CN109195639B - 过氧化氢蒸发装置和蒸发过氧化氢的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于蒸发过氧化氢的蒸发装置(100)。该装置包括：壳体(120)，其内布置有至少两个流体通道(110a‑110d)，所述流体通道(110a‑110d)彼此连接以在入口(130)和出口(132)之间形成共同的流体管线；和至少一个加热元件(150)，其位于所述壳体(120)内，以用于加热所述流体通道(110a‑110d)。直接连接到所述流体入口(130)的第一流体通道(110a)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到第一温度，并且直接连接到所述流体出口(132)的第二流体通道(110d)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到第二温度，所述第二温度高于所述第一个温度。

Description

过氧化氢蒸发装置和蒸发过氧化氢的方法

技术领域

本公开涉及包装的制造，例如用于液体食品的基于纸盒的包装，并且具体地涉及用于在这种制造期间提供消毒剂的过氧化氢蒸发装置。

背景技术

众所周知，使用基于纸盒的包装材料来形成产品容器，例如用于封闭和储存液体食品的容器。

为了确保最终包装的所需质量，例如，就食品安全性和完整性而言，包装材料可包括不同的层。作为示例，包装材料可包括芯材料层，其中在芯材料层的一侧上施加构成最终包装的外表面的至少一个装饰层，以及在相对侧或内侧上施加聚合物组合物或层。在某些情况下，聚合物组合物可以具有保护膜，例如铝；因此，聚合物组合物通常还包括与要包含在最终包装中的产品接触的外层或远端层。

通常，包装材料形成半成品包装，然后填充其所需内容物。特别是对于食品内容物，需要在填充之前对包装材料进行灭菌。对于这种灭菌，通常在引入任何最终内容物之前将过氧化氢和空气的气体混合物喷射到半成品包装中。热气体混合物将在半成品包装的内表面处冷凝以形成液体薄层。然后将该薄层灭菌剂暴露于紫外光下以杀死半成品包装内存在的任何微生物，最后在执行填充和密封包装之前将剩余的过氧化氢排出。

为了提供过氧化氢的热气体混合物，需要将过氧化氢和水的液体溶液通过蒸发器进给。由于热暴露，过氧化氢和水的混合物将蒸发，由此气态溶液被送到喷嘴，喷嘴配置成将气态灭菌剂排放到即用型填充包装中。由于进入灭菌包装的过氧化氢气体通常具有最低温度要求，因此必须考虑许多因素。首先，希望具有相对小尺寸的蒸发器，其次应尽可能快地达到所需温度。这两个先决条件表明液态过氧化氢应通过非常热的蒸发器进给。然而，对蒸发器使用太高的温度将产生蒸发器的材料(特别是不锈钢)失去其耐腐蚀性的潜在风险。此外，不仅在温度升高的情况下，而且在存在任何腐蚀的情况下，过氧化氢的分解或分裂的速率将迅速增加。截至目前，没有解决方案用于过氧化氢蒸发器，其在所需的时间范围内对气体提供所需的加热并且确保蒸发器材料不会腐蚀。

有鉴于此，期望具有改进的过氧化氢蒸发器装置，以便至少部分地克服现有技术解决方案的缺点。

发明内容

本公开的一个目的是解决上述问题。

根据第一方面，提供了一种用于蒸发过氧化氢的蒸发装置。该装置包括：壳体，其内布置有至少两个流体通道，所述流体通道彼此连接以在入口和出口之间形成共同的流体管线；和至少一个加热元件，其位于所述壳体内，以用于加热所述流体通道。直接连接到流体入口的第一流体通道相对于所述至少一个加热元件定位，使得其内壁将被加热到第一温度，并且直接连接到流体出口的第二流体通道相对于所述至少一个加热元件定位，使得其内壁将被加热到第二温度，所述第二温度高于所述第一个温度。

在一示例中，所述壳体是固体块，并且所述流体通道是设置在所述固体块内的通道。所述壳体可以由铝或不锈钢制成，使其特别适用于涉及过氧化氢的应用。

在一示例中，所述至少一个加热元件沿着所述壳体的纵向轴线延伸，由此实现对待蒸发的液体的有效加热。所述至少一个加热元件可以例如是电加热元件。

可以选择所述第一温度使得进入所述第一流体通道的液态过氧化氢在流过所述第一流体通道时将被完全蒸发。为了获得最佳的热传递，第一温度优选高于待蒸发的所述液体的沸点温度30℃。

所述第一温度可以例如介于120℃-140℃之间，并且所述第二温度可以介于200℃-250℃之间。

在一示例中，每个流体通道从所述壳体的第一端面延伸到所述壳体的相对端，并且所述壳体的每个端面通过相应的端板封闭。对于这样的示例，至少一个流体通道通过形成为在所述端面中的一个中的凹槽的流体连接件而连接到相邻的流体通道。因此极大地改善了所述装置的制造。

