DE3306545C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die CH-PS 2 46 089 bekannt. Hier ist ein trichterförmiger Ringkörper gezeigt, der sich über den Flaschenhals einer Flasche stülpen läßt, wobei er mit seinem unteren engeren Rand auf einer Erweiterung des Flaschenhalses ringförmig aufliegt. Der untere Rand des Ringkörpers ist gezackt ausgebildet, so daß zwischen dem an der Flaschenhalserweiterung eng anliegenden unteren Rand und der Flasche eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden kleinen Öffnungen gebildet ist. Der Ring­ körper wird mit seinem weiteren, vom Flaschenhals abstehenden oberen Öffnungsrand an eine Wasserleitung angeschlossen und die in den Ringkörper abgegebene Wassermenge wird so eingestellt, daß sich zwischen ihm und dem Flaschenhals eine statische Wasser­ höhe "h" einstellen kann. Diese statische Wasserhöhe sorgt dafür, daß Wasser unter einem bestimmten gleichbleibenden Druck aus den Öffnungen am unteren Rand des Ringkörpers herausfließen kann, wobei sich unmittelbar unter dem Rand die zahlreichen kleinen Wasserläufe auf der Außenfläche der Flaschenwandung zu einem geschlossenen Wasserfilm vereinigen, der über die Außenfläche der Flasche nach unten abläuft, um eine rasche und gleichmäßige Ab­ kühlung der Flasche zu erreichen.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung zum Kühlen oder Erwärmen von Flaschen, daß die Flaschen nicht vollständig von einem fließenden Wasserfilm überzogen sind. So besteht bei der bekannten Vorrichtung keine Möglichkeit, auch das obere Ende des Flaschenhalses einschließlich des Flaschenverschlusses mit in den geschlossenen Wasserfilm einzuschließen. Auch werden die Böden der Flaschen nicht von dem Wasserfilm überzogen.

Bei schockartigen Abkühlungen oder Erwärmungen von Flüssig­ keiten innerhalb einer Glasflasche muß aber die gesamte Ober­ fläche der Flasche einschließlich dem oberen Halsende mit dem Flaschenverschluß und dem Flaschenboden von einem ge­ schlossenen Wasserfilm überzogen sein, der in einer aus­ reichenden Schichtdicke stetig nach unten abfließt. Dieser die gesamte Oberfläche der Flasche lückenlos umschließende Wasserfilm soll im wesentlichen die gleiche Wirkung wie das Untertauchen einer Flasche in eine Flüssigkeit haben.

Mit der Vorrichtung ist zwar bereits auf einfache Weise eine gewisse Abkühlung oder Erwärmung z. B. von Babyflaschen möglich, eine schockartige Abkühlung oder Erwärmung einer Glasflasche läßt sich mit der bekannten Vorrichtung jedoch nicht erreichen.

Auch die Vorrichtung nach der CH-PS 1 27 366 bietet hierzu keine Anregungen. Hier ist der in der CH-PS 2 46 089 offenbarte Ge­ danke zur Kühlung von Flaschen lediglich auf eine Kühlein­ richtung übertragen, bei der mit dem trichterartigen Ring­ körper ein Flüssigkeitsfilm nicht auf Außenflächen von Flaschen, sondern auf Innenwände von Rohren aufgebracht wird.

Durch die DE-PS 9 22 639 ist noch ein Flüssigkeitsverteiler bekannt, der zur Berieselung von Kolonnen, Türmen usw. in einem einzigen Düsenkörper mit mehreren Einsätzen zwei oder mehrere axial übereinanderliegende Flüssigkeitszerstäuber­ kegel aufweist. Die Streuwinkel der einzelnen Sprühkegel können unterschiedlich gewählt sein, um dadurch eine gleich­ mäßige Beaufschlagung einer zu berieselnden Fläche zu er­ reichen und der Abstand des Flüssigkeitsverteilers von der zu berieselnden Fläche kann klein gehalten werden. Dabei können auch zwei oder mehrere parallel übereinanderliegende Flächen unabhängig voneinander gleichmäßig berieselt werden. Eine schockartige Erhöhung oder Erniedrigung oder eine genaue Aufrechterhaltung der Temperatur einer Substanz in einer Flasche ist aber auch mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine schockartige Abkühlung oder Erwärmung von Substanzen oder die Aufrecht­ erhaltung der Temperatur dieser Substanzen innerhalb einer verschlossenen Glasflasche erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtung nach dem Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß eine schockartig abzukühlende oder zu erwärmende oder auf ihrer Temperatur zu haltende Flasche so unter einen ring­ förmigen konischen Wasserstrom gestellt werden kann, der aus einer Ringdüse frei austritt, daß die gesamte aufrecht stehende Flasche einschließlich ihrer Verschlußkappe von einem einheitlich zusammenhängenden Wasserfilm vollkommen überzogen wird, der sich erst unterhalb der Flasche zu einem auch den Flaschenboden mit einhüllenden Ablaufstrom zusammen­ schließt.

