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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit der Technik des Sterilisierens.
Ihr besonderer Anwendungsbereich betrifft Wasserstoffperoxid-Dampfsysteme,
die zur Sterilisierung von Räumen,
Gebäuden,
große
Umfassungen, sowie Abfüll-,
Abpack- und andere Fertigungsstraßen verwendet werden, und die
Erfindung wird daher unter besonderem Bezug hierauf beschrieben.
Es sollte jedoch bedacht werden, dass die Erfindung auch auf Verdampfungssysteme
anderer Chemikalien angewandt werden kann, beispielsweise auf Systeme,
die andere Peroxy-Verbindungen oder Aldehyde verwenden, zum Beispiel,
Peressigsäure-
oder Formaldehyd-Verdampfungssysteme.
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Eine
mikrobielle Dekontaminierung von Räumen und Gebäuden kann
durch die Verwendung von Chlordioxidgas erreicht werden. Jedoch
ist Chlordioxidgas ein hochgiftiger Stoff, der in dem mikrobiellen Dekontaminierverfahren
wiedergewonnen werden muss. Die Wiedergewinnung giftiger Gase aus
der Verdünnungsluft,
der Leckageluft und beim Entgasen gasaufnehmender Materialien in
einem dekontaminierten Raum oder Gebäude ist schwierig und zeitaufwändig. Auch
muss sichergestellt und mit Monitoren überwacht werden, dass keine
giftigen Gase in die umliegenden Bereiche entweichen.
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Sterile
Umschließungen
und andere Sauberräume
werden in Krankenhäusern
und Laboratorien zum Durchführen
von Versuchen in einer mikroorganismusfreien Atmosphäre eingesetzt.
Des weiteren werden verschiedenste medizinische, pharmazeutische
und zahnmedizinische Gegenstände
sowie Gegenstände
der Lebensmittelverpackung vor ihrer Erstanwendung oder Wiederanwendung
in unterschiedlichen Umschließungen
sterilisiert. Arbeitsgeräte
für Pharmazeutika
und Lebensmittel, Trockengefriergeräte, Geräte zur Fleischverarbeitung
können erfolgreich
sterilisiert werden und zwar entweder innerhalb der bereits vorhandenen
großen
Gehäuse oder
nachdem die Geräte
in große
Behältnisse
oder Räume
verlagert worden sind.
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Verdampftes
Wasserstoffperoxid ist für
diese Zwecke ein besonders praktischer Sterilisator, da dieser Stoff
auch bei niedrigen Temperaturen wirksam ist. Wenn die Temperatur
der Umschließung
bei Raumtemperatur gehalten werden kann verringert sich die Gefahr
einer thermischen Beeinträchtigung der
betreffenden innerhalb der Umschließung zu sterilisierenden Maschinen
und Geräte.
Auch zersetzt sich Wasserstoffperoxid schnell in Wasserstoff und Sauerstoff,
beides Stoffe, die natürlich
für den
Menschen also die Techniker, die Menschen in der Nähe oder
die Menschen, die anschließend
den behandelten Raum betreten, keine Gefahr darstellen.
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Eine
optimale Wirksamkeit der Sterilisierung wird erreicht, wenn Wasserstoffperoxid
dampfförmig angewendet
wird. Jede Kondensation reduziert die Wirksamkeit der Sterilisierung.
Mehrere verschieden Methoden sind entwickelt worden, durch die das
Sterilisiermittel dampfförmig
in eine Umschließung
oder Kammer eingebracht werden kann, in der sich die zu sterilisierenden
Gegenstände
(beispielsweise medizinische Instrumente) befinden oder deren Inneres sterilisiert
werden soll. Bei einer Methode, der sogenannten Hochvakuum-Methode,
wird ein Hochvakuum erzeugt und damit das flüssige Sterilisiermittel in einen
aufgeheizten Verdampfer eingesaugt. Bei einer anderen Methode, der
sogenannten Durchfluss-Methode, wird das dampfförmige Sterilisiermittel einem fließenden Trägergas,
beispielsweise Luft, zugeführt und
das Trägergas
transportiert das Sterilisiermittel in die, durch die und aus der
Kammer, in der ein leichter Unter- oder Überdruck herrschen kann. Eine wässrige Lösung von
ungefähr
35% Wasserstoffperoxid wird durch entsprechende Düsen tropfen-
oder nebelförmig
in den Verdampfer gesprüht.
Die Tröpfchen
fallen auf eine flache Heizfläche
und werden dort aufgeheizt und verdampft, ohne dass sie in Wasserstoff
und Sauerstoff zersetzt werden. Ein Trägergas fließt über die Heizfläche hinweg
und nimmt den Wasserstoffperoxiddampf auf.
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Mit
wachsender Größe der Umschließung oder
mit wachsendem Bedarf an Wasserstoffperoxid bekommt der Wirkungsgrad
des Verdampfungssystems eine immer größere Bedeutung. Die Kapazität des Verdampfers
ist auf verschiedene Weise begrenzt. Zum einen ist der Vorgang der
Verdampfung mit einem Druckanstieg verbunden, durch den durch den
Verdampfer fließenden
Luftstrom verringert wird. Dies führt zu einer Verlängerung
der erforderlichen Sterilisierdauer und somit automatisch zu einer
Begrenzung der Umschließung
auf eine solche Größe, dass
das Sterilisieren in einer noch annehmbaren Zeitdauer durchgeführt werden
kann. Zum anderen muss zum Erhalt des Wirkungsgrads des Sterilisierens
der Druck, mit dem der Dampf erzeugt wird, auf einen Wert begrenzt
bleiben, bei dem das Wasserstoffperoxid in der Dampfphase stabil
bleibt.
