DE102010047740A1

DE102010047740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerstäubung von Sterilisierungsmittel

Info

Publication number: DE102010047740A1
Application number: DE201010047740
Authority: DE
Inventors: Jürgen Söllner
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-12

Abstract

Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmitteln, insbesondere von Behältnissen, bei welchem eine flüssige Komponente, insbesondere ein Sterilisationsmittel, mittels mindestens einer Zerstäubungseinrichtung (12) in einem Strom einer gasförmigen Komponente, insbesondere Luft, in einem Verdunstungsraum (25) verdunstet wird und das entstehende Gemisch über ein Abführelement (28) aus dem Verdunstungsraum (25) abgeführt wird und zumindest einem sich in einem Sterilraum (32) befindenden Verpackungsmittel, insbesondere einem Behältnis (30) zugeführt wird und die flüssige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmitteln und insbesondere von Behältnissen, bei welchem eine flüssige Komponente, insbesondere ein Sterilisationsmittel, mittels mindestens einer Zerstäubungseinrichtung in einem Strom einer gasförmigen Komponente, insbesondere Luft, in einem Verdunstungsraum verdunstet wird und das entstehende Gemisch über ein Abführelement aus dem Verdunstungsraum abgeführt wird und zumindest einem sich in einem Sterilraum befindenden Verpackungsmittel und insbesondere einem Behältnis zugeführt wird sowie eine Vorrichtung hierzu.
Für das Sterilisieren von Behältnissen werden hohe Sicherheitsanforderungen, insbesondere in der lebensmittelverarbeitenden Industrie, gestellt. So muss beispielsweise die sterilisierende Wirkung im Produktionsverlauf durchgängig sichergestellt sein und die verwendeten Sterilisationsmittel sind auf ihre Umweltverträglichkeit abzustimmen. Zudem ist auch die Arbeitssicherheit während des Sterilisierens der Behältnisse ausschlaggebend für die Wahl der Vorrichtung und des dazugehörigen Verfahrens zum Sterilisieren der Behältnisse. Beispielsweise neigt das häufig im Trockensterilisationsverfahren eingesetzte Sterilisationsmittel Wasserstoffperoxid bei Aufkonzentration in der Dampfphase zu Explosionen, welche Mitarbeiter verletzen und den Produktionsverlauf beeinträchtigen können.
Bei hohen Durchsatzraten von mehreren 10.000 zu sterilisierenden Behältnissen pro Stunde werden die Behältnisse mit einem in einem Trägerluftstrom zuvor verdampften Sterilisationsmittel beaufschlagt. Im bisherigen Stand der Technik wird flüssiges Sterilisationsmittel auf eine Verdampferplatte aufgebracht, deren Oberfläche eine Temperatur von etwa 180°C aufweist. Bei Kontakt mit der Verdampferplatte erfolgt eine Überführung des flüssigen Sterilisationsmittels in seinen gasförmigen Zustand. Diese Dampfphase wird von einem an der Verdampferplatte vorbeiströmenden Trägerluftstrom mitgeführt. Das entstehende gasförmige Gemisch aus Trägerluft und Sterilisationsmittel wird Behältnissen zugeführt um diese zu sterilisieren. Bei diesem Verfahren ist die Verdampferplatte einer hohen Materialbelastung ausgesetzt, da sich Rückstände des Sterilisationsmittels, beispielsweise durch vorhandene Stabilisatoren, nach dem Verdampfungsprozess auf der Oberfläche des Verdampfers abscheiden und die Wärmeleitfähigkeit der Verdampferplattenoberfläche einschränken. Hierdurch wird die Verdampfung des Sterilisationsmittels beeinträchtigt, der Energieverbrauch zum Beheizen der Verdampferplatte steigt stetig an und aufgrund der häufigen Wartung der Verdampferplatte werden Produktionsausfälle bedingt. Zudem bedingt der direkte Kontakt des Sterilisationsmittels mit der heißen Verdampferplattenoberfläche eine Zersetzung des Sterilisationsmittels, wodurch dessen sterilisierende Wirkung herabgesetzt wird.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und wartungsarmes Verfahren zum Sterilisieren von Behältnissen bereitzustellen. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch welche das Sterilisationsmittel nicht zersetzt wird und die Sterilisationswirkung nicht reduziert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit reduzierter Sicherheitstechnik zur Verfügung zu stellen.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Grundidee der Erfindung besteht in dem Verfahren, bei welchem die flüssige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt als der atmosphärische Druck. Hierzu weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Druckerzeugungseinrichtung auf, welche die flüssige Komponente mit einem vorbestimmbaren Druck beaufschlagt.
