DE69518412T2 - SYSTEM AND METHOD FOR FILLING AND SEALING CONTAINERS IN A CONTROLLED ENVIRONMENT - Google Patents
SYSTEM AND METHOD FOR FILLING AND SEALING CONTAINERS IN A CONTROLLED ENVIRONMENTInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Verpacken von Materialien in ausgewählten Alternativ-Umgebungen und insbesondere zum im wesentlichen sauerstofffreien Verpacken von Lebensmittelprodukten in Behältern.The invention relates to devices and methods for packaging materials in selected alternative environments and in particular for packaging food products in containers in a substantially oxygen-free manner.
In der Lebensmittelverpackungsindustrie gibt es zahlreiche Methoden, um Behälter von Lebensmittelerzeugnissen in Alternativ-Umgebungen, wie z. B. einer inerten Atmosphäre nacheinander zu verpacken, um das Sauerstoffniveau wesentlich zu reduzieren und dadurch die Frische zu bewahren. Derartige Vorgänge sind vorteilhaft, um verschiedene Lebensmittelerzeugnisse zu verpacken, u. a. umfassend eßbare Nüsse, Kaffee, pulverisierte Milch, Säuglingsnahrungspulver. Bestehende Systeme weisen Beschränkungen auf, die die Effizienz und die Geschwindigkeit des Verpackungsvorgangsverringern. Zusätzlich beseitigen bestimmte Konstruktionen von Verpackungssystemendie Auswahl, verschiedene moderne Füll- und Falzausstattungen zu verwenden.In the food packaging industry, there are numerous methods for sequentially packing containers of food products in alternative environments, such as an inert atmosphere, to significantly reduce oxygen levels and thereby preserve freshness. Such operations are advantageous for packing various food products, including edible nuts, coffee, powdered milk, infant formula powder, among others. Existing systems have limitations that reduce the efficiency and speed of the packaging process. In addition, certain packaging system designs eliminate the choice of using various advanced filling and seaming equipment.
Beispielsweise sind Methoden bekannt, um das Innere von leeren Behältern vor dem Füllen mit Inhalten zu spülen, um den Restsauerstoff zu verringern. Weiterhin sind Methoden bekannt, um vor dem Verpacken den Sauerstoffgehalt im Lebensmittelmaterial zu verringern, sowie um die gefüllten Behälter zu transportieren. Jedoch weisen Vorrichtungen zur Ausführung dieser Funktionen Nachteile auf, die ihre weitverbreitete Akzeptanz verhindert haben. Diese umfassen einen übermäßigen Gasverbrauch, eine unflexible Konstruktion, welche einen Zugang des Bedieners einschränkt, niedrigere Betriebsgeschwindigkeiten, einen Bedarf an Vakuumquellen oder unhandlichen Vorrichtungen, sowie lange Verzögerungen beim Anfahren und beim erneuten Starten.For example, methods are known to flush the interior of empty containers before filling them with contents to reduce residual oxygen. Methods are also known to reduce the oxygen content in food materials before packaging, as well as to transport the filled containers. However, devices for performing these functions have disadvantages that have prevented their widespread adoption. These include excessive gas consumption, inflexible construction which restricts operator access, lower operating speeds, a need for vacuum sources or cumbersome fixtures, and long delays during start-up and restart.
Beispielsweise offenbaren die U.S. Patente Nr. 3,871,157, 3,942,301 und 4,140,159 sowie die deutsche OS 3323710 verschiedene Vorrichtungen zum Verpacken mit niedrigem Sauerstoff, einschließlich bestimmter Formen von Gasdistributoren und des Reinigens von Schütterzeugnissen. Das U.S. Patent Nr. 3,860,047 offenbart eine Vorrichtung zum Ausspülen von Sauerstoff aus einem zu verpackenden Schüttgut, einschließlich Gaszuleitungsrohre. Das U.S. Patent Nr. 4,094,121 offenbart eine weitere Vorrichtung zum Verpacken von Erzeugnissen in im wesentlichen sauerstofffreier Atmosphäre, umfassend einen einfachen Einlaß zum Einleiten von Inertgas, welches durch ein Füllrohr und einen Fülltrichter hindurch nach oben getrieben werden soll. Diese bekannten Systeme weisen allesamt den Nachteil einer unflexiblen Struktur, eines unerwünscht hohen Gasverbrauchs, einer möglichen nachteiligen Schichtung des Schütterzeugnisses als Folge von Spülgasströmen, sowie begrenzte Geschwindigkeit auf.For example, U.S. Patent Nos. 3,871,157, 3,942,301 and 4,140,159 and German OS 3323710 disclose various devices for low oxygen packaging, including certain forms of gas distributors and cleaning bulk products. U.S. Patent No. 3,860,047 discloses a device for purging oxygen from a bulk product to be packaged, including gas supply pipes. U.S. Patent No. 4,094,121 discloses another device for packaging products in a substantially oxygen-free atmosphere, comprising a simple inlet for introducing inert gas which is to be forced upwards through a filling pipe and a filling funnel. These known systems all have the disadvantage of an inflexible structure, an undesirably high gas consumption, a possible disadvantageous stratification of the bulk product as a result of purge gas flows, and limited speed.
Das britische Patent Nr. 551271 offenbart ein System und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 47 und stellt Mittel zum Evakuieren von Luft aus dem Gasraum von Behältern sowie zum Sterilisieren von Verschlüssen für die Behälter bereit. Es sind Mittel bereitgestellt, um Dampf in die sich durch einen Tunnel hindurch bewegenden Behälter zu richten, in welchen Dampfstrahlen in die Gasräume der Behälter hinein gerichtet werden, um Luft daraus auszuspülen, unmittelbar bevor die Behälter einen Revolverkopf erreichen, welcher einen Verschluß bewirkt. Ein weiteres System, umfassend Dampfstrahlen zum Entfernen von Luft aus dem Behälter vor dem Abdichten des Behälters, wird in dem U.S. Patent Nr. 2,534,305 beschrieben.British Patent No. 551271 discloses a system and method according to the preambles of claims 1 and 47 respectively and provides means for evacuation of air from the headspace of containers and for sterilizing closures for the containers. Means are provided for directing steam into the containers moving through a tunnel in which jets of steam are directed into the headspaces of the containers to flush air out of them immediately before the containers reach a turret which effects a closure. Another system comprising jets of steam for removing air from the container prior to sealing the container is described in U.S. Patent No. 2,534,305.
Es ist deshalb erwünscht, ein System und ein Verfahren zum Verpacken von Produkten in ausgewählten (z. B. in inerten) Umgebungen unter Verwendung von im allgemeinen offenen und zugänglichen Strukturen bereitzustellen. Es ist weiterhin wünschenswert, ein derartiges System bereitzustellen, welches sehr niedrige Restsauerstoffniveaus im verpackten Produkt ermöglichen wird, während es weniger Inertgas verbraucht und eine Schichtung des Schüttguts vermeidet. Schließlich ist es äußerst wünschenswert, ein derartiges integriertes Begasungssystem bereitzustellen, welches an Behälter mit mehreren Größen anpaßbar und welches bei hohen Durchsätzen einsetzbar ist.It is therefore desirable to provide a system and method for packaging products in selected (e.g., inert) environments using generally open and accessible structures. It is further desirable to provide such a system which will enable very low residual oxygen levels in the packaged product while consuming less inert gas and avoiding stratification of the bulk product. Finally, it is highly desirable to provide such an integrated gassing system which is adaptable to multiple size containers and which is operable at high throughputs.
Die Erfindung betrifft ein System zum Spülen von Sauerstoff aus offenen Behältern entsprechend Anspruch 1 sowie ein Verfahren entsprechend Anspruch 47.The invention relates to a system for flushing oxygen from open containers according to claim 1 and a method according to claim 47.
Es wird ein integriertes System mit offener Architektur zum Füllen und Abdichten von Behältern bereitgestellt, welches ein Vorreinigungssystem (z. B. Schiene), eine Füllstation, einschließlich Vorrichtungen, um Sauerstoff vor dem Verpacken aus einem Schüttgut zu entfernen, eine Gasraum-Reinigungsschiene sowie eine Station zum dauerhaften Abdichten umfaßt. In einer bestimmten Ausführungsform besteht das System im wesentlichen aus lediglich diesen Hauptverarbeitungselementen, ohne Bedarf für andere Inertgas- oder Vakuumprozessoren und ist bereits in der Lage, z. B. Säuglingsnahrungspulver bei hohen Raten (z. B. 90,7 kg (200 Pfund) pro Minute und höher) mit Restsauerstoffniveaus von 1% oder weniger kommerziell zu verpacken.An integrated, open architecture container filling and sealing system is provided, which includes a pre-cleaning system (e.g., rail), a filling station including means to remove oxygen from a bulk material prior to packaging, a headspace cleaning rail, and a permanent sealing station. In a particular embodiment, the system essentially consists of only these main processing elements, with no need for other inert gas or vacuum processors, and is already capable of commercially packaging, for example, infant formula powder at high rates (e.g., 200 pounds (90.7 kg) per minute and higher) with residual oxygen levels of 1% or less.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden leere Behälter unterhalb einer eigens konstruierten Reinigungsschiene transportiert, dann mit einem Erzeugnis gefüllt, welches selbst verarbeitet wurde, um im wesentlichen allen Sauerstoff zu entfernen, und schließlich werden die gefüllten Behälter unterhalb einer Gasraum-Reinigungsschiene zu einer Vorrichtung zum Abdichten des Behälters transportiert. Vorzugsweise umfassen sowohl die Behälter-Reinigungsschiene und die Gasraum-Reinigungsschiene einen oder mehrere Kanäle, welche oberhalb von offenen Behältern auf einer Fördervorrichtung in unmittelbarer Nähe zu den Behälteröffnungen angebracht sind. Der Kanal wird mit einer gewünschten Alternativ-Umgebung, wie z. B. Inertgas, versorgt. Ein in Längsrichtung ausgedehnter Verteiler zum gesteuerten/geregelten Durchgang von Gas vom Inneren des Kanals in Richtung der Behälteröffnungen ist in der den Behältern nahen Fläche des Kanals vorgesehen, welcher Verteiler enger ist als die Behälteröffnung und welcher vorzugsweise weniger als oder gleich eine Hälfte der Breite der Behälteröffnung aufweist, und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Viertel der Breite der Behälteröffnung oder weniger aufweist.In a preferred embodiment, empty containers are transported beneath a specially designed cleaning rail, then filled with a product which has itself been processed to remove substantially all oxygen, and finally the filled containers are transported beneath a gas space cleaning rail to a device for sealing the container. Preferably, both the container cleaning rail and and the gas space cleaning rail comprises one or more channels which are mounted above open containers on a conveyor in close proximity to the container openings. The channel is supplied with a desired alternative environment, such as inert gas. A longitudinally extending distributor for the controlled/regulated passage of gas from the interior of the channel towards the container openings is provided in the surface of the channel near the containers, which distributor is narrower than the container opening and which preferably has less than or equal to one half the width of the container opening, and in a particularly preferred embodiment has a quarter of the width of the container opening or less.
Die Schienen umfassen vorzugsweise eine Mehrzahl von Segmenten, welche derart montiert sind, daß es ermöglicht wird, einzelne Segmente auf einfache Art und Weise von den zugeordneten Förderer und Behältern entfernt werden, um Zugang zu einem Abschnitt des Systems und zu gerade verarbeiteten Behältern zu gestatten. In besonderen Ausführungsformen können Segmente gelenkig oder verschiebbar montiert sein, um eine rotatorische und/oder translatorische Bewegung von einer ersten Betriebsstellung zu einer zweiten Wartungsstellung zu gestatten.The rails preferably comprise a plurality of segments which are mounted in such a way as to allow individual segments to be easily removed from the associated conveyors and containers to allow access to a portion of the system and to containers being processed. In particular embodiments, segments may be hingedly or slidably mounted to allow rotational and/or translational movement from a first operating position to a second maintenance position.
Abgaskanäle können in Verbindung mit einem Gasdistributor (wie z. B. eine Begasungsschiene) vorgesehen sein, um das ausgestoßene Gas und den Sauerstoff aufzunehmen. In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Abgaskanäle einen erweiterten Verteiler zur gesteuerten/geregelten (vorzugsweise laminaren) Gaseinleitung.Exhaust channels may be provided in conjunction with a gas distributor (such as a gassing rail) to receive the exhausted gas and oxygen. In preferred embodiments, the exhaust channels comprise an extended distributor for controlled/regulated (preferably laminar) gas introduction.
