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Verfahren zur Kühlung von geschlossenen Behältern in einem Autoklaven
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von geschossenen Behältern mit
Lösungen nach einem SterilisiervorgangWn einem Autoklaven sowie eine zur Durchführung
eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Lösungen in geschlossenen Behältern av» Eunststoff oder Glas werden
z.B. in der pharmazeutischen Industrie durch Behandlung mit Dampf bei ungefähr 100
bis 1500C in einem Autoklaven sterilisiert. Danach werden die Behälter bis auf unter
700C abgekühlt, bevor sie aus dem Autoklaven entnommen werden. Um Arbeitszeit zu
sparen, sollte der Kühlvorgang so schnell wie mögliCh ablaufen, aber dies verursacht
Schwierig keiten, weil die Behälter sehr leicht zu beschädigen sind. Es muß ein
bestimmtes Verhältnis zwischen den Drücken und Temperaturen in der Autoklavenkammer
einerseits
und in den Behältern andererseits eingehalten werden,
um die letzteren nicht zu beschädigen.
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Es ist auch schon versucht worden, eine schnelle Abkühlung durch Einsprühen
-von heißem Wasser in die Kammer zu erreichen, wobei die Heißwassertemperatur genau
gesteuert und von ungefähr 900 bis herunter auf ungefähr 20° reguliert wurde. Gleichzeitig
wurde mittels Druckluft ein ausreichend stützender Druck in der Kammer aufrecht
erhalten.
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Derartige Kühlsysteme bedürfen eines Heißwasservorrats und einer verhältnismäßig
großen Wassermenge für die Kühlung. Außerdem bereitet die Steuerung der Wassertemperatur
Schwierigkeiten.
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Es ist andererseits auch schon yorgeschlagen worden, mit Hilfe von
Druckluft einen aus kalten Wasser gebildeten Nebel durch ein Verteilerorgan einzublasen.
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Aber auch eine solche Vorrichtung hat weich als'nicht befriedigend
und schwierig zu handhaben herausgestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches eine schnelle Kühlung der Behälter im Autoklaven
gestattet und sich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln durchführen lässt.
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Vorstehende aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Wasser
mit einem Druck von mehr als 20 atü, bis zu ungefähr 50 atü durch Düsen verstäubt
wird und der so gebildete Nebel die Behälter kühlt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die zeigt eine Autoklavenkammer 10, in welcher sich Behälter mit einer zu sterilisierenden
Lösung
befinden. Die Kammer kann Fächer für die Behälter aufweisen, könnte aber aúch leer
sein, so daß die Behälter insgesamt mit einem Gestell oder einem Ladewagen in die
Autoklavenkammer gebracht werden.
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In jedem Fall müssen die'fächer als Gitter ausgebildet sein, damit
die Gase in der Kammer hindurchströmen können. Die Autoklavenkammer ist an eine
nicht gezeigte Dampfzufuhrleitung angeschossen. Vom Boden der Kammer geht eine Auslaßleitung
11 aus, in der ein durch einen pneumatischen Membrankolben- Servomotor 13 gesteuertes
Ventil 12 angeordnet ist. Der Motor dient zum Öffnen des Ventils. Das Schließen
geschieht mittels einer Feder. Die Ituft wird dem Niembrankolbenmotor 13 über eine
eitung 14 mit einem Ventil 15 zugeführt, welches durch einen Elektromagneten 16
gesteuert wird, der über eine Steuerleitung 17 mit einer Steuereinheit 18 verbunden
ist, Während des Betriebs wird ein bestimmter Wasserstand 19 über dem Auslaßventil
12 mittels einer oberen und einer unteren Elektrode 20 bzw. 21 aufrecht erhalten.
Die letzteren sind in einer mit der Autoklavenkammer in Verbindung sthenden Seitenkammer
22 installiert. Die Elektroden stehen über elektrische Kabel 23, 24 mit der Steuereinheit
18 in Verbindung und wirken auf diese so, daß das Auslaßventil 12 geöffnet. wird,
wenn der Wasserstand 19 die obere Elektrode 20 erreicht.
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Danach sinkt der Wasserstand 19, und wenn er das untere Ende der unteren
Elektrode 21 erreicht, wird das Auslaßventil 12 wieder geschlossen.Das Wasser in
der Kammer 10 wird durch einen geringen Überdruck in der Kammer durch das Ventil
herausgedrückt. Die Seitenkammer 22 enthält oberhalb des Wasserstands 19 Dampf und
Buft und kommuniziert mit dem oberen Teil der Autoklavenkammer 10 über eine Leitung
25.
