способом, используемым для увеличения способности выдерживать вес при штабелировании, или сопротивления нагрузке, действующей сверху, для емкостей, заполняемых методом холодного розлива, является дозированная подача в емкость жидкого азота перед укупориванием. При дозированной подаче в емкость жидкий азот создает некоторое внутреннее давление, которое позволяет укладывать емкость в штабель высотой в несколько паллет. Газообразный азот представляет собой одно средство, используемое в отрасли по производству продовольствия и напитков для вытеснения кислорода из продуктов и увеличения срока годности при хранении.
Однако поскольку азот рассеивается сразу же после введения под давлением, процесс регулирования точного дозирования ограничен. Некоторая часть азота улетучится перед укупориванием, что делает процесс неточным с точки зрения полного контроля герметизации. Кроме того, системы транспортировки и подачи азота могут быть дорогостоящими и опасными.
Потребление азота может быть уменьшено на целых 80% посредством использования системы дозирования жидкого азота вместо туннелей для газообразного азота, но вследствие того, что укупоривание емкости происходит при давлении окружающей среды за точное время укупоривания, в обеих системах получающаяся в результате величина давления снижается. Непосредственно в момент укупоривания величина давления может быть равна только давлению окружающей среды. После укупоривания имеет место последующее повышение внутреннего давления, поскольку азот продолжает расширяться, но не может выйти из герметичной емкости. Тем не менее, поскольку азот дозированно подается перед укупориванием, перед укупориванием имеет место потеря некоторой части дозы азота, величина которой изменяется в зависимости от множества факторов. Это делает процесс неточным с точки зрения точного определения дозы в емкости после укупоривания. Обычно это всегда будет величина, которая будет меньше дозы, введенной в открытая емкость перед укупориванием.
Поскольку воздух по объему состоит из 78% азота, азот имеется в избытке. Жидкий азот имеет температуру кипения, составляющую -320°F (-196°С) при атмосферном давлении. Транспортировка и подача жидкого азота при повышении давления в емкостях для продуктов и напитков или создании инертной среды в емкостях для продуктов и напитков на производственной линии создают проблемы. Для использования нагнетания жидкого азота производственное предприятие должно иметь резервуар для хранения, трубопроводы для жидкого азота и нагнетательное устройство, способное обеспечить точное и последовательное дозирование небольших количеств жидкого азота. Для хранения, транспортировки или нагнетания жидкого азота обязательно наличие изолированного оборудования, поскольку жидкий азот будет быстро выкипать при подвергании его воздействию температур внутри помещения.
Тем не менее, использование азота обеспечивает увеличение внутреннего давления в емкости после укупоривания. Это более целесообразно с практической точки зрения в случае напитков, разливаемых в емкости в холодном состоянии, чем в случае использования для напитков, подвергаемых горячему розливу. В обоих случаях существует возможность того, что весь дозировано поданный азот рассеется перед укупориванием емкости, например, если будет иметь место останов на линии после дозирования и перед укупориванием. Однако в случае применения при холодном розливе в результате будет получен емкость, который по меньшей мере будет укупорен при давлении окружающей среды и будет оставаться под давлением окружающей среды. Несмотря на то, что преимущество, заключающееся в увеличенном сопротивлении воздействию нагрузки, действующей сверху, и увеличенной прочности боковых стенок, будет утеряно, в результате не будет нанесено особого вреда, поскольку емкость по-прежнему будет иметь вид, привлекательный для потребителя при покупке. Однако в случае напитка, подвергаемого горячему розливу, недостаточная доза приводит к тому, что емкость будет подвергаться укупориванию при давлении окружающей среды и будет обладать малой способностью к повышению давления в емкости после укупоривания. По мере последующего охлаждения и сжатия жидкого содержимой емкости будет иметь место нарастание пониженного давления, и в результате емкость будет деформироваться. Это не является привлекательным для потребителя. Кроме того, регулирование процесса дозирования будет в еще большей степени затруднено в среде, в которой осуществляется горячий розлив, в особенности при большой производительности линий. При введении азота в емкость в условиях, характеризующихся давлением окружающей среды, и сверху над нагретой жидкостью, азот будет значительно более летучим, чем в случае холодной жидкости. Он будет рассеиваться значительно более быстро перед укупориванием или герметизацией, что делает значительно более неопределенным постоянство дозы. Следовательно, останов в работе линии оказывает более вредное воздействие на постоянство дозы. По этой причине очень часто в емкости в качестве меры предосторожности подают избыточную дозу, и это, тем не менее, не идеально.
Давление в пластиковых бутылках должно быть повышено при всех значениях производительности линий, и в том случае, если контроль точного давления, достигаемого внутри емкости, ухудшается, то производительность системы также будет снижена для надлежащего повышения давления в каждой емкости.
Персоналу предприятий по производству продуктов и напитков при выборе системы для жидкого азота необходимо учитывать и принимать во внимание ряд целей и критериев, включая:
* Постоянные давления в емкости или постоянное уменьшение количества кислорода.
* Безопасность производственного персонала.
* Надежность работы системы.
* Рациональные затраты на приобретение и эксплуатацию.
Каждый производитель имеет разные приоритеты для каждой цели, но обычно безопасность занимает одно из первых мест. Важно помнить, что жидкий азот становится газом при температуре внутри помещения и увеличивается в объеме в 700 раз по сравнению с его объемом в жидком состоянии. Соответствующая защита системы трубопроводов и нагнетательного оборудования, включая предохранительные клапаны, должна быть использована для предотвращения чрезмерного повышения давления или разрушения оборудования. Предохранительный клапан должен быть расположен между любыми двумя запорными клапанами в системе. В системах с подачей из наливного резервуара предохранительное устройство с самой низкой расчетной нагрузкой, как правило, размещено вне помещения. Если предохранительный клапан не обеспечивает сброса давления, безопаснее, если это произойдет вне помещения, а не внутри помещения, где кто-либо может получить травму.
Надежность имеет важное значение на производственной линии, на которой потери рассчитываются в минутах простоя. Для устройства для дозирования жидкого азота потребуется некоторое время для запуска из состояния при температуре внутри помещения, поскольку все внутренние поверхности должны быть охлаждены до температур жидкого азота. Как и в случае любого оборудования для жидкого азота, инструкции по эксплуатации должны строго соблюдаться, поскольку существует опасность загрязнения оборудования влагой. Влага представляет собой самый большой враг холодных поверхностей оборудования для жидкого азота. Образование ледяных корок внутри оборудования занимает только небольшое количество времени. Должна быть обеспечена возможность выполнения полной регулировки оборудования, такой как замена сопел для разных размеров емкостей, и технического обслуживания оборудования без загрязнения влагой или продолжительных простоев. Каждое производственное оборудование имеет разные технические параметры подачи жидкого азота.
В некоторых случаях применения требуется, чтобы подача жидкого азота осуществлялась в асептических условиях. В подобном случае дозирующее устройство также должно быть выполнено с возможностью его стерилизации.
Постоянство результатов, представляющих собой создание повышенного давления или инертной среды, имеет важное значение для работы в целом. Бутылка воды со слишком малым давлением может сплющиться при штабелировании или ненадлежащем наклеивании этикетки. Бутылка со слишком большим давлением в возможном варианте может разорваться при хранении в багажнике автомобиля вследствие температурных воздействий. Продукты, подвергнутые инертированию, могут окислиться или испортиться, если доза жидкого азота была слишком малой; слишком большая доза над продуктом, подвергнутым инертированию, может привести к тому, что емкость с чрезмерно повышенным давлением вызовет забивание производственной линии. Введение азота может быть выполнено посредством дозированной подачи в отдельные емкости или посредством устойчивой струи жидкого азота. Любой из двух способов может обеспечить постоянство результатов.
Жидкий азот будет быстро выкипать, как только он будет введен в емкость. Следовательно, важно обеспечить эффективное регулирование жидкого азота перед дозированием. Для типовой бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) объемом 18 жидких унций (600 мл) с объемом пространства над продуктом, составляющим 1 жидкую унцию (30 мл), и нормативным манометрическим давлением 17 фунтов на кв. дюйм (117,21 кПа) потребуется приблизительно 0,001411 унции (0,04 г) жидкого азота. Доза жидкого азота будет выкипать и расширяться до 1,163 жидкой унции (34,4 мл) газообразного азота, находящегося при температуре внутри помещения, после укупоривания емкости. Если добавить 1,163 жидкой унции (34,4 мл) газа к изолированному объему, составляющему 1 жидкую унцию (30 мл), то будет обеспечено манометрическое давление, составляющее 17 фунтов на кв. дюйм (117,21 кПа).
Сложной задачей для производителя оборудования для дозирования жидкого азота является регулирование кипящей жидкости и подача постоянного количества, составляющего 0,001411 унции (0,04 г), при производительности от 40 бутылок в минуту до более 1000 бутылок в минуту. Дозирующее оборудование может обеспечить регулирование жидкого азота до места дозирования, но оно не может обеспечить регулирование поведения жидкого азота после его дозированной подачи в емкость. Жидкий азот будет быстро выкипать, когда емкость перемещается к укупоривающей машине, так что время перемещения должно быть сокращено для получения точных результатов. Переход от дозирования к укупориванию также должен быть плавным для предотвращения выплескивания кипящей жидкости из емкости.
