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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Sterilisieren von
vorzugsweise wäßrigen Flüssig keiten in geschlossenen Behältern mit Gaseinschluß
innerhalb eines geschlossenen Autoklavs mittels Sattdampf, wobei außerhalb der Behälter
annähernd der gleiche Druck wie in den Behältern aufgebaut wird.
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Darüber hinaus bringt sie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens in Vorschlag.
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Dieses Sterilisierungsverfahren bereitet deshalb besondere Schwierigkeiten,
weil spätestens in der Abkühlphase der Differenzdruck zwischen dem Behälterinneren
und dem Inneren des die Behälter aufnehmenden Autoklavs so weit ansteigt, daß die
Behälter bersten. Eine besondere Bedeutung erlangt dieses Problem dadurch, daß heute
vielfach Behälter aus Kunststoff zur Aufnahme der zu sterilisierenden Flüssigkeiten
herangezogen werden.
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Ein bekanntes Verfahren zum Sterilisieren von in Behälter eingefüllten
Gas-Flüssigkeits-Gemischen verwendet einen dehnbaren Testkörper innerhalb des Autoklavs
zur Regelung der Zufuhr und des Auslasses an Druckgas. Der Innendruck des Testkörpers
soll dem Innendruck der Behälter während des Sterilisiervorgangs entsprechen. Dabei
besteht allerdings die Gefahr, daß der Testkörper undicht wird und seine Aufgabe
als Druckregler nicht mehr erfüllen kann. Dies belastet das Verfahren mit einem
hohen Unsicherheitsfaktor.
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Eine andere Vorrichtung befaßt sich mit der Sterilisation in einem
Flüssigkeitsbad. Sie ist allerdings nur anwendbar, wenn die Flüssigkeiten praktisch
luftfrei oder gasfrei abgefüllt sind. Der hierzu erforderliche Aufwand ist aber
sehr groß. Andererseits wirft die Verwendung eines Flüssigkeitsbades, um ein Schäumen
zu verhindern, das Problem der Entgasung dieser Flüssigkeit auf. Eine spezielle
Druck-Temperatur-Regelung ist bei der vorbekannten Vorrichtung nicht vorhanden.
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Schließlich befaßt sich ein älterer Vorschlag mit einem Verfahren
zum Sterilisieren von Lösungen in geschlossenen Behältern durch Erhitzen im Autoklav
unter Druck. Dieses Verfahren nimmt aber lediglich auf die dem Aufheizen und Sterilisieren
folgende Abkühlphase Einfluß. Dabei wird das bekannte Prinzip der Berieselung der
Behälter mit Kühlwasser insofern weiter entwickelt, als an die Stelle von Kühlwasser
ein Flüssigkeitsgemisch tritt, dessen Dampfdruck-Temperatur-Verlauf dem Druck-Temperatur-Verlauf
in dem die Lösung enthaltenden Behälter angepaßt ist. Dieser soll dadurch vor einem
plötzlichen Druckschock durch das Kühlmittel geschützt werden, ohne daß allerdings
die Tatsache Berücksichtigung findet, daß die Behälter allein durch den Temperaturschock
bersten.
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Demgegenüber verfolgt die Erfindung das Ziel, ein Sterilisierverfahren
zu schaffen, welches nicht die Mängel der bekannten aufweist und in der Praxis ohne
übermäßigen Aufwand anwendbar ist, gleichgültig, ob das zu sterilisierende Gut in
Behältern aus Kunststoff, Glas oder anderem Werkstoff enthalten ist.
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Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung vor, daß von Beginn
der Anheizphase bis zum Ende der Abkühlphase die in den Behältern vorliegenden Druckverhältnisse
mittels des im Autoklaven vorhandenen Dampf-Luft-Gemisches innerhalb des während
dieses Vorgangs geschlossen gehaltenen Autoklavs reproduziert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Sterilisieren
von medizinischen Lösungen, vor allem Infusionslösungen, bestimmt, wenngleich auch
Flüssigkeiten sterilisiert werden können, deren Partialdruck von normalen wäßrigen
Lösungen abweicht.
