CN101801422B - β辐射灭菌 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于填充容器的设备(1)，该设备(1)包括一入口(2)，开口的容器可以通过该入口(2)被引导入该设备(1)，该设备(1)还包括至少一个用于沿一预定输送通道传送该些容器的输送装置(6)，该设备(1)还包括一出口(12)，该些容器可以通过该出口(12)从该设备(1)被排出，其中该输送装置传送该些容器的速度可变，该设备(1)还包括至少一个填充装置，该填充装置在该入口(4)与该出口(12)之间的该输送通道上至少部分地以一液体介质填充该些容器。根据本发明，该设备包括一外壳(14)，该外壳的内部设有至少一个β辐射单元(16a、16b、16c、16d)形式的灭菌装置(16a、16b、16c、16d)，该灭菌装置用于对该设备(1)的组件进行灭菌。

Description

β辐射灭菌

技术领域

本发明涉及一种用于填充容器的设备。

背景技术

在饮料行业中，长久以来已有多种用于填充容器的设备，在下文中也将之称为填充机。特别地，当采用食物，例如果汁、水和类似物等等填充容器时，必须对灌瓶机采取严格的安全措施。例如，在进行实际的填充过程之前，有必要对容器进行灭菌。进一步地，在实际的填充过程中，也必须确保该些容器不会遭到污染。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够对经过填充的容器执行高度灭菌的用于填充容器的设备和方法。这是由一种如权利要求1所述的设备、一种如权利要求11所述的系统以及一种如权利要求14所述的处理容器的方法实现的。较佳实施例及进一步的改进则构成了从属权利要求的主题。

本发明的一种用于填充容器的设备包括一入口，开口的容器可以通过该入口进入该设备。该设备还设有一输送装置，该输送装置沿着该入口下游的一预定输送通道输送该些容器，该设备还设有一出口，该些容器可以通过该出口被排出该设备。该输送装置输送该些容器的速度是可变的，该设备还设有至少一填充装置，该填充装置在该入口与该出口之间的输送通道上至少部分地以液体介质填充该些容器。

根据本发明，该设备包括一外壳，并且在该外壳内设有至少一个灭菌装置，该灭菌装置可以是一β辐射单元的形式，也可以是例如X射线辐射，以对该设备的组件进行灭菌。较佳地，该外壳是一个封闭的外壳，以防止β辐射以及例如的X射线辐射从该设备中逸出。该输送装置特别较佳地为一输送转盘，其上设有多个填充装置，该些填充装置用于向容器中填充饮料。进一步地，多个输送装置，例如以传送星形轮或类似的形式，被较佳地设置于该设备的内部。该β辐射单元或者该β发射器通过β射线对该设备的组件进行灭菌，并由此将该设备保持在无菌状态，特别是在连续运行过程中也是如此。

较佳地，该至少一个β辐射单元的强度是可控的。“可控的”在此处应被理解为：该辐射单元不仅仅可以在一开启状态与一关闭状态之间切换，还可以被控制在至少两个不同的强度级别上，并且较佳地在一强度最小值与一强度最大值之间连续可调。例如，可以通过改变该β辐射单元的一加速管中的加速电压，以改变该β辐射的强度。

在一个较佳实施例中，该设备包括一控制单元，该控制单元被设置为：它根据该设备的运行参数对该至少一个β辐射单元的强度进行控制。

较佳地，该运行参数为该输送装置的输送速度。总的来说，实现对各个组件的有效灭菌需要一定剂量的β辐射。如果该设备的速度是受到约束的，则各个组件位于一给定的β辐射单元的辐射区域中的时间将会更长。因此，在这种情况下，较佳地，降低该相关的β辐射单元的强度。由此，即使在不同的输送速度下也可以实现一预定剂量的β辐射，如果可能的话，实际的β辐射剂量既不应低于该预定剂量也不应高于该预定剂量。

在一个进一步的较佳实施例中，该设备的运行参数为一用于障阻该些容器的障阻装置的一开启状态，该障阻装置设于该设备的上游。例如，当一完整的系统中的其它单元发生故障时，则有可能必须中断容器的流动。当这样一个障阻装置被关闭，并由此不再有容器进入该设备后，在该较佳的实施例中，只要该设备中不再有任何容器，则相应的辐射能量即会被立刻降低，从而该β辐射单元所需的冷却能量也可能会被相应降低。然而在这种情况下，仅当该设备中不再有任何容器时，该控制装置才会首先降低强度或辐射能量。这将防止对某些组件的灭菌的不均匀性，该不均匀性将可能对该些容器本身产生影响。

