Titel

Sterilisationsvorrichtung und Sterilisationsverfahren mit Energierückgewinnung Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sterilisieren von Produkten mit Heißwasser und/oder Heißdampf.

Die terminale Sterilisation, insbesondere die Heißwasserberieselung, wird in der Regel recht groß, beispielsweise mit Volumen von über 5m ³ , ausgeführt, um eine möglichst große Menge an Produkten pro Lauf sterilisieren zu können. Die Laufzeit kann über die Menge an verfügbaren Medien, die Größe der

Wärmetauscher und die verfügbare Temperatur der Heiz- bzw. Kühlmedien beeinflusst werden. Die Auslegung dieser Komponenten wiederum ist von der Beladungsdichte, vom Produkt und von der erforderlichen Prozessdauer, aber auch von der Größe und Masse des Sterilisators, die mitgeheizt bzw. mitgekühlt werden muss, abhängig. Mit der andauernden Kühlung und Heizung der Sterilisationsvorrichtung ist ein sehr hoher Energieverbrauch verbunden.

Offenbarung der Erfindung

Mit der Sterilisationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und dem

Sterilisationsverfahren gemäß Anspruch 8 ist es möglich, den Energieverbrauch für das Sterilisieren deutlich zu verringern. Beim Heizen des Fluides für die Kammer zum Sterilisieren sind Energieeinsparungen bis zu 40% und beim Kühlen bis zu 60% möglich. Dies wird erreicht durch eine

Sterilisationsvorrichtung umfassend zumindest eine Kammer zum Sterilisieren von Produkten und einen primären, an die Kammer angeschlossenen

Fluidkreislauf. Der primäre Fluidkreislauf dient zum Beaufschlagen der Kammer bzw. der Produkte mit Heißwasser und/oder Heißdampf. Des Weiteren umfasst die Sterilisationsvorrichtung einen sekundären Fluidkreislauf und einen zweiten Wärmetauscher. Der sekundäre Fluidkreislauf ist über den zweiten

Wärmetauscher mit dem primären Fluidkreislauf verbunden, so dass mittels des sekundären Fluidkreislaufes der primäre Fluidkreislauf erwärmt und/oder gekühlt werden kann. Des Weiteren umfasst die Sterilisationsvorrichtung einen

Schichtspeichertank im sekundären Fluidkreislauf. Der Schichtspeichertank umfasst mehrere Temperaturzonen, wobei die einzelnen Temperaturzonen mit dem Fluid des sekundären Fluidkreislaufes separat be- und entladbar sind. Zum Kühlen des primären Fluidkreislaufes wird also mittels des zweiten

Wärmetauschers dem primären Fluidkreislauf Wärme entzogen. Dabei erfolgt eine Erwärmung des Fluides im sekundären Fluidkreislauf. Diese Wärme kann in den Temperaturzonen des Schichtspeichertanks gespeichert werden. Beim anschließenden Erhitzen des Fluides im primären Fluidkreislauf wird die Wärme aus dem Schichtspeichertank wieder entnommen und kann über den zweiten Wärmetauscher an den primären Fluidkreislauf übertragen werden. Die einzelnen Temperaturzonen des Schichtspeichertanks ermöglichen ein Vorhalten von Fluid mit verschiedensten Temperaturen. Durch ein Zusammenmischen oder eine schichtweise Entnahme des Fluides aus den einzelnen Temperaturzonen wird der primäre Fluidkreislauf unterstützt um auf die gewünschte Temperatur erhitzt oder abgekühlt zu werden. Der primäre Fluidkreislauf umfasst

vorzugsweise einen ersten Wärmetauscher. Der erste Wärmetauscher ist an eine unabhängige Heiz- und Kühlleitung angeschlossen, sodass der primäre

Fluidkreislauf auch unabhängig vom sekundären Fluidkreislauf betrieben werden kann. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schichtspeichertanks kann der Energieverbrauch der Sterilisationsvorrichtung signifikant gesenkt werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise ist ein dritter Wärmetauscher vorgesehen. Dieser dritte

