专利名称：一种在两个内部贯通的体积之间维持气流屏障的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在两个内部贯通的体积(volume)之间维持气流屏障的方法和设备。本发明在维持具有两个有不同无菌度气氛的体积之间的隔离状态尤为有用；并且可用于将食物产品填充到预制的包装容器的填充机上。
背景技术：
在上述的情况中，所述预制的包装容器在一个填充机内加工。所述预制的包装容器可能是常常提到的准备用于填充的包装容器，整体呈管状，一端带有肩部和打开装置，对面端打开。在填充机中，这样的包装容器被加热、杀菌、抽气从而去除残余的杀菌剂，随后被填充并密封。在所述包装沿着机器方向通过通道时，执行上述加工步骤。这里的“杀菌”指的是所述包装在经过杀菌之后其无菌度能够达到商业上所称的无菌状态。显然所述无菌度是由杀菌过程的性质以及所述包装内部在密封前的气氛的性质决定的。因此，在杀菌后的所有加工步骤中需要保持充分的无菌条件。所述包装在带有载体的输送设备上传送，经历整个加工过程，所述具有载体的输送设备指的是通过所述包装体的封闭端载运所述包装；从杀菌的步骤开始直到所述包装体被密封，所述包装体的内部需要保持在无菌条件下。所述填充机通常可能是间歇性机器，所述包装在其中被从一个站点向前传送到下一个站点，然而，在下面即将披露的本发明中，也可用于连续传送包装体的机器。在本文中所提到的用于生产、杀菌和填充包装体的上述的这种设备及其对应的方法，已经在已公布的国际专利申请W02004/0M883中被披露。在该特定的应用中，披露了两种常用的保持无菌条件的方法
1)在无菌区内保持高于周围环境的高压，从而避免污染空气进入该无菌区；
2)布置一股单向的杀菌剂流，其方向从所述包装容器的所述开口端指向其封闭端，从而避免所述包装容器的内部受到再次污染。为了上述目的，上述现有技术的所述无菌区设备包括在所述无菌区的顶部区域控制气态杀菌剂的手段，以及在所述无菌区的下部排空所述杀菌剂的手段。在所述机器的下游方向上所述无菌区域随后的区域内，可以通过类似的技术实现维持其无菌状态，但是这里使用的是无菌空气而不是杀菌剂。尽管是功能性的(functional)，营造单向流动需要大质量(mass)流量的空气，也就需要对应的大容积的辅助设备，例如风扇和过滤器等。在实际操作中，低速流动通过将气体通过大孔板排出获得，该大孔板在清洁所述机器时必须通过外部人工清洁。这带来很大的劳动量。同时所述低速流动可能对流动扰动是敏感的，这意味着在邻接区域内的流动模式也需要进行控制。由此，很明显地，在保持无菌条件的设备和方法中还是有可进行替代和改进的一些方面，这也正是本发明所提供的内容。
发明内容
本发明通过采用相对现有技术具有明显优势的新方法和设计用于执行该方法的新填充机以解决上述技术问题。所述方法在权利要求1中限定，所述设备在权利要求7中限定。特定的实施方式在对应的从属权利要求中限定。上述类型的机器，通常想要随时保持该机器的大部分处于无菌状态被认为是非常复杂和耗费劳动力的。尤其是带有载体的输送设备，因为这些设备沿其路径会通过无菌区域以及有菌区域。因此，为了基本达到上述的幻保持无菌方法的效果，所述输送所述包装体通过的通道可在工作中被划分为两个子体积包括所述包装容器开口端和从所述开口端延伸的包装体的无菌体积，以及一个包括载体、所述包装容器的对面端的有菌体积。通过保持这两个子体积之间的连续交界面，所述包装容器内可以在杀菌后保持无菌条件。本发明通过提供一种在填充机内两个通道体积之间维持一道气流屏障的方法解决上述技术问题， 所述通道用于在长度方向上输送包装体，所述体积包括具有第一无菌度的第一体积和具有第二无菌度的第二体积，其中所述第一体积包括气体喷射装置；所述第二体积包括气体排出装置；所述第一体积和第二体积会合在沿所述通道的长度方向延伸的交界面；包括设置湍流流动的步骤，从所述气流喷射装置射出发散的多股射流，所述发散的多股射流气体在所述交界区域内汇合形成所述交界区域内的从所述第一体积流向所述第二体积的单向流动，从而形成一道气流屏障。