DE60004509T2 - Sterilisator mit vakuumunterstützter luftentfernung - Google Patents

Sterilisator mit vakuumunterstützter luftentfernung Download PDF

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Dorin Cioraca
C. Eduardo GHELMAN
Edward House
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L. Winston ZENG
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    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/9029With coupling

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die Technik von automatischen Sterilisatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung einen automatischen Sterilisator; welcher besonders gestaltet ist zum Sterilisieren von medizinischen und zahnmedizinischen Instrumenten.
  • Hintergrund
  • Sterilisatoren für medizinische Instrumente des Standes der Technik können groß sein, wie etwa Sterilisatoren, welche in Krankenhäusern verwendet werden, oder kleiner sein, wie etwa Sterilisatoren, welche gestaltet sind zur Verwendung in einer Zahnarztpraxis und problemlos auf einen Tisch passen. Ein Beispiel des letztgenannten Typs ist dargestellt im US-Patent 5 271 893 (Newman).
  • Die Anforderungen zum Sterilisieren medizinischer Instrumente sind generell vorgegeben durch Behörden. Daher bestand die Herausforderung in der Schaffung einer erschwinglichen Vorrichtung, welche fähig ist zu einem automatischen Durchführen des vorgeschriebenen Verfahrens in der kürzestmöglichen Zeitspanne. Eine Anforderung ist, dass das Instrument, welches zu sterilisieren ist, gesättigtem Dampf bei einer vorgeschriebenen Temperatur für eine vorgeschriebene Zeitspanne ausgesetzt wird. Daher muss der Innenraum des Sterilisators gefüllt werden mit gesättigtem Dampf, was bedingt, dass die Luft im Sterilisator schnellstmöglich ersetzt wird durch gesättigten Dampf.
  • Das im US-Patent 5 271 893 dargestellte System beruht auf einer Kanalisierung von einströmendem Dampf zu einem Ende einer Kassette, während ermöglicht wird, dass Luft aus dem anderen Ende strömt, um die Luft herauszuspülen und sie vollständig durch den Dampf zu ersetzen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein erfindungsgemäßer Tisch-Sterilisator (desktop sterilizer) realisiert ein vorgeschriebenes Sterilisierprotokoll schnell und wirksam. Das System sieht eine Armatur aus extrudiertem Aluminium vor, welches ein Gehäuse oder eine Umfassung für eine tragbare Kassette bildet. Die Wände der Armatur umfassen eine Vielzahl von Hohlräumen, welche getrennt sind durch Steganordnungen, so dass die Wände thermisch bzw. die Wände isolieren, hochfest gegen eine Verformung während eines Druckaufbaus und leicht sind. Die entfernbare Kassette kann von verschiedener Art sein und ist vorzugsweise von der in der kanadischen Patentanmeldung 2,268,042 beschriebenen Art.
  • Das System umfasst ferner einen Dampfgenerator zum Erzeugen von Dampf durch Sprühen von Wassertröpfchen auf ein spiralartiges Heizelement. Die Zufuhr von Wasser zum Dampfgenerator wird gesteuert in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizelements, und der Dampfgenerator ist ausgerichtet zum Akzentuieren der Änderungen, um die Empfindlichkeit der Temperaturmessung zu erhöhen.
  • Die Armatur ist verbunden mit einer Vakuumpumpe und dem Dampfgenerator, dessen Betrieb gesteuert wird, um die Kassette zu evakuieren durch ein Vakuum und anschließend zu versorgen mit gesättigtem Dampf, in Übereinstimmung mit einem Verfahren, welches wirksam und effizient dem vorgeschriebenen Sterilisierungsprotokoll bzw. der Sterilisierungsvorschrift entspricht. Da die Armatur bei dem bevorzugten Verfahren evakuiert wird, kann der Sterilisator einem Vakuum ausgesetzt werden, und dennoch eine Gestaltung aufweisen, welche eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sterilisators.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Armaturelements des in 1 dargestellten Sterilisators.
  • 3 ist eine aufgebrochene Ansicht der Armatur des Sterilisators von 1, welche eine Kassette trägt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Dampfgenerator-Elements des Sterilisators von 1.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht des Dampfgenerators von 4, wobei die Oberseite entfernt ist.
  • 6 ist eine Unteransicht des Dampfgenerators von 4.
  • 7a ist eine Explosionsansicht einer bevorzugten Düse für den Dampfgenerator von 4.
  • 7b ist ein vertikaler Querschnitt der in 7a dargestellten Düse.
  • 8 ist eine schematische Ansicht der Elemente und Zwischenverbindungen des Sterilisators von 1.
  • 9 ist eine schematische Ansicht, welche eine Vakuumerzeugung (vacuum draw) mit Dampf unter Verwendung zweier Wärmetauscher darstellt.
  • Genaue Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Bezugnehmend auf 1, umfasst ein erfindungsgemäßer Sterilisator ein Gehäuse 2 zum Tragen einer Vielzahl von Elementen, wie unten genau erläutert. Der Sterilisator ist derart gestaltet, dass er verhältnismäßig klein ist, beispielsweise geeignet auf einen Tisch in einer Arztpraxis bzw. Zahnarztpraxis gestellt werden zu können. Der dargestellte Sterilisator enthält lediglich eine Kassette, jedoch könnte er derart gestaltet sein, dass er mehr als eine Kassette enthält. Die Kassetten nehmen Instrumente auf, welche zu sterilisieren sind, und sind vorzugsweise hergestellt aus einem verhältnismäßig dünnen Metall, um Kosten und Gewicht zu verringern.