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Das
Childers et allii erteilte Patent U.S.-A-5,876,664 offenbart ein
System mit einem geschlossenen Kreislauf sowie eine Methode zum
Dekontaminieren eines dafür
bestimmten Bereichs. Das System besteht aus einem ersten Leitungskanal,
in dem der Trägergasstrom
aus in dem dafür
bestimmten Bereich hinein und wieder heraus fließt, wobei dieser Leitungskanal
einen Blitzverdampfer enthält zur
Verdampfung einer Flüssigkeit
mit der mikrobizid wirkende Verbindung und besagter Verdampfer eine Heizeinrichtung
enthält,
mit der der Verdampfer auf oder über
der Verdampfungstemperatur der mikrobizid wirkenden Verbindung gehalten
werden kann, und der Verdampfer ein durch ihn hindurchführende Passage
enthält
und das System des weiteren Mittel enthält, mit denen die Flüssigkeit
von einer Quelle aus in den Verdampfer gefördert werden kann, sowie stromabwärts vom
Verdampfer im Leitungskanal eine Heizeinrichtung und einen Luftentfeuchter
besitzt.
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Eine
Möglichkeit
ist, den Verdampfer und ebenfalls die Einspritzrate des Wasserstoffperoxids in
den Verdampfer und die Strömungsrate
der Trägergases
zu vergrößern. Jedoch
neigt das Trägergas dazu,
die Heizfläche
abzukühlen,
wodurch der Verdampfungsprozess unterbrochen wird. Wenn die Heizfläche auf
eine höhere
Temperatur erwärmt
würde,
würde sich
das Wasserstoffperoxid zersetzen.
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Eine
andere Möglichkeit
ist die Verwendung mehrerer Verdampfer zum Bespeisen einer einzigen Umschließung. Jeder
der Verdampfer kann unabhängig
geregelt werden, wodurch Unterschiede der Zustände in der Kammer ausgeglichen
werden können. Der
Einsatz mehrer Verdampfer erhöht
jedoch die Kosten des Systems und erfordert eine vorsichtige Überwachung,
um sicherzustellen, dass jeder Verdampfer mit optimalem Wirkungsgrad
betrieben wird.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein neues und verbessertes Verdampfungssystem
und eine neue und verbesserte Verdampfungsmethode, durch die die
oben erwähnten
Probleme und andere ausgeräumt
werden.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dampfdekontaminiersystem zum
Dekontaminieren eines dafür
vorgesehenen Raumbereichs vorgestellt. Das System besteht aus zumindest
einem ersten Leitungskanal, durch den ein erster Trägergasstrom
in den dafür
vorgesehenen Raumbereich fließt.
Der Leitungskanal hat einen Kanaleingang. Der Kanalausgang ist mit
dem dafür
vorgesehenen Raumbereich verbunden. In einem Verdampfer wird eine
Flüssigkeit,
die eine mikrobizide Verbindung enthält, verdampft. Der Verdampfer
besteht aus einem Metallblock, einer Heizvorrichtung, mit der der
Metallblock auf eine Verdampfungstemperatur der mikrobiziden Verbindung
gebracht und auf ihr gehalten werden kann, und besitzt von einem Einlass
aus bis zu einem Auslass hin eine Passage durch den Heizblock. Eine
Quelle eines zweiten Trägergasstroms
ist mit dem Verdampfereinlass verbunden und dient dazu, den Dampf
durch den Verdampfer zu befördern
und ein positives Druckdifferential vom Verdampfer hin zu dem Vermischungsbereich aufzubauen.
Ein Auslass des Verdampfers ist mit einem Leitungskanal verbunden,
der dazu dient, den Dampf und den zweiten Trägergasstrom in den von dem
ersten Trägergasstrom
durchflossenen Leitungskanal einzuleiten und zwar in einem Vermischungsbereich,
der stromabwärts
von dem Leitungskanaleinlass liegt. Es sind Mittel vorgesehen, die
Flüssigkeit
von einer Quelle aus in den Blitzverdampfer einzuleiten. Eine Heizung
und ein Luftentfeuchter sind stromaufwärts von dem Vermischungsbereich
mit dem Leitungskanal verbunden, so dass der Strom des ersten Trägergases
von dem Kanaleingang in den Vermischungsbereich fließt, dort
den Dampf aufnimmt und durch den Kanalausgang in den dafür vorgesehenen
Raumbereich gelangt, ohne dass der ersten Trägergastrom durch den Verdampfer
fließt.
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Entsprechend
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Methode
zum Dekontaminieren eines dafür
vorgesehenen Raumbereichs vorgestellt. Die Methode umfasst das Pumpen eines
Trägergases
durch einen Leitungskanal in den dafür vorgesehenen Raumbereich
sowie das Aufheizen und Entfeuchten des ersten Trägergases.
Eine flüssige
mikrobizid wirkende Verbindung wird in einem Verdampfer verdampft.
Ein Heizblock wird auf der Verdampfungstemperatur der mikrobizid
wirkenden Verbindung gehalten. Die flüssige mikrobizid wirkende Verbindung
wird stromabwärts
des Heizblock in einen geregelten zweiten Trägergasstrom eingespeist.
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Die
mikrobizid wirkende Verbindung wird dosiert in eine innere Passage
des Heizblocks geleitet, um dort verdampft zu werden. Der mikrobizid
wirkende Dampf wird sodann stromaufwärts von dem dafür vorgesehenen
Raumbereich in einen Vermischungsbereich im Leitungskanal eingespeist.