Wärmetauscher dient zum zusätzlichen Kühlen des Fluides im sekundären

Fluidkreislauf, wobei der dritte Wärmetauscher an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen ist.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der dritte Wärmetauscher in den

Schichtspeichertank integriert ist. Insbesondere ist der dritte Wärmetauscher dabei in die Temperaturzone mit der niedrigsten Temperatur, also insbesondere die unterste Temperaturzone, eingebaut. Mittels des integrierten dritten Wärmetauschers ist es möglich, das Fluid direkt in dem Schichtspeichertank und/oder beim Herausfließen aus dem Schichtspeichertank zu kühlen um damit den Wirkungsgrad der Energieeinsparrung beim Kühlen zu erhöhen.

Der Schichtspeichertank umfasst zu den Temperaturzonen jeweils einen eigenen, steuerbaren Anschluss. Über diesen steuerbaren Anschluss kann Fluid direkt in die einzelnen Temperaturzonen be- und entladen werden. Die steuerbaren Anschlüsse dienen somit bei der Entnahme von Fluid aus dem Schichtspeichertank zum Zusammenmischen der gewünschten Temperatur oder zur schichtweisen Entnahme. Beim Beladen des Schichtspeichertanks wird das Fluid über die steuerbaren Anschlüsse in die richtige Temperaturzone geleitet.

Der Schichtspeichertank ist insbesondere zur Aufnahme einer Fluidsaule ausgebildet. Die unterschiedlichen Temperaturzonen sind dabei in der Fluidsaule übereinander oder nebeneinander angeordnet.

Um ein Vermischen des Fluides unterschiedlicher Temperaturzonen

weitestgehend zu vermeiden, sind in dem Schichtspeichertank

Trennvorrichtungen vorgesehen. Diese Trennvorrichtungen müssen nicht zwangsläufig die einzelnen Temperaturzonen vollständig voneinander abtrennen. In erster Linie dienen die Trennvorrichtungen zur Vermeidung einer turbulenten Durchmischung des Fluides verschiedener Temperaturzonen.

Der Schichtspeichertank umfasst zumindest drei, vorzugsweise zumindest vier Temperaturzonen, die separat be- und entladbar sind.

Über den sekundären Fluidkreislauf mit einem Schichtspeichertank können bevorzugt auch mehrere Kammern mit jeweils einem primären Fluidkreislauf versorgt werden. Dabei ist pro primärem Fluidkreislauf ein zweiter

Wärmetauscher vorgesehen, der an den sekundären Fluidkreislauf

angeschlossen ist.

Des Weiteren ist bevorzugt eine Steuervorrichtung vorgesehen, die den

Volumenstrom in den einzelnen Fluidleitungen, insbesondere in den Anschlüssen des Schichtspeichertanks steuert und/oder regelt. Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Sterilisationsverfahren mit den folgenden Schritten: (i) Sterilisieren von Produkten in einer Kammer mit Heißwasser und/oder Heißdampf aus einem primären Fluidkreislauf, (ii) Wahlweises

Erwärmen oder Kühlen des primären Fluidkreislaufes mit einem sekundären Fluidkreislauf, und (iii) Speichern des Fluides des zweiten Fluidkreislaufes in unterschiedlichen Temperaturzonen.

Die Unteransprüche und die vorteilhaften Ausgestaltungen der

erfindungsgemäßen Sterilisationsvorrichtung finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Sterilisationsverfahren.

