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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Technik des Sterilisierens. Im
Zusammenspiel mit Verdampfersystemen für Wasserstoffperoxid ist ihr
besonderes Anwendungsgebiet die Sterilisation von Verpackungsbehältern und
sie wird deshalb mit besonderem Bezug hierauf beschrieben. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass die Erfindung auch im Zusammenspiel
mit Verdampfersystemen für
andere Chemikalien, beispielsweise für Peressigsäure, eingesetzt werden kann.
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Verpackungsanlagen
mit Förderbänder zum
Abfüllen
von Behältern
mit Getränken,
Lebensmitteln, Pharmazeutika und Ähnlichem, verwenden keimfrei
Handhabungstechniken, um sicherzustellen, dass das fertige Produkt
keine gefährlichen
Mikroorganismen enthält
und die Haltbarkeit des Produkts erhalten bleibt. Ein Teil der keimfreien
Handhabung ist, dass die Behälter
vor der Befüllung
mikrobiell dekontaminiert werden. Die Dekontamination von Flaschen
und anderen Behältern
geschieht üblicherweise
mittels flüssiger
Mikrobizide, einschließlich
flüssigem
Wasserstoffperoxid und Peressigsäure,
vielfach bei erhöhten
Temperaturen. Ein anderer Ansatz ist das Blasformen der Behälter unmittelbar
vor der Befüllung
(bekannt als Blas-, Füll-
und Abdichtverfahren). Bei diesem Ansatz geht man davon aus, dass
die verwendeten Materialien durch die bei dem Blasform-Verfahren
eingesetzte Hitze sterilisiert werden.
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In
letzter Zeit ist Wasserstoffperoxiddampf als Sterilisierungsmittel
eingesetzt worden. Bei einer der Methoden wird flüssiges Wasserstoffperoxid über die
Behälter
gesprüht.
Die Behälter
sind aufgewärmt,
um somit die Flüssigkeit
zu verdampfen. Bei einer anderen Methode wird Wasserstoffperoxiddampf
auf der Oberfläche
der Behälter
kondensiert und damit eine dünne
Schicht flüssigen
Wasserstoffperoxids gebildet. Bei sowohl der flüssigen als auch der dampfförmigen Sterilisierungsmethode
mit Wasserstoffperoxid ist UV-Strahlung zur Förderung der Sterilisierung
eingesetzt worden. Dampfförmiges
Wasserstoffperoxid ist für
diese Anwendung ein besonders günstiges
Sterilisierungsmittel, weil es auch bei niedrigen Temperaturen wirksam
ist. Wenn die Umschließung
auf Raumtemperatur gehalten bleiben kann wird die Gefahr einer thermischen
Beschädigung der
in der Umschließung
befindlichen Geräte
und der zu sterilisierenden Gegenstände ausgeräumt. Zusätzlich hat Wasserstoffperoxid
die Eigenschaft, sich leicht in Wasser und Sauerstoff zu zersetzten,
beides Stoffe, die natürlich
für das
Betriebspersonal keine Gefahr darstellen.
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Auf
anderen Gebieten als dem der Behältersterilisierung
sind mehrere verschieden Methoden entwickelt worden, bei denen ein
dampfförmiges
Sterilisierungsmittel in eine Kammer geleitet wird, um deren Inhalt zu
sterilisieren. Bei einer Methode, der so genannten Hochvakuum-Methode, wird ein
Hochvakuum erzeugt und damit das flüssige Sterilisierungsmittel
in einen aufgeheizten Verdampfer eingesaugt. Sobald es verdampft worden
ist, wird das Sterilisierungsmittel durch den eigenen Dampfdruck
in eine evakuierte, abgeschlossene Kammer gefördert. Bei einer anderen Methode,
der so genannten Durchfluss-Methode, wird das dampfförmige Sterilisierungsmittel
mit einem fließenden
Trägergas,
beispielsweise Luft, vermischt und das Trägergas dazu verwendet, das
Sterilisierungsmittel hinein in die Kammer, in der ein leichter
Unter- oder Überdruck
herrschen kann, und aus der Kammer heraus zu trtansportieren. Eine
wässrige
Lösung
von ungefähr
35% Wasserstoffperoxid wird durch entsprechende Einspritzdüsen tropfen-
oder nebelförmig
in den Verdampfer gesprüht.
Die Tröpfchen
treffen auf eine flache Heizfläche
und werden dort aufgeheizt und verdampft, ohne dass eine Zersetzung
in Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt. Vielfach wird dabei ein erwärmtes Trägergas eingesetzt,
um sicherzustellen, dass die Heizfläche auf oder über der
Verdampfungstemperatur des Wasserstoffperoxids bleibt.
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Beispielsweise
ist U.S.-A-4.992.247 die Offenlegung einer entsprechend der Einleitung
des ersten Anspruchs ausgeführten
Sterilisiereinrichtung für
Behälter
mit einem geschlossenen Kreislauf. Ferner wird darin eine Methode
zur Dekontaminierung von Behältern
offen gelegt, bei der die Behälter
durch einen bestimmten Bereich gefördert werden, bei der eine
ein Mikrobizid enthaltende Flüssigkeit
in einen Verdampfer eingeleitet und dadurch ein mikrobizider Dampf
erzeugt wird, bei der ein Trägergas
in den Verdampfer eingeleitet und von ihm der Transport des mikrobiziden
Dampfes durch der Verdampfer unterstützt wird, und bei der die Mischung aus
Trägergas
und mikrobizidem Dampf durch einen Luftführungskanal in den vorgegebenen
Raumbereich gefördert
wird und der Dampf somit in das Innere der Behälter gelangt. Die in dem Luftführungskanal
enthaltene Dampfererzeugereinrichtung umfasst auch Heizeinrichtungen.
Das sich ergebende Gemisch aus Luft und Dampf strömt durch
den Luftführungskanal
zu dem Dampfaustritts-Sammelleitung. Der Dampf kondensiert auf den
durch die Kammer geförderten
Behältern
zu flüssigem
Wasserstoffperoxid.
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Kleinste
Restmengen von Wasserstoffperoxid auf Lebensmittelverpackungen können den
Geschmack des Produkts verändern
oder zu anderen ungewollten Veränderungen
des Produkts, beispielsweise der Farbe, führen. Die in den Vereinigten
Staaten gültigen
Lebensmittelverpackungsrichtlinien begrenzen die Mengen der Reststoffe
des Wasserstoffperoxids auf Behältern
auf maximal 0,5 ppm.
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Die
heutigen auf Wasserstoffperoxid basierenden Flüssigkeitssterilisierungs- und
Dampfkondensationssterilisierungssysteme sind ohne eine gründliche
Nachbehandlung nach der Sterilisierung nicht in der Lage, diese
strengen Richtlinien zu erfüllen.
