專利名稱：諧振頻率式瓶子清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及控制例如瓶子的清潔、消毒和預(yù)填充等處理的方法和裝置，更確切地說涉及清潔瓶子內(nèi)部而不需使用水或如過氧化氫等化學(xué)溶劑。
背景技術(shù)：
各種易于變質(zhì)和/或污染的食物和其它物質(zhì)通常以填充-加蓋操作包裝在瓶中。人類消費的食品和飲料的制造商通常對飲料或食品進(jìn)行包裝。多種物質(zhì)可用來提供產(chǎn)品的包裝，這些物質(zhì)包括但并不局限于塑料和玻璃。作為一種特殊的例子，軟飲料通常包裝在聚乙烯對苯二酸鹽構(gòu)成的瓶子中，另外還稱為“寶特(PET)瓶”。但是，其它塑料對飲料和食品包裝產(chǎn)業(yè)來說也是很熟知的，它們被用作食物和飲料產(chǎn)品的容器。
在特定情況下，本行業(yè)中的當(dāng)前實踐，特別是軟飲料的包裝，在向瓶中填充軟飲料之前要用水或其它清潔用化學(xué)成分清洗寶特瓶。在填充液體食物或其它產(chǎn)品之前，瓶子或類似的容器、特別是那些用玻璃或相似的材料制造的容器經(jīng)常須經(jīng)過幾種初步的處理步驟，特別須經(jīng)過徹底的清洗和完全的消毒。為了改善填充的液體食物的微生物質(zhì)量，已知在填充操作之前對瓶子進(jìn)行熱消毒，以便消滅可能存在的且危害填充在容器中的食物的任何細(xì)菌。這些操作可通過具有噴霧嘴的消毒設(shè)施把蒸汽、熱水或過熱的水輸入要消毒的瓶子，該設(shè)施一般在填充機之前作為單獨的機器連接，或者在個別情況下被集成到填充機中。但是，這些處理過程很可能消毒不完全，例如由于控制閥門故障，或壓力不足，這樣瓶中的細(xì)菌殺毒劑就可能沒有完全起作用、或者在嚴(yán)重的情況下根本沒有起作用。
如一般所知的，特定的產(chǎn)品，特別是易受微生物影響的產(chǎn)品，需要進(jìn)行熱處理，以實現(xiàn)足夠的食物保存質(zhì)量。在某些產(chǎn)品的情況下，低于100攝氏度的熱處理就滿足要求了(這稱為巴斯德氏滅菌法)，而在其它產(chǎn)品的情況下必須應(yīng)用超過100攝氏度的溫度，以實現(xiàn)這些產(chǎn)品的良好的保存質(zhì)量。這稱為消毒。這里任何一種處理過程都可稱為容器的殺菌。
瓶裝產(chǎn)品更大的清潔度和更長的保存限期的要求已經(jīng)導(dǎo)致殺菌劑的使用，如在填充之前噴灑在瓶子內(nèi)部的過氧化氫(H2O2)，用來降低由于微生物引起的產(chǎn)品污染或變質(zhì)的可能性。如大家所能理解的，殺菌劑的效果依賴于用殺毒劑噴霧徹底覆蓋容器的內(nèi)部，另外還在填充前通過沖洗或化學(xué)制劑等其它手段完全地去除殺菌劑。在噴灑殺菌劑時，幾種操作參數(shù)可發(fā)生變化以改變噴霧覆蓋的效果，如噴霧模式、系統(tǒng)操作壓力、殺菌劑流速、溫度、殺菌劑濃度、接觸時間等等，以便于增加完全殺菌的可能性。這些參數(shù)的最終配置和瓶子內(nèi)表面完全的噴霧模式的確立能相當(dāng)有效地確保有效的殺菌劑覆蓋。但是，殺菌處理過程中化學(xué)制劑的使用將導(dǎo)致殺菌化學(xué)制劑清洗上的困難，以及還有伴隨殺菌操作所使用的化學(xué)制劑的環(huán)境處理上的困難。
熱水或化學(xué)消毒劑的使用通常被認(rèn)為不適于在填充之前清洗寶特瓶，因為熱水或消毒劑可能在化學(xué)上或物理上改變寶特瓶的特性。這些改變可致使該瓶不適于盛放飲料，或甚至可能致使該飲料不適于人類消費。
不使用不合適的化學(xué)制劑或不過度使用熱水的多種裝置和處理方法已被提出，通過與臭氧清洗水的接觸來清潔如瓶子等的容器。臭氧活性很高，是用來清潔容器的有效的氧化劑。臭氧清洗水比未經(jīng)處理的清洗水更適宜，因為它可有效地去除微生物和其它污染物而不改變?nèi)萜鞯幕瘜W(xué)或物理特性。例如，Siberzahn的美國專利No.4,409,188提出了一種用于對容器消毒的裝置，該裝置包括用于在臭氧和水的浴器中浸漬容器的可旋轉(zhuǎn)浸漬輪。其它把臭氧用作殺菌劑的裝置也已被提出。Hughes的美國專利No.5,106,495提出了一種把臭氧用作處理劑的便攜式水凈化裝置，用機泵通過文氏管使臭氧循環(huán)流動，其中臭氧被注入水中，然后在清潔之后返回容箱。
如檸檬水、礦泉水等包含CO2或其它酸性液體的一些飲料不要求熱填充，即由于它們天然的酸性在裝瓶時要求增加產(chǎn)品的溫度。在此類飲料裝瓶時，使用適當(dāng)?shù)那鍧嵅僮鳁l件以便能夠產(chǎn)生被消毒從而去除任何微生物組分的容器就足夠了。但是，如果包含酒精和/或CO2的飲料本質(zhì)上可能使特定的微生物大量繁殖，從而使飲料變得不適于人類的消費，那么就要求附加的工業(yè)設(shè)備來控制這些微生物，例如外部清洗、消毒潛力和無菌媒介等。
