ITUB20152718A1 - Apparato di sterilizzazione di contenitori - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“APPARATO DI STERILIZZAZIONE DI CONTENITORI”

La presente invenzione ha per oggetto un apparato di sterilizzazione di contenitori.

Il settore di riferimento è l'imbottigliamento di prodotti alimentari cosiddetti “sensibili”, prodotti cioè che risultano essere particolarmente sensibili alla contaminazione batteriologica e all’ossidazione, quali ad esempio bevande isotoniche, succhi, nettari, soft drinks, tè, bevande a base di latte, bevande a base di caffè, ecc., per i quali diventa fondamentale evitare, durante tutte le fasi di confezionamento, eventuali contaminazioni microbiologiche. In questo contesto, l’attenzione è focalizzata sulla decontaminazione del packaging primario con cui il prodotto viene a contatto, sia esso una bottiglia (o la sua preforma), una busta o contenitore flessibile (in inglese “pouch”), un contenitore in cartone (brick).

In particolare, la presente invenzione è rivolta al confezionamento asettico di bevande in bottiglie realizzate in materiale termoplastico (preferibilmente PET) di cui si sterilizza la preforma. La preforma sterile è successivamente soffiata in condizioni sterili, in modo da ottenere una bottiglia sterile pronta per essere riempita direttamente, senza fasi intermedie di sterilizzazione o risciacquo.

Le tecniche ad oggi note di decontaminazione dei contenitori prevedono l’impiego di agenti chimici (es. soluzioni acquose contenenti acido peracetico o perossido di idrogeno), oppure rinvio di radiazioni oppure l’uso del calore.

Gli agenti chimici comunemente impiegati sono acido peracetico e perossido d’idrogeno (acqua ossigenata). Nel corso della presente descrizione e delle allegate rivendicazioni con il termine “acqua ossigenata” o “perossido di idrogeno” si fa riferimento a una soluzione acquosa di perossido d’idrogeno, preferibilmente al 35%.

L’applicazione del perossido d’idrogeno, generalmente, avviene secondo due metodi.

Un primo metodo di sterilizzazione chimica delle pareti di un contenitore prevede le seguenti fasi:

- vaporizzare una soluzione acquosa contenente perossido di idrogeno all'interno del contenitore;

- far condensare i vapori di perossido di idrogeno sulle pareti interne del contenitore (portando le pareti stesse ad una temperatura uguale o inferiore a quella di condensazione dei vapori di perossido);

- far evaporare il condensato, ad esempio con aria calda, in modo tale da “attivare” il perossido di idrogeno precedentemente condensato;

- asciugare le pareti interne del contenitore.

Un secondo metodo di sterilizzazione chimica prevede invece di mantenere il perossido di idrogeno sempre allo stato di vapore. Il perossido di idrogeno viene vaporizzato e i vapori vengono inviati sulla superficie da sterilizzare. Avendo tale superficie una temperatura superiore a quella di condensazione dei vapori del perossido, non si verifica condensazione durante l’intero periodo della sterilizzazione. In questo caso, data la temperatura dei vapori, non è necessario attivare l’acqua ossigenata.

Entrambi i metodi prevedono una fase in cui una soluzione acquosa di acqua ossigenata viene portata dalla fase liquida alla fase gassosa, detta VHP (Vapor Hydrogen Peroxide).

Per generare il VHP è noto far gocciolare il perossido d’idrogeno liquido su una piastra calda (ad esempio riscaldata con resistenze elettriche) avente temperatura sufficiente a far evaporare il perossido d’idrogeno. All'interno del vaporizzatore a piastra è prevista l’alimentazione di un altro fluido, tipicamente aria, che funge da supporto, cioè ha il compito di veicolare i vapori di acqua ossigenata generati verso la superficie da sterilizzare. Un esempio di tale tipo di vaporizzatore è descritto nel brevetto EP2455106. Idealmente, l’apparato di vaporizzazione deve essere disposto il più vicino possibile alla zona in cui avviene la decontaminazione. Infatti, è fondamentale che il perossido d’idrogeno evapori completamente e si mantenga in fase gassosa fino al momento della sterilizzazione. La completa evaporazione del perossido d’idrogeno consente di mantenere il controllo del processo nel tempo in modo da controllare la concentrazione dello sterilizzante sulla superficie da trattare.