Beispielsweise werden zum Entfernen des restlichen Wasserstoffperoxids
Spülvorgänge eingesetzt.
Wenn jedoch nicht sichergestellt werden kann, dass hochgradig reines
und daher auch sehr teures Wasser verwendet wird, besteht eine relativ
große
Gefahr der Neukontaminierung der sterilisierten Behälter. Zur
Verringerung des Reststoffe des Wasserstoffperoxids wird auch Wärme eingesetzt, beispielsweise
eine Trocknungsphase bei 400°C;
dies führt
jedoch zu einer wesentlichen Verlängerung der Bearbeitungszeit
und Steigerung der Kosten und kann auch grundsätzlich nicht bei dünnwandigen
Kunststoffflaschen eingesetzt werden.
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Hinzu
kommt, dass die heutigen Verdampfungssysteme zur Versorgung der
neuesten Hochgeschwindigkeitsabfüllanlagen
nicht ausreichen. Bei Handhabungs- und Füllraten von bis zu 1000 Flaschen
pro Minute und mehr, müssen
auch die Sterilisierungseinrichtungen im Stande sein, sterilisierte
Flaschen entsprechend dieser Durchsatzrate anliefern zu können. Die
derzeitigen tröpfchenbespeisten
Verdampfer haben nur begrenzte Kapazität, da die Heizplatte sowohl
durch den Trägergasstrom
als auch durch den Verdampfungsschritt abgekühlt wird.
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Eine
Lösung
dieses Problems ist die Vergrößerung des
Verdampfers und der Einleitungsrate des Wasserstoffperoxids in den
Verdampfer. Eine andere Lösung
ist, Mehrbereichsverdampfer einzusetzen, bei denen verschiedene
Plattenbereiche nacheinander mit der Wasserstoffperoxidlösung beaufschlag
werden. Obwohl größere Verdampfer
hilfreich sind, führen
auch sie immer noch zu Konzentrationsschwankungen und haben Probleme
hinsichtlich Kondensation.
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Eine
weitere Lösung
ist, mehrere Verdampfer für
eine einzige Kammer einzusetzen. Die Verdampfer können dabei
unabhängig
voneinander geregelt werden, um somit Unterschiede der Kammereigenschaften auszugleichen.
Allerdings führt
der Einsatz mehrerer Verdampfer zu einer Steigerung der Systemkosten
und erfordert einen genaue Überwachung,
um sicherzustellen, dass jeder Verdampfer im wirtschaftlichen Bereich betrieben
wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein neues und verbessertes Verdampfersystem
und eine neue und verbesserte Methode dar, mit denen die oben angegebenen
und weitere Probleme überwunden
werden können.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Dampfdekontaminationssystem
vorgestellt, mit dem eine Vielfalt von Hohlräume enthaltenen Behältern dekontaminiert
werden können.
Das System umfasst einen Blitzverdampfer, mit dem eine Flüssigkeit,
die das Mikrobizid enthält,
verdampft wird. Es sind Einrichtungen vorhanden, durch die die Flüssigkeit
von einer Versorgungsquelle aus in den Blitzverdampfer gefördert wird.
Ein erster Luftführungskanal
ist für
die Leitung des ersten Stroms des Trägergases eingerichtet. Der
Kanal ist fließtechnisch
mit wenigstens einer Füllleitung
verbunden, durch die Dampf und Trägergas gezielt zu wenigsten
einem der Behälter
geleitet wird. Ein Auslassstutzen von wenigstens einer Füllleitung kann
gezielt im Innenraum jedes der Behälter positioniert werden.
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Eine
Versorgungsquelle des Trägergases
ist mit dem Verdampfer verbunden und versorgt den Verdampfer mit
einem zweiten Trägergasstrom.
Ein zweiter Luftführungskanal
ist mit der Auslassleitung des Verdampfers und mit dem ersten Luftführungskanal
fließtechnisch
verbunden, durch den der Dampf und der zweite Trägergasstrom vom Verdampfer
in den ersten Luftführungskanal
geleitet wird. Mittels vorhandener Hilfseinrichtungen kann der Strom
des ersten und der Strom des zweiten Trägergases so geregelt werden,
dass die Strömungsgeschwindigkeit
des zweiten Trägergases
geringer ist, als die Strömungsgeschwindigkeit
des im Luftführungskanal
fließenden
ersten Trägergases.
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Entsprechend
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Methode
vorgestellt, mittels der Behälter
in einem vorgegebenen Bereich dekontaminiert werden können. Die
Methode umfasst unter anderem das Fördern der Behälter durch
den vorgegebenen Bereich. Ein mit dem mikrobiziden Dampf vermischter
Trägergasstrom
wird durch einen Luftführungskanal
hindurch in den vorgegebenen Bereich gepumpt, und dadurch die Hohlräume der
Behälter
mit dem Dampf befüllt.
Die Methode umfasst des weiteren, dass ein erster Trägergasstrom
durch den Luftführungskanal
gepumpt und ein in einem zweiten Trägergas feinstverteilte mikrobizid
wirkender Dampf in einer Mischzone flussaufwärts von dem vorgegebenen Bereich
in den Luftführungskanal
eingespritzt wird. In dem Luftführungskanal
vermischt sich der in dem zweiten Trägergas feinstverteilte mikrobizid
wirkende Dampf mit dem ersten Trägergasstrom.
Die Durchflussrate des zweiten Trägergases ist geringer als die
Durchflussrate des durch den Luftführungskanal fließenden ersten
Trägergases.
Zumindest eine fließtechnisch
mit dem Luftführungskanal
verbundene Füllleitung
ist im Hohlraum der Behälter
so angeordnet, dass der Dampf in den Hohlraum der Behälter gelangt.
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Ein
Vorteil zumindest einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist, dass damit eine hohe Erzeugungsrate
des dampfförmigen
Wasserstoffperoxids erzielt wird.
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Ein
anderer Vorteil zumindest einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist, dass damit ein hoher Durchsatz der zu dekontaminierenden Behälter ermöglicht wird.
