CN111320121B - 饮料装瓶单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种饮料装瓶单元，包括隔离器，隔离器的内部空间包含由热空气和雾化的过氧化氢细雾组成的灭菌混合物，单元使用了在不同的内部空间压力下的双回路非加压壳体；内部非加压隔离器处于高于大气压的压力，外部非加压壳体处于低于大气压的压力，外部非加压壳体的排气扇将用过的气态过氧化物从非加压壳体中移出，工艺开口被节流；外部非加压壳体具有用于对瓶子进行加热的热无菌空气的圆形喷嘴，以及用于从内外对瓶子进行处理并对转移链轮进行净化的灭菌混合物的雾化器；内部非加压隔离器包含用于对空间和瓶盖进行净化的灭菌混合物的雾化器，以及用于用热无菌空气对瓶子和盖子进行吹扫的圆形喷嘴。

Description

饮料装瓶单元

技术领域

本发明涉及用于在经过灭菌的环境中对瓶子进行灌装和封盖的装置。

背景技术

在第一单元中，在非无菌装置中至少通过装瓶机和封盖机对容器进行灌装和封盖，然后带入洁净室。

“常规的”无菌装瓶生产线涉及：

-从热固性材料的坯料或预制件开始形成容器

-对成型的容器或预制件进行化学灭菌

-始终在洁净室中灌装容器并对灌装的容器封盖

“洁净室”是指污染受到控制的房间，其中包含所有装瓶装置，包括有效灌装/封闭容器的工艺区以及可使用专门工具来移动灌装/封盖机的辅助区。

因此，“洁净室”的主要缺点是其尺寸很大，这意味着冗长而昂贵的灭菌工序。大量的工作流体也会损失，例如卫生液体和无菌空气。设备也会磨损；设计用于洁净室加压以避免环境污染物进入的洁净空气过滤器被磨损。使用洁净室的另一个缺点是难以改变格式、维修或配置机器部件，因为存在与此类操作相关的污染风险。因此，对于进入洁净室的操作员而言也特别重要。

在无菌技术中所见到的趋势是减小需要无菌的空间的体积。

因此，无菌装瓶生产线的现代概念规定：

-使用化学物质或辐射灭菌对容器坯料进行灭菌

-从无菌坯料开始“以无菌方式”形成容器；在无菌环境中灌装容器并对灌装的容器封盖

已知一种用于容器灌装的主动灭菌区（参见美国专利号9296600 V2 IPC B67C 3/00，3/22，公布日期2016年3月29日），它包括两个模块，其中第一模块对空容器进行冲洗和灭菌并将灭菌后的容器输送到第二模块，该第二模块在使用电子束灭菌单元的主动灭菌区中灌装和封闭容器。

该系统将装瓶单元分解成多个区块，也就是说，对容器进行的灭菌在一个区块中进行；对盖子的灭菌在另一个区块中进行；灌装和封盖则在第三个区块中进行。净化通过辐射而进行，但不排除使用灭菌混合物进行的处理。这本身在单元设计、维护或密封方面造成了一定程度的复杂性。

还已知一种用于瓶子的无菌灌装的饮料装瓶单元（参见美国专利号7404276 V2IPC F16J 15/40，15/42，公布日期2008年7月29日），它包括具有指定浓度的过氧化氢（H2O2）的无菌“洁净室”，该“洁净室”通过虹吸式密封与非无菌室或空间隔离。

本质上，这种布置意味着将两个不同的房间分开并密封。使用复杂的液体屏障和波纹管，这导致复杂且昂贵的制造过程以及复杂的维护。

已知一种用于用液体对瓶子进行无菌灌装的装置（参见美国专利申请号20090071104 A1 IPC A61L 2/22，B65B 55/10，B67C 7/00，公布日期2009年3月19日），它包括用于通过过氧化氢H2O2对瓶子进行灭菌的灭菌器，并使用无菌空气将过氧化氢从容器中移除，它还包括在高于露点的温度下对瓶子进行灌装和封盖的装置，由于热效应而导致的反应速度加快，从而确保了非常快速的灭菌。

