通过脉冲电子轰击去污容器的盖件或颈部的方法和系统与流程

本发明涉及消毒容器的盖件或颈部的领域。

特别是，本发明涉及去污容器的盖件或颈部的去污方法和系统，可最佳处理这些盖件或颈部的所有表面。

背景技术：

容器例如管、罐、瓶、纸板食品包装盒或PET(聚对苯二甲酸乙酯)塑料瓶经常用于盛放流质消费品，例如饮料、药品或化妆品。容器例如瓶子(尤其是PET制成的瓶子)通常用拉伸吹制法利用预先进行初步成型操作的坯件例如预型件或中间容器制成。坯件和容器盖件起初贮存在未消毒环境中。

纸板食品包装盒本身具有封口装置，其由一个嵌装颈部组成，由一个盖件封闭。包装盒的制作一般包括将颈部胶接在包装盒的端面之一上的一个开口处的工序。一般来说，这些包装盒、其颈部、及其所用的盖件起初也放置在未消毒环境中。因此，在容器灌装和封口之前，这些容器、其颈部、及其盖件必须预先在一个消毒室中用去污方法进行消毒。

公知的解决方案在于，在盖件、颈部和容器的内表面上喷射消毒剂，例如过氧化氢(H₂O₂)，引起热作用汽化。这种技术方案需要在容器、颈部和盖件的整个表面上喷射消毒剂，但是，某些表面仍然难以达到。此外，容器/颈部/盖件必须在预定时间期间暴露于消毒剂，同时，时间要长得足以确保有效消毒，而且也要短得足以限制任何受热损坏，降低这些表面的质量。最后，这种方法需要根据情况进行一道清洗工序，以确保清除消毒剂的任何痕迹。这种解决方案处理时间延长，实施起来很复杂。

其他公知方法在于，通过在其表面上的加速电子轰击，进行容器消毒的工序。这些方法可破坏任何微生物的ADN键，或者产生二级粒子，其然后与微生物细胞起作用，从而使之去除。

与化学方法相反，这些方法不需要清洗工序，不留下化学试剂的任何可能的残存痕迹。另外，使用低能电子束(小于1兆电子伏)，可限制与待去污物体的材料发生相互作用。举例来说，文献JPH06142165提出用低能电子束照射具有复杂形状的物体，例如盖件。加速电子形成这种电子束，其中，一些电子与照射介质的气体分子碰撞，从而产生散射电子。因此，传播之后，由直射电子和散射电子组成的电子束到达物体表面，使之灭菌。被照射物体的表面还产生反射电子和/或次级电子，可消毒不直接照射的表面。

但是，使用低能电子束，意味着低值电子束电流(即阳极电流)，经常约为十毫安。这些电流值低，加速电子数量有限，其进入材料(数微米)及其反向散射的能力有限。为了确保完全消灭任何微生物，必须产生最低剂量的电子。因此，为了在待处理物体的表面上获得足够致死电子剂量，一般约为十千戈瑞，通常需要数秒的处理时间。被照射物体的处理时间是一个特别关键的参数。实际上，物体长时间暴露于电子辐射，很可能在物体上产生不良影响，即变色、变质、交联现象或者气味迁移。但是，现有技术的解决方案仅部分地限制这些问题。

技术实现要素：

本发明旨在弥补前述所有缺陷。

本发明的另一目的是处理具有复杂形状的容器盖件或颈部的所有表面，容器盖件或颈部具有入射电子束不能直接处理的区域。

本发明的另一目的是缩短具有复杂形状的容器盖件或颈部的去污时间，同时提高在这些容器盖件或颈部的表面上的处理效率即细菌减少率。

为此，首先，本发明提出通过电子轰击来去污容器的盖件或颈部的去污方法，每个容器的盖件具有：一个盖顶；一个从盖顶的周边边缘开始凸起的主体，该主体具有与盖顶相对的开口；多个从主体的内表面和/或盖顶的内表面开始凸起的肋部，每个颈部具有多个肋部和一个开口，肋部具有阴暗区域，所述去污方法包括：

