JP4733892B2 - 包装容器の滅菌方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は包装容器の滅菌方法並びにこのために適切な装置に関するものである。
【０００２】
Ｈ₂Ｏ₂−蒸気混合物が二成分ノズルおよび加熱室並びに配管を介して滅菌室内に導入されるこのような方法が既知である（ドイツ特許公開第３９００４４８号）。プラスチックからなる円錐形カップの形の処理すべき包装容器は滅菌室内を通過移動され、このときに加熱されたＨ₂Ｏ₂−蒸気混合物により拡散噴射される。さらに、滅菌室内に高温空気が吹き込まれ、高温空気はＨ₂Ｏ₂を化学的に分解することになる。それに続いて、滅菌剤ないし混合物の残留物が滅菌室から吸引される。
【０００３】
この既知の方法はきわめて複雑な過程を有し且つそれに対応して実行が複雑である。Ｈ₂Ｏ₂−蒸気混合物が滅菌室内に一定方向ではなく拡散して導入されるので、この方法は口部開口が比較的大きい包装容器に対してのみ適切であり、例えば飲料工業においてその使用が増加してきているプラスチック製飲料用びんのような小さな口部を有する包装容器に対しては適切ではない。
【０００４】
特にペット・ボトルを滅菌するのに適した方法もまた既知であり、この方法においては、圧縮空気を供給する管内に噴霧ノズルにより連続的に濃度が０．１−１．５％の過酢酸が噴霧注入される（ドイツ特許公開第１９８０８３１８号）。このようにして形成されたエーロゾルはそれに続いて熱交換器内で加熱され、最終的に配管および一成分ノズルを介して、頭部を下に向けて立っているペット・ボトル内に注入される。作用させたのち、滅菌剤はペット・ボトルに脱塩水を噴出することにより除去される。
【０００５】
この既知の方法により確かに首部の狭い包装容器を滅菌することが可能であるが、これを実行するためには高い設備費を必要とする。この方法もまた、避けられない運転休止において問題があり、運転休止の間に、加熱されたエーロゾルはノズルまでの長い配管内で凝縮することがある。この結果、休止後には異常なく滅菌された包装容器を得ることができない。
【０００６】
比較的小さい口部開口を有する包装容器でも、それにより確実に滅菌可能な、簡単に実行可能であり且つ運転が確実な包装容器の滅菌方法を提供することが本発明の課題である。さらに、この方法を実行するための、コスト的に有利に構成された装置が提供されるべきである。
【０００７】
この課題は、本発明の方法及び装置により解決される。
本発明による方法においては、噴霧ないし蒸発のみならず液状殺菌剤の加熱もまた、水蒸気による混合のみにより行われる。この場合、加熱は水蒸気の温度および量の選択により容易に行うことができる。このときに行われる殺菌剤の「希釈」は、同時に混合ノズルに供給される殺菌剤の出口濃度をそれに対応して上昇させることにより容易に調節することができるので、特に室温を有する包装容器において凝縮した混合物は希望の濃度を有している。
【０００８】
殺菌剤−水蒸気混合物が混合ノズルから包装容器へ直接噴霧されるので、その中で混合物が凝縮することがある加熱室、配管等は必要ではない。したがって、混合ノズルの周期的作動が可能であり、且つ長期間の運転休止もまた不利な影響を与えることはない。混合ノズルおよびそれから得られる噴霧状混合物の噴流形状を適切に形成することにより、狭い口部開口のみならず面の広い包装容器の外壁にも混合物を吹付け、ないしは噴霧させることができる。さらに、包装容器に噴射される混合物の正確な計量、したがって特にむだのない消費が可能である。
【０００９】
以下に本発明の一実施態様を図面により説明する。
図１ないし５に示した装置は、以後簡単にびん１と呼ばれる飲料用ペット・ボトルの形の包装容器を滅菌するために使用される。装置は本質的に、注入機５、洗浄機（すすぎ機）６および両方の機械を結合するベルトコンベヤ７を含む。滅菌すべきびん１は供給コンベヤ８により直立姿勢で装置に供給され、滅菌されたびん１は排出コンベヤ９により直立姿勢で装置から排出される。
【００１０】