在一个较佳的实施例中，要经该β辐射单元进行辐射的组件从以下组件集合中选择：输送星形轮、配件、用于夹持该些容器的夹持装置及类似物等。应该指出的是，并非该些容器本身要被本发明的该设备进行β射线辐射，而是仅仅针对用于处理该些容器的组件进行辐射。

在一个进一步的较佳实施例中，该至少一个β辐射单元被提供或按下述方式设置为：在该些容器的输送过程中，来自该β辐射单元的β射线并不射至该些容器。例如，可以在该些被输送的容器上方设置一盖板，而该辐射单元仅仅对该盖板上方的区域灭菌。进一步地，该β辐射单元可以被设置为：灭菌作用于该些容器的输送通道下方，特别是作用于该些容器本身的下方。

进一步地，该β辐射单元可以设置于该输送装置的一些区域内，该些区域在任何时刻均不会被容器占据。例如，当采用输送星形轮作为该输送装置时，通常会在该些输送星形轮的上游设置一交接星形轮，用于将该些容器传送至该输送星形轮，而在该输送星形轮的下游设置一拾取星形轮，用于从该输送星形轮拾取该些容器。在该输送星形轮的周缘方向通常设有一定的角度范围，在该角度范围中用于夹持该些容器的夹持装置上总是空的，即在任何时刻均不被容器占据。在一个较佳实施例中，该β辐射单元被设置于这样一个区域中和/或以如下方式被设置：仅有这个区域受到辐射。某些食物条例，例如US FDA(美国食品及药物管理局)的条例就规定道：由于可能会导致对饮料的污染，射线，例如本实施例中的β射线，不允许与实际饮料发生接触。这一规定对饮料液滴也有约束效力，因为饮料液滴仍然是有可能进入容器的。

然而，根据该β辐射单元的特定实施例，也有可能确保发射的辐射边界不与该些容器相接触。例如，可以通过对该β辐射单元的发射孔的特别设计，获得几何学上精确定义的“辐射波瓣”。在这种情况下，必须考虑到β辐射会被例如消毒空气、氮气或惰性气体等介质所衰减，因此在将这些因素以及对灭菌装置本身的设计列入考虑之后，便可以预定义出具有精确边界的该“辐射波瓣”。

在一个进一步的较佳实施例中，该设备设置于一洁净的腔室中，该洁净的腔室中充满有从以下气体集合中选择出的一种气体：惰性气体、氮气、消毒空气及类似物等等。较佳地，该气体在该设备周围的区域中处于超大气压力的状态。

在一个进一步的较佳实施例中，以固定方式设有多个β辐射单元。设置固定的辐射单元，能特别利于实现该些容器不与该β辐射或该电子束相接触的效果。

本发明还涉及一种用于处理容器的系统，该系统包括一如上所述的设备以及一设于该设备上游的灭菌装置，该灭菌装置用于对该些容器进行灭菌。需要加以指出的是，在所述的灭菌装置中，该些容器本身的内部和外部都已接受了灭菌处理，因此它们是以一种经彻底灭菌的状态到达该设备的。术语“上游”和“下游”在此处是根据该些容器的输送方向定义的。

较佳地，该灭菌装置包括至少一个用于传送该些容器通过该灭菌装置的传送装置。

较佳地，该输送装置的驱动和该传送装置的驱动可以被分别独立控制。由此，可以分别独立地对该输送装置和该传送装置进行操作。原则上，在现有技术中通常都会将多个驱动相互同步，从而允许block operation。在该较佳实施例中，至少有时该同步被中断。该同步的中断在起始过程中尤其有利，针对这一点将在下文中做详细说明。较佳地，该传送装置(属于该灭菌装置)以及该输送装置均采用独立的驱动，特别较佳地采用伺服马达作为驱动。

然而较佳地，有时也可以将该输送装置的驱动与该传送装置的驱动进行同步。这在正常的生产模式下尤其有利。

本发明还涉及一种处理容器的方法。在该方法的第一步骤中，开口的容器被送进一用于填充容器的设备中，特别是送进一如上所述的设备中。在该方法的一个步骤中，该些容器被输送，并在输送过程中被填充。最后，经填充的但较佳地尚未封口的容器从该用于填充容器的设备中被送出。

