多遍微波加热系统的制作方法

文档序号:19816911发布日期:2020-01-31 19:32
多遍微波加热系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月15日提交的第62/471,664号美国临时专利申请的优先权,所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

本发明涉及用于在微波加热系统中加热多个制品的方法和系统。具体地说,本发明的实施例可用于包装食品和其它类似物品的微波辅助巴氏灭菌或消毒。



背景技术:

微波辐射是一种众所周知的用于将能量传递到物体的机制。已经证实,微波能量能够以快速有效的方式穿过并加热物体这一点在许多化学和工业过程中是有利的。由于微波能量能够快速且彻底地加热制品,所以它被用于期望快速达到规定的最低温度的加热过程,例如巴氏灭菌或消毒过程。另外,因为微波能量一般来说是非侵入性的,所以微波加热可能特别适用于加热介电敏感性材料,如食物和药物。但是,到目前为止,安全且有效地应用微波能量的复杂性和细微差别,尤其是在商业规模上,已经严重地限制了它在若干种工业过程中的应用。

需要一种适用于各种包装食品和其它物品的消毒或巴氏灭菌的微波加热系统。此系统能够一致、均匀且快速地加热制品,且具有较高程度的操作灵活性。由这种系统执行的方法将最大限度地减少甚至是防止制品中的热点和冷点,并确保经过巴氏灭菌和消毒的制品能够达到微生物杀伤力(microbiallethality)和总质量的目标标准。



技术实现要素:

本发明的一个实施例涉及一种用于在微波加热系统中加热多个制品的方法,所述方法包括:(a)将第一组制品引入到微波加热室的第一区中;(b)沿着传送管线将所述第一组制品从所述第一区运送到第二区,其中所述运送步骤(b)包含在第一传送方向上使所述第一组制品移动经过第一微波发射器;(c)沿着所述传送管线将所述第一组制品从所述第二区运送回所述第一区,其中所述运送步骤(c)包含在与所述第一传送方向相反的第二传送方向上使所述第一组制品移动经过所述第一微波发射器;(d)沿着所述传送管线将所述第一组制品从所述第一区运送回所述第二区,其中所述运送步骤(d)包含在所述第一传送方向上使所述第一组制品移动经过所述第一微波发射器;以及(e)在所述运送步骤(b)至(d)的至少一部分期间,将微波能量从所述第一微波发射器导向所述第一组制品。

本发明的另一实施例涉及一种用于加热制品的微波加热系统,所述微波加热系统包括:微波加热室,其用于加热所述制品;至少一个传送管线,其用于将所述制品运送穿过所述微波加热室;微波发生器,其用于生成微波能量;第一微波发射器,其用于将所述微波能量的至少一部分引导到所述微波加热室,其中所述第一微波发射器界定配置成向所述传送管线上的所述制品释放微波能量的第一发射口;以及传送管线控制系统,其配置成在第一传送方向和与所述第一传送方向相反的第二传送方向上移动所述制品,使得每一个所述制品不止一次地移动经过所述第一发射口。

本发明的又一实施例涉及一种用于在微波加热系统中加热制品的方法,所述方法包括:(a)利用至少一个微波发生器生成微波能量;(b)通过包括一个或多个波导的微波分配系统和第一微波发射器将所述微波能量的至少一部分从所述微波发生器传递到微波加热室;(c)在第一传送方向上沿着传送管线使第一组制品和第二组制品通过所述微波加热室;(d)通过所述第一微波发射器的第一发射口将微波能量释放到所述微波加热室中;(e)使用从所述第一微波发射器释放的所述微波能量的至少一部分加热所述第一组和第二组制品。第一组和第二组制品在所述传送方向上彼此间隔一距离,所述距离至少是在平行于所述传送管线的方向上测量的所述第一发射口的最大尺寸的50%。

本发明的另一实施例涉及一种用于加热多个制品的微波加热系统,所述系统包括:微波加热室,其用于收容和加热所述制品;传送管线,其用于沿着传送轴线将所述制品运送穿过所述微波加热室;至少一个微波发生器,其用于生成微波能量;以及微波分配系统,其用于将所述微波能量从所述微波发生器引导到所述微波加热室。微波分配系统包括至少第一微波分离器、第一对和第二对相对的微波发射器、第一和第二波导分支以及第一和第二循环器/负载对。第一微波分离器配置成将所述微波能量的至少一部分分成至少第一微波能量份和第二微波能量份。第一对和第二对相对的微波发射器配置成将相应的第一和第二微波能量份的至少一部分引导到所述微波加热室中。第一和第二波导分支配置成将所述第一和第二微波能量份从所述微波分离器传递到相应的第一对和第二对相对的微波发射器。第一和第二循环器/负载对定位在所述微波分离器的下游,用于收容从所述微波加热室反射回到所述微波分配系统中的所述微波能量的至少一部分。

附图说明

下面参考附图对本发明的各个实施例进行详细描述,在附图中:

图1a是根据本发明的实施例的用于对包装食品进行微波巴氏灭菌或消毒的方法的主要步骤的示意图;

图1b是根据本发明的实施例的用于对包装食品进行微波巴氏灭菌或消毒的系统的主要区的示意图;

图2是根据本发明的实施例进行配置的微波加热区的示意性局部侧面剖视图,具体地示出了微波加热容器、微波发射器和微波分配系统的一个可能布置;

图3是适合在本发明的一个或多个实施例中使用的托架的顶部等角视图;

图4是根据本发明的实施例进行配置的微波加热室的示意性局部侧面剖视图,具体地示出了微波加热室内的多组制品的可能移动;

图5是根据本发明的实施例进行配置的微波加热室的另一示意性局部侧面剖视图,具体地示出了适用于多遍加热的一个配置;

图6是根据本发明的实施例进行配置的微波加热室的又一示意性局部侧面剖视图,具体地示出了具有单独传送区段的微波加热区;以及

图7是根据本发明的实施例进行配置的微波加热区的另一示意性局部侧面剖视图,具体地示出了微波加热室、多个发射器、微波发生器以及微波分离器和循环器/负载对的布置。

具体实施方式

本发明涉及用于在微波加热系统中加热多个制品的方法和系统。如本文中所描述的方法和系统提供更高程度的操作灵活性和增强的效率,同时准许所处理制品能够进行快速均匀的加热。本发明特别适用于包装食品和其它类似物品的微波辅助巴氏灭菌或消毒。

一般来说,巴氏灭菌涉及将物品快速加热到在80℃和100℃之间的最低温度,而消毒涉及将物品加热到在在约100℃和约140℃之间的最低温度。在一些情况下,巴氏灭菌和消毒可以同时或几乎同时进行,所以本文所描述的方法和系统可以配置成同时用于巴氏灭菌和消毒。可替代地,方法和系统可以配置成仅用于巴氏灭菌。将进行巴氏灭菌或消毒的物品的合适类型的实例包含但不限于包装食品、饮料、医疗器械和医用流体、牙科器械和牙科用流体、兽医用流体和/或医药流体。

本发明的实施例可以在各种不同类型的微波加热系统中实行,包含例如类似于在第us2013/0240516号美国专利申请公开中描述的微波加热系统的那些微波加热系统,所述申请以全文引用的方式并入本文中。在其它实施例中,如本文中所描述的方法还可在类似于在第7,119,313号美国专利中描述的系统的微波加热系统中实行。

现在转向图1a和1b,提供了根据本发明的实施例的微波加热方法的主要步骤和适用于对制品进行巴氏灭菌或消毒的微波加热系统的主要元件的示意图。如本文中所使用,术语“微波能量”一般是指频率在300mhz和30ghz之间的电磁能量。

如图1a和1b中所示,引入到微波加热系统100中的制品首先通过热化区112,其中对制品进行加热以达到基本上均匀的温度。一旦热化,制品就可以任选地在被引入到微波加热区116之前通过压力调整区,所述压力调整区在图1a中示出为114a。在微波加热区116中,可以使用由一个或多个微波发射器释放到加热区116中的微波能量将制品快速加热,所述微波发射器总体上在图1b中示出为发射器124。接着,受热制品可以任选地通过保温区120,其中可以对制品进行热平衡,使得每一制品的最冷部分在规定时间量内维持在处于或高于预定目标温度的温度下(例如,巴氏灭菌或消毒目标温度)。随后,制品可接着通过骤冷区122,其中制品可以冷却到合适的处置温度。任选地,制品可以在从系统中移出之前通过第二压力调整区114b。

在一些情况下,图1a和1b中描绘的微波系统的热化区、微波加热区、保温区和/或骤冷区可在单个容器内界定,但在其它情况下,这些区中的一个或多个可以在一个或多个单独容器内界定。另外,在一些情况下,这些步骤中的一个或多个可以在至少部分地填充有液体介质的容器中实行,所处理制品在处理期间可至少部分地浸没在所述液体介质内。如本文中所使用,术语“至少部分地填充”表示其中至少50%的指定容器的体积填充有液体介质的配置。在某些实施例中,在热化区、微波加热区、保温区和骤冷区中使用的容器中的至少一个的体积的至少约75%、至少约90%、至少约95%或100%填充有液体介质。

在使用时,所使用的液体介质可包含任何合适类型的液体。在一些情况下,液体介质的介电常数可大于空气的介电常数,并且另外或替代地,液体介质的介电常数类似于所处理制品的介电常数。水(或包括水的液体介质)可特别适用于用来加热可食用(consumable)制品的系统。液体介质还可包含一种或多种添加剂,例如油、醇、二醇和盐,以便在系统处于运行中时改变或增强液体介质的物理特性(例如,沸点)。