该布置意味着对整个系统进行密封，包括灭菌隧道。这是由于复杂的密封而实现的。此外，处理和灌装容器所处的腔室也被气密隔离。所有这些给单元的制造和使用带来了一定程度的复杂性。

已知一种装瓶和包装机（参见日本专利申请号2018047944A IPC A61L 2/18，2/20，B65B 55/04，55/10，B67C 7/00，公布日期2018年3月29日），它包括气密封的容器、无菌空气加热装置、通过空气出口喷嘴进行的注入，以及用于通过雾化喷嘴将气体引入气密封的容器中的无菌气体发生器。

该发明涉及将灭菌区与装瓶区分开的经典无菌技术。该发明需要保持气密性，这带来了操作和维护方面的所有相关困难。

已知一种用于用液体产品对包装进行无菌灌装的系统（参见美国专利申请号20040222224 A1 IPC B67C 7/00，公布日期2004年11月11日），它排除了涉及在包装的灌装孔上使用膜的现有无菌灌装系统中的专用机器和对无菌空气空间的要求，从而使得即使在非无菌空气空间中运输时也可以捕获并保持无菌内容物。

该系统的操作基于插入瓶子中并将灭菌和无菌流体保持在容器内的特殊柔性膜。该单元的一个不可否认的优势是可以使用常规的非无菌设备，但是它需要额外的消耗品，这将导致产品的单位成本更高，并且在打开饮料时给消费者带来不便。此外，经验表明，对带有插入件的产品的需求不高。

已知一种使用气态灭菌剂对瓶子进行灭菌的系统（参见美国专利号9802726 B2IPC A61L 2/208，B65 B55/02，55/10，55/18，公布日期2017年10月31日），它包括通过液压方式连接到注入器的气态灭菌剂源，注入器随着被蒸发的过氧化氢（H2O2）灭菌的瓶子一起移动。

该获得专利的单元是一种复杂的旋转装置，因为瓶子充满灭菌混合物，这些灭菌混合物在瓶子通过转盘时被吹出。不可否认，这使得制造过程更加昂贵和复杂。在灭菌过程中，注入装置会降低到瓶子深处，这需要将瓶子精确定位在注入装置下方。灭菌和混合物吹出过程位于不同的腔室中，其中腔室与实体壳之间的封闭通道需要对单元进行高质量的密封。昂贵的过滤器用于制备无菌空气。

已知一种灭菌装置（参见美国专利号4797255A IPC A61L 2/20，B65B 55/10，公布日期1989年1月10日），它包括产生通过加热至等于或超过被灭菌物体的蒸发表面温度的温度的空气来输送的过氧化氢。

该技术方案主要集中在过氧化氢和空气的混合物的制备上，目的是减少其消耗。尽管如此，还提供了该单元的一个版本，其主要集中在容器净化上。注入区被分成一个专用腔室，而吹出区并未与产品灌装区分开。另外，在装瓶过程中不关注保持无菌或灭菌气氛的方式。另外还使用紫外线处理对容器进行净化。从附图来看，尽管专利说明书中缺乏信息，但是可以得出结论，该单元将需要高质量的通风密封。

就技术方面和所达到的效果而言，最相似的解决方案是用于对包装容器进行灭菌和灌装的装置（参见美国专利号6351924 B1 IPC A61L 2/186，B65B 55/10，B67C 7/00，公布日期2002年3月5日），在转运过程中经过不同的处理工位在生产线中以受控的同步方式通过灭菌剂进行处理，然后使用无菌热空气将其去除，而无需使用昂贵的“洁净室”，并且涉及技术上简单的方法。

但是，该发明具有许多重大的技术缺陷：

1.转运瓶子的传送带具有间歇驱动，因此必须非常精确地将瓶子定位在净化工位的下方，以确保该单元的高效运行。

2.盖子没有被灭菌；但是，专利持有人指出，该单元使用密封板来供应无菌盖子（在包装好的容器上应用无菌密闭装置）。这是一种额外的消耗品，在消费者中也不受欢迎。

3.输送链轮没有经过过氧化氢（H2O2）处理，并且瓶子没有在颈部被固定；取而代之的是，使用一种特殊的结构，它具有装有板和杆的特殊非标准夹具，以分别分配和支撑每个容器，这使得单元设计更加复杂，装瓶过程也更加昂贵。此外，这些装置未进行净化。

