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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Autoklav zum Sterilisieren von Gegenständen, insbesondere von mit Mikroorganismen kontaminierten labortechnischen, medizinischen oder pharmazeutischen Geräten oder Produkten, mittels erhitztem, unter Druck stehendem Wasserdampf, wobei der Autoklav einen druckfesten Autoklavbehälter mit einer oder mehreren druckdicht verschließbaren Zugangsöffnungen, einen über eine Dampfzuleitung mit dem Inneren des Autoklavbehälters verbundenen Dampfgenerator mit einer Heizeinrichtung und eine Sicherheitseinrichtung aufweist, wobei über eine Abblasleitung eine Eingangsseite der Sicherheitseinrichtung mit dem Inneren des Autoklavbehälters und eine Ausgangsseite der Sicherheitseinrichtung mit einem Abblaseingang eines Abblasbehälters verbunden ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Autoklavs.
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Die Druckschrift
DE 20 2015 008 363 U1 beschreibt einen Autoklav der vorstehend genannten Art. Dieser Autoklav besitzt einen Ausblasbehälter als Druckentlastungs- und Entspannungsbehälter. Das Einleiten von abblasendem Dampf in den Ausblasbehälter erfolgt mittels Tauchrohr in eine Flüssigkeit. Ein Schauglas dient als Füllstandskontrolle am Ausblasbehälter. Eine Sterilisation des Ausblasbehälters muss im Havariefall mittels Wasserstoffperoxid-Begasung oder Formalin-Begasung erfolgen.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass bei einer unkontrollierten Druckerhöhung erst nach dem Bruch der Berstscheibe und/oder der Öffnung des Sicherheitsventils ein Abschalten der Anlage erfolgt und der Ausblasbehälter deshalb entsprechend groß dimensioniert werden muss. Außerdem wird als nachteilig angesehen, dass der Ausblasbehälter und die zugehörigen Leitungen mittels Wasserstoffperoxid-Begasung oder Formalin-Begasung sterilisiert werden müssen. Ungünstig ist hier auch, dass es sich bei dem Ausblasbehälter um einen fest verrohrten, fest installierten Druckbehälter handelt. Eine Integration eines Ausblasbehälters in dieser Form ist mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden, die sogar die Investition eines Autoklaven an sich übersteigen können.
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Weitere Autoklaven sind aus den Druckschriften
DE 1 806 530 U und
DE 1 087 322 B bekannt. Bei diesen bekannten Autoklaven ist vorgesehen, dass der bei infolge eines Überdrucks im Druckbehälter geöffnetem Sicherheitsventil durch dieses aus dem Druckbehälter entweichende, möglicherweise kontaminierte, Dampf über eine dessen Strömungsweg im Querschnitt verkleinernde Drossel zu einem Kondensator geführt wird, wo der Dampf verflüssigt wird.
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Ein unmittelbares Austreten des bei Überdruck aus dem Autoklavbehälter entweichenden, möglicherweise kontaminierten, Dampfs in die Umwelt wird so zwar verhindert, jedoch wird es beim vorbekannten Stand der Technik als nachteilig angesehen, dass es im Betrieb des Autoklavs dazu kommen kann, dass die Sicherheitseinrichtung erst mit einer gewissen Verzögerung aktiv wird und dass ein in dem Autoklavbehälter entstehender Überdruck nicht schnell genug abgebaut werden kann und es dann zu Undichtigkeiten am Autoklavbehälter, im schlimmsten Fall zu einem Bersten des Autoklavbehälters, und damit verbunden zu einem unkontrollierten Dampfaustritt und Verletzungsgefahren für Menschen und Beschädigungsgefahren für Einrichtungen in der Umgebung des Autoklavs kommt.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Autoklav und ein Verfahren zu dessen Betreiben anzugeben, womit Gefahren für Menschen und Umwelt vermieden oder wenigstens vermindert werden. Insbesondere soll bei unzulässig steigendem Druck im Autoklavbehälter möglichst schon ein sicherer Zustand des Autoklavs erreichbar sein, bevor es zu einem Bersten der Berstscheibe oder einem Öffnen des Sicherheitsventils kommt, um damit ein Abblasen zu vermeiden oder zumindest das Abblasvolumen klein halten zu können.
