DE3447315C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Anlagen zum Sterilisieren mittels Wasserdampf, insbesondere für medizinische Zwecke, mit einem Sterilisator und einer dem Sterilisator zugeordneten Heiz­ einrichtung, sowie mit einer für den Betrieb des Sterilisa­ tors destilliertes Wasser erzeugenden Einrichtung.

Einsatzgebiete für Anlagen der genannten Art, beispielsweise solche mit Solargeneratoren als Heizeinrichtung, sind ent­ legene Stationen zur medizinischen Versorgung, insbesondere für Krankenstationen oder Krankenhäuser in tropischen oder subtropischen Gebieten, mit ausreichender Sonneneinstrahlung. Derartige Anlagen müssen auf die örtlichen Sonneneinstrahl­ bedingungen ausgelegt werden, wobei davon ausgegangen wird, daß der größte Teil der täglichen Sonneneinstrahlung in einem Zeitraum von ca. 4 bis 5 Stunden auftritt.

Außerhalb dieses Zeitraumes muß mit einer verminderten Sonneneinstrahlung gerechnet werden, unter der die Anlage zur Erzeugung der erforderlichen Heizenergie eine größere Zeitspanne als bei voller Sonneneinstrahlung benötigt. Für die Überbrückung eines Zeitraumes innerhalb dem keine oder nur ungenügende Solareinstrahlung vorhanden ist, kann eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen werden. Als Kraftstoff für diese Heizeinrichtung kommen alle üblichen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe in Frage.

Fehlende Solareinstrahlung, z. B. durch Bewölkung oder Nebel, kann ebenfalls zur Beeinträchtigung der Heizenergieerzeugung führen und eine Verlängerung des Sterilisierungsvorganges bewirken.

Der Sterilisationsprozeß setzt bekannter Weise ein einmali­ ges Erhitzen des zu sterilisierenden Gutes auf Temperaturen, zumindest über 100°C voraus, wobei im allgemeinen drei Phasen, und zwar Steigen, Halten und Fallen der Erhitzung, durchlaufen werden. Die Haltezeit ergibt sich dabei aus der Sterilitätsberechnung und hat entscheidenden Einfluß auf die ausreichende Sterilisation.

Zu niedrige Temperaturen oder zu geringe Sterilisations­ zeiten führen zu Untersterilisation mit den sich daraus ergebenden Gefahren der medizinischen Versorgung.

Eine Übersterilisation muß ebenfalls, insbesondere bei solarbeheizten Anlagen vermieden werden, um einerseits eine Überdimensionierung des Solargenerators auszuschlie­ ßen und andererseits möglicherweise überschüssige Energie auch zu anderen Zwecken als allein zum Sterilisieren, z. B. zur Erzeugung destillierten Wassers ausnutzen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit Solarenergie arbeitende Anlagen der genannten Art so auszubilden, daß der Sterilisierungsprozeß unter optimaler Energieausnutzung unabhängig vom schwankenden Energieangebot der Solarheiz­ anlage von der notwendigen Wasseraufbereitung bis hin zu einer sicheren Sterilisierung abläuft.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum autonomen Betrieb der Anlage dem Sterilisator ein Solarkollektor als Heizeinrichtung zugeordnet ist und daß die destilliertes Wasser erzeugende Einrichtung wahlweise mittels Abfallwärme aus dem Sterilisator und/oder unmittel­ bar über den Solarkollektor betrieben wird.

Eine so ausgebildete Anlage erlaubt eine sichere Sterili­ sierung mit minimal möglicher Temperatur unter optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden schwankenden Energie­ angebotes der Solarheizung.

Die Ausbildung erlaubt ferner durch Wärmerückgewinnung einerseits und optimale Wärmeenergieausnutzung andererseits eine geringstmögliche Bemessung der Kollektorfläche des Solarkollektors und zudem die Erzeugung von im Sterilisator benötigten sterilisierten Wassers. Die Anlage ist dabei so aufgebaut, daß auch destilliertes Wasser für andere Zwecke als für die Sterilisierung zur Verfügung steht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Anlage dargestellt und in der nachfolgenden Bei­ spielsbeschreibung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den Aufbau der Anlage in schematisier­ ter Darstellung.

