CN1279193A - 在包装机上对带材进行灭菌处理的装置和该包装机 - Google Patents
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Abstract
一种在包装灌装食品的包装机上对带有预先施加有开口部件的带状包装材料进行灭菌处理的装置,所述装置包括一个可容纳灭菌剂的槽和一个无菌腔,包装材料可连续地送入到所述槽中,所述无菌腔具有一个与所述槽的出口相连的入口,并装有两个与所述包装材料的两个相对表面配合作用的干燥辊和两个用于向包装材料的纵向部分喷射无菌空气的喷嘴;在带有开口部件的所述包装材料的纵向部分处,所述干燥辊具有相应的凹口。
Description
本发明涉及一种在包装灌装食品的包装机上对带材进行灭菌处理的装置，以及具有该装置的包装机。
用于包装灌装食品例如水果汁、果酒、西红柿酱、巴氏灭菌或长时间储存(UHT)的牛奶等食品的包装机已为人熟知，在上述包装机中，包装由纵向密封带所限定的连续包装材料管构成。
包装材料是多层结构的，其包括一层纸制材料，纸制材料的两侧覆盖有如聚乙烯这样的热封材料层。对于需长时间储存的食品例如UHT牛奶的无菌包装，包装材料包括一层阻挡材料，例如铝膜，它叠置在一层热封塑料上，然后再在其上覆盖另一层热封塑料，并最终形成食品包装的内表面。
为生产无菌包装，包装材料带从绞盘上解开，并输送经过灭菌装置进行灭菌，例如，可通过浸入到如过氧化氢和水的浓缩溶液等的液体灭菌剂槽中来进行灭菌。
特别是，灭菌装置包括在使用时充满灭菌剂的槽(bath)，包装带可连续地经过该槽。该槽通常包括两个平行的竖直部分，这两个竖直部分在其底部相连，并形成一个长度由带的输送速度所确定的U形通道，这样就有充足的时间来处理包装材料。为了有效地并更快地进行处理，以便减小灭菌腔的尺寸，灭菌剂必须保持约70℃的高温。
灭菌装置还包括无菌腔，在该无菌腔中，对从灭菌槽出来的包装材料带进行处理来除去任何残留的灭菌剂。事实上，包装食品上所允许的残留灭菌剂量有严格的限制标准(最大允许量是约每百万分之几)。
上述处理通常包括可机械式地除去材料上的任何液滴的初步操作，这通常是由设置在无菌腔入口附近的两个圆柱形干燥辊来进行的，且材料就从这两个辊之间穿过。在辊的下游，材料仍是湿的，但不带有大范围的宏观液滴，并且材料从两个气刀之间通过，通过气刀，灭菌剂的任何残留痕迹都可被蒸发掉。
在离开无菌腔之前，带折叠成圆筒形，并在纵向上被密封而以已知方式形成连续的竖直纵向密封管。实际上，包装材料管形成无菌腔的延伸部分，并连续地充满灌装食品，然后将其送入到成形和(横向)密包装置中，来形成单个的包装，并通过上述装置，将管夹持在爪对之间以对管进行横向密封，并形成无菌的枕形包装件。
切断枕形包装件之间的密封部分就可将各枕形包装件分离开，然后再送到最终折叠工作台将其机械地折叠成成品形式。
上述类型的包装机广泛地用于食品工业中，并且使用是令人满意的，它可将连续的扁平带材制成无菌包装；特别是，灭菌装置的性能完全符合包装无菌性和残留灭菌剂的控制标准。
在工业上，有必要对其进一步进行改进，特别是在减少残留的灭菌剂方面，这是因为市场上需求这样的包装，即：具有易于开启并易于灌装食品的可再封闭的开口部件。
在非无菌包装机的情况下，在包装形成之前，这种部件可通过注射模塑直接施加在带材上。
相反，在无菌包装机的情况下，任何形式的开口部件是在包装形成之后才施加上的。也就是说，如果预先就将开口部件施加在带上，开口部件就会在几何连续的带上形成断开，残留的灭菌剂就会聚留在这里，且通过已知的技术手段也不能完全将灭菌剂从此除去。特别是，开口部件从包装材料上突出，妨碍了前述已知干燥辊的操作。
从生产的观点看，将开口部件施加到已制成的包装上是不利的，它需要复杂和高成本的装置才能供给和施加该部件。
本发明的目的是提供一种可解决上述问题、特别适用于在灌装食品包装机上对带材进行灭菌处理的装置，特别是，它可预先就将开口部件施加在带状包装材料上而将带状包装材料制成无菌包装。
