WO2000003750A1 - Bestrahlung einer flüssigkeit in einem rotierenden zylinder - Google Patents

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WO2000003750A1
WO2000003750A1 PCT/EP1999/005055 EP9905055W WO0003750A1 WO 2000003750 A1 WO2000003750 A1 WO 2000003750A1 EP 9905055 W EP9905055 W EP 9905055W WO 0003750 A1 WO0003750 A1 WO 0003750A1
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liquid
cylinder
unit
irradiation
control
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PCT/EP1999/005055
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Klaus Mausbach
Johann Heith
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Pathogenex Gmbh
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    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08—Radiation
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3223—Single elongated lamp located on the central axis of a turbular reactor

Definitions

  • the invention relates to a device for irradiation, in particular for UV irradiation, of a liquid.
  • the irradiation takes place under precisely defined conditions.
  • the device according to the invention is therefore particularly suitable for inactivating viruses and other pathogenic pathogens in biological fluids, in particular in blood sera.
  • the spectrum of the irradiated UV light is modulated so that protein damage is avoided.
  • the liquid is passed through thin capillaries wound around the UV lamp, cf. US 4,748, 120.
  • Capillary diameters of less than 1 mm are used. However, this only leads to a low throughput.
  • This object is achieved by the device according to the invention.
  • This device for irradiating a liquid under defined conditions has a rotating cylinder with an upper inflow, a lower outflow and an irradiation unit, the cylinder enclosing an angle of inclination ( ⁇ ) with the horizontal.
  • the inclined cylinder rotates on its own axis.
  • the liquid to be irradiated is introduced into the upper inflow.
  • the introduced liquid is pressed against the inner wall of the cylinder by the centrifugal force and forms the required thin layer there.
  • several UV lamps are attached to irradiate the liquid layer, which ensure intensive irradiation of the liquid.
  • UV light in particular UVC light
  • UVC light is used to inactivate the viruses and pathogenic agents in biological liquids, such as, for example, in blood sera.
  • light with a wavelength of 254 nm is preferably used. Irradiation with this wavelength leads on the one hand to relatively little protein damage and on the other hand also to effective virus inactivation.
  • mercury lamps that emit the same wavelength can also be used. Laser light can also be used.
  • the lower drain has two connections for conveying the liquid, one connection using a first control unit can be closed if the irradiation of the liquid deviates from the defined conditions.
  • the liquid can only pass through the second, ie the non-closable, connection.
  • the liquid can be diverted to another container, that is to say it can be collected separately from the quantity of liquid already irradiated under normal conditions. Correctly and possibly incorrectly irradiated amounts of liquid are thus separated, so that contamination of reliably irradiated serum with viruses is excluded.
  • a second control unit which switches off the irradiation unit and / or interrupts the upper inflow if the irradiation deviates from the defined conditions.
  • the device according to the invention has a control and documentation unit for at least one, preferably all, of the following parameters:
  • These parameters are measured and documented in freely adjustable time intervals, which provides a complete documentation of the operating status over time.
  • These operating data are preferably logged twice, namely both on a printer and on a storage medium, for example a removable hard disk or a zip Drive that can be sealed and whose tape can be exchanged at fixed intervals.
  • the storage medium is required to ensure parameter storage in the event of a printer failure.
  • the recording on the storage medium can serve as a tamper-proof proof of the operating conditions, which is only accessible to selected people, such as the device manufacturer.
  • permanent storage on a data carrier can also serve to provide the user with a statistical overview of his parameters. This ensures that the respective operating conditions can be reconstructed later at any time and in batches.
  • the control and documentation unit is preferably coupled to the first and, if present, also to the second control unit in such a way that when a specified minimum value is undershot or a specified maximum value is exceeded for one or more of the parameters, the first control unit connects the lockable connection of the closes lower drain and the second control unit switches off the radiation unit. If, for example, the lamps are too weak or have failed completely, the radiation is automatically interrupted. At the same time, the inflow of the liquid into the rotating cylinder is stopped. The lockable connection at the lower drain is also closed by the first control unit, so that the residual liquid currently in the cylinder is diverted through the second connection at the lower drain into a separate container. This prevents contamination of the amount of liquid already irradiated.
  • the second connection is preferably arranged at the lower drain so that the liquid flowing out of the cylinder only passes the second connection when the first lockable connection is closed.
  • this can be achieved, for example, in that the second connection is directed upwards with a sufficiently large inclination, while the first closable connection has at least a slight inclination upwards, but preferably points downwards, so that the gravity flow of the liquid always flows through this when the first connection is not closed.
  • the intensity of the radiation can be detected, for example, by measuring the lamp current and drawing a conclusion on the intensity then output.
  • Another possibility is to arrange measuring sensors in the vicinity of the lamps, in which case the intensity can be measured directly, so that conclusions with the associated uncertainties are not necessary.
  • the speed of rotation and the angle of inclination of the cylinder can be measured in a conventional manner with suitable mechanical or electronic sensors.
