CN102470942A - 处理包装容器的系统 - Google Patents

Abstract

用于处理包装容器的系统，包括具有上段和下段的通道，适合运送具有位于上段的开口端的包装容器通过所述通道的运送装置，位于所述通道的所述上段用于朝运送装置的方向引入射流以处理包装容器的喷嘴，以及位于所述通道的所述下段用于排出空气的装置，其中所述系统包括在所述通道上段部分沿所述通道的长度方向提供无菌吸入空气流的装置，以便喷射气流中待吸入的空气可以由无菌空气流提供。本发明也涉及处理包装容器的方法。

Description

处理包装容器的系统

技术领域

本发明涉及处理包装容器的系统，尤其涉及用于填充机器的该系统。本发明还涉及相应的方法。

背景技术

在填充机器中，将流体或半流体产品填充到包装容器，灭菌是个问题。关键是要将包装容器灭菌并至少保持无菌的性质直到将包装容器密封。该特定应用涉及的条件是直接可填充(ready-to-fill)(或RTF)包装容器的填充机器，包装容器通过其开口端被填充。为了保持用于这样包装容器的填充机器中的无菌条件，人们可以考虑创造无菌空气的同质化单向流，来阻止杂质通过包装容器的开口端进入。这可以通过在填充机器顶部设置穿孔板实现，通过该板无菌空气可以受控的方式流动。

本发明无论如何在共同申请中提出了可替换的创造性解决方案，其使用射流产生无菌区域。该技术参考图2和图3被描述，并不视为包括在提出该申请时的现有技术状态中。当引入的射流流入空气中时发生吸入(entrainment)气体现象，意味着该具有大速率的射流流将从其周围吸入空气。在对包装容器进行灭菌、填充和密封的填充机器中，射流的使用可能是有益的，因为射流在打破边界层是有效率的以致在射流的内含物和待处理的包装容器间提供好的接触。然而，在这样的填充机器中建立并维持无菌区域也是重要的，而且在这种背景下射流的使用可能会导致有关吸入周围空气的不可控以及填充机器中其他单向流干扰的难题。本申请的一些方面也公开在WO2007/024172和WO2007/024173中，以及引用在其中的参考文件中。应该注意到吸气的难题在填充流体进入包装容器时也可能发生，流体也可能吸入污染物，表明吸气的问题不仅仅与高速率的流体相关。

上面提到的申请中，通过创制喷射喷嘴，至少在稳定状态情况下将吸入空气进给至该喷嘴里。从而部分解决了吸气的问难，这将进一步地在详细的说明书中阐明。

上面难题的总的解决方案是另外提供待被吸入的外部空气，以便可以控制所吸入空气的质量，而且即使申请者不知道这样的解决方案，根据现有技术，对于熟练的技术人员而言，提供通过设置在喷嘴上游面上的穿孔板的吸入空气是明确的。这可能将提供在射流周围可控质量的空气流，由此提供吸入空气。取决于申请的领域，为此目的使用含有穿孔板的系统可能有优点也有若干缺点。首先，该系统会占空间，因为穿孔板上游面上的空气流动也必须是可控的。一个范例是将穿孔板设置在大歧管的一个部分，其中建立超压，迫使空气通过穿孔板。该方法显然是占空间的。其次，对于食品应用从卫生角度看穿孔板可能是不合适的，因为其提供给每个容积大的表面，而污染物会停留在该表面上。为此穿孔板也可能难以清除，特别是在自动方式下穿孔板放置在机器中时。

发明内容

本发明通过提供处理包装容器的系统，提供了消除现有技术中这样的或其他的缺点的解决方案，该系统包括：具有上段和下段的通道；适合运送包装容器通过所述通道的运送装置，包装容器的开口端位于所述上段内；在所述通道上段上的喷嘴，其用于朝所述运送装置的方向引入射流以处理包装容器；以及在所述通道下段上的通风装置；其中所述系统包括在所述通道的上段部分通道的长度方向提供无菌的吸入空气流的装置，以便待被吸入到射流中的空气可以由无菌的空气流提供。