根据本发明，提供一种在灌装食品包装机上对带状包装材料进行灭菌处理的装置，所述装置包括一个可容纳灭菌剂的槽和一个无菌腔，包装材料可连续地送入到所述槽中，所述无菌腔具有一个与所述槽的出口相连的入口，并装有两个与所述包装材料的两个相对表面配合作用的干燥辊；其特征在于：在所述包装材料的具有一系列预先施加的开口部件的纵向部分处，所述辊具有相应的凹口；所述装置包括可将残留灭菌剂从所述包装材料的所述纵向部分上除去的辅助装置。
借助于干燥辊上的凹口，干燥辊也可用于预先施加有开口部件的包装材料上；且干燥辊和辅助装置共同作用可对施加有开口部件的材料部分进行灭菌处理，而不会受干燥辊的影响，从而可将材料上所有的灭菌剂除去。
在优选实施例中，辅助装置是由供给有无菌空气的两个喷嘴构成。
供给喷嘴的无菌空气最好通过循环回路系统从无菌腔中抽吸。
本发明还涉及一种用于将带状包装材料制成灌装食品包装件的包装机，该包装机包括一个对所述包装材料进行灭菌处理的灭菌装置和用于将开口部件施加到所述包装件上的施加装置；而所述灭菌装置包括一个用于容纳灭菌剂的槽和一个无菌腔，包装材料可连续地送入到所述槽中，所述无菌腔具有一个与所述槽的出口相连的入口，并装有两个与所述包装材料的两个相对表面配合作用的干燥辊；其特征在于：所述施加装置位于所述灭菌装置的上游位置处，并将所述开口部件顺次施加到所述包装材料的纵向部分上；在所述包装材料的所述纵向部分处，所述辊具有相应的凹口；所述灭菌装置包括可将残留灭菌剂从所述包装材料的所述纵向部分上除去的辅助装置。
下面将结合附图对本发明的优选实施例进行描述，但本发明并不局限于该实施例。
图1是本发明用于包装灌装食品和以其灭菌装置为特点的设备图；
图2和3分别是本发明灭菌装置的局部透视图和局部正视图；
图4是图2所示装置的辅助气体循环回路图；
图5是图2所示装置的喷嘴的正视图；
图6是图5沿VI-VI的截面图。
图1中的标号1表示用于包装灌装食品并可连续地将带状包装材料2(为简单起见，下文简称为“带2”)制成灌装食品的无菌包装的整体设备。
设备1包括用于对带2进行灭菌处理的灭菌装置3，带2沿大致水平的路径P1由绞盘(未示出)送入灭菌装置3。
设备1还包括位于灭菌装置上游的用于将可重新封闭的开口部件5施加到带2上的施加装置4。施加装置4可方便地由用于注射模塑塑性材料的已知工作台构成，带2可通过它逐步喂入。在装置4的出口，带包括沿带的中间纵向部分2a等间距的一系列开口部件5(在图1中沿带2的有限部分仅示意性地进行表示)。在施加装置4的出口和灭菌装置3的上游处，设有带存储区6来补偿这两个装置的带的不同喂入量(分别为逐步喂入和连续喂入)。
灭菌装置3基本上包括一个U形的灭菌槽8，灭菌槽中装有一定量的液体灭菌剂，例如：30％的过氧化氢(H2O2)和水溶液。槽8由一个竖直的输入部分9和一个竖直的输出部分10构成，输入部分9和输出部分10分别具有顶部开口11和12，顶部开口11和12可分别作为带2进出槽8的入口和出口；且输入部分和输出部分在其底部通过槽8的底面部分13连接在一起，底面部分13中装有一个具有水平轴线的导辊14。
在槽8内，带2沿U形路径P2前进，其长度由带的输送速度确定，并保证包装材料在灭菌剂中持续足够长的时间(例如7秒)。
槽8构成已知的过氧化物控制系统(未示出)的一部分，并在一定控制温度如约70℃下进行使用。
设备1还包括无菌腔15，无菌腔15的入口12与槽8的出口重合。无菌腔15包括一个顶部16和一个底部或柱18，顶部16中装有整体由标号17表示的干燥装置，用来将带2上残留的灭菌剂除去；底部18沿竖直方向伸展并平行于槽8，在底部18中，带2沿纵向折叠成圆筒状，并沿纵向被密封而形成连续的圆筒形管19。
干燥装置17包括两个空转的干燥辊20，干燥辊20上覆盖有相对软的材料，且其各自的水平轴是相互平行的，并在带2的相对两侧设置在无菌腔15的入口附近，干燥辊20压靠在带2的两个相对表面上，从而除去任何的灭菌剂液滴并使其落回到槽8中。
