DE102017215200B4 - Evaporator with a meandering flow channel system - Google Patents
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Abstract
Ein Verdampfer zur Verdampfung einer Flüssigkeit oder eines Aerosols, umfassend einen wärmeleitenden Strömungskörper mit einer innenliegenden Wärmequelle und einem die Wärmequelle umgebendem Strömungskanalsystem, wobei das Strömungskanalsystem ein mäandrierendes Röhrensystem ist, das mäandrierend so um die innenliegende Wärmequelle geführt wird, dass der Wärmeeintrag im Röhrensystem entlang des Strömungsweges erhöht wird, wobei der wärmeleitende Strömungskörper einen Innenkörper und einen den Innenkörper umgebenden, im Betriebszustand mindestens flüssigkeitsdicht abschließenden Außenkörper umfasst, wobei das Strömungskanalsystem außenseitige Rohrabschnitte umfasst, deren Wände anteilig von dem Innenkörper und dem Außenkörper gebildet werden.An evaporator for the evaporation of a liquid or an aerosol, comprising a thermally conductive flow body with an internal heat source and a flow channel system surrounding the heat source, the flow channel system being a meandering tube system which is meandering around the internal heat source so that the heat input in the tube system along the Flow path is increased, wherein the heat-conducting flow body comprises an inner body and an outer body surrounding the inner body and at least liquid-tight in the operating state, the flow channel system comprising outer pipe sections, the walls of which are formed proportionally by the inner body and the outer body.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer zur Verdampfung einer Flüssigkeit oder eines Aerosols und auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verdampfers zur Sterilisation oder Dekontamination. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Dampf-Sterilisationssystem enthaltend einen Verdampfer und einen Verdrängungskörper.The invention relates to an evaporator for evaporating a liquid or an aerosol and to the use of the evaporator according to the invention for sterilization or decontamination. The invention also relates to a steam sterilization system containing an evaporator and a displacement body.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zu Zwecken der Sterilisation und Dekontamination. Es findet seine bevorzugte Anwendung in Verbindung mit der Verdampfung eines Wasserstoffperoxid-Luft-Aerosols und hierbei insbesondere zur Entkeimung von Verpackungen vor der Abfüllung. Es wird darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Verdampfer auch für gänzlich andere Zwecke einsetzbar ist, insofern er hinsichtlich der verwendeten Flüssigkeit oder des verwendeten Aerosols keiner Einschränkung unterliegt.The present invention relates to a device for the purposes of sterilization and decontamination. It is preferred for use in connection with the evaporation of a hydrogen peroxide-air aerosol and in particular for the sterilization of packaging before filling. It should be noted that the vaporizer according to the invention can also be used for entirely different purposes, provided that it is not subject to any restriction with regard to the liquid or the aerosol used.
Verpackungen im Pharma- oder Lebensmittelbereich müssen vor der Befüllung entkeimt werden. Hierzu hat sich in der Industrie die Verwendung von Wasserstoffperoxid durchgesetzt, das wegen seiner Fähigkeit zur Radikalbildung und seiner stark oxidativen Wirkung eine sehr hohe Abtötungsrate für das gesamte Spektrum an Mikroorganismen besitzt.Packaging in the pharmaceutical or food sector must be sterilized before being filled. For this purpose, the use of hydrogen peroxide has established itself in industry, which, because of its ability to form free radicals and its strong oxidative effect, has a very high rate of destruction for the entire spectrum of microorganisms.
Dazu wird eine wässrige Lösung mit Wasserstoffperoxid (übliche Konzentrationen zwischen 10 und 50 Gew.-%) verwendet. Diese wird einem sterilen Trägerluftstrom (partikelfreier, über Schwebstofffilter gefilterter Luftstrom) meist über eine Zweistoffdüse als feinzerstäubte Mikrotropfen zugeführt. Das resultierende Aerosol wird in einen auf >200°C beheizten Verdampfer eingeleitet, dort in die Gasphase überführt und an den Wirkort gebracht.An aqueous solution with hydrogen peroxide (usual concentrations between 10 and 50% by weight) is used for this. This is fed to a sterile stream of carrier air (particle-free air stream filtered through a particulate filter) mostly via a two-substance nozzle as finely atomized microdrops. The resulting aerosol is introduced into an evaporator heated to> 200 ° C, where it is converted into the gas phase and brought to the site of action.
Da Wasserstoffperoxid dazu neigt, insbesondere in hochkonzentrierten Lösungen, unter Licht- und Wärmeeinwirkung bei Kontakt mit Metalloberflächen in Wasser und Sauerstoff zu zerfallen, besteht die Herausforderung, eine nahezu gleichbleibende Konzentration des Gemischs bis zum Eintreffen am Wirkort aufrecht zu erhalten.Since hydrogen peroxide tends to break down into water and oxygen when exposed to light and heat, especially in highly concentrated solutions, when it comes into contact with metal surfaces, the challenge is to maintain an almost constant concentration of the mixture until it reaches the site of action.
Um den katalytischen Zerfall einzudämmen, werden handelsüblichen WasserstoffperoxidLösungen Stabilisatoren zugesetzt, welche zu starken Verunreinigungen der bisher eingesetzten Verdampfer führen. Dies macht zeit- und kostenaufwändige Wartungs- und Reinigungsprozesse erforderlich.In order to contain the catalytic decomposition, stabilizers are added to commercially available hydrogen peroxide solutions, which lead to severe contamination of the previously used evaporators. This makes time-consuming and costly maintenance and cleaning processes necessary.
Weiterhin erfordert der Prozess eine gleichbleibende Dampfqualität ohne Tröpfchen- oder Kondensatbildung, da anderenfalls das zu behandelnde Produkt unzulässig mit Wasserstoffperoxid kontaminiert werden kann.Furthermore, the process requires a constant steam quality without the formation of droplets or condensate, since otherwise the product to be treated could be contaminated with hydrogen peroxide in an inadmissible manner.
Die
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Es besteht daher ein Bedarf nach effektiv arbeitenden Verdampfern für Flüssigkeiten und Aerosole und insbesondere im Bereich der H2O2-Dampf~Sterilisation.There is therefore a need for effectively working evaporators for liquids and Aerosols and especially in the area of H 2 O 2 steam sterilization.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Verdampfer für Flüssigkeiten oder Aerosole zur Verfügung zu stellen.It is an object of the present invention to provide an improved vaporizer for liquids or aerosols.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Verdampfer gemäß Anspruch 1 gelöst. Spezifische Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der zusätzlichen abhängigen oder unabhängigen Ansprüche.According to the invention, the object is achieved by an evaporator according to
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verdampfer zur Verdampfung einer Flüssigkeit oder eines Aerosols zur Verfügung gestellt, der einen wärmeleitenden Strömungskörper mit einer innenliegenden Wärmequelle und einem die Wärmequelle umgebendem Strömungskanalsystem umfasst, wobei das Strömungskanalsystem ein mäandrierendes Röhrensystem ist, das so um die innenliegende Wärmequelle geführt wird, dass der Wärmeeintrag im Röhrensystem entlang des Strömungsweges erhöht wird.According to a first aspect of the invention, a vaporizer for vaporizing a liquid or an aerosol is provided, which comprises a heat-conducting flow body with an internal heat source and a flow channel system surrounding the heat source, the flow channel system being a meandering tube system that surrounds the internal heat source is performed so that the heat input in the pipe system is increased along the flow path.
Die erfindungsgemäße Hilfsvorrichtung weist zahlreiche Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Hilfsvorrichtungen auf.The auxiliary device according to the invention has numerous advantages over the auxiliary devices known from the prior art.
Wie die Erfinder festgestellt haben, wird durch die erfindungsgemäße Strömungsrohrführung mit zunehmendem Wärmeeintrag eine kontrollierte Verdampfung erreicht, so dass das kritische Phänomen einer schlagartigen Verdampfung (im Extremfall als Wasserdampfexplosion bekannt) effektiv unterbunden wird.As the inventors have found, the flow pipe routing according to the invention achieves controlled evaporation with increasing heat input, so that the critical phenomenon of sudden evaporation (known in the extreme case as a water vapor explosion) is effectively prevented.
