УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ БАРЬЕРА ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА МЕЖДУ ДВУМЯ СОЕДИНЕННЫМИ ОБЪЕМАМИ
METHOD AND DEVICE FOR MAINTAINING BARRIER OF GAS FLOW BETWEEN TWO CONNECTED CAPACITIES

Область техники
Изобретение относится к способу и устройству для поддержания барьера из газового потока между двумя соединенными объемами. Настоящее изобретение особенно полезно для поддержания разделения между двумя объемами с разными атмосферами, с точки зрения степени стерилизации, при этом изобретение применимо в контексте загрузочных машин для заполнения пищевым продуктом предварительно сформованных упаковочных контейнеров.
Описание предшествующего уровня техники
В свете упомянутого выше контекста предварительно сформованные упаковочные контейнеры обрабатываются в загрузочной машине. Предварительно сформованные контейнеры могут быть контейнерами типа, который обычно называется «готовые к заполнению упаковочные контейнеры», имеющие трубчатый корпус, снабженный плечиками и устройством открывания на одном конце, и которые открыты на противоположном конце. В загрузочной машине такие упаковочные контейнеры нагревают, подвергают стерилизации, продувают для удаления остаточного стерилизационного вещества, потом наполняют и закупоривают. Эти этапы обработки производят на контейнерах по мере того как контейнеры перемещаются в продольном направлении через канал. Термин «стерилизация» взят для обозначения в нижеследующем описании, что упаковка после стерилизации достигает такого уровня стерилизации, который обозначают как коммерчески стерильный. Очевидно, что уровень стерилизации определяется характеристиками во время стерилизации и характеристиками атмосферы, которая находится внутри упаковки, до того как упаковку закупоривают. Таким образом, соответствующие стерильные условия должны поддерживаться в течение этапов обработки, следующих за стерилизацией.
Упаковки перемещают по технологическому процессу на транспортном приспособлении, имеющем несущее средство для переноса упаковок посредством их закрытого конца, и, начиная с этапа стерилизации, внутренность упаковки должна оставаться в асептических условиях до тех пор, пока упаковку не закупорят. Загрузочная машина в целом может быть машиной прерывного действия, в которой упаковки транспортируются вперед от одной остановки до другой, однако изобретение, как оно будет представлено ниже, может быть использовано также и в машине с непрерывным потоком упаковок.
Устройство вышеописанного вида и соответствующий способ производства, стерилизации и заполнения упаковок, который относится к данному контексту, описан в опубликованной международной заявке WO 2004/054883. В этой конкретной заявке описаны два обычно используемых подхода для обеспечения стерильных условий:
1) поддержание более высокого давления в зоне стерилизации, чем в окружающих зонах, с тем чтобы устранить попадание загрязненного воздуха в зону стерилизации;
2) размещение однонаправленного потока стерилизационного вещества в направлении от открытого конца упаковочного контейнера к закрытому концу того же контейнера, с тем чтобы избежать повторного загрязнения внутренности упаковочного контейнера. С этой целью зона стерилизации данного устройства по предшествующему уровню техники содержит средство для управления потоком газообразного стерилизационного вещества в верхнем участке зоны стерилизации и средство, чтобы отводить стерилизационное вещество в нижнюю часть зоны стерилизации.
В зонах, следующих за зоной стерилизации (ниже по потоку направления машины), поддержание асептических условий может быть достигнуто с помощью аналогичных приемов, вовлекая стерильный воздух вместо стерилизационного вещества.
Несмотря на то, что это является функциональным, создание однонаправленного потока требует воздушных потоков большой массы, что требует соответствующей высокой производительности вспомогательного оборудования, такого вентиляторов, фильтров и т.д. Поток низкой скорости на практике осуществляют путем инжекции воздуха через широкие перфорированные пластины, которые должны быть очищены с наружной стороны и вручную при очистке машины. Очевидно, что это является трудоемким процессом. К тому же низкоскоростной поток может быть чувствителен к возмущениям потока, что подразумевает, что структура потока в соседних зонах должна контролироваться.
Таким образом, очевидно, что существует необходимость в альтернативном и по некоторым аспектам усовершенствованном устройстве и способе для поддержания асептических условий, что и предложено настоящим изобретением.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение вышеуказанных проблем посредством нового способа, имеющего очевидные преимущества по отношению к предшествующему уровню техники, также как посредством новой загрузочной машины, спроектированной для осуществления способа. Способ определен в п.1 формулы изобретения, при этом устройство определено в п.7 формулы изобретения. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах.
