Способ и устройство для стерилизации сосудов
Группа изобретений относится к области стерилизации. Способ стерилизации сосудов предусматривает введение горячей стерилизующей среды Н2О2 в соответствующий сосуд на фазе введения и активацию стерилизующей среды на фазе активации путем введения стерильной газообразной и/или парообразной горячей активирующей среды. Фаза активации имеет, по меньшей мере, два этапа, и, по меньшей мере, на последнем по времени этапе активации температуру объемного потока активирующей среды, подведенного к сосуду, регулируют в зависимости от температуры сосуда. При этом во время фазы введения стерилизующую среду подводят к сосуду с постоянной температурой и через постоянный временной интервал с объемным потоком, который с учетом температуры сосуда ступенчато регулируют таким образом, что температура сосуда остается ниже температуры стерилизующей среды. Устройство для осуществления указанного способа содержит, по меньшей мере, одну активаторную головку для введения активирующей среды в стерилизуемые сосуды, по меньшей мере, одно устройство для бесконтактного измерения температуры и связанное с ним компьютеризованное устройство управления или регулировки, а также трубу для подведения активирующей среды и ротор с охлаждающей манжетой, которая, по меньшей мере, частично обхватывает предназначенный для обработки сосуд, причем охлаждающая манжета прилегает на отдельных участках к поверхности сосуда так, что между сосудом и манжетой в процессе работы образуется кольцевой зазор или каналы. Группа изобретений обеспечивает уменьшение длительности процесса при сохранении высокой степени обеззараживания, а также предотвращает термическую перегрузку сосудов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способу стерилизации сосудов и к устройству для стерилизации сосудов.
Способы стерилизации бутылок, банок или подобного рода сосудов с использованием содержащей перекись водорода (H2O2) стерилизующей среды, то есть с использованием стерилизующей среды (далее по тексту также стерилизующей среды Н2O2), которая содержит перекись водорода в смеси с горячим стерильным воздухом, известны (DE 102004030956 A1, DE 19949692 A1, WO 2006/053745 A1). При таких способах, которые используются, например, не только для стерилизации сосудов для напитков, но и для стерилизации сосудов или упаковок для других продуктов, как то, например, лекарственные средства, при введении горячей стерилизующей среды H2О2 на внутренней поверхности более холодного сосуда за счет конденсации образуется пленка конденсата Н2O2, которая затем на последующей фазе активации посредством введения стерильной горячей газообразной и/или парообразной активирующей среды, например, посредством введения горячего стерильного воздуха, активизируется таким образом, что за счет распада H2O2 образуются свободные радикалы кислорода, которые для осуществления стерилизации вступают в реакции с микробами или примесями.
При таких способах известно также (DE 102004030956 A1) о возможности нагревать используемый в качестве активирующей среды стерильный воздух до температуры активации посредством того, что он проводится через нагретый до температуры от 130°С до 150°С теплообменник. На следующем этапе способа на фазе активации производится затем продувка и охлаждение сосудов посредством стерильного воздуха, который подводится к сосудам с температурой ниже температуры активации. Для этого стерильный воздух, соответственно, большим объемным потоком, который предотвращает нагрев до температуры активации, проводится через теплообменник.
Далее известны способы и устройства (ЕР 0590505 A1, DE 19846322 A1) для обработки бутылок или подобного рода сосудов посредством горячей обрабатывающей среды, которая вводится в сосуды. При помощи температурных датчиков регистрируется температура сосудов до и после тепловой обработки или температура вытекающей обратно обрабатывающей среды и, в частности, температура горячей обрабатывающей среды и/или интенсивность обработки регулируется в зависимости от измеренных температур. Обработка посредством содержащей перекись водорода обрабатывающей среды не предусмотрена.
Задачей изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых при сохранении высокой степени обеззараживания, то есть высокого качества стерилизации, можно уменьшить общую длительность обработки и при этом особо также и длительность фазы активации и притом при щадящей обработке сосудов.
При использовании способа в соответствии с изобретением и устройства выявилось, в частности, значительное уменьшение длительности осуществления способа и при этом особо общей длительности фазы активации. Одновременно производится также щадящая и предотвращающая термическую перегрузку сосудов обработка с высоким качеством стерилизации или с высокой степенью обеззараживания. Поэтому способ в соответствии с изобретением подходит, в частности, для сосудов из пластика, например из полиэтилена.