  • Der Sterilisator stellt mindestens einen Hohlraum 4 (Kavität), zum Aufnehmen einer Kassette, bereit und eine Tür 6 ermöglicht einen Zugang zum Hohlraum. Die Tür ist vorzugsweise mittels einer bekannten Scharnierstruktur in einer derartigen Weise montiert, dass ihre Innenfläche 8, wenn sie sich in der geöffneten Position, wie dargestellt, befindet, bündig ist mit der Bodenfläche des Hohlraums. Diese Anordnung erleichtert eine Einführung und Entfernung der Kassette. Der Umfang der Hohlraumöffnung ist ferner versehen mit einer Dichtung 10 zum Ermöglichen eines Erzeugens eines Vakuums im Hohlraum 4, wie unten beschrieben. Eine Anzeige 12 ist vorgesehen zur Mitteilung verschiedener Aspekte des Verfahrens an einen Bediener.
  • Eine bevorzugte Armaturkomponente des Sterilisators wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • Traditionelle Dampfsterilisatoren verwenden einen zylindrischen Druckkessel zum Aufnehmen sowohl der zu sterilisierenden Ladung, wie etwa medizinische Instrumente, als auch des Dampf-Sterilisiermittels. Da der Dampf auf einem erheblichen Druck gehalten werden muss, um die Temperaturen zu erreichen, welche nötig sind für eine wirksame Sterilisation, erzeugt er eine große Kraft auf die Wände des Druckkessels. Der Sterilisationskessel muss in der Lage sein, dieser Kraft bei minimaler Verformung oder Ablenkung standzuhalten, um die Dichtungen richtig arbeiten zu lassen. Wenn der Kessel zu stark verformt wird, werden die Dichtungen unwirksam und Dampf tritt aus dem Kessel aus. Selbstverständlich muss der Kessel auch in der Lage sein, die Gesamtbeanspruchungen aufzunehmen, welche durch die Kräfte eines Druckaufbaus entstehen.
  • In dem Kassetten-Autoklaven der Erfindung sind die Aufnahme-Funktionen des Dampfsterilisiermittels und der Kraft durch zwei separate Komponenten vorgesehen. Eine Kassette liefert die Dampfeinschlussfunktion, während eine Armatur 14, dargestellt in 2, einen Krafteinschluss liefert. Um eine wirksame Verwendung von Raum zur Aufnahme von Instrumenten durch die Kassette zu erreichen, sind die Kassette und somit die Armatur vorzugsweise von rechteckigem Querschnitt.
  • Frühere Ausführungsbeispiele der Armatur (beispielsweise der im US-Patent 5,271,893 verwendeten) bestanden aus geschweißten Stahlplatten, welche zum Korrosionsschutz lackiert wurden. Diese Armatur war schwer und erforderte umfassende Tests, um sicherzustellen, dass die Schweißnähte fehlerfrei waren. Ferner war die frühere Armatur nicht derart gestaltet, dass sie druckdicht war, da die Kassette den Dampf enthielt und keiner Vakuumerzeugung ausgesetzt war.
  • Die Armatur 14 der vorliegenden Erfindung ist jedoch einfacher herzustellen, leichter, genauer in ihren Maßen und weniger teuer als die frühere Armatur. Ferner ist sie, während die Armatur 14 für den im '893 Patent beschriebenen herkömmlichen Kassettensterilisator verwendbar ist, besonders nützlich bei der vorliegenden Erfindung, da sie druckdicht ist, so dass eine Vakuumerzeugung im Hohlraum, welcher die Kassette aufnimmt, ermöglicht wird (vacuum withdrawl).
  • Die Armatur 14 ist ein extrudiertes Profil mit zwei im Abstand befindlichen Wänden 16 und 18, wobei die Wand 16 ein Gehäuse bzw. eine Umfassung 20 bildet. Die Wände sind verbunden durch eine Reihe oder Folge von Rippen 22 bzw. Stegen, welche so bemessen und angeordnet sind, dass die beiden Wände und die Rippen die Beanspruchungen wirksam tragen. Die Stege und die Doppelwand dienen zum Erhöhen des Widerstandsmoments der Struktur, wodurch die Biegesteifigkeit erhöht (bzw. eine Verformung vermindert) wird, ohne das Gewicht wesentlich zu erhöhen.
  • Die Stege ermöglichen ferner eine Zirkulation eines Kühl- bzw. Heizfluids (Luft, Wasser, Dampf, Hydraulikfluidum oder Öl) zwischen den Wänden, vorausgesetzt, dass der Extrusionsabschnitt befestigt ist an einem geeigneten (nicht dargestellten) Verteiler. Ferner ist, da die Armatur extrudiert ist, die Innenwand druckdicht und kann problemlos von jeder beliebigen Länge hergestellt werden.
  • Der Querschnitt des Extrusionsabschnitts ist rechteckig dargestellt, jedoch ist er nicht auf irgendeine bestimmte Form beschränkt. Vorzugsweise folgt der Querschnitt der Kassettengröße und -form und kann rechteckig, quadratisch, rund, elliptisch oder eine beliebige andere Form sein. Das Armaturmaterial kann Aluminium, Magnesium, Titan oder ein beliebiges anderes Material sein, welches extrudiert werden kann. Bei dem bevorzugten Sterilisator von 1 besteht die Armatur aus Aluminium.
