用于将产品填充到容器中的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于将产品、特别是液体食品填充到容器中的设备和方法。在容器从入口侧到出口侧穿过设备的工作腔的同时，无菌流体、特别是无菌空气作用在穿过工作腔的容器上，以便避免污染。有必要在工作腔中维持无菌氛围，直到在工作腔中的容器被封闭。

背景技术：

当将液体食品填充到容器中时，已经证明有利的是，将工作腔从入口侧开始划分成消毒区域和填充区域。从入口侧开始的消毒区域包括预热区、消毒区和干燥区。相邻的填充区域包括填充区和封闭区。在预热区中，利用热空气加热容器。容器随后进入到消毒区中，在该消毒区处，利用消毒剂，优选地利用过氧化氢(h2o2)作用在容器的外表面和内表面两者上。为了在消毒之后再次去除过氧化氢，容器随后进入到干燥区中，在该干燥区处利用热空气冲洗容器。随后在填充区中发生将液体食品实际填充到以该方式处理的容器中。最后，填充过的容器进入到封闭区中，在该封闭区中，封闭目前为止敞开的容器；这例如通过折叠顶翻盖来实现，然后在山形壁的区域中借助于密封工具对该顶翻盖进行加热和挤压。分隔壁位于填充区域和消毒区域之间，该分隔壁穿过工作腔横向于容器的输送路径延伸，该工作腔至少具有用于由输送装置沿着输送路径输送的容器的通路和用于引入无菌流体的管路。

在完成大数目的容器的填充以及穿过工作腔的输送之后，清洁工作腔。具体而言，水、碱基或酸基的清洁产品和过氧化氢(h2o2)喷雾剂被视为用于工作腔的清洁介质。

从wo2010/145978a2已知一种用于填充产品、特别是液体食品的通用设备和通用方法，其中，显著地减少了用于将无菌流体引入到工作腔中的管路的清洁的花费。借助于延伸穿过工作腔的具有多个开口的外部管路将无菌流体引入到工作腔中。为了将在设备的工作腔中的无菌流体均匀地分布在容器上，具有在容器上方延伸的开口的至少一个型材在工作腔中被布置在外部管路的下方，该型材将由外部管路引入的无菌流体分配在容器上。具有用于喷射清洁介质的多个喷嘴的内部管路延伸到外部管路中。在完成填充之后，在当在压力下从内部管路的喷嘴排出的清洁介质撞击在外部管路的内表面上时，在工作腔的清洁操作期间，围绕内部管路的外部管路被自动清洁。优选地，外部管路和内部管路被布置成使得它们能够绕其纵向轴线相对于彼此旋转，以便确保外部管路的内表面和工作腔的彻底清洁。

在该已知设备的操作期间，已经发现，来自消毒区域，特别是预热区和消毒区的未除菌热空气能够回流到用于无菌流体的外部管路中并且从而能够不利地影响在填充区中的无菌氛围。在外部管路的各位置处出现的喷吸作用是回流的原由。

此外，从外部管路的开口排出的无菌流体的质量流以及在工作腔中的无菌流体的流动分布并不是在所有操作条件下均适用以确保在工作腔中的无菌氛围得以维持。

最后，在将无菌流体引入到工作腔中期间出现显著的噪音污染。

技术实现要素：

从作为最接近的现有技术的wo2010/145978a2出发，本发明的目的是提供一种通用设备，其中改进了在工作腔、特别是填充区域中的无菌氛围。此外，要提供一种用于改进在工作腔中的无菌氛围的方法。

由具有权利要求1的特征的设备以及具有权利要求15的特征的方法解决了该目的。

环形腔的横截面面积至少分段地沿纵向方向变化，使得实现了沿着外部管路的长度的大致恒定的压力分布以及因此从外部管路中的开口排出到工作腔中的无菌流体的均匀分布。本发明通过环形腔的横截面面积的分段变化有目的地操控在环形腔中的无菌流体的压力和流速。这是以如下方式布置的，即，使横截面面积与在环形腔中的质量流的期望的减小平衡，以确保在环形腔中的恒定的轴向速度，并且因此还有恒定的静压。通过逐渐地将横截面面积减小到在环形腔的端部处实际为零，在环形腔的整个长度上实现恒定的静压，而没有显著建立滞止压力。

