CN101501433B - 利用过热蒸汽干燥器械的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用过热蒸汽干燥器械的设备和方法。该设备包括：用于容纳器械的腔室、用于在腔室内散布过热蒸汽的散布装置以及用于清除腔室内的汽化水汽的排气装置。腔室具有连接至散布装置的至少一个进气口。该方法包括利用由蒸汽发生装置产生的饱和蒸汽对器械消毒，利用由蒸汽发生装置产生的过热蒸汽干燥器械以蒸发腔室内的水汽，以及利用排气装置清除腔室内的汽化水汽。

Description

利用过热蒸汽干燥器械的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械等的设备。
背景技术
当将蒸汽加热至超过与其压力相对应的沸点的温度时，其变为过热蒸汽。过热蒸汽由于其含水量而具有比空气大的热容量，并且由此能够传递更多热能至待干燥的器械，从而更有效地蒸发水汽。过热蒸汽的这种特性已应用到包括食品工业和造纸工业的多种工业中。
在已知的用于给医疗器械或牙科器械等消毒的蒸汽消毒方法中，除非立即使用器械，否则器械在消毒后必须干燥。经常使用空气(热的或室温下的)来实施此干燥步骤。来自空气的热能被传递给器械以蒸发器械上的或消毒室内的任何残留水汽。也可通过释放保存在器械中的热量来蒸发器械上的残留水汽，在此情况下空气充当用来移除汽化水汽的载体。如果器械被包装或装袋，或者如果器械具有能存留水汽的形状，则使用空气来干燥不是特别有效。具体地，在医疗器械和牙科器械中通常使用的消毒袋容易保留水分，因此这些袋的空气干燥既低效且费时间。
同样已知的蒸汽消毒方法包括真空辅助干燥，其中通过抽真空来减小消毒室压力，以降低冷凝物的沸点，使其更快地蒸发。该方法除了需要昂贵的加热装置外还需要真空泵并且需要密封系统以进行操作。
美国专利No.6,026,588公开了一种用于将水分从包括磁盘驱动器介质、平板显示器等的部件上精确地移除的过热蒸汽干燥系统。此系统煮沸并冷凝诸如异丙醇的溶剂，以从部件上移除水分和其它污染物。在用液体溶剂处理部件之后，将部件暴露于过热蒸汽。当于热量从过热蒸汽传递至部件时，将汽化任何残留的液体溶剂。部件通过移动托盘支承或悬挂在吊钩上，从而使其可浸入液体溶剂源或从其中移除。通过使部件移动穿过所谓的“蒸汽区”而将部件暴露于过热蒸汽。在大小和速度需求方面，这种类型的系统不是很适合于医疗/牙科消毒工业。
医疗/牙科消毒领域中的多个在先专利公开了用于消毒的过热蒸汽的使用。美国专利No.1,902,625(Dunham)公开了一种蒸汽消毒器，其中通过多个膨胀喷管将过热蒸汽注入消毒室以给器械消毒。美国专利No.1,377,725(Pentz)也公开了一种蒸汽消毒器，其中通过消毒室壁中的多个开口将温度“高于沸点”的蒸汽注入消毒室。由于消毒完成之后过热蒸汽冷却，因此其将在器械表面冷凝。
发明内容
本发明的实施方式提供了使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械等的设备，使用过热蒸汽干燥这种器械的方法，以及使用饱和蒸汽消毒并且使用过热蒸汽干燥这种器械的系统。通过在器械室内散布过热蒸汽，多种不同类型的负载(包括装袋的/包装的器械和散放的器械)可快速且有效地干燥。使用过热蒸汽干燥器械所需要的时间比使用空气干燥器械所需要的时间短，这是因为过热蒸汽具有比空气更大的热容量从而能够传递更大量的热以蒸发任何残留水汽。在盒式消毒器或高压灭菌器的情况中，发现使用过热蒸汽的干燥时间比使用传统的加热压缩空气的干燥时间差不多缩短了75％。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种使用过热蒸汽干燥器械的设备。该设备包括用于容纳器械的腔室、蒸汽发生装置、散布装置以及排气装置。腔室具有至少一个进气口。蒸汽发生装置产生过热蒸汽。散布装置连接至至少一个进气口以在腔室内通过进气口散布来自蒸汽发生装置的过热蒸汽。