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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, und sollen daher nicht als Einschränkung der Erfindung gedeutet
werden.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid
basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer Ausführung des Verdampfers aus 1;
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3 ist
eine Perspektivdarstellung der 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 anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid
basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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9 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer Wasserstoffperoxiddampfversorgung
mit einer Abschlusskappe des Behälters
entsprechend einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden
Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden
Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden
Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
eine seitliche Schnittdarstellung einer Blasformeinrichtung, die
gleichzeitig für
die Dekontamination mit Wasserstoffperoxiddampf eingesetzt wird.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird hier ein System zur Versorgung
einer keimfreien Abfüllanlage
A mit Wasserstoffperoxiddampf gezeigt, das einen Blitzverdampfer 10 enthält, mit
dem flüssiges
Wasserstoffperoxid in dampfförmiges
Wasserstoffperoxid verwandelt wird. Der erzeugte Dampf wird sodann
in ein Trägergas eingesprüht und in
diesem Gas zu dem Bereich gefördert,
beispielsweise einen Dekontaminationstunnel 11, wo der
Dampf eingesetzt werden soll. Der Verdampfer ermöglicht eine kontinuierliche
Produktion von Wasserstoffperoxiddampf für die mikrobielle Dekontamination
des Dekontaminationstunnels und seines Inhalts. Obwohl die vorliegende
Erfindung mit dem besonderen Bezug auf Wasserstoffperoxid beschrieben
wird, ist zu beachten, dass das System auch zum Verdampfen anderer
Lösungen
und reiner Flüssigkeiten
eingesetzt werden kann, beispielsweise zur Erzeugung eines Peressigsäuredampfes
aus einer Peressigsäurelösung.
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Der
Begriff „mikrobielle
Dekontamination" und ähnliche
Begriffe, werden hierin umfassend für Sterilisation, Desinfektion
sowie für
mikrobizide Behandlungen geringerer Art, beispielsweise die hygienische
Reinigung, verwendet.
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Weiterhin
unter Bezugnahme auf 1, wird das flüssige Wasserstoffperoxid
mittels bestimmter Hilfsmittel, beispielsweise einer Einspritzpumpe 12,
einer regelbare Dosierpumpe, eines Druckbehälters, eines auf Fallkraft
beruhenden Speisesystems oder Ähnliches,
vorzugsweise als fließende
oder versprühte
Flüssigkeit
aus einer Patrone oder einem Vorratsbehälter 14, beispielsweise
einer großen
Tonne, durch eine Versorgungsleitung 16 in den Verdampfer 10 geleitet.
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Unter
Bezugnahme auch auf 2, besteht der Verdampfer 10 unter
anderem aus einem Heizblock 18, der aus einem gegen Wasserstoffperoxid
beständigen
Metall, beispielsweise aus eloxiertem Aluminium, gefertigt ist.
Ein Flüssigkeitspfad 19 (oder
Flüssigkeitspassage)
ist durch eine Reihe von Heizblockpassagen 20 in dem Heizblock
gebildet. Der Flüssigkeitspfad 19 hat
eine an die Versorgungsleitung angeschlossene Einlassöffnung 22 und
eine Auslassöffnung 24.
Bei einer Ausführung
sind die Heizblockpassagen 20 so geformt, dass deren Innendurchmesser
vom Eingang 22 aus zum Ausgang 24 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 26 der Heizblockpassagen
und wird verdampft. Der zunehmend größere Querschnitt der Bohrung
gibt Raum für
das stetig wachsende Volumen der durch die Bohrung fließenden Mischung
aus Dampf und Flüssigkeit.
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Das
flüssige
Wasserstoffperoxid besteht aus einer Mischung des Wasserstoffperoxids
mit einem Lösungsmittel,
beispielsweise Wasser, und ist vorzugsweise in eine wässrige Lösung von
etwa 30 bis 40 Gew.% Wasserstoffperoxid, vorzugsweise etwa 35 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 der einem Druckluftbehälter 28 entnommenen
Druckluft, die entweder zusammen mit dem flüssigen Wasserstoffperoxid oder
getrennt davon über
die Einlassleitung 30 (1) in den
Blitzverdampfer eingeleitet wird. Der genaue Druckwert des zugeführten Trägergases
hängt von
der Produktionsrate, der Länge
und Enge der Heizblockpassage in dem Blitzverdampfer und Ähnlichem
ab und liegt üblicherweise
zwischen 1,0 bis 2,0 Atmosphären
absolut (1,013 × 105 bis 2,026 × 105 Pascal
absolut), d.h. etwa 0 bis 1 bar (0 bis 1,013 × 105 Pascal
gemessen); der Druckwert liegt vorzugsweise zwischen etwa 6 bis 14 × 103 Pascal. Ein Vorteil des Benutzens eines
solchen Trägergases
liegt darin, dass es dann unwahrscheinlich ist, dass das flüssige Wasserstoffperoxid
immer wieder auf dieselbe Stelle in dem Verdampfer auftrifft. Je besser
das flüssige
Wasserstoffperoxid innerhalb des Verdampfers verteilt wird, umso
schneller wird das Wasserstoffperoxid verdampft. Auch verhindert
eine gute Verteilung beim Einspritzen des Wasserstoffperoxids, dass
bestimmte Bereiche des Verdampfers übermäßig abkühlen und dadurch der Verdampfungsvorgang
verlangsamt würde.
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Das
Trägergas
hat die Eigenschaft, den Verdampfer abzukühlen, wodurch die Geschwindigkeit,
mit der die wässrige
Lösung
des Wasserstoffperoxids verdampft, reduziert wird. Folgerichtig
ist es daher von Vorteil, dass die Durchflussrate des Trägergases
einerseits auf einem Mindestwert oder leicht darüber gehalten wird, bei dem
der Wasserstoffperoxiddampf genügend
schnell und ohne Minderung seiner Wirksamkeit durch den Blitzverdampfer
transportiert wird, die aber andererseits so niedrig ist, dass keine
merkliche Abkühlung
der Verdampfers durch das Trägergas
erfolgt.
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Wie
in 3 dargestellt, sind die Längsstücke der Heizblockpassagen durch
Verbindungselemente 34, 36, 38, 40,
die innerhalb des Heizblocks gebildet werden, oder die, wie in 2 dargestellt,
außerhalb liegen,
miteinander verbunden. Andere Ausführungen werden ebenfalls erwogen,
beispielsweise, eine spiralförmige
Heizblockpassage mit stetig wachsendem Querschnitt oder Heizblockpassagen
mit jeweils wachsendem Querschnitt von einem Ende des Heizblocks
zum anderen. Bei einer anderen Ausführung vergrößert sich die Zahl der Durchflussbohrungen
mit jedem Durchgang durch den Heizblock. Somit ist die einzelne
Längsbohrung
des ersten Durchgangs durch den Heizblock mit zwei oder mehr Durchflussbohrungen
für den
zweiten Durchgang verbunden. Jede der zweiten Durchflussbohrungen
ist mit wiederum mehreren Durchflussbohrungen für den dritten Durchgang verbunden,
und so weiter. Auf diese Weise vergrößert sich, wie auch beiden anderen
Ausführungen,
der durch die Heizblockpassage gebildete Querschnitt entlang des
Flüssigkeitspfads 19 des
Wasserstoffperoxids von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung (in
diesem Fall eine Mehrzahl von Auslassöffnungen).