為了提供瓶子內(nèi)部的徹底的清潔，有幾種方法已被使用，其中的一些方法與殺菌步驟結(jié)合使用。即，如果正確引入到具有朝向下的開口的瓶中的話，用熱水可清洗，其中大量的瓶子通過輸送系統(tǒng)進(jìn)行傳送。美國專利No.5363866中公開了這種清潔裝置的一種例子。其中描述了可在輸送線路中連續(xù)的位置上提供清潔劑的通氣和分配的噴射嘴裝置。
另外考慮到具有被引入到由容器壁所限定的包裝內(nèi)的流體或噴射流的那些現(xiàn)有技術(shù)方法和系統(tǒng)，特別是那些通過插入噴嘴或其它產(chǎn)生進(jìn)入到自身包裝內(nèi)的噴射流的裝置來導(dǎo)入的方法和系統(tǒng)，存在把外部物質(zhì)和/或污染物引入瓶中的可能性，目前這就要求進(jìn)行測量以避免這種污染的可能性。
其它用于清洗或清潔容器、更具體地說是塑料瓶的方法是已知的，但所有這些都類似于以上描述的那些現(xiàn)有技術(shù)的方法和系統(tǒng)。這里所需要的是效率高、效果好但不會產(chǎn)生不希望有的廢水或其它殘留組分的清洗和清潔程序，而同時提供資源的節(jié)約和可持續(xù)性。
在此之前所知的現(xiàn)有技術(shù)的任何系統(tǒng)或方法都沒有給出一種不使用化學(xué)制品、或其它對環(huán)境不利的清洗和/或清潔瓶子內(nèi)表面的方法的無水方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，這里提供了一種清洗容器的包裝的方法，該包裝由內(nèi)壁所限定，該方法包括提供一個具有預(yù)定高度的包裝的容器，并且在其一端具有一個容器開口，對容器進(jìn)行定向使得所述開口最低且朝下開放，在容器包裝內(nèi)的空氣中以預(yù)定的頻率在容器內(nèi)產(chǎn)生諧振，預(yù)定的諧振頻率至少部分地由容器包裝的預(yù)定結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，諧振的能級足以從所述容器的內(nèi)壁去除任何松散的固體顆粒，但該能級不會影響容器的結(jié)構(gòu)完整性，使容器包裝內(nèi)的諧振保持足夠長的時間以便從所述容器內(nèi)壁去除所有松散的固體顆粒。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的瓶子清洗裝置的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的瓶子清洗裝置的一個可選實施例；圖3是根據(jù)本發(fā)明用于清洗和清潔容器的系統(tǒng)的示意圖；以及圖4是包括容器清洗裝置的一個可選實施例的部分系統(tǒng)的透視示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的第一實施例，其中對具有開口14、內(nèi)壁表面16和瓶頸18的瓶子12同步施加可聽諧振頻率，該諧振頻率在瓶子清洗、殺菌和填充系統(tǒng)與操作的清洗站點處產(chǎn)生。該系統(tǒng)的其它組件及其操作將在下面參照圖3進(jìn)行討論。如圖1所示，瓶子12在瓶頸18處由撐臂19保持住，該撐臂可以是常規(guī)瓶頸保持輸送系統(tǒng)的一部分，例如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所熟知的，這在下面將進(jìn)行更具體的描述。
清洗站點100包括聲波場的信號源20，該信號源20由聲壓和頻率處理器控件22控制，該控件通過一個或多個外部控件能夠控制由信號源20產(chǎn)生的聲波的音調(diào)(頻率)和音量(聲壓級)，其中的控件23如圖所示。音量更準(zhǔn)確地被稱為聲波的聲壓級或SPL。
示意性示出的聲波W從信號源20發(fā)出，它可連接到商用揚聲器或其它聲波發(fā)生器。優(yōu)選地，信號源20包括D類音頻放大變換器，如包括加利福尼亞硅谷的美信集成產(chǎn)品公司的那些商用Part Nos.Max 4295或4297，以及其它連接到一個或多個揚聲器21的產(chǎn)品。揚聲器21可與變換器模塊20集成在一起，或者可以是獨立的且可從模塊20移走，如下所示?？蛇x地，處理器22和控件23可與變換器20集成在一起，揚聲器21僅與驅(qū)動電子設(shè)備相獨立，這取決于電子裝置和/或空間的考慮。
