устройство для стерильной упаковки текучих веществ

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРИЛЬНОЙ УПАКОВКИ ТЕКУЧИХ ВЕЩЕСТВ, содержащее корпус, стерилизационную камеру, стерильно чистую камеру, электронно-лучевой прибор и расположенные друг за другом первый ленточный транспортер, промежуточное транспортирующее средство, расположенное в стерилизационной камере, и второй ленточный транспортер, расположенный в стерильно чистой камере, охваченной корпусом, причем в стерильно чистой камере расположены заполняющие и запечатывающее средства, а в стенке корпуса расположен выходной шлюз, отличающееся тем, что стерилизационная камера выполнена в виде входного шлюза и является частью корпуса, охватывающего стерильно чистую камеру, причем входной шлюз имеет по меньшей мере одну подвижную заслонку и преимущественно также один туннель, а в стерилизационной камере расположен электронно-лучевой прибор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточное транспортирующее средство содержит опору под упаковку, приспособленную для перемещения через стерилизационную камеру.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что упаковочное средство содержит приспособления для вращения упаковок вокруг их продольной оси для установки в диагональное положение.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что ленточные конвейеры и/или промежуточное транспортирующее средство выполнены в виде множества транспортирующих средств.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что по меньшей мере один электронно-лучевой прибор установлен так, что направление излучения к направлению транспортирования упаковок составляет угол в 45^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройствам для стерильной упаковки текучих веществ.

Известно упаковывание текучих продуктов в стерильных или асептических условиях, например упаковывание молока длительного хранения или так называемого Н-молока в тару, боковые стенки которой состоят из бумаги, покрытой пластиком, а крышка и днище расположены в торцовых стенках. Сначала создают тару, которую подвергают стерилизации, причем тара с одного конца открыта, затем ее заполняют продуктом и запечатывают в стерильно чистой камере, далее ее направляют к следующим станциям обработки для наружной упаковки или выполнения аналогичной операции.

Если заполнение, запечатывание и окончательное формирование упаковки осуществляют в стерильно чистой камере, то всегда возникает проблема, связанная с тем, как обеспечить стерилизацию тары, перемещение ее через выходной канал в стерильно чистую камеру, обработку ее там и затем снова выход этой тары из выходного канала, не затрачивая на это слишком много энергии, расходуемой, например, при прохождении тары через входной и выходной каналы или осуществлении процесса стерилизации.

Известно использование высоких температур, водорода или облучения электронами для осуществления стерилизации листовой бумаги или аналогичного упаковочного материала, покрытого синтетическим пластиком или алюминием.

Однако при применении способа облучения электронами возникают особые проблемы, связанные с размещением стерильно чистой камеры и конструкцией входных-выходных каналов.

Кроме того, рынок показывает, что количество упаковок, заполненных стерильным продуктом, например стерилизованным молоком, возросло настолько, что оборудование для упаковки Н-молока или аналогичного продукта должно обладать высокой производительностью, т.е. за единицу времени осуществлять при стерилизации заполнение продуктом большого количества тары.

Цель изобретения создание устройства для стерильной упаковки текучих материалов, имеющего упрощенную конструкцию и обеспечивающего более эффективную стерилизацию.

Для этого стерилизационную камеру одновременно используют и как входной канал. Таким образом, создан двухэтапный производственный процесс, при котором незаполненную тару, открытую с одного конца, сначала стерилизуют, а затем на втором этапе, где тару содержат в стерильных условиях, ее заполняют продуктом и запечатывают. Если между первым ленточным конвейером и стерилизационной камерой предусмотрены входные средства, выполненные в виде в большей или меньшей степени плотно закрывающей заслонки, закрываемого отверстия или в виде прерывисто открывающейся створки, неполное закрытие этой створки или входного средства не приведет к тем невыгодным последствиям, которые могли бы быть вызваны наличием входного канала непосредственно в корпусе стерильно чистой камеры, так как стерилизующее средство уничтожит всякие уловленные бактерии или аналогичные объекты. В частности, невозможно поддерживать надлежащую герметичность в зоне створок, туннелей или отверстий с поворотным средством, в частности резиновых рукавов, используемых в качестве входных выходных каналов. Комбинирование стерилизационной камеры с входным каналом позволяет в значительной степени решить эту проблему и, следовательно, дает возможность упростить конструкцию устройства для упаковки с достижением дополнительного эффекта, заключающегося в том, что может осуществляться значительно более эффективная стерилизация.

