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Kontinuierlich arbeitende Sterilisierungsanlage
Gewisse in Gläser und Dosen eingelegte Konservensorten, im folgenden kurz Konserven genannt, müssen durch Temperaturen, die über 1000C liegen, sterilisiert werden. Um dem, durch die Erwärmung entstehenden Konserven-Innendruck entgegen zu wirken, muss in der Sterilisierungsanlage Überdruck herrschen.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind periodisch oder kontinuierlich arbeitende Anlagen im Einsatz.
Bei den kontinuierlichen Anlagen sind solche bekannt, bei welchen die Sterilisierung in U-förmigen Gefässen durchgeführt wird, wobei in einem Schenkel über 100 C erwärmter, gesättigter Wasserdampf vorhanden ist und der andere Schenkel, um das hydrostatische Gleichgewicht des erwünschten Dampfdruckes aufrecht erhalten zu können, eine 10 bis 30 m hohe Wassersäule enthält. Die durch den kesselartigen Betrieb bedingten Nachteile einer solchen Anlage sind die verhältnismässig grossen Ausmasse, die grossen Wandstärken, sowie das hohe Gewicht und die damit verbundenen hohen Herstellungskosten.
Es sind auch Anlagen bekannt, bei denen die vorher erwähnte Wassersäule auf mehrere hintereinander geschaltete Säulen aufgeteilt ist. Auch hier sind die gleichen Nachteile durch den kesselartigen Betrieb gegeben. Zuletzt sei noch auf mit gesättigtem Wasserdampf sterilisierende und mit mechanischen Schliessvorrichtungen versehene Anlagen verwiesen. Die Nachteile dieser Anlagen sind ihre komlizierte Ausführung und die Schwierigkeiten bei der Abdichtung der Schliesswerke.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer im kontinuierlichen Betrieb mit überdruck, ohne den gefährlichen Wasserdampf, arbeitenden Sterilisierungsanlage, bei welcher der überdruck von der Sterilisierungstemperatur unabhängig einstellbar ist und bei welcher man im Gegensatz zu den vorher angeführten Anlagen mit kleinen Ausmassen, geringeren Wandstärken, kleinerem Gewicht sowie mit einer langen Lebensdauer der eingebauten Transporteinrichtung rechnen kann.
Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Sterilisierungsanlage zur Hitzesterilisierung von geschlossenen Konservengefässen od. dgl., in welcher ein mit Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllter, abgeschlossener Sterilisierungsraum unter überdruck gehalten wird, bzw. in welcher mehrere Sterilisierungsräume mit abgestuften, verschiedenen überdrucken vorhanden sind und bei welcher der überdruck durch das Gegengewicht einer oder mehrerer Flüssigkeitssäulen in einem oder mehreren kommunizierenden Gefässen aufrechterhalten wird. Sie ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass als Gegengewicht für den hydrostatischen überdruck eine Flüssigkeitssäule aus einer geschmolzenen Metallegierung verwendet wird, welche gegebenenfalls an ihren, der Luft zugewendeten äusseren Flächen durch eine die Metallegierung schützende Flüssigkeit, z.
B. Öl, abgedeckt ist und wobei vorzugsweise im Sterilisierungsraum als Wärmeübertragungsflüssigkeit (auf atmosphärischen Druck bezogen) über 1200C siedende Flüssigkeiten z. B. Antrazenöl, Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und die Fig. 2 und 3 weitere Konstruktionsvarianten, ebenfalls im Längsschnitt.
Die kontinuierlich arbeitende Sterilisierungsanlage enthält einen mit Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllten, geschlossenen, unter überdruck gehaltenen Sterilisierungsraum, bei welchem der
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hydrostatische Überdruck durch das Gegengewicht einer Flüssigkeitssäule aus geschmolzener Metallegierung aufrechterhalten wird. Die geschmolzene Metallegierung befindet sich in einem, an den Sterilisierungsraum angeschlossenen U-förmigen kommunizierenden Gefäss. Die der Luft zugewendete äussere Fläche der geschmolzenen Metallegierung wird gegebenenfalls mit einer gegen Korrosion schützenden Flüssigkeit, z. B. Öl abgedeckt. Als Wärmeübertragungsflüssigkeit wird (auf atmosphärischen Druck bezogen) über 120 C siedende Flüssigkeit, z. B. Anthrazenöl verwendet.
