专利名称：具有受控喷洒输出的巴氏灭菌装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用液体处理物体的装置与方法、尤其涉及巴氏灭菌装置以及这种巴氏灭菌装置的操作方法。
背景技术：
敏感性产品、即易于迅速腐烂的产品、例如包含诸如牛奶或啤酒的液体的产品通过巴氏灭菌、也就是说通过加热高于特定的极限温度而被制造成保持更长时间，其中，在产品或液体内所包含的有害微生物在巴氏灭菌的过程中被杀死。为了使得待巴氏灭菌的填充产品实现足够的巴氏灭菌，特定数量的巴氏灭菌单元必须配置给该填充产品。如果该特定数量没有达到的话，则产品的耐用性负面地受损；如果 该特定数量超过的话，则填充产品的品觉也可以受损，这同样是极其不期望的。巴氏灭菌单元的数量是产品的实际温度与该产品处于该实际温度的持续时间的函数。巴氏灭菌装置大体上是已知的。在此所感兴趣的巴氏灭菌装置被用于对连续产品线进行巴氏灭菌。为此目的，这种巴氏灭菌装置具有加热区域、巴氏灭菌区域以及冷却区域，其中，产品位于运输器具上，借助于所述运输器具，产品从巴氏灭菌装置的入口经过如上次序的各区域被运至巴氏灭菌装置的出口，其中，产品在各个区域内被加热、巴氏灭菌和冷却。运输器具例如是模块式运输带。各个处理区域沿产品的运动方向被分区。出于传热的目的，产品从上方喷洒有控温喷洒媒介、例如水。喷洒媒介在各区中处于不同的温度，温度适合于相应所期望类型的处理、即产品的加热、巴氏灭菌或冷却。为了分配喷洒媒介，排出喷洒媒介的喷嘴在容器的运输平面上方布置。在根据现有技术的巴氏灭菌装置中，例如在由专利公开文献EP89911538. O可知的巴氏灭菌装置中，这种巴氏灭菌装置以及巴氏灭菌过程的开环或闭环控制得以实现，因为运输器具的传输速度和/或喷洒媒介的温度在至少一个处理区内变化。对于所有已知的巴氏灭菌装置的一个共同的特征是，喷洒媒介的体积流速(volumetric flow rate)(其以处理区的每小时和平方米的立方米单位测得)[m3/(h*m2)]为零——喷洒因而停止；或者保持恒定。应当清楚，迄今仅仅公开了这样的巴氏灭菌装置，在该巴氏灭菌装置中，体积流速在巴氏灭菌装置的所有处理区中是相同的。考虑到这些因素，现有技术的不足之处在于在操作状况变化的情况中，例如在故障导致中断、每单位的产量数波动等的情况中，巴氏灭菌装置或巴氏灭菌过程仅仅通过更改过程参数如运输速度和各个处理区中的喷洒媒介的温度而被改变或调整，而这明显地约束了巴氏灭菌装置或巴氏灭菌过程的最优调整或控制。
发明内容
本发明的目的在于弥补并改进现有技术，从而巴氏灭菌装置或巴氏灭菌过程能够以改进的方式针对变化的操作状况被调整。
为此目的，本发明提出构造一种巴氏灭菌装置，从而喷洒媒介的体积流速能够经由开环控制或闭环控制的方式被改变，喷洒媒介的体积流速总是大于零。本发明还提供了一种相应的方法。
以下，将基于实施例的实例说明本发明。具体地，各附图如下示出图I示出了根据本发明的巴氏灭菌装置的简化图；并且图2示出了根据本发明的巴氏灭菌装置的具体操作状态。
具体实施方式
在由申请人所开展的室内试验中，可以发现由喷洒媒介所作用的容器5与喷洒媒介之间的传热大体上也取决于喷洒媒介的体积流速。基本上发现，随着喷洒媒介的体积流速增加，容器5与喷洒媒介之间的传热也增加。然而，此外，还发现了体积流速的下限，低于该下限，则在容器5与喷洒媒介之间不再具有任何热量交换，或者没有能够被数学建模的热交换、具体地没有能够被数学预测的热交换。体积流速的下限以简化的形式表示，并且在容器5不再由喷洒媒介恒定地完全湿润时达到该体积流速的下限。还发现了体积流速的上限，高于该上限，体积流速的进一步增加不再造成容器5与喷洒媒介之间的热交换的进一步增加。借助于由申请人所开展的大量室内试验，可以限定参数、常数以及影响因子，基于这些参数、常数以及影响因子，在如上所示的最大可用的体积流速时喷洒媒介的体积流与容器5之间的热交换可以被数学预测。