用于对产品进行高压处理的方法与流程

本发明涉及一种用于对产品、尤其包装食品进行高压处理的方法，其中，在第一方法步骤中，使产品受到高压腔中的压力介质的作用，其中，在随后的方法步骤中，使在高压腔中建立的压力建立再次降低，其中，压力的降低是在一个或多个阶段发生的，并且其中，至少在其中一个阶段，压力的降低是以受控制的方式被抑制的(gedrosselt)。本发明还涉及用于对产品进行高压处理的系统。

背景技术：

当前高压处理用于各种应用领域。其中一种应用领域是对陶瓷或金属粉末的压实(cip)。这涉及大量的粉末颗粒在高压腔中被紧实地挤压，使得随后压实料具有脆性材料的特性，并且如果被小心处理，压实料保持了在挤压操作中呈现的形状。

同时，高压处理也用于食品工业。对于许多食品，通常设计意在防止或者至少延迟质量损失的产品包装。然而，产品在包装过程前或包装过程中可能已经与有害物质或微生物形成接触。然后这些有害物质或微生物与产品一起被包装起来，并且在包装内侵蚀(greifen)产品。甚至在引入高压处理前，已经发展出至少抑制该过程的许多方法。仅通过示例可以提及的是在惰性气体环境下、真空包装或巴氏杀菌条件下将产品包装在包装中。

在对食品进行高压处理的情况下，包装产品暴露于例如介于200至600mpa之间的极高压达到一定时间。对于存在于食品中或食品上的微生物的影响是细胞膜的分解。分解的结果是微生物被消灭。另一方面，诸如维生素、调味品或营养素之类的更小的结构在很大程度上被保留。与传统的借助于热量的巴氏杀菌法相比，高压处理的优点在于既不会过多地改变口味也不会过分地降低维生素含量。

在本文所述的高压处理的情况下，应指出的是压力建立相对来说是非关键的，但是压力下降在很多情况下包括过快的压力下降会导致产品或包装损坏的范围。

这种损坏是由根据应用领域和产品而不同的物理过程造成的。例如，在粉末压实的情况下，在压力建立的过程中粉末颗粒之间存在的空气被困在压实料中并被压缩。在压力下降的过程中，被困住的空气膨胀并且离开压实料。如果空气相比于其能够离开压实料的速度更快速地膨胀，则会不可避免地导致产品的损坏。

在包装食品的情况下，高压的影响在于围绕食品的气体或物质能够扩散至产品和/或包装中。如果压力再次下降，则从一定的压力水平开始发生相反的过程。在过快的压力下降的情况下，被困住的气体不能足够快速地扩散出产品和/或包装，并且由于其膨胀，导致在产品中形成气泡或者例如因分层(delaminierung)使包装膜被损坏。

为了避免这种损坏，de102009042088提出了一种用于对产品进行高压处理的方法，其中压力下降被分成不同阶段。在第一非关键阶段，压力下降以不受控制的方式执行，而在随后的第二阶段，压力下降借助于能够通过压力传感器控制的致动元件执行。

然而，这种通过纯粹的反应式控制的系统仅能不准确地实现期望的压力下降。另外，控制的质量也在很大程度上取决于产品的成分、产品在容器中的量、尤其气体的量。上述高压处理的必要的再现性因此无法令人满意地被保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于对产品进行高压处理的方法，在该方法中控制的质量和压力下降的再现性、或者压力的降低被改进。本发明的另一目的是提出相应的装置。

上述目的是根据具有权利要求1特征的方法和根据权利要求11的系统来实现的。本发明的基本理念提供了利用第二参数、尤其必须从高压腔中被释放以达到一定压力差的压力介质的体积来控制压力的降低。因此该第二参数用于启动实现压力下降的一个或多个部件，并且用于实现在压力下降的过程中达到期望的压力-时间曲线的目的。该第二参数是基于借助于在压力下降的过程中记录的第一参数的数学模型确定的。在这种情况下，第一参数依靠被供给至压力腔的高压介质的量、尤其压力建立所需要的高压介质的体积或质量体现压力特性。因此根据本发明，额外的数值要与正常用于控制的数据一起使用，例如已知或之前测量的一个或多个控制阀的特征曲线以及系统的当前压力。这些额外的数值是基于在压力建立阶段的测量值。