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Die
Biegungen oder Wendungen 42 entlang des Flüssigkeitspfads 19 verursachen
Richtungswechsel des flüssigen
Wasserstoffperoxids, durch die es häufiger gegen die Wand prallt
und schneller verdampft. Vorzugsweise werden im Flüssigkeitspfad
wenigstens zwei etwa 180° Wendungen
eingebaut, um diese Erhöhung des
Wandkontakts zu erreichen (vier solcher Wendungen sind in 2 dargestellt).
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In
jeder der Ausführungen
kann die Bohrung mehrere Wendungen innerhalb des Heizblocks machen. Beispielsweise
und ausgehend von der Einlassöffnung 22 macht
die Bohrung nahe der Ausgangsseite 42 des Heizblocks eine
volle Wendung zurück
zur Eingangsseite 46 des Heizblocks und macht zwei weitere
solcher Wendungen, bevor sie an der Auslassöffnung 24 ankommt.
Vorzugsweise werden diese Wendungen mit scharten L-förmigen und
nicht mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Beispielsweise besteht,
wie in 2 dargestellt, jede volle Wendung aus zwei Ecken
zu je etwa 90° und
einer Endwand 46, wodurch die Bohrung um ungefähr 180° umgelenkt
wird. Scharte Ecken haben gegenüber
runden Ecken den Vorteil, dass sie das Aufprallen auf die Wände der
durchfließenden
Mischung aus Dampf und Flüssigkeit
verstärken
und durch die Verdampfungsrate erhöhen.
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Es
werden auch andere Anordnungen erwogen, beispielsweise eine spiralförmige Durchflussbohrung 48,
wie in 4 dargestellt. Bei jeder Richtungsänderung
sorgt die Fliehkraft dafür,
dass kleine suspendierte Tröpfchen
auf die Wand auftreffen und verdampft werden. Auf diese Weise werden
auch kleinste Nebeltröpfchen
in Dampf verwandelt. Vorzugsweise werden zumindest zwei Richtungsänderungen
von jeweils etwa 180° in
den Flüssigkeitspfad
eingebaut, um somit einen hohen Wandkontakt sicherzustellen.
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Ein
zunehmend größerer Durchmesser
kann erreicht werden, indem jeder nachfolgende Abschnitt der Heizblockpassage,
wie in 2 dargestellt, zunehmend vergrößert wird. Ersatzweise können aber
auch die einzelnen Längsstücke 49 der
Bohrung, wie in 5 dargestellt, einen jeweils
größeren Durchmesser
besitzen. Andere Anordnungen zur zunehmenden Vergrößerung des
Durchmessers der Heizblockpassage werden ebenfalls erwogen. Beispielsweise
können
Umlenkbleche oder Flossen in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet
werden, um dadurch den Freiraum für den Durchfluss zu verringern
und gleichzeitig die geheizte Oberfläche zu vergrößern.
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Bei
der in 6 dargestellten Ausführung vergrößert sich die Zahl der Durchflussbohrungen
mit jedem Durchgang durch den Heizblock. Beispielsweise erfolgt
der erste Durchgang durch eine einzige Längsbohrung 50 und
der zweite Durchgang durch zwei oder mehr Bohrabschnitte 52.
Vorzugsweise wird jede der zweiten Bohrungen beim dritten Durchgang
mit wiederum mehreren Bohrungen 54 verbunden, und so weiter. Auf
diese Weise nimmt auch hier der Querschnitt der Heizblockpassage,
wie auch bei den vorherigen Ausführungen,
auf dem Weg des Wasserstoffperoxids von der Einlass- zur Auslassöffnung (in
diesem Fall einer Mehrzahl von Auslassöffnungen) immer weiter zu.
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Wie
in 7 dargestellt, besteht in einer anderen Ausführung, die
Heizblockpassage 56 aus einer oder mehreren Bohrabschnitten
mit einer gleichmäßig großen Querschnittsfläche, so
dass die Heizblockpassage insgesamt oder der größte Teil davon eine gleichmäßig große Querschnittsfläche aufweist.
Zur Erleichterung der Fertigung wird auch erwogen, dass die Längsbohrabschnitte
durch den gesamten Heizblock führen, beispielsweise,
indem die Bohrung vollständig
durch den Heizblock führt.
Die vertikalen Abschnitte werden außerhalb des Heizblocks durch
Endstücke 57, 58 aus
geformtem Aluminium (2), durch Rohrverbindungen oder Ähnlichem
gebildet. Die Endstücke
oder Rohrverbindungen werden durch ein um sie herum gelegtes 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 18 auf eine zur Verdampfung des flüssigen Wasserstoffperoxids
geeignete Temperatur aufgewärmt.
Beispielsweise werden Heizelemente 72, 74, 76, 78 in
Bohrungen oder Durchflusspassagen 80 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
Heizpatronen 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 Ende
reichen. Ersatzweise kann zum Erwärmen des Heizblocks Dampf oder
eine andere aufgewärmte
Flüssigkeit
durch die Heizbohrungen geleitet werden. Der Heizblock wird durch
die Heizelemente maximal 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 übergeführt. Ein normalerweise
bei diesem Vorgang entstehender Druckanstieg wird im Wesentlichen
durch die stetige Vergrößerung der
Heizblockpassage ausgeglichen, so dass die Durchflussrate in der
Heizblockpassage konstant bleibt. Am Ende der Serie von Durchgängen durch
den Heizblock ist das Wasserstoffperoxid vorzugsweise nur noch dampfförmig und
zwar mit einer Temperatur und einem Druck leicht über dem
Taupunkt des Dampfes, so dass der Dampf nicht kondensieren kann.
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Sodann
wird der Wasserstoffperoxiddampf in dem Strom des Trägergases
eingeleitet. Wie in 1 dargestellt, wandert der Dampf
(wahlweise zusammen mit dem ersten Trägergasstrom) entlang dem Luftführungskanal 82 bis
zu den Einspritzdüsen 84 oder
zu einer anderen geeigneten Einspritzvorrichtung, durch die der
Dampf in einem im Trägergaskanal 86 liegenden
Vermischungsbereich 87 in den Trägergaskanal eingeleitet wird.
Der Dampf wird im Vermischungsbereich in die durch den Kanal 86 fließende Luft
oder in das dort fließende
Trägergas
eingeleitet. Ein Gasstromregler oder verstellbares Leitblech 88 regelt
den Strom des Trägergases.
Die Reglerstellung der Dosierpumpe 12 bestimmt die Geschwindigkeit,
mit der Wasserstoffperoxiddampf erzeugt wird, und die Stellung des
Reglers 88 des Trägergasflusses
bestimmt dessen Konzentration im Trägergas. Diese Mischung aus
Luft und Dampf wird zu dem Dekontaminationstunnel 11 geleitet,
in dem der Dampf eingesetzt werden soll, in diesem Fall eine Kammer
der keimfreien Abfüllanlage.