为了在特别关键的填充区域中实现无菌流体的均匀的静压分布以及均匀的流速，有利的是，环形腔的横截面在填充区域的整个长度上沿纵向方向变化。在实验中已经发现，通过环形腔的线性的横截面变化实现了最好的效果。

出于结构上的原因，外部管路的横截面在工作腔的整个长度上是恒定的。在横截面是环形的情况下，能够通过内部管路来实现环形腔的横截面面积的线性变化，所述内部管路具有至少分段地逐渐增加的直径。如上所述的横截面面积的线性变化在本发明中还应被理解成具有被构造成使环形腔的横截面面积线性地变化的侧表面。

如果外部管路沿纵向方向具有一致的横截面，则环形腔的横截面面积在流动方向上能够以特别简单的方式线性地减小，其中内部管路的横截面面积沿纵向方向线性地增加。针对具有环形横截面的外部管路和内部管路获得以下关系：

允许内部管路直径dclean变化以获得横截面面积的线性减小，得到沿着管路的长度x的在内部管路和具有直径dhepa的外部管路之间的环形腔的横截面面积across的如下表达式：

iacross(x)＝ax+b，和

ii

如果内部管路的直径增加在第一开口(清洁喷嘴)的中央部处开始，并且我们限定在该点处x＝0，则根据该等式i，该横截面是：

并且，

across(lclean)＝0

因此，在等式i中的常数是：

并且，

并且等式i变成：

将等式i和ii结合：

解dclean(x)：

iii

换言之，内部管路(清洁管道)的直径应当是距在内部管路中的第一开口的距离x的平方根函数。

如果外部管路和内部管路能够绕它们的纵向轴线相对于彼此旋转，则外部管路的内部清洁能够在其整个周部上被进一步改进。

为了在该设备的工作腔中以两个阶段在容器上方分配无菌流体、特别是无菌空气，在本发明的一个实施例中提出，具有在容器上方延伸的开口的至少一个型材在工作腔中被布置在外部管路下方，该至少一个型材在容器上方分配通过外部管路引入的无菌流体。具体地，矩形型材或者有角度的型材被视作型材类型。

矩形型材具有与宽度相比小的高度。因此它们还被指定为(穿孔)板。

为了能够利用清洁介质实现(多个)型材的特别是全方位的清洁，在本发明的有利的实施例中，每个型材均被布置成能够绕如下轴线旋转，该型材能够绕该轴线在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置中，在工作腔中存在有容器，并且在第二位置中，在工作腔中不存在有容器。在型材的第二位置中施加清洁介质。

为了增加在环形腔中的无菌流体的静压，在本发明的一个实施例中，设置成在外部管路内的内部管路能够旋转到至少一个封闭位置中，在所述至少一个封闭位置中，至少一个封闭元件关于环形腔封闭内部管路中的开口。不考虑该特征，在将无菌流体引入到工作腔中期间，内部管路与清洁介质的供应源断开。

静压的增加减小了喷吸作用以及因此未除菌的空气回流到用于无菌流体的外部管路中的风险。

在填充区域的上游的外部管路(优选地在消毒区域的整个长度上)不具有用于将无菌流体引入到工作腔中的开口的时候，也能够防止未除菌空气回流到用于无菌流体的外部管路中。同时，在消毒区域中缺乏开口具有如下效果，即，在将无菌流体引入到工作腔中期间减小噪音污染。

为了确保在工作腔内的无菌流体的层流尽可能竖直，在工作腔中的无菌流体的静压必须显著地高于动压。如果静压显著地高于动压，则能够显著地减小无菌流体穿过板的不期望的回流。

然而，在实验中已经发现，在一些情形中在工作腔的填充区域中的各位置处，能够出现无菌流体的过低的静压以及相对高的局部流速。填充区域内的在填充站上游的位置是最成问题的。由于过低的静压，能够穿过穿孔板发生回流。为了避免回流、在工作腔的消毒区域中的无菌流体的湍流以及不均匀流动分布，在本发明的一个实施例中，至少一个流动体被布置在分隔壁和填充区域中的填充站之间，该至少一个流动体向从外部管路的开口排出的无菌流体提供流动阻力。流动体例如是壁，当型材位于第一位置中时，该壁填充在型材上方在填充区域中的工作腔的自由横截面。

