DE3636716A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung des anteiles von nicht kondensierbaren gasen in dampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Anteiles von nicht kondensierbaren Gasen in Dampf, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruches 6.

Zu Dampf verwendenden Verfahren gehört beispielsweise im Bereich der medizinischen Technik die Dampfsterilisation, mit der Sterilisiergut, wie insbesondere Instrumente, Ge­ räte und Textilien, keimfrei gemacht wird. Hierbei tritt das Problem auf, daß sich insbesondere im Zentrum des Stapels des zu sterilisierenden porösen Gutes eine Gas­ blase bilden kann, wenn der Dampf nicht kondensierbare Gase enthält. Dies ist jedoch bei der Sterilisation äußerst nachteilig, da eine zufriedenstellende Behandlung des Sterilisiergutes auf Sterilität die ungestörte Ein­ wirkung von Sattdampf voraussetzt, weswegen beim Auftre­ ten einer Gasblase mit Unsterilität gerechnet werden muß.

Der Gasanteil im verwendeten Sattdampf kann auf verschie­ dene Ursachen zurückgeführt werden. So ist es möglich, daß bei den heute gebräuchlichen Vakuum-Sterilisierverfahren die Behandlungskammer Undich­ tigkeiten aufweist, so daß Fremdgase, wie Luft in die Be­ handlungskammer und damit in den Sterilisierdampf ein­ dringen kann.

Ferner ist es möglich, daß der für den Betrieb des Steri­ lisators bereitgestellte Dampf bereits nicht kondensier­ bare Gase enthält, die z.B. aus der Dampferzeugung mitge­ schleppt werden.

Um Undichtigkeiten der Behandlungskammer festzustellen, kann gemäß DIN 58 946, Teil 6, Abschnitt 4 ein sogenann­ ter Vakuumtest durchgeführt werden, der üblicherweise le­ diglich einmal täglich vor dem Betrieb des Sterilisators und dessen Anwärmung durchgeführt wird. Hierbei wird über eine Prüfzeit von 10 Minuten festgestellt, ob das anfäng­ lich hergestellte Vakuum, das unter 133 mbar liegen muß, um nicht mehr als 1,5 mbar je Minute abfällt. Abgesehen davon, daß durch die lediglich einmal je Tag erfolgende Vakuummessung während des Betriebes auftretende Undich­ tigkeiten nach der Messung nicht festgestellt werden kön­ nen, beinhaltet dieses Verfahren den großen Nachteil, daß die Messung bei kalter Behandlungskammer durchgeführt wird, so daß sich selbst bei mehrfach durchgeführten Va­ kuumtestmessungen dadurch Fehler ergeben können, daß sich die in der Behandlungskammer befindliche Restluft auf­ grund der höherliegenden Betriebstemperatur erwärmt und es somit durch den resultierenden Druckanstieg zur Anzei­ ge von nicht vorliegenden Fehlern kommt.

Zur Feststellung eines eventuellen Gasanteiles im verwen­ deten Dampf wird gemäß DIN 58 946, Teil 6, Abschnitt 4.3 auch der sogenannte Bowie & Dick-Test durchgeführt, bei welchem in einen Stapel von porösem Testgut, wie Wäsche ein Papierbogen mit Streifen eines Behandlungsindikators eingelegt wird. Nach der Sterilisation wird dieser Behandlungsindikatorbogen auf einen gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen Farbumschlag der Indikatorstreifen hin untersucht, wobei ein ungleichmäßiger Farbumschlag auf das Vorhandensein von nicht kondensierbaren Gasen hindeu­ tet, da bei zuvor ausgeführtem Vakuumtest mit einem Luftfreiheit zeigenden Ergebnis eine Undichtig­ keit der Behandlungskammer selbst ausgeschlossen werden kann. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß es aufgrund seines notwendigen Aufwandes an Zeit und Ma­ terial häufig lediglich einmal pro Tag vor Inbetriebnahme des Sterilisators ausgeführt wird, so daß im Laufe des Tages möglicherweise auftretende Gasanteile im verwen­ deten Dampf nicht ermittelt werden.

Aus der DE-OS 29 02 985 ist schließlich ein Verfahren zur Messung des Anteiles von nicht kondensierbaren Gasen in Sattdampf bekannt, bei welchem nach der Vorvakuumphase, in welcher das poröse Gut in der Behandlungskammer durch die aufeinanderfolgende Zugabe von Dampf und Evakuierung mittels einer Vakuumpumpe möglichst luftfrei gemacht wird, der Endwert des sich ergebenden Druckes in der Be­ handlungskammer nach Entfernung des zur Evakuierung mit genutzten Dampfes bestimmt wird. Dieser vorbestimmte Druckendwert soll dann ein Maß für die verlangte Luftver­ dünnung sein.

Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß der nach der Vorvakuumphase ermittelte Druckendwert einen Wert darstellt, der den Partialdruck der Restluft und des immer noch vorhandenen Restdampfgehaltes wiedergibt, was zu erheblichen Ungenauigkeiten führt, da darüber hinaus das poröse Sterilisiergut Feuchtigkeit in teils unter­ schiedlichen Mengen enthält, die in der Behandlungskammer nachverdampfen, was die Druckangabe stark beeinflußt. Ferner wird der Druckendwert bestimmungsgemäß nach der abgeschlossenen Vorvakuumphase innerhalb des gesamten Sterilisierablaufe bestimmt, so daß es nicht möglich ist, eventuell vorhandene Gasanteile im Behandlungsdampf fest­ zustellen. Dieses bekannte Verfahren ermöglicht eine Überprüfung während der Sterilisationszeit, d.h. dem eigentlichen Sterilisiervorgang nicht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Anteiles von nicht kondensierbaren Gasen in Dampf nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 6 zu schaffen, wobei es ermöglicht wird, auch während des gesamten Verfahrens­ ablaufes einer Sterilisation eventuelle Gasanteile auf genaue Art und Weise beeinflussungsfrei zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren bzw. der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des An­ spruches 6 gelöst.

Im einzelnen wird erfindungsgemäß während des Verfahrens­ ablaufes, wie beispielsweise der Sterilisation, ein vor­ zugsweise geringer kontinuierlich oder absatzweise ge­ steuerter Volumenstrom der Behandlungskammer entnommen. Nach der Entnahme wird der Dampf kondensiert, wobei sich eine Trennung von Kondensat und Gasen ergibt, da die Gase nicht kondensierbar ist. Daraufhin wird entlang einer Meßstrecke das Verhältnis von Kondensat- und/oder Gasan­ teilen bestimmt, so daß auch während des ganzen Verfah­ rensablaufes ermittelt werden kann, ob die geforderten Bedingungen, die beispielsweise zur Erreichung der ge­ wünschten Sterilität erforderlich sind, vorhanden bzw. eingehalten sind.

Die Ansprüche 2 bis 5 bzw. 7 bis 10 haben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Inhalt.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung für die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Meßstrecke stellt ein Kapillar­ rohr dar, in welchem nach der Kondensation des Dampfes und entsprechend dem Gasanteil gasgefüllte und kondensat­ gefüllte Rohrabschnitte gebildet werden. Der sich am Aus­ tritt des Kapillarrohres bildende Wechsel zwischen diesen gasgefüllten und kondensatgefüllten Rohrabschnitten wird als Verhältniswert erfaßt und ergibt den Meßwert, anhand dessen das Verfahren, bei welchem der Dampf verwendet wird, auf das Vorhandensein der geforderten Bedingungen überwacht werden kann.

Im einzelnen kann zur Messung des Verhältnisses zwischen den Längen der wassergefüllten Abschnitte und/oder der gasgefüllten Abschnitte des Kapillarrohres, die sich durch das Rohr, ähnlich den Gliedern einer laufenden Ket­ te bewegen, eine Lichtschranke verwendet werden, die im Bereich des Kapillarrohres vor dessen Ende eine elektri­ sche Zeitmeßeinrichtung so steuert, daß bei Eintritt eines Wasserabschnittes bzw. eines Gasabschnittes in die Schranke die Zeitmeßeinrichtung gestartet und beim Aus­ tritt gestoppt wird. Durch die Wiederholung dieses Vor­ ganges bei jedem Eintritt eines Wasser- bzw. Gasabschnit­ tes kann aus der Summe der gemessenen Zeiten im Verhält­ nis zu der gesamten Meßzeit der Gas- bzw. Kondensatanteil ermittelt werden.

Alternativ zu dieser Meßmethode ist es auch möglich, die erfindungsgemäß verwendete Meßeinrichtung als elektri­ schen Kondensator auszubilden, dessen Dielektrikum von dem Kapillarrohr gebildet wird. Hierbei stellt dann die sich ändernde Kapazität des Kondensators aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten von Kondensat und Gas ein Maß für den Gasanteil im Kondensat dar.

