DE60204543T2

DE60204543T2 - Dekontamination von behältern mit dampf

Info

Publication number: DE60204543T2
Application number: DE60204543T
Authority: DE
Inventors: J. Francis ZELINA; E. Gerald MCDONNELL; L. Aaron HILL; Thaddeus Mielnik; F. Iain MCVEY; J. Peter BUCZYNSKI
Original assignee: Steris Inc
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2022-02-16
Also published as: EP1359945B1; US7186374B2; EP1359945A1; WO2002064174A1; DE60204543D1; ES2243717T3; JP2004524085A; JP4558274B2; US20020159915A1; JP2010264251A; ATE297225T1

Description

Hintergrund der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Kurzbeschreibung der Erfindung
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.
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.
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.
Ein Vorteil zumindest einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dass damit eine hohe Erzeugungsrate des dampfförmigen Wasserstoffperoxids erzielt wird.
Ein anderer Vorteil zumindest einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dass damit ein hoher Durchsatz der zu dekontaminierenden Behälter ermöglicht wird.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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.
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Ausführung des Verdampfers aus 1;
3 ist eine Perspektivdarstellung der Verdampfers aus 2;
4 ist eine Perspektivdarstellung einer zweiten Ausführung des Verdampfers;
5 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer dritten Ausführung des Verdampfers;
6 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer vierten Ausführung des Verdampfers;
7 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer fünften Ausführung des Verdampfers;
8 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Wasserstoffperoxiddampfversorgung mit einer Abschlusskappe des Behälters entsprechend einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines auf Wasserstoffperoxid basierenden Dekontaminationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Blasformeinrichtung, die gleichzeitig für die Dekontamination mit Wasserstoffperoxiddampf eingesetzt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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.
Der Begriff „mikrobielle Dekontamination" und ähnliche Begriffe, werden hierin umfassend für Sterilisation, Desinfektion sowie für mikrobizide Behandlungen geringerer Art, beispielsweise die hygienische Reinigung, verwendet.
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.
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.
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.
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.
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).
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tabelle 1 zeigt, beispielhaft, Werte der Zustandsgrößen, bei denen eine schnelle mikrobielle Dekontamination erreicht werden kann.
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.
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.
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.

