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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Hyperaktivierung von
Sterilisierflüssigkeiten.
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Insbesondere, doch nicht ausschliesslich, wird
die Erfindung nutzbringend zur Hyperaktivierung von sterilisierenden
chemischen Agenzien verwendet, so wie Wasserstoffperoxid, Perethansäure, Chlordioxide,
Hypochlorite, Chlorate, auf Brom, Jodaziden, Fluor usw. basierende
Oxidationsmittel, die in der Folge zur Sterilisierung von Oberflächen jeder Art
benutzt werden sollen, wie Papier, Kunststoff, organisches Material
usw., welche zu verschiedenen Gegenständen der unterschiedlichsten
Anwendungsgebiete gehören,
wie Lebensmittel-, pharmazeutische, medizinische und elektronische
Industrie.
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Die oben erwähnten Substanzen wurden für einige
Zeit zur Sterilisierung benutzt, da ihre Sterilisiereigenschaften
gut bekannt sind. Ausserdem werden die sich auf ihre Benutzung bei
dieser Anwendung beziehenden Daten (Konzentration, Temperatur und
Kontaktdauer) allgemein durch den Hersteller selbst festgelegt.
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Sterilisierverfahren, welche die
oben erwähnten
Agenzien zur Sterilisierung von Oberflächen und Behältern aus
Papier oder Mehrlagenkarton, insbesondere für Lebensmittel, verwenden,
sind ebenfalls seit geraumer Zeit bekannt.
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Eines dieser Verfahren lehrt das
Aufsprühen einer
Sterilisierlösung
auf die zu behandelnde Oberfläche
und dann deren Aktivierung durch Erhitzen und Verdampfen derselben,
wobei aktive Radikale, wirksam bei der Sterilisierung, in direktem
Kontakt mit der zu sterilisierenden Oberfläche erhalten werden.
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Ein anderes dieser Verfahren lehrt
das Mischen der Sterilisierlösung
mit einem Inertgas und das anschliessende Erhitzen der Mischung,
um eine gasförmige
Dampf-/Inertgasmischung
zu erhalten, welche unverzüglich
auf das zu sterilisierende Material geblasen wird, wo der Dampf
kondensiert. Dieses zweite Verfahren ist in den US-Patenten 4742667 und
4631173 beschrieben.
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Beide diese Verfahren haben den Nachteil, dass
sie eine hohe Arbeitstemperatur erfordern, um eine grosse Anzahl
an aktiven Radikalen zu erhalten, und sie können daher nicht bei Materialien
angewandt werden, welche schon bei gemässigten Temperaturen um 50-70°C verderben.
Ein weiteres Problem bei den Verfahren nach dem oben erwähnten Stand
der Technik ist, dass die erhaltene gasförmige Dampf-/Inertgasmischung
auf Grund der hohen Temperatur reich an aktiven Radikalen, aber
nicht kontrollierbar ist; es besteht daher ein praktisch unverzügliches
Verbinden der Radikalen miteinander, welche dazu neigen, die Sterilisierleistung
der Mischung zu zerstören
oder ungewiss zu machen. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, dass
die aktivierte Mischung unverzüglich
in Kontakt mit dem zu sterilisierenden Material gebracht wird. Zu
diesem Zweck wird bei dem ersten Verfahren die gasförmige Mischung direkt
im Kontakt mit dem zu sterilisierenden Material erhalten, während bei
dem zweiten Verfahren das zu sterilisierende Material sich im Kontakt
mit dem Ausgangsbereich des Verdampfers befindet. Dies führt deutlich
zu ernsthaften Einschränkungen
betreffend die Konstruktion der Anlage, da die gasförmige Mischung
in demselben Bereich verwendet werden muss, in dem sie hergestellt
wird. Die Schwierigkeit der Kontrolle der gasförmigen Mischung, zusammen mit
der Neigung des Verbindens der aktiven Radikalen miteinander, erhöht ebenfalls
die erforderliche Zeit für
eine zuverlässige
Sterilisierung des Materials.
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Hauptzweck der Erfindung ist der,
die oben erwähnten
Nachteile zu vermeiden, indem ein Verfahren vorgesehen wird, welches
das Erhalten einer gasförmigen
Sterilisiermischung erlaubt, die reich an Radikalen ist, welche
aktiviert und gleichmässig
in der Mischung verteilt werden, und deren chemisch-physikalischer
Zustand über eine
verhältnismässig lange
Zeitspanne kontrolliert werden kann.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung
ist der, ein Verfahren vorzusehen, welches den Herstellungsbereich
der gasförmigen
Sterilisiermischung von deren Verwendungsbereich trennt.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung
ist der, ein Verfahren vorzusehen, welches es ermöglicht,
die gasförmige
Sterilisiermischung bei Temperaturen zu erhalten und zu verwenden,
welche gemässigt
und auf jeden Fall niedriger sind als der Siedepunkt der Sterilisierlösung. Ein
Vorteil der Erfindung ist der, dass die gasförmige Sterilisiermischung zur
Sterilisierung von hitzeempfindlichen Materialien benutzt werden
kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist der, dass sie die Betriebskosten und den Verbrauch der Sterilisierverfahren
reduziert und die Rückstände der sterilisierenden
Agenzien auf den behandelten Oberflächen verringert.
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Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung
ist der, dass sie das Erhalten einer gasförmigen Sterilisiermischung
erlaubt, welche die Sterilisierzeiten der behandelten Oberflächen verringert.