干燥辊20(图2和3)包括各自的中间凹口20a，中间凹口20a位于带2的中间纵向部分2a处，以便在不干扰干燥辊(图3)的情况下使开口部件5通过。在图示实施例中，凹口20a由干燥辊20相应的小直径中间部分构成。
干燥装置17还包括两个位于带2的相对侧上的气刀22，该气刀22位于辊20的下游(沿带的输送方向)且因此位于辊20上方。仅在图4中示出的已知各气刀22分别包括一个用于将空气向下喷射到带2上的喷嘴23，以及在使用中用于沿与带基本上平行但与带的运送方向相反的方向引导空气射流的相应壁24。
喷嘴23形成已知主空气回路21(未详细描述)的一部分，该主空气回路包括输入管24a；具有抽吸装置、去除残留灭菌剂的装置和加热装置的处理单元25；以及用于供给喷嘴23的管26。
无菌腔15被保持在略高于环境压力，从而沿与朝向无菌腔的内部相反的向外方向发生透过密封件的泄漏。然而，必须将过压限制在几个毫巴内，以便防止受到灭菌剂污染的过量空气泄漏且污染工作环境。
根据本发明，干燥装置17还包括两个喷嘴27，这两个喷嘴位于带2的相对两侧上的无菌腔15的入口处，且紧接在辊20的上游并位于辊20的凹口20a处。
喷嘴27用来在开口部件5处将气流喷到带2中部的纵向部分2a上，以便将任何残留的灭菌剂从开口部件上除去。喷嘴27构成辅助无菌气体循环回路28的一部分，图4显示了回路28，图2和3中也部分地示出。
回路28大致包括输入管29、压气机(blower)30(图4)和输出管31，所述输入管从无菌腔15抽出无菌空气，压气机30具有与输入管29相连的吸入口，输出管31与压气机30的输出口相连。输出管31分成两个供应管31a、31b，它们与各自的喷嘴27相连，并分别包括可变阻滞器32，来调节各自喷嘴27的流量。
压气机30是所谓的“侧槽(side-channel)”或“气环(air-ring)”型的，例如：ESAM S.p.A.销售的Flux-Jet型，它是完全干式运转的(也就是不需要润滑剂)以避免污染无菌空气。上述类型的压气机还在吸入口侧产生轻度的低压区，并逐步增大压力一直到其输出口侧，因此，由于在无菌腔压力(略高于环境压力)下产生抽吸，压气机30中的空气在吸入口侧仅略低于环境压力，在吸入口侧易于设置静态密封件，而且在别处该空气沿其路径高于环境压力以确保避免出现任何污染。
图2和3示出了从无菌腔15抽出无菌空气的输入管29、输出管31和向喷嘴27供给气体的供应管31a、31b。压气机30(未示出)可方便地装配到无菌腔15的侧壁35上。
图5和6示出了其中一个喷嘴27，由于两个喷嘴是相同的，因此下面的描述对两个喷嘴都是适用的。
喷嘴27基本上包括一个中空的箱形体36，箱形体36具有后部开口37a，后部开口可容纳供应管31a或31b的管路配件(未示出)；箱形体36在前端由型板37封闭，型板37具有多个(如三个)平行的水平凸台38、39、40；且每个凸台38、39、40具有与箱形体36的凹腔相通的纵向内凹腔42(图6)，以及分别由等间距喷射孔43构成的成排喷射孔43a、43b、43c，每个喷射孔与相应凹腔42相通。
底部凸台38上的喷射孔43具有向下倾斜的轴线，并沿此方向将气流喷到带2上，以便将带2上任何残留的灭菌剂吹掉，特别是将开口部件5上的残留灭菌剂吹去并使其返回到槽8中；中间凸台39和顶部凸台40上的喷射孔43具有水平轴线，并沿大致垂直于带的方向将气流喷到带2上。
喷嘴27具有窄的顶部44，因此，较窄的顶部凸台40与其它的凸台相比具有较少的喷射孔43，因而可通过将顶部44大致设置在相应辊的凹口20a内，从而使喷嘴27接近相应的辊20。
试验表明喷射孔43的上述布置可特别有效地除去开口部件5上的残留灭菌剂。特别是，凸台38、39、40上的喷射孔43的这种布置可使从孔中喷出的空气横向通过凸台和带2之间的间隙而被除去，因此可避免滞流或扰动，而这种滞流或扰动通常会消弱对残留灭菌剂的有效去除。