Nel processo occorre infatti predisporre la corretta quantità oraria di acqua ossigenata liquida da vaporizzare che dipende sia dalla concentrazione voluta in fase gassosa all’interno del fluido di supporto (legata alla performance di sterilizzazione richiesta e dipendente dal tipo di prodotto riempito) sia dalla portata del fluido di supporto (legata a quanti contenitori all’ora devono essere sterilizzati, quindi alla dimensione della macchina sterilizzatrice).

Se in qualche punto dell’impianto, fra la vaporizzazione e la sterilizzazione, i vapori di acqua ossigenata condensassero, anche in piccole quantità, diminuirebbe il valore della concentrazione dello sterilizzante e si perderebbe il controllo del processo fino ad arrivare a condizioni in cui la decontaminazione potrebbe non essere efficace.

Nel controllo del processo occorre inoltre mantenere la temperatura dei vapori di acqua ossigenata al di sopra di un valore minimo per garantire l’efficacia di sterilizzazione. Questo aspetto è di rilievo in particolare nella produzione di bevande low-acid, che richiedono performance di sterilizzazione del packaging superiori alle altre bevande.

Un requisito fondamentale nella sterilizzazione di packaging destinato al contenimento di bevande è che l’effetto sterilizzante sia maggiore/uguale al valore stabilito e si mantenga costante nel tempo.

Per ottenere questa condizione è importante, come detto sopra, che non si formi condensa e che la temperatura dei vapori sia al di sopra del valore di soglia. I due fenomeni sono correlati: riuscendo a mantenere rimpianto al di sopra della temperatura di rugiada (in inglese “dew-point”) risulta meno probabile la formazione di zone “fredde” dove i vapori possono condensare.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un apparato di sterilizzazione di contenitori che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, scopo della presente invenzione è proporre un apparato di sterilizzazione di contenitori che assicuri l'ottenimento ed il mantenimento nel tempo del grado di sterilità desiderato, senza dover aumentare la complessità strutturale e/o gli ingombri complessivi.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un apparato di sterilizzazione di contenitori comprendente: una camera di vaporizzazione avente un primo ingresso per un fluido gassoso ed almeno un secondo ingresso per un composto acquoso contenente un agente sterilizzante, la camera di vaporizzazione essendo configurata per generare una miscela formata dal fluido gassoso, da vapore acqueo ed agente sterilizzante evaporato;

un distributore rotante di fluido avente una porzione fissa ed una porzione rotante attorno ad un asse di rotazione predefinito la quale reca una pluralità di ugelli erogatori, in cui la camera di vaporizzazione è ricavata nella porzione fissa del distributore rotante ed è in comunicazione di fluido con gli ugelli erogatori cosi da inviare ad essi la miscela.

In particolare, la camera di vaporizzazione è delimitata superiormente e lateralmente da pareti della porzione fissa.

In una forma realizzativa preferita, la camera di vaporizzazione è inferiormente delimitata da una parete inferiore della porzione fissa. Tale parete inferiore è realizzata almeno parzialmente in metallo.

Sono previste anche resistenze elettriche operativamente attive sulla parete inferiore in modo tale da riscaldarla.

Preferibilmente, l’apparato di sterilizzazione comprende un dosatore associato al secondo ingresso e configurato per far gocciolare il composto acquoso sulla parete inferiore.

Preferibilmente, la parete inferiore ha un andamento conico convergente in un punto posto sull’asse di rotazione predefinito.

L’apparato di sterilizzazione comprende inoltre un sensore di livello posto nella camera di vaporizzazione in prossimità del punto di convergenza della parete inferiore (5a). Il sensore di livello è configurato per rilevare il livello di composto acquoso non evaporato presente nella camera di vaporizzazione.

