热塑性材料容器的辐照灭菌方法和装置与流程

本发明涉及一种热塑性材料容器的辐照灭菌方法和辐照灭菌装置。

本发明尤其涉及一种辐照灭菌装置，用于对至少一个容器进行辐照灭菌，容器由热塑性材料制成，具有主轴线，容器具有主体，所述主体配有颈部并由底部封闭，所述装置具有至少一个发射器，发射器设有头部，头部具有主轴线，用于发射电子束，以从外部辐照所述至少一个容器。换句话说，所述头部是发射器的组成部分，其限定发射的电子束的正截面，发射器的主轴线是电子束正截面的最大尺寸。

本发明还涉及一种辐照灭菌方法，用于由辐照灭菌装置对容器流进行辐照灭菌，容器由热塑性材料制成，具有主轴线，容器具有主体，所述主体配有颈部并由底部封闭，辐照灭菌装置具有至少一个发射器，发射器设有头部，头部具有主轴线，用于发射电子束。

背景技术：

从现有技术已知不同的灭菌方法，用以对热塑性材料预型件和/或容器的至少内部进行灭菌。

热塑性材料容器的制造从热的预型件获得，预型件一般在容器制造设备的炉中预先进行热调节，再引到模具中，以在模具中由至少一种压力流体进行吹制转变，同时进行或者不进行拉伸。

因此可制造不同类型的容器(细颈瓶、烧瓶、罐等)，其尤其但非限制性地旨在用于农产食品加工业中制品的包装。

在农产食品加工业用的容器的制造领域中，千方百计地力求降低容器受病原体即微生物的微生物学上污染的危险。

因此，本申请人提出过采取不同的措施以消除会影响这种容器中容纳的制品的病原体例如病菌(细菌、霉菌等)。

特别是可区分一方面旨在杀灭微生物以至少对容器内部进行灭菌的措施，和另一方面一般旨在预防容器受这种微生物污染的措施。

以这些措施的非限制性示例列举现有技术文献fr-2915127、wo-03/084818和ep-2094312，将参照这些文献以了解更多详情。

文献fr-2915127提出一种容器制造设备，其具有保护室，保护室限定区域，在该区域内布置吹制机式容器模制机械，由传送装置向机械供给在炉中预先进行过热调节的预型件。

根据该文献的教导，设备具有过滤空气吹送系统，其用于将过滤空气吹送到室内，以在其中尤其是建立超压，以便限制对从炉输出的预型件以及对成品容器的污染危险。

文献wo-03/084818例如提出在将预型件引到炉中之前，由紫外线(uv)型辐射对预型件颈部进行辐照去污染处理。

文献ep-2094312例如提出尤其在炉中进行的紫外线(uv)辐射式辐照处理，以至少使预型件外表面在热调节过程中消除污染。

在本申请人名下的文献wo-2006/136498例如提出预型件去污染处理，其在于在预型件内壁上冷凝沉积一层基本上均匀的杀菌剂冷凝液膜。

这种冷凝式去污染处理称为“化学式”，具有令人满意的效果，因为获得的去污染度达到6log。

提醒的是，微生物数量尤其可在清洗、过滤和培养操作之后进行计算统计。

因此确定例如等同于1000个单位(10³)的约为3log(或3d)的微生物数量的对数减少。

但是，寻求可不使用杀菌剂例如过氧化氢(h2o2)、但同样不会牺牲获得的去污染效果的代替化学式去污染法的一些解决方案。

在文献wo-2016/120544中，本申请人提出另一种解决方案，其在于用脉冲电子束和活动的反射器对热塑性材料容器进行灭菌。

为了使这种容器灭菌处理方法进行工业应用，除了技术控制之外，目前挑战之一基本上是经济层面的，因为用于获得电子束的发射器成本高。

因此，力求找到可最佳化使用发射器、减少发射器总数量，同时具有相同的容器灭菌效果的解决方案。

不过，必须在处理时具有足够的辐照持续时间，以用可获得微生物致死剂量、即大于或等于10kgy(kilo-gray:千戈瑞)的剂量的电子量辐照待灭菌的容器表面。

处理方法还必须与目前的容器生产进度相容，在pet瓶子的情况下，生产进度例如达到每小时多于60000个瓶子。

本发明尤其旨在提出一种新型灭菌装置，其可弥补现有技术的至少一部分缺陷，同时特别是优化对于每种容器所用的发射器及减少发射器的数量。

技术实现要素：

为此，本发明提出一种前述类型的灭菌装置，其特征在于，所述至少一个发射器配置成能以在发射器的主轴线与容器的主轴线之间的倾斜角度倾斜头部，倾斜角度根据容器高度确定，以使容器接收到的辐照剂量最佳化。