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Durch den im Behälter befindlichen Gaseinschluß bildet sich ein Gesamtdruck,
der sich zusammensetzt aus dem Partialdruck der Lösung und dem Partialdruck des
eingeschlossenen Gases bei der entsprechenden Temperatur. Weicht der Partialdruck
einer Flüssigkeit im speziellen Fall vom Partialdruck des Wassers stark ab, läßt
sich der in dem Behälter herrschende Gesamtdruck leicht berechnen oder empirisch
ermitteln. Der Gesamtdruck im Behälter ist praktisch gleich dem Gesamtdruck im Autoklav.
Dadurch unterliegt die Behälterwandung keiner Druckbeanspruchung und kann den üblichen
Sterilisiertemperaturen von z. B. 1200 C ohne weiteres widerstehen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das im Autoklav vorhandene
Dampf-Luft-Gemisch nach Ende der Sterilisierphase im Inneren des Autoklavs indirekt
zu kühlen.
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Diese Maßnahme läßt eine zeitliche Verkürzung der Abkühlphase zu,
ohne daß dabei wiederum eine Druckbeanspruchung der Behälter auftritt. Andererseits
wird der für eine Beschickung des Autoklavs erforderliche Zeitaufwand erheblich
verkürzt.
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Das ertindungsgemäße Verfahren hat einige Besonderheiten der zur
Verfahrensdurchführung Verwendung findenden Vorrichtung zur Folge. und zwar ist
innerhalb des Autoklavs ein die Behälter umgebender, an zwei gegenüberliegenden
Seiten offener Einsatz angeordnet und an einer Öffnung des Einsatzes ein einen Zwangsumlauf
des Dampf-Luft-Gemisches durch den Einsatz hindurch erfolgender, an sich bekannter
Ventilator vorgesehen.
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Durch die Anordnung des Einsatzes mit dem Ventilator wird der Wärmeträger
in intensive Berührung mit den Behältern gebracht, so daß der Aufheizvorgang vergleichsweise
schnell erfolgt. Dabei wird so lange Wärme zugeführt, bis die gewünschte Sterilisiertemperatur
erreicht ist bzw. solange diese aufrechtzuerhalten ist.
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Zwar ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen Lüfter im Autoklav
vorzusehen, doch dient dieser in der ohne besondere Leiteinbauten versehenen Kammer
nur zur Durchmischung von Dampf und Luft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Autoklavs
außerhalb des Einsatzes ein Kühlregister angeordnet und an ein außerhalb des Autoklavs
vorgesehenes Kühlaggregat angeschlossen. Das Kühlregister umgibt vorteilhaft den
Einsatz. Eine andere Alternative besteht darin, daß das Kühlregister aus einer Kühlschlange
besteht, die in dem das Kondenswasser sammelnden Raum am Boden des Autoklavs angeordnet
ist. Die Kühlschlange befindet sich dann im allgemeinen unterhalb des Einsatzes.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier
bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei
zeigt, jeweils schematisch, F i g. 1 die Vorrichtung mit den Einsatz umgebendem
Kühlregister und F i g. 2 die Vorrichtung mit Kühlschlangen im Kondenswassersammelraum.
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Der Autoklav 1 weist einen inneren Einsatz 2 auf, der an beiden Enden,
d. h. unten und oben, offen ist. Über dem Einsatz befindet sich ein Ventilator 4,
der einen Zwangsumlauf des im Autoklav 1 vorhandenen Dampf-Luft-Gemisches im Sinne
der eingezeichneten Pfeile bewirkt. Innerhalb des Einsatzes 2 ist ein Behälter 12
angedeutet, der die zu sterilisierende Flüssigkeit 14 aufweist und mit einem festen
Verschluß 13 versehen ist. Über der Flüssigkeit befindet sich ein Gaseinschluß,
z. B. Luft, Stickstoff, CO2.
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Unterhalb des Einsatzes 2 sammelt sich am Boden des Autoklavs 1 das
anfallende Kondenswasser 16.
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Der Autoklav 1 ist mit einem Manometer 5 zur Druckanzeige und einem
Thermometer 6 zur Anzeige der im Inneren herrschenden Temperatur versehen.
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Der Dampf wird über das Ventil 7 dem Autoklav 1 zugeführt, wobei die
Steuerung über einen Temperaturregler 8 erfolgt. Am Boden des Autoklavs 1 befindet
sich die Entleerungsleitung für das Kondenswasser. Sie ist mit einem Absperrventil
9 versehen.
