Стерилизатор подаваемого в виде полотна материала в машине для упаковки различных пищевых продуктов

Стерилизатор подаваемого в виде полотна материала в машине для упаковки различных пищевых продуктов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к стерилизатору подаваемого в виде полотна материала в машине для упаковки разливных пищевых продуктов.

Предшествующий уровень техники

Машины для упаковки разливных пищевых продуктов, таких как фруктовые соки, вино, томатный сок, пастеризованное молоко или молоко длительного хранения (ультравысокотемпературной обработки) и пр., известны, и они формируют упаковки из непрерывного рукава упаковочного материала, являющегося продольно герметизированным полотном.

Упаковочный материал имеет многослойную структуру, содержащую слой бумажного материала, закрытый с обоих сторон термосвариваемым материалом, например полиэтиленом. В случае асептической упаковки для продуктов длительного хранения, например молока ультравысокотемпературной обработки, упаковочный материал содержит слой барьерного материала, которым является, например, алюминиевая фольга, и на этом слое находится слой термосвариваемого пластмассового материала, который в свою очередь накрыт еще одним слоем термосвариваемого пластмассового материала, который по сути является внутренней поверхностью упаковки и поэтому контактирует с пищевым продуктом.

Для изготовления асептических упаковок полотно упаковочного материала отматывается с бобины и подается через стерилизатор, в котором оно стерилизуется, например, погружением в ванну жидкого стерилизующего вещества, такого как концентрированная перекись водорода и водный раствор.

В частности, стерилизатор содержит ванну, наполненную, в работе, стерилизующим веществом, в которое непрерывно подается полотно. Ванна предпочтительно имеет две вертикальные параллельные ветви, соединяющиеся на днище с образованием пути в виде буквы "U" достаточной длины, чтобы обеспечить обработку упаковочного материала в течение достаточного времени. Для эффективной обработки за сравнительно короткое время и поэтому для уменьшения размера стерилизационной камеры стерилизующее вещество должно постоянно иметь высокую температуру, например, около 70°С.

Стерилизатор также содержит технологическую камеру, расположенную над ванной, в которой полотно упаковочного материала сушится, и асептическую камеру, в которой полотно складывается и запечатывается продольно с образованием рукава, который затем наполняют непрерывно продуктом для упаковки.

В частности, в технологической камере рукав обрабатывается для удаления остатка стерилизующего вещества, приемлемое количество которого в упакованном продукте должно соответствовать строгим нормам (максимально допустимое количество составляет доли одной части на миллион).

Указанная обработка обычно заключается в механическом удалении капель материала с последующей сушкой воздухом.

Капли можно удалять, например, путем подачи материала через пару отжимных вальцов, предпочтительно находящихся вблизи входа в технологическую камеру, и после этих вальцов материал, на котором еще остается покрывающая его пленка стерилизующего вещества, имеет только макроскопические капли.

Высушивание можно выполнять с помощью пневматических ножей, обращенных к поверхности материала и подающих воздух из стерильной среды, например, с помощью циркуляционного воздуховода согласно Европейскому патенту 1050467 и которые удаляют остаточные следы стерилизующего вещества испарением.

Полное высушивание можно также осуществить в нижнем сушильном канале, посредством которого технологическая камера сообщается с асептической камерой.

Перед выходом из асептической камеры полотно сворачивают в цилиндр и запечатывают продольно с образованием, известным образом, непрерывного, продольно запечатанного вертикального рукава. То есть рукав упаковочного материала формирует продолжение асептической камеры и непрерывно наполняется разливным пищевым продуктом, и затем подается в формирующую и (поперечно) запечатывающую установку для формирования отдельных упаковок, где рукав захватывается и поперечно запечатывается между парами щек с образованием асептических подушечных упаковок.

Подушечные упаковки отделяются друг от друга нарезкой сварных соединений между упаковками, и потом они поступают в станцию окончательного складывания, где они механическими средствами складываются в окончательную форму.

Упаковочные машины описываемого выше типа используются широко и удовлетворительно в разнообразных предприятиях пищевой промышленности для производства асептических упаковок из подаваемого в виде полотна упаковочного материала. Характеристики стерилизатора, в частности, обеспечивают надлежащее соблюдение норм стерильности упаковок.

