BRPI1015430B1 - sistema de injeção, e, método para injeção de meios gasosos - Google Patents
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Abstract
sistema de injeção, e, método para injeção de meios gasosos um sistema de injeção para inj etar meios gasosos na extremidade aberta de um recipiente de embalagem inclui um bocal que direciona o meio gasoso para dentro de recipiente. o sistema de injeção inclui adicionalmente uma proteção colocada em torno do bocal, e a proteção tem uma abertura de proteção faceando a abertura do recipiente de embalagem, como também uma forma seccional transversal e a abertura de proteção tendo as dimensões iguais ou excedentes às dimensões conespondentes ao recipiente de embalagem em sua abertura que faceia a proteção tal que uma fenda pode ser criada entre o perímetro das ditas aberturas, a proteção incluindo adicionalmente uma fenda circunferencial na extremidade oposta à abertura da proteção.
Description
“SISTEMA DE INJEÇÃO, E, MÉTODO PARA INJEÇÃO DE MEIOS GASOSOS”
Campo Técnico
A presente invenção se refere a um dispositivo e método usado no tratamento de fluxo gasoso de recipientes de embalagem, mas particularmente em recipientes de embalagens prontas para encher, que têm um corpo essencialmente tubular provido com um rebordo e um arranjo de abertura em uma extremidade, e sendo, no momento do tratamento, aberto na outra extremidade.
Fundamentos da Técnica
A presente invenção é particularmente bem adequada para o preaquecimento dos recipientes de embalagem antes do tratamento de esterilização em uma estação de preenchimento, mas pode também ser usada na gaseificação / esterilização de recipientes. Na seguinte esterilização deve ser interpretado em sentido amplo para estabelecer a provisão de um nível de esterilização correspondente a uma demanda particular. Essa demanda pode variar para vários recipientes de embalagem e vários produtos alimentícios a serem contidos nos recipientes de embalagem (“embalagens” usado a seguir), e sua correspondente vida em prateleiras. Esse nível variável de esterilização é comumente referenciado como “comercialmente estéril”
As embalagens de acordo com a definição acima são esterilizadas com uma gente de esterilização antes de um enchimento subsequente, e esse processo ocorre em uma máquina de encher, tal que as embalagens são esterilizadas e subsequentemente preenchidas através de uma extremidade de abertura da mesma, enquanto ainda sendo colocada em um ambiente asséptico até que a extremidade de abertura tenha sido vedada. Antes do enchimento, qualquer agente de esterilização residual deve ser ventilado, de forma a não afetar o gosto e o aspecto do produto contido na embalagem.
Antes da esterilização as embalagens são aquecidas a uma temperatura acima do “ponto de orvalho” do agente de esterilização gasoso. Senão, o agente de esterilização gasoso ficará propenso a condensar sobre as superfícies da embalagem, o que prejudicaria o sucesso da ventilação. Essa etapa no processo de esterilização é comumente referenciada como preaquecimento.
Estratégias relacionadas às estações de enchimento são discutidas na WO 2004/054883 e W02007/024172.
A presente invenção se refere principalmente à etapa de preaquecimento da embalagem, ainda um dispositivo e um método podem ser usados para descarregar uma embalagem com um gás, o que também será discutido. Como mencionado acima, a principal aplicação se refere a embalagens prontas para encher, que têm uma extremidade aberta e uma extremidade fechada, em que a extremidade aberta é usada como uma rota de acesso para o preaquecimento, esterilização, descarga (ou ventilação) e preenchimento.
De volta à etapa de preaquecimento, um método da arte anterior inclui o uso de um bocal de injeção compensado para injetar ar quente na embalagem, via a extremidade aberta. O bocal de injeção é compensado em relação ao eixo central ao longo da direção do comprimento da embalagem a fim de criar um fluxo que passe por todas as superfícies do interior da embalagem. Outra razão para usar um fluxo direcionado é que ele fornece um aquecimento rápido da superfície interior da embalagem. Uma alternativa seria usar aquecimento em massa de uma seção inteira da máquina de encher, e portanto, das embalagens que ocupam essa seção da máquina de encher. Essa abordagem seria, entretanto, significativamente mais lenta com um tempo de permanência para a s embalagens na seção aquecida na ordem de vários minutos, e possivelmente com menos eficiência de energia também. Ao usar um fluxo direcionado para preaquecimento pode-se reduzir o tempo de permanência para alguns segundos, o que está em harmonia com o resto das operações executadas na máquina de preencher.