Die Anlage enthält einen Sterilisator ST allgemein üblicher Bauart, der zur Erzeugung der erforderlichen Wärmeenergie mittels eines dampferzeugenden Solarkollektors SK betrieben wird. Der Sterilisator ST wird gebildet durch den Sterili­ sationsbehälter 2 mit seiner Sterilisierungskammer 3 und einen Außenbehälter 5 mit einer Dampfkammer 6, wobei der Kammerabschnitt 6′ des Außenbehälters 5 wassergefüllt ist.

Im wassergefüllten Kammerabschnitt 6′ befindet sich der Wärmetauscher WT 1, der über eine Zuführungsleitung 7 an den Solarkollektor SK angeschlossen ist. Eine Rücklauf­ leitung 8 verbindet den Kammerabschnitt 6′ des Sterili­ sators ST mit dem Rücklauf des Solarkollektors SK.

Der Wärmetauscher WT 1 ist als offener Wärmetauscher zur Abgabe von Restwärme in der Form von Dampfblasen in die Dampfkammer 6 des Außenbehälters 5 des Sterilisators ST ausgebildet.

Die Dampfkammer 6 des Außenbehälters 5 ist unter Zwischen­ schaltung eines Kegelventils V 1 über eine Leitung 10 an die Sterilisierungskammer 3 angeschlossen.

Ferner ist die Sterilisierungskammer 3 über eine Austritts­ leitung 12 an einen Wärmetauscher WT 2 angeschlossen, wobei in die Leitung 12 nach der Sterilisierungskammer 3 ein Regelventil V 5 eingesetzt ist. Es ist ferner eine Über­ brückungsleitung 12′ mit einem Schaltventil V 2 vorgesehen, welche die Leitung 12 mit dem Ventil V 5 überbrückt. Dem Wärmetauscher WT 2 ist ein weiterer Wärmetauscher WT 3 zum Auskondensieren von Restdampfanteilen aus dem Wärmetauscher WT 2 nachgeordnet. Der Wärmetauscher WT 3 mündet mit seiner offenen Seite in einen Kondensat-Meßbehälter MB , der eine Meßskala MS aufweist.

Der Wärmetauscher WT 2 ist Teil eines Verdampfers Ve und taucht in den mit Flüssigkeit gefüllten Abschnitt der Ver­ dampferkammer 16 des Verdampfers Ve ein. Der freie Raum der Verdampferkammer 16 schließt über eine Leitung 22 an einen Wärmetauscher WT 4 eines Destillatbehälters D an. Dabei taucht der Wärmetauscher WT 4 in die destillatgefüllte Kammer 23 des Behälters ein. Die Destillatkammer 23 steht über eine Verbindungsleitung 25′′ mit einer Leitung 25 in Verbindung. Die Leitung 25 schließt einerseits an die Rücklaufleitung 8 des Solarkollektors SK und andererseits über eine Verbindungsleitung an den Kammerabschnitt 6′ des Sterilisators ST an. Der dampfführende Abschnitt der Kammer 23 ist an einen Wärmetauscher WT 6 angeschlossen, der offen ausgebildet ist und sein Kondensat zurück an den Destillat­ behälter D liefert. Der Wärmetauscher WT 4 ist gegen die was­ sergefüllte Kammer 23 des Behälters D offen. Ein Filter F 2 ist dem Wärmetauscher WT 6 zugeordnet, der für Keimfreiheit des Destillators im Behälter D sorgt.

Der Verdampfer Ve enthält einen weiteren Wärmetauscher WT 5, der über eine Zulaufleitung 18 über ein Schaltventil V 3 (Dreiwegeventil), sowie über eine Leitung 19 und ein Schalt­ ventil V 4 (Dreiwegeventil) an die Rücklaufleitung 8 des Heizkreislaufes für die Sterilisation anschließt.

