DE10206174A1

DE10206174A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen bzw. Zerstäuben von sterilisierendem Wasserstoffperoxid

Info

Publication number: DE10206174A1
Application number: DE10206174A
Authority: DE
Inventors: John Cicha; Terry Erickson; John Lees
Original assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: NO325840B1; US6406666B1; NO20020504L; NO20020504D0; JP2002338212A; JP4340037B2; DE10206174B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Zuführung eines Sterilisierungsmittels zu einer Verpackungsmaschine beschrieben. Die Vorrichtung weist eine Leitung für ein vorbestimmtes Gemisch aus verdampftem bzw. atomisiertem Wasserstoffperoxid und Luft innerhalb eines Wärmetauschers auf. Der Wärmetauscher bildet eine Leitung für erhitzten unter Druck stehenden Dampf und weist einen Dampfeinlaß und einen Auslaß für die durch das Abkühlen des Dampfes entstandenen Kondensationsprodukte auf. Da der unter Druck stehende Dampf die Leitung umgibt, wird Hitze an das verdüste Wasserstoffperoxid und die Luft übertragen, wodurch das Verdampfen des Gemisches bewirkt wird. Ein Auslaß für Wasserstoffperoxiddampf ist an der oder nahe zur Sterilisierungsstelle in einer Verpackungsmaschine angeschlossen, um zu ermöglichen, daß der Dampf die Sterilisierung der Verpackung begünstigt.

Description

Erfindungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor richtung zum Herstellen von verdampftem bzw. zerstäubtem Wasserstoffperoxid und auf die Verwendung der Vorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Herstellen von Wasserstoffperoxid mit sterilisieren den Eigenschaften zur Verwendung in Formungs-, Abfüll- und Versiegelungs-Verpackungsmaschinen bestimmt.

Hintergrund für die Erfindung

Nahrungsmittel werden oft in Behältern verpackt, welche zur Verlängerung der Lagerzeit des Inhalts sterilisiert werden. Solche Nahrungsmittel können beispielsweise Milch, Saft, ge trocknete und/oder zerkleinerte Nahrungsmittel, wie Suppe und dergl., sein.

Wenn diese Produkte unter aseptischen Verpackungsbedingungen verpackt werden, können sie eine erhebliche Zeit lang bei Raumtemperaturen ohne Ausschuß gelagert werden. Die Ver packungsverfahren erfordern aber eine wirksame Sterilisierung des Verpackungsmaterials vor dem Füllen der Behälter, die aus dem Verpackungsmaterial geformt werden. Diese Behälter weisen beispielsweise bekannte Gable-Top-Kartonverpackungen als auch andere entsprechende Produkte aufbewahrende Behälter auf.

Um die gewünschte Sterilisierung des Behälters und damit eine maximal praktikable Lagerzeit des Produktes zu erreichen, wer den die Behälter nach dem Bodenformen, aber vor dem Einfüllen des Produktes sterilisiert. Das Gesamtverfahren einschließlich der Behälterformung, Bodenversiegelung, Sterilisierung, des Abfüllens und der Oberteil- bzw. Deckelversiegelung kann in einer Formungs-, Abfüll- und Versiegelungs-Verpackungsmaschine wie der unter der Marke TETRA REX bekannten und von der Firma Tetra Pak, Inc. (Vernon Hills, Illinois, USA) beziehbaren Verpackungsmaschine stattfinden.

Bei einer typischen Formungs-, Füll- und Versiegelungsmaschine wird ein Karton aus einer rohrförmigen Form aufgerichtet und auf einen Dorn aufgesteckt. Die Bodenlappen des Kartons werden gefaltet und miteinander dicht versiegelt, wenn der Karton durch die Dornstationen hindurch transportiert wird. Im An schluß an das Bodenformen kann an den Karton ein abstehendes Stück, wie ein wiederverschließbares Ausgußstück aus Kunst stoff, wie es bei Behältern üblich ist, angebracht und angesiegelt werden. Im Anschluß an dieses Anbringen wird der Karton sterilisiert und nachfolgend durch die Formungs-, Ab füll und Versiegelungs-Verpackungsmaschinen zum Abfüllen und Versiegeln der Deckellappen bzw. des Oberteils transportiert. Die geformten, abgefüllten und verschlossenen Behälter werden dann zum nachfolgenden Verpackungen und Verteilen aus der Maschine ausgegeben und abgeladen.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen und Anordnungen zum Sterilisieren von Kartons bzw. Behältern in bekannten Ver packungsmaschinen zum Formen, Abfüllen und Versiegeln von Ver packungen bekannt. Wie im US-PS 6 094 887 (Swank - inzwischen auf die Anmelderin übertragen) beschrieben ist, werden ultraviolette Energie, Wasserstoffperoxid und eine Kombination aus UV-Energie und Wasserstoffperoxid zur effektiven Sterili sierung von Behältern verwendet. Während verschiedene Kombi nationen von UV-Energie und Wasserstoffperoxid sich als sehr effektvoll für das Sterilisieren herausgestellt haben, verur sacht die Anwendung dieser beiden Techniken beträchtliche Kosten nicht nur hinsichtlich der Anschaffung der Vorrichtung, sondern auch der gesamten Kartonbehandlungskosten.