  • 3 zeigt weitere Einzelheiten der Struktur des bevorzugten Sterilisators zum Tragen einer Kassette 28. Die Armatur 14 ist montiert im Sterilisatorgehäuse durch verschiedene Halterungen, welche nicht dargestellt sind. Eine Rückplatte 24 ist befestigt an der Rückseite der Armatur mittels (nicht dargestellter) Schrauben oder Bolzen, welche durch Durchgangslöcher 26 verlaufen, und die Armatur ist angebracht am Gehäuse. Die Armatur 14 ist zur Rückplatte abgedichtet, etwa durch eine (nicht dargestellte) Dichtung, um einen abgedichteten Hohlraum zu erhalten, wenn die Tür 6 gegen die Dichtung 10 geschlossen ist. Der Hohlraum des bevorzugten Sterilisators ist keinem positivem Überdruck ausgesetzt, was bedeutet, dass die Tür und die Rückplatte nicht in der Lage sein müssen, den nach außen gerichteten Kräften zu widerstehen. Der Hohlraum des Sterilisators wird evakuiert durch eine Öffnung 30 während Evakuierungsphasen, wie unten beschrieben, und dadurch einem Vakuumdruck ausgesetzt. So werden die Tür und die Rückplatte lediglich negativen Überdrücken (Messdrücken) ausgesetzt.
  • Die Tür 6 ist gestaltet, einer "negativen Atmosphäre" standzuhalten, und da die Tür gegen die Dichtung 10 während einer Evakuierung des Hohlraums 4 durch einen Druck von außen gehalten wird, ist die Hauptanforderung, dass die Tür unter den durch diesen Druck erzeugten Kräften nicht beult bzw. sich nicht wölbt.
  • Ein Erwärmen der Kassette ist nötig während des Sterilisationszyklus, und elektrische Heizplatten 32, welche jeweils angeordnet sind zwischen der oberen und der unteren Fläche der Kassette und der Armatur, führen dies durch.
  • Während der Sterilisationsphase erzeugt ein zu der Kassette zugeführter Dampf einen Überdruck. Die Kassette 28 besteht jedoch aus einem leichtgewichtigen Material und kann dieser großen Druckdifferenz nicht standhalten. Daher ist der Hohlraum derart gestaltet, dass die Armatur 14 der durch diesen Druck erzeugten Kraft standhält.
  • Der Druck auf die obere und die untere Fläche der Kassetten werden übertragen zur Armatur durch die Heizplatten 32. Die Drücke auf die Seiten der Kassette werden übertragen zur Armatur durch die Isolierplatten 34, und der Druck auf die Rückseite der Kassette wird übertragen zur Armatur durch die hintere Isolierplatte 36. Die Isolierplatten sind angeordnet auf den Seiten des Hohlraums zum Eingriff mit oder zum Stützen der Kassette bzw. den verstärkenden Druckfang- bzw. Prallvorrichtungen auf der Kassette, und die Rückplatte trägt eine hintere Isolierplatte zum Eingriff an einer hinteren Druckfang- bzw. Prallvorrichtung („bumper") der Kassette.
  • Aus der beschriebenen Struktur ist ersichtlich, dass eine Kassette, wie etwa die in der erwähnten kanadischen Patentanmeldung beschriebene, leicht eingeführt wird in den Hohlraum durch Öffnen der Tür und Hineinschieben der Kassette. Ein Einführen der Kassette führt zu einem Eingriff von Ventilen auf oder an der Kassette mit (nicht dargestellten) Sensoren oder Sonden, welche auf der Rückplatte getragen werden, um das Innere der Kassette mit dem Dampfsystem, welches unten beschrieben ist, zu verbinden. Ferner erfasst ein magnetisch ansprechender Reed-Schalter, welcher Teil der Steuerschaltung ist, eine Einführung der Kassette.
  • Ein bevorzugter Dampfgenerator zur Verwendung bei der Erfindung ist dargestellt in 4 bis 6. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dampfgenerators, welches zwei Abschnitte, eine obere tiefgezogene Kappe 38 und eine untere rostfreie Stahlbasisplatte 40, umfasst. Die beiden Abschnitte des Dampfgenerators sind miteinander verbunden unter Verwendung einer Radialstruktur oder eines solchen Musters von Schrauben 42 und Muttern 44, wobei eine Dichtung 46 zwischen den beiden Abschnitten angeordnet ist. Dies ermöglicht eine leichte Demontage des Dampfgenerators zu Wartungszwecken. Der erzeugte Dampf wird zu dem System geleitet durch einen Auslass 48 auf der Kappe. Ein herkömmliches Überdruckventil 50 ist angebracht auf der Kappe als eine Sicherheitsvorrichtung, um eine Zerstörung des Dampfgenerators zu vermeiden.