Но необходимость дальнейшего усовершенствования ощущается в самой промышленности, особенно в части регулирования давления в стерилизаторе.

В машинах известного уровня техники условия давления и температуры в технологической и асептической камерах обычно регулируются с помощью замкнутого контура переработки воздуха, который забирает воздух из технологической камеры и подает его обратно в асептическую камеру.

Для обеспечения стерильности среды в технологической и асептической камерах обе камеры должны постоянно иметь давление выше атмосферного, чтобы какая-либо утечка могла происходить только наружу, т.е. стерильный воздух может уходить с утечкой из машины, но нестерильный воздух не может втекать из окружающей среды в машину. При этом для обеспечения одностороннего потока воздуха из асептической камеры в технологическую камеру необходимо поддерживать по меньшей мере перепад давлений двух камер величиной 10 мм H₂O по меньшей мере и приблизительно.

В машинах известного уровня техники значения давления в технологической и асептической камерах по существу определяются конструкционными условиями и гарантируются соответствующей калиброванной утечкой между двумя камерами и наружной средой, и эти значения контролируются просто: когда они слишком низкие, например по причине появления дефектов герметизации в период между обслуживаниями, то машину и поэтому и производство нужно остановить для принятия необходимых мер.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании стерилизатора упаковочного материала, обеспечивающего возможность устранения указанных недостатков, т.е. предусматривающего регулирование давления в технологической и асептической камерах, не останавливая при этом производство.

Согласно настоящему изобретению создан стерилизатор для стерилизации полотна упаковочного материала в машине для упаковки разливных пищевых продуктов, содержащий ванну, содержащую вещество и предназначенную для непрерывной подачи полотна, асептическую среду, содержащую технологическую камеру, соединенную с выходом ванны и имеющую средство высушивания для удаления остаточного стерилизующего вещества с полотна, и асептическую камеру, сообщающуюся с технологической камерой через отверстие для прохождения полотна и его складывания и запечатывания продольно с образованием рукава, заполняемого непрерывно продуктом для упаковки, и контур обработки воздуха для регулирования технологических условий в асептической среде, содержащий всасывающее средство для отбора воздуха из указанной технологической камеры, средство переработки воздуха и средство подачи переработанного воздуха в указанную асептическую камеру, отличающийся тем, что содержит клапанное средство, установленное между технологической камерой и указанными всасывающими средствами контура переработки воздуха и выполненное с возможностью приведения его в действие во время работы машины для регулирования условий давления в асептической среде.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения стерилизатор содержит переходную камеру, сообщающуюся со входом в ванну и со всасывающим средством, и клапанное средство содержит проход, расположенный между технологической камерой и переходной камерой, и закрывающий элемент, выполненный с возможностью перемещения для регулирования открытия отверстия между двумя камерами и регулирования давления в асептической среде во время производства.

Закрывающий элемент предпочтительно выполнен с возможностью перемещения между открытым положением и полностью закрытым положением, изолируя технологическую камеру от наружной среды, и поэтому во время остановок производства воздух можно отбирать через ванну, которая во время таких остановок пустая. Таким образом обеспечивается вентилирование и охлаждение упаковочного материала, при этом уменьшая пропитку краев полотна стерилизующим веществом, когда происходит повторный пуск производства.

Между технологической камерой и асептической камерой предусматривается барьерное средство, обеспечивающее перепад давлений между двумя камерами и ограничивающее отверстие для подачи упаковочного материала.

Согласно еще одному предпочтительному варианту настоящего изобретения отверстие асимметрично по отношению к плоскости хода упаковочного материала, т.е. оно расположено выше на стороне, обращенной к одной из двух поверхностей материала, и предпочтительно выше на нижней стороне.

Поэтому стерилизатор можно также использовать для обработки упаковочного материала, в котором выполнены открывающие средства, подаваемые через более высокую сторону отверстия, и при этом другая, более низкая, сторона обеспечивает достаточный перепад давлений между двумя камерами.