Eine Füllstation umfaßt Vorrichtungen, um im wesentlichen allen Sauerstoff aus einem zu verpackenden Produkt vor dem Füllen des Behälters zu entfernen. Vorzugsweise umfaßt die Füllstation ein Silo, einen Bedarfs- Gasaustauscher sowie eine Füllvorrichtung. Das Silo (falls verwendet) kann wenigstens einen Begasungsbereich umfassen, um eine gesteuerte/geregelte und vorzugsweise laminarisierte Inertgas-Strömung in das Silo hinein bereitzustellen. Der Bedarfs-Gasaustauscher (falls verwendet) stellt ein kompakteres Gefäß bereit (was zu einer größeren Flexibilität bei der Installation führt), umfassend ein umschlossenes Volumen, durch welches das Produkt kurz vor dem Verpacken strömt, und umfaßt Begasungselemente, um eine gesteuerte/geregelte Inertgas-Strömung durch das Produkt hindurch bereitzustellen, um Sauerstoff in Echtzeit zu verdrängen, während das Erzeugnis durch die Füllvorrichtung zum Füllen strömt. In einigen Ausführungsformen können das Silo und der Gasaustauscher integral sein. Die Füllvorrichtung kann von jedem beliebigen herkömmlichen Typ sein, jedoch modifiziert (wenn notwendig), um einen Sauerstoffeintrag zu verhindern, während das verarbeitete Erzeugnis in die verarbeiteten Behälter hinein tritt, und während die Behälter in die Füllvorrichtung eintreten und diese verlassen.A filling station comprises means for removing substantially all oxygen from a product to be packaged prior to filling the container. Preferably, the filling station comprises a silo, a demand gas exchanger and a filling device. The silo (if used) may comprise at least one gassing area to provide a controlled/regulated and preferably to provide laminarized inert gas flow into the silo. The on-demand gas exchanger (if used) provides a more compact vessel (leading to greater installation flexibility) comprising an enclosed volume through which the product flows just prior to packaging, and includes gassing elements to provide a controlled inert gas flow through the product to displace oxygen in real time as the product flows through the filler for filling. In some embodiments, the silo and gas exchanger may be integral. The filler may be of any conventional type, but modified (if necessary) to prevent oxygen ingress as the processed product enters the processed containers and as the containers enter and exit the filler.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Silo (oder der Gasaustauscher) mit einer Mehrzahl einzelner Begasungselemente versehen, die derart angeordnet sind, daß sie überlappende Begasungsbereiche erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elemente im wesentlichen komplanar und mit Abstand über das innere Volumen eines Gefäßes angeordnet. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist mehr als ein Niveau von Begasungselementen vorgesehen, um mehrere Sauerstoff-Ausschluß-Zonen zu erzeugen, während sich das Erzeugnis durch das zugeordnete Silo oder den zugeordneten Gasaustauscher hindurch bewegt. Beispielsweise sind zwei Niveaus bevorzugt, wobei jedes drei oder vier Begasungselemente aufweist, die relativ zueinander versetzt sind. Die Begasungselemente umfassen vorzugsweise eine ausgedehnte Verteilerfläche, um Gas gesteuert/geregelt (vorzugsweise laminar) über einen wesentlichen Flächenbereich einzublasen, wodurch eine übermäßige Geschwindigkeit oder Turbulenz verhindert wird. In bevorzugten Ausführungsformen stützt ein starrer Stützrahmen eine ausgedehnte Drahtgitterverteilerfläche, die einen inneren Kanal definiert, welcher eine Inertgaszufuhr aufnimmt. Vorzugsweise besitzt der Drahtgitterverteiler einen oberen Abschnitt (in der Richtung des ankommenden Erzeugnisses), welcher verjüngt ist. Ein unterer Abschnitt mit im allgemeinen parallelen Seiten kann ebenso vorhanden sein, um zusätzlichen Oberflächenbereich bereitzustellen, ohne eine Partikelmaterial- Strömung durch das Gefäß hindurch nachteilig zu beeinflussen.In preferred embodiments, the silo (or gas exchanger) is provided with a plurality of individual gassing elements arranged to create overlapping gassing areas. In a preferred embodiment, the elements are substantially coplanar and spaced throughout the internal volume of a vessel. In particularly preferred embodiments, more than one level of gassing elements is provided to create multiple oxygen exclusion zones as the product moves through the associated silo or gas exchanger. For example, two levels are preferred, each having three or four gassing elements offset relative to one another. The gassing elements preferably comprise an extensive distribution surface for injecting gas in a controlled (preferably laminar) manner over a substantial surface area, thereby preventing excessive velocity or turbulence. In preferred embodiments, a rigid support frame supports an extensive wire mesh distribution surface defining an internal channel which receives an inert gas supply. Preferably, the wire mesh distributor has an upper section (in the direction of the incoming product) which is tapered. A lower A generally parallel sided portion may also be present to provide additional surface area without adversely affecting particulate material flow through the vessel.
In bestimmten Ausführungsformen können zusammenlaufende Schienen (wie z. B. Gasraum-Reinigungsschienen) in der Nähe der Hauptschiene (Schienen) vorgesehen sein, um Behälter in den Behälterstrom einzuführen. In einem System kann eine sekundäre Sauerstoff-Spülstation zum Verarbeiten von Behältern umfaßt sein, welche dann unter einer einmündenden Schiene zur Einschleusung in einen Strom von Behältern ohne Risiko einer Sauerstoff- Kontamination transportiert werden können.In certain embodiments, converging rails (such as headroom purge rails) may be provided near the main rail(s) to introduce containers into the container stream. In a system, a secondary oxygen purge station may be included for processing containers which may then be transported under a converging rail for introduction into a stream of containers without risk of oxygen contamination.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der augenblicklich bevorzugten Ausführungsformen, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, offensichtlicher werden. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind eher lediglich beispielgebend für die Erfindung als einschränkend, wobei der Rahmen der Erfindung durch die angehängten Ansprüche definiert wird.Further features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description of the presently preferred embodiments, which is read in conjunction with the accompanying drawings. The detailed description and drawings are merely exemplary of the invention rather than limiting it, the scope of the invention being defined by the appended claims.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines integrierten Behälter-Füll- und Abdicht-Systems.Fig. 1 is a schematic view of an integrated container filling and sealing system.
Fig. 2 ist eine Ansicht einer Begasungsschiene von unten, welche die Außenfläche eines bevorzugten Gasdistributionsverteilers zeigt.Fig. 2 is a bottom view of a gassing rail showing the outer surface of a preferred gas distribution manifold.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in Fig. 2 eines einzelnen Behälters, der durch eine Vorreinigungsschiene gereinigt wird.Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in Fig. 2 of a single container being cleaned by a pre-cleaning rail.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in Fig. 2 eines einzelnen Behälters, welcher durch eine Gasraum-Reinigungsschiene gereinigt wird.Fig. 4 is a sectional view taken along line 3-3 in Fig. 2 of a single container being cleaned by a headspace cleaning rail.
Fig. 5 ist eine Ansicht von unten einer weiteren Begasungsschiene, welche zwei Ausführungsformen von Abgaskanälen zeigt.Fig. 5 is a bottom view of another gassing rail showing two embodiments of exhaust ducts.
Fig. 6 ist eine Seitenschnittansicht einer bevorzugten Schienen- und Verteilerstruktur.Figure 6 is a side sectional view of a preferred rail and distribution structure.
Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht bevorzugter Förderer- und Schienenlagermittel umfassend Drehgelenke.Figure 7 is a partial sectional view of preferred conveyor and rail support means including pivot joints.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer repräsentativen kommerziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassend ein Zuführsilo mit einer Mehrzahl von Begasungselementen, sowie einen optionalen Sekundärprozessor sowie zusammenlaufende Schienen.Figure 8 is a side view of a representative commercial embodiment of the present invention including a feed silo with a plurality of gassing elements, as well as an optional secondary processor and converging rails.
Fig. 9 ist eine Ansicht von oben der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform.Fig. 9 is a top view of the embodiment shown in Fig. 8.
Fig. 10 ist eine Ansicht von oben des in den Fig. 8 bis 9 gezeigten Begasungssilos.Fig. 10 is a top view of the fumigation silo shown in Figs. 8 to 9.
Fig. 11 ist eine diagrammartige Repräsentation einer alternativen kommerziellen Ausführungsform, umfassend einen Bedarfs-Gasaustauscher.Figure 11 is a diagrammatic representation of an alternative commercial embodiment comprising a demand gas exchanger.
Fig. 12 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Bedarfs-Gasaustauschers.Fig. 12 is a side view of one embodiment of a demand gas exchanger.
Fig. 13 ist eine Ansicht von oben des in Fig. 12 gezeigten Gasaustauschers.Fig. 13 is a top view of the gas exchanger shown in Fig. 12.
Fig. 14 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines repräsentativen Begasungselements zur Verwendung mit einem Begasungssilo oder Gasaustauscher.Fig. 14 is a partially sectioned side view of a representative gassing element for use with a gassing silo or gas exchanger.
Fig. 15 ist eine Endansicht des Begasungselements von Linie 15-15 in Fig. 14.Fig. 15 is an end view of the gassing element taken along line 15-15 in Fig. 14.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines integrierten Füll- und Abdichtsystems mit gesteuerter/geregelter Umgebung gezeigt, mit Gas-Reinigungsschienen 10 umfassend eine Vorreinigungsschiene 1 und eine Gasraum-Reinigungsschiene 3, eine Füllstation 2 zwischen den Schienen 1 und 3 sowie eine Abdichtstation 6 (wie z. B. eine Doppelfalzvorrichtung). Die Füllstation 2 umfaßt vorzugsweise einen Prozessor 5 mit gesteuerter/geregelter Umgebung.Referring to Fig. 1, there is shown a schematic view of an integrated controlled environment filling and sealing system having gas purge rails 10 comprising a pre-purge rail 1 and a gas space purge rail 3, a filling station 2 between rails 1 and 3, and a sealing station 6 (such as a double seamer). The filling station 2 preferably includes a controlled environment processor 5.
Die Gas-Reinigungsschienen 10 umfassen einen Längskanal 11 mit einem oder mehr Einlässen 12, um z. B. Inertgas von einer Quelle (nicht dargestellt) aufzunehmen, sowie einen Distributionsverteiler 13 zum Verteilen des Gases in die offenen Behälter hinein. Der Distributionsverteiler 13 ist an einer Fläche der Schiene 10 angeordnet, welche auf die Behälter zu weist. Dort, wo verlängerte Schienen gewünscht sind (z. B. um die Verweildauer der Behälter unterhalb der Schiene zu erhöhen, um eine angemessene Zeit bei einer gegebenen Liniengeschwindigkeit für eine ausreichende Sauerstoffverdrängung zu gestatten) kann die Gas-Reinigungsschiene 10 eine Mehrzahl von einzelnen Segmenten (z. B. 7, 8) umfassen, wobei jedes seinen eigenen Kanal 11 und Gaseinlaß (Einlässe) 12 aufweist. Vorzugsweise sind die Verteiler 13 angrenzender Segmente sehr nahe beieinander angeordnet (d. h. sehr bevorzugt innerhalb von 0,32 cm (1/8 Inch)), um jegliches Abreißen der in Längsrichtung ruhigen Gasströmung von den Verteilern zu minimieren. Für eine bevorzugte Liniengeschwindigkeit von etwa 400 Behältern der Größe 401 pro Minute ist eine gesamte Vorreinigungsschienenlänge von etwa 366 cm (12 Fuß) sowie eine Verweilzeit unterhalb der Schiene von 4 bis 6 Sekunden wünschenswert.The gas purification rails 10 comprise a longitudinal channel 11 with one or more inlets 12, for example, to receive inert gas from a source (not shown), and a distribution manifold 13 for distributing the gas into the open containers. The distribution manifold 13 is located on a surface of the rail 10 facing the containers. Where extended rails are desired (e.g., to increase the residence time of the containers beneath the rail to allow adequate time at a given line speed for sufficient oxygen displacement), the gas purification rail 10 may comprise a plurality of individual segments (e.g., 7, 8), each having its own channel 11 and gas inlet(s) 12. Preferably, the manifolds 13 of adjacent segments are located very close to each other (i.e., most preferably within 1/8 inch) to minimize any disruption of the longitudinally quiescent gas flow from the manifolds. For a preferred line speed of about 400 size 401 containers per minute, a total preclean rail length of about 12 feet and a dwell time below the rail of 4 to 6 seconds is desirable.
Der vertikale Abstand zwischen dem Verteiler 13 und den Oberseiten der oben offenen Behälter ist vorzugsweise klein und sollte idealerweise etwa 0,953 cm (0,375 Inch) für die dargestellten Ausführungsformen nicht überschreiten. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand für eine Vorreingiungs-Schiene 1 zwischen etwa 0,1588 und 0,635 cm (0,0625 und etwa 0,25 Inch), wobei er etwa 0,79 cm (0,31 Inch) nicht überschreitet, und beträgt optimalerweise etwa 0,32 cm (0,125 Inch). Für eine Gasraum-Schiene beträgt der Abstand vorzugsweise zwischen etwa 0,047 und 0,483 cm (0,016 und etwa 0,19 Inch), wobei er etwa 0,953 cm (0,375 Inch) nicht überschreitet und ist optimalerweise so klein wie möglich, ohne körperliche Interferenz zwischen der Schiene und den Behältern. Für Dosen der Größe 401 kann ein Segment des Kanals 11 eine Höhe von etwa 2,54 cm (1 Inch), eine Länge von etwa 122 cm (4 Fuß) sowie eine Breite von etwa 12,7 cm (5,0 Inch) aufweisen. Ein Standard 401-Behälter besitzt eine Höhe von 13,813 cm (5,438 Inch) und einen Außendurchmesser von 10,4 cm (4,1 Inch). Das Inertgas weist eine Einlaß- und eine Auslaßströmungsrate von etwa 0,057 bis 0,425 Kubikmeter pro Minute (2 bis etwa 15 Standardkubikfuß pro Minute (2-15 scfm)), vorzugsweise etwa 0,283 Kubikmeter pro Minute (10 scfm) pro 122 cm (4 Fuß)-Segment bei 100% Strömung auf, wenn Behälter der Größe 401 · 502 bei einer Liniengeschwindigkeit von 300 Behältern pro Minute verpackt werden. Für ein Gasraum-Schienensegment beträgt die optimale Rate etwa 0,142 Kubikmeter pro Minute (5 scfm) pro Segment bei 100% Strömungsrate. Die optimale Inertgasströmungsrate wird abhängig von der Liniengeschwindigkeit und den Behälterabmessungen schwanken und kann durch Windkanalprüfungen der in unterschiedlichen Größen ausgeführten Behälter bestimmt werden.The vertical distance between the manifold 13 and the tops of the open topped containers is preferably small and should ideally not exceed about 0.953 cm (0.375 inches) for the illustrated embodiments. Preferably, for a pre-cleaning rail 1, this distance is between about 0.1588 and 0.635 cm (0.0625 and about 0.25 inches), not exceeding about 0.79 cm (0.31 inches), and optimally is about 0.32 cm (0.125 inches). For a headspace rail, the distance is preferably between about 0.047 and 0.483 cm (0.016 and about 0.19 inches), not exceeding about 0.953 cm (0.375 inches), and optimally is as small as possible without physical interference between the rail and the containers. For 401 size cans, a segment of the channel 11 may have a height of about 2.54 cm (1 inch), a length of about 122 cm (4 feet), and a width of about 12.7 cm (5.0 inches). A standard 401 container has a height of 13.813 cm (5.438 inches) and an outside diameter of 10.4 cm (4.1 inches). The inert gas has an inlet and outlet flow rate of about 0.057 to 0.425 cubic meters per minute (2 to about 15 standard cubic feet per minute (2-15 scfm)), preferably about 0.283 cubic meters per minute (10 scfm) per 122 cm (4 foot) segment at 100% flow when packing 401 x 502 size containers at a line speed of 300 containers per minute. For a gas space rail segment, the optimum rate is about 0.142 cubic meters per minute (5 scfm) per segment at 100% flow rate. The optimum inert gas flow rate will vary depending on line speed and container dimensions and can be determined by wind tunnel testing of containers of different sizes.