只要所述交界面内的流动方向是合适的，所述第一体积内的流动可能被导向任何优选方向，本发明正是利用了该现象。从气体喷射装置射出的高速气流具有相当的动量，与通过孔板方法产生的单向流动不同，对流动扰动的敏感度不高，所述流动扰动可能是同一区域或者相邻区域内的其他机理引起的。所述机理可能是在灭菌区域内喷射入所述包装体的灭菌气体，或者是在排气区域内喷射的排气气体，等等。本发明有利于提供一道气流屏障，而不会在整个体积内形成单向流动或者在整个体积内产生过高的压强。本发明中的方法还限制了所需的气体喷射装置的数量。使用孔板的现有技术需要大量气体喷射孔，从而产生均勻层流，本发明中的方法允许在区域内对每个包装体使用仅仅数个气体喷射装置。在一个或多个的具体实施方式
中，所述包装体的所述开口端可占据所述第一体积，而其相对端被位于所述第二体积中的载体夹持。为了保证在所述包装体内的无菌或者灭菌条件，无需在整个包装体的外表面保持无菌状态。所述包装体的内部，以及其内部和外部之间的交界区域内保持无菌或灭菌状态就足够了。上述区域，从另一个角度说，应当明确定义并且足够大从而保证适当的无菌状态并防止再次污染。布置在所述第二体积内的载体无需进行灭菌处理，这使得保持无菌状态更为简便。根据一个或多个实施方式，在所述第一体积和所述第二体积之间布置流动限制设备，从而确定并减小所述交界面。所述流动限制设备可将所述湍流流动稳定在精确定位的位置上，从而有助于布置气流屏障。所述流动限制设备可采取的形式包括在相对的通道壁面上刻凹槽，使所述通道形成一个环面形状的(hourglass-shaped)垂直于所述机器方向的截面。所述环面形状的喉部尺寸被设计为在保证所述包装体能够通过的前提下，将所述第一和第二体积之间的交界面最小化，并且被设计为能够使所述湍流流动稳定化。需要强调的是，由于包装体在向填充机运行的路程中可能报废，某些包装体的载体可能是空的，在所述交界面中带有或者不带有包装体时都应当维持所述气流屏障，而所述流动限制设备会对此有所帮助。在一个或者多个实施方式中，所述气体喷射装置包括在所述通道最顶端部分的圆形开口。该圆形开口的作用在于有益于生产用于执行所述方法的所述机器。所述气体喷射装置的位置和构建也能够产生特定的优势。所述气体喷射装置形成实际通道本身的结构部件，而不是作为组装的单独的部件。这与现有技术中使用孔板的解决方案不同，现有技术中需要在所述孔板的上游设置复杂而庞大的给气系统，当清洁时所述孔板通常必须拆除并人工清洁。在一个具有发明性的解决方案中，所述气体喷射装置简单地通过管道提供无菌气。同时，通过使用简单的开关阀门即可实现清洁，这样当对所述机器进行自动清洁时，只需简单地打开阀门使清洁流体进入通往所述气体喷射装置的管道，即可清洁整个气体喷射
直ο在一个或多个实施方式中，所述气体喷射装置可设置为固定在沿所述通道长度方向的中轴线对称延伸的两条线上，在其他实施方式中，所述气体喷射装置可在输送方向上呈现纵向缝隙的形式，这样在整个区域内两条缝隙可用于维持所述气流屏障。本发明还与一种设计为用于执行本发明方法的设备有关，其具有与上述披露内容相同的优势。一种在填充机内的通道的两个体积之间维持气流屏障的设备，所述通道适用于沿长度方向输送包装体，所述体积包括具有第一无菌度的第一体积，和具有第二较低无菌度的第二体积，其中所述第一体积包括气体喷射装置，所述第二梯级包括气体排出装置，所述第一体积和第二体积会合在沿通道长度方向延伸的交界面，其特征在于，所述气体喷射装置喷射出湍动的、发散的气体射流，由此所述发散的气体射流在所述交界面区域内汇聚，形成在所述交界区域内从所述第一体积流向所述第二体积的单向流动，进而形成气流屏障。在一个或多个实施方式中，所述两个体积可在所述通道中的部分区域相接，所述部分区域内在垂直于所述通道的长度方向的截面减小，由此改善两个体积间交界区域内的流动模式。所述第二体积可包括或者容纳用于通过包装体闭口端从而输送所述包装体的载体，所述气体喷射装置包括远离所述交界区域、位于所述第一体积顶端部分的喷嘴。如所述方法中所介绍的，所述喷嘴可以包括位于所述通道顶端部分的圆形开口， 所述喷嘴可按照确定的形式沿着在所述通道的长度方向上对称延伸的两条线布置。上述技术特征可以单独或者组合使用。