Еще более предпочтительно, чтобы упаковочный материал подавался горизонтально через отверстие и затем направлялся с помощью валика, находящегося в асептической камере, непосредственно после отверстия, причем отверстие ограничено на более высокой стороне, т.е. в направлении вниз, с помощью перегородки, выполненной вблизи валика в целях создания - для потока воздуха из асептической камеры в технологическую камеру - барьера, обеспечивающего нужный перепад давлений.

Перечень фигур чертежей

Предпочтительное, не являющееся ограничивающим, осуществление настоящего изобретения описывается в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1 схематически изображает машину для упаковки разливных пищевых продуктов, имеющую стерилизатор согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 и 3 изображают частичные схематические виды стерилизатора согласно изобретению в двух разных рабочих условиях.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 показана машина 1 для упаковки разливного пищевого продукта и для непрерывного производства асептических упаковок разливного пищевого продукта из подаваемого в виде полотна упаковочного материала 2 (далее - просто «полотно 2»).

Машина 1 содержит стерилизатор 3 для стерилизации полотна 2, в который полотно 2 подается с бобины (не показана) по пути Р1.

Машина 1 также имеет установку 4, расположенную перед стерилизатором 3 для расположения выполненных с возможностью их закрытия открывающих средств 5 на полотне 2 и представляющую собой известную станцию формования под давлением пластмассового материала. Через указанную установку полотно 2 подается пошагово. На выходе из установки 4 полотно содержит последовательность установленных с равным интервалом открывающих средств 5 (схематически показаны на фиг. 1 только на части полотна 2), выступающих из одной поверхности полотна 2.

Стерилизатор 3 содержит переходную камеру 6, в которую сначала подается полотно 2, стерилизационную ванну 7, содержащую жидкое стерилизующее вещество, например раствор 30% перекиси водорода (Н₂О₂) и воды, через которую подается полотно 2, и технологическую камеру 8, в которой полотно 2 высушивается согласно приводимому ниже подробному пояснению.

Ванна 7 по существу является каналом, имеющем форму в виде буквы "U", которая, в работе, наполнена стерилизующим веществом до заданного уровня и выполнена в виде двух вертикальных, соответственно входной и выходной, ветвей 9, 10, имеющих соответствующие верхние отверстия 11, 12, которые соответственно определяют вход для полотна 2 и выход из ванны 7 и соответственно сообщаются с переходной камерой 6 и технологической камерой 8. Две ветви соединяются внизу с помощью нижней части 13 ванны 7, в которой находится горизонтальный передающий валик 14.

Внутри ванны 7 полотно 2 поэтому проходит вдоль U-образного пути Р2, длина которого обеспечивает достаточную длительность нахождения упаковочного материала в стерилизующем веществе.

Ванна 7 соединена с известным контуром 15 регулирования перекиси (подробно не показан), и во время работы ее температура постоянно выдерживается на контролируемом уровне, например 70^оС.

Технологическая камера 8 (фиг. 2, 3) расположена над переходной камерой 6, отделена от переходной камеры 6 перегородками 16 и вмещает в себя средство 17 высушивания для удаления остаточного стерилизующего вещества с полотна 2.

Средство 17 высушивания содержит два параллельных горизонтальных не имеющих собственного привода отжимных вальца 18, по меньшей мере один из которых покрыт относительно мягким материалом и которые установлены вблизи входа в технологическую камеру 8 на противоположных сторонах полотна 2 и взаимодействуют с соответствующими противоположными поверхностями полотна 2 и прилагают к ним давление для отжатия капель стерилизующего вещества с них и обратно в ванну 7.

Отжимные вальцы 18 предпочтительно имеют соответствующие имеющие малый диаметр промежуточные части (не показаны), соответствующие продольной промежуточной части полотна 2, согласно Европейскому патенту 1050468, и позволяющие прохождение открывающих средств 5, не испытывая помех со стороны вальцов.

После отжимных вальцов 18 полотно 2 отклоняется вдоль горизонтального пути Р3 передающим валиком 19.

Средство 17 высушивания также содержит известный так называемый «пневматический нож» 21 (показан схематически), который выполнен в виде сопла 22, направляющего воздушную струю на поверхность полотна 2, которая в работе по сути является внутренней стороной каждой упаковки, и в виде двух пластин 23, которые направляют струю в работе параллельно направлению хода полотна 2, но в противоположном направлении.