所述至少一个凹槽可以通过所述端板中的一个封闭。

根据第二方面，提供了一种用于蒸发过氧化氢的方法。该方法包括：通过布置在壳体中的第一流体通道并且随后通过也布置在所述壳体内的第二流体通道进给过氧化氢的液体水溶液，所述流体通道彼此连接以在入口和出口之间形成共同的流体管线。该方法还包括：通过布置在所述壳体内的至少一个加热元件加热所述流体通道的内壁，由此直接连接到流体入口的所述第一流体通道相对于所述至少一个加热元件定位，使得其内壁将被加热到第一温度，并且直接连接到流体出口的所述第二流体通道相对于所述至少一个加热元件定位，使得其内壁将被加热到第二温度，所述第二温度高于所述第一个温度。

所述第一温度优选比待蒸发的所述液体的沸点温度高约30℃，并且所述第二温度可以介于200℃-250℃之间。

在一示例中，所述过氧化氢的液体水溶液的浓度介于2％-5％之间。此外，可以选择所述第一温度使得进入所述第一流体通道的过氧化氢的液体水溶液在流过所述第一流体通道时将被完全蒸发。

附图说明

图1示出了示例性的成形、填充和密封包装机，其包括体现本公开原理的用于过氧化氢处理的系统。

图2是根据现有技术的过氧化氢蒸发器的示意图。

图3a是根据一示例的过氧化氢蒸发装置的横截面等轴视图。

图3b是图3a中所示的过氧化氢蒸发装置的横截面前视图。

图4a是根据另一示例的过氧化氢蒸发装置的横截面前视图。

图4b是根据又一示例的过氧化氢蒸发装置的横截面等轴视图。

图4c是根据又一示例的过氧化氢蒸发装置的横截面等轴视图。

图5是根据一示例的方法的示意图。

具体实施方式

虽然本公开可以以各种形式示例，但是在附图中示出并且在下文中将描述目前优选的示例，应理解本公开被认为是本公开的示例，并且不旨在使本公开受限于所示的具体示例。

现在参考图1，示出了体现本发明原理的示例性成形、填充和密封包装机10。传统的成形、填充和密封包装机10包括用于存放扁平、折叠的纸盒坯料的纸盒匣12，纸盒安装站14和底部成形和密封站22。包装机10还包括用于对纸盒进行灭菌的灭菌站16，并且还包括填充站20和顶部密封站22a，在该填充站20处，用产品填充纸盒，在该顶部密封站22a处，将纸盒的顶板预折叠并随后彼此密封。然后将纸盒从成形、填充和密封包装机10卸载。

灭菌站16位于底部成形和密封站22与填充站20之间。灭菌站16可包括一个或多个紫外线能量产生装置24，以及过氧化氢蒸汽产生系统26。过氧化氢蒸汽产生系统26包括过氧化氢蒸发装置100。

在转到过氧化氢蒸发装置100的各种示例的细节之前，将参考图2简要描述现有技术的蒸发器30。蒸发器30具有圆柱形壳体32，其具有两个封闭端。壳体32具有用于接收液态过氧化氢的入口34和用于排出气态过氧化氢的出口36。在壳体内部布置有电加热元件38，其沿着壳体32的纵向轴线延伸。电加热元件38具有在壳体32的封闭端的外侧上延伸的电触点40，其用于连接到电源(未示出)。在操作期间，液态过氧化氢通过入口34注入，撞击电加热元件38，由此立即发生蒸发。通常，对于所需的200℃-250℃的出口温度，加热元件38的表面温度为约600℃。当气体朝向出口36输送时，气体的温度在通过出口36排出时逐渐升高到达所需的出口温度。由于加热元件38的极高的表面温度，因而将发生腐蚀，并且因此增加了过氧化氢的分解速率。因此，不可能精确地控制离开蒸发器的气体的实际过氧化氢浓度。

下面将参考图3a-3b和4a-4b描述蒸发装置100的示例。在该特定上下文中，蒸发装置100用于蒸发过氧化氢，然而蒸发装置100也可用于蒸发其他液体。

过氧化氢蒸发装置100并非专门用于参照图1描述的机器类型，而是用于所有使用过氧化氢蒸汽来对即用型填充包装进行灭菌的填充机器。

在图3a和3b中，示出了过氧化氢蒸发装置100的第一示例。装置100包括设置在壳体120内的多个流体通道110a-110d。壳体120优选地是固体金属块，例如固体铝块，其中流体通道110a-110d是固体块120内的钻出的通道。钻出的通道110a-110d彼此连接，使得它们形成共同的流体管线。在所示的示例中，第一流体通道110a的一端连接到第二流体通道110b的一端，其中第二流体通道110b的相对端连接到第三流体通道110c的一端。第三流体通道110c的相对端连接到第四流体通道110d的一端。第一流体通道110a在与连接到第二流体通道110b的端部相对的端部处连接到流体入口130。以类似的方式，第四流体通道110d在与连接到第三流体通道110c的端部相对的端部处连接到流体出口132。