Diese und noch weitere Vorteile und Zwecke werden alle erreicht durch
die Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen gekennzeichnet
ist. Einige wesentliche, ähnlich
praktische Anwendungen des Verfahrens sind ebenfalls beschrieben,
von denen die letzte eine detailliertere Beschreibung umfasst, unterstützt durch
eine Darstellung in Form einer Zeichnung.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen deutlich aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung der verschiedenen Phasen des genannten
Verfahrens hervor, ausgeführt
mit Hilfe eines nicht begrenzenden Beispiels und dargestellt in
der beiliegenden Zeichnung, in welcher 1 ein rein schematisches Diagramm einer Anlage
zur Sterilisierung von PET-Flaschen ist, welche ihre Öffnung nach
unten zeigend angeordnet haben und ihren Boden nach oben zeigend
auf solche Weise, dass die Gasmischung in einer nach oben gehenden
Richtung in das Innere der Flasche geblasen werden kann.
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Das kontinuierliche Verfahren nach
der Erfindung enthält
eine Phase des Mischens einer Sterilisierlösung, enthaltend einen vorgegebenen
Anteil an aktiven Ingredenzien, mit einem Gas, das sich im Verhältnis zu
der Sterilisierlösung
träge verhält (Leitgas);
diese Mischung erfolgt vorzugsweise durch Zerstäuben der Sterilisierlösung in
dem Leitgas, welches unter Durchwirbelung bewegt ist. Die Geschwindigkeit
des Gasstromes liegt zwischen 15 und 50 m/s; die Temperatur des
Leitgases ist üblicherweise
nahe der Umwelttemperatur; das Leitgas wird generell durch einen
Kompressor zugeführt,
kann Luft, Stickstoff oder ein anderes Gas sein, welches sich im Verhältnis zu
der Sterilisierlösung
träge verhält oder nicht
mit dieser reagiert.
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Das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit
des Inertgases, ausgedrückt
in Nmc/h und der Fliessgeschwindigkeit der Sterilisierflüssigkeit,
ausgedrückt
in 1/h, ist zwischen einschliesslich 5 und 50.
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Durch die Mischphase wird eine Zweiphasen-Sterilisiermischung
erhalten, welche in einen rohrförmigen
Verdampfer gegeben wird, dessen Wände bis auf eine Temperatur
unterhalb des Siedepunktes der Sterilisierlösung aufgeheizt werden, da die
Flüssigkeit
verdampft ohne auf den Siedepunkt gebracht zu werden, wie nachstehend
deutlicher erklärt
wird.
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Wie gesagt, ist in dem Verdampfer
das volumetrische Verhältnis
zwischen den Fliessgeschwindigkeiten des Leitgases und der Sterilisierlösung normalerweise
im Bereich 5-50 einschliesslich, während die Geschwindigkeit des
Leitgases verhältnismässig hoch
ist (15-50 m/s). Unter diesen Umständen wird ein kreisförmiger Bewegungszustand
der Zweiphasen-Mischung erhalten: die Flüssigphase haftet an den Wänden des
Austauschers und bewegt sich mit gemässigter Geschwindigkeit (0.2-0.5
m/s), während die
gasförmige
Phase sich in dem mittleren Bereich des Strömungsabschnittes befindet und
diesen in einem wirbelnden Zustand durchströmt. Die Stärke des an den Wänden des
Verdampfers anhaftenden Flüssigkeitsfilms hängt nicht
ausschliesslich von der Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeit
ab, sondern auch von der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases und ebenfalls von der Geometrie des Austauschers. Dies
bedeutet, dass es möglich
ist, eine beachtliche Zahl von Quadratmetern an Kontaktfläche Flüssigkeit/Gas
zu erhalten, in der Lage, aktivierte Radikale zu erzeugen und diese
in die gasförmige
Strömung zu
leiten.
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Die Anreicherung des gasförmigen Stromes erfolgt
durch Durchwirbelung mit Material, Diffusion, Sättigung des Gasstromes und
durch Verdampfung.
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Alle diese Phänomene tragen dazu bei, die aktivierten
Radikalen aus der Flüssigphase
zu entfernen, in welcher die Wahrscheinlichkeit des Zusammenprallens
zwischen zwei Radikalen ausgesprochen hoch ist, und zwar durch Weiterleiten
derselben in den gasförmigen
Strom, in welchem die Wahrscheinlichkeit der Kollision um wenigstens
eine Grössenordnung
herabgesetzt ist. Mit anderen Worten ist es möglich, die Lebensdauer des
aktivierten Komplexes durch die Herabsetzung der Wahrscheinlichkeit des
Verbindens der aktiven Radikalen miteinander zu verlängern.
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Es sollte auch berücksichtigt
werden, dass in dem Zweiphasenstrom in kreisförmigem Fluss der Austauschkoeffizient
für die
Flüssigphase
verhältnismässig niedrig
ist (800-1000 Kcal/h mq°C).
Dies ist sehr wesentlich, um übermässig hohe
Konzentrationen des aktivierten Komplexes dicht an den Wänden zu
vermeiden. Weiter ist der Austauschkoeffizient der gasförmigen Phase
sehr niedrig ((50-100 Kcal/hmq °C).
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Dies bedeutet, dass der mittlere
Teil der gasförmigen
Phase eigentlich kalt bleibt, wobei die Brownsche Bewegung und folglich
die Wahrscheinlichkeit der Kollision der aktiven Radikalen in der
gasförmigen
Phase reduziert werden.
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Die Stärke der Flüssigphase, die Bruchteile von
Millimetern beträgt,
kann mit Hilfe des Zweiphasenstroms im kreisförmigen Fluss kontrolliert werden.
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Es ist klar, dass, je dünner der
Flüssigkeitsfilm
ist, desto wirksamer ist das Verfahren, auch wenn die Anwendung
eines hohen Gas-/Flüssigkeitsverhältnisses
die Kapazität
der Mischung, in der Sterilisierkammer zu kondensieren, reduziert,
wie nachstehend mehr im Detail erklärt wird.