图1是现有技术中用于填充准备填充的包装体的填充机部分透视简图。图2是根据第一种实施方式的填充机的垂直于输送方向的截面简图。图3是类似于图2的根据本发明的第二实施方式的填充机的截面简图。
图4是根据本发明的方法工作的填充机的截面侧视图。图5是本发明方法的流程图。
具体实施例方式图1显示了现有技术的填充机，在上文中曾经提到的专利申请W02004/0M883中被披露。设备1具有加热区域2，灭菌区域3，以及排气区域4并由其连接到填充区域5。从图1中可见，所述区域2-5通过布置在所述区域之间的区隔物6，7彼此区隔开。在每个区隔物6，7中，有开口 6a，7a。包装体8被布置在传送带10的夹持物9上，所述传送带通过区域2-5。所述包装体8闭口端11朝下，开口端12朝上。在所述加热区域2中，在顶端布置有喷嘴(未图示)，从而引入经过滤的热空气。 在所述加热区域2的底部，有用于抽出所述热空气的出口(未图示)。类似地，在所述灭菌区域3的顶端也有喷嘴(未图示)，从而引入过氧化氢气体。 在所述灭菌区域的底部有用于抽出过氧化氢的出口(未图示)。所述排气区域4也在顶端设有喷嘴(未图示)，从而引入热的无菌空气。在所述排气区域4的底部，有用于抽出所述热空气的出口(未图示)。与加热、灭菌、排气区域2-4的方式类似，所述填充区域5在所述填充区域的顶部 27设有用于引入无菌空气的喷嘴26。所述填充机还有产生气体的单元，以产生用于灭菌的过氧化氢气体，还有催化剂单元用于降解从所述灭菌区域排出的过氧化氢气体。图2中图示了本发明的第一种实施方式，显示了所述填充机内所述填充区域中垂直于所述包装体的输送方向的截面简图。所述包装体108被附着在输送线115上的载体 114夹持。在所述区域顶部设置两行气体喷射装置，所述气体喷射装置采取圆形喷嘴116的形式，向下喷射无菌空气。从每个喷嘴116喷射的空气在向下方流动的过程中形成发散的流动，如图中从所述喷嘴开口向下延伸的虚线所示。从流体力学的角度，该流动是湍流，虽然达不到高度湍流度，在这里不会对其进行详细描述。在一个实施实例中，喷嘴出口流速可能在10-20m/s的范围内，例如13m/s，所述喷嘴开口直径为4mm，也就是说处于湍流或转捩流动的范围内。图中的点划线显示了所述第一体积和所述第二体积之间的交界面的近似位置，所述第一体积在该线上方，所述第二体积在该线下方。在同样的实例中，所述喷嘴116 被设置为两行，相邻喷嘴116之间的圆心到圆心距离为20mm。在所属交界面内，始终保持单向流动，有效地形成一道气流屏障防止从所述第二体积(II)到所述第一体积(I)发生质量(mass)输送。因而所述无菌或者灭菌的第一体积能够保持无菌或者灭菌状态，而不受到所述第二体积内的气氛的影响。所述交界面的具体位置(图2中由上到下的方向)可能由于包装体108的存在与否发生变化，在所述包装体108的输送过程中也会发生变化，但必须强调的是所述交界面内的流动在整个过程中都保持连续，由此形成一个固定和可靠的分界面，在该分界面上方的气氛中和所述机器和包装体的表面上保持无菌或者灭菌条件。所述喷嘴116可布置成多行的形式，通常是成对布置从而形成对称的布置。图中每个包装体的指示位置上都有一对喷嘴，在本工作设备的布置方式中，所述喷嘴116的彼此之间的距离更小，由此在每个指示位置上能够平均布置一对以上的喷嘴116。与现有技术不同，由于所产生的流动的速度相对较高，其不会轻易受到干扰流的影响。例如，当本发明的构思被应用于填充机的填充区域时，由于产品进入包装体108引起的流动产生所述干扰流动，该干扰流动不会影响所述交界区域内的连续气流屏障。来自相邻区域(例如来自排气区域)的干扰流，不会影响维持所述气流屏障。用于驱动气体排出的排气装置122被设置在所述第二体积中，用于平衡所述填充机内的净流量。图3显示了第二种实施方式。在该实施方式中，流动限制器118，120被设置在所述通道内。通过这种方法包装体108周围的空间被缩小了。这可以在存在包装体108时， 不存在包装体116时，以及在包装体108的输送过程中，减少通过所述喷嘴116流出的发散射流中的空气量，并更快地形成空气屏障。