附图说明

以下基于附图更详细地解释本发明：

图1示出穿过填充机器的示意性局部纵向横截面；

图2a)示出穿过延伸穿过在图1中示出的填充机器的内部管路和外部管路的放大横截面；

图2b)示出穿过延伸穿过在图1中示出的填充机器的消毒区域的内部管路和外部管路的放大局部横截面；

图2c)示出穿过延伸穿过在图1中示出的填充机器的填充区域的内部管路和外部管路的放大局部横截面。

具体实施方式

填充机器1包括无菌工作腔2，该无菌工作腔2具有中空大致矩形体的形式。

借助于环形输送带2a将被设计成保持饮品的容器3沿着在工作腔2的纵向方向5上的至少一个输送路径从工作腔2的入口侧4a输送到出口侧4b。

从入口侧4a出发，沿着工作腔的长度将工作腔2划分成消毒区域6和填充区域7。消毒区域6通过横向于纵向方向5延伸的分隔壁8与填充区域7分隔。

消毒区域6从入口侧4a开始包括预热区6a、消毒区6b和干燥区6c。相邻的填充区域7包括填充区7a和封闭区7b。在填充区7a中借助于填充站15发生将液体食品填充到在消毒区域6中被预处理的容器3中。目前为止敞开的已填充容器3随后进入封闭区7b中，在该封闭区7b中容器3被封闭。

用于热空气、过氧化氢以及可选地用于诸如用以防止饮品氧化的二氧化氮的过程气体的馈送元件从工作腔2的顶部突出到消毒区域6的不同区6a、b、c中。

至少一个外部管路9与内部管路10的纵向轴线同心地布置在工作腔2的顶部下方，外部管路9被构造成气体分配管道，气体分配管道用于无菌空气，内部管路10被构造成喷射管道，喷射管道用于清洁介质。外部管路9和内部管路10从入口侧4a到出口侧4b延伸穿过整个工作腔2。在竖直投影中，外部管路9向容器3的输送路径的左侧或右侧偏离地定位。

每个外部管路9均具有多个气体开口9a，该多个气体开9a在外部管路9的延伸穿过填充区域7的区段上均匀地分布并且还绕其周边均匀地分布。在延伸穿过消毒区域6和填充区域7的与外部管路9的纵向轴线平行的管路上，存在一些比气体开口9a大的开口9b。在与每个内部管路10的纵向轴线平行的管路上，扇形喷嘴的若干个清洁介质开口10a被布置在外部管路10的侧表面上。清洁介质开口10a的尺寸和型材与外部管路9中的开口9b的尺寸和型材近似一致。

环形腔11在内部管路10和外部管路9之间沿纵向方向5延伸，该环形腔具有在工作腔2的出口侧4b处的封闭端11a。

用于将无菌空气供应到环形腔11中的入口12被布置在环形腔的相反端上，从而限定从入口12开始朝向环形腔11的封闭端11a的无菌空气的流动方向。

在一侧10b上，内部管路10在其端部处被封闭。在相反侧上，内部管路被连接到用于将清洁介质供应到内部管路10的内部的供应源。

内部管路9和外部管路10能够借助于在工作腔2外侧安装在一个端部处的驱动装置绕它们的纵向轴线相互独立地旋转。

在外部管路9的下方且在容器3的填充平面的上方，被构造成平坦穿孔板的型材13被安装在从动轴上。这些穿孔板能够旋转出在图1中示出的水平操作位置进入到清洁位置中，反之亦然。当处于其操作位置中时的在填充区域7中被穿孔板覆盖的整个区域范围覆盖具有如下结果，在位于穿孔板下方的填充平面中最佳地分配通过外部管路9供应的无菌空气。

为了实现在特别关键的填充区域7中的无菌空气的均匀分布、均匀的压力分布以及无菌流体的均匀流速，环形腔11的横截面面积11b在填充区域7的大致整个长度上沿纵向方向5变化。如在图2c中最好地示出的，环形腔11的横截面面积11b沿流动方向朝向环形腔11的封闭端11a线性地减小。横截面面积11b的减小抵消朝向环形腔11的封闭端11a的静压的增加。同时，流动速度变得更均匀。

