CN111148925B - 高压下的塞子、机器及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于一高压处理机器的塞子(5a)，包含一袋子(6)；一导管(20)，用于将一压力传递流体传递到所述袋子；一另一导管(13)，用于填充以及排空一待加压的产品；以及一阀(7)。所述塞子还设置有一杆(11)，用于打开及关闭所述阀。所述杆位于所述产品的所述导管中，并且具有其自己的一内导管(11a)，连接到一清洁剂的腔室(12)，以使清洁剂通过所述产品的导管。本发明还涉及一种包括所述塞子的机器，以及一种用于处理多个可泵送物质的方法。本发明可以满足关于卫生设计以及在一极高压下密封性的要求。
Description
技术领域
本发明属于多种用于高压处理称为“可泵送”物质的物质的装置及方法的领域，特别是但不限于例如多个饮料、多个化妆品等流体。
背景技术
高压处理(High-pressure processing,HPP)是一种在压力高于4,000巴(bar) 下能够降低微生物负荷的技术，且不会改变被处理的产品的特性。
已知用于通过高压处理液体或其他物质的HPP设备是基于对先前布置在柔性容器(例如：瓶子)中的产品的处理。高压处理的典型形式是分批进行的，即，通过一分散且非连续的过程进行。最初，将在其最终柔性容器中的产品装入硬质塑料容器中，所述硬质塑料容器被装进一钢舱中，然后在所述钢舱中注满水(剩余空间，因为多个容器之间没有空余的间隙)。一旦注满，便将其完全关闭，并开始以高达4,000至6,000bar的高压(通过一个或多个高压增压器)泵送水，并且可以维持所述压力的时间范围从几秒钟到几秒钟不等。达到的压力以及其维持的时间是处理的参数，并且在每种情况下，根据待处理的产品而定义这些参数(称为“制作条件”)。例如，在一饮料的情况下，使用此技术是因为它具有灭活微生物的作用，并且根据要实现的微生物灭活的所需水平而定义制作条件。最后，释放压力，将所述容器从舱的内部移出，并取出处理过的产品。所述产品已经过消毒，即，其微生物负荷已降低。
在HPP分批处理过程中，压力是通过加压流体(通常是水)传递到产品，所述压力是均匀且瞬时地传递到产品的所有点的压力。考虑到产品在包装后被处理，舱的填充系数(待处理的产品体积与舱的有效容积之间的关系)是低的，介于40％与60％之间，取决于容器的几何形状及舱的直径。从以上所有内容可以得出结论，分批处理的主要优点是不需要后续污染产品，因为它从一开始就是最终包装。另一方面，主要的缺点是所获得的低填充系数限制了传统高压处理设备的生产率。分批处理的其他缺点是需要使用能够承受高压作用的柔性包装(不可能使用玻璃等材料)，以及处理它们以装载以及卸载 HPP机器。
因此，需要寻找一种替代当前处理方式的方式，所述方式可以增加舱的填充系数，并避免对包装类型的限制，确保在产品处理后不会产生污染，后者是最难实现的。
随着时间的流逝，已经考虑了不同的解决方案，主要是在两个方向上：直接使用传递压力的一塞子而在舱的内部处理液体，或在舱的内部的一袋子或柔性膜内处理液体，并占用尽可能多的可用空间。
如果系统在舱的内部包括一可移动的塞子，用于直接施加压力，则它将分开两个区域，一个区域包括待处理的可泵送产品，另一个区域中存在压力传递流体(通常是水)。此系统的主要缺点是，塞子需要专门设计用于防止两个区域的液体混合的高压接头。所述接头需要持续的监测以及大量的维护。此外，此解决方案在卫生上不是最佳的，因为产品一旦经过处理(然后因而“消毒”)很容易与污染区域(压力传递流体)接触，并受到污染。
在1990年代，开发了几种类型的设备，这些设备通过批量处理产品(在半连续系统中)来运作。所有这些设备都使用塞子而运作，并且存在卫生问题(设备难以清洁以及一旦处理就污染产品)，以及机械可靠性的问题，因此它们不再被生产。
在申请案US5993172A中找到设有膜的系统的示例。然而，此系统没有良好的卫生条件，因为它无法防止由于暴露/通过未正确消毒的一导管，而使已处理或正处理的产品受到污染，因为这种设计是不容易清洁的。