信號源或變換器20與揚聲器21的組合根據(jù)瓶子的大小以及其它因素產(chǎn)生預(yù)定頻率的聲波，如下所述。產(chǎn)生最大量級諧振的適當(dāng)?shù)念l率可通過許多方法中的任何一種導(dǎo)出，例如通過經(jīng)典模式諧振，通過諧振頻率的隨機變化和估計來確定何種頻率能產(chǎn)生最大量級的諧振，通過理論計算，或者優(yōu)選地通過理論的和觀測到/測試到的頻率諧振的組合來導(dǎo)出。
理論方法可包括多種方法，例如通過經(jīng)典模式諧振，或通過基于理論亥母霍茲諧振因素考慮的計算。該頻率可被計算以確立由瓶子12的內(nèi)壁表面16所限定的腔或包裝內(nèi)的亥母霍茲諧振。即，通過在開口14處產(chǎn)生駐聲波，如圖所示，瓶子12內(nèi)的空氣被帶動到它的亥母霍茲諧振頻率，并促使瓶子12的封閉腔內(nèi)的空氣以亥母霍茲頻率振動，從而也促使瓶子12的內(nèi)壁表面16振動。該振動使得留駐在瓶內(nèi)的固體顆粒被移除并脫落到瓶外，瓶子最好倒立使開口14朝下，如圖所示。
用于提供所希望的亥母霍茲諧振頻率振動的合適的理論頻率可從亥母霍茲方程w0=(A/VL)]]>得到，其中w0是所希望的諧振頻率；c是周圍環(huán)境中的聲速；A是瓶頸或開口14的橫截面積；V是瓶子12中直至有效開口的空氣的容積；以及L是腔從內(nèi)壁的“底部”到瓶子12的有效開口的有效長度，如圖1所示。
因此，信號源20對于所希望的不同尺寸的瓶子的理論頻率設(shè)置可很容易地計算出來?？上В碚撚嬎憧蓪哂邢鄬潭ǖ钠鞅诘娜萜魈峁?zhǔn)確的頻率計算，但并未考慮到器壁也可以諧振頻率振動。可選地，或者與理論計算相結(jié)合，頻率可通過控件23以模擬增量進(jìn)行調(diào)節(jié)，信號源頻率可在期望的范圍內(nèi)校準(zhǔn)，以平衡瓶子清洗所發(fā)生的周圍環(huán)境條件中的細(xì)微差別。
根據(jù)經(jīng)典模式諧振，最有效的頻率，即在瓶壁內(nèi)產(chǎn)生最大量級的諧振的頻率可能與從亥母霍茲諧振頻率計算中導(dǎo)出的頻率有很大的不同。也就是說，亥母霍茲方程對具有剛性器壁的容器來說是準(zhǔn)確的。例如厚度為0.010英寸數(shù)量級的塑料瓶具有的瓶側(cè)壁自身發(fā)生振動，從而為瓶子12中的空氣產(chǎn)生不同的頻率環(huán)境。這樣，對本系統(tǒng)預(yù)期的任何不同尺寸的瓶子可從理論上確立一個或多個狹窄的頻帶，伴隨觀測技術(shù)，例如通過用可電連接到控件22的變換器，如帶式加速計26，對瓶壁的實際振動進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。
現(xiàn)在參照圖2，其示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的可選系統(tǒng)10’的一些部分的一個可選實施例，它將在下面參照圖3更詳細(xì)地說明。圖2是倒立放置的瓶子12的一個示意性表示，瓶子12已被定向的方位使得開口14最低且朝下開放，如圖1的實施例中所示。圖1和圖2中所示的實施例除了諧振頻率聲波發(fā)生器之外基本相同。也就是說，瓶子12和以下描述的例如瓶子夾持機構(gòu)等其它組件，即撐臂19、傳送帶等，可與圖1的實施例相同。因此，各個視圖之間所顯示的相同的組件將用相同的附圖標(biāo)記來表示。
在清洗站點處，每個瓶子12都由例如由風(fēng)扇32或其它氣流發(fā)生裝置30提供的空氣等可壓縮流體的流束通過，它引導(dǎo)氣流通過一個導(dǎo)管36，然后橫向經(jīng)過每個瓶子12的開口14。氣流根據(jù)計算或通過測試所得到的密度和速度通過，將依照在以上的部分中討論的已知的理論原理使瓶子12中的空氣中產(chǎn)生亥母霍茲諧振效應(yīng)。由箭頭所示的氣流、以及氣流發(fā)生器30的操作的準(zhǔn)確特征可由控制器34控制，該控制器可包括一個或多個控件35來控制風(fēng)扇32的操作或其它的可能參數(shù)，例如導(dǎo)管36的直徑、方位或開口尺寸，其中每個參數(shù)都可以根據(jù)如箭頭所示的氣流特征的改變來要求對諧振頻率進(jìn)行修改。根據(jù)這些參數(shù)，每個瓶子12內(nèi)產(chǎn)生的亥母霍茲諧振的量級和聲壓級可被調(diào)節(jié)，以僅提供消除任何松散的固體顆粒的能量，而同時不會不可逆地改變或影響瓶子12的形狀。
