DE69806599T2

DE69806599T2 - Multipel-flammpunkt-verdampfungssystem

Info

Publication number: DE69806599T2
Application number: DE69806599T
Authority: DE
Inventors: J. Edwards; G. Geist; A. Steen
Original assignee: Steris Corp
Current assignee: Steris Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: WO1998057673A1; EP0991434A1; US6077480A; JP4094685B2; EP0991434B1; DE69806599D1; JP2002504005A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft der Technik des Sterilisierens. Sie wird hauptsächlich bei Wasserstoffsuperoxid-Verdampfungssystemen angewandt, die zur Sterilisierung großer Behältnisse und deren Inhalte eingesetzt werden, und sie wird insbesondere in diesem Zusammenhang beschrieben werden. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass die Erfindung auch auf andere chemische Verdampfungssysteme anwendbar ist, so zum Beispiel auf Peressigsäure-Verdampfungssysteme.
Sterile Behältnisse werden in Krankenhäusern und Laboratorien zur Durchführung von Untersuchungen in einer von Mikroorganismen freien Umgebung gebraucht. Auch in den Verarbeitungsanlagen für Pharmaka und Lebensmittel befinden sich große, zu sterilisierende Behältnisse. Wasserstoffsuperoxid ist ein in diesen Anwendungsbereichen besonders wirksames Sterilisierungsmittel, da es schon bei niedrigen Temperaturen wirksam ist. Wenn das betreffende Behältnis bei Zimmertemperatur gehalten bleiben kann, dann ist auch die Gefahr einer thermischen Beeinflussung sowohl der betroffenen Anlage als der zu sterilisierenden Objekte ausgeschlossen. Es kommt hinzu, dass sich Wasserstoffsuperoxid in einfacher Weise zu Wasser und Sauerstoff zersetzt und somit keine Gefahr für die Bedienungsperson darstellt.
Für eine wirksame Sterilisierung wird das Wasserstoffsuperoxid dampfförmig gehalten. Kondensation bedeutet eine erhebliche Verringerung der Sterilisierung. Bei vielen der gebräuchlichen Wasserstoffsuperoxid-Sterilisatoren wird Wasserstoffsuperoxid in ein Vakuum eingesprüht. Die voranging eingesetzten Systeme enthalten einen einzelnen geheizten Wasserstoffsuperoxid- Verdampfer. Eine ungefähr 35%-ige wässrige Lösung von Wasserstoffsuperoxid wird in den Verdampfer gespritzt, dort aufgeheizt und zu Dampf umgeformt, ohne dass es sich in Wasser und Sauerstoff zersetzt. Ein Luftstrom befördert dann den Dampf in das Behältnis.
Mit steigender Größe der Behältnisse steigt die erforderliche Menge des Wasserstoffsuperoxids, und die Wirksamkeit des Verdampfersystems gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Diverse Dinge begrenzen die Leistung des Verdampfers. Zum Ersten ist da der Verdampfungsprozess, der einen Druckabfall und damit eine Verringerung des Luftstroms durch den Verdampfer erzeugt. Zum Zweiten ist es erforderlich, dass zum Erhalt der Wirksamkeit der Sterilisierung der Druck beim Erzeugen des Dampfes auf einen Wert begrenzt wird, bei dem das Wasserstoffsuperoxid in seinem dampfförmigen Zustand stabil ist.
Des Weiteren erzeugen größere Behältnisse auch ihre eigenen Probleme. Temperaturunterschiede innerhalb der Kammer verlangen unterschiedliche Konzentrationen des Sterilisierungsmittels, um die Kondensation an kühleren Flächen zu kompensieren. Die Objekte innerhalb des Behältnisses wiederum verlangen zur optimalen Behandlung unterschiedliche Konzentrationen des Sterilisierungsmittels, um unterschiedliche Absorptionsraten zu kompensieren.
Als eine Lösung bot sich an, den Verdampfer und die Einspritzrate des Wasserstoffsuperoxids in den Verdampfer zu vergrößern. Obwohl hilfreich, bleiben auch bei einem vergrößerten Verdampfer die Probleme der Konzentrationsunterschiede und Kondensationen.
WO 91/05573 legt ein Sterilisiersystem mit Wasserstoffsuperoxid und eine Methode seiner Anwendung offen. Das System hat zwei Wasserstoffsuperoxid-Verdampfer, einen Trägergas- Generator, der den Verdampfer mit dem nötigen Trägergasfluss versorgt, und einzelne Versorgungsleitungen, die die Mischung aus Wasserstoffsuperoxid und Trägergas von den Verdampfern in die verschieden Bereiche der Sterilisierkammer leiten. Die beiden Verdampfer sind so ausgelegt, dass sie beide dieselbe Dampferzeugungsrate aufweisen. Unterschiedliche Zustände in den verschiedenen Bereichen der Sterilisierkammer werden nicht kompensiert.
WO 97/04816 legt ein System offen, in dem einer oder mehrere Infrarotsensoren zur Messung des Wasserstoffsuperoxids in der Sterilisierkammer eingebaut sind, um den niedrigsten Wert der Wasserstoffsuperoxid-Konzentration, die sich innerhalb der Kammer einstellt, also den schlimmstmöglichen Zustand, festzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues und verbessertes Verdampfersystem vor, das die oben erwähnten und andere Probleme überwindet.

