DE3306545A1 - Verfahren und vorrichtung zum sehr schnellen veraendern und gegebenenfalls zum aufrechterhalten der von der normaltemperatur abweichenden temperatur einer eine glasflasche fuellenden fluessigkeit - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum sehr schnellen veraendern und gegebenenfalls zum aufrechterhalten der von der normaltemperatur abweichenden temperatur einer eine glasflasche fuellenden fluessigkeitInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum sehr schnellen Verändern und gegebenenfalls zum Aufrechterhalten
der von der Normaltemperatur abweichenden Temperatur einer eine Glasflasche füllenden
Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sehr schnellen Verändern, sei es zum Erhöhen, sei es zum
Erniedrigen, der Temperatur eines flüssigen oder pastösen Fluides, das eine hermetisch verschlossene Glasflasche füllt.
Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die behandelte Flüssigkeit
auf der solche art erhöhten oder erniedrigten Temperatur über eine gewünschte Zeit zu halten.
Es ist bekannt, daß in manchen Anwendungsgebieten die Geschwindigkeit
von Temperaturänderungen von großer Bedeutung ist, speziell in der Pharmazie und bei der Lebensmittelkonservierung,
beispielsweise bei Fruchtsäften und Gemüsen, wie auch in der Milchwirtschaft, beim Bier, beim Apfelwein und
überhaupt bei allen Lebensmitteln, die gegen Gärung geschützt werden müssen. Bekannt ist, daß man solche Produkte so schnell
wie möglich pasteurisiert und anschließend abkühlt, wobei die Behandlungsdauer maximal 30 Minuten beträgt, um eine nachteilige
Beeinflussung des Lebensmittels, insbesondere durch die Temperaturerhöhung, zu vermeiden.
Um die aus einem Glasbehälter, beispielsweise einer Flasche, und dem Inhalt desselben bestehende Anordnung möglichst
schnell abzukühlen, ist es bekannt, die Flasche in eine kalte Flüssigkeit einzutauchen oder sie mit kaltem Wasser
zu besprühen.
Man weiß, daß beim Abschrecken einer mit einer sehr heißen Flüssigkeit gefüllten Flasche durch Eintauchen derselben in
kaltes Wasser die Flasche nicht springt, weil in diesem Falle die Schrumpfung im Glas an allen Stellen des Behälters
homogen ist.
Das rasche Eintauchen einer mit einer pasteurisierten Flüssigkeit gefüllten Glasflasche in kaltes Wasser ist daher vom
Erfolg her betrachtet ein zufriedenstellendes Verfahren, da es die gewünschte Abkühlung in ausreichend kurzer Zeit sicherstellt.
Dennoch wird diese Technik in der Praxis relativ wenig verwendet, weil sie schwierig durchzuführen ist,
speziell wenn die pasteurisierten Produkte in ihren verschlossenen Glasflaschen auf einem kontinuierlich bewegten
Förderband angeliefert werden. Es ist insbesondere evident, daß Umgebungsfeuchtigkeit, Wasserspritzer oder dgl. an manchen
Stellen des Förderbandes zu Glasbrüchen führen, die, auch wenn sie selten auftreten, es notwendig machen, das Förderband
anzuhalten und somit den gesamten Arbeitsablauf zu unterbrechen. Diese Verfahrensweise ist daher nicht mit
einer kontinuierlichen Arbeitsweise vereinbar.
Trotz der oben beschriebenen guten Ergebnisse, die mit der Eintauchtechnik realisiert werden können, ist es häufig doch
vorzuziehen, die Sprühtechnik anzuwenden.
Bei der Sprühtechnik müssen zur Vermeidung von ungleichmäßigen Spannungen im Glas, die zu einem Glasbruch führen könnten,
eine Vielzahl von Sprühdüsen um, über und unter den zu kühlenden Glasflaschen angeordnet sein, damit die Glasflasche
an allen Stellen gleichzeitig und gleichmäßig abgekühlt werden kann.
Diese Technik weist jedoch einen wesentlichen Nachteil auf: Weil man mit hohem Druck arbeitet, verstopfen sich die Düsenlöcher
häufig, so daß ein gleichmäßiges Besprühen der Flaschen nicht sichergestellt ist.
Darüber hinaus ist es noch schwieriger, bei einer Kette von Flaschen, die kontinuierlich fortbewegt wird, eine Gleichförmigkeit
und Gleichmäßigkeit der Abkühlung zu erreichen. Die Glasflaschen müssen progressiv längs der Kette abgekühlt
werden, die Anzahl der Düsen muß daher groß sein und jede Düse muß dabei eine Vielzahl von Löchern aufweisen, um ein
gleichförmiges Besprühen zu erzielen. Da dies dennoch kaum möglich ist, sind Ausfälle von Glasbrüchen bei der Sprühtechnik
unglücklicherweise sehr häufig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden und
eine Technik anzugeben, mit der eine rasche Abkühlung erzielbar ist, die so homogen und regelmäßig ist, daß Glasbruch
vermieden ist.