Целесообразно использовать в стерилизационной камере по меньшей мере один источник испускания электронного луча.

Известна стерилизация поверхностей путем применения высоких температур, нагретого пара, водорода и электронных лучей. Наиболее часто используют пар или водород.

Предлагаемое устройство позволяет использовать (что является более выгодным) источники регулируемого электронного излучения, работающие с меньшими затратами энергии, причем их электронно-лучевые генераторы рассчитаны на энергию 250-300 кэВ. Этого практически достаточно, чтобы облучать движущуюся цепочку упаковок одним источником испускания электронного луча. Большего эффекта можно достигнуть, если располагать два таких источника так, чтобы их окна испускания электронного луча располагались одно напротив другого. Для этого упаковки, подлежащие облучению, располагают между двумя обращенными одно к другому окнами источников испускания электронного луча, при этом в местах, где не транспортируются упаковки, располагают экраны, выполненные предпочтительно из свинца и предназначенные для того, чтобы прерывать или отражать лучи. Корпус стерилизационной камеры также лучше выполнить с освинцованными стенками. Между окнами источников испускания электронного луча должен располагаться защитный экран.

Упаковки должны транспортироваться через поле электронного луча в направлении их основной продольной оси. Для этого промежуточное транспортирующее средство содержит опору под упаковку, которая приспособлена для перемещения через стерилизационную камеру. Эта опора может иметь небольшие размеры им перемещаться при помощи штока в вертикальном направлении, причем в этом случае первый ленточный конвейер располагают ниже второго. Стерилизационная камера составляет часть корпуса, содержащего стерильно чистую камеру, а выходной канал имеет туннель и по меньшей мере одну подвижную закрывающую заслонку.

В данной области техники известны различные типы переходных каналов. Так, в случае вертикального перемещения опоры под упаковку, которое рассматривается как предпочтительное для предлагаемого устройства, могут быть использованы подвижные закрывающие заслонки, обеспечивающие насколько возможно лучшее закрытие в зоне входа в корпус и за ней, при дальнейшем движении упаковки внутри корпуса и подвижных частей в корпусе, связанных с опорой под упаковку. Эти закрывающие заслонки выгодно открываются только тогда, когда заходит тара; после этого они возвращаются по крайней мере частично в положение закрытия, при этом один шток может продолжать перемещать опору под упаковку. Эту функцию может выполнять одна закрывающая заслонка. Однако, целесообразно предусмотреть еще одну закрывающую заслонку либо в качестве опоры, поддерживающей упаковку, либо расположенную параллельно ей, причем закрывающую заслонку покрывают свинцом или изготавливают целиком из свинца. Она закрывает корпус непосредственно после открытия входа и заходе упаковки. Следовательно, несмотря на то, что источники испускания электронного луча расположены в непосредственной близости от отверстия канала, защитные средства при включенных источниках испускания электронного луча не допускают нежелательный выход лучей наружу. Первоначально открытая первая закрывающая заслонка остается, следовательно, в открытом положении.

В предлагаемом устройстве может быть выполнен туннель, входное отверстие которого герметично закрывается освинцованной пластиной, перемещающейся вместе с опорой, но не позже, чем после того, как раскрытая тара полностью зайдет в устройство.

В этом туннеле в качестве входного средства на переходе из наружной стороны во входной канал может использоваться описанная закрывающая заслонка, которая, например, при выходе упаковки вместе с опорой наружу и отводе при этом освинцованной пластины от отверстия вверх обеспечивает закрытие этого отверстия. При помощи такой закрывающей створки или другого средства канал с его туннелем может также быть закрытым, когда упаковка располагается на нижнем, первом, ленточном конвейере. В этом случае может быть уменьшена утечка стерильно чистого воздуха, стремящегося выйти из стерилизационной камеры, где давление выше атмосферного.