Vorzugsweise ist der Kanal 11, abgesehen von dem Inertgas-Einlaß (Einlässen) 12 und dem Distributionsverteiler 13, geschlossen. Der Kanal 11 kann, wie gezeigt, rechteckig sein und kann aus rostfreiem Stahl, Aluminium, starrem Plastik oder jedem anderen starren Material aufgebaut sein. Der Kanal 11 sollte vorzugsweise wenigstens so breit wie und bevorzugter etwas breiter als die Durchmesser der offenen Oberseite der Behälter sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein 6,35 cm (2,5 Inch)-Streifen eines 5-lagigen 40- Mikron-Siebs 23 aus rostfreiem Stahl an einem 6,35 cm (2,5 Inch)-Streifen eines 2-lagigen 80-Mikron-Siebs 24 aus rostfreiem Stahl angebracht und bildet teilweise den dargebotenen Gasverteiler. Durch Vorsehen von Öffnungsbereichen in einer oder beiden Gitterlagen (vorzugsweise nicht überlappend) werden unterschiedliche Strömungswiderstandsbereiche bereitgestellt.Preferably, the channel 11 is closed except for the inert gas inlet(s) 12 and the distribution manifold 13. The channel 11 may be rectangular as shown and may be constructed of stainless steel, aluminum, rigid plastic or any other rigid material. The channel 11 should preferably be at least as wide as, and more preferably slightly wider than, the Diameter of the open top of the containers. In a preferred embodiment, a 6.35 cm (2.5 inch) strip of 5-layer 40 micron stainless steel screen 23 is attached to a 6.35 cm (2.5 inch) strip of 2-layer 80 micron stainless steel screen 24 and partially forms the gas distributor provided. By providing opening areas in one or both grid layers (preferably non-overlapping), different flow resistance areas are provided.
Im Betrieb einer bevorzugten Ausführungsform kann ein offener leerer Behälter 50 einer gesteuerten/geregelten (vorzugsweise laminarisierten) Inertgas- Strömung aus der Vorreinigungs-Schiene 1 ausgesetzt sein, während er durch den Förderer 59 transportiert wird, welche die Sauerstoffniveaus innerhalb des Behälters von 20,9% auf weniger als 2,0% Restsauerstoff verringern. Es wurde herausgefunden, daß so geringe Sauerstoffreste wie einige wenige hundert Parts per Million Sauerstoff oder weniger bei Verweilzeiten von 4 bis 6 Sekunden möglich sind. Da die Schienen 1, wie hierin beschrieben, kein Vakuum, Seitenplatten oder eine abgedichtete Einfassung benötigen, um die leeren Behälter 50 zu verarbeiten, ist eine offene Architektur vorgesehen, welche, wenn nötig, einen einfachen Zugang zu den Behältern ermöglicht. Vorzugsweise umfassen die Vorreinigungs-Schienen 1 wenigstens einen in Längsrichtung orientierten Gas-Distributionsverteilerbereich, welcher im wesentlichen in der Bewegungsrichtung der Behälter ausgerichtet ist, welche in Zuordnung zu der Vorreinigungs-Schiene transportiert werden. Der Verteiler sieht eine gesteuerte/geregelte Strömung von z. B. Inertgas in die offenen Behälter hinein vor, welche Strömung in der Behälterbewegungsrichtung im wesentlichen kontinuierlich und gleichförmig ist. Vorzugsweise sieht der Verteiler wenigstens zwei ausgedehnte Längsbereiche von unterschiedlichem Gasströmungswiderstand vor. Vorzugsweise weist der Verteiler eine Breite auf, welche geringer ist als die Breite der Behälteröffnung und sehr bevorzugt eine Hälfte oder ein Viertel oder weniger der Behälteröffnungsbreite beträgt. Es sollte verstanden sein, daß hier "Längs"-Richtung verwendet wird, um die Behälterbewegungsrichtung zu bezeichnen, welche linear oder nicht linear (z. B. gekrümmt), eben oder nicht eben sein kann, abhängig von dem der Gasschiene zugeordneten Förderer oder Transportsystem.In operation of a preferred embodiment, an open empty container 50 may be subjected to a controlled (preferably laminarized) flow of inert gas from the preclean rail 1 while being transported by the conveyor 59 which reduces the oxygen levels within the container from 20.9% to less than 2.0% residual oxygen. It has been found that oxygen residuals as low as a few hundred parts per million oxygen or less are possible with residence times of 4 to 6 seconds. Since the rails 1 as described herein do not require a vacuum, side plates or a sealed enclosure to process the empty containers 50, an open architecture is provided which allows easy access to the containers when necessary. Preferably, the preclean rails 1 include at least one longitudinally oriented gas distribution manifold section which is aligned substantially in the direction of travel of the containers being transported in association with the preclean rail. The distributor provides a controlled flow of, e.g., inert gas into the open containers, which flow is substantially continuous and uniform in the container movement direction. Preferably, the distributor provides at least two extended longitudinal regions of differing gas flow resistance. Preferably, the distributor has a width which is less than the width of the container opening, and most preferably is one-half or one-quarter or less of the container opening width. It should be understood that "longitudinal" direction is used herein to refer to the container movement direction, which may be linear or non-linear (e.g., curved), flat or non-flat, depending on the conveyor or transport system associated with the gas rail.
Die Füllstation 2 umfaßt Vorrichtungen, um das zu verpackende Schüttgut 9 zu portionieren und den leeren Behältern 50 zuzuleiten. Zusätzlich ist Vorrichtung 5 vorgesehen, um Sauerstoff aus dem Schüttgut 9 vor dem Füllen der Behälter 50 zu entfernen. Dieser Prozessor 5 mit Alternativ-Umgebung weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Begasungselementen im Strömungslauf des Schüttguts 9 auf, um eine laminarisierte Inertgas-Strömung durch das Schüttgut hindurch bereitzustellen, um Sauerstoffniveaus in dem Erzeugnis wesentlich zu verringern und eine erneute Einleitung von Sauerstoff während des Füllens des vorgereinigten Behälters zu verhindern.The filling station 2 comprises devices for portioning the bulk material 9 to be packaged and feeding it to the empty containers 50. In addition, device 5 is provided for removing oxygen from the bulk material 9 prior to filling the containers 50. This alternative environment processor 5 preferably has a plurality of gassing elements in the flow path of the bulk material 9 to provide a laminarized inert gas flow through the bulk material to substantially reduce oxygen levels in the product and prevent reintroduction of oxygen during filling of the pre-cleaned container.
Die gefüllten Behälter 52 verlassen dann die Füllstation 2 unterhalb einer Gasraum-Reinigungsschiene 3. Die Gasraum-Reinigungsschiene 3 spült den Gasraum des gefüllten Behälters 52 mit einem gesteuerten/geregelten Inertgas- Strömungsmuster, um jegliche Sauerstoffkontamination zu beseitigen, welche auftreten kann, wenn die Behälter die Füllstation verlassen, sowie um die inerte Umgebung zu erhalten, während die Behälter transportiert werden. Wie die Vorreingiungs-Schiene 1 kann die Gasraum-Schiene 3 vorzugsweise eine offene Architektur, um Zugang zu gefüllten Behältern 52 zu gestatten, sowie Verteiler des oben beschriebenen Typs aufweisen.The filled containers 52 then exit the filling station 2 beneath a headspace purge rail 3. The headspace purge rail 3 purges the headspace of the filled container 52 with a controlled/regulated inert gas flow pattern to eliminate any oxygen contamination that may occur when the containers exit the filling station, as well as to maintain the inert environment while the containers are transported. Like the pre-purge rail 1, the headspace rail 3 may preferably have an open architecture to allow access to filled containers 52, as well as manifolds of the type described above.
Es wurde entdeckt, daß hocheffiziente, sehr niedrige Sauerstoffreste bei hoher Geschwindigkeit durch ein System erreicht werden können, welches im wesentlichen nur aus den diskutierten Verarbeitungselementen besteht. In anderen Ausführungsformen kann der Behälter 52 in eine weitere Umgebungsverarbeitungsstation (weitere Umgebungsverarbeitungsstationen) (nicht dargestellt) eintreten, wie z. B. in eine Vakuumkammer bzw. in eine zusätzliche Begasungsstation. Ein Deckel-Anordnungssystem 4 kann vorgesehen sein. Der Behälter 52 kann zu einer Station 6 für eine dauerhafte Abdichtung trans portiert werden, wo ein Verschluß gesichert wird. Der abgedichtete Behälter 58 kann dann entfernt werden.It has been discovered that high efficiency, very low oxygen residues at high speed can be achieved by a system consisting essentially only of the processing elements discussed. In other embodiments, the vessel 52 may enter another environmental processing station(s) (not shown), such as a vacuum chamber or an additional gassing station. A lid placement system 4 may be provided. The vessel 52 may be transported to a permanent sealing station 6. where a closure is secured. The sealed container 58 can then be removed.
Diese einzigartige Kombination von Behälterverarbeitungselementen, umfassend Vorreinigungs- und Gasraum-Reinigung vermittels Begasungsschienen und Verteilern mit offener Architektur, wie hierin beschrieben, sorgt für niedrigen Restsauerstoff in dem gefüllten Behälter sowie für sehr effizienten (minimierten) Gebrauch von Inertgas. Die sich ergebende offene Architektur gestattet leichten Zugang zu den Behältern 50, 52 und vermeidet komplexe Tunnel, Gasdichtungen, Vakuumprozessoren und andere störende Strukturen. Segmentierte Schienen und gelenkiges Anbringen von Segmenten, wie unten diskutiert, verbessern weiter die Offenheit des sich ergebenden Systems und tragen zu seinem hervorragenden Betrieb bei.This unique combination of vessel processing elements, including pre-cleaning and gas space cleaning via gassing rails and open architecture manifolds as described herein, provides for low residual oxygen in the filled vessel as well as very efficient (minimized) use of inert gas. The resulting open architecture allows easy access to the vessels 50, 52 and avoids complex tunnels, gas seals, vacuum processors and other interfering structures. Segmented rails and articulating segments, as discussed below, further enhance the openness of the resulting system and contribute to its excellent operation.
Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 4 umfaßt ein bevorzugter Distributionsverteiler 13 für die Vorreinigungs-Schiene und Gasraum-Reinigungsschiene einen in Längsrichtung orientierten zentralen Bereich 15 von geringerem Strömungswiderstand zwischen und angrenzend an zwei in Längsrichtung orientierten Bereichen 16 und 17 von größerem Strömungswiderstand. Jeder der Strömungsbereiche 15, 16 und 17 verläuft längs der unteren Fläche des Kanals 11, ist oberhalb der offenen Oberseiten der Behälter 50, 52 angeordnet und ist in der Laufrichtung der Behälter orientiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtbreite des Distributionsverteilers 13 kleiner als der Durchmesser der Öffnungen der Behälter und beträgt sehr bevorzugt weniger als ein Viertel der Breite der Behälteröffnung.Referring to Figures 2-4, a preferred distribution manifold 13 for the pre-cleaning rail and headspace cleaning rail includes a longitudinally oriented central region 15 of lower flow resistance between and adjacent to two longitudinally oriented regions 16 and 17 of higher flow resistance. Each of the flow regions 15, 16 and 17 extends along the lower surface of the channel 11, is located above the open tops of the containers 50, 52, and is oriented in the direction of travel of the containers. In a preferred embodiment, the overall width of the distribution manifold 13 is less than the diameter of the openings of the containers, and most preferably is less than one quarter of the width of the container opening.
Beispielsweise kann der Verteiler 13 eine Gesamtbreite von etwa 19 bis 25,4 mm (0,75 bis 1,0 Inch) für Behälter mit Öffnungsdurchmessern von etwa 10,2 bis 15,3 cm (4 bis 6 Inch) aufweisen. Der Zentralbereich 15 mit niedrigerem Strömungswiderstand kann eine Breite von etwa 0,64 cm (0,25 Inch) aufweisen und die umgebenden Bereiche 16 und 17 mit höherem Strömungswiderstand können jeweils eine Breite von etwa 0,64 bis 1,28 cm (0,25 bis 0,5 Inch) aufweisen. Kleinere Behälter können kleinere optimale Verteilerbreiten verwenden. Für Behälter mit Öffnungsdurchmessern von etwa 5,08 bis 7,62 cm (2 bis 3 Inch) kann der Verteiler eine Gesamtbreite von 1,27 cm (0,5 Inch) aufweisen, mit entsprechend kleineren Breiten für die Bereiche mit höherem und niedrigerem Strömungswiderstand.For example, the manifold 13 may have an overall width of about 19 to 25.4 mm (0.75 to 1.0 inches) for containers with opening diameters of about 10.2 to 15.3 cm (4 to 6 inches). The central region 15 with lower flow resistance may have a width of about 0.64 cm (0.25 inches) and the surrounding regions 16 and 17 with higher flow resistance may each have a width of about 0.64 to 1.28 cm (0.25 to 0.5 inches). Smaller vessels may use smaller optimum manifold widths. For vessels with opening diameters of approximately 2 to 3 inches (5.08 to 7.62 cm), the manifold may have an overall width of 0.5 inches (1.27 cm), with correspondingly smaller widths for the higher and lower flow resistance areas.