Um problema com o bocal de compensação da arte anterior é, entretanto que a distribuição de temperatura sobre a superfície interior do recipiente será heterogênea, o que será elaborado na descrição detalhada. Durante o preaquecimento, toda a superfície interior da embalagem deve alcançar uma temperatura limite acima do “ponto de orvalho” do agente de esterilização. A heterogeneidade irá, portanto, resultar inevitavelmente no fato de que algumas áreas ficarão superaquecidas a fim de que as outras áreas alcancem a temperatura limite. Isso pode exigir um uso excessivo de energia, e também afetar as propriedades do material de embalagem de uma maneira negativa.
Sumário
A presente invenção objetiva a eliminação ou pelo menos um alívio das desvantagens encontradas na arte anterior através do fornecimento de um dispositivo de injeção de acordo com a reivindicação 1, e um método de injeção de acordo com a reivindicação 14. Configurações preferidas são definidas pelas reivindicações anexas.
A presente invenção também fornece uma máquina de preenchimento que tem o dispositivo de injeção da invenção.
Breve Descrição dos Desenhos
A Fig. 1 ilustra as etapas envolvidas em uma máquina de preencher para colocar produto alimentício em um recipiente de embalagem.
A Fig. 2 ilustra esquematicamente uma primeira configuração da presente invenção.
A Fig. 3 ilustra uma segunda configuração da presente invenção.
A Fig. 4 ilustra a geometria de uma fenda definida entre um dispositivo de injeção de acordo com uma configuração da presente invenção e uma extremidade aberta de uma embalagem durante uso de uma configuração da presente invenção.
As Figs. 5a e 5b ilustram ilustrações esquemáticas de uma matriz de fluxo dentro de duas embalagens de várias dimensões.
A Fig. 6 é uma vista seccional transversal de uma proteção em uma configuração da presente invenção, indicando várias orientações de bocal.
Descrição Detalhada
Configurações da presente invenção serão descritas agora com referencia aos desenhos. Números de referencia ou componentes similares em vários desenhos seguem uma matriz que é de fácil entendimento.
A Fig. 1 ilustra as principais etapas comumente incluídas em um processo executado por uma máquina de encher. Em uma primeira etapa las embalagens 101 são transportadas por uma transportadora (não mostrada), a qual transporta as embalagens 101 através do processo. As embalagens 101 geralmente têm um corpo de embalagem laminado e uma extremidade aberta 120 e uma extremidade fechada 130, a ultima sendo provida com rebordos 132 e um dispositivo de abertura 134. Em uma segunda etapa 2, as embalagens 101 são preaquecidas a uma temperatura de cerca de 70°C. O preaquecimento é executado de forma a evitar condensação do agente de esterilização, o qual é aplicado às embalagens 101, em uma terceira etapa 3. Depois da esterilização, as embalagens 101 são ventiladas em uma quarta etapa 4, em que resíduos do agente esterilizador são removidos. A quinta etapa 5 envolve o preenchimento das embalagens 101, depois do qual a extremidade aberta de cada embalagem 101 é vedada. A atmosfera na máquina de preenchimento é HEPA - ar filtrado, e partindo a partir da etapa de esterilização 3 ele será estéril também. Como ilustrado na Fig. 1, as diferentes etapas são executadas em seções individuais da máquina de preenchimento. As embalagens 101 são transformadas sequencialmente a partir de uma etapa para outra por meio de um arranjo de transporte. A direção de transporte pode ser referenciada como uma direção de máquina. Em um caso prático não há uma vedação hermética entre seções adjacentes. Adicionalmente, em casos práticos, normalmente, várias embalagens 101 são sujeitas a um tratamento em uma etapa, simultaneamente, e são indexadas mais a frente no processo, e.g., duas de cada vez e sujeitas ao tratamento de uma etapa enquanto estando em uma posição estática. A presente invenção pode, entretanto, ser usada também em uma configuração onde as embalagens 101 são continuamente transportadas na direção da máquina, linearmente ou ao longo de um trajeto curvo, tal como em um preenchedor rotativo.