Der Sterilisierungsraum ist gegebenenfalls durch wärmeisolierende Wände in Erwärmungsabteile --4-- und Kühlabteile - 6-- geteilt (Fig.1). Um während des Betriebes die gewünschte Temperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit in den einzelnen Abteilen zu erreichen, sind die Abteile mit äusseren bzw. inneren Wärmeaustauschern --11-- versehen. Pumpen --14-- sind für die Umwälzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit vorgesehen. Am Wärmeaustauscher --11-- und am Kühler--IS-- sind durch Temperaturfühler--12, 16-- gesteuerte Kurzschlussventile bzw. -schieber --13, 17-- angeschlossen, die nach Erreichen der gewünschten Temperatur die betreffenden Aggregate ausschalten.
Auch der für die Metallegierung erforderliche Heizkörper-9-wird durch Temperaturfühler --8-gesteuert. Vorzugsweise am höchsten Punkt des Sterilisierungsraumes ist ein einstellbares Ablassventil - -18-- eingebaut, von dem zum Ausgleichsbehälter --20-- eine Rohrleitung führt.
Das am Sterilisierungsraum angeschlossene U-förmige kommunizierende Gefäss enthält eine, unter der Siedetemperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit, zweckmässigerweise unter 2000C schmelzende Metallegierung --3--, z.B. Wood-, Hauermetall, Bendaloy od. dgl.. Es ist ein mit einem einstellbaren
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geschmolzenen Zustand zu halten. Während des Betriebes der Sterilisierungsanlage steht die Schmelze im äusseren Schenkel des kommunizierenden Gefässes höher als im inneren. Um die Metallegierung --2-- nach aussen hin gegen Korrosion luftdicht abzuschliessen und zu schützen, sowie um die schon sterilisierten Konversen mit einer korrosionsschützenden Schicht zu versehen, ist sie mit Flüssigkeit, zweckmässigerweise mit öl, bedeckt.
Die Benetzung der Konservenaussenflächen durch Öl verhindert zugleich die Auflötung der geschmolzenen Metallegierung auf den Konserven. Eine durch einstellbare Druckfühler--21--ein-und ausschaltbare Pumpe--22--dient zur Aufrechterhaltung des gewünschten überdruckes im Sterilisierungsraum. Der Ausgleichsbehälter --20-- weist, zur Verhinderung des Druckabfalles im Sterilisierungsraum unter den Normaldruck, besonders nach Erstarren der Metallegierung nach dem Abstellen der Sterilisierungsanlage, eine Rohrleitung--23-mit einem Rückschlagventil --24-- auf. Zur Beförderung der Konserven in der Sterilisierungsanlage ist eine periodisch oder kontinuierlich arbeitende Transporteinrichtung--l--eingebaut.
Nach Erwärmung der Sterilisierungsanlage und Erzeugung des erforderlichen Arbeitsdruckes zu Betriebsbeginn werden die Konserven mit der Transporteinrichtung --1-- durch das Ölbad-2- und durch die Metallschmelze in das Innere des Sterilisierungsraumes eingeführt, wo sie die Erwärmungs- und Kühlzonen passieren. Durch die Metallegierung und das Ölbad verlassen sie wieder die Anlage.
Mit zunehmender Zahl der Konserven wird das Innere des Sterilisierungsraumes stärker gefüllt, dadurch erhöht sich ein wenig das äussere Niveau der Metallegierung ; bei der folgenden Erhöhung des eingestellten inneren Druckes des Sterilisierungsraumes öffnet sich das Ablassventil --18-- und es fliesst soviel Wärmeübertragungsflüssigkeit ab, bis sich das äussere Niveau der Metallegierung und dadurch der Druck im Sterilisierungsraum wieder auf den eingestellten Wert vermindert.
Wenn aber die Anlieferung der Konserven eingestellt wird und der Druck der Flüssigkeitsfüllung des Sterilisierungsraumes dadurch sinkt, wird über Einwirkung des Druckfühlers
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die Pumpe--22---inWärmeübertragungsfaktors zwischen den Konserven und der Wärmeübertragungsflüssigkeit der Erwiirmungs- und Kühlzonen zu gewährleisten, wird die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit Hilfe von Pumpen oder Mischern in Umwälzung gehalten, der dabei die Wärmeübergabe der Wärmeaustauscher --11-- verbessert. Die Pumpe liefert die Wärmeübertragungsflüssigkeit bis zum Erreichen der eingestellten Temperatur über die Austauscher in die Sterilisierungsanlage.