Der erste Trägergasstrom
fließt
von dem stromaufwärts
des Vermischungsbereichs befindlichen Kanaleingang in den Leitungskanal
und dann weiter in den Vermischungsbereich, um die mikrobizid wirkende
Verbindung und den zweiten Trägergasstrom
aufzunehmen und von dort durch einen Kanalausgang in den dafür vorgesehenen
Raumbereich zu transportieren, ohne dass der erste Trägergasstrom
durch den Verdampfer geleitet wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass ein hoher Durchsatz
des verdampften Wasserstoffperoxids erreicht wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass der Luftfluss
und die Einspeiserate der Einspeisung des Wasserstoffperoxids erhöht werden
kann.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf der Möglichkeit,
große
Volumina dekontaminieren zu können.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Konzentrationshöhe des Wasserstoffperoxids
rasch auf ein Sterilisierniveau angehoben und somit die Behandlungsdauer,
insbesondere bei kleineren Umschließungen, verringert werden kann.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden jedem, der übliche Kenntnisse
in dieser Technik besitzt, beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Anwendungen offenbar.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung kann mit verschiedenen Komponenten und Anordnungen
von Komponenten sowie in verschieden Schritten und Schrittfolgen
realisiert werden. Die Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck, eine
bevorzugte Ausführung
darzustellen, sollen aber nicht als Einschränkung der Erfindung gedeutet
werden.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer entsprechend der vorliegende
Erfindung bevorzugten Ausführung
eines Wasserstoffperoxid-Verdampfungssystems;
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2 ist
eine seitliche Schnittsdarstellung einer Ausführung eines Verdampfers;
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3 ist
eine Perspektivdarstellung des Verdampfers aus 2;
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4 ist
eine Perspektivdarstellung einer zweiten Ausführung des Verdampfers;
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5 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer dritten Ausführung des
Verdampfers;
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6 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer vierten Ausführung des
Verdampfers;
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7 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer fünften Ausführung des Verdampfers;
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8 ist eine schematische Darstellung einer
alternativen Ausführung
des Systems; und
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9 ist
eine Darstellung einer weiteren alternativen Ausführung des
Systems.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird hier ein System zum mikrobiellen
Dekontaminieren eines Raums oder anderen besonderen Raumbereichs
mit einem mikrobizid wirkenden Dampf beschrieben. Obwohl das System
unter besonderem Bezug auf dampfförmiges Wasserstoffperoxid beschrieben wird,
wird auch erwogen, andere mikrobizid wirkenden Dämpfe einzusetzen, unter anderem
den Dampf der Peressigsäure,
anderer Peroxy-Verbindungen, oder der Aldehyde, beispielsweise Formaldehyddämpfe. Die
Luft in einem großen,
besonderem Raumbereich, beispielsweise einem Raum 10 mit
einem Volumen im Bereich zwischen 1.000 und 4.000 Kubikmetern, wird
von einem Gebläse 16 durch
ein Kontaminations-Fangfilter 12 und einen Katalysator 14 zum
Zersetzen des Wasserstoffperoxids abgesaugt, wobei das Gebläse mit dem
Filter und dem Zersetzer über
einen Leitungskanal 17 verbunden ist. Das Gebläse saugt
die Luft durch einen Trocknungsgerät, beispielsweise über ein
Trocknungsrad 18, durch das der Wasserdampf entfernt wird.
Ein zweites Gebläse 20 bläst aufgewärmte Luft
durch den gesättigten
Teil des Trocknungsrades, um dadurch die absorbierte Feuchtigkeit
zu entfernen und an die Umgebungsluft abzugeben. Dieser Aufwärmvorgang
erhitzt die umgepumpte Luft von der Raumtemperatur auf üblicherweise
zwischen 20°C
und 40°C.
Mehrere Luftqualitäts-Messgeräte 22 überwachen
die das Gebläse
verlassende getrocknete Luft, um deren Aufnahmefähigkeit für Wasserstoffperoxiddampf zu
bestimmen. Die Luft wird über
einen Leitungskanal 23 und ein weiteres Mikroben-Abfangfilter 24,
beispielsweise ein Hochleistungsschwebstofffilter, in den Raum 10 zurückgeführt. Wahlweise
können
die Leitungskanäle
eine bereits vorhanden Lüftungsanlage insgesamt
oder teilweise einbeziehen. Beim Anfahren des Dekontaminierverfahrens,
wird die Luft zuerst eine ausreichend lange Zeit durch den Trockner gepumpt,
bis die Luftfeuchtigkeit in dem Raumbereich auf ein angemessenes
Niveau, beispielsweise 20% relative Luftfeuchtigkeit, gesenkt worden
ist. Bei abgeschlossenen Umschließungen ist eine Druckregelung
innerhalb der Umschließung
angeraten. Bei Zimmerräumen
ist eine Druckregelung keine wesentliche Forderung und müsste von
Fall zu Fall entschieden werden. In Sauberräumen und ähnlichen Bereichen, bei denen
ein Ansaugen von möglicherweise kontaminierter
Luft vermieden werden muss, wird der Druck im Raumbereich über dem
der Umgebung gehalten.
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Sobald
die erforderliche Luftfeuchtigkeit in dem Raum erreicht ist, wird
der Luft ein mikrobizider Dampf zugeführt. Der mikrobizide Dampf
enthält
in der bevorzugten Ausführung
verdampftes Wasserstoffperoxid, obwohl auch andere mikrobizide Dämpfe oder
Mischungen aus mikrobiziden Dämpfen
erwogen werden. Genauer gesagt, wird flüssiges Wasserstoffperoxid aus
einem Reservoir 32, beispielsweise einer großen Tonne,
mittels einer Hilfseinrichtung, beispielsweise einer Injektionspumpe 30,
eines Druckbehälters,
oder eines auf Fallkraft beruhenden Speisesystems, in einen Blitzverdampfer 34 eingeleitet.
Das flüssige
Wasserstoffperoxid enthält
eine Mischung des Wasserstoffperoxid in einem Lösungsmittel, beispielsweise
Wasser, und zwar vorzugsweise in einer wässrigen Lösung von ungefähr 30 bis
40 Gew.-% Wasserstoffperoxid. Gleichzeitig mit dem flüssigen Wasserstoffperoxid
wird ein Trägergas,
beispielsweise Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon oder
eine Kombination von Trägergasen,
in den Blitzverdampfer eingeleitet; dieses Trägergas hilft, den Wasserstoffperoxiddampf
durch den Blitzverdampfer hindurch und in den Trägergasstrom hinein zu treiben.
Bei einer bevorzugten Ausführung
besteht das Trägergas
aus Druckluft, die einem Druckluftbehälter 36 entstammt.