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Die Lösung des ersten, den Autoklav betreffenden Teils der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Autoklav der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sicherheitseinrichtung in Form einer Reihenanordnung aus einem Druckschalter mit einem vorgebbaren Grenzdruck P1, einer Berstscheibe mit einem vorgebbaren Berstdruck P2 und einem Sicherheitsventil mit einem vorgebbaren Öffnungsdruck P3 ausgeführt ist, wobei P1 kleiner als P2 und P2 kleiner als P3 ist, dass mittels des Druckschalters bei Überschreiten des Drucks P1 im Autoklavbehälter und/oder dass mittels eines Berstens der Berstscheibe bei Überschreiten des Drucks P2 im Autoklavbehälter (10) und/ oder dass mittels des Sicherheitsventils bei Überschreiten des Drucks P3 im Autoklavbehälter zumindest eine Stromversorgung des Autoklavs, insbesondere seines Dampfgenerators, abschaltbar ist und zumindest die Dampfzufuhr vom Dampfgenerator zum Autoklavbehälter absperrbar ist und zumindest eine Druckluftzufuhr von außen zugeführt zum Autoklavbehälter absperrbar ist und dass mittels des Sicherheitsventils bei Überschreiten des Drucks P3 im Autoklavbehälter Dampf aus dem Autoklavbehälter in den Abblasbehälter ableitbar ist.
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Der Autoklav gemäß Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass seine Sicherheitseinrichtung im Falle des Auftretens eines Überdrucks im Autoklavbehälter eine abgestufte Reaktion aufweist, wobei durch die Sicherungseinrichtung zunächst schnelle Eingriffe in die verstellbaren Elemente des Autoklavs erfolgen, die noch nicht zu einem Ablasen von Dampf in den Abblasbehälter führen. Erst im äußersten Fall eines besonders großen Überdrucks kommt es als letzte Maßnahme zu einem Ableiten von Dampf aus dem Autoklavbehälter in den Abblasbehälter.
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Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Autoklavs sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
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Zur Lösung des zweiten, das Verfahren zum Betreiben des Autoklavs betreffenden Teils der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 4 vorgeschlagen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Autoklavs werden die weiter oben im Zusammenhang mit dem Autoklav genannten Vorteile und somit ein besonders sicherer Betrieb des Autoklavs erzielt.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben des Autoklavs ist im Anspruch 5 angegeben.
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Die Erfindung stellt also eine mehrstufige Abschaltvorrichtung für einen Autoklav zur Verfügung, bestehend aus dem Druckschalter, der Berstscheibe und dem Sicherheitsventil, um eine Reduzierung der Abblasmenge in den Abblasbehälter bei einer eventuellen Öffnung des Sicherheitsventils zur erreichen, wobei der sichere Druckschalter bereits deutlich unter dem Berstdruck P2 der Berstscheibe die Anlage sicher spannungsfrei schaltet. Dabei werden die beiden Ventile, in redundanter Ausführung, zwischen Dampfgenerator und Autoklavbehälter sofort geschlossen und damit die Dampfzufuhr in den Behälter unterbrochen. Es werden zweckmäßig auch zwei Ventile, in redundanter Ausführung, in der Druckluftzuführung zum Autoklavbehälter geschlossen und die Druckluftzufuhr in den Behälter wird so unterbrochen. Auch wird dabei die Stromversorgung des Dampfgenerators sicher unterbrochen, womit es zu keiner weiteren Dampfzufuhr in den Autoklavbehälter kommen kann. Der Abblasbehälter hinter dem Sicherheitsventil des Autoklavs kann vorteilhaft kompakt und mobil ausgeführt sein, sodass der Abblasbehälter nach einem Havariefall in einem Autoklav autoklaviert werden kann. Dabei können die zu- und abführenden Leitungen vom Abblasbehälter abgenommen und entweder in einem Autoklav sterilisiert oder alternativ entsorgt werden. Vorzugsweise werden die Leitungen nach einem Abblasen durch Sattdampf in einem speziellen Programmlauf des Autoklavs ebenfalls einfach sterilisiert. Bei einem Öffnen des Sicherheitsventils des Autoklavbehälters wird das Abgas durch die Flüssigkeit im Ausblasbehälter geführt und abgekühlt. Der Abblasbehälter ist mit zwei in Reihe angeordneten Luftfiltern, zweckmäßig Sterilluftfiltern, für eine doppelte Abluftfiltration ausgestattet, wodurch der Druck im Abblasbehälter nahe dem Umgebungsdruck ist. Zweckmäßig ist der Abblasbehälter zusätzlich mit einen Sicherheitsventil ausgestattet.