Wenn aber die Anlieferung der Konserven abfällt, werden die Wärmeaustauscher vorzugsweise über Temperaturfühler - 12-- gesteuerte Kurzschlussventile --13-- ausgeschaltet und es bleibt nur die
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Sterilisierungsraumes aufrecht.
Das Schmelzen der Metallegierung --3-- und die Aufrechterhaltung ihrer Betriebstemperatur im
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Wärmeübertragungsflüssigkeit oder des Aufgusses von gebrochenen Konservengläsern Gase und bzw. oder Dämpfe entstehen, so können diese über das zweckmässigerweise an der höchsten Stelle des Sterilisierungsraumes eingebaute Ablassventil --18-- entweichen.
In manchen Fällen ist es wünschenswert, dass der auf den Konserven lastende äussere Druck den Momentwert des inneren Druckes nicht bedeutend überschreitet. Zu diesem Zweck kann die Anlage auch so ausgeführt werden, dass der hydrostatische Druck durch Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer Sterilisierungsräume stufenweise ansteigt.
Zu diesem Zweck weist die Sterilisierungsanlage zwei oder mehrere Sterilisierungsstufen auf, wobei jede Stufe aus einem mit Wärmeübertragungsflüssigkeit, vorzugsweise Anthrazenöl gefüllten, durch Trennungswände in mehrere Teile getrennte Sterilisierungsräume besteht, an denen je ein mit geschmolzener Metallegierung gefülltes U-förmiges kommunizierendes Gefäss angebaut ist (Fig. 2).
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gerichteten, äusseren Schenkel der U-förmigen kommunizierenden Gefässe die geschmolzene Metallegierung in höherem Niveau gehalten ist, sichert bei jeder Stufe den inneren Überdruck in den Sterilisierungsräumen.
Das U-förmige kommunizierende Gefäss der ersten Sterilisierungsstufe enthält die im geschmolzenen Zustand gehaltene, vorzugsweise bei 60 bis 1200C schmelzende Metallegierung-3--.
Das kommunizierende Gefäss ist beim Eingangsteil mit dem mit isolierenden Wänden in Erwärmungsund Kühlabteilen-4 bzw. 6-geteilten und zweckmässigerweise mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besitzenden Flüssigkeit, z. B. Anthrazenöl, gefüllten, geschlossenen Sterilisierungsraum verbunden. Um den inneren Überdruck des Sterilisierungsraumes zustande zu bringen, steht im äusseren Schenkel des U-förmigen kommunizierenden Gefässes das Niveau der geschmolzenen Metallegierung höher als im inneren. Das kommunizierende Gefäss der zweiten Sterilisierungsstufe, welches in gleicher Weise geschmolzene Metallegierung--3a--enthält, ist am Ausgangsteil des mit vorzugsweise Anthrazenöl gefüllten Sterilisierungsraumes der ersten Sterilisierungsstufe angeschlossen.
Im Schenkel des zweiten kommunizierenden Gefässes steht das Niveau der geschmolzenen Metallegierung--3a--ebenfalls höher als jenes des mit dem Sterilisierungsraum der zweiten Stufe in Verbindung stehenden inneren Schenkels.
Auch der Sterilisierungsraum der zweiten Stufe ist mit isolierenden Wänden in Erwärmungs-und Kühlabteile --4a bzw. 6a--getrennt. An die Ölfüllung der zweiten Stufe ist die geschmolzene Metallegierung--3b--der nächstfolgenden Stufe angeschlossen usw..
Der innere Überdruck jeder Sterilisierungsstufe ist aus der äusseren und inneren Niveaudifferenz der an der Eingangsstelle befindlichen Metallegierung, bei Verwendung mehrerer kommunizierender Gefässe von deren Summe, von der mit Wärmeübertragungsflüssigkeit berührten Fläche der geschmolzenen Metallegierung und von derem spez. Gewicht der als Gegengewicht dienenden geschmolzenen Metallegierung, z. B. Wood-, Hauermetall, usw., etwa 9, 8 p/cm3 ist, kann die Höhe der Sterilisierungsanlage auf etwa ein Zehntel der bisher bekannten, mit Wasser-Gegengewicht arbeitenden Anlagen vermindert werden.