排气装置用于清除腔室内的汽化水汽。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于在使用饱和蒸汽消毒器械的蒸汽消毒系统中使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械的设备。用于干燥的设备包括用于容纳器械的腔室、蒸汽发生装置、散布装置以及排气装置。腔室具有至少一个进气口。蒸汽发生装置产生过热蒸汽。散布装置连接至至少一个进气口以在腔室内通过进气口散布来自蒸汽发生装置的过热蒸汽。排气装置用于清除腔室内的汽化水汽。
根据本发明的又一实施方式，提供了一种在蒸汽消毒系统中使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械的方法。该蒸汽消毒系统具有用于容纳器械的腔室、用于连接至蒸汽发生装置的至少一个进气口以及用于从腔室清除汽化水汽的排气装置。本方法包括以下步骤：使用由蒸汽发生装置产生的饱和蒸汽给器械消毒；使用由蒸汽发生装置产生的过热蒸汽干燥器械以蒸发腔室内的水汽；以及使用排气装置清除腔室内的汽化水汽。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并参照附图，本发明的这些和其它优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的一个实施方式的腔室的透视图；
图2是图1中的腔室的托盘和管路组件的分解示意性顶视图；
图3是图2和图1中的托盘和管路组件的分解示意性底视图；
图4是图1至图3中的管路组件的顶管路组件板的底视图；
图5是图4中的顶管路组件板沿着线5-5的剖视图；
图6是可替代顶管路组件板的底视图；
图7是另一可替代的顶管路组件板的底视图；
图8是又一可替代的顶管路组件板的底视图；
图9是干燥架的透视图；
图10是根据本发明的一个实施方式的蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统的透视图；
图11是图10中的系统的结构图；
图12a和图12b是本发明的另一个实施方式的透视图；
图13是本发明的托盘和散布装置的分解透视图；
图14a和图14b是多孔板的透视图；
图15a和图15b是蒸汽导流器(deflector)的透视图；
图16是包括图13中示出的散布装置的腔室的侧截面图；
图17是以部分截去的方式示出图13的实施方式的侧截面图；
图18a是盒式消毒器的透视图，图中盒式消毒器的盖子、盒子以及电枢已经拆卸掉从而示出了进气探测器和排气探测器，图18b是图18a的细节部分的透视图，其详细地示出了排气探测器的一个实施例；
图19是图18b中的排气探测器组件的截面图；
图20是进气和排气探测器组件的截面图；
图21是示出了冷凝路径和过热蒸汽路径的排气探测器组件的截面图；
图22是示出了具有盒子和排气管道的排气探测器组件的垂直截面图；以及
图23是示出了穿过排气管道的冷凝路径的排气探测器组件的详细截面图。
尽管将结合所示出的实施方式描述本发明，但应该理解的是，本发明并不局限于这些实施方式。相反，其意在覆盖可能包括在由所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的所有替代方式、修改和等同物。
具体实施方式
在下面的描述中，在合适的地方用相同的参考标号标记图中相似的部件。
图1示出了使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械等的设备10。设备10包括用于容纳器械(未示出)的腔室12。腔室12具有用于将腔室12连接至蒸汽发生装置16(图1中未示出)以将过热蒸汽从蒸汽发生装置16传送至腔室12的一个进气口14(或一个以上的进气口)。设备10进一步包括连接至进气口14以在腔室12内散布过热蒸汽的散布装置18和用于从腔室12清除汽化水汽的排气装置26。如图1所示，排气装置26可包括排气口20(图11中更详细地示出了排气口20)。