注入機５は固定ハウジング１０を有し、ハウジング１０上に回転テーブル１１が垂直回転軸１２により支持されている。回転テーブル１１の周囲に、欧州特許第７２１８０８号に記載のように、複数の弾性掴みばさみ１３が均等に配置され且つ剛に固定されている。この掴みばさみ１３は、びん１を、直立位置で且つ口部を上方に向けて首部カラーの下側を固定保持し、一方、びん１は回転テーブル１１と共に円弧軌道上を円運動する。直立姿勢のびん１の掴みばさみ１３への供給およびそれからの排出は、前記欧州特許第７２１８０８号に詳細に記載されているように、ピッチ形成スクリュー１４、搬入星形車１５、搬出星形車１６および案内アーチ１７により行われる。しかしながら、びんの１８０°揺動は行われない。びんはハッチングで示した処理領域内では直立正常位置のまま処理される。
【００１１】
さらに、注入機５の回転テーブル１１上に、以後略して混合ノズル２と呼ばれる、約２０°の噴射角を有する多数の二成分噴霧ノズルが固定結合されている。正確にいうと、各掴みばさみ１３の上方に、掴みばさみ１３により保持されたびん１と同芯にそれぞれ、垂直方向下方に向けられ且つびん１の口部開口に対して僅かな間隔（約２ｃｍ）を有して、混合ノズル２が配置されている。
【００１２】
各混合ノズル２の第１の通路１８は、第１の制御弁２０と、回転軸１２に同軸に配置されている回転分配装置２７とを経由して、第１の配管２２を介して定置の水蒸気発生器装置２４と結合されている。水蒸気発生装置２４は２バールの過圧および１２０℃の温度で水蒸気を供給する。各混合ノズル２の第２の通路１９は、第２の制御弁２１並びに回転分配装置２７およびポンプ２５を経由して、第２の配管２３を介して、室温を有する殺菌剤３のための定置の貯蔵容器と結合されている。殺菌剤３は、４％の殺菌剤濃度並びに湿潤性を改善するための０．０４％の界面活性剤を有する水溶液からなっている。この液状殺菌剤はポンプ２５により２バールの過圧で混合ノズル２に供給される。殺菌剤は殺菌成分として４００ｐｐｍのＨ₂Ｏ₂および２５００ｐｐｍの過酢酸を含む。
【００１３】
注入機５の上記の装置を用いて、びん１の内部に、液状殺菌剤３および水蒸気４からなる噴霧混合物が吹き込まれる。びん１の表面も滅菌するために、搬入星形車１５に続いて、複数の混合ノズル２ａが位置固定に且つびん１の運動軌道に対して横側に僅かな間隔を有して配置されている。この混合ノズル２ａは、ここでは必要がない回転分配装置２７は別として、回転テーブルと共に円運動をする混合ノズル２と同様に、配管２３および制御弁２１を介して貯蔵タンク２６と結合され、且つ水平方向に向けられている。さらに、混合ノズル２ａは配管３８を介して無菌圧縮空気源と結合されている。
【００１４】
図１および５に示す洗浄機６は図１ないし４に示す注入機５と部分的に類似の構造を有している。したがって、一致する部分には同じ符号および添え字“ａ”が付けられている。ここで、欧州特許第７２１８０８号に詳細に記載のように、弾性掴みばさみ１３ａはカム制御２９により水平揺動軸２８の周りに揺動可能である。したがって、びん１は、回転テーブル１１と共に行われるその円運動の大部分において頭部を下に向けて立ち、即ちその口部開口を下方に向けている。これに対して、搬入星形車１５ａおよび搬出星形車１６ａの領域においては、びん１はその直立正常位置を有している。
【００１５】
洗浄機６内におけるびん１の処理は、回転テーブル１１ａ上に配置された、掴みばさみ１３ａに付属のノズル３０により行われ、ノズル３０はびん１内に多少入り込むことが可能である。各ノズル３０はそれぞれ１つずつの制御弁３１、３２、３３を介して合計３つの通路３４、３５、３６と接続され、３つの通路３４、３５、３６は異なる洗浄媒体を含む。この場合、これらは、無菌空気、無菌水および液状殺菌剤３、好ましくは貯蔵タンク２６内のものと同じ液状殺菌剤である。ノズル３０は１つまたは複数の管ノズルとして形成されているので、場合により同時に異なる洗浄媒体がびん１内に注入されてもよい。
【００１６】