Preferibilmente, il primo ingresso della camera di vaporizzazione consiste in un’apertura o foro realizzato al centro di una parete superiore della porzione fissa.

In una forma realizzativa preferita, la porzione fissa comprende un primo disco sormontato da un corpo principale cavo contenente la camera di vaporizzazione e coassiale al primo disco. A sua volta, la porzione rotante comprende un secondo disco posto sotto al primo disco e coassiale a quest’ultimo e al corpo principale cavo.

Preferibilmente, il primo disco è provvisto di una finestra arcuata la cui posizione angolare iniziale rispetto all’asse di rotazione predefinito può essere regolata variando la posizione relativa iniziale il primo disco e il secondo disco.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un apparato di sterilizzazione di contenitori, come illustrato nella figura 1 che rappresenta una vista sezionata dell’apparato di sterilizzazione di contenitori, secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, con il numero 1 è stato indicato un apparato di sterilizzazione di contenitori 100.

In particolare, i contenitori 100 sono preforme oppure bottiglie realizzate in polietilene (noto con l’acronimo PET, dall’inglese “polyethylene terephthalate”) oppure in polietilene ad alta densità (noto con l’acronimo HDPE, dall’inglese “High-density polyethylene”).

In alternativa, i contenitori 100 sono buste o contenitori flessibili, oppure contenitori in cartone.

L’apparato di sterilizzazione 1 comprende una camera di vaporizzazione 2 avente un primo ingresso 3a per un fluido gassoso (preferibilmente aria oppure vapore acqueo) ed almeno un secondo ingresso 3b per un composto acquoso contenente un agente sterilizzante.

Ad esempio, l’agente sterilizzante è perossido di idrogeno liquido. Preferibilmente, la concentrazione del perossido di idrogeno nel composto acquoso è circa 35%.

La camera di vaporizzazione 2 è configurata per generare una miscela formata dal fluido gassoso (ad esempio aria oppure vapore acqueo), dal vapore acqueo e dall’agente sterilizzante evaporato.

L’apparato di sterilizzazione 1 comprende un distributore rotante 4 di fluido avente una porzione fissa 5 ed una porzione rotante 6 attorno ad un asse di rotazione predefinito X. La porzione rotante 6 reca una pluralità di ugelli erogatori 7.

Vantaggiosamente, la camera di vaporizzazione 2 è ricavata nella porzione fissa 5 del distributore rotante 4 ed è in comunicazione di fluido con gli ugelli erogatori 7 della porzione rotante 6 cosi da inviare ad essi la miscela.

In altre parole, la camera di vaporizzazione 2 è integrata nella struttura del distributore rotante 4 di fluido.

Preferibilmente, la camera di vaporizzazione 2 è delimitata superiormente e lateralmente da pareti della porzione fissa 5 del distributore rotante 4.

Preferibilmente, il primo ingresso 3a della camera di vaporizzazione 2 consiste in un’apertura o foro realizzato al centro di una parete superiore 5b della porzione fissa 5.

Preferibilmente, la camera di vaporizzazione 2 è inferiormente delimitata da una parete inferiore 5a realizzata almeno parzialmente in metallo. Sono previste resistenze elettriche (non illustrate) operativamente attive sulla parete inferiore 5a della porzione fissa 5 per riscaldarla.

Preferibilmente, al secondo ingresso 3b della camera di vaporizzazione 2 è associato un dosatore 8 configurato per far gocciolare il composto acquoso sulla parete inferiore 5a.

In altre parole, la parete inferiore 5a funge da piastra riscaldabile fino a raggiungere una temperatura sufficiente a far evaporare l’agente sterilizzante presente nel composto acquoso.

In un’alternativa non illustrata, al posto delle resistenze elettriche, la parete inferiore 5a è sagomata per far circolare vapore realizzando di fatto uno scambiatore di calore a vapore.