4.“用过的过氧化物”通过从瓶子中部分抽吸而流出。为此，每个净化工位均具有特殊的周向间隙，用于将用过的混合物从瓶子中移入特殊的排放通道。这使得每个净化工位的设计更加复杂。

5.该说明书指出，灭菌/装瓶腔室是一根“管”，它在前后均具有开口端。管的内部空间被加压；因此，它需要在从较高压力到较低压力的方向上进行通风，而腔室必须完全是气密的以防止灭菌混合物逸出。该解决方案需要一定的成本以确保密封性。

6.由于输送机是线性的，并且通过增加成排布置的处理工位的数量（根据技术方案有八个处理工位，也就是说，可以同时处理八个容器）来实现单元的生产率，因此使得单元更加昂贵。

7.附图显示瓶子的颈部朝上进入并被运送以进行加工，也就是说，瓶子的颈部朝下进入固定器。因此，需要额外的倾翻机构，但是在专利文件中没有提及关于此的任何机构。

8.专利发起人指出，采用以前已知的标准方法确保整体通风，其中通风单元置于装瓶单元的顶部。还必须确保瓶子安全进出净化/灌装腔室，以防止灭菌混合物离开灌装单元，因为该单元没有两个回路。

9.技术方案的开发者还指出，要实施这种净化方法，即在高压下供应灭菌混合物并同时通过通风管道将其去除（对空气吹扫同样有效），容器应优选地为瓶子形状的，因为混合物流入/流出的分配由于其特定的几何特征仅在这种情况下有效。

发明内容

所提出的解决方案的技术效果将通过产生具有合理设计的过氧化氢灭菌器来提高可靠性、简化装瓶并降低装瓶成本，该合理设计确保装在灭菌流体中装瓶的饮料具有必要的高生物纯度。

该解决方案的另一个优点是，开发了一种饮料装瓶单元，其中与已知的解决方案相比，大大减少了要灭菌的体积和进行灭菌所需的时间。

实现的技术效果在于，该饮料装瓶单元包括内部非加压隔离器，该隔离器的内部空间包含由热空气和雾化的过氧化氢（H2O2）细雾组成的灭菌混合物，其中该单元使用了在不同的内部空间压力下的双回路装瓶单元；因此，内部非加压隔离器处于高于大气压的压力，外部非加压壳体处于低于大气压的压力，外部非加压壳体的排气扇将用过的气态过氧化物从外部非加压壳体中移出，同时工艺开口被节流；此外，外部非加压壳体具有用于对瓶子进行加热的热无菌空气的圆形喷嘴，以及用于从内外对瓶子进行处理并对转移链轮进行净化的灭菌混合物的雾化器；而内部非加压隔离器包含用于对空间和瓶盖进行净化的灭菌混合物的雾化器，以及用于用热无菌空气对瓶子和盖子进行吹扫的圆形（开槽）喷嘴。

本质上，该饮料装瓶单元使用双回路装瓶单元：外部非加压壳体和内部非加压隔离器，它们包含具有两个内部区/空间的两个冷却回路，这两个冷却回路处于不同的内部灌装流体压力下。

在此，内部非加压隔离器空间是由持续存在的灭菌混合物（包含通过圆形（开槽）雾化器和喷嘴加压的热空气和雾化的细过氧化氢（H2O2））引起的正压形成的。

为了从瓶子和盖子表面除去灭菌混合物，使用有针对性的密集热空气流，将其加热到300℃的温度而成为无菌的，然后冷却到70-80℃，再通过圆形（开槽）喷嘴释放。

另外，通过在内部非加压隔离器中保持足够浓度的H2O2过氧化物来确保内部非加压隔离器回路中的无菌空间，从而实现无菌性。

灭菌混合物通过瓶子和盖子所进入的工艺开口、成品离开的地方并通过进出输送链轮的隔离器中的开放空间的入口/出口而循环。

根据来自安装在壳体内部的压力变送器的信号，通过控制排气扇的速度，在外部非加压壳体中保持低压。

节流操作在调试期间进行；选择允许在内部非加压隔离器回路内维持所需压力的表面积；为灭菌混合物的所需消耗量确立条件，同时该单元基于常规的装瓶生产线，对设备进行了相对小且低成本的改造。

