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Vorrichtung zum Sterili sieren von Behältern, Verpackungs-
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oder Gebrauchsgegenständen
Beschreibung: Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum kalten Sterilisieren von Behältern, Verpackungs- oder
Gebrauchsgegenständen der Lebensmittel-, pharmazeutischen oder medizinischen Technik,
insbesondere Flaschen, Ampullen, Spritzen oder dergleichen, mit Hilfe eines mit
einer Flüssigkeit enthaltenen Oxydationsmittels.
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Zum Sterilisieren von vorzugsweise Weinflaschen wird z.Z. überwiegend
schweflige Säure verwendet, welche beispielsweise durch Einleiten von 502-Gas in
Wasser hergestellt wird. Als Quelle für das 502 dient eine Gasflasche, von der aus
das Gas in Wasser eingeleitet wird, wobei sich die gewünschte schweflige Säure bildet.
Durch Aufrechterhaltung eines Unterdruckes im Gehäuse des Sterilisators wird dafür
gesorgt, daß möglichst kein S02-Gas nach außen dringt.
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Die Verwendung von Schwefel in Form von schwefliger Säure als Oxydationsmittel
zur Sterilisierung eignet sich besonders für die Sterilisation von Weinflaschen,
da bei zurückbleibenden Schwefelspuren keine zu großen nachteilIgen Wirkungen auf
den eingefülll,en Wein eintreten. Die Verwendung von Schwefel als Grundsubstanz
für das Oxydationstnittel zum Sterilisieren von Flaschen hat jedoch erhebliche Nachteile,
die mit einem relativ großen Aufwand beseitigt werden müssen. So ist es beispielsweise
aufgrund der Umweltbestimmungen nicht ohne weiteres möglich, die verbrauchten Schwefelverbindungen
den Abwässern zuzuführen. Die Schwefelverbindungen dürfen nur nach einer Schwefelauswaschung
mit Hilfe von
Natronlauge abgeführt werden, wobei. entsprechende
Vorhaltebecken vorhanden sein müssen. Darüberhinaus ist es noch erforderlich, auch
das Ätznatron zu neutralisieren, wofür entsprechende Mengen Peroxyde zugegeben werden
müssen. Um somit 1 kg schweilige Säure abführen zu können, müssen 3 kg weiterer
Chemikalien eingesetzt werden, wodurch nicht nur weitere zusätzliche Belastungen
der Abwässer entstehen, sondern erhebliche finanzielle Mittel aufgebracht werden
müssen.
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Bei der Verwendung von Schwefelverbindungen als Oxydationsmittel können
darüberhinaus bei Versagen irgendwelcher Sicherheitsvorrichtungen Verätzungen auftreten,
beispielsweise wenn in den zu sterilisierenden Weinflaschen erhebliche Mengen an
schwefliger Säure verbleiben und eine Auffüllung mit Wein erfolgt.
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Auch bezüglich der Abgase bestehen zusätzliche Umweltbelastungen,
da ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich ist, um das Austreten von SO<-Gasen
in die Atmosphäre zu vermeiden oder äußerst gering zu halten.
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Im Bereich der Trinkwasserdesinfektion ist es bereits bekannt, Ozon
zu verwenden, wobei. umfangreiche Erfahrungen über das Verhalten von Ozon gesammelt
werden konnten.
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Ferner wurden auch bereits Versuche unternommen, um Ozon in der Gasphase
zur Sterilisation zu verwenden.
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Derartige Versuche fanden jedoch keinen Eingang in die Praxis, da
das Ozon in der Gasphase äußerst unbeständig ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Sterilisationsmittel
anzugeben, das im Vergleich beispielsweise zu der Sterilisation mit schwefelhaltigen
Mitteln gefahrloser und wirtschaftlicher ist, wobei keine Belastungen der Umwelt
bei der Beseitigung von überschüssigen Oxydationsmitteln auftreten.