Vantaggiosamente, la parete inferiore 5a della camera di vaporizzazione 2 ha un andamento conico convergente in un punto o vertice V posto sull’asse di rotazione predefinito X.

In altre parole, la parete inferiore 5a delimita un volume conico ad imbuto. Preferibilmente, la porzione fissa 5 del distributore rotante 4 comprende un primo disco 9 sormontato da un corpo principale 10 cavo contenente la camera di vaporizzazione 2. Il primo disco 9 ed il corpo principale 10 cavo sono coassiali.

Ad esempio, il corpo principale 10 cavo è sostanzialmente cilindrico e la sua base inferiore rappresenta la parete inferiore 5a della camera di vaporizzazione 2. La superficie laterale interna del corpo principale 10 cavo delimita lateralmente la camera di vaporizzazione 2. La base superiore interna del corpo prinicipale 10 cavo delimita superiormente la camera di vaporizzazione 2.

Poiché nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata la parete inferiore 5a ha un andamento conico, ne discende che il corpo principale 10 cavo è inferiormente sagomato ad imbuto.

Come visibile in figura 1, il corpo principale 10 cavo ed il primo disco 9 sono coassiali; il loro asse è rappresentato dall’asse di rotazione predefinito X.

La porzione rotante 6 comprende almeno un secondo disco 11 coassiale al primo disco 9 e posto al di sotto e a contatto con quest’ultimo.

Preferibilmente, il primo disco 9 è provvisto di una finestra arcuata (o asola), cioè un’apertura passante da una base all’altra del primo disco 9. In particolare, la finestra arcuata si sviluppa per un arco angolare inferiore a 340°.

Preferibilmente, la posizione relativa iniziale tra il primo disco 9 ed il secondo disco 11 può essere regolata per variare la posizione angolare iniziale della finestra arcuata rispetto all’asse di rotazione predefinito X. Per posizione angolare iniziale si intende la posizione assunta dalla finestra arcuata rispetto all’asse di rotazione predefinito X prima che il distributore rotante 4 di fluido inizi a funzionare.

Un esempio di distributore rotante con regolazione della posizione angolare iniziale della finestra arcuata è descritto nel brevetto EP2614031 a nome della Richiedente, qui incorporato per riferimento.

Preferibilmente, l’apparato di sterilizzazione 1 comprende un sensore di livello 13 operativamente attivo sulla camera di vaporizzazione 2 per rilevare il livello di composto acquoso non evaporato. Vantaggiosamente, il sensore di livello 13 è posto nella camera di vaporizzazione 2 in corrispondenza del punto di convergenza V della parete inferiore 5a.

Il sensore di livello 13 è di tipologia nota e non sarà pertanto ulteriormente descritto.

Il funzionamento dell’apparato di sterilizzazione di contenitori, secondo la presente invenzione, è descritto nel seguito.

L’aria (o un altro fluido gassoso) viene immessa centralmente nella camera di vaporizzazione 2 attraverso il primo ingresso 3a. L’aria funge da “carrier”, cioè da supporto per veicolare il composto gassoso che si genera dalla vaporizzazione del composto acquoso iniettato e fatto gocciolare nella camera di vaporizzazione 2 attraverso il dosatore 8. Nella forma realizzativa illustrata in figura 1 sono visibili due dosatori 8 (in totale sono quattro) che iniettano microgocce di composto acquoso contenente l’agente sterilizzante.

Riscaldando la parete inferiore 5a, che funge da piastra, il composto acquoso evapora e si ottiene cosi la miscela di aria, vapore acqueo ed agente sterilizzante evaporato.

Tale miscela viene inviata agli ugelli 7 che la erogano verso i contenitori 100 da sterilizzare.

La concentrazione dello sterilizzante nella miscela gassosa viene mantenuta entro un intervallo desiderato attraverso un controllo retroazionato (non illustrato).