所述喷嘴116的发散度可以通过已知的方式调整其几何参数控制其变化。所述流动限制器能够在所述喷嘴行列108外部(与喷嘴之间的虚构的中线相对)产生稳定的循环区域，图中用点画带箭头曲线表示。图4是执行本发明方法的填充机的侧视简图。其中的箭头显示的是所述机器的输送方向，所述包装体沿该方向间歇或者连续地进行传输。综上所述，本发明的某些优势包括其可以根据在所述机器中所需的空间进行优化改进，与现有系统相比可以设计成占据更小的空间。例如，这有助于简化填充系统的设计和外部清洁，这在前面的实施方式中已经有所描述了。其他的效果包括，其可以被设计为将所需的清洁工作最小化。如前所述，现有技术中的方法需要人工清洁孔板。使用本发明的技术，只需要将清洁流体而不是空气通过喷射系统喷射出来即可清洁所述喷嘴116。即便不建立高压气源也可保持本发明的功能，并且所需的空气质量流量相对较小。尽管如此，其可以用于存在强烈干扰流的环境。相对不那么复杂的设计也具有某些直接的优势简化生产中的组件，减少工作中的停机时间，等。所述喷嘴116的最简单的设计具有圆形截面，并且被设置为所述室顶部的加工开口。提前加工圆型截面开口，提供对称的流动结构。然而有经验的人员需要意识到，所述喷嘴可能具有任何合适的形式，而不脱离权利要求书所确定的本发明的构思。本发明可应用于填充机或包装机，在数个由同一申请人在本申请的同日提交的共同待审的瑞典专利申请中披露了进一步的细节，引述在此作为参考。为此目的，进一步的细节包括在处理所述包装容器内部时可以使用的喷嘴在名为“用于包装体气态处理的设备禾口力^去，，("A device and a method forgaseous-treatment of packages") 1 ' ^ Φ (SE-0900906-9)中被披露。用于在灭菌区域内获得优化的杀菌剂浓度的方法在名为“用于包装体杀菌的设备和方法”(“A device and a method for sterilizingpackages”)的专利申请 (SE-0900907-7)中被披露。用于保持无菌状态的设备和方法在名为“用于在通道的两个体积之间维持气流屏障的设备禾口方法” ("A device and a method formaintaining a gas flow barrier between two volumes of a channel，)的专利申请(SE-0900913-5)中被披露。用于确保所述填充区域和排气区域内的所述射流引起空气卷吸的系统在名为“处 511 ^W^( "A system for treatingpackaging containers")白勺 禾O 串i青 (SE-0900912-7)中被披露。提供清洁空气的设备在名为“提供清洁空气的设备”(“Adevice for cleaned airprovision")的专利申请(SE-0900908-5)中被披露，该设备可用于所述排气区域和填充区域内的射流卷吸气流以及所述填充区域内过盈空气的气源。 所述填充机或包装机的更多方面的内容分别在名为“包装机和包装方法 I” ( "Packaging machine and packaging method I”)(SE-0900909-3)和“包装机和包装方法 II”( “!Packaging machine andpackaging method II”)(SE-0900910-1)的专利申请中被披露。用于提供机器内空气射流的卷吸空气的系统在名为“用于处理包装容器的系统”("A system for treating packaging containers")白勺 禾O串it (SE-0900912-7) ψ 被披露，其中的相应部件，如前所述的在本发明中也被引为参考。
权利要求