Wahlweise können zwei
oder mehr Verdampfer 10 einen einzigen Leitungskanal 86 bespeisen.
Im Fall großer
Dekontaminationstunnels können
auch mehrere, unabhängig
regelbare Verdampfer 10 den Dekontaminationstunnel über einen jeweils
eigenen Leitungskanal 86 bespeisen.
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Vorzugsweise
wird Luft als Trägergas
gewählt,
obwohl, wie bereits oben erwähnt,
auch andere mit Wasserstoffperoxid nicht reagierende Gase erwogen
werden. Eine Trägergasquelle 92,
beispielsweise eine Pumpe oder ein Druckgasbehälter, versorgt den Leitungskanal 86 mit
dem Trägergas.
Wenn Außenluft
als Trägergas
verwendet wird, wird zum Entfernen von Verunreinigungen ein Filter 94,
beispielsweise ein Hochleistungsschwebstofffilter, vorgeschaltet.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Trägergases, bevor es zu den Einspritzvorrichtungen 84 gelangt,
durch einen Vorwärmer 96 erhöht, um dadurch
die Kondensation im Luftführungskanal
zu verringern und gleichzeitig die Sättigungskonzentration des Wasserstoffperoxiddampfes
zu erhöhen.
Wahlweise wird zur Regelung der Feuchtigkeit des Trägergases
ein Trockner 98 oder Ähnliches
eingesetzt.
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Die
Durchflussrate des Trägergases
durch den Blitzverdampfer 10 (d.h. die des ersten Trägergasstroms)
ist geringer als die des nicht durch den Blitzverdampfer 10 fließenden zweiten
Trägergasstroms.
Die Hauptmenge des Trägergases
fließt
somit von der Quelle 92 durch den Luftführungskanal 86 in
die flussabwärts
vom Verdampfer liegende Mischzone 87, in der sich der erste
und der zweite Trägergasstrom
und der Dampf sich vermischen, bevor sie in die Umschließung eingeleitet
werden. Die Durchflussrate des ersten Stroms liegt vorzugsweise
unter 10% der Durchflussrate des zweiten Stroms. 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
etwa 20 l/min, am allerbesten jedoch zwischen 1 und 10 l/min. Wenn
kein erster Trägergasstrom
eingesetzt wird, fließt
der gesamte Trägergasstrom
vorzugsweise durch den Luftführungskanal 86.
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Obschon
der beschriebene Blitzverdampfer 10 für Anwendungen wie dieser mit
einem hohen Durchsatz geeignet ist, werden auch andere Verdampfer
erwogen. Beispielsweise kann ein Tropfverdampfer oder es können mehrere
dieser Verdampfer eingesetzt werden. Bei einem solchen Verdampfer
wird ein Trägergasstrom über eine
aufgeheizte Platte geleitet. Flüssiges
Wasserstoffperoxid wird auf die Platte getropft und dadurch verdampft.
Der Dampf wird von der vorbei fließenden Luft mitgerissen und
mit der Luft in den Dekontaminationstunnel 11 getragen.
Wie bei der vorhergehenden Ausführung,
kann die Luft oder ein anderes Trägergas auf eine geeignete Temperatur
erwärmt
werden. Die Luft wird vorzugsweise, bevor sie durch den Verdampfer
fließt,
getrocknet, um somit die bei einer bestimmten Temperatur aufrechterhaltbare
Konzentration des Wasserstoffperoxids zu erhöhen.
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Versorgungsleitungen 100, 102 leiten
die Mischung aus Trägergas
und verdampftem Wasserstoffperoxid zu dem Tunnel 11. Um
die Gefahr der Kondensation zu verringern, werden die Versorgungsleitungen 100, 102 so
kurz wie möglich
gehalten. Zur weiteren Verringerung der Kondensationsgefahr, sind
die Versorgungsleitungen 100, 102 rundum mit Isolation 104 und/oder
mit Heizelementen 106 umgeben. Wahlweise können zwei
oder mehr Versorgungsleitungen jeden der Verdampfer mit zwei oder
mehr Bereichen des Tunnels 11 verbinden.
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Ein
Entlüfter 110 ermöglicht das
geregelte Ablassen das Dampfes aus dem Tunnel. Eine Pumpe, beispielsweise
eine Vakuumpumpe 112, erzeugt einen Saugdruck, um den gebrauchten
(d.h. teilweise verbrauchten) Dampf aus dem Tunnel abzusaugen. Ersatzweise
werden Gebläse
eingesetzt. Wahlweise werden Zersetzter, beispielsweise ein Katalysator 154 oder Ähnliches,
eingesetzt, um restliches Wasserstoffperoxid in dem Abgas abzubauen.
Das Trägergas
kann in die Lüftführungskanal 86 des
Trägergases
zurückgeführt werden.
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Wahlweise
hält eine
Heizeinrichtung 116 die Temperatur in dem Tunnel 11 während der
mikrobiellen Dekontaminierung konstant. Ein Anheben der Temperatur
des Dekontaminationstunnels, zumindest seiner Oberflächen, über Raumtemperatur
hinaus, verringert auch die Dampfkondensation.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 8 werden
die Behälter,
beispielsweise Flaschen oder Kartons 120, also Kunststoffgetränkeflaschen
und Wachskartonbehälter
für Milch
und Säfte,
mittels eines Fördersystems 122,
beispielsweise ein indexierendes Förderband, in den Dekontaminationstunnel
gefördert.
Jedes der Behälter
hat eine Öffnung 123,
durch die der Dampf eingeführt
wird. Eine auf und ab bewegliche mit jeder der Versorgungsleitungen 100, 102 verbundene
Sammelleitung 124 hebt und senkt aufeinander folgend (in
Richtung der Pfeile B) eine Anzahl von Füllleitungen 126, die
in die vorbei geförderten
Flaschen oder Kartons hineinreichen. Somit fließt das Wasserstoffperoxid direkt
aus der Auslassöffnung 128 der
Füllleitung
in den Innenraum 130 der Behälter. Ersatzweise bleibt die
Sammelleitung stationär
und die Behälter
werden beim Vorbeifördern
angehoben, um dann mit dem Wasserstoffperoxid gefüllt zu werden.
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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 etwa 30 und 35 Gew.%. Bei diesen Werten erfolgt nur eine
geringe Kondensation des Wasserstoffperoxids, während die mikrobielle Dekontamination
in kurzer Zeit erreicht wird.