入口130和出口132优选地布置在端板136上，端板136密封壳体120的端面。此外，连接构件可以分别设置在入口130和出口132处，以允许软管或类似物牢固地附接到装置100。在图3a中，流体通道110a-110d之间的连接仅示意性地示出为箭头。但是，这些连接也可以是钻出的通道。为了便于制造，流体通道110a-110d之间的连接可以设置为壳体120的端面处的凹槽，由此前面提到的端板136将密封第二和第三流体通道110b，110c之间的凹槽，使得其形成流体通道。

以类似的方式，端板138可以设置在壳体120的相对的端面处，使得第一和第二流体通道110a，110b之间的流体连接以及第三和第四流体通道110c，110d之间的流体连接可以在壳体120的端面处设置为凹槽，由此端板138将密封第一和第二流体通道110a，110b之间的凹槽以及第三和第四流体通道110c，d之间的凹槽，使得它们形成流体通道。

螺钉140可用于将端板136,138固定到壳体120上。

如图3a中可见，壳体120具有纵向延伸部，并且流体通道110a-110d基本上平行于壳体120的纵向轴线延伸。

装置100还包括至少一个电加热元件150，例如加热管或类似物。每个加热元件150布置在设置在壳体120中的管状腔160中。管状腔160优选地从一个端面延伸到另一个端面，使得其沿着壳体120的纵向轴线形成通孔。端板138设置有电连接152，其用于将电加热元件150连接到电源(未示出)。

在所示的示例中，提供了管状腔160，每个腔160包围电加热元件150。加热元件150彼此平行并且与壳体120的纵向轴线平行地延伸。每个加热元件150的长度是优选地仅略小于壳体120的总长度。

在操作期间，电加热元件150将被接通，导致腔160的内壁的加热。因此，壳体120的温度将在操作期间逐渐升高。由于加热元件150的构造，壳体120内的温度分布将呈梯度，由此壳体120的温度将随着距离加热元件150的径向距离的增大而降低。

在图3b中，从端板136观看流体通道110a-110d。布置在管状腔160内部的加热元件150提供对壳体120的加热。因此，在紧靠腔160处，壳体120的温度将是最高的。

通常浓度为2％-5％的过氧化氢液体水溶液被送入第一流体通道110a。当液体流过该通道110a时，其将暴露于来自通道110a的内壁的热量。为了获得最佳性能，希望保持第一流体通道110a的温度，使得热传递最大化。根据传热理论，如果流体通道壁的温度对于稀释的过氧化氢是大约130℃，则获得最大效率。也就是说，流体通道110a的内壁的温度应该比待加热的液体的沸腾温度高大约30℃。在特定的流体流动中，已经表明该温度实际上足以使液态过氧化氢完全沸腾。为了使得在壳体120的上部具有该温度，已经示出了加热元件150应该被加热到大约300℃，其大约是参考图2描述的现有技术解决方案中的温度的一半。

当沸腾的过氧化氢到达第一流体通道110a的端部时，它将进一步流入第二流体通道110b，并随后流入第三流体通道110c。在通过第二和第三流体通道110b，110c时，气体的温度将逐渐升高。当气体流入第四流体通道110d时，提供气体的最终加热，第四流体通道110d布置在紧靠腔160的位置。当通过第四流体通道110d时，气体将获得其所需的出口温度，其通常在200℃-250℃。

对于过氧化氢蒸发装置100，与现有技术相比，最高温度可降低约50％。这部分是由于用于蒸发的热传递最大化，并且此后实现逐渐升温这样的事实。由于加热元件150的最高温度降低，因而腐蚀大大减少，以及过氧化氢的化学分解也减少。因此，确保排出气体的浓度适当将更容易。

在图4a中，示出了过氧化氢蒸发装置100的另一示例。同样在该示例中，壳体120是具有钻出的流体通道110a，110d的固体块。还提供管状腔160，其用于以与参照图3a-3b描述的示例相同的方式接收加热元件150。第一流体通道110a是以与前一示例相同的方式从入口延伸并进入壳体120内的纵向通道。第一流体通道110a连接到最终的第二流体通道110d，最终的第二流体通道110d形成为同轴地围绕腔160的环形导管。由于流体通道110a，110d的相对于加热元件150的布置，壳体120内的梯度温度分布在将以与前一示例类似的方式获得。