借助于由申请人所开展的其它室内试验，令人吃惊地还可以确认，对处于喷洒媒介的体积流速的上述两个极限值之间的那些体积流速，喷洒媒介与容器5之间的热交换也可以被数学预测。由于这项发现，现在首次可以不仅通过改变运输速度和喷洒媒介的温度的参数还可以通过改变喷洒媒介的体积流速来针对改变的操作状况调整巴氏灭菌装置或巴氏灭菌过程。就此，应当明确地指出通过也可以仅仅通过改变喷洒媒介的体积流速而进行这种调整。为了调整巴氏灭菌装置I或巴氏灭菌过程，也能够以任何组合的方式使用并改变上述和/或其它参数。为了对喷洒媒介与容器5之间的热交换的基本数学模型进行建模，绝对必须确定例如待巴氏灭菌的容器的每种类型、什么样的热交换在这种类型的容器与喷洒媒介发生以及在例如容器开始温度T、喷洒媒介的温度I\、T2、T3、运输速度V和喷洒媒介的体积流速V',2,3具有不同值时这种热交换如何发生。因此，必须确定的是在相关参数中的一个、多个或所有发生改变时，喷洒媒介与具体类型的容器之间的热交换中的变化。如果在对于一种类型的容器上述或其它参数中的一个或多个发生改变时热交换的变化是已知的，则也可以通过改变喷洒媒介的体积流速v\2，3来调整巴氏灭菌过程。基于由此所获得的信息，可以计算每个容器5的巴氏灭菌过程并且因此在巴氏灭菌过程中监测每个容器5的巴氏灭菌过程。然而，为此目的，最重要的是待巴氏灭菌的容器5在巴氏灭菌的过程中总是处于这样一种状态，在该状态中，容器与周围环境之间的热交换可以具有足够精度地被计算并且被考虑到。如果容器5总是未处于这种状态并且因而可以与其周围环境例如以不受控的方式换热，则不再能够继续计算 巴氏灭菌过程，而这导致了不期望的巴氏灭菌过度或者巴氏灭菌不足的危险。这种状况例如可以在机器停机的时候出现，此时容器5正自由地安坐在运输器具上，而喷洒媒介停止喷洒，其中，限定容器与其周围环境之间的热交换的所有参数例如环境温度、空气湿度、空气流速等是未知的。在巴氏灭菌过程中的每时每刻、甚至是在机器故障或者生产中断等的情况中，待巴氏灭菌的容器5必须被暴露于限定的环境状况,从而容器5与其周围环境之间的热交换仍可以被计算。最后，作为先决条件应当清楚的是，容器5必须通过处于已知温度的喷洒媒介被恒定地作用，一方面，喷洒媒介的体积流速必须是已知的，并且另一方面，体积流速VtVw必须至少足够大到使得容器5在喷洒过程中由喷洒媒介被恒定地完全湿润。为了计算巴氏灭菌过程，针对巴氏灭菌过程中的每个时间点，容器5与喷洒媒介之间的传热被确定，容器的开始温度、喷洒媒介的温度、喷洒媒介的体积流速VtY2，3以及例如还有容器的运输速度V被考虑到。至少考虑这些参数具有未改变值的时间跨度，容器5的温度变化以及因而还有容器的在该时间跨度过程中的温度和/或该容器的在该时间跨度结束之后的最终温度被确定，由此，也可以计算所涉及的巴氏灭菌单元。在至少一个相关参数采取不同的值时，计算利用新的值继续进行，由此，整个巴氏灭菌过程被计算。为了实现根据本发明的方法，巴氏灭菌装置I装备有传感器，所述传感器监测至少巴氏灭菌装置I和/或整个制造系统的至少一部分的操作状态。通过采用合适的传感器、例如那些对于本领域技术人员长期已知的传感器，以下信息例如被记录，这些信息关于运输器具3被容器5所占据或充满的程度、各个处理区内喷洒媒介的温度、运输器具3的传输速度V等。这种信息被传送至合适的控制装置7、例如用于电子数据处理的装置。针对所有相关待巴氏灭菌的产品的标称值和标称巴氏灭菌程序优选也被存储在该控制装置7内。另外优选地在该控制装置7内存储针对所有相关类型的容器或产品的所有相关详细信息，这些详细信息是关于容器与喷洒媒介之间的传热的作为相关参数函数的变化。此外，控制装置7连接至巴氏灭菌装置I的适当的调整元件、例如泵6、阀、加热元件、驱动电机等，并且控制装置能够主动地影响这些调整元件的操作模式或动作模式。喷洒媒介的体积流速的改变或控制至少在一个处理区内实现，但是优选针对所有处理区实现，优选地，体积流速可以单独地经由针对每个处理区的开环控制或闭环控制而被控制。