ベルトコンベヤ７は、注入機５の搬出星形車１６を、洗浄機６の搬入スクリュー１４ａおよび搬入星形車１５ａと結合する。その長さは、装置の呼称処理能力において、びん内に注入された殺菌剤−水蒸気噴霧に対する希望の作用時間が得られるように決定されている。正常運転においては、注入機５、ベルトコンベヤ７および洗浄機６は、図示されていない駆動機構により相互に同期して駆動されるので、供給コンベヤ８から排出コンベヤ９まで、乱れのないびんの連続搬送が得られる。装置全体は一点鎖線で示した室３７内に配置され、室３７にはクラス１００の無菌空気が供給されている。したがって、滅菌されたびん１の再汚染は防止される。
【００１７】
上記の装置により、以下に記載の滅菌方法を説明する。
図示されていない延伸ブロー成形機から直立姿勢で供給された新しいびん１は供給コンベヤ８により供給され、搬入スクリュー１４によりびん１のピッチが形成され、および搬入星形車１５によりびん１は注入機５の掴み装置１３に引き渡される。びん１はこのとき掴みばさみ１３に付属の混合ノズル２の下側でそれと同芯に図２および３に示す位置に存在し、混合ノズル２はびんの口部から２−３ｃｍの間隔を有している。ここで、混合ノズル２の両方の制御弁２０および２１が同期して１．５秒間開かれる。この場合、混合ノズル２に、同時に、貯蔵容器２６から上記の組成を有する液状殺菌剤３が室温および２バールの過圧で、並びに蒸気発生装置２４から２バールの過圧および１２１°の温度を有する水蒸気が別々に供給される。混合ノズル２の通路１８、１９からの出口において両方の成分が激しく混合され、この場合、約６０−８０℃の温度および約２０°の開き角を有する十分なエネルギーをもつ混合物噴流が形成される。混合物噴流は本質的に微細に噴霧された殺菌剤、水蒸気および場合により蒸発された殺菌剤および水滴を含む。触媒のように作用する温度上昇ないし熱供給により、殺菌剤３は最適に活性化される。
【００１８】
混合ノズル２は、混合ノズル２により発生された混合物噴流が本質的に垂直方向下方に口部開口を通過してびん１の内部に入り込み且つびん１を完全に充満するように配置され且つ形成されている。びん１は室温を有しているにすぎないので、混合物の大部分は直ちにきわめて微細な小滴の形でびんの内壁面上を下降し且つ殺菌作用の高い閉じた凝縮液膜を形成する。ここで、噴霧注入された混合物の熱容量は全体としてきわめて小さいので、びんは約４５℃に上昇する。
【００１９】
さらに、上記の過程により、びん１内に最初に含まれていた周辺空気の大部分がびんの内部空間から排出される。１．５秒の噴霧時間が終了したとき、両方の制御弁２０、２１が同期して閉じられる。上記の１．５秒の噴霧時間は、図１ににおいて交差線でハッチングされた回転テーブル１１の円運動領域を要求する。ここで、５秒の作用時間がそれに続き、この作用時間は、回転テーブル１１の単線でハッチングされた領域により示されている。この場合、びんの内壁面上に噴霧された殺菌剤３は激しく殺菌作用をする。びん口部の外部領域もまた溢れた混合物により同時に処理される。
【００２０】
回転テーブル１１と共に行われるびん１の円運動領域の最終段階において、再び同様に、１．５秒間続く同じ混合ノズル２による殺菌剤−水蒸気混合物の噴霧注入が行われる。この場合、びんの内部は約５８℃に加熱される。したがって、ペット・ボトルの約６５℃の限界温度にはまだ到達していない。その後にびん１は搬出星形車１６および案内アーチ１７により捕獲され、且つベルトコンベヤ１７上に置かれる。ベルトコンベヤ７の長さの関数としての作用時間がそれに続き、この作用時間は、びんのタイプ、希望の滅菌効果および使用される殺菌剤に応じてそれぞれ異なってもよく、５−１０秒の範囲であることが好ましい。
【００２１】
