CN110300604A - 用汽化的过氧化氢处理系统组件和/或包装材料的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理填充产品的填充系统中的系统组件和/或包装材料的装置(1)，包括用于提供包含汽化的过氧化氢的处理气体流的汽化装置(2)，还包括用于将处理气体流施加至待处理的系统组件和/或待处理的包装材料的处理喷嘴(42)，其中，设置有用于测量从处理喷嘴(42)排出的处理气体流中的过氧化氢浓度的传感器(5)。

Description

用汽化的过氧化氢处理系统组件和/或包装材料的装置

技术领域

本发明涉及使用汽化的过氧化氢处理系统组件和/或包装材料的装置，尤其是在饮料填充系统中在用填充产品填充灭菌容器之前使用汽化的过氧化氢处理饮料容器以对其进行灭菌的装置。

背景技术

在饮料填充系统中，在实际填充之前，对包装材料，尤其是待填充饮料或填充产品的容器进行灭菌是已知的。为此，对相应的包装材料，尤其是饮料容器施加汽化的过氧化氢是已知的，该汽化的过氧化氢与载气流一起流到包装材料之上和/或包装材料之中。关于这点，例如借助处理转台来移动包装材料，然后经由合适的处理喷嘴将汽化的过氧化氢与载气一起吹入到包装材料中是已知的。

使用汽化的过氧化氢对饮料填充系统的系统组件进行灭菌也是已知的。特别地，已知使用汽化的过氧化氢对隔离体的内部以及设置在隔离体中的组件进行灭菌，通过对它们施加汽化的过氧化氢。此外，还已知对饮料填充系统中与填充产品相接触的通道施加汽化的过氧化氢，以实现对其表面的相应灭菌。

汽化的过氧化氢也用于处理容器封闭件，例如可拧到填充好的容器上的容器盖。在这种情况下，已知在处理通道内对容器封闭件施加汽化的过氧化氢和载气的混合物，容器封闭件通过该通道进行传送，并且在该通道中存在由载气和汽化的过氧化氢形成的气氛。

特别是在干式无菌系统中，包装材料借助汽化的过氧化氢进行灭菌。在这种情况下，温度高达130℃的加热空气用作载体介质，即载气，汽化的过氧化氢与载气一起经由旋转分配器输送到相应的处理转台上的处理喷嘴。这样，包装材料以及例如预成型件两者都可被施加汽化的过氧化氢。

为此，过氧化氢通常以液体形式，例如过氧化氢水溶液供给至汽化装置并在该汽化装置中汽化。然后通过吹扫到汽化装置上的载气流与载气一起作为处理气体输送到应用的处理位置。载气和汽化的过氧化氢的流中汽化的过氧化氢的浓度可如此确定，一方面，根据通过汽化装置的载气的体积流量，另一方面，根据供给的待汽化的液体过氧化氢的量。根据这两个参数可计算出留在汽化装置中的载气和过氧化氢的流中过氧化氢的浓度。

确定载气和过氧化氢的流中汽化的过氧化氢的浓度对于确保可靠的灭菌性能是重要的。

然而，由于用于汽化过氧化氢的汽化器距实际使用位置通常有一定距离，载气流中汽化的过氧化氢的浓度可在汽化器的下游直接计算，而不是在实际使用位置处计算。在汽化器和使用位置之间的路径上，过氧化氢在管线系统中已发生分解。这种分解依赖于例如管线长度、管线材料、温度、以及可能存在于管线系统中的任何污染物。

此外，浓度计算并不能绝对确保计算出的浓度与实际浓度相一致。这是因为过氧化氢水溶液中过氧化氢的浓度以及载气的体积流量两者均可变化。因此，为了能够提供可靠的灭菌，在已知系统中要求蒸发器中载气和过氧化氢的流中过氧化氢的浓度更高，作为“安全裕度”以补偿计算浓度与使用位置处的实际浓度之间的任何偏差。结果，消耗的过氧化氢可能高于实现可靠灭菌所必需的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种使用汽化的过氧化氢对系统组件和/或包装材料进行灭菌的装置，该装置具有改进的构造。