  • Appropriate sensors provided in the control and documentation unit also, as already mentioned, measure and monitor the temperature of the liquid before and after the irradiation.
  • the optimum temperature that the liquid to be irradiated has during the irradiation is in a range between 4 ° C and 8 ° C. If the temperature becomes too high, this can lead to permanent damage to the proteins, if it becomes too low, the viscosity of the liquid changes, so that the formation of a homogeneous liquid layer is made more difficult. If the temperature at the temperature sensors, which are preferably arranged at the inflow and outflow, deviates from the optimal temperature values, in a preferred embodiment of the device according to the invention the performance of the cooling is changed such that the optimum temperature is again sought.
  • the irradiation is ended via the coupling according to the invention between the control and documentation unit and the first and second control units, which has already been mentioned the liquid in the cylinder at this time is diverted into a separate container via the second connection of the lower drain.
  • the upper limit temperature is around 25 ° C
  • the lower limit temperature around 0 ° C.
  • the thickness of the liquid layer is also continuously measured and controlled by means of the control and documentation unit according to the invention.
  • the thickness of the liquid layer should normally be of the order of less than 0.5 mm.
  • the layer thickness is measured using an interferometer.
  • the interferometer consists of a transmitter module, which can be installed, for example, at the upper end of the rotating cylinder and a receiver module, which can be attached, for example, at its lower end.
  • the transmitter generally consists of a laser, the light beam of which strikes the surface of the irradiated liquid at an angle. Part of this light beam is reflected directly on the surface of the liquid guide, the rest penetrates into the liquid and is reflected at the liquid / cylinder wall interface. The two reflected partial beams hit the sensor.
  • the displacement of the second light beam relative to the first is proportional to the thickness of the liquid layer.
  • the laser / sensor system works in a wavelength range which is not influenced by the UVC radiation which is preferably used in order to prevent a disturbance in the layer thickness measurement.
  • This type of layer thickness measurement therefore also has the advantage of being independent of all other parameters of the device. So far, the layer thickness has mostly been determined by measuring the intensity of the light used for irradiating the liquid layer after transmission through the liquid layer. On the one hand, this had the consequence that the corresponding sensor had to be arranged behind the liquid layer and thus outside the cylinder, which was not very practical for handling the device, and also the layer thickness measurement was also subject to the influence of other parameters, not just that of the real layer thickness.
  • Transmission measurements can be falsified, for example, by the thickness or density fluctuations of the cylinder wall, as well as by a mostly inevitable drift of the lamps that occurs over time.
  • a new calibration for this special liquid must be carried out each time the liquid to be irradiated is changed.
  • all that is required for interferometry is the easily determinable refractive index of the liquid to be irradiated.
  • the interferometer can also be mounted movably within the cylinder, for example rotating and moving up and down on the inner axis of the cylinder. This makes it possible to determine the layer thickness of the liquid layer at any point on the inner wall of the cylinder.
  • the layer thickness is determined capacitively as an alternative to the interferometric method.
  • This can be achieved, for example, by arranging a cylindrical wire mesh around the cylinder axis of the device at a defined distance from the inner wall of the cylinder.
  • the wire mesh and the rotating cylinder represent a capacitor, the capacitance of which is determined, among other things, by the medium between its two capacitor plates.
  • this medium consists of parts of the gas atmosphere that is present in the interior of the cylinder and the liquid layer, the dielectric properties of which thus also determine the capacitance of the capacitor.
  • the device has a motor for adjusting the angle of inclination ( ⁇ ) of the cylinder.
  • This motor is preferably coupled to the control and documentation unit according to the invention. If the intensity of the UVC radiation of the lamps decreases as a result of the natural aging process of the lamps, then according to the invention the inclination of the cylinder in the direction of a flatter setting is also changed with the aid of the motor. The residence time of the liquid to be irradiated in the cylinder is thereby extended. If the angle of inclination falls below a previously set minimum value, which is generally around 2 °, an error message is triggered and the radiation is ended with the aid of the second control unit.
  • the power of the pump i.e. the pumping rate, adjusted. If the layer thickness is still too great despite the reduced pumping power, the radiation is stopped again via the second control unit and / or the upper inflow is interrupted.
  • a coupling of the pump to the control and documentation unit also ensures that, if the flow rate of the liquid deviates from a predetermined value, the performance of the pump is changed so that the predetermined value for the flow rate is reached again. If this is not possible, the radiation unit is switched off and / or the upper inflow for the liquid is interrupted.
  • an alarm unit which always triggers an alarm when a previously given minimum or maximum value for one or more of the above parameters, namely for the intensity of the irradiation, for the rotation speed of the cylinder, for the angle of inclination (et) of the cylinder, for the temperature of the liquid before and after the irradiation and for the layer thickness of the Liquid inside the cylinder is under or exceeded.