将经过滤、灭菌后的空气供给流提供于所述射流将阻止所述射流从其周围以不可控的方式吸入空气。如果这样的供给不出现，周围被吸入的空气反倒会产生减小的压强，并且就会出现来自所述通道下段的空气流的风险。在所述上段被认为是无菌并且所述下段非无菌的情况下，结果会是毁灭性的，因为其将毁坏所述上段的无菌性质。本发明提供了该难题的解决方案。如果提供过多经过灭菌的、过滤的空气就可以被认为是浪费，然而由于所述排出装置在所述通道的下段，所以排出装置将在从所述上段到所述下段的方向上只产生更强的总气流，且因而不破坏所述上段的无菌性质，无菌性质被认为是最重要的性质。所用的灭菌过滤空气可联想地为高效空气过滤器过滤的(HEPA-filtered)无菌空气。进一步地，如果没有提供吸入空气，通过所述喷嘴的喷入射流将被遏制(quench)，导致了较小分散的射流，较小分散的射流也可能摇晃(flicker)并易于被拖拉向壁部，从而处于不稳定的状态。

根据一个或更多实施方式，无菌空气流是自由流，由所述通道直接或间接引导，而不要求使用所述通道内部或外部的导管。在所述通道内部布置导管导致更复杂的几何关系，其可能扰乱流场并致使清洁所述通道更加困难。使用没有约束的自由流也是具成本效益的解决方案。

在一个或若干个实施方式中，当喷入射流时所述喷嘴适应于产生再循环区域，其中将无菌吸入空气流安排为被引导通过所述再循环区域。所述再循环区域将具有比周围的压强较低的中心，且因此再循环区域可以被用于引导所述气流通过所述通道的上段.在一个或更多个实施方式中所述通道可以具有纵向腰部，该纵向腰部具有比其上方或下方区域的截面尺寸较小的截面尺寸。所述腰部将简化上无菌段的维护，而且也简化了稳定再循环区域的产生和吸入气流的引导。

所述发明系统可以在一个或若干个实施方式中，为沿着所述通道长度设置的一系列的喷嘴所喷射的射流提供吸入空气。通过这种方式可以将简单的供给系统利用于若干喷嘴，消除了各自定制解决方案的需要。根据一个或更多个实施方式可以将所述喷嘴沿着或对称地沿着所述通道的中心纵向线排列，并且将所述气流设置为被引入所述系列喷嘴和所述通道两边的纵向侧壁之间。

本发明也涉及使用所述发明系统的方法，即在填充机器中，将吸入空气提供给通过设置在通道上部的喷嘴所喷射的射流的方法，其中具有开口端朝上的包装容器被沿机器方向运送通过所述通道，该方法包括步骤：在所述通道上段沿长度方向引导吸入空气的自由流动。

所述通道可以具有纵向腰部，该纵向腰部具有比其上方和下方区域的截面尺寸较小的截面尺寸，且在一个或更多个实施方式中吸入空气气流可以被导入所述腰部上方的区域。

根据本发明系统所述气流可以被引导进并沿着这些再循环区域近似的中心。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式，利用所述发明系统和方法的填充机器的局部原理概图。

图2是根据本发明的一个实施方式，上面所述填充机器区域的部分截面图。

图3是本发明另一实施方式的类似图2的截面图。

具体实施方式

图1是使用了本发明系统的填充机器的局部原理概图。包装容器108具有翻转向上的开口底端110，图1中包装容器108在运送装置114上沿从右到左的运送方向被运送。运送包装容器的通道100可以是具有实质上一致截面的通道100，或者是分别如图2和图3所示具有定义的腰部的截面，但其他截面也是可行的。在进入图1范围之前，包装容器108已经通过了预热区和灭菌区，并且在灭菌区包装容器108已经经过了灭菌剂处理。在灭菌区域之后设置气闸以便消除在该段从左到右的气流。在通风区域(V)确保了没有明显的(significant)灭菌剂残余留在包装容器中。用于这个目的的喷入喷嘴可以是在先前提及的申请中公开的种类。在随后的填充区域(F)包装容器被填充其填充物，诸如牛奶或果汁等。在离开图1范围之后，包装容器108的开口端110被封闭并折叠为合适的形状。在该点之后包装容器108就可以再次经历非无菌处理。