根据本发明，当容器高度小于发射器头部的高度时，以大于或等于现有技术剂量的剂量即微生物致死剂量，用电子束辐照容器。

有利地，由于增加了辐照持续时间和使接收到的辐照剂量最大化，因而使用具有更少发射器的灭菌装置即可获得所述致死剂量。

有利地，借助于容器辐照持续时间的增加、使发射器头部对于具有给定高度的容器发送的辐照剂量最佳化，本发明可减少所需的发射器的数量，但却不会最终减缓容器流通的进度即其平均速度。

有利地，根据本发明的处理方法的应用与容器制造进度相容，因此，通过在容器例如pet瓶子的制造设备中集装这种灭菌装置即可进行工业应用。

有利地，容器的灭菌在灌装之前辐照空容器进行。

优选地，容器辐照在容器制造设备中、在模制单元(或者吹制机)与下一单元例如灌注单元或者贴标签单元之间进行。

实际上，根据应用，容器贴标签可在灌注之前或之后进行。

与根据前述文献wo-2006/136498的化学式预型件去污染方法相比，本发明可极大地简化从预型件制造容器的制造设备、特别是模制单元(或者吹制机)的设计。

成品容器(而不是预型件)的灭菌可去除这种容器制造设备中迄今使用的许多装置，在用电子束、优先脉冲式电子束辐照容器时，杀灭存在的微生物。

因此，不再必须使用特定装置(例如吹送系统等)来使预型件在化学处理之后，即在预型件热调节、通过吹制或拉伸吹制转变成容器、直至容器灌注和封装的过程中保持无菌状态。

有利地，根据本发明的辐照灭菌可同时对容器内部和外部进行灭菌。

因此，用紫外线uv辐射辐照处理预型件的处理装置可以去除。

参与获得洁净制造环境的空气吹送系统、一般是空气过滤系统，也可以去除。

有利地，所有这种装置和/或系统的去除允许大为节省制造设备在购置和使用方面的成本。

有利地，由于辐照步骤在制造设备的模制单元(或者吹制机)的下游进行，因此，尤其是为了杀灭微生物、预防容器污染危险而迄今在模制单元上游采取的措施可以全部或者部分去除。

有利地，模制单元(或者吹制机)的设计尤其得到简化，其制造成本和利用成本得到降低。实际上，称为cip(英文术语“clean-in-place”的首字母缩略词)清洗操作可以去除。

因此，不再必须为模制单元而需使用为其抗化学侵袭尤其是耐腐蚀性而选择的成本高的材料例如不锈钢，这种抗化学侵袭尤其是耐腐蚀性源于在cip清洗操作时所用的清洗制品。

有利地，将看到本发明与现有技术的教导背道而驰，其中现有技术的教导在于：为保持进度，需沿路线加倍数量配置发射器，直至达到足以使每个容器灭菌的辐照剂量。

根据本发明的其他特征：

-头部的倾斜角度确定成使容器高度与发射器的高度之比接近1；

-头部的倾斜角度在大于0°的最小值至为90°的最大值之间；

-发射器的头部安装成能转动活动，以便以所述倾斜角度倾斜头部；

-头部倾斜由致动装置控制；

-头部安装成能平移活动，以便改变头部与待辐照的所述至少一个容器之间的距离；

-头部相对于发射器能伸缩；

-发射器安装成能相对于待辐照的所述至少一个容器平移活动。

本发明还提出前述类型的灭菌方法，其特征在于，由传送系统输送的容器流沿循的移动方向正交于容器的主轴线，所述处理方法至少包括：

-辐照步骤，用于由发射器的头部所发射的电子束从外部辐照至少一个容器，发射器的头部布置成具有在发射器的主轴线与容器的主轴线之间的倾斜角度，倾斜角度等于根据容器高度所确定的值。