如图1至图3所示，腔室12可以是盒子，但是本领域的技术人员将理解的是，可以采用适于盛放器械的其它腔室结构。图1至图3示出的腔室12包括托盘22和用于覆盖并密封托盘22的盖子24。
在消毒过程结束时，腔室12内的任何残留水汽的温度将降低并且水汽将有凝结在器械上的趋向。通过在腔室12内散布过热蒸汽，凝结在器械上的水汽将再次被汽化。因而可将再次汽化的水汽从排气口20排出。
容纳在腔室12内的器械可以是通过蒸汽消毒方法消过毒的器械、用器械清洗器清洗过的器械、用器械消毒器消过毒的器械或任何其它潮湿器械。如将在本说明书的后面更详细地说明的，腔室12也可在蒸汽消毒过程中使用。类似地，腔室12可在清洗过程和/或消毒过程中使用。
散布装置18可以是用于在腔室12内散布过热蒸汽的任何适当的装置(例如点源扩散器)。参照图2和图3，散布装置18可以是管路组件32，该管路组件包括多个分散的蒸汽口34，这些蒸汽口由多个互联管道36连接。互联管道36通过汇流口(manifold port)38连接至进气口14。如图所示，进气口14通过腔室12上的开口40与汇流口38接合。排气口20通过腔室12上的开口41与腔室12接合。可使用螺母42和/或任何其它适当的连接器部件将进气口14与汇流口38接合。管路组件32可位于托盘22的底部或腔室12的任何其它合适部分。
需要指出的是，通过使用腔室12内的散布装置18散布过热蒸汽，可大幅度减少这些器械负载的干燥时间。例如，在盒式消毒器内的负载的试验中，测量到的干燥时间与未使用散布装置18的干燥时间相比至少减少了33％。本领域的技术人员可以认识到整体干燥时间可与这些试验结果有所不同。然而，这代表了对现有的消毒干燥系统的显著的改进。如果在腔室12内不使用散布装置18散布过热蒸汽，那么由于在腔室12因为对周围环境的热损失而冷却时汽化水汽将再次凝结，所以在腔室12内达到完全干燥是很困难的。由于必须保持腔室12内的温度在负载所规定的最大容许温度以下(在本说明书的后面将更详细地讨论)，因而不能通过进气口14给腔室12施加额外的热量以防止再次冷凝。此外，通常盒式消毒器的盒子周围并不装配在干燥完成之前可用来防止再次冷凝的额外的加热器(例如带式加热器)。
互联管道36可以是多个互相连通的管子。这些互相连通的管子可由金属、硅树脂、特氟纶TM或其它适当的材料制成。可替代地，互联管道36可以是如图2和图3所示的多个互相连通的通道。
管路组件32可包括顶管路板44、底管路板46以及位于顶管路板44和底管路板46之间的平面垫片48。蒸汽口34分布在顶管路板44的顶表面50上，并连接至顶管路板44的底面54上的多个凹槽52，如图3所示。平面垫片48还具有对应于顶管路板44的凹槽52的多个凹槽56。平面垫片48被定为成与顶管路板44的底面54密封接触，以通过将顶管路板44的底面54上的凹槽52和平面垫片48上的凹槽56接合在一起而形成互联管道36。互联管道36连接至汇流口38。
顶管路板44和底管路板46可由高温热塑性塑料制成。平面垫片48可由硅橡胶制成。当然，本领域的技术人员将能够理解可以使用其它合适的材料。
可替代地，管路组件32可包括顶管路板44和底管路板46，而不包括平面垫片48。多个凹槽52可设置于顶管路板44和底管路板46的一个或两个中。顶管路板44和底管路板46可密封在一起以形成互联管道36。可通过板的接触面之间的超声波点焊和/或在板的接触面之间布置密封材料实现密封。
对于均匀潮湿的负载，当整个负载同时达到干燥状态时，出现最有效的干燥。因此对于均匀分布的负载，蒸汽口34优选地均匀分布在腔室12内。当然，应当理解的是，通过根据负载的形状调整蒸汽口34的排列，可以构造用于不必均匀分布在腔室12内的具体负载的腔室12。