因此本发明利用以下事实，即高压腔是封闭的系统，使得从外部起作用的干扰实际上不会对系统参数造成影响。另外，本文所述的高压处理是分批次的(chargenweise)过程，其中在压力建立和压力下降过程中的边界条件针对各自被考虑的批次来说至少基本上不改变。尽管第一参数和第二参数以彼此相反的方式起作用，然而第一参数和第二参数能够关于彼此被相应地设定。

借助于在压力建立过程中的测量来确定的第一参数因此能够被用于预测或估计在压力下降的过程中以相反的方式起作用的第二参数。更确切地，基于沿着压力建立曲线的某一点或针对一个时段测量的第一数值，能够确定被预期用于压力下降曲线的相应的点或者时段的第二数值。当然，第一参数并非必须是被测量的数值，而是可以通过插值法确定。

第一参数与第二参数之间的关联性然后借助于数学模型被用于预测要被预期的第二数值并将第二数值用于控制压力下降。通过该辅助，实现受控制的压力下降的部件的针对所期望的压力下降率、也就是说单位时间的期望的压力差所要求的调节程度被设定并可以被校正。因此，相比于上述类型的控制，更高的控制质量和更好的再现性得以实现。实现受控制的压力下降的部件优选地是控制阀并且将在下文中被称为控制阀。

适合于所述控制的用于对产品进行高压处理的系统包括用于对压力腔供给高压介质的第一装置和用于使压力腔中的压力降低的第二装置。在这种情况下，第二装置包括控制器和至少一个实现受控制的压力下降的部件。控制器包括用于控制至少一个控制阀的数据处理装置。根据本发明，第一装置包括测量装置，该测量装置通过数据链路连接至数据处理装置用于控制至少一个控制阀。通过数据链路，在压力建立的过程中测量的第一参数被传输至数据处理装置并且能够通过数据处理装置被转变成用于控制降压的第二参数。

根据本发明的系统的一个特别的优点是已有的具有高压腔的高压系统能够在不付出巨大劳动的情况下被升级。为此所需要的全部仅是增加用于测量第一参数的装置、在测量装置和数据处理装置之间建立数据链路用于控制至少一个可控制的部件、并且在数据处理装置或用于对高压腔中的压力下降进行控制的控制单元中产生所述控制的程序。

在本发明所述的控制的情况下，尤其有利的是该控制不仅用于特定的产品，而且能广泛地用于分批次的高压处理过程。尤其有利的是第一参数和第二参数的可比较性(vergleichbarkeit)基本上与产品、高压腔中的填充程度、以及其自身的结构设计无关。另外，这不仅适用于在压力下降过程中的一定的关键压力范围，而且原则上能够针对压力下降的任何阶段执行。

根据本发明的借助于第二参数的压力下降的控制在这种情况下包括以下步骤。在高压腔中的压力的降低开始之前，预设适合于产品的降压曲线，也就是说限定压力下降随时间的期望变化。如果还没有已知的合适的降压曲线，则必须以试验的方式确定。然后，通过使用控制阀控制特性和第二参数，确定用于至少一个控制阀的开度，从而能够实现压力下降随时间的期望的变化所需要的开度。在压力下降开始后，高压腔中或者高压腔与控制阀之间的当前压力借助于压力传感器测量并且其变化被确定。如果所执行的设定点/实际数值比较发现偏离，则数值位置被相应地校正。这种校正是以上文所述的方式通过类推的方法执行的。也就是考虑到与降压曲线的范围相关的第二参数的数值。因此该控制优选地基于参数字段(parameterfelds)执行，该参数字段包括各自对压力下降的一定时段进行表示的多个第二参数。根据要解决的问题，使用用于控制的多维参数函数(parameterfunktion)而不是参数字段可能是有利的。

如果预设的降压曲线提供压力梯度的变化，则在降压曲线的这些点处执行设定点/实际数值比较是有利的。为了能够估计代表性的数值，压力建立被分成相应的时段，第一参数的相应的数值针对相应的时段被读出。通过该方式，第二参数的各个数值能够关于一个或多个控制阀的特性曲线的与之适合的时段被预测和设定。每单位时间能够降低的期望压力差所需要的控制阀的开度然后能通过特性曲线确定。如果特性曲线不能得到，则一个或多个控制阀被测量从而获得各个调节值。