  • 5 zeigt eine Basisplatten-Teilanordnung. Ein spiralartiges Heizelement 52 ist montiert auf der Basisplatte 40 und umfasst zwei Anschlüsse 54 und 56, welche sich nach unten durch die Platte erstrecken. Die Anschlüsse sind befestigt an der Basisplatte 40 durch eine übliche Einrichtung, wie etwa durch Schweißen, um sicherzustellen, dass kein Austreten an der Grenzfläche mit der Platte auftritt. Der Spulenabschnitt des Heizelements 52 ist auf die Basisplatte montiert, so dass er sich frei nach außen und nach oben bewegen kann, wodurch übermäßige Beanspruchungen, bewirkt durch eine Wärmeausdehnung bzw. Kontraktion des Elements, vermieden werden. Dies wird erreicht durch Befestigen einer Stange 58, welche aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Material besteht, an der Basisplatte durch eine mittige Klammer 60, welche wiederum befestigt ist an der Basisplatte durch eine Punktschweißung. Die Stange erstreckt sich über das Heizelement und hält es an der Basisplatte, um zu gewährleisten, dass kein Spalt existiert, zwischen der Unterseite des Heizelements und der Oberseite der Basisplatte. Dies verhindert ein Festsetzen oder Einschließen von Wasser bzw. Dampf zwischen dem Heizelement und der Platte und ermöglicht dennoch ein Ausbiegen der Stange zusammen mit dem Heizelement, infolge einer Wärmeausdehnung. Ein Thermoelement 62 ist eingeführt durch die Unterseite der Basisplatte und ist daran befestigt durch eine Druck- oder Rohrverschraubung 64 (siehe 6). Das temperaturfühlende Ende des Thermoelements ist befestigt an dem Heizelement durch eine übliche Einrichtung, wie etwa durch Löten. Eine thermische Sicherung 67, oder ein Thermoschalter, ist angebracht an der Unterseite der Basisplatte, um ein thermisches Abschalten zu bewirken, wenn sich das Heizelement überhitzt.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Dampfgenerator angebracht auf der Armatur durch eine übliche Einrichtung, so dass die Heizspule bezüglich der Horizontalen geneigt ist. Dies erzeugt einen kleinen Bereich des Elements, welcher außerordentlich empfindlich gegenüber einer Änderung des Wasserniveaus im Innern des Dampfgenerators ist. Wenn das Wasserniveau in dem geneigten Dampfgenerator infolge einer Dampferzeugung abnimmt, wird der Bereich des Heizelements, welcher sich etwas höher befindet, zuerst freigelegt, wodurch ein sprunghafter Anstieg der Temperatur an diesem Bereich des Heizelements bewirkt wird, wenn dieser zuerst oder das erste mal freigelegt wird, da zu diesem Zeitpunkt die übrige Spule mit Wasser bedeckt bleibt. So erhöht ein Anordnen des Thermoelements 62 in diesem Bereich des Heizelements die Ansprechgeschwindigkeit der Steuervorrichtung des Systems, wodurch ein Pumpen von Wasser in den Dampfgenerator bei Bedarf oder auf Anforderung ermöglicht wird.
  • Um eine Dampferzeugung zu erleichtern, zerstäubt eine Sprühdüse 66, welche angeordnet ist auf der oberen Mitte des Dampfgenerators, das Einlasswasser. Die Sprühdüse bricht die Wassertröpfchen auf zu einem Nebel, wodurch der Gesamtflächenbereich des Wassers vergrößert und die Zeit verringert wird, welche benötigt wird, um das Fluid in den Zustand von gesättigtem Dampf zu bringen. 7a und 7b zeigen ein bevorzugtes Sprühdüsen-Ausführungsbeispiel, bestehend aus einem Schnell-Verbindungsstück 68, welches in ein Düsenverbindungsstück 70 geschraubt wird, wobei eine O-Ringdichtung 72 zwischen diesen angeordnet ist, um eine Undichtheit zu vermeiden. Wasser wird unter Druck zugeführt von einer Pumpe 74 (siehe 8) zum Einlass 76 des Akzelerator-Verbindungsstücks und wandert nach unten durch ein Kreuzloch 78 und somit in einen spiralartig nach unten verlaufenden Trapezgewindekanal 80 (acme threaded channel). Ein ähnlicher spiralartiger Kanal kann vorgesehen sein in anderen Ausführungsbeispielen dieser Gestaltung. Das Wasser wandert nach unten in einer spiralartigen Bewegungsbahn, wobei es einen Drehimpuls gewinnt und beschleunigt und schließlich in einen konischen Behälter 82 austritt, welcher zu einer kleinen Öffnung 84 in dem Düsenverbindungsstück 70 führt. Die plötzliche Ausdehnung beim Austreten durch die Öffnung, zusammen mit der Zentrifugalkraft, bewirkt ein Heraussprühen des Wassers in dem gewünschten konischen Sprühmuster, wobei ein wesentlicher Abschnitt des Heizelements bei Kontakt überdeckt bzw. abgedeckt wird. Dieses Sprühmuster erleichtert die Dampferzeugung sehr und liefert gleichzeitig eine gleichmäßige Kühlung des Heizelements, wodurch die hervorgerufenen Wärmebeanspruchungen im Heizelement verringert werden. Die Öffnung bzw. Mündung der Sprühdüse hat eine Größe, welche ein – zu Zyklusunterbrechungen führendes – Verstopfen der Düse verhindert.
  • Der Betrieb des Systems wird nun beschrieben, in Verbindung mit 8 und 9. 8 zeigt schematisch die Zwischenverbindung verschiedener Elemente zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Sterilisatorsystems. 9 ist eine schematische Ansicht, welche lediglich einen Funktionsabschnitt des in 8 dargestellten Systems während einer Dampf-Vakuumerzeugung darstellt. Das zu beschreibende Verfahren führt einen Sterilisationszyklus aus, welcher derzeit vorgeschrieben ist, und es ist zu erkennen, dass die beschriebene Struktur auf andere Zyklen angewandt werden könnte und dass die Grundgedanken des Verfahrens angewandt werden könnten auf andere Verfahren.
  • Bezugnehmend auf 8, beginnt der Sterilisationszyklus, wenn eine Kassette 28 vollständig in den Hohlraum 4 eingeführt ist und die Tür 6 geschlossen ist. Das Einführen der Kassette wird durch einen magnetisch betätigten Reed-Schalter 86 erkannt, welcher sich am Ende des Hohlraums befindet, und ein vollständiges Schließen der Tür erkennt ein Türschalter 88, wobei das Schließen dieser Schalter zu einer Aktivierung einer Steuerschaltung führt, welche einen Ablauf des Sterilisationszyklus steuert. Im eingeführten Zustand ist die Kassette ferner verbunden mit dem zu beschreibenden Ventilsystem, durch Geber oder Sonden, welche in Kupplungsabschnitte der Kassette eingreifen.