  • FIG. 2 enlarged view of an outflow of the invention
  • Cylinder of another device according to the invention for irradiating a liquid Cylinder of another device according to the invention for irradiating a liquid.
  • FIG. 1 shows a side view of a device 1 according to the invention.
  • the inventive device 1 shown here consists of a cylinder 2 which is rotatably mounted on a support device 3.
  • the inclination angle ⁇ which the cylinder 2 encloses with the horizontal, can be set as desired within wide limits by means of a motor 4.
  • the angle of inclination is preferably approximately 10 °.
  • the cylinder 2 leaves set in rotation about the cylinder axis 5 by another motor.
  • the rotational speed of the cylinder 2 can be varied in accordance with the variable power of the engine. As a rule, the speed is around 150 revolutions per minute.
  • the liquid to be irradiated is introduced through the upper inflow 6 in the cylinder 2.
  • connection 8 is closable, for example by a valve.
  • a first control unit 10 is provided, by means of which connection 8 can be closed.
  • a plurality of UV lamps 11 are fixedly mounted along the cylinder axis 5 and are used to irradiate the liquid layer. The UV lamps 11 are supplied with a separate supply 12.
  • control units 10 and 13 are coupled to a control and documentation unit 14 according to the invention.
  • the control and documentation unit 14 has various types of sensors, with the aid of which the various parameters essential for the effective irradiation of the liquid can be measured.
  • the intensity of the radiation that is to say the intensity of the UV lamps 11, is determined, for example, by measuring the lamp current; the corresponding signal is thus supplied by an ammeter. UVC sensors could also be used here.
  • the speed of rotation and the angle of inclination of the cylinder 2 are determined by means of electronic or mechanical sensors, the temperature using suitable thermocouples. ment, or temperature sensors and the layer thickness with an interferometer 15.
  • the interferometer 15 consists of a transmitter module 16 namely a laser, which is installed at the upper end of the cylinder 2, and a receiver module 17, which can be attached to the lower end of the cylinder 2 .
  • the control and documentation unit 14 also has a printer and another sealable storage medium in order to be able to log and reproduce the operating data.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the lower outlet 7 on the cylinder 2 according to the invention.
  • connection 8 being closable, for example by means of a valve .
  • the geometric arrangement of the connections 8 and 9 is such that the connection 8 points vertically downwards while the unlockable connection 9 points obliquely upwards. This ensures that when port 8 is open, the irradiated liquid always flows out through this port for gravitational reasons and only searches for the way through port 9 when port 8 is closed.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung, insbesondere zur UV-Bestrahlung, einer Flüssigkeit. Die Bestrahlung findet dabei unter genau definierten und reproduzierbaren Betriebsbedingungen statt. Die Vorrichtung weist einen rotierenden Zylinder mit einem oberen Zufluß, einem unteren Abfluß und einer Bestrahlungseinheit auf, wobei der Zylinder einen Neigungswinkel (α) mit der Horizontalen einschließt. Ferner weist der untere Abfluß zwei Anschlüsse zur Weiterleitung der Flüssigkeit auf, wobei ein Anschluß mit Hilfe einer ersten Steuereinheit verschließbar ist, wenn die Bestrahlung der Flüssigkeit von den definierten Bedingungen abweicht.

Description

BESTRAHLUNG EINER FLÜSSIGKEIT IN EINEM ROTIERENDEN ZYLINDER
10
15 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung, insbesondere zur UV-Bestrahlung, einer Flüssigkeit. Dabei findet die Bestrahlung unter genau definierten Bedingungen statt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich deshalb insbesondere zur Inaktivierung von Viren und anderen pathoge- nen Erregern in biologischen Flüssigkeiten, insbesondere in Blutseren.
20
Es ist bekannt, biologische Flüssigkeiten zur Inaktivierung von Viren und anderen pathogenen Erregern mit intensivem ultraviolettem Licht zu bestrahlen. Andere Methoden sind beispielsweise die Gamma-Bestrahlung und die Mikrowellenbehandlung. Die Absorptionsrate von Seren und anderen biologi-
25 sehen Flüssigkeiten liegt um mehrere Größenordnungen über der des normalen Wassers, das häufig ebenfalls zur Entkeimung mit UV-Licht bestrahlt wird. Aufgrund der hohen Absorptionsrate werden die Seren in Form einer dünnen Schicht bestrahlt, um die vollständige Inaktivierung zu gewährleisten. Die Schichtdicke der Seren während der UV-Bestrahlung liegt im allgemei-
30 nen in der Größenordnung von unter 0,5 mm. Ferner wird das Spektrum des eingestrahlten UV-Lichts so moduliert, daß eine Proteinschädigung vermieden wird.