A presente invenção percebeu que o arrastamento de ar circulante é uma importante cauda da distribuição heterogênea de temperatura, e a Fig. 2 ilustra um dispositivo de injeção 202 de acordo com uma primeira configuração da presente invenção. O dispositivo 202 é colocado em registro com uma embalagem 201 para ser preaquecido, e inclui uma proteção 203 e um bocal de injeção 204. A proteção 203 e o bocal 204 são fabricados a partir de um material capaz de resistir ao calor e a forças envolvidas no processo de injeção, como também a resistir ao(s) agente(s) de esterilização e agente(s) de limpeza usados. O material também deve ser fácil de limpar e de esterilizar a si mesmo, e exemplos de tais materiais incluem, mas não limitam a: PEEK (poliéterétercetona ) e aço inoxidável. A escolha do material é também limitada a materiais aprovados para ter contato com produtos alimentícios através de regulamentações anteriores. Claro que a proteção 203 e o bocal 204 não precisam ser fabricados no mesmo material. Peróxido de hidrogênio é um exemplo de um agente de esterilização comumente usado.
O bocal 204 se projeta vedando através da proteção 203, de forma que apenas o caminho de escape maior a partir da proteção 203 passa pela sua abertura 206, definida pela aba inferior 208 ( inferior ”em referencia à orientação ilustrada na Fig. 2). No exemplo ilustrado, o bocal 204 é colocado paralelo ao eixo central C da proteção 203, em uma posição compensada a partir do dito eixo central C. Quando em uso, isso irá resultar no fato de que o fluxo, ilustrado pela seta curva 210 de ar estéril e quente é direcionada ao longo de um lado da embalagem 201, é revertida na parte inferior da embalagem 201, e segue o lado oposto, na medida em que deixa a embalagem 201. O momento do fluxo de gás o forçará em direção às paredes da proteção 203 e combinado com a pressão acumulada causada pela fenda 212 o ar quente será distribuído no volume fechado da embalagem 201 e a proteção 203 para uma tal extensão que a distribuição de temperatura será menos heterogênea. A construção inventiva resulta na proteção do bocal 203 e a embalagem 201 que define uma câmara, a qual por alguma extensão é isolada do ambiente. Portanto o arrastamento do fluxo do jato será suportado, ou alimentado, pelo ar aquecido a partir da embalagem antes que a partir dos ambientes, os quais reduzirão a diferença de temperatura entre o ar injetado pelo bocal e o ar que deixa a embalagem através da fenda 212 significativamente comparada com a arte anterior. Esse último efeito de auto arrastamento também é considerado atualmente como sendo uma razão principal para a geração de uma distribuição de temperatura mais estreita.
Simulações mostraram um efeito significativo da proteção em relação à distribuição de temperatura quando comparada com uma instalação sem uma proteção. O efeito da distribuição de temperatura mais estreita é que a temperatura limite pode ser seguramente excedida através da embalagem, sem alcançar temperaturas locais acima de um nível prejudicial para o material de 25 embalagem.
Deve ser notado que o fluxo ilustrado nos desenhos é muito simplificado, e serve apenas à finalidade de facilitar o entendimento da invenção. Entretanto, visando à finalidade da presente invenção é preferível que o bocal não se estenda além da aba superior da embalagem, uma vez que isso exigiría para o bocal que a embalagem ou ambos fossem móveis na direção vertical. Tal arranjo de movimento seria possível embora, complicado. Também, mais de um bocal pode ser colocado dento da mesma proteção.