针对这种类型的高压处理设备提出的其他解决方案包括非常复杂的系统，所述系统具有大量承受高压的阀、管子以及接头，除了难以清洁之外，由于其复杂性，容易产生可靠性问题。众所周知，在非常高的压力下运作的设备需要提高维护水平，因此，为了提高生产率并减少机器停机时间，必须有一种简单有效的设计，其中要使用的部件，阀、管、连接器以及接头的数量应尽可能少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于一高压处理机器的塞子，所述塞子解决了上述缺点，所述塞子将能够处理位于舱的内部的一柔性的袋子中的多个可泵送物质。特别地，所述塞子满足卫生设计以及在非常高的压力下密封的要求，使得能够清洁其内部的导管，这确保了在处理结束时，不会污染必须通过所述导管的被处理的产品。所述塞子位于一机器的一端，所述端具有一高压舱，并且能够填充以及排空一柔性的袋子(位于内部)，在所述柔性的袋子中目标产品被加压。它包括一导管，用于使一压力传递流体通过；一另一导管，用于在所述袋子中的待处理的产品的入口及出口；以及一阀，具有一公座及一母座，以使所述产品能够通过所述袋子，或防止所述产品通过所述袋子。连接到所述公座并通常由一致动器致动的一杆位于所述填充/排空的导管的内部，以关闭及打开所述阀。所述杆具有一内导管，连接到一清洁剂的腔室，使得当在所述袋子内所述处理所述产品时，所述填充/排空的导管保持在所述清洁剂的一槽下。
本发明还涉及一种高压处理机器(1,000至10,000bar)，包括所述塞子，以及一种通过所述机器的加压方法。如此构思的机器将实现高达90至95％的一提高的填充系数，而将达到使微生物失活及/或改变易腐败液体/可泵浦产品(例如饮料、食品、化妆品/药品等等)的特性的目的，从而在机器及过程中的所有方面保持卫生。
附图说明
为了帮助更好地理解本发明的特征，此描述附有以下附图，作为其整体的一部分，这些附图仅是举例说明而非以限制的方式表示以下内容：
图1是包括本发明的塞子的高压处理机器的示意图；
图2示出了本发明的塞子(产品的塞子)；
图3a至图3c示出了在填充及清空袋子以及清洁导管的步骤中的产品的塞子；
图4是袋子至塞子的锚固系统的细节；以及
图5示出了在使用所述机器执行的处理方法的不同步骤期间的塞子元件、舱以及袋子的横截面。
具体实施方式
图1示出了包括本发明的塞子的一机器的图。所述机器包括一待加压的一产品1的一来源，其被暂时地存储在一槽22中，并通过多个导管的一回路以及所述产品的塞子5a被转移到一柔性的袋子6中，所述柔性的袋子6位于一高压舱4的内部，所述高压舱4在端部处具有两个开口4a及4b。一旦在所述柔性的袋子中装满产品，便通过一个或多个泵2，通过两个塞子5a及5b，并通过为此目的在两个塞子中设置的多个导管20，将一压力传递流体，通常是水，引入到所述舱中。流体将施加过程中所定义的压力(大多数制作条件约为6,000bar)。所述压力将维持一定的时间，并且一旦处理结束，一个或多个排出阀3将使所述舱4内的压力降低到大气压。本身就是本发明的所述产品的塞子5a，将进行高压处理的区域与必须始终进行消毒的区域分开，因为一旦所述产品被“消毒”(经处理，因此没有微生物)，所述产品就会通过同一导管(未经处理的所述产品通过所述导管进入)离开所述柔性的袋子(因此可能最初被微生物污染)，并且在此阶段必须确保没有污染。
参照图2，本发明的塞子5a除了具有用于压力传递流体的导管20之外，还具有用于待加压的产品的一内部填充及排空的另一导管13。在所述塞子的端部处的一阀7与所述袋子6的接触防止了用于填充及排空的所述另一导管 13在HPP循环期间(高压处理的所有阶段)承受高压。所述阀的存在意味着可以按照一卫生设计标准来设计与排空相同的填充的导管，因此易于在 HPP循环维持压力阶段，有效地进行清洁。
所述阀7由一公座8及一母座10组成，两者均由耐腐蚀极限值大于600 MPa的一耐腐蚀材料制成，以便承受大于6000bar的压力，例如15-5PH H900 或13.8Mo H1000钢。所述座的角度在60°与100°之间。所述阀7的关闭及打开通过一致动器15通过一杆11的平移来实现，所述致动器15可以是液压的。所述杆直接连接到所述阀的公座8。因此，在所述塞子及所述机器的轴的方向上的简单运动就导致阀的关闭(图3b)或打开(图3a及3c)。由于它是金属对金属的密封件，因此避免了与待处理的液体接触的多个高压接头的使用，因为所述多个高压接头很难清洁，并且可能是有机物及因此微生物积累的来源，且若所述多个高压接头没有卫生设计，则要承受高压会非常复杂。从机械的角度来看，所述阀易于清洁，并且非常可靠且简单。它将承受高压的区域与必须设计卫生的区域分开。