在图4b中，示出了过氧化氢蒸发装置100的又一示例。在该示例中，两个流体通道110a，110d形成壳体120内的用于过氧化氢的整个导管。当第一流体通道100a以与前述示例类似的方式延伸时，第二流体通道110d向下倾斜以便具有与第一流体通道110a的端部连接的一端部以及与出口132连接的另一端部。加热元件150与图3a-3b的加热元件150相同。

图4c示出了过氧化氢蒸发装置100的又一示例。装置100几乎与图4b的装置100相同，不同的是，第一流体通道110a倾斜，而第二流体通道110d与壳体120和加热元件150的纵向延伸部平行。

在图5中，示意性地示出了用于蒸发过氧化氢的方法200。方法200包括第一步骤202，其通过布置在壳体120中的第一流体通道110a供给过氧化氢的液体水溶液，并且随后通过也布置在所述壳体120内的第二流体通道110d。如前所述，流体通道110a-110d彼此连接以在入口130和出口132之间形成共同的流体管线。该方法还包括后续步骤204，即通过布置在所述壳体120内的至少一个加热元件150加热所述流体通道110a-110d的内壁。执行步骤204，使得直接连接到流体入口130并相对于至少一个加热元件150定位的第一流体通道110a其内壁将被加热到第一温度，并且使得直接连接到流体出口132并且相对于至少一个加热元件150定位的第二流体通道110d其内壁将被加热到第二温度，所述第二温度高于第一温度。

如上所述，优选地执行方法200，使得第一温度介于120℃-140℃之间，而第二温度介于200℃-250℃之间。

所述示例特别适用于使用过氧化氢的应用。典型的示例涉及使用浓度为约2％-5％的过氧化氢液体水溶液，然而在其他示例中，浓度可高达35％-40％。

此外，优选执行步骤204，使得进入第一流体通道110a的过氧化氢的液体水溶液在流过第一流体通道110a时将完全蒸发。

所描述的装置和方法特别用于所有种类的液体，这些液体将被蒸发并加热到超过蒸发温度的温度。根据一些示例，第一流体通道110a的温度被选择为高于所用液体的沸点约30℃。

Claims (12)

1.一种用于蒸发过氧化氢的蒸发装置(100)，其包括：

壳体(120)，其内布置有至少两个流体通道(110a-110d)，所述流体通道(110a-110d)彼此连接以在入口(130)和出口(132)之间形成共同的流体管线；以及

至少一个加热元件(150)，其位于所述壳体(120)内，以用于加热所述流体通道(110a-110d)，其中

直接连接到流体入口(130)的第一流体通道(110a)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到第一温度，所述第一温度比待蒸发的液体的沸点温度高30℃，并且

直接连接到流体出口(132)的第二流体通道(110d)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到介于200℃-250℃之间的第二温度，所述第二温度高于所述第一温度。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述壳体(120)是固体块，并且其中所述流体通道(110a-110d)是设置在所述固体块内的通道。

3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述壳体(120)由铝或不锈钢制成。

4.根据前述权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述至少一个加热元件(150)沿着所述壳体(120)的纵向轴线延伸。

5.根据前述权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述至少一个加热元件(150)是电加热元件。

6.根据前述权利要求1或2所述的装置(100)，其中每个流体通道(110a-110d)从所述壳体(120)的第一端面延伸到所述壳体(120)的相对端，并且其中所述壳体(120)的每个端面通过相应的端板(136，138)封闭。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中至少一个流体通道(110a-110d)通过形成为在所述端面中的一个中的凹槽的流体连接件而连接到相邻的流体通道(110a-110d)。

8.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述至少一个凹槽通过所述端板(136，138)中的一个封闭。

9.一种用于蒸发过氧化氢的方法，其包括：

通过布置在壳体(120)中的第一流体通道(110a)并且随后通过也布置在所述壳体(120)内的第二流体通道(110d)进给过氧化氢的液体水溶液，所述流体通道(110a-110d)彼此连接以在入口(130)和出口(132)之间形成共同的流体管线，并且

通过布置在所述壳体(120)内的至少一个加热元件(150)加热所述流体通道(110a-110d)的内壁，由此

直接连接到流体入口(130)的所述第一流体通道(110a)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到第一温度，并且

直接连接到流体出口(132)的所述第二流体通道(110d)相对于所述至少一个加热元件(150)定位，使得其内壁将被加热到第二温度，所述第二温度高于所述第一温度，

其中所述第一温度比待蒸发的液体的沸点温度高30℃，并且其中所述第二温度介于200℃-250℃之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一温度介于120℃-140℃之间。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述过氧化氢的液体水溶液的浓度介于2％-5％之间。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其中选择所述第一温度使得进入所述第一流体通道(110a)的过氧化氢的液体水溶液在流过所述第一流体通道(110a)时将被完全蒸发。

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