CN102802678A

CN102802678A - 杀菌消毒装置

Info

Publication number: CN102802678A
Application number: CN2009801628602A
Authority: CN
Inventors: 安杰洛·西尔韦斯特里; 安德烈亚·米纳里
Original assignee: Sidel SpA
Current assignee: Sidel SpA
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2012-11-28
Also published as: EP2509641A1; JP2013513420A; US20130028794A1; WO2011070600A1

Abstract

本发明涉及一种杀菌消毒装置（1），包括：用于容纳待杀菌处理的物品（2）的杀菌环境（3）、过氧化氢源（4）和用于将汽化过氧化氢气态分散体的控制流供给至所述杀菌环境（3）的装置（5、6、7），其特征在于，包括感测装置（S），其导电率响应于气质大气内汽化过氧化氢的浓度变化而变化，所述感测装置（S）暴露于气质大气，所述感测装置（S）暴露于所述气态分散体并且配置成输出信号，所述信号随所述气态分散体内汽化过氧化氢的浓度而变。

Description

杀菌消毒装置

技术领域

本发明涉及，具体地，通过吹（blowing）或拉吹（stretching-blowing）瓶子、烧杯等容器的方法而用于对制造所需的热塑材料（例如，聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯等）的盖子和预成型件等的食物包装件进行消毒。

背景技术

当与固体接触时，汽化过氧化氢（VHP）放热分解成无害的氧气和水，并立即产生具有杀菌性的初生氧和自由基。因此，VHP在很多应用中可用作杀菌剂和消毒剂。

尤其是现在，VHP用于诸如药物基本材料和成品等的物体以及食物包装件的杀菌消毒处理。在这些处理中，在一定压力下给储存有要处理的物体（例如，包装材料）的处理器皿提供特定浓度的VHP，以通过初生氧和自由基的作用对这些物品进行杀菌消毒。

但是，当VHP与要处理的物品和器皿的壁面两者相接触时，处理器皿内VHP浓度下降。因此，当VHP浓度下降到一阈值水平以下时，杀菌消毒效果不佳。

一种应对该缺点的可能方式是，大量提供比杀菌消毒所需量更多的VHP，从而确保处理器皿内VHP浓度不会降低到预定值以下。但是，对于该问题来说这是一个相当浪费的方法，原因不仅在于，VHP的成本方面，而且还在于，过量的VHP不能就这样排放到大气中，而是进一步需要用于处理这些过量杀菌剂的处理单元。

为了有效杀菌消毒，处理器皿内VHP浓度应受到控制并维持在预定范围内，并且时间要足够长以对器皿内的物体进行杀菌。为此，当进行杀菌处理时，需要实时且高精确度地监测处理器皿内VHP浓度。

已知用于检测VHP浓度的很多方法，例如，受控的电势电解（potentialelectrolysis）、试纸光电测光以及使用检测管，这些方法无法实现实时检测VHP，因此不适合上述目的。

此外，已知光传感器和光化学传感器，其能在0.1到10.0mM的浓度范围内高精度检测过氧化氢。但是，它们的工作原理是基于在催化剂存在的情况下对过氧化氢进行分解以及对氧气的间接测量，通过对硅酮橡胶内捕获的吸附有硅胶的染料进行荧光性淬灭（fluorescence quenching）而产生所述氧气。也就是说，这些传感器都非常昂贵、复杂且脆弱，因此，尽管检测准确，但是，从工业角度来说，其在杀菌消毒装置中的使用不太可行。

因此，非常期望提供一种当进行杀菌处理时能实时监测VHP浓度的杀菌消毒装置，从而提高控制准确性并消除或至少大大降低过量使用昂贵的试剂造成的浪费。

大多数杀菌消毒装置包括各不同的过氧化氢源和无菌空气源以及混合设备，例如，文丘里（Venturi）式设备，其中，对在预定滴定度（titre）的水中最常用作溶剂的过氧化氢进行雾化并使其与无菌或未杀菌的空气混合，从而形成供给混合物（feed mixture）。

然后，把该供给混合物输送到蒸发器，其中，蒸发过氧化氢，从而获得汽化过氧化氢（VHP）的气态分散体。

通过调节供给到混合设备的过氧化氢水溶液和无菌空气的质量流，获知溶液的过氧化氢滴定度，可将气态分散体内的VHP浓度设定在期望值。但是，在其杀菌作用基础上，过氧化氢放热分解成水和氧气的反应在热动力方面大大受益。尽管商品等级的过氧化氢非常稳定，通常每年相对强度降低不到1%，因此可通过几个因素来提升过氧化氢分解的通常比较慢的速率。尤其是，过氧化氢水溶液的温度是一项重要的变量，因为温度每增加10°C，分解率就大概增加一倍。