A Fig. 3 ilustra uma configuração essencialmente idêntica à primeira mas, na forma da proteção 303, a qual em contraste com a forma cilíndrica da proteção 203 tem a forma de cúpula. Isso é para ilustrar que existem várias possibilidades para a forma da proteção. Se o volume contido dentro da proteção não for muito pequeno, as propriedades da fenda terão um impacto maior na função do sistema de injeção do que a forma da superfície atual da proteção. Ainda, se encaixa dentro do escopo da presente invenção, como definido pelas reivindicações, modificar a forma da proteção além do que está descrito nos desenhos. Numerais de referencia foram omitidos, uma vez que a semelhança com a Fig. 2 os torna obsoletos.
A restrição da fenda 412, mostrada na Fig.4, a qual é criada pelo arranjo da proteção 403 com sua aba 412 levemente acima da aba 414da extremidade aberta da embalagem 401 é definida pela - assumindo que as aberturas na proteção 403 e na embalagem 401 são circulares e alinhadasárea de superfície lateral A do cone truncado imaginário criado entre elas.
Para uma configuração, diâmetro da proteção é de llOmm., o diâmetro da embalagem é 80 mm., e o diâmetro do bocal é llmm. A taxa de fluxo a partir do bocal é de 60 m7h, resultando em uma velocidade de fluxo de aproximadamente 200m/s.
Isso consequentemente será uma pressão rápida, leve acumulada na embalagem, resultando em arrasto lento dos gases circundantes. Se existirem, o arrasto é limitado ao primeiro período curto de tempo antes do acúmulo de pressão marginal. Os efeitos dominantes são, portanto, auto arrastados e o acumulo de pressão, do qual o anterior está claramente dominando.
Pode haver vários efeitos benéficos a partir do arranjo de proteção.
- O fluxo de gás quente ou do agente esterilizador gasoso impactará na superfície interna curva da proteção, e direciona e distribui o fluxo em torno do perímetro interno da proteção, e para fora através da fenda anular entre a circunferência do recipiente de embalagem e a proteção. Esse efeito pode, em alguns casos, ser intensificado pelo bocal compensado, o qual leva o fluxo a seguir o interior do recipiente de embalagem, a partir da esquerda para a direita, na Fig. 2.
- Dependendo da dimensão da fenda anular, ela causará uma queda de pressão mais ou menos significativa. Esta queda de pressão atua na distribuição do fluxo através da fenda eventualmente em torno de sua circunferência.
- Como o fluxo deixa a fenda, seguirá a superfície externa do recipiente de embalagem para uma extensão maior que na técnica anterior, o que significa que o lado de fora do recipiente de embalagem será aquecído/esterilizado a uma extensão maior.
- A proteção ajudará na prevenção do fluxo rápido de gases de perturbar a atmosfera ao redor, o que pode ser uma característica benéfica em uma máquina de encher.
Deve ser notado que os desenhos não ilustram, de forma nenhuma, matrizes de fluxos reais. Os desenhos, simplesmente servem à finalidade de ilustrar esquematicamente algumas configurações da invenção.
Existem inúmeras maneiras de projetar configurações alternativas dentro do escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações; alguns exemplos são incluídos abaixo.
A forma da proteção pode não ser necessariamente cilíndrica, podendo, por exemplo, ter a forma de cúpula, ou ter outra forma, desviandose da forma cilíndrica. Podería, portanto, ter também uma forma interna sendo provida com saliências ou entalhes a fim de adicionalmente guiar o fluxo. Uma razão para sair da forma cilíndrica seria se a seção transversal da embalagem fosse, por exemplo, quadrada ou retangular. Em tal caso, uma seção transversal da proteção correspondería a essa forma tal que uma fenda constante adequada é criada entre a aba da proteção e a aba da embalagem. A função básica da proteção é capturar o fluxo de retorno da embalagem e dar ao jato a possibilidade de arrastar o fluxo de retorno preaquecido. Adicionalmente, é benéfico se o fluxo, a partir da fenda, for direcionado para baixo tal como para evitar perturbar o fluxo circundante. Essas funções são alcançadas mesmo com a geometria simples apresentada nos desenhos.