Варианты усовершенствования изобретения являются предметом последующих зависимых пунктов формулы изобретения. Изобретение разъясняется далее более подробно на примере осуществления чертежами, на которых показано:
фиг.1 - в упрощенном виде и на виде сверху машина или устройство для осуществления способа в соответствии с изобретением;
фиг.2 - в упрощенном виде обрабатывающая головка устройства с фиг.1.
Обозначенное на чертежах позицией 1 устройство для стерилизации бутылок и, соответственно, способ демонстрируют выполненный с возможностью приведения во вращательное движение вокруг вертикальной оси машины ротор 2 для введения стерилизующего средства в предназначенные для обработки бутылки 3, которые подводятся посредством подающей звездочки 4 для сосудов, и с которой обработанные, то есть увлажненные, бутылки 3 снимаются посредством выпускной звездочки 5 для сосудов и подводятся к последующему активатору. Активатором является также выполненный с возможностью приведения во вращательное движение вокруг вертикальной оси машины ротор 6 для активации стерилизующего средства посредством стерильного нагретого воздуха, который вводится в предназначенные для обработки бутылки 3. Бутылки 3 посредством подающей звездочки 7 для сосудов подводятся к ротору 6, а обработанные, то есть стерилизованные, бутылки 3 снимаются посредством выпускной звездочки 8 для сосудов и подаются на последующий этап способа, как правило, к разливочной машине.
Над каждым отверстием бутылки на роторе 2 известным образом предусмотрены подающие головки, которые вращаются вместе с ротором 2 и обозначены лишь как двойные пунктирные линии I. Каждая подающая головка на роторе 2 снабжена держателем 14 для бутылок или сосудов, на котором соответствующая бутылка 3 во время обработки удерживается под обрабатывающей головкой 6, и притом в представленном в качестве примера варианте осуществления изобретения в виде выполненной как ПЭТ-бутылка бутылка 3 удерживается за фланец горловины в подвешенном положении.
Увлажнение поверхностей бутылок 3 производится с использованием стерилизующей среды Н2О2, которая известным образом нагревается внутри соответствующей обрабатывающей головки посредством впрыскивания перекиси водорода, например, 35%-ной перекиси водорода в стерильный воздух и посредством нагрева полученной таким образом аэрозоли до температуры T1, равной, например, 145°С.
Для обработки во внутреннее пространство бутылки 3 вводится горячая стерилизующая среда H2O2 и притом таким образом, что за счет конденсации на более холодной по сравнению с температурой T1 стерилизующей среды Н2О2 внутренней поверхности бутылки 3 образуется пленка конденсата Н2О2, которая равномерно покрывает, по меньшей мере, всю внутреннюю поверхность соответствующей бутылки 3 пленкой конденсата H2O2.
По окончании этой фазы введения и после передачи увлажненных таким образом бутылок на ротор 6 на следующей фазе обработки, то есть на фазе активации, происходит активация пленки конденсата Н2О2. Для этого аналогично конструкции и расположению на роторе 2 над каждым отверстием бутылки известным образом предусмотрены активаторные головки 9, которые вращаются вместе с ротором 6 и обозначены на фиг.1 лишь как двойные пунктирные линии II. Процесс активации запускается посредством энергоподачи и притом посредством введения горячей стерильной газообразной и/или парообразной среды, например посредством введения горячего стерильного воздуха с температурой Т2, в соответствующую бутылку 3 и притом через введенную в эту бутылку трубку 10 (фиг.2). В результате данной активации происходит реакция распада H2O2, в ходе которой образуются, в частности, свободные радикалы кислорода, которые вступают в реакцию с имеющимися микробами и/или примесями в соответствующей бутылке 3 и, таким образом, способствуют ее стерилизации. Посредством используемого на фазе активации горячего стерильного воздуха происходит к тому же и просушивание соответствующей бутылки 3. Способы стерилизации с такими этапами в принципе известны.
Способ в соответствии с изобретением отличается от известных способов специальным оформлением отдельных фаз обработки или этапов способа. На фазе введения происходит загрузка горячей стерилизующей среды Н2О2 с постоянной температурой T1 и с постоянным временем обработки или временем введения, например с временем отдачи 3 сек у бутылок или сосудов емкостью 500 мл. Объемный поток v1 введенной в соответствующую бутылку 3 горячей стерилизующей среды Н2O2 является при этом, например во время введения, величиной постоянной.