该目的通过具有权利要求1特征的装置来实现。更多有利的改进方案根据从属权利要求、附图和说明书得出。

因此，提出了一种用于处理填充产品填充系统中的系统组件和/或包装材料的装置，该装置包括用于提供包含汽化的过氧化氢的处理气体流的汽化装置，还包括用于将处理气体流施加到待处理的系统组件和/或待处理的包装材料的处理喷嘴。根据本发明，设置有用于测量从处理喷嘴中排出的处理气体流中过氧化氢浓度的传感器。

由于设置有用于测量从处理喷嘴排出的处理气体流中过氧化氢浓度的传感器，可直接在处理位置处精确测量处理气体中过氧化氢的浓度。这样，能够评估处理位置处的灭菌水平，从而能够实现对相应的包装材料和/或系统组件的可靠灭菌。

通过这种方法也不需要通过外部测量来验证过氧化氢浓度以确保规定的灭菌水平。由于能够直接在处理位置处测量过氧化氢的浓度，因而不再存在传统装置中由于所做的估计而存在的关于处理位置处实际过氧化氢浓度的不确定性。相反，仅考虑处理位置处的过氧化氢浓度。

此外，由于提供了传感器来测量处理位置处的过氧化氢浓度，能够控制或调节用于汽化液态过氧化氢的汽化装置，使得所产生的过氧化氢和载气的流(即处理气体流)中的过氧化氢浓度达到期望值，而不管上游管线系统中过氧化氢的损失有多少。由于过氧化氢的分解，处理喷嘴上游的管线系统中过氧化氢会损失，因此过氧化氢的浓度会降低。导致这种分解的决定性因素包括管线系统的温度和材料，以及存在于管线系统中的污染物。这些因素可通过测量处理位置处的过氧化氢浓度来消除。

这样能够进一步确保使用尽可能少的液态过氧化氢来实现期望的灭菌水平。这是因为可在处理位置处监控浓度，并且必需汽化的液态过氧化氢的量不用大于为了达到期望的过氧化氢浓度所必须的。因此，也能够减少或优化过氧化氢的消耗，因为“不确定性过载”不再适用，即，能够省去之前为补偿管线损失所必须的“安全裕度”。相反，仅消耗处理位置处实际需要的确切量的过氧化氢。

优选地，用于测量过氧化氢浓度的传感器设置在处理喷嘴之中和/或处理喷嘴之上，使得不需要用于保持传感器的附加组件。此外，以这种方式，传感器直接布置在处理位置处。

优选地，传感器布置在装置的旋转部分上，尤其是其上布置有处理喷嘴的处理转台上。因此，传感器能够测量从处理喷嘴排出的处理气体中的过氧化氢浓度。

在旋转处理装置的情况下，以这种方式能够准确监控待处理(即，施加过氧化氢)的包装材料的处理。

因此能够简化整个系统的构造。尤其地，还能够省略液态过氧化氢中过氧化氢浓度的测量。因此，能够省去该传感器以及用于测量经过汽化器的体积流量的传感器两者，或者不要求这种传感器具有非常高的精度。仍然重要的唯一测量是处理位置处过氧化氢浓度的测量，因此以这种方式能够实现处理位置处过氧化氢浓度的可靠控制和/或调节。

优选地，传感器测量的与过氧化氢浓度有关的信号能够从装置的旋转部分有线传输到装置的固定部分，尤其是借助滑环传输器。这样，仅需要简单的电路来将传感器信号从装置的旋转部分传输到装置的固定部分。因此，处理位置处过氧化氢浓度的测量也可以在处理转台上执行，并且测量信号至固定部分的传输可以相对于其电路简单的方式进行，以便能够以这种方式调节液态过氧化氢至汽化装置的供给。