参数字段通过该方式限定预设降压曲线上的若干目标点。如果没有第一参数的数值被确定用于其中一个所选择的目标点，则目标点的数值能够毫无问题地通过沿降压曲线进行插值被计算出。

如果当达到目标点时设定点/实际数值比较发现偏差，则控制阀的开度被修改以改变压力下降的梯度，从而更加准确地达到下一目标点或下一插值点。在该控制的情况下，用于下一时间段的压力梯度不能任意改变是有利的。为此，要保证即使在修改开度之后，压力下降曲线依然遵循预设目标通道(zielkorridors)内的路径。该目标通道由此限定仍适合于产品的降压曲线的偏差范围。如果这种目标通道未知，则能够以试验的方式来确定。

如果例如修改会导致压力梯度在下一时间段中采取陡峭路径使得产品可能损坏，则这将被检测到并使得控制被修改为使得压力梯度遵循目标通道内的路径。就这一点而言，准确地达到压力建立曲线上的下一目标点并非控制的必须的目标。通过该方式，对产品的损坏能够被更好地阻止。

在压力建立的过程中为实现一定的压力差所需要的压力介质的质量或体积优选地作为第一参数被测量。如果在压力建立阶段期间压力增加是根据被泵入高压腔中的体积来确定的，则测得的压力梯度形成压力-体积曲线。将其变换成压力下降的阶段能够预测多少体积的压力介质必须再次从系统中被释放以便达到一定的压力差。同样的情况相应地适用于作为此替代的对压力介质的质量的测量。在这方面测量各自的质量流量或体积流量是尤其有利的。

如果对在压力建立的过程中为达到一定的压力差所需要的泵冲程的数量进行计数是尤其有利的。通过乘以每冲程的体积，能够快速容易地计算出必须被泵入高压腔中以达到一定的压力差的压力介质。当然，泵冲程的数量不意味着仅完整的冲程，而且还包括与活塞的一部分相对应的一段行程(teilstrecke)。

在作为对此替代的实施方式中，测量装置包括动态体积测量装置。针对一定的压力差泵送的压力介质的体积能够借助于流量传感器(流量计)以特别容易的方式来测量。

在另一替代的实施方式中，测量装置包括动态质量测量装置。

然后利用测量结果确定期望的降压所需要的膨胀体积。为此，用于一定压力的膨胀体积和控制阀的开度是从一个或多个控制阀的特征曲线读出的，并且作为其结果，为实现每单位时间的期望压力下降所需要的开度被预测出。

在优选的实施方式中，第二参数被分配至少一个校正系数或松弛系数(relaxationsfaktor)。这允许在上述控制中考虑例如在压力下降期间发生的扩散过程导致的惯性。发生的时间相关的影响是通过校正系数、尤其可变的校正系数——其能够在压力下降的过程中由压力的设定点-实际数值比较来确定——被消除的。由于不同的扩散过程而产生的对偏差的消除保证了即使在频繁改变产品或包装的情况下对压力下降的准确控制。

根据本发明的控制的优选的实施方式针对其各个步骤被描述如下：

使压力降低的期望速率需要的压力梯度随时间的变化预定了降压曲线，该降压曲线意在借助于上述控制被尽可能准确地遵循(nachvollzogen)。为了准确控制，利用针对一定的压力下降所预期的膨胀体积。

为了对膨胀体积进行基于模型的估计，用于高压腔中的一定压力建立所需要的压力介质的体积被测量。这产生描绘压力建立的压力-体积曲线。相关的函数(funktion)在压力建立期间被计算并且记录为阵列。该阵列包含用于压力建立的各个点的测量数值以及相关的导数(ableitung)。如已经说明的，计算出的数值被转换成用于压力下降的压力-体积曲线或者膨胀函数。

在无任何损坏的情况下进行降压所要求的降压曲线被描述为降压函数。这被用来形成插值点阵列，这些插值点优选地被设定成压力梯度要在受控制的降压过程中改变的函数的点。压力下降曲线的各个目标点因此应该被设定成尽可能描绘压力梯度随时间的变化。如果需要，这些插值点还可以作为沿着压力下降曲线的连续统(kontinuum)被插入。