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Es muss ferner bemerkt werden, dass
es für die
Mischung nicht notwendig ist, den Siedepunkt der sterilisierenden
Agenzien zu erreichen. Dies ist äusserst
wichtig, da bei dieser Temperatur die Geschwindigkeit des Zerfalls
der Mischung zu hoch sein würde und
das System nicht mehr leicht zu kontrollieren wäre. Es wird daher die Tendenz
des Leitgases genutzt, mit Dämpfen
gesättigt
zu werden, so dass die Zustände
des Verdampfens bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes erreicht
werden.
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Es ist daher möglich, bei relativ niedrigen Wandtemperaturen
(40°C) zu
arbeiten, auch wenn dies die Verwendung einer grösseren Austauschfläche und
eine geringere Aktivierung der Radikalen mit sich bringt, was jedoch
durch eine grössere
Kontaktfläche
ausgeglichen wird. Die Sterilisiermischung kann somit auch an hitzeempfindlichen
Materialien verwendet werden.
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Schliesslich muss noch bemerkt werden, dass
die Wände
des Verdampfers praktisch nicht mit den aktiven Radikalen in Kontakt
kommen, welche sehr korrodierend sind; dies verringert grösstenteils das
Phänomen
der Korrosion, welchem man bei Geräten begegnet, die andere Arten
von Verfahren verwenden.
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Das Verfahren sieht weiter eine Phase
der Temperatursteuerung der gasförmigen
Mischung vor, welche entweder gleichzeitig mit oder unmittelbar nach
der Verdampfungsphase erfolgen werden kann, und welche insbesondere
die Kontrolle des Tauzustandes der gasförmigen Mischung möglich macht und
die gasförmige
Mischung in die Lage versetzt, für eine
verhältnismässig lange
Dauer aktiv gehalten zu werden. Diese Phase wird allgemein mit Hilfe
eines Wärmeaustauschers
von sehr niedriger Energie durchgeführt, oder mit einem minimalen
Temperaturunterschied zwischen der erhitzten Flüssigkeit und der Heizflüssigkeit,
welcher physisch von dem Verdampfer getrennt ist, aber welcher physisch
auch entweder von dem Verdampfer getrennt oder in diesen eingebaut
sein könnte.
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Im Anschluss an die Verdampfungsphase sieht
das betreffende Verfahren eine Wartezeit, zwischen 0.5 und 2 Sekunden
einschliesslich, zwischen dem Austreten der gasförmigen Mischung aus dem Verdampfer
und deren Eintreten in eine Sterilisierkammer vor, in welcher der
Kontakt zwischen der gasförmigen
Mischung und dem zu sterilisierenden Material erfolgt, mit der daraus
sich ergebenden Sterilisierung des Materials. Es muss bemerkt werden, dass
eine Wartezeit von zwischen 0.5 und 2 Sekunden einschliesslich im
Verhältnis
zu der Kinetik der einbezogenen Molekularmechanismen sehr lang ist.
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Während
dieser Wartezeit strömt
die gasförmige
Mischung durch eine Durchlaufvorrichtung, allgemein bestehend aus
einem rohrförmigen
Element, welches den Verdampfer mit der Sterilisierkammer verbindet,
und welches in der Sterilisierkammer mit Hilfe einer Drossel mündet, beispielsweise
eine Verteilerdüse,
welche die in die Sterilisierkammer eintretende Mischung beschleunigt.
Temperatur und Sättigungsgrad
der Mischung werden in dieser Durchlaufvorrichtung auf vorgegebenen
Werten gehalten. Dies erlaubt die Kontrolle der physikalischchemischen
Eigenschaften der gasförmigen
Mischung und macht das Verfahren sehr zuverlässig und wiederholbar.
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Die Temperatur im Inneren der Sterilisierkammer
ist geringer als der Taupunkt der gasförmigen Mischung; auf diese
Weise wird im Inneren der Kammer ein aktiver Sprühnebel erzeugt, welcher das zu
sterilisierende Material umgibt und es sterilisiert. Eine Kühlphase
der Sterilisierkammer kann vorgesehen werden, um diese Eigenschaft
zu erhalten.
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Weil nun die Verwendung von aktivierten Komplexen
und/oder Radikalen in der gasförmigen Phase
noch keine wirkungsvolle Sterilisierung gewährleistet, da nur ein Bruchteil
derselben die zu sterilisierende Oberfläche benetzen kann, sollte die
gasförmige
Mischung in der Lage sein, an der Oberfläche des zu sterilisierenden
Materials und nicht anderswo zu kondensieren, da während der
Kondensierung eine Rekonzentration der Radikalen in flüssiger Phase
erfolgt, gefolgt von einem schnellen Zerfall des aktivierten Komplexes.
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Um dieses Verhalten zu erreichen,
muss das Leitgas mit der Sterilisierlösung gesättigt sein und dieser Zustand
während
der gesamten Wartezeit erhalten bleiben; wenn die gasförmige Mischung
tatsächlich
während
der Wartezeit oder in der Durchlaufvorrichtung beginnen würde zu kondensieren, würde eine
allmähliches
Fluten der Verteilerdüse
auftreten und vor allem ein schneller Abfall der bakteriziden Leistung.
Es ist nicht unbedingt notwendig, die Sättigung zu erreichen; es ist
ausreichend für
die gasförmige
Mischung, die durch Expansion von der Verteilerdüse aus abkühlt, eine Temperatur unterhalb des
Taupunktes zu erreichen.