经HEPA过滤的无菌空气通过垂直通道被迫使进入系统，并用于维持填充机器足够区域的无菌性、提供待注入的无菌空气，并为喷入射流提供吸入空气，射流将被更详细描述。可以被提供给喷射喷嘴，用于预热、灭菌和通风的无菌空气可以通过设置在通道顶部上的歧管(未示出)分配，包装容器被导入通道中。

返回到通道100，通道不论截面如何，通道可操作地被分为上容积的上段和下容积的下段。上容积通过其无菌条件界定并具有喷入气体的装置，在其某些段中通常为无菌过滤空气。在填充区，为了在上容积和下容积之间创造屏障，使用了设置在上容积的喷嘴。这参考图2和图3进行描述，并进一步描述在同一申请人同一天提交的共同待审的申请中，且因此不在这里详细描述。然而，简而言之其作用如下：

图2示出了本发明的一个实施方式，并表现为在填充机器的填充区中与包装的运送方向(机器方向MD)正交的截面原理图。包装108通过附在运送线115上的载体114被运载。圆形喷嘴116形式的两行气体喷入装置被设置在填充区的顶部，并且这些喷嘴向下喷入无菌空气。来自每个喷嘴116的喷入空气在其向下的路径上形成发散的气流，如从喷嘴开口延伸的点线所示。从流体力学观点看气流是湍流并且这里将对其不做详细描述。在一个实用的范例中，出口速率可以在10-20m/s的范围内，例如13m/s，且喷嘴孔的直径为4mm，即在湍流区域或转捩流区域。点划线显示了点划线上第一容积和点划线下第二容积之间界面区域的近似位置。在相同的范例中喷嘴116被设置为两行，邻近喷嘴116中心到中心的距离为大约20mm。在界面区域将总是有单向气流，高效地形成了防止从第二容积到第一容积大质量(mass)运送的气流屏障。无菌或灭菌的第一容积因此可以保持无菌或灭菌，从而独立于第二容积的气体。界面区域的水平面(在图2中的上下方向)可以取决于包装108是否存在而不同，也取决于是否在包装108的运送期间，但必须强调的是界面区域的气流将一直保持连续，这将导致可以建立固定且可靠的水平面，在机器和包装的表面上以及在气体中此水平面上方保持无菌或灭菌的条件。喷嘴116可以成行，且通常成对地设置，以便定义对称设置。在图中有一套喷嘴用于每个包装标引位置，然而在本工作装置中喷嘴116之间设置了更小的距离，以便平均来说多于一对的喷嘴116被设置在每个标引位置。因为产生的气流速率相对高，所以它将不像现有技术那样容易受干涉气流影响。例如当这个构思被用于填充机器的填充区时，由产品进入包装108的气流产生的干涉气流将不会影响在界面区域气流屏障的连续性。来自邻近区域的干涉气流，诸如来自通风区域，将不影响气流屏障的维持。气体排出装置122被设置在第二容积。

在通风区域，可以使用类似于WO2007/024172和WO2007/024173中提供的喷入喷嘴。

为了不危害气流屏障的完整，应该在通风区和填充区提供吸入空气于喷入的空气流。如果没有提供额外的空气，就会有喷入空气流以不可控的方式吸入周围空气的风险，且在最糟的情况中产生穿过空气流屏障的气流并破坏上容积的无菌性质。为了避免这种情况可以提供额外的空气。实现提供额外空气的简单方式是如之前已经提到的那样，在上容器的顶部增加穿孔板。然而这是昂贵并相对复杂的解决方案，需要相对大质量(mass)的气流。解决此问题的本发明方式是沿着通道的长度产生基本上水平的无菌过滤吸入空气气流，如符号124所示。该稳定且可调的空气流可以提供可靠的吸入空气源，并结合具有引导向下分量的总气流方向，气流屏障的完整性将不会被危害。当吸入空气流被吸入射流时，沿着通道基本水平的吸入空气流将被放出，且因此将具有向下的分量。