Kurzfassung der Erfindung

Gemäß des einen Aspekts dieser Erfindung wird ein Wasserstoffsuperoxid-Verdampfersystem vorgestellt. Der Sterilisierapparat umfasst eine Anzahl von Verdampfern zur Einspeisung von Wasserstoffsuperoxiddampf in ein Trägergas und einen Trägergasgenerator zum Erzeugen eines Trägergasstroms in den Verdampfer. Wenigstens eine Versorgungsleitung transportiert den Wasserstoffsuperoxiddampf und das Trägergas von den einzelnen Wasserstoffsuperoxid-Verdampfern in die verschiedenen Bereiche eines zu sterilisierenden Behältnisses. Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffsuperoxid-Verdampfer unabhängig voneinander so geregelt werden, dass verdampftes Wasserstoffsuperoxid mit verschiedenen Flussraten in das Trägergas eingespeist wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Methode vorgestellt, bei der der Sterilisierapparat zur Versorgung eines Behältnisses mit dampfförmigem Wasserstoffsuperoxid verwendet wird. Bei dieser Methode wird in einer ersten und zweiten einer Mehrzahl von Verdampfern eine wässrige Lösung von Wasserstoffsuperoxid verdampft und dieser ersten und zweiten einer Mehrzahl von Verdampfern ein Trägergas zugeführt, das mit dem Wasserstoffsuperoxiddampf in der ersten und zweiten einer Mehrzahl von Verdampfern vermischt wird. Ferner wird bei dieser Methode der Wasserstoffsuperoxiddampf unabhängig von der ersten und zweiten einer Mehrzahl von Verdampfern in einen ersten und zweiten der verschiedenen Bereiche des Behältnisses geleitet. Die Methode ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffsuperoxiddampf-Dampfgeneratoren unabhängig voneinander so geregelt werden, dass verdampftes Wasserstoffsuperoxid mit verschiedenen Flussraten in das Trägergas eingespeist wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass innerhalb des gesamten großen Behältnisses eine optimale Sterilisierung erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Sterilisierung innerhalb einer kurzen Zeit erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Luftströmung und die Einleitungsrate des Wasserstoffsuperoxids erhöht werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt in der verbesserten Gleichmäßigkeit der Konzentration des Wasserstoffsuperoxids.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten auf diesem Gebiet beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform offenbar werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann durch diverse Komponenten und Anordnungen der Komponenten und durch verschiedene Schritte und Reihenfolgen der Schritte realisiert werden. Die Zeichnungen haben den alleinigen Zweck, eine bevorzugte Ausführungsform darzustellen, und dürfen nicht als Begrenzung der Erfindung gedeutet werden.
Das BILD ist eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines entsprechend dieser Erfindung konstruierten Wasserstoffsuperoxid-Verdampfersystems dar.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf das BILD, wird verdampftes Wasserstoffsuperoxid von einer Mehrzahl von Verdampfern 10 in das Trägergas eingeleitet. Genauer gesagt, das Wasserstoffsuperoxid wird vorzugsweise aus einer Patrone oder einem Reservoir 14 heraus von einer regelbaren Dosierpumpe 12 mit einer bestimmten Strömungsrate tröpfchen- oder nebelförmig auf eine Heizplatte 16 gesprüht. Das Wasserstoffsuperoxid verdampft bei der Berührung mit der Platte und vermischt sich mit dem vorbeiströmenden Trägergas. Die Temperatur der Heizplatte wird unterhalb der Zersetzungstemperatur des Wasserstoffsuperoxids gehalten. Ein Trägergas-Durchflussregler 18 oder eine Umlenkeinrichtung regelt den Durchfluss des Trägergases. Durch Einstellung der Dosierpumpe 12 und des Trägergas-Durchflussreglers 18 kann die zeitliche Menge des produzierten Wasserstoffsuperoxiddampfes geregelt werden.