在一个优选替代例中，传感器测量的与过氧化氢浓度有关的信号从装置的旋转部分无线传输到装置的固定部分，特别地，传感器包括RFID芯片，其能够将传感器信号传输到布置于装置的固定部分上的RFID天线。

这样，能够实现传感器的测量信号从旋转部分到固定部分的无线传输，从而能够省去传感器信号使用有线方法从旋转部分到固定部分的复杂机械传递。

优选地，传感器测量的与过氧化氢浓度有关的信号用于调节液相过氧化氢至汽化装置的供给。如上所述，用这种方法能够优化液态过氧化氢的消耗。

特别优选地，用于测量过氧化氢浓度的传感器是催化传感器，其基于催化分解测量过氧化氢浓度。在这种传感器中，测量参考表面和涂敷有合适催化剂的表面之间的温度差，其中，催化表面上过氧化氢的分解导致放热反应，其转而导致温度升高。参考表面测得的温度与涂有催化剂的表面的温度之间的差异是过氧化氢浓度的量度。这样，可执行过氧化氢浓度的可靠在线测量，从而可在系统运行期间连续检查过氧化氢的浓度。因此，在运行期间不再需要采取离散样本来分析在特定点处的过氧化氢浓度。相反，催化传感器的集成使得连续监控成为可能。因此，借助控制或调节装置，能够使用传感器来在线控制或调节液态过氧化氢至汽化器的供给和/或改变经过汽化器的载气流量。

还能够借助传感器来执行系统灭菌的验证，包括在开始运转时或生产过程开始时，使得能够在整个管线系统中提供所需或期望的过氧化氢浓度，并且以这种方式能够确保过氧化氢浓度与规定的过氧化氢浓度相一致。

本文描述的装置即使是在用于容器封闭件的灭菌时也具有有利效果。在这种情况下，特别地，处理位置处提供的传感器能够有效利用处于液相的过氧化氢，使得使用的过氧化氢不超过随后在处理位置处实际需要的量。不再需要超过该量的额外量，其在现有技术中作为“安全裕度”而被有意地添加。

优选地，处理喷嘴具有出口孔，其用于将处理气体流引导到待处理的包装材料的口部区域中，并设有碟形底部以将从包装材料的口部区域流出的、被取代的处理气体转移到包装材料的外部，其中，在处理气体供给线中紧接出口孔之前的第一传感器位置处布置有传感器，和/或在碟形底部中的第二传感器位置处布置有传感器。

通过将传感器布置在处理喷嘴本身中，可特别可靠的监控处理气体的过氧化氢浓度。

附图说明

通过以下对附图的描述更全面地说明了本发明的更多优选实施方式。其中：

图1是第一实施方式中用于处理包装材料的装置的示意图，其中用于确定过氧化氢浓度的传感器位于隔离体的入口处；

图2是用于处理包装材料的装置的另一示意图，其中用于确定过氧化氢浓度的传感器位于隔离体的外壳中；

图3是用于处理包装材料的装置的示意图，其中用于确定过氧化氢浓度的传感器位于传输至旋转介质分配器的点之前；

图4是用于处理包装材料的装置的示意图，其中用于确定过氧化氢浓度的传感器位于处理转台的处理喷嘴之上；

图5是用于处理包装材料的装置的示意图，其中用于确定过氧化氢浓度的传感器布置在处理转台之上，并无线传输至固定接收器；

图6是传感器在处理装置的处理喷嘴上可能布置的示意性立体剖视图；

图7是处理转台的示意图；以及

图8是传感器构造的示意图。

具体实施方式

以下参照附图描述优选实施例。在附图中，相同或相似或者具有相同效果的元件具有相同的附图标记。部分省略了这些元件的重复描述以避免冗余。

图1是用于对系统组件进行灭菌并对包装材料进行处理的装置1的示意性构造。装置1包括汽化装置2，处于液相的过氧化氢可借助该汽化装置2进行汽化。汽化装置2经由载气供给线20供给载气，其中载气的流量可通过合适的调节阀22进行调节。设置在调节阀22下游的质量流量传感器24可用于精确调节载气的质量流量。因此，经由载气供给线20供给的载气流过汽化装置2。