有利地，处理方法至少包括预备调节步骤，预备调节步骤在容器流沿循的移动方向正交于容器的主轴线时在于，以具有使容器的高度与发射器的高度之比接近1的确定值的倾斜角度，调节发射器的头部的倾斜。

有利地，所述容器流由传送系统沿给定路线以相应于两个相继容器的轴线之间距离的称为初始间距的确定间隔输送，所述处理方法于是至少包括用于控制传送系统的控制步骤，以便有选择地改变两个相继容器之间的所述初始间距，以至少在路线的至少一个具有头部的发射器布置在其中的辐照区域中，使所述容器流的容器之间的间隔减小到小于所述初始间距的最接近间距。

附图说明

通过阅读为理解而将参照附图所作的下述详细说明，本发明的其他特征和优点将体现出来，附图中：

图1是俯视图，示意地示出形成容器流的热塑性材料容器、这里例如是瓶子，这些容器由传送系统沿路线以恒定的间距输送，灭菌装置的发射器沿该路线布置，用于用电子束从外部辐照所述容器，图1还示出根据现有技术的容器辐照灭菌处理的实施；

图2是侧视图，示出图1所示的根据现有技术的灭菌装置的发射器之一的头部，灭菌装置布置在路线的一区段上，以形成容器辐照灭菌区域，容器流的两个相继容器与该区域相对，图2还示出所述头部，头部的轴线a与容器的轴线o同轴；

图3是侧视图，类似于图2，示出发射器，其具有头部，根据本发明的教导，所述头部倾斜根据容器的尺寸尤其是高度确定的倾斜角度，图3还示出发射器的头部相对于容器的轴线以确定的倾斜角度的这种倾斜，以便分别对于具有不同尺寸的两个容器，使具有给定高度的容器的辐照最佳化。

具体实施方式

在下文中，非限制性地参照附图中所示的坐标系(l、v、t)采用纵向方向、竖直方向和横向方向。

通常，一起限定水平平面的纵向方向和横向方向相对于容器固定地确定。

非限制性地，参照容器由传送系统沿给定路线从上游向下游输送的移动方向，使用术语“上游”和“下游”。

同样非限制性地，参照竖直方向使用表述“上”和“下”或者“高”和“低”。表述“内”或“外”以及“内部”或“外部”尤其相对于容器使用，内部容积由容器壁限定，容器主体配有颈部并由底部封闭，使得容器壁分别限定内部和外部。

在下文中，相同的数字标号标示的构件指示相同、相似或类似的部件。

图1和2中示出一种灭菌装置100，用于实施本申请人的根据现有技术的容器10辐照灭菌处理方法。

在本专利申请中，优选地，待灭菌的热塑性材料容器10是从预型件制成的瓶子，尤其是pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶子。在变型中，热塑性材料容器10是桶、烧瓶、罐等。

如图1所示，容器10具有主体12，主体配有颈部14并由底部16封闭，所述颈部14沿周向限定开口。

容器10具有内表面20和外表面24，所述内表面20由壁22限定，壁形成主体12、颈部14和底部16。

优选地，容器10的颈部14具有至少一个凸缘26，凸缘径向向外延伸，具有下表面28。

容器10具有主轴线o。

如图1和2所示，容器10的轴线o这里沿坐标系(l，v，t)竖直延伸。

优选地，在由灭菌装置100发送的至少一个电子束f辐照依次行进的容器时，容器10以“颈部在上”的姿态进行输送。

灭菌装置100例如集装在容器制造设备(未示出)中，因此，在该设备中对容器10进行辐照灭菌。

容器10尤其是pet瓶子的这种制造设备在现有技术中是公知的。

热塑性材料容器的制造在其中从热的预型件获得，预型件一般在热调节单元或者炉中预先进行热调节，再引到模制单元(或者吹制机)的一模具中，以在模具中由至少一种压力流体进行吹制转变，同时进行或者不进行拉伸。