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Berücksichtigt man die Wartezeit
und die Geschwindigkeit der Mischung, kann auf einmal gesehen werden,
dass das rohrförmige
Element, welches die Durchlaufvorrichtung bildet, sehr lang sein
kann (im Bereich von zig Metern); diese Tatsache ist sehr interessant
betreffend die Konstruktion der Anlage, da der Bereich, in welchem
die gasförmige
Sterilisiermischung erzeugt wird, von dem Anwendungsbereich getrennt
werden kann. Dies zusammen mit anderen Eigenschaften bedeutet, dass
das Verfahren bei jedem Typ von Anlage, enthaltend einen Bereich zur
Sterilisierung mit chemischen Mitteln, angewandt werden kann. Es
sollte jedoch hervorgehoben werden, dass die Wartezeit auch fortfallen
und die gasförmige
Mischung unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Verdampfer verwendet
werden kann, wenn dies gewünscht
wird. Dies könnte
zu einer, wenn auch nur leicht grösseren Wirksamkeit der gasförmigen Mischung
führen,
jedoch auf Kosten der Flexibilität
des Verfahrens und mit geringerer Kontrolle von dessen Zuverlässigkeit
und Wiederholbarkeit.
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Das betreffende Verfahren wurde in
Bezug auf seine grundlegenden charakteristischen Aspekte beschrieben,
insofern, dass viele der Werte der einbezogenen Grössenordnungen
weder übermässig wichtig
noch kritisch sind, was die korrekte Anwendung des Verfahrens betrifft.
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Tatsächlich liegt ein grundlegender
Vorteil des Verfahrens darin, dass viele Verfahrensparameter je
nach den betrieblichen Notwendig-keiten verändert werden können, während eine
wirkungsvolle Kontrolle der gasförmigen
Mischung und deren Sterilisierleistung durchweg beibehalten wird.
Nachstehend werden daher durch ein Beispiel beide Elemente berücksichtigt,
sei es das der allgemeinen Art zur Bestimmung von Werten für die bertreffende
Grössenordnung,
wie auch das der Durchführung
des Verfahrens mit den zugeordneten erhaltenen Ergebnissen. Die
folgenden Werte sind allgemein bekannt oder werden von dem Konstrukteur
gewählt:
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- – Typ
der Sterilisierlösung,
welche der Konstrukteur frei aus denen von bekanntem Typ und Eigenschaften
wählen
kann;
- – Typ
des Leitgases, welches allgemein sterile Luft ist, aber auch frei
von dem Konstrukteur gewählt
werden kann;
- – Durchfluss
(QL) der Sterilisierlösung;
- – Konzentration
(X) des Sterilisieragens (generell festgelegt auf Grund der Korrosionsprobleme
oder der Begrenzung von Produktresten auf der zu sterilisierenden
Oberfläche);
- – Zerfalltemperatur
(TD) des Sterilisieragens (Temperatur, bei welcher die Verbindung
zerfällt
und ihre bakterizide Wirkung verliert);
- – Höchsttemperatur
(TP), welche die Oberfläche
des zu sterilisierenden Materials aushalten kann;
- – Temperatur
(TS) der gasförmigen
Sterilisiermischung, die nicht kritisch ist, welche der Konstrukteur aber
als innerhalb ausreichend grosser Wertebereiche festlegen kann,
vorausgesetzt, dass sie niedriger als TD sind.
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Der Kompressor, oder eine andere
technisch gleichwertige Vorrichtung zum Zuführen des Leitgasstromes, ist
so ausgelegt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit
des Gases von 5 bis 50 Mal QL vorgesehen ist, mit einer Spitze entsprechend
den vollständigen
Ladeverlusten des Kreises, welche vorwiegend in der Verteilerdüse konzentriert
sind; die Düse
muss mit einer besonders hohen Geschwindigkeit arbeiten (60-120
m/s), um zusätzlich
zu der Expansion eine schnelle Diffusion der gasförmigen Mischung
in der Sterilisierkammer zu bewirken.
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Mit dem Druck stromabwärts des
Kompressors und den bekannten Fliessgeschwindigkeiten der Sterilisierlösung und
des Leitgases kann der Taupunkt der Mischung kalkuliert werden.
Die Ausgangstemperatur aus dem Verdampfer und/oder dem Wärmeaustauscher
mit sehr niedriger Energie (Thermostat) sollte um wenigstens 10°C höher sein
als der Taupunkt, so dass eine Kondensierung der Mischung in der
Durchlaufvorrichtung verhindert wird.
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Schliesslich ist die Temperatur der
Sterilisierkammer festgelegt; sie sollte um wenigstens 10°C niedriger
sein als der Taupunkt der Mischung.
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Wenn die Sterilisiermischung (bei
Temperatur TS) von der Verteilerdüse aus expandiert, sichert deren
hohe Geschwindigkeit eine schnelle Abkühlung, vorwiegend zurückzuführen auf
das Mischen mit der in der Sterilisierkammer vorhandenen Luft. Durch
eine korrekte Auslegung der Verteilerdüse kann die mit der Temperatur
TP zusammenhänge Abhängigkeit
unabhängig
von dem Wert der Temperatur TS eingehalten werden.
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Wie leicht gesehen werden kann, sind
in dem Verfahren nach der Erfindung keine besonders kritischen Faktoren
vorhanden; der wichtigste Aspekt ist praktisch das erfolgreiche
Erhalten eines kreisförmigen
Zweiphasenflusses.
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Erstes praktisches Beispiel
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- – Sterilisierlösung: 4,5%
Oxonia Aktiv P3 (Henkel – Wirkstoff
5% Perethansäure)
in vollentsalztem Wasser;
- – Leitgas:
sterile Luft;
- – QL:
55 l/h;
- – TD:
100°C;
- – TP:
63°C (PET-Flaschen;
- – TS:
70°C;
- – Geschwindigkeit
im Verdampfer: 20 m/s;
- – Druck
am Verdampfer: 0.5 bar;
- – Wartezeit:
1 Sekunde
- – Geschwindigkeit
an der Verteilerdüse:
90 m/s;
- – Temperatur
der Sterilisierkammer: 15°C.