Другой аспект, который необходимо учитывать, связан с постоянством уровней заполнения емкостей. Если пространство над продуктом изменяется из-за того, что уровни заполнения резко отличаются, конечные давления в бутылках также будут сильно отличаться друг от друга. Например, предположим, что ранее упомянутая бутылка была заполнена продуктом с объемом 18 жидких унций (600 мл) с пространством над продуктом, объем которого составляет 1 жидкую унцию (30 мл), а следующая бутылка на производственной линии была заполнена продуктом, объем которого составлял 18,3 жидкой унции (610 мл), при объеме пространства над продуктом, составляющем 0,6 жидкой унции (20 мл). Обе бутылки получают дозу жидкого азота, составляющую 0,001411 унции (0,04 г). Обеспечивается постоянство доз жидкого азота; тем не менее, в соответствии с базовыми уравнениями состояния газа конечное манометрическое давление в бутылке, действующее на содержимое в ней с объемом 18 жидких унций (600 мл), составляет 17 фунтов на кв. дюйм (117,21 кПа), а бутылка с объемом содержимого, составляющим 18,3 жидкой унции (610 мл), имеет конечное манометрическое давление, составляющее 25,5 фунтов на кв. дюйм (175,82 кПа). Помимо точности оборудования для дозирования, множество факторов определяют точность конечного давления в бутылке. К ним относятся постоянство объема емкости и хорошие укупорочные средства. Все факторы должны быть приняты во внимание для получения хороших результатов.
Затраты представляют собой ключевую проблему для производителей. Важно помнить, что исходная цена приобретения, расходы на монтаж и текущие эксплуатационные расходы должны рассматриваться совместно. Объемные цистерны для хранения на открытых площадках являются более дорогими при приобретении, чем небольшие переносные сосуды Дьюара, но жидкий азот стоит значительно меньше в больших объемах, чем в сосудах Дьюара. Процесс замены также увеличивает «скрытые» издержки, связанные с использованием сосудов Дьюара; сосуд Дьюара объемом 41,6 галлона (160 л) обычно будет расходоваться за одну 8-часовую смену на производственной линии.
Трубопроводы - это еще одна сфера, в которой предприятия перерабатывающей промышленности стараются сэкономить деньги. Большинство производителей могут изготовить сравнительно недорогую трубу с изоляцией из вспененного материала. Однако следует принять во внимание то, сколько жидкого азота теряется в течение одного года при использовании трубы с изоляцией из вспененного материала. В случае систем с вакуумной рубашкой затраты на приобретение и монтаж являются более высокими, но уменьшенная скорость потерь вследствие лучшей изоляции делает текущие эксплуатационные расходы ниже, чем в случае системы с изоляцией из вспененного материала. Недорогое устройство для введения жидкого азота, имеющее изоляцию из вспененного материала, не является выгодным приобретением, если будет иметь место простой, вызванный образованием ледяной корки на дозирующем устройстве.
Некоторые дозирующие устройства требуют периода оттаивания, составляющего до 24 часов, после использования. Моменты запуска и останова также представляют собой важные факторы, подлежащие учету при расчете затрат на эксплуатацию системы нагнетания жидкого азота. При рассмотрении дозирования жидкого азота на производственной линии необходимо обратить внимание на множество факторов. Первоначальная стоимость представляет собой только малую часть проблемы. Большинству производственных предприятий, рассматривающих вопрос об использовании жидкого азота, для успешного решения данной проблемы необходима надлежащая информация и подготовка, и данные предприятия должны проконсультироваться у производителя оборудования для дозирования жидкого азота перед принятием окончательного решения.
Количество сжиженного газа, добавленное в емкость, и объем пространства над продуктом, которым наполнена емкость, представляют собой решающие факторы при определении получающегося в результате, внутреннего давления в емкости при расширении сжиженного газа. Кроме того, в соответствии с законном Бойля-Мариотта температура продуктов, подвергнутых горячему розливу, влияет на внутреннее давление после охлаждения.
Обычно доза сжиженного газа, поданного в емкость, зависит от средней ожидаемой степени заполнения емкостей при операции непрерывного розлива. При использовании данного способа любое изменение объема пространства над продуктом, обусловленное изменениями степени заполнения, приводит к получению емкостей с недостаточным и избыточным давлением. В патенте США No. 4662154 раскрыт способ образования системы управления с обратной связью между устройством для выдачи жидкого азота и датчиком давления. Осуществляют мониторинг среднего внутреннего давления недавно укупоренных емкостей для регулирования дозы жидкого азота, добавляемого в емкости, дозированная подача в которые выполняется в данный момент времени. Емкости, не соответствующие заданному диапазону давлений, могут быть отбракованы.
При использовании данного способа проблемы создания постоянного давления по-прежнему остаются вследствие зависимости дозы от среднего давления уже герметично укупоренных емкостей. Независимо от того, имеет ли данная емкость объем пространства над продуктом, который увеличивается или уменьшается, он получит дозу, зависящую от среднего объема пространства над продуктом в емкостях, укупоренных ранее. Следовательно, диапазон давлений в емкостях может по-прежнему варьироваться в широких пределах.
Дополнительные проблемы обусловлены тем, что давление в емкости является единственным отслеживаемым параметром при дозировании. Давление в емкости измеряют после того, как доза уже будет подана в емкость, а емкость укупорена. Данное измерение уже после дозирования может привести к большим объемам брака в случае внезапных изменений уровня заполнения продуктом. Данные внезапные изменения не будут обнаружены до момента, наступающего после укупоривания емкостей. В результате может быть получено еще больше брака, поскольку измерение и коррекция ненадлежащих доз представляют собой медленные процессы из-за процесса усреднения. Подача в емкости неправильной дозы должна продолжаться до тех пор, пока не будет выявлено колебание средних значений.
Острота всех вышеупомянутых проблем еще более возрастает при использовании горячего розлива жидкостей в емкости.
Так называемые емкости, заполняемые методом «горячего розлива», хорошо известны в предшествующем уровне техники, при этом производители поставляют емкости из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для различных жидкостей, которыми заполняют емкости, и при этом жидкий продукт имеет повышенную температуру, как правило составляющую или составляющую приблизительно 85 градусов Цельсия (185 градусов Фаренгейта).
Емкость изготовлена с возможностью выдерживания теплового удара при удерживании нагретой жидкости, что приводит к подвергшемуся термоусадке, пластиковому контейнеру. Данный тепловой удар является результатом или введения горячей жидкости при розливе, или нагрева жидкости после ее введения в емкость.
Однако при охлаждении жидкости в укупоренном колпачком контейнере объем жидкости в емкости уменьшается, что создает пониженное давление в емкости. Данная усадка в жидком состоянии приводит к вакуумметрическим давлениям, которые вызывают втягивание внутрь боковых и торцевых стенок емкости. В свою очередь, это приводит к деформации стенок пластиковых бутылок, если они не будут созданы достаточно жесткими для противодействия такому усилию.
Как правило, вакуумметрические давления компенсируются за счет использования вакуумных панелей, которые деформируются в направлении внутрь под действием вакуумметрического давления. В предшествующем уровне техники раскрыто множество вертикально ориентированных вакуумных панелей, которые позволяют емкостям выдерживать тяжелые условия операции горячего розлива. Подобные вертикально ориентированные вакуумные панели, как правило, расположены параллельно продольной оси емкости и изгибаются внутрь под действием вакуумметрического давления по направлению к данной продольной оси.
Помимо вертикально ориентированных вакуумных панелей многие емкости по предшествующему уровню техники также имеют гибкие зоны оснований для обеспечения дополнительной компенсации пониженного давления. Многие емкости по предшествующему уровню техники, предназначенные для горячего розлива, имеют различные модификации их торцевых стенок или зон оснований для обеспечения возможности того, чтобы как можно большее изгибание внутрь обеспечивало компенсацию по меньшей мере некоторой части вакуумметрического давления, создаваемого в емкости.
Однако даже при таком значительном смещении вакуумных панелей емкость требует дополнительного упрочнения для предотвращения деформирования и искажения формы под действием силы вакуумметрического давления.
Усадка в жидком состоянии, вызываемая охлаждением жидкости, приводит к нарастанию вакуумметрического давления. Вакуумные панели выгибаются по направлению к зоне данного отрицательного давления до такой степени, которая позволяет уменьшить силу вакуумметрического давления, посредством того, что фактически создается емкость с меньшими размерами для лучшего размещения меньшего объема содержимого. Однако данная форма с меньшими размерами фиксируется за счет создающегося усилия вакуумметрического давления. Чем в большей степени будет затруднено выгибание конструкции внутрь, тем большая сила вакуумметрического давления будет создана. В предложениях по предшествующему уровню техники в емкостях по-прежнему может действовать вакуумметрическое давление значительной величины, и данное давление обуславливает тенденцию к искажению общей формы, если не будет предусмотрено большое, круговое усиливающее кольцо, имеющее горизонтальную или поперечную ориентацию и расположенное на расстоянии от торца емкости, как правило, составляющем по меньшей мере 1/3.
Настоящее изобретение относится к емкостям, заполняемым методом горячего розлива, и может быть использовано в качестве примера для емкостей, заполняемых методом горячего розлива, описанных в международных заявках, опубликованных под номерами WO 02/18213 и WO 2004/028910, при этом указанные описания также полностью включены в настоящую заявку путем ссылки, где это уместно.
В описаниях согласно РСТ приведены конструкции предшествующих емкостей, заполняемых методом горячего розлива, и проблемы, связанные с подобными конструкциями, которые должны были быть решены или острота которых должна была быть по меньшей мере уменьшена, и, в частности, раскрыто применение элементов для компенсации давления.
Существует проблема при размещении подобных поперечно ориентированных панелей в боковой стенке или торцевой стенке, или зоне основания, емкости даже после полного устранения пониженного давления в емкости, когда жидкость охлаждается и панель выгибается в обратном направлении. Емкость выходит с линии розлива с температурой, едва превышающей типичную температуру окружающей среды, и панель выгибается в обратном направлении для достижения давления окружающей среды внутри емкости в отличие от отрицательного давления, соответствующего предшествующему уровню техники. На емкость наклеивают этикетку, и емкость часто искусственно охлаждают в месте продажи.