Der Distributionsverteiler 13 ist vorzugsweise in Längsrichtung in der unteren Zentrumsfläche des Kanals 11 und oberhalb der Zentren der sich bewegenden Behälter 50, 52 angeordnet. In den Vorreinigungs-Schienen 1 besitzt das durch den Zentrumsbereich 15 mit niedrigerem Strömungswiderstand hindurchtretende Inertgas eine relativ hohe Geschwindigkeit, ausreichend um das Gas zum Boden eines jeden Behälters 50 zu tragen. In den Gasraum-Reinigungsschienen 3 ist die Geschwindigkeit des durch den Zentrumsbereich 15 hindurchtretenden Inertgases ausreichend, um es zur oberen Fläche des abgepackten Erzeugnisses in den gefüllten Behältern 52 zu tragen und jegliche Luftinfiltration während des Behältertransports zu überwinden. Die Pfeile in den Fig. 3 und 4 zeigen die bevorzugte Laufrichtung einer vorzugsweise laminarisierten Inertgas-Strömung. Inertgas, welches durch angrenzende Bereiche 16 und 17 mit höherem Strömungswiderstand hindurchtritt, kann teilweise in die Behälter 50, 52 durch einen "Venturi"-Effekt von dem Gas mit höherer Geschwindigkeit hineingetragen werden. Ansonsten hat das Gas, welches durch die Bereiche 16 und 17 hindurchtritt, eine niedrigere Geschwindigkeit. Da die Bereiche 15, 16 und 17 parallel zur Laufrichtung der Behälter orientiert sind, bestehen die Gasströmungsmuster (einschließlich der Ausströmung) kontinuierlich und im wesentlichen bei einem Dauerzustand für die gesamte Zeit, die jeder Behälter unterhalb der Fläche des Kanals 11 verbleibt. Aus diesem Grunde besteht für Sauerstoff keine Gelegenheit, von außerhalb in die Behälter zu gelangen. Der Sauerstoffgehalt innerhalb der Behälter verringert sich ständig, während sich jeder Behälter unterhalb des Verteilers 13 bewegt, bis der Sauerstoffgehalt auf Sollniveaus oder darunter verringert ist, wodurch das Reinigen vollendet ist.The distribution manifold 13 is preferably arranged longitudinally in the lower center surface of the channel 11 and above the centers of the moving containers 50, 52. In the pre-cleaning rails 1, the inert gas passing through the lower flow resistance center region 15 has a relatively high velocity sufficient to carry the gas to the bottom of each container 50. In the headspace cleaning rails 3, the velocity of the inert gas passing through the center region 15 is sufficient to carry it to the upper surface of the packaged product in the filled containers 52 and overcome any air infiltration during container transport. The arrows in Figures 3 and 4 show the preferred direction of travel of a preferably laminarized inert gas flow. Inert gas passing through adjacent regions 16 and 17 with higher flow resistance may be partially carried into the vessels 50, 52 by a "venturi" effect from the higher velocity gas. Otherwise, the gas passing through regions 16 and 17 has a lower velocity. Since regions 15, 16 and 17 are oriented parallel to the direction of travel of the vessels, the gas flow patterns (including outflow) are continuous and essentially at a steady state for the entire time each vessel remains below the surface of channel 11. Therefore, there is no opportunity for oxygen to enter the vessels from outside. The oxygen content within the vessels continually decreases as each vessel moves below manifold 13 until the oxygen content is reduced to target levels or below, thereby completing cleaning.
Die Bereiche 15, 16 und 17 mit hohem und niedrigem Strömungswiderstand können erzeugt werden durch Verwendung angrenzender geschweißter Siebe mit unterschiedlicher Öffnungsgröße, selektiv geschichteter Siebe, porösen Kunststoff (z. B. poröses High-Density-Polyethylen mit hohem Molekulargewicht), poröser Platten oder eines beliebigen selektiv porösen Materials, das wie ein Diffusor wirkt.The high and low flow resistance regions 15, 16 and 17 can be created by using adjacent welded screens with different opening sizes, selectively layered screens, porous plastic (e.g. porous high density high molecular weight polyethylene), porous plates or any selectively porous material that acts like a diffuser.
In bevorzugten Ausführungsformen sowohl der Vorreingungs-Schiene 1 als auch der Gasraum-Reinigungsschiene 3 kann der Verteiler 13 eine Reihe von 0,64 cm (0,25 Inch) breiten und 7,62 cm (3 Inch) langen Schlitzen 25 umfassen, welche im Zentrum eines 5-lagigen 40-Mikron-Siebs parallel zur Behälterbewegungsrichtung (Fig. 2) ausgebildet sind. Die Schlitze können mit einem Abstand von etwa 1,9 cm (0,75 Inch) voneinander entfernt angeordnet sein und einen Bereich mit niedrigerem Widerstand bereitstellen, um eine Strömung mit höherer Geschwindigkeit zu ermöglichen. Der Abstand von 1,9 cm (0,75 Inch) der Schlitze verleiht der Schiene eine größere strukturelle Integrität, jedoch kann ein langer kontinuierlicher Schlitz zu bevorzugen sein. Die mit Sieben versehenen Bereiche an beiden Seiten der Schlitze stellen die Bereiche 16, 17 mit höherem Widerstand bereit, welche eine Strömung mit niedrigerer Geschwindigkeit parallel zu dem Bereich 15 mit niedrigem Widerstand und zu der Richtung des Behälterlaufs 7 ermöglichen. In einer alternativen Ausführungsform, bei der ein verringerter Bedarf für Inertgas besteht, können die Schlitze (Fig. 5) durch kleinere Löcher 26 ersetzt werden.In preferred embodiments of both the preclean rail 1 and the headspace clean rail 3, the manifold 13 may include a series of 0.64 cm (0.25 inch) wide and 7.62 cm (3 inch) long slots 25 formed in the center of a 5-layer 40 micron screen parallel to the vessel travel direction (Fig. 2). The slots may be spaced approximately 1.9 cm (0.75 inch) apart and provide an area of lower resistance to allow for higher velocity flow. The 1.9 cm (0.75 inch) spacing of the slots provides greater structural integrity to the rail, however a long continuous slot may be preferable. The screened areas on either side of the slots provide the higher resistance areas 16, 17 which allow a lower velocity flow parallel to the low resistance area 15 and to the direction of the vessel run 7. In an alternative embodiment where there is a reduced need for inert gas, the slots (Fig. 5) can be replaced by smaller holes 26.
Fig. 4 stellt ebenso zwei Ausführungsformen von Abgaskanälen 37a, b dar. Derartige Abgaskanäle können im Zusammenhang mit einem Gasdistributor, wie z. B. (jedoch nicht beschränkt auf) eine Begasungsschiene 10, vorgesehen sein, um die Gesamtheit oder einen Teil des austretenden Gases sowie der verdrängten sauerstoffhaltigen Atmosphäre aufzunehmen. Dies kann beispielsweise dort vorteilhaft sein, wo es erwünscht ist, eine Anhäufung von verbrauchtem Inertgas zu minimieren, oder wo eine präzisere Steuerung/- Regelung des Gasströmungsmusters in den an die Behälteröffnungen angrenzenden Bereiche wünschenswert ist. Eine Abzugsquelle (z. B. hohes oder niedriges Vakuum) kann an Auslässen 38 vorgesehen sein. Der Kanal 37 ist dann mit einem oder mehreren Anschlüssen 39 versehen, durch welche die verbrauchten Gase eingezogen werden. Anschlüsse 39 können in mancher Ausführungsform einen verlängerten Verteiler umfassen und können sich vorzugsweise im wesentlichen gemeinsam mit dem Distributionsverteiler 13 in Längsrichtung erstrecken. In bevorzugten Ausführungsformen können die Anschlüsse eine in Längsrichtung ausgedehnte Öffnung umfassen und können durch ein feines Drahtgitter bedeckt sein (siehe Fig. 5). Auf diese Art und Weise werden die Gasströmungsmuster in der Nähe des (der) Anschlusses (Anschlüsse) beruhigt und vorzugsweise laminarisiert, um abreißende Ströme in dem Bereich der Behälteröffnungen weiter zu reduzieren.Fig. 4 also shows two embodiments of exhaust channels 37a, b. Such exhaust channels can be provided in conjunction with a gas distributor, such as (but not limited to) a gassing rail 10, to receive all or part of the exiting gas as well as the displaced oxygen-containing atmosphere. This can be advantageous, for example, where it is desired to minimize accumulation of spent inert gas, or where more precise control of the gas flow pattern in the channels connected to the container openings adjacent areas is desirable. A source of exhaust (e.g., high or low vacuum) may be provided at outlets 38. The channel 37 is then provided with one or more ports 39 through which the spent gases are drawn. Ports 39 may in some embodiments comprise an elongated manifold and may preferably extend substantially coextensively with the distribution manifold 13. In preferred embodiments, the ports may comprise a longitudinally extended opening and may be covered by a fine wire mesh (see Fig. 5). In this manner, the gas flow patterns in the vicinity of the port(s) are calmed and preferably laminarized to further reduce stall flows in the region of the vessel openings.
In der zur Linken des Kanals 11 in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist ein Abgaskanal 37a im wesentlichen dem Gaskanal 11 benachbart und kann gemeinsame Elemente mit Kanal 11 teilen. Die Gasanschlüsse 39a, welche einzelne Öffnungen, Schlitze, einen gitterbedeckten Verteiler oder andere Konfigurationen umfassen können, sind mit dem Distributionsverteiler 13 bzw. der unteren Fläche der Schiene komplanar. In der alternativen Ausführungsform, welche zur Rechten des Kanals 11 dargestellt ist, sind Abgasanschlüsse 39b auf einem Niveau unterhalb der Schiene, bei oder unterhalb der offenen Fläche des Behälters vorgesehen. Diese und andere körperliche Ausführungsformen sind möglich, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Weiterhin können sie, obwohl Abgaskanäle in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Formen von Gasdistributoren (wie z. B. Begasungsschienen) beschrieben wurden, ebenso vorteilhaft in Verbindung mit anderen bekannten Arten von Gasdistributoren oder Spülsystemen sein.In the embodiment shown to the left of channel 11 in Figure 4, an exhaust channel 37a is substantially adjacent to gas channel 11 and may share common elements with channel 11. Gas ports 39a, which may include individual openings, slots, a grid-covered manifold, or other configurations, are coplanar with distribution manifold 13 and the lower surface of the rail, respectively. In the alternative embodiment shown to the right of channel 11, exhaust ports 39b are provided at a level below the rail, at or below the open surface of the vessel. These and other physical embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Furthermore, although exhaust channels have been described in connection with certain preferred forms of gas distributors (such as gassing rails), they may also be advantageous in connection with other known types of gas distributors or purge systems.
Fig. 6 stellt eine besonders bevorzugte Konfiguration für die Gasschiene 10 und den Verteiler 13 dar. Insbesondere umfaßt die Schiene zwei Hauptelemente, eine obere Baugruppe 91 sowie eine untere Baugruppe 92. Baugruppe 91 kann eine obere Platte 20 mit einem im allgemeinen U-förmigen Querschnitt umfassen. Alle verhältnismäßig dauerhaften Verbindungen zu der Gasschiene sind vorzugsweise an der oberen Baugruppe 91 ausgeführt, welche aus diesem Grunde vorzugsweise einen Gaseinlaß 12 und Mittel umfaßt, um die zusammengebaute Gasschiene mechanisch zu stützen.Fig. 6 illustrates a particularly preferred configuration for the gas rail 10 and the manifold 13. In particular, the rail comprises two main elements, an upper assembly 91 and a lower assembly 92. Assembly 91 may comprise an upper plate 20 having a generally U-shaped cross-section. All relatively permanent connections to the gas rail are preferably made on the upper assembly 91, which for this reason preferably comprises a gas inlet 12 and means for mechanically supporting the assembled gas rail.
Die untere Baugruppe 92 ist derart konstruiert, daß sie zur Reinigung, zur Wartung oder zum Ersatz des Verteilers leicht entfernbar ist. In der dargestellten Ausführungsform bilden Seitenelemente 21, 22 einen Kasten, welcher, wenn er mit der oberen Baugruppe 91 verbunden ist, einen geschlossenen Kanal 11 definiert. Schnellmontage-Spanner 30 sind vorgesehen, um die untere Baugruppe 92 selektiv an der oberen Baugruppe 91 zu sichern. In der dargestellten Ausführungsform sind Knöpfe oder geschlitzte Elemente 30 vorgesehen, welche derart an schraubenförmigen Klammern 32 angebracht sind, daß die Klammern 32, wenn sie gedreht werden, einen Abschnitt der Seitenelemente 21, 22 gegen einen zusammenwirkenden Abschnitt des oberen Elements 20 in Eingriff nehmen und sichern. Dichtungen 33 können vorgesehen sein, um eine gasdichte Dichtung zu gewährleisten. Es wird verstanden werden, daß stattdessen alternative Mittel zum Verbinden der Baugruppen 91, 92 verwendet werden können, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie auch alternative Konstruktionen für die verschiedenen den Kanal umfassenden Elemente eingesetzt werden können.The lower assembly 92 is designed to be easily removable for cleaning, maintenance or replacement of the manifold. In the illustrated embodiment, side members 21, 22 form a box which, when connected to the upper assembly 91, defines a closed channel 11. Quick-fit clamps 30 are provided to selectively secure the lower assembly 92 to the upper assembly 91. In the illustrated embodiment, buttons or slotted members 30 are provided which are attached to helical brackets 32 such that the brackets 32, when rotated, engage and secure a portion of the side members 21, 22 against a cooperating portion of the upper member 20. Seals 33 may be provided to ensure a gas-tight seal. It will be understood that alternative means for connecting the assemblies 91, 92 may instead be used without departing from the scope of the present invention, as may alternative constructions for the various elements comprising the channel.
Die untere Baugruppe 92 kann deshalb schnell von der eher dauerhaft angebrachten oberen Baugruppe 91 getrennt werden. Auf diese Art und Weise können die unteren Elemente schnell gegen andere ausgetauscht werden, wie z. B. dann, wenn es notwendig ist, einen sauberen Verteiler bereitzustellen, dies kann besonders dort wichtig sein, wo unterschiedliche Erzeugnisse zu unterschiedlichen Zeiten verpackt werden und eine Kontamination sorgfältig verhindert werden muß.The lower assembly 92 can therefore be quickly separated from the more permanently attached upper assembly 91. In this way, the lower elements can be quickly exchanged for others, such as when it is necessary to provide a clean distributor, this can be particularly important where different products are packaged at different times and contamination must be carefully prevented.