喷洒媒介的体积流速优选通过处理水泵(其此后被称为液压泵)被产生，所述泵例如通过频率控制的电机被驱动，这是因为在这种情况中体积流速能够以特别节能的方式被产生以及改变。 体积流速还可以通过流量控制阀和/或通过旁支线路和/或通过具有可变分配体积流速的喷洒阀被影响。体积流速还可以通过以下措施被改变，即一些可用的喷洒阀经由开环控制或闭环控制被完全打开或关闭。
巴氏灭菌过程的开环控制或闭环控制最初以已知的方式实现，根据该方式，合适的巴氏灭菌程序作为待巴氏灭菌的产品的函数被选择。正如现有技术已知的，巴氏灭菌装置的控制器针对操作状况的变化自主地起反应，这种变化例如通过传感器或者由操作者通过主动手动干预而报告给控制器，根据现有技术，巴氏灭菌过程针对变化的操作状态被调整，这种调整是通过改变运输速度V和喷洒媒介的温度1\，2，3的参数而实现的。作为对现有技术的改进，在根据本发明的巴氏灭菌装置I中，至少在一个处理区2内的喷洒媒介的体积流速VtY 2； 3也可以改变。在这种情况中，作为当前操作状态以及变化的传热特性的信息的函数，巴氏灭菌装置I的控制器7对巴氏灭菌装置I的能够被影响或改变的参数起作用，从而实现了巴氏灭菌过程针对变化的操作状态的有利调节。在这种情况下，这种变化能够通过所关注的参数或者影响所述藏书的调整元件、也就是说泵6、阀、加热元件、驱动电机的闭环控制或开环控制被影响。以下将基于实施例的实例更详细地解释本发明。实例I :生产中断如果生产中断、也就是说巴氏灭菌装置I的运输器具3停机，则如上所述绝对必须使得容器5暴露于限定的环境状况。这种要求反过来需要在根据现有技术的巴氏灭菌装置中喷洒媒介的体积流速保持不变，这使得为了大体积的喷洒媒介的不断泵送和温度控制必须很大的能量成本。通过采用本发明，现在首次可以至少在一个处理区内降低喷洒媒介的体积流速V01j2j3,由此，可以显著降低能量成本。如上所述，在这种情况中可以将喷洒媒介的体积流速V\2，3降低至这样的程度，使得容器正好仍由喷洒媒介完全湿润，而不会损失数学计算巴氏灭菌过程的能力。实例2:输出减少如果容器5减少供应，则在根据现有技术的巴氏灭菌装置I中通常继续以未改变的方式操作巴氏灭菌装置或者将巴氏灭菌装置完全关机，也就是说不允许任何容器5进入巴氏灭菌装置I，直至再次有足够数量的容器可用。在这种情况中，特别重要的是在容器减少供应时巴氏灭菌装置I的未改变的操作导致运输器具3未被完全占据，这最终导致了整体系统的效率度降低以及每个巴氏灭菌的容器5的单位成本升高。通过采用本发明，现在能够以这样一种模式操作巴氏灭菌装置1，在该模式中，运输速度以及喷洒媒介的体积流速ν\2，3被改变、例如被减小，从而，运输器具3的完全占据以及针对这种降低的运输速度V调整的巴氏灭菌过程全都是可行的。这种情况在图2中示出。
如果在巴氏灭菌装置I的上游容器5的供应减少，则根据本发明，首先运输器具3的速度从速度V1降低至速度V2，其中，速度V2被选择成甚至在减少数量的容器5正被提供时运输器具3也完全由容器5充满。通过降低运输速度V，穿过长度s的处理区的时间长度从时间跨度h扩展至时间跨度t2。在这种情况中，重要的是这两个时间跨度h和t2结束时的容器5必须分别体现出相同的温度变化At，这是因为巴氏灭菌过程设置成在处理区的结束达到特定的温度T。因此，存在ΛΤ1=ΛΤ2的需求。借助于本发明，附加可用的时间现在可以通过降低喷洒媒介的体积流速V\2，3而被用于更加缓慢地加热容器5，从而标称温度变化△ T2适时地但未提前地实现，因而使得可以实现节能。因此，当然还可以允许在巴氏灭菌中常见的冷却过程同样更加缓慢地进行。