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Mit der Patentanmeldung P 30 33 043.9 wurde vorgeschlagen, zur Sterilisation
von Flaschen ein Tauchbad zu verwenden. Durch Versuche wurde festgestellt, daß Hefen
und auch Bakterien bei entsprechend eingehaltenen Betriebsbedingungen abgetötet
werden, wobei zu beachten ist, daß Ozon das umweltfreundlichste Sterilisationsmittel
ist, da es innerhalb von Minuten nach der Herstellung zerfällt und somit keine Abwasserprobleme
aufwirft. Wegen seiner Kurzlebigkeit bestehen auch bei der Abgabe an die Luft keine
Probleme, wenn man von den entsprechend zutreffenden Maßnahmen in den ArbeitsreXumen
absieht. Nachdem durch Entwicklungsarbeiten festgestellt werden konnte, daß sich
das sehr starke Oxydationsmittel Ozon insbesondere in der Mischung und/oder Lösung
in Wasser besonders gut zur Sterilisation von bestimmten Gegenstanden eignet, wird
gemaß der Erfindung eine Vorrichtung zum kalten Sterilisieren von Behältern, Verpackungs-
und Gebrauchsgegenständen insbesondere der Lebensmittel-, pharmazeutischen oder
medizinischen Technik vorgeschlagen, wobei in einem bis auf die Ein- und Auslaßöffnungen
luftdichten Gehäuse eine Reihe von Spritzdüsen angeordnet sind, welche relativ zum
zu sterilisierenden Gut bewegbar und das Gut von nahezu allen Seiten erfaßbar angeordnet
sind, wobei das Sterilisationsmittel Ozon in einer Ozon-Wasser-Mischung und Lösung
aufweist. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, den Anwendungsbereich der Sterilisationstechnik
erheblich
auszuweiten, wobei durch die Vertlendung von Spritzdüsen eine Sterilisation mit
Hilfe des Ozons sowohl in der flüssigen Phase als Mischung oder Lösung als auch
in der gasförmigen Phase erfolgt.
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Gemäß der Erfindung ist es vortci lhaft, di' Spritzdiisen in unterschiedlichen
Zonen hintereinander ;Inzuordnen, wobei der Ozongehalt der Ozon-Wasser-Mischung
und Lösung in den einzelnen Zonen unterschiedlich grol; ist. Hierbei ist es beispielsweise
möglich, in einer liniaren oder kreisförmig aufgebauten Anordnung Zonen vorzusehen,
bei denen der Ozongehalt von einem Maximum auf ein Minimum absinkt, wobei sich beispielsweise
den Zonen mit der geringsten Konzentration weitere Zonen beispielsweise zum Neutralisieren
mit Hilfe von destiliertem Wasser anschließen.
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Zur Erhöhung oder längeren Aufrechterhaltung der Ozonkonzentration
in der gasförmigen oder gelösten flüssigen Phase ist es vorteilhaft, in ein oder
mehreren Zonen 1W-Licht aussendende StrahlungsqueLlen anzuordnen.
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Es ist bereits bekannt, daß intensives Wiii.it die Bildung von Ozon
aus dem Sauerstoff der Luft bewirkt.
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Andererseits besitzt das Ozon besonders in der gasförmigen Phase eine
äußerst geringe Lebensdauer, so daß mit der Anordnung von W-Licht aussetzenden Strahlungsownellen
die Ozonkonzentration für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann,
falls dies in Abhängigkeit von dem zu sterilisierenden Gut erforderlich ist.
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Da dieliöslichkeit des Ozons in Wasser druckabhängig ist,
wird
nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, die einzelnen Zonen mit unterschiedlichen
Gasdrucken zu beaufschlagen. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es somit möglich, auch
unterschiedliche Ozonkonzentrationen in den verschiedenen Zonen aufrechtzuerhalten.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ausgangsseitig
zur Vorrichtung eine Wärmezone mit gegenüber den übrigen Zonen erhöhter Temperatur
angeordnet ist.
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Die Beständigkeit von Ozon nimmt mit höherer Temperatur ab, so daß
es mit dieser Maßnahme möglich ist, die aus der Vorrichtung austretende Menge Ozon
möglichst gering zu halten. Mit Hilfe dieser Wärmezone oder Schleuse wird auch erreicht,
daß das sterilisierte Gut möglichst schnell trocknet und nahezu ozonfrei der Vorrichtung
entnommen werden kann.