與圖1和圖2中所示的以上所描述的兩種實施例中的任何一種相結(jié)合，清洗方法還可利用電離空氣流束(未顯示)來沖洗瓶子12的外表面，從而靜態(tài)地抵制可能吸附到瓶子外表面的帶電顆粒。另外，可提供另一種機制用于衰減或消除由亥母霍茲諧振器或瓶子12內(nèi)的空氣振動產(chǎn)生的聲波，下面將對此做更具體的描述。也就是說，一系列聲波發(fā)生器中的一個或多個可設(shè)置在瓶子12的附近或瓶子的清洗站點處，以產(chǎn)生適當(dāng)頻率和聲壓級的聲波以衰減在已知的亥母霍茲頻率上產(chǎn)生的聲波。該過程可有效地消除從瓶子清洗站點緊鄰區(qū)域泄露出的聲能。
聲波發(fā)生器可以與提供初始亥母霍茲頻率發(fā)生器的發(fā)生器相同，但該聲波相對于具有與清洗站點發(fā)出的頻率相同的頻率的聲音有大約180度相移，從而提供相反的波前以有效消除聲波的能量。理想地，這些聲波發(fā)生器被設(shè)置在瓶子清洗站點和系統(tǒng)10的操作者預(yù)期的正常操作位置和/或任何預(yù)期的旁觀者或觀測者之間。這樣，操作者就不易受系統(tǒng)連續(xù)的帶通噪聲的影響，亥母霍茲頻率的聲波僅在瓶子開口的方向上被引導(dǎo)，從而只影響每個瓶子中的諧振腔，而不需一般性地在裝瓶設(shè)備上到處廣播聲波，從而最小化或避免環(huán)境噪聲水平的提高、以及對操作者以及其它員工和/或路過者的煩擾。
使用圖1或圖2中的實施例的清洗瓶子12的方法要求特定的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，以便確保完全的清洗操作。例如，雖然用于可聽聲波的亥母霍茲頻率是一種眾所周知的特征，如由瓶子的參數(shù)計算得到，但是由聲波發(fā)生器20(圖1)產(chǎn)生的波形的聲壓級應(yīng)該保持在特定的范圍內(nèi)，例如保持在70和115dB之間，這樣瓶壁的振動就足以去除松散的顆粒，但強度不足以破壞瓶子12的結(jié)構(gòu)完整性。更特別地，聲壓級范圍可保持在80和85dB之間，以便當(dāng)瓶子在足夠長的時間內(nèi)位于該聲場內(nèi)時能產(chǎn)生所希望的清洗。
依照已知的瓶子制造工藝制造的塑料瓶具有的器壁能夠變得非常薄，一些塑料瓶的厚度被減小至0.010英寸(0.254毫米)。而且，為了保持清洗操作的安全和有效性，使瓶子12受聲波諧振頻率處理的時間也已經(jīng)被確定，一般所考慮的是最好處于大約1.0秒到大約3-4秒之間的范圍內(nèi)，這是基于特定的瓶子特征和當(dāng)前的亥母霍茲模式諧振。
優(yōu)選地，聲波的聲壓級對于約為2.0秒的優(yōu)選時間大約是105dB，但這些參數(shù)對每個瓶子的尺寸都可能發(fā)生變化。瓶子的參數(shù)可要求聲波的調(diào)節(jié)，這取決于許多因素，如環(huán)境條件，例如器壁厚度、瓶子尺寸等瓶子特征的改變。
現(xiàn)在參照圖3，圖3是用于清洗和清潔容器的系統(tǒng)10的示意性前視圖，更確切地說，該系統(tǒng)用于清洗和清潔用來盛放軟飲料的瓶子，其類型通?？捎玫某叽鐬?.5升、16和20盎司、1.5升和2升。系統(tǒng)10最好包括一個支架42，該支架最好包括管道，系統(tǒng)10還具有用于在機器中以箭頭A的方向傳送瓶子的循環(huán)鏈條或皮帶44。皮帶44被設(shè)置在系統(tǒng)的整個長度上，并配備有瓶夾持器46，如圖所示。為了簡單起見，僅在圖3的循環(huán)皮帶44上顯示了一些瓶子12。循環(huán)皮帶44由多個轉(zhuǎn)輪52-62驅(qū)動，且皮帶由多個引導(dǎo)件66來引導(dǎo)。所示的系統(tǒng)可以是以上描述的瓶頸保持瓶子傳送系統(tǒng)的任何可選的實施例，下面將進(jìn)一步進(jìn)行更具體的描述。
圖3中顯示的系統(tǒng)10具有比所有可能顯示的配置更精細(xì)的配置，以提供對本發(fā)明的更完整的理解。圖3的示意圖顯示了系統(tǒng)10所具有的瓶子處理設(shè)備中的多個站點。例如，系統(tǒng)10包括一個瓶子裝載站點80，充分成形的空瓶12在這里被裝載到載體或夾持器46上，這些瓶子由此準(zhǔn)備填充，或者充滿的瓶子在此之前已經(jīng)由此移走，如下面將要描述的。
瓶子12最初可如行業(yè)內(nèi)熟知的那樣依照標(biāo)準(zhǔn)操作程序進(jìn)行處理，例如如圖所示在站點88處對瓶壁的厚度進(jìn)行測試，或者瓶子12可用與本發(fā)明關(guān)聯(lián)密切的已知處理過程來完成，而不需要進(jìn)一步的討論。