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche dell’apparato di sterilizzazione di contenitori, secondo la presente invenzione, cosi come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, ricavando la camera di vaporizzazione all’interno della porzione fissa del distributore rotante di fluido, di fatto si è realizzato un distributore rotante che funge anche da vaporizzatore, ottenendo quindi un apparato di sterilizzazione compatto che produce ed eroga i vapori di sterilizzante. Tale compattezza, oltre che sugli ingombri, incide anche sul controllo del processo in quanto lo sterilizzante evaporato viene immediatamente inviato agli ugelli erogatori senza percorrere tratti “morti” in cui rischierebbe di ricondensare parzialmente.

Inoltre, la conformazione conica della piastra riscaldante determina un drenaggio dei residui liquidi di sterilizzante verso il punto di convergenza, in cui si raccolgono ed in cui è posto il sensore di livello che contribuisce a controllare l’efficienza del processo di vaporizzazione.

All’efficienza contribuisce anche l’immissione del fluido gassoso (aria) centralmente alla camera di vaporizzazione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di sterilizzazione (1) di contenitori (100) comprendente: una camera di vaporizzazione (2) avente un primo ingresso (3a) per un fluido gassoso ed almeno un secondo ingresso (3b) per un composto acquoso contenente un agente sterilizzante, detta camera di vaporizzazione (2) essendo configurata per generare una miscela formata dal fluido gassoso, da vapore acqueo ed agente sterilizzante evaporato; un distributore rotante (4) di fluido avente una porzione fissa (5) ed una porzione rotante (6) attorno ad un asse di rotazione predefinito (X) la quale reca una pluralità di ugelli erogatori (7), detta camera di vaporizzazione (2) essendo ricavata nella porzione fissa (5) di detto distributore rotante (4) ed è in comunicazione di fluido con detti ugelli erogatori (7) così da inviare ad essi detta miscela.
2. 2. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta camera di vaporizzazione (2) è delimitata superiormente e lateralmente da pareti di detta porzione fissa (5).
3. 3. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detta camera di vaporizzazione (2) è inferiormente delimitata da una parete inferiore (5a) di detta porzione fissa (5), detta parete inferiore (5a) essendo realizzata almeno parzialmente in metallo.
4. 4. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre resistenze elettriche operativamente attive su detta parete inferiore (5a) in modo tale da riscaldarla.
5. 5. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 4, comprendente un dosatore (8) associato a detto almeno un secondo ingresso (3b) e configurato per far gocciolare il composto acquoso su detta parete inferiore (5a).
6. 6. Apparato di sterilizzazione (1) secondo le rivendicazioni da 3 a 5, in cui detta parete inferiore (5a) ha un andamento conico convergente in un punto (V) posto sull’asse di rotazione predefinito (X).
7. 7. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre un sensore di livello (13) posto in detta camera di vaporizzazione (2) in prossimità del punto (V) di convergenza di detta parete inferiore (5a), detto sensore di livello (13) essendo configurato per rilevare il livello di composto acquoso non evaporato presente in detta camera di vaporizzazione (2).
8. 8. Apparato di sterilizzazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo ingresso (3a) consiste in un’apertura o foro realizzato al centro di una parete superiore (5b) di detta porzione fissa (5).
9. 9. Apparato di sterilizzazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta porzione fissa (5) comprende un primo disco (9) sormontato da un corpo principale (10) cavo contenente detta camera di vaporizzazione (2) e coassiale a detto primo disco (9), detta porzione rotante (6) comprendendo un secondo disco (11) posto inferiormente a detto primo disco (9) e coassiale a quest’ultimo e a detto corpo principale (10) cavo.
10. 10. Apparato di sterilizzazione (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detto primo disco (9) è provvisto di una finestra arcuata, detto apparato di sterilizzazione (1) comprendendo inoltre mezzi per modificare la posizione relativa iniziale tra detto primo disco (9) e detto secondo disco (11) in modo tale da variare la posizione angolare iniziale di detta finestra arcuata rispetto all’asse di rotazione predefinito (X).