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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Plasma-Sterilisationsvorrichtung
zum Abtöten
unter Verwendung von Plasma von Mikroorganismen auf den Oberflächen von
Gegenständen
(beispielsweise medizinischen Instrumenten), welche in eine Sterilisationskammer
eingebracht sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine mit Entfeuchter ausgerüstete
Plasma-Sterilisationsvorrichtung, in welcher Wasserstoffperoxiddampf
oder eine Mischung von Wasserstoffperoxiddampf und Luft als ein
Vorläufer
für keimtötend aktives
Material verwendet wird, und von dem Vorläufer umgewandelter Wasserdampf nach
der Sterilisation durch ein Kühlverfahren
in einem Entfeuchter entfernt wird.
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Stand der
Technik
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Verschiedene
Vorrichtungen und Verfahren zum Sterilisieren von Einweg- oder wieder
verwendeten medizinischen Instrumenten oder Werkzeugen sind entwickelt
worden. Seit Umweltverschmutzung an Bedeutung gewonnen hat, wurde
umfassend und intensiv auf umweltfreundliche Sterilisationsvorrichtungen
geachtet. Eine der bekanntesten umweltfreundlichen Sterilisationsvorrichtungen
ist eine Plasma-Sterilisationsvorrichtung, welche eine Wasserstoffperoxidlösung als
einen Vorläufer
von keimtötenden
aktiven Sorten verwendet, weil die meisten seiner Abgase in die
Luft Wasserstoff, Sauerstoff und Wasserdampf sind.
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Eine
herkömmliche
eine Wasserstoffperoxidlösung
als ein sterilisierendes Mittel verwendende Plasma-Sterilisationsvorrichtung
ist in dem koreanischen Patent Nr. 132233 vorgestellt. Diese Plasma-Sterilisationsvorrichtung
umfasst eine Sterilisationskammer, in welche von einer Wasserstoffperoxidlösung verdampftes
Gas geführt
wird. Eine Vakuumpumpe ist mit einem unteren Teil der Sterilisationskammer
verbunden. In der Sterilisationskammer sind eine Anode und eine
Kathode angebracht, wobei die Kathode über eine Impedanzanpassungs-Steuerung und
eine Impedanzanpassungs-Schaltung an eine Plasma-Energieversorgung
verbunden ist.
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In
der Plasma-Sterilisationsvorrichtung wird die Sterilisationskammer,
in welche ein zu sterilisierender Gegenstand (im folgenden als "Sterilisationsobjekt" bezeichnet) eingeführt wird,
mit Wasserstoffperoxiddampf gefüllt,
und dann wird durch die Plasma-Energieversorgung über die
Impedanzanpassungs-Steuerung und die Impedanzanpassung-Schaltung
ein elektrisches Feld angelegt, um zwischen der Anode und der Kathode
Plasma zu erzeugen.
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Während und
nachdem ein Sterilisationsprozeß für eine vorbestimmte
Zeitdauer ausgeführt
wird, wird die Vakuumpumpe betrieben, um Gas von der Sterilisationskammer über ein
Ableitungsrohr an die Atmosphäre
abzuleiten. Das meiste des abgeleiteten Gases besteht aus Wasserdampf,
Sauerstoff und Wasserstoff.
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Solch
eine herkömmliche
Plasma-Sterilisationsvorrichtung weist einen gravierenden Nachteil auf.