Ein Gerät zur Durchführung der beschriebenen Behandlung von Seren wurde
35 bereits 1947 (Habel, Sockrider, Journal of Immunology 56 (1947) 273-279) beschrieben. Es handelt sich dabei um einen leicht gegen die Horizontale geneigten, rotierenden Zylinder. Die zu bestrahlende Flüssigkeit wird auf die Innenseite des rotierenden Zylinders aufgetragen. Durch die Zentrifugalkraft wird sie dann in Form der benötigten dünnen Schicht an die Innenwand gedrückt. Aufgrund der Neigung des Zylinders wird die Flüssigkeit langsam durch diesen hindurchgeleitet und verläßt ihn nach etwa 8 Sekunden. Entlang der Achsen des rotierenden Zylinders sind ortsfest eine oder mehrere UV- Lampen angeordnet.
In einem weiteren Gerätetyp werden letztlich einzelne Volumenteile der Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht dem UV-Licht ausgesetzt, vgl. US 5, 133,932. Dabei kann nicht sichergestellt werden^ daß die Bestrahlung alle Volumenteile erfaßt und somit die Viren in der Flüssigkeit vollständig abtötet.
Bei einem weiteren Gerätetyp wird die Flüssigkeit durch dünne, um die UV- Lampe herumgewendelte Kapillare geleitet, vgl. US 4,748, 120. Es werden dabei Kapillardurchmesser von unter 1 mm verwendet. Dadurch erreicht man allerdings nur einen geringen Durchsatz.
Unter Berücksichtigung dieser Punkte werden heute häufig Geräte der erstgenannten Kategorie zur Inaktivierung von Viren und anderen pathogenen Erregern in biologischen Flüssigkeiten verwendet, d.h Geräte, die auf der Publikation von Habel et al. von 1947 beruhen. In US 5,567,616 wird ebenfalls eine Vorrichtung offenbart, die in ihrem Aufbau im wesentlichen dem Prinzip des bereits 1947 beschriebenen Geräts entspricht.
Bei Verwendung dieses Gerätetyps mit einem rotierenden geneigten Zylinder wurden jedoch aufgrund fehlerhafter Betriebsbedingungen wiederholt nicht alle Viren abgetötet. Bei diesen Fällen mußten nachträglich erhebliche Mengen an möglicherweise fehlerhaft behandeltem Blutpräparaten aus dem Handel genommen werden, ohne aber hinreichende Sicherheit über die Ursache und den Umfang der fehlerhaften Bestrahlung zu erlangen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Flüssigkeiten, insbesondere biologischen Flüssigkeiten, wie Seren zu schaffen, die Sicherheitseinrichtungen zur Vermeidung oder Früherkennung einer Fehlbestrahlung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst. Diese Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit unter definierten Bedingungen weist einen rotierenden Zylinder mit einem oberen Zufluß, einem unteren Abfluß und einer Bestrahlungseinheit auf, wobei der Zylinder einen Neigungswinkel (α) mit der Horizontalen einschließt. Der schräg stehende Zylinder rotiert um seine eigene Achse. In den oberen Zufluß wird die zu bestrahlende Flüssigkeit eingeleitet. Durch die Zentrifugalkraft wird die eingeleitete Flüssigkeit an die Zylinderinnenwand gepreßt und bildet dort die benötigte dünne Schicht. Entlang der Achse des Zylinders sind mehrere UV- Lampen zur Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht angebracht, die für eine intensive Bestrahlung der Flüssigkeit sorgen. Zur Inaktivierung der Viren und pathogenen Erregern in biologischen Flüssigkeiten, wie zum Beispiel in Blutseren, wird UV-Licht, insbesondere UVC-Licht, verwendet. Hierbei wird bevorzugt Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm verwendet. Bestrahlung mit dieser Wellenlänge führt einerseits zu einer relativ geringen Proteinschädigung und andererseits aber auch zu einer effektiven Virusinaktivierung. Darüber hinaus können dabei auch Quecksilberlampen eingesetzt werden, die dieselbe Wellenlänge abstrahlen. Ferner kann auch Laser-Licht eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß weist der untere Abfluß zwei Anschlüsse zur Weiterleitung der Flüssigkeit auf, wobei ein Anschluß mit Hilfe einer ersten Steuereinheit verschließbar ist, wenn die Bestrahlung der Flüssigkeit von den definierten Bedingungen abweicht. In diesem Fall kann die Flüssigkeit nur den zweiten, d.h. den unverschließbaren Anschluß passieren. Somit kann die Flüssigkeit nach dem Verschließen des ersten Anschlusses, also nach dem Auftreten einer Störung bei der Bestrahlung, in ein anderes Behältnis umgeleitet, das heißt von der bereits unter Normalbedingungen bestrahlten Flüssigkeitsmenge getrennt aufgefangen werden. Korrekt und möglicherweise inkorrekt bestrahlte Flüssigkeitsmengen werden somit getrennt, sodaß eine Kontamination von zuverlässig bestrahltem Serum mit Viren ausgeschlossen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Steuereinheit vorgesehen, die die Bestrahlungseinheit abschaltet und/oder den oberen Zufluß unterbricht, wenn die Bestrahlung von den definierten Bedingungen abweicht.
Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Kontroll- und Dokumentationseinheit für mindestens einen, vorzugsweise alle folgenden Parameter auf:
a) Intensität der Bestrahlung, b) Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders, c) Neigungswinkel (ct.) des Zylinders, d) Temperatur der Flüssigkeit vor und nach der Bestrahlung, e) Schichtdicke der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders; f) Durchflußrate der Flüssigkeit durch den Zylinder.
Diese Parameter werden in frei einstellbaren Zeitintervallen gemessen und dokumentiert, womit eine lückenlose zeitliche Dokumentation des Betriebzustandes erhalten wird. Vorzugsweise werden diese Betriebsdaten zweifach protokolliert, nämlich sowohl auf einem Drucker als auch auf einem Spei- chermedium, beispielsweise eine wechselbare Festplatte oder einem Zip- Laufwerk, die versiegelt werden können und dessen Band in festen Abständen ausgetauscht werden kann. Das Speichermedium wird benötigt, um die Parameterspeicherung bei einem Ausfall des Druckers sicherzustellen. Desweiteren kann die Aufzeichnung auf dem Speichermedium als fälschungs- sicherer Beweis der Betriebsbedingungen dienen, der nur ausgewählten Personen, etwa des Geräteherstellers, zugänglich ist. Ferner kann die dauerhafte Speicherung auf einem Datenträger auch dazu dienen, dem Benutzer eine statistische Übersicht über seine Parameter zur Verfügung zu stellen. Somit wird erreicht, daß die jeweiligen Betriebsbedingungen später jederzeit und chargenweise rekonstruiert werden können.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Kontroll- und Dokumentationseinheit mit der ersten und, falls vorhanden, auch der zweiten Steuereinheit derart gekoppelt, daß bei Unterschreitung eines vorgebenen Mindestwertes bzw. bei Überschreitung eines vorgebenen Höchstwertes für ein oder mehrere der Parameter, die erste Steuereinheit den verschließbaren Anschluß des unteren Abflusses verschließt und die zweite Steuereinheit die Bestrahlungseinheit abschaltet. Sind beispielsweise die Lampen zu schwach oder ganz ausgefallen, so wird die Bestrahlung automatisch unterbrochen. Gleichzeitig wird der Zufluß der Flüssigkeit in den rotierenden Zylinder beendet. Durch die erste Steuereinheit wird ferner der verschließbare Anschluß am unteren Abfluß verschlossen, so daß die sich zu diesem Zeitpunkt im Zylinder befindliche Restflüssigkeit durch den zweiten Anschluß am unteren Abfluß in einen separaten Behälter umgeleitet wird. Dadurch wird eine Verunreinigung der bereits bestrahlten Flüssigkeitsmenge vermieden. Der zweite Anschluß ist vorzugsweise am unteren Abfluß so angeordnet, daß die aus dem Zylinder abfließende Flüssigkeit nur dann den zweiten Anschluß passiert, wenn der erste verschließbare Anschluß verschlossen ist. In der Praxis kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der zweite Anschluß mit einer ausreichend großen Neigung nach oben gerichtet ist, während der erste verschließbare Anschluß zumindest eine geringere Neigung nach oben hat, bevorzugt aber nach unten weist, so daß die Flüssigkeit aus Gravitationsgründen bei unverschlossenem ersten Anschluß immer durch diesen abfließt.
Die Erfassung der Intensität der Bestrahlung kann beispielsweise durch eine Messung des Lampenstroms und einen Rückschluß auf die dann ausgegebene Intensität erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht in der Anordnung von Meßsensoren in der Nähe der Lampen, wobei die Intensität direkt gemessen werden kann, sodaß Rückschlüsse mit den damit verbundenen Unsicherheiten nicht notwendig sind.
Die Rotationsgeschwindigkeit und der Neigungswinkel des Zylinders können auf herkömmliche Weise mit geeigneten mechanischen oder elektronischen Sensoren gemessen werden.
Durch entsprechende, in der Kontroll- und Dokumentationseinheit vorgesehene Sensoren wird auch, wie bereits erwähnt, die Temperatur der Flüssigkeit vor und nach der Bestrahlung gemessen und überwacht. Die optimale Temperatur, die die zu bestrahlende Flüssigkeit während der Bestrahlung hat, liegt in einem Bereich zwischen 4°C und 8°C. Wird die Temperatur zu hoch, so kann dies zu dauerhaften Schädigungen der Proteine führen, wird sie zu niedrig, so verändert sich die Viskosität der Flüssigkeit, so daß die Bildung einer homogenen Flüssigkeitsschicht erschwert wird. Weicht nun die Temperatur an den, vorzugsweise am Zu- und Abfluß angeordneten Tempe- ratursensoren von den optimalen Temperaturwerten ab, so wird in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Leistung der Kühlung so verändert, daß die optimale Temperatur wieder angestrebt wird. Ist dies nicht möglich, so wird über die bereits erwähnte erfindungsgemäße Kopplung zwischen der Kontroll- und Dokumentationsein- heit mit der ersten und zweiten Steuereinheit die Bestrahlung beendet und die sich zu diesem Zeitpunkt im Zylinder befindliche Flüssigkeit über den zweiten Anschluß des unteren Abflusses in einen separaten Behälter umgeleitet. Die obere Grenztemperatur liegt bei etwa 25°C, die untere Grenztemperatur bei etwa 0°C.