类似地，当然也可以在增加流入的容器的情况中以增加的速度V操作巴氏灭菌装置1，由于喷洒媒介的适当增加的体积流速v\2，3，容器5也在现在缩短的时间跨度内获得标称温度变化。应当理解，作为标称温度的替代，在不脱离本发明的保护范围的前提下还可以提供标称温度的达到。实例3:不同类型的容器由于这种操作原理，巴氏灭菌装置I可以最佳地被设计成仅仅针对一种类型的容器。然而，如果设置成将这种巴氏灭菌装置I对不同类型的容器进行巴氏灭菌，则该巴氏灭菌装置I还必须被构造成甚至“具有最大加热与冷却要求的并具有最差传热性的容器”仍可以被可靠地巴氏灭菌。为了对其它类型的容器进行巴氏灭菌，根据现有技术的巴氏灭菌过程仅仅通过改变运输速度V和喷洒媒介的温度T1,2,3的参数就被调整。尽管在以这种方式调整的巴氏灭菌过程中大体上仍实现产品的无问题的巴氏灭菌，但是为此目的经常需要增加的能量代价，这最终导致了增加的单位产品成本。根据本发明，除了改变运输速度V和喷洒媒介的温度的参数或者作为对其的替代，提出了改变喷洒媒介的体积流速V°u3的参数，从而针对不同类型的容器调整实际的巴氏灭菌装置I或巴氏灭菌过程。在这种情况中，特别有利地，对于不同类型的容器的巴氏灭菌而言，针对这些不同类型的容器中的每种类型的容器设置喷洒媒介的不同的体积流速V\2，3。借助于该方法，例如与具有高加热或冷却要求以及差传热性的容器5相比，可以用较低体积流速￥\2，3的喷洒媒介处理具有较低加热或冷却要求以及良好传热性的容器5。本发明的这方面在考虑到下述事实时是特别重要的，即巴氏灭菌装置的尺寸和传输速度基本上通过容器的直径以及巴氏灭菌装置的期望示出[容器/小时]被确定，这是因为巴氏灭菌装置I的表面面积或投影面积取决于容器直径、每小时容器数量以及巴氏灭菌时间的因素。由于本发明所提出的喷洒媒介的体积流速V\2，3的改变，所以获得了更多数量的可变变量的值对，其中所述可变变量可以用于使得巴氏灭菌装置I操作成，运输器具总是被完全占据、甚至对于宽范围的不同容器也被完全占据，同时精确地遵守巴氏灭菌时间。例如，巴氏灭菌装置I的预限定的输出能够用于低体积流速V\2，3的喷洒媒介以低传输速度V作用到具有低加热需求以及良好传热性的小容器5上，而具有高加热需求以及差传热性的大容器5用高体积流速ν\2，3的喷洒媒介以高传输速度被作用。借助于该方法，总体上甚至不同的容器直径也实现了巴氏灭菌装置I的全占用率，这最终导致了每个容器的低巴氏灭菌成本。实例4 :产品流的空隙在特定的操作场合中，容器5向巴氏灭菌装置的供应可以完全中断特定的时间间隔，从而运输器具3具有未包含容器5的区域。由于巴氏灭菌装置I的这种操作模式，容器流中的这种空隙必须以同样的速度V移动经过巴氏灭菌装置I，就好像运输器具3由容器5 完全占据那样。在已知的巴氏灭菌装置I中，对这种空隙的唯一反应是在空隙所位于的相应处理区2内的喷洒媒介的温度降低特定的温度。根据本发明，提出了降低这种空隙所位于的处理区2内的喷洒媒介的体积流速或者降低由于容器流中的空隙而在未包含容器的那些处理区2中的喷洒媒介的体积流速。由于体积流速的这种降低，可以减少热损失或者产生体积流速所带来的成本。应当理解实施例实例中所体积的操作状况以及与这些操作状况相关的措施(包括相应的组合)仅仅是示例，并且不限制本发明的范围。特别地，这些实施例实例并未将本发明的范围限制成操作状况与措施的组合必须被保留。实际上，本发明还向上述以及其它操作状况和措施的其它、“I对1”、“1对η”以及“η对I”的组合扩展。附图标记列表I巴氏灭菌装置2处理区3运输器具4控制装置5容器6泵7控制装置Τ1、Τ2、Τ3 喷洒媒介的温度ΔΤ1, ΔΤ2 温度的变化V01j2j3 喷洒媒介的体积流速tl、t2时间跨度s 处理区的长度
权利要求