Als weitere alternative Meßeinrichtung bzw. Meßmethode kann ein Widerstandsgeber verwendet werden, der zwei im Kapillarrohr an geeigneter Stelle angeordnete Elektroden aufweist. Aus dem sich ändernden Widerstand zwischen die­ sen Elektroden kann hierbei ermittelt werden, ob Konden­ sat oder Gas an der Meßstelle vorhanden ist, woraus wiederum auf den Gasanteil im Dampf geschlossen werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der bei der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung vorgesehenen Meßeinrichtung, und

Fig. 3 eine der den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstel­ lung einer weiteren Ausführungsform der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Meß­ einrichtung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine Meßanordnung 2 auf, die folgende Einrichtungen umfaßt:

Eine Entnahmeeinrichtung 3, die im in Fig. 1 veranschau­ lichten Ausführungsbeispiel einen Rohrabschnitt 4 und ein Absperrorgan 5, vorzugsweise in Form eines Ventils, auf­ weist, die in geeigneter Art und Weise beispielsweise an eine nicht näher dargestellte Behandlungskammer eines Sterilisators angeschlossen sein kann. Über diese Entnah­ meeinrichtung 3 kann ein Dampf-Luft-Gemisch der Behand­ lungskammer entnommen werden und einer Kondensiereinrich­ tung 6 zugeführt werden. Diese Kondensiereinrichtung 6 weist eine Kühlschlange 7 auf, die von Kühlmittel 8 um­ spült ist, das über einen Kühlmitteleintritt 9 in einen Behälter 10 eingeführt und über einen Kühlmittelaustritt 11 wieder aus diesem abgeleitet wird. Vorzugsweise wird als Kühlmittel Wasser verwendet.

An die Kondensiereinrichtung 6 schließt sich eine Meß­ strecke 12 an, die mit der Kühlschlange 7 in Strömungs­ verbindung steht.

Schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nach einer Beruhigungsstrecke eine Meßeinrichtung 13 auf, die an der Meßstrecke 12 angeordnet ist und zur Erfassung der gewünschten Meßwerte dient.

Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungs­ form ist die Meßstrecke 12 als Rohr 12 mit geringem Durchmesser (nachfolgend als Kapillarrohr bezeichnet), aus Glas oder durchscheinendem Kunststoff z.B. Teflon (PTFE) ausgebildet, in welchem sich nach der Kondensie­ rung des Dampfes in der Kondensiereinrichtung 6 Konden­ satabschnitte 15 und Gasabschnitte 16 bilden, die, ähn­ lich einer laufenden Kette, aufeinanderfolgend durch das Kapillarrohr 14 hindurchlaufen, dessen Innenoberfäche sehr glatt ist.

Die der Meßstrecke 12 zugeordnete Meßeinrichtung 13 ist im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Licht­ schranke ausgebildet, die ein Sendeteil 17 mit einer Blende 17′und ein diesen gegenüber auf der anderen Seite des Kapillarrohres 14 angeordnetes Empfängerteil 18 auf­ weist. Das Empfängerteil 18 ist über eine Verbindungslei­ tung 19 mit einer Zeitmeßeinrichtung 20 verbunden, die eine Laufzeitmessung der sich bewegenden Kondensat- und/oder Gasanteile im Kapillarrohr 14 vornimmt.

Nach Durchgang der jeweiligen Gas- und Kondensatabschnitte durch die Meßeinrichtung 13 werden diese über einen Kondensat-Gasaustritt 21 abgeleitet.

Gemäß Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Meß­ einrichtung 13′ dargestellt, die anstelle der Meßeinrich­ tung 13 bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verwendet werden kann. Bei der Meßeinrich­ tung 13′ handelt es sich um einen elektrischen Kondensa­ tor 22, der zwei gegenüberliegend angeordnete Kondensa­ torplatten 23 und 24 aufweist. Im Zwischenraum zwischen den Kondensatorplatten 23 und 24 ist als Dielektrikum ein Abschnitt 25 des in Fig. 1 dargestellten Kapillarrohres 14 angeordnet. Das Kapillarrohr 14 schließt sich, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, mit einem Ende 26 an die Kondensiereinrichtung 6 an und ist an sei­ nem anderen Ende, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, mit dem Auslaß 21 versehen.

Bei dieser Ausführungsform wird der gewünschte Meßwert dadurch erhalten, daß die Kapazitätsänderung erfaßt wird, die sich durch die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten der durch den Abschnitt 25 des Kapillarrohres hindurchlaufenden Kondensat- bzw. Gasan­ teile ergibt.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform einer Meßein­ richtung 13′′ dargestellt, die ebenfalls bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 anstelle der Meßeinrichtung 13 verwendet werden kann. Diese Meß­ einrichtung 13′′ ist als Widerstandsgeber 27 ausgebildet, der zwei im Kapillarrohr 14 angeordnete Elektroden 28 und 29 aufweist. Die Elektroden 28 und 29 sind über Leitungen 30 bzw. 31 mit einem Spannungsumsetzer 32 verbunden, der in Wirkung mit einer Zeitmeßeinrichtung 33 steht. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der gewünschte Meßwert zur Bestimmung des Gasanteiles im Dampf aus dem sich än­ dernden elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden 28 und 29 je nachdem, ob Kondensat oder Gas an der durch die Elektroden 28 und 29 gebildeten Meßstelle vorhanden ist. Aus der Erfassung der Häufigkeit des Auftretens von somit bestimmbaren Gas- bzw. Kondensatanteilen kann letztendlich auf den Gasanteil im Dampf geschlossen wer­ den.