－使容器的盖件和/或颈部面对着一个电子轰击窗口前送或定位的前送或定位操作，容器的盖件和/或容器颈部的开口朝向该电子轰击窗口；

－在容器盖件和/或颈部在电子轰击窗口的前面前送或定位时，对容器盖件和/或颈部进行电子轰击的电子轰击操作；

电子轰击通过一个脉冲电场实施，以获得一次电子和反向散射电子，能够分别去污盖件或颈部的明显区域和阴暗区域，所述脉冲电场具有一系列电脉冲，这一系列电脉冲具有预定的频率、持续时间和强度。

单独或组合地，该去污方法可具有各个附加特征：

－频率的范围在50至500赫兹之间；

－电脉冲的频率为100赫兹；

－电脉冲的持续时间在5至250纳秒之间；

－电脉冲的持续时间为10纳秒；

－电脉冲的强度在1至20千安培之间；

－电脉冲的强度为5千安培。

其次，本发明提出一种通过电子轰击来去污容器的盖件或颈部的去污系统，每个盖件具有：一个盖顶；一个从盖顶的周边边缘开始凸起的主体，该主体具有一个与盖顶相对的开口；多个从主体的内表面和/或盖顶的内表面开始凸起的肋部，每个颈部具有多个肋部和一个开口，肋部具有阴暗区域，所述去污系统具有：

－使容器的盖件或颈部面对着一个电子轰击窗口前送或定位的前送或定位装置，容器的盖件或颈部的开口朝向该电子轰击窗口；

－电子轰击部件，其用于在容器的盖件或颈部在电子轰击窗口的前面前送或定位时，通过一个脉冲电场对容器的盖件或颈部进行电子轰击，以获得一次电子和反向散射电子，能够分别去污盖件或颈部的明显区域和阴暗区域，脉冲电场具有一系列电脉冲，这一系列电脉冲具有预定的频率、持续时间和强度。

有利地，该去污系统具有输送装置，该输送装置用于沿一条输送路径以预定速度输送彼此并列的盖件。

有利地，在该去污系统中，输送装置由一组导轨形成。

附图说明

通过阅读以下参照附图对实施方式进行的描述，本发明的其他目的和优点将显示出来，在附图中：

图1示出具有根据一实施方式的电子枪的系统；

图2示出具有根据一实施方式的电子枪的系统的一部分的放大图；

图3示出具有根据一实施方式的电子枪的系统的放大剖面图；

图4示出容器盖件的剖面图，并示出来自脉冲电子束的电子的不同径迹；

图5示出容器颈部的剖面图，并示出来自脉冲电子束的电子的不同径迹。

具体实施方式

图1示出系统1，其具有电子枪，可产生高强度电子流。有利地，该电子枪的出口产生的电子流是脉冲电子流/电子束，用于对容器盖件2和/或颈部进行轰击，使容器盖件和/或颈部去污。这里对适用于盖件2的不同实施方式进行了描述，但是，显然，这些实施方式也完全适用于前述容器颈部。这些盖件2借助于一个输送装置3前送到一个具有脉冲电子枪的消毒室4即密闭无菌室中。前送这里是指时间上持续的输送。根据另一实施方式，盖件2按顺序，即逐步地，例如通过输送装置3定位在消毒室4中。下面详述所有这些元件的使用。

图2是图1所示区域II的细部放大图。从该图可以看到前述的容器盖件2、输送装置3和消毒室4。

根据各个实施方式，电子枪的电子流/电子束由一组电子形成，这些电子通过分别为一个阴极和一个阳极的两个电极之间的电位差的施加进行加速。阴极布置在一个封闭空间5例如一个“真空”室中，即其压力非常低，例如小于10^-5巴，由一个泵唧装置确保。

有利地，这种真空的产生会使电子与气体分子发生可能的碰撞，从而具有使电子产生能量损失的风险。泵唧装置通过一个管6连接于封闭空间。阳极本身构成真空封闭空间的外表面之一。电子流例如可通过一个激增(explosive)发射阴极朝阳极方向发射，该阴极和阳极是二极管的构成物。作为非限制性实施例，构成二极管的激增发射阴极可用石墨、不锈钢、铜、碳或者用于制造这种电极的任何其他公知的材料制成。有利地，该阴极没有灯丝。