也就是说，仅仅准确设置供给到混合设备的质量流可能不足以确保在供给到杀菌消毒器皿下游的气态分散体内实现期望的VHP浓度，因为水溶液滴定度可随着时间自然降低，从而使得输送到混合装置的质量流中的过氧化氢含量降低；另外，VHP还包括在过氧化氢水溶液中不能找到的自由基物质（radical species）。因此，需要杀菌消毒装置能使过氧化氢自然分解。

此外，在杀菌装置用于预成型物的情况下，从蒸发器获得的气态分散体通常不供给到包含待杀菌处理的物品的密封器皿内，而是供给到杀菌消毒通道内，预成型物穿过通道（即沿着由通道自身限定的杀菌路径）从通道的进口移动到出口，VHP浓度沿着所述路径通常不恒定。另外，为了避免过氧化氢从杀菌通道泄漏到环境中，通常通道内的气压维持在次大气压（sub-atmospheric）下。因此，尤其是当通道大时，通道近似于一个开放的环境，当开始杀菌时，实时监测VHP浓度至关重要。

此外，尤其是在大的杀菌环境的情况下，流体出口意外堵塞可能会造成杀菌环境自身内出现凝结现象，因此，部分的过氧化氢实际上无法以气相获得以发挥其杀菌效果，并且，杀菌环境上游的反压增加（increasedcounter-pressure）也可能会使得VHP浓度变化，从而使得处理的准确性和效率都降低。因此，需要一种杀菌消毒装置，即使在上述无法预料的场景中也能确保高可靠性和杀菌效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种设计成以简单且低成本方式满足至少上述一个确定需求的杀菌消毒装置。

根据本发明，提供一种如权利要求1所述的杀菌消毒装置。

附图说明

下面将通过实例并结合附图1对本发明的优选非限制性实施例进行说明，图1为根据本发明的杀菌消毒装置的示意图。

具体实施方式

图1中标号1整个表示具体用于对诸如热塑材料盖子、预成型物和瓶子等待杀菌处理的物品2进行杀菌/消毒的杀菌消毒装置。为此，装置1包括杀菌环境3，待杀菌处理的物品2（例如通过传输带或其他传输设备）被连续供给到杀菌环境3内，并且所述物品2在杀菌的同时通过杀菌环境3向前输送。图1还示出了被传输到杀菌装置外的经过了杀菌处理的物品2'。

杀菌消毒装置1包括预定滴定度的水溶液内的过氧化氢源4和无菌空气源5。此外，装置1包括用于朝杀菌环境3供给预定流量的过氧化氢和无菌空气的装置。更特别的是，装置1包括与源4和源5两者流体连通并且设计成吸入和雾化过氧化氢水溶液的混合设备6，例如，文丘里式混合器，无菌空气供给到混合设备6且用作驱动流体。这样，可在混合设备6的出口获得无菌空气内的雾化过氧化氢的气态分散体。

装置1还包括位于混合设备6与杀菌环境3之间并与它们流体连接的蒸发器7，其设计成接收在混合设备6的出口获得的气态分散体并蒸发其中所含的过氧化氢水溶液，从而产生无菌空气内的蒸发的过氧化氢（VHP）的气态分散体流，作为输出，可用作杀菌环境3内的杀菌剂。

有利的是，装置1还包括用于检测蒸发器7和杀菌环境3之间VHP/H₂O₂浓度的感测装置S。更特别的是，感测装置S：包括至少一个感测元件，或者表面能化学吸附VHP/H₂O₂的传感器8，感测元件的导电率根据吸附的VHP的量而变化（作为函数），并且进而根据感测元件所暴露的气质大气（gaseous atmosphere）内的VHP浓度而变化（作为函数）；和用于（直接或间接）加热传感器元件的装置。

感测元件的导电率根据VHP/H₂O₂浓度变化的变化被检测作为电路内电阻的变化。也就是说，导电率的增加，即，电阻的降低，被转换成电路电压的升高，其可立即检测到，并且延迟几乎可以忽略不计。这样，感测装置8的输出变化立即体现为VHP浓度的变化。

更特别的是，感测元件包括半导体材料，例如，半导体氧化物（如SnO₂，ZnO，NiO，MnO₂）。当半导体氧化物的晶体在空气中加热到一定特性温度以上时，氧气吸附在晶体表面上，并且带负电荷。晶体表面内的供体电子转移到吸附的氧气物质，从而使得正电荷留在晶体内的空间电荷层内。这样，形成可用作阻挡电子流的势垒的表面电势。

当施加电压后电流通过半导体氧化物的微晶体之间的晶界（grainboundary）时，吸附的氧气物质形成了影响半导体材料的电阻以及感测装置8的感测元件的电阻的势垒。