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Unter Anwendung dieses Verfahrens
zur Sterilisierung von PET-Flaschen wurde eine Zeit von gerade 3
Sekunden zur zehnfachen Reduzierung von Sporen von B. Subtilis erhalten,
welche eine viel kürzere
Zeit ist als die von dem Hersteller der Lösung angegebene Zeit zur Verwendung
als wässrige
Lösung,
wie auch als die Zeit, welche bei einem versuchsweise durchgeführten Verfahren
des vorher bekannten Typs festgestellt wurde, und zwar mit einer Lösung gleicher
Konzentration (4,5%) und auf die gleiche Temperatur (70°C) gebracht;
bei dem letzten Versuch hat man eine Zeit von etwa 30 Sekunden für eine zehnfache
Reduzierung der Sporen von B. Subtilis erhalten.
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Andere praktische Beispiele
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Der Zweck der Sterilisierung ist
erreicht durch die Erfindung, wenn das Sterilisieragens in einem
Luftstrom zerstäubt
und der Sprühnebel
durch eine Heizquelle auf eine Temperatur zwischen 25°C und 80°C aufgeheizt
wird, und dieser dann in der gasförmigen Phase mit Hilfe der
Trägerluft
auf die zu sterilisierende Oberfläche geblasen wird, welche eine
Temperatur um 10°C
bis 30°C
aufweist, so dass die kondensierbaren Komponenten des Gases an den
Oberflächen
kondensieren. Das Sterilisieragens, welches Perethansäure in einer
Konzentration von 0.1 % bis 1.5% enthält, ist flüssig und wird vorzugsweise
mit Hilfe einer Hochdruckdüse
in einen Luftstrom gesprüht,
so dass das flüssige
Sterilisieragens zu einem Sprühnebel
zerstäubt
wird, weshalb hier auch der Ausdruck „Zerstäubung" verwendet wird. Der Luftstrom trägt nun den
Sprühnebel,
also das fein in Tröpfchen
unterteilte flüssige
Sterilisieragens, so dass die Mischung aus Luft und Sterilisieragens transportiert
wird. Der in dem Strom vorhandene Sprühnebel wird durch Heizmittel
auf 25°C
bis 80°B aufgeheizt,
vorzugsweise in einem Wärmeaustauscher,
so dass der Sprühnebel
verdampft. Der gesamte Strom, das heisst die beschriebene Mischung, befindet
sich nun in der gasförmigen
Phase. Der Strom des Sprühnebels
mit der Trägerluft
wird dann auf die Oberfläche
der zu sterilisierenden Verpackung geblasen. Die Temperatur der
strömenden Gasmischung
ist so gewählt,
dass die kondensierbaren Komponenten des auf die Verpackung geblasenen
Gases kondensieren, da diese zu sterilisierenden Oberflächen eine
Temperatur von nur 10°C
bis 30°C
haben.
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Ein überraschender Vorteil ist,
dass ein sehr grosse Palette von Verpackungen, zum Beispiel Hohlkörper und
deren Deckel, in einer Zeit sterilisiert werden kann, die wesentlich
kürzer
als 2 Minuten ist, und dies kann trotz der niedrigen Temperatur
der zu sterilisierenden Oberflächen
getan werden, welche im Bereich zwischen 10°C und 30°C liegt. Dies macht es möglich, eine
erhebliche Menge an Energie und an Platz zu sparen, kleinere Maschineneinheiten
zu verwenden und weniger Chemikalien zu verbrauchen.
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Nach der Erfindung ist es besonders
vorteilhaft, wenn die Pe rethansäure
in dem Sterilisieragens in einer Konzentration von 0.2 bis 0.3%
vorhanden ist. Infolge der niedrigen Konzentration der in dem Sterilisieragens
enthaltenen Chemikalien wird jede Migration in Kunststoffoberflächen erheblich
verlangsamt, so dass nicht die Gefahr der Veränderung von Lebensmitteln durch
Rückstände besteht,
wenn die Verpackungen mit dem Verfahren nach der Erfindung sterilisiert
worden sind. Nichtsdestoweniger werden bei der hier erwähnten verhältnismässig niedrigen Temperatur
99,99% der bakteriellen Sporen getötet.
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Bei einer weiteren Ausführung der
Erfindung ist vorgesehen, dass das Sterilisieragens dem Luftstrom
in einer Menge von 10-100 Liter pro Stunde zugeführt wird, vorzugsweise in einer
Menge von 55 Liter pro Stunde. Somit werden auf Grund der niedrigen
Konzentration des verwendeten Sterilisieragens nur kleine Mengen
von Chemikalien über
eine kurze Anwendungsdauer verwendet, und trotzdem wird eine Abtötung von
99,99% erreicht. Die oben erwähnte
Menge an Sterilisieragens macht es möglich, eine Sättigung
des Luftstromes mehr oder weniger bei den genannten Temperaturen
zu erhalten, zum Beispiel im Bereich von 25°C bis 80°C, mit dem Ergebnis, dass, wenn
die Gasmischung auf die zu sterilisierenden Oberflächen trifft,
an den genannten Oberflächen
auch die Kondensierung stattfindet, die zum Befeuchten der Oberflächen mit
dem flüssigen Sterilisieragens
führt und
so mit das Abtöten
sichert.