Als Trägergas wird vorzugsweise Luft gewählt, obwohl andere nicht mit Wasserstoffsuperoxid reagierende Gase auch denkbar sind. Ein Trägergasgenerator 20, zum Beispiel eine Pumpe oder ein Druckgasbehälter, sorgt für den Strom des Trägergases durch die Verdampfer 10 hindurch. Im Fall von atmosphärischer Luft als Trägergas sorgt ein Filter 22 für das Entfernen von Verunreinigungen. Vorzugsweise erhöht ein Vorwärmer 24 die Temperatur des Trägergases bevor es die Verdampfer 10 erreicht, wodurch die Kondensation in den Versorgungsleitungen reduziert und die Sättigungskonzentration des Wasserstoffsuperoxids erhöht wird. Wahlweise kann ein Trockner 26 zur Regelung der Luftfeuchte des Trägergases eingesetzt werden.
Mittels der Versorgungsleitungen 30 wird die Mischung aus Trägergas und dampfförmigem Wasserstoffsuperoxid von den Verdampfern 10 in die Sterilisierkammer 32 geleitet. Die Länge der Versorgungsleitungen 30 wird zur Verringerung des Risikos einer Kondensation so kurz wie möglich gehalten. Zur weiteren Verringerung der Gefahr einer Kondensation werden die Versorgungsleitung isoliert 34 und/oder mit Heizeinrichtungen 36 umgeben. Wahlweise verbinden zwei oder mehr Verbindungsleitungen jeden Verdampfer mit zwei oder mehr Bereichen der Sterilisierkammer 32.
Der Abzug 40 erlaubt eine gezielte Entspannung bei übermäßigem Druck in der Sterilisierkammer. Wahlweise wird eine Vakuumpumpe 42 eingesetzt, um die Sterilisierkammer vor der Einleitung von Wasserstoffsuperoxid leer zu pumpen. Diese Evakuierung erhöht die Strömungsrate mit der der Wasserstoffsuperoxiddampf in die Kammer gezogen wird und verringert damit den Förderdruck des Wasserstoffsuperoxiddampfes, wodurch wiederum Kondensation vermieden wird. Ein Katalysator 44 oder Ähnliches zersetzt das verbleibende Wasserstoffsuperoxid in dem Abgas. Wahlweise erhöht ein Heizgerät 46 vor und während der Sterilisierung die Temperatur der Sterilisierkammer 32 selbst und in ihrem Innenraum. Eine erhöhte Temperatur innerhalb der Kammer oder wenigstens ihrer Innenflächen hilft ebenfalls bei der Verringerung von Dampfkondensation.
Sterilisierbare Behältnisse werden beispielsweise bei mikroorganismusfreien Arbeitsplätzen, in Gefriertrocknern und Verarbeitungsanlagen für Pharmaka und Lebensmittel eingesetzt. Ob hierbei hohe Sterilisiertemperaturen und/oder eine Evakuierung der Kammer anwendbar sind, hängt von der Konstruktion der Kammer und der Beschaffenheit seines Inhalts ab. Beispielsweise werden sterilisierbare Arbeitsplätze üblicherweise aus weichen Kunststoffen konstruiert, die keine hohen Temperaturen oder Unterdruck im Innenraum vertragen. Dagegen werden Verarbeitungsanlagen der Lebensmittelindustrie oftmals für hohe Temperaturen und Drücke bei der Verarbeitung ausgelegt, und es kann hier somit leichter eine optimalere Sterilisierung mit Evakuierung und Erhitzung eingesetzt werden.
Die bevorzugte Konzentration liegt bei 30-40 Gewichtsprozent einer wässrigen Lösung von Wasserstoffsuperoxid. Bei diesem Wert gibt es nur eine begrenzte Auskondensation des Wasserstoffsuperoxids, auch wird dabei die Sterilisierung in kurzer Zeit erreicht.