Durch diese Druckbeaufschlagung der flüssigen Komponente, welche bevorzugt ein Sterilisationsmittel ist, wird ein Ausgasen des Sterilisationsmittels in den Zuführleitungen zu der Verdunstungskammer hin verhindert. Unter Ausgasen ist hierbei eine Gasbildung zu verstehen, welche beispielsweise durch Zersetzung des Sterilisationsmittels bedingt ist. Das gebildete Gas aggregiert in den Zuführleitungen zu Gasblasen, welche bei der Zuführung des Sterilisationsmittels in den Verdunstungsraum Konzentrationsschwankungen des entstehenden Gemisches aus Luftträgerstrom und Sterilisationsmittel bedingen. Ein druckbeaufschlagtes Sterilisationsmittel wird jedoch derart komprimiert, dass die Ausgasung zumindest reduziert, bevorzugt verhindert wird.
Zudem wird bei Einleitung der druckbeaufschlagten flüssigen Komponente in den Verdunstungsraum mittels mindestens einer Zerstäubungseinrichtung die flüssige Komponente derart fein zerstäubt, bevorzugt in einem Bereich von größer oder gleich 10 μm, so dass durch die erwärmte gasförmige Komponente, beispielsweise Luft, die fein zerstäubte flüssige Komponente in ihren gasförmigen Zustand überführt wird und sich ein gasförmiges Gemisch aus beiden Komponenten bildet.
Ferner wird durch die Druckbeaufschlagung der flüssigen Komponente die Bildung von Verschmutzungen oder Ablagerungen am Austritt der flüssigen Komponente von der Zerstäubungseinrichtung reduziert.
Vorzugsweise wird die flüssige Komponente mit einem Druck von größer 10 bar, bevorzugt größer 20 bar und besonders bevorzugt größer 40 bar beaufschlagt. Dies ist vorteilhaft, da durch die Druckbeaufschlagung weitaus weniger Schmutzpartikel oder Ablagerungen die Zerstäubungseinrichtung, insbesondere die Zerstäubungsdüsen, blockieren. Ferner neigen Sterilisationsmittel wie beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure zum Ausgasen, wodurch Luftblasen in der ersten Zuführleitung bedingt werden. Diese Blasenbildung führt zu einer Verdrängung des Sterilisationsmittels in der ersten Zuführleitung und bedingt somit beispielsweise Lücken in der Behältnissterilisation. Durch Beaufschlagung des Sterilisationsmittels mit hohem Druck erfolgt eine Reduzierung der Blasengröße, wodurch eine lückenlose Gasgemischerzeugung, beispielsweise aus Sterilisationsmittel und Luft, ermöglicht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die mit Druck beaufschlagte flüssige Komponente im Wesentlichen in Strömungsrichtung der gasförmigen Komponente dem Verdunstungsraum zugeführt. Dies ist vorteilhaft, da so die durch die Zerstäubungseinrichtung zerstäubte flüssige Komponente von der gasförmigen Komponente mitgeführt wird, wodurch eine rückstandsfreie Verdampfung bedingt wird und Ablagerungen vermieden werden. Unter im Wesentlichen in Strömungsrichtung wird verstanden, dass die tatsächliche Richtung in einem Winkel von höchstens 20° bezüglich der genauen Strömungsrichtung verlaufen kann, bevorzugt in einem Winkel höchstens 10° und besonders bevorzugt in einem Winkel von höchstens 5°.