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In dem Raum zwischen dem Einsatz 2 und der Innenwand des Autoklavs
1 ist ein Kühlregister 3 angeordnet, das an ein außerhalb des Autoklavs 1 befindliches
Kühlaggregat, bestehend aus der Umwälzpumpe 10 und dem Gegenstromkühler 11, angeschlossen
ist. Zur Zuführung von Druckgas dient eine mit einem Ventil 18 versehene Leitung.
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Der Autoklav 1 nach F i g. 2 zeichnet sich dadurch aus, daß er an
Stelle des Kühlregisters 3 der Ausführungsform nach Fig. 1 eine Kühlschlange 17
aufweist, die unterhalb des Einsatzes 2 in dem Raum des Autoklavs 1 angeordnet ist,
in welchem sich das Kondenswasser 16 sammelt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun folgendermaßen sterilisiert:
Der Behälter 12 wird in den Einsatz 2 eingebracht und der Autoklav 1 fest verschlossen.
Das Entleerungsventil ist geschlossen, so daß die im Autoklav 1 befindliche Luft
eingeschlossen bleibt. Über das Ventil 7 wird nun Wärme in Form von Dampf dem Autoklav
1 zugeführt und das Dampf-Luft-Gemisch mit Hilfe des Ventilators 4 in Umlauf versetzt,
wobei es den Einsatz 2 beispielsweise von unten nach oben durchströmt. Dabei wird
die Wärme auf den Behälter 12 übertragen. Ein Teil des Sattdampfes kondensiert und
sammelt sich am Boden des Autoklavs 1 an. Auf diese Weise bildet sich im Autoklav
1 dasselbe Gleichgewicht der Phasen-Flüssigkeit, Luft und Dampf wie im Behälter
12 selbst. Über das Ventil 7 wird so lange Sattdampf und damit Wärme zugeführt,
bis die gewünschte Sterilisationstemperatur erreicht ist, die am Thermometer 6 abgelesen
werden kann. Die Wärmezufuhr wird gegebenenfalls über die erforderliche Sterilisierdauel
aufrechterhalten. Während dieser Aufheizphase hat auch das Kühlregister 3 und das
in ihm enthaltene Kühlmedium die Sterilisiertemperatur angenommen.
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Das Kühlmedium muß daher einen Siedepunkt aufweisen, der oberhalb
der Sterilisiertemperatur liegt.
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Nach Ablauf der Sterilisierzeit wird die Zufuhr von Sattdampf über
das Ventil 7 eingestellt. Die Umwälzpumpe 10 des Kühlaggregats und der Gegenstromkühler
11 werden eingeschaltet. Damit wird das Kühlmedium in Umlauf versetzt und kühlt
das Innere des Autoklavs 1. Durch entsprechende Regelung der Wärmezufuhr bzw. Kühlung
hat man es in der Hand, die Wärmeübertragung vom Dampf-Luft-Gemisch aut das Sterilisiergut
bzw. umgekehrt den Eigenschaften des jeweiligen Behälters 12 anzupassen und damit
die
Druckdifferenz zwischen Behälter 12 und Autoklav 1 zu steuern.
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Die Ausführungsform nach F i g. 2 weist praktisch die gleiche Betriebsweise
auf, jedoch wird hierbei die Oberfläche des anfallenden Kondenswassers 16 als Kühlfläche
herangezogen. Das Kondenswasser 16 wird durch die Kühlschlange 17 von außen her
abgekühlt. Um dabei die Kühlfläche zu vergrößern, kann auch die Wand des Einsatzes
2 nach unten bis in den Raum 16, der für das Kondenswasser vorgesehen ist, reichen,
so daß das Dampf-Luft-Gemisch beim Kühlvorgang durch das gekühlte Kondenswasser
hindurchgedrückt wird. Auf diese Weise wird die Kühlwirkung verbessert.
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In der Kühlpause eilt der Temperaturabfall des Autoklavs 1 dem des
Behälters 12 etwas voraus. Die Kühlung muß daher langsam einsetzen. Um den Kühlvorgang
beschleunigen zu können, läßt sich der Druckabfall durch Zufuhr von Druckluft über
das Ventil 18 kompensieren. Im allgemeinen genügt eine Druckluftzugabe, die einem
Überdruck von etwa 0,1 bis 0,2 atü entspricht, um das Vorauseilen des Druckabfalls
des Autoklav 1 auszugleichen und damit ein genügend großes Temperaturgefälle zwischen
Behälter 12 und dem Dampf-Luft-Gemisch zu erzielen.