相对于灯丝二极管而言，使用具有激增发射阴极的二极管，具有如下优点：

－提供更大的电流密度，从而提供更大的电子剂量以去污物体；

－大面积(例如200平方厘米)上发射电子，不管灯丝形状如何，都确保电子均匀分布；

－不需要安装用于发射电子的加热装置；

－使用寿命不取决于灯丝(灯丝断裂)，从而避免任何电子发射；

－不存在二极管内部短路的危险，这种危险由材料尤其是灯丝的脱落碎粒引起，暂时中断电子发射。

图3是图2的剖面图。该图示出容器盖件2、输送装置3、消毒室4、以及阳极7，同时确保封闭因而隔离真空空间、形成一个电子轰击窗口8。

阳极7沿电子移动方向相对于阴极布置在下游，呈一个导电金属块体例如铜制的块体的形式。

为使加速电子在气氛中通过，气氛在中央开孔，覆有一个薄金属板9，厚度通常约为数十皮米，例如可用钛或铝制成。金属板9的厚度选择成使阴极和阳极7之间的真空隙密封，同时，使加速电子由阴极产生，撞击穿过该板。

如此形成的阳极7构成一个电子轰击窗口8，使加速电子在封闭空间的真空隙10与外部介质11例如环境空气这样的气体之间通过。有利地，阳极7的导电金属块体开孔的方法，调节穿过阳极7的金属板9的表面的电子束的形状。因此，电子束的形状，因而电子轰击窗口8的开口的形状，可根据不同的几何结构加以选择，作为非限制性实施例，可为矩形、圆形或环形。

作为示例，图3示出一个开口因而示出一个矩形窗口8。另外，为使电子轰击窗口8的板9在真空10与外部介质11之间的压力差(例如相对于外部大气压)下不弯曲：

－根据一实施方式，选择板9的厚度以及一个适于确保其刚度的窗口8，例如槽纹形的开口；

－根据另一实施方式，阳极7的表面可实施成向真空封闭空间10内弯曲。

基于前述原因，通过安装未示出的适当的冷却装置，使覆盖阳极7的板9保持在足够低的温度。阳极7例如可设计成具有散热区域，或者使冷却流体通过导道沿所述散热区域流动，予以冷却。

有利地，在电子枪的出口获得的电子束足够均匀，用于处理待处理物体的整个明显的表面。作为示例，电子轰击窗口8的表面定尺寸成，覆盖大致大于面对着该窗口8定中心的盖件2的底部的明显表面的表面。

电子枪还具有供电装置，可在阳极7和阴极之间建立电位差，以加速由阴极发射的电子。阴极例如由电源(未示出)供电，而阳极7接地。根据各个实施方式，为了在电子枪的出口产生脉冲电子流，使用直流电源，例如与能够贮存电能的部件例如一个电容或电感储存器联接的高压电源。

作为示例，使用一个与脉冲形成线路联接的特斯拉变压器，或者任何其他功率调节装置，例如一个脉冲电压发生器(générateur de Marx)。有利地，一个转换器可控制电子枪充电期间贮存的电子束电能的脉冲持续时间。该转换器联接于一个布置在一个绝缘套管中的导体。作为示例，如图1所示，绝缘套管中的导体涉及系统1的弯曲部分12。导体联接于电子枪的二极管的阴极，通过转换器确保阴极与变压器之间的连接，从而向二极管供以脉冲电压。因此，在阴极与阳极7之间形成电位差，可加速真空10中阴极发射的电子。

因此，在电子轰击窗口8的出口获得高强度脉冲电子流。有利地，使用与低能电子束(小于1兆电子伏)配合的脉冲方式，相对于直流方式来说，可减少电子枪的电绝缘限制条件，从而减小其体积。作为示例，变压器和导体的有效电绝缘，通过油绝缘以及薄钢或铅铠装进行。

有利地，在电子枪的出口获得的脉冲电子束，用于对具有复杂形状的容器盖件2进行电子轰击，从而使之去除任何微生物的污染。所谓具有复杂形状的盖件，这里是指任何具有阴暗区域的盖件，即其具有散射入射电子不能直接达到的区域。

在下述实施方式中，在电子枪的出口获得的电子散射在空气(外部介质11)中，盖件2在该同一介质中予以处理。但是，显然，任何其他气体或真空介质11都可用于散射电子和去污盖件2。