Ferner ist auch denkbar, die flüssige, druckbeaufschlagte Komponente in jeglicher anderen Richtung in Bezug auf die Strömungsrichtung der gasförmigen Komponente in den Verdunstungsraum einzubringen, indem die Zerstäubungseinrichtung, welche eine Zerstäubungsdüse und eine Leitung umfasst, welche die flüssige, druckbeaufschlagte Komponente der Zerstäubungsdüse zuführt, in ihrer Position veränderbar angeordnet wird. So kann die Position der Zerstäubungseinrichtung beispielsweise vertikal verändert werden oder auch durch Neigung aus der horizontalen Ebene ausgelenkt werden. Die Positionsänderung wird bevorzugt von außerhalb der Zerstäubungseinrichtung durch geeignete Stellmechanismen bewirkt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden als Sterilisationsmittel bevorzugt Wasserstoffperoxid und/oder Peressigsäure verwendet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht beim Sterilisieren von Behältnissen, beispielsweise bei der aseptischen Abfüllung, den Einsatz von Wasserstoffperoxid und/oder auch von Peressigsäure. Beide peroxidische Verbindungen sind durch Bildung von reaktiven Sauerstoffradikalen, welche mit Zellbestandteilen von Mikroorganismen, beispielsweise mit Proteinen oder Nukleinsäuren, reagieren und ein Absterben der Mikroorganismen bedingen, als Sterilisationsmittel geeignet. Zudem bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit Peressigsäure rückstandlos zu verdampfen und die aus dem Stand der Technik bekannte Rückstandsproblematik auf der Verdampferplattenoberfläche zu vermeiden. Ferner ist der Einsatz des Sterilisationsmittels nicht auf peroxidische Verbindungen begrenzt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das mit einem Druck beaufschlagte Sterilisationsmittel über eine Ringleitung bereitgestellt, welche über eine erste Zuführleitung mit der Verdunstungskammer in Verbindung steht. Die Ringleitung dient dem Transport des Sterilisationsmittels, dessen Vorratsbehälter beispielsweise in einem explosionsgeschützten Lager installiert ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steuert eine Dosiereinrichtung in der ersten Zuführleitung eine Flussrate des Sterilisationsmittels. Als Dosiereinrichtung kann beispielsweise eine Förderpumpe vorgesehen sein, welche bevorzugt zugleich das Sterilisationsmittel mit einem Druck beaufschlagt. Die Förderpumpe steht mit einer Sensoreinheit, beispielsweise einem Durchflussmesser in Verbindung, welche volumen- oder masseabhängig den Fluss des Sterilisationsmittels erfasst und Signale an die Dosiereinrichtung überträgt, welche daraufhin die Flussrate erhöht oder erniedrigt. Mittels der Dosiereinrichtung, deren Steuerung bevorzugt automatisch erfolgt, wird die Flussrate des Sterilisationsmittels in Abhängigkeit des Füllvolumens der Behältnisse reguliert. Bevorzugt liegt die Flussrate des Sterilisationsmittels im Bereich von 4 bis 7 kg/h und besonders bevorzugt in einem Bereich von 4,5 bis 5,5 kg/h.
Ferner ist auch denkbar, als Dosiereinrichtung eine ansteuerbare Drosselklappe einzusetzen, welche mit einer zusätzlichen Sensoreinheit in Verbindung steht. Diese Sensoreinheit erfasst den Volumen- oder Massefluss der flüssigen Komponente und übermittelt ein Signal an die Steuerungseinrichtung der Dosiereinrichtung, welche die Flussrate je nach Anforderung erhöht oder erniedrigt. Bevorzugt ist die Sensoreinheit in Strömungsrichtung des Sterilisationsmittels nach der Dosiereinrichtung angeordnet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als gasförmige Komponente bevorzugt Sterilluft eingesetzt. Der Einsatz von Umgebungsluft ist aufgrund umweltbedingter Verschmutzungen ungeeignet für das Sterilisieren von Behältnissen. Daher wird die gasförmige Komponente behandelt, beispielsweise über Sterilfiltersysteme gefiltert, welche der Umgebungsluft sowohl umweltbedingte Verschmutzungen als auch Mikroorganismen entziehen. Ferner wäre auch denkbar Reinluft zu verwenden, wobei dann vor der Zuführung der Reinluft in die zweite Zuführungsleitung ein zusätzlicher Sterilfilter angeordnet sein kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die gasförmige Komponente mit einem Druck beaufschlagt, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck und insbesondere niedriger als der Druck der flüssigen Komponente. Dies ist vorteilhaft, da so eine Strömungsrichtung der gasförmigen Komponente bedingt wird, welche die feinzerstäubte flüssige Komponente von der Zerstäubungseinrichtung im Verdunstungsraum abführt, so dass ein Aufkonzentrieren der in die Dampfphase überführten flüssigen Komponente verhindert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die gasförmige Komponente über eine Zuführleitung dem Verdunstungsraum zugeführt, wobei eine zweite Dosiereinrichtung an der zweiten Zuführleitung eine Flussrate der gasförmigen Komponente steuert. Bevorzugt ist die Dosiereinrichtung als Regelventil ausgebildet, welches mit einem Flussmesser in Verbindung steht. Der Flussmesser erfasst den Fluss der gasförmigen Komponente
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform temperiert ein Erwärmungselement die gasförmige Komponente auf einen vorbestimmbaren Wert, wobei das Erwärmungselement vor der Verdunstungskammer, bevorzugt direkt benachbart zu der Verdunstungskammer, angeordnet ist. Bevorzugt wird das Erwärmungselement über eine Steuereinrichtung automatisch kontrolliert. Zudem ist ein Temperatursensor in der zweiten Zuführleitung nach dem Erwärmungselement angeordnet, welcher die Temperatur der gasförmigen Komponente erfasst und an die Steuereinrichtung weiterleitet, so dass der vorbestimmbare Temperaturwert für die gasförmige Komponente eingehalten wird. Das Erwärmungselement ist vorteilhaft in der Wandung der zweiten Zuführleitung integriert, beispielsweise in Form von Heizspiralen oder einem Heizgitter, welche auch manschettenartig zumindest einen Abschnitt der zweiten Zuführleitung zumindest teilweise umschließen können. Die Form der Heizelemente, welche beispielsweise auch elektrisch betrieben werden können, ist beliebig wählbar.
Darüber hinaus ist denkbar, dass das Erwärmungselement als Wärmetauscher ausgebildet ist oder auch dass die Erwärmung der gasförmigen Komponente mittels Dampferhitzer erfolgt.
Das Erwärmungselement erwärmt die gasförmige Luft auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 160°C, bevorzugt von 80 bis 160°C, besonders bevorzugt von 100–150°C und besonders, besonders bevorzugt von 130 bis 150°C.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Behältnissen mit einem Verdunstungsraum, einer ersten Zuführleitung zum Zuführen einer flüssigen Komponente, insbesondere eines Sterilisationsmittels, in den Verdunstungsraum und einer zweiten Zuführleitung zum Zuführen einer gasförmigen Komponente, insbesondere von Luft, in den Verdunstungsraum, wobei in dem Verdunstungsraum vorteilhaft eine Zerstäubungseinrichtung zum Zerstäuben der flüssigen Komponente angeordnet ist, und einem Abführelement zum Abführen eines Gemisches, bestehend aus der flüssigen und gasförmigen Komponente, aus dem Verdunstungsraum, wobei die erste Zuführleitung eine Druckerzeugungseinrichtung aufweist, durch welche die flüssige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck.
Als Druckerzeugungseinrichtung ist beispielsweise eine Hochdruckpumpe insbesondere eine Zahnradpumpe vorgesehen.
Darüber hinaus ist auch denkbar, das die Druckerzeugungseinrichtung an einer Ringleitung angeordnet wird und so gleichzeitig zur Förderung des Sterilisationsmittels dient, insbesondere wenn mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen an jeweiligen Abzweigungen entlang der Ringleitung angeordnet sind und alle über eine zentrale Ringleitung mit Sterilisationsmittel bedient werden.
Ferner ist denkbar, dass das im Verdunstungsraum entstehende Gemisch an Sterilisationsmittel und Trägerluft nicht nur für das Sterilisieren von Flaschen eingesetzt wird, sondern allgemein für das Sterilisieren von Packmitteln oder Anlagebauteilen, wie beispielsweise Transportgreifern oder Fördereinrichtungen, Anwendung findet. Hierbei ist es denkbar, dass das entstandene Gasgemisch gezielt auf die entsprechenden Anlagebauteile appliziert wird, beispielsweise direkt am Eingang eines Sterilraumes, so dass jegliche Oberflächenkontamination mit Verschmutzungen oder Mikroorganismen verhindert wird.
Darüber hinaus sind auch mehrere Zerstäubungseinrichtungen in dem Verdunstungsraum denkbar.
