用于在自動包裝生產(chǎn)線上無約束地產(chǎn)生受控氣氛的方法
【專利摘要】一種力圖在一設(shè)備中在產(chǎn)品儲存容器的液上空間中產(chǎn)生受控氣氛的方法和設(shè)備，在此類型的設(shè)備中連續(xù)地采取以下措施：-用所述產(chǎn)品部分地填充所述容器至一給定的填充液位；-將所述容器的頂部部分與氣態(tài)處理氣氛接觸，該氣態(tài)處理氣氛旨在排出全部或一些存在于所述容器中并高于所述填充液位的空氣，并且將所需的受控氣氛置于所述填充液位上；-利用合適的裝置將所述容器的上邊緣密封或封閉；-在密封的上游和/或密封期間裝入所述受控氣氛，其特征在于，通過采用至少一個管式噴射器在無限制的噴射區(qū)中裝入所述受控氣氛，該噴射器在所述噴射區(qū)中定向成使所噴射氣體的速度的至少一個分量與所述容器的移動方向相反，并且向該噴射器供應(yīng)紊流。
【專利說明】用于在自動包裝生產(chǎn)線上無約束地產(chǎn)生受控氣氛的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在自動包裝生產(chǎn)線中的物品或產(chǎn)品、食物或其他物體上產(chǎn)生更改的氣氛的方法的領(lǐng)域?！案牡臍夥铡币鉃榕c環(huán)境空氣不同的氣氛，例如在放置塞子時或之前不久時裝有液體的瓶子或容器的液上空間的惰化。
[0002]在下文中表述“液上空間”或“氣態(tài)罩”將會無區(qū)別地使用，此表述的概念為產(chǎn)品包裝，特別是食品、飲料和化妝品領(lǐng)域的專業(yè)人員所熟知，意指容器中位于液面上的空間(直到接納最終的封閉裝置的頂頸部)。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明一般地涉及需要改進的氣氛來保護產(chǎn)品免受氧氣、水分、空氣污染物和其他灰塵占據(jù)的任意類型的產(chǎn)品的裝瓶和包裝。可舉出下列示例:
[0004]-飲料(例如果汁、維生素飲品、酒、礦泉水等等)的裝瓶
[0005]-油類(食品或其他)的裝瓶
[0006]-將化妝品(例如霜、洗發(fā)水、精油等等)裝入燒瓶、瓶子或各種容器中
[0007]-將醫(yī)療領(lǐng)域的各種產(chǎn)品(例如藥膏、霜、疫苗、活性組分、酵素等等)裝入燒瓶、瓶子或各種容器中
[0008]-食品的裝罐
[0009]-油漆的罐裝
[0010]-易燃品(汽油、溶劑等等)的包裝
[0011]-等等。
[0012]所述更改的氣氛的實現(xiàn)通常包括以通道的形式部分的約束，其中在通道中注入處理氣體(例如氮氣)。大多數(shù)系統(tǒng)裝有氣體噴口以便從液上空間排出由通道內(nèi)的氣氛所替代的空氣。容器或瓶子在通道內(nèi)的輸送系統(tǒng)上行進。輸送器可具有非常不同的技術(shù)，例如連續(xù)移動式傳送帶、后退式輸送系統(tǒng)、圓盤傳送帶型的圓周運動式輸送器等等。
[0013]這些現(xiàn)有技術(shù)在很多情況下已給出了良好結(jié)果，但在某些技術(shù)情況下可能具有如下缺點(即不能達(dá)到要求的技術(shù)規(guī)格):
[0014]-當(dāng)輸送速度很高時:例如對于50cl飲料瓶的生產(chǎn)線，速率可達(dá)40000瓶每小時并且輸送速度可多達(dá)1.6m/sec (米/秒)。排空空氣然后填充液上空間所需的時間需要相當(dāng)長的通道長度，大約為50到70cm或甚至lm。通道越長液上空間的氣氛質(zhì)量會越好(例如在所獲得的殘余氧氣方面);
[0015]-惰化通道的選擇可反映在某些情況下的問題，甚至于反映在其下游一例如在取塞子的位置一的事件期間的危險情況。與噴射瓶子的不可能性相關(guān)聯(lián)的碰撞因為蓋子的存在可導(dǎo)致蓋子的爆裂或脫離、瓶子的損失以及生產(chǎn)中的重大中斷；