  • Nach einem vollständigen Einführen der Kassette werden die Heizplatten 32 aktiviert, welche die Kassette erwärmen und den Druck im Innern der Kassette erhöhen. Der Abstand zwischen der oberen und der unteren Heizplatte ist vorzugsweise größer als die Höhe einer kalten Kassette, um eine einfache Einführung der Kassette zu ermöglichen, und eine Ausdehnung der Kassette führt zu einem vollständigen Angreifen der Kassette an der oberen und der unteren Heizplatte. Wie oben erwähnt, umfasst der Hohlraum ferner Isolierplatten, welche in Eingriff mit den Seiten und der Rückseite der Kassette stehen, wenn diese vollständig eingeführt ist.
  • Die Heizplatten können gegen die Armatur wärmeisoliert sein, um den Heizwirkungsgrad zu erhöhen, und die Temperatur der Heizplatten wird überwacht durch Thermoelemente 90. Die Temperatur der Heizplatten wird derart gesteuert, dass sie innerhalb einiger (weniger) Grade der Sterilisationstemperatur bleibt, welche nötig ist für die zu sterilisierenden besonderen Instrumente. Ein Steuern der Temperatur der Kassette verhindert eine Kondensation von Dampf im Innern der Kassette einerseits, und eine Beschädigung der zu sterilisierenden Artikel durch Überhitzung andererseits.
  • Die Kassette muss gefüllt werden mit gesättigtem Dampf während der Sterilisationsphase, und die Luft in der Kassette muss zuerst entfernt werden. Da die Kassette aus einem verhältnismäßig dünnen Material besteht, welches den durch ein Vakuum erzeugten Kräften nicht standhalten kann, wird der Hohlraum 4, welcher die Kassette umgibt, gleichzeitig mit der Kassette evakuiert, wodurch die auf die Kassette wirkende Druckdifferenz sehr klein ist. In Übereinstimmung mit dem bevorzugten Betrieb des Sterilisators wird Luft entfernt, durch eine zweistufige Vakuumpumpe 92, nachdem die Temperatur der Kassette sich in der Nähe der Sterilisationstemperatur befindet. Diese Vakuumpumpe ist verbunden mit dem System durch eine geeignete Rohrleitung, wie etwa Norprene®. Im aktivierten Zustand zieht die Vakuumpumpe Luft aus dem Hohlraum durch Rückschlag- oder Sperrventile 94 und 96 und ein Verbindungsstück oder Passung 98, welches angebracht ist an der Rückplatte 24 und mit dem Hohlraum durch Öffnung 30 kommuniziert. Es ist zu erkennen, dass diese Anordnung eine Anwendung von Vakuum auf den Hohlraum zeitgleich mit einer Anwendung eines Vakuums auf die Kassette sicherstellt, so dass ein Kollabieren der Kassette ausgeschlossen ist.
  • Ein Herausziehen (Abziehen) von Luft aus dem Hohlraum, welcher die Kassette umgibt, ermöglicht eine kostengünstigere Kassette, da diese nicht die Festigkeit aufweisen muss, welche nötig ist, um den aus den Vakuumdrücken resultierenden Kräften standzuhalten. Dies verlängert den Zyklus etwas, da zusätzliche Luft aus dem Hohlraum herausgezogen werden muss, jedoch wird die zusätzliche Zeit minimiert, durch ein Anpassen der Form des Hohlraums an die Form der Kassette, wodurch das Volumen von aus dem Hohlraum zu entfernender Luft bei eingeführter Kassette sehr klein ist. Der Druck im Hohlraum wird vorzugsweise erfasst durch einen Sensor 100.
  • Die Vakuumpumpe 92 ist verbunden mit der Kassette in zwei Weisen. Zuerst ist die Pumpe verbunden mit einem Auslass(anschluss) der Kassette durch eine Sonde 102, wenn die Kassette vollständig eingeführt ist, wie beschrieben in der erwähnten kanadischen Patentanmeldung. Die Sonde ist verbunden mit der Vakuumpumpe über einen Wasserabscheider 104, ein Vakuumventil 106 und einen regulären Wärmetauscher 108. So evakuiert die Vakuumpumpe die Kassette, wenn die Vakuumpumpe aktiviert und das Vakuumventil offen ist. Der Auslassanschluss ist ferner gestaltet oder vorgesehen zum Herausziehen (Abziehen) von Kondensat aus der Kassette, welches durch den Wasserabscheider 104 entfernt wird. Ein Druckmessumformer oder ein Druckgeber 110 ist vorgesehen, zum Messen des Drucks in der Kassette, und ein Thermoelement 111 misst die Temperatur in der Kassette.
  • Die obige Anordnung ermöglicht eine Erfassung undichter Stellen (Lecks) in der Kassette, der Sondendichtung und dem Vakuumventil 106 durch Evakuieren des Hohlraums, während das Vakuumventil 106 geschlossen ist. Daher beginnt die Vakuumerzeugung vorzugsweise (allein) mit einer Verbindung der in Betrieb befindlichen Vakuumpumpe mit dem Hohlraum. Wenn keine undichten Stellen erfasst werden, wird das Dampfgeneratorventil 114 und das Ventil 116 geöffnet, um Luft aus dem Dampfgenerator 112, dessen Struktur beschrieben wurde in Verbindung mit 46, und der Kassette 128 zu entfernen. Dieser Vorgang gewährleistet ferner, dass Luft evakuiert wird aus dem kleineren Wärmetauscher 118, dem regulären Wärmetauscher 108 und der zugehörigen Rohrleitung.