1.在填充机内通道的两个体积(I，II)之间维持气流屏障的方法，所述通道被用于沿其长度方向输送包装体(108)，所述体积(I，II)包括具有第一无菌度的第一体积(I)，以及具有第二无菌度的第二体积(II)，其中所述第一体积(I)包括气体喷射装置(116)，所述第二体积(II)包括气体排出装置(122)，所述第一和第二体积(I，II)会合在沿所述通道的所述长度方向延伸的交界面，包括设置从所述气体喷射装置(116)流出的发散射流，其中所述发散的射流在所述交界面汇聚，并且在所述交界面内形成从所述第一体积(I)流向所述第二体积(II)的单向流动，并且由此形成气流屏障，防止从所述第二体积(II)流向所述第一体积(I)的反向流动。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述包装体的开口端可占据所述第一体积，其相对端被布置在所述第二体积内的载体夹持。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在所述第一体积和所述第二体积之间设置限定并减小所述交界面的流动限制器。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述气体喷射装置包括所述通道顶部的圆形开口。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述气体喷射装置依照确定的关系布置在沿所述通道的所述长度方向上的中轴线对称延伸的两条直线上。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述气体喷射装置在输送方向上呈现纵向缝隙的形式，使得可以使用两条缝隙维持气流屏障。
7.一种用于在填充机内的通道的两个体积之间维持气流屏障的设备，所述通道适用于在其长度方向上输送包装体(108)，所述体积包括具有第一无菌度的第一体积，和具有较低的第二无菌度的第二体积，其中所述第一体积在其上部包括空气喷射装置(116)，所述第二体积包括气体排出装置(122)，所述第一和第二体积会合在沿所述通道的长度方向延伸的交界面，其特征在于所述空气喷射装置喷射出指向所述交界面的湍动的发散的气体射流，使得所述发散的气体射流在所述交界面交汇，并在所述交界面内产生由所述第一体积流向所述第二体积的单向流动，并且由此形成气流屏障，防止从所述第二体积流向所述第一体积的反向流动。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述两个体积在所述通道的部分区域相接，所述通道在垂直于所述包装体输送方向的方向上具有减小的截面。
9.如权利要求7或8所述的设备，其中所述第二体积包括用于通过包装体闭口端输送包装体的载体。
10.如权利要求7-9中任一项所述的设备，其中所述气体喷射装置包括远离所述交界面区域，位于所述第一体积顶端的喷嘴。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述喷嘴包括位于所述通道最顶端的圆形开口。
12.如权利要求13或14所述的设备，其中所述喷嘴依照确定的关系布置在沿所述通道的所述长度方向上的中轴线对称延伸的两条直线上。
全文摘要
在填充机内通道的两个体积(I，II)之间维持气流屏障的方法，所述通道被用于沿其长度方向输送包装体(108)，所述体积(I，II)包括具有第一无菌度的第一体积(I)，以及具有第二无菌度的第二体积(II)，其中所述第一体积(I)包括气体喷射装置(116)，所述第二体积(II)包括气体排出装置(122)，所述第一和第二体积(I，II)会合在沿所述通道长度方向延伸的交界面，包括步骤设置从所述气体喷射装置(116)流出的发散射流，使得所述发散的射流在所述交界面汇聚，并且在所述交界面内形成从所述第一体积(I)流向所述第二体积(II)的单向流动，并且由此形成气流屏障。本发明还涉及实施该方法的设备。
文档编号B65B55/02GK102470939SQ201080024512
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月24日 优先权日2009年7月3日
发明者乌夫·林德布拉德, 詹妮·奥尔森, 达妮埃尔·阿帕鲁蒂, 迈克尔·奥尔森 申请人:利乐拉瓦尔集团及财务有限公司