根据各个实施方式，形状复杂的盖件2送到一个消毒室4中，正对着电子枪的电子轰击窗口8，盖件的开口朝向该窗口8。所谓消毒室，指的是一个具有灭菌/去污部件的密封封闭的无菌空间。例如，如图2和3所示，该消毒室4借助于由一个圆柱形容积(volume)构成的绝缘金属(例如铅、钢)表面13形成，该圆柱形容积的回转轴线围绕阳极7定中心。该容积穿孔，以具有盖件2的输送装置3穿过的一个入口14和一个出口15，从而将盖件输送到由阳极7形成的电子轰击窗口8之下。因此，在该实施方式中，消毒室4由具有一个电子枪的系统1构成。根据其他实施方式，消毒室4独立于具有一个电子枪的系统1，在其内部具有该系统1的一部分或者全部。

根据图3所示的一实施方式，盖件2在阳极7的电子轰击窗口8的下游，平行地仅沿一个方向侧向前送。箭头16例如示出盖件2的侧向前送方向。如图3所示，盖件2彼此并列，借助于一个预装的输送装置3，沿一条输送路径以预定的速度前送，所述输送装置这里是一组导轨，盖件2在该组导轨上滑动。盖件2可在重力作用下，或者借助于机械部件(轮子、推杆)或气动部件(空气喷嘴)，沿这些导轨前送。

有利地，这种导轨系统可确保在盖件2在电子枪的电子轰击窗口8之下前送时，容器盖件2的开口完全朝向电子枪的电子轰击窗口8。但是，可使用确保盖件2的这种布置的任何其他输送装置3，作为非限制性实施例，可使用气动输送装置。根据另一实施方式，盖件2逐步地定位在电子轰击窗口8之下。

有利地，在电子轰击窗口8的前面前送(或定位)的容器盖件2，经受在电子枪的出口产生的脉冲电子束的轰击操作。图4示出容器的圆形盖件2的剖面图以及来自电子轰击窗口8出口的脉冲电子束的不同电子径迹，这些电子的径迹可去污盖件2的特定区域。另外，显然，这种盖件2的说明这里作为例子提供。实际上，所述不同的实施方式也适用于具有复杂形状的其他类型的盖件，例如“运动”型盖件，或者销式瓶盖。

形状复杂的盖件，如该图所示，通常具有：

－平底17，也称为“盖顶”，

－螺纹主体18(内螺纹和/或外螺纹)，其开始于盖顶17的周边边缘，该主体18具有与盖顶17相对的开口，

－肋部19，其从主体18的内表面凸起，一般是旋紧或/和锁紧式凸起部分，用于与容器颈部的外部相接触，

－裙部27，其为安全带(bande d’inviolabilité)的组成部分，布置在主体18的内表面上，

－肋部20，其从盖顶17的内表面凸起，通常是支承密封唇部的环形凸起。

根据各个实施方式，盖件2是单一材料块体，可用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(PEHD)、聚丙烯(PP)或者任何其他热塑性聚合物制成。这种盖件2具有阴暗区域21，即入射粒子束不能直接达到的表面，例如沿粒子移动方向盖件2的主体18的、裙部27的和盖顶17的凸起部分的朝下的区域。

电子枪的出口的脉冲电子束朝盖件2的方向散射，所述盖件在电子轰击窗口8的前面前送(或者逐步定位)。电子的散射由传播介质调节。因此，在一实施方式中，当消毒室4在外部真空介质11下进行消毒时，来自电子枪的电子构成直线散射的电子束，由开口直接达到形状复杂的盖件2的表面，首先消毒达到的内部明显表面，例如盖件的盖顶17的内表面或者其主体18的内表面。

在图3所示的实施方式中，电子的传播在优选是无菌的外部气体介质11(尤其是空气)中进行。在气体介质中，来自电子枪的一部分电子直接朝盖件2的明显表面方向散射，而该电子束的另一部分电子出现反向散射到空气中的现象。这些反向散射现象涉及电子与散射的外部气体介质11的粒子之间的碰撞，例如产生偏转角的弹性相互作用，即无能量损失(或极小损失)的电子散射角度的变化。图4中箭头22例如示出在外部气体传播介质11中两次经受弹性散射的电子的径迹，即无动能损失的传播方向的变化。因此，来自电子轰击窗口8的、在外部气体介质11中直线散射或折射的电子，根据其径迹，撞击盖件2的某些特定区域，这些区域涉及盖件2的明显表面。在下文中，这些电子是指一次电子。