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Nach der Erfindung ist es ausserdem
vorteilhaft, wenn als Sterilisieragens Oxonia Aktiv P3 in einer
Konzentration von 3% bis 10%, vorzugsweise 6%, verwendet wird. Die
Verdünnung
wird erhalten durch Vermischen von vollentsalztem Wasser mit dem
Handelsprodukt Oxonia Aktiv. Infolge der niedrigen Konzentration
sind kleinere Mengen an Sterilisieragens erforderlich als man erwartet
hätte.
Dadurch entsteht der weitere Vorteil, dass die Nebenerscheinungen
des Sterilisierverfahrens vorteilhafter sind, weil zum Beispiel
eine kleinere Menge von Komponenten mit unangenehmem Geruch zur
Benutzung notwendig ist. Durch die niedrige Konzentration von Oxonia
Aktiv sind weniger Zeit und/oder nicht so viel Hitze oder Luft zum
Trocknen erforderlich, als man im Falle der bisher bekannten Verfahren erwarten
konnte. Die Tatsache, dass das Sterilisieragens vor allem in dem
Verfahren nach der Erfindung keinen speziellen Trocknungsvorgang
erfordert, kann als ein weiterer Vorteil betrachtet werden. Einzig
und allein ist das Spülen
vorgesehen, um die Chemikalien zu entfernen.
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Das Verfahren kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden,
wenn, wie nach der Erfindung, die Luft kontinuierlich strömt. Zur
Anwendung des Sterilisieragens an der zu sterilisierenden Oberfläche wird
Luft als Träger
verwendet. Nach dem Durchlaufen durch einen sterilen Filters kann
die genannte Luft auf eine einfache und wirtschaftliche Weise zum kontinuierlichen
Strömen
gebracht werden, und das flüssige
Sterilisieragens wird dann dem genannten Strom beigegeben, wenn
das Verfahren beginnt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn,
wie nach der Erfindung, der Luftstrom einen Durchlauf von 100 bis
600 m3 pro Stunde hat, vorzugsweise einen Durchlauf
um 360 m3 pro Stunde.
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Wenn die oben erwähnten Mengen an Sterilisieragens,
zum Beispiel 10-100 Liter pro Stunde, in einen Luftstrom dieser
Grössenordnung
gegeben werden, wird ein mit dem flüssigen Sterilisieragens gesättigtes
Trägergas
an der zu sterilisierenden Oberfläche erhalten. Diese Sättigung
bewirkt die unverzügliche
Kondensierung der kondensierbaren Komponenten der Gasmischung, wenn
letztere auf die verhältnismässig kalten
Oberflächen
des Verpackungsteils trifft.
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Diese Bedingungen können ebenfalls
erhalten und können
auch besonders vorteilhaft festgelegt werden, wenn nach einer weiteren
Ausführung
der Erfindung die Temperatur des Luftstroms, anfänglich bei Raumtemperatur und
den Sprühnebel
tragend, bis in einen Bereich zwischen 50°C und 70°C aufgeheizt wird. Die Energieeinsparung
einer Anlage zum Durchführen
des Sterilisierverfahrens nach der Erfindung wird erkannt, wenn
es bekannt ist, dass der Luftstrom anfangs Raumtemperatur hat. Der
von diesem getragene Sprühnebel
wird in dem erwähnten Temperaturbereich
zum Verdampfen gebracht, so dass dann in der Gasmischung beziehungsweise
in dem Strom die gasförmige
Phase vorhanden ist. Andererseits kann bei einer vorteilhaften Anwendung des
Verfahrens nach der Erfindung die zu sterilisierende Verpackung
erwärmt
werden, und zwar nur um 2°C über ihrer
ursprünglichen
Temperatur, zum Beispiel der Raumtemperatur.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführung der
Erfindung wird der den Sprühnebel
tragende Luftstrom innerhalb von 5 bis 20 Sekunden, vorzugsweise
von 10 Sekunden, auf die zu sterilisierende Oberfläche geblasen.
Dieser Luftstrom, welcher die oben beschriebene Gasmischung sein
kann, in welcher das flüssige
Sterilisieragens nach dem Verdampfen des Sprühnebels vorhanden ist, wirkt
somit nicht für 2
bis 3 Minuten auf die zu sterilisierende Oberfläche, sondern nur für 20 Sekunden.
Infolge dieser kurzen Zyklusdauer, zusammen mit der niedrigen Konzentration
des Sterilisieragens und auch der niedrigen Betriebstemperatur,
sind vorteilhafterweise am Ende des Zyklus nur noch kleine Restmengen
von Sterilisieragens vorhanden. Die hier gemessenen und bei Versuchen
erhaltenen Werte lagen wesentlich unter den vorgeschriebenen Grenzwerten
der gültigen
Bestimmungen.
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Wenn man präzise den Anfang und das Ende
der Wirkungsdauer des Sterilisieragens bei einem genauen Versuch
messen will, ist es notwendig, mit dem Beginn des Stromes der Gasmischung
auf die zu sterilisierende Oberfläche anzufangen und in dem Moment
aufzuhören,
in dem der gerade auf die zu sterilisierende Oberfläche geblasene
Gasstrom unterbrochen wird.
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Es ist vorzuziehen, wenn, wie nach
der Erfindung, die Verpackung ein Hohlkörper ist, in welchen der den
Sprühnebel
tragende Luftstrom entgegen der Schwerkraft eingeblasen wird. Der
Strom, welcher die Gasmischung aus Luft und verdampftem Sterilisieragens
enthält,
wird durch die Öffnung
eines Hohlkörpers
mit einer vertikalen Komponente nach oben geblasen. Das Sterilisieragnes
bildet die kondensierbare Komponente, kondensiert unverzüglich nach dem
Auftreffen auf die innere Oberfläche
des Hohlkörpers
und bildet einen Flüssigkeitsfilm,
der die zu sterilisierende Oberfläche befeuchtet. Diese Flüssigkeit
befeuchtet die Oberfläche
und der Überfluss tropft
nach unten durch die Eintrittsöffnung
in Richtung Schwerkraft ab. In den 5 bis 20 Sekunden der Verweilzeit
des Verpackungsteils in dem Sterilisierbereich ist keine Ansammlung
einer verhältnismässig grossen
Menge Flüssigkeit
vorhanden, so dass eine kurze Spülzeit
mit vollentsalztem Wasser ausreichend ist, um alle Chemikalien zu
entfernen.