[0016]-在食品領(lǐng)域中清潔約束是很重要的，并且需要周期性的且時常的中斷以清理和消毒生產(chǎn)線。于是通道出現(xiàn)額外的污染風(fēng)險并因此由于額外的污染風(fēng)險所產(chǎn)生的去污困難增加了生產(chǎn)線清理次數(shù)；[0017]-此外，通道技術(shù)的選擇反映了另一缺點:未能處理插塞階段。概括地說，在通道的末端和放置塞子的位置之間的短距離上所述容器或瓶子會移進空氣，所述距離不超過20cm。在此間距中，空氣將液上空間中含有的氮氣逐漸地排空并且替代。當(dāng)輸送速度很快并且通道的末端與插塞之間的距離很大時，此現(xiàn)象可證明是至關(guān)重要的；
[0018]-面對此現(xiàn)象，無法設(shè)想由在塞上塞子之前的處理組成的解決方法，因為由于放置塞子的機器的尺寸和技術(shù)不能將這些機器包括在通道中。因此在空氣中執(zhí)行塞子的放置，并且當(dāng)前在實際中以現(xiàn)有設(shè)備，人們認(rèn)為在上游產(chǎn)生的液上空間的氣氛保持令人滿意的水平，盡管不可避免的部分的與周圍空氣混合。
[0019]由此推斷出生產(chǎn)率越大，氧氣含量越高，氧氣含量可多達(dá)10%，并且液上空間中的殘余含氧量是難以重現(xiàn)的。
[0020]因此應(yīng)當(dāng)理解的是，可以具備一種用于建立這種更改的氣氛的、符合具體規(guī)格的、特別是在非常高的輸送率情況下的新穎的解決方案會是有利的。
[0021]在下文中會更詳細(xì)的看到，本發(fā)明著手提出一種用于實現(xiàn)無限制式處理的新穎的解決方案。
[0022]此方法尤其是由通過注意到瓶子的移動自然地促進了氣氛從液上空間排出而設(shè)計的。
[0023]把液上空間中的氣壓作為參考(大氣壓力或基本上在此水平上的壓力)，移動中的瓶子在前端上受到微超壓并且在后部上受到微負(fù)壓。
[0024]這會自然地造成氣氛的流動:所述氣氛通過后部排出并且由來自前部的氣體替代(此現(xiàn)象在附圖1中示出)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]因此希望根據(jù)本發(fā)明提供一種構(gòu)型以用于:
[0026]-通過確保位于容器前的氣氛是所需的合適的氣氛、例如氮氣來從此現(xiàn)象獲益。在這種情況下，來自液上空間的初始?xì)夥?可為空氣)自然穿過后部排出，并且被存在于容器前面的處理氣氛所代替，例如以與設(shè)備中容器的移動相對(相反)的方向發(fā)射的吹送氮氣；
[0027]-在容器的正面保持所需的氣氛、例如氮氣，直到下游處放置封閉頂頸部的塞子或其他裝置為止；
[0028]-使用至少一個噴射器，該噴射器的尺寸設(shè)計是本發(fā)明的非常重要的元素一這將在后面討論，該噴射器用于產(chǎn)生氣流或氣體射流?？墒褂弥糜谳斔蜋C的兩側(cè)并且以與容器或瓶子的移動相反的方向定向的至少一個、但優(yōu)選兩個噴射器。
[0029]所述噴射器例如由管組成，該管具有優(yōu)選為正方形的、矩形的或圓形的橫截面(但此僅為示例性的)，正如將會理解的是，本發(fā)明的目的是無任何約束措施地運轉(zhuǎn)，通過噴射器噴射的氣體因此出現(xiàn)在圍繞待處理的區(qū)域的環(huán)境空氣中。因此氣流或氣體射流的方向設(shè)計成，其至少一個部件處于容器或瓶子移動方向的反方向。
[0030]必須理解的是，在本申請中會提及容器的“上邊緣”或“頸部開口”，這對本領(lǐng)域的專業(yè)人員而言是清晰的，即在此容器無疑會在生產(chǎn)線的末端以某種裝置密閉之前，穿過容器的頂部開口發(fā)生填充。
[0031]本發(fā)明因此涉及一種旨在用于在移動設(shè)備(走帶式設(shè)備，帶有卷軸的設(shè)備，installation a d6filement)在用于存儲產(chǎn)品的容器的液上空間中產(chǎn)生受控氣氛的方法，在此移動設(shè)備中實施下列措施:
[0032]-用產(chǎn)品將容器部分填充至給定的填充液位；
[0033]-使容器的頂部部分與氣態(tài)處理氣氛接觸，該氣態(tài)處理氣氛旨在排出所有或一些存在于容器中并高于所述填充液位的空氣，并且在所述填充液位上方將所需受控氣氛安放就位；
[0034]-利用合適的裝置將容器的上邊緣密封或封閉；
[0035]-在密封的上游和/或在密封期間實現(xiàn)受控氣氛的建立，
[0036]其特征在于，通過采用至少一個管式噴射器在無限制的噴射區(qū)建立該受控氣氛，所述管式噴射器能夠朝著噴射區(qū)中的容器的上邊緣噴射氣態(tài)處理氣氛，并且在噴射區(qū)中定向成使所噴射氣體的速度的至少一個分量與容器的移動方向相對，以及在于，向該噴射器中供應(yīng)氣流以便能夠?qū)崿F(xiàn)雷諾數(shù)在5000至20000之間的紊流流態(tài)(氣流狀況，regimed’ ecoulement)。
[0037]因此噴射借助于所釆用的特別條件在無管道、無防護罩、露天的情況下在無約束的空間中進行。
[0038]如上所述，在密封的上游和/或在密封期間建立受控氣氛。
[0039]因此，可考慮在某些生產(chǎn)現(xiàn)場中容器的快速移動，因為在封閉且一但已實現(xiàn)所述受控氣氛前限制可用空間是必要的，否則空氣會再次進入容器，因此根據(jù)情況，所述噴射會在放置帽、塞子或蓋子前和/或期間發(fā)生，并因此按照了封閉之前和封閉期間、或在實際封閉期間的規(guī)定。
[0040]本發(fā)明也涉及到一種用于在存儲容器中連續(xù)包裝產(chǎn)品的設(shè)備，在此類型的設(shè)備中采取下列措施:
[0041]-用產(chǎn)品將容器部分地填充至一給定的填充液位；
[0042]-使容器的上部部分與氣態(tài)處理氣氛相接觸，該氣態(tài)處理氣氛旨在移除全部或一些存在于容器中所述填充液位上方的空氣，并且在所述填充液位上方建立所需的受控氣氛；
[0043]-采用合適的裝置將容器的上邊緣密封或封閉；
[0044]-在密封的上游和/或在密封期間實現(xiàn)受控氣氛的建立，
[0045]其特征在于，在無約束的噴射區(qū)中建立所述受控氣氛，所述噴射區(qū)設(shè)有至少一個管式噴射器，該噴射器能夠朝著噴射區(qū)中的容器上邊緣發(fā)射氣態(tài)處理氣氛，所述至少一個噴射器在該噴射區(qū)中定向成使所發(fā)射的氣體的速度的至少一個分量與容器移動的方向相反。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]本發(fā)明的其他特征與優(yōu)點會在為示例性的而決不是限制性地目的給出的、根據(jù)附圖作出的下文描述中更清楚地顯現(xiàn)，其中:
[0047]-圖1是在容器移動期間自然地發(fā)生的現(xiàn)象的示意圖(即，內(nèi)部氣氛(液上空間)向后部移動并且以處于容器前面的氣體替代了其中的氣體)。
[0048]-圖2是借助于本發(fā)明的條件建立的現(xiàn)象的示意圖。[0049]-圖3給出了用于由 申請人:實施評估工作的噴射器的示意圖，該圖為橫截面圖，其中提及了所考慮的主要參數(shù)。
[0050]-圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的局部示意圖。
[0051]-圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的局部示意圖。
【具體實施方式】
[0052]由圖1和圖2示出的現(xiàn)象在上文描述中已充分地解釋，在此不再重復(fù)。
[0053]圖4和圖5給出了根據(jù)本發(fā)明的兩個實施例的清晰視圖。