当在气质大气（传感器暴露在该气质大气）内存在时，蒸发的过氧化氢也吸附在半导体氧化物材料的表面上，并且其程度与气质大气内VHP浓度成正比。因此，带负电的吸附的氧气物质的表面密度增加，并且，晶界内势垒高度和感测元件的导电率也增加。也就是说，VHP/H₂O₂浓度的增加使得感测装置8的电阻降低。

有利的是，与VHP/H₂O₂接触后导电率的变化（即与传感器8的电阻成反比的变化）被转换成电路的电压变化，并且输出该电压变化。

然后，有利的是，作为电子特性（electric entity）的一个函数（根据其而变化的），感测装置8的输出信号可转换成VHP/H₂O₂浓度的值，其非转换输出信号用作间接测量。

通过在温湿度保持恒定水平的实验器皿内在不同的已知VHP/H₂O₂浓度下测量传感器输出，可实验地获得转换率。已经发现，半导体氧化物传感器在药物和食物产业的杀菌操作中通常所采用的5000到70,000ppm范围内对VHP浓度有响应。通过准确校准，获得可靠的输出信号/VHP浓度转换率。

通常，传感器元件在200到400°C的温度范围内加热以加快从半导体材料表面解吸附的VHP和氧气的吸附速率，从而增强气体检测响应速度。

杀菌/消毒装置1还应该包括排气线路9以把含有VHP剩余物的废气从杀菌环境3排放到用于后处理的装置（未示出）。由于过氧化氢可能参与到多个与大气中存在的烃和氧化氮的光化学反应中，从而有可能形成非常有害的污染物质，因此不能就这样排放来自杀菌环境3的气流。此外，根据严格的规定（例如美国食物和药品管理局的规定），对于食物产业的填充/包装操作制定了非常低量的过氧化氢残留物水平。

杀菌环境3可以是适于在批量杀菌周期开始阶段收纳待杀菌处理的物品的密封器皿。

可替换地，具有进口、出口的非密封杀菌通道内部地限定了杀菌环境3，沿着杀菌路径将多个待杀菌处理的物品供给至该通道，例如，预成型物和盖子。通常，杀菌通道在稍微低于接口的大气压的压力下运行，这样，防止VHP泄漏。同时，无菌区保持在大气压以上，从而防止未杀菌的外部空气携带任何污染物的可能。

当通过杀菌通道处理时，物品与含VHP的大气接触，并在靠近通道出口的过程中逐步杀菌。因此，由于当过氧化氢在待杀菌处理的物品上发挥其杀菌作用时分解成水和氧气，因此通常沿着杀菌路径形成VHP浓度梯度。

被供给到通道内的气态分散体的VHP浓度以及物品通过通道前进的速度应被设置成确保充分发挥VHP的杀菌作用。

在当杀菌环境3由杀菌通道限定的情况下，有利的是，杀菌消毒装置1包括至少两个上述类型的传感器8’和8”，其位于杀菌通道内，并处在沿着杀菌路径的对应的不同位置上。

传感器8’和8”在杀菌环境3内的相应位置上独立地检测VHP浓度。优选地，传感器8”位于靠近杀菌通道出口附近的位置。

因此，当待杀菌处理的物品通过杀菌环境3时，即开始杀菌时，传感器8’和8”的输出信号转换成杀菌环境3内VHP浓度变化的信息。

尤其是，该信息可用于评估沿着整个杀菌路径是否一直维持VHP浓度的至少最小阈值，即，整个杀菌路径对于杀菌是否有效。如果在杀菌通道出口的上游检测到的VHP浓度太低，则说明通道靠近出口的部分基本上不起作用了。也就是说，一部分杀菌环境3的的操作是无效的。

此外，由于对物品施加的杀菌作用的存在（entity，有效性）与杀菌环境3内VHP的消耗成正比，因此通过产生（elaborate）传感器8’和8”的输出信号而可获得的差分数据，间接提供了杀菌环境内设置的VHP浓度是否合适以及杀菌环境3内暴露时间的信息，暴露时间取决于物品在杀菌通道的情况下前进的速度。

有利的是，杀菌消毒装置1包括控制单元（未示出），控制单元配置用于接收来自感测装置S的至少一个信号，并在此基础上，产生控制信号，响应于此，启动装置可改变一个或多个处理参数，例如，过氧化氢水溶液的质量流、无菌空气的质量流、待杀菌处理的物品通过杀菌环境3前进的速度（或在静态批量操作情况下，在其中的停留时间）。

在杀菌消毒装置1运行的过程中，待杀菌处理的物品2由杀菌环境3收纳。

通过源5提供的无菌空气的控制载流的驱动作用，使得过氧化氢水溶液的控制流从源4吸入到混合设备6内。雾化的过氧化氢的生成的分散体在蒸发器7内加热，从而蒸发过氧化氢。生成的VHP气态分散体供给到杀菌环境3，以用作杀菌剂。