Сопло 22 образует часть контура 24 переработки воздуха, подробное описание которого приводится ниже.

Стерилизатор 3 также содержит вертикальную асептическую камеру или колонну 25, имеющую верхнюю часть 26, сообщающуюся с технологической камерой 8 через отверстие 27 для прохождения полотна 2, и удлиненную нижнюю часть 28, в которой полотно 2 сворачивается продольно в цилиндр и запечатывается продольно с образованием непрерывного рукава 29 упаковочного материала с вертикальной осью А. Асептическая камера 25 и технологическая камера 8 совместно поэтому образуют асептическую среду 30.

В верхней части 26 находится несколько передающих и направляющих валиков 31, 32, 33, которые направляют полотно 2 из горизонтального пути Р3 в вертикальный путь Р4, параллельный оси А рукава 29. В частности, валик 31 приводится в действие и установлен непосредственно после отверстия 27; валик 32 не имеет самостоятельного привода и является натяжным; валик 33 также не имеет самостоятельного привода и предназначен для того, чтобы направлять и отклонять полотно 2 вниз.

Рукав 29, формируемый после валика 33 известным не поясняемым здесь образом, непрерывно наполняется продуктом с помощью наполнительного трубопровода 34 и подается вниз через нижнее отверстие 35 в асептической камере 25, при этом по существу формируя продолжение асептической камеры.

Машина 1 содержит известную формирующую и поперечно запечатывающую установку 36 (подробно не показана), в которой рукав 29 упаковочного материала захватывается и запечатывается поперечно парами щек 37, в результате чего формируются асептические подушечные упаковки 38, которые затем нарезают и складывают известным образом с образованием отдельных упаковок.

Контур 24 переработки воздуха содержит всасывающий канал 40, сообщающийся с переходной камерой 6, и известную перерабатывающую установку 41 (подробно не показана), вход в которую соединен с каналом 40 и выход которой соединен с каналом 42 для подачи переработанного воздуха в стерилизатор 3. Перерабатывающая установка 41 предпочтительно содержит, известным образом, компрессор 43, средство 44 очистки для удаления остаточного стерилизующего вещества и нагревательное средство 45 для нагревания и стерилизации воздуха. Канал 42 соединен со входом трехстороннего распределителя 46, имеющего два выхода 46а, 46b, соединенных соответственно с соплом 22 пневматического ножа 21 каналом 47 и с одним или несколькими входами 48 для воздуха в нижней части асептической камеры 25 с помощью канала 49. Распределитель 46 имеет два затвора 50, 51, которые могут действовать независимо, например с помощью соответствующих исполнительных сервомеханизмов (не показаны), и предусматривают управление потоком воздуха по каналам 47, 49; причем в канале 47 установлен электронагреватель 52.

Переходная камера 6 сообщается с наружной окружающей средой через проход 53, который имеет крышку, в нормальном положении закрытую под силой тяжести, но открываемую во время работы машины; и который определяет - для канала 24 - эталон нулевого давления по отношению к наружной окружающей среде.

Технологическая камера 8 выполнена с возможностью осуществления сообщения с переходной камерой 6 через проход 54, регулируемый затвором 55.

Затвор 55 выполнен подвижным, например поворачивается заодно со штырем 56, управляемым исполнительным механизмом 57: между открытым положением (фиг. 2), в котором технологическая камера 8 сообщается непосредственно с переходной камерой 6, и закрытым положением (фиг. 3), в котором две камеры являются изолированными. Открытое положение предпочтительно является регулируемым, например путем ручного регулирования механического ограничивающего стопора 58 затвора 55 - даже во время работы машины.

Давление в асептической камере 25 определяется датчиком PS1, имеющим дисплей 59 для считывания показаний.

Если в полотне 2 установлены открывающие устройства 5, то отверстие 27 между технологической камерой 8 и асептической камерой 25 должно быть достаточно высоким на нижней стороне полотна 2, из которой выступают открывающие средства 5 для обеспечения прохождения открывающих устройств. Чтобы отверстие 27, высота которого имеет упоминаемую выше величину, не уравнивало давления в асептической камере 25 и технологической камере 8, отверстие 27 не является симметричным по отношению к плоскости полотна 2, но выполнено с минимальной высотой вверх и снизу ограничено перегородкой 60 вблизи валика 31 и при этом образует барьер для потока воздуха и тем самым сосредоточенное понижение давления.