Данное охлаждение обеспечивает дополнительное сжатие продукта, и, следовательно, в емкостях с конструкцией с очень малой боковой стенкой, так называемых бутылках, имеющих вид, подобный стеклянным бутылкам, может иметь место некоторая деформация, которая возникает на емкостях и выглядит уродливо. Для преодоления этого сделана попытка создать базовую поперечную панель с большим потенциалом вытягивания, чем требуется, так что может быть обеспечена ее принудительная инверсия с противодействием усилию, действующему со стороны малого пространства над продуктом, имеющегося во время розлива. Это создает малое положительное давление в момент розлива, и данное положительное давление обеспечивает некоторое ослабление ситуации. По мере того как происходит дальнейшее охлаждение, например, во время искусственного охлаждения, положительное давление может падать и может дойти до давления окружающей среды при температурах охлаждения, и, таким образом, можно избежать деформации емкости.
Однако успешное инженерное решение данной проблемы очень затруднено, поскольку оно зависит от использования большего пространства над продуктом для сжатия в момент выгибания основания в обратном направлении, и менее желательно использовать в емкости пространство над продуктом, большее, чем необходимое для сохранения качества продукта.
Несмотря на то, что желательно снижение уровня жидкости в емкости для избежания расплескивания при открытии емкости потребителем, было установлено, что обеспечение потенциальной возможности создания слишком большого положительного давления в основании может вызвать расплескивание некоторого количества продукта при открытии емкости, особенно в том случае, если он имеет температуру окружающей среды.
На большинстве операций розлива емкости, как правило, заполняют до уровня чуть ниже наивысшего уровня продукта в верхней части венчика горловины.
Поддержание как можно меньшего пространства над продуктом желательно для обеспечения допустимости едва уловимых различий в плотности продукта или емкости для минимизации потерь от расплескивания и перелива через край жидкостей на высокопроизводительной линии розлива и укупоривания и для уменьшения сжатия емкости, вызываемого охлаждением содержимого после горячего розлива.
Пространство над продуктом содержит газы, которые со временем могут вызвать порчу некоторых продуктов или обуславливают дополнительные требования к конструктивной целостности емкости. К примерам относятся продукты, чувствительные к кислороду, и продукты, подвергнутые розливу и герметизации при повышенных температурах.
Розлив и герметизация жесткой емкости при повышенных температурах могут привести к созданию значительных сил вакуумметрического давления, когда также имеется избыточное количество газа в пространстве над продуктом.
Соответственно, меньшее количество газа в пространстве над продуктом желательно для емкостей, заполненных при повышенных температурах, для уменьшения сил вакуумметрического давления, действующих на емкость, которые могут нарушить конструктивную целостность, вызвать напряжения в емкости или привести к значительному искажению формы емкости. Это также верно для процессов пастеризации и стерилизации в автоклаве, которые предусматривают сначала заполнение емкости, укупоривание и затем подвергание упаковки воздействию повышенных температур в течение длительного периода.
Специалисты в данной области техники имеют представление о ряде процессов термофиксации при изготовлении емкостей для повышения термостойкости упаковки. В случае сложного полиэфира, полиэтилентерефталата процесс термофиксации, как правило, включает снятие напряжений, создаваемых в емкости во время его изготовления, для улучшения кристаллической структуры.
Емкость из полиэтилентерефталата для газированного напитка холодного розлива, как правило, имеет более высокие внутренние напряжения и молекулярную решетку с меньшей кристалличностью, чем емкость для применения для горячего розлива, пастеризации или стерилизации продукта в автоклаве. Тем не менее, даже в случае емкостей, таких как описанные в вышеупомянутых описаниях согласно РСТ, в которых имеется небольшое остаточное вакуумметрическое давление, требуется, чтобы венчик горловины емкости по-прежнему был очень толстым для того, чтобы выдерживать температуру розлива.
В принадлежащей заявителю заявке на патент согласно РСТ WO 2005/085082 описано предыдущее предложение в отношении способа изменения пространства над продуктом, которое полностью включено в настоящее описание, когда это целесообразно, путем ссылки.
В том случае, когда в данном описании делается ссылка на любой документ уровня техники, это не является признанием того, что изобретение является частью уровня техники.
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеизложенного задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке комбинации емкости и содержимого, имеющей повышенное давление в не закупоренном контейнере, при этом объем содержимого превышает объем емкости в состоянии непосредственно после формования, при этом указанная емкость имеет повышенное давление при последующей герметизации или укупоривании колпачком.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке комбинации емкости, колпачка и содержимого, которая обеспечивает повышенное давление в укупоренном контейнере, при этом объем комбинации содержимого больше, чем у комбинации содержимого при исходном заполнении и герметизации в емкости, когда комбинация содержимого удерживается при температуре, используемой во время заполнения и укупоривания емкости.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в принудительно подаче дополнительного содержимого в емкость под регулируемым давлением для упрочнения боковых стенок.
С учетом вышеизложенного задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа укупоривания под давлением и способа изменения пространства над продуктом, которые могут обеспечить такое повышенное давление в укупоренном контейнере, что он будет обладать повышенной способностью выдерживать нагрузку, действующую сверху.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа герметизации и способа изменения пространства над продуктом, которые могут обеспечить такое повышенное давление в укупоренном контейнере, что он будет обладать повышенной способностью выдерживать нагрузку, действующую сверху, посредством использования газа, отличного от азота, такого как просто чистый или подвергнутый фильтрации воздух.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа герметизации и способа изменения пространства над продуктом, которые могут обеспечить снятие вакуумметрического давления, так что в емкости, в котором используется газ, отличный от азота, такой как просто чистый или подвергнутый фильтрации воздух, не будет действовать по существу никакого остаточного усилия.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа герметизации и способа изменения пространства над продуктом, которые могут обеспечить снятие вакуумметрического давления, так что в емкости, в котором используется просто нагретая жидкость, такая как вода, не будет действовать по существу никакого остаточного усилия.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа сжатия пространства над продуктом, в котором воздух или какой-либо другой газ, или жидкость, или их комбинацию подают в пространство над продуктом под давлением при герметизации для создания повышенного давления для устранения воздействия вакуумметрического давления, создаваемого во время охлаждения продукта.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа изменения пространства над продуктом, в котором стерильную или нагретую жидкость или стерильный или нагретый воздух или какой-либо другой газ или их комбинацию подают в пространство над продуктом при стерильных условиях для создания повышенного давления для устранения воздействия вакуумметрического давления, создаваемого во время охлаждения продукта.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа изменения пространства над продуктом, в котором стерильный воздух или какой-либо другой газ или стерильную жидкость, или их комбинацию подают в пространство над продуктом под давлением герметизации для устранения воздействия вакуумметрического давления, создаваемого во время охлаждения продукта.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа изменения пространства над продуктом, в котором сжимаемое уплотнение надевают на венчик горловины емкости.
Дополнительная задача одного возможного варианта настоящего изобретения состоит в разработке способа изменения пространства, в котором на венчик горловины надевают сжимаемое уплотнение, которое может быть принудительно смещено в емкость перед охлаждением жидкого содержимого так, что положительное давление может быть создано в емкости.
Дополнительная и альтернативная задача настоящего изобретения во всех вариантах его состоит в том, чтобы по меньшей мере создать для общественности возможность полезного выбора, при этом все задачи должны изучаться отдельно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ герметизации по изобретению может обеспечить окончательное закрытие укупорочного средства емкости в среде с повышенным давлением, а не в среде с давлением окружающей среды. Таким образом точное давление может быть обеспечено в емкости в момент укупоривания, что обеспечивает постоянство давления в пространстве над продуктом в каждой емкости. Это предотвращает любое непостоянство, вызванное непостоянством периодов подачи бутылок в укупоривающую машину для установки колпачков, непостоянными уровнями заполнения емкости, непостоянными размерами емкостей и так далее.
Настоящее изобретение может обеспечить усовершенствование технологии дозирования для расширения газов, таких как азот, посредством гарантирования того, что укупорочное средство будет полностью сформировано только тогда, когда надлежащая доза будет подана внутрь емкости.
Настоящее изобретение также может обеспечить возможность использования нерасширяющихся газов, таких как воздух, воздух, подвергшийся фильтрации, пар или другой инертный газ.
Настоящее изобретение также может обеспечить возможность введения текучей среды или жидкости под давлением в пространство над продуктом в отличие от введения расширяющегося или нерасширяющегося газа. Жидкость может быть или нагретой и сжимаемой, или нагреваемой и несжимаемой.
Настоящее изобретение может быть пригодно для линий для холодного розлива и асептического розлива в качестве средства для регулирования дозированной подачи азота в емкости для обеспечения выдерживания повышенной нагрузки, действующей сверху, и обеспечения подачи постоянной дозы.
Настоящее изобретение может быть пригодно для линий для холодного розлива и асептического розлива в качестве средства для повышения способности емкостей выдерживать нагрузку, действующую сверху, при избежании использования азота, путем увеличения - вместо этого - давления в емкостях за счет введения какой-либо другой среды, например, отфильтрованного воздуха или воды, которая может быть стерильной и/или нагретой и/или холодной.
Настоящее изобретение может обеспечить повышение давления в емкости непосредственно перед укупориванием колпачками или во время укупоривания колпачками.
Настоящее изобретение может обеспечить повторную герметизацию емкости, который был исходно укупорен обычным образом при давлении окружающей среды.
Настоящее изобретение может обеспечить создание повышенного давления в емкости для обеспечения компенсации любого охлаждения нагретого содержимого в емкости или перед охлаждением, или после охлаждения содержимого.
Способ герметизации по изобретению может обеспечить калибровку дозы газообразного или жидкого материала в реальном времени на обычной линии розлива в емкости. Величину давления в пространстве над продуктом можно точно регулировать во время укупоривания и можно легко регулировать для подачи в каждую емкость постоянной дозы, которая соответствует измеренному по отдельности объему пространства над продуктом.
Система обычно может включать станцию подачи пустых емкостей, систему непрерывной транспортировки емкостей, станцию заполнения емкостей продуктом, станцию дозирования в пространство над продуктом, возможную станцию дозированной выдачи сжиженного газа, возможную станцию дозированной выдачи газа, возможную станцию дозированной выдачи жидкости, станцию укупоривания емкостей, станцию измерения внутреннего давления в емкостях, разгрузочный конвейер и устройство для отбраковки.