Der erfindungsgemäße Verdampfer leistet somit über den gesamten Strömungskörper eine homogene Verdampfung.The evaporator according to the invention thus provides homogeneous evaporation over the entire flow body.
Durch das mäandrierende Rohrsystem wird die Bildung von Kondensat oder Tröpfchen effektiv unterbunden. Dadurch kann der Leidenfrost-Effekt, der häufig bei Verdampfern mit Helix-Kanalsystem auftritt, vermieden werden.The meandering pipe system effectively prevents the formation of condensate or droplets. This avoids the Leidenfrost effect, which often occurs with evaporators with a helix channel system.
Durch die mäandrierende Rohrführung mit innenliegendem Wärmequelle kann eine kleine Bauform erzielt werden, die insbesondere beim Einsatz in der Verpackungsindustrie von entscheidendem Vorteil ist. Der Verdampfer kann so einfach und platzsparend in eine Abfüllanlage integriert werden und ermöglicht so eine Sterildampf-Bildung am Wirkort. Dies ist gerade bei dem hohen Durchsatz moderner Abfüllmaschinen ein erheblicher Vorteil, da hier der Verdampfer auf die vorbeigeführten Verpackungen abgesenkt und nach erfolgter Entkeimung wieder angehoben werden kann.Due to the meandering pipe routing with an internal heat source, a small design can be achieved, which is particularly advantageous when used in the packaging industry. The vaporizer can thus be easily and space-savingly integrated into a filling system and thus enables sterile steam to be generated at the site of action. This is a considerable advantage, especially with the high throughput of modern filling machines, since here the evaporator can be lowered onto the packaging that has passed by and raised again after disinfection has taken place.
Der erfindungsgemäße Verdampfer ist breit einsetzbar, insofern er für die Verdampfung von Flüssigkeiten und auch Aerosolen geeignet ist.The evaporator according to the invention can be used widely insofar as it is suitable for the evaporation of liquids and also aerosols.
Durch die innenliegende Wärmequelle wird die thermische Energie besonders effektiv ausgenutzt, was einerseits eine Energieersparnis bedeutet und andererseits ein unnötiges oder sogar schädliches Aufheizen der Umgebung verhindert.Thanks to the internal heat source, the thermal energy is used particularly effectively, which on the one hand means energy savings and on the other hand prevents unnecessary or even harmful heating of the environment.
Damit wird eine hohe Dampferzeugungsrate ermöglicht, wobei ein hochkonzentrierter, d.h. nah am Sättigungspunkt liegender Dampf erzeugt werden kann.This enables a high rate of steam generation, with a highly concentrated, i. steam close to the saturation point can be generated.
Mit seinem kompakten und einfachen Design kann der Verdampfer auf einfache Weise und zudem kostengünstig hergestellt werden.With its compact and simple design, the evaporator can be manufactured in a simple manner and also inexpensively.
Der erfindungsgemäße Verdampfer kann ohne Mehraufwand in die bereits etablierten Verpackungsanlagen integriert werden. Mit seinem skalierbaren Design kann der Verdampfer zudem in einfacher Weise an unterschiedlichste Prozessparameter angepasst werden.The evaporator according to the invention can be integrated into the already established packaging systems without additional effort. With its scalable design, the evaporator can also be easily adapted to a wide variety of process parameters.
Zusammengefasst erlaubt der erfindungsgemäße Verdampfer bei energieeffizienter Anwendung eine optimierte Verdampfung unter kontrollierten Bedingungen.In summary, the evaporator according to the invention allows optimized evaporation under controlled conditions with energy-efficient use.
Die Erfindung im EinzelnenThe invention in detail
Erfindungsgemäß umfasst der Verdampfer einen Strömungskörper mit einer innenliegenden Wärmequelle und einem die Wärmequelle umgebenden Strömungskanalsystem. Die einzelnen Rohre des Strömungskanalsystems werden somit um die innenliegende Wärmequelle herumgeführt.According to the invention, the evaporator comprises a flow body with an internal heat source and a flow channel system surrounding the heat source. The individual tubes of the flow channel system are thus led around the internal heat source.
Bei dem Strömungskanalsystem handelt es sich erfindungsgemäß um ein mäandrierendes Röhrensystem. Im Sinne der Erfindung ist hierunter ein Röhrensystem zu verstehen, das eine mehrfache Richtungsänderung erfährt, die zu im wesentlichen parallel verlaufen Rohrabschnitten mit umgekehrter Strömungsänderung führt. Bei einem zylindrischen Strömungskörper wird dies bevorzugt durch längsseitig (d.h. parallel zur Zylinderachse) verlaufende Rohrabschnitte verwirklicht, die an den Enden des Zylinders durch Querrohre verbunden werden.According to the invention, the flow channel system is a meandering tube system. In the context of the invention, this is to be understood as a pipe system which undergoes a multiple change in direction, which leads to pipe sections running essentially parallel with a reverse flow change. In the case of a cylindrical flow body, this is preferably achieved by tube sections running longitudinally (i.e. parallel to the cylinder axis), which are connected at the ends of the cylinder by cross tubes.
Anspruchsgemäß wird das mäandrierende Röhrensystem so um die innenliegende Wärmequelle geführt, dass der Wärmeeintrag im Röhrensystem entlang des Strömungsweges erhöht wird. Die Erhöhung des Wärmeeintrags gemäß der Erfindung bezieht sich auf den Strömungsweg als Ganzes. Dies bedeutet, dass die Erhöhung des Wärmeeintrags über den Strömungsweg im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen muss. Es können auch aufeinanderfolgende Rohrabschnitte denselben Wärmeeintrag aufweisen, oder bei kurzen Querrohren ein erhöhter Wärmeeintrag erfolgen, der im darauffolgenden Längsrohr wieder etwas geringer ist.According to the claim, the meandering tube system is guided around the internal heat source in such a way that the heat input in the tube system is increased along the flow path. The increase in the heat input according to the invention refers to the flow path as a whole. This means that the increase in the heat input via the flow path must take place essentially continuously. Successive pipe sections can also have the same heat input, or, in the case of short transverse pipes, there can be an increased heat input, which is again somewhat lower in the subsequent longitudinal pipe.
Erfindungsgemäß weisen somit die von der Rohrlänge wesentlichen Rohrabschnitte des Röhrensystems zumindest keine Erniedrigung des Wärmeeintrags entlang des Strömungswegs auf.According to the invention, the pipe sections of the pipe system that are essential for the pipe length thus have at least no reduction in the heat input along the flow path.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen zwei benachbarte längsseits orientierte Rohrabschnitte einen im Wesentlichen identischen Wärmeeintrag auf.In a preferred embodiment of the invention, two adjacent pipe sections oriented longitudinally have an essentially identical heat input.
Erfindungsgemäß kann der zunehmende Wärmeeintrag, der durch die innenliegende Wärmequelle erzeugt wird, durch verschiedenste Mittel erzeugt werden.According to the invention, the increasing heat input generated by the internal heat source can be generated by the most varied of means.
So können in einer bevorzugten Ausführungsform die Rohrabschnitte entlang des Strömungsweges immer näher an die innenliegende Wärmequelle herangeführt werden und so in einfacher Weise einen erhöhten Wärmeeintrag aufweisen. Hierbei handelt es sich in besonders bevorzugter Weise um eine paarweise Annäherung von den für den Wärmeeintrag wesentlichen, längsseitigen Rohrabschnitten des Röhrensystems.Thus, in a preferred embodiment, the pipe sections along the flow path can be brought ever closer to the internal heat source and thus have an increased heat input in a simple manner. In a particularly preferred manner, this involves a paired approximation of the longitudinal tube sections of the tube system that are essential for the introduction of heat.
Alternativ hierzu oder in Kombination mit der vorgenannten Methode kann die Wärmequelle von dem entsprechenden Rohrabschnitt durch eine unterschiedlich ausgestaltete Isolierung getrennt werden. So können bei einem massiven Zylinder als Strömungskörper längsseitige Bohrungen oder Schlitze eingeführt werden, die mit einem Isolator, wie beispielsweise Gas oder Schaumstoff versehen sind.As an alternative to this or in combination with the aforementioned method, the heat source can be separated from the corresponding pipe section by means of insulation of different design. In the case of a massive cylinder as a flow body, for example, holes or slots on the longitudinal side can be introduced which are provided with an insulator such as gas or foam.