图3示出了另一实施方式。在该实施方式中气流限流器118、120已经被设置在通道中。以这种方式减少了包装108周围的空间容积。在出现包装108、没有包装116出现并在包装108的运送期间，这种方式使得使用更少的分散的喷入空气通过喷嘴116成为可能，并且更容易得到气体屏障。喷嘴116的发散性(divergence)可通过以公知的方式改变几何形状而改变。气流限流器将在成行的喷嘴108外部产生稳定的再循环区域(相对于喷嘴之间的虚拟的中心线)，再循环区域由弯曲的虚线箭头示出。通道的这种设计也将增加吸入气流的可用容积(可以在图3中看到)。

同样在该情形下，沿着通道长度方向的基本水平的气流由标号124示出并将基本上沿着通道的长度方向传导，该气流结合再循环气流将产生大体上沿与机器方向MD相反方向传导的吸入空气的涡流。当吸入空气时该涡流将减弱，且在该气流到达气闸有效地将无菌区从通风区分开时就从本质上消除了水平分量，因为最小阻力的路径是向下的。

注意到基本水平的气流是自由气流、没有导管或线的约束是重要的，导管或线会使气流模式和结构复杂化，进而使得保持如此重要的无菌性变得更难。一方面通过在通风区和填充区控制通过喷嘴喷入的空气，以及从设置在第二容积中的气体排出装置排出的空气，来从实质上对气流进行控制。通过无菌HEPA气流的适当平衡，空气将自动进入上通道。为使该气流路径更便捷，例如以板132的形式的封堵装置在填充区的下游端部覆盖通道100的下容积截面的主要部分。类似的封堵可以被设置在上游端部无菌区和通风区之间的界面，以封阻那里无菌区和通风区之间的气体交换，且在该端部封堵可以被设置为基本上覆盖整个截面，而只留下允许将包装以机器方向运送的开口。

气体排出装置可以被设置成沿通道100的截面方向延伸的导管122，导管122之间的距离对应于载体114之间的距离。导管除了其主要任务之外也将用于稳定通道100的目的。导管可以具有例如在导管底部面上呈圆形开口的形式的排出喷嘴。如果将所有的排出导管122与相同的排出歧管结合的话，每个排出喷嘴排出率的控制可以由调节每个喷嘴的截面来安排。总的排出率然后可以由主排出装置控制，例如通过连接到歧管的排出泵控制。每个喷嘴可以具有可变的截面，然而根据一个或更多个优选的实施方式该截面是被优化并固定了的(虽然每个喷嘴没有必要是相同的)。气体排出装置将因此用于在通道中支持总是这样重要的垂直气流和在通道中支持水平气流的双重目的。

简短地返回到图1所示，吸入空气流将通过图示通道的长度传导，且在其路径上部分气流将被吸引到下容积。气流将继续沿着通道传导直到其到达所述气闸，阻止其进入无菌区。HEPA过滤无菌空气的区域是从HEPA通道130进入的气流。这通过产生从无菌区域朝非无菌区域引导的气流，具有供给吸入空气流和维持填充机器的无菌区域中的无菌性的双重目的。

术语“无菌空气”、“空气流”等等已经被用于该整个申请。熟练的技术人员认识到在填充机器的位置，例如灭菌剂的残留物将会出现在气体中，并且这些残留物的出现不应当影响权利要求限定的保护范围。

本发明可以被应用在填充机器或包装机器中，在数个由同一申请人在本申请的同日提交的共同待审的瑞典专利申请中披露了进一步的细节，引述在此作为参考。为此目的，进一步的细节包括：