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Zum Steuern und Überwachen des Autoklavs wird vorzugsweise eine mit einer Schaltung 70 und weiteren Komponenten des Autoklavs 1 verbundene SPS-Steuerung eingesetzt. Zusätzlich zu der SPS-seitigen Abschaltung erfolgt eine hardwareseitige Abschaltung durch zum einen eine sichere Unterbrechung der Stromzufuhr, z. B. mittels Schütz mit Sicherheitsintegritätslevel 3 bzw. 4, sofort bei Erreichen des Ansprechdruckes P1 des Druckschalters und durch zum anderen eine sofortige und sichere Unterbrechung der Dampfzufuhr, z. B. mittels Schütz mit Sicherheitsintegritätslevel 3 bzw. 4, durch in Reihe geschaltete „Normal-closed-Ventile“ zwischen Dampfgenerator und Autoklavbehälter, die schließen, sobald die Stromzufuhr unterbrochen ist.
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Nach einem Havariefall können die Ventile zum Abblasbehälter geschlossen und ein einen stromabwärtigen Teil der Abblasleitung bildender Schlauch entnommen und mitsamt dem Abblasbehälter im Autoklav sterilisiert werden. Anschließend kann über einen Bypass die Verbindung zwischen dem Sicherheitsventil des Autoklavbehälters und dem Abblasbehälter mit Dampf sterilisiert werden.
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Mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß Erfindung werden verschiedene Vorteile erreicht:
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Es ist bereits eine sichere Abschaltung des Autoklavs erreichbar, bevor es zu einem Bersten der Berstscheibe und einem Öffnen des Sicherheitsventils kommt und es kann damit das Ausblasvolumen klein gehalten werden. Der Autoklav ist zweckmäßig immer mit Berstscheibe und Sicherheitsventil auszustatten, damit nicht der ganze Inhalt des Autoklavs im Havariefall den Autoklavbehälter verlässt, sondern zum Teil durch ein Schließen des Sicherheitsventils im Autoklav gehalten wird. Weiter ist es nun möglich, einen kleinen, mobilen Abblasbehälter mit Sicherheitsventil zu nutzen, der im Falle einer Kontamination mit biologischen Stoffen einfach im Autoklav sterilisiert werden kann. Der Abblasbehälter benötigt in einem Labor wenig Platz und ist im Abblasfall einfach entnehmbar und separat sterilisierbar. Das ist für Labore ein Handhabungsvorteil gegenüber einem fest verbauten Ausblasbehälter nach dem Stand der Technik; es wird eine einfache Sterilisation und Wartung des Abblasbehälters und der zu- und abführenden Leitungen ermöglicht und eine Begasung, beispielsweise mit Wasserstoffperoxid oder Formalin kann vermieden werden. Ebenso werden Kosten bei der Installation und insbesondere in einem Havariefall gesenkt und Umwelt- und Personengefährdungen einer Begasung vermieden. Die Rückführung im Überdruckfall erfolgt in den sogenannten „S3“-Bereich, der lt. Biostoffverordnung bereits so gesichert sein muss, dass es nicht zu einem Austritt kommen kann für „...Biostoffe, die eine schwere Krankheit beim Menschen hervorrufen und eine ernste Gefahr für Beschäftigte darstellen können...‟ .
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.
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Die einzige 1 der Zeichnung zeigt einen Autoklav mit Sicherheitseinrichtung und sonstigen zugehörigen Komponenten in einer schematischen Darstellung.
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Der Autoklav 1 besitzt einen druckfesten Autoklavbehälter 10 mit einem Inneren 11 zur Aufnahme von zu sterilisierenden Gegenständen oder Produkten. Zum Einbringen und Entnehmen der Gegenstände weist der Autoklavbehälter 10 wenigstens eine hier nicht näher dargestellte, druckdicht verschließbare Zugangsöffnung auf.
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Über eine Druckluftleitung 3 mit zwei darin angeordneten Ventilen 32 und einem stromab davon angeordneten Rückschlagventil 33 kann dem Autoklavbehälter 10 Druckluft zugeführt werden.
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Über eine Entlüftungsleitung 4 mit zwei darin in Reihe angeordneten Luftfiltern 44 kann der Autoklavbehälter 10 entlüftet werden.