Можно считать, что в машине вышеуказанного вида является слишком сложным и трудоемким сохранять большие участки машины все время стерильными, в частности приспособление для транспортировки с его несущим средством, поскольку они будут проходить на своем пути как через асептические, так и через неасептические зоны. Поэтому канал, через который упаковки транспортируются, может быть операционно разделен на два подъобъема: асептический объем, содержащий открытый конец упаковочного контейнера и участок корпуса, продолжающийся от этого открытого конца; и неасептический объем, содержащий несущее средство противоположного конца упаковочного контейнера, в основном для достижения эффектов, упомянутых выше в отношении альтернативного варианта 2). Поддерживая непрерывную площадь поверхности раздела между этими двумя под-объемами, асептические условия внутри упаковочного контейнера могут быть обеспечены после стерилизации. Настоящее изобретение решает эту задачу путем осуществления способа для поддержания в загрузочной машине барьера из потока газа между двумя объемами канала, причем упомянутый канал используется для транспортировки упаковок в направлении его длины и упомянутые объемы содержат первый объем, имеющий первую степень стерилизации, и второй объем, имеющий вторую степень стерилизации, в котором
первый объем содержит средство для инжекции газа,
второй объем содержит средство для отвода газа,
первый и второй объемы соприкасаются на площади поверхности раздела, проходящей в направлении длины канала,
причем содержит этап размещения турбулентных, расходящихся струй, протекающих от средства инжекции газа, так что расходящиеся струи газа взаимодействуют в области поверхности раздела для создания однонаправленного потока в направлении от первого объема ко второму объему в области поверхности раздела, и таким образом формируя барьер из газового потока.
В настоящем изобретении используется тот факт, что поток внутри первого объема может быть направлен в любом предпочтительном направлении, до тех пор пока направление потока на площади поверхности раздела является соответствующим. Высокоскоростной поток из средства инжекции газа будет иметь значительное количество движения и не будет таким чувствительным как однонаправленный поток, создаваемый с помощью решения из перфорированной пластины, что касается возмущений потока, вызванных другим механизмом в той же самой зоне или в соседних зонах. Такими механизмами могут быть инжекция стерилизационного газа в упаковку в зоне стерилизации или инжекция газа для вентиляции в вентилируемую зону и т.д. Настоящее изобретение облегчает выполнение газового барьера без выполнения однонаправленного потока во всем объеме или избыточного давления во всем объеме. Способ по изобретению также ограничивает количество требуемых средств для инжекции газа. В то время как использование в предшествующем уровне техники перфорированной пластины требовало большого числа отверстий для инжекции газа, для того чтобы поток был ламинарным и однородным, способ по изобретению позволяет использовать только несколько средств для инжекции газа на упаковку в зоне.
В одном или более варианте осуществления настоящего изобретения открытый конец упаковки может занимать первый объем, при этом противоположный конец переносится с помощью несущего средства, размещенного во втором объеме. Для того чтобы обеспечить асептические или стерильные условия, внутри упаковки нет необходимости в том, чтобы вся наружная поверхность упаковки оставалась стерильной. Достаточно, чтобы внутренний объем упаковки и область, прилегающая к границе между внутренней стороной и наружной стороной, оставались асептическими или стерильными. Эта зона, с другой стороны, должна быть хорошо определена и должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить надлежащую стерилизацию и предотвратить повторное заражение. Наличие несущего средства, размещенного во втором объеме, устраняет необходимость его стерилизации, что облегчает поддержание стерильных условий.
В соответствии с одним или более вариантом осуществления настоящего изобретения ограничитель потока, образующий и уменьшающий площадь поверхности раздела, размещен между первым объемом и вторым объемом. Ограничитель потока будет облегчать размещение барьера из газового потока путем стабилизации турбулентного потока в хорошо определенном положении. Ограничитель потока может быть выполнен в виде углублений в каждой противолежащей стенке канала, придавая поперечному сечению канала форму песочных часов, перпендикулярному к продольному направлению. Узкая часть формы песочных часов имеет такие размеры, чтобы минимизировать площадь поверхности раздела между первым и вторым объемами, одновременно позволяя проходить упаковкам, и спроектирована, чтобы стабилизировать турбулентный поток. Следует подчеркнуть, что поскольку упаковки могут быть сброшены на их пути к загрузочной машине, некоторые из переносчиков упаковок могут быть пустыми, при этом барьер из газового потока должен быть обеспечен вне зависимости от того, присутствует или отсутствует упаковка на площади поверхности раздела, и ограничитель потока будет этому способствовать.