Ebenso in Fig. 6 dargestellt sind bevorzugte Mittel zum Anbringen der Verteilersiebe oder Elemente an die untere Baugruppe 92, um einen verbesserten Zugang für Wartung und Reinigung zu gestatten. Insbesondere sind Gewindeansätze 34 an den Seiten 21, 22 angebracht. Zusammenwirkende Öffnungen sind in den Verteilerelementen vorgesehen, welche dann über die Ansätze 34 geschoben werden. Glättende Stäbe oder Klammern 35 können vorgesehen sein, um eine Dichtung in Längsrichtung an den Verteilerelementen sicherzustellen, welche durch z. B. Flügelmuttern 36 gesichert sein können. Dadurch ergibt sich eine Schnellmontage-Struktur 72. Es wird verstanden werden, daß andere Befestigungsstrukturen 72 alternativ verwendet werden können, wie z. B. Feder- oder Reibungshalterungen. Alternativ können die Verteilerelemente dauerhaft an den stützenden Kanalstrukturen angebracht sein.Also shown in Figure 6 is preferred means for attaching the manifold screens or elements to the lower assembly 92 to allow improved access for maintenance and cleaning. In particular, threaded bosses 34 are provided on the sides 21, 22. Cooperating openings are provided in the manifold elements which are then slid over the bosses 34. Smoothing rods or clips 35 may be provided to ensure a longitudinal seal on the manifold elements which may be secured by, for example, wing nuts 36. This provides a quick-assembly structure 72. It will be understood that other attachment structures 72 may alternatively be used, such as spring or friction mounts. Alternatively, the manifold elements may be permanently attached to the supporting channel structures.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann eine Prallplatte 71 unterhalb des Gaseinlasses 12 angeordnet sein, um das einströmende Gas im Kanal 11 zu verteilen und Lärm zu minimieren. Obwohl vorzugsweise massiv, können andere Ausführungsformen durchlässige Prallplatten, wie z. B. ein Gitter oder eine perforierte Platte aus rostfreiem Stahl, verwenden.As shown in Figure 7, a baffle plate 71 may be located below the gas inlet 12 to disperse the incoming gas in the channel 11 and minimize noise. Although preferably solid, other embodiments may use permeable baffles, such as a grid or a perforated stainless steel plate.
Fig. 7 stellt weiterhin eine bevorzugte offene Architektur für die Begasungsschienensysteme dar. Ein Förderer 59 ist vorgesehen, um die Behälter (50, 52) zu transportieren. Förderer 59 kann jeder geeignete Typ sein, umfassend lineare, krummlinige, kreisförmige, Schneckenaufgeber-, Rollen- oder andere Systeme. In einer bevorzugten Ausführungsform stützt Stützkanal 54 miteinander verbundene Förderelemente 55, welche durch Antriebsmittel (nicht dargestellt) angetrieben werden.Fig. 7 further illustrates a preferred open architecture for the gassing rail systems. A conveyor 59 is provided to transport the containers (50, 52). Conveyor 59 may be any suitable type including linear, curvilinear, circular, screw feeder, roller or other systems. In a preferred embodiment, support channel 54 supports interconnected conveyor elements 55 which are driven by drive means (not shown).
Eine richtige Orientierung der Behälter relativ zum Förderer 59 kann durch optionale Führungen 76 unterstützt sein. Vorzugsweise sind die Führungen 76 wie gezeigt einstellbar (z. B. durch Einstellstangen 77 gelagert und durch Schnellmontageknöpfe 78 gesichert). Dies gestattet, daß Behälter von unterschiedlichen Größen schnell aufgenommen werden können, und fördert die gewünschte offene Architektur, indem sie, wenn erforderlich, einen Zugang zum Förderstrom ermöglicht.Proper orientation of the containers relative to the conveyor 59 may be assisted by optional guides 76. Preferably, the guides 76 are adjustable as shown (e.g. supported by adjustment rods 77 and secured by quick-mount knobs 78). This allows containers to be different sizes can be accommodated quickly and promotes the desired open architecture by allowing access to the conveyor stream when required.
Die Gas-Reinigungsschienensegmente 10 sind vorzugsweise, das ist wichtig, auf eine Art und Weise befestigt, welche eine einfache Einstellung gestattet, um in ihrer Größe unterschiedlich bemessene Behälter aufzunehmen, und einen einfachen Zugang zu Behältern mit minimaler Unterbrechung eines Verpackungsvorgangs zu gestatten. Beispielsweise können Stützelemente 73, 74 durch Schnelleinstellungsklemmen 75 gesichert sein. Auf diese Art und Weise kann die Schiene 10 in seitlicher Richtung an einer bezüglich der Behälter zentrierten Stelle eingestellt werden und kann in der Höhe relativ zu den Förderelementen 55 eingestellt werden, um eine richtige Stellung und einen richtigen Abstand oberhalb der offenen Behälteroberseiten zu gewährleisten.The gas purge rail segments 10 are preferably, importantly, mounted in a manner that allows easy adjustment to accommodate differently sized containers and to allow easy access to containers with minimal disruption to a packaging operation. For example, support members 73, 74 may be secured by quick-adjustment clamps 75. In this manner, the rail 10 can be adjusted laterally at a location centered with respect to the containers and can be adjusted in height relative to the conveyor members 55 to ensure proper location and clearance above the open container tops.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das obere (horizontale) Stützelement 74 relativ zum unteren (vertikalen) Stützelement 73 beweglich, welches wiederum mit dem Förderer 59 verbunden ist (z. B. die Stützstrukturen). Die zwei Elemente sind durch einen selektiv verlagerbaren Verbinder, wie z. B. ein Drehzapfen oder Drehgelenk 89, oder durch einen translatorischen Schieber verbunden. Dementsprechend kann die Gasschiene 10 und zugehörige Stützstrukturen schnell von einer ersten Betriebsposition in der Nähe der Behälter in eine zweite Wartungsposition weg von dem Behälterstrom bewegt werden. Wie dargestellt ist, können die Drehgelenke 89 eine im allgemeinen horizontale Drehachse aufweisen, wobei sie derart von der Schiene versetzt sind, daß die Schienenstruktur ohne Störung von den Behältern weg bewegt werden kann. Alternativ können die Schienensegmente 10 derart gelenkig verbunden sein, daß sie um eine vertikale oder winkelige Achse schwenken oder können an Schiebern zur translatorischen Bewegung angebracht sein. Verbunddrehgelenke oder Gelenkstrukturen können ebenso verwendet werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen sorgen die Drehgelenke 89 oder andere Stützstrukturen, welche eine Bewegung der Schiene 10 gestatten, für eine Bewegung im allgemeinen weg von den verbleibenden Elementen einer Verpackungsvorrichtung, so daß die Schienensegmente von einer Betriebsstellung in eine Wartungsstellung bewegt werden können, ohne daß andere Elemente der Verpackungsvorrichtung gestört werden.In a particularly preferred embodiment, the upper (horizontal) support member 74 is movable relative to the lower (vertical) support member 73, which in turn is connected to the conveyor 59 (e.g., the support structures). The two members are connected by a selectively displaceable connector, such as a pivot or swivel 89, or by a translatory slider. Accordingly, the gas rail 10 and associated support structures can be quickly moved from a first operating position near the containers to a second servicing position away from the container stream. As shown, the swivels 89 can have a generally horizontal axis of rotation, being offset from the rail such that the rail structure can be moved away from the containers without interference. Alternatively, the rail segments 10 can be hinged to pivot about a vertical or angular axis or can be attached to sliders for translatory movement. Composite swivels or hinged structures can also be used. In particularly preferred embodiments, the pivot joints 89 or other support structures which allow movement of the Rail 10 allows for movement generally away from the remaining elements of a packaging apparatus so that the rail segments can be moved from an operating position to a maintenance position without disturbing other elements of the packaging apparatus.
Die Verwendung der vorliegenden Struktur stellt eine im hohen Maße zugängliche und offene Architektur bereit, welche die Abschaltzeit minimiert, wenn ein Behälter eingeschleust oder von dem System entfernt werden muß. Durch bloßes Schwenken (und/oder Verschieben) des relevanten Segments der betroffenen Schiene von dem Förderer weg kann ein Bediener sofort Zugang zu bestimmten in Verarbeitung befindlichen Behältern erlangen. Der Großteil der Behälter kann jedoch unbeeinflußt bleiben, da in bevorzugten Ausführungsformen lediglich ein Abschnitt der Schiene gestört zu werden braucht. Weiterhin wird das System, wenn das Begasungsschienensegment in seine Betriebsstellung zurückgestellt wird, zu normalen Betriebsbedingungen zurückkehren, da das durch Umgebungssauerstoff kontaminierte Raumvolumen relativ gering gehalten wird, verglichen mit dem großen Volumen von z. B. bekannten gasgefüllten Fördertunnels. Obwohl diese vorteilhaften Anbringungsstsrukturen im Zusammenhang mit bevorzugten Formen von Gasdistributoren (z. B. Begasungsschienen) beschrieben worden sind, können sie ebenso in Kombination mit anderen bekannten Formen von Gasdistributoren von Vorteil sein.Use of the present structure provides a highly accessible and open architecture which minimizes downtime when a container needs to be introduced or removed from the system. By merely pivoting (and/or sliding) the relevant segment of the affected rail away from the conveyor, an operator can immediately gain access to specific containers being processed. However, the majority of the containers may remain unaffected since in preferred embodiments only a portion of the rail needs to be disturbed. Furthermore, when the gassing rail segment is returned to its operating position, the system will return to normal operating conditions since the volume of space contaminated by ambient oxygen is kept relatively small compared to the large volume of, for example, known gas-filled conveyor tunnels. Although these advantageous mounting structures have been described in connection with preferred forms of gas distributors (e.g., gassing rails), they may also be advantageous in combination with other known forms of gas distributors.
Ein repräsentatives kommerzielles System, welches die vorliegende Erfindung verwendet, ist diagrammhaft in den Fig. 8 bis 10 dargestellt. Eine Reihe von leeren Behältern 50 wird durch den Förderer 59 einer Füllstation 2 unter einer segmentierten und gelenkig gelagerten Vorreinigungs-Schiene 1 zugeführt. Stickstoffgas wird dem Kanal eines jeden Schienensegments durch an den Gaseinlässen angebrachte Schläuche (nicht dargestellt) zugeführt. Die Gaszufuhr zu jedem Schienensegment kann vorzugsweise einzeln gesteuert/- geregelt sein, so daß Unterbrechungen von Gas an ein einzelnes Segment (d. h. wenn das Segment zur Wartung entfernt werden muß) nicht notwendigerweise die Unterbrechung der Gasströmung zu den übrigen Segmenten erfordern. Dies gewährleistet, daß lediglich eine minimale Behälteranzahl kontaminiert wird. Zu diesem Zweck kann ein Positionserfasser (z. B. ein Näherungserfasser 120, Fig. 7) ein Signal liefern, welches anzeigt, ob das Schienensegment sich in seiner Betriebsstellung befindet.A representative commercial system utilizing the present invention is diagrammatically illustrated in Figures 8 to 10. A series of empty containers 50 are fed by conveyor 59 to a filling station 2 beneath a segmented and articulated pre-cleaning rail 1. Nitrogen gas is supplied to the channel of each rail segment through hoses (not shown) attached to the gas inlets. The gas supply to each rail segment may preferably be individually controlled so that interruptions of gas to an individual segment (ie when the segment has to be removed for maintenance) does not necessarily require the interruption of gas flow to the remaining segments. This ensures that only a minimum number of containers are contaminated. For this purpose, a position detector (e.g., a proximity detector 120, Fig. 7) can provide a signal indicating whether the rail segment is in its operating position.
Der Förderer 59 führt leere Behälter 50 einer Füllstation 2 zu, welche jede beliebige aus einer Anzahl bekannter Erzeugnis-Füllvorrichtungen umfassen kann. Beispielsweise können Kontrollwaagen-, Schnecken-, Rotationsventil-, Reihenindizierungs-, Nettogewicht- und andere bekannte Vorrichtungen zum Portionieren eines Erzeugnisses sowie zum Füllen von Behältern verwendet werden. Das dargestellte System umfaßt einen kreisförmigen Revolverfüllkopf 29, um den Behältern ein Erzeugnis zuzuführen sowie eine Füllschale 28, um das Schüttzuführmaterial zu portionieren und an den Revolverfüllkopf zu verteilen.The conveyor 59 feeds empty containers 50 to a filling station 2 which may comprise any of a number of known product filling devices. For example, checkweighers, augers, rotary valves, in-line indexing, net weights and other known devices may be used to portion product and fill containers. The system shown comprises a circular turret filling head 29 for feeding product to the containers and a filling bowl 28 for portioning and dispensing the bulk feed material to the turret filling head.
Die Füllschale 28 und andere Elemente der Füllvorrichtung sind vorzugsweise abgedichtet und mit einer Alternativ-Umgebung (z. B. Inertgas) versorgt. Beispielsweise können Gaseinlässe 46 vorgesehen sein. Durch richtiges Umschließen der notwendigen Abschnitte der Füllvorrichtung kann eine Sauerstoffkontamination verhindert werden, während das verarbeitete Erzeugnis von dem Silo 40 in die Behälter 50 hinein eintritt. Ein Sauerstoffsensor 47 kann ebenso in der Füllschale oder an anderen Stellen in der Füllvorrichtung vorgesehen sein.The filling bowl 28 and other elements of the filling apparatus are preferably sealed and supplied with an alternative environment (e.g. inert gas). For example, gas inlets 46 may be provided. By properly enclosing the necessary sections of the filling apparatus, oxygen contamination can be prevented as the processed product enters the containers 50 from the silo 40. An oxygen sensor 47 may also be provided in the filling bowl or at other locations in the filling apparatus.