Один предпочтительный вариант настоящего изобретения может предусматривать то, что станция укупоривания емкостей будет включать возможные источники газа, сжиженного газа, жидкости и станцию измерения внутреннего давления в емкости.
Система может обеспечить регулирование объема пространства над продуктом в каждой емкости в реальном времени после его заполнения продуктом и после добавления среды в виде жидкости или газа. Измерение объема пространства над продуктом можно точно регулировать во время укупоривания, так что доза среды в виде жидкости или газа, подаваемая в каждый емкость, может соответствовать непосредственно отдельно измеренному объему пространства над продуктом в данной емкости и, как правило, не изменяется сразу же после укупоривания за исключением изменений, вызываемых изменениями температуры жидкости, содержащейся в емкости.
При дозах, точно соответствующих требованиям, задаваемым путем измерений, выполняемых отдельно для каждой емкости, могут быть получены характеризующиеся высоким постоянством диапазоны давлений в отличие от доз, зависящих от ожидаемых уровней заполнения или средних данных измерений, выполненных после дозирования. Следовательно, емкости могут быть выполнены с уменьшенными размерами, поскольку от них не требуется приспосабливание к широкому диапазону давлений. Кроме того, система может обеспечить более низкие проценты брака, обусловленной емкостями, в которых создано ненадлежащее повышенное давление, поскольку система обеспечивает немедленное саморегулирование при колебаниях уровня заполнения, когда доза среды в виде жидкости или газа поступает в емкость.
Особым преимуществом способа и системы по изобретению может быть то, что обеспечивается возможность большего и более точного регулирования для дозирования при значительно меньшем давлении для емкостей, заполняемых методом горячего розлива. В способах уровня техники минимальная величина давления может быть гарантирована только за счет создания избыточного давления в среднем с тем, чтобы самая меньшая достигнутая доза соответствовала техническим условиям. Это обычно приводило к высоким давлениям во время ранних стадий горячего розлива, когда емкость горячая и пластичная. В результате в большинстве случаев в емкости возникают значительные напряжения, что обуславливает необходимость, например, в лепестковидных основаниях и конструкциях емкостей, более пригодных для резервуаров для газированных напитков или резервуаров высокого давления. Это значительно уменьшает возможности проектных решений, доступных для емкостей, и требует дополнительной массы в емкости вокруг основания для достижения приемлемых результатов.
Другие преимущества и аспекты изобретения будут понятны из нижеприведенных описания, формулы изобретения и чертежей.
Изобретение предлагает емкость, пригодную для операций горячего или холодного розлива и имеющую укупорочное средство, выполненное с возможностью образования временного окна или отверстия в указанную емкость, при этом указанное окно или отверстие обеспечивает возможность ввода под давлением одной или более среды в виде жидкости и/или газа, при этом указанное укупорочное средство или указанный колпачок при использовании образует вместе с горловиной указанной емкости пространство над продуктом, имеющее давление по существу в момент укупоривания, превышающее то, которое существовало перед введением указанных одной или более среды в виде жидкости и/или газа.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, установленное на емкость в среде с повышенным давлением так, что пространство над продуктом будет характеризоваться положительной величиной давления по существу точно в момент укупоривания для обеспечения повышенного давления внутри емкости.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, установленное на емкость в среде с повышенным давлением так, что пространство над продуктом будет характеризоваться положительной величиной давления по существу точно в момент укупоривания для обеспечения повышенного давления внутри емкости для устранения воздействия последующего охлаждения жидкости, которую нагревают или до, или после розлива в емкость.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, которое окончательно установлено на емкости в регулируемой среде так, что пространство над продуктом характеризуется регулируемой величиной давления по существу точно в момент укупоривания для обеспечения повышенного давления внутри емкости для устранения воздействия охлаждения жидкости, которую нагревают или до, или после розлива в емкость.
Изобретение также предлагает устройство для укупоривания колпачком, которое обеспечивает изоляцию открытого конца емкости от наружной среды и приложение давления к внутренней части емкости перед присоединением или во время установки колпачка или другого укупорочного средства, так что пространство над продуктом будет характеризоваться положительной величиной давления по существу точно в момент укупоривания для обеспечения повышенного давления внутри емкости.
Изобретение также предлагает устройство для укупоривания колпачком, которое обеспечивает изоляцию открытого конца емкости от наружной среды и приложение давления к внутренней части емкости перед присоединением или во время присоединения колпачка или укупорочного средства, так что пространство над продуктом будет характеризоваться положительной величиной давления по существу точно в момент укупоривания для обеспечения повышенного давления внутри емкости для устранения воздействия последующего охлаждения жидкости, которую нагревают или до, или после розлива в емкость.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, имеющее временное окно или отверстие в указанную емкость, при этом указанное отверстие обеспечивает возможность ввода под давлением газа или жидкости, или как газа, так и жидкости, при этом указанное отверстие также выполнено с возможностью его герметичного закрытия в условиях сжатия для обеспечения регулируемого повышения внутреннего давления в емкости перед охлаждением нагретого содержимого.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, временно присоединяемое так, что окно или отверстие в указанную емкость будет образовано посредством образования не полностью герметичного укупорочного средства между колпачком и венчиком горловины емкости, при этом указанное отверстие обеспечивает возможность ввода под давлением газа или жидкости, или как газа, так и жидкости, при этом указанное отверстие также выполнено с возможностью его герметичного закрытия в условиях сжатия под действием крутящего момента для обеспечения регулируемого повышения внутреннего давления в емкости перед охлаждением нагретого содержимого.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую укупорочное средство, образующее временное укупорочное средство непосредственно после розлива, и при этом доступ к отверстию или окну возможен при стерильных условиях для обеспечения возможности ввода нагретого или стерильного газа или нагретой или стерильной жидкости, или как нагретого и стерильного газа, так и нагретой и стерильной жидкости, при этом указанное отверстие или окно также выполнено с возможностью его последующего герметичного закрытия в стерильных условиях для обеспечения регулируемого повышения внутреннего давления в емкости перед охлаждением нагретого содержимого.
Изобретение также предлагает способ заполнения емкости жидкостью, включающий введение жидкости через открытый конец емкости, подачу укупорочного средства, имеющего окно или отверстие или выполненного с возможностью наличия окна или отверстия, подачу по меньшей мере одного газа и/или одной жидкости через окно или отверстие и герметичное закрытие окна или отверстия для повышения давления в пространстве над продуктом.
Изобретение также предлагает способ заполнения емкости текучей средой, включающий введение текучей среды через открытый конец емкости так, что она, по меньшей мере в основном, заполняет емкость, нагрев текучей среды перед ее введением или после ее введения в емкость, подачу укупорочного средства, имеющего окно или отверстие, при этом указанное окно или отверстие первоначально герметично закрыто, обеспечение охлаждения нагретого содержимого, выполнение способа последующего доступа к окну или отверстию в регулируемых условиях и нагнетание газа и/или жидкости через окно или отверстие и герметичное закрытие окна или отверстия в регулируемых условиях для компенсации снижения давления в пространстве над продуктом после охлаждения нагретого содержимого.
Изобретение также предлагает емкость, имеющую верхнюю часть с окном/отверстием в указанную емкость, при этом указанная верхняя часть имеет венчик горловины, выполненный с возможностью включения в него - после введения нагретой или поддающейся нагреву жидкости в емкость - подвижного укупорочного средства, при этом указанное укупорочное средство выполнено с возможностью его сжатия или механического перемещения в направлении внутрь, когда жидкость находится в нагретом состоянии или перед нагревом, для повышения давления в пространстве над продуктом.
Изобретение также предлагает способ заполнения емкости текучей средой, включающий введение текучей среды через открытый конец емкости так, что она, по меньшей мере в основном, заполняет емкость, нагрев текучей среды перед ее введением или после ее введения в емкость, подачу подвижного укупорочного средства для открытого конца для закрытия и удерживания текучей среды, при этом указанное укупорочное средство обеспечивает возможность механического сжатия пространства над продуктом для компенсации последующего снижения давления в пространстве над продуктом под укупорочным средством по мере охлаждения нагретого содержимого.
Изобретение также предлагает способ укупоривания емкости с газом или жидкостью, включающий укупоривание емкости колпачком, при этом вся станция укупоривания колпачком находится под действием повышенного давления.