另外,微波加热系统100可包含至少一个传送系统(在图1a和1b中未示出),用于将制品运送穿过上文所描述的处理区中的一个或多个。合适的传送系统的实例可包含但不限于塑料或橡胶带式传送机、链式传送机、滚筒式传送机、挠性或多挠曲传送机、铁丝网传送机、斗式传送机、气动传送机、螺旋传送机、槽型或振动传送机及其组合。任何合适数目个单独传送管线可以与传送系统一起使用,并且一个或多个传送管线可以任何合适方式布置在容器内。

在运行中,引入到图1a和1b中描绘的微波系统100中的制品进入热化区112,并受热和/或进行热平衡以达到基本上均匀的温度。例如,从热化区取出的所有制品的至少约85%、至少约90%、至少约95%、至少约97%或至少约99%的温度彼此相差最多约5℃、最多约2℃或最多1℃。如本文中所使用,术语“热化(thermalize/thermalization)”总体上是指温度平衡或均衡的步骤。

当热化区112至少部分地填充有液体介质时,制品在传递期间可至少部分地浸没在所述液体中。热化区112中的液体介质可能比从中通过的制品的温度高或低,并且在一些情况下,液体介质的平均体积温度可能是至少约30℃、至少约35℃、至少约40℃、至少约45℃、至少约50℃、至少约55℃或至少约60℃和/或不超过约100℃、不超过约95℃、不超过约90℃、不超过约85℃、不超过约80℃、不超过约75℃、不超过约70℃、不超过约65℃或不超过约60℃。

热化步骤可以在环境压力下实行,或者它可以在加压容器中实行。当加压时,热化可在至少约1psig、至少约2psig、至少约5psig或至少约10psig和/或不超过约80psig、不超过约50psig、不超过约40psig或不超过约25psig的压力执行。当热化区112被液体填充且加压时,压力可与所述液体施加的任何排出压力相加。经历热化的制品在热化区112中的平均停留时间可为至少约1分钟、至少约5分钟、至少约10分钟和/或不超过约60分钟、不超过约20分钟或不超过约10分钟。从热化区112取出的制品的平均温度可为至少约20℃、至少约25℃、至少约30℃、至少约35℃和/或不超过约90℃、不超过约75℃、不超过约60℃或不超过约50℃。

当热化区112和微波加热区116在极为不同的压力下运行时,离开热化区112的制品可在进入微波加热区116之前通过压力调整区114a。在使用时,压力调整区可以是配置成使制品在具有较低压力的区域和具有较高压力的区域之间转移的任何区或系统。低压区和高压区之间的差可依据系统而变化,并且例如可为至少约1psig、至少约5psig、至少约10psig、至少约12psig和/或不超过约75psig、不超过约50psig、不超过约40psig或不超过约35psig。当图1a和1b中所示的骤冷区122在与微波加热区116不同的压力下运行时,可存在另一压力调整区,使制品在微波加热区116或保温区120和骤冷区122之间转移。在一些情况下,第一压力调整区114a可将制品从较低压力热化区112转移到较高压力微波加热区116,而第二压力调整区114b可将托架从较高压力保温区120(或骤冷区中压力较高的部分)转移到较低压力骤冷区122或其部分。

在热化之后,制品可被引入到微波加热区116中,并使用通过一个或多个微波发射器释放到微波加热室中的微波能量的一部分对制品进行加热,所述微波发射器在图1b中示出为124。本发明的微波加热系统的各种配置可采用具有不同频率的微波能量,其中约915mhz的频率是优选的。在一些情况下,释放到微波加热室中的微波能量可以进行偏振。除了微波能量之外,微波加热区116可以任选地利用一个或多个其它类型的热源,例如装置的各种传导或对流加热方法。然而,一般优选的是,用于在微波加热区中加热制品的能量的至少约50%、至少约55%、至少约60%、至少约65%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、至少约90%或至少约95%是微波能量。

在图2中示意性地示出了配置成在本文所描述的微波加热系统中使用的微波加热区316的一个实例。图2所示的微波加热区316大体上包含微波加热室330、用于生成微波能量的至少一个微波发生器332和用于将微波能量的至少一部分从一个或多个发生器332引导到微波加热室330的微波分配系统334。系统另外包括用于将微波能量释放到微波加热室330的内部中的一个或多个微波发射器322a和322b以及用于使制品通过微波加热室330的传送管线340。

在一些情况下,制品可以分成每组两个或更多个单独制品的群组沿着传送管线运送,而在其它情况下,制品群组可以负载到一个或多个托架310上,如图2中大概描绘的。可与本发明一起使用的托架的描述在第15/284,173号美国专利申请中提供,所述申请以全文引用的方式并入本文中。在图3中示出适合在本发明中使用的托架的一个实例。如图3所示,托架10包含外部框架12、上部支撑结构14和下部支撑结构16。外部框架12包括两个间隔开的侧面构件18a、18b和两个间隔开的端部构件20a、20b。第一端部构件20a和第二端部构件20b可以连接到第一侧面构件18a和第二侧面构件18b的相对端部并在它们之间延伸,从而形成外部框架12。当侧面构件18a、18b中的每一个都长于端部构件20a、20b时,框架可具有大体上矩形形状,如图3所示。