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Der hierdurch hervorgerufene geringe Überdruck dient bei Beendigung
der Kühlphase dazu, das Kondenswasser 16 vor dem Öffnen des Autoklavs 1 durch das
Ventil 9 rasch abzudrücken.
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Das Verfahren wird im folgenden an Hand zweier Beispiele von der
Sterilisation zweier verschiedener Infusionslösungen unter Wiedergabe der Temperaturen
der Behälter und des Autoklavs sowie der Drücke in den Behältern und im Autoklav,
jeweils in Abhängigkeit von der Zeit, dargestellt.
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Beispiel 1 Sterilisierung einer Infusionslösung 1
| Behälter Autoklav Druck Druck |
| Zeit Tem- Tem- Behälter Autoklav |
| peratur peratur |
| (Minuten) o C ° C (atü) (atü) |
| 0 65 65 0,4 0,6 |
| 2,5 80 82 0,5 0,8 |
| 5,0 85 86 0,6 0,9 |
| 7,5 90 94 0,8 1,1 |
| 10,0 95 98 0,95 1,25 |
| 15,0 105 106 1,55 1,6 |
| 20,0 108,5 109,5 1,85 2,0 |
| 25,0 108,5 109,0 1,85 2,0 |
| 30,0 108,5 109,0 1,85 2,0 |
| 35,0 108,5 109,5 1,85 2,0 |
| 45,0 108,5 109,5 1,85 2,0 |
| 60,0 108,5 109,5 1,85 2,0 |
| 61,0 104,0 90,0 1,85 2,2 |
| 65,0 100,0 80,0 1,45 1,65 |
| 70,0 98,0 76,0 1,25 1,45 |
| 75,0 94,0 73,0 1,0 1,2 |
| 80,0 91,0 71,0 0,90 1,15 |
| 85,0 89,0 70,0 0,8 1,05 |
| 90,0 86,0 68,0 0,7 0,9 |
| 100,0 82,0 65,0 0,6 0,8 |
| 120,0 73,0 58,0 0,45 0,65 |
| 140,0 70,0 56,0 0,4 0,6 |
| 155,0 67,0 53,0 0,4 0,5 |
| 165,0 65,0 1 52,0 0,35 0,5 |
Beispiel 2 Sterilisierung einer Infusionslösung 2
| Behälter Autoklav |
| Zeit Tem- Tem- Druck Druck |
| Behälter Autoklav |
| peratur peratur |
| (Minuten) °C °C (auü) (atü) |
| 0 42 63 0,2 0,2 |
| 3 60 70 0,4 0,55 |
| 5 68 90 0,45 0, 65 |
| 10 88 98 0,85 1,05 |
| 15 99 108,5 1,2 1,35 |
| 20 108 110 1,45 1,6 |
| 25 110 110,5 1,5 1,65 |
| 30 110 111 1,6 1,75 |
| 35 110 111 1,6 1,75 |
| 40 110,5 110 1,65 1,80 |
| 45 110,5 110 1,65 1,80 |
| 50 110,5 110 1,65 1, 80 |
| 55 110 110,5 1,65 1,80 |
| 60 108,5 97 1,6 1,75 |
| 65 104 83 1,5 1,65 |
| 70 100 79 1,4 1,6 |
| 75 97 76 1,3 1,55 |
| 80 93 73 1,15 1,50 |
| 85 90 71 1,05 1,35 |
| 90 86 68 0,95 1, 25 |
| 95 - - - - |
| 100 - - - - |
| 105 80 63 0,8 1,15 |
| 135 72 57 0,6 0,95 |
| 150 68 54 0,55 0,75 |
| 165 65 52 0,5 0,65 |
Patentansprüche: 1. Verfahren zumSterilisieren von vorzugsweise wäßrigen Flüssigkeiten
in geschlossenen Behäl-
tern mit Gaseinschluß innerhalb eines geschlossenen Autoklavs
mittels Sattdampf, wobei außerhalb der Behälter annähernd der gleiche Druck wie
in den Behältern aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß von Beginn der Anheizphase
bis zum Ende der Abkühlphase die in den Behältern (12) vorliegenden Druckverhältnisse
mittels des im Autoklav (1) vorhandenen Dampf-Luft-Gemisches innerhalb des während
dieses Vorgangs geschlossen gehaltenenAutoklavs reproduziert werden.