Bekannte Wasserstoffperoxidanwendungssysteme verwenden elek trische Erhitzer zum Erhitzen und Zerstäuben bzw. Verdampfen von Wasserstoffperoxid für die nachfolgende Anwendung bei den Behältern innerhalb der Verformungs-, Abfüll- und Versiege lungsmaschine. Obwohl diese elektrische Erhitzer wirksam arbeiten, wurde festgestellt, daß die Steuerungssysteme für diese Erhitzer sehr komplex ausgebildet sind, da die Tempera tur der Dampfphase des Wasserstoffperoxid so gemessen werden muß, daß eine ausreichende Leistung für den Erhitzer zur Ver fügung gestellt wird. Solche Vorrichtungen erfordern Tempera turfühler und zusätzliche Steuereinrichtungen, um die Dampfphasentemperatur des Wasserstoffperoxids innerhalb eines akzeptablen Bereichs aufrechtzuerhalten. Auch wurde festge stellt, daß elektrische Erhitzer eine verhältnismäßig lange Zeit zum Aufwärmen brauchen, wenn die Vorrichtung außer Betrieb gesetzt worden war. Dies kann zu ungenügenden Wasser stoffperoxid-Dampftemperaturen und zur ungenügenden Kondensa tion des Wasserstoffperoxids an den elektrischen Heizelementen führen.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß elektrische Erhitzer nicht immer den ausreichenden Austritt des Wasserstoffperoxids mit Dampfphasentemperatur gewährleisten. Die Verwendung von Wasserstoffperoxid kann daher größer als tatsächlich erfor derlich sein, was den Gesamtprozess und die Kosten vergrößert.

Es sind auch Systeme zum Zerstäuben bzw. Verdampfen von Wasserstoffperoxid bekannt, bei denen Dampf sehr kräftig und innig mit einer Flüssigphasen-Wasserstoffperoxidlösung ver mischt wird und bei dem das Dampf-Wasserstoffperoxid-Gemisch dann den Behältern zugeleitet wird. Diese Technik weist den Nachteil auf, daß das Wasserstoffperoxid verdünnt wird, was eine weniger als optimale Konzentration der Wasserstoff peroxidlösung zur Folge hat. Darüber hinaus verlangt das System die Speicherung von hochkonzentriertem Wasserstoff peroxid, was unerwünscht ist. Es besteht daher ein Bedarf für eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdampfen bzw. Zer stäuben von Wasserstoffperoxid. Es ist erwünscht, daß die Vor richtung und das Verfahren die Möglichkeit des Verdünnens von Dampfphasen-Wasserstoffperoxid gegenüber einer gewünschten und vorher eingestellten Konzentration vermindert, wenn nicht gar ausschließt. Darüber hinaus sind ein Verfahren und eine Vor richtung erwünscht, die ein rasches "Erwärmen" und eine ge steuerte bzw. kontrollierte Dampfphasentemperatur des Wasser stoffperoxids garantiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zur Herstellung von verdampftem bzw. zerstäubtem Wasserstoffperoxid einen Wärmetauscher, der einen Einlaß für unter Druck ste henden Dampf und einen Auslaß für die Kondensation bzw. das Kondensationsprodukt enthält, und eine Leitung auf, die sich innerhalb des Wärmetauschers erstreckt. Die Leitung weist einen Eingang für "atomisiertes" bzw. zerstäubtes und ver dampftes Wasserstoffperoxid und Luft sowie ein Auslaßende auf, so daß das verdampfte Wasserstoffperoxid und Luft erhitzt und durch die den Leitungsaustritt als Dampf dann abgegeben werden, wenn Dampf unter Druck dem Wärmetauscher zugeführt wird und zerstäubtes Wasserstoffperoxid und Luft durch die Leitung innerhalb des Wärmetauschers hindurchströmen.

Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist die Leitung als in Windungen verlegtes bzw. wendelförmig angeordnetes Rohr ausgebildet, das innerhalb eines Zylinderrohres plaziert ist. Zerstäubtes Wasserstoffperoxid und Luft fließen durch die wen delförmige Röhre, während Dampf unter Druck, in den umgebenden Zylinder an einem ersten Ende eingeführt und an einem zweiten Ende ausgeführt wird. Die Hitze des Dampfes wird dadurch vom Dampf auf das wendelförmige Rohr und auf das zerstäubte Wasserstoffperoxid und die Luft übertragen, wodurch das Wasserstoffperoxid verdampft bzw. zerstäubt wird.

Das in Windungen gelegte Rohr nach der Erfindung besteht vor zugsweise aus einem wärmeleitfähigen Metall, das nicht mit Wasserstoffperoxid reagiert, zum Beispiel nichtrostender Stahl oder ein zusammengesetztes Metall, das Eigenschaften wie exzellente Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit zum leichten Verformen, inertes Verhalten in Anwesenheit von Wasserstoff peroxid sowie hohe Festigkeit und Dauerstandsfestigkeit auf weist. Die Vorrichtung nach der besonderen Ausbildung der Erfindung weist einen Zylinder auf, der einen Einlaß für Dampf und einen Auslaß für das Kondensationsprodukt sowie eine Leitung darin enthält; dabei wird Hitze bzw. Wärme von dem durch die Leitung geleiteten Strom zum Erhitzen des Inhalts ausgenutzt, wenn der Dampf durch Leitung hindurchtritt.

Die Vorrichtung wird nach einer besonderen Ausbildung der Er findung vorzugsweise an eine Verpackungsmaschine ange schlossen, so daß der Dampf dazu verwendet wird, das Sterili sieren der Verpackung zu unterstützen. Solche Verpackungen werden benutzt für Produkte wie Milch und Saft.

Eine eingehendere Beschreibung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen sowie in den Ansprüchen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 veranschaulicht beispielhaft eine Verpackungsmaschine zum Formen, Füllen und Versiegeln von Verpackungen, welche einen Dampferhitzungsgenerator für Wasser stoffperoxid gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung einer Aus bildung eines Systems zur Erzeugung von Wasserstoff peroxid in Dampfphase gem. den Prinzipien der vorlie genden Erfindung und

Fig. 3 veranschaulicht einen Dampferhitzer nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.

Genauere Beschreibungen von bevorzugten Ausbildungen:

Während die Erfindung in den verschiedensten Ausbildungsformen realisierbar ist, werden in den Zeichnungen besondere bevor zugte Ausbildungsformen gezeigt und nachfolgend beschrieben unter der Voraussetzung, daß diese nur Beispiele für die Erfindung darstellen, nicht aber die Erfindung auf die speziell dargestellten Beispiele beschränkt ist.

Bezugnehmend auf die Figur zeigt insb. Fig. 1 als Beispiel eine Verpackungsmaschine 10 zum Formgeben, Abfüllen und Ver siegeln von Verpackungen, bei der die Prinzipien der vorlie genden Erfindung anwendbar sind. Eine solche Maschine 10 ist käuflich erwerbbar von der Firma Tetra Pak, Inc. (Vernon Hills, Illinois, USA) und wird von dieser unter der Marke TETRA REX-Verpackungsmaschine vertrieben. Eine übliche Formungs-, Abfüll- und Versiegelungs-Verpackungsmaschine 10 weist ein Kartonmagazin 12 zum Speichern von flachen, gefalteten Kartonzuschnitten 13, eine Kartonaufstellstation 14 und eine Bodenform- und Versiegelungsstation 22 auf. Die Maschine 10 weist darüber hinaus eine Sterilisierungsstation 16 zum Sterilisieren der Kartons und ferner eine Abfüllstation 20 auf, an der die Kartons mit einem Produkt gefüllt werden, sowie eine Top- bzw. Oberteilversiegelungsstation 22 auf, an der die Lappen bzw. Kartonteile des Oberteils vorgefaltet und anschließend miteinander dicht versiegelt werden. Die Kartons werden dann von der Formungs-, Abfüll- und Versiegelungs- Verpackungsmaschine 10 abgegeben. Eine beispielhafte Form-, Abfüll- und Versiegelungs-Verpackungsmaschine 10 ist im US- Patent 6 012 267 (von Katsumata und inzwischen übertragen auf die Anmelderin) beschrieben.