Другие аспекты изобретения, которое должно быть рассмотрено во всех его новых аспектах, будут понятны из нижеприведенного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1a-b: показывают емкость уровня техники с механически сжимаемым колпачком, надетым для укупоривания напитка;
фиг. 2а-b: показывают другую емкость уровня техники с механически сжимаемым колпачком, надетым на укупоривания напитка;
фиг. 3а-b: показывают частичное сечение альтернативного варианта сжатого колпачка по фиг. 1 и 2;
фиг. 4а-b: показывают емкость в соответствии с одним вариантом изобретения с увеличенным изображением колпачка, имеющим герметично закрываемое отверстие;
фиг. 5а-с: показывают увеличенные виды одного возможного варианта колпачка по фиг. 4а-b;
фиг. 6а-с: показывают один вариант ограждения колпачка по фиг. 5 посредством устройства для приложения давления;
фиг. 7а-с: показывают один вариант устройства для герметизации колпачка, которое пригодно для использования в устройстве для приложения давления по фиг. 6;
фиг. 8а-с: показывают вариант устройства для герметизации колпачка по фиг. 7, которое закрывает колпачок, находящийся под действием сжатия;
фиг. 9а-с: показывают отвод устройства для герметизации колпачка по фиг. 8 после герметизации камеры сжатия и последующего снижения сжимающей нагрузки, действующей на нее;
фиг. 10а-f: показывают колпачок емкости по фиг. 9 после извлечения из камеры сжатия (емкость показана не полностью);
фиг. 11а-с: показывают увеличенные виды варианта колпачка по фиг. 4а-b;
фиг. 12а-с: показывают вариант устройства для герметизации колпачков, пригодного для использования в стерилизующем устройстве для установки колпачков;
фиг. 13а-с: показывают один вариант устройства для герметизации колпачков по фиг. 12, прокалывающее колпачок, когда он находится в процессе стерилизации;
фиг. 14а-с: показывают извлечение устройства для прокалывания и подачи по фиг. 13 после стерилизации и последующее выравнивание давлений в пространстве над продуктом;
фиг. 15а-с: показывают повторную герметизацию колпачка емкости по фиг. 14 перед извлечением емкости из камеры стерилизации (емкость показана не полностью);
фиг. 16а-с: показывают дополнительные виды колпачка по фиг. 12, 13, 14, 15 в соответствии с одним возможным способом изменения пространства над продуктом;
фиг. 17а-с: показывают дополнительный возможный вариант данного изобретения;
фиг. 18: показывает дополнительный возможный вариант выполнения, в котором используется герметизирующая камера;
фиг. 19а-b: показывают возможный вариант выполнения в виде укупоривающей машины;
фиг. 20а-f и фиг. 21a-f: показывают дополнительный возможный вариант выполнения, в котором используется камера давления;
фиг. 22а-с и фиг. 23a-с: схематически показывают возможный способ по изобретению;
фиг. 24-27: схематически показывают дополнительный возможный вариант выполнения в виде укупоривающей машины;
фиг. 28а-d, 29a-d и фиг. 30a-b: показывают дополнительные варианты выполнения, в которых используется герметизирующая камера;
фиг. 31: схематически показывает возможную систему для укупоривания колпачками; и
фиг. 32а-с, 33а-с, 34а-с, 35а-с, 36а-с и 37а-с: показывают различные возможные варианты с альтернативными вариантами компенсации пониженного давления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Нижеследующее описание предпочтительных вариантов является по своей природе описанием только примеров и никоим образом не предназначено для ограничения изобретения или его применения или применений.
Как рассмотрено выше, для восприятия сил вакуумметрического давления во время охлаждения содержимого в термоотвержденном контейнере емкости, как правило, выполняли с рядом вакуумных панелей вокруг их боковых стенок и оптимизированной базовой части. Вакуумные панели деформируются в направлении внутрь, а основание деформируется в направлении вверх под действием сил вакуумметрического давления. Это предотвращает нежелательное искажение формы где-либо еще в емкости. Тем не менее, емкость по-прежнему подвергается воздействию внутренней силы вакуумметрического давления. Панели и основание просто обеспечивают получение конструкции с соответствующим сопротивлением воздействию данной силы. Чем более стойкой является конструкция, тем большая сила вакуумметрического давления будет иметь место. Кроме того, конечные потребители могут ощущать вакуумные панели при удерживании емкостей.
Как правило, на разливочной установке для бутылок емкости наполняют горячей жидкостью и затем укупоривают колпачками перед подверганием их воздействию струи холодной воды, что приводит к образованию пониженного давления в емкости, при этом конструкция емкости должна обладать способностью выдерживать воздействие пониженного давления. В соответствии с одним вариантом настоящее изобретение относится к емкостям, заполняемым методом горячего розлива, и к способу, который обеспечивает снятие вакуумметрического давления в значительной степени или по существу устранение воздействия вакуумметрического давления. Это создает возможность большей свободы при проектировании и обеспечивает возможность использования малой массы, поскольку больше не требуется, чтобы конструкция была стойкой к воздействию сил вакуумметрического давления, которые в противном случае вызвали бы механическое искажение формы емкости.
Как видно в решении по предшествующему уровню техники на фиг. 1а-b, при введении горячей жидкости 21 в емкость 1 жидкость занимает объем, который ограничен первым верхним уровнем 3а. Если сжимающий колпачок 8 будет надет непосредственно после розлива на горловину 2 емкости, то пониженное давление будет нарастать в пространстве 23b, которое находится над жидкостью и под уплотняющей поверхностью 10 сжимающего колпачка, при этом уплотняющая поверхность представляет собой нижнюю границу сжимаемой внутренней камеры 9, которая введена в контактное взаимодействие с наружной частью колпачка 8. Данное пониженное давление в пространстве над жидкостью обычно удаляется только при снятии колпачка. Пока колпачок 8 остается на месте, сила вакуумметрического давления остается в значительной степени не изменяющейся. Если стенки емкости будут выгибаться или изгибаться внутрь, то уровень вакуумметрического давления может снижаться в малой степени.
На фиг. 3а-b показан дополнительный вариант выполнения по предшествующему уровню техники.
Тем не менее, как раскрыто в предшествующем уровне техники, проиллюстрированном на фиг. 2а-b, механическое сжатие подвижного укупорочного средства в конструкции колпачка для достижения положительного давления происходит только тогда, когда емкость охладится. Явным недостатком этого является перемещение нестерилизованных поверхностей стенок компонентов колпачка с входом их в контакт с жидким содержимым емкости. Нельзя допустить данное загрязнение, и, таким образом, вариант настоящего изобретения обеспечивает возникновение данного механического сжатия пространства над продуктом только непосредственно после надевания колпачка.
3
3
Таким образом, механическое сжатие может обеспечить создание положительного давления, когда содержимое емкости находится в нагретом состоянии, и последующее обеспечение возможности охлаждения емкости без деформации. Следовательно, компоненты колпачка, которые входят в пространство над продуктом под действием сжимающей нагрузки, будут подвергаться стерилизации посредством нагретого содержимого перед охлаждением. Следует понимать, что возможны многие разные конструкции для получения первичной герметизирующей конструкции, которая может быть принудительно смещена вниз для смешения жидкого содержимого в большой степени. Например, емкости с размером 600 мл, например, потребуют смещения приблизительно 20-30 см жидкости. Емкости с диапазоном размеров порядка 2000 мл потребуют смещения приблизительно 70 см жидкости.
Предусмотрено, что колпачок 8 может быть выполнен из металла или пластика и в альтернативных вариантах может быть втолкнут в горловину емкости 1, а не навинчен, и может быть выполнен с возможностью его фиксации в заданном положении.
Колпачок может быть регулируемым образом смещен вниз с помощью любого пригодного механического или электрического, или другого средства, или вручную.
Способ по изобретению обеспечивает возможность учета многих переменных при механическом сжатии, но для емкостей большего размера, для которых потребуется значительное смешение вниз, предусмотрено, что только некоторая часть сжимающего усилия будет получена от сжимающего колпачка и, что более важно, остальная часть будет получена посредством способов, рассмотренных в нижеприведенном описании.
На фиг. 4а и b показан приведенный в качестве примера вариант настоящего изобретения с колпачком 80, введенным в контактное взаимодействие с горловиной 2 емкости. Фигуры, начиная с 4а, относятся все к верхним частям емкостей, подобным показанным аналогичным образом на фиг. 4а.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения и как показано на фиг. 4а и b и фиг. 5-с, после введения жидкости, которая может быть уже нагретой или пригодной для последующего нагрева, может быть надет колпачок, имеющий небольшое окно или отверстие 81. Таким образом, пространство 23а над продуктом будет сохраняться под основной частью 80 колпачка и над уровнем 40 текучей среды в емкости. Пространство 23а над продуктом на данной стадии сообщается с наружным воздухом и, следовательно, находится под давлением окружающей среды и обеспечивает требуемый уровень 40 текучей среды.
Как видно на фиг. 6а-с, в одном варианте герметизирующую камеру 84 образуют над комбинацией венчика горловины и колпачка для изоляции жидкости от наружного воздуха (верхний, закрытый конец конструктивного элемента 84 не показан). После создания сжимающего усилия 50, например, посредством нагнетания воздуха или какого-либо другого газа повышенное давление в герметизирующей камере обеспечивает последующее повышение давления в пространстве 23b над продуктом, а также вызывает принудительное смещение уровня 40 текучей среды в место, находящееся ниже, вследствие последующего расширения пластиковой емкости.
В качестве альтернативы нагнетанию газа может быть осуществлено нагнетание нагретой жидкости, например, нагретой воды. Это обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что жидкость, подвергнутая нагнетанию, не будет подвергаться расширению, которое обычно имело бы место при нагнетании газа в нагретую среду. Таким образом, меньшее усилие в конечном счете будет приложено к боковым стенкам емкости во время ранних стадий горячего розлива.
Кроме того, жидкость, подвергнутая нагнетанию, будет сжиматься в меньшей степени, чем газ, при последующем охлаждении. По этой причине уменьшается количество жидкости, которое обязательно должно быть введено под давлением в пространство над продуктом для обеспечения компенсации ожидаемых сил вакуумметрического давления, которые возникли бы в противном случае.
Далее рассматриваются фиг. 7а-с (сжимающее усилие не показано), при этом при поддержании давления в герметизирующей камере 84 пробковый механизм 82 перемещается вниз от подающего устройства 83 по направлению к отверстию 81.
Как можно видеть на фиг. 8а-с, при поддержании давления в герметизирующей камере 84 отверстие перманентно закрывается за счет размещения пробки 82 в отверстии 81.
В этот момент и как можно видеть на фиг. 9а-с, пространство 23b над продуктом заполняется под регулируемым давлением в зависимости от количества подаваемого газа, и герметизирующая камера может обеспечить возможность извлечения подающего устройства 83 после сброса давления в камере при выталкивании емкости и возврате его на линию розлива.
Как показано на фиг. 10а-f, когда бутылка впоследствии перемещается дальше в линии розлива и охлаждается, пространство 23b над продуктом расширяется по мере уменьшения объема жидкости. Уровень 40 текучей среды опускается до нового положения 41, и пространство 23b над продуктом, в котором создано повышенное давление, расширяется и теряет некоторую часть или все давление в нем при образовании нового пространства 23с над продуктом.
Тем не менее, важно, чтобы после охлаждения содержимого в емкости не было никакого остаточного пониженного давления.