在实际使用时，带2是逐步经施加装置4而喂入的，并连续地经过槽8和无菌腔15，开口部件5是在施加装置4中形成的。
在进入无菌腔15时，带有预先施加的开口部件5的带2的部分2a由喷嘴27喷出的气流冲刷其两个表面。第一排喷射孔43可将一定量的残留物吹回到槽8中；另两排喷射孔43可将灭菌剂液滴分裂成小的微粒以促使其除去和蒸发。应当指出的是：喷嘴27喷出的气流的温度略高于无菌腔15的温度，约为80℃，这是由于压气机30吸入并经过输入管29和输出管31传送所产生的空气温度下降大于空气在压气机30内压缩产生的温度升高所带来的补偿。
然后，带2喂入到辊20之间，并基本上将喷嘴27所不能作用的带2的横向侧面部分上的大范围宏观液体痕迹除去。在该步骤中，被除去的灭菌剂液滴将落回到槽8中。
在辊20的下游处，不带液滴的带2在与其自身运动方向相反的方向上由气刀22所产生的射流进行冲刷；这样，就可将残留液体彻底清除掉，带2也就完全干燥了，并将其折叠成管状，再沿纵向密封，然后进行填充，并沿横向成形/密封成包装件。
显然，在不脱离权利要求书保护范围的情况下，可对设备1特别是灭菌装置3作出变化。
例如，辊20的凹口20a可通过辊的任何适当的间断部分来形成；特别是，每个辊20可由两个同轴的并在轴向间隔开的辊代替。
而且，用来将包装材料的中间纵向部分上的残留灭菌剂除去的辅助装置可以是任何的形式，例如：超声波式。在辅助装置由喷嘴构成的情况下，也可改变喷嘴的数目、形式和布置。
最后，施加开口部件5的装置4也可以是任何形式的，特别是，与直接将开口部件模制到带上不同，可将预制的开口部件施加到带2上。
Claims (17)
1.一种在包装灌装食品的包装机(1)上对带状包装材料(2)进行灭菌处理的装置(3)，所述装置(3)包括一个可容纳灭菌剂的槽(8)和一个无菌腔(15)，包装材料可连续地送入到所述槽中，所述无菌腔具有一个与所述槽(8)的出口相连的入口(12)，并装有两个与所述包装材料(2)的两个相对表面配合作用的干燥辊(20)；其特征在于：在具有一系列预先施加的开口部件(5)的所述包装材料(2)的纵向部分(2a)处，所述辊(20)具有相应的凹口(20a)；所述装置(3)包括可将残留灭菌剂从所述包装材料(2)的所述纵向部分(2a)上除去的辅助装置(27)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：用于去除残留灭菌剂的辅助装置包括喷嘴装置(27)，喷嘴装置(27)可将气流喷到所述包装材料(2)的所述纵向部分(2a)上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述喷嘴装置包括两个面向所述包装材料(2)的两相对表面的喷嘴(27)，所述喷嘴靠近于所述无菌腔(15)的所述入口(12)，并紧接在所述干燥辊(20)的上游处。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述槽(8)形成所述包装材料(2)的一个U形通道(P2)，且具有一个与所述无菌腔(15)的所述入口(12)重合的顶部出口；每个所述喷嘴(27)包括喷射装置(43)，所述喷射装置可沿倾斜方向将气流喷向所述槽(8)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述喷射装置包括多个喷射孔(43)，所述喷射孔布置成多个在所述包装材料(2)的运送方向上间隔开的水平排(43a、43b、43c)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：至少所述排(43a、43b、43c)中的第一排(43a)的孔(43)是倾斜于所述槽(8)的；而其它排(43b、43c)的孔(43)大致垂直于所述包装材料(2)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述孔排(43a、43b、43c)形成在每个所述喷嘴(27)的相应前凸台(38、39、40)上；且所述第一排(43a)邻近于所述无菌腔(15)的所述入口(12)。