在站點88處的處理之后，瓶子12開始進(jìn)入根據(jù)如上所述的圖1和圖2所示的本發(fā)明的可選實施例或者其變體來配置的清洗站點100。瓶子清洗站點100可如圖1或圖2所示、或者依照本發(fā)明所述的任何其它瓶子清洗站點進(jìn)行配置，或者根據(jù)下面參照圖4更具體地描述的優(yōu)選的瓶子清洗系統(tǒng)。如圖所示，轉(zhuǎn)輪58倒置皮帶44和瓶子12的位置，使得所有的開口14都朝下，如圖所示。在通過瓶子清洗站點100時，依照上面圖1或圖2的描述，對每個瓶子12執(zhí)行瓶子清洗站點100的操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1所示的瓶頸保持裝置是優(yōu)選的。但是，系統(tǒng)100的實施例示意性示出了瓶子12被保持在一個中央主體部分周圍，這是可用于實現(xiàn)本發(fā)明目的的非優(yōu)選的替代結(jié)構(gòu)。同樣，在清洗站點100處顯示的聲波發(fā)生器20、30引導(dǎo)來自瓶子后面的聲波能量，這種優(yōu)選的方法用于如圖1至圖4所示將能量引導(dǎo)到瓶子開口14中。
在瓶子清洗站點100處的操作過程之后，瓶子再次被轉(zhuǎn)輪56倒置使其處于開口朝上的位置，瓶子由皮帶44傳送到瓶子清潔站點120。在清洗站點120，瓶子12可被適當(dāng)頻率的紫外線(UV)光122照射，其中UV光作為殺菌劑來清潔瓶子12的外部和內(nèi)部(16)表面。雖然顯示的是單個UV光源122，但可以設(shè)想的是除了UV光源122之外還可以使用多個光源(未顯示)，以提供對所有表面的徹底照明。可選地，清潔可由標(biāo)準(zhǔn)氫氧化物沖洗或者由干空氣噴吹法來執(zhí)行，使用壓縮空氣清潔技術(shù)被設(shè)想為稍后將提交的共同受讓申請中描述和要求的單獨和獨立的發(fā)明。
在清潔站點120處的清潔過程后，瓶子12被傳送到瓶子脫離站點130，瓶子12可在這里從夾持器或載體46上移開，然后載體46再次傳送到瓶子裝載站點80以繼續(xù)循環(huán)。同時，干凈、清潔的瓶子12從瓶子脫離站點130被傳送到標(biāo)準(zhǔn)瓶子填充站點(未顯示)，要盛放在瓶子12中的液體飲料在這里被分送到瓶子12，然后瓶子被加蓋并包裝進(jìn)行運輸?？蛇x地，瓶子12可在系統(tǒng)10的一個或多個站點處填充，所述瓶子填充站點未顯示，但在合適的位置上并入系統(tǒng)。
圖4示出了用于夾持容器的一個優(yōu)選實施例，例如在瓶頸處夾持瓶子，其中容器處于倒置的頸口朝下的位置，如圖所示。圖4中所示的本發(fā)明的特征可包括用于在傳遞到消毒站點120(圖3)之前清洗容器的碎片的清洗站點100’。圖4所示的容器沿軌道144從一個站點傳送道下一個站點。瓶子12被保留以便沿軌道144通過多個撐臂19進(jìn)行運送，圖1部分顯示了其中的一個撐臂。
撐臂19最好包括由軌道保留的軌道段140，沿著軌道144或與軌道144一起滑動，該撐臂沿著與軌道144的縱向正交的方向部分延伸。第二個瓶子夾持部分142沿軌道行進(jìn)的方向延伸，或者可選地與其垂直，且具有收縮孔143(圖1的剖視圖中所示的)，以便可拆卸地夾持每個瓶子12的瓶頸18。如圖4所示，瓶子12在通過瓶子清洗站點110’運送時以倒置的位置定向。
清洗站點100’的實施例中所示的一個重要的特征是諧振腔90，該腔被用于在清洗站點100’處容納和集中可聽聲波能量。諧振腔90顯示為具有底面的部分截平的金字塔形狀，即截平的金字塔形諧振腔90的較寬的部分朝向軌道144開放，瓶子12(剖視圖中部分顯示)被傳送通過站點110’。腔90用作瓶子12的覆蓋物，它包括兩個開口92，一個為瓶子12提供進(jìn)入到腔內(nèi)的入口，另一個提供從腔內(nèi)出來的出口。開口92具有的形狀和方位允許傳送具有多種尺寸的瓶子通過該處，開口92可以被調(diào)節(jié)以符合被清洗的瓶子的大小。諧振腔90的尺寸最好要足夠大以便同時覆蓋至少三個瓶子12，這樣根據(jù)生產(chǎn)線速度，每個瓶子都在足夠長的時間內(nèi)位于諧振腔90內(nèi)，以引起瓶壁16的足夠的模態(tài)激勵，從而從該處去除任何碎片。
根據(jù)聲壓級，時間可位于前面闡述的優(yōu)選范圍之內(nèi)，或者可以是更短的時間，這是由于使用諧振腔90的益處，包括在諧振腔90的包裝中容納聲波能量的主要部分，依靠諧振腔90的優(yōu)選角度的器壁91來集中并增強朝向瓶子反射的聲波，以及消除從瓶子清洗站點110’發(fā)出的可聽聲能，如下面將要描述的。