Desweiteren wird mittels der erfindungsgemäßen Kontroll- und Dokumentationseinheit auch die Dicke der Flüssigkeitsschicht ständig gemessen und kontrolliert. Normalerweise sollte die Dicke der Flüssigkeitsschicht in der Größenordnung unter 0,5 mm liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schichtdicke mit Hilfe eines Interferometers gemessen. Das Inter- ferometer besteht aus einem Senderbaustein, der beispielsweise an dem oberen Ende des rotierenden Zylinders eingebaut werden kann und einem Empfängerbaustein, der beispielsweise an dessem unteren Ende angebracht werden kann. Der Sender besteht im allgemeinen aus einem Laser, dessen Lichtstrahl schräg auf die Oberfläche der bestrahlten Flüssigkeit auftrifft. Ein Teil dieses Lichtstrahl wird direkt an der Oberfläche der Flüssigleit reflektiert, der Rest dringt in die Flüssigkeit ein und wird an der Grenzfläche Flüssigkeit/Zylinderinnenwand reflektiert. Die beiden reflektierten Teilstrahlen treffen auf den Sensor. Die Verschiebung des zweiten Lichtstrahl relativ zum ersten ist proportional zur Dicke der Flüssigkeitsschicht. Das System Laser/- Sensor arbeitet in einem Wellenlängenbereich, der von der vorzugsweise verwendeten UVC-Bestrahlung nicht beeinflußt wird, um eine Störung der Schichtdickenmessung zu verhindern. Diese Art der Schichtdickenmessung hat damit auch den Vorteil von allen anderen Parametern der Vorrichtung unabhängig zu sein. Bisher wurde die Schichtdicke meistens durch Intensitätsmessungen des für die Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht verwendeten Lichts nach Transmission durch die Flüssigkeitsschicht bestimmt. Dies hatte einerseits zur Folge, daß der entsprechende Sensor hinter der Flüssigkeitsschicht und somit außerhalb des Zylinders angeordnet werden mußte, was für die Handhabung der Vorrichtung nicht sehr praktisch war und außerdem unterlag dadurch die Schichtdickenmessung auch dem Einfluß anderer Parameter, nicht nur dem der realen Schichtdicke. Transmissionsmessungen können beispielsweise durch Dicken bzw. Dichteschwankungen der Zylinderwand verfälscht werden, ebenso wie durch eine meist unvermeidliche, im Laufe der Zeit auftretende Drift der Lampen. Außerdem muß bei einer solchen Transmissionsmessung bei jedem Wechsel der zu bestrahlenden Flüssigkeit eine neue Kalibrierung auf diese spezielle Flüssigkeit durchgeführt werden. Demgegenüber benötigt man bei der Interferometrie lediglich den leicht bestimmbaren Brechungsindex der jeweils zu bestrahlenden Flüssigkeit. Alternativ zu einer festen Montage des Interferometers innerhalb des Zylinders, kann das Interferometer auch beweglich innerhalb des Zylinders montiert werden, so zum Beispiel rotierend und auf- und abwärtsbewegbar auf der Innenachse des Zylinders. Dadurch wird es möglich die Schichtdicke der Flüssigkeitsschicht an jeder Stelle der Zylinderinnenwand zu bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsmäßigen Vorrichtung wird die Schichtdicke alternativ zur interferometrischen Methode kapazitiv bestimmt. Realisiert werden kann dies beispielsweise durch die Anordnung eines zylinderförmigen Drahtnetzes um die Zylinderachse der Vorrichtung mit einem definierten Abstand zur Innenwand des Zylinders. Das Drahtnetz und der rotierende Zylinder stellen einen Kondensator dar, dessen Kapazität u.a. vom Medium zwischen seinen beiden Kondensatorplatten bestimmt wird. Dieses Medium besteht in diesem Fall aus Teilen der Gasatmosphäre, die im Inneren des Zylinders vorhanden ist, und der Flüs- sigkeitsschicht, deren dielektrische Eigenschaft die Kapazität des Kondensators somit mitbestimmt. Ändert sich die Schichtdicke der Flüssigkeit, so ändert sich auch die Kapazität des Kondensators; die Kapazität dieses Kondensators kann jederzeit durch eine Schwingkreisschaltung gemessen werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Motor zur Verstellung des Neigungswinkels (α) des Zylinders auf. Dieser Motor ist vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Kontroll- und Dokumentationseinheit gekoppelt. Nimmt die Intensität der UVC-Bestrahlung der Lampen als Folge des natürlichen Alterungsprozesses der Lampen ab, so wird erfindungsgemäß mit Hilfe des Motors auch die Neigung des Zylinders in Richtung auf eine flachere Einstellung verändert. Die Aufenthaltszeit der zu bestrahlenden Flüssigkeit in dem Zylinder wird dadurch verlängert. Unterschreitet der Neigungswinkel einen vorher eingestellten Mindestwert, der im allgemeinen bei etwa 2° liegt, so wird eine Fehlermeldung ausgelöst und die Bestrahlung wird mit Hilfe der zweiten Steuereinheit beendet.