有利地，一次电子束对于撞击盖件2的整个明显表面是足够均匀的。

因此，根据一次电子的径迹，可观察到不同的物理现象：

－一部分一次电子进入盖件的材料中，散射直至被吸收。因此，可以观察到，材料中电子剂量增加，直至最大进入厚度，视盖件2的材料密度和电子能量而定。所谓剂量是指来自材料吸收的电子的能量。这种能量吸收尤其起因于电子通过非弹性碰撞向材料原子的能量传输。另外，电子剂量的分布在材料厚度上不是逐渐的：这种分布取决于电子进入材料的穿透性。电子能量高和/或被照射物体的材料密度小，那么，电子进入材料中的穿透性就大；

－一部分一次电子直接反射到盖件2的表面，其起因于与构成盖件2的材料的粒子的弹性碰撞或非弹性碰撞。这种物理现象通常以电子反向散射表示。举例来说，图4左面的圆圈放大地示出反向散射在盖件2的表面上的电子的不同的可能径迹23、24、25、28。反向散射的电子本身可直接散射(直线径迹，不偏转)，例如沿径迹24直接散射，或者如同径迹23、25、28那样，在外部气体传播介质11中再度经受一次或多次弹性碰撞。径迹28尤其可达到、因而去污位于裙部27之下的阴暗区域；

－一些电子进入材料中，在材料中散射，然后经受一次或多次弹性碰撞，再从材料中脱离。这种物理现象也涉及到一次电子的反向散射状态。因为电子的动能因而速度高，所以反射数量、因而与盖件2的材料原子的相互作用以及脱离的可能性更大。尤其是，材料中一次电子的弹性碰撞，一次电子的能量损失非常小，增大其反向散射的可能性。相反，一系列的非弹性碰撞快速导致电子的动能损失，从而为材料所吸收。举例来说，右面的圆圈示出盖件2上入射的一次电子的径迹26的放大图。该电子起初在电子发射窗口8与盖件2的明显表面之间具有非偏转径迹，然后，在盖件2的材料中散射，接着，相继进行两次反射，最终导致反向散射到气体介质中。根据一实施方式，电子枪的出口的脉冲电子束也可去污容器颈部，容器颈部在电子轰击窗口8的前面逐步前送(例如通过一个传送装置)或者进行定位。这些颈部例如可以是预型件、瓶子、管子的组成部分，或者胶合在包装盒上。根据各个实施方式，颈部是一个单一材料块体，可用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(PEHD)或聚丙烯(PP)或者任何其他热塑性聚合物制成。

图5示出去污容器颈部30的一实施方式。该图示出一个圆形容器的剖面图，该圆形容器具有凸肩29和布置在上游的颈部30。颈部30的开口朝向电子轰击窗口8。有利地，来自电子轰击窗口8(未示出)的出口的脉冲电子束的不同径迹的电子，可去污容器颈部30的特定区域。

所示容器颈部30形状复杂，具有下述部件：

－外部凸缘31；

－外部输送环32；

－外螺纹33；

－开口或口部34；

－内表面35，这里是平表面。

凸缘31、输送环32和螺纹33形成所有肋部(如果是螺纹33则为螺旋肋部)，但是，其具有各个径向延伸部分。

这种颈部30也具有阴暗区域21，即入射粒子束不能直接达到的表面，例如凸缘31、输送环32和螺纹33下面的区域。口部34和内表面35本身类似于颈部30的明显区域，即来自电子轰击窗口8的一次电子束可直接达到的区域。