Это небольшое избыточное давление стерильно чистого воздуха в камере является полезным, так как оно препятствует попаданию загрязненного бактериями воздуха из наружной окружающей среды в стерилизационную камеру. Стерильно чистый воздух получают, например, путем фильтрации с применением стерильного фильтра. Закрывающие заслонки или аналогичные средства предпочтительно поддерживают в определенных пределах уровень потерь стерильно чистого воздуха.

Упаковочное средство содержит средство поворачивания упаковок вокруг их продольной оси с установкой в диагональное положение. Используются все известные виды упаковок для продуктов, например молока. Существуют упаковки четырехгранные, в виде кубоида или прямоугольного параллелепипеда или даже в имеющие трубчатую форму. Кроме того, на рынке уже появились упаковки, имеющие квадратное поперечное сечение и прямоугольное продольное сечение. Корпус такой упаковочной тары содержит плоские боковые стенки, разделенные между собой четырьмя кромками. При перемещении такой упаковки в продольном направлении мимо окна источника испускания электронного луча облучению подвергается только та поверхность, которая обращена к этому окну. Однако желательно подвергать облучению все поверхности упаковки с тем, чтобы получить полностью и всецело стерилизованную упаковку на выходе ее из стерилизационной камеры.

По этой причине и используют так называемое диагональное положение. Это положение, при котором в случае применения упаковочной тары прямоугольного поперечного сечения в каждом случае к окну источника испускания электронного луча обращено одно угловое ребро упаковки. Таким образом, при прохождении упаковочной тары мимо источника излучения облучению подвергаются и, следовательно, стерилизуются обе поверхности, смежные с этим ребром и видимые в проекции для источника излучения. Для установки упаковок в такое диагональное положение предусмотрено средство поворачивания упаковок. Продольной осью упаковки в предлагаемом устройстве могла бы быть ось упаковки, в которой осуществляют перемещение упаковки с первого ленточного конвейера через стерилизационную камеру или переходный канал на второй ленточный конвейер, предпочтительно в вертикальном направлении. Трубчатая упаковка в этом случае стояла бы вертикально на опоре под упаковку так, чтобы ее продольное направление, например продольная центральная ось, проходило вертикально.

Упомянутое средство поворачивания упаковок может устанавливаться впереди первого ленточного конвейера или на нем, но в любом случае до входа в входной канал с тем, чтобы упаковка проходила через входной канал, т.е. через стерилизационную камеру и мимо источников излучения, находясь в диагональном положении. В этом повернутом положении упаковка может оставаться и в корпусе, в котором находится стерилизационная камера. Однако может быть предусмотрено и другое средство для поворачивания упаковки в прежнее положение и перемещения ее в так называемом прямом положении.

В предлагаемом устройстве на опору устанавливается одновременно множество упаковок и, следовательно, множество упаковок совершает одновременно перемещение мимо источника или источников испускания электронного луча. В случае использования подходящих источников испускания электронного луча и при вертикальном перемещении промежуточного контейнера удлиненные окна источников могли бы располагаться горизонтально на одной линии, создавая широкое поле излучения, через которое одновременно могло бы транспортироваться множество упаковок.

Для одновременного облучения всех поверхностей упаковки источниками излучения источник излучения может устанавливаться наклонно. Здесь важно, чтобы упаковка проходила через поле наклонно направленного излучения и чтобы в результате этого ее прохождения через поле все ее поверхности были облучены и тем самым стерилизованы.

В этом случае предпочтительно, чтобы по меньшей мере один источник испускания электронного луча располагался так, чтобы угол излучения к направлению движения упаковок составлял примерно 45^о. Здесь для каждого источника излучения возможны четыре положения. Если направление движения упаковок лежит в одной плоскости или если желают использовать два источника испускания электронного луча, то с каждой стороны этой воображаемой плоскости, проходящей через направление движения упаковок, имеются две возможные позиции для соответствующего источника электронного луча, а именно это всегда будет позиция, при которой направление излучения находится под углом 45^о к направлению подачи упаковок или к поверхности упаковки.