Bei großen Durchsatzraten an zu sterilisierenden Behältnissen ist denkbar, mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen parallel anzuordnen, wobei die Flussraten des Sterilisationsmittels in jeder einzelnen Vorrichtung unterschiedlich zu den anderen Vorrichtungen ausgebildet sein kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein Beispiel einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Über eine Ringleitung 4 wird einer ersten Zuführleitung 6 in Pfeilrichtung P1 eine flüssige Komponente, beispielsweise Wasserstoffperoxid als Sterilisationsmittel, zugeführt. Zur Einstellung der Flussrate des Sterilisationsmittels in der ersten Zuführleitung 6 weist diese erste Zuführleitung 6 eine Dosiereinrichtung 7 auf, welche auch zeitgleich als Druckerzeugungseinrichtung dienen kann, um das Sterilisationsmittel mit einem Druck von bevorzugt größer 40 bar zu beaufschlagen. Diese Dosiereinrichtung 7 steht in Verbindung mit einer Sensoreinheit 8, welche die Flussrate volumen- oder massenabhängig erfasst, in Kontakt steht. Die vom Sensor ausgehenden Signale werden von der Dosiereinrichtung 7 erfasst, welche die Flussrate anpasst. Als Sensor ist jeglicher für Flussmessungen geeigneter Sensor einsetzbar. Bevorzugt regelt die Dosiereinrichtung die Flussrate bei Wasserstoffperoxid als Sterilisationsmittel auf etwa 5 kg/h. Als Druckerzeugungseinrichtung ist vorteilhaft eine Hochdruckpumpe insbesondere eine Zahnradpumpe vorgesehen.
Eine zweite Zuführleitung 16 führt in Pfeilrichtung P2 dem Verdunstungsraum 25 eine gasförmige Komponente zu, welche mittels Erwärmungselement 21 temperiert wird. Zur Einstellung der Flussrate der gasförmigen Komponente, welche auch druckbeaufschlagt sein kann, weist die zweite Zuführleitung 16 eine zweite Dosiereinrichtung 20 auf, welche beispielsweise als Regelventil ausgebildet sein kann. Die Dosiereinrichtung 20 steht in Verbindung mit einer zweiten Sensoreinheit 18, welche die Flussrate der gasförmigen Komponente volumen- oder masseabhängig erfasst. Das ausgehende Signal wird von der Dosiereinrichtung 20 erfasst, verarbeitet und somit wird je nach Bedarfsfall die Flussrate erhöht oder erniedrigt. Beide verwendete Sensoreinheiten 8 und 18 können beispielsweise als Durchflussmesser ausgebildet sein, welcher bevorzugt einen Sensor und einen Transmitter zur Signalumformung umfasst. Bevorzugt regelt die Dosiereinrichtung 20 einen Luftvolumenstrom im Bereich von 100 bis 400 kg/h, besonders bevorzugt auf einen Bereich von 200 bis 300 kg/h.
Das Erwärmungselement 21, beispielsweise ausgebildet als Rekuperator, welcher beispielsweise als Platten-, Spiral- oder Mantelrohrwärmetauscher ausgebildet ist, erwärmt die durchströmende gasförmige Komponente auf einen bevorzugten Temperaturbereich von 130 bis 150°C, wobei dieser Temperaturbereich, beispielsweise in Abhängigkeit des Sterilisationsmittels, verschieden einstellbar ist. Der Temperaturbereich von 130 bis 150°C wird bevorzugt gewählt, wenn Wasserstoffperoxid als Sterilisationsmittel eingesetzt wird. Bei einem beispielhaften Leistungsbereich von 20000 Flaschen pro Stunde benötigt die vorliegende Erfindung etwa 5 kg/h an Wasserstoffperoxid und etwa 250 kg/h heiße Luft. Ein herkömmlicher Verdampfer benötigt hierzu etwa eine Heizleitung von 9 kW, um die die Trägerluft auf etwa 90°C zu erhitzen, damit das verdampfte Wasserstoffperoxid aufgenommen werden kann. Durch Verzicht auf den aktiven Verdampfer wird vorteilhaft die Trägerluft auf etwa 140°C erhitzt, damit, nach dem Aufbringen der entsprechenden Verdampfungsenthalpie für die Verdampfung von Wasserstoffperoxid, die Luft noch etwa auf 90°C temperiert ist, um die Behältnisse zu sterilisieren. Diese notwendige Temperaturerhöhung der Luft wird bei den verwendeten Dampf-Luftwärmetauschern einfach realisiert. Der erforderliche Heizdampfdruck zum Erreichen der 140°C ist höher als bisher wobei dies sogar bei gleicher Größe des Plattenapparates ermöglicht werden kann.