Das Schüttgut 9 wird der Füllschale 28 durch ein Speicher- bzw. Strömungspuffersilo 40 zugeführt. Das Silo ist mit einer Mehrzahl von Begasungselementeinlässen 42, 43 versehen. In bevorzugten Ausführungsformen ist ein Sauerstoffsensor 44 am Auslaß des Silos 40 vorgesehen, um eine Überwachung des Restsauerstoffs in dem der Füllvorrichtung zugeführten Material zu gestatten. Vorzugsweise ist eine Entlüftung 45 vorgesehen, um jedes überschüssige Spülgas sowie die verdrängte Sauerstoffatmosphäre auszublasen. Die Entlüftung 45 kann beispielsweise an einem Dachventilationsauslaß, wie auch die Abgaskanäle 37, wenn verwendet, angebracht sein. Die Entlüftung kann ein Druckentlastungsventil umfassen, um einen leichten Überdruck (z. B. 2,54 bis 5,08 cm (1 bis 2 Inch) Wassersäule) im Inneren der Füllvorrichtung zu erhalten. Dies hilft, eine Sauerstoffinfiltration auszuschließen, insbesondere während Leerlaufperioden, wenn die Auslässe für Schüttgut (durch welche die Behälter gefüllt werden) potentiell bloßgelegt sind.The bulk material 9 is fed to the filling bowl 28 through a storage or flow buffer silo 40. The silo is provided with a plurality of gassing element inlets 42, 43. In preferred embodiments, an oxygen sensor 44 is provided at the outlet of the silo 40 to allow monitoring of the residual oxygen in the material fed to the filling device. Preferably, a vent 45 is provided to to vent excess purge gas as well as the displaced oxygen atmosphere. The vent 45 may be mounted, for example, on a roof ventilation outlet, as may the exhaust ducts 37, if used. The vent may include a pressure relief valve to maintain a slight positive pressure (e.g., 2.54 to 5.08 cm (1 to 2 inches) of water) inside the filling apparatus. This helps to eliminate oxygen infiltration, particularly during idle periods when the bulk material outlets (through which the containers are filled) are potentially exposed.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Druckentlastungsventil einer Ventilkammer mit einer Innenbohrung mit einer unteren Schulter, sowie ein an der Schulter gelagertes "schwimmendes" Ventilelement umfassen. Wenn sich in der Füllschale überschüssiger Druck aufbaut, wird dieser gegen den Flächenbereich des Ventilelements wirkender Druck dieses von der Schulter anheben, und einen Weg bereitstellen, um Gase zu entlüften. Durch Einstellen des Gewichts des Ventilelements (oder durch Bereitstellen anderer Vorspannmittel) kann der Einstellpunkt des Druckentlastungsventils für eine bestimmte Füllvorrichtung und Schüttgut eingestellt werden. Das Druckentlastungsventil kann an einem oder an beiden Enden mit Schnellverbindungsklemmzwingen ausgebildet sein, um zu ermöglichen, daß es schnell an eine an der Füllvorrichtung zusammenwirkende Zwinge angebracht werden kann. Eine Zwinge am Auslaß des Ventils ermöglicht eine schnelle Verbindung mit z. B. einem Abgassystem. Ein Filterelement ist vorzugsweise mit umfaßt, um zu verhindern, daß Partikelmaterial in das Abgassystem eintritt oder das Ventil Verschmutzt.In a preferred embodiment, the pressure relief valve may comprise a valve chamber having an internal bore with a lower shoulder, and a "floating" valve element supported on the shoulder. When excess pressure builds up in the filling cup, this pressure acting against the face area of the valve element will lift it from the shoulder, providing a path to vent gases. By adjusting the weight of the valve element (or by providing other biasing means), the set point of the pressure relief valve can be adjusted for a particular filling device and bulk material. The pressure relief valve may be formed with quick connect clamp ferrules at one or both ends to enable it to be quickly attached to a cooperating ferrule on the filling device. A ferrule at the outlet of the valve allows for quick connection to, for example, an exhaust system. A filter element is preferably included to prevent particulate matter from entering the exhaust system or fouling the valve.
In typischen Rotationsfüllvorrichtungen werden Sternräder 48 oder andere ähnliche Systeme verwendet, um Behälter von einem linearen Förderer aufzunehmen und diese in der rotierenden Füllvorrichtung anzuordnen und gefüllte Behälter auf ähnliche Art und Weise von der rotierenden Vorrichtung zu entfernen und diese einem linearen Ausgangsförderer zuzuführen. Dort, wo derartige Strukturen ein Teil der bestimmten verwendeten Füllstation 2 sind, können entsprechende Gas-Reinigungsschienen derart vorgesehen sein, daß sie dem krummlinigen Behälterweg entsprechen. Beispielsweise umfaßt das Vorreinigungs-Schienensegment 48 einen gekrümmten Abschnitt, der derart dimensioniert ist, daß er den Weg des Behälterlaufs aufnimmt, wenn leere Behälter in die dargestellte Füllvorrichtung geladen werden. Auf ähnliche Art und Weise umfaßt das Gasraum-Schienensegment 49 einen gekrümmten Abschnitt, welcher dem Laufweg von gefüllten Behältern entspricht, wenn diese die Füllvorrichtung verlassen. Es wird verstanden werden, daß andere Gestalten und Abmessungen von Gas-Reinigungsschienen vorgesehen sein können, um die bestimmten Wege von Dosen zahlreicher Füllvorrichtungen aufzunehmen.In typical rotary fillers, star wheels 48 or other similar systems are used to pick up containers from a linear conveyor and place them in the rotary filler and similarly remove filled containers from the rotary and feed them to an output linear conveyor. Where such structures are part of the particular filling station 2 used, corresponding gas purge rails may be provided to correspond to the curvilinear container path. For example, the pre-purge rail segment 48 includes a curved portion dimensioned to accommodate the path of container travel as empty containers are loaded into the illustrated filling apparatus. Similarly, the gas space rail segment 49 includes a curved portion which corresponds to the path of travel of filled containers as they exit the filling apparatus. It will be understood that other shapes and dimensions of gas purge rails may be provided to accommodate the particular can paths of numerous filling apparatus.
Gasraum-Reinigungsschienen 3 sind in Verbindung mit dem Förderer 59 gezeigt, um die gefüllten Behälter 52 zu einer Abdichtvorrichtung 6 zu transportieren. Dies kann in bevorzugten Ausführungsformen eine Rotationsdoppelfalzfalzmaschine zur Verwendung mit Dosen und Deckeln mit vorgeformten Falzen umfassen. Es sollte verstanden werden, daß andere Formen von Abdichtvorrichtungen, im Zusammenhang mit Dosen und anderen Formen von Behältern, auf ähnliche Art und Weise verwendet werden können. Weiterhin sollten die Gasraum-Reinigungsschienen im wesentlichen den gesamten Lauf der Dose zur Abdichtvorrichtung und in diese hinein aufnehmen. Wenn nötig, können Begasungselemente ebenso in der Abdichtvorrichtung vorgesehen sein, um eine Sauerstoffkontamination während des Abdichtvorgangs zu verhindern.Headspace cleaning rails 3 are shown in connection with conveyor 59 to transport the filled containers 52 to a sealing device 6. This may, in preferred embodiments, comprise a rotary double seam seaming machine for use with cans and lids having pre-formed seams. It should be understood that other forms of sealing devices may be used in a similar manner in connection with cans and other forms of containers. Furthermore, the headspace cleaning rails should take up substantially the entire travel of the can to and into the sealing device. If necessary, gassing elements may also be provided in the sealing device to prevent oxygen contamination during the sealing process.
In der Ausführungsform der Fig. 8 umfassen das Silo 40 und die Begasungselemente 42, 43 den Prozessor 5 mit gesteuerter/geregelter Umgebung (siehe Fig. 1), um Sauerstoff aus dem Schüttgut 9 zu verdrängen. Zwei Niveaus von Begasungselementen (42, 43) sind dargestellt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, sind in jedem Niveau vorzugsweise vier Elemente etwa 90º relativ zueinander vorgesehen, und die zwei Niveaus sind 45º relativ zueinander versetzt. Die Begasungselemente sind derart dimensioniert und angeordnet, daß die Bereiche des von jedem Element erzeugten Gasaustausches mit denen der benachbarten Elemente überlappen. Es wurde herausgefunden, daß sich dadurch eine Sauerstoffausschlußzone ergibt, welche über den Behälterquerschnitt effektiv kontinuierlich ist. Sauerstoffhaltige Gase, die in dem durch die Zone hindurchtretenden Schüttgut mitgerissen werden, werden deshalb wirksam durch Inertgas verdrängt und das Material verläßt die Zone mit einem wesentlich geringeren Restsauerstoffgehalt. Durch Vorsehen von Elementen an mehr als einem Niveau relativ zur Erzeugnisströmung können zwei oder mehr Ausschlußzonen erzeugt werden und das Schüttgut wird in der Nähe wenigstens eines und in meisten Fällen zweier Begasungselemente vorbeigeführt werden. Die Menge an Sauerstoffentfernung kann beispielsweise durch die Anzahl an Begasungselementen, ihren Anbringungsort, die Strömungsrate und Art des Materials durch den Prozessor, sowie die Gasströmungsrate durch die Elemente hindurch beeinflußt werden. Für einige Erzeugnisse reicht ein einziges Niveau an Begasungselementen aus, obwohl zwei bevorzugt sind.In the embodiment of Fig. 8, the silo 40 and the gassing elements 42, 43 comprise the controlled environment processor 5 (see Fig. 1) to displace oxygen from the bulk material 9. Two levels of gassing elements (42, 43) are shown. As shown in Fig. 10, in each level there are preferably four elements approximately 90° relative to each other and the two levels are offset 45° relative to each other. The gassing elements are dimensioned and arranged such that the Areas of gas exchange produced by each element overlap with those of adjacent elements. It has been found that this results in an oxygen exclusion zone which is effectively continuous across the vessel cross-section. Oxygen-containing gases entrained in the bulk material passing through the zone are therefore effectively displaced by inert gas and the material leaves the zone with a substantially lower residual oxygen content. By providing elements at more than one level relative to the product flow, two or more exclusion zones can be created and the bulk material will pass in the vicinity of at least one and in most cases two gassing elements. The amount of oxygen removal can be influenced by, for example, the number of gassing elements, their location, the flow rate and type of material through the processor, and the gas flow rate through the elements. For some products a single level of gassing elements is sufficient, although two are preferred.
Beim Anfahren wird eine Gasströmung durch die Verteiler der Vorreinigungs- Schienen 1 Sauerstoff, welcher in den leeren Behältern 50 vorhanden sein kann, schnell austreiben. Stickstoff ist eine bevorzugte inerte Umgebung, obwohl andere eingesetzt werden können. Wenn die unterschiedlichen Elemente einmal angemessen gereinigt sind, können die Behälter wie zuvor beschrieben verarbeitet werden. Die einzigartige Kombination von vorteilhaften Elementen, welche durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt werden, sieht ein sehr schnelles Anfahren mit minimalem Verlust vor.During start-up, a flow of gas through the manifolds of the pre-cleaning rails 1 will rapidly drive off oxygen that may be present in the empty containers 50. Nitrogen is a preferred inert environment, although others may be used. Once the various elements are adequately cleaned, the containers may be processed as previously described. The unique combination of advantageous elements provided by the present invention provides for a very rapid start-up with minimal loss.
Fig. 8 und 9 stellen weiterhin diagrammhaft bestimmte optimale Stationen dar, welche vorteilhaft in ein Gesamtsystem eingebaut sein können. Beispielsweise können Kontrollwaagen umfaßt sein, entweder nach der Füllvorrichtung 2, vor der Füllvorrichtung oder beidem. Durch Überwachen des Gewichts der gefüllten Behälter 52 kann jeder über- oder untergefüllte Behälter identifiziert werden. Vorzugsweise kann ein Auswerfer 110 dann den nicht richtig gefüllten Behälter von dem Behälter 59 entfernen, beispielsweise durch Auswerfen der Dose in Seitenrichtung weg von dem Förderer. Ebenso können unvollständig verarbeitete Behälter (z. B. solche, die potentiell unerwünschte Sauerstoffniveaus enthalten) ausgeworfen werden. Derartige Funktionen werden durch die offene Architektur der vorliegenden zuvor beschriebenen Erfindung erleichtert.Fig. 8 and 9 further diagrammatically illustrate certain optimal stations which can advantageously be incorporated into an overall system. For example, checkweighers can be included, either after the filling device 2, before the filling device, or both. By monitoring the weight of the filled containers 52, any over- or under-filled container can be identified. Preferably, an ejector 110 can then remove the incorrectly filled container from the container 59, for example by ejecting the can laterally away from the conveyor. Likewise, incompletely processed containers (e.g., those containing potentially undesirable oxygen levels) may be ejected. Such functions are facilitated by the open architecture of the present invention described above.