为了使用一待处理的产品填充所述袋子，所述塞子5a的阀7被打开(图3a)。所述产品位于一槽22中，并通过一三通阀28传输到所述塞子的内部的用于填充及排空的所述另一导管13中。可选地，在需要消除种子、浆状物质或其他颗粒的情况下，所述产品被通过一过滤器23，因为过滤后的产品会扫除并清洁所述颗粒，而有助于防止任何固体颗粒残留在所述阀座中，其会破坏密封能力。一旦所述袋子6装满，所述致动器就移动所述杆11，并且所述阀关闭(图3b)。然后位于所述舱的外部的具有清洁剂24(过氧化物、蒸汽或其他具有消毒作用的化合物)的一槽打开。所述清洁剂通过一泵29进入所述塞子，并通过所述产品的塞子中的一导管32，到达一腔室12以及所述杆11。所述杆11在其中具有多个孔以及一内导管11a，以使得所述清洁剂通过所述多个孔进入并且流过所述杆的内部到达所述公座8所在的端部，并通过其他孔从其离开。以此方式，所述内部的产品的用于填充/排空的所述另一导管13被清洁，并且所述剂朝向外部的三通阀28返回，所述外部的三通阀28 将所述剂引导至一排液管31。所述导管32的端部处的所述腔室12，所述清洁剂通过所述腔室12进入，足够长，以当所述阀打开时，保持所述杆11进入所述另一导管13的部分清洁。因此，当所述阀被致动时，所述杆的进入清洁的区域的部分连续地保持在一清洁剂的浴中，以确保其卫生。
所述另一导管13的多个部件优选地由奥氏体不锈钢制成。当暴露于某些液体物质时，例如果汁或其他低pH值的食物，这些材料具有很高的耐腐蚀性。所述另一导管13有助于保护所述塞子的结构材料，因为它防止了所述塞子与待加压的产品直接接触。所述塞子优选地由弹性极限大于900MPa，优选地大于1000MPa的不锈钢制成，其具有比奥氏体钢更低的耐腐蚀性。
所述另一导管13的不同部分通过卫生接头连接，为了确保密封性，必须在所述卫生接头上保持一定的张力。此外，在不含例如弹簧或弹性体的弹性元件的情况下，所述塞子在压力下会发生变形，所述变形无法被元件13、12 及15吸收。位在所述塞子的远端(距所述袋子最远的一端)上的多个弹性元件14吸收由于压力引起的所述塞子的变形，并且还始终保持所述另一导管 13的卫生接头具有确保密封性所需的张力。
在所述塞子的端部处，有一连接器17(图3a至图3c及图4)，适于连接所述柔性的袋子6。此连接能够以卫生的方式自所述袋子6填充及排空产品，从而确保在整个高压处理过程中，待处理的产品与所述压力传递流体隔离。所述袋子6具有附接到其上的一柔性母连接器17.2。所述连接器17.2通过优选地由塑料制成的一连接法兰17.5以及一紧固部件17.4来连接附接到所述塞子的一公连接器17.1，所述紧固部件17.4可以连接一软管、管子或另一系统，以便于清空所述袋子。所述公连接器17.1又与所述母座10接触，而所述母座 10又与用于内部填充/排空的所述另一导管13接触。在某些情况下，部件17.1、 10及13可以是一个整体。可选地，在所述公连接器17.1与所述母连接器17.2 之间放置一弹性接头17.3，以确保在所述袋子的外部没有高压的周期的阶段中，即，在所述袋子的产品的填充阶段以及自所述袋子中取出处理过的产品的阶段中的密封性。所述接头17.3接收必要的密封压力，以便赋予连接的密封性。随着所述传递流体的压力增加，组成所述接头的所有部件由于其作用而开始减小其体积。由于钢与塑料之间的可压缩性模块不同，所述袋子的连接器17.2抵靠着所述塞子的公连接器17.1逐渐被压缩，所述塞子是金属的，几乎没有减小其体积，从而实现了塑料-金属的密封。所述弹性接头17.3同样通过在减压中恢复其体积并因此其关闭功能而被压缩。
参考图1及图5，对待处理的产品加压的方法如下：