Weil die Vakuumpumpe für
eine lange Zeitdauer dem in dem ausgeströmten Gas reichhaltig vorhandenen
Sauerstoff und Wasserdampf ausgesetzt ist, werden innere Teile der
Vakuumpumpe durch Oxidation korrodiert. In schweren Fällen kann
die im Allgemeinen teure Vakuumpumpe nicht arbeiten. Daher erfordert
die Vakuumpumpe häufige
Wartung und Austausch von Teilen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Entsprechend
wurde die vorliegende Erfindung in Anbetracht obiger Probleme, die
in dem Stand der Technik auftreten, gemacht und eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist, eine mit Entfeuchter ausgestattete Plasma-Sterilisationsvorrichtung
bereitzustellen, in welcher der Wasserdampf, der in dem abgeleiteten
Gas nach Gebrauch für
die Sterilisation von Objekten enthalten ist, kühl-kondensiert wird, um so
das Eindringen von Wasserdampf in die Vakuumpumpe und die Korrosion
von Teilen der Vakuumpumpe zu verhindern, womit das Intervall zwischen
regelmäßiger Wartung
und Auswechseln von Teilen verlängert
wird.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Plasma-Sterilisationsvorrichtung
bereit, umfassend: eine Sterilisationskammer zur Aufnahme eines
Sterilisationsobjekts hierin, eine mit einer Kathode verbundene
Hochfrequenz-Energiequelle, um ein optimales Plasma unter der Steuerung
von sowohl einer Impedanzanpassungs-Steuerung und einer Impedanzanpassungs-Schaltung
zu erzeugen, wobei die Kathode mit der Anode in einem vorbestimmten
Abstand in der Sterilisationskammer installiert ist, sowie eine
durch ein Ableitungsrohr mit der Sterilisationskammer verbundene
Vakuumpumpe, um Luft von der Sterilisationskammer zur Bildung eines
Vakuumzustandes in der Sterilisationskammer zu evakuieren, wobei
das Ableitungsrohr mit einem Entfeuchter versehen ist, um den Wasserdampf
in dem durch das Ableitungsrohr fließenden Gas zu kühl-kondensieren,
um das Eindringen von Wasser in die Vakuumpumpe zu verhindern.
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In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
bildet der Entfeuchter einen Kühlkreis,
welcher umfasst: einen Kompressor, einen Kondensor, ein Expansionsventil
sowie ein Kühlgerät, wobei
das Kühlgerät in einem
mit dem Ableitungsrohr verbundenen Gehäuse eingeschlossen ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
obigen und anderen Aufgaben, Eigenschaften und andere Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten
Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen klarer verstanden,
in welchen:
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1 eine
schematische Ansicht ist, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen, mit
einem Entfeuchter ausgerüsteten
Plasma-Sterilisationsvorrichtung zeigt;
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2 eine
teilweise Detailansicht ist, die einen Entfeuchterbereich zeigt,
welcher eine wesentliche Rolle in dem Sterilisationsprozeß der vorliegenden
Erfindung spielt;
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3A eine
Photoaufnahme ist, welche von der erfindungsgemäßen Plasma-Sterilisationsvorrichtung
aufgenommen wurde, welche innere Teile der Vakuumpumpe nach Gebrauch
während
einer vorbestimmten Zeitdauer zeigt; und
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3B eine
Photoaufnahme ist, welche von einer herkömmlichen Plasma-Sterilisationsvorrichtung
aufgenommen wurde, welche innere Teile der Vakuumpumpe nach Gebrauch
für eine
vorbestimmte Zeitdauer zeigt.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Die
Anwendung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen verstanden.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen mit einem Entfeuchter ausgerüsteten Sterilisationsvorrichtung
und 2 ist eine teilweise Ansicht, die im Detail den
Aufbau eines Entfeuchters zeigt, welcher ein wesentlicher Teil der
vorliegenden Erfindung ist.
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Wie
in den Figuren gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Sterilisationsvorrichtung
eine Sterilisationskammer 10 zur Aufnahme eines Sterilisationsobjektes 11 hierin,
wie z.B. medizinische Instrumente, Operationswerkzeuge etc. Bevor
das Sterilisationsobjekt 11 in die Kammer 10 eingeführt wird, wird
das Sterilisationsobjekt 11 vorzugsweise mit einer Umhüllung umwickelt.
Eine über
ein Ableitungsrohr 16 an einen unteren Teil der Sterilisationskammer 10 verbun dene
Vakuumpumpe 14, ist bereitgestellt, um Luft von der Sterilisationskammer 10 zu evakuieren,
um einen Vakuumzustand zu bilden.
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Innerhalb
der Sterilisationskammer 10 sind ein Paar von Elektroden
installiert. Eine Anode 22 ist an einem unteren Teil der
Sterilisationskammer 10 bereitgestellt, während eine
Kathode 24 an einem oberen Teil bereitgestellt ist. Die
Kathode 24 ist über eine
Impedanzanpassungs-Steuerung 42 und eine Impedanzanpassungs-Schaltung 44 mit
einer Hochfrequenz-Energiequelle 40 verbunden, welche Energie
mit geeigneten Frequenzen zuführt,
um Plasma in optimalen Bedingungen zu erzeugen.