Claims

Ein Dampfdekontaminiersystem (A) zur Dekontaminierung einer Mehrzahl von Behältern (120), die jeder einen bestimmten Innenraum (130) umschließt, wobei das System Folgendes umfasst: einen Blitzverdampfer (10) zum Verdampfen einer Flüssigkeit, die einen mikrobizid wirkenden Stoff enthält; eine Vorrichtung (12), die die Flüssigkeit aus einer Vorratsquelle heraus in den Blitzverdampfer einspeist; einen ersten Führungskanal (86), durch den ein erstes Trägergas strömen kann, wobei dieser erste Führungskanal strömungstechnisch mit zumindest einer Füllleitung (126, 172, 200, 202) verbunden ist, durch die der Dampf und das Trägergas so in die Behälter eingeleitet wird, dass die Innenräume eines jeden der Behälter mit dem Dampf bespeist werden; eine Trägergasquelle (28), die mit dem Blitzverdampfer verbunden ist und einen zweiten Trägergasstrom in den Verdampfer einleitet; einen zweiten Führungskanal (82), der strömungstechnisch mit dem Ausgang (24) des Verdampfers und dem ersten Führungskanal so verbunden ist, dass der zweite Trägergasstrom vom Verdampfer in den ersten Führungskanal gelangt; und des weiteren gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur einstellbaren Regelung der Durchflussraten des ersten und zweiten Trägergasstroms, so dass in dem Führungskanal die Durchflussrate des zweiten Trägergasstroms geringer ist als die des ersten Trägergasstroms; und einen Auslass-Stutzen (128) zumindest einer der Füllleitungen, der gezielt in jeden der Behälter hinein gefahren werden kann.
Das System gemäß Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (112, 176) zum Absaugen des Dampfes aus den Innenräumen der Behälter.
Das System gemäß Anspruch 2, des weiteren gekennzeichnet durch eine Umschließung (11) zur Aufnahme der Behälter; und eine Vakuumpumpe (112) als Teil der Absaugvorrichtung, die einen Unterdruck in der Umschließung erzeugt und somit der Dampf aus den Innenräumen der Behälter abgesaugt wird.
Das System gemäß Anspruch 2, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung Folgendes enthält: eine Absaugleitung mit einem gezielt in den Innenraum eines Behälters einfahrbaren Einlassstutzen; und eine Vakuumpumpe (176), die in der Absaugleitung (174) einen Unterdruck zum Absaugen des Dampfes aus dem Innenraum des Behälters erzeugt.
Das System gemäß Anspruch 4, des weiteren gekennzeichnet durch ein Ventil (180), das gezielt geöffnet und dadurch die Vakuumpumpe (176) mit der Absaugleitung verbunden werden kann, und somit der Dampf eine gewisse, zur mikrobiellen Dekontamination erforderliche Zeit im Innenraum des Behälters verbleiben kann, bevor er abgesaugt wird.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, des weiteren gekennzeichnet durch eine mit der Füllleitung (126, 202) verbundene Abschlusskappe (196), mit der eine Öffnung (134) zum Innenraum des Behälters während der Zufuhr von Dampf und Trägergas in den Innenraum gezielt geschlossen gehalten werden kann.
Das System gemäß Anspruch 6, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Füllleitung (126) und die Absaugleitung (174) durch die Abschlusskappe geführt werden.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, des weiteren gekennzeichnet durch eine Fördersystem (122), das die Behälter an zumindest einer Füllleitung vorbeiführt.
Das System gemäß Anspruch 8, des weiteren gekennzeichnet durch eine auf und ab bewegliche Sammelleitung (124), durch die zumindest eine Füllleitung (126, 172, 202) beim Vorbeifahren der Behälter abwechselnd angehoben und abgesenkt wird.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, des weiteren gekennzeichnet durch ein Dampfabsaugsystem, wobei dieses Dampfabsaugsystem zumindest eine, gezielt in zumindest einem Behälter positionierbare Absaugleitung (174) enthält, so dass Dampf aus dem Behälter abgesaugt werden kann.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter jeweils ein beinahe ausgehärteter Külbel (Blaskörper) sind; das System des weiteren eine Külbelform (212, 214) enthält, mit der der Külbel zu einem Behälter geformt wird; und das Trägergas unter einem, für das Formen des Külbels ausreichenden Druck zugeführt wird.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 11, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Blitzverdampfer Folgendes umfasst: einen metallischen Heizblock (18); zumindest ein Heizelement (72, 74, 76, 78), das den metallischen Heizblock aufwärmt und ihn auf einer Temperatur hält, die über dem Verdampfungspunkt des Wasserstoffperoxids liegt, und die unter der Temperatur bleibt, bei der sich das Wasserstoffperoxid zersetzen würde; und eine durch den Heizblock von einem Eingang (22) zu dem Ausgang (24) führende Passage (19).
Das System gemäß Anspruch 12, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Heizblockpassage vom Eingang zum Ausgang hin einen stetig ansteigenden Querschnitt aufweist.
Das System gemäß eines beliebigen der Ansprüche 12 und 13, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Heizblockpassage zwischen dem Eingang und dem Ausgang eine Wendung von wenigstens 180° aufweist.