В качестве альтернативы и как показано на фиг. 10d-f, пробка 92 может быть временно присоединена к колпачку, например посредством элемента 91, во время изготовления колпачка. Жидкость, как в проиллюстрированном примере, или газ могут быть введены таким же образом под давлением для перемещения по окружности вокруг пробки и поступления в пространство над продуктом под давлением, и стержневой механизм 93 затем принудительно смещается вниз для перемещения пробки 92 в отверстие для ее постоянного размещения в нем. В данном альтернативном варианте отсутствует необходимость в нагружении стержня несколькими пробковыми механизмами.
Дополнительный пример подобного альтернативного варианта представлен на фиг. 18. В данном варианте выполнения колпачок 80 имеет пробку 92, временно присоединенную посредством (не показанного) элемента. Герметизирующая камера 84 окружает колпачок и образует внутреннее уплотненное пространство 87 камеры посредством поджима уплотнительных колец 89 к верхней поверхности колпачка. Газ или жидкость, или комбинацию газа и жидкости нагнетают в пространство 87 камеры по впускному каналу 86 и через пространства вокруг пробки в пространство над продуктом. Как только заданное давление в емкости будет достигнуто, толкатель 88 перемещают вниз для принудительного смещения пробки 92 в заданное положение в колпачке и, следовательно, герметизации пространства над продуктом под заданным давлением. Это обеспечивает достижение с заданного внутреннего давления во время укупоривания емкости, когда пробка перемещается в конечное положение. Это обеспечивает упреждающую компенсацию воздействий пониженного давления, образующегося впоследствии за счет охлаждения любого нагретого содержимого в емкости.
Как показано на фиг. 19а и 19b, настоящее изобретение может быть реализовано для функционирования очень похожим образом на типовой станции укупоривания колпачками на линии розлива. Типовая силовая головка 101 укупоривающей машины обеспечивает ограждение герметизирующего устройства 84 подобно заключению его в капсулу и обеспечивает выполнение функции укупоривания емкости и повышения давления в нем посредством колпачка, предназначенного для укупоривания емкости. Типовое устройство для укупоривания колпачками, если требуется, может уже «закрутить» колпачок в заданное положение, но емкость будет оставаться негерметизированным вследствие наличия пробки, находящейся в «вынутом» положении в колпачке и обеспечивающей возможность прохода жидкости или газа между внутренним пространством емкости и пространством, наружным по отношению к нему. Точный момент герметизации емкости наступает тогда, когда пробка заклинивается в заданном положении и пространство в колпачке над продуктом не будет находиться под действием давления окружающей среды, что было бы стандартной ситуацией для процедур укупоривания колпачками по предшествующему уровню техники, в пределах зоны розлива и укупоривания колпачками, но вместо этого при использовании настоящего изобретения устройство 102 для изменения пространства над продуктом может получать закрытые колпачками емкости 1 и после этого создавать повышенное давление в емкости непосредственно перед герметизацией емкости посредством герметизирующей пробки колпачка.
В качестве альтернативы устройство 102 для изменения пространства над продуктом также может выполнять обычную функцию типовой укупоривающей машины. Устройство может получать пустые емкости, осуществлять надевание колпачков, содержащих пробки, и впоследствии за счет приложения крутящего момента переводить колпачки в заданное положение, а также создавать повышенное давление в емкости перед конечным укупориванием емкости посредством перемещения пробки вперед или какого-либо другого способа укупоривания.
Дополнительные примеры альтернативных вариантов настоящего изобретения проиллюстрированы на фиг. 20a-f. Колпачок 80 может включать пробку 182 из резины или другого пригодного материала, находящуюся внутри колпачка. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что емкость исходно будет иметь герметичное уплотнение перед созданием повышенного давления в пространстве над продуктом. Таким образом, или давление, действующее со стороны жидкости или газа, может быть создано в емкости перед охлаждением содержимого, например, непосредственно после розлива и укупоривания колпачком посредством избыточного давления, или процедура может происходить тогда, когда содержимое уже будет охлаждено и в емкости возникнет пониженное давление. В качестве примера колпачок и герметизирующая пробка 182 могут быть подвергнуты стерилизации посредством сильно нагретой воды 66 после охлаждения жидкого содержимого. Это обеспечит стерилизацию верхней поверхности колпачка, и затем нагретая жидкость может быть введена под давлением для компенсации вакуумметрического давления. После отвода иглы 102 для нагнетания стерилизующая нагретая жидкость может быть удалена при выталкивании емкости из камеры давления. Резиновое укупорочное средство 182 будет закрывать емкость и обеспечит его герметизацию для предотвращения какого-либо сообщения между пространством над продуктом и наружным воздухом, имеющимся при открытии камеры.
Дополнительный альтернативный вариант пригодного пробкового механизма в колпачке 80 проиллюстрирован на фиг. 21а-f. Укупорочное средство 882 типа шарового клапана может быть использовано для образования отверстия, через которое может быть осуществлено изменение пространства над продуктом внутри устройства с камерой давления, подобного описанному ранее. Как только в пространстве над продуктом будет создано повышенное давление, поворотный толкатель 883 может обеспечить закрытие шарового клапана, когда в пространстве над продуктом будет поддерживаться точное давление, как проиллюстрировано на фиг. 21d-f.
Фиг. 22а-с показывают типовой приведенный в качестве примера способ изменения пространства над продуктом посредством использования способа по изобретению. Пустую емкость (не показанный под венчиком горловины) заполняют или даже «переполняют» до края венчика горловины, и надевают колпачок, который имеет отверстие, через которое может быть осуществлено изменение пространства над продуктом, например, шарового укупорочного средства. Венчик горловины, закрытый колпачком по меньшей мере удерживается в камере давления (не показанной), и емкость будет находиться под рассчитанным давлением. Данное увеличение давления может быть обеспечено посредством нагнетания газа, как в проиллюстрированном примере, или посредством нагнетания избыточного количества дополнительной жидкости. Во время данного процесса размеры емкости будут увеличиваться до такой степени, что это создаст возможность снижения уровня текучей среды (в случае нагнетания газа), и затем укупорочное средство в виде шарового клапана может быть закрыто для сохранения повышенного давления внутри емкости.
Процедура в соответствии с таким же способом может выполняться посредством использования более типичного укупорочного средства нажимно-вытяжного действия для бутылок для спортсменов, как проиллюстрировано аналогичным образом на фиг. 23а-с.
В качестве дополнительной альтернативы настоящему изобретению и для устранения необходимости в отверстии или пробковом механизме в самом колпачке и как показано на фиг. 17а, обычный колпачок может быть надет посредством устройства для укупоривания колпачками, но не подвергнут принудительному перемещению в заданное положение за счет приложения крутящего момента. В этом случае венчик горловины может быть огражден внутри камеры 84, и жидкость или газ могут быть поданы под давлением в емкость через зазор между колпачком и витками резьбы венчика горловины, как показано посредством прохода жидкости 86. Как только заданное давление будет достигнуто, колпачок, как показано на фиг. 17b, может быть затем перемещен под действием крутящего момента в заданное положение за счет перемещения стержня 85, предназначенного для приложения крутящего момента, в камере 84 при одновременном поддержании давления в пространстве над продуктом. В данном варианте способ может быть реализован посредством использования стандартных колпачков, а не модифицированных колпачков. Фиг. 17с иллюстрирует отделение стержня 85, предназначенного для приложения крутящего момента, от колпачка 80, закрученного надлежащим образом, непосредственно перед выталкиванием верхней части емкости из камеры 84.
Следует понимать, что настоящее изобретение создает множество альтернатив при выполнении процедуры изменения пространства над продуктом посредством модификации типовой укупоривающей машины. Подобная единица оборудования может быть легко реализована для выполнения также функции укупоривания емкости колпачком помимо изменения пространства над продуктом во время указанной процедуры.
Фиг. 24 показывает, как емкость может удерживаться в типовой герметизирующей камере 84, начиная от зоны, находящейся непосредственно под опорным кольцом горловины 33 емкости.
Фиг. 25 иллюстрирует, как весь емкость может удерживаться в герметизирующей камере 84. В данном варианте повышенное давление не будет создавать напряжений в емкости, пока емкость не будет вытолкнута из герметизирующей камеры.
Фиг. 26 показывает альтернативный вариант настоящего изобретения. Предусмотрено, что герметизирующая камера 84, если требуется, может содержать герметизирующую юбку 884 на нижнем конце. В данном примере уплотнительное кольцо из мягкого материала может быть накачано под давлением воды или газа через посредство впускного канала 883 для образования плотного контакта с буртиком емкости. Затем газ или жидкость могут быть поданы в пространство 87 камеры давления по впускному каналу 86 для изменения пространства над продуктом перед конечным укупориванием.
Фиг. 27 показывает, как герметизирующая камера по фиг. 26 может быть включена в типовую станцию устройства для укупоривания колпачками с поворотными устройствами для подачи сверху. Это создаст возможность того, что модифицированное устройство для укупоривания колпачками будет надевать колпачок обычным образом, но обеспечивать изменение пространства над продуктом перед приложением крутящего момента для герметизации колпачка на емкости.
Реализации настоящего изобретения способствует то, что полное или значительное устранение вакуумметрического давления посредством изменения пространства над продуктом перед сжатием жидкости приводит в данном случае к обеспечению возможности уменьшения в значительной степени веса боковых стенок вследствие устранения сил, вызывающих механическое искажение формы.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения и как показано на фиг. 11а-с, после введения жидкости, которая может быть уже нагрета или пригодна для последующего нагрева, может быть надет колпачок, имеющий малое окно или отверстие 81, которое временно закрыто соединительным укупорочным средством 91. Таким образом, пространство 23d над продуктом будет образовано под основной частью 80 колпачка и над уровнем 40 текучей среды в емкости. Пространство 23d над продуктом на данной стадии не сообщается с наружным воздухом и, следовательно, находится под типовым давлением в емкости во время этапов охлаждения на линии розлива.
Как видно на фиг. 12а-с, как только емкость будет охлажден обычным образом до уровня, обеспечивающего возможность выполнения наклеивания этикеток и дистрибуции, пространство 23е над продуктом будет находиться в расширенном состоянии при сниженном уровне текучей среды, и пониженное давление будет создаваться вследствие сжатия нагретой жидкости внутри емкости.