Во время фазы введения горячую стерилизующую среду подводят к соответствующему сосуду (3) с постоянной температурой и через постоянный временной интервал с объемным потоком (v1), который с учетом температуры (TBW) сосуда ступенчато регулируют или управляют таким образом, что температура (TBW) сосуда остается ниже температуры (T1) горячей стерилизующей среды H2O2.
Активация пленки конденсата H2O2 в соответствующей бутылке 3 происходит во время фазы активации, по меньшей мере, за два этапа способа/этапа активации. Во время первого этапа способа используемый для активации горячий стерильный воздух с температурой Т2 с постоянным большим объемным потоком v2 через трубку 10 (фиг.2) вводится в бутылку 3. Это введение происходит, например, через заданный промежуток времени обработки х сек или же до тех пор, пока температура Tbw стенки сосуда соответствующей бутылки 3 не достигнет заданной температуры ТBW-заданная, которая измеряется или контролируется посредством по меньшей мере одним устройством для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых тел, выполненным в виде пирометра 11 (фиг.2).
Штрихпунктирная стрелка 12 обозначает процесс измерения. Общая продолжительность этого первого этапа способа равна примерно 8-10 секундам.
Предпочтительным вариантом является то, что регулировку температуры производят путем непрямого охлаждения объемного потока (v3) второй фазы активации.
Также предпочтительным вариантом является то, что регулировку температуры производят путем прямого охлаждения объемного потока (v3) второй фазы активации посредством того, что отрегулированный объемный поток (v4) более холодного газа добавляют к объемному потоку (v3) и газ взят, в частности, из группы: стерильный воздух, СО2, N2, инертные газы или смесь этих газов.
На последующем этапе способа горячая активирующая среда, которая предпочтительно снова является горячим стерильным воздухом, с температурой Т3 и объемным потоком v3 вводится в бутылку 3 и притом через промежуток времени обработки у сек.
Температура объемного потока v3, который, как правило, равен или же меньше объемного потока v2, при этом снижается в зависимости от температуры TBW стенки соответствующей бутылки 3, так что и во время этого второго этапа способа фазы активации температура TBW сосуда имеет заданную температуру TBW-заданная или остается ниже максимально допустимого значения. Температура Т3, таким образом, меньше, чем температура Т2 и регулируется при помощи теплообменника и/или посредством добавления холодного стерильного воздуха или холодного инертного газа, такого как СО2 или N2.
Значение заданной температуры ТBW-заданная находится при этом на обоих этапах способа ниже значения температуры, которая привела бы к чрезмерной нагрузке, или деформации, или к повреждению бутылок 3.
На первом по времени этапе активации объемный поток (v2) подведенной к соответствующему сосуду (3) активирующей среды регулируют в зависимости от температуры (TBW) сосуда.
Температура TBW сосуда и на втором этапе способа измеряется бесконтактно с использованием, по меньшей мере, одного пирометра 11, как это обозначено на фиг.2. В зависимости от конструкции ротора 6 и относящейся к нему активаторной головки, а также от материала сосуда, могут использоваться также и другие бесконтактные системы теплового измерения. В представленном на фиг.2 варианте пирометр 11 расположен с возможностью поворота с целью обеспечения возможности оптимальной ориентации, вне зависимости от геометрии бутылки или сосуда.
Так как температура сосуда контролируется, может быть выбран столь резкий перепад нагрева и температура на второй фазе активации, которые на известных установках не могли быть установлены из соображений безопасности (деформация бутылки).
Во время фазы введения подачу горячей стерилизующей среды Н2О2 осуществляют с длительностью введения от 2,5 до 4 сек.
Преимущества способа в соответствии с изобретением заключаются, в частности, в том, что активация проходит значительно более активно и может удерживаться на очень высоком уровне, так что возможно значительное укорочение длительности обработки, то есть имеет место укорочение менее чем на 10 сек. В частности, в большем диапазоне мощностей, то есть при более высокой мощности, включающей в себя устройство 1 установки (количество обработанных бутылок 3 на единицу времени), при которой до сих пор был необходим дополнительный, подключенный за ротором 6 второй активатор, фаза активации может осуществляться отныне только на роторе 6, или ротор 6 может иметь значительно меньший диаметр, если должны быть предусмотрены два активирующих ротора. Это означает также, что при уменьшенных механизированных затратах возможно значительное повышение производительности машин. В особых случаях фаза введения и фаза активации могут осуществляться на одном единственном роторе.