为了将所述袋子6放入所述舱4中，所述机器设有两个楔形件21a、21b，所述两个楔形件可以在垂直于所述机器的主轴的一方向上横向移动。移除所述多个楔形件，而可以移除所述多个塞子5a、5b，并进入所述舱4。然后，使所述舱4横向移动，以使所述舱4停留在支撑所有元件的轭件(yoke)(图中未示出)的外部，从而可以进入它。一旦引入所述袋子6，所述舱4再次横向移动，恢复其与所述轭件的对准。然后，进行所述袋子6与所述产品的塞子5a之间的连接。随后，将所述多个塞子5a、5b再次引入所述舱中，并且所述多个楔形件21a、21b恢复其初始位置。然后，将待处理的产品通过所述产品的塞子的所述另一导管13引入(图5的1) 部分)。存在于所述舱4中的空气通过所述曝气阀16的开口通过所述导管33从相对侧上的塞子5b离开，并通过所述阀30排放到大气中。然后(图5的2) 部分)，将所述压力传递流体通过两个塞子5a、5b中的所述导管20，通过泵(或多个泵)引入所述舱。所述压力增加到选定的制作条件的压力，通常在4,000至6,000bar之间，并保持一预定的时间区段(图5的3)部分)，所述时间区段也由制作条件定义，并在每种情况下都适合待处理的产品(液体)。在此过程中(升高及维持压力)，如参照图3b，清洁所述产品的塞子5a。所述清洁剂在一槽24中，并通过一泵29通过所述导管32被带入一腔室12中。一旦所述导管被清洁，所述清洁剂便通过所述另一导管13排放到所述三通阀，所述三通阀将所述清洁剂排空到一排液管 31中。一旦将压力维持一定时间，并处理完产品后，由于一个或多个安全阀 3的致动，在压力升高期间引入的一部分的所述传递流体通过导管20离开所述舱(图5的4) 部分)，直到达到大气压为止。然后，所述致动器15打开所述阀7，并且在被加压的空气或惰性气体的帮助下，所述袋子6开始排出，当打开所述曝气阀16时，所述被加压的空气或惰性气体从一气槽25通过所述曝气塞子5b的所述导管33到达所述舱，压在所述袋子的外部(图5的5) 部分)。空气或惰性气体的压力作用在所述柔性的袋子6的外部上，有利于其排空，从而使产品通过所述连接器17，通过塞子5a的所述另一导管13，通过所述阀28到达被处理的产品的槽26。最后，整个处理过的产品保留在所述被处理的产品的槽26中，然后所述袋子排空(图5的 6) 部分 )。一旦完成将处理后的产品转移到所述被处理的产品的槽26中，所述舱4中剩余的空气或气体的压力就通过所述阀30释放，使设备准备好开始一新的处理周期，如有必要更换袋子6。新的处理周期可通过引入待处理的新产品而开始(图5的1) 部分)，并且若不更换袋子6，则无需进行机器移动，这不是每个周期都执行的操作。一旦确定所述被处理的产品的槽26的产品合适，就将其转移到填充或存储设备中，由所述气槽 25输送的空气或惰性气体推动，并通过一无菌过滤器27进行过滤，以避免可能污染产品。
得益于所述产品的塞子，所述待处理的产品的填充/排空的导管不会承受高压，使得使用一清洁剂(例如蒸汽或过氧化物)清洁所述导管变得更加容易，因为易于清洁的接头以及耐腐蚀材料可用于其设计。此外，它防止了与所述待处理的流体接触的复杂的管、接头及阀由于高压而遭受疲劳，从而由于裂缝内的微生物的生长而引起清洁问题。
与其他先前的解决方案相比，本发明在机械上是简单的，使得从机械可靠性的观点来看，本发明是坚固的，承受高压的区域尽可能小。得益于本发明，其清楚地将必须具有卫生设计的区域与必须被设计成承受高压的区域分开，因此卫生及机械可靠性很高。此外，这两个区域由一金属与金属密封 (metal-to-metal seal)相隔开，从机械的角度来看，所述密封易于清洁并且非常可靠。在需要进行高压密封的具有弹性接头的区域中，可以防止待处理的液体受到压力，所述区域的高压支撑设计使其难以清洗或从卫生角度考虑不适合使用。它还可以防止管受到待处理的流体的高压，其会在微生物产生的地方产生疲劳裂纹，其清洁非常复杂，并且能够使用耐腐蚀材料。
鉴于此描述及附图，本领域技术人员将理解，已经根据本发明的某些优选的实施方式描述了本发明，然而在不超出本发明要求保护的目的的情况下，可以在所述优选的实施方式中引入多种变化。
Claims (16)
1.一种用于具有一袋子(6)的高压处理机器的塞子(5a)，其中所述高压处理机器的高压为高于4000巴，所述塞子包括一导管(20)，用于使一压力传递流体通过；一另一导管(13)，用于在所述袋子(6)中填充以及排空待加压的一产品，所述产品选自于由饮品、食品、化妆品及药品所组成的群组；以及一阀(7)，具有一公座(8)以及一母座(10)，以使得所述产品能够通过进入所述袋子中或防止所述产品通过进入所述袋子中，其特征在于：所述另一导管(13)也是用于已被处理的所述产品的出口的导管，所述塞子在所述另一导管(13)的内部上设置有一杆(11)，用于关闭以及打开所述阀(7)，其中所述杆(11)与所述公座(8)相连接，并设置有一内导管(11a)，与一清洁剂的腔室(12)相连接，所述内导管(11a)又与所述清洁剂的一入口导管(32)相连，并且其中所述杆(11)以及所述公座(8)设置有供所述清洁剂通过的多个孔。