因此，容器的灭菌在这种容器制造设备的吹制单元或吹制机(未示出)的下游进行。

在这种设备中，热塑性材料容器10(和预型件)由传送系统200相继地以连续容器流fx的形式输送通过设备的确保制造步骤的不同单元。

这种传送系统200还具有输送轮，其许多实施例是已知的。

提醒的是，主要区分具有与导向装置相关联的凹槽式板的输送轮以及具有夹具的输送轮，夹具控制或无需控制至少开启。

因此，图1示出来自模制单元的容器10沿循的路线的一区段，在该区段每个端部处的箭头指示容器10的容器流fx从上游向下游的移动方向。

在图1所示的路线区段上，容器流fx的容器10由输送轮相继输送，这里，输送轮数量为五个，分别以201至205标示。

容器10以确定的间隔即间距p进行输送，该间距相应于容器流fx的两个相继容器10的轴线o之间的距离。

在与灭菌装置100相关的路线区段上，两个容器10之间的间距p恒定，即间距p在位于上游的第一输送轮201与位于下游的最后输送轮205之间没有变化。

根据一重要特征，除了两个相继容器10之间的间距p之外，形成所述容器流fx的容器10的移动速度也恒定。

容器10的移动速度决定这种制造设备的生产进度，其以每小时的容器数量表示，所述生产进度尤其根据灌注单元加以确定。

灭菌装置100具有发射器，这里是五个发射器，它们相继以101至105标示，各用于以一电子束f从外部辐照所述容器10。

发射器101至105沿容器10的容器流fx沿循的路线布置，例如，每个输送轮201至205各有一发射器与之相关联。

为了实施根据现有技术的处理方法，灭菌装置100具有为获得由每个容器10最终接收到的可确保其灭菌的辐照剂量所需的大量发射器。

发射器101至105布置在容器10的容器流fx沿循的路线一侧上，使得容器10由发射器之一发射的每个电子束f从外部相继径向地辐照。

每个容器10每次接收到给定的辐照剂量，辐照剂量尤其取决于暴露于所述电子束f的持续时间，因此取决于容器10从发射器101至105前面移动的速度。

在图1上，容器流fx的容器10由灭菌装置100的五个发射器101至105中的每个发射器相继辐照，最终接收到的累计辐照量相应于对容器10的内表面20和外表面24实现灭菌的致死剂量。

不过，发射器的成本仍特别高，这仍是对容器10辐照灭菌的一种制约。

因此力求寻找这种发射器使用最佳化的解决方案，尤其是旨在减少所用发射器的总数量，但是不减缓生产进度。

形成所述灭菌装置100的发射器101至105相同，使得下面关于发射器101的说明同样适用于灭菌装置100的其他发射器。

如图2所示，发射器101具有主轴线a，主轴线a按坐标系(l，v，t)竖直延伸。

发射器101具有辐照头部111，头部呈平行六面体形状，在高度h上、并且在宽度l上正交于主轴线a地沿其主轴线a延伸。

因此，发射器101可由固定的头部111从外部辐照容器10，容器10具有外径d，从其底部16直至颈部14竖向地具有高度h，容器10的所述高度h小于或等于发射器101的头部111的高度h。

但是，如果发射器101的头部111的高度h固定，由构造确定，然而容器10的规格随应用而变化。

实际上，同一制造设备可制造例如容量从半升(或少于半升)至容量为两升的容器10，例如瓶子。

因此，发射器101的头部111发射的电子束f的一部分会损失掉，因为有容器10部分没有径向相对以被辐照到。

发射器发射的电子束f的损失部分尤其取决于头部111的高度h与容器10的高度h之差。

这还构成超成本，尤其就供给产生电子束f的发射器的消耗电能来说。

发射器101具有由构造确定的高度h的头部111，而成品容器10的高度h则随应用而变化。

因此，当容器10的高度h等于发射器头部的高度h的一半时，发射器头部发射的电子束f的一半会因而损失掉，因为该部分电子束f不会辐照到任何容器。

与图1和2所示的现有技术作比较，下面将说明对至少一个热塑性材料容器10进行辐照灭菌的辐照灭菌装置100。

如前所述，热塑性材料容器10具有主轴线o，具有主体12，主体配有颈部14，由底部16封闭。

灭菌装置100具有根据本发明实施的至少一个发射器120，发射器设有头部125。

如同发射器101至105那样，发射器120具有头部125，头部沿主轴线a延伸，用于发射和限定电子束f，以便从外部径向辐照至少一个容器10。

根据本发明，所述至少一个发射器120配置成能使头部围绕电子束传导轴线枢转，因而以发射器的主轴线a相对于容器的轴线o的倾斜角度α倾斜头部125。所述倾斜角度α根据容器10的高度h确定。

