專利名稱：處理包裝容器的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理包裝容器的系統(tǒng)，尤其涉及用于填充機器的該系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及相應的方法。
背景技術：
在填充機器中，將流體或半流體產(chǎn)品填充到包裝容器，滅菌是個問題。關鍵是要將包裝容器滅菌并至少保持無菌的性質(zhì)直到將包裝容器密封。該特定應用涉及的條件是直接可填充(ready-to-fill)(或RTF)包裝容器的填充機器，包裝容器通過其開口端被填充。為了保持用于這樣包裝容器的填充機器中的無菌條件，人們可以考慮創(chuàng)造無菌空氣的同質(zhì)化單向流，來阻止雜質(zhì)通過包裝容器的開口端進入。這可以通過在填充機器頂部設置穿孔板實現(xiàn)，通過該板無菌空氣可以受控的方式流動。本發(fā)明無論如何在共同申請中提出了可替換的創(chuàng)造性解決方案，其使用射流產(chǎn)生無菌區(qū)域。該技術參考圖2和圖3被描述，并不視為包括在提出該申請時的現(xiàn)有技術狀態(tài)中。當引入的射流流入空氣中時發(fā)生吸入(entrainment)氣體現(xiàn)象，意味著該具有大速率的射流流將從其周圍吸入空氣。在對包裝容器進行滅菌、填充和密封的填充機器中，射流的使用可能是有益的，因為射流在打破邊界層是有效率的以致在射流的內(nèi)含物和待處理的包裝容器間提供好的接觸。然而，在這樣的填充機器中建立并維持無菌區(qū)域也是重要的，而且在這種背景下射流的使用可能會導致有關吸入周圍空氣的不可控以及填充機器中其他單向流干擾的難題。本申請的一些方面也公開在W02007/0M172和W02007/0M173中，以及引用在其中的參考文件中。應該注意到吸氣的難題在填充流體進入包裝容器時也可能發(fā)生， 流體也可能吸入污染物，表明吸氣的問題不僅僅與高速率的流體相關。上面提到的申請中，通過創(chuàng)制噴射噴嘴，至少在穩(wěn)定狀態(tài)情況下將吸入空氣進給至該噴嘴里。從而部分解決了吸氣的問難，這將進一步地在詳細的說明書中闡明。上面難題的總的解決方案是另外提供待被吸入的外部空氣，以便可以控制所吸入空氣的質(zhì)量，而且即使申請者不知道這樣的解決方案，根據(jù)現(xiàn)有技術，對于熟練的技術人員而言，提供通過設置在噴嘴上游面上的穿孔板的吸入空氣是明確的。這可能將提供在射流周圍可控質(zhì)量的空氣流，由此提供吸入空氣。取決于申請的領域，為此目的使用含有穿孔板的系統(tǒng)可能有優(yōu)點也有若干缺點。首先，該系統(tǒng)會占空間，因為穿孔板上游面上的空氣流動也必須是可控的。一個范例是將穿孔板設置在大歧管的一個部分，其中建立超壓，迫使空氣通過穿孔板。該方法顯然是占空間的。其次，對于食品應用從衛(wèi)生角度看穿孔板可能是不合適的，因為其提供給每個容積大的表面，而污染物會停留在該表面上。為此穿孔板也可能難以清除，特別是在自動方式下穿孔板放置在機器中時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供處理包裝容器的系統(tǒng)，提供了消除現(xiàn)有技術中這樣的或其他的缺點的解決方案，該系統(tǒng)包括具有上段和下段的通道；適合運送包裝容器通過所述通道的運送裝置，包裝容器的開口端位于所述上段內(nèi)；在所述通道上段上的噴嘴，其用于朝所述運送裝置的方向引入射流以處理包裝容器；以及在所述通道下段上的通風裝置；其中所述系統(tǒng)包括在所述通道的上段部分通道的長度方向提供無菌的吸入空氣流的裝置，以便待被吸入到射流中的空氣可以由無菌的空氣流提供。