Как видно в данном предпочтительном варианте настоящего изобретения, для устранения вакуумметрического давления герметизирующую камеру 84 размещают над комбинацией венчика горловины и колпачка для изоляции соединительного укупорочного средства 91 от наружного воздуха (верхний, закрытый конец конструктивного элемента 84 не показан).
После введения стерилизующего средства 66, например, посредством нагнетания нагретой воды с температурой, которая предпочтительно выше 95 градусов Цельсия, или смеси нагретой воды и пара стерилизующее средство обеспечивает стерилизацию внутренних поверхностей герметизирующей камеры (84) и соединительного укупорочного средства 91.
Далее, как показано на фиг. 13а-с, когда стерилизующее средство удерживается в герметизирующей камере 84, пробковый механизм 82 подают вниз посредством подающего устройства 83 по направлению к отверстию 81. Пробковый механизм прокалывает соединительное укупорочное средство 91 и снова временно отводится, как показано на фиг. 14а-с, что создает возможность сообщения между стерилизованным объемом внутри герметизирующей камеры над колпачком (80) и пространством (23е) над продуктом под колпачком.
Как можно видеть на фиг. 14а-с, стерилизующее средство, например, нагретая вода с температурой 95°С, немедленно втягивается в емкость через открытое отверстие 81 вследствие того, что соединительное укупорочное средство было проколото. Это вызывает выравнивание давления или устранение вакуумметрического давления в емкости, так что уровень пространства 23f над продуктом поднимается выше. В другом предпочтительном варианте жидкость фактически будет вводиться в емкость под небольшим давлением при подаче из герметизирующей камеры 84, так что давление внутри емкости будет фактически представлять собой положительное давление, и пространство над продуктом фактически будет очень малым.
Целостность объема продукта в емкости не нарушается, поскольку среда над колпачком была подвергнута стерилизации перед обеспечением ее сообщения со пространством над продуктом, и дополнительная жидкость, подаваемая в емкость, заменяет объем, «утерянный» вследствие усадки нагретой жидкости в емкости, перед описанным изменением уровня пространства над продуктом.
После выравнивания давления, и как показано на фиг. 15а-с, подающее устройство 83 снова перемещают вперед так, чтобы пробка 82 была введена в отверстие для его постоянного закрытия. В этот момент пространство 23f над продуктом находится под действием регулируемого давления, зависящего от объема жидкости, поданной для компенсации предшествующего сжатия жидкости, как описано выше.
Герметизирующая камера теперь может обеспечить возможность отвода подающего устройства 83, что может быть теперь выполнено после выпуска стерилизующего средства и/или сброса давления в камере при выталкивании емкости и его возврате на линию розлива.
Следует понимать, что могут быть использованы многие варианты герметизирующей камеры, например, герметизирующая камера может обеспечить изоляцию только непосредственно верхней поверхности колпачка, а не окружать весь колпачок.
Специалистам в данной области техники также будет понятно, что различные модификации укупорочного средства могут быть использованы для обеспечения создания временного укупорочного средства, а также пробкового механизма, подлежащего использованию.
Таким образом, описан способ компенсации вакуумметрического давления в емкости. Как показано на фиг. 16а-с, исходный уровень 40 пространства над продуктом, имеющийся после охлаждения нагретого содержимого в закрытом контейнере, обеспечивает наличие пониженного давления в первом пространстве 23d над продуктом. После компенсации в соответствии с данным вариантом настоящего изобретения уровень пространства над продуктом изменяется и, возможно, повышается до уровня 41 в зависимости от давления, имеющегося в пространстве над продуктом, и давление в пространстве 23f над продуктом предпочтительно будет теперь находиться фактически на уровне давления окружающей среды или предпочтительно будет в незначительной степени положительным, так что небольшое внутреннее давление будет обеспечивать «опору» для боковых стенок емкости.
3
3
Как показано на фиг. 28а-d, альтернативный вариант настоящего изобретения также включает сжимаемый колпачок, в котором сжатие происходит после заполнения и перед охлаждением содержимого. Таким образом, посредством сжатия, происходящего, когда жидкость горячая, камера 9 может быть подвергнута стерилизации посредством содержимого, когда оно подается в емкость. Сжимаемый колпачок может удерживаться в камере сжатия, как описано ранее, в частности для емкостей большого размера. Емкости с размером 600 мл требуют, например, перемещения порядка 20-30 см жидкости, но емкости с диапазоном размеров порядка 2000 мл требуют перемещения порядка 70 см жидкости. Подобное большое перемещение трудно обеспечить без наличия чрезвычайно большой смещаемой камеры, вводимой в емкость. Следовательно, для поддержания минимального размера камеры предусмотрено, чтобы камера сжатия обеспечивала возможность нагнетания определенного количества газа или жидкости и чтобы сжимаемый колпачок мог обеспечить остальную часть требуемого сжатия. Таким образом, минимальное количество газа также вводится в емкость под давлением. Само собой разумеется, понятно, что для малых размеров емкостей может быть использован только сжимаемый колпачок.
В отличие от того, что описано в работах по предшествующему уровню техники, настоящее изобретение создает возможность того, что горячая жидкость, находящаяся в емкости, будет обеспечивать стерилизацию нижней стороны находящейся внутри поверхности внутренней камеры 9, поскольку она была вдавлена в горячее жидкое содержимое.
Обычно по мере охлаждения продукта пониженное давление будет нарастать в емкости в исходном пространстве 23b над продуктом под колпачком. Данное пониженное давление может вызвать искажение формы емкости 1 до некоторой степени, если стенки недостаточно жесткие для того, чтобы выдерживать усилие.
Однако, поскольку внутреннее давление было отрегулировано сверху до охлаждения продукта, результирующим эффектом может быть временное повышение уровня давления во время охлаждения продукта и по существу отсутствие давления, как только охлаждение продукта будет закончено, или, возможно, даже предпочтительно небольшая величина положительного давления.
Как показано на фиг. 29а-d, другой аналогичный вариант настоящего изобретения обеспечивает получение механического колпачка, который имеет механически регулируемое положение «наружу» и «внутрь». Сжимающий колпачок 8 надевают на емкость 1 непосредственно после заполнения его горячим напитком. В данном варианте уплотняющая поверхность 10 сжимаемой внутренней камеры 9 смещается выше, чем в предшествующем примере, показанном на фиг. 24а-d.
На фиг. 30а-b показан дополнительный вариант настоящего изобретения. Конструкция колпачка может представлять собой или конструкцию, состоящую из 2 частей, или цельный элемент, в результате чего сжимаемая внутренняя камера 9 входит во взаимодействие с внутренней резьбой на венчике 99 горловины и вызывает сжатие пространства над продуктом при надевании колпачка и креплении его к контейнеру 1. Емкости большего размера также обеспечивают возможность поддержания минимального нагнетания газа или жидкости во время использования перемещения горячего жидкого содержимого для обеспечения повышения давления в емкости при герметизации/укупоривании емкости.
Со ссылкой на фиг. 31 раскрыт дополнительный вариант настоящего изобретения. Раскрытая система, как правило, включает станцию подачи пустых емкостей перед станцией розлива. Данные емкости могут представлять собой емкости, полученные выдуванием с продувкой и подаваемые в зону ограждения для розлива, или могут быть получены выдувным формованием на встроенной в линию установке, как проиллюстрировано. В случае выдувного формования на встроенной в линию установке заготовки подают во встроенную установку для выдувного формования, которая также имеет ее собственный корпус, который может иметь непрерывное ограждение, расположенное рядом с ограждениями станций розлива и укупоривания колпачками и соединенное с данными ограждениями.
Система также может содержать систему непрерывной транспортировки емкостей, станцию розлива продукта в емкости, станцию дозированной подачи в пространство над продуктом, возможную станцию дозированной выдачи сжиженного газа, возможную станцию дозированной выдачи газа, возможную станцию дозированной выдачи жидкости, станцию укупоривания емкостей, станцию измерения внутреннего давления в емкостях, разгрузочный конвейер и устройство для отбраковки.
В альтернативном варианте, как проиллюстрировано на фиг. 31, система транспортировки, станция розлива и станция укупоривания емкостей, или станция укупоривания колпачками, могут все содержаться как единая система внутри ограждения или объединенных в одно целое ограждений так, что во внутренней среде может быть создано повышенное давление. Это приводит к тому, что в пространстве над продуктом в каждой емкости будет создано давление, повышаемое до заданного уровня, когда устройство для укупоривания колпачками осуществляет укупоривание емкости. Фактически давление окружающей среды в пределах ограждения повышается искусственным образом, когда осуществляется укупоривание емкости, и внутреннее давление в емкости повышается сразу же при выталкивании заполненных и укупоренных колпачками емкостей, когда они подаются в ту зону снаружи ограждений системы, в которой существует более низкое давление окружающей среды.
Система обеспечивает оперативный контроль объема пространства над продуктом в каждой емкости, когда он заполняется продуктом, за счет повышенного давления окружающей среды вокруг отверстия емкости. Точное управление измерениями объема пространства над продуктом в момент укупоривания осуществляется так, что каждая емкость будет соответствовать непосредственно пространству над продуктом в нем, измеренному отдельно, и указанный объем, как правило, не изменяется сразу же после укупоривания за исключением изменений, вызываемых изменениями температуры удерживаемой жидкости и температуры окружающей среды или изменениями давления.
При дозах, точно соотнесенных с измеряемыми параметрами емкости, получают в значительной степени постоянные диапазоны давлений в отличие от доз, зависящих от ожидаемых уровней розлива или средних данных послеоперационных измерений. Следовательно, емкости могут быть выполнены с меньшими размерами, поскольку от них не потребуется приспосабливание к широкому диапазону давлений. Кроме того, система позволяет обеспечить более низкие проценты брака, вызванные емкостями, в которых давление повышено ненадлежащим образом, поскольку система сразу же осуществляет саморегулирование в зависимости от изменений при розливе.