Так как способ в соответствии с изобретением основывается на автоматическом регулировании, по меньшей мере, объемного потока v3 охлаждаемого активаторного газа посредством прямого или непрямого охлаждения на втором этапе способа фазы активации, для эксплуатационника установки нет необходимости в осуществлении затратных по времени регулировок или в попытках достижения оптимальной стерилизации бутылок или подобного рода сосудов. Соответствующая установка может, напротив, без проблем регулироваться и приводиться в действие на основании данных производителя, которые учитывают различные формы сосудов и/или материалы сосудов, причем тогда фаза активации или этапы способа осуществляются или регулируются автоматически посредством расположенного внутри установки устройства регулировки.
В не представленном варианте стерилизующего устройства в соответствии с изобретением на роторе 6 (активаторный ротор) предусмотрены охлаждающие манжеты, которые, по меньшей мере, частично и, по меньшей мере, периодически обхватывают во время активации предназначенный для обработки сосуд. Охлаждающая манжета не прилегает при этом к поверхности сосуда или только на отдельных участках прилегает к поверхности сосуда, так что между сосудом и манжетой в процессе работы согласно предписанию образуется кольцевой зазор или каналы, по которым может протекать газ или жидкость. При этом в идеальном варианте манжеты сконструированы таким образом, что имеют, по меньшей мере, одно отверстие, которое соединено с путем следования вакуумным насосом, через которое с целью охлаждения сосуда в кольцевой зазор или в каналы может подводиться газообразная и/или жидкая среда. В качестве альтернативы через отверстие и соответствующие пути следования, а также вакуумные насосы с целью охлаждения сосуда может подаваться, а затем отводиться более холодный воздух из помещения или воздух окружающей среды. Посредством такой охлаждающей манжеты можно очень быстро осуществить надежное охлаждение или сократить «мертвое время» при регулировке температуры.
Существенные параметры варианта осуществления способа в соответствии с изобретением для стерилизации бутылок 3 объемом 500 мл можно обобщить следующим образом:
| Фаза введения | |
| концентрация Н2О2 в стерилизующей среде Н2О2 | 20% |
| максимальная температура TBW сосуда | примерно 35°С - 42°С |
| температура T1 | примерно 145°С |
| давление стерилизующей среды Н2O2 | примерно 0,7 бар |
| объемный поток v1 | примерно 1,5 л/на бутылку |
| объемный поток v1 | примерно 2,7 Нм3/ч |
| Фаза активации - 1 этап способа | |
| максимальная температура TBW сосуда | примерно 67°С - 68°С |
| температура T2 | примерно 145°С |
| объемный поток v2 | примерно 10,8 л/ на бутылку |
| примерно 9,7 Нм3/ч | |
| давление пара | примерно 1,0 бар |
| давление воздуха | примерно 1,5 бар |
| Фаза активации - 2 этап способа | |
| температура TBW сосуда | примерно 67°С - 68°С |
| объемный поток v3 | примерно 10,8 л/ на бутылку |
| примерно 9,7 Нм3/ч | |
| температура Т3<T2 | |
| в зависимости от толщины стенки и материала | примерно 100°С |
| добавление стерильного воздуха с температурой окружающей среды |
Время обработки на каждой фазе активации составляет менее 10 сек, причем время обработки х и y может быть различным, однако может быть и равно друг другу. Далее возможно предусмотреть, например, между фазой введения и фазой активации паузу в обработке, например, приблизительно от 4 до 5 сек, то есть первый этап способа фазы активации начинается тогда с задержкой по времени, например, приблизительно на 5 сек, после введения стерилизующей среды Н2О2 или после окончания фазы введения.
Изобретение было описано выше на примере осуществления. При этом понимается, что возможны многочисленные изменения, а также модификация. Так, в вышеизложенном материале исходили из того, что обрабатывающие головки являются частью обрабатывающей машины или устройства вращающегося конструктивного типа. Само собой разумеется, что способ в соответствии с изобретением может осуществляться и на установках, которые выполнены как линейные машины. В вышеизложенном материале исходили далее из того, что введение стерилизующей среды Н2О2 и введение активирующей среды производится, соответственно, через одну и ту же обрабатывающую головку. Само собой разумеется, что на этих этапах способа могут использоваться также различные обрабатывающие головки.