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Zusätzlich zu den Elektroden 20 und 21 wirkt auf die Steuereinheit
18 ein Druckrelais 26, welches mit der Rammer 10 über eine Leistung 27 verbunden
ist und über ein Kabel 28 an die Steuereinheit 18 angeschlossen ist. Das Druckrelais
hat ein bewegliches Glied, welches dann, wenn der Druck in der Kammer 10 unter einen
bestimmten Mindestüberdruck, der das Wasser durch das Auslaßventil 12 herausdrücken
soll, fällt, Kontakte in einem elektrischen Kreis schließt, so daß ein Impuls über
das Kabel 28 an die Steuereinheit 18 gegeben wird. Dann wird über ein Kabel 29 ein
Elektromagnet 30 betätigt, welcher ein Ventil 31 in einer Druckluftleitung 32 steuert.
Diese Leitung führt zu einem Membrankolben- Servomotor 33 für ein Ventil 34 in einer
Druckluftleitung 35, die an der Decke der Autoklavenkammer 10 mündet.
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Zur Steuerung bestimmter Vorgänge in dem Autoklaven ist weiterhin
ein Temperaturrelais 26 vorgesehen, welches über ein Kabel 37 mit einem Thermoelement
in einer Prüfflasche 38 verbunden ist, die in der Autoklavenkammer 10 aufgestellt
wird. Die Prüfflasche 38 hat eine solche Form und solchen Inhalt, daß das Thermoelement
in derselben Weise reagiert, als wenn es in einem der in der Kammer behandelten
Behälter angeordnet wäre. Beim Ubergang von der Behandlung einer bestimmten Art
von Behältern zur Behandlung anderer Behälter mit unterschiedlichen Eigenschaften
ist es möglich, die Prüfflasche gegen eine andere, für den folgenden Behandlungsvorgang
geeignete Flasche auszutauschen. Das Temperaturrelais 36 hat einen elektrischen
Kreis, welcher über ein Kabel 39 mit einem Zeitschalter 40 verbunden ist. Ein bewegliches
Glied in dem Temperaturrelais schließt diesen Kreis, wenn während der' Erhitzung
die angestrebte Sterilisiertemperatur
in der Kammer 10 erreicht
ist. Diese Temperatur kann z.B. auf 1200C festgesetzt, stufenweise auf mehrere Temperaturen
einstellbar oder beliebig zwischen zwei Temperaturgrenzwerten einzuregulieren sein.
Wenn die Aufheizung der Kammer 10 mit Dampf soweit fortgeschritten ist, daß die
Sterilisiertemperatur erreicht ist, lässt ein Impuls über das Kabel 39 den Zeitschalter
40 anlaufen. Dieser ist auf die gewünschte Sterilisierzeit einstellbar, und nach
deren Ablauf erzeugt aer Zeitschalter einen Impuls, der ein Ventil in der Dampfzufuhrleitung
schließen lässt. Die Dampfzufuhr wird ansonsten in bekannter Weise mittels Druckfühlern
in der Autoklavenkammer geregelt.
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Nach der Sterilisierung müssen die Autoklavenkammer 10 und die Behälter
darin gekühlt werden. Der Zeitschalter erzeugt einen Impuls, welcher die oteuereinheit
tätig werden lässt, und gleichzeitig wird die Wasserzufuhr zu der Kammer 10 geöffnet,
indem ein Ventil 41 in einer Kaltwasserleitung 42 öffnet Das Eühlwasser wird dann
durch eine eitung 43 Sprühdüsen 44 im Bereich der oberen Seitenkanten der Kammer
10 zugeführt.
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Diese Düsen sind gegen die senkrechten Wände der gammer gerichtet,
so daß diese mit Wasser überflutet werden. Gleichzeitig wird Wasser über ein¢; Beitung
45 zu einer durch einen Elektromotor 46 argetriebenen Hochdruckpumpe 47 gesaugt,
die einen D:-lck'von z.B.
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ungefähr 50 atü erzeugt und über eine Leitung 48 Zerstäubungsdüsen
49 an der Decke der Kammer 10 beaufschlagt. Durch diese wird das-Wasser mit hohem
Druck und hoher Geschwindigkeit zu einem Nebel zerstäubt, welcher in der Kammer
niedersinkt und sich über deren gesamten Inhalt verteilt. Dabei werden die an die
heißen Behälter gelangenden Nebeltröpfchen verdampft und die Behälter schnell gekühlt.