Die genauen Druckwerte hängen
von der Produktionsrate, der Länge
und der Enge der Passage in dem Blitzverdampfer und Ähnlichem
ab und liegen üblicherweise
zwischen 1,0 bis 2,0 Atmosphären
absolut (1,013 × 105 bis 2,026 × 105 Pascal
absolut), d.h. ungefähr
0 bis 1 bar (0 bis 1,013 × 105 Pascal gemessen); die Druckwerte liegen
vorzugsweise zwischen 6 bis 14 × 103 Pascal. Ein Vorteil des Benutzens eines
Trägergases
liegt darin, dass es dann unwahrscheinlich ist, dass das flüssige Wasserstoffperoxid
immer wieder auf dieselbe Stelle in dem Verdampfer auftrifft. Je
besser aber das flüssige Wasserstoffperoxid
innerhalb des Verdampfers verteilt wird, umso schneller wird das
Wasserstoffperoxid verdampft werden. Auch verhindert eine gute Verteilung
beim Einspritzen des Wasserstoffperoxids, dass bestimmte Bereiche
des Verdampfers übermäßig abkühlen und
dadurch der Verdampfungsvorgang verlangsamt wird.
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Das
Trägergas
hat die Eigenschaft, den Verdampfer abzukühlen, wodurch die Rate, mit
der die wässrige
Lösung
des Wasserstoffperoxids verdampft, reduziert wird. Folgerichtig
ist es daher von Vorteil, dass das die Strömungsrate des Trägergases auf
einem solchen Wert oder leicht darüber gehalten wird, bei der
einerseits der Wasserstoffperoxiddampf genügend schnell und ohne Minderung
seiner Wirksamkeit durch der Blitzverdampfer 34 transportiert wird,
die aber andererseits genügend
niedrig ist, so dass keine merkliche Abkühlung der Verdampfers durch
das Trägergas
erfolgt. Folgerichtig ist die Durchflussrate des durch den Blitzverdampfer 34 fließenden Trägergases
vorzugsweise geringer, als die Durchflussrate des Trägergases,
das nicht durch den Blitzverdampfer 34 fließt. So fließt der größte Teil
des Trägergases
vom Gebläse 15 durch
den Leitungskanal 23 in den stromabwärts vom Verdampfer liegenden
Vermischungsbereich 38, in dem sich der Trägergasstrom
mit dem Dampf vermischt, bevor beide in die Umschließung gelangen.
Beispielsweise liegt die Durchflussrate des Trägergas-Dampf-Gemisches bei
ungefähr
20.000 l/min, während
das durch den Blitzverdampfer fließende Trägergas eine Durchflussrate
aufweist, die geringer ist als 100 l/min, besser noch geringer als
20 l/min, die am besten aber zwischen 1 und 10 l/min liegt.
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Eine
Regeleinrichtung 40 ist mit einem oder mehreren Messwertgebern 42 für die Konzentration des
Wasserstoffperoxids in dem Raum verbunden. Die Regeleinrichtung
steuert Gebläse 44 oder
andere in dem Raum 10 angeordnete Einrichtungen, um dadurch
eine gleichmäßigere Verteilung
des Wasserstoffperoxiddampfes zu erzielen.
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Auf
der Grundlage der gemessenen Konzentration in dem Raum steuert die
Regeleinrichtung 40 die Einspritzpumpe 30 und
den Zustrom der Luft aus dem Luftvorratsbehälter 36 in den Blitzverdampfer 34.
Die Regeleinrichtung ist auch mit Messwertgebern 22 der
Luftqualität
verbunden, so dass sie die Einspritzrate unter dem Sättigungswert
der zirkulierenden Luft halten kann. Vorzugsweise umfassen die Messwertgeber
der Luftqualität
auch einen Durchflussmesser 22a, um die Durchflussrate
der Luft, die üblicherweise
von 20 bis 40 m3/min reicht, zu überwachen.
Des weiteren umfassen die Messwertgeber ein Messgerät 22b zur
Bestimmung der relative Luftfeuchtigkeit, ein Lufttemperatur-Messgerät 22c und ein
Druckmessgerät 22d.
Bei einem Luft-Leitungskanal mit einem größeren Durchmesser und einer
höheren
Lufttransport-Kapazität
wird ein zweiter Blitzverdampfer 34' und eine zweite Injektionspumpe 30' mit der Quelle 32 des
flüssigen
Wasserstoffperoxids und der Luftquelle 36 verbunden. Bei
größeren Umschließungen werden
eine oder mehrere zusätzliche Luftzirkulationskanäle mit Blitzverdampfern
eingesetzt.
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Obwohl
die Beschreibung mit besonderem Bezug auf Wasserstoffperoxid erfolgt,
ist zu beachten, dass das System auch für die Verdampfung anderer Lösungen und
reiner Flüssigkeiten
eingesetzt werden kann, beispielsweise der Peressigsäure, anderer
Peroxy-Verbindungen
und Ähnliches.
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Der
Ausdruck „mikrobielle
Dekontamination" und ähnliche
Ausdrücke
sollen, wie sie hier verwendet werden, das Sterilisieren, Desinfizieren
und geringere Formen der mikrobiziden Behandlung, wie die hygienische
Reinigung, umfassen. Der Begriff wird auch umfassend für die Minderung
oder Ausschaltung der Aktivität
anderer biologischer Spezies verwendet, insbesondere solcher, die
im Stande sind, sich selbst zu verwandeln, beispielsweise Prionen.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf 2, wird hier ein Blitzverdampfer 34 gezeigt,
der aus einem Heizblock 50 besteht, der vorzugsweise aus
eloxiertem Aluminium geformt ist oder aus einem anderen wärmeleitfähigen und
gegen Wasserstoffperoxid resistenten Material, das mit dem Wasserstoffperoxid kompatibel
ist und somit die Wirksamkeit des Wasserstoffperoxids nicht mindert.