Vorteilhaft ist das Erwärmungselement 21 direkt benachbart zu der Verdunstungskammer 25 angeordnet, so dass die Auslassöffnung 22 des Erwärmungselementes der Einlassöffnung 24 des Verdunstungsraumes entspricht. Dies ermöglicht eine direkte Zuführung der erwärmten gasförmigen Komponente, ohne dass diese durch Wechselwirkungen mit der Umgebung an Temperatur verliert. Bei bautechnischer Notwendigkeit ist das vorzusehende Verbindungsstück 23 der zweiten Zuführleitung 16, welches die Auslassöffnung 22 des Erwärmungselementes mit der Einlassöffnung 24 des Verdunstungsraumes fest verbindet, mit geeigneten Isolierungsmaterialien zu ummanteln, um während der Zuführung der erwärmten, gasförmigen Komponente in den Verdunstungsraum 25 eine gleichbleibende Temperatur zu halten.
Dem Verdunstungsraum 25 wird über die Einlassöffnung 24 die erwärmte gasförmige Komponente zugeführt, welche bevorzugt mit einem Druck beaufschlagt ist, der höher liegt, als der atmosphärische Druck. Die geometrische Ausgestaltung des Verdunstungsraumes 25 ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet, wobei sich die Wandungen zur Einlassöffnung 24 und zur Auslassöffnung 26 hin konisch verjüngen. Diese Geometrie des Verdunstungsraumes 25 ermöglicht einen gleichmäßigen Gasfluss ohne dass beispielsweise in ausgebildeten Ecken Stauprozesse bedingt werden. Es ist zu bemerken, dass diese geometrische Ausgestaltung nur als Beispiel genannt wird und beliebig erweiterbar ist.
In der vorliegenden Erfindung wird auf eine herkömmliche Verdampferplatte verzichtet. Das Sterilisationsmittel wird direkt in einen heißen Luftvolumenstrom zerstäubt. Die zur Verdampfung des Sterilisationsmittels notwendige Verdampfungsenthalpie wird dann direkt aus dem Luftvolumenstrom entnommen. Dies bedeutet, dass die Luft vor der Injektionsstelle, an welcher das Sterilisationsmittel zugegeben wird, um die erforderliche Verdampfungsenergie höher erhitzt werden muss. Vorteilhaft wird die Luft auf mindestens 100°C, bevorzugt auf mindestens 120°C und besonders bevorzugt, wie erwähnt, auf 140°C erhitzt.
Zudem ist in dem Verdunstungsraum 25 mindestens eine Zerstäubungseinrichtung 12 zum Zerstäuben der flüssigen Komponente angeordnet. In 1 sind beispielhaft zwei derartige Zerstäubungseinrichtungen 12 dargestellt, welche mit der ersten Zuführleitung 6 verbunden sind und denen durch die erste Zuführleitung 6 die flüssige, mit Druck beaufschlagte Komponente zugeführt wird. Zudem verfügt jede Zerstäubungseinrichtung 12 bevorzugt über eine Zerstäuberdüse (nicht gezeigt), welche die flüssige Komponente dem Verdunstungsraum 25 beispielsweise sprühkegelartig als Zerstäubungskegel 14 zuführt. Die Zerstäubungseinrichtung 12 ist beispielhaft derart ausgebildet, dass die zerstäubte Komponente in Strömungsrichtung P2 dem Fluss der gasförmigen Komponente zugeführt wird. Durch die Druckbeaufschlagung der flüssigen Komponente ist auch eine für hohe Drücke ausgelegte Zerstäubungseinrichtung 12 zu wählen. Ferner können beispielsweise Kontaktzerstäuber, Ultraschallzerstäuber, Dampfzerstäuber, Rieselzerstäuber, Scheibenzerstäuber oder ein Klingenburg-Zerstäuber als Zerstäubungseinrichtung 12 vorgesehen sein. Bevorzugt wird für die Zerstäubungseinrichtung kein zusätzliches Hilfsmedium wie etwa Druckluft eingesetzt. Wird eine Zerstäuberdüse verwendet, so kann diese einen variierenden Austrittsquerschnitt aufweisen und beispielsweise aus Edelstahl oder Keramik ausgebildet sein. Um eine möglichst rasche Verdampfung zu erzielen, muss das eindosierte Sterilisationsmittel möglichst fein zerstäubt werden. Dazu ist ein Vordruck von etwa 50 bar vorteilhaft, mit welchem die Zerstäuberdüse beaufschlagt wird. Dieser hohe Druck wird mittels einer Druckerzeugungseinrichtung 7, welche bevorzugt als Hochdruckpumpe oder als Zahnradpumpe vorgesehen ist, ermöglicht. Die Druckerzeugungseinrichtung 7 kann darüber hinaus auch zugleich zur Förderung des Sterilisationsmittels dienen.