Schließlich ist mit F 1 eine Filtereinrichtung bezeichnet, die über eine Leitung 15 an einen Sammelbehälter B vorge­ reinigtes Wasser liefert. Der Behälter B ist über eine weitere Leitung 15′ und ein Regelventil R 1 an den Wasser­ führenden Abschnitt der Kammer 16 des Verdampfers Ve ange­ schlossen.

Ein Regler R 2 in der Rücklaufleitung 8 sorgt dafür, daß die Rohre des Verdampfers (Solarkollektor SK) stets zu einem gewissen Prozentsatz mit Dampf und zu einem gewissen Prozentsatz mit Wasser gefüllt sind. Ein solcher Zweiphasen­ kreislauf ermöglicht es, daß der Kreislauf ohne Umwälzpumpe zirkuliert und daß die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf sehr niedrig gehalten werden kann.

Das Befüllen der Sterilisatorkammer 6′ aus dem Destillat­ behälter D erfolgt in drucklosem Zustand der Anlage durch Öffnen des Ventils V 8.

Ist der Sterilisator ST in Betrieb, so steht die Kammer 6′ unter Druck. In diesem Falle ist ein Nachfüllen ohne Zeit­ verlust sofort durch die handbetätigbare Pumpe P möglich. Die Leitung 25′′′ stellt bei nicht betätigter Pumpe P eine Überbrückung des die Pumpe P enthaltenden Abschnittes der Leitung 25 dar.

Die geschlossene Verrohrung stellt sicher, daß nur destil­ liertes Wasser nachgefüllt werden kann. Eine Fehlbedienung ist durch den Aufbau der Anlage ausgeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:

Der Solarkollektor SK erzeugt Dampf in dem für eine Steri­ lisierung notwendigen Temperaturbereich, der über die Vor­ laufleitung 7 dem Wärmetauscher WT 1 zugeführt wird. Da der Wärmetauscher WT 1 in offener Bauweise ausgeführt ist, gibt der austretende Dampf einerseits seine Wärme an das Wasser im Behälterabschnitt 6′ des Außenbehälters 5 und die Rest­ wärme in Form von Dampfblasen an den dampfführenden Behäl­ terabschnitt 6 des Außenbehälters 5 des Sterilisators ST ab.

Hat der Druck im Außenbehälter 6 des Sterilisators ST eine genügende Höhe erreicht, so wird über die Leitung 10 mittels des Regelventils V 1 der Kammerabschnitt 6 des Außenbehälters 5 mit der Sterilisierungskammer 3 verbunden, so daß der Dampf in der Kammer 6 auf das in der Kammer 3 enthaltene, zu sterilisierende Gut geleitet wird. Der in der Sterilisierungs­ kammer 3 enthaltene Dampf tritt über die Leitung 12 aus und kondensiert im Wärmetauscher WT 2. Das Schaltventil V 2 ist während des Sterilisierungsvorganges geschlossen und der Systemdruck wird über das Regelventil V 5 in der Leitung 12 geregelt. Das Kondensat wird weiter über einen Wärmetauscher WT 3 geleitet, der etwaige Restdampfanteile auskondensiert und die Flüssigkeit abkühlt. Das Kondensat wird von da aus in den Meßbehälter MB geleitet, wobei die gesammelte Menge des Kondensats an der Meßskala MS meßbar ist. Da die Sterilisa­ tion durch die druckgesteuerten Ventile V 1 und V 5 bei konstan­ tem Druck erfolgt, stellt die Menge des aufgefangenen Konden­ sats im Meßbehälter MB ein Maß für den Ablauf des Sterilisa­ tionsprozesses, unabhängig vom schwankenden Energieangebot des Solarkollektors SK, dar. An der Menge des gesammelten Kondensats kann mit Sicherheit festgestellt werden, ob der Sterilisationsprozeß abgeschlossen, das heißt das einge­ brachte Gut sterilisiert ist.