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Dem Autoklav 1 ist weiterhin eine Sicherheitseinrichtung 5 zugeordnet, deren Eingangsseite mit dem Inneren 11 des Autoklavbehälters 10 und dessen Ausgangsseite mit einem Eingang eines Abblasbehälters 6 verbunden ist und die eine mehrstufige Abschaltvorrichtung bildet.
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Die Sicherheitseinrichtung 5 besteht aus einem Druckschalter 51, einer Berstscheibe 52 und einem Sicherheitsventil 53 am Autoklavbehälter 10 sowie hier zusätzlich einem Temperaturschalter 54 zur Temperaturüberwachung.
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Der Druckschalter 51 ist auf einen vorgebbaren Grenzdruck P1 eingestellt und ist sicher ausgeführt, beispielsweise als eine Ausführung mit hohem Sicherheitsintegritätslevel. Bei Erreichen des Drucks P1 im Autoklavbehälter wird die Stromversorgung sicher unterbrochen, beispielsweise über ein Schütz mit hohem Sicherheitsintegritätslevel. Damit werden zwei Ventile 22, in redundanter Ausführung, zwischen Dampfgenerator 2 und Autoklavbehälter 10 geschlossen und die Dampfzufuhr in den Behälter 10 sicher unterbrochen. Außerdem werden die beiden Ventile 32 in der Druckluftzuführleitung 3 geschlossen und die Druckluftzufuhr in den Behälter 10 sicher unterbrochen. Außerdem wird die Stromversorgung des Dampfgenerators 2 sicher unterbrochen, womit es zu keiner weiteren Dampfzufuhr in den Autoklavbehälter 10 kommen kann.
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Eine Abwassertemperaturüberwachung 54 im Autoklavbehälterausgang ist an die Steuerung 7 des Autoklavs 1 angeschlossen. Bei zu hoher Temperatur wird per Steuerung 7 der Dampfgenerator 2 abgeschaltet und werden die Ventile 22 zwischen Dampfgenerator 2 und Autoklavbehälter 10 geschlossen.
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Bei einem Bersten der Berstscheibe 52 bei einem Druck über P2, wobei gilt P2 > P1, wird die Stromversorgung sicher unterbrochen, beispielsweise über ein Schütz mit hohem Sicherheitsintegritätslevel. Damit werden die beiden Ventile 22, in redundanter Ausführung, zwischen Dampfgenerator 2 und Autoklavbehälter 10 geschlossen und die Dampfzufuhr in den Behälter 10 sicher unterbrochen. Außerdem werden die beiden Ventile 32 der Druckluftzuführung 3 geschlossen und die Druckluftzufuhr in den Behälter 10 sicher unterbrochen. Außerdem wird die Stromversorgung des Dampfgenerators 2 sicher unterbrochen, womit es zu keiner weiteren Dampfzufuhr in den Autoklavbehälter 10 kommen kann.
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Bei Öffnung des Sicherheitsventils bei dem Druck P3, wobei gilt P3 > P2, wird die Stromversorgung sicher unterbrochen, beispielsweise über ein Schütz mit hohem Sicherheitsintegritätslevel. Damit werden die beiden Ventile 22, in redundanter Ausführung, zwischen Dampfgenerator 2 und Autoklavbehälter 10 geschlossen und die Dampfzufuhr in den Behälter 10 wird unterbrochen. Außerdem werden die beiden Ventile 32 der Druckluftzuführung geschlossen und die Druckluftzufuhr in den Behälter 10 wird unterbrochen. Außerdem wird die Stromversorgung des Dampfgenerator2 2 sicher unterbrochen, womit es zu keiner weiteren Dampfzufuhr in den Autoklavbehälter 10 kommen kann.
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Eine Rückströmsicherung, hier beispielsweise ein Rückschlagventil 23 zwischen Dampfgenerator 2 und Autoklavbehälter 10, verhindert ein Zurückströmen von biologisch belastetem Material aus dem Autoklavbehälter 10, falls die Heizeinrichtung 20 des Dampfgenerator 2 im laufenden Betrieb ausfallen sollte. Das könnte zu einem Unterdruck im Dampfgenerator 2 führen und somit könnte kontaminiertes Material aus dem Autoklavbehälter 10 über den Dampfgenerator 2 in das hausseitige Wassernetz gelangen.