为了同时干燥随意放置的整个负载，过热蒸汽必须在腔室12中传递均匀的热功率以保持干燥过程的持续。热功率是过热蒸汽的温度和质量流量的函数。当过热蒸汽离开进气口14时将不可避免地损失热能，从而传递至腔室12前部68的蒸汽比传递至腔室12后部70的蒸汽凉。热能也将通过腔室12的外围72损失。可以通过增加流过位于腔室12前部68的蒸汽口34以及位置靠近于腔室12的外围的蒸汽口34的质量流量来补偿这些影响。通过增加管道36的尺寸以及/或增加蒸汽口34的直径可以增加质量流量。
随着热能从过热蒸汽传递至器械负载和腔室12，过热蒸汽本身将冷却并达到饱和状态。一旦蒸汽温度降到给定腔室压力下的饱和蒸汽曲线以下时，蒸汽将开始凝结成液态水。这是极不期望的，因为冷凝物将再次弄湿器械负载和腔室12。为了避免过热蒸汽再次冷凝，必须以这种方式分布热功率，该方式使得可以保持最低腔室温度处于给定腔室压力下的饱和蒸汽曲线以上。这可以通过将某些蒸汽口34的位置朝着腔室12的内部空间偏置并将其余的蒸汽口34朝着器械负载分布来实现。
可以使用优选位于腔室内最冷位置处的可选温度传感器来监测腔室温度，以确保在该周期的整个干燥阶段中达到最低腔室温度。可选温度传感器也可用作干燥度指示器以指示干燥阶段的结束。当器械负载和腔室12中的冷凝物蒸发时，由于不需要克服水蒸发的任何潜热，因此需要较少的热能。这将导致腔室温度的上升，并且此温度上升可由所述温度传感器检测到。可以理解的是，此可选温度传感器也可以是用来监测消毒过程中的蒸汽温度的腔室温度传感器。
已考虑过很多合适的管道和蒸汽口排列，现在将参照图4至图8进行描述。应该理解的是这些排列都是示例性的，并且本发明的实施方式可包括任何合适的蒸汽口和管道排列。
图4和图5示出了图2和图3中所示出的管路组件32的顶管路板44。当凹槽52远离过热蒸汽进气口而分支路时，其尺寸逐渐变小以在整个管路组件中保持相对稳定的质量流量。凹槽52以类似于哺乳动物肺中支气管的分形分支排列(fractal branchingarrangement)的分形分支排列方式排列。这些排列方式还用于最小化蒸汽转向的锐度以将背压减到最小。如图所示，凹槽52连接至汇流口38。
图6示出了可替代的顶管路板80，其中为了容易制造，凹槽82以比图4中示出的排列方式稍微简单的分形分支排列方式排列。如图所示，凹槽82连接至汇流口38。
图7示出了管道36的另一可替代的构造，其中管子86以H形排列，其具有四个腿部88、桥接部90和进气口部92。蒸汽口34可沿着四个腿部88分布。腔室12的进气口14可通过进气口部92连接至桥接部90，该进气口部连接至端口94。由于每个腿88的长度都相同，因此该排列方式设计为提供一种对称蒸汽分布。可以这样设计蒸汽口34，即，使离进气口最远的蒸汽口34具有的直径比离进气口最近的蒸汽口34的直径大，从而允许更多的气流流至最远的蒸汽口34以补偿那些地方的过热蒸汽温度的降低，并因此在整个腔室12中保持均匀的热功率传递。
图8示出了又一个可替代的顶管路组件板100，其中凹槽102以双H形排列，该双H形具有八个腿部104、一个桥接部106和一个进气口部108。蒸汽口34可沿着八个腿部104分布。腔室12的进气口14可通过进气口部108连接至桥部106，该进气口部连接至汇流口38。此排列方式设计为在腔室12上提供更好的覆盖。和前面一样，可以调节蒸汽口34的直径以平衡过热蒸汽流量和温度，以在腔室12中任意处获得均匀热功率分布。应该指出的是，已考虑了管道36的进一步多重H形的构造。
现在参考图9，腔室12可构造为容纳用于支承并排列腔室12内的器械的多孔干燥架130。例如，可通过在多孔干燥架130中放置容纳有器械的袋子132而在腔室12内均匀地排列这些袋子。多孔干燥架130优选地由诸如铝的金属制成，这样的金属在消毒过程中快速地保存热能并在消毒之后快速地向周围的器械释放热。在干燥过程中，多孔干燥架130中的这些孔允许来自管道的过热蒸汽通过多孔干燥架130以到达负载。图9中示出的多孔干燥架130的优点是，其使得过热蒸汽能够通过这些孔上升并且比实心架更有效地干燥负载，同时提供了对袋装负载的支承。此外，其较低的热质量使得消毒周期更快。多孔干燥架130仅是一个实施例，应该理解的是，腔室12可以构造为容纳任何合适的干燥架。而且，应该考虑的是，过热蒸汽散布管道或板构造可结合到多孔干燥架中，从而将其各自的功能结合于单一部件中。这将参考图12至图17所示的本发明的实施例更详细地讨论。