2.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于：所述阀(7)的所述公座(8)以及所述母座(10)的各自的角度在60°与100°之间。
3.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于：所述塞子还包含一致动器(15)，适于致动所述杆，以打开或关闭所述阀(7)。
4.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于：所述阀(7)包括一耐腐蚀材料，具有大于600百万帕的一弹性极限。
5.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于：用于填充以及排空产品的所述另一导管(13)由通过多个卫生接头连接的不同的奥氏体不锈钢部件所制成，所述塞子包括多个不锈钢，具有大于900百万帕的一弹性极限。
6.根据权利要求1所述的塞子，其特征在于：所述塞子还包含在所述塞子远端处的多个弹性元件(14)。
7.一种高压处理机器，其特征在于，所述高压处理机包含：一高压舱(4)、用于加压的装置(2)及减压的装置(3)、一曝气塞子(5b)、一袋子(6)以及根据前述权利要求中任一项所述的塞子(5a)。
8.根据权利要求7所述的高压处理机器，其特征在于：所述袋子(6)以及所述塞子(5a)通过一连接器17相连接。
9.根据权利要求8所述的高压处理机器，其特征在于：所述连接器(17)具有一母连接器(17.2)以及一公连接器(17.1)，所述母连接器(17.2)连接至所述袋子(6)，以及所述公连接器连接至所述塞子(5a)，所述公连接器(17.1)及所述母连接器(17.2)通过一连接法兰(17.5)相连接。
10.根据权利要求9所述的高压处理机器，其特征在于：所述连接器(17)在所述公连接器(17.1)的侧部上还设置有一紧固部件(17.4)，所述紧固部件(17.4)适于连接至一管子，以便于排空所述袋子(6)。
11.根据权利要求9所述的高压处理机器，其特征在于：在所述公连接器(17.1)与所述母连接器(17.2)之间设置有一弹性接头(17.3)。
12.根据权利要求9所述的高压处理机器，其特征在于：所述高压处理机器设置有用于一清洁剂的一槽(24)；用于通过所述产品的所述另一导管(13)向所述塞子(5a)泵送所述剂的装置(29)；以及用于从所述导管回收所述清洁剂的装置。
13.根据权利要求12所述的高压处理机器，其特征在于：用于回收所述剂的所述装置是一三通阀(28)以及一排液管(31)。
14.根据权利要求7所述的高压处理机器，其特征在于：所述曝气塞子(5b)设置有一曝气导管(33)，连接至一气槽(25)，以帮助排空所述袋子(6)。
15.根据权利要求7所述的高压处理机器，其特征在于：所述高压处理机器设置有一被处理的产品的槽(26)；用于空气或惰性气体的一气槽(25)；用于空气或惰性气体的一无菌过滤器(27)；以及借助于被过滤的空气或惰性气体将被处理的产品从所述被处理的产品的槽(26)转移到填充或存储设备的装置。
16.一种处理可泵送物质的方法，所述可泵送物质选自于由饮品、食品、化妆品及药品所组成的群组，由权利要求7所述的高压处理机器执行，所述方法包含用于在高压处理步骤期间以及在保持所述压力的时间期间，用于填充以及排空待加压的产品的所述另一导管(13)的一清洁步骤，其特征在于：所述清洁步骤包含：将一清洁的产品从一槽(24)泵送到所述塞子中的一腔室(12)，并泵送回去，使得所述清洁的产品首先流过所述杆(11)的内部到达所述阀的所述公座(8)，并且通过穿过用于填充以及排空的所述另一导管(13)返回的多个孔离开所述阀。
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