Der Wasserstoffsuperoxiddampf bleibt in der Sterilisierkammer 32 bis Sterilisierung erreicht worden ist. Wahlweise wird eine Vakuumpumpe 42 eingesetzt, um den Wasserstoffsuperoxiddampf nach der Sterilisierung aus der Sterilisierkammer abzuziehen. Dadurch wird die Zeit, bis das Wasserstoffsuperoxid verschwunden ist, verringert und die Sterilisierkammer schneller wieder einsatzfähig.
Bei der abgebildeten Ausführung sind die Verdampfer in einem Abstand vom Trägergasgenerator aber in direkter Nähe zur Sterilisierkammer angeordnet. Die Rate, mit der Wasserstoffsuperoxid in die einzelnen Verdampfer eingeleitet wird, ist regelbar, wodurch eine optimale Verteilung des Wasserstoffsuperoxiddampfes innerhalb der Sterilisierkammer erreicht wird.
Unterschiede in der Temperatur und Absorptionsfähigkeit der Materialien innerhalb der Sterilisierkammer, die Strömungsmuster in der Kammer und die Gestalt der Kammer sind alles Faktoren, die einen Einfluss auf die optimale Einleitungsrate haben. Vorzugsweise wird ein Regelsystem 50 die Zuführung des Wasserstoffsuperoxids in die Verdampfer in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten innerhalb der Kammer regeln. Eine Anzahl von Messeinrichtungen 52 erfasst den Zustand innerhalb der Sterilisierkammer 32. Die Messeinrichtungen enthalten Temperaturfühler, Feuchtigkeits- oder Dampfkonzentrationsfühler, Druckfühler und Ähnliches. Das Regelsystem enthält eine Vergleicherschaltung 54, in dem die Messsignale der durch die Messeinrichtungen erfassten Zustände mit Referenzsignalen verglichen werden, die einer voreingestellten idealen Konzentration des Wasserstoffsuperoxids und anderer Zustandsgrößen entsprechen. Vorzugsweise bestimmt die Vergleicherschaltung bei jeder gemessenen Zustandsgröße die Abweichung zu dem entsprechenden Referenzsignal oder Referenzwert. Vorzugsweise werden vielfältige Zustandsgrößen gemessen und mehrere Vergleichsschaltungen eingerichtet. Ein Prozessrechner 56 vergleicht jede einzelne gemessene Abweichung (oder eine Kombination aus verschiedenen Abweichungszuständen) mit den Einstellwerten aus einer vorher einprogrammierten Nachschlagetabelle 58 und bestimmt daraus die beim jeweiligen Verdampfer erforderliche Nachregelung. Es werden auch weitere Schaltkreise überlegt, mit denen bei größeren Abweichungen eine größere und bei kleineren Abweichungen eine kleinere Nachregelung ausgeführt werden kann. Alternativ kann die Berechnung der Abweichungen in sehr kurzen Intervallen erfolgen, wobei dann eine Rauf- oder Runterregelung mit gleicher Größenordnung erfolgt, je nach dem der gemessene Zustand unter oder über dem Referenzwert liegt.
Gemäß den Einstellwerten aus der Nachschlagetabelle wird die Dosierpumpe 12 des Wasserstoffsuperoxids und der Trägergas-Durchflussregler 18 geregelt, bis die gemessenen Zustände wieder die Referenzwerte erreichen. Beispielsweise werden die Dampfeinspeiseraten bei denjenigen Verdampfern erhöht, die sich in der Nähe von Bereichen befinden, bei denen sich eine niedrigere Dampfkonzentration, eine niedrigere Temperatur, ein höherer Druck oder Ähnliches eingestellt hat. Dampfeinspeiseraten werden verringert, wenn höhere Konzentrationen, höhere Temperaturen, niedrigere Drücke oder Ähnliches gemessen werden. Wahlweise regelt der Prozessrechner auch die Heizung 46 und Umluftventilatoren in der Sterilisierkammer, die Absaugpumpe 42 oder Ähnliches. Wahlweise kann die Bedienungsperson am Bedienpult die Referenzsignale in jedem Bereich verändern und damit eine höhere oder niedrigere Konzentration im jeweiligen Bereich erreichen.