将提出的解决方案与已知的技术方案进行比较，可以证明它具有一组重要的新属性，从而使得可以与已知属性一起成功实现目标。

附图说明

通过附图示出了本发明，在图1中示出了饮料装瓶单元。

所提出的设施的组成附图标记：

1.瓶子

2.将灭菌混合物注入到瓶子中的雾化器

3.将灭菌混合物注入到非加压隔离器中的雾化器

4.将灭菌混合物注入到输送链轮的雾化器

5.将灭菌混合物注入到盖子中的雾化器

6.用70-80℃的热无菌空气吹出瓶子中的残留过氧化物的喷嘴

7.用70-80℃的热无菌空气吹出盖子中的残留过氧化物的喷嘴

8.用无菌热空气填充瓶子的喷嘴

9.灭菌产品灌装阀（图中未示出）

10.非加压内部隔离器

11.工艺开口（窗口），过氧化物出口

12.外部非加压壳体

13.饮料装瓶区

14.瓶子封盖区

15.盖子

16.封盖头（图中未示出）

17.成品

18.排气扇

19.灭菌产品进料管线

20.输送链轮

双回路装瓶装置的功能如下。

具体实施方式

与常规设备相比，该双回路装瓶单元没有用于避免内部非加压隔离器10和外部非加压壳体12的回路进入环境空气的限制措施，而其工作原理是基于自由空气由于这些回路中产生的压降而通过这些回路的工艺开口（窗口）11移动。内部非加压隔离器10和外部非加压壳体12的回路用作防止灭菌混合物3向外逸出到装置周围的空间中的屏障，而不是防止环境大气进入的屏障。与常规方法相比，所提出的技术方案最重要的区别特征在于，它使用双回路灌装系统：外部非加压壳体12的回路的压力低于大气压，从而阻止腐蚀性灭菌混合物3进入单元周围的空间。

该单元的设计特征在于无菌装瓶在无菌内部非加压隔离器10中进行，通过在内部非加压隔离器10中保持足够浓度的热空气和过氧化氢H2O2的灭菌混合物3使其达到无菌状态以确保无菌性。

灌装单元是一个尽可能封闭的空间，具有供空瓶子1和盖子15进入以及成品17退出的开口。在装瓶厂内部，存在无菌的内部非加压隔离器10，在瓶子中灌装了经过预巴氏灭菌的饮料，饮料通过灭菌产品进料管19进料。为确保正常运行，强制用排气扇18进行通风，单元与环境相比保持减压（-50-100 Pa）。内部非加压隔离器10留在灌装单元内部，并且是一个尽可能封闭的区域，具有供空瓶子、盖子以及成品17退出的开口。由于通过喷嘴6、7进行无菌空气补充以及通过雾化器3、5进行灭菌混合物补充，非加压内部隔离器10与环境相比保持超压（+100 Pa），从而能够根据需要保持非加压内部隔离器10中的过氧化物浓度，以保持内部非加压隔离器10内部空间中的无菌性。装瓶单元的内部具有用于处理进入的瓶子1、盖子15、将瓶子送入内部非加压隔离器10的链轮以及将瓶子输送出内部非加压隔离器10的链轮的雾化器。所有雾化器均在3巴下送入加热至70-80℃的灭菌混合物。瓶子1和盖子15从里外全方位被灭菌混合物处理，从而消除其表面上的所有微生物。进入内部非加压隔离器10和驱动器的瓶子1和盖子15经过灭菌混合物的预处理，因此是完全无菌的。在内部非加压隔离器10内，通过一系列无菌空气喷嘴6、7、8在3巴下用无菌热空气（70-80℃）吹扫到达的瓶子1和盖子15（经过灭菌混合物预处理）。从瓶子1进入内部非加压隔离器10的那一刻起，直到瓶子1被置于灌装阀9下方，瓶子通过一系列喷嘴6用无菌空气进行吹扫。从盖子15进入内部非加压隔离器10的那一刻起，直到盖子15被封盖头16捕获，盖子15被一系列喷嘴7用无菌空气进行吹扫。由于经过喷嘴6、7、8的无菌空气吹扫，瓶子1和盖子15的内壁上的大多数过氧化物随该空气流被除去，而过氧化物残留物在高温下分解。这使得可以在成品17中实现符合产品安全要求的最低过氧化物浓度。