1.一种用于在具有加热区域、巴氏灭菌区域和冷却区域的装置中对连续的产品链进行巴氏灭菌的方法，所述装置还具有运输器具，所述运输器具使得所述产品从装置的入口以上述次序经过这些区域输至装置的出口，加热、巴氏灭菌和冷却通过所述产品与喷洒媒介、优选水之间的传热实现，所述喷洒媒介被用于喷洒所述产品，各所述区域沿所述产品的运动方向被划分成相应的处理区，在所述相应的处理区内，所述喷洒媒介的温度针对该处理区内的传热的所期望的结果被调整，其特征在于，为了改变巴氏灭菌过程，在至少一个处理区(2)内使得所述喷洒媒介的体积流速V\2，3变化，所述喷洒媒介的体积流速V°u3在最大值与最小值之间变化。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，为了改变巴氏灭菌过程，所述喷洒媒介的温度和/或所述运输器具(3)的速度V能够附加地被改变。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，为了对不同类型的容器进行巴氏灭菌，所述喷洒媒介以不同的体积流速T1, 2，3被提供。
4.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在所述巴氏灭菌装置(I)的特定操作状况中，所述喷洒媒介的体积流速VY2,3至少在一个处理区(2)内与正常的体积流速相比减小。
5.根据权利要求I至3任一所述的方法，其特征在于，在所述巴氏灭菌装置(I)的特定操作状况中，所述喷洒媒介的体积流速VY2,3至少在一个处理区(2)内与正常的体积流速相比增加。
6.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在所述喷洒媒介具有减小的体积流速V。时，待巴氏灭菌的容器(5)的特定的温度变化能够在较长的时间跨度内实现。
7.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在所述喷洒媒介具有增加的体积流速V。时，待巴氏灭菌的容器(5)的特定的温度变化能够在较短的时间跨度内实现。
8.一种用于对连续的产品链进行巴氏灭菌的巴氏灭菌装置(1)，利用该巴氏灭菌装置能够实现根据权利要求I至8任一所述的方法，为此目的，所述巴氏灭菌装置具有加热区域、巴氏灭菌区域、冷却区域和运输器具，所述运输器具使得所述产品从装置的入口以上述次序经过这些区域输至装置的出口，加热、巴氏灭菌和冷却通过所述产品与喷洒媒介、优选水之间的传热实现，所述喷洒媒介被用于喷洒所述产品，各所述区域沿所述产品的运动方向被划分成相应的处理区(2)，在所述相应的处理区内，所述喷洒媒介的温度针对该处理区内的传热的所期望的结果被调整，其特征在于，为了改变巴氏灭菌过程，在至少一个处理区(2)内设置使得所述喷洒媒介的体积流速V°u3改变的器具。
9.根据权利要求8所述的巴氏灭菌装置(1)，其特征在于，所述喷洒媒介的体积流速V\2，3能够经由闭环控制或开环控制在最大值与最小值之间改变。
10.根据权利要求8或9所述的巴氏灭菌装置(I)，其特征在于，所述喷洒媒介的体积流速VtY2，3能够通过具有频率控制的驱动电机的液压泵(6)被改变。
11.根据权利要求8或9所述的巴氏灭菌装置(I)，其特征在于，所述喷洒媒介的体积 流速八,2,3能够通过具有可变分配体积的喷洒阀和/或通过关闭一些喷洒阀和/或通过分支线路被改变。
全文摘要
本发明提出了一种用于在具有加热区域、巴氏灭菌区域和冷却区域的装置中对连续的产品链进行巴氏灭菌的方法，所述装置还具有运输器具，所述运输器具使得所述产品从装置的入口以上述次序经过这些区域输至装置的出口，加热、巴氏灭菌和冷却通过所述产品与喷洒媒介、优选水之间的热交换实现，所述喷洒媒介被用于喷洒所述产品，各所述区域沿所述产品的运动方向被划分成相应的处理区，在所述相应的处理区内，所述喷洒媒介的温度针对该处理区内的传热的所期望的结果被调整，在这种情况中提出，为了改变巴氏灭菌过程，在至少一个处理区内使得所述喷洒媒介的体积流速Vo1,2,3变化，所述喷洒媒介的体积流速Vo1,2,3在最大值与最小值之间变化。
文档编号A61L2/24GK102781262SQ201180012040
公开日2012年11月14日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年5月12日
发明者A·拉特克, T·施蒂嫩 申请人:Khs有限责任公司