Der Flüssigkeitsweg besteht
aus einer Bohrung oder einer Serie von Bohrungen, die im Heizblock
von dem mit der Versorgungsleitung verbundenen Eingang 52 her
zum Ausgang 54 hin führen.
Bei einer Ausführung
ist die Serie der Bohrungen 56, 58, 60 so,
dass deren Innendurchmesser vom Eingang 52 zum Ausgang 54 hin
zunehmend größer wird
und somit eine zunehmend größere Kontaktfläche und
ein zunehmend größeres Volumen
pro Längeneinheit
aufweist. Das flüssige
Wasserstoffperoxid trifft auf die Wandung 62 der Bohrungen
und wird verdampft. Der zunehmend größere Durchmesser der Bohrung
gibt Raum für
das stetig wachsende Volumen der durch die Bohrung fließenden Mischung
aus Dampf und Flüssigkeit.
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In
jeder der Ausführungen
kann die Bohrung mehrere Wendungen innerhalb des Heizblock machen.
Beispielsweise und ausgehend von dem Eingang 52 der Heizblockpassage
macht die Bohrung nahe der Ausgangsseite 64 des Heizblocks
eine volle Wende zurück
zur Eingangsseite 66 des Heizblocks und macht zwei weitere
solcher Wenden, bevor sie an dem Ausgang 54 ankommt. Vorzugsweise
sind dies Wendungen mit scharfen L-förmigen Ecken und nicht mit
abgerundeten Ecken. Beispielsweise besteht, wie in 3 dargestellt,
jede volle Wende aus zwei Ecken zu je ungefähr 90° und einer Endwand 67,
wodurch die Bohrung um ungefähr
180° umgelenkt
wird. Scharfe Ecken haben gegenüber
runden Ecken den Vorteil, dass sie das Aufprallen auf die Wände der
durchfließenden
Mischung aus Dampf und Flüssigkeit
verstärken
und damit die Verdampfungsrate erhöhen.
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Es
werden auch andere Anordnungen erwogen, beispielsweise eine spiralförmige Bohrung 68, wie
in 4 dargestellt. Bei jeder Richtungsänderung
sorgt die Fliehkraft dafür,
dass kleine suspendierte Tröpfchen
auf die Wand auftreffen. Auf diese Weise werden auch kleinste Nebeltröpfchen in Dampf
verwandelt. Vorzugsweise werden zumindest zwei Richtungsänderungen
von jeweils ungefähr 180° in den Pfad
des Durchflusses eingebaut, um somit den erhöhten Wandkontakt sicherzustellen.
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Der
zunehmend größere Durchmesser
kann erreicht werden, indem jeder Abschnitt der Bohrung, wie in 2 dargestellt,
zunehmend vergrößert wird.
Wahlweise können
aber auch die einzelnen Längsstücke der
Bohrung, wie in 5 dargestellt, einen jeweils
größeren Durchmesser
besitzen. Andere Anordnungen zur stetigen Vergrößerung des Durchmessers der
Bohrung werden ebenfalls erwogen. Beispielsweise können Umlenkbleche
oder Flossen in der Nähe
des Heizblockeingangs angeordnet werden, um dadurch den Freiraum
für den Durchfluss
zu verringern und gleichzeitig die geheizte Oberfläche zu erhöhen.
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Bei
der in 6 dargestellten Ausführung vergrößert sich die Zahl Durchflussbohrungen
mit jedem Durchgang durch den Heizblock. Beispielsweise erfolgt
der erste Durchgang durch eine einzelne Längsbohrung 70 und
der zweite Durchgang durch zwei oder mehr Bohrabschnitte 72.
Vorzugsweise wird jede der zweiten Bohrungen beim dritten Durchgang
mit wiederum mehreren Bohrungen 74 verbunden, und so weiter.
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Auf
diese Weise nimmt der Querschnitt des Durchflusspfades, wie auch
bei den vorherigen Ausführungen,
auf dem Weg des Wasserstoffperoxids vom Eingang zum Ausgang (in
diesem Fall einer Mehrzahl von Ausgängen) stetig zu.
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In
der in 7 dargestellten Ausführung umfasst die Bohrung 76 eine
oder mehrere Bohrabschnitte mit einer gleichmäßig großen Querschnittsfläche, so
dass die gesamte Bohrung oder der größte Teil der Bohrung eine gleichmäßig große Querschnittsfläche aufweist.
Zur Erleichterung der Fertigung wird auch erwogen, dass die Längsbohrabschnitte
durch den gesamten Block führen,
beispielsweise, indem die Bohrung vollständig durch den Block führt. Die
vertikalen Abschnitte werden außerhalb
des Blocks durch Endstücke 77, 78 aus
geformtem Aluminium, durch Rohrverbindungen oder Ähnlichem
gebildet. Die Endstücke
oder Rohrverbindungen werden durch ein herumgelegtes Heizelement, beispielsweise
ein Heizband mit Isolierung, auf der gleichen Temperatur wie der
Heizblock gehalten.
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Nochmals
unter Bezugnahme auf 2 und 3, wird
der Heizblock 50 auf eine zur Verdampfung des flüssigen Wasserstoffperoxids
geeignete Temperatur aufgewärmt.
Beispielsweise werden Heizelemente 80, 82, 84, 86 in
Bohrungen oder Durchflusspassagen eingeführt, die vorzugsweise in der
Nähe der
Ecken des Heizblocks der Länge
nach durch den Heizblock gebohrt werden. Geeignete Heizelemente
sind beispielsweise elektrische Widerstandsheizpatronen. Solche
Heizelemente sind besonders geeignet hier eingesetzt zu werden,
da sie üblicherweise
länglich
sind und dünn
und sie somit in eine Heizelementbohrung eingeschoben werden können und
dann im Wesentlichen von einem Ende der Bohrung zum anderen reichen.
Statt dessen kann zum Erwärmen
des Heizblocks auch Dampf oder eine andere aufgewärmte Flüssigkeit
durch die Heizbohrungen geleitet werde. Der Heizblock wird durch die
Heizelemente auf einer Temperatur gehalten, die unterhalb der Temperatur
liegt, bei der eine wesentliche Zersetzung das Wasserstoffperoxids
erfolgen würde.