На фиг. 1 схематически изображено устройство в целом для изготовления упаковки и ее заполнения в антисептических условиях; на фиг.2 модифицированная форма устройства с горизонтально расположенными электронно-лучевыми приборами; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 расположение двух электронно-лучевых приборов на противолежащих сторонах перемещающейся цепочки, находящихся на ленточном транспортере упаковок при угле 45^о между излучением и направлением транспортировки; на фиг.5 то же, второй излучающий прибор повернут к первому на 90^о; на фиг.6 с обрывом и в перспективе многократная транспортировка и многократное облучение стерилизуемых упаковок.

В машине 1 для производства упаковок колесом с оправкой 2 упаковки снимаются в направлении стрелки 3 и устанавливаются на первый нижний ленточный транспортер 4, как это показано в случае упаковки 5. Эта упаковка направляется первым ленточным транспортером 4 по стрелке 6 под стерилизационную камеру 7. В стерилизационной камере 7 установлены два электронно-лучевых прибора 8, диаметрально противостоящих один другому. Упаковка 5 проходит в стерилизационную камеру 7 через место 9. Электронно-лучевые приборы 8 расположены так, что их продолговатые окошки 10, располагаясь вертикально по высоте, производят поле излучения 11, изображенное штриховыми линиями, в котором как раз по центру находится упаковка 5 и транспортируется в вертикальном направлении согласно стрелке 12 вверх на второй ленточный транспортер 13.

Второй ленточный транспорт 13 находится в стерильно чистой камере 15, охваченной корпусом 14 со свинцовыми стенками, после установки упаковки 5 на второй ленточный транспортер 13 эта упаковка транспортируется в направлении стрелки 16 направо в среднее положение под станцией заполнения 17, где односторонне открытая упаковка 5 заполняется текучим веществом. Вслед за тем происходит дальнейшая транспортировка в направлении стрелки 16 в положение под станцию запечатывания 18. Оттуда упаковка 5 транспортируется в направлении стрелки 19 вертикально из стерильно чистой камеры 15 вновь на первый ленточный транспортер 4, причем транспортируемая слева на этой ленте открытая с одной стороны и нестерильная упаковка теперь на правом конце под стрелкой 19 стерилизована, заполнена и запечатана.

Таким образом, стерилизационная камера 7 выполнена в качестве входного шлюза 8 и 9, так как даже при незначительных негерметичностях места прохождения 9 из нестерильного наружного объема в стерилизационную камеру 7 бактерии устраняются электронно-лучевым полем 11 обоих излучающих приборов 8. Тем самым осуществляется полностью функция шлюзования. Упаковки, которые согласно стрелке 12 направляются вверх на второй ленточный транспортер 13, являются односторонне открытыми и полностью стерилизованными.

Камера 15 удерждивается стерильно чистой преимущественно за счет того, что поддерживается незначительное избыточное давление, например фильтруемого до стерильного состояния воздуха в качестве стерильной окружающей среды.

На фиг.2 и 3 показана несколько модифицированная и особенно предпочтительная форма осуществления устройства для упаковки. Выполненные в форме тубуса и вертикально стоящие на первом ленточном транспортере 4 упаковки 5 имеют продольную среднюю ось 20, расположенную вертикально. Из положения, заштрихованного на фиг. 2, внизу слева упаковка 5 транспортируется в направлении стрелки 6 в правое, также заштрихованное положение, и складывается на опору 21 для упаковки, закрепленную на подъемной штанге 22. Штанга 22 перемещается при скольжении с трением через заслонку 23, состоящую из свинца, при транспортировке вверх упаковки 5 из положения, заштрихованного на фиг.2 внизу, в положение, показанное наверху непрерывными линиями. Упаковка 5 перемещается вместе со штангой 22 в вертикальном направлении согласно стрелке 12 вверх до тех пор, пока она не соприкоснется с нижней стенкой корпуса 14. Заслонка 23 закрывает снизу возникшее отверстие в корпусе 14.

Это отверстие, закрываемое в нижней стенке корпуса 14 заслонкой 23, является нижним свободным концом туннеля 24. На туннеле 24 вблизи от стенки 14 могут быть расположены одна или две установленных с возможностью поворота заслонки (не показаны) для того, чтобы закрывать камеру 15 даже тогда, когда заслонка 23 оттянута вниз и электронно-лучевые приборы выключены.