Hierzu bedurfte es der nicht naheliegenden Erkenntnis, daß sich eine Ringdüse so ausbilden läßt, daß sie einen konver­ gierenden ringförmigen Wasserstrahl abgibt, unter den die aufrecht stehende Flasche gestellt werden kann, wobei das obere Ende der Flasche also einen gewissen Abstand von dem Düsenaustritt der Ringdüse aufweist. Wenn dann die Flasche in der richtigen Position unter dem aus der Ringdüse frei ausströmenden Wasserstrahl auf einem feinmaschigen Sieb steht, das einen Wasserabfluß abdeckt, läßt sich erreichen, daß der Flaschenverschluß von dem Wasserstrahl vollständig eingehüllt wird und ein dünner zusammenhängender Film über die gesamte Außenfläche der Flasche abläuft.

Dabei bietet die erfindungsgemäße Lösung die einfache Mög­ lichkeit, im Fließbandverfahren Flaschen unter eine oder mehrere Ringdüsen zu bewegen, die den jeweiligen Gegeben­ heiten leicht angepaßt werden können. So läßt sich die Ringdüse so gestalten, daß mit einfachen Mitteln ihre Spaltweite leicht geändert werden kann.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher er­ läutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung im Betrieb, und

Fig. 2 einen Schnitt längs der II-II durch die Düse in Fig. 1.

In den Zeichnungen erkennt man eine Flasche 1 aus Glas, 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 abge­ kühlt oder rasch erwärmt oder rasch erwärmt und anschließend einige Minuten bei der erhöhten Temperatur zum Zwecke der Pasteurisierung gehalten und anschließend ebenso schnell 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 entsprechend gewählt oder verändert werden.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Behälter 5, der sich nach unten in einer oder mehreren Düsen 6 fortsetzt, wobei die Zahl der Düsen 6 der Zahl der Flaschen 1 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 Bereich 7 a des Mantels 7 ist kegel­ stumpfförmig gestaltet und verengt sich nach unten. Der kegel­ stumpfförmige Bereich 7 a kann sich gegebenenfalls nach oben gegen den Behälter 5 hin in einem zylindrischen Bereich 7 b verlängern.

Der Einsatz 8 weist eine an den Mantel 7 angepaßte Gestalt auf, d. h. er ist im unteren Bereich 8 a konisch und in einem sich oben gegebenenfalls anschließenden Bereich 8 b zylindrisch.

Die konischen Bereiche 7 a und 8 a von Mantel 7 und Einsatz 8 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 kegelstumpf­ förmiger Gestalt gebildet wird. Die Dicke, d. h. der Wandab­ stand zwischen Einsatz 8 und Mantel 7, beträgt ungefähr 2 mm.

Im Falle, daß sich die kegelstumpfförmigen Bereiche 7 a und 8 a nach oben in zylindrischen Bereichen 7 b und 8 b fortsetzen, ist dort zwischen ihnen ein ringförmiger 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 6 möglichst weit entfernt sind, drei Be­ festigungspunkte 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 8 und Mantel 7 ausgebildeten Wasserkanals entspricht, so daß die drei Stifte den Einsatz 8 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 ge­ eignete Druck ergeben, die notwendig sind, um einen die Ober­ fläche 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.

Der Wasserdruck im Behälter soll klein bleiben, damit der aus der Düse 6 austretende Wasserstrom dünnschichtig ist, gleichzeitig aber ausreichend ist, um zu verhindern, daß die Oberflächen­ spannung des Wassers den Wasserfilm aufreißt.

Es ist weiterhin wichtig, daß der Wasserstrom kohärent auf der Flasche 1 verteilt wird, um größere Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten Bereichen der Flasche 1 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 Wasser­ strom 17 gestellt, der aus jeder Düse 6 austritt, wobei die Schraubkappe 4 exakt von diesem Wasserstrom 17 eingehüllt wird. In diesem Zustand trifft das Wasser auf den oberen Rand der Kappe, überschwemmt auch deren Stirnseite, weil sich das Innere des konischen Wasserstrahls 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 1 bis zu deren Boden, so daß die Flasche 1 ständig während des gesamten Vorganges von einem vollkommen geschlossenen Wasserfilm ein­ gehüllt ist, wodurch alle Stellen der Flasche 1 auf gleicher Temperatur gehalten werden, wie es der Fall ist, wenn man die Flasche 1 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 1 sich schließen kann, von wo aus er als Ablaufstrom 19 abfließt.