设备10可单独使用或结合到使用饱和蒸汽给医疗器械或牙科器械等消毒的蒸汽消毒系统中，例如在申请人未决的PCT申请No.WO 00/59553中所公开的器械，其内容结合于此以供参考。如本领域的技术人员将能理解的，类似地，设备10可以结合到诸如在医疗工业和牙科工业中使用的清洗器系统和清洗器/消毒器系统中。例如，在清洗器系统中，清洗室可以是腔室12。
图10示出了蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统140。图11是图10中的蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统140的结构图。蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统140将首先用饱和蒸汽对器械进行消毒，然后用过热蒸汽对器械进行干燥。如本领域的技术人员将理解的，蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统140也可执行诸如调温(conditioning)处理、加压处理以及排气处理的其它处理。
蒸汽发生装置16可包括蒸汽发生器142和过热蒸汽加热器144。蒸汽发生器142产生适合于消毒的饱和蒸汽，并且蒸汽发生器142可以是锅炉，例如在申请人的未决加拿大申请No.2,481,635中所描述的锅炉，其内容结合于此以供参考。水由蓄水池148供应，并由水泵146注入至蒸汽发生器。也可提供排水管178，以在需要的时候将水从系统140中排出。
过热蒸汽加热器144可以是任何合适的加热器，例如列管式加热器或筒形加热器。应该理解的是，过热蒸汽加热器的工作温度将取决于负载的干燥要求和温度限度。过热蒸汽加热器144可连接至温度传感器150，该温度传感器是例如可用作控制输入的热电偶。过热蒸汽加热器144也可连接至温度传感器152，该温度传感器是例如可用作另一控制输入的热电偶。
在消毒过程中，饱和蒸汽由蒸汽发生器142产生并且通过第一进气口160导入腔室12。在干燥过程中，通过过热蒸汽加热器144进一步加热由蒸汽发生器142产生的饱和蒸汽来产生过热蒸汽，然后通过第二进气口14(之前已描述)将过热蒸汽注入腔室12内的散布装置18。可提供方向阀162以选择性地将蒸汽从蒸汽发生器142导入第一进气口160或者从蒸汽发生器142经由过热蒸汽加热器144导入第二进气口14。方向阀162可以是三通阀。
可替代地，蒸汽发生装置16可包括蒸汽发生器而不包括单独的过热蒸汽发生器。通过选择性地计量(meter)来自蓄水池的水量，这种蒸汽发生器将选择性地产生用于器械消毒的饱和蒸汽和用于器械干燥的过热蒸汽。待计量的水量取决于蒸汽发生器的瓦特密度。当然，应该理解的是，可以使用任何合适的蒸汽发生装置。
虽然术语“过热蒸汽”包括具有高于水的沸点的任何温度的蒸汽，但是在本发明所示出的实施例中，过热蒸汽将以未超过制造商所规定的仪器的最大允许温度的温度到达蒸汽口34。超过特定材料的最大允许温度可能导致热损伤。例如，通过将腔室12中的压力保持在接近大气压以使温度不会上升至超过最大消毒温度，可以实现对过热蒸汽温度的谨慎控制。
当腔室中的压力尽可能的低以降低水的沸点时，出现最有效的过热蒸汽条件。例如，通过尽可能地将腔室12中的压力保持在接近大气压处，蒸发腔室12内的水汽所需要的能量会减少。最终的结果是过热蒸汽的更有效的利用以及更快的干燥，或者在对于负载更安全的较低温度下的同样快的干燥。设备10可操作以提供腔室12中的真空条件，从而导致较低的水沸点以及由此对于相同蒸汽温度的更快的过热蒸汽干燥。