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Bei
dieser Ausführung
reicht die Füllleitung
vorzugsweise bis zum unteren Ende 132 des Behälters so dass
der Dampf alle Innenflächen
des Behälters
berührt,
bevor er durch das Vakuum 112 aus der nahe der Öffnung 134 des
Behälters
liegenden Öffnung 123 abgesaugt
wird. Der Wasserstoffperoxiddampf bleibt solange in jedem der Behälter bis
die mikrobielle Dekontamination erreicht ist. Die Vakuumpumpe 112 saugt
den Wasserstoffperoxiddampf aus dem Dekontaminationstunnel und erzeugt
dadurch einen Unterdruck in den Behältern, durch den der Dampf
nach der mikrobiellen Dekontamination aus den Behältern abgesaugt
wird. Dies verringert die Zeit, die für das Entfernen des Wasserstoffperoxids
erforderlich ist.
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In
der dargestellten Ausführung
ist der Verdampfer 10 vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Dekontaminationstunnels
angeordnet. Wenn mehrere Verdampfer eingesetzt werden, ist die Wasserstoffperoxideinspeiserate
des einzelnen Verdampfers einstellbar, so dass die Verteilung des
Wasserstoffperoxiddampfes innerhalb des Dekontaminationstunnels 11 optimiert
werden kann.
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Unterschiede
der Temperatur und Absorptionsfähigkeit
der Werkstoffe innerhalb des Dekontaminationstunnels 11,
die Strömungsmuster
im Tunnel and die Tunnelform sind, unter anderen, Einflussfaktoren
für die
Optimierung der Einspeiserate. Auch der Durchsatz der Behälter oder
der Flaschen im Tunnel beeinflusst die optimale Einspeiserate. Vorzugsweise
wird das Einspeisen des Wasserstoffperoxids in den (die) Dampferzeuger 10 von
einem Regelsystem 150 entsprechend der im Dekontaminationstunnel 11 gemessenen
Zustandswerte gesteuert. Mehrere Messwertgeber 152, 153 überwachen
bestimmt Zustandsgrößen innerhalb des
Tunnels. Die Messwertgeber umfassen einen oder mehrere Sensoren
für Temperatur,
einen oder mehrere Sensoren für
den Taupunkt oder die Luftfeuchtigkeit, einen oder mehrere Sensoren
für die
Dampfkonzentration, einen oder mehrere Sensoren für den Luftstrom
oder Turbulenzen, einen oder mehrere Sensoren für den Druck und Ähnliche.
Das Regelsystem umfasst einen Komparator 154, der die mit
den Messwertgebern erfassten Zustandswerte vergleicht mit vorgegebenen
Idealwerten der Konzentration des Wasserstoffperoxiddampfes und
anderer durch Referenzsignale angezeigten Referenzwerten der Zustandsgrößen. Vorzugsweise
bestimmt der Komparator die Abweichung jedes der erfassten Zustandswerte
von den entsprechenden Referenzsignalen oder 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 156 mittels
einer eingegebenen Nachschlagtabelle 158 die erforderliche
Justierung für
den jeweiligen Verdampfer 10 bereitstellen. Weitere Schaltungen
zur Konvertierung größerer Abweichungen
in größere Justierwerte
und kleinere Abweichung in kleinere Justierwerte werden ebenfalls
erwogen. Ersatzweise kann auch eine Fehlerkorrekturrechnung diskontinuierlich
in kurzen Zeitintervallen durchgeführt werden mit dem Ziel, dann
definierte Anhebungen oder Absenkungen vorzunehmen, wenn der jeweils
gemessenen Zustandswert unter oder über dem Referenzwert liegt.
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Die
Stellwerte aus der Nachschlagtabelle justieren die Dosierpumpe 12 des
Wasserstoffperoxids und den Regler 88 des Trägergases,
um dadurch die Messwerte auf die Referenzwerte einzuregeln. Beispielsweise
würden
die Dampfeinspeiseraten dort heraufgesetzt, wo der Verdampfer einen
Bereich bespeist, der eine geringere Konzentration, niedrigere Temperatur,
höheren
Druck und Ähnliches
aufweist. Ein Heruntersetzen der Dampfeinspeiseraten würden dann
auf Grund einer gemessenen erhöhten
Dampfkonzentration, höheren Temperatur,
einem niedrigeren Druck und Ähnlichem
erfolgen. Der Prozessrechner kann, wahlweise, auch die Heizeinrichtung 116 des
Tunnels, die Vakuumpumpe 112 oder Ähnliches steuern, um damit
die vorgegebenen Zustände
im Tunnel konstant zu halten. Wahlweise erlaubt eine Eingabekonsole 160 die
Handeingabe zur Justierung der Referenzwerte für die einzelnen Bereiche, um
dadurch eine höhere
oder niedrigere Konzentration in den betreffenden Bereichen zu erzielen.
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Beispielsweise
kann der Taupunkt des Dampfes mit Messwertgebern 152, die
am Einspeisepunkt angebracht sind, sowie mit Messwertgebern 153 in
oder nahe der Auslassleitung 110 bestimmt werden. Die beiden
Messwerte können
dann in einer Rückkopplungsregelung
verwendet werden, mit der sichergestellt werden kann, dass die Behälter dem
Wasserstoffperoxiddampf ausreichend lange und mit solchen Zustandswerten
ausgesetzt wurden, dass sie steril sind. Auch kann die Temperatur
der einzelnen Behälter
bestimmt werden, wenn das Verfahren nicht schon von sich aus die
Temperatur der angelieferten Behälter
mit der erforderlichen Genauigkeit regelt. Diese Daten können dem
Regelsystem zugeführt
werden. Das Regelsystem steuert dann den Verdampfer an, den Taupunkt
des erzeugten Dampfes so zu modifizieren, dass eine Kondensation sicher
vermieden wird. Ersatzweise oder zusätzlich wird die Verweilzeit
der Behälter
in der Dekontaminationszone so verändert, beispielsweise durch
Verringerung der Geschwindigkeit des Förderbandes, dass der gewünschte Grad
der mikrobiellen Dekontamination erreicht wird. Eine Überwachung
in der Abluftleitung des Wasserstoffperoxiddampfes ergibt den Grenzwert
der niedrigsten Konzentration im System. Eine kontinuierliche Erneuerung
des Dampfes im Tunnel bei gleichzeitigem Absaugen des verbrauchten
Dampfes führt
zu einer guten Prozesssteuerung und vermeidet einen durch den Zerfall
des Wasserstoffperoxids erzeugten Aufbau einer höheren Wasserdampfdichte.
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Der
hier vorgestellte Verdampfer 10 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 Hochgeschwindigkeitsabfüllanlage
(beispielsweise, 1000 Flaschen je Minute) dekontaminiert werden.