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Die Kondensierung, Befeuchtung und
folgliche Sterilisierung erfolgt auch im Halsbereich eines hohlen
Verpackungselementes (eine Flasche oder ähnliches). Sterilisiereffekte
wurden auch an der Aussenseite und der Rückseite (ausserhalb des Bodens) des
Hohlkörpers
festgestellt, und zwar von einer gewissen, wenn auch reduzierten
Intensität.
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Nach einer weiteren Betrachtung der
Erfindung kann die Sterilisierkammer in einer Maschine zur Durchführung des
Verfahrens nach der Erfindung einer kalten sterilen Luft ausgesetzt
werden, zum Beispiel sterile Luft bei Raumtemperatur, vorzugsweise
10°C. Das
Ergebnis ist dann das Abkühlen
der zu sterilisierenden Verpackung und folglich eine gute Kondensierung
beim Taupunkt. Das Übergehen
zu kalter steriler Luft erweist sich als unabhängig von der Raumtemperatur.
Auch wenn die zu sterilisierende Verpackung im Sommer oder in einem
heissen Land anfangs eine Temperatur von bis zu 30°C hat, fällt deren
Temperatur schnell ab, wenn sie, wie erwähnt, kalter steriler Luft ausgesetzt
wird. Mit dieser kleinen zusätzlichen
Massnahme kann der Kondensiereffekt erheblich verbessert werden.
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Die bekannten offenbarten Verfahren,
welche das flüssige
Oxonia Aktiv einerseits und das hoch konzentrierte Wasserstoffperoxid
andererseits verwenden, könnten
einfacher ausgelegt werden, wenn sie die oben erklärte Lehre
nach der vorliegenden Erfindung berücksichtigen.
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Nur ein Bruchteil der Menge an Sterilisieragens
ist im Vergleich mit den grossen Mengen in den bekannten Verfahren
erforderlich, bei welchen Verpackungsteile, zum Beispiel Plastikflaschen
(PET) vollkommen mit dem flüssigen
Sterilisieragens gefüllt werden.
Bei diesem Versuch wurde ein Luftstrom mit einer Temperatur von
45°C bis
150°C (vorzugsweise 50°C bis 70°C) als Träger für Oxonia
Aktiv benutzt. Die Oxonia-Lösung
wird mit Hilfe von Düsen
in dem Luftstrom zerstäubt.
Die Flüssigkeits-/Luftmischung wird
dann bis auf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher die Luft praktisch
gesättigt
ist. Die Oxonia Aktiv enthaltende Luft wird an die zu sterilisierende Verpackung
geleitet, wobei die Sterilisierkammer in der bei diesem Versuch
berücksichtigten
Abfüllmaschine
auf einer Temperatur unter dem Taupunkt gehalten wird. Hier wurde
das Konzept angewandt, die Sterilisierkammer mit kalter steriler
Luft zu versorgen, um jederzeit eine gute Kondensierung beim Taupunkt zu
erhalten. Die Verpackung mit einer Temperatur unter dem Taupunkt
(vorzugsweise Raumtemperatur) wurde in die Sterilisierkammer geführt, und
zwar mit der Öffnung
der Verpackung nach unten zeigend angeordnet. Die das flüssige Oxonia
enthaltende Luft wurde durch dünne
Blasröhren
in den Hohlkörper
der Verpackung geblasen. Das Oxonia Aktiv kondensierte an den kalten
Oberflächen
der Verpackung an der Innenseite wie auch an der Aussenseite. Dies
erfolgte bei einer Behandlungsdauer, wobei die Behandlung mit der
im Falle der Filmkondensierung vergleichbar ist. Die Konzentration
von Oxonia in dem kondensierten Film ist ungefähr die gleiche wie bei der
Lösung,
welche zum Zerstäuben
in der Luft benutzt wurde. Nachdem der erste dieser Versuche durchgeführt war,
wurden Kontaktzeiten von ein paar Minuten zum Erreichen des geforderten
Abtötens
der bakteriellen Sporen erwartet. Erstaunlicherweise jedoch waren
die Sporen in nur wenigen Sekunden abgetötet, das heisst die Verpackung
war sterilisiert.
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Ausserdem hat die niedrige Konzentration des
Sterilisieragens den Vorteil, dass keine Konosion an den gefährdeten
Teilen der Sterilisier- und Abfüllmaschine
auftritt. Abgesehen von dem oben erwähnten geringeren Energieverbrauch
konnte vorteilhafterweise auch bewiesen werden, dass die für die zu sterilidierende
Oberfläche
angewandten niedrigen Temperaturen, wie Temperaturen der Verpackung unter
65°C, es überraschenderweise
möglich
machen, mit dem neuen Verfahren nach der Erfindung auch PET-Flaschen
zu sterilisieren. Die andere, zweite Wirkung der niedrigen Temperaturen
ist das geringe Absorptionsvermögen
der Oberfläche
einer PET-Flasche gegenüber
der Absorbierung von Peroxid und Perethansäure durch Migration. Deckel
und jede Art von Verschlussteilen für Verpackungen in Form von
Hohlkörpern
können
ebenfalls sehr schnell durch das Verfahren nach der Erfindung sterilisiert werden.