如图11所示，排气装置26可进一步包括通常处于闭合状态的排气阀118，该排气阀连接至排气口20并且当汽化水汽将要从腔室12排出时打开。可提供一个以上的排气口和一个以上相应的排气阀。例如，如图11所示，可提供两个排气口20和120以及相应的排气阀118和122，以通过选择性地打开排气阀118和122中的一个或两个而在较低和较高的排气速度下排气。当排气阀(118，122)打开时，可以打开排气口(20，120)。可替代地，当腔室12插入消毒系统时，可以打开排气口(20，120)。类似地，当腔室12插入消毒系统时，进气口可以打开。
排气装置26可进一步包括一个以上的水汽去除装置28。水汽去除装置28可以是可操作以降低腔室12中的压力并从盒子中抽出汽化水汽的真空泵或热交换器。如前面所解释的，降低腔室12中的压力会降低蒸发盒子内的水汽所需要的水的沸点。当然，应该理解的是，水汽去除装置28不限于真空泵和热交换器，并且意在包括用于从腔室12去除水汽的任何合适的装置，这些对于本领域的技术人员来说是可以理解的。类似地，水汽去除装置28设置于排气口120和排气阀122之间，应该理解的是，水汽去除装置28可以设置于排气口20和排气阀118之间或设置于系统140内的任何其它合适的位置。同样，可以设置一个以上的水汽去除装置28。从腔室12排出的汽化水汽冷却并可收集在冷凝器176中。
可在蒸汽消毒系统中设置各种附加的温度和压力传感器166，以监测并控制蒸汽发生装置16、排气阀(118，122)以及方向阀162。在蒸汽消毒系统必须符合工业标准时，传感器166是必需的。这些传感器166的构造可适配为与世界不同地区的工业标准相匹配。例如，欧洲的标准与北美的标准不同。可以想到的是，消毒标准所要求的相同传感器可用于控制过热蒸汽干燥过程。
应该注意的是，设备10的尺寸是可以变化的(scalable)，并且能够适应于小型盒式蒸汽消毒系统和较大的蒸汽消毒系统，例如大型医疗高压灭菌器和隧道式清洗器。
现在将描述在蒸汽消毒系统140中使用过热蒸汽干燥医疗器械或牙科器械的一种方法。首先，可用蒸汽发生装置16产生的饱和蒸汽对器械进行消毒。然后，可用蒸汽发生装置16产生的过热蒸汽对器械进行干燥以蒸发腔室12内的水汽。在干燥的过程中以及/或干燥之后，用排气装置26将汽化水汽从腔室12中排出。
在过热蒸汽干燥的过程中产生过热蒸汽和/或热压缩空气的波动进一步提高了该方法的效率。对于装袋的或包装的负载而言，一旦包装内器械上的液态水汽被蒸发，包装或袋子内的蒸汽必须在周期结束时负载温度降低之前排出，否则其将再次冷凝并浸湿负载以及纸或包装。然而，纸或包装的渗透性差，并且袋子或包装内部与盒子内部之间的流动性最小。在致力于增加袋子或包装内部与盒子内部之间的气体交换的过程中，排气阀可替换地关闭和打开，在盒子中产生波动压力。这具有反复地压扁袋子和对袋子再充气的效果，并且促进气体在处理过程中通过纸或包装的流动。然而，增加盒子中的压力也降低了过热蒸汽的有效热含量，同时减小了它的水汽传送容量。
在器械干燥的过程中以及/或器械干燥完成之后，可通过将空气经由进气口160注入至腔室12而用空气清洁腔室12，以通过排气口(20，120)将任何残余的水汽从腔室12中排出。在众多因素中，根据负载的大小和性质，该空气清洁可持续几分钟。当汽化水汽形成时，例如也可以通过引入短周期的空气波动来清洁腔室12，以排除汽化水汽。
应该注意的是，在实施空气清洁时，水汽去除装置不是必需的。当然，利用空气清洁去除水汽和之前讨论的利用水汽去除装置28去除水汽可各自单独使用或组合使用。
应该注意的是，如前所述，当腔室12中的压力保持在接近大气压时，此空气清洁步骤尤其重要，因为当排气口(20，120)和排气阀(118，122)打开时，可能没有足够的压力以有效地将汽化水汽排出腔室12，从而导致在腔室打开或在干燥周期结束时冷却时，腔室12中的某种程度的再次冷凝。可使用热空气来清洁以防止腔室12的冷却，但是，当过热蒸汽和腔室的温度充分高于冷凝点时，也可使用周围的空气。