Um eine optimale Stellung einer Zerstäuberdüse innerhalb des Verdunstungsraumes 25 einzustellen, ist bevorzugt ein nicht gezeigter Einstellmechanismus für die Zerstäuberdüse vorhanden, der bevorzugt durch eine Manipulationsvorrichtung außerhalb des Verdunstungsraumes 25 betätigt werden kann. Die Manipulationsvorrichtung kann beispielsweise aus einem betätigbaren Handstellrad bestehen, das über eine Welle mechanisch mit der Zerstäubungsdüse oder einem flexibel gestalteten Ende der ersten Zuführleitung 26, an dem die Zerstäubungsdüse direkt befestigt ist, verbunden ist. Die Welle ist bevorzugt drehbar und in ihrer Längsachse verschiebbar gleitend abgedichtet durch eine Wandung des Verdunstungsraumes 25 geführt.
Des Weiteren weist die Zerstäubungseinrichtung 12 bevorzugt ein Rückschlagventil auf, so dass eine intervallartige Zufuhr der flüssigen Komponente in den Verdunstungsraum 25 ermöglicht wird. Somit können durch die vorliegende Erfindung einerseits Behältnisse sterilisiert werden, wenn der gasförmigen Komponente im Verdunstungsraum die flüssige Komponente zugeführt wird, oder andererseits können die Behältnisse auch lediglich mit der gasförmigen Komponente beaufschlagt werden. Dies ist beispielsweise nach dem Sterilisieren wünschenswert, so dass jegliche Rückstände des Sterilisationsmittels entfernt werden können.
Durch Zerstäubung der flüssigen Komponente im Verdunstungsraum 25 in einem erwärmten Fluss der gasförmigen Komponente, wird die flüssige Komponente unter Energieaufnahme in ihren gasförmigen Zustand überführt, wobei das entstehende Gemisch eine Temperaturerniedrigung erfährt. Dieser im freien Volumen des Verdunstungsraumes 25 stattfindende Phasenübergang bedingt eine geringere chemische Zersetzung der flüssigen Komponente im Gegensatz zu dem Verdampfungsprozess aus dem Stand der Technik.
Über die Auslassöffnung 26 wird das gasförmige Gemisch aus dem Verdunstungsraum 25 abgeführt und über ein Abführelement 28 einem Sterilraum 32 zugeführt, in welchem die Behältnisse 30 zum Sterilisieren angeordnet sind. Das Sterilisieren erfolgt beispielsweise durch Einleitung des im Verdunstungsraum 25 entstandenen Gasgemisches in die einzige Öffnung des Behältnisses 30.
Ferner wird das entstandene Gasgemisch vorteilhaft auch zum Sterilisieren von weiteren Packteilen wie beispielsweise Verschlüssen oder Anlagebauteilen wie beispielsweise Innenwandungen, Behälterträger verwendet (nicht gezeigt). In diesem Fall sind in dem Sterilraum 32 beispielsweise mehrere Öffnungen zum Zuführen des im Verdunstungsraum 25 entstandenen Gasgemisches vorgesehen, wobei zur Verteilung des Gasgemisches geeignete Zerstäubungselemente eingesetzt werden. Hierbei ist möglich eine einzige erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung aller im Sterilraum zu sterilisierenden Objekte über ein geeignetes Abführelement einzusetzen. Dazu ist eine etwas aufwändigere Steuerung von im Abführelement angeordneten Komponenten, wie beispielsweise Regelventile für eine zusätzliche Beimengung einer gasförmigen Komponente zum gasförmigen Sterilisationsgemisch, notwendig. Das Abführelement weist dann ein oder mehrere Verzweigungen auf. Alternativ ist möglich, für jede Anwendung eine speziell auf die jeweilige Anwendung ausgelegte Vorrichtung einzusetzen und jeweilige Abführelemente ohne Verzweigungen einzusetzen.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in einer wesentlichen Einsparung der Kosten, da auf einen aktiven Verdampfer verzichtet werden kann, einer geringeren Zersetzung des Sterilisationsmittels bei dessen Verdampfung, da kein Kontakt mit einer metallischen Oberfläche zum Verdampfen notwendig ist, einer vollständige Abführung der im Sterilisationsmittel enthaltenen Stabilisatoren mit dem Luftvolumenstrom, so dass die Rückstandproblematik auf der heißen Verdampferoberfläche entfällt, einer Möglichkeit, Peressigsäure zu verdampfen, was bei herkömmlichen Verdampfern aufgrund der enormen Rückstandproblematik nicht möglich ist und einer einfachen und kostengünstigen Sicherheitstechnik zur Absicherung des Verdampfers, da keine Gefahr einer Destillation des Sterilisationsmittels besteht. Die mit dem Luftvolumenstrom abgeführten beispielsweise Stabilisatoren werden, bevorzugt bei einer Anwendung zur Sterilisation von Innenflächen von Behältnissen oder Verschlüssen, durch geeignete Maßnahmen oder Vorrichtungskomponenten aus dem Sterilisationsgasgemisch abgeschieden, beispielsweise durch Einsatz eines Zentrifugalabscheiders im Abführelement 28.