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Die
Frequenz der Hochfrequenzenergiequelle 40 kann in eine
Mehrzahl von Frequenzbändern fallen.
Je höher
die Frequenz ist, desto höher
wird die Dichte von dem Plasma erzeugt. Jedoch erfordert eine hohe
Frequenz teurere Ausrüstung
sowie zusätzliche
Ausrüstung,
welche in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung abzuschirmen.
Daher ist es bevorzugt, ein Frequenzband auszuwählen, das für eine Ausrüstung im praktischen Gebrauch
geeignet ist.
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Der
Sterilisationskammer 10 ist auch ein Einblaserhitzer 30 bereitgestellt,
welcher eine Wasserstoffperoxidlösung 32 verdampft,
den Dampf zusammen mit Luft 34 erhitzt und den Dampf hinein
injiziert.
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An
dem Ableitungsrohr 16 ist ein Entfeuchter 50 angebracht,
welcher den Wasserdampf des durch das Ableitungsrohr 16 strömenden Gases
kühlt,
wobei verhindert wird, dass Wasserdampf in die Vakuumpumpe 14 gerät. Der Entfeuchter 50 umfaßt ein Gehäuse 18,
in welchem ein Kühlgerät 52 angebracht
ist. Der Entfeuchter bildet einen Kühlkreis, welcher einen Kompressor 54,
einen Kondensor 56, ein Expansionsventil 58 und
das Kühlgerät 52 umfaßt.
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Ein
Wasserablassventil 19 mit einem Auslassventil 19a ist
an einem unteren Bereich des Gehäuses 18 bereitgestellt.
Um zu verhindern, dass Wasserdampf in die Vakuumpumpe 14 gerät, ist das Ableitungsrohr 16 an
einem unteren Bereich des Gehäuses 18,
wo das Ableitungsrohr 16 mit dem Gehäuse 18 verbunden ist,
vorzugsweise in einen Halbkreis oder eine Steigung gebogen.
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Ein
Sterilisationsobjekt 11, beispielsweise ein medizinisches
Instrument oder ein Operationswerkzeug, wird mit der Umhüllung 12 umwickelt,
und in die Sterilisationskammer 10 eingebracht, und die Tür der Sterilisationskammer 10 wird
geschlossen. Die Vakuumpumpe 14 wird betrieben, um Luft
von der Sterilisationskammer 10 durch das Ableitungsrohr 16 zu
evakuieren, bis zu dem Grad, dass ein gewünschtes Vakuum gebildet ist.
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Wenn
die Vakuumpumpe 14 ein gewünschtes Vakuum innerhalb der
Sterilisationskammer 10 erzeugt, wird die Wasserstoffperoxidlösung 32 verdampft
und in Gemisch mit Luft 34 in die Sterilisationskammer 10 durch
den Injektionserhitzer 30 injiziert.
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Wenn
das Gemisch von dem Wasserstoffperoxiddampf 32 und Luft
bei einem vorbestimmten Druck in die Sterilisationskammer 10 gefüllt ist,
wird ein elektrisches Feld durch die Impedanzanpassungs-Schaltung 44 und
die Impedanzanpassung- Steuerung 42 von
der Hochfrequenz-Energiequelle 40 an die Kathode 24 angelegt,
wodurch ein hochdichtes Plasma zwischen der Kathode 24 und der
Anode 22 innerhalb der Sterilisationskammer 10 erzeugt
wird.
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Bei
Anwendung einer gepulsten Energieeinbringung, bei der die Hochfrequenzenergie
pulsierend zugeführt
wird, wird ein Kapazitivkoppeltyp-Hochdichteplasma mit einer Temperatur
von weniger als 100°C
erzeugt. Weil solch eine in der pulsierenden Anwendungsart betriebene
Hochfrequenzenergiequelle 40 betrieben wird, ist die Überhitzung
von sowohl dem Gas innerhalb der Sterilisationskammer 10 als
auch dem Sterilisationsobjekt 11 verhindert.