Der sich bildende Dampf würde den Druck in der Kammer erhöhen und weitere
Dampfbildung
verhindern, wenn nicht gleichzeitig die Kammerwände überflutet würden. Die Maßnahme
hat eire intensive Eondensation des Dampfes zur Folge.
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Das Kondensat sammelt sich am Boden der Kammer. Die Temperatur der
Behälter in der Kammer liegt nach der Sterilisierung gewöhnlich bei ungefähr 12000.
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Von dieser Temperatur können die Behälter durch das vernebelte Kühlwasser
sehr schnell auf ungefähr 800C gekühlt werden, aber danach ist die Temperatur der
Behälter zu niedrig, um noch eine inten-sive Dampfbildung zu verursachen. Deshalb
spricht das Temperaturrelais 36 bei ungefähr 800C an und- gibt über eine Leitung
50 einen Steuerimpuls an einen Betätigungsmechanismus 51 des Ventils 41, welches
nunmehr schließt.
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Der Einfachheithalber ist dieser Betätigungsmechanismuß nur unvollständig
dargestellt, er kann jedoch z.B.
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von derselben Art sein wie bei dem Ventil 12. Vährend das Ventil 41
schließt, wird gleichzeitig ein Ventil 53 in einer Kaltwasserleitung 54 vom Temperaturrelais
76 aus über eine Leitung 52 geöffnet. Die Leitung 54 führt zu einer herkömmlichen
Sprühvorrichtung 55 mit Sprühdüsen, über die das kalte Wasser über die Kammer verteilt
wird, Dieser Kühlvorgang dauert an, bis die Temperatur der Behälter auf ungefähr
600C gefallen ist.
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Dann gibt das Temperaturrelais 36 über eine Leitung 56 einen Impuls,
durch de die Verriegelung der Autoklaventür gelost und das tehåndlungsprogramm beendet
wird.
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Die Steuerung kann auch su vorgesehen sein, daß die Türverrieglung
bereits gelöst wird, nachdem die Eühlung mittels des Wassernebels ausgeführt worden
ist, d.h., wenn die Temperatur der Behälter auf ungefähr 800C gesenkt worden ist.
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Das beschriebene Verfahren ist sehr wirksam und führt zu einer sehr
schnellen Abkühlung der Behälter, ohne daß die Gefahr zu großer Beanspruchungen
oder von Brüchen bei Glasbehältern oder der Verformung von Kunststoffbehältern besteht.
Die hohe Sprühgeschwindigkeit der zerstaubten Kühlflüssigkeit an den Zerstäubungsdüsen
lässt den Nebel die gesamte Autoklavenkammer in senkrechter Richtung durchdringen
und führt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung in der gesamten Kammer.
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Wegen der Geschwindigkeit der Wasserteilchen ergibt sich auch eine
Umwälzwirkung in der Kammeratmosphäre, die auch in horizontaler Richtung für eine
gleichmäßige Temperaturverteilung sorgt. Für die Kühlung kann kalt es Wasser mit
einer Temperatur von ungefähr 1000 benutzt werden. Im Vorstehenden ist ein Wasserdruck
von ungefähr 50 atü angegeben worden, es kann aber natürlich auch niedrigerer Druck
benutzt werden, vorausgesetzt die Form und die Anzahl der Düsen sind so gewählt,
daß die angestrebte Feinverteilung und hohe Geschwindigkeit der Wasserteilchen erreicht
werden. In einem kleinen Autoklaven mit günstig geformten Zerstäubungsdüsen kann
bereits ein Druck von ungefähr 20 atü ausreichen. Die bei Berührung der Wasserteilchen
mit den heißen Behältern stattfirdende Verdampfung bewirkt, daß die Verdampfungswärme
zut Kühlen'ausgenutzt wird, so daß eine sehr wirksame Kühlung bei geringem Kühlwasserverbrauch
erreicht wird.
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Wenn mit Lösungen gefüllte Kunststoffbehälter im Autoklaven behandelt
werden, bracht man einen Gegendruck in der Kammer, um eine Verformung der Behälter
infolge des inneren Überdrucks zu verhindern. Durch Zufuhr von Druckluft kann ein
Druckausgleich hergestellt werden.
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Indem während des Kühlens eine bestimmte Menge Kühlflüssigkeit in
der Kammer behalten wird, wird auch während Auslassens von Wasser der Druck im Autoklaven
aufrecht erhalten.