Mit den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsfor­ men der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auf beson­ ders vorteilhafte Art und Weise möglich, kontinuierlich oder in absatzweisem Einsatz den Gas-, insbesondere Luft­ anteil, wie er beispielsweise bei Sterilisierverfahren im Sterilisationsdampf auftritt, während des gesamten Ver­ fahrensablaufes zu überwachen. Hierbei ergeben sich wei­ tere Vorteile dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrich­ tung einfach und funktionssicher aufgebaut ist und ohne großen Aufwand an vorhandene Sterilisatoren angeschlossen werden kann. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß die Messung vom zu sterilisierenden Gut unbeeinflußt vor­ genommen werden kann, was die Genauigkeit und damit die Sicherheit erheblich erhöht. Darüber hinaus können auch während des Sterilisationsbetriebes Undichtigkeiten im System festgestellt werden.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung voranstehend am Beispiel eines Sterilisationsverfahrens beschrieben wor­ den ist, kann sie auch bei allen anderen Fällen verwendet werden, bei denen es auf eine Dampfqualitätskontrolle an­ kommt, bei welcher untersucht wird, ob der verwendete Dampf frei von Fremdgasen ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Messung des Anteiles von nicht konden­ sierbaren Gasen in Dämpfen, insbesondere in Sattdampf, bei Verfahren, bei welchen dieser Dampf verwendet wird, wie insbesondere bei Sterilisationsverfahren, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß während des Verfahrensablaufes ein vorzugsweise ge­ ringer Volumenstrom des Dampf-Gas-Gemisches kontinuier­ lich oder auch absatzweise abgezweigt wird,
daß der Dampf kondensiert wird, wobei sich eine Trennung von Gas und Kondensat ergibt, und
daß entlang einer Meßstrecke das Verhältnis von Kondensat- und Gasanteilen bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßstrecke ein Kapillarrohr verwendet wird, in wel­ chem gasgefüllte und kondensatgefüllte Rohrabschnitte ge­ bildet werden, deren Verhältnis ermittelt und als Meßwert verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verhältnis von Kondensat- und Gasanteilen mit Hilfe einer Lichtschranke durch Laufzeitmessung der sich bewegenden Kondensat- und/oder Gasanteile bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das die Meßstrecke bildende Kapillarrohr als Di­ elektrikum eines Kondensators verwendet wird und daß die Kapazität bzw. Kapazitätsänderung als Maß für den Gasan­ teil verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verhältnis von Kondensat und/oder Gasantei­ len mit Hilfe eines Widerstandsgebers ermittelt wird.

6. Vorrichtung zur Messung des Anteiles von nicht konden­ sierbaren Gasen in Dämpfen, insbesondere in Sattdampf, bei Vorrichtungen, in welchen dieser Dampf verwendet wird, wie insbesondere bei Sterilisationsvorrichtungen, mit einer Meßanordnung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßanordnung (2) eine Einrichtung (3) zur Entnahme eines Dampf-Luft-Gemisches,
eine sich an die Entnahmeeinrichtung (3) anschließende Kondensiereinrichtung (6),
eine Meßstrecke (12), die mit der Kondensiereinrichtung (6) in Verbindung steht und
eine Meßeinrichtung (13, 13′, 13′′) zur Erfassung des Kondensat-Gasanteil-Verhältnisses aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke (12) als Kapillarrohr (14) oder Spalt ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung (13) eine Lichtschranke bestehend aus Sendeteil (17) und Empfangsteil (18) und eine damit in Wirkverbindung stehende Zeitmeßeinrichtung (20) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung (13′′) einen Wider­ standsgeber (27) und eine damit in Wirkverbindung stehen­ de Zeitmeßeinrichtung (33) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßeinrichtung (13′) als Kondensator (22) ausgebildet ist, dessen Dielektrikum das Kapillar­ rohr (14) oder den Spalt bildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß vor der Meßeinrichtung (13, 13′, 13′′) eine Beruhigungsstrecke vorgeschaltet ist, de­ ren Länge größer ist als diejenige der Meßstrecke (12) selbst.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Kapil­ larrohres (14) in Abhängigkeit von der durchgeleiteten Kondensatmenge derart gewählt ist, daß die Flüssigkeits­ anteile über den gesamten Querschnitt des Kapillarrohres (14) Wandberührung haben.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Kapil­ larrohres (14) weniger als 2 mm beträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Kapillarrohres (14) 1,1 mm beträgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Kapillar­ rohres eine glatte Oberfläche aufweist.