將經(jīng)過濾、滅菌后的空氣供給流提供于所述射流將阻止所述射流從其周圍以不可控的方式吸入空氣。如果這樣的供給不出現(xiàn)，周圍被吸入的空氣反倒會產(chǎn)生減小的壓強，并且就會出現(xiàn)來自所述通道下段的空氣流的風險。在所述上段被認為是無菌并且所述下段非無菌的情況下，結果會是毀滅性的，因為其將毀壞所述上段的無菌性質(zhì)。本發(fā)明提供了該難題的解決方案。如果提供過多經(jīng)過滅菌的、過濾的空氣就可以被認為是浪費，然而由于所述排出裝置在所述通道的下段，所以排出裝置將在從所述上段到所述下段的方向上只產(chǎn)生更強的總氣流，且因而不破壞所述上段的無菌性質(zhì)，無菌性質(zhì)被認為是最重要的性質(zhì)。所用的滅菌過濾空氣可聯(lián)想地為高效空氣過濾器過濾的(HEPA-filtered)無菌空氣。進一步地， 如果沒有提供吸入空氣，通過所述噴嘴的噴入射流將被遏制(quench)，導致了較小分散的射流，較小分散的射流也可能搖晃(flicker)并易于被拖拉向壁部，從而處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)一個或更多實施方式，無菌空氣流是自由流，由所述通道直接或間接引導，而不要求使用所述通道內(nèi)部或外部的導管。在所述通道內(nèi)部布置導管導致更復雜的幾何關系，其可能擾亂流場并致使清潔所述通道更加困難。使用沒有約束的自由流也是具成本效益的解決方案。在一個或若干個實施方式中，當噴入射流時所述噴嘴適應于產(chǎn)生再循環(huán)區(qū)域，其中將無菌吸入空氣流安排為被引導通過所述再循環(huán)區(qū)域。所述再循環(huán)區(qū)域?qū)⒕哂斜戎車膲簭娸^低的中心，且因此再循環(huán)區(qū)域可以被用于引導所述氣流通過所述通道的上段.在一個或更多個實施方式中所述通道可以具有縱向腰部，該縱向腰部具有比其上方或下方區(qū)域的截面尺寸較小的截面尺寸。所述腰部將簡化上無菌段的維護，而且也簡化了穩(wěn)定再循環(huán)區(qū)域的產(chǎn)生和吸入氣流的引導。所述發(fā)明系統(tǒng)可以在一個或若干個實施方式中，為沿著所述通道長度設置的一系列的噴嘴所噴射的射流提供吸入空氣。通過這種方式可以將簡單的供給系統(tǒng)利用于若干噴嘴，消除了各自定制解決方案的需要。根據(jù)一個或更多個實施方式可以將所述噴嘴沿著或?qū)ΨQ地沿著所述通道的中心縱向線排列，并且將所述氣流設置為被引入所述系列噴嘴和所述通道兩邊的縱向側壁之間。本發(fā)明也涉及使用所述發(fā)明系統(tǒng)的方法，即在填充機器中，將吸入空氣提供給通過設置在通道上部的噴嘴所噴射的射流的方法，其中具有開口端朝上的包裝容器被沿機器方向運送通過所述通道，該方法包括步驟在所述通道上段沿長度方向弓丨導吸入空氣的自由流動。所述通道可以具有縱向腰部，該縱向腰部具有比其上方和下方區(qū)域的截面尺寸較小的截面尺寸，且在一個或更多個實施方式中吸入空氣氣流可以被導入所述腰部上方的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)所述氣流可以被引導進并沿著這些再循環(huán)區(qū)域近似的中心。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，利用所述發(fā)明系統(tǒng)和方法的填充機器的局部原理概圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，上面所述填充機器區(qū)域的部分截面圖。圖3是本發(fā)明另一實施方式的類似圖2的截面圖。