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Während die
Vakuumpumpe 14 kontinuierlich betrieben wird, wird das
gemischte Gas von der Wasserperoxidlösung 32 und der Luft 34 durch
den Injektionserhitzer 30 injiziert, um den Reaktionsdruck innerhalb
der Sterilisationskammer 10 aufrechtzuerhalten.
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Reaktive
Sorten in dem wie oben beschrieben erzeugten Hochdichteplasma diffundieren gleichmäßig durch
die Sterilisationskammer 10, und halten eine gewünschte Plasmaatmosphäre aufrecht.
Die zu der Sterilisationskammer 10 diffundierten reaktiven
Sorten wechselwirken mit dem Sterilisationsobjekt 11 und
sterilisieren es so.
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Die
Atmosphäre
des Inneren der Sterilisationskammer 10 hängt von
der an die Kathode 24 angelegten hochfrequenten elektrischen
Energie und der Konzentration des gemischten Gases ab. Die Sterilisation
ist innerhalb der kurzen Zeitdauer von etwa fünf Minuten ab dem Beginn der
Plasmaerzeu gung abgeschlossen. Obwohl der Sterilisationsprozeß innerhalb
solch einer kurzen Zeit abgeschlossen ist, ist es bevorzugt, die
gewünschte
Plasmaatmospäre
für eine
vorbestimmte Zeit kontinuierlich aufrechtzuerhalten, um eine ausreichende
Sterilisation des Sterilisationsobjektes zu erreichen.
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Der
Sterilisationswirkungsgrad in der Sterilisationskammer 10 hängt von
der Konzentration des durch die Verdampfung der wässrigen
Wasserstoffperoxidlösung 32 und
Luft 34 produzierten Mischgases ab, d.h. den mikrobiozidalen
Mitteln. Jedoch sollte, weil der Sterilisationswirkungsgrad auch
von der zugeführten
elektrischen Energie abhängt,
eine optimale elektrische Energie angewandt werden, um einen optimalen
Sterilisationswirkungsgrad zu erreichen.
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Die
Umhüllung 12 wird
verwendet, um das Sterilisationsobjekt 11 vor Einbringen
in die Sterilisationskammer 10 einzuwickeln. Daher wird
die Umhüllung
aus Materialien gewählt,
welche in der Plasmaatmosphäre
nicht reaktiv sind, und welche einen faserähnlichen Aufbau aufweisen,
der in der Lage ist, den Durchfluß von Plasma hierdurch zuzulassen.
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Wie
oben beschrieben, wird das Sterilisationsobjekt 11 durch
das kontinuierliche Aufrechterhalten der Plasmaatmosphäre für eine vorbestimmte Zeit
vollständig
sterilisiert.
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Während der
Sterilisation in der Sterilisationskammer 10 wird der Entfeuchter 50 in
der Weise eines Kühlkreises
betrieben. Im Detail wird ein Kühlmittel,
sobald der Kom pressor 54 den Betrieb aufnimmt, auf ein
Gas von hoher Temperatur hoch komprimiert. Das resultierende komprimierte
Gaskühlmittel
wird durch den Kondensor 56 in einen flüssigen Zustand mit hohem Druck
umgewandelt. Während des
Passierens durch das Expansionsventil 58, wird das flüssige Kühlmittel
in ein verdampftes Gas umgewandelt. Während des Passierens durch
das Kühlgerät 52,
absorbiert das Kühlmittel
aufgrund seiner latenten Verdampfungswärme Wärme von außen und wird dem Kompressor 54 als
ein Gas von geringem Druck wieder zugeführt. Diese Prozesse werden
wiederholt.
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Während des
Kühlkreislaufes
wird die Temperatur um das Kühlgerät 52 herum
bei –50
bis –5°C aufrechterhalten,
während
Wärme aufgrund
der latenten Verdampfungswärme
von außen
absorbiert wird. Daher passiert das Restgas, wenn es mittels der
Vakuumpumpe 14 durch das Ableitungsrohr 16 ausgelassen
wird, das Gehäuse 18 auf
dem Ableitungsrohr 16, währenddessen der Wasserdampf
des Gases in flüssiges
Wasser kondensiert. Daher ist verhindert, dass Wasserdampf in die
Vakuumpumpe 14 eindringt, und dass er Teile der Vakuumpumpe 14 erodiert,
weil er auf der Oberfläche
des Kühlgerätes 52 zu
Flüssigkeit
kondensiert ist.