No exemplo ilustrado na Fig. 2 o bocal tem uma posição sendo compensada a partir do eixo central da proteção. Ele pode, entretanto ter outras posições, dependendo das velocidades de fluxo e do tamanho da embalagem. Algumas alternativas são ilustradas na Fig. 6 onde (i) ilustra um bocal, como colocado na primeira e na segunda configuração, e (ii) -(iv) bocais inclinados em várias direções relativas ao eixo central C, criando várias matrizes de fluxo na embalagem. Se a razão do aspecto da embalagem 501B, definir como o quociente entre altura de embalagem e diâmetro hidráulico, for muito grande, será difícil ou impossível alcançar a extremidade fechada da embalagem 501B com um bocal 504 localizado no eixo central da proteção, e direcionado paralelo ao dito eixo central. Esse efeito é ilustrado na Fig. 5B, e para algumas embalagens comerciais, e fluxos, esse pode ser o caso, significando que esse arranjo será evitado pelo dito tipo de embalagens, Se, entretanto, o dispositivo inventivo for para ser usado por uma embalagem 501 A, tendo uma diferente razão de aspecto, um arranjo de bocal central 504, pode, ao invés, ser preferido, como ilustrado na Fig. 5A.
Nesse contexto, deve ser mencionado que o eixo central da proteção é definido como um eixo direcionado ortogonal a uma superfície definida por uma abertura de proteção. Em uso, o eixo central da proteção geralmente coincide com o eixo central da embalagem. Se a proteção tiver uma simetria rotacional, o eixo central geralmente coincide com o eixo da simetria.
Durante o aquecimento da embalagem, frequentemente é feito uso de ar quente filtrado, o qual é injetado no sistema, a uma temperatura de cerca de 100°C, com a finalidade de aquecer a embalagem a uma temperatura que ultrapasse o ”ponto de orvalho” do agente de esterilização usado, sem detrimento de efeitos no laminado da embalagem. O suprimento de calor, ar filtrado para o bocal é provido por uma ventoinha e pelo arranjo de aquecedor em um sistema recirculado.
Exemplos de outros usos para configurações do dispositivo inventivo podem ser geralmente situações onde uma embalagem com uma extremidade de abertura deve ser cheia com um meio gasoso. Um exemplo específico é quando suco de fruta é preenchido em uma embalagem. Antes do preenchimento, o ar estéril dentro do recipiente precisa ser substituído por uma mistura de gás bem definida, tal como nitrogênio ou outro gás inerte, a fim de prolongar a vida de prateleira do suco de fruta e evitar descolorações, etc. Configurações do dispositivo inventivo podem ser usadas então com essa finalidade. Configurações do dispositivo inventivo podem ser usadas também em gaseificação de embalagens, com finalidades de esterilização.
De acordo com uma ou mais configurações, as configurações descritas anteriormente, existe, por exemplo, também, um arranjo de uma pequena fenda, essencialmente circunferencial na porção superior lateral da proteção. Essa fenda não afetará significativamente a função da proteção, ainda facilita a limpeza automática da máquina de encher, sendo assim, altamente benéfica. A limpeza é simplificada uma vez que o canto agudo entre a proteção e a estrutura de extensão que deveria, em caso contrário, estar presente, tornaria mais difícil, ou mesmo impossível, limpar automaticamente. Uma estrutura de suporte fixará a proteção à estrutura de extensão.
Se uma configuração do presente dispositivo inventivo tiver que ser usado para injeção de agente esterilizador, ou para ventilação da embalagem, a taxa de fluxo do(s) bocal (is) de injeção pode ter que ser ajustada. Isso é considerado para estar na competência da pessoa especializada para fazer esses ajustes, baseada nos ensinamentos da presente invenção.
A presente invenção pode ser aplicada a uma máquina de preenchimento ou de embalagem, maiores detalhes dos quais são descritos em numerosos pedidos de patentes suecos, arquivados pelo mesmo requerente no mesmo dia do presente pedido, os quais são aqui incorporados como referencia. Com essa finalidade, detalhes adicionais de:
Um dispositivo e método para manter assepsia são divulgados na “Um dispositivo e método para manter uma barreira de fluxo de gás entre dois volumes interconectados” (SE- 0900911-90, no qual um dispositivo e método é divulgado em “Um dispositivo e um método para manter uma barreira de fluxo de gás entre dois volumes de um canal” (SE-0900923-5).