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Das
flüssige
Wasserstoffperoxid verdampft sobald es die Wand der Bohrung berührt und
wird somit zunehmend aus dem flüssigen
oder nebelförmigen
Zustand in den dämpfförmigen Zustand überführt. Ein
normalerweise bei diesem Vorgang entstehender Druckanstieg wird
im Wesentlichen durch die stetige Vergrößerung der Bohrung und auch
durch eine Erhöhung
der Durchflussgeschwindigkeit ausgeglichen, so dass der Durchfluss
durch die Bohrpassage konstant bleibt. Am Ende der Serie von Durchgängen durch
den Heizblock ist das Wasserstoffperoxid vorzugsweise nur noch dampfförmig und
zwar bei einer Temperatur und einem Druck, bei denen der Taupunkt
des Dampfes nicht erreicht wird, so dass der Dampf nicht kondensieren
kann. Sodann wird der Wasserstoffperoxiddampf mit dem Strom des
Trägergases
fortgetragen. Wie in
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8 dargestellt, wandert der Dampf entlang
der Leitung 90 bis zu der Einspritzöffnung 92 oder einer
anderen geeigneten Einspritzeinrichtung, mittels der der Dampf in
einem Vermischungsbereich in die Trägergasleitung 94 eingeleitet
wird. Die Einspritzöffnung 92 liegt
an einer nur leicht in den Luftrom der Trägergasleitung 94 hineinreichenden
Kante, damit eine Abkühlung
der Einspritzöffnung
und somit Kondensation vermieden wird. Der Wasserstoffperoxiddampf
hat eine ausreichend hohe Geschwindigkeit, um bei der Vermischung
des Dampfes mit der fließenden
Luft über
die gesamte Breite der Trägergasleitung
hinweg eingespeist zu werden. Beim Verwenden mehrerer Blitzverdampfer,
können die
Einspritzöffnungen
einander gegenüber
versetzt angeordnet werden, um somit eine verwirbelnde Turbulenz
stromaufwärts
oder stromabwärts
zu erzeugen.
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Weiterhin
unter Bezugnahme auf 8, wird bei einer
anderen Ausführung
die Luft von dem Gebläse 16 und
aus dem Lufttrockner 18 auf eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen
verteilt. Jede der Leitungen ist mit einer Serie von Messwertgebern 22,
einem Blitzverdampfer 34 und einem Hochleistungsschwebstofffilter 24,
wie oben beschrieben, ausgerüstet.
Jede der Leitungen versorgt einen anderen Bereich des Raums oder
des Gebäudes 10 mit Wasserstoffperoxiddampf.
Abhängig
von den durch die Sensoren 42 bestimmten Konzentrationswerten steuert
die Regeleinrichtung 40 die Gebläse 44 oder die Ablenkplatten 96 so,
dass durch einige der Rückführungen
mehr oder weniger Luft fließt
als durch andere. Entsprechend werden auch Änderungen der Raten der Dampferzeugung
und der Einspritzung vorgenommen.
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Um
den gewünschten
Grad an Desinfektion oder Sterilisierung zu erreichen ist es wichtig,
dass der Wasserstoffperoxiddampf alle in dem Raum möglicherweise
kontaminierten Flächen
berührt.
Diese Flächen
können
die Wände,
der Boden oder die Decke des Raums aber auch verschiedenste Oberflächen von
Regalen, Geräten,
Lagermaterial und Ähnlichem
in dem Raum sein. Gebläse 44 sind
daher so angeordnet, dass der in den Raum strömende Wasserstoffperoxiddampf
so geleitet wird, dass er alle Flächen berührt. Besondere Aufmerksamkeit
wird dabei versteckten oder schwer erreichbaren Oberflächen gewidmet.
Die Gebläse
und Ablenkplatten werden vorzugsweise so angeordnet, dass der Wasserstoffperoxiddampf
beispielsweise in Ecken, durch enge Lücken, unter Regale, um komplexe
Gebilde herum und in schmale Spalte hinein gelangt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 9 wird hier eine offenes System
gezeigt. Als Trägergas
wird Luft bevorzugt, obwohl auch andere Gase, die mit Wasserstoffperoxid
und den sterilisierten Oberflächen
nicht reagieren, erwogen werden. Ein Trägergasgenerator 100,
beispielsweise eine Pumpe oder ein Druckluftbehälter, speisen das Trägergas in
einen Leitungskanal 102. Mikrobielle Filter 104,
beispielsweise Hochleistungsschwebstofffilter, entfernen mikrobielle
und stoffliche Verunreinigungen aus der Luft. Vorzugsweise erhöht ein Vorwärmer 106 die Temperatur
des Trägergases.
Ein Trockner 108 regelt vorzugsweise die Luftfeuchtigkeit
des Trägergases.
Ein verstellbares Leitblech oder ein Gasstromregler 110 regelt
den in die Wasserstoffperoxid-Absorptionszone 112 fließenden Luftstrom.
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Flüssiges Wasserstoffperoxid
(beispielsweise eine wässrige
Lösung
von Wasserstoffperoxid) wird von einem Wasserstoffperoxid-Vorratsbehälter 120 mittels
einer Dosierpumpe 122 zu einem Vermischungspunkt 124 gefördert, an
dem es mit der von einem Gebläse 126 und
ein Hochleistungsschwebstofffilter 128 gelieferten gefilterten
Luft vermischt wird. Die Luft und das Wasserstoffperoxid werden
in einen oben bereits beschriebenen Blitzverdampfer 34 eingeleitet.
Der Blitzverdampfer speist Wasserstoffperoxiddampf und Wasserdampf
durch die Einspritzöffnung 130 in
die Absorptionszone 112. Auch hier können wieder zwei oder mehr
Verdampfer eingesetzt werden, um die Einspeiserate des Wasserstoffperoxidgases
in die Vermischungszone zu erhöhen.