В одном или более варианте осуществления настоящего изобретения средство для инжекции газа содержит круглые отверстия в самой верхней части канала. Использование круглых отверстий является полезным с технологической точки зрения, когда изготавливают машину, осуществляющую способ. Расположение и конструкция средства для инжекции газа также приводит к конкретным преимуществам. Средство для инжекции газа образует конструкционный составляющий элемент существующего канала, нежели будучи образованным из набора отдельных составляющих элементов. Это можно сравнить с решением по предшествующему уровню техники, в котором используются перфорированные пластины, в котором сложную и громоздкую систему подачи воздуха необходимо разместить выше по потоку от перфорированных пластин, при этом во время чистки перфорированные пластины часто должны быть изъяты и очищены вручную. В решении по изобретению средство инжекции газа просто снабжается стерильным воздухом через трубопроводы. Также может быть облегчена очистка путем использования простого клапана переключения, так что при выполнении автоматизированной очистки машины клапан просто приводят в действие, чтобы позволить очищающей жидкости войти в трубопровод, ведущий к средству инжекции газа, при этом очищается весь механизм инжекции газа.
В одном или более варианте осуществления настоящего изобретения средство для инжекции газа может быть размещено на фиксированном расстоянии вдоль двух линий, проходящих симметрично вдоль центральной оси по направлению длины канала, при этом в других вариантах осуществления настоящего изобретения средство инжекции газа может иметь форму продольных прорезей в направлении транспортировки, так что две прорези могут быть использованы для поддержания барьера из газового потока во всей зоне.
Изобретение также относится к устройству, разработанному для осуществления способа по изобретению, дающему те же преимущества, что описаны выше. Устройство для поддержания барьера из газового потока между двумя объемами канала в загрузочной машине, причем упомянутый канал выполнен с возможностью транспортировки упаковок в направлении его длины, причем упомянутые объемы содержат первый объем с первой степенью стерилизации и второй объем со второй, более низкой, степенью стерилизации, при этом
первый объем содержит средство для инжекции газа, второй объем содержит средство для отвода газа,
первый и второй объемы соприкасаются на площади поверхности раздела, проходящей в направлении длины канала,
отличающееся тем, что средство инжекции газа инжектирует турбулентные расходящиеся струи газа, так что расходящиеся струи газа соприкасаются в области поверхности раздела для создания однонаправленного потока в направлении от первого объема ко второму объему в области поверхности раздела и, таким образом, барьера из газового потока.
В одном или более вариантах осуществления настоящего изобретения два объема могут соприкасаться на участке канала, имеющем уменьшенное поперечное сечение в направлении, перпендикулярном направлению длины канала, с тем, чтобы улучшить структуру потока в области поверхности раздела между объемами.
Второй объем может содержать, или вмещать, переносчики для перемещения упаковок с помощью их закрытых концов, при этом средство инжекции газа содержит сопла в самой верхней части первого объема, удаленного от области поверхности раздела.
Как говорилось в отношении способа, сопла могут содержать круглые отверстия в самой верхней части канала, при этом сопла могут быть размещены на фиксированном расстоянии вдоль двух линий, продолжающихся симметрично вдоль центральной оси по направлению длины канала.
Вышеописанные признаки могут быть использованы в сочетании или по отдельности.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид в перспективе, частично в поперечном разрезе, загрузочной машины по предшествующему уровню техники, используемой для заполнения упаковок, готовых к заполнению.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид в разрезе, перпендикулярный к направлению транспортировки, загрузочной машины согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 представляет собой поперечный разрез, подобный фиг.2, загрузочной машины согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет собой вид сбоку в разрезе загрузочной машины, работающей в соответствии со способом по изобретению.
Фиг.5 представляет собой блок-схему, на которой показан способ по изобретению.