出于结构上的原因，被构造成管道的外部管路9的环形横截面9c在工作腔2的整个长度上是均匀的。环形腔11的横截面面积11b的线性变化通过被构造成管道的内部管路10来实现，所述管道的直径大致在填充区域7的整个长度上增加。

在特定操作条件下，从在外部管路9中的气体开口9a排出的无菌空气可能依然具有在工作腔2的纵向方向5上的高流速，从而在工作腔2中导致湍流以及在分隔壁8的后方在填充区域7内具有过低的静压的区域。该过低的静压可能导致无菌空气穿过穿孔板13回流。为了避免湍流以及局部过低的静压，在本发明的一个实施例中，流动体14被布置在分隔壁8和填充区域7中的填充站15之间，该流动体14对从外部管路9的开口9a排出的无菌流体提供流动阻力。所述流动体14是与分隔壁8隔开一距离平行布置的额外的壁，当穿孔板13位于在图1中示出的水平工作位置中时，该额外的壁在填充区域7中在穿孔板13的上方填充工作腔2的自由横截面。该额外的壁在填充区7a内产生额外的腔，从而限制无菌空气在该区中的流动并且由此减少湍流以及增加静压。

此外，在这样的操作条件下，可能可取的是，通过提供密封元件来限制无菌空气从消毒区域6溢出到填充区域7，该密封元件更充分地封闭在两个区域6、7之间的分隔壁8。

填充机器在利用饮品来填充容器3期间以及在利用清洁介质进行随后的清洁处理期间如下地操作：

首先，输送器2a将多个容器3同时输送到预热区6a中，在该预热区中，利用热空气对所有的容器3同时进行处理。然后被热空气加热的容器3前进到消毒区6b，在该消毒区6b处利用过氧化氢对该容器3进行处理。在处理的接下来的步骤中，容器3被送到干燥区6c，在该干燥区处利用空气来干燥过氧化氢。离开消毒区域6的消过毒的容器3现在前进到填充区7a，在填充区7a中，通过填充站15的馈送元件同时地用饮品来填充消毒过的容器3，之后，与输送路径平行地定向的顶翻盖在接下来的封闭区7b中被引导型材机械地封闭并且然后被密封工具7c加热并挤压在一起。最后，现在密封的容器3在出口侧4b处离开工作腔2。

为了维持在工作腔2中的清洁空间氛围直到容器3已经在封闭区7b中被封闭，连续地通过外部管路9供应通过气体开口9a流出到工作腔2中的无菌空气。被构造成具有均匀的环形横截面9c的管道的外部管路9与被构造成直径大致在填充区域的整个长度上增加的管道的内部管道10一起在填充区域7a内提供恒定压力分布以及从气体开口9a排出的无菌空气的均匀分布。

在完成大数目的容器3的填充以及穿过工作腔2的输送之后，在下一填充操作之前必须彻底地清洁填充机器1。出于该目的，内部管路10被供应以清洁介质，该清洁介质通过被布置在笔直管路中的清洁介质开口10a排出。在清洁处理期间，内部管路10绕其纵向轴线旋转。在外部管路9中的较大开口9b与内部管路10的扇形喷嘴的清洁介质开口10a对准以确保在清洁操作期间清洁介质的不受阻碍的流出。外部管路9与内部管路10在相同方向上同步地旋转，使得清洁介质开口10a在整个清洁操作期间保持与较大的开口9b对准。

最后，外部管路9的旋转停止和/或其旋转方向倒转以确保从清洁介质开口10a排出的清洁介质分布在外部管路9的整个内表面上。

为了在穿孔板13的下方的区域也能够在工作腔2的清洁期间被有效地清洁，在清洁操作期间，穿孔板枢转到竖直清洁位置中。为了在所有侧面清洁穿孔板13本身，这些板13枢转360度至少一次，优选地多次，使得穿孔板13的所有表面至少一次直接暴露于从清洁介质开口10a排出的清洁介质。