具體實施例方式圖1是使用了本發(fā)明系統(tǒng)的填充機器的局部原理概圖。包裝容器108具有翻轉(zhuǎn)向上的開口底端110，圖1中包裝容器108在運送裝置114上沿從右到左的運送方向被運送。 運送包裝容器的通道100可以是具有實質(zhì)上一致截面的通道100，或者是分別如圖2和圖3 所示具有定義的腰部的截面，但其他截面也是可行的。在進入圖1范圍之前，包裝容器108 已經(jīng)通過了預熱區(qū)和滅菌區(qū)，并且在滅菌區(qū)包裝容器108已經(jīng)經(jīng)過了滅菌劑處理。在滅菌區(qū)域之后設置氣閘以便消除在該段從左到右的氣流。在通風區(qū)域(V)確保了沒有明顯的 (significant)滅菌劑殘余留在包裝容器中。用于這個目的的噴入噴嘴可以是在先前提及的申請中公開的種類。在隨后的填充區(qū)域(F)包裝容器被填充其填充物，諸如牛奶或果汁等。在離開圖1范圍之后，包裝容器108的開口端110被封閉并折疊為合適的形狀。在該點之后包裝容器108就可以再次經(jīng)歷非無菌處理。經(jīng)HEPA過濾的無菌空氣通過垂直通道被迫使進入系統(tǒng)，并用于維持填充機器足夠區(qū)域的無菌性、提供待注入的無菌空氣，并為噴入射流提供吸入空氣，射流將被更詳細描述?？梢员惶峁┙o噴射噴嘴，用于預熱、滅菌和通風的無菌空氣可以通過設置在通道頂部上的歧管(未示出)分配，包裝容器被導入通道中。返回到通道100，通道不論截面如何，通道可操作地被分為上容積的上段和下容積的下段。上容積通過其無菌條件界定并具有噴入氣體的裝置，在其某些段中通常為無菌過濾空氣。在填充區(qū)，為了在上容積和下容積之間創(chuàng)造屏障，使用了設置在上容積的噴嘴。這參考圖2和圖3進行描述，并進一步描述在同一申請人同一天提交的共同待審的申請中，且因此不在這里詳細描述。然而，簡而言之其作用如下圖2示出了本發(fā)明的一個實施方式，并表現(xiàn)為在填充機器的填充區(qū)中與包裝的運送方向(機器方向MD)正交的截面原理圖。包裝108通過附在運送線115上的載體114 被運載。圓形噴嘴116形式的兩行氣體噴入裝置被設置在填充區(qū)的頂部，并且這些噴嘴向下噴入無菌空氣。來自每個噴嘴116的噴入空氣在其向下的路徑上形成發(fā)散的氣流，如從噴嘴開口延伸的點線所示。從流體力學觀點看氣流是湍流并且這里將對其不做詳細描述。 在一個實用的范例中，出口速率可以在10-20m/s的范圍內(nèi)，例如13m/s，且噴嘴孔的直徑為 4mm,即在湍流區(qū)域或轉(zhuǎn)捩流區(qū)域。點劃線顯示了點劃線上第一容積和點劃線下第二容積之間界面區(qū)域的近似位置。在相同的范例中噴嘴116被設置為兩行，鄰近噴嘴116中心到中心的距離為大約20mm。在界面區(qū)域?qū)⒖偸怯袉蜗驓饬?，高效地形成了防止從第二容積到第一容積大質(zhì)量(mass)運送的氣流屏障。無菌或滅菌的第一容積因此可以保持無菌或滅菌， 從而獨立于第二容積的氣體。界面區(qū)域的水平面(在圖2中的上下方向)可以取決于包裝 108是否存在而不同，也取決于是否在包裝108的運送期間，但必須強調(diào)的是界面區(qū)域的氣流將一直保持連續(xù)，這將導致可以建立固定且可靠的水平面，在機器和包裝的表面上以及在氣體中此水平面上方保持無菌或滅菌的條件。