工作流程可以通过一系列操作来表示：

1.通过雾化器3、4、5将灭菌混合物填充到内部非加压隔离器10，并在内部产生超压（高于单元周围的气压）。

2.来自内部非加压隔离器10的灭菌混合物流到外部非加压壳体12。内部非加压隔离器10具有工艺开口11，通过这些过程开口，压力将设法与外部压力平衡，从而产生从内部非加压隔离器10向外（即，进入外部非加压壳体12的回路）的流体流。对工艺开口11进行节流，以确保始终保持所需的超压。

3.安装在外部非加压壳体12中的排气扇18用于从外部非加压壳体12抽吸空气混合物并将其送入通风系统，然后通过该系统将其从房间中移除。风扇速度是可调的，从而能够选择所需的排出流量，并在具有外部回路的外部非加压壳体12内产生减压。

4.由于在外部非加压壳体12的外部回路中保持低于大气压的事实，空气从外部进入外部非加压壳体12，然后又通过排气扇18从外部非加压壳体12的外部回路排出。

5.由于从外部非加压壳体12的外部回路的排气扇18，来自内部非加压隔离器10的灭菌混合物流和从外部进入单元的空气流的结构被构造成防止腐蚀性灭菌混合物进入装瓶单元周围的空间，从而使单元的操作员免受灭菌混合物的有害影响。

由于外部非加压壳体12的外部回路内的负压完全阻止了其气体的逸出，因此，它可以提供全面的保护，从而防止腐蚀性成分即灭菌混合物（过氧化物H2O2）进入外部非加压壳体12的外部空间和操作员工作区。

同时，瓶子净化和灌装试验结果反映了感官上的工艺质量指标，从而确保生产出具有竞争力的成品，其残留过氧化物的浓度为0.3 ppm（份每百万份），低于全球标准。

所提出的技术方案的技术和经济效益包括提高的可靠性、更简单且更便宜的装瓶过程以及在连续无菌条件下装瓶的饮料的必要的高生物纯度、在实施中大量的节省以及以较低的环境负担降低运营成本。

Claims (1)

1.一种饮料装瓶单元，其特征在于，包含由热空气和雾化的细过氧化氢组成的灭菌混合物，所述饮料装瓶单元还包括进行饮料装瓶和封盖的内部非加压隔离器，所述内部非加压隔离器的内部空间包含所述灭菌混合物以使所述内部非加压隔离器产生高于大气压的超压，所述内部非加压隔离器是一个尽可能封闭的区域；

所述饮料装瓶单元为双回路装瓶单元，包括外部非加压壳体和设置在所述外部非加压壳体内部的所述内部非加压隔离器，所述外部非加压壳体和内部非加压隔离器之间形成外部回路；

所述外部非加压壳体设有排气扇，所述排气扇将用过的气态过氧化物从所述外部非加压壳体中移出，在具有外部回路的所述外部非加压壳体内产生低于大气压的减压；

所述内部非加压隔离器设有工艺开口，通过所述工艺开口，所述内部非加压隔离器的压力将设法与外部压力平衡，从而产生从所述非加压隔离器向外的流体流，所述工艺开口被节流以确保始终保持所需的超压；

所述外部非加压壳体设有使用热无菌空气对瓶子进行加热的圆形喷嘴，以及使用所述灭菌混合物从内外对瓶子进行处理并对转移链轮进行净化的雾化器，所述瓶子进入所述内部非加压隔离器前先在所述外部非加压壳体内经灭菌混合物预处理；

所述内部非加压隔离器设有使用所述灭菌混合物对空间和瓶盖进行净化的雾化器，以及使用热无菌空气对瓶子和盖子进行吹扫的圆形喷嘴，所述瓶盖在封盖前分别用灭菌混合物和无菌热空气进行处理，所述瓶子在饮料装瓶前先用无菌热空气处理。

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