Gemäß der Erfindung umfasst der wärmeleitende Strömungskörper des Verdampfers einen Innenkörper und einen, den Innenkörper umgebenden, im Betriebszustand mindestens flüssigkeitsdicht abschließenden Außenkörper. Mit diesem aus zwei Grundbestandteilen aufgebautem Strömungskörper lässt sich besonders einfach das erfindungsgemäße Röhrensystem gestalten.According to the invention, the heat-conducting flow body of the evaporator comprises an inner body and an outer body which surrounds the inner body and closes off at least in a liquid-tight manner in the operating state. With this flow body made up of two basic components, the tube system according to the invention can be designed in a particularly simple manner.
Hierbei umfasst das Strömungskanalsystem zweckmäßigerweise außenseitige Rohrabschnitte, deren Wände anteilig von dem Innenkörper und dem Außenkörper gebildet werden. Gemäß der Erfindung ist unter einem „außenseitigen Rohrabschnitt“ ein Rohrabschnitt zu verstehen, der auf der Außenseite des Innenkörpers ausgebildet ist. Entsprechend können diese außenseitigen Rohrabschnitte in einfacher Weise (bspw. durch abtragende Fertigungsverfahren wie Fräsen) aus dem Innenkörper herausgearbeitet werden.Here, the flow channel system expediently comprises pipe sections on the outside, the walls of which are formed proportionally by the inner body and the outer body. According to the invention, an “outside pipe section” is to be understood as a pipe section which is formed on the outside of the inner body. Correspondingly, these pipe sections on the outside can be machined out of the inner body in a simple manner (for example by means of erosive manufacturing processes such as milling).
In besonders bevorzugter Weise ist hierbei der Außenkörper als Außenmantel ausgestaltet. Als Außenmantel weist er eine deutliche geringere Dicke als der Innenkörper auf und hat bevorzugt eine Dicke zwischen 0,1 mm und 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 25 mm und insbesondere zwischen 0,5 und 20 mm.In a particularly preferred manner, the outer body is designed as an outer jacket. As the outer jacket, it has a significantly smaller thickness than the inner body and preferably has a thickness between 0.1 mm and 50 mm, particularly preferably between 0.2 and 25 mm and in particular between 0.5 and 20 mm.
In einer Ausführungsform ist der Außenkörper mit dem Innenkörper lösbar verbunden, so dass er sich von dem Innenkörper durch Umkehr des Verbindungsvorganges zerstörungsfrei wieder trennen lässt. Hierdurch werden die Rohrabschnitte in einfacher Weise von außen zugänglich und können entsprechend leicht gereinigt werden.In one embodiment, the outer body is detachably connected to the inner body, so that it can be separated from the inner body again in a non-destructive manner by reversing the connection process. As a result, the pipe sections are easily accessible from the outside and can accordingly be easily cleaned.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verbindung der Körper dadurch hergestellt, dass der Innenkörper einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als der Außenkörper, so dass der Innenkörper und der Außenkörper im Betriebszustand einen abgedichteten Pressverband bilden. Der Pressverband hat den Vorteil, dass die Verbindung ohne zusätzliches Verbindungsmittel wie Klebstoffe auskommt und auf einfache und reproduzierbare Weise eine Dichtigkeit bei Betriebstemperatur garantiert.In a preferred embodiment, the connection of the bodies is established in that the inner body has a higher coefficient of thermal expansion than the outer body, so that the inner body and the outer body form a sealed interference fit in the operating state. The interference fit has the advantage that the connection does not require any additional connection means such as adhesives and guarantees tightness at operating temperature in a simple and reproducible manner.
In besonders bevorzugter Weise sind diese beiden Körper so dimensioniert, dass sie sich bei Raumtemperatur leicht trennen lassen. Dies bedeutet, dass bei einem zylindrischen Außenkörper oder Außenmantel dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser des ebenfalls zylindrischen Innenkörpers. Dadurch können die beiden Körper bei Raumtemperatur leicht voneinander gelöst werden und gereinigt oder einzeln ausgetauscht werden. Nach dem Wiederzusamrnenfügen und Erhitzen durch die innenliegende Wärmequelle wird der Pressverband wieder hergestellt und der Verdampfer ist wieder einsatzbereit.In a particularly preferred manner, these two bodies are dimensioned so that they can be easily separated at room temperature. This means that in the case of a cylindrical outer body or outer jacket, its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the likewise cylindrical inner body. As a result, the two bodies can be easily detached from one another at room temperature and cleaned or replaced individually. After reassembly and heating by the internal heat source, the interference fit is restored and the evaporator is ready for use again.
In einer alternativen Ausführungsform muss der Pressverband unter Raumtemperatur (beispielsweise auf 5°C oder 0°C) gekühlt werden, um die beiden Körper voneinander zu lösen.In an alternative embodiment, the interference fit must be cooled below room temperature (for example to 5 ° C. or 0 ° C.) in order to detach the two bodies from one another.
Insofern der Strömungskörper in einer Ausführungsform durch einen Innenkörper und einen Außenkörper gebildet wird, gibt es mehrere Möglichkeiten die außenseitigen Rohrabschnitte des Verdampfers zu gestalten, wie beispielsweise durch eine der folgenden Ausführungsformen:
- In einer Ausführungsform können die Rohrabschnitte, bzw. deren Wände durch innenseitige längliche Vertiefungen am Außenkörper in Verbindung mit der glatten Außenwand des Innenkörpers gebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Innenkörper sehr einfach aufgebaut ist und lediglich der Außenkörper mit seinen, das außenseitige Rohrabschnittssystem definierenden Vertiefungen, entsprechend komplexer aufgebaut ist. Diese Ausführungsform bietet zudem die Möglichkeit, dass Außenkörper mit unterschiedlicher Rohrgestaltung bereitgestellt werden können, die dann je nach Anwendungszweck mit dem einheitlichen Innenkörper kombiniert werden können. So kann für eine Flüssigkeitsverdampfung (im Gegensatz zu einer Aerosolverdampfung) der Außenkörper Vertiefungen aufweisen, die ein über den Strömungsweg hin sich erweiterndes Rohrsystem aufbauen, um so die verdampfungsassoziierte Volumenerhöhung zu berücksichtigen.
- In one embodiment, the pipe sections or their walls can be formed by elongated recesses on the inside on the outer body in connection with the smooth outer wall of the inner body. This has the advantage that the inner body has a very simple structure and only the outer body with its depressions defining the outer pipe section system is correspondingly more complex. This embodiment also offers the possibility that outer bodies can be provided with different tube designs, which can then be combined with the uniform inner body depending on the application. For example, for liquid evaporation (as opposed to aerosol evaporation), the outer body can have depressions which build up a pipe system that widens along the flow path in order to take into account the increase in volume associated with evaporation.