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Zwischen zwei oder mehreren Zonen können vorzugsweise Schleusen angeordnet
sein, so daß die unterschiedlichen Drucke und Temperaturen sowie Konzentrationen
an Ozon ohne größere Verluste aufrechterhalten werden können.
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Das von einem Ozongenerator aus der Umgebungsluft erzeugte Ozongas
wird nach der Erfindung mit Hilfe einer Mischvorrichtung, vorzugsweise einem Injektor
- mit einem Wasserstrom vermischt und einem Anreicherungsreaktor zugeführt, von
dem aus eine kontinuierliche Beschickung der Spritzdüsen mit Ozon-Wasser-Gemisch
und Lösung erfolgt.
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Das ozonisierte Wasser wird in den einzelnen Spritzzonen oder in einem
gemeinsamen Sammelbecken aufgefangen und über Filteranlagen gereinigt zur Ozonanreicherung
einem Injektor zugeführt und iiber einen Anreicherungsreaktor
den
Spritzdüsenkreisläufen zugeleitet.
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Tn einer Ausbildungsform der Erfindung sind1 die Spritzdüsen in einem
Gehäuse mit einem Rad angeordnet, auf dessen Umfang vorzugsweise einen geschlossenen
Mantel aufweisende Einzelzellen zum Einsetzen je einer der zu sterilisierenden Flaschen
in einer das selbsttätige Herausfallen der Flaschen etwa in Achshöhe des Rades ermögllchenden
Schräglage angeordnet sind unter bei schrittweise erfolgendem Umlauf des Rades jeder
Transportschritt dem Bogenwinkel zwischen benachbarten Zellen entspricht. Hierbei
kam gemäß der Erfindung das Rad als Tauchrad ausgebildet sein, derart, daß das zu
sterilisierende Gut zuerst durch ein ozonangereichertes Tauchbad geführt wird, bevor
es den verschi. edenen mit Spritzdüsen ausgerüsteten Denen zugeleitet wird.
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In einer weiteren Ausbildung de-r Erfindung ist es auch möglich eine
derartige Vorrichtung ohne Tauchbad, sondern lediglich mit einem Sammelbecken auszubilden,
so daß das zu sterilisierende Gut nur den verschiedenen Spritzzonen ausgesetzt wird.
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Anstelle einer kreisrunden Führung des zu sterilisierenden Gutes ist
es selbstverständlich auch möglich, eine lineare oder quasi lineare Anordnung einzelner
Zonen in einer oder verschiedenen Ebenen aufzubauen, wobei das zu sterilisierende
Gut mit Hilfe entsprechender Transportmittel durch diese Zonen geführt wird. Derartige
Anordnungen sind beispielsweise zum Sterilisieren von Flaschen, insbesondere Weinflaschen
bereits bekannt, welche mit schwefliger Säure betrieben werden. Solche
Anordnungen
lassen sich nunmehr mit einem Sterilisationsmittel betreiben, das aus ozonisiertem
Wasser besteht, wobei das Ozon in dem Wasser sich in gemischter und gelöster Form
befindet.
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Um das Ozon in gelöster Form im Lösungsmittel Wasser anzureichern,
ist es vorteilhaft, die Ozon-Wasser-Mischung mit Ultraschall zu beaufschlagen, womit
erreicht wird, daß die Lösungskonzentration auf Kosten der Mischung zunimmt.
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Zur Aufrechterhaltung einer erforderlichen Ozonkonzentration eignet
sich auch eine besondere Druckhaltung, wobei nach der Erfindung vorgeschlagen wird,
den Anreicherungsreaktor unter einem gegenüber dem Auendruck erhöhten Druck zu setzen.
Entsprechendes gilt auch für die verschiedenen Spritzzonen, welche untereinander
durch Schleusen getrennt sind, so daß es dadurch auch möglich ist, unterschiedliche
Drucke und ggf. auch Temperaturen zu halten.
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Die Ozonkonæentration in der Ozon-Wasser-Mischung des Tauchbades und
in dem Raum über dem Tauchbad sowie in den einzelnen Spritzzonen erfolgt gemäß der
Erfindung durch Regelung des oder der Ozongeneratoren mit Hilfe einer kontinuierlichen
pE-Wert-Bestimmung oder einer Redoxpotentialmessung (rH-Wert).