Außer der Tatsache, daß die Flasche 1 ständig vollkommen von einem zusammenhängenden Film 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 1 im oberen Bereich derselben schneller abkühlt als im Bodenbereich und im Wandbereich der Flasche 1 schneller abkühlt als in deren Mitte. Die hier­ durch 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 durchge­ führt 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 Schwierigkeiten auf jede im Durchlaufbetrieb arbeitende Anlage übertragbar. Es genügt beispielsweise, unter einem ersten Behälter 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. dem Wasserzulauf 16 wieder zuzuführen, wobei es ge­ gebenenfalls zuvor erwärmt oder abgekühlt wird.

Eine solche Rezirkulierungseinrichtung enthält einen Wärme­ tauscher 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 1 enthalten ist, erläutert worden. Es sei jedoch betont, daß ohne jede Änderung die Vorrichtung 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 Er­ wärmung der Flüssigkeit die Aufrechterhaltung dieser Temperatur für einige Minuten erforderlich ist, bevor die Flüssigkeit ebenso schnell 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 abweichenden Temperatur zu halten.

Auch kann 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 Nicht­ übereinstimmung der Achsen 2 und 9 von Flasche 1 und Düse 6 während der Behandlung zugelassen werden kann und/oder sich die Flasche 1 bei einer Anwendung an einer Durchlaufanlage bewegt.

Auch können die Größe der ringförmigen, kegelstumpfförmigen Kammer und als Folge davon die Dicke des ringförmigen, konischen Waserstromes 17 von dem angegebenen Wert 2 mm abweichen. Die Dicke dieses Strahles ist im wesentlichen eine Funktion des Durchmessers und der Form der die zu be­ handelnde Flüssigkeit einschließenden Flasche 1.

Diesbezüglich kann man zusätzlich eine Regeleinrichtung vor­ sehen, 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 (6)

1. Vorrichtung zur weitgehend schnellen, schockartigen Erhöhung oder Erniedrigung oder zum Aufrechterhalten der Temperatur einer flüssigen, pastösen oder cremigen Substanz in einer verschlossenen Glasflasche während einer vorgegebenen Be­ handlungszeit durch zeitweises Überleiten von aus einer Düse mit vorbestimmter Temperatur und gleichbleibend niedrigem Druck austretendem Wasser, das über Außenflächen der koaxial zur Düse aufrecht stehenden Flasche in einem dünnen zuammenhängenden Film nach unten abläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem einen Wasserabfluß über­ deckenden feinmaschigen Gitter (20) stehende Flasche (1) mit Abstand unterhalb der Düse (6) positioniert ist, wobei der Flaschenverschluß von dem aus der Düse (6) aus­ tretenden konvergierenden ringförmigen Wasserstrom (17) vollständig eingehüllt ist und ein dünner zusammenhängender Film über die Außenfläche der Flasche (1) abläuft, der unterhalb der Flansche (1) einen geschlossenen Ablaufstrom (19) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) aus einem sich nach unten verjüngenden Mantel (7) kegelstumpfförmiger Gestalt und einem kon­ zentrisch darin angeordneten Einsatz (8) von eben­ falls kegelstumpfförmiger Gestalt mit demselben Öffnungs­ winkel wie der Mantel (7) besteht, wobei zwischen dem Mantel (7) und dem Einsatz (8) ein ringförmiger Auslaß (10) mit konisch konvergierender Gestalt gebildet ist und der Einsatz (8) an Stellen des Mantels (7) gehalten ist, die vom unteren Ende des Mantels (7) weitest­ möglich entfernt liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (7) Teil der Außenwand eines Behälters (5) ist, in dem der Einsatz (8) gehalten ist, und daß der Behälter (5) an einen Wasserzulauf (16) und an einen Überlauf (13) angeschlossen ist und in den Wasserzulauf (16) ein Ventil (15) eingeschaltet ist, das von einem Schwimmer (14) auf dem Wasserspiegel im Behälter (5) gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8) zur Veränderung der Dicke des Wasserstroms (17) am Ausgang der Düse (6) gegenüber dem Mantel (7) der Düse (6) axial verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserreservoir in dem Behälter (5) auf eine Höhe von 10 bis 30 cm, vorzugsweise 15 bis 20 cm, eingestellt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Wasserstroms (17) am Ausgang der Düse (6) etwa 2 mm beträgt.