СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ СОСУДОВ
METHOD AND DEVICE FOR STERILISATION OF VESSELS

Изобретение относится к способу стерилизации сосудов и к устройству для стерилизации сосудов.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Способы стерилизации бутылок, банок или подобного рода сосудов с использованием содержащей перекись водорода (HO) стерилизующей среды, то есть с использованием стерилизующей среды (далее по тексту также стерилизующей среды НO), 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 HО на внутренней поверхности более холодного сосуда за счет конденсации образуется пленка конденсата НO, 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 HO 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.
2
2
1
Увлажнение поверхностей бутылок 3 производится с использованием стерилизующей среды НО, 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 T, равной, например, 145°С.
2
2
1
2
2
2
2
2
2
Для обработки во внутреннее пространство бутылки 3 вводится горячая стерилизующая среда HO и притом таким образом, что за счет конденсации на более холодной по сравнению с температурой T стерилизующей среды НО внутренней поверхности бутылки 3 образуется пленка конденсата НО, которая равномерно покрывает, по меньшей мере, всю внутреннюю поверхность соответствующей бутылки 3 пленкой конденсата HO.
2
2
2
2
2
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 НО. 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 Т, в соответствующую бутылку 3 и притом через введенную в эту бутылку трубку 10 (фиг.2). В результате данной активации происходит реакция распада HO, 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.
2
2
1
1
2
2
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 НО с постоянной температурой T и с постоянным временем обработки или временем введения, например с временем отдачи 3 сек у бутылок или сосудов емкостью 500 мл. Объемный поток vвведенной в соответствующую бутылку 3 горячей стерилизующей среды НO является при этом, например во время введения, величиной постоянной.
1
BW
BW
1
2
2
Во время фазы введения горячую стерилизующую среду подводят к соответствующему сосуду (3) с постоянной температурой и через постоянный временной интервал с объемным потоком (v), который с учетом температуры (T) сосуда ступенчато регулируют или управляют таким образом, что температура (T) сосуда остается ниже температуры (T) горячей стерилизующей среды HO.
2
2
2
2
bw
BW-заданная
Активация пленки конденсата HO 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 Т с постоянным большим объемным потоком v 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 T стенки сосуда соответствующей бутылки 3 не достигнет заданной температуры Т, 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.
3
Предпочтительным вариантом является то, что регулировку температуры производят путем непрямого охлаждения объемного потока (v) второй фазы активации.
3
4
3
2
2
Также предпочтительным вариантом является то, что регулировку температуры производят путем прямого охлаждения объемного потока (v) второй фазы активации посредством того, что отрегулированный объемный поток (v) более холодного газа добавляют к объемному потоку (v) и газ взят, в частности, из группы: стерильный воздух, СО, N, инертные газы или смесь этих газов.
3
3
На последующем этапе способа горячая активирующая среда, которая предпочтительно снова является горячим стерильным воздухом, с температурой Т и объемным потоком vвводится в бутылку 3 и притом через промежуток времени обработки у сек.
3
2
BW
BW
BW-заданная
3
2
2
2
Температура объемного потока v, который, как правило, равен или же меньше объемного потока v, при этом снижается в зависимости от температуры T стенки соответствующей бутылки 3, так что и во время этого второго этапа способа фазы активации температура T сосуда имеет заданную температуру T или остается ниже максимально допустимого значения. Температура Т, таким образом, меньше, чем температура Т и регулируется при помощи теплообменника и/или посредством добавления холодного стерильного воздуха или холодного инертного газа, такого как СО или N.
BW-заданная
Значение заданной температуры Т находится при этом на обоих этапах способа ниже значения температуры, которая привела бы к чрезмерной нагрузке, или деформации, или к повреждению бутылок 3.
2
BW
На первом по времени этапе активации объемный поток (v) подведенной к соответствующему сосуду (3) активирующей среды регулируют в зависимости от температуры (T) сосуда.
BW
Температура T 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).
2
2
Во время фазы введения подачу горячей стерилизующей среды НО 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.
3
Так как способ в соответствии с изобретением основывается на автоматическом регулировании, по меньшей мере, объемного потока v 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 Н<sub>2</sub>О<sub>2</sub> в стерилизующей среде Н<sub>2</sub>О<sub>2</sub>
20%
максимальная температура T<sub>BW</sub> сосуда
примерно 35°С - 42°С
температура T<sub>1</sub>
примерно 145°С
давление стерилизующей среды Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
примерно 0,7 бар
объемный поток v<sub>1</sub>
примерно 1,5 л/на бутылку
объемный поток v<sub>1</sub>
примерно 2,7 Нм<sup>3</sup>/ч
Фаза активации - 1 этап способа
максимальная температура T<sub>BW</sub> сосуда
примерно 67°С - 68°С
температура T<sub>2</sub>
примерно 145°С
объемный поток v<sub>2</sub>
примерно 10,8 л/ на бутылку
примерно 9,7 Нм<sup>3</sup>/ч
давление пара
примерно 1,0 бар
давление воздуха
примерно 1,5 бар
Фаза активации - 2 этап способа
температура T<sub>BW</sub> сосуда
примерно 67°С - 68°С
объемный поток v<sub>3</sub>
примерно 10,8 л/ на бутылку
примерно 9,7 Нм<sup>3</sup>/ч
температура Т<sub>3</sub><T<sub>2</sub>
в зависимости от толщины стенки и материала
примерно 100°С
добавление стерильного воздуха с температурой окружающей среды
2
2
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 НО или после окончания фазы введения.
2
2
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 НО 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.