噴嘴116可以成行，且通常成對地設置，以便定義對稱設置。在圖中有一套噴嘴用于每個包裝標引位置，然而在本工作裝置中噴嘴116 之間設置了更小的距離，以便平均來說多于一對的噴嘴116被設置在每個標引位置。因為產(chǎn)生的氣流速率相對高，所以它將不像現(xiàn)有技術那樣容易受干涉氣流影響。例如當這個構思被用于填充機器的填充區(qū)時，由產(chǎn)品進入包裝108的氣流產(chǎn)生的干涉氣流將不會影響在界面區(qū)域氣流屏障的連續(xù)性。來自鄰近區(qū)域的干涉氣流，諸如來自通風區(qū)域，將不影響氣流屏障的維持。氣體排出裝置122被設置在第二容積。在通風區(qū)域，可以使用類似于W02007/0M172和W02007/0M173中提供的噴入噴嘴。為了不危害氣流屏障的完整，應該在通風區(qū)和填充區(qū)提供吸入空氣于噴入的空氣流。如果沒有提供額外的空氣，就會有噴入空氣流以不可控的方式吸入周圍空氣的風險，且在最糟的情況中產(chǎn)生穿過空氣流屏障的氣流并破壞上容積的無菌性質(zhì)。為了避免這種情況可以提供額外的空氣。實現(xiàn)提供額外空氣的簡單方式是如之前已經(jīng)提到的那樣，在上容器的頂部增加穿孔板。然而這是昂貴并相對復雜的解決方案，需要相對大質(zhì)量(mass)的氣流。解決此問題的本發(fā)明方式是沿著通道的長度產(chǎn)生基本上水平的無菌過濾吸入空氣氣流，如符號IM所示。該穩(wěn)定且可調(diào)的空氣流可以提供可靠的吸入空氣源，并結合具有引導向下分量的總氣流方向，氣流屏障的完整性將不會被危害。當吸入空氣流被吸入射流時，沿著通道基本水平的吸入空氣流將被放出，且因此將具有向下的分量。圖3示出了另一實施方式。在該實施方式中氣流限流器118、120已經(jīng)被設置在通道中。以這種方式減少了包裝108周圍的空間容積。在出現(xiàn)包裝108、沒有包裝116出現(xiàn)并在包裝108的運送期間，這種方式使得使用更少的分散的噴入空氣通過噴嘴116成為可能， 并且更容易得到氣體屏障。噴嘴116的發(fā)散性(divergence)可通過以公知的方式改變幾何形狀而改變。氣流限流器將在成行的噴嘴108外部產(chǎn)生穩(wěn)定的再循環(huán)區(qū)域(相對于噴嘴之間的虛擬的中心線)，再循環(huán)區(qū)域由彎曲的虛線箭頭示出。通道的這種設計也將增加吸入氣流的可用容積(可以在圖3中看到)。同樣在該情形下，沿著通道長度方向的基本水平的氣流由標號IM示出并將基本上沿著通道的長度方向傳導，該氣流結合再循環(huán)氣流將產(chǎn)生大體上沿與機器方向MD相反方向傳導的吸入空氣的渦流。當吸入空氣時該渦流將減弱，且在該氣流到達氣閘有效地將無菌區(qū)從通風區(qū)分開時就從本質(zhì)上消除了水平分量，因為最小阻力的路徑是向下的。注意到基本水平的氣流是自由氣流、沒有導管或線的約束是重要的，導管或線會使氣流模式和結構復雜化，進而使得保持如此重要的無菌性變得更難。一方面通過在通風區(qū)和填充區(qū)控制通過噴嘴噴入的空氣，以及從設置在第二容積中的氣體排出裝置排出的空氣，來從實質(zhì)上對氣流進行控制。通過無菌HEPA氣流的適當平衡，空氣將自動進入上通道。 為使該氣流路徑更便捷，例如以板132的形式的封堵裝置在填充區(qū)的下游端部覆蓋通道 100的下容積截面的主要部分。