In einer alternativen Ausführungsform können die Rohrabschnitte durch außenseitige längliche Vertiefungen am Innenkörper und dazu passende innenseitige längliche Vertiefungen am Außenkörper gebildet werden. Diese bilden bevorzugt die beiden Hälften des Rohrleitungsquerschnitts und definieren so die Rohrabschnitte. Dies ist insbesondere in Verbindung mit dem Pressverband von Vorteil. So könnte der außenseitige Körper verschiedene Rohrsysteme definieren, die dann durch Drehung des zylindrischen Außenkörpers jeweils mit den Rohrabschnitten des Innenkörpers zur Deckung gebracht werden können. Auf diese Weise ist bei nur einem Innen- und Außenkörper ein multifunktioneller Verdampfer realisierbar.In an alternative embodiment, the pipe sections can be formed by elongated depressions on the outside on the inner body and matching elongated depressions on the inside on the outer body. These preferably form the two halves of the pipe cross-section and thus define the pipe sections. This is particularly advantageous in connection with the interference fit. For example, the body on the outside could define various pipe systems which can then be brought into congruence with the pipe sections of the inner body by rotating the cylindrical outer body. In this way, a multifunctional evaporator can be implemented with only one inner and outer body.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Rohrabschnitte durch außenseitige längliche Vertiefungen am Innenkörper in Kombination mit der glatten Innenwand des Außenkörpers gebildet. Diese Variante ist besonders einfach und kostengünstig herzustellen, da lediglich der zylindrische Innenkörper nachbearbeitet werden muss, was durch außenseitiges Fräsen für die Rohrabschnitte und Bohren für die Querrohre einfach durchzuführen ist.In a preferred embodiment, the pipe sections are formed by elongated depressions on the outside on the inner body in combination with the smooth inner wall of the outer body. This variant is particularly simple and inexpensive to manufacture, since only the cylindrical inner body has to be reworked, which can be easily carried out by external milling for the pipe sections and drilling for the cross pipes.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die außenseitigen Rohrabschnitte einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Halbkreis nach innen, d.h. zur Wärmequelle gerichtet ist. In dieser Form ist ein erhöhter Wärmeeintrag an der innenliegenden Längsseite möglich. Idealerweise würde die Kanalform auf der Innenseite eine große Oberfläche aufweisen, um eine möglichst große Kontaktfläche zum Aerosol bzw. Dampf zu haben. Eine solche Form ist auch in einfacher Weise durch die spanende Fertigung herzustellen, wobei Kanäle als Langlöcher ausgeformt werden können.In a preferred embodiment, the pipe sections on the outside have an approximately semicircular cross-section, the semicircle pointing inwards, i.e. is directed towards the heat source. In this form, increased heat input is possible on the inner longitudinal side. Ideally, the channel shape would have a large surface on the inside in order to have the largest possible contact surface with the aerosol or vapor. Such a shape can also be produced in a simple manner by machining, it being possible for channels to be formed as elongated holes.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungskörper und/oder der Innenkörper ein massiver Körper. Bevorzugterweise sind beide Körper, sowohl der Innenkörper als auch der Außenkörper als massiver Körper ausgestaltet. Hierbei ist insbesondere eine Ausgestaltung des Innenkörpers als massiver Kreiszylinder vorteilhaft. in dieser Form wird ausgehend von der Wärmequelle ein gleichmäßiger Temperaturgradient im Innenkörper aufgebaut und der unterschiedliche Wärmeeintrag kann in einfacher Weise durch den Abstand der Rohre von der Wärmequelle definiert werden.In a further embodiment of the invention, the flow body and / or the inner body is a solid body. Both bodies, both the inner body and the outer body, are preferably designed as a solid body. A configuration of the inner body as a solid circular cylinder is particularly advantageous here. In this form, starting from the heat source, a uniform temperature gradient is built up in the inner body and the different heat input can be defined in a simple manner by the distance between the tubes and the heat source.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die innenliegende Wärmequelle ein längliches, bevorzugt stabförmiges Heizelement. Dadurch kann ein entsprechend über die Länge des Stabes homogener Temperaturgradient aufgebaut werden.In one embodiment of the invention, the internal heat source is an elongated, preferably rod-shaped heating element. As a result, a correspondingly homogeneous temperature gradient can be built up over the length of the rod.
Dem Fachmann stehen zahlreiche Ausgestaltungen für eine Wärmequelle zur Verfügung. In bevorzugter Weise handelt es sich hierbei um ein elektrisch betriebenes Heizelement, also beispielsweise eine Stromdurchflossene Heizwendel. Alternativ kann der Innenkörper auch induktiv aufgeheizt werden, indem die Wärmequelle eine von einem Hochfrequenz-Strom durchflossene Spule umfasst, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmequelle auch mit anderen Wärmeträgern betrieben werden, z. B. heißem Öl, oder gar durch einen Verbrennungsprozeß (z.B. unter Verwendung von Öl oder Gas).Numerous configurations for a heat source are available to those skilled in the art. In a preferred manner, this is an electrically operated heating element, that is to say for example a heating coil through which current flows. Alternatively, the inner body can also be inductively heated by the heat source comprising a coil through which a high-frequency current flows and which generates an alternating magnetic field. In a further embodiment, the heat source can also be operated with other heat carriers, e.g. B. hot oil, or even by a combustion process (e.g. using oil or gas).
Besonders bevorzugt ist als Wärmequelle ein elektrisch betriebenes Widerstandsheizelem ent.An electrically operated resistance heating element is particularly preferred as the heat source.
Bei einer elektrisch betriebenen Wärmequelle weist diese bevorzugt eine Heizleistung von mindestens 1000 Watt auf. Besonders bevorzugt ist hier eine Heizleistung von 2000 bis 2500 Watt und insbesondere von 2200 Watt.In the case of an electrically operated heat source, this preferably has a heating power of at least 1000 watts. A heating power of 2000 to 2500 watts and in particular 2200 watts is particularly preferred here.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft bei dem Verdampfer das stabförmige Heizelement parallel zur Längsachse des Strömungs- oder Innenkörpers. Dadurch wird, wie oben bereits ausgeführt, ein entsprechend längshomogener Temperaturgradient aufgebaut, der dann in den längsseitig und somit parallel zum stabförmigen Heizelement verlaufenden Rohrabschnitten abhängig von dem Abstand zum Heizelement einen unterschiedlichen Wärmeeintrag ergeben kann.In a preferred embodiment of the invention, the rod-shaped heating element of the evaporator runs parallel to the longitudinal axis of the flow body or inner body. As a result, as already explained above, a correspondingly longitudinally homogeneous temperature gradient is built up, which can then result in a different heat input in the pipe sections running longitudinally and thus parallel to the rod-shaped heating element, depending on the distance from the heating element.
Bei der bevorzugten Form des Strömungs- oder Innenkörpers als Kreiszylinder, verläuft das stabförmige Heizelement parallel zur Längsachse, aber besonders bevorzugt hierbei versetzt zum Kreismittelpunkt. Hierdurch haben die am Außenmantel gelegenen (die sog. „außenseitigen“) Rohrabschnitte eine unterschiedliche Entfernung zum Heizelement und erhalten somit durch die denkbar einfachste Ausgestaltung einen unterschiedlichen Wärmeeintrag, der auch durch den kontinuierlich wählbaren Abstand entsprechend kontinuierlich einstellbar ist.In the preferred shape of the flow body or inner body as a circular cylinder, the rod-shaped heating element runs parallel to the longitudinal axis, but particularly preferably offset from the center of the circle. As a result, the pipe sections located on the outer jacket (the so-called "outside") have a different distance to the Heating element and thus receive a different heat input due to the simplest conceivable configuration, which can also be continuously adjusted accordingly through the continuously selectable distance.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verlaufen die außenseitigen Rohrabschnitte parallel zur Längsachse des massiven Körpers. Dies ist insbesondere, wie eben bereits ausgeführt, bei einem Kreiszylinder mit ebenfalls längsseits verlaufender innenliegendem Wärmequelle von Vorteil.In a further embodiment of the invention, the pipe sections on the outside run parallel to the longitudinal axis of the solid body. As already stated, this is particularly advantageous in the case of a circular cylinder with an internal heat source likewise running alongside.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die außenseitigen Rohrabschnitte zur Ausbildung eines durchgängigen Strömungskanalsystems durch außenseitige Querrohre und durch den Strömungskörper oder Innenkörper geführte Querrohre miteinander verbunden. Bevorzugterweise sind die Querrohre in ihrem Verlauf gradlinig, bogenförmig, viertel- oder halbkreisförmig, ovalförmig oder in Kombination unterschiedlicher geometrischer Formen ausgebildet.In one embodiment of the invention, the pipe sections on the outside are connected to one another to form a continuous flow channel system by means of cross pipes on the outside and cross pipes guided through the flow body or inner body. The cross tubes are preferably designed in their course in a straight line, arched, quarter or semicircular, oval or in a combination of different geometric shapes.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die außenseitigen Querrohre in ihrem Verlauf bogenförmig oder halb kreisförmig.In a preferred embodiment, the outer cross tubes are arcuate or semi-circular in their course.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform haben die durch den Strömungskörper oder Innenkörper geführten Querrohre einen geradlinigen Verlauf.In a likewise preferred embodiment, the transverse tubes guided through the flow body or inner body have a straight course.