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Die
hieran beteiligten Erfinder haben erkannt, dass eine Kondensation
von Wasserstoffperoxiddampf auf den Behältern es sehr erschwert, die
derzeit vorgeschriebenen niedrigen Werte der Restmengen von Wasserstoffperoxid
auf Lebensmittelverpackungen einzuhalten. Um die Restmengen des
Wasserstoffperoxids auf den dekontaminierten Behältern zu reduzieren, muss vorrangig
sichergestellt werden, dass kein Wasserstoffperoxiddampf auf den
Behältern
kondensiert oder aber diese Kondensation auf ein Minimum beschränkt bleibt. Um
dies zu erreichen, werden die Zustände innerhalb des Dekontaminationstunnels 11 und
in der Nähe
der Flaschen genau überwacht
und geregelt, um die Temperatur des Dampfes stets etwas oberhalb
seines Taupunktes zu halten und somit die Dekontaminationsrate zu
maximieren bei gleichzeitiger Verringerung der Kondensationsgefahr.
Die Taupunkttemperatur wird vorzugsweise bei einem Wert von 90%
der Kammertemperatur gehalten, noch besser zwischen etwa 90% und
95% der Kammertemperatur. Bei einem verbesserten Steuerungsalgorithmus
kann die Taupunkttemperatur zwischen etwa 95% und 100% der Kammertemperatur
liegen.
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Insbesondere
wenn der Dekontaminationstunnel über
Raumtemperatur erwärmt
worden ist, ist es vorteilhaft, die Behälter zusätzlich zu erwärmen, bevor
der Dampf zugeführt
wird. Unter Bezugnahme auf 8, werden
die Behälter,
bevor sie den Dekontaminationstunnel 11 erreichen, durch
eine Heizkammer 170 geleitet, in der sie durch Heizeinrichtungen 171 soweit
erwärmt
werden, dass die Oberflächen
der Behälter
beim Eintritt der Behälter
in den Tunnel auf oder über
der Tunneltemperatur liegen. Dadurch wird eine Kondensation auf den
Behältern
vermieden.
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Weiterhin
unter Bezugnahme auf 8, wird hier die Möglichkeit
gezeigt, dass in jedem der Behälter ein
Kreislauf aufgebaut werden kann, indem Wasserstoffperoxid durch
eine Füllleitung 172 am
einen Ende des Behälters
(nahe dem oberen Ende 134 in 8) zugeführt und
mittels einer Pumpe 176 durch den Einlass 173 der
Absaugleitung 174 am anderen Ende des Behälters (nahe
dem Boden 132 in 8) abgeleitet
wird. Auf diese Weise wird der Dampf durch den Behälter gesaugt
und berührt
dabei rasch die gesamte Oberfläche. Innerhalb
ein bis zwei Minuten ist der Innenraum des Behälters mikrobiell dekontaminiert,
zumindest aber bis zu einem hohen Grad desinfiziert. Wahlweise könne die
Leitungen nacheinander angesteuert werden, indem ein erstes Ventil 178 kurzzeitig
geöffnet
und dadurch ein Wasserstoffperoxidschub durch die Füllleitung 172 in den
Behälter
geleitet wird. Das Ventil 178 in der Füllleitung wird sodann geschlossen.
Nach einer kurzen Dekontaminationszeit von etwa 30 bis 60 Sekunden,
abhängig
von der Temperatur, wird ein zweites Ventil 180 geöffnet, und
die Pumpe 176 saugt den Dampf durch die Absaugleitung 174 aus
dem Behälter
heraus.
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Restliches
Wasserstoffperoxid kann von den Behältern in einer, an den Dekontaminationstunnel 11 anschließenden Belüftungskammer 182 entfernt
werden, in der durch eine Vakuumpumpe 184 über eine
Absaugleitung 183 ein Unterdruck erzeugt wird. Auch können dann
die Absaugleitungen in der Dekontaminationskammer entfallen, so
dass die Behälter
weiter dekontaminiert werden, bis sie in die Belüftungskammer einlaufen. Der
Dampf wird dann in der Belüftungskammer
entfernt.
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Ersatzweise
oder zusätzlich
wird durch eine Lufteinlassleitung 188 sterile, vorher
durch ein Filter 186 geflossene Luft in die Belüftungskammer
geblasen, um den verbliebenen Dampf von den Behältern zu entfernen. Druckdifferenzen
und/oder Luftdurchflussfilter, beispielsweise Hochleistungsschwebstofffilter
in den Grenzbereichen zwischen Dekontaminationskammer und Belüftungskammer,
können
eingesetzt werden, um die Gefahr einer gegenseitigen Kontamination
zu minimieren. Die dekontaminierten Behälter werden dann weiter in
den keimfreien Abfüllbereich 190 gefördert, in
dem sie mit dem Produkt gefüllt
und dann verschlossen werden.
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Die
Länge des
Dekontaminationstunnels, die Geschwindigkeit des Förderbands
und die Chemie des Dampfes werden so aufeinander abgestimmt, dass
sichergestellt ist, das die Behälter
zum Zeitpunkt des Absaugens des Dampfes mikrobiell dekontaminiert
sind. In einer bevorzugten Ausführung
einer Hochgeschwindigkeitsabfüllanlage
verweilt jede Flasche etwa eine bis zwei Minuten in dem Dekontaminationstunnel
und ist danach mikrobiell dekontaminiert.
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Die
Füll- und
Absaugleitungen 172, 174 können, wie in 8 dargestellt,
als nebeneinander liegende Röhren
oder, wie in 9 dargestellt, als konzentrisch
angeordnete Röhren
ausgebildet sein. Die Längen
der jeweiligen Zuführ-
und Absaugleitungen können
natürlich
vertauscht werden, so dass dann der Dampf oben in den Behälter eingeleitet
und unten abgesaugt wird.
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Ersatzweise
können
die Zufuhr- und Absaugleitungen, wie in 10 dargestellt,
voneinander getrennt in die Behälter
eingefahren werden. Zuerst wird eine Anzahl von Behältern mit
dem aus der Zufuhr-Sammelleitung 124 und durch den angeschlossenen
Satz von Zufuhrleitungen geleiteten Dampf 172 gefüllt. Die Behälter werden
sodann weiter zu einem zweiten Absaug-Rohrverteiler 192 mit
dem angeschlossenen Satz von Absaugleitungen 174 transportiert.
Der Abstand zwischen den beiden Rohrverteilern ist so gewählt, dass eine
ausreichende Verweilzeit entsteht und die Behälter durch den Dampf dekontaminiert
sind, bevor sie den Absaug-Rohrverteiler
erreichen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 9 wird die obere Öffnung 198 der
Behälter
beim Zuführen
und Absaugen des Dampfes, wahlweise, durch eine Abschlusskappe 196 zumindest
teilweise abgeschlossen. Wie in 9 dargestellt,
ist die Abschlusskappe mit einer Bohrung versehen, durch die die
Zufuhr- und Absaugleitungen 172, 174 geführt werden.