びん内部の混合ノズル２による直接噴射およびその正確な時間制御に基づき、噴射される殺菌剤３および水蒸気４の正確な計量が可能である。したがって、例えば１．５リットル・ペット・ボトルの殺菌の場合、上記のパラメータおよび対応寸法の混合ノズル２を用いて、びん１内への１．５秒間の噴霧注入過程の間に、それぞれ３．４ミリリットルの殺菌剤３および１．４ｇの水蒸気４が噴射される。１時間当たり１９，０００本のびんの処理能力の場合、１時間当たり１２９．２リットルの殺菌剤３および５３．２ｋｇの蒸気４が消費される。達成された殺菌率は、使用される試験菌に応じてそれぞれ９９．９９％−９９．９９９％の範囲内である。これはペット・ボトル内への飲料の無菌充填におけるあらゆる要求を満たしている。
【００２２】
このために、場合により、回転テーブル１１の搬入領域内でノズル２ａによりびん１の外部滅菌のために、さらに１時間当たり約３３リットルの殺菌剤３が消費され、必要な場合には、この殺菌剤３によりびんの外側に付着している菌によるびん内部の再汚染が確実に防止される。
【００２３】
ベルトコンベヤ７の端部において、内外面に殺菌剤の膜を有するびん１は搬入スクリュー１４ａによりそのピッチが形成され、且つ搬入星形車１５ａにより直立正常位置で洗浄機６の掴みばさみ１３ａに引き渡される。それに続いて、掴みばさみ１３ａは回転テーブル１１ａの回転の間に制御装置２９により１８０°揺動され、これによりびん１は最終的にその口部を垂直方向下方に向けることになる。この場合、ノズル３０が数ミリメートルだけびんの口部内に入り込む（図５）。ここで、制御弁３１、３２、３３の対応操作により、液状殺菌剤がびん内に短時間噴霧注入され（交差線ハッチング領域）、および次にびん１は無菌水および無菌空気により交互に洗浄され（単線ハッチング領域）、これにより殺菌剤の最後の残留物までも実際に完全にびん１から排出されている。その後にびん１はその正常位置に揺動により戻され、搬送星形車１６ａにより引き取られ、および排出コンベヤ９上に直立正常位置で置かれる。これから、びん１は図示されていない無菌充填ふた締め機に搬送され、しかも室３７内に形成されるようなほぼ無菌または完全に無菌な雰囲気内で搬送される。
【００２４】
ベルトコンベヤ７の代わりに、びん１は、１つまたは複数の搬送星形車により正しいピッチで搬送されてもよい。このブロック構造により、注入機５および洗浄機６を僅かな所要空間内に相互に直接隣接して配置することができる。びん１を洗浄機の搬出星形車から直接充填ふた締め機の搬入星形車に引き渡すこともまた可能である。この構造方式においてもまた、搬送星形車の対応寸法決定により、希望の処理時間ないし作用時間を達成することができる。特に滅菌要求が低い場合には、混合ノズル２を、洗浄機６の搬入星形車１５ａと共に回転する回転テーブル上に設けることもまた考えられ、この場合、作用時間は回転テーブル１１ａの領域内に移動されることになる。あらゆる場合において、混合ノズル２から噴出する殺菌剤−水蒸気混合物のびん１への直接噴射により、むだのない、確実且つ再現可能な滅菌処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は包装容器の滅菌装置の略平面図を示す。
【図２】 図２は図１の線ＡＢによる拡大断面図を示す。
【図３】 図３は詳細部Ｘの拡大図を示す。
【図４】 図４は図１の線ＣＤによる拡大断面図を示す。
【図５】 図５は図１の線ＥＦによる拡大断面図を示す。

Claims (19)

1. ノズルを用いて加熱された殺菌剤−蒸気混合物が発生され、包装容器に供給され、および滅菌すべき表面に作用したのちに再び排出される包装容器の滅菌方法において、
   混合ノズルに、液状殺菌剤および水蒸気が同時に別々に供給されることと、
   混合ノズルにより、噴霧および／または蒸発された殺菌剤と水蒸気とからなる混合物が形成されることと、
   混合ノズルを離れた混合物噴流が直接包装容器に向けられることと、
   を特徴とする包装容器の滅菌方法。
2. 液状殺菌剤と水蒸気との間の重量比による混合比が約２：１であることを特徴とする請求項１の方法。
3. 混合ノズルに供給される水蒸気が約２バールの圧力および約１２１℃の温度を有することを特徴とする請求項１または２の方法。