Если свинцовая заслонка 23 прилегает к нижней стенке корпуса 14 упаковка 5 может перемещаться вверх на второй транспортер 13 с помощью ее опоры 21 и подъемной штанги 22. Верхнее положение показано на фиг.2 непрерывными линиями.

В тот момент, когда верхняя кромка упаковки 5 проходит мимо окошка 10 электронно-лучевых приборов 8, эти приборы включаются, так что во время дальнейшего подъема вся упаковка 5 стерилизуется. Следовательно, электронные лучи испускаются лишь тогда, когда между направленными одно на другое окошками 10 электронно-лучевых приборов 8 находятся одна или несколько упаковок. Вслед за тем излучающие приборы выключаются, поэтому они не наносят повреждений один другому.

После стерилизации упаковка 5 открытая с одной стороны, находится на верхнем ленточном транспортере 13. Она движется в направлении стрелки 16 вправо под станцию заполнения 17 и оттуда под станцию запечатывания 18 для того, чтобы после этого заполнения и запечатывания покинуть через выходной шлюз 25 стерильно чистую камеру 15.

На фиг. 3 видно, что два электронно-лучевых прибора 8, диаметрально противолежащих один другому, расположены их продолговатыми окошками излучения 10 горизонтально.

При этой форме осуществления упаковки 5 одна за другой пропускаются вертикально через после излучения для стерилизации. Для того, чтобы оба излучающих прибора 8 взаимно не облучались, рядом с камерой для упаковки 5 расположен свинцовый экран 26.

Выходной шлюз 25 может быть выполнен в виде турникетного шлюза (как при входе в большие здания). При диагональном положении упаковок 5 камера имеет форму прямоугольного параллелепипеда, которая закрывается за счет самих проходящих через нее упаковок, а именно: турникет при вращении не увлекает постоянно стерильный воздух снаружи внутрь, за счет чего могут возникать проблемы стерилизации. В данном случае имеется лишь маленькая щель между упаковкой и стенкой выходного шлюза 24, которая является настолько незначительной, что возникающие за счет этого потери утечки являются малыми.

Открытые с одной стороны упаковки расположены диагонально для того, чтобы каждый из двух расположенных один против другого электронно-лучевых приборов 8 мог полностью облучать две из четырех боковых стенок.

Полное облучение двух сторон тубуса упаковки за счет электронно-лучевого прибора 8 отчетливо показано на фиг.4 и 5, где изображена цепочка упаковок 5 и их направление транспортировки 12. Если проложить воображаемую плоскость через направление транспортировки 12 с одной стороны и продольное направление или продольную среднюю ось 20 упаковки 5, то излучение 11 каждого электронно-лучевого прибора 8 составляет угол 45^о с этой плоскостью. Само собой разумеется, этот угол также может располагаться между 40 и 50^о. Даже при угле падения излучения 11 в диапазоне от 25 до 70^о еще происходит хорошая стерилизация. Упаковки тогда могут прямо транспортироваться.

На фиг.5 один из электронно-лучевых приборов 8 находится по отношению к проложенной через линии 12 и 20 плоскости на той же стороне прямо облучаемой упаковки. При этом облучается передняя поверхность транспортируемой прямо в направлении стрелки 12 упаковки, немного позже правый прибор облучает правую боковую стенку и левый прибор одновременно облучает левую боковую стенку.

На фиг. 6 показано в перспективе и схематически многократное облучение упаковок 5 электронно-лучевым прибором 8 за счет расположенного горизонтально в направлении стрелки 6 окошка излучения 10. Следовательно, три или более упаковок 5 транспортируются в направлении стрелки 6 в нижнее положение, затем выполненной здесь в виде частичного ленточного транспортера опорой 21 для упаковки перемещаются в направлении стрелки 12 перед окошком излучения 10 и оттуда далее перемещаются описанным выше образом. Предпочтительным является более плотное взаимное расположение упаковок 5, однако здесь для более ясного представления оно не показано.

Перемещение подъемной штанги 22 в остальном также может быть линейным для того, чтобы сообщить различным частям упаковки различную дозу облучения. Например, зона дна, расположенная почти параллельно электронным лучам, может подвергаться более длительному облучению по сравнению с остальной частью емкости.