相应地，产生用于控制器的基于一个或多个控制阀的控制特征的阵列和呈被预期作为输入数值的膨胀体积的形式的第二参数。所需要的开度——通过该开度能够在期望的单位时间从高压腔释放出所需要的膨胀体积——从阀特性曲线读出。通过由此被确定的开度，开始受控制的降压。设定点/实际数值比较是各自在插值点处执行的。在设定点/实际数值比较之后可能需要的对阀位置的校正进而是在考虑针对下一时间段所预期的膨胀体积来执行的。这种计算是优选地借助于近似法(approximation)来执行的。这种校正能够尤其容易地通过线性近似法计算出。然而根据应用，也可以使用复杂近似法。当然，如果用于此处的至少一个控制阀被设定成无限可变的，则对于此处所述的控制是有利的。

附图说明

本发明将进一步基于两个附图进行说明。在这些附图中，图1以示意性视图示出了根据本发明的用于对产品进行高压处理的系统的实施方式；图2通过示例说明了借助于根据本发明的方法进行控制的压力变化。

具体实施方式

用于对产品进行高压处理的系统1包括高压腔2，该高压腔2通过压力管线3连接至高压泵4并且通过高压泵4被供给高压介质。测量装置5在压力管线3上布置在沿压力介质的流动方向可彼此替选的位置——或者位于高压泵4的上游位置5a或者位于高压泵4的下游位置5b。作为替代，如位置5c所示，测量装置5可以布置在高压泵4本身上。测量装置5测量流动通过高压管线3或者通过高压泵4递送的高压介质的量、尤其高压介质的质量或体积。测量装置5通过在此由虚线表示的第一数据链路6a、6b|、6c将这些数据传输给数据处理装置7。

数据处理装置7通过同样由虚线表示的第二数据链路8连接至压力传感器9。压力传感器9可以直接9a连接至高压腔2和/或间接9b布置在压力管线10上，压力管线10将压力腔2连接至控制阀11。在压力腔2和控制阀11之间设置有截止阀(absperrventil)12，该截止阀12使压力腔2与控制阀11封隔。控制阀11通过也由虚线表示的第三数据链路13连接至数据处理装置7并且由数据处理装置7来致动。

图2示出了曲线图14，其通过示例说明了高压腔2中的压力随时间的变化。在压力建立的第一阶段15，压力每单位时间的升高随着高压腔2中的增大的压缩而增大。一旦达到期望的压力，则进入第二阶段16、所谓的平台阶段(plateauphase)，在该阶段，压力被保持并且以期望的方式作用于位于压力腔2中的产品。

随后是以第三阶段17开始的降压，在第三阶段17，压力以不控制的方式下降，直到达到受控制的降压的起点18为止。受控制的降压的随后的第四阶段19被分成较缓的压力下降的时段19a和较强的压力下降的时段19b。在第四阶段19的开始，控制阀11被设定至根据本发明估计的开度。在降压的过程中，该开度通过利用第二参数进行再调节。阶段19分配有任何期望数量的目标点、也就是基于根据本发明的控制做出的任何数量的设定点/实际数值比较。受控制降压的阶段19完成进入阶段20，在阶段20，仍然在压力腔中的残留压力被释放。

在第四阶段19期间经历的压力范围21是在压力建立过程中确定第一参数优选的压力范围。因此压力范围21可以被包括在第一阶段15的时段15a中。

如果提供两个传感器9a、9b，则其分别通过数据链路8a和8b连接至数据处理装置7。在该变型中，将压力传感器9b——其间接连接至高压腔2并且位于控制阀11和截止阀12之间——连接至压力管线10是有利的。在该变型中，压力传感器9b在阶段15、16、17期间通过截止阀12与高压腔2断开连接，并且仅从受控制降压的起点18开始连接至压力腔2。因此用于较低的压力范围并且因此具有较高准确度的器械能够用于传感器9b。应该指出的是，在高流量、尤其相关的高压力梯度的情况下，由于压力管线10中的压力损失，在9b处测得的压力值明显地偏离高压腔2中的压力。针对这种情况，可以随后使用压力传感器9a，以便校正在9b处测得的压力值并且提高控制的稳定性。