In umgekehrter Anwendung, wie sie nachfolgend beschrieben ist, soll auf Wunsch auch eine sehr schnelle Temperaturerhöhung
des aus Flasche und Inhalt bestehenden Gegenstandes möglich sein. Die Erfindung soll damit ein Bedürfnis befriedigen,
für das es bislang überhaupt noch keine zufriedenstellende Lösung gegeben hat.
Es ist bekannt, daß die Pasteurisierung einer gärfähigen Flüssigkeit oder Paste durch Erhitzen auf eine Temperatur
erreicht werden kann, die deutlich unter dem Siedepunkt liegt und daß man diese Temperaturerhöhung so schnell wie
möglich durchführt. Man erreicht hierdurch einen beachtlichen
thermischen Schock des zu pasteurisierenden Gutes. Bei der erhöhten Temperatur muß das zu pasteurisierende Gut eine
gewisse Zeit gehalten werden.
Unter gewissen leicht kontrollierbaren Kriterien, insbesondere der Säure, kann man beispielsweise eine gute Pasteurisierung
von Frucht- und Gemüsesäften zwischen 70 und 75° C erreichen, sofern der Obergang von der Umgebungstemperatur auf die
Pasteurisierungstemperatur sich innerhalb eines Zeitraums von maximal 4 Minuten vollzieht und die behandelte Flüssigkeit
für weitere 4 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird.
Die Erfindung überwindet auch dieses andere Vorurteil und erlaubt eine rasche Temperaturerhöhung von Behälter und Inhalt
ohne Risiko eines Bruches des Behälters und ist mit einem Durchlaufbetrieb, bei dem die zu pasteurisierenden
Produkte in einer Kette angeliefert werden, vereinbar. Die Erfindung ermöglicht es mithin, Temperatur sowohl plötzlich
zu erhöhen als auch plötzlich zu senken.
Die vorliegende Erfindung hat innerhalb der Pasteurisierung ein weiteres Ziel: Indem sie eine plötzliche Temperaturerhöhung
erlaubt und dann die erreichte Temperatur aufrechterhält, erlaubt sie die Pasteurisierung von gärfähigen
Flüssigkeiten zwischen 70 und 75° C und indem sie eine plötzliche Abkühlung der Temperatur ermöglicht, erlaubt
sie es, die behandelte Flüssigkeit in dieser in bezug auf die Keimtötung und die Schonung der Flüssigkeit selbst
optimalen Situation zu "blockieren".
Diese Aufgaben- und Zielvorstellung wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie Ausgestaltungen derselben
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden. Es zeigt:
Fig. 1 einen vertialen Axialschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung im Betrieb, und
Fig. 2 einen Schnitt längs der H-II durch die Düse
in Fig. 1.
in Fig. 1.
In den Zeichnungen erkennt man eine Glasflasche 1, die beliebige
Gestalt haben kann und auf einer horizontalen Ebene steht, so daß die Achse 2 der Flasche 1 lotrecht verläuft.
Die Flasche 1 enthält eine beliebige Flüssigkeit 3 und ist an ihrem oberen Ende beispielsweise durch eine Kapsel und/oder
durch eine Schraubkappe 4 verschlossen.
Die Flüssigkeit 3, die die Flasche 1 füllt, soll rasch abgekühlt oder rasch erwärmt oder rasch erwärmt und anschließend
einige Minuten bei der erhöhten Temperatur zum Zwecke der Pasteurisierung gehalten und anschließend ebensoschnell wieder
abgekühlt werden, um sie keimfrei zu halten.
In all den vorerwähnten Anwendungsfällen kann die in Fig. 1
dargestellte Vorrichtung eingesetzt werden, es muß dazu nur die verwendete Flüssigkeit zur Erwärmung oder Abkühlung von
Flasche 1 und Inhalt 3 entsprechend gewählt oder verändert werden.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Wasserbehälter 5, der sich nach unten in einer oder
mehreren Düsen 6 fortsetzt, wobei die Zahl der Düsen der
Zahl der Flaschen entspricht, die unterhalb des Behälters 5
Zahl der Flaschen entspricht, die unterhalb des Behälters 5
der schnellen Temperaturänderung unterworfen werden sollen.