In spezieller Weise werden die letztgenannten Ausführungsformen kombiniert. Es liegen also außenseitige bogenförmige oder halbkreisförmige Querrohre vor und zusätzlich geradlinige durch den Strömungskörper oder Innenkörper geführte Querrohre.The last-mentioned embodiments are combined in a special way. There are therefore curved or semicircular cross tubes on the outside and, in addition, straight cross tubes guided through the flow body or inner body.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die außenseitigen Rohrabschnitte einen einheitlichen Rohrquerschnitt auf, der bevorzugt identisch zum Rohrquerschnitt der außenseitigen Querrohre ist, wobei die durch den Strömungskörper oder Innenkörper geführte Querrohre im Rohrquerschnitt gleichgroß oder kleiner sind.In a further embodiment, the pipe sections on the outside have a uniform pipe cross section, which is preferably identical to the pipe cross section of the cross pipes on the outside, the cross pipes passing through the flow body or inner body being the same size or smaller in pipe cross section.
Hierbei ist es bevorzugt, dass die durch den Strömungskörper bzw. Innenkörper geführten Querrohre im Rohrquerschnitt kleiner sind. Durch die Rohrverengung ausgehend von den außenliegenden Rohrabschnitten, steigt gemäß dem Venturi-Effekt die Fluidgeschwindigkeit, um bei dem Übertritt aus dem Querrohr in die breiteren außenliegenden Rohrabschnitte wieder an Geschwindigkeit zu verlieren. Diese intermediäre Geschwindigkeitsänderung bevorzugt das Ausbilden einer turbulenten Strömung und verhindert somit eine Kondensat- oder Tröpfchenbildung.It is preferred here that the cross tubes guided through the flow body or inner body are smaller in tube cross section. Due to the constriction of the pipe starting from the outer pipe sections, the fluid velocity increases according to the Venturi effect in order to lose speed again when passing from the cross pipe into the wider outer pipe sections. This intermediate speed change favors the formation of a turbulent flow and thus prevents the formation of condensate or droplets.
Der Strömungskörper oder der Innenkörper können erfindungsgemäß aus jedem wärmeleitenden Material aufgebaut sein, das temperaturbeständig ist, insofern es eine Betriebstemperatur von mindestens 200°C aushält. Durch seine entsprechende Wärmeleitfähigkeit kann das Material die Wärme von der innenliegenden Wärmequelle auf das durch das Rohrsystem strömende Fluid, sei es Flüssigkeit, Aerosol oder Dampf übertragen.According to the invention, the flow body or the inner body can be constructed from any thermally conductive material that is temperature-resistant, provided it can withstand an operating temperature of at least 200.degree. Due to its corresponding thermal conductivity, the material can transfer the heat from the internal heat source to the fluid flowing through the pipe system, be it liquid, aerosol or vapor.
In bevorzugter Weise besteht der Strömungskörper oder der Innenkörper aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe aufweisend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, Stahl, Kupfer, Messing, Glas und oxidische oder nichtoxidische Keramik oder eine Kombination aus diesen Materialien, wobei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bevorzugt ist.The flow body or the inner body preferably consists of a material selected from the group comprising aluminum or an aluminum alloy, steel, copper, brass, glass and oxidic or non-oxidic ceramics or a combination of these materials, aluminum or an aluminum alloy being preferred is.
Aluminium und seine Legierungen besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit (75 - 235 W/(m • K)), können einfach durch Passivierung vor Korrosion geschützt werden, und besitzen bei leichter Bearbeitbarkeit ein geringes spezifisches Gewicht.Aluminum and its alloys have a high thermal conductivity (75 - 235 W / (m • K)), can be protected against corrosion simply by passivation, and have a low specific weight with easy machinability.
Der Außenkörper, der bevorzugt ein Außenmantel ist, kann erfindungsgemäß aus jedem wärmeleitenden Material aufgebaut sein.According to the invention, the outer body, which is preferably an outer jacket, can be constructed from any heat-conducting material.
Es ist hierbei bevorzugt, dass der Außenkörper aus einem hochwärmeleitfähigen Material besteht, so dass einerseits die Strömungskanäle auch von der Außenseite (Außenmantel) keine kalten Bereiche aufweisen (also auch durch die innenliegende Heizquelle aufgeheizt werden), aber andererseits eine thermische Trennung der außenliegenden Rohrabschnitte voneinander erlaubt. Dementsprechend ist für den Außenkörper oder den Außenmantel ein Material mittlerer thermischer Leitfähigkeit gegenüber einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit zu bevorzugen.It is preferred here that the outer body consists of a highly thermally conductive material, so that on the one hand the flow channels do not have any cold areas from the outside (outer jacket) either (i.e. are also heated by the internal heating source), but on the other hand there is a thermal separation of the external pipe sections from one another allowed. Accordingly, a material with medium thermal conductivity is to be preferred over a material with high thermal conductivity for the outer body or the outer jacket.
In bevorzugter Weise besteht der Außenkörper, bzw. der Außenmantel aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe aufweisend Aluminium oder Aluminiumlegierung, Edelstahl, Kupfer, Messing, Glas und oxidische oder nichtoxidische Keramik oder eine Kombination aus diesen Materialien, wobei Edelstahl bevorzugt ist.The outer body or the outer jacket preferably consists of a material selected from the group comprising aluminum or aluminum alloy, stainless steel, copper, brass, glass and oxidic or non-oxidic ceramics or a combination of these materials, stainless steel being preferred.
Edelstahl stellt bei guter Wärmeleitfähigkeit ein äußerst korrosionsbeständiges Material dar, das als Edelstahlrohr in breiter Variation von Durchmesser und Manteldicke kommerziell erhältlich ist. Durch einen gegenüber Aluminium geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist es ein bevorzugtes Material zur Ausbildung eines entsprechenden Pressverbands.With good thermal conductivity, stainless steel is an extremely corrosion-resistant material that is commercially available as a stainless steel tube in a wide range of diameter and jacket thickness. Because it has a lower coefficient of thermal expansion than aluminum, it is a preferred material for forming a corresponding interference fit.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Außenkörper, der bevorzugt ein Außenmantel ist, von einem Isolierelement umgeben. In bevorzugter Weise ist dieses Isolierelement ein beidseitiges offenes zylinderförmiges Rohr, das den Außenkörper bzw. den Außenmantet (bevorzugt formschlüssig) umgibt.In a further embodiment, the outer body, which is preferably an outer jacket, is surrounded by an insulating element. This insulating element is preferably a cylinder-shaped tube that is open on both sides and that surrounds the outer body or the outer jacket (preferably in a form-fitting manner).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der als Auslassrohr fungierende Rohrabschnitt parallel zur Längsachse des Strömungs- oder Innenkörpers und hat auslassseitig einen abgewinkelten Endabschnitt zur Erzeugung eines Wirbelstroms. Durch diesen auslassseitigen „Knick“ im Rohrverlauf wird die aus dem geraden außenseitigen Längsrohr austretende Strömung in eine schraubenförmige Wirbelströmung überführt. Dadurch weist die austretende Strömung vorwiegend einen Geschwindigkeitsvektor entlang der Längsachse des Strömungskörpers und einen Geschwindigkeitsvektor in Tangentialrichtung des runden Ausgangsrohrs auf. in einer besonders bevorzugten Weise hat dieser Endabschnitt einen bogenförmigen Verlauf und hierbei speziell als Viertelkreisbogen ausgestaltet ist.In a preferred embodiment of the invention, the tube section functioning as an outlet tube runs parallel to the longitudinal axis of the flow body or inner body and has an angled end section on the outlet side for generating an eddy current. Through this “kink” on the outlet side in the course of the pipe, the flow emerging from the straight outside longitudinal pipe is converted into a helical vortex flow. As a result, the exiting flow has predominantly a velocity vector along the longitudinal axis of the flow body and a velocity vector in the tangential direction of the round outlet pipe. In a particularly preferred way, this end section has an arcuate course and is designed specifically as a quarter-circle arc.