有利地，倾斜角度α的值确定成当容器10由头部125发射的电子束f辐照时，当容器由传送系统200移动时，使所述容器10接收到的辐照剂量最佳化、最大化。

优选地，头部125的倾斜角度α确定成使容器10的高度h与发射器头部125的高度h之比接近1，以限制所述电子束f的电子损失。

头部125的倾斜角度α是锐角，位于轴线a和o的相交面“内”。

头部125的倾斜角度α在大于0°的最小值至为90°的最大值之间，在其为大于0°的最小值时，头部125的轴线a与容器10的轴线o不同轴，为90°的最大值相应于头部125的水平布置。

比较而言，如图2所示，根据现有技术的发射器101的头部111布置成，发射器的主轴线a与容器10的轴线o同轴地竖直延伸。

有利地，发射器120的头部125安装成能转动活动，以便使头部125以所述倾斜角度α的给定值有选择地倾斜。

优选地，头部125的倾斜由致动装置(未示出)控制。

有利地，头部125安装成能平移活动，以便尤其是根据容器10的外径d，改变头部125与待辐照的所述至少一个容器10之间的距离。

优选地，头部125安装成能相对于发射器120伸缩。

在未示出的变型中，发射器120安装成相对于待辐照的所述至少一个容器10，例如通过导轨系统能平移活动，导轨系统可使发射器120、因而使头部125相对于容器10滑动。

与现有技术相比，头部125倾斜可增加容器10接收到的电子剂量。

有利地，借助于发射器头部发射的电子束f的利用，这种增加可允许减少配备于容器10制造设备的灭菌装置100中使用的发射器数量。

为了说明本发明的原理，图3中示出两个不同尺寸的容器10，第一容器10具有高度h1，第二容器10具有高度h2，第二容器10的高度h2大于第一容器10的高度h1。

为使容器10的辐照最佳化及限制发射器120发射的电子的损失，发射器120的头部125相对于容器10倾斜所述倾斜角度α，倾斜角度根据容器10的高度h加以确定。

倾斜角度α相应于发射器120的主轴线a和容器10的轴线o相交形成的角度，容器10沿循的移动方向正交于容器10的主轴线o，如图3上箭头所示。

根据图3所示的这两个示例，发射器120以在其主轴线a与具有高度h1的容器10的轴线o之间的倾斜角度α1倾斜，或者以在其主轴线a与具有高度h2的容器10的轴线o之间的倾斜角度α2倾斜。

优选地，发射器120的头部125倾斜成使两个端部分别延伸超过容器10的颈部14和底部16，发射器120的所述两个端部由虚线矩形示于图3上。

有利地，容器10的颈部14和底部16因而由发射器120的头部125的径向相对的部分所发射的电子束f最佳地辐照，而不是由其一区部局部地辐照。

如图3所示，(沿例如箭头所示的容器流fx的从右向左移动的方向)，容器10在发射器120的头部125的两个端部之间经过一段距离l1或l2，从底部16向颈部14相继受到辐照。