根据本发明，在填充过程中，经至少一个灭菌装置对用于填充容器的该设备的组件进行灭菌，并且该灭菌装置包括至少一个β辐射单元。较佳地，通过多个β辐射单元对该设备的一个或数个组件进行灭菌。

较佳地，根据该些容器通过该设备的输送速度对该些β辐射单元的强度进行控制。在一较低输送速度的情况下，可以相应地降低该辐射单元的功率，以保持或获得一定的预设剂量。

较佳地，该设备至少有时运行于一闲置模式下，在该闲置模式下没有容器被输送通过该设备，但此时该设备的输送速度并不为零，其中在该闲置模式下至少一个β辐射单元的强度被降低。需要加以指出的是，较佳地，即使在没有容器处于该设备中的一闲置模式下，该些组件仍旧保持一定的速度，例如该夹持装置或该输送星形轮，从而确保即使在该休止模式中，所述的灭菌过程仍然持续进行。由此便可以确保即使在休止时间段中，仍然能够保持对整个设备的高度灭菌。

较佳地，该些容器在被填充之前经一灭菌装置进行灭菌。在这种情况下，特别较佳地，在一起始模式下，该灭菌装置传送该些容器的传送速度与该设备输送该些容器的输送速度相匹配。例如，该设备的该输送装置可以在一同步过程中以该灭菌装置的传送速度接受灭菌。因此，在该同步过程中，根据所述的灭菌装置执行中断，其中该中断操作较佳地通过伺服技术实现。该中断操作在“飞行模式”(on-the-fly)下进行。由此，一由辐射器诱导的速度降低或一所谓的第一轮启动操作便可以在例如生产的起始阶段实现。得益于该同步模式，还能够实现产品清空或类似操作。

较佳地，该输送装置的速度与该传送装置的速度之间的匹配过程持续一预设时间段，该时间段实质上与该些容器在该输送装置中被传送经历一次完整公转所需时间的整数倍相应。例如，当采用一输送转盘作为该输送装置时，该匹配过程在某一夹持臂实质上执行一次、两次、三次...或n次公转的时间段内进行。由此便可以保证在该加速或匹配过程中不会发生非均匀的灭菌。特别地，该输送装置的速度被线性调制，即该加速或减速过程线性进行。由于该输送装置以及从而被进一步执行同步的的输送星形轮在起始过程中移动较缓慢，因此可以施加一较高剂量的β辐射。由于该减速过程是在一给定的时间段内进行的，因此所有的填充工位均可以接受到均匀的灭菌处理。从而便可以最终实现将由所述的起始过程导致容器次品的数量控制在较低水平的目的。

进一步的优点及实施例可以从附图中得到。

附图说明

图1为本发明的一设备的示意图；以及

图2为本发明的一设备的时间/速度图表。

具体实施方式

图1所示为本发明的一用于处理容器的系统20的示意图。该系统20包括一用于填充容器的设备1或一填充机1。该些容器(图中未示)分别从一入口2沿着多个箭头P1的方向被输送通过该填充机1至一出口12。为了输送该些容器，采用了多个输送转盘4、5、8、9、19。在该些输送转盘处均分别设有夹持装置(图中未示)，用于将该些容器分别传送至相应的下一个转盘。该设备1与一迷宫路径17相连，以防止射线从该设备1中逸出。进一步地，该设备1还与一封口装置(图中未示)相连，以在该些容器被填充后将其封口。因此，未经封口的容器进入该填充机1后，在该填充机1中被填充，而后在已被充满但仍然开口的状态下从该填充机中被排出。因此，为了输送未封口的但已被填充的容器，各输送装置4、5、8、9、19必须适宜，例如它们的运动模式必须适宜。

附图标记10示意性地表示出了实际的用于填充容器的填充装置。该填充装置10包括多个设于一转盘6上的填充部件11(仅示意性地示出)。因此，该转盘6即为上述的输送装置6。该些填充部件11可以为例如喷嘴，该喷嘴用于将饮料填充入容器中。附图标记7指的是该输送装置6的一外盖。

如上所述，有必要保持整个设备尽可能的无菌，并且在持续的运行过程中也是如此。为此采用了被示意性地示出的β辐射单元16a、16b、16c、16d。如图1所示，该些β辐射单元每次将向该设备的组件发射特定的射线束26和/或特定的射线剂量。