Zuvor wurden Behälter, welche auf diese Art und Weise zurückgewiesen wurden, typischerweise verworfen, was zu einem Ausschuß an Erzeugnis und Behälter geführt hat. Um diesen Nachteil zu überwinden, können bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen sekundären Umgebungsprozessor 112 umfassen. Unvollständig verarbeitete Behälter, welche von dem Förderer 59 ausgeworfen wurden, können zu einem Arbeits- und Puffertisch 113 transportiert werden. Ein Bediener kann dann die Füllung der Behälter manuell auf ein richtiges Gewicht (wenn notwendig) einstellen und dann den Behälter durch den sekundären Umgebungsprozessor 112 verarbeiten, um Sauerstoff aus dem Behälter und seinen Inhalten auszutreiben. Z. B. kann eine Vorrichtung verwendet werden, wie im U.S. Patent Nr. 5,228,269 beschrieben, welches im Besitz der vorliegenden Anmelder ist. Einmal verarbeitet, kann der Behälter dann unter einer sekundären Gasraum-Schiene 114 transportiert werden, welche in die Haupt-Gasraum-Schiene 3 einmündet (z. B. für einen Abstand parallel zur und benachbart der Schiene 3 ist). Durch derartige Verwendung einer Gasraum-Spülschiene wird jeglicher Sauerstoff, welcher in den Behälter eintritt, wenn er von der sekundären Verarbeitungsstation entfernt wird, schnell ausgetrieben, und kontaminierender Sauerstoff ist von dem Behälter ausgeschlossen, während er wieder vor der Abdichtstation 6 in den Hauptbehälterstrom eingeschleust wird. Noch einmal: Diese vorteilhafte Funktion wird durch die zuvor beschriebene Konstruktion mit offener Architektur optimiert. Obwohl die Verwendung eines sekundären Umgebungsprozessors im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen einschließlich bestimmter Formen von Begasungsschienen beschrieben wurde, sollte verstanden werden, daß diese Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung ebenso nützlich in Kombination mit anderen Umgebungsverarbeitungs- und/oder Transportsystemen sind.Previously, containers rejected in this manner were typically discarded, resulting in product and container waste. To overcome this disadvantage, preferred embodiments of the present invention may include a secondary environmental processor 112. Incompletely processed containers ejected from conveyor 59 may be transported to a work and buffer table 113. An operator may then manually adjust the fill of the containers to a proper weight (if necessary) and then process the container through the secondary environmental processor 112 to expel oxygen from the container and its contents. For example, an apparatus such as described in U.S. Patent No. 5,228,269, owned by the present applicants, may be used. Once processed, the container may then be transported under a secondary gas space rail 114 which merges into the main gas space rail 3 (e.g., is parallel to and adjacent to rail 3 for a distance). By using a gas space purge rail in this way, any oxygen entering the vessel as it is removed from the secondary processing station is quickly expelled and contaminating oxygen is excluded from the vessel while being reintroduced into the main vessel stream prior to the sealing station 6. Again, this advantageous function is optimized by the open architecture design described above. Although the use of a secondary environmental processor has been described in the context of preferred embodiments including certain forms of gassing rails, it should be understood that these aspects of the present invention are not limited to the present invention. Invention are equally useful in combination with other environmental processing and/or transport systems.
Fig. 11 bis 13 stellen alternative und im allgemeinen bevorzugte Ausführungsformen für den Prozessor 5 mit gesteuerter/geregelter Umgebung dar. Insbesondere ist ein Bedarfs-Gasaustauscher 60 dargestellt, einschließlich einer Mehrzahl von Begasungselementeinlässen 61, 62. Obwohl der Betrieb des Gasaustauschers 60 dem des zuvor diskutierten Silos 40 einigermaßen ähnlich ist, ist der Austauscher 60 für ein schnelles Verarbeiten nach Bedarf eines sich relativ schnell bewegenden Erzeugnisses optimiert. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Gasaustauscher 60 einen Verarbeitungsbereich 63 und vorzugsweise zwei Niveaus von jeweils drei Begasungselementen, welche wie dargestellt versetzt sind. Der zentrale Verarbeitungsbereich 63 stellt ausreichend inneres Volumen bereit, um Begasungselemente mit ausreichendem Flächenbereich unterzubringen, um die notwendigen Gasvolumina bereitzustellen, während eine gesteuerte/geregelte und vorzugsweise laminarisierte Strömung beibehalten wird. Die Verweilzeit des Erzeugnisses, welches durch den Begasungsbereich hindurchtritt, kann ebenso optimiert sein. Das Volumen des Bereichs 63 ist vorzugsweise jedoch klein genug, um schnelles, intensives Echtzeitverarbeiten von Material zu gestatten, während es zum Verpacken hindurchströmt.11-13 illustrate alternative and generally preferred embodiments for the controlled environment processor 5. In particular, an on-demand gas exchanger 60 is illustrated including a plurality of gassing element inlets 61, 62. Although the operation of the gas exchanger 60 is somewhat similar to that of the previously discussed silo 40, the exchanger 60 is optimized for rapid, on-demand processing of a relatively fast moving product. In a preferred embodiment, the gas exchanger 60 includes a processing area 63 and preferably two levels of three gassing elements each, staggered as shown. The central processing area 63 provides sufficient internal volume to accommodate gassing elements of sufficient surface area to provide the necessary gas volumes while maintaining a controlled and preferably laminarized flow. The residence time of the product passing through the gassing area can also be optimized. However, the volume of area 63 is preferably small enough to allow rapid, intensive, real-time processing of material as it flows through for packaging.
Ein Auslaßabschnitt 66 ist gezeigt, welcher bevorzugt ein konisches Profil aufweisen kann, um eine Partikalmaterialströmung zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen können die Begasungselemente vollständig innerhalb eines Hauptkörper des Gefäßes (z. B. Fig. 11) angeordnet sein, während in anderen eher kompakten Ausführungsformen einige der Elemente ebenso im Auslaßabschnitt 66 (z. B. Fig. 12) angeordnet sein können. Ein entsprechender konischer Einlaßabschnitt 68, welcher am Einlaß 66 angebracht ist, kann weiterhin vorgesehen sein, ebenso wie eine Entlüftung 45 für verdrängte Gase.An outlet section 66 is shown which may preferably have a conical profile to facilitate particulate material flow. In some embodiments, the gassing elements may be located entirely within a main body of the vessel (e.g., Fig. 11), while in other more compact embodiments, some of the elements may also be located in the outlet section 66 (e.g., Fig. 12). A corresponding conical inlet section 68 attached to the inlet 66 may also be provided, as well as a vent 45 for displaced gases.
Ein Sauerstoffsensor 64 ist vorzugsweise im Auslaßabschnitt 67 vorgesehen, um den Restsauerstoff des Materials zu überwachen, während es der Füllstation 2 zugeführt wird, und einer kann weiterhin am Einlaß vorgesehen sein. Optional kann ein Isolierungs- oder Steuer/Regelventil 69 zwischen dem Gasaustauscher 60 (oder Silo 40 der Fig. 8) vorgesehen sein, oder andere Verbindungsmittel können verwendet werden, um die Füllvorrichtung von dem Prozessor 5 mit der gesteuerten/geregelten Umgebung selektiv zu isolieren.An oxygen sensor 64 is preferably provided in the outlet section 67 to monitor the residual oxygen of the material as it is fed to the filling station 2 and one may further be provided at the inlet. Optionally, an isolation or control valve 69 may be provided between the gas exchanger 60 (or silo 40 of Figure 8) or other connection means may be used to selectively isolate the filling device from the processor 5 with the controlled environment.
Beim Gebrauch wird jedes Begasungselement 80 einen umgebenden Begasungsbereich herstellen, wobei das durch den Verteiler eingeleitete Inertgas die sauerstoffhaltige Umgebungsatmosphäre aus dem ankommenden Schüttgut verdrängt. Durch Anordnen der Begasungselemente bezüglich eines relativ kompakten Verarbeitungsbereichs 63 innerhalb des Inneren des Gasaustauschers 60 können die Begasungsbereiche benachbarter Elemente derart ausgeführt sein, daß sie sich derart überlappen, daß eine effektiv durchgehende Gasersatz- (Sauerstoff-Ausschluß-) Zone über den gesamten Querschnitt des Verarbeitungsbereichs 63 hinweg senkrecht zur Richtung der Schüttgutströmung hergestellt wird. Wegen der relativ kompakten Abmessungen des bevorzugten Gasaustauschers wird Partikelmaterial, welches durch den Verarbeitungsbereich 63 hindurch tritt, sehr nah an wenigstens einem und vorzugsweise an mehr als einem Begasungselement vorbeigeführt.In use, each gassing element 80 will establish a surrounding gassing zone, with the inert gas introduced through the manifold displacing the oxygen-containing ambient atmosphere from the incoming bulk material. By locating the gassing elements with respect to a relatively compact processing zone 63 within the interior of the gas exchanger 60, the gassing zones of adjacent elements can be designed to overlap such that an effectively continuous gas replacement (oxygen exclusion) zone is established across the entire cross-section of the processing zone 63 perpendicular to the direction of bulk material flow. Because of the relatively compact dimensions of the preferred gas exchanger, particulate material passing through the processing zone 63 will pass very closely past at least one, and preferably more than one, gassing element.
Es wurde entdeckt, daß durch derartiges Herstellen einer Sauerstoff-Ausschluß-Zone ein überraschend effizientes Gasaustauschverhältnis erreicht werden kann. Beispielsweise wurde herausgefunden, daß eine nahezu 98% effiziente Inertgas-Nutzung erreicht werden kann, wodurch jedes Volumen eines einströmenden Inertgases ein im wesentlichen gleiches Volumen von mitgerissener sauerstoffhaltiger Atmosphäre verdrängt. Man war zuvor der Meinung, daß bedeutende Gegenströme von überschüssigem Inertgas, die durch das ankommende Material zurückströmen, nötig oder vorteilhaft für eine effiziente Gasverdrängung waren. Überraschenderweise haben die Anmelder entdeckt, daß eine derartige gegenläufige Strömung nicht notwendig ist und tatsächlich nicht wünschenswert ist, insbesondere bei Erzeugnissen, welche empfindlich für Geschmacksstoffabtrennung sind.It has been discovered that by creating an oxygen exclusion zone in this way, a surprisingly efficient gas exchange ratio can be achieved. For example, it has been found that nearly 98% efficient inert gas utilization can be achieved, whereby each volume of incoming inert gas displaces a substantially equal volume of entrained oxygen-containing atmosphere. It was previously thought that significant countercurrents of excess inert gas flowing back through the incoming material were necessary or advantageous for efficient gas displacement. Surprisingly, applicants have discovered that such countercurrent flow is not necessary and is actually not desirable, especially for products that are sensitive to flavor separation.
Um einen wünschenswerten Betrieb zu erleichtern, kann die Entlüftung 45 vorzugsweise ein ausgedehntes entfernbares Filterelement umfassen, um zu verhindern, daß Partikelmaterial in das Abgassystem eintritt. Beispielsweise kann ein Bund mit Schnellverbindungs-Zwingen an jedem Ende vorgesehen sein, einschließlich Mittel an seinem Inneren, um ein Filterelement aufzunehmen. Das Filterelement kann beispielsweise einen Zylinder mit 6,35 cm (2,5 Inch) Durchmesser, etwa 22,86 cm (9 Inch) Länge aus einem 5-lagigen 40-Mikron-Sieb umfassen. Das bevorzugte Filterelement kann dann an einem Entlüftungsauslaß mit einer zusammenwirkenden Zwinge angebracht werden oder für Wartung oder Reinigung entfernt werden. Ein Abgassystem kann an der Zwinge am Auslaßende angebracht sein.To facilitate desirable operation, the vent 45 may preferably include an extended removable filter element to prevent particulate matter from entering the exhaust system. For example, a collar with quick connect ferrules may be provided at each end including means inside thereof for receiving a filter element. The filter element may, for example, comprise a 6.35 cm (2.5 inch) diameter, about 22.86 cm (9 inch) long cylinder of 5-ply 40 micron screen. The preferred filter element may then be attached to a vent outlet with a cooperating ferrule or removed for maintenance or cleaning. An exhaust system may be attached to the ferrule at the outlet end.
In einigen Konfigurationen kann es ebenso wünschenswert sein, ein Rückschlagventil oder Druckentlastungsventil in Verbindung mit der Entlüftung vorzusehen. Beispielsweise kann ein Ventil mit Zwingen an seinem Einlaß und Auslässen, wie zuvor im Zusammenhang mit einer Füllvorrichtung beschrieben, zwischen dem Filterbund und einem Abgassystem vorgesehen und angebracht sein. Indem jedes zusammenwirkende Element (z. B. Entlüftungsauslaß, Filterbund, Druckventil und Abgasverbindung) mit zusammenwirkenden Zwingen versehen wird, ergibt sich ein System, welches mehreren Konfigurationen sowie einer schnellen Montage/Demontage Rechnung tragen kann. In bestimmten Ausführungsformen können der Filter und das Ventil in einem vereinheitlichten Element vorgesehen sein.In some configurations, it may also be desirable to provide a check valve or pressure relief valve in conjunction with the vent. For example, a valve having ferrules on its inlet and outlets, as previously described in conjunction with a filler, may be provided and mounted between the filter collar and an exhaust system. By providing each cooperating element (e.g., vent outlet, filter collar, pressure valve, and exhaust connection) with cooperating ferrules, a system is provided that can accommodate multiple configurations and rapid assembly/disassembly. In certain embodiments, the filter and valve may be provided in a unified element.
Wenn Material in den Bedarfs-Gasaustauscher 60 eintritt und auf die durch die Begasungselemente 80 hergestellte Sauerstoff-Ausschluß-Zone trifft, werden mitgerissene sauerstoffhaltige Gase verdrängt werden. Dieses Volumen von verdrängtem Gas kann zu einem erhöhten Druck im Einlaßbereich 68 führen, welcher wiederum eine Gegenströmung verdrängter Gase erzeugen kann. Eine derartige Gegenströmung kann die gewünschte Strömung von Partikelmaterial unterbrechen (z. B. ein Überbrücken oder eine Produktschichtung verursachen). Um derartige Unterbrechungen zu verhindern, kann ein großer Einlaßkanal verwendet werden, welcher derart bemessen ist, daß er den erhöhten Druck und die Gegenströmung aufnehmen kann. Vorzugsweise sind jedoch das Druckentlastungsventil und die Entlüftung 45 in einem Einlaßbereich oberhalb der Gas-Ausschluß-Zone vorgesehen. Die verdrängten Gase können dann austreten, ohne einen schädlichen erhöhten Druck oder eine Gas-Gegenströmung zu entwickeln, was die Verwendung von kompakteren Transportkanälen gestattet.When material enters the demand gas exchanger 60 and encounters the oxygen exclusion zone created by the gassing elements 80, entrained oxygen-containing gases will be displaced. This volume of displaced gas can lead to an increased pressure in the inlet region 68, which in turn can create a counterflow of displaced gases. A such counterflow may interrupt the desired flow of particulate material (e.g., cause bridging or product stratification). To prevent such interruptions, a large inlet channel may be used which is sized to accommodate the increased pressure and counterflow. Preferably, however, the pressure relief valve and vent 45 are provided in an inlet region above the gas exclusion zone. The displaced gases can then exit without developing harmful increased pressure or gas counterflow, allowing the use of more compact transport channels.