可使用例如空气、干燥空气或其他气体或气体混合物作为载气。

汽化装置2也经由过氧化氢供给线26供给液态过氧化氢，该液态过氧化氢可例如以过氧化氢水溶液的形式供给。通过调节阀28能够调节液态过氧化氢至汽化装置2的供给，该液态过氧化氢经由过氧化氢供给线26供给。

在汽化装置2中，液态过氧化氢施加至适当加热的表面，并在该表面上汽化。然后汽化的过氧化氢通过经由载气供给线20供给的载气被夹带并带走。然后由载气和汽化的过氧化氢组成的处理气体流经由合适的处理气体供给线3从汽化装置2中导出到实际的处理位置，以对系统组件或包装材料进行处理。

在示出的实施例中，设置有隔离体4，处理气体经由处理气体供给线3输送到该隔离体4中以执行处理。为了确定处理气体中，即由载气和汽化的过氧化氢组成的体积流中过氧化氢的浓度，设置有传感器5，借助该传感器5可确定浓度。传感器5设置在处理气体供给线3的端部，并且能够以这种方式确定在处理气体供给线3端部的处理气体中过氧化氢的浓度，因此能够确定处理气体在进入隔离体4之前或在进入隔离体4的点处的过氧化氢浓度。

因此，由传感器5确定的过氧化氢浓度对应于进入隔离体4的处理气体中的过氧化氢浓度。这种方法可能忽略了处理气体供给线3内可能的管线损失，这可能是由于例如汽化装置2和进入隔离体4的点之间的管线中过氧化氢的分解造成的。这些损失可能依赖于温度、管线特性和长度，也可能是存在于处理气体供给线3中的任何污染物，因此不能准确预测。相反，在处理位置处(在这种情况下是隔离体4)过氧化氢的准确浓度是已知的，因为它是借助传感器5在处理位置的直接上游测量到的。

传感器5将其浓度信号经由控制管线50(并且可能经由这里未明确示出的中间调节和/或控制装置)传送至调节阀28，借助该调节阀28调节液态过氧化氢至汽化装置2的供给。因此，在传感器5处的过氧化氢浓度偏离期望的过氧化氢浓度时，可调节供给至汽化装置2的液态过氧化氢的体积流量使得在传感器5处实现并保持期望的过氧化氢浓度，并因此在处理位置处实现并保持期望的过氧化氢浓度。因此不再需要估计管线中的损失并允许适当的“安全裕度”。

以这种方式，能够有效地使用经由调节阀28供给的液态过氧化氢，并且在汽化装置2中仅汽化处理位置处(在该情况下是隔离体4)实际需要的液态过氧化氢的量。因此，至少能够节省迄今为止在现有技术装置中用来提供“安全裕度”的过氧化氢的量。

此外，通过确定处理位置处的过氧化氢浓度，能够确保在隔离体4中根据规定进行正确的灭菌，这里达到了合适的过氧化氢浓度，因此实现了期望和规定的灭菌结果。

图2示出图1中所示装置的一个变型例。在这种情况下，传感器5设置在隔离体4的壁内，并且能够以这种方式测量隔离体中处理气体中的过氧化氢浓度，因此能够适当地影响过氧化氢经由处理气体供给线3的供给。

在图3中，处理转台40设置在隔离体4中。在处理转台40中，可对包装材料100进行灭菌，包装材料100在所示的实施例中示意性表示为预成型件。为此，处理喷嘴42设置在处理转台40中、各自布置在包装材料100的上方，处理气体借助这些处理喷嘴42可吹到包装材料100中。经由处理气体供给线3供给的处理气体借助旋转分配器30从装置的固定部分输送至装置的旋转部分，即至处理转台40。