该设备中被辐射的组件为例如引导部件、夹持部件、密封部件及类似部件等。然而较佳地，必须确保该些容器本身以及将要被填充进该些容器中的饮料不与上述β射线相接触。

电子束和/或β射线该辐射单元16a-16d内真空中生成并被加速。然后，该些射线穿过一用作窗口的10-15μm厚的钛膜进入大气区域，并且在它们的传播时间的最后阶段时，该些射线仍然必须具有足以杀灭孢子的能量。电子束极易被各种材料减速，例如空气。然而，在该减速过程中会生成需要被屏蔽的X射线。因此，特别地设置了一外壳14，较佳地，该外壳14包裹有一能够吸收X射线的衬层，例如一铅制套筒。

较佳地还设置有一吸风装置22，用于通过吸风移除可能生成的任何臭氧。在另一个可选的变化方式中，也可以利用氮气或惰性气体来冲洗该外壳14内的相关处理空间。附图标记18指的是一用于控制各个过程的控制装置。

特别地，该β辐射单元包括发射窗口，该些发射窗口的长度至少为5cm，较佳地为至少10cm，特别较佳地为至少15cm。该些长度设置与传统辐射单元的发射窗口的长度设置有所区别，以便于在该实施例中生成理想的空间上被精确定义的辐射边界。因此，该发射窗口具有一槽状孔的形状。该发射窗口的宽度在0.1mm到1mm的范围内。

特别地，该些β辐射单元16a-16d设置于在生产过程中沿途均没有容器输送的那些区域处。例如，在输送装置5处，由于该些容器是在一传送点A处被夹起，然后在一传送点B处被传递给该填充机10的，因此一β辐射单元16a被设于沿途没有容器输送的一区域中。在此处，该些容器在该输送装置6中是沿顺时针方向被引导的，因此在该传送点B与A之间不会有容器沿逆时针方向被输送。

由此便有可能在不污染该些容器本身的条件下，在这一区域中对该输送转盘5进行清洁。类似地，该β辐射单元16b也被设置于该传送点B与传送点C之间的、沿途没有容器输送的一区域中。由于各个输送装置4、5、8、9、19以及该填充机10都是运转的，所以便可以利用该β辐射单元实现有效的、彻底的清洁。该辐射单元16c和该辐射单元16d也分别被设置于相应的输送转盘9和19的沿途没有容器输送的区域中。

附图标记18指的是一用于控制该填充装置10以及该些β辐射单元的控制装置。在这种情况下，该填充装置10的驱动较佳地与各个输送单元4、5、8、9和19的驱动同步。

附图标记30指的是一用于为该些容器本身灭菌的灭菌装置。如上所述，一用于在该灭菌装置30中传送该些容器的传送装置32的驱动，与该填充机10的输送装置的驱动可以被分别独立控制。附图标记25指的是一包裹整个系统的外壳。较佳地，该外壳25中充有氮气、惰性气体或消毒空气。

图2中示意性并示例性地表示出了一用于填充容器的设备，特别是该设备的输送装置的速度分布。此处，纵坐标表示时间t，而横坐标则表示各个输送装置的速度v。在第一分区I中，表示的是一休止模式。在该部分中，速度也可以为零。然而，也可以在例如非常缓慢的运行操作中对该设备进行持续灭菌。在分区II中，可以进行诸如准备工序等等，例如向位于该设备下游的一用于封口容器的装置中填充封口物。

附图标记23在不同的情况下分别表示加速或减速分区，在该分区中，该设备1的输送速度被较佳地从一初始速度向一结束速度线性加速或减速。

在分区III中，该设备准备进入实际的生产过程(分区V)。在该段时间中，该设备可能已经被某一β辐射剂量辐射过。由于在该段时间内，输送速度降低了，因此可以降低该些β辐射单元的初始能量或强度，从而以相同的方式对该设备的各个组件进行有效的灭菌。在时间段IV中，预备与一上游的灭菌装置进行同步。

在t1时刻，一用于障阻该些容器的瓶子障阻物仍然处于关闭状态，因此，并没有容器进入该设备1甚至设于该设备1上游的该灭菌装置30。在t2时刻，该瓶子障阻物自动开启，这意味着此刻容器可以进入该灭菌装置30。同时，较佳地，该设备1的速度被加速至生产速度v1。此处，该加速通过伺服技术实现，其中，位于该加速过程的起始时刻(时刻t2)与该加速过程的结束时刻(时刻t3)之间的时间段dt23，与该填充装置10的输送装置6完成一次公转或整数次公转的耗时相应。