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Eine weitere Steuerungsmöglichkeit der Ozonkonzentration besteht durch
die vorgeschlagenen 1W-Lichtquellen.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert, in denen verschiedene
Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.
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Hierbei zeigen: Figur 1 eine als Tauchbad mit Spritzzonen ausgebildete
Sterilisiervorrichtung und Figur 2 eine Doppelendausspritzmaschine mit verschiedenen
Ausspritzzonen.
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Die Vorrichtung zum kalten Sterilisieren von Flaschen gemäß Figur
1 setzt sich aus der Wanne 9 und der Abdekkung 10 zusammen und bis auf die Einfüll-
und Ausstoßöffnung 11 ist der Behälter praktisch dicht abgeschlossen.
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Auf einem durch einen nicht näher dargestellten Antrieb bewegten Trommelrad
12 sitzen in einer das selbsttätige Herausfallen der eingesetzten Flaschen ermöglichenden
Schräge die Einzelzellen 13, die in sich r»hrfòrmig ausgebildet sind. Nach dem Einbringen
der kalt zu sterilisierenden Flaschen bei 14 bewegt sich das Trommelrad 12 als Tauchrad-
durch die in der Wanne befindJichen Blüssigkeit. Diese ist mit Hilfe der später
beschriebenen Anlage mit Ozon in gemischter und gelöster Form angereichert.
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Durch dieses Bad laufen die einzelnen flaschen durch und werden dabei
innen und außen mit dem Sterilisationsmittel gewaschen. Nach dem Auftauchen laufen
die Flaschen aus und werden anschließend bei 14 und 15 mit von außen zugeführtem
ozonistertem Wasser fflespült. Diesen Spritzzonen schließt sich eine Neutralisationszone
an, in der über eine Düse 20 Frischwasser zugeführt wird, welche das zu sterilisierende
Gut neutralisiert. Dieses Spülwasser kann entweder gesondert abgeführt oder dem
Tauchbad 5 zugeführt werden. Das ozonisierte Spritzwasser wird bei 16 in der Wanne
gesammelt und bei 17 abgelassen. Diese Spülflüssigkeit kann entweder der k'auchbad'lüssi
gkeit oder unmittelbar dem Injektor-Kreislauf unter Umgehung des Tauchbades zugeleitet
werden, so daß dadurch eine
zu große Abnahme an Ozon-Gehalt der
Tauchbad-Flüssigkeit vermieden wird.
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An der tiefsten Stelle der Wanne 9 des Gehäuses ist eine Absetzwanne
18 mit entsprechenden Grobfiltern vorgesehen, von der aus die Tauchbad-Blüssigkeit
einer Feinfilteranlage 7 und von dort einem Injektor 2 zugeführt wird. Ein ansich
bekannter Ozongenerator 1 erzeugt kontinuierlich Ozon-Gas, welches mit Hilfe des
Injektors 2 mit dem Wasserstrom vermischt wird. Für den Fall, daß bei der Vermischung
im Injektor die Gasblasen noch zu groß sein sollten besteht die Möglichkeit, das
Gemisch durch eine Ultraschall anlage 8 zu führen, mit deren Hilfe eine Verkleinerung
der Ozon-Gasblasen bewirkt wird, so daß in dem Anreicherungsbehälter 4 in einfacher
Weise eine maximale Ozon-Gas-Anreicherung erfolgt. Um den Anreicherungseffekt im
Anreicherungsreaktor 4 zu verstärken, kann es vorteilhaft sein, den Druck zu erhöhen.