設(shè)置在軌道144和瓶子12的對面的是揚聲器21，其被定向以將由該處發(fā)出的波W示意性顯示的可聽聲能向瓶子12引導(dǎo)并引入諧振腔90中。雖然諧振腔90顯示了5個器壁93和一個開放底面，但其它的構(gòu)造和配置也是可能的。例如，第二諧振腔(未顯示)可相對地定位并附著到外部底面邊界95，從而封閉瓶子12和揚聲器21，以便于更完全地把可聽聲波能量容納在具有狹窄開口的包裝內(nèi)，例如瓶子的開口92，以及從該處通過軌道144的一組第二開口。揚聲器21連接到變換器20和控制系統(tǒng)22，如圖1顯示的實施例中所示的那樣。揚聲器的數(shù)目和位置可針對應(yīng)用通過實驗確定，以便于在腔的周圍產(chǎn)生均勻的、足夠的噪聲消除場。
已經(jīng)通過了瓶子清洗站點110’后，其中可聽聲能已經(jīng)使可能位于瓶子12內(nèi)的固體碎片松動或去除，重力就足以促使碎片通過對準(zhǔn)下方的瓶子開口14被去除。任選地，以及優(yōu)選地，瓶子12進(jìn)一步沿著軌道144被傳送到碎片去除站點110’。碎片去除站點可具有以局部剖視圖顯示的覆蓋物112，瓶頸18穿過該覆蓋物，以便為每個瓶子開口14提供半封閉的空間。覆蓋物112在其中包括一個、或者優(yōu)選地為多個具有開口115的真空噴嘴114，或連續(xù)的真空軌道或高壓間，它們向內(nèi)指向軌道114或指向每個瓶子12將通過的開口14的空間，如圖所示。當(dāng)瓶子開口通過真空開口115時，由通過管道118連接到噴嘴114的真空發(fā)生器116形成的真空，沿箭頭B的方向從瓶中抽取空氣，并抽取任何混入的固體碎片顆粒。然后該空氣被引導(dǎo)到過濾器(未顯示)，碎片在這里被濾出，然后干凈的空氣被排放到環(huán)境中。瓶子12同時被運送到下一個處理站點，例如清潔站點120(圖3)在填充產(chǎn)品之前進(jìn)行在其上執(zhí)行的其它適當(dāng)?shù)奶幚聿襟E。
本發(fā)明的另一可選的特征是可聽聲能消除裝置140，如由環(huán)繞的虛線所顯示的，該裝置靠近或接近諧振腔90的外壁93設(shè)置。理想地，裝置140被設(shè)置在系統(tǒng)10包括的諧振腔90和操作者的操作站點之間。可選地，或與之相結(jié)合，該聲音消除裝置可以用來把發(fā)出的任何聲音限制到任何位置，其它的限制在裝瓶設(shè)備中，這樣可聽聲能就被容納在瓶子清洗站點110’的附近。
周圍環(huán)有虛線的聲音消除裝置140如圖4所示。該聲音消除裝置140最好包括一個或多個由一個或多個D類放大器144驅(qū)動并由中央處理器145控制的揚聲器142。
控制器145還電連接到多個附加組件，所述組件包括環(huán)境噪聲麥克風(fēng)146、信號相位調(diào)節(jié)器148和可調(diào)的帶通頻率信號發(fā)生器150，它具有針對具有已知的或計算出的特征的某些預(yù)定的瓶子的預(yù)調(diào)控制。雖然這些組件中所顯示的每一組件都以電子方式互連到處理器145，該結(jié)構(gòu)不是必需的，因為一種或多種組件144、146、148、150等可具有提供必要的控制功能和/或可調(diào)控件的內(nèi)部電子器件，并且這些組件可彼此串聯(lián)連接(未顯示)，以產(chǎn)生所希望的噪聲消除波?？蛇x地，包括噪聲消除裝置的組件的完整配置的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境噪聲消除可以作為孤立模塊系統(tǒng)在商業(yè)上提供，例如可從加拿大安大略省米西索加市的西勒克斯公司獲得。
操作中，從諧振腔90發(fā)出的聲波(未顯示)以頻率和可聽聲壓級形式被感測，然后通過例如處理器控件145內(nèi)的變換器或轉(zhuǎn)換器電子器件轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字的電子形式。然后該電子信號被一個帶通濾波器濾波以隔離出感興趣的頻率，之后該信號在信號相位調(diào)節(jié)器148中被重新處理以提供失相電信號，該信號在傳遞到D類音頻放大器144后再次被發(fā)送，通過揚聲器142以聲音形式轉(zhuǎn)換為平衡聲波CW。示意性顯示為CW的平衡聲波理想地與諧振腔90發(fā)出的可聽聲能大致上有180度相移。