Die mittels des Wärmetauschers WT 2 bei der Kondensation aus dem Wasserdampf der Kammer 3 entnommene Wärmeenergie, wird nutzbar gemacht zur Erzeugung destillierten Wassers, sowohl für die Anlage selbst, als auch für andere Zwecke. Dazu wird mittels des Wärmetauschers WT 2 das in der Kammer 16 des Verdaämpfers Ve befindliche Wasser verdampft und über die Leitung 22 dem Wärmetauscher WT 4 im Destillatbehälter D zugeführt. Der über die Leitung 22 zugeführte Dampf konden­ siert über dem Wärmetauscher WT 4 in der Kammer 23 und gibt dabei seine Wärme an die Destillatvorlage in der Kammer 23 ab. Der Wärmetauscher WT 4 ist einseitig offen ausgeführt. Beim Befüllen des Sterilisators ST, z. B. auch über die Hand­ pumpe P und die Leitung 25 wird erreicht, daß bereits vor­ gewärmtes Destillat in den Sterilisator ST gelangt. Über­ schußenergie, die nicht über den Wärmetauscher WT 4 an das Destillat abgegeben werden kann, wird über den Wärmetauscher WT 6 nach außen abgegeben, das Kondensat aus dem Wärme­ tauscher WT 6 wird der Kammer 23 des Destillationsbehälters D zu­ geführt. Vorgereinigtes Wasser erreicht über den Behälter B den Wärmetauscher WT 2 mittels der Leitung 15′. Die Vorrei­ nigung des Wassers erfolgt über Langsamfiltration im Filter F 1 (z. B. Sandfilter bekannter Bauart) über Leitung 15.

Um unabhängig vom Sterilisator destilliertes Wasser erzeu­ gen zu können, werden die Ventile V 2, V 3, V 4 umgeschaltet, so daß der Dampf aus dem Heizkreis des Solarkollektors SK über die Leitung 7 und das Ventil V 3, sowie die Leitung 18 zum Wärmetauscher WT 5 in der wassergefüllten Kammer 16 des Verdampfers Ve gelangt und seine Wärme abgibt. Die Rück­ führung aus dem Wärmetauscher WT 5 erfolgt über die Leitung 19 und das Ventil V 4 zur Rücklaufleitung 8 des Solarkollek­ tors SK.

Zur einfacheren Handhabung sind die Ventile V 2, V 3 und V 4 über ein gemeinsames Stellglied (hier nicht dargestellt) miteinander verbunden und werden gemeinsam bedient, so daß eine Hebelstellung den Vorgang: Sterilisation und die andere Hebelstellung den Vorgang: Destillation einleitet. Um den Kollektor SK vor Übertemperaturen zu schützen, was durch Fehlen vorgereinigten Wassers beim Destillationsvor­ gang der Fall sein kann, wird das Ventil V 6 über Leitung 25 automatisch geöffnet, wenn der Druck im Solarkreislauf ein bestimmtes Maß übersteigt. Dann fließt Destillat über die Leitung 25′, 25′′ aus dem Behälter D in den Behälter B.

Bei fehlender oder ungenügender Solareinstrahlung wird über einen Brenner BR einer Hilfsheizeinrichtung HF der Außen­ behälter 5 bzw. das in der Kammer 6′ befindliche Wasser auf­ geheizt und die Anlage, wie vorangehend beschrieben, be­ trieben. Als Kraftstoff für die Hilfsheizeinrichtung kommen alle üblichen flüssigen oder gasförmigen Mittel in Frage.

Eine ähnliche Bauweise ist unter Verwendung von Solarzellen möglich, die elektrischen Strom erzeugen. Wärmetauscher WT 1 würde bei einer solchen Einrichtung durch eine elektrische Widerstandheizung ersetzt. Ebenso ist der Einsatz regene­ rativer Energie, wie z. B. Biogas, Windenergie oder der­ gleichen über eine elektrische Stromerzeugung verwendbar.