類似的封堵可以被設置在上游端部無菌區(qū)和通風區(qū)之間的界面，以封阻那里無菌區(qū)和通風區(qū)之間的氣體交換，且在該端部封堵可以被設置為基本上覆蓋整個截面，而只留下允許將包裝以機器方向運送的開口。氣體排出裝置可以被設置成沿通道100的截面方向延伸的導管122，導管122之間的距離對應于載體114之間的距離。導管除了其主要任務之外也將用于穩(wěn)定通道100的目的。導管可以具有例如在導管底部面上呈圓形開口的形式的排出噴嘴。如果將所有的排出導管122與相同的排出歧管結合的話，每個排出噴嘴排出率的控制可以由調(diào)節(jié)每個噴嘴的截面來安排?？偟呐懦雎嗜缓罂梢杂芍髋懦鲅b置控制，例如通過連接到歧管的排出泵控制。 每個噴嘴可以具有可變的截面，然而根據(jù)一個或更多個優(yōu)選的實施方式該截面是被優(yōu)化并固定了的(雖然每個噴嘴沒有必要是相同的)。氣體排出裝置將因此用于在通道中支持總是這樣重要的垂直氣流和在通道中支持水平氣流的雙重目的。簡短地返回到圖1所示，吸入空氣流將通過圖示通道的長度傳導，且在其路徑上部分氣流將被吸引到下容積。氣流將繼續(xù)沿著通道傳導直到其到達所述氣間，阻止其進入無菌區(qū)。HEPA過濾無菌空氣的區(qū)域是從HEPA通道130進入的氣流。這通過產(chǎn)生從無菌區(qū)域朝非無菌區(qū)域引導的氣流，具有供給吸入空氣流和維持填充機器的無菌區(qū)域中的無菌性的雙重目的。術語“無菌空氣”、“空氣流”等等已經(jīng)被用于該整個申請。熟練的技術人員認識到在填充機器的位置，例如滅菌劑的殘留物將會出現(xiàn)在氣體中，并且這些殘留物的出現(xiàn)不應當影響權利要求限定的保護范圍。本發(fā)明可以被應用在填充機器或包裝機器中，在數(shù)個由同一申請人在本申請的同日提交的共同待審的瑞典專利申請中披露了進一步的細節(jié)，引述在此作為參考。為此目的， 進一步的細節(jié)包括在處理包裝容器的內(nèi)部時可以使用的噴嘴被公開在名稱為“包裝的氣體處理裝置和方法”的申請中(SE-0900911-9)。用于在滅菌區(qū)域內(nèi)獲得優(yōu)化的殺菌劑濃度的方法在名為“用于包裝體殺菌的設備和方法”的專利申請(SE-0900907-7)中被披露。用于維持無菌性的裝置和方法被公開在“在兩個互相連接的容積之間維持氣流屏障的裝置和方法”的申請中(SE-0900911-9)，其可替換的裝置和方法被公開在“在通道的兩個容積之間維持氣流屏障的裝置和方法”的申請中(SE-0900913-5)。用于提供清潔后空氣的裝置，可以將其用于作為本發(fā)明填充區(qū)的吸入空氣和剩余空氣的來源，被公開在名稱為“用于提供清潔后空氣的裝置”的申請中(SE-0900908-5)。填充或包裝機器的一些不同方面被分別公開在名稱為“包裝機器和包裝方法I”的申請中(SE-0900909-3)和“包裝機器和包裝方法II ”的申請中(SE-0900910-1)。機器中用于提供吸入空氣流到噴射空氣流的系統(tǒng)被公開在名稱為“處理包裝容器的系統(tǒng)”的申請中(SE-0900912-7)，在此處結合提及的相關部分作為參考。
權利要求