[0054]在這兩個示例中都可以清楚地看到被運輸至用于借助所有合適的裝置(塞子，螺帽等等)密封或封閉的工位的容器(已包含產(chǎn)品)。
[0055]在位于密封工位的非常短距離上游噴射(根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選不超過20cm)處的噴射區(qū)中，容器遇到在根據(jù)本發(fā)明的流量和尺寸的條件下由兩個噴射器噴射出的氣體射流，所述噴射器被置于輸送機的兩旁并且朝向容器或瓶子移動的相反方向:
[0056]-圖4示出了將兩股射流引導(dǎo)至輸送機的相同區(qū)域的情況。
[0057]-圖5示出了將兩股稍微偏移的射流引導(dǎo)至輸送機的區(qū)域的實施例，這使其能夠包括更長的輸送機長度并因此有更多的時間用于從液上空間移走空氣。
[0058]由 申請人:進行的工作(實驗和建模兩者)展示出，在容器前面噴射的這種構(gòu)型中，在液上空間中建立的氣氛質(zhì)量(例如在液上空間中達(dá)到的殘余含氧量)會由以下參數(shù)所影響:
[0059]-包裝時間，換言之完全地達(dá)到轉(zhuǎn)移液上空間的氣氛并且由合適的氣氛將其替代的效果所需的時間。此時間本身依賴于:
[0060]〇氣氛在反方向上的吹送速度，例如氮氣，
[0061]〇容器移動的速度(與吹送方向相反)，
[0062]〇在氣體吹送和塞子(或其他封閉裝置)的抓取之間的可用距離，
[0063]〇液上空間的體積；
[0064]-在送入瓶子或容器的前沿的噴射氣流(例如氮氣)中的殘余含氧量。
[0065]確切地， 申請人:進行了用于研究影響噴射在容器上的氮氣流的含氧量的參數(shù)的工作，目的在于提升所噴射的氣氛和環(huán)境空氣的混合的最小化的條件。
[0066]此工作示出，對氮氣流中的氧含量有影響的參數(shù)為:
[0067]〇噴射器和待處理區(qū)之間的距離
[0068]〇處理氣體的速度
[0069]〇流態(tài)
[0070]〇射流的相關(guān)點相對于射流中心的位置
[0071 ] 〇氣體射流或氣流相對于待處理表面的橫截面
[0072]為了消除歧義，將本發(fā)明中提及的“待處理表面”指代容器的“頸部開口 ”的橫截面，即穿過它進行產(chǎn)品填充的容器的頂部開口。
[0073]因此采用以下參數(shù)執(zhí)行此工作，
[0074]-管式噴射器的直徑D
[0075]-噴射器和待處理表面之間的惰化距離:H[0076]-噴射氣體的性質(zhì):氮氣
[0077]-氣體的速度:V
[0078]-射流內(nèi)側(cè)的相關(guān)點相對于射流中心的距離:d
[0079](在附圖3中展示這些參數(shù))
[0080]可總結(jié)觀測結(jié)果如下。
[0081 ] 1-距離H (在噴射器和待處理表面之間)的影響
[0082]使用直徑為44mm的管式噴射器已作出各種評估并且所述評估是在紊流流態(tài)中多個氣體速度(2、4、6和8m/s)下得出的。
[0083]該評估清楚地示出，噴射器和待處理區(qū)之間的距離參數(shù)對射流中心所觀測到的氧含量有巨大的影響:
[0084]-所獲得的殘余氧含量在給定的速度上隨著的距離的增大而增加
[0085]-當(dāng)噴射器從待處理表面移走時，要維持氧氣水平，必須增大移動速度
[0086]-對于短距離(例如5、10cm)，無論射流的速度是多少，氣氛都保持非常準(zhǔn)確(IOOppm或更少)。
[0087]然而，在實際中已知，由于塞子安放機器的尺寸，幾乎不可能將噴射器置于非?？拷萜鞯奈恢?。于是，將噴射工位從塞子安放區(qū)移開有時是必要的，即便是為了將耗氣量降至最小，已做出最大的努力保持最小的距離以便獲得確實符合規(guī)格的液體上的氣氛。
[0088]如下文更詳細(xì)的描述，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選不超過20cm的距離，甚至對于最嚴(yán)格殘留氧氣(或其他污染物)的規(guī)格更優(yōu)選不超過15cm的距離。