同样如图3所示,第一侧面构件18a和第二侧面构件18b各自包含相应的支撑突起件22a、22b,所述支撑突起件22a、22b配置成分别与第一和第二传送管线支撑构件接合,第一和第二传送管线支撑构件在图3中表示为虚线24a和24b。托架10的第一支撑突起件22a和第二支撑突起件22b具有第一和第二下部支撑表面(未示出),用于在第一传送管线支撑构件24a和第二传送管线支撑构件24b上支撑托架10。传送管线支撑构件24a、24b可以是位于托架10的每一侧上的在移动穿过微波加热区时移动的传送管线元件,例如一对链条(未示出)。

在一些实施例中,本发明涉及一种改进的加热通过微波加热室的一组制品的方法。根据此方法,沿着传送管线将单独的制品分成每组两个或更多个制品的群组来运送穿过微波加热室。传送管线配置成在两个相反的传送方向(例如,前向和反向)上移动制品群组,使得每一个制品不止一次地移动经过单个微波发射器。因此,制品至少三次暴露于来自相同发射器的微波能量——一次是在初次前向遍次期间,一次是在反向遍次期间,还有一次是在第二前向遍次中。此移动可以针对单个发射器重复数次,并且同样可以针对系统内的一个或多个其它微波发射器重复。这种加热制品的方法增加了向每一制品释放的总能量,而不需要使用更大的加热室和更多的发射器。另外,因为能够通过调整总遍次数来用不同量的微波能量对各种制品进行加热,所以此方法具有更高程度的操作灵活性。此加热方法的实施例在下文关于图4进一步详细地描述。

现在转向图4,提供微波加热区216的一个实例。在图4所示的实例中,微波加热区216包含微波加热室230、两对相对的微波发射器(对224a和224b和对224c和224d),以及用于使制品群组通过加热室的传送管线240。微波加热区的其它配置是可能的,包含例如包含更多或更少个发射器或以不同方式定向的发射器的那些配置。例如,一个或多个发射器可以至少2°的发射倾斜角倾斜,和/或至少一个发射口可以至少局部的被微波透明窗口覆盖,如'516申请中所详细描述的。合适的发射器配置的具体实例,包含特定大小、形状和其它特征,同样详细地描述于'516申请中。

再次参考图4,在图4中用虚线示出的一组制品可被引入到微波加热室230的第一区中。这一组制品(或本文中所描述的任何其它群组)可包含任何合适数目个单独制品,包含例如至少2个、至少5个、至少8个、至少10个、至少12个、至少14个、至少16个、至少18个或至少20个单独制品和/或不超过100个、不超过75个、不超过50个、不超过40个、不超过35个或不超过30个单独制品。

如本文相对于微波加热室的内部所使用,术语“区”大体上是指不位于发射口正下方的空间。区可以在第一发射器之前、在两个邻近的发射器之间或在最后一个发射器之后。在图4中所示的一个实施例中,第一区位于第一对相对的发射器224a和224b之前,第二区位于第一对相对的发射器224a和224b与第二对相对的发射器224c和224d之间,且第三区位于第二对相对的发射器224c和224d之后。

如本文中所使用,术语“第一”、“第二”、“第三”等等用于描述各种元件,并且此类元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件,且不一定暗示特定的顺序或甚至特定的元件。例如,在不脱离本发明的范围的情况下,可以在实施方式中将一个元件视作“第一”元件并且在权利要求书中将其视作“第二元件”。在实施方式和每项独立权利要求中保持一致性,但是此类术语不一定意图在它们之间是始终如一的。

如图4中所示,引入到微波加热室230的第一区中的这一组制品可以在第一传送方向上沿着传送管线240朝向微波加热室的出口移动,第一传送方向用虚线箭头260示出(即,“前向”方向)。当它们沿着传送管线240移动时,群组中的制品经过至少一个微波发射器。在一些情况下,它们可以移动经过一对相对的微波发射器,这一对在图4中示出为发射器224a和224b。在传递期间,从一个或多个微波发射器的孔口释放的微波能量指向制品。当微波加热室230至少部分地填充有液体介质时,制品在传递期间可至少部分地或完全地浸没在液体介质中。

制品沿着传送管线240在微波加热室230的内部内从第一区移动到第二区的总时间量和从发射器224a和224b中的一个或两个释放的微波能量总量至少部分地取决于这一组制品沿着传送管线240移动的速度。在一些情况下,传送管线速度可为至少约0.50、至少约0.75、至少约1、至少约1.5、至少约2或至少约2.5英寸每分钟(英寸/分钟)和/或不超过约5、不超过约4.5、不超过约4、不超过约3.5或不超过约3英寸/分钟。传送管线240可配置成使得管线速度可以针对不同轮次进行调整,以更改每一单独轮次中制品暴露于微波能量的时间和/或微波能量的量。