In einer weiteren Ausführungsform ist der als Kreiszylinder geformte Innenkörper auslassseitig konusförmig ausgestaltet und bevorzugt in diesem Bereich von dem innenseitig konusförmig ausgestalteten Außenkörper unter Ausbildung eines konusförmigen Spalts umgeben. Hierdurch wird der aus dem abgewinkelten Auslass austretende Dampf in einen turbulenten Wirbel überführt.In a further embodiment, the inner body, which is shaped as a circular cylinder, has a conical shape on the outlet side and is preferably surrounded in this area by the outer body, which has a conical shape on the inside, forming a conical gap. As a result, the steam emerging from the angled outlet is converted into a turbulent eddy.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die auslassseitige Konusform des Innenkörpers eine dornförmige zentrale Spitze auf, die dazu ausgelegt ist, in ein unterhalb des Verdampfers anbringbares Auslassrohr zu ragen. Hierdurch wird er im Konusspalt entstehende Kreiswirbel über die dornförmige zentrale Spitze als Kreiswirbel durch das Auslassrohr hindurchgeleitet und tritt in dieser Form auf die zu behandelnde Oberfläche auf.In a particular embodiment of the invention, the outlet-side conical shape of the inner body has a mandrel-shaped central tip which is designed to protrude into an outlet pipe that can be attached below the evaporator. As a result, the circular vortex that arises in the cone gap is passed through the outlet pipe as a circular vortex via the mandrel-shaped central tip and occurs in this form on the surface to be treated.
Die vorab genannten drei Ausführungsformen, nämlich geknickter Rohrauslass, Konusspalt und in das Rohr ragender Dorn, dienen dazu, den erzeugten Dampf in einem Wirbelstrom zu entlassen, wodurch eine gute Verteilung und Durchmischung sowie optimale Strömungsverhältnisse des Mediums erreicht werden.The three embodiments mentioned above, namely kinked pipe outlet, conical gap and mandrel protruding into the pipe, serve to release the generated steam in a vortex flow, whereby good distribution and mixing as well as optimal flow conditions of the medium are achieved.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Auslassöffnung des Verdampfers und/oder das Auslassrohr einen Katalysator auf, der mit dem austretenden Dampf in Kontakt tritt und die Fähigkeit besitzt, das im Dampf enthaltende Wasserstoffperoxid zumindest teilweise zu Hydroxylradikalen umzuwandeln. Dem Fachmann sind Katalysatoren zur Aktivierung von Wasserstoffperoxid bekannt. Bevorzugt sind diese ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Iridium, Manganoxid, Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium oder Kombination oder Legierungen hiervon.In a further embodiment, the outlet opening of the evaporator and / or the outlet pipe has a catalyst which comes into contact with the emerging steam and has the ability to at least partially convert the hydrogen peroxide contained in the steam into hydroxyl radicals. Catalysts for activating hydrogen peroxide are known to the person skilled in the art. These are preferably selected from the group comprising iridium, manganese oxide, palladium, platinum, rhodium or ruthenium or combinations or alloys thereof.
In einer bevorzugten Ausführungsform, ist der erfindungsgemäße Verdampfer zur kontinuierlichen oder gepulsten Verdampfung eines Wasser-Luft Aerosols und bevorzugt eines H2O2-Luft Aerosols eingerichtet. Bei einem H2O2-haltigen Aerosol bedeutet dies, dass der Verdampfer im Betrieb eine Temperatur von mindestens 350°C, und dies auch im Langzeiteinsatz, unbeschadet überstehen muss und auch gegenüber dem chemisch reaktiven H2O2 gegenüber inert sein muss.In a preferred embodiment, the evaporator according to the invention is set up for continuous or pulsed evaporation of a water-air aerosol and preferably an H 2 O 2 -air aerosol. In the case of an H 2 O 2 -containing aerosol, this means that the vaporizer must withstand a temperature of at least 350 ° C during operation, even in long-term use, and must also be inert to the chemically reactive H 2 O 2 .
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verdampfers zur Sterilisation oder Dekontamination von Räumen, Oberflächen oder Gegenständen, und insbesondere in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.In a second aspect, the invention relates to the use of the evaporator according to the invention for the sterilization or decontamination of rooms, surfaces or objects, and in particular in the food and pharmaceutical industries.
In der Lebensmittel» und Pharmaindustrie wird er hierbei insbesondere zur Sterilisation oder Dekontamination von Sekundär- oder Primärpackmitteln verwendet. Diese können beispielsweise Ampullen, Glasgefäße, Kunststoffflaschen, Kunststoffbehälter, Blister, beschichtete Aluminiumfolien oder Verbundverpackungen sein.In the food and pharmaceutical industries, it is used in particular for the sterilization or decontamination of secondary or primary packaging. These can be, for example, ampoules, glass vessels, plastic bottles, plastic containers, blisters, coated aluminum foils or composite packaging.
Hierbei ist insbesondere eine Anwendung auf einseitig oder zweiseitig geöffnete Verpackungsmäntel vorgesehen. Dieser Verpackungsmantel ist insbesondere zum Herstellen einer Verpackung für Nahrungsmittel, und insbesondere für fließfähige Lebensmittel geeignet. Das Verpackungsmaterial ist bevorzugt aus Kunststoff oder aus einem Verbundverpackungsmaterial, insbesondere Papier/Kunststoff-Verbundverpackungsmaterial.In particular, use is provided for packaging jackets that are open on one or both sides. This packaging jacket is particularly suitable for producing packaging for food, and in particular for flowable food. The packaging material is preferably made of plastic or a composite packaging material, in particular a paper / plastic composite packaging material.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Dampf-Sterilisationssystem enthaltend einen erfindungsgemäßen Verdampfer.In a third aspect, the invention relates to a steam sterilization system containing an evaporator according to the invention.
Dieses Dampfsterilisationssystem, das bevorzugt mit einem H2O2-haltigen Wasserdampf arbeitet, kann optional noch einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten:
- (a) eine Dosiereinheit für H2O2,
- (b) eine am Einlass des Verdampfers positionierte Zweistoffdüse zur Erzeugung eines Aerosols aus einem Trägergasstrom und einer wässrigen Lösung, die bevorzugt eine wässrige H2O2-Lösung ist,
- (c) Mittel zur Luftzuführung und/oder Luftaufbereitung,
- (d) eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung des sterilisierten Gebindes, und
- (e) ein H2O2-Sensor zur Prozesssteuerung oder -Überwachung, der in bevorzugter Weise am Verdampferausgang positioniert ist.
- (a) a dosing unit for H 2 O 2 ,
- (b) a two-substance nozzle positioned at the inlet of the evaporator for generating an aerosol from a carrier gas stream and an aqueous solution, which is preferably an aqueous H 2 O 2 solution,
- (c) means for air supply and / or air treatment,
- (d) a drying device for drying the sterilized container, and
- (e) an H 2 O 2 sensor for process control or monitoring, which is preferably positioned at the evaporator outlet.
In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine Dampf-Sterilisationssystem für ein Gebinde bereit, das Folgendes umfasst:
- (a) einen herkömmlichen oder erfindungsgemäßen Verdampfer zur Verdampfung einer Flüssigkeit oder eines Aerosols mit einer optionalen, am Einlass des Verdampfers positionierten, Zweistoffdüse zur Erzeugung eines Aerosols aus einem Trägergasstrom und einer wässrigen Lösung, und
- (b) einen auslassseitig vorgesehenen Verdrängungskörper, der nach Einführen in
das Gebinde mindestens 50% des Innenvolumens des Gebindes ausfüllt und stirnseitig und/oder längsseitig Öffnungen für den Dampfaustritt aufweist, - (c) wobei der Verdrängungskörper bevorzugt zylinder- oder quaderförmig ist und/oder im oberen Bereich ein auskragendes Element zur Umlenkung des Dampfs auf die Außenseite des Gebindes aufweist.