有利地，在由发射器120发射的电子束f辐照期间，容器10同时被驱动围绕其轴线o自转。

优选地，容器10被驱动自转的速度确定成，容器10的整个圆周受至少一倍的辐照。

有利地，每个容器10因而受电子束(一般英文术语为“e-beam”)f均匀辐照。

优选地，从外部使容器10灭菌的辐照由脉冲电子束f获得，即由一系列脉冲形成的电子束获得。

有利地，形成所述脉冲电子束f的脉冲的发射持续时间、强度和能量取决于应用情况。

例如，关于这种脉冲型电子束f的物理特征，可参阅前述文献wo-2016/120544的教导。

有利地，发射器120具有根据本发明的可倾斜的头部125，这种发射器可取代灭菌装置100的发射器101至105中的至少一个。

优选地，多个发射器120沿着传送系统200输送的容器10的容器流fx所沿循的路线布置。

因此，对于每种容器10，则通过使每个发射器的头部倾斜以最大限度利用其发射的电子束f，灭菌装置100可达到最佳化。

有利地，与参照图1和2描述的现有技术相比，由于完全消除了电子损失，那么，给定容器10获得辐照剂量所需的发射器总数量可以减少。

因此，例如可以使用较少数量的发射器，例如使用三个发射器，而不是以前的五个发射器，而且这还不会影响容器10接收到的辐照剂量，从而保持最终获得的灭菌度。

有利地，灭菌装置100中的发射器数量减少，可大为降低利用电子束f辐照灭菌的应用成本。

实际上，对于至少等同的灭菌效果，发射器数量的减少首先可降低尤其用于装备容器10制造设备的灭菌装置100的购置成本。

有利地，发射器数量的减少，继而还可降低灭菌装置100的使用成本，特别是产生电子束f所需的电能消耗的成本。

灭菌装置100具有多个发射器120，例如三个，它们沿传送系统200输送的容器10的容器流fx所沿循的路线布置，如图1所示。

移动平面由容器的主轴线o的方向和由容器10的容器流fx沿循的移动方向限定。

辐照平面由电子束的传导方向和由头部的主轴线a的方向限定。

有利地，移动平面和辐照平面彼此垂直。

在第一种有利的实施方式中，传导方向垂直于移动平面，角α用于在容器移动过程中使辐照最佳化。

在第二种有利的实施方式中，传导方向不垂直于移动平面。可考虑容器的高度，以使头部定位成辐照容器的底部，从而可使辐照最佳化。

本发明还提出热塑性材料容器10的这种容器流fx由灭菌装置100进行辐照灭菌的辐照灭菌方法，如前所述，所述容器10具有主轴线o，具有主体12，所述主体12配有颈部14并由底部16封闭，所述灭菌装置100具有至少一个发射器120，发射器配有头部125，所述头部125具有主轴线a，用于发射电子束f。

如前所述，传送系统200输送的容器10的容器流fx所沿循的移动方向，正交于容器10的主轴线o。

根据本发明，所述处理方法至少包括由所述发射器120的头部125发射的电子束f从外部辐照所述至少一个容器10的辐照步骤，所述头部125布置成具有在发射器的主轴线a与容器的轴线o之间的倾斜角度α，该倾斜角度等于根据容器10的高度h确定的值。

有利地，所述处理方法至少包括预备调节步骤，其在容器10的容器流fx沿循的移动方向正交于容器10的主轴线o时在于：以具有使容器的高度h与发射器120的头部125的高度h之比接近1的确定值的倾斜角度α，调节发射器120的头部125的倾斜。

为了进一步增加容器流fx的每个容器10所接收到的辐照剂量，大于图2所示的发射器101的宽度l的两个相继容器10之间的间隔，有利地减小成容器10始终与电子束f相对。

如参照图1所解释的，容器10的容器流fx以确定间隔即初始间距p由传送系统200沿着给定路线进行输送，所述初始间距p相应于两个相继容器10的轴线o之间的距离。

有利地，所述处理方法至少包括用于控制传送系统的控制步骤，以便有选择地改变两个相继容器10之间的所述初始间距p，以至少在路线的至少一个具有头部125的发射器120布置在其中的辐照区域中，使所述容器流fx的容器10之间的间隔减小到小于所述初始间距p的最接近间距p’。

有利地，为获得所述容器流fx的容器10之间的最接近间距p’而对所述初始间距p的改变，通过改变所述辐照区域附近输送的容器10的移动速度获得。

间距的变化例如由凸轮和滚轮式机械装置获得，或者优选地由与每个输送的容器10相关联的电动装置例如电动机获得。

传送系统的控制步骤包括间距p改变初始步骤，其具有至少一个容器10减速阶段，用以获得所述最接近间距p’。

最接近间距p’相应于并置的容器10适于被驱动进行无干涉无接触地自转的最小间距。

有利地，由通过发射器头部对面的容器的速度降低获得间距p的减小，借此，受电子束f照射的时间增加，即最终增加了容器10接收到的与致死剂量相应的辐照剂量。

优选地，容器10的速度降低，但是保持大于零。但是，在变型中，容器10的速度可以临时为零，表示在容器由发射器辐照时停止。

有利地，传送系统控制步骤包括间距改变最终步骤，间距改变最终步骤具有至少一个加速阶段，用以重新改变容器10的间隔，以便在辐照之后，恢复容器流fx的容器10之间的所述初始间距p。