再次参考图4,一旦处于第二区,这一组制品就可经历保温期,在此期间制品不再暴露于微波能量。制品能够在保温期期间热化。每一保温期的总时长可为至少约5秒、至少约10秒、至少约15秒、至少约20秒、至少约25秒、至少约30秒、至少约35秒、至少约40秒、至少约45秒或至少约50秒,或1分钟和/或不超过约10分钟、不超过约8分钟、不超过约5分钟、不超过约3分钟、不超过约2分钟,或不超过约1分钟。在一些情况下,保温期可以在例如断开发生器或以其它方式阻止微波能量从发生器传输到第一组微波发射器时开始。在其它情况下,微波发生器可以连续运行,且保温时间可以在制品从由一个发射器发射的微波场移开时开始,并且可在制品沿着传送管线移动(或停留在后一个区中)时持续,直到制品进入由邻近微波发射器发射的微波场为止。在这些情况下,传送管线的速度和邻近微波发射器之间的间隔可能会影响保温时间的总时长。

在保温期或“停留时间”之后,可接着通过在与第一传送方向相反的第二传送方向上运送图4中所示的这一组制品来将这一组制品从微波加热室230的第二区传递回第一区,第二传送方向如由图4中的箭头262所示。第二传送方向可朝向微波加热室的入口(即,“反向”方向)。当制品移动回到第一区时,它们经过相同微波发射器(或同一对发射器224a和224b),并且微波能量再次从(一个或多个)发射口释放到制品。用于将这一组制品从第二区移动回到第一区的传送速度可与第一遍次期间的速度相同或不同。

一旦回到第一区中,制品就可再次经历保温期,在此期间它们不暴露于微波能量。在此(或任何其它)保温期期间,制品可暴露于不超过约25%、不超过约20%、不超过约15%、不超过约10%或不超过约5%的、制品在从第二区传递到第一区期间所暴露的微波能量的最大量。保温期的总时长可在上文提供的范围内,且时长可与前一保温期相同或不同。在一些情况下,第一和第二保温期中的一个或两个可以省略,使得这一组制品不断地来回经过微波发射器224a和224b。

在第二保温期之后,在使用时,可再次在第一传送方向上将这一组制品从第一区运送到第二区。类似于先前移动步骤,制品可再次经过相同微波发射器,并且可再次暴露于从发射口释放的微波能量。用于将制品移动回到第二区中的传送速度可与在先前移动步骤期间用于运送制品的传送速度相同或不同。一旦处于第二区,制品就可再次经历另一任选的保温期,时长与前一个或前两个保温期的时长相同或不同。

在第一组制品在微波加热室230的内部内已移动到第二区中之后,可以将另一组制品负载到第一区中。此第二组(未示出)可包含大小、形状和/或类型与第一组类似的制品,或者第二组中的一个或多个制品可以是不同的。第二组制品还可负载在托架中。当负载到第一区中时,第一组和第二组制品可以沿着传送管线彼此间隔开至少约2英寸、至少约5英寸、至少约8英寸、至少约10英寸或至少约12英寸的距离,所述距离测量于每一组中的最近制品的最近点之间或相连托架的邻近边缘之间,取最小者。在一些情况下,邻近的制品群组可以沿着传送管线彼此间隔开最小距离,所述最小距离是至少一个微波发射器的发射口在平行于制品传送方向的方向上延伸的最大尺寸的至少约50%、至少约55%、至少约60%、至少约65%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、至少约90%或至少约95%。

可以在任何合适的时间将第二组制品引入到微波加热室230的第一区中。在一些情况下,第二组制品到第一区中的移动可与第一组制品到微波加热室230的第二区中的移动同时执行。可替代地,在将第二组制品负载到微波加热室230的第一区中的步骤开始之前,第一组制品可以几乎完全或完全地在微波加热室230的第一区之外移动。

接下来,可以在前向方向上将第一组制品从第二区运送到第三区,如大体上由图4中的箭头264所示。在此移动期间,第一组制品经过至少一个其它微波发射器,或如图4中所示出,经过第二对相对的微波发射器224c和224d。当制品经过一个或多个发射器时,从(一个或多个)发射器的(一个或多个)孔口向制品释放微波能量。在几乎相同的时间或同时,可以在前向方向上沿着传送管线将第二组制品从微波加热室230的第一区运送到第二区,且第二组制品可经过第一微波发射器或一组发射器224a和224b。在此传递期间,从发射器(或一组发射器)释放的微波能量指向第二组制品。在分别到达第二和第三微波区后,第二组和第一组制品可经历保温期,如先前所描述。

在保温期之后,可通过在相反方向上沿着传送管线运送第一组和第二组制品将这两组制品分别返回到微波加热室230的第二和第一区,由图4中的箭头262和266所示。在这个步骤期间,第二组制品再次经过第一微波发射器或一组发射器224a和224b,且第一组制品经过第二微波发射器或一组发射器224c和224d,如图4中所示。然后,这两组制品在传递期间暴露于额外的微波能量。在另一任选的保温期之后,可以通过在前向方向上沿着传送管线240再次移动第二组和第一组制品将每一组制品分别返回到微波加热室230的第二和第三区,如由箭头260和264所示。这些步骤可同时进行,或者这两组中的一组的移动可以相对于另一组延迟。当制品移动到第二和第三区中时,第二组和第一组制品再次分别经过相应的第一和第二发射器或一对发射器224a与224b和一对发射器224c与224d,这些发射器再次向每一组中的制品释放微波能量。