  • Das Vakuumventil 106 wird anschließend geöffnet, um Luft aus der Kassette herauszuziehen. Selbst bei einem niedrigen Vakuum verbleibt etwas Luft nach dem ersten Evakuieren übrig. Dementsprechend wird, wenn das Vakuumniveau das Ziel (Sollwert) erreicht, ein zweiter Luftentfernungsvorgang (Luftabzug) durchgeführt.
  • Der zweite Luftentfernungsvorgang, mit Dampf, wird eingeleitet durch Zuführen von Dampf zu der Kassette zuerst durch Aktivieren des Dampfgenerators 112 und anschließend durch Betätigen des Dampfgeneratorventils 114, um ein Strömen des Dampfs in die Kassette durch einen Dampfeinlass 120 zu ermöglichen. Gleichzeitig wird das Vakuumventil geschlossen. Wenn der Dampf die Kassette und die Poren bzw. Hohlräume in den zu sterilisierenden Instrumenten füllt, steigt der Druck in der Kassette an. Die Kassette ist dann überwiegend mit Dampf gefüllt, jedoch auch mit einer kleinen Restmenge von Luft. Die Luft ist dichter als der gesättigte Dampf, und wenn der Druck in der Kassette gerade über den Atmosphärendruck ansteigt, wird das Auslassventil 122 geöffnet, um zu ermöglichen, dass der Dampf die verbleibende Luft durch einen Auslass 124 in die Atmosphäre schiebt. Das Ventil 122 wird anschließend wieder geschlossen, wenn der Kassettendruck auf Atmosphärendruck abfällt.
  • Nach den Phasen der ersten Vakuumerzeugung und des ersten Vakuumausgleichs mittels Dampf des Zyklus der Sterilisation ist ein Großteil der Luft aus dem System entfernt. Das System ist dann beinahe vollständig gefüllt mit gesättigtem Dampf, so dass eine anschließende Vakuumerzeugung durch die Vakuumpumpe nicht mehr wirksam ist infolge der Tatsache, dass kein wesentliches Druckgefälle über der Pumpe vorhanden ist, welches eine Strömung unterstützen würde.
  • Die herkömmliche Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums unter der obigen Bedingung ist ein Wärmetauscher. Wenn Dampf den Wärmetauscher passiert, ändert dieser seine Phase vom Dampfzustand zum Flüssigzustand, wodurch das Volumen, welches innerhalb des Systems eingenommen wird, stark verringert wird. Diese Verringerung des Volumens erzeugt wiederum ein negatives Druckgefälle bzw. Vakuum innerhalb des Systems, welches die Vakuumerzeugung erleichtert.
  • Um die gesamte Zykluszeit zu verkürzen, sieht die Erfindung zwei Wärmetauscher-Evakuierungslinien vor, welche jeweils mit der Kassette, wie dargestellt in 9, verbunden ist. Die erste dieser Evakuierungslinien umfasst ein Vakuumventil 106, ein Rückschlag- oder Sperrventil 94 und einen ersten regulären Wärmetauscher 108. Die zweite Linie umfasst ein zweites Vakuumventil 116 und einen zweiten, kleineren Wärmetauscher 118. Die erste und die zweite Evakuierungsstrecke arbeiten gemäß verschiedenen Parametern, während sie zusammenwirken, um die Vakuumerzeugungszeit zu verkürzen. Beispielsweise kann der reguläre Wärmetauscher die zweifache Größe des kleineren Tauschers aufweisen. Es ist zu erkennen, dass die Vakuumpumpe 92 eine zweistufige Standardpumpe sein kann, welche derart modifiziert ist, dass sie einen zweiten Einlass zur zweiten Stufe vorsieht, wie dargestellt. Die derart zu modifizierende, bevorzugte Pumpe umfasst innere Rückschlag- oder Sperrventile zwischen den Stufen.
  • Der Betrieb der Dualwärmetauscher-Evakuierungslinie bei der Vakuumerzeugung ist nachfolgend beschrieben. Zuerst wird das System wirksam reduziert auf die in 9 dargestellte Ausbildung, durch Schließen des Dampfgeneratorventils 114, des Lufteinlassventils 128 und des Auslassventils 122 (siehe 8). Dies trennt den Dampfgenerator 112, das Luftfilter 126, den Armaturhohlraum 4 und den Auslass 124 vom System. Dann wird die zweistufige Vakuumpumpe 92 aktiviert, wobei das Entlüftungsventil 130 nur momentan oder vorübergehend geöffnet ist, um Atmosphärenluft in den Einlasspfad der Vakuumpumpe zu lassen, jedoch nicht in die Kassette. Dieser Vorgang hebt jedes Vakuum auf, welches noch innerhalb der beiden Linien vorhanden sein kann, und ermöglicht den Beginn eines Betriebs der Pumpe. Es ist zu erkennen, dass die Pumpe nicht zu arbeiten beginnen könnte, wenn ein Vakuum in den Linien fortbestehen würde. Sobald die Vakuumpumpe in Betrieb ist, werden sowohl das Vakuumventil 106 als auch das zweite Vakuumventil 116 geöffnet, um die beiden Linien mit der Kassette 28 zu verbinden, wodurch Dampf aus dieser herausgezogen wird. Der Dampf mit einem Druck P1 tritt durch beide Ventile gleichzeitig aus der Kassette aus und bewegt sich hin zu den Vakuumpumpen-Einlässen 132 und 134.
  • Dampf, welcher in den regulären Wärmetauscher 108 strömt, wird gekühlt durch die Luft, welche durch einen Kühlventilator 136 in Zirkulation gebracht wird, und kondensiert. Dies erzeugt einen Unterdruck P2 am Ausgang des regulären Wärmetauschers 108, wobei P2<P1. Das Dampf/Wassergemisch mit einem Druck P2 tritt ein in die erste Stufe der zweistufigen Vakuumpumpe 92 und tritt aus der Pumpe der ersten Stufe bei etwas höherem Druck P3 infolge der Pumpenwirkung aus.