Программируемый управляющий блок 61 машины 1 управляет технологическими параметрами стерилизатора 3 на основании заданных эталонных значений по каждой рабочей стадии машины и, в частности, управляет нагревающим средством 45 установки 41 переработки воздуха, контуром 15 регулирования перекиси, распределителем 46, нагревателем 52 и исполнительным механизмом 57.

Технологические параметры, которые могут быть разными переменными на разных рабочих стадиях, являются, например, следующими: температура воздуха из установки 41, определяемая первым датчиком TS1, температура в верхней части асептической камеры 25, определяемая вторым датчиком TS2, температура воздуха в канале 47 перед соплом 22, определяемая третьим датчиком TS3.

Работа стерилизатора 3 далее поясняется со ссылкой на два типичных рабочих состояния: производство и кратковременный останов машины 1.

Во время производства (фиг. 2): ванна 7 наполнена стерилизующим раствором, и полотно 2 подается через ванну, высушивается в технологической камере 8 и запечатывается продольно в рукав в асептической камере 25.

В указанном рабочем состоянии распределитель 46 отчасти закрывает выход 46b, соединенный с каналом 49, чтобы подавать существенную часть, например 40% потока, в сопло 22 и остальную часть, например 60%, в асептическую камеру 25. Температура воздуха на выходе установки 41 задана на приблизительное значение 120^оС; и нагреватель 52 регулируется по обратному сигналу от датчика TS3 для подачи воздуха в сопло 22 с приблизительной температурой 180^оС.

При открытом затворе 55 технологическая камера 8 сообщается непосредственно со всасывающим каналом 40 контура 24 переработки воздуха 24, и отверстие 27, и сечение потока прохода 54 - когда затвор 55 открыт - имеют размер, обеспечивающий давление около 10-20 мм Н₂О в технологической камере 8, и около 20-30 мм Н₂О в асептической камере, с перепадом давлений через отверстие 27, равным около 10 мм Н₂О.

Указанные выше значения повышенного давления по отношению к окружающей среде достаточны, чтобы предотвратить поступление посторонних веществ, но достаточно низкие для предотвращения существенной утечки загрязненного стерилизующим веществом воздуха, загрязняющего рабочее место. Перепад давлений через отверстие 27 обеспечивает непрерывный односторонний поток из асептической камеры 25 в технологическую камеру 8.

Давление в асептической камере 25 во время производства определяется датчиком PS1.

Если давление в асептической камере 25 снижается до минимального безопасного значения, например, из-за недостаточной герметизации, то это снижение можно скорректировать во время производства путем ручного регулирования ограничительного стопора 58, чтобы отрегулировать, в частности уменьшить, сечение потока в проходе 54.

Во время коротких производственных остановок для текущего обслуживания машины 1: полотно 2 останавливают, и ванну 7 опорожняют.

В этом состоянии распределитель 46 устанавливают на полное открытие выхода 46b, чтобы частично закрыть выход 46а, чтобы поток по существу подавался полностью в асептическую камеру 25, и минимальная его часть, около нескольких процентов, - в пневматический нож 21.

За счет этой высокой тепловой инерции асептическая камера 25 действует как охладитель для охлаждения воздуха, проходящего через него и через отверстие 27 в технологическую камеру 8, и поскольку отверстие 54 закрыто, то охлажденный воздух проходит через ванну 7, пустую, в переходную камеру 6, откуда он выводится. Эта «вентиляция» ванны охлаждает полотно 2 и уменьшает так называемое «краевое капиллярное затекание» - пропитывание краев полотна 2 стерилизующим веществом, когда ванна 7 потом наполняется для пуска машины. Краевое капиллярное затекание, происходящее на краях полотна 2 с незакрытым бумажным слоем, можно существенно уменьшить путем снижения температуры ванны 7 и полотна 2 с помощью описываемой выше вентиляции и путем загрузки стерилизующего вещества с соответствующей высокой температурой при пуске машины.