一旦处于第三区且在任选的保温期之后,可以通过在前向方向上沿着传送管线240移动第一组制品,将第一组制品从第三区运送到与第三区间隔至少一个其它微波发射器(未示出)的第四区中。在此情况下,第一组制品将经过第三微波发射器或一对发射器(未示出),并且将暴露于更多的微波能量。可替代地,如果图4中所示的第二对发射器是微波加热区中的最后一对发射器,那么可以通过在前向方向上沿着传送管线240移动第一组制品借助加热室230的出口将这一组制品取出来,并且第一组制品可以递送用于保温区(当存在时)中的进一步加热或骤冷区中的冷却,如图1a和1b中所示。

再次参考图4,当第二组制品处于微波加热室230的第二区中时,可以将第三组制品负载到第一区中,如图4中所示。在一些情况下,当在如先前所描述的前向方向上正将第二组制品从第一区运送到第二区且第一组制品已从第二区运送到第三区时,可以将第三组制品负载到第一区中。可替代地,第二组和第一组制品可以在第三组制品负载到第一区之前分别运送到第二区和第三区中。随后,第二组和第三组制品可以类似于本文中所描述的第一组和第二组制品的方式行进穿过系统。其它制品群组可以以类似方式处理。

尽管在图4中示出为包含两对相对的微波发射器224a和224b及224c和224d,但是上述多遍加热方法可以使用单个微波发射器来执行。当微波加热系统包含两个或更多个微波发射器时,所述发射器中的至少一些可以定位在微波加热室的同一侧上。这些同侧发射器可在平行于通过微波加热室的托架的行进方向的方向上沿着所述室的长度彼此轴向地间隔开。微波系统还可包含两个或更多个同侧发射器,所述同侧发射器在大体上与穿过所述室的托架的行进方向垂直的方向上彼此横向地间隔开。在一些实施例中,一个或多个同侧发射器可以安置成与反射表面相对,或仅与微波加热室内的容器表面相对。

当微波加热系统包含两个或更多个同侧微波发射器时,发射器可沿着加热室或传送管线的延伸方向彼此间隔开。在一些情况下,当制品被负载到托架中时,邻近的同侧微波发射器可以彼此间隔开一距离,所述距离是在托架沿着传送管线运送这一组制品时平行于传送管线的托架的尺寸的至少约50%、至少约55%、至少约60%、至少约65%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、至少约90%、至少约95%、至少约100%、至少约105%、至少约110%或至少约115%。

每一微波发射器可配置成将特定量的微波能量发射到微波加热室中。例如,每一微波发射器可配置成发射至少约5kw、至少约7kw、至少约10kw、至少约15kw和/或不超过约50kw、不超过约40kw、不超过约30kw、不超过约25kw、不超过约20kw或不超过约17kw。当系统包含两个或更多个微波发射器时,每一发射器发射的能量可以与一个或多个其它发射器发射的能量相同,或者至少一个发射器发射的能量的量可以与其它发射器中的至少一个发射的能量的量不同(例如,更低或更高)。在一些情况下,每一组制品经过每个微波发射器至少3次、至少5次、至少7次或甚至高达9次。因此,相比于系统内的实际数目个发射器,每一组中的制品暴露于更高“有效”数目个发射器。这使得特定制品的加热更加有效且充分,同时不需要额外设备。

在图5中示出特别适用于实行上述多遍加热方法的微波加热区的另一实例。如图5所示,系统大体上包含微波加热室430和传送管线440,所述传送管线440用于将制品群组运送穿过加热室430。图5中的系统还包含用于生成微波能量的至少一个微波发生器432及用于将微波能量释放到加热室430中的至少一个微波发射器424。另外,图5中所示的系统包含传送管线控制系统450,所述传送管线控制系统450配置成在图5中由箭头460所示的第一传送方向和由箭头462所示的相反的第二传送方向上移动制品。

传送管线控制系统450准许制品群组沿着传送管线移动并不止一次地且在一些情况下不止两次地经过微波发射器,如本文中详细论述。传送管线控制系统450接收来自用户或另一控制系统或来源的输入,在图5中示出为输入452,并控制传送管线440的速度和定时,以便如先前详细论述的那样使制品群组移动穿过微波加热室430。

在一些情况下,如上文在图4和5中所示,微波加热室可包含从室的入口延伸到出口的单个传送管线。在其它情况下,如下文图6中大体上所示,微波加热室可包含两个或更多个单独传送区段,在图6中示出为区段540a、540b和540c,每一区段安置在加热室的一个区中,所述区在图6中示出为加热室530的“第一”、“第二”和“第三”区。当微波加热室530包含单个传送管线时,如例如图5和6中所示,邻近的制品群组的移动可同时执行。然而,当微波加热室包含一个或多个单独传送区段540a-c时,各个制品群组的移动速度和/或定时可彼此不同。