Alle Düsen 6 sind gleich aufgebaut und bestehen aus einem ringförmigen Mantel 7 und einem zentrisch angeordneten vollen
Einsatz 8. Der untere Abschnitt 7a des Mantels ist kegelstumpfförmig
gestaltet und verengt sich nach unten. Der kegelstumpf förmige Abschnitt 7a kann sich gegebenenfalls nach
oben gegen den Behälter 5 hin in einem zylindrischen Abschnitt 7b verlängern.
Der Einsatz 8 weist eine an den Mantel 7 angepaßte Gestalt
auf, d.h. er ist im unteren Bereich 8a konisch und in einem sich oben gegebenenfalls anschließenden Bereich 8b zylindrisch.
Die konischen Bereiche 7a und 8a von Mantel und Einsatz haben den gleichen öffnungswinkel und sind auf gemeinsamer Achse 9
angeordnet, so daß zwischen ihnen im unteren Bereich der Düse 6 ein ringförmiger Auslaß 10 gleichförmiger Dicke kegeistumpfförmiger
Gestalt gebildet wird. Die Dicke, d.h. der Wandabstand zwischen Einsatz und Mantel, beträgt ungefähr 2 mm.
Im Falle, daß sich die kegelstumpfförmigen Bereiche 7a und 8a nach oben in zylindrischen Bereichen 7b und 8b fortsetzen,
ist dort zwischen ihnen ein ringförmig zylindrischer Kanal gleichförmiger Stärke ausgebildet, der den Innenraum des
Behälters 5 mit dem eigentlichen Düsenbereich verbindet.
Zur Halterung des Einsatzes 8 innerhalb des Mantels 7 sind im oberen Bereich der Anordnung an Stellen, die von der
Mündung der Düse möglichst weit entfernt sind, drei Befestigungspunkte 11 vorgesehen, die im Winkel von 120°
gegeneinander versetzt sind. Diese Befestigungspunkte 11 bestehen jeweils aus einem an der Innenwand des Mantels 7
angebrachten, beispielsweise angeschweißten Stift, dessen Länge der Dicke des zwischen Einsatz und Mantel ausgebildeten
Wasserkanals entspricht, so daß die drei Stifte den Einsatz
automatisch zentrieren. Diese Stifte wirken mit U-förmigen, nach unten offenen Sätteln 12 zusammen, die an dem Einsatz 8
angebracht sind und auf den Stiften 11 ruhen.
Zum Gebrauch der Vorrichtung wird die zu temperierende Flasche 1 vertikal unter die Düse 6 gebracht, so daß die Achse 2 der
Flasche 1 mit der Achse 9 der Düse zusammenfällt.
Der Füllstand des Behälters 5 wird auf einem Niveau zwischen 10 und 30 cm, vorzugsweise zwischen 15 und 20 cm, konstant
gehalten, damit sich ein gleichmäßiger Ausfluß und der geeignete Druck ergeben, die notwendig sind, um einen die Oberfläche
der Flasche 1 vollständig einschließenden Wasserfilm zu bilden.
Um den Wasserspiegel im Behälter 5 konstant zu halten, ist ein Überlauf 13 vorgesehen. Auf dem Wasserspiegel schwimmt
ein Schwimmer 14, der ein Ventil 15 in einem Wasserzulauf 16
zum Behälter 5 beeinflußt.
Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung soll der Wasserdruck im Behälter klein bleiben, damit der aus der Düse
6 austretende Wasserstrom dünnschichtig ist, gleichzeitig aber ausreichend ist, um zu verhindern, daß die Oberflächenspannung
des Wassers den Wasserfilm aufreißt.
Es ist weiterhin wichtig, daß der Wasserstrom kohärent auf der Flasche verteilt wird, um größere Temperaturdifferenzen
zwischen benachbarten Bereichen der Flasche zu vermeiden, damit sich im Glas keine Spannungen ausbilden können, die
zu Sprüngen oder gar zum Bruch führen könnten.
Die Flasche 1 wird unter den ringförmigen konischen Wasserstrom 17 gestellt, der aus jeder Düse 6 austritt, wobei die
Verschlußkappe 4 exakt von diesem Wasserstrom eingehüllt wird. In diesem Zustand trifft das Wasser auf den oberen Rand der
Kappe, überschwemmt auch deren Stirnseite, weil sich das Innere des konischen Wasserstrahles entspannt, und läuft
dann auf der Oberfläche der Flasche 1 nach unten, wo die Adhäsionskräfte das Wasser in einen dünnen, zusammenhängenden
Film 18 ziehen.