Insbesondere ist vorgesehen, dass zum Erwärmen und/oder Kühlen des primären Fluidkreislaufes das Fluid des sekundären Fluidkreislaufes aus den unterschiedlichen Temperaturzonen zusammengemischt oder schichtweise entnommen wird. Dementsprechend ist auch bevorzugt vorgesehen, dass ein vom zweiten Wärmetauscher kommender Rücklauf entsprechend auf die unterschiedlichen Temperaturzonen aufgeteilt wird.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das gespeicherte Fluid, vorzugsweise in der Temperaturzone mit niedrigster Temperatur, mittels eines Kühlkreislaufes zusätzlich gekühlt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen

Sterilisationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Ausführungsform der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Sterilisationsvorrichtung 1 gemäß dem

Ausführungsbeispiel. Die Sterilisationsvorrichtung 1 umfasst eine Kammer 2. In dieser Kammer 2 sind zu sterilisierende Produkte 4 angeordnet. Die Kammer 2 ist an einen primären Fluidkreislauf 3 angeschlossen. In diesem primären Fluidkreislauf 3 wird das Fluid mittels einer ersten Pumpe 9 gefördert und mittels eines Wärmetauschers 19 erhitzt oder abgekühlt. Mittels des primären

Fluidkreislaufes 3 werden die Produkte 4 in der Kammer mit Heißwasser berieselt. An dem ersten Wärmetauscher 19 sind ein Dampfzulauf 6, eine Kühlmedienzuleitung 20, eine Kühlmedienrückleitung 21 und ein

Kondensatablauf 7 ausgebildet.

Des Weiteren ist ein zweiter Wärmetauscher 5 vorgesehen. Der zweite

Wärmetauscher 5 verbindet den primären Fluidkreislauf 3 mit einem sekundären Fluidkreislauf 8. Der sekundäre Fluidkreislauf 8 dient zum Erwärmen und Kühlen des primären Fluidkreislaufes 3. Dieser Wärmeaustausch erfolgt über den zweiten Wärmetauscher 5.

Das Fluid, vorzugsweise Wasser, im sekundären Fluidkreislauf 8 wird mittels einer zweiten Pumpe 10 gefördert. Diese Pumpe kann in ihrer Leistung individuell geregelt werden.

Der sekundäre Fluidkreislauf 8 umfasst des Weiteren einen Schichtspeichertank 1 1. In diesem Schichtspeichertank 1 1 befindet sich eine Fluidsäule, die in unterschiedliche, übereinander oder nebeneinander angeordnete

Temperaturzonen 12 unterteilt ist. Zu den Temperaturzonen 12 führen einzelne Anschlüsse 13. Über diese Anschlüsse 13 können die einzelnen

Temperaturzonen 12 des Schichtspeichertanks 1 1 be- und entladen werden. Die Anschlüsse 13 umfassen hierzu Absperrventile oder Mischventile, die über eine Steuerungseinrichtung gesteuert oder geregelt werden.

Des Weiteren sind zwischen den Temperaturzonen 12 Trennvorrichtungen 18 vorgesehen, die ein turbulentes Durchmischen des Fluides in dem

Schichtspeichertank 1 1 weitestgehend vermeiden.

Mittels der einzelnen Anschlüsse 13 kann das Fluid für den sekundären

Fluidkreislauf 8 auf die entsprechende Temperatur zusammengemischt oder schichtweise entnommen werden. Dadurch ist ein gezieltes Erwärmen und Abkühlen des primären Fluidkreislaufes 3 über den zweiten Wärmetauscher 5 möglich.

Für eine zusätzliche Kühlung des sekundären Fluidkreislaufes 8 ist ein dritter Wärmetauscher 14 vorgesehen. Der dritte Wärmetauscher 14 ist in den Schichtspeichertank 1 1 , insbesondere in die unterste Temperaturzone 12, integriert. Der dritte Wärmetauscher 14 ist an einen externen Kühlkreislauf 15 angeschlossen.

Des Weiteren ist eine Druckausgleichsvorrichtung 16 im sekundären

Fluidkreislauf 8 vorgesehen.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt eine weitere Anordnung 17, die ebenfalls einen primären Fluidkreislauf 3, eine Kammer 2 und einen ersten Wärmetauscher 19 aufweist. An den sekundären Fluidkreislauf 8 können mehrere dieser weiteren Anordnungen 17 angeschlossen werden.