在处理包装容器的内部时可以使用的喷嘴被公开在名称为“包装的气体处理装置和方法”的申请中(SE-0900911-9)。

用于在灭菌区域内获得优化的杀菌剂浓度的方法在名为“用于包装体杀菌的设备和方法”的专利申请(SE-0900907-7)中被披露。

用于维持无菌性的装置和方法被公开在“在两个互相连接的容积之间维持气流屏障的装置和方法”的申请中(SE-0900911-9)，其可替换的装置和方法被公开在“在通道的两个容积之间维持气流屏障的装置和方法”的申请中(SE-0900913-5)。

用于提供清洁后空气的装置，可以将其用于作为本发明填充区的吸入空气和剩余空气的来源，被公开在名称为“用于提供清洁后空气的装置”的申请中(SE-0900908-5)。

填充或包装机器的一些不同方面被分别公开在名称为“包装机器和包装方法I”的申请中(SE-0900909-3)和“包装机器和包装方法II”的申请中(SE-0900910-1)。机器中用于提供吸入空气流到喷射空气流的系统被公开在名称为“处理包装容器的系统”的申请中(SE-0900912-7)，在此处结合提及的相关部分作为参考。

Claims (11)

1.处理包装容器的系统，包括：具有上段和下段的通道(100)；适合将包装容器(108)运送通过所述通道的输送装置(114)，所述包装容器(108)的开口端位于所述上段内；位于所述通道的所述上段的喷嘴(116)，其用于朝所述运送装置(114)的方向引入射流以处理所述包装容器(108)；以及在所述通道的下段的排出空气装置；其中所述系统被设置为在所述通道(100)的上段部分沿所述通道(100)的长度方向提供无菌吸入空气流，以便待被吸入到所述射流中的空气可以由无菌空气流提供。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述无菌空气流为通过平衡通过所述排出空气装置的排出率和通过喷嘴(116)的喷入射流来控制的非受限气流，所述无菌空气流只由所述通道直接或间接地引导并引入所述通道的下游端部。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中：所述无菌吸入空气流被设置为引导通过当所述射流被引入通过所述喷嘴(116)时产生的再循环区域。

4.根据前面所述任一项权利要求所述的系统，其中：所述通道具有纵向腰部，所述纵向腰部具有比其上方或下方区域的截面尺寸较小的截面尺寸。

5.根据前面所述任一项权利要求所述的系统，其中：所述无菌空气流为沿着所述通道长度设置的系列喷嘴(116)所喷射的射流提供吸入空气。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述系列喷嘴沿着或者对称地沿着所述通道的中心长度线设置，并且所述气流被设置为被引入所述系列喷嘴和所述通道两边的纵向侧壁之间。

7.根据前面所述任一项权利要求所述的系统，其中：所述气体排出装置被设置在所述通道的下段用于驱动所述吸入空气流。

8.根据前面所述任一项权利要求所述的系统，其中：气流限制被设置为在所述通道的一个或两个末端阻挡所述通道下段的空气流。

9.填充机器中处理包装容器的方法，其中提供吸入空气到由设置在通道(100)上部的喷嘴(116)所喷入的射流中，具有翻转向上的开口端的包装容器(108)沿机器方向被运送通过所述通道(100)，所述方法包括步骤：

通过平衡通过所述排出空气装置的排出率和通过喷嘴(116)的喷入射流，在所述通道(100)上部的长度方向提供吸入空气的非受限气流；

所述吸入空气的非受限气流只由所述通道(100)直接或间接地引导，并被引入所述通道(100)的下游端部。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：所述通道具有纵向腰部，所述纵向腰部具有比其上方或下方区域的截面尺寸较小的截面尺寸，且所述吸入空气流被引导在所述腰部上方的区域。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中：所述吸入空气的自由气流由设置在所述通道下段的气体排出装置通过空气排出驱动。

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