Очевидно, что в машине 1 можно осуществить изменения, в частности стерилизаторе 3, в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.

В частности сечение прохода 54 можно регулировать автоматически по принципу замкнутого контура для компенсации снижения давления в асептической камере 25.

1. Стерилизатор для стерилизации полотна (2) упаковочного материала в машине (1) для упаковки разливных пищевых продуктов, содержащий ванну (7), содержащую стерилизующее вещество и предназначенную для непрерывной подачи в нее полотна (2), асептическую среду (30), содержащую технологическую камеру (8), соединенную с выходом (12) ванны (7) и вмещающую средство (17) высушивания для удаления остаточного стерилизующего вещества с полотна (2), и асептическую камеру, сообщающуюся с технологической камерой (8) через отверстие (27) для прохождения полотна (2) и его складывания и запечатывания продольно с образованием рукава (29), заполняемого непрерывно продуктом для упаковки, и контур (24) обработки воздуха для регулирования технологических условий в асептической среде (30), содержащий всасывающее средство (40) для отбора воздуха из технологической камеры (8), средство (41) переработки воздуха и средство (42, 47, 49) подачи переработанного воздуха в асептическую камеру, отличающийся тем, что содержит клапанное средство (54, 55), установленное между технологической камерой (8) и всасывающим средством (40) контура (24) переработки воздуха и выполненное с возможностью приведения его в действие во время работы машины (1) для регулирования условий давления в асептической среде (30).

2. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что содержит переходную камеру (6), сообщающуюся со входом (11) ванны (7) и с всасывающим средством (40), при этом клапанное средство (54, 55) установлено между технологической камерой (8) и переходной камерой (6).

3. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что клапанное средство (54, 55) содержит проход (54), соединяющий технологическую камеру (8) с переходной камерой (6), и подвижный затвор (55) для регулирования открытия прохода (54).

4. Стерилизатор по п.3, отличающийся тем, что затвор (55) выполнен подвижным между открытым положением, при котором технологическая камера (8) непосредственно сообщается с переходной камерой (6) через проход (54), и закрытым положением, при котором технологическая камера (8) сообщается с переходной камерой (6) через посредство ванны (7) при отсутствии в ней стерилизующего вещества.

5. Стерилизатор по п.4, отличающийся тем, что содержит датчик (PS1) для определения давления в асептической среде (30) и регулирующее средство для регулирования открытого положения для обеспечения в асептической среде (30) значение давления, по меньшей мере равное заданному пороговому значению.

6. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что содержит барьерное средство (60), предназначенное для создания локализованного перепада давлений между асептической камерой (25) и технологической камерой (8) и ограничивающее отверстие (27) для подачи полотна (2) между технологической камерой (8) и асептической камерой (25).

7. Стерилизатор по п.6, отличающийся тем, что для обработки полотна (2) упаковочного материала, в котором установлены открывающие средства (5), выступающие из одной поверхности полотна (2), отверстие (27) является асимметричным относительно плоскости прохождения полотна (2) и расположено выше на стороне, обращенной к поверхности полотна (2), из которой выступают открывающие средства (5).

8. Стерилизатор по п.7, отличающийся тем, что содержит направляющий валик (31), установленный непосредственно после отверстия (27), причем барьерное средство содержит перегородку (60), ограничивающую отверстие (27) и выполненную вблизи валика (31).

9. Стерилизатор по п.1, отличающийся тем, что средство для высушивания (17) содержит по меньшей мере одно сопло (22) для направления струи воздуха на полотно (2), причем средство для подачи переработанного воздуха в асептическую среду (30) имеет первый канал (49) для подачи воздуха во вход для воздуха (48) в асептической камере (25), второй канал (47) для подачи воздуха в сопло (22) и распределитель (46) имеющий вход, соединенный со средством (41) обработки воздуха, и два выхода (46а, 46b), соединенные соответственно со вторым каналом (47) и с первым каналом (49).

10. Стерилизатор по п.9, отличающийся тем, что содержит нагреватель (52), установленный во втором канале (47).

11. Стерилизатор по п.2, отличающийся тем, что содержит проход (53), соединяющий переходную камеру (6) с наружной средой и являющийся нормально закрытым и открытым при низком давлении.