Schüttgut kann zum Einlaß 66 des Gasaustauschers 60 durch jedes geeignete Mittel geliefert werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird das Erzeugnis vom Silo 40 zugeführt, welches ebenso Begasungselemente enthält. Auf diese Art und Weise kann das Schüttgut im Silo vorläufig verarbeitet werden und auf einem relativ niedrigen Sauerstoffniveau gehalten werden, wobei die endgültige Sauerstoffreduktion im Gasaustauscher 60 nach Bedarf vollendet wird. Es sollte jedoch verstanden sein, daß die Verwendung von begasten Silos optional ist. Tatsächlich stellt in vielen bevorzugten Systemen der Bedarfs-Gasaustauscher 60 die gesamte oder im wesentlichen gesamte Inertgasverarbeitung bereit, welche für das eingefüllte Erzeugnis benötigt wird, was den Bedarf für ein langsameres Vorverarbeiten in Silos reduziert oder beseitigt. Die derartige Verwendung des Bedarfs-Gasaustauschers hat den Vorteil, die Verweilzeit des Schüttgutes innerhalb der inerten Spülatmosphäre zu minimieren. Bei bestimmten Erzeugnissen (z. B. Kaffee) soll dieses Spülen angeblich wünschenswerte flüchtige Aroma- oder Geschmacksstoffe entfernen, was für das Erzeugnis schädlich ist. Durch Minimieren eines derartigen Kontakts, während gleichzeitig eine hocheffektive Sauerstoffverdrängung bereitgestellt wird, werden nachteilige Effekte minimiert oder vermieden.Bulk material may be supplied to the inlet 66 of the gas exchanger 60 by any suitable means. In preferred embodiments, the product is supplied from the silo 40, which also contains gassing elements. In this manner, the bulk material can be preprocessed in the silo and maintained at a relatively low oxygen level, with the final oxygen reduction being completed in the gas exchanger 60 as needed. It should be understood, however, that the use of gassed silos is optional. In fact, in many preferred systems, the on-demand gas exchanger 60 provides all or substantially all of the inert gas processing required for the incoming product, reducing or eliminating the need for slower preprocessing in silos. Using the on-demand gas exchanger in this way has the advantage of minimizing the residence time of the bulk material within the inert purge atmosphere. For certain products (e.g. coffee), this rinsing is supposed to remove desirable volatile aromas or flavors that are detrimental to the product. By minimizing such contact while providing highly effective oxygen displacement, adverse effects are minimized or avoided.
Fig. 14 bis 15 stellen eine augenblicklich bevorzugte Ausführungsform eines Begasungselements 80 dar, welches in Verbindung mit Silos 40 oder einem Gasaustauscher 60 verwendet werden kann. Die Begasungselemente weisen vorzugsweise eine ausgedehnte Länge sowie einen porösen, jedoch starren Aufbau auf. Ein bevorzugter Querschnitt umfaßt einen verjüngten oberen Abschnitt 81, um strömendes Material um die Seiten des Begasungselements herum zu verdrängen. Dies minimiert Kräfte, die auf das Begasungselement wirken und es wurde herausgefunden, daß dies eine Überbrückung oder Unterbrechung in der Strömung des Partikelmaterials verhindert. Um einen größeren Flächenbereich für einen bevorzugten sanften Durchtritt eines geeigneten Inertgasvolumens durch das Begasungselement hindurch bereitzustellen, können weiterhin im allgemeinen parallele Seitenabschnitte 82 vorgesehen sein. Diese stellen eine Abstützung für den verjüngten oberen Abschnitt 81 bereit und tragen einen bedeutenden zusätzlichen Flächenbereich für den Gasdurchtritt bei, jedoch erzeugen sie keine bedeutende zusätzliche Reibung bezüglich des hindurchtretenden Partikelmaterials. Sowohl der obere Abschnitt 81 als auch die Seiten 82 sind vorzugsweise aus einem Gitter aus rostfreiem Stahl gebildet, welches ausgewählt ist, um eine gesteuerte/- geregelte und vorzugsweise laminarisierte Gas-Strömung in das Schüttgut hinein bereitzustellen, wie z. B. ein 5-lagiges 20-Mikron-laminiertes Gitter aus rostfreiem Stahl. Dies stellt einen angemessenen Widerstand bereit, um das Inertgas an dem gesamten Flächenbereich des Elementverteilers zu verteilen und stellt eine gleichmäßige, konstante laminare Strömung bereit, während sie ebenso dem Element eine geeignete mechanische Festigkeit verleiht. Es wurde entdeckt, daß eine im wesentlichen laminare Strömung wünschenswert ist, um eine Schichtung oder Trennung von Partikeln des Erzeugnisses mit unterschiedlichen Größen zu vermeiden. Es wurde weiterhin herausgefunden, daß eine Verwendung der vorliegenden Erfindung einen Zusammenbruch Zerbrechlicher Teilchen während der Sauerstoffentziehung, wie z. B. instantisierter Kaffee oder ein agglomerisiertes Produkt, minimiert oder beseitigt.Figures 14-15 illustrate a presently preferred embodiment of a gassing element 80 which may be used in conjunction with silos 40 or a gas exchanger 60. The gassing elements preferably have an extended length and a porous but rigid construction. A preferred cross-section includes a tapered upper section 81 to displace flowing material around the sides of the gassing element. This minimizes forces acting on the gassing element and has been found to prevent bridging or interruption in the flow of particulate material. To provide a larger surface area for preferential smooth passage of an appropriate volume of inert gas through the gassing element, generally parallel side sections 82 may also be provided. These provide support for the tapered top section 81 and contribute significant additional surface area for gas passage, but do not create significant additional friction with respect to the particulate material passing therethrough. Both the top section 81 and the sides 82 are preferably formed from a stainless steel grid selected to provide controlled and preferably laminarized gas flow into the bulk material, such as a 5-layer 20 micron laminated stainless steel grid. This provides adequate resistance to distribute the inert gas over the entire surface area of the element distributor and provides uniform, constant laminar flow while also providing appropriate mechanical strength to the element. It has been discovered that substantially laminar flow is desirable to avoid stratification or separation of particles of the product having different sizes. It has been further discovered that use of the present invention minimizes or eliminates collapse of fragile particles during deoxygenation, such as instantized coffee or an agglomerated product.
Um dem Gitter mechanische Abstützung zu verleihen, können ein Basislager 83 und eine Endkappe 84 vorgesehen sein. Vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gebildet, können das Basislager und die Endkappe Ausnehmungen zur Aufnahme eines abnehmbaren Gitterelements umfassen, und ebenso Gewebe, wenn gewünscht, die die innere Festigkeit erhöhen. Durch Bereitstellen eines abnehmbaren Gitters kann der Verteiler zum Ersatz oder zur Reinigung entfernt werden, und alle inneren Abschnitte des Kanals sind einfach zur Reinigung zugänglich.To provide mechanical support to the grid, a base bearing 83 and an end cap 84 may be provided. Preferably formed of stainless steel, the base bearing and end cap may include recesses for receiving a removable grid member, and also fabrics, if desired, which increase internal strength. By providing a removable grid, the manifold may be removed for replacement or cleaning, and all internal portions of the channel are easily accessible for cleaning.
Die Begasungselemente erstrecken sich vorzugsweise von der Innenwand eines Gefäßes ausreichend nach innen, so daß die Enden der Mehrzahl von Begasungselementen einander nahe sind, nahe genug, um eine gleichmäßige sauerstoffausschließende Inertgasbarriere bereitzustellen, jedoch ohne die Partikelmaterieströmung zwischen den Elementen zu behindern. Das Begasungselement 80 kann vorzugsweise an einem von der Horizontalen nach unten abfallenden Winkel von etwa 5º angeordnet sein. Um ein Entfernen der Elemente zur Reinigung oder zum Ersatz zu gestatten, können sie vorzugsweise durch Einlässe 85 gesundheitstechnikverschweißt angebracht oder auf andere Art und Weise an dem Gefäß befestigt sein. Eine Dichtung 86 ist zwischen Gegenflächen des Begasungselements 80 und des Einlasses 85 angeordnet. Begasungselemente 80 sind vorzugsweise am Einlaß 85 vermittels einer abnehmbaren Klammer 87 gesichert, wie z. B. eine Schnellspann- Rohrpaßzwinge aus rostfreiem Stahl (gesundheitstechnisch 3A eingestuft).The gassing elements preferably extend sufficiently inwardly from the inner wall of a vessel so that the ends of the plurality of gassing elements are close to one another, close enough to provide a uniform oxygen-excluding inert gas barrier, but without impeding particulate matter flow between the elements. The gassing element 80 may preferably be disposed at a downwardly sloping angle of about 5° from the horizontal. To permit removal of the elements for cleaning or replacement, they may preferably be medically welded or otherwise secured to the vessel through inlets 85. A seal 86 is disposed between mating surfaces of the gassing element 80 and the inlet 85. Gassing elements 80 are preferably secured to the inlet 85 by a removable clip 87, such as a clip 88. B. a quick-release pipe clamp made of stainless steel (health-safe 3A rating).
Inertgas wird dem Begasungselement 80 durch den Einlaß 88 hindurch zugeführt. In Verbindung mit einem Silo hat sich eine Strömungsrate im Bereich zwischen etwa 0,028 bis 0,566 Kubikmeter pro Minute (1 bis 20 scfm) pro Element und vorzugsweise 0,085 bis 0,113 Kubikmeter pro Minute (3 bis 4 scfm) als vorteilhaft für Elemente erwiesen, welche etwa 38,1 cm (15 Inch) lang und 1,9 cm (3/4 Inch) an der Basis breit sind. Wie zuvor angemerkt, hängt die Strömungsrate z. B. vom gerade verarbeiteten Materialtyp, von der Rate und dem Typ an durch das Silo hindurchtretendem Material, den körperlichen Abmessungen des Silos sowie dem Sauerstoffgehalt des eingegebenen Materials ab. Beispielsweise Schüttgut, welches Gase einschließt (wie z. B. Erdnüsse in Schale), können eine höhere Verweilzeit und/oder eine höhere Inertgasströmungsrate erfordern. Im Gegensatz dazu können relativ große massive Produkte (z. B. geschälte und gehäutete Erdnüsse) weniger Verweilzeit und/oder Gas erfordern. Durch Überwachen des Restsauerstoffgehalts bei der Ausgabe des Silos kann ein Bediener auf einfache Art und Weise eine ungefähre Strömungsrate für ein bestimmtes Erzeugnis sowie eine Einstellung bestimmen.Inert gas is supplied to the gassing element 80 through the inlet 88. In conjunction with a silo, a flow rate in the range of about 0.028 to 0.566 cubic meters per minute (1 to 20 scfm) per element, and preferably 0.085 to 0.113 cubic meters per minute (3 to 4 scfm) has been found to be advantageous for elements which are about 38.1 cm (15 inches) long and 1.9 cm (3/4 inch) wide at the base. As previously noted, the flow rate depends on, for example, the type of material being processed, the rate and type of material passing through the silo, the physical dimensions of the silo and the oxygen content of the input material. For example, bulk products that include gases (such as in-shell peanuts) may require a higher residence time and/or a higher inert gas flow rate. In contrast, relatively large, solid products (such as shelled and de-shelled peanuts) may require less residence time and/or gas. By monitoring the residual oxygen content at the silo output, an operator can easily determine an approximate flow rate for a particular product and a setting.
Die Begasungselemente im Gasaustauscher 60 sind vorzugsweise zu den zuvor beschriebenen identisch, obwohl sich die Gesamtabmessungen unterscheiden, um der geringeren Größe des Begasungsbereichs 63 Rechnung zu tragen. Strömungsraten pro Element von etwa 0,028 bis 0,142 Kubikmeter pro Minute (1 bis 5 scfm) pro Element sind wünschenswert und insbesondere 0,042 bis 0,057 Kubikmeter pro Minute (1,5 bis 2 scfm) haben sich als vorteilhaft erwiesen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sechs Elemente in zwei versetzten Niveaus (wie gezeigt) jedes etwa 17,78 cm (7 Inch) lang und 1,9 cm (3/4 Inch) an der Basis breit, vorgesehen, mit 0,011 bis 0,05 Kubikmeter pro Minute (0,4 bis 1,75 scfm) zum Verarbeiten von Säuglingsnahrungspulver bei 90,7 kg (200 Pfund) pro Minute und höher. Es sollte verstanden werden, daß andere Formen auf ähnliche Art und Weise eingesetzt werden können, wie z. b. elliptische oder andere Querschnitte.The gassing elements in gas exchanger 60 are preferably identical to those previously described, although the overall dimensions differ to accommodate the smaller size of gassing area 63. Flow rates per element of about 0.028 to 0.142 cubic meters per minute (1 to 5 scfm) per element are desirable and particularly 0.042 to 0.057 cubic meters per minute (1.5 to 2 scfm) have been found to be advantageous. In a particularly preferred embodiment, six elements in two staggered levels (as shown), each about 17.78 cm (7 inches) long and 1.9 cm (3/4 inch) wide at the base, are provided with 0.011 to 0.05 cubic meters per minute (0.4 to 1.75 scfm) for processing infant formula powder at 90.7 kg (200 pounds) per minute and higher. It should be understood that other shapes may be employed in a similar manner, such as elliptical or other cross-sections.
Während die Ausführungsformen in der hierin offenbarten Erfindung augenblicklich als bevorzugt angesehen werden, können verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Der Rahmen der Erfindung wird in den angehängten Ansprüchen dargelegt.While the embodiments of the invention disclosed herein are presently considered to be preferred, various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention. The scope of the invention is set forth in the appended claims.
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Owner name: SANFILIPPO, JAMES J., BARRINGTON, ILL., US SANFILI |
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