Claims

1. Ein Sterilisierapparat unter Verwendung von Wasserstoffsuperoxid einschließlich einer Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren (10) zur Einspeisung von Wasserstoffsuperoxiddampf in ein Trägergas, eines Trägergasgenerators (20) zum Erzeugen eines Trägergasstroms in den Verdampfer, und wenigstens eine Versorgungsleitung (30) zum Transport des Wasserstoffsuperoxiddampfes und des Trägergases von den einzelnen Wasserstoffsuperoxid-Generatoren zu den verschiedenen Bereichen der Sterilisationskammer (32), dadurch gekennzeichnet, dass voneinander unabhängig geregelte Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren das verdampfte Wasserstoffsuperoxid mit verschiedenen Flussraten in das Trägergas einspeisen.

2. Das gemäß Anspruch 1 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren vom Trägergas-Generator getrennt und an einzelne Versorgungsleitungen, die zu verschiedenen Bereichen der Sterilisierkammer führen, angeschlossen sind.

3. Das gemäß jeweils einem der Ansprüche 1 und 2 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wasserstoffsuperoxid-Dampfgenerator mit einer Stufenpumpe (12) [stepper pump?] zur Regulierung der Zufuhrrate des flüssigen Wasserstoffsuperoxids zu einer geheizten Verdampferoberfläche (16) ausgerüstet ist.

4. Das gemäß jeweils einem der Ansprüche 1 bis 3 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wasserstoffsuperoxid-Dampfgenerator mit einem Regler (50) des flüssigen Wasserstoffsuperoxids zur Regulierung der Zufuhrrate des Wasserstoffsuperoxids zu einer geheizten Verdampferfläche (16) ausgerüstet ist.

5. Das gemäß Anspruch 4 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wasserstoffsuperoxid-Dampfgenerator des weiteren mit einem Trägergas- Durchflussregler (18) zur Regulierung der Durchflussrate des Trägergases im Wasserstoffsuperoxid-Dampfgenerator und damit zur Regulierung der Wasserstoffsuperoxid-Dampfkonzentration ausgerüstet ist.

6. Das gemäß jeweils einem der obigen Ansprüche 1 bis 5 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass

eine Anzahl von Messeinrichtungen (52) den Zustand in jeder der verschiedenen Bereiche der Sterilisierkammer feststellen; und

jeder der Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren einen unterschiedlichen Bereich der Sterilisierkammer mit Wasserstoffsuperoxid versorgt.

7. Das gemäß Anspruch 6 beschriebene System, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass es ein Regelsystem (50) enthält, das die Zuflussrate des Wasserstoffsuperoxiddampfes von jedem der Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren entsprechend den durch die Messeinrichtungen (52) in den verschiedenen Bereichen der Sterilisierkammer festgestellten Bedingungen regelt.

8. Eine Methode zur Anwendung des Systems gemäß einer der obigen Ansprüche 1 bis 7 zur Versorgung einer Sterilisierkammer mit dampfförmigem Wasserstoffsuperoxid, die folgendes umfasst:

einen ersten einer Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren (10), die Wasserstoffsuperoxiddampf erzeugen;

einen zweiten einer Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren (10), die Wasserstoffsuperoxiddampf erzeugen;

Erzeugung eines Zuflusses mit Trägergas zur ersten und zweiten der Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren;

Einleiten des Wasserstoffsuperoxiddampfes in das zufließende Trägergas im ersten und zweiten einer Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren; und

unabhängige Weiterleitung des Wasserstoffsuperoxiddampfes und Trägergases aus dem ersten und zweiten einer Anzahl von Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren in den ersten und zweiten der unterschiedlichen Bereichen der Sterilisierkammer (32),

dadurch gekennzeichnet, dass

durch eine unabhängige Regelung der Wasserstoffsuperoxid-Dampfgeneratoren eine Einspeisung des dampfförmigen Wasserstoffsuperoxids in das Trägergas mit unterschiedlichen Raten erreicht wird.

9. Die gemäß Anspruch 8 beschriebene Methode, im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsrate und die Einspeisungsrate des dampfförmigen Wasserstoffsuperoxids in das Trägergas unabhängig voneinander geregelt werden.