传感器5直接布置在旋转分配器30之前，所以输送至处理转台40的过氧化氢的浓度是已知的。因此这里可实现有利的效果，尤其是能够确保经由旋转分配器30输送至处理转台40的处理气体具有期望的浓度，因此处理转台40内的灭菌效果不受处理气体供给线3内的损失或经由过氧化氢供给线26供给的液态过氧化氢中过氧化氢浓度的波动影响。

图4示出图3中所示处理装置的另一变型例。在这种情况下，传感器5布置在处理转台40本身上，尤其是直接设置在处理喷嘴42上或处理喷嘴42中。因此可直接测量处理位置处的过氧化氢浓度。

在示出的实施例中，由传感器5测量的与过氧化氢浓度有关的测量信号借助滑环传输器52从处理转台40传送至装置1的固定部分，使得来自传感器5的传感器信号能够经由控制管线50送至调节阀28。也可考虑测量信号从装置的旋转部分到固定部分的其他类型的有线传输。

图5示出图4中所示实施方式的另一变型例。这里，传感器5再次布置在处理转台40上，因此与处理转台40一起旋转。

在示出的实施例中，传感器5具有无线传输装置，测量信号可借助该无线传输装置从装置1的旋转部分传输到固定部分。

在示出的实施例中，传感器5具有无源RFID芯片，其能够将各传感器信号传输到布置在装置的固定部分上的RFID天线54。借助评估装置，RFID天线54将传感器信号传递到控制管线50，使得能够借助传感器信号来控制用于液态过氧化氢的供给的调节阀28。

在该实施例中，由于传感器5配备有无源RFID芯片，传感器5的传感器信号能够在不进一步接触的情况下从处理转台40的旋转部分传输到固定部分，即传输到布置在固定部分上的RFID天线54。传感器5中的无源RFID芯片接收每次经过RFID天线54的能量，该能量在RFID芯片中用于传输相应的传感器信号。

因此，以这种方式能够实现对每个单独的处理喷嘴42处的过氧化氢浓度的监控，传感器5设置在处理转台40上。由此传感器5能够在无需额外布线的情况下布置在装置的旋转部分上。然后在评估装置56中确定在接收到的多个传感器信号中哪个将实际用于控制调节阀28。为此，能够使用来自传感器5的传感器值的平均值，或是传感器5测量到的最低浓度。

在处理转台40上，传感器5可设置在每个处理喷嘴42之上或之中，或者仅设置在选择的处理喷嘴42上，或者甚至是仅设置在其中一个处理喷嘴42上。假设至各处理喷嘴42的处理气体供给线都构造成相同的，则使用单个传感器5可能就足够了。在另一个处理喷嘴42上使用至少一个额外的传感器5时，可补偿或检测任何传感器误差，并可考虑到至处理喷嘴42的供给管线在构造上的任何差异。

在每个处理喷嘴42上布置传感器还使得能够执行适当的合理性检查，并能够确保对所有处理喷嘴42执行的处理达到规定标准并且处理的包装材料或系统组件达到期望的灭菌水平。

在图6中针对一种类型的处理喷嘴示意性示出传感器5在处理喷嘴42上的定位。原则上，这种定位也可适于其他类型的处理喷嘴。

在图6的示意性立体剖视图中，传感器5示出为定位在第一位置A处，其中传感器5直接布置在处理气体供给线3中并且紧接在处理喷嘴42的出口孔420之前。因此，测量的处理气体流量恰好是经由出口孔420从处理喷嘴42中排出的流量。因此，能够精确测量从处理喷嘴42的出口孔420排出的处理气体中过氧化氢的浓度。

在用附图标记B标识的第二传感器位置处，能够测量处理后从包装材料回流的处理气体流中的过氧化氢浓度。布置在第二传感器位置B处的传感器5相应地定位于碟形底部中。由传感器位置B处的传感器5测量的气体流是从待处理容器中逸出的气体的气体流，该气体通过碟形底部转移到待处理的包装材料的外部。