Die weitere technische Konzeption jener mehrere Sterilisierungsstufen aufweisenden Anlage gleicht im Wesen jener mit nur einer Sterilisierungsstufe, wobei die einzelnen Stufen gleich ausgebildet sind. Die gleichen Aggregate, wie z. B. die Ablassventile-18-oder Pumpen-22-, besitzen hiebei gemeinsame Zu-und Ableitungen.
Bei der industriellen Erzeugung von Konserven kann es vorteilhaft sein, wenn die Konserven die Sterilisierungsanlage an der Gegenseite der Eingangsstelle verlassen (Fig. 3). Die Anlage ist zu diesem Zweck so ausgeführt, dass an zwei Seiten des mit Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllten, auf höchsten Überdruck angesetzten Sterilisierungsraumes zwei kommunizierende Gefässe angeschlossen sind, in deren äusseren Schenkeln die Niveaus der geschmolzenen Metallegierungen--3 bzw. 3c--höher gehalten sind, als in den inneren Schenkeln und an die je ein durch minderen Druck belasteter, vorzugsweise mit Anthrazenöl gefüllter Sterilisierungsraum angebaut ist.
Zur Erzeugung des inneren Druckes sind an die mit minderem Druck belasteten Sterilisierungsräume in geschmolzenem Zustand gehaltene Metallegierung--3a bzw. 3b--enthaltende kommunizierende Gefässe angeschlossen, in dessen Schenkeln die äusseren Niveaus der Metallegierungen höher stehen, als die inneren. Die Hintereinanderschaltung kann nach beiden Seiten ähnlich weitergeführt werden. So können z. B. die an der Eingangsseite liegenden Räume mit wachsendem Druck als Erwärmungsabteile--4. 4a, 4b--, ein
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Zwischenraum als wärmeausgleichendes Abteil und die übrigen Räume mit sinkendem Überdruck als Kühlabteile-6, 6a, 6b-- ausgebildet werden.
Um die Erwärmung, Kühlung, Zirkulation und den Druck der Wärmeübertragungsflüssigkeit und der Metallegierung aufrecht erhalten zu können, wird ähnlich wie bei den andern geschilderten Anlagen vorgegangen. Die Anzahl, die Drucke und Temperaturen der an den zwei Seiten des mit Höchstdruck belasteten Raumes angrenzenden Räume können voneinander unabhängig bzw. gewählt angestellt sein.
Anstatt der an der höchsten Stelle jedes Sterilisierungsraumes angebrachten Ablassventile oder aber zu deren Unterstützung ist auch ein vorzugsweise mit Wärmeübertragungsflüssigkeit, z. B.
Anthrazenöl gefülltes überlaufrohr oder sind mit geschmolzener Metallegierung gefüllte kommunizierende Gefässe verwendbar. Anstatt der ölfüllung der Sterilisierungsräume kann als Wärmeübertragungsflüssigkeit auch Wasser verwendet werden.
Nachfolgend soll kurz die Wirkungsweise der einzelnen Ausführungsbeispiele erläutert werden :
Die zu sterilisierenden Konserven werden bei der Anlage nach Fig. 1 mittels der Transporteinrichtung --1-- durch das luftabschliessende ölbad --2-- und die geschmolzene
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--3-- nacheinanderWärmeaustauscher --11-- durchgedrückten Ölfüllung des Erwärmungsabteiles fliesst das Öl angewärmt zurück. Das durch Wärmefühler --12-- gesteuerte Kurzschlussventil --13-- öffnet sich bei Überhitzung des Erwärmungsabteils--4--und das Öl fliesst, indem es den Wärmeaustauscher
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Bei übermässiger Abkühlung des Kühlabteils--6--öffnet sich das durch Wärmefühler--16-- gesteuerte Kurzschlussventil--17--und die Ölfüllung des Kühlabteils--6--fliesst durch das Kurzschlussventil --17-- in den Sterilisierungsraum zurück.