Подробное описание
На фиг.1 проиллюстрирована загрузочная машина по предшествующему уровню техники, как описано в ранее упомянутой заявке WO 2004/054883. Устройство 1 имеет зону 2 нагрева, зону 3 стерилизации и зону 4 вентиляции и соединенную с ней зону 5 наполнения. Как можно видеть на фиг.1, зоны 2-5 отделены друг от друга перегородками 6, 7, размещенными между зонами. В каждой перегородке 6, 7 имеется отверстие 6а, 7а. Упаковки 8 размещены в держателях 9 на конвейерной ленте 10, которая проходит через зоны 2-5. Упаковки 8 стоят на своих закрытых верхних концах 11, при этом их открытые нижние концы 12 направлены вверх.
В зоне 2 нагрева имеется устройство сопла (не показано) в верхней части зоны для ввода горячего фильтрованного воздуха. В нижней части зоны 2 нагрева имеются выходные отверстия (не показаны) для выведения горячего воздуха.
Подобным образом имеются сопла (не показано) для введения газообразной перекиси водорода в верхнюю часть зоны 3 стерилизации. В нижней части зоны стерилизации имеются выходные отверстия (не показаны) для выведения перекиси водорода.
Зона 4 вентиляции также имеет сопла (не показаны) для введения горячего стерильного воздуха в верхнюю часть. В нижней части зоны 4 вентиляции имеются выходные отверстия (не показаны) для выведения горячего воздуха.
Подобно зонам 2-4 нагрева, стерилизации и вентиляции зона 5 наполнения имеет сопла 26 для введения стерильного воздуха в верхнюю часть 27 зоны заполнения.
Загрузочная машина также имеет блок производства газа для получения газообразной перекиси водорода, используемой для стерилизации, также как каталитический блок для выведения разлагающегося газа перекиси водорода из зоны стерилизации.
На фиг.2 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения и представлен схематичный поперечный разрез, расположенный под прямым углом к направлению транспортировки упаковок в зоне заполнения загрузочной машины. Упаковка 108 перемещается посредством переносчика 114, прикрепленного к транспортной линии 115. Два ряда средств инжекции газа в виде круглых сопел 116 размещены в верхней части зоны, при этом они инжектируют стерильный воздух вниз. Инжектируемый из каждого сопла 116 воздух образует расходящийся поток, как указано пунктирными линиями, продолжающимися от отверстия сопла, на своем пути книзу. С точки зрения механики текучей среды поток является турбулентным, еще не сильно турбулентным, и здесь не будет описан подробно. В одном практическом примере выходная скорость может составлять 10-20 (m/s) м/сек, например 13 (m/s) м/сек, при этом диаметр отверстия сопла составляет 4 (mm) мм, то есть в турбулентной области или переходной области.Штрихпунктирная линия показывает приблизительное положение площади поверхности раздела между первым объемом, над линией, и вторым объемом, под линией. В тех же самых примерах сопла 116 размещены в два ряда, с расстоянием от центра до центра соседних сопел 116 около 20 (mm) мм. На площади поверхности раздела всегда будет однонаправленный поток, эффективно образующий барьер из газового потока, предотвращающий массоперенос из второго объема (II) к первому (I). Асептический или стерильный первый объем может таким образом оставаться асептическим или стерильным, независимо от атмосферы второго объема. Уровень площади поверхности раздела (в направлении сверху вниз на фиг.2) может изменяться в зависимости от того, присутствует или нет упаковка 108, также как во время транспортировки упаковки 108, но надо подчеркнуть, что поток на площади поверхности раздела будет оставаться непрерывным все время, что приводит к тому, что может быть установлен фиксированный и надежный уровень, выше которого поддерживаются стерильные или асептические условия в атмосфере, также как на поверхностях машины и упаковки. Сопла 116 могут быть размещены рядами, обычно парами сопел 116, так чтобы образовать симметричную установку. На чертежах имеется один набор сопел для каждого индексируемого положения упаковки, однако в настоящем работающем устройстве сопла 116 размещены с более маленьким расстоянием между ними, так что больше чем одна пара сопел 116 в среднем размещена на каждом индексируемом положении. Поскольку созданный поток имеет относительно высокую скорость, он не так легко будет подвержен воздействию пересекающихся потоков, как в технологиях по предшествующему уровню техники. Например, если изобретательский замысел используется в зоне наполнения загрузочной машины, пересекающиеся потоки, созданные потоком продукта в упаковку 108, не будут влиять на непрерывность барьера из газового потока в области поверхности раздела. Пересекающиеся потоки из соседних зон, таких как зона вентиляции, не будут влиять на поддержание барьера из газового потока. Средство 122 отвода газа размещено во втором объеме для принудительного отвода газа, и оно может быть использовано, чтобы сбалансировать чистый поток в загрузочной машине.