因为制品群组在它们沿着例如在图4-6中示出的系统中的传送管线移动时彼此间隔开,所以在加热过程中存在期间在微波发射器下没有任何负载的时段。通常,这是不合需要的,因为它会产生微波能量在系统内如何分配的问题。例如,当一对相对的发射器之间不存在任何负载时,从一个发射器释放的微波能量进入另一发射器的孔口,并且可能会通过分配系统返回到微波发生器。这干扰了微波能量分配系统的其余部分的运行。例如,这种反射能量会使微波分离器发生故障,例如使用于在两个或更多个发射器之间分离微波能量的那些微波分离器发生故障。因此,在常规微波加热系统的操作中,一向避免微波加热系统中的制品之间存在间隙。

人们意外地发现,一个或多个带有虚拟负载的多端口循环器在微波分配系统内的策略性放置避免了上述问题,并且使间隔开的制品群组能够在微波室中加热,同时不会干扰微波能量分配。可以使用任何合适类型的多端口循环器,包含例如三端口循环器。每一微波发生器可具有循环器和虚拟负载来保护其不受反射能量影响。每一循环器/负载对吸收反射微波能量以隔离其位置所在的波导分支,同时模拟有效负载,使得分离器和其它系统组件继续运行,即使在微波发射器没有负载时也如此。

在图7中示出包含若干循环器/负载对的微波加热区616的一个实例。如图7中所示,微波加热区616包含用于加热制品群组的微波加热室630和用于将制品运送穿过所述室的传送管线640。制品可以负载在托架610中,如图7中所示。图7中所示的微波加热区616还包含用于生成微波能量的至少一个微波发生器632和用于将微波能量从发生器632引导到微波加热室630的微波分配系统634。图7中所示的微波加热区616还包含至少两对相对的微波发射器(一对发射器624a和624b及一对发射器624c和624d)、多个波导分支636以及至少三个微波分离器638a-c,所述微波分离器用于将微波能量分成最终从发射器624a-d中的每一个释放的多个微波能量份。

如图7中所示,微波加热区616包含至少两个循环器/负载对650a和650b,它们定位在一个微波分离器638a附近,用于吸收向发生器632反射的能量的至少一部分。在一些情况下,从一个或多个微波发射器624a-d释放的微波能量的至少约35%、至少约40%、至少约45%、至少约50%、至少约55%、至少约60%、至少约65%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%或至少约90%可反射回到系统中,例如在制品群组(或托架)之间的间隙经过微波发射器624a-d的下面时。在一些情况下,循环器/负载对650a和650b可吸收从微波加热室630反射到微波分配系统634中的能量的总量的至少约50%、至少约55%、至少约60%、至少约65%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、至少约90%、至少约95%或至少约97%。循环器/负载对可包含例如水负载。

尽管可以使用任何合适数目个循环器/负载对650,但是已经发现,将循环器/负载对650放置在特定位置可以最大限度地减少保护系统同时不影响性能所需的循环器/负载对650的总数。更确切地说,已经发现,将循环器/负载对650定位在多组微波分离器638之间,如图7中所示,可以保护发生器632并维持分离器638的运行,同时最大限度地减少系统中需要的循环器/负载对650的总数。在一些情况下,系统可包含不超过四个、不超过三个或不超过两个循环器/负载对650。

转回到图1a和1b,当制品群组通过微波加热区时,制品可受热,使得每一制品中的最冷部分达到目标温度。当微波加热系统是消毒或巴氏灭菌系统时,目标温度可以是至少约65℃、至少约70℃、至少约75℃、至少约80°、至少约85℃、至少约90℃、至少约95℃、至少约100℃、至少约105℃、至少约110℃、至少约115℃、至少约120℃、至少约121℃、至少约122℃和/或不超过约130℃、不超过约128℃或不超过约126℃的消毒或巴氏灭菌目标温度。

当微波加热区116包含填充有液体的微波加热室时,微波加热室中的液体的平均体积温度可以有所不同,并且在一些情况下,可以取决于释放到微波加热室中的微波能量的量。微波加热室中的液体的平均体积温度可为至少约70℃、至少约75℃、至少约80℃、至少约85℃、至少约90℃、至少约95℃、至少约100℃、至少约105℃、至少约110℃、至少约115℃或至少约120℃和/或不超过约135℃、不超过约132℃、不超过约130℃、不超过约127℃或不超过约125℃。

当制品通过微波加热区116时,它们可以在相对较短的时间段内加热到目标温度,这可有助于使制品的任何损坏或热降解最小化。例如,通过微波加热区116的每一制品的平均停留时间可为至少约5秒、至少约20秒、至少约60秒和/或不超过约10分钟、不超过约8分钟、不超过约5分钟、不超过约3分钟、不超过约2分钟或不超过约1分钟。在微波加热区116中加热的制品的最低温度可增加至少约5℃、至少约10℃、至少约15℃、至少约20℃、至少约30℃、至少约40℃、至少约50℃、至少约75℃和/或不超过约150℃、不超过约125℃或不超过约100℃。