1.處理包裝容器的系統(tǒng)，包括具有上段和下段的通道(100)；適合將包裝容器(108) 運送通過所述通道的輸送裝置(114)，所述包裝容器(10 的開口端位于所述上段內(nèi)；位于所述通道的所述上段的噴嘴(116)，其用于朝所述運送裝置(114)的方向引入射流以處理所述包裝容器(108)；以及在所述通道的下段的排出空氣裝置；其中所述系統(tǒng)被設置為在所述通道(100)的上段部分沿所述通道(100)的長度方向提供無菌吸入空氣流，以便待被吸入到所述射流中的空氣可以由無菌空氣流提供。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無菌空氣流為通過平衡通過所述排出空氣裝置的排出率和通過噴嘴(116)的噴入射流來控制的非受限氣流，所述無菌空氣流只由所述通道直接或間接地引導并引入所述通道的下游端部。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述無菌吸入空氣流被設置為引導通過當所述射流被引入通過所述噴嘴(116)時產(chǎn)生的再循環(huán)區(qū)域。
4.根據(jù)前面所述任一項權利要求所述的系統(tǒng)，其中所述通道具有縱向腰部，所述縱向腰部具有比其上方或下方區(qū)域的截面尺寸較小的截面尺寸。
5.根據(jù)前面所述任一項權利要求所述的系統(tǒng)，其中所述無菌空氣流為沿著所述通道長度設置的系列噴嘴(116)所噴射的射流提供吸入空氣。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述系列噴嘴沿著或者對稱地沿著所述通道的中心長度線設置，并且所述氣流被設置為被引入所述系列噴嘴和所述通道兩邊的縱向側壁之間。
7.根據(jù)前面所述任一項權利要求所述的系統(tǒng)，其中所述氣體排出裝置被設置在所述通道的下段用于驅(qū)動所述吸入空氣流。
8.根據(jù)前面所述任一項權利要求所述的系統(tǒng)，其中氣流限制被設置為在所述通道的一個或兩個末端阻擋所述通道下段的空氣流。
9.填充機器中處理包裝容器的方法，其中提供吸入空氣到由設置在通道(100)上部的噴嘴(116)所噴入的射流中，具有翻轉(zhuǎn)向上的開口端的包裝容器(108)沿機器方向被運送通過所述通道(100)，所述方法包括步驟通過平衡通過所述排出空氣裝置的排出率和通過噴嘴(116)的噴入射流，在所述通道 (100)上部的長度方向提供吸入空氣的非受限氣流；所述吸入空氣的非受限氣流只由所述通道(100)直接或間接地引導，并被引入所述通道(100)的下游端部。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述通道具有縱向腰部，所述縱向腰部具有比其上方或下方區(qū)域的截面尺寸較小的截面尺寸，且所述吸入空氣流被引導在所述腰部上方的區(qū)域。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法，其中所述吸入空氣的自由氣流由設置在所述通道下段的氣體排出裝置通過空氣排出驅(qū)動。
全文摘要
用于處理包裝容器的系統(tǒng)，包括具有上段和下段的通道，適合運送具有位于上段的開口端的包裝容器通過所述通道的運送裝置，位于所述通道的所述上段用于朝運送裝置的方向引入射流以處理包裝容器的噴嘴，以及位于所述通道的所述下段用于排出空氣的裝置，其中所述系統(tǒng)包括在所述通道上段部分沿所述通道的長度方向提供無菌吸入空氣流的裝置，以便噴射氣流中待吸入的空氣可以由無菌空氣流提供。本發(fā)明也涉及處理包裝容器的方法。
文檔編號B65B55/02GK102470942SQ201080026555
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者烏夫·林德布拉德, 詹妮·奧爾森, 達妮埃爾·阿帕魯?shù)? 邁克爾·奧爾森 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務有限公司