Die Wasserströmung folgt exakt dem Profil der Flasche bis zu deren Boden, so daß die Flasche ständig während des gesamten
Vorganges von einem vollkommen geschlossenen Wasserfilm eingehüllt ist, wodurch alle Stellen der Flasche auf gleicher
Temperatur gehalten werden, wie es der Fall ist, wenn man die Flasche in ein Wasserbad eintauchen würde.
Die Unterlage, auf der die Flasche 1 steht, ist vorzugsweise ein Gitter 20 oder ein Rost mit feinen Maschen, so daß der
Wasserfilm unterhalb der Flasche sich schließen kann, von wo aus er als Ablaufstrom 19 abfließt.
Außer der Tatsache, daß die Flasche ständig vollkommen von einem zusammenhängenden Wasserfilm 18 eingehüllt ist, der
sie wie in einen eingetauchten Zustand versetzt, hat die Erfindung den Vorteil, daß eine bedeutsame Differenz zwischen
der Temperatur der Flüssigkeit 3 in der Flasche 1 und der Temperatur des behandelnden Wassers ausgenützt werden kann.
Die Folge dieser beachtlichen Temperaturdifferenz ist, daß sie eine Konvektionsbewegung hervorruft, wobei sich die
Flüssigkeit in der Flasche im oberen Bereich derselben schneller abkühlt als im Bodenbereich und im Wandbereich
der Flasche schneller abkühlt als in deren Mitte. Die hierdurch hervorgerufene Konvektionsbewegung unterstützt die
Abkühlung des Flascheninhaltes und verringert die Behandlungs-
zeit, wodurch die Probleme der Wärmeübertragung, die der Natur der zu behandelnden Flüssigkeit innewohnt, vermindert
werden.
Bei einem Versuch, der mit einer Fruchtsaftflasche durchgeführt wurde, die zuvor pasteurisiert worden war, reichten
nur vier Minuten aus, um die Temperatur von 73 auf 20° herabzusetzen. Diese Zeitspanne betrug nur ein 1/7 von jener,
bei welcher die Qualität des Fruchtsaftes aufgrund der Temperaturerhöhung leiden würde.
Die beschriebene Vorrichtung ist ohne Schwierigkeit auf jede im Durchlaufbetrieb arbeitende Anlage übertragbar. Es genügt
beispielsweise, unter einem ersten Wasserbehälter 5 eine erste Reihe von Düsen 6 anzuordnen, die Wasser mit einer
bestimmten Temperatur auslassen, woran sich ein zweiter Wasserbehälter mit einer zweiten Reihe von Düsen anschließt,
die Wasser einer anderen, beispielsweise leicht tieferen oder höheren Temperatur, je nach Anwendungszweck, auslassen. Die
Anzahl der Wasserbehälter und die Anzahl der Düsenreihen ist dann selbstverständlich von der gewünschten Abkühlungs- oder
Erwärmungsdauer abhängig.
Bei einer solchen Durchlaufanlage sieht man vorteilhafterweise
vor, das vom Gitter 20 ablaufende Wasser zu rezirkulieren, d.h. der Zulaufleitung 16 wieder zuzuführen, wobei es gegebenenfalls
zuvor erwärmt oder abgekühlt wird.
Eine solche Rezirkulierungseinrichtung enthält einen Wärmetauscher
zum Erwärmen oder Kühlen des in den Behälter 5 zu rezirkulierenden Wassers, je nach Anwendungszweck.
In der vorangegangenen Beschreibung ist die Erfindung im wesentlichen unter Bezugnahme auf eine Erwärmung oder Ab-
kühlung eines flüssigen oder pastenförmigen Fluides, das in einer verschlossenen Flasche enthalten ist, erläutert
worden. Es sei jedoch betont, daß ohne jede Änderung die Erfindung auch zur Aufrechterhaltung der Temperatur der
genannten Flüssigkeit geeignet ist, die von der normalen Umgebungstemperatur abweicht, sei dies im Rahmen eines
Pasteurisierungsprozesses, wo nach der plötzlichen Erwärmung der Flüssigkeit die Aufrechterhaltung dieser
Temperatur für einige Minuten erforderlich ist, bevor die Flüssigkeit ebensoschnell wieder abgekühlt wird, oder sei
es im Rahmen eines Gelierungs- oder andersartigen Prozesses, in welchem es notwendig ist, eine Flüssigkeit abzukühlen
und diese auf einer von der Umgebungstemperatur wesentlich ab\ίeichenden Temperatur zu halten.