Die Sterilisierungsstation 16 ist zwischen der Bodenform- und Versiegelungsstation 22 und der Abfüllstation 20 positioniert. Die Sterilisierungsstation 16 kann eine oder mehrere UV- Energieerzeugungseinrichtungen 24, wie sie im US-Patent 6 094 887 (von Swank) beschrieben sind, enthalten. Die Steri lisierungsstation 16 weist ferner ein Dampferzeugungssystem 26 für Wasserstoffperoxid, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, auf. Das Wasserstoffperoxid-Dampferzeugungssystem 26 weist im all gemeinen einen Verdampfer bzw. Zerstäuber 28 und einen Wärme tauscher 30 auf. Der Wärmetauscher 30 kann vom Typ einer Wen delröhre ausgebildet sein, innerhalb welcher das verdampfte Wasserstoffperoxid durch die Spule 31 in eine Primärseite 32 des Wärmetauschers 30 strömt. In einer Sekundärseite 34 des Wärmetauschers 30, die vom Fluidumkontakt mit Wasserstoff peroxid isoliert ist, wird Dampf dem Wärmetauscher 30 zuge führt.

Der Dampf wird von einem Dampferzeuger durch einen Druckregler 36 zugeführt. Dampf wird vom Druckregler 36 in den Einlaß 38 der Sekundärseite 34 des Wärmetauschers 30 unter Sättigungs bedingungen eingeleitet. Kondensat wird vom Wärmetauscher 30 durch den Kondensatausgang 40 abgelassen.

Wasserstoffperoxid wird durch einen Zerstäuber 28 zugeführt, an dem das Wasserstoffperoxid mit Luft gemischt wird. Das Wasserstoffperoxid fließt durch die Windungen 31 im Wärmetauscher 30; es wird auf im wesentlichen die gleiche Temperatur wie der Dampf am Eingang 38 erhitzt. Das Wasserstoffperoxid verläßt den Wärmetauscher 30 am Ausgabeende 46 desselben und tritt durch ein Wasserstoffperoxiddampf- Thermoelement 48. Das Wasserstoffperoxid wird dann in die Verpackungsmaschine eingeleitet, um die Sterilisierung des zu verpackenden Erzeugnisses zu unterstützen.

Aus dem o. g. wird verständlich, daß verschiedene Modifika tionen und Varianten realisiert werden können, ohne vom Geist und dem neuen Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dies ist so zu verstehen, daß keine Beschränkung auf eine der speziellen Ausbildungen beabsichtigt ist, welche hier illustriert worden sind. Die Offenbarung soll alle solchen Modifikationen umfassen, die sich innerhalb des von den Ansprüchen beanspruchten Schutzumfangs befinden.

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung von verdampftem bzw. zer stäubtem Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wärmetauscher einen Einlaß für Dampf unter Druck und einen Auslaß für die Kondensierung bzw. Verflüssigung aufweist und
daß eine Leitung, welche sich innerhalb des Wärmetauschers befindet, einen Einlaß für zerstäubtes bzw. verdampftes oder vernebeltes Wasserstoffperoxid und Wasser und ein Abführungsende aufweist, so daß bei Zugabe von unter Druck stehendem Dampf zum Wärmetauscher zerstäubtes Wasser stoffperoxid und Luft durch die sich durch den Wärme tauscher erstreckende Leitung hindurchtreten, das zer stäubte Wasserstoffperoxid und die Luft sich erhitzen und durch den Leitungsausgang als Dampf austreten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine als Wendel bzw. Wicklung ausgebildete Röhre ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendel- und rohrförmige Leitung aus nichtrostendem Stahl besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendel- und rohrförmige Leitung aus einem Metall mit wärmeleitfähigen, mechanisch festen und dauerhaften sowie dehnbaren und/oder kaltverformbaren Eigenschaften besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher einen Zylinder aufweist, der einen Dampfeinlaß und einen Kondensationsaustritt aufweist, bei dem die Wärme vom Dampf zu der Leitung weiterleitbar ist, um deren Inhalt zu erhitzen, wenn der Dampf durch die Leitung hindurchtritt.

6. Verfahren zur Herstellung von verdampftem bzw. zer stäubtem Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet,
daß zerstäubtes bzw. atomisiertes Wasserstoffperoxid und Luft durch eine Leitung geleitet wird, welche mindestens eine gewickelte bzw. wendelförmige Röhre enthält, die sich innerhalb eines Wärmetauschers erstreckt,
daß Heißdampf unter Druck durch den Wärmetauscher geleitet wird und
daß das Verfahren so gesteuert wird, daß sich das zerstäubte Wasserstoffperoxid und die Luft in der Leitung erhitzen und durch das Austrittsende der Leitung als Dampf austreten.

7. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 bei einer Verpackungsmaschine mit der Maßgabe, daß der Dampf zum Sterilisieren der Verpackung bzw. des Verpackungsbehälters anwendbar ist.