Das System gemäß Anspruch 14, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Heizblockpassage wenigstens zwei Wendungen von jeweils ungefähr 90° aufweist und sich dazwischen eine Wand (46) befindet, so dass die Flüssigkeit in der Passage gegen die Wand schlägt und dadurch die Verdampfungsrate des flüssigen mikrobizid wirkenden Stoffs erhöht wird.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 14 und 15, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Heizblockpassage Folgendes enthält: eine Anzahl untereinander verbundener Bohrungen (20, 49, 50, 52, 54, 56), die zwischen dem Eingang und dem Ausgang in dem Heizblock hin- und herführen.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 16, des weiteren gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (96) und einen Entfeuchter (98), die an den ersten Führungskanal stromaufwärts von dem zweiten Führungskanal angeschlossen sind.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 17, des weiteren gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Füllleitungen (126, 172, 202); und zumindest einen weiteren Blitzverdampfer (10) und eine weitere, mit zumindest einer der Mehrzahl von Füllleitungen verbundenen Flüssigkeitsfüllvorrichtung (12).
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 18, des weiteren gekennzeichnet durch ein Monitor (153) zur Überwachung der Konzentration des mikrobizid wirkenden Stoffes in der Umgebung des Behälters; und eine an den Monitor angeschlossene Regeleinrichtung (150) zur Regelung der Flüssigkeitsfüllvorrichtung entsprechend den vom Monitor gemessenen Zuständen.
Das System gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsfüllvorrichtung (12) eine Dosierpumpe enthält.
Eine Methode zur Dekontaminierung von Behältern (120), die Folgendes umfasst: das Fördern der Behälter durch einen vorgegebenen Bereich (11); das Pumpen eines ersten Trägergasstroms durch einen Führungskanal (86); das Einleiten einer, einen mikrobizid wirkenden Stoff enthaltenden Flüssigkeit in einen Verdampfer (10), um somit einen mikrobizid wirkenden Dampf zu erzeugen; das Einleiten eines zweiten Trägergasstroms in den Verdampfer, wobei dieser zweite Trägergasstrom dabei hilft, den mikrobizid wirkenden Dampf durch den Verdampfer zu befördern; das Einleiten des in dem zweiten Trägergasstrom verteilten, mikrobizid wirkenden Dampfes in die Mischzone (87) des Führungskanals stromaufwärts des vorgegebenen Bereichs, wobei sich der in dem zweiten Trägergasstrom verteilte mikrobizid wirkende Dampf im Führungskanal mit dem ersten Trägergasstrom vermischt und die Durchflussrate des zweiten Trägergases geringer ist als die Durchflussrate des, durch den Führungskanal strömenden ersten Trägergases; und das gezielte Positionieren von zumindest einer strömungstechnisch mit dem Führungskanal verbundenen Füllleitung (126, 172, 202) in den Innenräumen der Behälter, so dass die Innenräume der Behälter mit dem Dampf bespeist werden.
Die Methode gemäß Anspruch 21, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der mikrobizid wirkende Dampf Wasserstoffperoxid enthält und die Methode des weiteren Folgendes umfasst: das Aufwärmen des Heizblocks (18) des Verdampfer mit seiner inneren Passage (19) auf eine Temperatur, die ausreicht, um flüssiges Wasserstoffperoxid zu verdampfen, die jedoch niedriger ist als die Temperatur, bei der sich Wasserstoffperoxid zersetzen würde; das Einleiten von flüssigem Wasserstoffperoxid in die Heizblockpassage, damit das flüssige Wasserstoffperoxid verdampft wird.
Die Methode gemäß Anspruch 22, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussrate des zweiten Trägergasstroms halb so groß ist wie die Durchflussrate des ersten Trägergasstroms.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 23, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas mit dem mikrobizid wirkenden Dampf aus dem vorgegebenen Bereich abgesaugt wird.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 24, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorgegebenen Bereich die Konzentration der mikrobizid wirkenden Verbindung im Dampf messtechnisch überwacht wird; und die Rate, mit der der Dampf dem vorgegebenen Bereich zugeführt wird, entsprechend dem Konzentrationsmesswert gesteuert wird.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 25, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, strömungstechnisch mit einer Vakuumquelle verbundenen Absaugleitung (174), gezielt in dem Innenraum der Behälter positioniert und somit der Dampf aus dem Innenraum abgesaugt werden kann.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 26, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (134) des Behälters bei der gezielten Positionierung zumindest einer Füllleitung geschlossen wird, um das Abfließen von Dampf aus dem umschlossenen Innenraum (138) durch die Öffnung zu verringern.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 27, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Füllleitungen (126, 172, 202) beim Vorbeifördern der Behälter abwechselnd angehoben und abgesenkt wird.
Die Methode gemäß eines beliebigen der vorherigen Ansprüche 21 bis 28, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter vor ihrer Förderung durch den vorgegebenen Bereich aufgewärmt werden und dadurch eine Kondensation des Dampfes auf den Behältern verringert wird.