如同在去污盖件的情况下那样，可以观察到下述物理现象：

－一部分一次电子进入颈部30的材料中，散射直至被吸收。颈部30的明显区域，例如其口部34及其内表面35，因而被去污；

－一部分一次电子直接反射到颈部30和/或容器的不同表面上，起因于与构成盖件30和/或容器的材料的粒子的弹性或非弹性碰撞。径迹36、37、38、39示出反向散射到空气中、在颈部30或容器上经受弹性碰撞的电子径迹的例子。例如，应当指出，径迹39通过容器的凸肩29上的弹性碰撞、接着是电子与传播介质的粒子的碰撞产生的反向散射，可达到凸缘31下面的阴暗区域21；一部分电子进入材料中，在材料中散射，然后，在脱离之前进行一次或多次弹性碰撞。这种情况这里未示出，但是，类似于图4中右面的圆圈所示的情况。

因此，一次电子可去污颈部30的明显部分，而阴暗区域21借助于反向散射电子进行去污。

有利地，反向散射的电子可经其径迹达到盖件2和/或颈部30的阴暗区域，具有的能量足够高，以为这些区域的材料所吸收，从而可使之去除污染。实际上，使用脉冲电子流，可同时获得高强度电子流，确保在阴暗区域沉积足够致死剂量，而不降低暴露于一次电子束的明显表面的质量：实际上，盖件2和/或颈部30暴露于电子轰击的时间缩短到尽可能最少。另外，应当指出，材料越具有重原子，该材料反向散射的电子数量增加越多。因此，对于用PET、PEHD或PP材料制成的容器盖件和/或颈部来说，通过电子反向散射去污形状复杂的容器盖件和/或颈部，特别有利。

下面给出与电子枪有关的一组参数的例子，其可获得脉冲电子流以及适于去污形状复杂的容器盖件2和/或颈部的电子反向散射。为了说明前述实施方式的优点，这些参数与使用连续电子流进行去污的现有技术涉及的配置进行比较。相关现有技术这里是一种扫描式电子枪，其使用直流电子束来去污盖件。这里，为了产生足够致死电子剂量、处理所有阴暗区域，假定使用这种电子枪去污盖件的总处理时间为1秒。对该电子枪的一个灯丝二极管的接线端子施加250千伏的电位差，可获得50毫安的阳极电流。例如，选用连续电子流在1毫秒的时间照射一个盖件，以计算在这个时间盖件接收的电子剂量。

关于本专利申请的脉冲电子流式电子枪的实施方式，该电子枪的可配置参数如下：脉冲数量、一个脉冲的冲动时间、施加于二极管的接线端子的放电电压、二极管的阳极电流、脉冲的发射频率。在该实施例中，使用以100赫兹频率产生的10个10纳秒的脉冲，以5千安培的阳极电流对二极管的接线端子施加250千伏的电位差。另外，电子枪在能产生新脉冲之前的充电时间这里约为10毫秒。

最后，假定质量为3克的盖件具有0.07％的反向散射系数η。获得的结果列于下表中。

上面给出的例子具有来自于使用脉冲电子枪的多个优点。尤其是，使用比现有技术中使用的高得多的阳极电流，可使辐照时间非常短，同时可使电子剂量的分布比现有技术高很多，这里比现有技术高十倍。因此，与反向散射电子相关的电量也更高，可正确去污盖件的阴暗区域。相反，现有技术中接收的电子剂量较小，对反向散射的电子能量来说是一样的，这在很大程度上限制了阴暗区域的处理。此外，可观察到使用脉冲电子流，可使处理时间短很多，因而在同一短暂时间可去污多非常多的盖件。

对形状复杂的容器盖件和/或颈部去污的经验，导致确定可有效处理容器的这些盖件和/或颈部的电子剂量的数值。优选地，这些剂量的数值为15至50千戈瑞。

因此，根据各个实施方式，除了前一个例子之外，可选用其他参数组合，获得这个范围的电子剂量。下表列出这些参数的范围：

另外，根据各个实施方式，为了能够进一步缩短去污容器盖件和/或颈部的时间，可同时使用多个脉冲电子枪。同时使用多个电子枪是本领域的技术人员所公知的，该实施方式尤其可进一步缩短对要处理物体施加脉冲的时间。

有利地，前述实施方式可提供有效去污容器盖件和/或颈部的去污方法(缩短处理时间)，兼顾高速、耐用，且确保容器盖件和/或颈部不会劣化(褪色、交联、气味迁移)。