感测装置8检测来自杀菌环境3上游的VHP浓度。这样，执行第一次检测，确保供给到杀菌环境3内的气态分散体具有预期的VHP浓度，因此，能对物品2起到必要的杀菌作用。考虑到调节来自杀菌环境上流的VHP浓度值，控制单元可响应于传感器8的输出信号而对过氧化氢水溶液的质量流速率或无菌空气速率起作用。这样，可立即抵消例如由于热降低引起的过氧化氢水溶液的滴定度降低，并且，有利的是，可确保用于杀菌目的的气态分散体是否合适。此外，如果传感器8检测到VHP浓度低于报警阈值，则把报警信号传输到控制单元，控制单元响应于该信号而中断待杀菌处理的物品2的供给至杀菌环境3，至少直到杀菌环境3内有效杀菌的条件恢复以后。

如果存在，特别在待杀菌处理的物品2沿着杀菌路径前进所通过的杀菌环境3的情况下，传感器8’和8”在杀菌环境内的至少两个不同的位置检测VHP浓度。这样，执行第二次检查，确保在杀菌环境3内维持至少最小的VHP浓度。当杀菌环境3大并且未密封时，这可能尤其重要，对于如果杀菌环境3保持在低于大气压以下，更是如此，因为局部的VHP浓度可能会与传感器8在上游检测的VHP浓度不同，例如，由于意外渗透或污染造成的。

此外，基于从形成的传感器8’和8”获得的差分信息，进行第三次检查，确保沿着杀菌路径（即，开始杀菌时）的VHP浓度比与杀菌剂充分接触相对应的阈值大。也就是说，通过此第三次检测，可确保所有前进通过杀菌环境3的物品与足够多的杀菌剂接触并且接触时间足够长，以实现计划的杀菌的条件。

为此，为了调节来自杀菌环境上流的VHP浓度值，控制单元可响应于传感器8’和8”的输出信号而对过氧化氢水溶液的质量流速率或无菌空气速率起作用。这样，通过提供更多的过氧化氢可抵消杀菌环境3内VHP浓度不够的情况。

此外，当进行批量操作时，控制单元可响应于传感器8’和8”的输出信号而对物品2供给到杀菌环境3内的速度以及杀菌环境3内物品2的存留时间起作用。

这样，有利的是，确保了在杀菌环境3内建立实现所有物品2有效杀菌的条件。

因此，本发明的杀菌消毒装置在降低制造和管理成本的同时能实现准确受控和有效的杀菌，因为大大限制了过量使用过氧化氢，并且市面上已有的半导体氧化物传感器的价格比其他检测过氧化氢的更精密的传感器的价格低很多。此外，沿着杀菌路径在不同位置实时监测VHP浓度，能准确控制运行条件，并因此实现杀菌物品卫生和安全的高标准。

Claims

1.一种杀菌消毒装置（1），包括用于容纳待杀菌的物品（2）的杀菌环境（3）、过氧化氢源（4）和用于将汽化过氧化氢气态分散体的控制流供给至所述杀菌环境（3）的装置（5、6、7），其特征在于，所述杀菌消毒装置包括感测装置（S），所述感测装置的导电率响应于气质大气中的汽化过氧化氢的浓度变化而变化，所述感测装置（S）暴露于所述气质大气，所述感测装置（S）暴露于所述气态分散体并且被构造成输出信号，所述信号随所述气态分散体内汽化过氧化氢的浓度而变。

2.根据权利要求1所述的杀菌消毒装置，其特征在于，所述供给装置（5、6、7）包括用于将所述源（4）提供的所述过氧化氢与无菌空气流混合的装置（6）以及用于汽化所述过氧化氢以形成所述气态分散体的加热装置（7），并且所述感测装置（S）包括设置在所述加热装置（7）与所述杀菌环境（3）之间的至少一个传感器（8）。

3.根据权利要求1或2所述的杀菌消毒装置，其特征在于，所述感测装置（S）包括设置在所述杀菌环境（3）内的两个不同位置上的至少两个传感器（8’、8”），它们的输出信号之间的差随所述杀菌环境（3）内消耗的汽化过氧化氢的量而变。

4.根据前述权利要求中任一项所述的杀菌消毒装置，其特征在于，所述杀菌消毒装置进一步包括控制单元，所述控制单元被构造成，为了改变来自所述杀菌环境（3）上游的所述气态分散体内的汽化过氧化氢的浓度，响应于所述感测装置（S）的输出信号，作用于所述供给装置（5、6、7）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的杀菌消毒装置，其特征在于，所述杀菌消毒装置进一步包括控制单元，所述控制单元被构造成，为了改变所述杀菌环境（3）内的汽化过氧化氢的浓度，响应于所述感测装置（S）的输出信号，作用于所述供给装置（5、6、7）。