На фиг.3 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления настоящего изобретения ограничители потока 118, 120 были размещены в канале. Таким образом, пустой объем вокруг упаковки 108 уменьшился. Это делает возможным использование менее расходящихся инжекций воздуха через сопла 116 и более легкое получение газового барьера, когда упаковка 108 присутствует, когда упаковка 108 отсутствует, также как во время транспортировки упаковок 108. Отклонение сопел 116 может быть изменено путем изменения известным образом их геометрии. Ограничители потока будут вырабатывать устойчивые зоны рециркуляции с наружной стороны рядов сопел 116 (по отношению к воображаемой центральной линии между соплами), которая указана круглыми пунктирными стрелками.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид сбоку загрузочной машины, в которой осуществляют способ по изобретению. Стрелка указывает продольное направление, в котором упаковки могут транспортироваться прерывистым образом или непрерывным образом.
Чтобы подвести итог, некоторые преимущества настоящего изобретения включают в себя то, что оно может быть оптимизировано в отношении пространства, которое требуется в машине, и может иметь конструкцию, занимающую гораздо меньшее пространство по сравнению с существующими системами. Например, это облегчает разработку системы заполнения и наружной чистки, которые были описаны ранее в заявке. С остающейся функциональностью машина может быть разработана с необходимостью меньшего усилия для очистки. Было описано, как способы по предшествующему уровню техники требуют ручной очистки перфорированных пластин. С помощью технологии по изобретению очистка сопел 116 может быть легко осуществлена путем инжекции очищающей текучей среды вместо воздуха через систему инжекции. Функция настоящего изобретения также может быть обеспечена без создания избыточного давления и требует сравнительно малого массового расхода воздуха. Несмотря на это, изобретение может быть использовано в окружающих средах, где имеются сильные пересекающиеся потоки. Некоторыми прямыми преимуществами менее сложной конструкции являются: упрощенная сборка во время производства, сокращенное время простоя во время обслуживания и т.д.
В своей самой упрощенной конструкции сопла 116 имеют круглое поперечное сечение и размещены как обработанные отверстия в потолке камеры. Отверстия с круглым поперечным сечением легко обрабатывать и они обеспечивают симметричный рисунок потока. Однако специалисту понятно, что сопла могут иметь любую соответствующую форму, не выходя за рамки изобретательского замысла, как он определен в формуле изобретения.
Настоящее изобретение может быть применено в загрузочной или упаковочной машине, дополнительные детали которых описаны в некотором количестве совместно рассматриваемых шведских патентных заявок, поданных одним и тем же заявителем, в один и тот же день, что и настоящая заявка, и которые включены здесь по ссылке. С этой целью дополнительными деталями являются:
сопло, которое может быть использовано при обработке внутренности упаковочных контейнеров, описанное в заявке с названием «Устройство и способ для газообразной обработки упаковок» (SE-0900906-9);
способ получения оптимальной концентрации стерилизационного вещества в зоне стерилизации, описанное в заявке с названием «Устройство и способ для стерилизации упаковок» (SE-0900907-7);
устройство и способ для поддержания асептичности также раскрыты в заявке «Устройство и способ поддержания барьера из газового потока между двумя объемами канала»(SE-0900913-5);
система для обеспечения того, что вовлечение воздуха имеется для струйных потоков зоны заполнения и зоны вентиляции, раскрыта в заявке с названием «Система для обработки упаковочных контейнеров» (SE-0900912-7);
устройство для создания очищенного воздуха, который может быть использован для этого в качестве источника вовлечения воздуха в струи в зоне вентиляции и зоне заполнения и избыточного воздуха в зоне заполнения, описано в заявке с названием «Устройство для получения очищенного воздуха» (SE-0900908-5).
Некоторые различные аспекты загрузочной и упаковочной машины описаны в заявках, озаглавленных «Упаковочная машина и способ упаковки I) (SE-0900909-3) и «Упаковочная машина и способ упаковки II) (SE-0900910-1), соответственно. Система для подачи вовлеченного воздуха к потокам воздушных струй в машине описана в заявке с названием «Система для обработки упаковочных контейнеров» (SE-0900912-7), релевантные части которой, как указывалось, включены здесь по ссылке.