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Versorgungsleitungen 140, 142 leiten
die Mischung aus Trägergas
und verdampftem Wasserstoffperoxid zu dem Behandlungsbereich 144.
Um die Gefahr der Kondensation zu verringern, werden die Versorgungsleitung 140, 142 so
kurz wie möglich gehalten.
Zur weiteren Verringerung der Kondensationsgefahr, sind die Versorgungsleitung 140, 142 rundum
von einer Isolation 146 und/oder von Heizelementen 148 umgeben.
Wahlweise können
zwei oder mehr Versorgungsleitungen jeden der Verdampfer mit zwei
oder mehr Bereichen der Umschließung 144 verbinden.
Wahlweise kann die Temperatur des Trägergases an der Einspritzöffnung über den
Taupunkt des Wasserstoffperoxids angehoben werden.
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Ein
Entlüfter 150 ermöglicht das
geregelte Ablassen eines übermäßigen Drucks
in der Umschließung.
Wahlweise kann eine Vakuumpumpe 152 eingesetzt werden,
um die Umschließung
zu evakuieren, bevor der Wasserstoffperoxiddampf eingeleitet wird.
Eine Evakuierung der Umschließung verringert
den Druck und erhöht
dadurch die Diffusionsrate des Wasserstoffperoxids in der Umschließung. Durch Verringerung des Drucks in der Umschließung kann
man den Bedarf an Umlenkblechen und/oder Flossen an dem Punkt, wo
das verdampfte Wasserstoffperoxid in die Umschließung eingeleitet wird,
reduzieren. Wahlweise können
andere Arten von Pumpen oder Gebläsen eingesetzt werden, um eine
besser Umwälzung
und die gewünschte
Konzentration des Wasserstoffperoxids zu erreichen. Wahlweise wird
ein Katalysator 154 oder Ähnliches eingesetzt, um in
dem Abgas restliches Wasserstoffperoxid abzubauen. Wahlweise erhöht eine
Heizeinrichtung 156 die Temperatur der Umschließung 144 insgesamt
und in seinem Inneren vor und während der
mikrobiellen Dekontaminierung. Ein Erhöhen der Temperatur der Umschließung, zumindest
seiner Oberflächen,
verringert auch Gefahr einer Kondensation des Dampfes.
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Sterilisierbare
Umschließungen
sind, beispielsweise, mikroorganismusfreie Arbeitsbereiche, Gefriertrockner
sowie Verarbeitungseinrichtungen für Pharmaka und Lebensmittel.
Ob hohe Sterilisiertemperaturen und/oder ein Evakuieren der Umschließung beim
Sterilisieren denkbar sind, hängt
stark von der Konstruktion der Umschließung und von der Art seines
Inhalts ab. Beispielsweise sind sterilisierbare Arbeitsbereich in
einigen Fällen
aus weichen Kunstoffen gefertigt, die weder hohe Temperaturen noch hohe
Druckdifferenzen vertragen. Im Gegensatz dazu, müssen Verarbeitungseinrichtungen
für Lebensmittel
im Betrieb oftmals hohen Temperaturen und Drücken widerstehen und sind daher
besser für
das Erzielen optimalerer Sterilisierbedingung durch Evakuierung
und Erwärmung
geeignet.
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Wie
in 9 dargestellt, ist die Umschließung 144 Teil
einer Verpackungsanlage. Behälter, beispielsweise
Flaschen oder Kartons 160 werden mittels einer Förderanlage 162 in
die Umschließung hineingeführt. Ein
auf und ab bewegliches Sammelrohr 164 ist mit jedem der
Versorgungsleitungen 140, 142 verbunden und hebt
und senkt nacheinander eine Anzahl von Füllleitungen oder Wasserstoffperoxiddampfinjektoren
in die schrittweise vorbeilaufenden Flaschen oder Kartons.
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Die
Konzentration des Wasserstoffperoxids in der Lösung ist abhängig von
der gewünschten Dampfkonzentration.
Beispielsweise kann die Konzentration des Wasserstoffperoxids im
wässrigen Wasserstoffperoxid
zwischen 25 und 65 Gew.-% liegen. Bei einer Ausführung liegt die Konzentration
des Wasserstoffperoxids im wässrigen
Wasserstoffperoxid zwischen ungefähr 30 und 35 Gew.-%. Bei diesen Werten
ist die Gefahr der Kondensation des Wasserstoffperoxids gering,
während
eine mikrobielle Dekontamination in kurzer Zeitdauer erreicht wird.
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In
einer Ausführung
wird die Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes in der Umschließung 144 bis
zum Ende des mikrobiellen Dekontaminierens dadurch konstant gehalten,
dass der Wasserstoffperoxiddampf kontinuierlich nachgefördert wird,
um die vorgeschriebene Konzentration einzuhalten. Wahlweise saugt
die Vakuumpumpe 152 am Ende des mikrobiellen Dekontaminierens
den Wasserstoffperoxiddampf aus der Umschließung. Dadurch wird die erforderliche
Wartezeit reduziert, bis zu der das Wasserstoffperoxid verschwunden
ist; die Umschließung
kann dann schneller wieder ihrem Gebrauchszweck zugeführt werden.
Wahlweise oder zusätzlich
kann die Umschließung
zum Entfernen von restlichem Wasserstoffperoxid belüftet werden, beispielsweise,
indem reines Trägergas
durch die Umschließung
geleitet wird. Zusätzlich
kann eine Messsonde eingesetzt werden, durch die bestätigt werden
kann, das die Umschließung
belüftet
worden ist und ihrem Gebrauchszweck wieder zugeführt werden kann.