從諧振腔90出來的聲能的頻率和聲壓級通常以變化的狀態(tài)散發(fā)，因為該聲能通過諧振腔90的反射之后通過振動穿過器壁93。這樣，可能需要進(jìn)行計算以提供平衡聲波CW的合適的聲壓級，可能需要來自主揚聲器21的聲音頻率的同步，以提供適當(dāng)?shù)脑肼曄夹g(shù)所需的平衡聲能波CW。已經(jīng)可觀測到的是，從封閉的諧振腔90發(fā)出的聲波可能在頻率上下降幾個八音度。這樣優(yōu)選地，在諧振腔90用來集中聲能時，如裝置140的聲音消除機制可被用來減小可在諧振腔90周圍的環(huán)境中聽到的環(huán)境噪聲。商用聲音消除處理器或算法的使用提供了環(huán)境噪聲頻率、相位和強度的一種優(yōu)選的自動感測方法，另外還得到了所需的噪聲消除聲學(xué)輸出的自動校準(zhǔn)。
這里已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了描述并參照圖1-4的實施例做了說明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的特征允許修改、變化、改變或替換而不會明顯背離本發(fā)明的精神。例如，各種瓶子、夾持器、諧振腔等的尺度、尺寸和形狀可以改變以適應(yīng)特定的應(yīng)用。類似地，如圖3所示的瓶子清洗和清潔系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)可相對所顯示的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或修改。因此，這里說明和描述的特定的實施例僅僅是出于說明的目的，除了下面的權(quán)利要求和它們的等同物之外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種清洗容器的方法，包括提供具有內(nèi)壁和預(yù)定的足夠的參數(shù)以及在其一端具有容器開口的容器；對容器進(jìn)行定向，使得所述開口最低且朝下開放；在容器內(nèi)的空氣中以預(yù)定的頻率在容器內(nèi)產(chǎn)生諧振，預(yù)定的諧振頻率至少部分地由容器的預(yù)定結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定，諧振的聲壓級足以從所述容器的內(nèi)壁清除任何松散的固體顆粒，但該聲壓級不會影響容器的結(jié)構(gòu)完整性；以及使容器包裝內(nèi)的諧振保持足夠長的時間，以便從所述容器的內(nèi)壁充分去除所有松散的固體顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括產(chǎn)生可聽聲波；以及將該可聽聲波向容器開口引導(dǎo)，聲波的頻率和聲壓級足以產(chǎn)生能消除容器的內(nèi)壁上的松散的固體顆粒的諧振。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括提供音頻放大變換器，該變換器具有高聲學(xué)輸出和可變帶通頻率范圍，以及具有將其輸出引導(dǎo)到容器開口的揚聲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括提供噪聲控制消除裝置，該裝置提供具有與諧振頻率類似的頻率和聲壓級的失相聲波；以及將失相聲波引向遠(yuǎn)離容器開口的方向，以基本消除發(fā)射到容器或系統(tǒng)的整體臨近區(qū)域之外的周圍環(huán)境中的諧振頻率聲波。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括提供噪聲控制消除裝置，該裝置提供具有與音頻放大變換器產(chǎn)生的諧振頻率類似的頻率和聲壓級的失相聲波；以及將失相聲波引向遠(yuǎn)離容器開口的方向，以基本消除發(fā)射到容器或系統(tǒng)的整體臨近區(qū)域之外的周圍環(huán)境中的諧振頻率聲波。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括在產(chǎn)生可聽聲波的步驟之前由容器的結(jié)構(gòu)特征計算預(yù)定的諧振頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中從瓶子移除碎片借助于其中產(chǎn)生真空的覆蓋物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中產(chǎn)生諧振的步驟之前的步驟是將容器傳送到覆蓋物中的步驟，其中在覆蓋物內(nèi)執(zhí)行諧振的產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中產(chǎn)生諧振的步驟包括傳遞電信號使其通過至少一個D類音頻放大變換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中所述提供容器的步驟還包