1. Способ стерилизации сосудов (3) путем введения горячей стерилизующей среды Н2O2 в соответствующий сосуд (3) на фазе введения, а также путем активации стерилизующей среды H2O2 на фазе активации путем введения стерильной газообразной и/или парообразной горячей активирующей среды, предпочтительно посредством введения горячего стерильного воздуха в соответствующий сосуд (3), отличающийся тем, что фаза активации имеет, по меньшей мере, два этапа и, по меньшей мере, на последнем по времени этапе активации температуру объемного потока (v3), подведенного к соответствующему сосуду (3) активирующей среды, регулируют в зависимости от температуры (TBW) сосуда, причем во время фазы введения горячую стерилизующую среду подводят к соответствующему сосуду (3) с постоянной температурой и через постоянный временной интервал с объемным потоком (v1), который с учетом температуры (TBW) сосуда ступенчато регулируют или управляют таким образом, что температура (TBW) сосуда остается ниже температуры (T1) горячей стерилизующей среды H2O2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировку температуры производят путем непрямого охлаждения объемного потока (v3) второй фазы активации.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировку температуры производят путем прямого охлаждения объемного потока (v3) второй фазы активации посредством того, что отрегулированный объемный поток (v4) более холодного газа добавляют к объемному потоку (v3) и газ взят, в частности, из группы: стерильный воздух, СО2, N2, инертные газы или смесь этих газов.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру объемного потока (v3) регулируют таким образом, что температура (TBW) сосуда соответствует заданной температуре (ТBW-заданная).
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру (TBW) сосуда измеряют бесконтактно.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что температуру (ТBW) сосуда измеряют посредством пирометра.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом по времени этапе активации объемный поток (v2) подведенной к соответствующему сосуду (3) активирующей среды регулируют в зависимости от температура (TBW) сосуда.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом по времени этапе активации при постоянной температуре (Т2) и при постоянном объемном потоке (v2) подведение активирующей среды в соответствующий сосуд (3) производят через заданный промежуток времени.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что к соответствующему сосуду (3) на фазе введения горячую стерилизующую среду подводят с постоянной температурой (T1) и постоянным временем введения.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время фазы введения подачу горячей стерилизующей среды H2O2 осуществляют с длительностью введения от 2,5 до 4 с.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность обработки на этапе активации составляет менее 10 с.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что фазу активации осуществляют на роторе (6).
13. Устройство для стерилизации сосудов (3) для осуществления способа по одному из пп.1-12, по меньшей мере, с одной активаторной головкой для введения горячей активирующей среды в сосуды (3), отличающееся тем, что оно имеет, по меньшей мере, одно устройство для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых тел и связанное с ним компьютеризованное устройство управления или регулировки и для оценки измеренного значения и для регулировки температуры и/или объемного потока подведенной к соответствующему сосуду (3) активирующей среды, по меньшей мере, на последнем по времени этапе активации одной имеющей, по меньшей мере, два этапа активации фазы активации в зависимости от температуры (TBW) сосуда, причем предусмотрены, по меньшей мере, одна труба (10) для подведения активирующей среды и ротор (6) с охлаждающей манжетой, которая, по меньшей мере, частично обхватывает предназначенный для обработки сосуд, и при этом охлаждающая манжета прилегает на отдельных участках к поверхности сосуда, при этом между сосудом и манжетой в процессе работы образуется кольцевой зазор или каналы.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что на или в ближней зоне, по меньшей мере, одной части активаторных головок (9) расположены устройства для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых тел, причем предпочтительно на или в ближней зоне каждой активаторной головки (9) расположено устройство для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых тел.
15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно устройство для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых тел выполнено в виде пирометра.
16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для непрямого регулирования температуры посредством добавления по пути следования, по меньшей мере, одной охлаждающей среды предусмотрен, по меньшей мере, один дроссель, вентиль и/или расположено охлаждающее устройство для непрямого охлаждения по этому пути следования.
17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что по каждому пути следования охлаждающей среды против течения в соответствующей активаторной головке (9) расположен, по меньшей мере, один дроссель, вентиль и/или расположено, по меньшей мере, одно охлаждающее устройство для непрямого охлаждения по каждому из этих путей следования.
18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что предусмотрена манжета, имеющая, по меньшей мере, одно отверстие, которое соединено с путем следования и устройством транспортировки газа, через которое для охлаждения стенки сосуда газообразная и/или жидкая среда может направляться в кольцевой паз или в каналы.
19. Устройство по п.13, отличающееся тем, что манжета имеет, по меньшей мере, одно отверстие, которое соединено с путем следования и вакуумным насосом, через которое для охлаждения стенки сосуда окружающий воздух может направляться в кольцевой зазор или в каналы и отводиться из них.