Auch kann, ohne von der Erfindung abzuweichen, der aus der
Düse austretende Wasserstrahl einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Die Verteilung des Wassers in einem konischen
Strahl hat jedenfalls den Vorteil, daß eine gewisse Nichtübereinstimmung der Achsen 2 und 9 von Flasche und Düse
während der Behandlung zugelassen werden kann und/oder sich die Flasche bei einer Anwendung an einer Durchlaufanlage
bewegt.
Auch können die Größe der ringförmigen, kegelstumpfförmigen Kammer und als Folge davon die Dicke des ringförmigen,
konischen Wasserstrahles 17 von dem angegebenen Wert 2 mm abweichen. Die Dicke dieses Strahles 17 ist im wesentlichen
eine Funktion des Durchmessers und der Form der die zu behandelnde Flüssigkeit einschließenden Flasche.
Diesbezüglich kann man zusätzlich eine Regeleinrichtung vorsehen, mit der die Größe der Flüssigkeitsverteilungskammer
durch eine Höhenverstellung des Einsatzes 8 gegenüber dem Mantel 7 verändert werden kann. Hierzu ist es beispielsweise
möglich, zwischen die Stifte 11 und die U-förmigen Sättel 12
Distanzstücke passender Stärke einzusetzen. Andere geeignete Mittel, wie beispielsweise ein von oben in den Behälter 5
ragender Spindeltrieb zur Verstellung des Einsatzes 8, sind ebenfalls denkbar.
Claims (12)
- Ansprüche[ 1. Verfahren zum sehr schnellen Verändern, sei es zum Erhöhen, sei es zum Erniedrigen und gegebenenfalls zum Aufrechterhalten, der vom Normalmaß abweichenden Temperatur einer eine hermetisch verschlossene Glasflasche füllenden Flüssigkeit, Paste oder cremigen Substanz durch Überleiten von Wasser mit einer von der Flasche und ihrem Inhalt stark abweichenden Temperatur über die Flasche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Flasche ein Wasserausfluß solcher Art erzeugt wird, daß sich auf der Oberfläche der Flasche ein diese vollständig einhüllender Wasserfilm ergibt und daß die Wasserabgabemenge und der Druck am Wasserausfluß so geregelt wird, daß dieser Wasserfilm auf bzw. um der Flasche permanent aufrechterhalten wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form eines Strahles mit ringförmigem Querschnitt auf die Flasche geleitet wird.MÜNCHEN: TELEFON (Οθβ) 228SSS KABELiPROPINDUS-TELEX: 994244BERLIN: TELEFON (03O) 8312088 KABELiPROPINDUS-TELEX: 1 84Ο57-Z-
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form eines ringförmigen, konisch nach unten zusammenlaufenden Strahles auf die Flasche geleitet wird.
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit niedrigem Druck zugeleitet wird, der ausreichend gering ist, den Strahl als dünnen Film über die Flasche fließen zu lassen und stark genug ist, daß der Film unter der Oberflächenspannung des Wassers nicht reißt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser nach Gebrauch gegebenenfalls unter Wiedererwärmung oder Wiederabkühlung rezirkuliert wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf des Wassers mit sehr großer Menge und mit einem schwachen Druck erfolgt, der mittels eines Wasserreservoirs von etwa 10 bis 30 cm, bevorzugt 15 bis 20 cm, Höhe erzeugt wird.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine nach unten offene Wasserauslaßdüse (6), die zur Erzeugung eines Wasserstrahles ringförmigen Querschnitts gestaltet ist und der eine Regelvorrichtung für die Aus laufmenge und den Aus laufdruck zugeordnet ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (9) der Düse (6) lotrecht verläuft.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) aus einem Mantel kegelstumpfförmiger Gestalt, der sich nach unten verjüngt, und einem konzentrisch darin angeordneten Einsatz (8) kegelstumpfförmiger Gestalt mit demselben öffnungswinkel wie der Mantel (7) besteht und zwischen Mantel (7) und Einsatz (8) einen ringförmigen Kanal (10) konisch konvergenter Gestalt aufweist, und daß der Einsatz (8) mit dem Mantel (7) an Stellen (11), die vom unteren Ende des Mantels (7) weitestmöglich entfernt sind, fest mit dem Mantel (7) verbunden ist.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Düse (6) ein Gitter (20) als Standboden für die Flasche (1) angeordnet ist, unter welchem sich eine Wasserauffangeinrichtung befindet, die Teil einer Rezirkulierungseinrichtung ist.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Wasserstrahles (17) am Ausgang der Düse (6) etwa 2 mm beträgt.
- 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Einsatzes (8) in der Höhe gegenüber dem Mantel (7) der Düse (6) zur Veränderung der Dicke des Wasserstrahles (17) am Ausgang der Düse (6) verstellbar ist.
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