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的装置，其特征在于：所述喷嘴(27)具有至少部分地位于所述干燥辊(20)的所述相应凹口(20a)内的相应的窄的顶部(44)。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的装置，其特征在于：包括一个辅助循环回路(28)，该回路包括用于从所述无菌腔抽吸无菌空气的抽吸装置(30)，和用于向所述喷嘴供应并与所述抽吸装置(30)相连的供给装置(31、31a、31b)。
10.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于：包括两个气刀(22)，所述两个气刀位于所述干燥辊(20)下游的所述包装材料(2)的两个相对侧上。
11.一种用于将带状包装材料(2)制成灌装食品包装的包装机(1)，该包装机(1)包括一个对所述包装材料(2)进行灭菌处理的灭菌装置(3)和用于将开口部件(5)施加到所述包装上的施加装置(4)；所述灭菌装置包括一个用于容纳灭菌剂的槽(8)和一个无菌腔(15)，包装材料可连续地送入到所述槽(8)中，所述无菌腔(15)具有一个与所述槽(8)的出口相连的入口(12)，并装有两个与所述包装材料(2)的两个相对表面配合作用的干燥辊(20)；其特征在于：所述施加装置(4)位于所述灭菌装置(3)的上游位置处，并将所述开口部件(5)顺次施加到所述包装材料(2)的纵向部分(2a)上；在所述包装材料(2)的所述纵向部分(2a)处，所述干燥辊(20)具有相应的凹口(20a)；所述灭菌装置(3)包括可将残留灭菌剂从所述包装材料(2)的所述纵向部分(2a)上除去的辅助装置(27)。
12.根据权利要求11所述的包装机，其特征在于：用于去除残留灭菌剂的辅助装置包括两个喷嘴(27)，所述两个喷嘴分别位于所述包装材料(2)的两个相对侧面上、并面向所述纵向部分(2a)，且所述喷嘴靠近于所述无菌腔(15)的所述入口(12)，并紧接在所述干燥辊(20)的上游处。
13.根据权利要求12所述的包装机，其特征在于：每个所述喷嘴(27)包括多个喷射孔(43)，所述喷射孔布置成多个水平的排(43a、43b、43c)，这些水平的排位于每个喷嘴(27)相应间隔开的前凸台(38、39、40)上。
14.根据权利要求13所述的包装机，其特征在于：所述槽(8)形成所述包装材料(2)的一个U形通道(P2)，且具有一个与所述无菌腔(15)的所述入口(12)重合的顶部出口；所述多个排中靠近于所述无菌腔(15)之所述入口(12)的至少一排(43a)的孔(43)倾斜于所述槽(8)；而其它排(43b、43c)上的孔(43)大致垂直于所述包装材料(2)。
15.根据权利要求14所述的包装机，其特征在于：所述喷嘴(27)具有至少部分地位于所述干燥辊(20)的所述相应凹口(20a)内的相应的窄的顶部(44)。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的包装机，其特征在于：包括一个辅助循环回路(28)，该回路包括用于从所述无菌腔(15)抽吸无菌空气的抽吸装置(30)，和用于向所述喷嘴(27)供应并与所述抽吸装置(30)相连的供给装置(31、31a、31b)。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的包装机，其特征在于：用于施加所述开口部件(5)的所述施加装置包括用于注模塑性材料的注射模塑装置(4)。
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