Um método para obtenção de uma concentração otimizada de agente de esterilização em uma zona de esterilização é divulgado no pedido que tem o título: “Um dispositivo e um método para esterilizar embalagens” (SE 0900913-7).
Um sistema para assegurar que o arrastamento de ar está presente para os fluxos de jato da zona de enchimento e da zona de ventilação é divulgado no pedido que tem o título: “Um sistema para tratamento de recipientes de embalagem”. (SE- 0900912-7).
Um dispositivo para fornecer ar limpo, o qual pode ser usado como uma fonte de arrastamento de ar para aplicar jatos na zona de ventilação e na zona de enchimento e um ar excedente na zona de enchimento é divulgado no pedido que tem o título: “Um dispositivo para a provisão de ar limpo”. (SE- 0900908-5).
Vários aspectos da máquina de embalagem e enchimento são divulgados na aplicação intitulada: “Máquina de embalagem e Método de embalagem I” (SE- 0900909-3), e Método de embalagem II”( SE- 09009ΙΟΙ), respectivamente. Um sistema para suprimento arrastamento de ar para 5 fluxos de ar em jato na máquina é divulgado na aplicação com o título “Um sistema para tratamento de recipientes de embalagens”(SE- 0900912-7), partes relevantes dos quais, como mencionado, são aqui incorporadas como referencia.
Claims (12)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema de injeção, para injeção de meios gasosos na extremidade aberta de um recipiente de embalagem que inclui um bocal (204, 304,404, 504) direcionando o meio gasoso para dentro de recipiente (201, 301, 401, 501), caracterizado pelo fato de que inclui uma proteção (203, 303, 403, 503) colocada em torno do bocal (204 - 504), e dita proteção tendo uma abertura de proteção faceando a abertura do recipiente de embalagem, como também uma forma seccional transversal e a abertura de proteção tendo as dimensões iguais ou excedentes às dimensões correspondentes ao recipiente de embalagem em sua abertura que faceia a proteção tal que uma fenda (212, 312, 412, 512) pode ser criada entre o perímetro das ditas aberturas, em que a proteção tem uma fenda essencialmente circunferencial na extremidade oposta à abertura da proteção, em uma porção superior lateral da proteção.
- 2. Sistema de injeção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bocal é colocado a uma distancia do eixo central da proteção.
- 3. Sistema de injeção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bocal é colocado coincidindo com o eixo central da proteção.
- 4. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o bocal é colocado em um ângulo relativo ao eixo central da proteção.
- 5. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o bocal é colocado paralelo ao eixo central da proteção.
- 6. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que vários bocais sãoPetição 870190005430, de 17/01/2019, pág. 10/27 colocados dentro da proteção.
- 7. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os meios gasosos incluem ar quente.
- 8. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo dos meios gasosos é de 60 m3/h.
- 9. Sistema de injeção de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um fluxo é colocado no lado radialmente externo do recipiente de embalagem.
- 10. Sistema de injeção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a forma de seção transversal é circular.
- 11. Sistema de injeção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a forma de seção transversal é retangular.
- 12. Método para injeção de meios gasosos na extremidade aberta de um recipiente de embalagem, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de:colocar um recipiente de embalagem que tem uma extremidade fechada e uma extremidade aberta com a extremidade aberta faceando um bocal de injeção (204;304;404;504), em que uma proteção (203; 303; 403; 503) é colocada em torno do bocal (204 - 504), dita proteção tendo um diâmetro que é igual ou excede o diâmetro do recipiente de embalagem e uma abertura de proteção faceando a abertura do recipiente de embalagem, tal que uma fenda (212; 312; 412; 512) possa ser criada entre o perímetro das ditas aberturas, e fornecendo uma fenda essencialmente circunferencial na extremidade oposta à abertura da proteção, em uma porção superior lateral da proteção, seguida pela etapa de injetar meios gasosos no recipiente de embalagem.
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