- (a) a conventional or inventive vaporizer for vaporizing a liquid or an aerosol with an optional two-fluid nozzle positioned at the inlet of the vaporizer for generating an aerosol from a carrier gas stream and an aqueous solution, and
- (b) a displacement body provided on the outlet side which, after being inserted into the container, fills at least 50% of the internal volume of the container and has openings for the steam outlet on the front and / or longitudinal sides,
- (c) wherein the displacement body is preferably cylindrical or cuboid and / or has a cantilevered element in the upper region for deflecting the steam to the outside of the container.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Verdrängungskörper eine der folgenden Austrittsöffnungen für den Dampf auf:
- (a) eine zentral auf der Stirnseite angebrachte Austrittsöffnung,
- (b) mehrere zentral auf der Stirnseite angebrachte Austrittsöffnungen, oder
- (c) einen plattenförmigen Abschluss der Stirnseite mit darüber angebrachten Öffnungen an den vier Längsseiten des Verdrängungskörpers, wobei die abschließende Platte bevorzugt eine Vorrichtung zur seitlichen Ablenkung des Dampfes aufweist.
- (a) an outlet opening centrally on the front side,
- (b) several outlet openings located centrally on the end face, or
- (c) a plate-shaped end of the end face with openings attached over it on the four longitudinal sides of the displacement body, the closing plate preferably having a device for the lateral deflection of the steam.
Hierbei ist es bevorzugt, dass der Verdrängungskörper im oberen Bereich ein auskragendes Element zur Umlenkung des Dampfs auf die Außenseite des Gebindes aufweist. Damit kann der sterilisierende Dampf nach Austritt aus dem Gebinde-Inneren noch genutzt werden, um die Außenwand des Gebindes zumindest in dem für die Befüllung und den Verschluss kritischen oberen Teil auch zu sterilisieren.It is preferred here that the displacement body has a protruding element in the upper area for deflecting the steam to the outside of the container. In this way, the sterilizing steam can still be used after it has emerged from the inside of the container in order to also sterilize the outer wall of the container, at least in the upper part that is critical for filling and closure.
Zur Umlenkung des Dampfes auf die Außenseite ist das auskragende Element teilweise oder vollständig mit nach unten weisenden Ablenkelementen versehen. Diese lenken den durch den Kragen seitlich abgelenkten Dampf nach unten und damit auf die Außenseite des Gebindes.To divert the steam to the outside, the projecting element is partially or completely provided with downward-pointing deflection elements. These direct the steam, which is deflected laterally by the collar, downwards and thus onto the outside of the container.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist der Verdrängungskörper in seinem oberen Bereich oder am auskragenden Element Öffnungen zur Abführung des Dampfs auf. Durch diese Öffnungen kann überschüssiger Sterilisationsdampf aufgenommen werden und aus der Umgebung abgeführt werden. Der abgeführte Dampf kann dann inaktiviert werden. Dies kann beispielsweise durch Kondensation, Bindung an einen Träger oder durch chemische Inaktivierung geschehen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine gezielte und gebindenahe Entfernung der reaktiven Sterilisationsdämpfe. Beachtlich erweise stellen Sterildampf-Emissionen in der Verpackungsindustrie ein erhebliches Problem dar, was durch die vorliegende Ausgestaltung in wirksamer Weise reduziert werden kann.In a likewise preferred embodiment, the displacement body has openings in its upper region or on the protruding element for discharging the steam. Excess sterilization steam can be absorbed through these openings and discharged from the environment. The steam removed can then be inactivated. This can be done, for example, by condensation, binding to a carrier or by chemical inactivation. This embodiment enables targeted removal of the reactive sterilization vapors close to the container. Notably, sterile steam emissions represent a significant problem in the packaging industry, which can be effectively reduced by the present embodiment.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Dampf-Sterilisationssystem zusätzlich ein Rückführsystem auf, mit dessen Hilfe der mittels der Abführöffnungen entnommene Dampf zumindest teilweise in den Verdampfer zurückgeführt wird.In an alternative embodiment, the steam sterilization system additionally has a return system, with the aid of which the steam removed by means of the discharge openings is at least partially returned to the evaporator.
Der unverbrauchte Teil des Wasserstoffperoxids, also der Teil des Wasserstoffperoxids, der nicht bei der Sterilisation umgesetzt wurde, wird bevorzugt mit dem nicht kondensierten Wasserdampf und, bedarfsweise der Sterilluft, aus der Sterilisationszone abgezogen. Das entsprechende Gasgemisch wird anschließend dem Kondensator zugeführt, um das Wasserstoffperoxid und den Wasserdampf jeweils teilweise zu kondensieren. Im Kondensator wird das Gasgemisch dabei vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 35°C und 95°C abgekühlt. Die Temperatur kann je nach der gewünschten Wasserstoffperoxidkonzentration im Kondensat und/ oder Rückgewinnungsrate des Wasserstoffperoxids gewählt werden. Mit steigender Temperatur wird weniger Wasserstoffperoxid zurückgewonnen aber eine höhere Wasserstoffperoxidkonzentration im Kondensat erzielt.The unused part of the hydrogen peroxide, i.e. the part of the hydrogen peroxide that was not converted during the sterilization, is preferably withdrawn from the sterilization zone with the non-condensed water vapor and, if necessary, the sterile air. The corresponding gas mixture is then fed to the condenser in order to partially condense the hydrogen peroxide and the water vapor. The gas mixture is preferably cooled to a temperature between 35 ° C and 95 ° C in the condenser. The temperature can be selected depending on the desired concentration of hydrogen peroxide in the condensate and / or the recovery rate of the hydrogen peroxide. As the temperature rises, less hydrogen peroxide is recovered but a higher hydrogen peroxide concentration is achieved in the condensate.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das vorab beschriebene Dampf-Sterilisationssystem, das durch die Anwesenheit des Verdrängungskörpers charakterisiert ist, in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verdampfer durchgeführt.In a particularly preferred embodiment, the steam sterilization system described above, which is characterized by the presence of the displacement body, is carried out in combination with the evaporator according to the invention.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des erfindungsgemäßen Verdampfers oder eines diesen Verdampfer enthaltenden Dampf-Sterilisationssystems zur Verfügung gestellt. Diese Steuereinheit gewährlistet eine Sterilisation von Behältern in der beschriebenen Weise bei hoher Betriebssicherheit. Die Steuereinrichtung umfasst zweckmäßigerweise ein Computerprogrammprodukt, das direkt in eine Speichereinheit geladen werden kann und das Softwareabschnitte umfasst, mit denen das Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Verdampfers oder der Dampf-Sterilisationssystems ausgeführt werden kann, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem erfindungsgemäßen System ausgeführt wird.According to a further aspect, a control device for controlling and / or regulating the evaporator according to the invention or a steam sterilization system containing this evaporator is provided. This control unit ensures the sterilization of containers in the manner described with a high level of operational reliability. The control device expediently comprises a computer program product which can be loaded directly into a storage unit and which comprises software sections with which the The method for controlling and / or regulating the evaporator or the steam sterilization system can be carried out when the computer program product is executed on a system according to the invention.
DefinitionenDefinitions
Gemäß der Erfindung ist unter einem „Aerosol“ ein heterogenes Gemisch (Dispersion) aus festen oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Gas zu verstehen. In bevorzugter Weise liegen flüssige Schwebeteilchen vor, die dann durch den Verdampfer in den gasförmigen Zustand überführt werden. In bevorzugter Weise wird als Gas Luft eingesetzt.According to the invention, an “aerosol” is to be understood as a heterogeneous mixture (dispersion) of solid or liquid suspended particles in a gas. Liquid suspended particles are preferably present, which are then converted into the gaseous state by the evaporator. Air is preferably used as the gas.
Unter einem „wärmeleitenden Körper“ wird gemäß der Erfindung ein Körper mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(m . K) und bevorzugt von mindestens 50 W/(m ■ K) verstanden.According to the invention, a “thermally conductive body” is understood to mean a body with a thermal conductivity of at least 0.5 W / (m. K) and preferably of at least 50 W / (m · K).
AusführungsbeispielEmbodiment
Beispiel 1:Example 1:
Es wurde ein erfindungsgemäßer H2O2-Verdampfer gemäß den
FigurenlisteFigure list
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt.