Особым преимуществом способа и системы по изобретению является то, что больший и более точный контроль обеспечивает возможность дозирования при значительно меньшем давлении для емкостей, заполняемых методом горячего розлива. В способах по предшествующему уровню техники минимальная величина давления может быть гарантирована в среднем только при создании избыточного давления так, чтобы наименьшая достигнутая доза соответствовала техническим требованиям. Это приводило к обычно высоким давлениям, достигаемым во время ранних стадий горячего розлива, когда емкость горячий и податливый. В результате в большинстве случаев в емкости создается значительное напряжение, что обязательно требует использования, например, лепестковидных оснований и конструкций емкостей, более пригодных для резервуаров для газированных напитков или резервуаров высокого давления. Это в значительной степени уменьшает возможное число конструкторских решений, имеющихся для емкостей, и требует дополнительной массы в емкости в зоне вокруг основания для достижения приемлемых результатов.
Как показано на фиг. 32а-с, альтернативный вариант настоящего изобретения также включает по меньшей мере одну часть боковой стенки 801, выполненной с конфигурацией, обеспечивающей реакцию на воздействие сил вакуумметрического давления. В данном варианте уменьшается количество газа или жидкости, которое требуется принудительно ввести под давлением в емкость 1 в герметизирующей камере 84 перед укупориванием емкости посредством колпачка 800.
Когда емкость из полиэтилентерефталата заполнена жидкостью с температурой свыше 70 градусов Цельсия, пластиковые стенки становятся очень мягкими и эластичными, когда материал проходитпредел его модуля упругости. При последующем приложении силы к контейнеру за счет подачи усилия для повышения внутреннего давления боковые стенки расширяются и общий объем емкости увеличивается. Некоторая часть данного увеличения объема является необратимой и приводит к тому, что емкость становится больше, чем исходно изготовленный. Конкретная задача настоящего изобретения заключается в уменьшении величины напряжения, действующего на боковые стенки, до наименьшей возможной величины для предотвращения ненужного увеличения объема емкости.
3
3
Это особенно предпочтительно при использовании очень тонких боковых стенок, таких как обнаруживаемые в легких емкостях. Таким образом, следует понимать, что в случае емкости с определенной величиной объема, подлежащего заполнению жидкостью, нагретой, например, до температур в интервале от 75 до 95 градусов Цельсия, количество газа или жидкости, которое необходимо ввести для компенсации последующего сжатия содержимого, может быть уменьшено, если емкость имеет остаточную емкость, обуславливаемую частью ожидаемого сжатия. Например, в случае емкости объемом 600 см можно ожидать, что может произойти сжатие текучей среды приблизительно на 25-30 см, и, следовательно, потребуется ввести количество газа или текучей среды, эквивалентное этому, в пространство над продуктом во время окончательного укупоривания емкости для компенсации. При обеспечении данной компенсации может существовать возможность сделать более легким емкость или изменить форму емкости, поскольку существует значительно уменьшенная потребность в том, чтобы емкость обладал стойкостью к воздействию сил вакуумметрического давления, которые имели бы место в противном случае.
Следует понимать, что введение данного дополнительного материала вызывает создание вначале дополнительных напряжений, действующих на емкость. Посредством выполнения по меньшей мере части боковой стенки с такой конфигурацией, чтобы она обеспечивала реакцию на воздействие сил вакуумметрического давления, можно уменьшить количество исходного введенного материала, например, до 50% от требуемого количества, если боковые стенки также способны обеспечить компенсацию 50% требуемой величины.
Следует понимать, что емкость, которая должна компенсировать только 50% ожидаемого вакуумметрического давления посредством компенсации с помощью боковых стенок, может быть выполнена более легкой, чем емкость, которая должна компенсировать все 100% за счет компенсации посредством боковых стенок.
Как показано на фиг. 33а-с, альтернативный вариант настоящего изобретения также включает по меньшей мере одну поперечно ориентированную, воспринимающую давление панель 802 в емкости 1. В данном варианте поперечная панель расположена в части емкости, представляющей собой основание, но может быть с равным успехом включена в боковую стенку. В данном варианте количество газа или жидкости, которое должно быть принудительно введено под давлением в емкость 1 внутри герметизирующей камеры 84 перед укупориванием колпачка (800) на емкости, также уменьшается. Как разъяснено выше со ссылкой на фиг. 32а-с, поперечная панель может обеспечить часть требуемой компенсации пониженного давления, например 40%, при перемещении в инвертированное положение, подобное показанному на фиг. 33с, из исходного положения, подобного показанному на фиг. 33а. Инверсия элемента 902 может происходить, например, под действием механической силы. Поскольку емкость может легко обеспечить некоторую часть требуемой компенсации пониженного давления, существует необходимость обеспечить только приблизительно 60% требуемого сжатия жидкости посредством увеличения давления перед герметичным закрытием колпачка. Таким образом, существует уменьшенное напряжение, действующее на емкость во время обработки.
Как показано на фиг. 34а-с, альтернативный вариант настоящего изобретения обеспечивает как компенсацию пониженного давления посредством боковых стенок, так и компенсацию посредством поперечной панели в сочетании с компенсацией посредством пространства над продуктом для даже меньшей нагрузки, подлежащей приложению к контейнеру во время обработки. Следует понимать, что в том рассматриваемом в качестве примера случае, если обеспечивающие компенсацию элементы 801 боковых стенок обеспечивают приблизительно 30% компенсации пониженного давления и поперечная панель 802 способна обеспечить приблизительно 40% компенсации пониженного давления, то количество газа или жидкости, подаваемое в пространство над продуктом во время укупоривания, должно составлять только приблизительно 30% от того количества, которое требуется для емкости, не имеющего элементов для компенсации пониженного давления, эквивалентных элементам 801 и 802. Следует понимать, что различные степени компенсации могут быть отнесены на счет каждого элемента.
На фиг. 35а-с представлен дополнительный альтернативный вариант настоящего изобретения. Таким же образом, как уже описано по меньшей мере одна часть боковой стенки может включать элемент 803 для компенсации пониженного давления. В данном варианте элемент 803 также выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность расширения в радиальном направлении наружу под действием внутреннего давления, как проиллюстрировано на фиг. 35с. Следует понимать, что под действием внутреннего давления, создаваемого во время герметизации пространства над продуктом, элемент 803 для компенсации пониженного давления обеспечивает уменьшение величины напряжения в емкости за счет того, что сначала происходит расширение в радиальном направлении наружу. В случае заполнения нагретой жидкостью содержимое впоследствии будет охлаждаться внутри емкости, и будет иметь место снижение давления. Когда это происходит, элемент 803 будет возвращаться к состоянию непосредственно после формования, показанному на фиг. 35а, и впоследствии будет способен обеспечить дополнительную компенсацию пониженного давления. Только в качестве примера следует отметить то, что если элемент 803, подобный показанному на фиг. 35а, способен обеспечить приблизительно 30% требуемого пониженного давления, то потребуется, чтобы 70% компенсации было обеспечено во время укупоривания пространства над продуктом. Посредством включения элемента 803 для компенсации пониженного давления, который способен расширяться в направлении наружу, создаваемое напряжение уменьшается во время начальных фаз на существенную величину.
На фиг. 36а-с также представлен дополнительный альтернативный вариант настоящего изобретения. Из предшествующих описаний, приведенных выше, будет понятно, что емкость по изобретению может быть снабжена элементами для компенсации пониженного давления, предусмотренными в боковых стенках, или может быть снабжена элементами для компенсации пониженного давления, предусмотренными в боковых стенках, которые способны расширяться в радиальном направлении наружу под давлением для уменьшения напряжений во время процедур изменения пространства над продуктом и укупоривания. Данные емкости также могут быть снабжены элементами для компенсации, представляющими собой поперечные панели, воспринимающие давление, также для дополнительного уменьшения величины нагрузки, которая должна быть приложена к контейнеру во время обработки. В данном варианте поперечная панель 802 размещена в основании емкости. В качестве примера и со ссылкой на фиг. 35а-с и фиг. 36а-с следует отметить, что предусмотрено, что элемент 803 может обладать способностью обеспечить приблизительно 30% требуемой компенсации пониженного давления и элемент 802 в основании может обеспечить приблизительно 30% требуемой компенсации пониженного давления. Следовательно, 40% требуемой компенсации будет «введено» в пространство над продуктом во время обработки, как описано ранее. Поскольку элемент 803 боковой стенки способен расширяться в радиальном направлении наружу, напряжение, создаваемое во время обработки и изменения пространства над продуктом, дополнительно уменьшается.
Как показано на фиг. 37а-с, еще большее уменьшение напряжения ожидается в дополнительном варианте настоящего изобретения. Так же, как описано выше, элемент 804 основания выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность расширения в продольном направлении наружу для сброса давления, создаваемого во время изменения пространства над продуктом и введения газа или жидкости во время укупоривания. Это уменьшает напряжения, действующие на боковую стенку емкости. В данном варианте элемент 803 боковой стенки также выполнен с конфигурацией, обеспечивающей возможность его расширения в радиальном направлении наружу под действием внутреннего давления. Следовательно, емкость будет обладать значительной способностью к уменьшению напряжений, создаваемых при нагнетании газа или жидкости в емкость. При последующем охлаждении любого нагретого содержимого внутри емкости как элемент 803 боковой стенки, так и поперечный элемент 804 могут инвертироваться внутрь, что способствует компенсации вакуумметрического давления.
В том случае, когда в вышеприведенном описании была сделана ссылка на определенные компоненты или части изобретения, имеющие известные эквиваленты, подобные эквиваленты включаются в настоящее изобретение, как если бы они были приведены по отдельности.
Хотя, что данное изобретение описано в качестве примера и со ссылкой на возможные варианты выполнения, следует понимать, что возможны его модификации или усовершенствования без выхода из объема изобретения.