[0089]這是因為，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，會采用少于20cm (特別是，根據(jù)每個現(xiàn)場的規(guī)格，為了殘余量少于2%的目標(biāo))并且更優(yōu)選少于15cm (特別是為了殘余量少于1%的目標(biāo))的噴射器和待處理區(qū)之間的距離。
[0090]2-流態(tài)的影響
[0091]借助于根據(jù)雷諾數(shù)的、射流中心處的氧含量的讀數(shù)，評估氣體流態(tài)對直徑為30mm、距離H為15cm的管式噴射器的影響。
[0092]雷諾數(shù)表不為:
[0093]R= PvD/μ,其中
[0094]P =密度(kg/m3)
[0095]V=氣體速度(m/s)
[0096]D=噴射器直徑(m)
[0097]μ =動態(tài)粘度(Pa.s)。
[0098]此工作示出，應(yīng)該避免層流和紊流之間的瞬變狀況，在該狀況中氧含量是非常高的(達(dá)到3%)。
[0099]雷諾公式示出速度和直徑的涉及:然后它證明了在層流態(tài)中保持穩(wěn)定是十分困難的，尤其是針對于相當(dāng)大的直徑(>50_)，然后速度不得不非常小，流量也很小，因此包裝時間增大并且到噴射器的距離十分短。
[0100]因此，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選置于紊流態(tài)，其中5000〈Re〈20000，然而優(yōu)選相對較低的速度以便限制氣體的消耗。
[0101]3 -噴射器肓徑的影響[0102]根據(jù)從相關(guān)點到氣體射流的中心的距離，針對多個氣體速度，在下列情況下建立射流中的氧含量曲線:
[0103]-D=44mm
[0104]-H=20cm
[0105]_v=l、2、5 或 10m/s
[0106]似乎能夠得出以下結(jié)論:
[0107]-對于此處不變的H值(20cm)，較低的速度(I和2m/s)不能給出令人滿意的氣氛
性能(殘余氧含量高于4%)。
[0108]-只要射流的相關(guān)點遠(yuǎn)離射流中心地移動，就會注意到殘余氧含量的退化。
[0109]-對于希望以最高為2%的殘余含氧量處理的區(qū)域，直徑不超過22mm是必要的(當(dāng)然，是在此處測試的直徑的情況下)。
[0110]不會通過隨后的技術(shù)解釋以任何方式試圖限制本發(fā)明，可合理地想象:當(dāng)移離射流中心時，借助于文丘里效應(yīng)，與空氣接觸的射流的外部相比射流的內(nèi)部受到射流周圍的空氣的抽吸影響更深。并且可想象，文丘里效應(yīng)會影響射流外層的范圍，所述范圍與氣體的速度有關(guān)(因此與雷諾數(shù)有關(guān))，速度越高受影響層越厚，而對于較短的射流直徑或非常高的速度外部空氣可污染很大部分的射流。
[0111]在本文中，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的規(guī)格，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選采取噴射器尺寸明顯地大于待處理區(qū)尺寸的尺寸，尤其是其中噴射器的橫截面至少是待處理的表面面積的兩倍，甚至于更優(yōu)選為至少三倍。
[0112]根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行有關(guān)果汁型飲料的裝瓶的測試，在以下總結(jié)的條件下:
[0113]-PET 塑料瓶
[0114]-容量0.5升，頸部直徑=32臟
[0115]-生產(chǎn)線速率=40000瓶/小時