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Bei
einer anderen in 11 dargestellten Ausführung, wird
der Wasserstoffperoxiddampf über
die Zufuhr- oder Füllleitung 200 in
den Dekontaminationstunnel eingeleitet und in die einzelnen Behälter dadurch eingesaugt,
dass ein Vakuum an die in die Behälter eingeführten Absaugleitungen 174 gelegt
wird. Die Absaugleitungen reichen herunter bis an den Boden der
jeweiligen Behälter,
so dass der Dampf zum Erreichen einer vollständigen Dekontamination durch
den ganzen Behälter
gesaugt wird.
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Bei
einer anderen in 12 dargestellten Ausführung, besitzt
jede Füllleitung 202 ihren
eigenen Verdampfer 10, der ganz nahe bei dem Behälter, beispielsweise
innerhalb des Dekontaminationstunnels 11, eingebaut sein
kann. Eine Absaugleitung entfernt den Dampf aus dem Behälter. Eine
Trägergasleitung 204 kann eingesetzt
werden, um die Füllleitung
mit einem Trägergas
zu versorgen; der Dampf kann aber auch ohne Trägergas direkt in den Behälter geleitet
werden.
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Vorzugsweise
werden die Behälter
bevor sie in den Dekontaminationstunnel gelangen, durch einen Unterdruckbereich 206 gefördert, um
dadurch zu verhindern, dass der Dampf in andere Bereiche der Abfüllanlage
gelangt.
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Bei
einer anderen in 13 dargestellten Ausführung, wird
der Wasserstoffperoxiddampf dem Behälter während des Blasformvorgangs
zugeführt.
In Abfüllanlagen,
in denen die Behälter
erst kurz vor der Befüllung
durch Blasformen gefertigt werden, werden die Behälter auf
diese Weise mikrobiell dekontaminiert und bleiben bis zur Befüllung keimfrei.
Beispielsweise wird der Wasserstoffperoxiddampf zusammen mit dem
normalerweise für
das Blasformen verwendeten Gas oder an dessen Stelle in den teilweise
erhärteten
Külbel
eingepumpt. Der Wasserstoffperoxiddampf wird zusammen mit dem anderen
Gas entfernt, sobald der Külbel
vollständig
ausgehärtet
ist.
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Die
Blasform besteht aus zwei Formhälften 212, 214,
die zusammen eine innere Kammer 216 bilden. Ein geschmolzener
thermoplastischer Stoff wird durch die Öffnung 218 in die
Kammer eingeführt. Üblicherweise
wird dann mittels einer Injektionsnadel 220 ein flüssiges Medium, üblicherweise
ein Gas, in das Material in der Kammer hinein gepumpt. Das flüssige Medium
drückt
den erhärtenden
Külbel
gegen die Wandung der Kammer, wo er in der Form der Kammer aushärtet. Der
Wasserstoffperoxiddampf kann zusammen mit dem normalerweise verwendeten
flüssigen
Medium oder an dessen Stelle eingesetzt werden. Die Hitze des noch warmen
Külbels
sorgt dafür,
dass der dampfförmige
Zustand des Wasserstoffperoxids erhalten bleibt. Der Wasserstoffperoxiddampf
kann auch später
durch dieselbe Injektionsnadel eingeleitet werden, wenn der Külbel schon
fast oder komplett ausgehärtet
ist. Das zum Formen des Külbels
eingesetzte flüssige
Medium kann ganz oder teilweise abgesaugt werden bevor der Dampf
eingeleitet wird. Sobald Dekontamination erreicht worden ist, wird
der Dampf mittels einer Pumpe 224 durch die Injektionsnadel
abgesaugt.
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Tabelle
1 zeigt, beispielhaft, Werte der Zustandsgrößen, bei denen eine schnelle
mikrobielle Dekontamination erreicht werden kann.
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Die
in Tabelle 1 angegebenen D-Werte (D-Wert = Dezimalreduktionswert
oder Destruktionswert) wurden für
die Sporen des Bacillus stearothermophilus bestimmt. Die Dauer bis
zur Dekontamination basiert auf einer 3-Log-Reduktion. Da die zu
dekontaminierenden Lebensmittelbehälter von vornherein nur eine
geringe mikrobielle Verunreinigung aufweisen, wird eine 3-Log-Reduktion
als ausreichend für
eine Sterilisation oder hochgradige Desinfektion angesehen.
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Die
obigen Werte sind bei einer 100%igen Sättigung bestimmt worden. Es
ist zu beachten, das in der Praxis eine 100%ige Sättigung
nicht ohne Gefahr der Kondensation erreicht werden kann. Wenn deshalb
der Dampf, beispielsweise, bei einer 90 bis 95%igen Sättigung
gehalten wird, wird sich auch die Dauer bis zur Dekontamination
gegenüber
den obigen Werten entsprechend verlängern. Die Taupunkttemperatur
des Wasserstoffperoxids wird vorzugsweise gerade unter der Betriebstemperatur
gehalten, das heißt,
so nahe wie es beim Anlagenbetrieb ohne nennenswerte Gefahr einer
Kondensation möglich
ist. Wenn, beispielsweise, das Anlagenbetriebssystem die Temperaturen
mit einer Genauigkeit von 2 K regeln kann, dann braucht die Betriebstemperatur
auch nur etwa 3 K über
der Taupunkttemperatur zu liegen.
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Aus
der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass mit steigender Temperatur und
steigender Wasserstoffperoxidkonzentration die Geschwindigkeit,
mit der Mikroorganismen durch Wasserstoffperoxid inaktiviert werden,
zunimmt. Mit steigender Temperatur erhöht sich auch die maximal aufrecht
erhaltbare Konzentration des Wasserstoffperoxids. Zusätzlich zu
der Verkürzung
der Dauer bis zur Dekontamination hat sich gezeigt, das durch höhere Temperaturen
auch eine Verringerung der Menge der Reststoffe auf den dekontaminierten
Behältern erreicht
wird. Allerdings wird mit steigender Temperatur auch die Zersetzungsrate
des Wasserstoffperoxids erhöht.
Durch Abstimmung dieser Variablen aufeinander, kann sowohl die Bearbeitungsdauer
als auch die Dampfbelastung minimiert und somit ein optimaler Betrieb
erreicht werden. Durch Steuerung der Taupunktemperatur und der Konzentration
des Wasserstoffperoxiddampfes und durch Verhinderung der Kondensation
von flüssigem
Wasserstoffperoxiddampf, kann die Menge der Reststoffe auf den Behältern so
verringert werden, dass der üblicherweise
erforderliche Spülschritt
durch eine Belüftungsschritt
ersetzt werden kann. Dadurch wird die Gefahr einer Neukontaminierung
der Behälter
verringert.