Falls die Menge der Konserven wächst, fliesst das Öl vom Kühlabteil --6-- der Sterilisierungsanlage durch das Ablassventil --18-- und die Rohrleitung --19-- in den Ausgleichsbehälter --20-- zurück. Wenn aber die Zahl der Konserven sich vermindert, wird die Ölmenge des Sterilisierungsraumes durch die vom Druckfühler --21-- gesteuerte Pumpe --22-ergänzt. Der Druckausgleich des durch die Erstarrung der Metallegierung abgeschlossenen Ölraumes wird
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Bei der Sterilisierungsanlage gemäss Fig. 2 ist die kleinste Druckstufe--26--, die mittlere --27-- und die grösste--28--durch Hintereinanderschaltung der Gefässe zustande gebracht. An der Ölfüllung des Kühlabteils --6-- und Erwärmungsabteils --4-- der ersten und kleinsten Druckstufe --26-- wirkt der aus der Differenz des äusseren und inneren Niveaus der geschmolzenen Metallegierung entstehende Überdruck. Dieser Überdruck belastet das höherstehende Niveau der im kommunizierenden Gefäss befindlichen geschmolzenen Metallegierung --3a-- der zweiten und mittleren Druckstufe--27--.
Dadurch wirkt auf die Olfüllung des Erwärmungsabteils --4a-- und des Kühlabteils --6a-- der zweiten Druckstufe --27-- die Summe des Ölüberdruckes der ersten Druckstufe --26-- und das von der Niveaudifferenz des äusseren und inneren Schenkels der
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--3a-- entstehendenÜberdruckes der Olfüllung der zweiten Stufe --27- und des von der Niveaudifferenz der geschmolzenen Metallegierung--3b--entstehenden hydrostatischen Druckes.
Die zu sterilisierenden Konserven werden von der Transporteinrichtung--l--durch das luftabschliessende Ölbad--2--, die geschmolzene Metallegierung --3-- und durch die Druckstufen
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-26, 27, 28----16-- gesteuerten Kurzschlussventile wodurch die ölfüllung den Kühlabteilen entweicht, und das öl gelangt durch die Kurzschlussventile-17-in die Sterilisierungsräume zurück. Wird die Anzahl der angelieferten Konserven grösser, fliesst das öl von den Kühlabteilen über die Ablassventile - -18--, deren Druckbelastung einstellbar ist, und die Rohrleitung --19-- in den Ausgleichsbehälter ab.
Wird dagegen eine kleinere Menge Konserven angeliefert, pressen die über Druckfühler-21- gesteuerten Pumpen--22--, die den Druck aufrecht erhalten, öl in die Kühlabteile der einzelnen Druckstufen. Der Druckausgleich der durch die Erstarrung der Metallegierung abgeschlossenen Sterilisierungsräume wird aus dem Ausgleichsbehälter --20-- durch die Rohrleitung --23-- und das Rückschlagventil-24-zurückgesaugte öl durchgeführt.
Bei der Sterilisierungsanlage gemäss Fig. 3 sind zwei mit geringem Druck belastete Sterilisierungsräume --26a, 26b-- an den Sterilisierungsraum, welcher einen Höchstdruck besitzt, angeschlossen. Die äusseren Niveaus der geschmolzenen Metallegierung--3a, 3b-- sind höher gehalten als die inneren. Ebenso liegen die äusseren Niveaus der Metallegierungen --3, 3c-- höher als die inneren. Die Organe für die Erwärmung, Kühlung, Druckaufrechterhaltung usw. gleichen jener der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontinuierlich arbeitende Sterilisierungsanlage zur Hitzesterilisierung von geschlossenen Konservengefässen od. dgl., in welcher ein mit Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllter, abgeschlossener Sterilisierungsraum unter überdruck gehalten wird, bzw. in welcher mehrere Sterilisierungsräume mit abgestuften, verschiedenen überdrucken vorhanden sind und bei welcher der Überdruck durch das Gegengewicht einer, oder mehrerer Flüssigkeitssäulen in einem oder mehreren kommunizierenden
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hydrostatischen überdruck eine Flüssigkeitssäule aus einer geschmolzenen Metallegierung (3, 3a, 3b, 3c) verwendet wird, welche gegebenenfalls an ihren, der Luft zugewendeten äusseren Flächen durch eine, die Metallegierung schützende Flüssigkeit, z.
B. öl abgedeckt ist und vorzugsweise im Sterilisierungsraum als Wärmeübertragungsflüssigkeit, auf atmosphärischen Druck bezogen über 120 C siedende Flüssigkeiten z. B. Anthrazenöl, Verwendung finden.
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