-
1 zeigt in A eine schematische Darstellung von zwei Seitenansichten des Verdampfers gemäß einer Ausführungsform. In B ist der außenseitige Rohrabschnitt im Querschnitt vergrößert dargestellt. -
2 zeigt eine schematische Darstellung von zwei Seitenansichten des Innenkörpers des Verdampfers gemäß einer Ausführungsform mit schematischer Schnittdarstellung entlang der Achsen J-J und I-I. -
3 zeigt links eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdampfers in Aufsicht von oben und unter Angabe der Schnittebene H-H. Rechts wird eine Schematische Schnittdarstellung entlang der Achse H-H gezeigt. -
4 zeigt in der oberen Hälfte eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdampfers mit Zweistoffdüse in Aufsicht von oben mit Angabe der Schnittebenen F-F und K-K, die entsprechend in der unteren Hälfte als Schnittdarstellung wiedergegeben sind. -
5 zeigt den erfindungsgemäßen Verdampfer mit Zweistoffdüse und H2O2-Sensor als Schematische Explosionszeichnung in perspektiven Darstellung (oben) oder in Seitenansicht (unten). -
6 zeigt den erfindungsgemäßen Verdampfer mit Zweistoffdüse und H2O2-Sensor unter Entfernung einer Außenmantelhälfte in perspektiven Darstellung (links) oder in zwei Seitenansichten (rechte Hälfte). -
7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Verdampfers aus4 mit einem trapezförmigen Verdrängungskörper. -
8 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Verdampfers mit Verdrängungskörper aus7 , wobei der Verdampfer sich von rechts nach links auf das zu sterilisierende eimerförmige Gefäß absenkt. -
9 zeigt schematisch als Querschnittsdarstellung (links) oder in perspektivischer Ansicht (rechts) den erfindungsgemäßen Verdampfer aus4 mit einem kubischen Verdrängungskörper. -
10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Verdampfersmit Verdrängungskörper aus 9 , wobei der Verdampfer sich von links nach rechts auf die zu sterilisierende, beidseitig geöffnete Verbundverpackung absenkt und unten austritt. -
11 zeigt eine schematische Darstellung des mäandrierenden Röhrensystems als Volldarstellung durch Ausblenden des Strömungskörpers in diesem Bereich.
-
1 FIG. A shows a schematic representation of two side views of the evaporator according to an embodiment. In B, the outside pipe section is shown enlarged in cross section. -
2 shows a schematic illustration of two side views of the inner body of the evaporator according to an embodiment with a schematic sectional illustration along the axes JJ and II. -
3 shows on the left an embodiment of the evaporator according to the invention in a plan view from above and indicating the sectional plane HH. A schematic sectional view along the HH axis is shown on the right. -
4th shows in the upper half an embodiment of the evaporator according to the invention with two-substance nozzle in a plan view from above with indication of the sectional planes FF and KK, which are correspondingly reproduced in the lower half as a sectional illustration. -
5 shows the inventive evaporator with two-substance nozzle and H 2 O 2 sensor as a schematic exploded drawing in a perspective view (above) or in a side view (below). -
6th shows the evaporator according to the invention with two-fluid nozzle and H 2 O 2 sensor with removal of an outer shell half in a perspective view (left) or in two side views (right half). -
7th shows a schematic cross-sectional representation of the evaporator according to the invention from4th with a trapezoidal displacement body. -
8th shows a schematic cross-sectional view of the evaporator according to the invention with a displacement body from FIG7th , with the vaporizer descending from right to left onto the bucket-shaped vessel to be sterilized. -
9 shows the evaporator according to the invention schematically as a cross-sectional illustration (left) or in a perspective view (right)4th with a cubic displacement body. -
10 shows a schematic cross-sectional view of the evaporator according to the invention with a displacement body from FIG9 , the vaporizer descends from left to right onto the composite packaging to be sterilized, opened on both sides, and exits below. -
11 shows a schematic representation of the meandering tube system as a full representation by hiding the flow body in this area.
Detaillierte Beschreibung der AbbildungenDetailed description of the images
Weitere Varianten der Erfindung und ihre Ausführung ergeben sich für den Fachmann aus der vorangegangenen Offenbarung, den Figuren und den Patentansprüchen.Further variants of the invention and their implementation result for the person skilled in the art from the preceding disclosure, the figures and the patent claims.
In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Einrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Einrichtungen ausführen. in den Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.Terms such as “comprise”, “have”, “include”, “contain” and the like used in the patent claims do not exclude further elements or steps. The use of the indefinite article does not exclude a plurality. A single device can perform the functions of several units or devices mentioned in the patent claims. Reference signs given in the claims are not to be regarded as restrictions on the means and steps used.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- VerdampferEvaporator
- 1010
- StrömungskörperFlow body
- 1212
- Innenkörper des StrömungskörpersInner body of the flow body
- 1414th
- Außenmantel des StrömungskörpersOuter jacket of the flow body
- 1515th
- Auslassseitige Konusausbildung des InnenkörpersConical design of the inner body on the outlet side
- 1616
- dornförmige zentrale Spitze des Innenkörpersthorn-shaped central tip of the inner body
- 1717th
- konusförmiger Spalt zwischen Innenkörper und Außenmantelconical gap between inner body and outer jacket
- 1818th
- IsolationsrohrInsulation tube
- 2020th
- RöhrensystemTube system
- 2222nd
- außenseitiger Rohrabschnittoutside pipe section
- 2323
- außenseitiger Rohrabschnitt im Querschnittoutside pipe section in cross section
- 2424
- halbkreisförmiges außenseitiges Querrohrsemicircular outside cross tube
- 2626th
- geradliniges, durch den Strömungskörper geführtes Querrohrstraight cross tube guided through the flow body
- 3030th
- Rundbohrung zur Aufnahme des stabförmigen HeizelementsRound hole to accommodate the rod-shaped heating element
- 3131
- Stabförmiges Heizelement im StrömungskörperRod-shaped heating element in the flow body
- 3232
- Außenliegender Teil des stabförmigen HeizelementsExternal part of the rod-shaped heating element
- 3333
- Stabförmiges HeizelementRod-shaped heating element
- 4040
- AuslaßrohrOutlet pipe
- 4141
- BefestigungsflanschMounting flange
- 4242
- Ringnut zur Aufnahme eines elastischen DichtelementsRing groove for receiving an elastic sealing element
- 5050
- H2O2-SensorH 2 O 2 sensor
- 6060
- ZweistoffdüseTwo-substance nozzle
- 6262
- Bohrung zur Stoffzufuhr in die ZweistoffdüseHole for supplying the substance into the two-substance nozzle
- 7070
- VerdrängungskörperDisplacement body
- 7171
- stirnseitig angebrachte Austrittsöffnung des Verdrängungskörpersoutlet opening of the displacement body attached to the end face
- 7272
- längsseitig angebrachte Austrittsöffnung des Verdrängungskörpersoutlet opening of the displacement body attached to the longitudinal side
- 7373
- Abschließende Platte des VerdrängungskörpersFinal plate of the sinker
- 7474
- Vorrichtung zur seitlichen Ablenkung des DampfesDevice for lateral deflection of the steam
- 7575
- auskragendes Element zur Umlenkung des DampfesCantilevered element for redirecting the steam
- 7676
- glockenförmige Absaugeinrichtung zur Abführung des DampfesBell-shaped suction device for removing the steam
- 7777
- Absaugstutzen zur Abführung des DampfesExtraction nozzle for removing the steam
- 7878
- Eimerförmiger BehälterBucket-shaped container
- 7979
- unverschlossene Verbundverpackung (oben und unten offen)unsealed composite packaging (open top and bottom)
- JJ
- Obere horizontale Schnittebene des InnenkörpersUpper horizontal section plane of the inner body
- II.
- Untere horizontale Schnittebene des InnenkörpersLower horizontal section plane of the inner body
- H,F,KH, F, K
- Vertikale Schnittebenen des VerdampfersVertical sectional planes of the evaporator
Claims (19)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family
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-
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- 2017-08-30 DE DE102017215200.1A patent/DE102017215200B4/en active Active
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