Nicht gezeigt in Fig. 1 ist eine Heizvorrichtung, beispielsweise ein Heizkessel, zum zusätzlichen Erhitzen des sekundären Fluidkreislaufes 8. Im ersten

Sterilisationszyklus ist die volle Energie für das Heizen der Kammer 2 nötig. Die Wassertemperatur im primären Fluidkreislauf 8 beträgt in der Sterilisationsphase ca. 121 °C.

Der Schichtspeichertank 1 1 ist stets mit dem Fluid des zweiten Fluidkreislaufes 8, insbesondere mit Wasser, gefüllt, wobei die Temperatur des Fluides von unten nach oben steigt. Die Trennvorrichtungen 18 im Schichtspeichertank 1 1 verhindern eine schnelle Vermischung der einzelnen Temperaturzonen.

Beim Start des Kühlvorgangs zum Kühlen des primären Fluidkreislaufes 3 wird das Fluid des sekundären Fluidkreislaufes 8 durch das heiße Prozesswasser im primären Fluidkreislauf 3 aufgeheizt. Die Energie aus dem primären

Fluidkreislauf 3 wird somit über den zweiten Wärmetauscher 5 an den sekundären Fluidkreislauf 8 übertragen und kann im Schichtspeichertank 1 1 gespeichert werden. Das heiße Fluid im sekundären Fluidkreislauf 8 wird in Abhängigkeit von der Temperatur von oben beginnend in den

Schichtspeichertank 1 1 über die verschiedenen Anschlüsse 13 geladen.

Zusätzlich wird die unterste Temperaturzone 12 mit dem dritten Wärmetauscher 14 gekühlt. Dies dient dazu, dass der primäre Fluidkreislauf 3 möglichst schnell abgekühlt werden kann. Beim nächsten Lauf, also beim nächsten Aufheizen der Kammer 2, wird das heiße Fluid schichtweise aus dem Schichtspeichertank 1 1 entnommen. Dies passiert schichtweise, bis kein positiver Energieeintrag in den primären

Fluidkreislauf 3 mehr geleistet werden kann. Ab diesen Zeitpunkt wird der primäre Fluidkreislauf 3 über die Dampfleitung 6 weiter erwärmt bist die

Zieltemperatur erreicht ist.

Beim Kühlen ist der Wirkungsgrad höher, da der dritte Wärmetauscher 14 im Schichtspeichertank 1 1 zusätzlich unterstützend wirkt. Der Energieaufwand für den dritten Wärmetauscher 14 ist geringer als der Energieaufwand im

herkömmlichen Kühlprozess. Es besteht die Möglichkeit nur über den dritten Wärmetauscher 14 und den Schichtspeichertank 1 1 zu kühlen oder aber zusätzlich über die Kühlmedienzuleitung 20, was den zusätzlichen Vorteil hat, bei Ausfall eines Systems auf das andere wechseln zu können. Im herkömmlichen Prozess wird die gesamte Energie über ein Kühlwassersystem, üblicherweise einem geschlossenen Kühlkreislauf, aus dem primären Fluidkreislauf 3 entfernt. Das Kühlwassersystem selbst wird wiederum über Kühlaggregate oder

Kühltürme gekühlt. Durch die Einsparung an Kühlenergie kann einerseits die bauseitige Investition in das Kühlsystem geringer ausfallen und andererseits sind auch die laufenden Kosten entsprechend geringer.

Die aufgezeigte Sterilisationsvorrichtung 1 sowie das zugehörige

Sterilisationsverfahren können für unterschiedlichste Kammern 2 verwendet werden. Durch eine intelligente Steuerung wird sichergestellt, dass der

Schichtspeichertank 1 1 stets voll ist. Wenn Fluid aus einer Temperaturzone 12 entnommen wird, wird gleichzeitig Fluid in eine andere Temperaturzone 12 gepumpt, so dass das Gesamtvolumen im Schichtspeichertank 1 1 gleich bleibt. Hierzu erfolgt vorzugsweise eine intelligente Steuerung der Abläufe mittels steuerbaren Ventilen und Temperatursensoren in der Verrohrung, im

Schichtspeichertank 1 1 , in den Wärmetauschern 5, 14, 19 und/oder in der

Kammer 2.