Claims (13)

1. Anlage zum Sterilisieren mittels Wasserdampf, insbeson­ dere für medizinische Zwecke, mit einem Sterilisator und einer dem Sterilisator zugeordneten Heizeinrichtung, sowie mit einer für den Betrieb des Sterilisators (ST) destilliertes Wasser erzeugenden Einrichtung, da­ durch gekennzeichnet, daß zum autonomen Betrieb der Anlage dem Sterilisator (ST) ein Solarkollektor (SK) als Heizeinrichtung zugeordnet ist, und daß die destilliertes Wasser erzeugende Einrichtung (D; Ve; WT 6) wahlweise mittels der Abfallwärme aus dem Sterilisator (ST) und/oder unmittelbar über den Solar­ kollektor (SK) betrieben wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der destilliertes Wasser erzeugenden Einrichtung (D; VE; WT 6) an die Sterilisationskammer (3) des Steri­ lisators (ST) und/oder unmittelbar an den Sonnenkollek­ tor (SK) Verdampfer (Ve) betreibende Wärmetauscher (WT 2; WT 5) angeschlossen sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (16) des Verdampfers (Ve) an einen Wärmetauscher (WT 4) des Destillatbehälters (D) angeschlossen ist.

4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Systemdruck bzw. der Temperatur steuer­ bares Ventil (V 6) vorgesehen ist, das bei Übersteigen eines bestimmten Druckes bzw. einer bestimmten Tempera­ tur als Überhitzungsschutz für den Dampferzeuger (SK) eine Verbindung zwischen dem Destillatbehälter (D) und einem Wasservorratsbehälter (B) zur Zuführung destil­ lierten Wassers herstellt.

5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (WT 1) des Sterilisatorheizkreises (SK; 7, 8) an seinem freien Ende gegenüber dem wasser­ führenden Abschnitt (6′) des Sterilisator-Heizbehälters (5) offen ausgeführt ist.

6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (WT 6) an den Destillatbehälter (D) angeschlossen und auf der Gegenseite offen ausge­ führt ist.

7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarkollektor (SK) als Vakuumkollektor mit Elementen für Direktverdampfung ausgeführt ist.

8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befüllen des Sterilisators (ST) der Destillat­ behälter (D) mittels einer Zuleitung (25) über einen Druckregler (V 6) an die dem Solarkollektor (SK) zuge­ ordnete Verdampferkammer (6, 6′) des Sterilisators (ST) angeschlossen ist.

9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführung (25) zwischen dem Destillatbe­ hälter (D) und der Wasservorlage (6′) des Sterilisators (ST) zum Nachfüllen während des Betriebes des Sterili­ sators (ST) eine von Hand betätigbare Förderpumpe (P) eingesetzt ist.

10. Anlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Wärmetauscher (WT 2) als auch der Wärme­ tauscher (WT 5) Elemente des Verdampfers (Ve) sind und gemeinsam in dessen wassergefüllten Kammerabschnitt (16) eintauchen.

11. Anlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung des Sterilisators (ST) und/oder des Destillaterzeugers (D; Ve; WT 6) zusätzlich zum Solar­ kollektor (SK) eine mit Brennstoffen betreibbare Hilfs­ heizeinrichtung (HE) vorgesehen ist.

12. Anlage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung und/oder Steuerung des Sterili­ sierungsprozesses unabhängig vom schwankenden Energie­ angebot des Solarkollektors (SK) unter Konstanthaltung des Systemdrucks mittelbar einer Regeleinrichtung (V 1, V 5) die Sterilisationskammer (3) des Sterilisators (ST) zum Kondensieren des aus der Kammer (3) austretenden Dampfes an einem Wärmetauscher (WT 2) angeschlossen und daß eine dem Wärmetauscher nachgeordnete, die erzeugte Kondensat­ menge messende Einrichtung (MB, MS) vorgesehen ist.

13. Anlage nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schaltventile (V 2, V 3, V 4) ein gemeinsames Schaltglied vorgesehen ist.