Die kritischen Oberflächen
eines Verschlusses werden vorzugsweise direkt der Gasmischung ausgesetzt,
und jene Oberflächen
von solchen Teilen und Verschlüssen,
welche angrenzend sind oder dahinter liegen, kommen trotzdem mit
dem Sterilisieragens in Kontakt und unterliegen somit innerhalb
kurzer Zeit und bei niedriger Temperatur der Sterilisierung.
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Bei einer weiteren Ausführung der
Erfindung, unter Bezugnahme auf die Abbildung in der Zeichnung,
wird Luft bei Raumtemperatur in einem Kompressor 1 auf
einen Druck von ungefähr
0,4 bar gebracht und wird, nachdem sie durch einen sterilen Luftfilter
geströmt
ist (um zu dem trägen
Leitgas nach der Erfindung zu werden) in die Hauptleitung 4 gepresst.
Diese hat eine Krümmung 5,
an deren Aussenseite eine Zerstäuberdüse 6 montiert
ist.
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Die Düse 6 ist über eine
Zuführleitung 7 an einen
feststehenden Druckbehälter 8 angeschlossen.
Der Behälter 8 enthält eine
unter einem Druck von 3 bar stehende Sterilisierflüssigkeit 9.
Wahlweise kann über
ein Ventil 10 frische Sterilisierflüssigkeit 9 zugegeben
werden.
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Die Hauptleitung 4 zum Leiten
des Luftstromes verläuft
vertikal, stromabwärts
der oberen Krümmung 5,
und wird zum rohrförmigen
Verdampfer 11 für
die Mischung aus Sterilisierflüssigkeit
und Leitgas. Der Verdampfer 11 geht durch einen Wärmeaustasucher 12 und
der Luftstrom geht durch eine weitere Verlängerung des Verdampfers 11, bezeichnet
als Leitung 13 für
das Gas, bis zu dem Verteilerplatz einer Abfüllmaschine, die in ihrer Gesamtheit
mit 15 bezeichnet ist.
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Der Wärmeaustauscher 12 ist
entlang dem Verlauf des Verdampfers 11 angeordnet und ist
bei der vorliegenden Ausführung über ein
Ventil 16 mit Dampf beheizt. Das Heizmittel wird dann über einen Kondensatabscheider 17 entfernt.
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Unterhalb der Düse 6 sind die in dem
unsichtbaren Luftstrom zerstäubten
Flüssigkeitströpchen in
Form von Sprühnebel 18 gezeigt.
Die Tröpfchen
sind kleiner und in einer geringeren Anzahl im Bereich des Wärmeaustauschers 12 dargestellt,
in der Richtung stromabwärts
des Luftstromes. Somit wird praktisch eine reine Gasmischung in
Richtung des Pfeiles 19 in das Gasrohr 13 geleitet.
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Ein schematisch dargestellter Drehtisch 21, welcher
nur zwei Stationen aufweist, jede eine Verpackung tragend, enthaltend
die zu sterilisierenden Oberflächen,
dreht sich um die Achse 20 einer Abfüllmaschine 15, welche
auch als Sterilisierkammer fungiert, wobei die Achse durch eine
unterbrochene Linie dargestellt ist. Die Verpackung 22 ist
eine PET-Flasche, die mit ihrer Öffnung 23 nach
unten gerichtet durch die Öffnung
des Drehtisches 21 gehend eingesetzt ist. Die Zuführleitung 24 wird
von unten her durch die Flaschenöffnung 23 in
das Innere der PET-Flasche eingeführt und endet darin bei ungefähr einem
Drittel der Flaschenlänge.
Die Pfeile 25 zeigen den Austritt der Gasmischung aus der
Leitung 24 in das Innere der PET-Flasche. Die unterbrochene Linie 26 entlang
der inneren Oberfläche
der PET-Flasche stellt den Flüssigkeitsfilm
der aus der gasförmigen
Phase kondensierten Sterilisierflüssigkeit dar. Der Film kann
nach unten abtropfen (nicht gezeigt), aussen über die Zuführleitung 24 hinaus
und durch die Öffnung 23,
und kann dort mit Hilfe eines Kollektors (nicht gezeigt) aufgefangen
werden.
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In dem gezeigten System und der Ausführung wird
eine 6%-ige Lösung von
Oxonia Aktiv P3 in einem Druckbehälter 8 bei 3 bar unter
Druck gehalten und durch die Düse 6 in
einen Luftstrom gesprüht, der
einen Durchlauf von 360 m3 pro Stunde hat,
und zwar mit einer Leistung von 55 Litern pro Stunde. Dies ergibt
den Sprühnebel
aus Gas und Sterilisierflüssigkeit
in dem Verdampfer 11. Als Ergebnis der Verdampfung in dem
Verdampfer 11, welcher durch den Wärmeaustauscher 12 aufgeheizt
wird, beträgt die
Temperatur der Mischung aus Gas und Sterilisierflüssigkeit
in dem Gasrohr 13 70°C.
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Diese Mischung aus Gas und Sterilisierflüssigkeit
wird, wie durch die Pfeile 25 angezeigt ist, durch die
Zuführleitungen 24 an
die innere Oberfläche
der PET-Flasche geleitet, welche etwa Raumtemperatur hat, kondensiert
dort und bildet einen Kondensfilm 26. Die kondensierbaren
Komponenten des Gases sind vorwiegend Wasser, Peroxid und Perethansäure.
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Bei einem Versuch wurden etwa 25
Liter Gas für
10 Sekunden in jede PET-Flasche geleitet. Am Ende waren 99,99% der
bakteriellen Sporen abgetötet,
ein aussergewöhnliches
Ergebnis.