用于空气清洁步骤的空气可由压缩机168供应，该压缩机可通过蒸汽发生器142(如图所示)或通过单独的待插入腔室12中的管道来供应空气。供应至压缩机168的周围空气可用预滤器170过滤。类似地，由压缩机供应的空气可用过滤器172过滤，该过滤器可以是微生物截留过滤器(retentive filter)以避免负载在空气清洁步骤过程中的再次污染。也可利用热交换器或真空泵通过快速蒸汽冷凝产生吸取力强行清除残余蒸汽，从而实现空气清洁步骤。
在消毒过程中，排气口20(第一排气口)和相应的排气阀118可在消毒步骤中打开。第二排气口120和相应的排气阀122可在干燥和空气清洁步骤中打开。
连接至第一排气口20的排气阀118可具有比连接至第二排气口120的排气阀122小的孔，以在消毒过程中精确地控制腔室12中的压力。连接至第二排气口120的排气阀122可具有较大的孔以在干燥和空气清洁过程中确保空气和来自腔室12的汽化水汽的良好流动，并确保腔室12中的最小可能的压力。当然，也考虑可以使用单个排气阀，以满足消毒、干燥和空气清洁的排气要求。
根据过热蒸汽的有效入流，盒式高压灭菌器中的过热蒸汽干燥将热能传递给盒式腔室内的器械负载。为了防止在盒式腔室内产生背压，盒式腔室内的蒸汽的排放需要同样有效。为了使系统中产生的背压最小化，使用专用的排气阀122和较大直径的排气口120以最大化从系统中排出的蒸汽的质量流量。可拆除地连接至排气口的排气管必须也具有与排气口的直径相对应的通孔，以保持系统的质量流量。
然而，在排气管中设置大孔可能在排气管中产生泄漏，因此导致排气管吸力丧失并无法将冷凝物从托盘底部清除。为解决此问题，考虑使用两个排气阀，一个连接至较小直径的排气口以用于精确的压力控制，另一个连接至较大直径的排气口以用于过热蒸汽干燥。此单个进气、双重排气设置意味着盒子中有三个端口，其产生更多潜在的泄漏并且需要更多用以维护和替换的密封件和衬垫。
接下来，图18至图23示出了同心排气探测器300的实施例，同心的排气探测器300具有与适于在本设备中使用的两个分离排气阀连接的两个分离连接件。排气探测器300安装在盒式底盘13上接近于进气探测器160的位置处。如图18b所示，排气探测器300内容置有腔室热电偶350并且该排气探测器与验证热电偶352接合。
如图19和图20所示，形成于内探测器302和外探测器304之间的探测器间隔件301通过管子305连接至第一排气阀306，并且内探测器302通过管子307连接至第二排气阀308。内探测器302具有较大的截面面积，从而使得在过热蒸汽干燥过程中从腔室12排出的蒸汽能够获得有效的质量流量。
形成于内探测器和外探测器之间的探测器间隔件301与内探测器开口密封地隔离。这在排气管310的底部开口和第一排气阀306之间产生了单个连续路径，以当第一排气阀306在消毒过程中打开时使得能够有效去除腔室12底部的冷凝物。同时，这还给内探测器302提供了通孔以有助于过热蒸汽干燥过程中的质量流量。内探测器和外探测器由排气管密封件312(图23)密封地隔离。
内探测器完全包围腔室热电偶350并防止其在插入盒子的过程中受到可能的损坏。
在使用中，如图20至图23所示，限定了两条蒸汽路径。蒸汽路径320是在消毒过程中的冷凝物/蒸汽排出路径。该路径也是在干燥过程中通过第一排气阀306从盒子底部排出冷凝物的路径。蒸汽路径322是在过热蒸汽干燥过程中通过第二排气阀308的蒸汽排出路径。第二路径322在消毒过程中关闭，并且在这两个过程中两条路径彼此隔离。
因此，同心探测器排列从盒子上去除了一个端口，这降低了可能的泄漏点并且减少了需要保留在盒子中的密封件和衬垫的数量。
可操作方向阀162以选择性地将蒸汽从蒸汽发生器142导入第一进气口160，以用于器械消毒的步骤。类似地，可操作方向阀162以选择性地通过过热蒸汽加热器144将蒸汽从蒸汽发生器142导入第二进气口14，以用于器械干燥。
可在干燥步骤之前以及/或在消毒步骤之前预加热过热蒸汽加热器144以加速消毒和干燥过程。此预加热步骤可作为系统140的启动程序的一部分来执行。