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Sobald
die gewünschte
Konzentration des Wasserstoffperoxids in der Umschließung erreicht worden
ist, ist es auch möglich,
dass der Dampf über einen
bestimmten, für
ein wirksames Dekontaminieren ausreichenden Zeitraum in der Umschließung verbleibt,
ohne ein weiteres Zuführen
von Dampf oder ein Absaugen von Gas und/oder Dampf aus der Umschließung. Wie
beispielsweise in 1 dargestellt, werden die Ventile 166, 168 in
den Dampfeinlass- und Dampfauslassleitungen, die in die Umschließung hinein
und aus der Umschließung
heraus führen,
gezielt geschlossen, sobald die gewünschte Konzentration des verdampften
Wasserstoffperoxids erreicht worden ist; das Wasserstoffperoxid
verbleibt dann in der Umschließung
für die
Dauer von ungefähr
einer Stunde. Insbesondere bei Umschließungen in Zimmergröße hat sich
gezeigt, dass das Wasserstoffperoxid in diesem Zeitraum nicht zu
schnell kondensiert oder sich abschwächt, so dass ein mikrobielles
Dekontaminieren allgemein über
diese Halteperiode hinweg erfolgt. Danach werden die Ventile wieder
geöffnet
und das restliche Wasserstoffperoxid wird abgesaugt. In einer weiteren
Ausführung
wird eine Serie von zwei oder mehr Halteperioden eingesetzt. Zwischen
den aufeinanderfolgenden Halteperioden wird die Konzentration des
Wasserstoffperoxids wieder auf die gewünschte Höhe eingeregelt.
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In
der abgebildeten Ausführung
ist der Verdampfer 34 vorzugsweise nahe der Umschließung angeordnet.
Werden mehr als ein Verdampfer eingesetzt, wird die Wasserstoffperoxid-Einspeiserate
der einzelnen Verdampfer regelbar sein, damit die Verteilung des
Wasserstoffperoxiddampfes innerhalb der Umschließung optimiert werden kann.
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Unterschiede
in der Temperatur und dem Absorbierverhalten der Stoffe innerhalb
der Umschließung,
die Fließmuster
in der Umschließung
und die Form der Umschließung
sind alles Faktoren, die bei der Optimierung der Einspeiserate berücksichtigt werden
müssen.
In dem in 9 dargestellten Durchflusssystem
ist auch der Durchsatz der Behälter
oder Flaschen durch die Umschließung ein beeinflussender Faktor
für die
Optimierung der Wasserstoffperoxid-Einleitung. Vorzugsweise steuert
ein Regelsystem 170 die Einleitung des Wasserstoffperoxids
in den oder die Blitzverdampfer 34 entsprechend den in
der Umschließung
gemessenen Zuständen. Mehrere
Messwertgeber 172 überwachen
die Zustände
innerhalb der Umschließung 144.
Die Messwertgeber umfassen Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit
oder Dampfkonzentration, Luftfluss oder Turbulenzen, Druck und Ähnliches.
Das Regelsystem umfasst einen Komparator 174, der die mit
den Messwertgebern erfassten Zustandswerte vergleicht mit vorbestimmten
Idealwerten der Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes und
mit anderen Referenzwerten der erfassten Zustandswerte. Vorzugsweise
bestimmt der Komparator die Abweichung jedes der erfassten Zustandswerte
von den entsprechenden Referenzwerten. Vorzugsweise werden mehrere
Zustandsbedingungen gemessen und mehrere Komparatoren eingesetzt.
Bei jeder Meldung einer Abweichung (oder einer Kombination von Abweichungen
verschiedener Zustände)
wird ein Prozessrechner 176 entweder mittels eines Rechenprogramms
oder mittels einer eingegebenen Nachschlagtabelle 178 die
erforderlichen Werte bestimmen und die entsprechende Justierung
der jeweiligen Blitzverdampfer 34 vornehmen. Weitere Regelschaltungen
zur Konvertierung größerer Abweichungen
in größere Justierungen
und kleinere Abweichung in kleinere Justierungen werden ebenfalls
erwogen. Wahlweise kann eine Fehlerkorrekturrechnung auch diskontinuierlich
in kurzen Zeitintervallen bei definierten Vergrößerungen oder Verringerungen der
jeweils gemessenen Zustände
durchgeführt
werden.
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Die
Stellwerte justieren die Dosierpumpe 122 des Wasserstoffperoxids
und den Regler 110 des Trägergases, um dadurch die Messwerte
auf die Referenzwerte einzuregeln. Beispielsweise würden die Dampfeinspeiseraten
dort hochgesetzt, wo der Verdampfer einen Bereich bespeist, der
eine geringere Konzentration, höhere
Temperatur, höheren
Druck und Ähnliches
aufweist. Die Dampfeinspeiseraten würden heruntergesetzt bei einer
gemessenen erhöhten
Dampfkonzentration, niedrigeren Temperatur, niedrigerem Druck und Ähnlichem.
Der Prozessrechner kann, wahlweise, auch die Heizeinrichtung 156 der
Umschließung,
die Ventilatoren in der Umschließung, die Vakuumpumpe 152 oder Ähnliches
steuern. Wahlweise erlaubt eine Eingabekonsole 180 die Handeingabe
zur Justierung der Referenzwerte für die einzelnen Bereiche, um
dadurch eine höhere oder
niedrigere Konzentration in dem betreffenden Bereich zu erzielen.
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Der
hier vorgestellte Blitzverdampfer 34 kann eine größere Dampfmenge
liefern, als die üblichen
Tropfenverdampfer. Beispielsweise ist ein Heizblock, der 1653 Watt
an die Bohrungen abgibt, im Stande, 50 Gramm Wasserstoffperoxid
je Minute (35% Wasserstoffperoxid, 65% Wasser) zu verdampfen, da
die Verdampfungswärme
der Lösung
33,07 Watt·min
je Gramm beträgt.
Offenbar kann durch eine Erhöhung
der Heizleistung auch eine entsprechend höhere Dampfmenge erzielt werden.
Mit dem Einsatz eines oder mehrerer solcher Verdampfer kann auch
eine Hochgeschwindigkeits-Abfüllanlage (beispielsweise,
1000 Flaschen je Minute) dekontaminiert werden.