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Nachdem
die Sterilisation vollständig
ist, wird die Hochfrequenzenergiequelle 40 ausgeschaltet
und der Betrieb der Vakuumpumpe 14 wird eingestellt, so
dass die Sterilisationskammer 10 zu normalem Atmosphärendruck
zurückkehrt.
Das sterilisierte eingewickelte Objekt 11 wird von der
Sterilisationskammer 10 entfernt.
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Die
Temperatur des Kühlgerätes 52 wird
unmittelbar auf die Umgebungstemperatur angehoben, sobald der Betrieb
von sowohl der Vakuumpumpe 14 als auch des Kompressors 54 angehalten
ist. Das in dem Kühlgerät 52 kondensierte
Wasser wird aufgetaut und durch ein Ablassventil 19A des
Ableitungsrohres 19 abgelassen.
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EXPERIMENT
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3A und 3B sind
photographische Aufnahmen, die innere Teile von Vakuumpumpen zeigen,
aufgenommen von einer mit Entfeuchter ausgestatteten erfindungsgemäßen Plasma-Sterilisationsvorrichtung
und einer konventionellen Plasma-Sterilisationsvorrichtung, die
ohne Entfeuchter ausgerüstet ist,
nachdem Sterilisationen ungefähr
450 mal durchgeführt
wurde (6 mal pro Tag für
3 Monate).
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In
der Vakuumpumpe der mit Entfeuchter ausgerüsteten Plasma-Sterilisationsvorrichtung
wurden keine Spuren von Korrosion gefunden, wie in der photographischen
Aufnahme von 3A zu sehen ist, während nicht
nur der Einlassbereich, sondern auch die ganzen Teile der Vakuumpumpe
der herkömmlichen
Plasma-Sterilisationsvorrichtung, die ohne Entfeuchter ausgerüstet ist,
gründlich
korrodiert waren, wie in der photographischen Aufnahme von 3B zu
sehen ist.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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In
der erfindungsgemäßen mit
einem Entfeuchter ausgerüsteten
Plasma-Sterilisationsvorrichtung, wie oben beschrieben, wird der
in dem für
die Sterilisation verwendeten Wasserstoffperoxidgas enthaltene Wasserdampf
durch Kühlen
kondensiert, so dass er nicht in die Vakuumpumpe eindringt. Daher genießt die vorliegende
Erfindung den Vorteil, dass sie die Korrosion von mechanischen Teilen
der Vakuumpumpe verhindert, wodurch das Intervall zwischen regelmäßiger Wartung
und Auswechseln von Teilen verlängert
wird.
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Obwohl
die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
zu illustrativen Zwecken offenbart sind, wird der Fachmann erkennen,
dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind,
ohne von dem Bereich und Geist der Erfindung, wie in den begleitenden
Ansprüchen
offenbart, abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Offenbart
ist eine mit Entfeuchter ausgestattete Plasma-Sterilisationsvorrichtung mit einer
Sterilisationskammer (10) zur Aufnahme eines Sterilisationsobjekts
(11) hierin; eine mit einer Kathode verbundene Hochfrequenz-Energiequelle
(40) zur Erzeugung eines Plasmas unter optimaler Bedingung
unter Steuerung von sowohl einer Impedanzanpassungs-Steuerung (42)
als auch einer Impedanzanpassungs-Schaltung (44), wobei die Kathode
zusammen mit einer Anode in einem vorbestimmten Abstand in der Sterilisationskammer
angebracht ist; eine durch ein Ableitungsrohr (16) mit
der Sterilisationskammer verbundene Vakuumpumpe (14), um Luft
von der Sterilisationskammer (10) abzuleiten, um einen
Vakuumzustand in der Sterilisationskammer (10) zu bilden;
und einen auf dem Ableitungsrohr (16) angebrachten Entfeuchter
(50), um den Wasserdampf des durch das Ableitungsrohr (16)
strömenden
Gases zu kühl-kondensieren.
In der Vorrichtung wird Wasserdampf, der in dem für die Sterilisation des
Sterilisationsobjekts verwendeten Mischgas verbleibt, gekühlt und
entfernt, so dass er nicht in die Vakuumpumpe eindringt.
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