4. 混合ノズルに供給される殺菌剤が室温を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの方法。
5. 混合ノズルから噴出する混合物噴流が包装容器に噴射される前においては、包装容器が室温を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの方法。
6. 混合ノズルに供給される殺菌剤が、Ｈ_２Ｏ_２ 及び過酢酸を含む水溶液であり、場合により界面活性剤を更に含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの方法。
7. 包装容器１個当たりの混合ノズルの噴霧時間が１ないし２秒であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの方法。
8. 包装容器上で凝縮された殺菌剤−蒸気噴霧の作用時間が約５ないし１０秒であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの方法。
9. 包装容器上で凝縮した前記混合物の凝縮液が排出される前に、前記液状殺菌剤による包装容器の洗浄が行われることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの方法。
10. びんおよびそれに付属の混合ノズルは、殺菌剤−水蒸気混合物の吹込みの間は、相互に相対的に静止していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの方法。
11. びんおよび付属の混合ノズルは、殺菌剤−水蒸気混合物の吹込みの間は、共に連続的に搬送移動されることを特徴とする請求項１の方法。
12. 混合物噴流が直接混合ノズルから包装容器の内部に吹き込まれ、好ましくはその口部開口を介して吹き込まれることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかの方法。
13. 滅菌すべき容器のためのコンベヤおよび少なくとも１つのノズルを備えた、請求項１に記載の方法を実行するための装置において、
    少なくとも１つの混合ノズル（２）が、コンベヤ（１１）により搬送される包装容器（１）に直接向けられていることと、および
    混合ノズル（２）が、同時に開いている制御弁（２０、２１）を介して、水蒸気発生装置（２４）および液状殺菌剤（３）のための貯蔵容器（２６）と結合されていることと、を特徴とする請求項１に記載の方法を実行するための装置。
14. 混合ノズル（２）が二成分噴霧ノズルとして形成されていることを特徴とする請求項１３の装置。
15. 混合ノズル（２）が包装容器（１）の口部開口に向けられていることを特徴とする請求項１３または１４の装置。
16. コンベヤ（１１）が包装容器（１）を直立位置で且つ水平方向に搬送し、および混合ノズル（２）が垂直方向下方に包装容器（１）に向けられていることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれかの装置。
17. コンベヤ（１１）は連続的に駆動可能であることと、および
    コンベヤ（１１）と共に運動する複数の混合ノズル（２）が設けられていることと、
    を特徴とする請求項１６の装置。
18. コンベヤ（１１）がロータとして形成され、ロータはその周囲に包装容器（１）のための複数の保持装置（１３）を支持していることと、
    および
    コンベヤ（１１）上に複数の混合ノズル（２）が配置され、少なくともその１つが各保持装置（１３）の上方に配置されていることと、
    を特徴とする請求項１７の装置。
19. 各混合ノズル（２）に付属の制御弁（２０、２１）がコンベヤ（１１）上に配置され、および回転分配装置（２７）を経由し、並びに配管（２２、２３）を介して、水蒸気発生装置（２４）および貯蔵容器（２６）と結合されていることを特徴とする請求項１８の装置。

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