  • Der Dampf, welcher durch den kleineren Wärmetauscher 118 strömt, wird gekühlt durch Luft, welche in Zirkulation gebracht wird durch einen Kühlventilator 138, und kondensiert ebenfalls. Der durch diese Kondensation erzeugte Unterdruck verringert den Druck des Gases, welches aus dem zweiten Wärmetauscher austritt, auf P4, wobei P4<P1. Der Druck P4 ist größer als P2, da die Kondensationsmenge und somit der Druckabfall, welcher im kleineren Wärmetauscher stattfindet, kleiner ist als derjenige, welcher im größeren Wärmetauscher stattfindet. Der Druck P4 ist ferner höher als P3, da der Druckanstieg infolge der Pumpwirkung der ersten Stufe der Vakuumpumpe verhältnismäßig klein ist.
  • Das Dampf/Wassergemisch mit Druck P3 mischt sich mit dem Dampf/Wassergemisch mit Druck P4, welches aus dem zweiten Wärmetauscher austritt, was zu einem Druck P' führt, wobei P'>P3. Das Ausgangs-Sperrventil 140 der ersten Stufe verhindert ein Wiedereintreten des Dampf/Wassergemischs mit höherem Druck in die Pumpe der ersten Stufe. Der Druck P' erzeugt ein größeres Druckgefälle (P'>Patm) über der Vakuumpumpe der zweiten Stufe, wodurch die Vakuumerzeugung der zweiten Stufe erleichtert und die Geschwindigkeit einer Gesamtvakuumerzeugung erhöht wird. Die Einführung der zweiten Wärmetauscherlinie ermöglicht so einen schnelleren Druckabfall infolge einer Phasenänderung von Dampf zu Wasser über eine Kondensation und behält gleichzeitig ein großes Druckgefälle über der zweiten Stufe der Vakuumpumpe bei, um eine schnellere Entfernung des Dampf/Wassergemischs durch die Vakuumpumpe zu ermöglichen.
  • Es ist zu erkennen, dass die duale Wärmetauscher-Evakuierungslinie, dargestellt in 9, die Notwendigkeit zur schnellen Evakuierung von Dampf mit der Notwendigkeit zur Entfernung von Wasser aus dem System gleichermaßen beachtet, unter Verwendung eines Teils der potentiellen Energie des im System verbleibenden Drucks, um eine Entfernung des Wassers zu unterstützen. Das Ergebnis ist, dass eine einzige Vakuumpumpe wirksamer verwendet werden kann, was bei einem Tischsystem wichtig ist.
  • Nach der zweiten Vakuumerzeugung werden der Druck und die Temperatur im Innern der Kassette auf die Niveaus erhöht, welche für eine Sterilisation nötig sind. Diese Parameter sind vorgegeben durch Vorschriften und können von Land zu Land variieren. Daher kann der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung angepasst werden, um diesen Standards zu genügen.
  • Ein Druckaufbau wird erreicht durch Aktivieren des Dampfgenerators 112 zum Erzeugen von Dampf und Öffnen des Dampfgeneratorventils 114. Dampf strömt durch einen Dampfeinlass 120 in die Kassette und spült jeden Dampf heraus, welcher sich dann in der Kassette befindet. Wenn das vorbestimmte Druckniveau, welches nötig ist für eine Sterilisation, erreicht ist, beginnt der Sterilisationszyklus.
  • Die Länge des Sterilisationszyklus ist abhängig von dem geltenden oder anzunehmenden Standard. Während einer Sterilisation wird die Beziehung zwischen dem Druck des Dampfs und seiner Temperatur durch das Steuersystem genau überwacht. Eine Steuerung des Sterilisationsdrucks wird vorzugsweise erreicht durch ein zyklisches Ein- und Ausschalten der Leistung des Heizelements im Dampfgenerator abhängig von der durch das Thermoelement 62 erfassten Temperatur.
  • Dampf wird bei Bedarf erzeugt durch Pumpen von Wasser in den Dampfgenerator, wenn die Temperatur der Heizspule 52 (dton), erfasst durch das Thermoelement 62, auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt. Wie oben erwähnt, wird aufgrund der Tatsache, dass die Heizspule geneigt ist, ein kleiner oberer Abschnitt der Heizspule als erstes freigelegt, wenn das Wasserniveau im Dampfgenerator sinkt, und die Temperatur dieses Abschnitts steigt rasch an, so dass eine empfindliche Messung des Zustands des Dampfgenerators ermöglicht wird. Das Pumpen wird gestoppt, wenn die Temperatur der Heizspule auf einen vorbestimmten Schwellenwert (dtoff) absinkt.
  • Die Kassette wird gehalten auf der vorgeschriebenen Temperatur und dem vorgeschriebenen Druck über die vorgeschriebene Zeitspanne, welche nötig ist zum Sterilisieren der Instrumente. Anschließend wird das Auslassventil 122 geöffnet und derart gesteuert, dass der Druck in der Kassette mit der durch die gültigen Standards spezifizierten Geschwindigkeit gelöst bzw. abgelassen wird. Das Abwasser wird ferner gesammelt in einem (nicht dargestellten) Abwasserbehälter. Gleichzeitig werden die Heizplatten 32 aktiviert und oberhalb des Siedepunktes von Wasser für den Druck im Innern der Kassette gehalten, um eine Bildung von Wasser in der Kassette zu verhindern, wenn der Druck abfällt.