In diesem Füllte sind in den Leitungen entsprechende und nicht näher dargestellte
Druckreduzierventile vorgesehen. Aus dem Anreicherungsreaktor 4 wird die Ozon-Wasser-Mischung
über die Leitung 19 dem Tauchbad 5 zugeführt, so daß dadurch ein kontinuierlicher
Kreislauf aufrechterhalten wird. Mit Hilfe ebenfalls nicht näher dargestellter Sonden
wird der pH-Wert oder das Redoxpotential in ansich bekannter Weise kontinuierlich
gemessen und zur Regelung des Ozongene>aSors verwendet. Bei Unterschreitung vorgegebener
Werte wird somit automatisch die Ozon-Gas-Produktion erhöht, bis durch Erreichen
eines entsprechend vorgegebenen pH- oder rH-Wertes der-gewünschte Ozongehalt in
der Tauchbadflüssigkeit erreicht ist. Auf dieseWeise kann ein kontinuierlicher Betrieb
bei einem gleichbleibenden Ozongehalt durchgeführt werden. Die Einfüll- und Ausstoßöffnungen
11 sind auf ein Minimum
reduziert und ggf. mit elastischen Klappen
versehen, um so ein Entweichen an Ozon-Gas zu vermindern. Eine weitere Reduzierung
von Ozon-Gasverlusten kann dadurch bewirkt werden, daß oberhalb den Tauchbad 6 ein
geringer Unterdruck aufrechterhalten wird.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bereits bestehende
Anlagen, welche als Sterilisationsvorrichtungen ein schwefelhalti ges Oxydationsmittel
verwenden, relativ einfach umgerüstet werden können.
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Gegenüber den bisher verwendeten Oxydationnmitteln weist Ozon erhebliche
Vorteile auf. So ist seine Erzeugung kontinuierlich ohne die Verwendung chemischer
Mittel möglich und desgleichen ist die Bese;tigung überschüssiger Ozongase problemlos
und wirsschaftlich, da im Gegensatz zu schwefelhaltigen Oxydationsmitteln kein Chemikalien
zu dessen Beseitigung benötigt werden. Die Wirtschaftlichkeit wird erheblich erhöht
und es treten keine Umweltprobleme auf Aufgrund der Tatsache, daß Ozon eine relativ
geringe Beständigkeit aufweist, ergeben sich keine nachteiligen Wirkungen, falls
Ozonrückstände in der mit beispielsweise We;n zu füllenden Flasche verbleiben, da
einmal bis zu'Füllung ein fortlaufender Zerfall des Ozons erfolgt und zum anderen
keine nachteilige geschmackliche Beeinträchtigung besteht. Die Temperatur der Tauchbad-und
der Spritzdüsenflüssigkeit- befindet sich auf Raumtemperatur. Bei höherer Temperatur
erfolgt ein spontaner Zerfall des Ozons, so daß beispiolsweise bei einer thermischen
Erzeugung eine raschc 'bkiihlung erfolgen muß, um einen Zerfall möglichst zu verhindern.
Die chemische und bakterizide Wirkung des Ozon ist anhand einiger Untersuchungen
aufgeklart worden, beispielsweise das Verhalten des Ozons gegeniiber Stickstoff-,
Schwefel-,
Eisen- und Manganverbindungen sowie Huminstoffen.
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Für den Transport von Ozon-Träger-Gas eignen sich besonders Rohrleitungen
aus Aluminium, da dieses Metall infolge einer schnellen Bildung von Oxydhäuten besonders
widerstandsfähig ist. Vorteilhaft lassen sich auch PVCTRohrleitungsmaterialien oder
-beschichtungen verwenden, welche gegenüber der intensiven Oxydationswirkung des
Ozons völlig resistent sind.
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Die Figur 2 zeigt ebenfalls eine kreisrunde Sterilisiervorrichtung
mit mehreren hintereinandergeschalteten Spritzzonen, jedoch ohne Tauchbad, sondern
mit einer Sammelwanne 22. Die Flaschen 23 werden bei einer Aufgabe 24 der Vorrichtung
zugeführt und bei der Abgabe 25 entnommen. Die Flaschen durchtackten in der Zelle
die Umwälzsterilisierspritzzonen26, 27 und 28, während sich bei 29 eine Frischwasserzuführung
zur Neutralisation befindet. Die Vorrichtung nach Figur 2 ist im übrigen bezüglich
der Herstellung des Ozonwassergemisches bzw.
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der Ozonwasserlösung wie Figur 1 aufgebaut, so daß sich ein näheres
Eingehen darauf erübrigt.
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