在一些实施例中,微波加热区(或其中的加热室)可以在近似环境压力下运行。可替代地,微波加热区116可包含加压微波室,所述加压微波室可以在比环境压力高至少5psig、至少约10psig、至少约15psig或至少约17psig和/或不超过约80psig、不超过约60psig、不超过约50psig或不超过约40psig的压力下运行。如本文所使用,术语“环境”压力是指在没有外部加压装置的影响的情况下由微波加热室中的流体施加的压力。

如图1a和1b中所示,在离开微波加热区116后,制品可以被传递到任选的保温区120,其中制品的温度可以在预定时间段内维持处于或高于某一目标温度。例如,在保温区120中,制品的最冷部分的温度可以在一时间段(或“保温期”)内保持在处于或高于预定最低温度的温度下,所述预定最低温度为至少约70℃、至少约75℃、至少约80℃、至少约85℃、至少约90℃、至少约95℃、至少约100℃、至少约105℃、至少约110℃、至少约115℃或至少约120℃、至少约121℃、至少约122℃和/或不超过约130℃、不超过约128℃或不超过约126℃,所述时间段为至少约1分钟、至少约2分钟或至少约4分钟和/或不超过约20分钟、不超过约16分钟或不超过约10分钟。

一旦可能已经进行充足巴氏灭菌或消毒的受热制品离开保温区120(当存在时),制品可接着被引入到骤冷区122,在骤冷区122中它们通过浸没在冷却流体中尽可能快地冷却。骤冷区122可在至少约1分钟、至少约2分钟、至少约3分钟和/或不超过约10分钟、不超过约8分钟或不超过约6分钟的时间段内使制品的外部表面温度降低至少约30℃、至少约40℃、至少约50℃和/或不超过约100℃、不超过约75℃或不超过约50℃。在骤冷区122中可以使用任何合适的流体,并且在一些情况下,流体可包含类似于或不同于在微波加热区116和/或保温区120(如果存在)中使用的液体的液体。在从骤冷区122中移出时,冷却制品的温度可为至少约20℃、至少约25℃、至少约30℃和/或不超过约70℃、不超过约60℃或不超过约50℃。一旦从骤冷区122中移出,冷却的经处理制品可接着从微波加热系统中移出,以供后续储存和/或使用。

本发明的微波加热系统可为能够在相对较短时间内处理大量制品的商业规模的加热系统。与利用微波能量来加热多个制品的常规曲颈甑和其它小规模系统相比,如′516申请中所述那样进行测量,如本文所述的微波加热系统可配置成达到每条传送管线每分钟至少约5个包装、每条传送管线每分钟至少约10个包装、每条传送管线每分钟至少约15个包装、每条传送管线每分钟至少约20个包装、每条传送管线每分钟至少约25个包装或每条传送管线每分钟至少约30个包装的总产品率。替代地或另外,总产品率可为不超过每分钟约200个包装、不超过每分钟约150个包装、不超过每分钟约100个包装、不超过每分钟约75个包装、不超过每分钟约50个包装、不超过每分钟约35个包装或不超过每分钟约30个包装。

定义

如本文中所使用,术语“包括(comprising/comprises/comprise)”是开放式过渡术语,其用于从术语之前叙述的对象过渡到术语之后叙述的一个或多个要素,其中过渡术语之后列举的一个或多个要素并不一定是构成所述对象的唯一要素。

如本文中所使用,术语“包含(including/includes/include)”具有与“包括(comprising/comprises/comprise)”相同的开放式含义。

如本文中所使用,术语“具有(having/has/have)”具有与“包括(comprising/comprises/comprise)”相同的开放式含义。

如本文中所使用,术语“含有(containing/contains/contain)”具有与“包括(comprising/comprises/comprise)”相同的开放式含义。

如本文中所使用,术语“一(a/an)”和“所述(the/said)”意指一个或多个。

如本文所使用,当在具有两个或更多个项的列表中使用时,术语“和/或”意指可以单独使用所列项中的任一个,或可以使用所列项中的两个或更多个的任何组合。例如,如果组合物被描述为含有组分a、b和/或c,那么所述组合物可以含有:仅a;仅b;仅c;a和b的组合;a和c的组合;b和c的组合;或a、b和c的组合。

上文描述的本发明的优选形式仅用作说明,并且不应在限制性的意义上用于解释本发明的范围。在不脱离本发明的精神的情况下,本领域的技术人员可以容易地对上文阐述的示例性的一个实施例进行明显的修改。

本发明人特此声明,他们意图依赖于等同原则来确定和评估涉及未实质脱离所附权利要求中阐述的本发明的字面范围但处于该范围之外的任何设备的本发明的合理公平范围。

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