换句话说，在处理气体从处理喷嘴42的出口孔420排出之后，处理气体进入到包装材料的口部区域中。这取代了已经存在于包装材料中的处理气体，处理气体流回到包装材料的口部区域并通过处理喷嘴42的碟形底部转移到包装材料的外部。

传感器可布置在第一传感器位置A处或第二传感器位置B处，或者是在第一和第二传感器位置两者处。

图7示出处理转台40的示意性剖视图，其中配备有用于处理包装材料100的相应的处理喷嘴42，喷嘴构造为如图6的，并且具有布置在传感器位置A和B两者处的传感器。

在旋转处理转台40下方设置有固定处理喷嘴44，在这些固定处理喷嘴44上也可设置有用于测量浓度的传感器。

图8示意性地示出一优选变型例中传感器5的构造。传感器5具有第一无源表面500和涂覆有催化剂的第二表面520。

无源表面500相对于处理气体是化学惰性的，并且尤其是相对于过氧化氢是惰性的。然而催化剂涂覆表面520引起过氧化氢的放热分解反应，并且能够设计成例如多孔M_nO₂表面。由于放热反应，催化剂涂覆表面520处于对应于气体温度T_Gas加上放热反应产生的热量T_Exotherm的温度。然而，无源表面500仅采用气体温度T_Gas。根据借助温度差测量装置540确定的温度差可得到经过传感器5的处理气体流中过氧化氢的浓度。

在适用的情况下，在不脱离本发明范围的情况下，可将实施例中描述的所有单独特征进行相互组合和/或交换。

附图标记列表

1 装置

100 包装材料

2 汽化装置

20 载气供给线

22 调节阀

24 质量流量传感器

26 过氧化氢供给线

28 调节阀

3 处理气体供给线

30 旋转分配器

4 隔离体

40 处理转台

42 处理喷嘴

420 出口孔

44 固定处理喷嘴

5 传感器

50 控制管线

52 滑环传输器

54 RFID天线

56 评估装置

500 无源表面

520 催化剂涂覆表面

540 温度差测量装置

A 第一传感器位置

B 第二传感器位置

Claims (8)

1.用于处理填充产品的填充系统中系统组件和/或包装材料的装置(1)，其包括用于提供包含汽化的过氧化氢的处理气体流的汽化装置(2)，还包括用于将所述处理气体流施加到待处理的系统组件和/或待处理的包装材料的处理喷嘴(42)，

其特征在于，用于测量从所述处理喷嘴(42)排出的处理气体流中过氧化氢浓度的传感器(5)。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器(5)布置在所述处理喷嘴(42)之中和/或在所述处理喷嘴(42)之上。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器(5)布置在所述装置的旋转部分上，尤其是其上布置有所述处理喷嘴(42)的处理转台(40)上。

4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，由所述传感器(5)测量的与过氧化氢浓度有关的信号从所述装置的旋转部分有线传输到所述装置的固定部分，尤其是借助滑环传输器(52)。

5.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，由所述传感器(5)测量的与过氧化氢浓度有关的信号从所述装置的旋转部分无线传输到所述装置的固定部分，并且所述传感器(5)尤其包括RFID芯片，所述传感器(5)的信号借助所述RFID芯片传输至布置在所述装置的固定部分上的RFID天线(54)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，由所述传感器(5)测量的与过氧化氢浓度有关的信号用于调节液相过氧化氢至所述汽化装置(2)的供给。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器(5)是催化传感器，在所述催化传感器中，通过与对过氧化氢为惰性的表面的温度差来测量所述过氧化氢浓度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述处理喷嘴(42)具有用于将所述处理气体流引导到待处理的包装材料(100)的口部区域中的出口孔(420)，并设有碟形底部以将从所述包装材料(100)的口部区域中流出的被取代的处理气体转移到所述包装材料(100)的外部，其中，在处理气体供给线中紧接所述出口孔(420)之前的第一传感器位置(A)处布置有传感器(5)，和/或在所述碟形底部中的第二传感器位置(B)处布置有传感器(5)。