[0116]-惰化目標(biāo):在氣態(tài)罩中液體上〈5%殘余氧含量
[0117]-米用兩個偏移的噴射器，直徑為76mm
[0118]-流量:IOONmVh每噴射器
[0119]-噴射器和頸部之間的距離為15cm
[0120]在這些條件下獲得了大約2%的殘余含氧量，這完全符合現(xiàn)場所確定的規(guī)格。
[0121]需要指出的是，借助于比較性的現(xiàn)有技術(shù)方法(惰化通道為I米長，惰化耗氣量為IOONmVh)下降到少于8%的殘余耗氧量是不可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種旨在在一移動設(shè)備中在存儲產(chǎn)品的容器的液上空間中產(chǎn)生受控氣氛的方法，在該設(shè)備中采取以下措施: -借助于產(chǎn)品部分地填充所述容器至一給定的填充液位； -使所述容器的頂部部分與氣態(tài)處理氣氛接觸，該氣態(tài)處理氣氛旨在排出全部或一些存在于所述容器中并高于所述填充液位的空氣，并且在所述填充液位上方安放所需的受控氣氛； -利用合適的裝置將所述容器的上邊緣密封或封閉； -在密封的上游和/或在密封期間實現(xiàn)所述受控氣氛的建立， 其特征在于，通過采用至少一個管式噴射器而在無約束的噴射區(qū)中建立所述受控氣氛，所述管式噴射器能朝著所述噴射區(qū)中的所述容器的上邊緣噴射氣態(tài)處理氣氛，并且在該噴射區(qū)中定向成使所噴射的氣體的速度的至少一個分量與容器的移動方向相對，以及，向該噴射器供應(yīng)氣流，以便能實現(xiàn)雷諾數(shù)在5000至20000之間的紊流流態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴射器的直徑設(shè)計成使從該噴射器產(chǎn)生的射流的橫截面是待處理的表面面積的兩倍，優(yōu)選為所述待處理的表面面積的三倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述噴射器和待處理的區(qū)域之間的距離小于20cm,優(yōu)選小于15cm。
4.一種用于在存儲容器中連續(xù)地包裝產(chǎn)品的設(shè)備，在該設(shè)備中，采取下列措施: -用所述產(chǎn)品將所述容器部分地填充至一給定的填充液位； -使所述容器的上部部分與氣態(tài)處理氣氛相接觸，該氣態(tài)處理氣氛旨在移除全部或一些存在于該容器中并處于所述填充液位上方的空氣，并且在所述填充液位上方建立所需的受控氣氛； -采用合適的裝置將所述容器的上邊緣密封或封閉； -在密封的上游和/或在密封期間建立所述受控氣氛， 其特征在于，在無約束的噴射區(qū)中建立所述受控氣氛，所述噴射區(qū)設(shè)有至少一個管式噴射器，該噴射器能朝著所述噴射區(qū)中的所述容器的上邊緣發(fā)射氣態(tài)處理氣氛，所述至少一個噴射器在該噴射區(qū)中定向成使所發(fā)射的氣體的速度的至少一個分量與所述容器的移動方向相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射器的直徑設(shè)計成使得從該噴射器產(chǎn)生的射流的橫截面是待處理的表面面積的兩倍，優(yōu)選為待處理的表面面積的三倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射器和待處理的區(qū)域之間的距離小于20cm,優(yōu)選小于15cm。
【文檔編號】B65B31/04GK103764500SQ201280041571
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】M·勒蒂爾邁, F·布坎, E·沙爾夫, A·普瓦里耶 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司