在图2所示的图表中，该填充装置被加速。然而，根据不同的应用场合，其也可以在时刻t2与时刻t3之间减速。从时刻t3往后，该设备1均运行于其生产速度v1下。在该时间段内，该填充装置的速度与其上游的灭菌装置30的速度同步。在t4时刻，该瓶子障阻物自动关闭，但该填充装置的速度将一直维持到时刻t5，以便以一预定的方式清空该设备。由此便可以确保在容器仍然处于该设备之中的时间段dt23中，所有的组件均接受了精确均匀的辐射。从时刻t5往后，该填充设备1的输送装置再次减速。

在该时间段dt23中，该输送速度在伺服马达的控制之下与该灭菌装置(飞行模式)的速度执行同步。

在该申请文件中公开的所有特征均应被认为是本发明的必要特征，只要它们相对于现有技术而言，分别是新颖的或者相互结合之后是新颖的。

Claims (14)

1.一种用于填充容器的设备（1），该设备（1）包括一入口（2），开口的容器可以通过该入口（2）被引导入该设备（1），该设备（1）还包括至少一个用于沿一预定输送通道传送该些容器的输送装置（6），该设备（1）还包括一出口（12），该些容器可以通过该出口（12）从该设备（1）被排出，其中该输送装置传送该些容器的速度可变，该设备（1）还包括至少一个填充装置（10），该填充装置（10）在该入口（2）与该出口（12）之间的该输送通道上至少部分地以一液体介质填充该些容器，其中该设备包括一外壳（14），该外壳的内部设有至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）形式的灭菌装置，该灭菌装置用于对该设备（1）的组件进行灭菌，其特征在于，该至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）的强度是可控的，其中该设备包括一控制单元（18），该控制单元（18）根据该设备的运行参数对该至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）的强度进行控制，其中该运行参数为该输送装置（6）的输送速度，或者该设备的该运行参数为设于该设备上游的一用于障阻该些容器的障阻装置的一开启状态。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该组件选自以下的组件集合：输送星形轮、配件及用于夹持该些容器的夹持装置。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）被提供和/或被设置为：来自该β辐射单元（16a、16b、16c、16d）的β射线不与输送过程中的该些容器相接触。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备设于一洁净的腔室（20）内，该洁净的腔室被一气体充满，该气体选自以下气体集合：惰性气体、氮气及消毒气体。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，多个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）以固定方式设置。

6.一种用于处理容器的系统，该系统包括一如权利要求1-5中任意一项所述的设备（1），以及一设于该设备（1）上游的用于对该些容器进行灭菌的灭菌装置（30）。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，该设于该设备（1）上游的用于对该些容器进行灭菌的灭菌装置（30）包括至少一个用于将该些容器传送通过该设于该设备（1）上游的用于对该些容器进行灭菌的灭菌装置（30）的传送装置（32）。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该输送装置（6）的驱动与该传送装置（32）的驱动被分别独立控制。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，该输送装置的驱动与该传送装置（32）的驱动同步。

10.一种处理容器的方法，包括以下步骤：

将开口的容器送入一用于填充容器的设备（1）；

输送该些容器，并在该输送过程中填充该些容器；

将经过填充的容器从该用于填充容器的设备（10）中排出；

其特征在于，在该填充过程中，至少一个灭菌装置对该用于填充容器的设备（1）的组件进行灭菌，该灭菌装置包括至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d），根据该些容器的输送速度，对由该β辐射单元（16a、16b、16c、16d）发射的辐射强度进行控制。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该设备（1）至少有时运行于一闲置模式下，在该闲置模式下，没有容器被输送通过该设备（1），但该设备的输送速度并不为零，其中在该闲置模式下，至少一个β辐射单元（16a、16b、16c、16d）的强度被降低。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，该些容器在被填充之前先经由一灭菌装置（30）进行灭菌。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在开始模式下，该灭菌装置（30）传送该些容器的传送速度与该设备（1）输送该些容器的输送速度相匹配。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该速度匹配的过程在一预定时间段t内进行，该时间段t与该些容器在该输送装置中被传送完整一轮所需时间的整数倍相应。

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