Als Behältnisse sind neben Flaschen aus Kunststoff auch beispielsweise Kartonverpackungen oder Becher aus Kunststoff zu verstehen.
Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
4: Ringleitung
6: erste Zuführleitung
7: erste Dosiereinrichtung, Druckerzeugungseinrichtung
8: erste Sensoreinheit
12: Zerstäubungseinrichtung
14: Zerstäubungskegel
16: zweite Zuführleitung
18: zweite Sensoreinheit
20: zweite Dosiereinrichtung
21: Erwärmungselement
22: Erwärmungselementauslass
23: Verbindungsstück
24: Verdunstungskammereinlass
25: Verdunstungskammer
26: Verdunstungskammerauslass
28: Abführelement
30: Behältnis
32: Sterilraum

Claims

Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmitteln, insbesondere von Behältnissen, bei welchem eine flüssige Komponente, insbesondere ein Sterilisationsmittel, mittels mindestens einer Zerstäubungseinrichtung (12) in einem Strom einer gasförmigen Komponente, insbesondere Luft, in einem Verdunstungsraum (25) verdunstet wird und das entstehende Gemisch über ein Abführelement (28) aus dem Verdunstungsraum (25) abgeführt wird und zumindest einem sich in einem Sterilraum (32) befindenden Verpackungsmittel, insbesondere einem Behältnis (30) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck, mit welchen die flüssige Komponente beaufschlagt wird, größer 10 bar. bevorzugt größer 20 bar und besonders bevorzugt größer 40 bar eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Druck beaufschlagte flüssige Komponente in Strömungsrichtung der gasförmigen Komponente dem Verdunstungsraum (25) zugeführt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sterilisationsmittel bevorzugt Wasserstoffperoxid (H₂O₂) und/oder Peressigsäure verwendet werden.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Dosiereinrichtung (7) in der ersten Zuführleitung eine Flussrate des Sterilisationsmittels steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Komponente bevorzugt Sterilluft eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Komponente über eine zweite Zuführleitung (16) dem Verdunstungsraum (25) zugeführt wird, wobei eine zweite Dosiereinrichtung (20) an der zweiten Zuführleitung (16) eine Flussrate der gasförmigen Komponente steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erwärmungselement (21) die gasförmige Komponente vor dem Verdunstungsraum (25) auf einen vorbestimmbaren Wert temperiert.
Vorrichtung zum Sterilisieren von Verpackungsmitteln, insbesondere von Behältnissen, mit einem Verdunstungsraum, einer ersten Zuführleitung (6) zum Zuführen einer flüssigen Komponente, insbesondere eines Sterilisationsmittels, in den Verdunstungsraum (25) und einer zweiten Zuführleitung (16) zum Zuführen einer gasförmigen Komponente, insbesondere von Luft, in den Verdunstungsraum (25), wobei in dem Verdunstungsraum (25) eine Zerstäubungseinrichtung (12) zum Zerstäuben der flüssigen Komponente angeordnet ist, und einem Abführelement (28) zum Abführen eines Gemisches, bestehend aus der flüssigen und gasförmigen Komponente, aus dem Verdunstungsraum (25), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuführleitung (6) eine Druckerzeugungseinrichtung aufweist, durch welche die flüssige Komponente mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher höher liegt, als der atmosphärische Druck.