Falls sich spontan oder unter dem Einfluß des gerade beschriebenen Regel- kreises von UV-Sensor und Neigungswinkelmotor die Dicke der Flüssigkeitsschicht verändert, so wird vorzugsweise die Leistung der Pumpe, d.h. die Pumprate, angepaßt. Sollte die Schichtdicke trotz verringerter Pumpleistung noch zu groß sein, so wird die Bestrahlung wiederum über die zweite Steuereinheit beendet und/oder der obere Zufluß unterbrochen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ebenfalls über eine Kopplung der Pumpe mit der Kontroll- und Dokumentationseinheit dafür gesorgt, daß bei einer Abweichung der Durchflußrate der Flüssigkeit von einem vorgegebenen Wert, die Leistung der Pumpe so verändert wird, so daß der vorgebene Wert für die Durchflußrate wieder erreicht wird. Ist dies nicht möglich, so wird die Bestrahlungseinheit abgeschaltet und/oder der obere Zufluß für die Flüssigkeit unterbrochen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Alarmeinheit vorgesehen, die immer dann Alarm auslöst, wenn ein vor- gegebener Mindest- oder Höchstwert für einen oder mehrere oben genannter Parameter, nämlich für die Intensität der Bestrahlung, für die Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders, für den Neigungswinkel (et) des Zyliners, für die Temperatur der Flüssigkeit vor und nach der Bestrahlung und für die Schichtdicke der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders, unter- bzw. überschritten wird. Dadurch erhält der Anwender der erfindungsmäßigen Vorrichtung bei einer auftretenden Störung, unabhängig von der automatischen Abschaltung der Bestrahlung durch die zweite Steuereinheit und der automatischen Umleitung der fehlerhaft bestrahlten Flüssigkeit, die sich zum Zeitpunkt der Störung innerhalb des Zylinders befand, durch den unverschließbaren Anschluß an dem unteren Auslaß in ein separates Behältnis, sofort Nachricht von der Störung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit;
Fig. 2 Vergrößerte Ansicht eines erfindungsgemäßen Abflusses des
Zylinders einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit.
In Figur 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die hier gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besteht aus einem Zylinder 2, der drehbar auf einer Stützvorrichtung 3 montiert ist. Mittels eines Motors 4 läßt sich der Neigungswinkel α, den der Zylinder 2 mit der Horizontalen einschließt, in weiten Grenzen beliebig einstellen. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel etwa 10°. Der Zylinder 2 läßt sich durch einen weiteren Motor in Rotation um die Zylinderachse 5 versetzen. Entsprechend der veränderbaren Leistung des Motors kann die Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders 2 variiert werden. In der Regel beträgt die Geschwindigkeit etwa 150 Umdrehungen pro Minute. Durch den oberen Zufluß 6 in dem Zylinder 2 wird die zu bestrahlende Flüssigkeit eingeleitet. Durch die durch die Rotation des Zylinders 2 bewirkte Zentrifugalkraft wird die eingeleitete Flüssigkeit an die Innenwand des Zylinders 2 gepreßt und bildet dort die benötigte dünne Schicht. In Abhängigkeit von der Neigung des Zylinders 2 fließt die Flüssigkeit mit entsprechender Geschwindigkeit entlang der Innenwand des Zylinders 2 bis zum Abfluß 7. Der Abfluß 7 weist zwei Anschlüsse 8 und 9 auf, wobei Anschluß 8 verschließbar ist, beispielsweise durch ein Ventil. Es ist eine erste Steuereinheit 10 vorgesehen, mit deren Hilfe sich Anschluß 8 verschließen läßt. Entlang der Zylinderachse 5 sind mehrere UV-Lampen 11 fest montiert, mit deren Hilfe die Flüssigkeitsschicht bestrahlt wird. Die UV-Lampen 11 werden mit einer separaten Versorgung 12 versorgt. Zur Inaktivierung der Viren und/- oder anderer pathogener Erreger wird vorzugsweise Licht mit einer Wellenlänge im Bereich um 254 nm verwendet. Mit Hilfe einer zweiten Steuereinheit 13 kann die Bestrahlung abgestellt werden, das heißt die UV-Lampen 11 können dadurch abgeschaltet werden. Beide Steuereinheiten 10 und 13 sind mit einer erfindungsgemäßen Kontroll- und Dokumentationseinheit 14 gekoppelt. Die Kontroll- und Dokumentationseinheit 14 weist verschiedenartige Sensoren auf, mit deren Hilfe die verschiedenen, für die effektive Bestrahlung der Flüssigkeit wesentlichen Parameter gemessen werden können. Die Intensität der Bestrahlung, das heißt die Intensität der UV-Lampen 11 wird beispielsweise über eine Messung des Lampenstroms bestimmt; das entsprechende Signal wird somit durch ein Amperemeter geliefert. Es könnten hier auch UVC-Sensoren verwendet werden. Die Rotationsgeschwindigkeit und der Neigungswinkel des Zylinders 2 werden mittels elektronischer oder mechanischer Sensoren bestimmt, die Temperatur mit geeigneten Thermoele- menten, bzw. Temperaturfühlern und die Schichtdicke mit einem Interferometer 15. Das Interferometer 15 besteht aus einem Senderbaustein 16 nämlich einem Laser, der am oberen Ende des Zylinders 2 eingebaut ist, und einem Empfängerbaustein 17, der am unteren Ende des Zylinders 2 angebracht werden kann. Die Kontroll- und Dokumentationseinheit 14 weist ferner einen Drucker und ein weiteres versiegelbares Speichermedium auf, um die Betriebsdaten protokollieren und reproduzieren zu können.