  • Anschließend wird die Kassette vorbereitet zur Entfernung und Lagerung der sterilisierten Instrumente, indem zuerst sichergestellt wird, dass kein Dampf in der Kassette verbleibt. Dies erfolgt, indem zuerst das Entlüftungsventil 130 vorübergehend geöffnet und die Vakuumpumpe 92 aktiviert wird. Anschließend wird das Entlüftungsventil geschlossen und das Vakuumventil 106 geöffnet, um den verbleibenden Dampf aus der Kassette zu ziehen. Während dieses Schritts bleibt das Ventil 116 geschlossen, und die Heizplatten 32 bleiben aktiviert, um zu gewährleisten, dass sich kein Wasser in der Kassette bildet. Folgend auf die Entfernung des Dampfs wird das Luftventil 128 geöffnet, welches Luft durch das Filter 126 und in die Kassette zieht. Eine optionale Heizvorrichtung 142 erwärmt diese Luft, um eine Kondensation zu vermeiden, und die Luft kühlt die sterilisierten Instrumente über eine Zeitspanne, welche abhängig ist von der Sterilisationsladung.
  • Der Sterilisationszyklus ist dann beendet und das Armaturventil 144 wird geöffnet, um eine Rückkehr des Hohlraumdrucks auf Atmosphärendruck zu ermöglichen. Anschließend kann die Tür 6 geöffnet und die Kassette entfernt werden. Vorzugsweise schließen Ventile der Kassette, wenn sie von den Sonden im Hohlraum gelöst werden, wodurch die Kassette gegenüber der Umgebung isoliert bleibt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene elektronische Bauteile und Verfahren verwendet werden können, zur Realisierung der beschriebenen Verfahren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind ein Eingabe/Ausgabe-Board und ein Logik-Board (Platine) vorgesehen zum Lesen der verschiedenen Temperaturen und Drücke, . zum Steuern der Ventile und Pumpen, wie beschrieben, und zum Anzeigen relevanter Informationen, wie etwa eines Graphen, welcher den Verlauf oder Fortschritt des Sterilisationszyklus anzeigt.

Claims (14)

  1. Sterilisiereinrichtung, umfassend: eine Armatur (14), welche einen Hohlraum (4) bildet, der angepasst oder geeignet ist zur Aufnahme einer entnehmbaren Kassette (28); einen Dampfgenerator mit einem Auslass, welcher mit einem Dampfeinlass verbunden ist, wobei der Dampfeinlass angepasst oder geeignet ist, mit der Kassette verbunden zu werden; und eine Vakuumpumpe (92) mit einem Einlass, verbunden mit dem Hohlraum und einer Sonde oder Sensor (probe, 102), geeignet oder angepasst zum Verbinden mit einem Auslassanschluss der Kassette.
  2. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Armatur einen Extrusionsabschnitt umfasst, welcher eine Innenwand, eine Außenwand und eine Vielzahl von Stegen aufweist, welche die Innen- und die Außenwand verbinden.
  3. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Extrusion aus Aluminium besteht.
  4. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens eine Heizplatte in dem Hohlraum, angeordnet, die Kassette zu berühren, wenn sie sich in dem Hohlraum (Kavität) befindet.
  5. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Dampfgenerator eine Platte mit einer elektrischen Heizspule umfasst, wobei deren eine Seite befestigt ist an der Platte durch einen Stab, der befestigt ist an der Platte und sich über eine gegenüberliegende (Ober-)Fläche der Heizspule erstreckt.
  6. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 5, wobei der Dampfgenerator ein Thermoelement umfasst, welches an einem Abschnitt der Heizspule angebracht ist.
  7. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Dampfgenerator so ausgerichtet ist, dass im Betrieb die Heizspule bezüglich der Horizontalen geneigt ist.
  8. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 5, wobei der Dampfgenerator eine Einlassdüse umfasst, welche angeordnet ist zum Sprühen von Tröpfchen auf das Heizelement.
  9. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vakuumpumpe einen zweiten Einlass aufweist, der mit dem Auslass des Dampfgenerators verbunden ist.
  10. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vakuumpumpe eine zweistufige Vakuumpumpe ist und die Sterilisiereinrichtung ferner einen ersten Wärmetauscher und ein erstes Steuerventil, geschaltet oder verbunden zwischen den Einlass einer ersten Stufe der Vakuumpumpe und der Sonde, sowie einen zweiten Wärmetauscher und ein zweites Steuerventil, geschaltet oder verbunden zwischen einen Einlass zur zweiten Stufe der Vakuumpumpe und den Dampfeinlass, umfasst.
  11. Sterilisiereinrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Wärmetauscher größer ist als der zweite Wärmetauscher.
  12. Verfahren zum Sterilisieren von Instrumenten, welche innerhalb einer Sterilisierkassette angeordnet sind oder gelegt werden, umfassend die folgenden Schritte: Vorsehen einer Armatur mit einem Hohlraum zur Aufnahme einer Sterilisierkassette, Zuführen von Dampf zu der Kassette, um die Instrumente zu sterilisieren; und gleichzeitiges Ab- oder Herausziehen von Luft aus der Kassette und dem Hohlraum.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt eines Abziehens oder Herausziehens des Dampfes durch Abziehen des Dampfes durch einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher, welche parallel angeordnet sind, wobei der erste Wärmetauscher größer ist als der zweite Wärmetauscher.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Ab- oder Herausziehen der Ausgänge bzw. Ausgaben des ersten und des zweiten Wärmetauschers mit einer zweistufigen Vakuumpumpe mit einem Einlass zu einer ersten Stufe, verbunden mit dem Ausgang des ersten Wärmetauschers, und einem Einlass zu einer zweiten Stufe, verbunden mit dem Ausgang des zweiten Wärmetauschers.
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