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Eine Rückströmsicherung, hier beispielsweise ein Rückschlagventil 33, an der Druckluftleitung 3 verhindert ein zurückströmen von biologisch belastetem Material aus dem Autoklavbehälter 10 in die Druckluftleitung 3, falls die Luftdruckversorgung im laufenden Betrieb ausfallen sollte.
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Ein eventuell zu hoher Druck im Dampfgenerator 2 kann durch ein in der Zeichnung nicht eigens eingezeichnetes Sicherheitsventil am Dampfgenerator 2 in den Raum abgeblasen werden. Eine Personengefährdung durch austretenden heißen Dampf wird durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise eine Blechverkleidung, vermieden.
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Stromab des Sicherheitsventils 53 sind zwei Ventile 13 und dazwischen eine trennbare Vorrichtung, beispielsweise ein Triclamp, in der Abblasleitung 50 angeordnet, die eine Trennstelle 12 bilden. Von der Trennstelle 12 ist eine druckfeste flexible Verbindung, beispielsweise ein druckfester Schlauch, als Weiterführung der Abblasleitung 50 zum Abblasbehälter 6 geführt. Nach einem Havariefall mit Abblasen von Dampf in den Abblasbehälter 6 können die Ventile 13 geschlossen, die flexible Verbindung entnommen und mitsamt dem Abblasbehälter 6 im Autoklav 1 sterilisiert werden. Anschließend kann über eine einen Bypass bildende Dampfleitung 25 ebenfalls die Verbindung vom Sicherheitsventil 53 des Autoklavs 1 zum Abblasbehälter 6 mit Dampf sterilisiert werden.
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Der Abblasbehälter 6 steht in dem sogenannten „S3“-Sicherheitsbereich und weist zwei parallele Ausgänge auf. Der eine Ausgang ist eine erste Abluftleitung 61, die über eine doppelte Abluftfiltration mit zwei in Reihe geschalteten Abluftfiltern 63 geführt ist. Die Abluftfilter 63 sind mit Sterilluftfilterelementen so ausgestattet, dass biologisch aktives Material vollständig herausgefiltert wird. Somit kann der Druck P4 im Abblasbehälter 6 nahe dem Umgebungsdruck liegen und damit deutlich geringer als der Druck P3 am Sicherheitsventil 53 des Autoklavs 1 sein.
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Für den Fall einer möglichen Verblockung der Abluftfilter 63 des Abblasbehälters 6 ist der Abblasbehälter am anderen Ausgang mit einer zweiten Abluftleitung 62 verbunden, in der ein zusätzliches Sicherheitsventil 64 angeordnet ist, das sicherstellt, dass der maximal zulässige Druck P4 im Abblasbehälter 6 nicht überschritten werden kann.
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Die durch die gestrichelte Linie in der 1 angedeutete Trennstelle 12 trennt die Sicherheitsbereiche „S2“ und „S3“ z. B. in einem Labor, gemäß der Biostoffverordnung.
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Zum Steuern und Überwachen des Autoklavs 1 wird vorzugsweise eine mit einer Schaltung 70 und weiteren Komponenten des Autoklavs 1 verbundene SPS-Steuerung 7 eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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Zeichen Bezeichnung
- 1
- Autoklav
- 10
- Autoklavbehälter
- 11
- Inneres von 10
- 12
- Trennstelle
- 13
- Ventile an 12 in 50
- 2
- Dampfgenerator
- 20
- Heizeinrichtung in 2
- 21
- Dampfzuleitung
- 22
- Ventile in 21
- 23
- Rückschlagventil in 21
- 25
- Dampfleitung von 2 nach 5
- 26
- Ventile in 25
- 3
- Druckluftleitung
- 32
- Ventile in 3
- 33
- Rückschlagventil in 3
- 4
- Entlüftungsleitung
- 44
- Entlüftungsluftfilter
- 5
- Sicherheitseinrichtung
- 50
- Abblasleitung
- 51
- Druckschalter
- 52
- Berstscheibe
- 53
- Sicherheitsventil
- 54
- Temperaturschalter
- 6
- Abblasbehälter
- 60
- Flüssigkeitsspiegel in 6
- 61
- erste Abluftleitung
- 62
- zweite Abluftleitung
- 63
- Abluftfilter in 61
- 64
- Sicherheitsventil in 62
- 7
- SPS-Steuerung
- 70
- Schaltung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015008363 U1 [0002]
- DE 1806530 U [0004]
- DE 1087322 B [0004]