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des unteren Abflusses 7 am Zylinder 2. Erkennbar sind neben dem Einlauf 18 aus dem Innenraum des Zylinders 2 die zwei Anschlüsse 8 und 9 des Abflusses 7 des Zylinders 2, wobei Anschluß 8 verschließbar ist, zum Beispiel mittels eines Ventils. In der hier dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform ist die geometrische Anordnung der Anschlüsse 8 und 9 dergestalt, daß Anschluß 8 senkrecht nach unten weist während der unverschließbare Anschluß 9 schräg nach oben weist. Dadurch wird erreicht, daß bei geöffnetem Anschluß 8 die bestrahlte Flüssigkeit aus Gravitationsgründen immer durch diesen Anschluß abfließt und nur dann, wenn Anschluß 8 verschlossen ist, den Weg durch Anschluß 9 sucht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit unter definierten Bedingungen mit einem rotierenden Zylinder mit einem oberen Zufluß, einem unteren Abfluß und einer Bestrahlungseinheit, wobei der Zylinder einen Neigungswinkel (ä) mit der Horizontalen einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abfluß zwei Anschlüsse zur Weiterleitung der Flüssigkeit aufweist, wobei ein Anschluß mit Hilfe einer ersten Steuereinheit verschließbar ist, wenn die Bestrahlung der Flüssigkeit von den definierten Bedingungen abweicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinheit, die die Bestrahlungseinheit abschaltet und/oder den oberen Zufluß unterbricht, wenn die Bestrahlung von den definierten Bedingungen abweicht.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Kontroll- und Dokumentationseinheit zur Überwachung und Aufzeichnung von mindestens einem der folgenden Parameter aufweist: a) Intensität der Bestrahlung, b) Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders, c) Neigungswinkel (a) des Zylinders, d) Temperatur der Flüssigkeit vor und nach der Bestrahlung, e) Schichtdicke der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders, f) Durchflußrate der Flüssigkeit durch den Zylinder.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontroll- und Dokumentationseinheit mit der ersten und, falls vorhanden, zweiten Steuereinheit derart gekoppelt ist, daß bei Über- bzw. Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest- bzw. Höchstwertes für einen oder mehrere der Parameter a) bis e), die erste Steuereinheit den verschließbaren Anschluß des unteren Abflusses verschließt und die zweite Steuereinheit die Bestrahlungseinheit abschaltet und/oder den oberen Zufluß unterbricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor- richtung eine Alarmeinheit aufweist, die Alarm auslöst, wenn ein vorgebener
Mindest- bzw. Höchstwert für einen oder mehrere der Parameter a) bis e) über- bzw. unterschritten wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Interferometer zur Messung der Schichtdicke der Flüssigkeit innerhalb des
Zylinders.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine kapazitive Meßvorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Motor zur Verstellung des Neigungwinkels (ä) des Zylinders aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zur Verstellung des Neigungswinkels (ä) des Zylinders derart mit der Kontroll- und Dokumentationseinheit gekoppelt ist, daß der Neigungswinkel (ä) des Zylinders in Abhängigkeit von der Intensität der Bestrahlung angepaßt wird.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Pumpe zum Einleiten der Flüssigkeit in den oberen Zufluß des Zylinders aufweist, die derart mit der Kontroll- und Dokumentationseinheit gekoppelt ist, daß die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Flüssigkeit angepaßt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe derart mit der Kontroll- und Dokumentationseinheit gekoppelt ist, daß bei einer Abweichung der Durchflußrate der Flüssigkeit von einem vorgegebenen Wert die Leistung der Pumpe so verändert wird, so daß der vorgebene Wert für die Duchflußrate wieder erreicht wird.
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