括提供具有已知結(jié)構(gòu)特征的瓶子；以及包括利用瓶子的特征計算所希望的諧振頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的清洗方法，還包括在計算出的諧振頻率附近調(diào)節(jié)可聽聲波的頻率的步驟；監(jiān)控瓶壁內(nèi)諧振的量級；以及確立提供最大量級的諧振的頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括傳遞可壓縮流體的流束使其橫向經(jīng)過容器開口，其速度和能級足以產(chǎn)生其能級可去除容器內(nèi)壁上的松散固體顆粒所需的諧振。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括提供噪聲控制保持機構(gòu)，該機構(gòu)提供具有與可壓縮流體的流束產(chǎn)生的諧振頻率相同的頻率和強度的失相聲波；以及將失相聲波引向遠(yuǎn)離容器開口的方向，以基本消除發(fā)射到容器的臨近區(qū)域之外的周圍環(huán)境中的諧振頻率波。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括產(chǎn)生強度位于從大約70dB到大約115dB的范圍內(nèi)的聲波。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的清洗方法，其中所述產(chǎn)生諧振的步驟還包括產(chǎn)生強度位于從大約90dB到大約115dB的范圍內(nèi)的聲波，其產(chǎn)生的時間從約2.0秒到約3.0秒。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，還包括清潔容器的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的清洗方法，還包括通過在一段足夠的時間內(nèi)照射容器以清潔內(nèi)壁上任何有機污染物而清洗容器的步驟。
18.一種用于清潔容器的包裝的系統(tǒng)，該包裝由內(nèi)壁所限定，該系統(tǒng)包括用于在至少一個相對于水平的方位上夾持多個容器的瓶子保持器，該容器具有包裝，該包裝具有預(yù)定的參數(shù)以及在其一端具有容器開口；通過皮帶對每個容器進(jìn)行定向使得容器開口最低且朝下開放的定向機構(gòu)；具有噴嘴的清洗站點，用于在容器包裝內(nèi)的空氣中以預(yù)定的頻率在容器內(nèi)產(chǎn)生諧振，預(yù)定的諧振頻率至少部分地由容器包裝的預(yù)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定，諧振的能級足以從所述容器的內(nèi)壁去除任何松散的固體顆粒，但該能級不會影響容器的結(jié)構(gòu)完整性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的清洗容器包裝的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)還包括清潔站點，將至少紫外線頻率的電磁射線指引向容器壁，以便清潔內(nèi)壁的任何有機污染物。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的清洗容器包裝的系統(tǒng)，其中清潔站點還包括能夠產(chǎn)生一定范圍的頻率和聲壓級以便在容器包裝內(nèi)產(chǎn)生亥母霍茲諧振的放大式揚聲器，諧振的能級足以從所述容器的內(nèi)壁去除任何松散的固體顆粒，但該能級不會影響容器壁的結(jié)構(gòu)完整性。
全文摘要
清洗由容器的內(nèi)壁所限定的容器包裝的一種系統(tǒng)和方法，包括提供容器，對該容器進(jìn)行定向使得容器開口最低且朝下開放，并在容器內(nèi)以預(yù)定的頻率產(chǎn)生諧振，諧振的能級足以從所述容器的內(nèi)壁去除任何松散的固體顆粒，但該能級不會影響容器的結(jié)構(gòu)完整性，使容器包裝內(nèi)的諧振保持足夠長的時間以便從容器內(nèi)壁去除所有松散的固體顆粒。該系統(tǒng)可包括覆蓋物形式的諧振腔，以及實現(xiàn)該方法步驟的裝置，還可包括進(jìn)一步清潔容器以使任何有機污染物失去活性的清潔步驟。
文檔編號B08B7/02GK1903455SQ20061010636
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者托馬斯·S·沃特爾斯 申請人:斯托克里-豐康普公司