如前所述，上述设备、系统和方法尤其适用于装袋的/包装的器械或散放的(未装袋的)器械的过热蒸汽干燥。在医疗工业和牙科工业中普遍使用的消毒袋由塑料纸、纸和/或织物消毒包装材料制成。在袋的材料保留有水汽的情况下，过热蒸汽干燥非常有效。
如上面第51段所指出的，图12至图17中示出了本发明的另一个实施例，其中，散布装置18包括设置在盒子内的多孔板，多孔板与导流板一起工作，以用可能的最有效的方式在腔室内散布过热蒸汽。该板也可用来支承器械，即待消毒和干燥的负载。
图12a和图12b示出了腔室200的透视图，如所示出的盒子202(没有顶盖)，其具有进气装置204和排气装置206并结合有多孔板208。盒子202与前述的并在申请人的消毒系统中使用的构造类似。
图13示出了该设计的实施例的多个部件的分解透视图。盒式托盘210的后壁212设置有孔214、216。托盘具有传统设计的前壁218、侧壁220和基底222。
散布装置18的该实施例结合有多孔板208，该多空板与蒸汽导流器224一起装配于托盘210内。孔214被构造成具有进气口226和进气口螺母228的进气装置204的一部分。孔216被构造成具有排气管230、排气口232和排气口螺母234的排气装置206的一部分。排气装置206可优选地包括前述的同心排气探测器300。
图14a和图14b更详细地示出了多孔板208。板208包括后表面240和作为一组支撑件242a和开口242b而示出的前表面242。板208的底部244的每一侧都有凸缘246，凸缘的长度与该底部的长度相同并从底部244的平面向下延伸。如将要描述的，这些凸缘在板208和盒底222之间形成空间，其允许板208下的蒸汽流从盒子202的后壁212流向前壁218。应该指出的是，板208的长度与底部222的介于后壁212和前壁218之间的距离不同，因而当板208置位于盒子202内时，在板208的前面242与盒子202的前壁218之间限定有空间。
在板208的底部244有一组穿孔或孔248。在后表面240的一部分中也具有一组孔250，这些孔形成了排气口，这些孔具有一定的尺寸并设置成在操作过程中充当排气装置206的一部分。
如果将多孔板208错误地反向插入托盘210中，板208前部上的突出部将碰到蒸汽导流器224后表面的顶端，从而阻止多孔板208向下插入托盘210中，并因而阻止盒盖290关闭以及阻止将盒子202插入消毒器中。已考虑的是，多孔板/蒸汽导流器组件的另一个实施例可包括更复杂的错误校正特征，其不仅将能确保部件沿正确的方向插入，而且如果根本没有插入部件的话能阻止操作。
优选地，多孔板208由导热材料制成。虽然已有用过不锈钢并且由于其耐用性以及与盒子202的外观具有一致性而很合适，但也可使用其它材料，例如铝，因为这种材料能提供必要的导热以提供更快的初始加热，并由此提供更快的消毒周期以及对负载的更好的热传递。
图15a和图15b更详细地示出了蒸汽导流器224。导流器224包括直立的后安装面260，该后安装面包括安装键槽262。安装面260与导流器底部264接合，该导流器底部从安装面260向外展开并包括靠近导流器224的前端268的一组穿孔或孔266。如图所示，这些孔266仅位于导流器底部264的一部分上，并且将可理解的是孔266的其它构造是可行的。
导流器224和进气装置204之间的界面很重要。通常，导流器224是可拆除的以允许托盘210的常规清洗，而进气口226通过进气口螺母228可拆除地安装在后壁212上，以便只在维修时拆除。进气口226安装在孔214中并允许在二维方向上浮动，以补偿进气探测器和盒式托盘210之间的位置公差变化。为了有效，蒸汽导流器224必须放置在托盘210的基底222上，但是出于错误校正的原因(为确保其总是正确地安装)，其还必须连接至进气口226。为了允许进气口226的可能的垂直移动，端口226上的凸起227接合在导流器224中的狭长安装键槽262中。凸起227和键槽262的下部都是D形的，以确保端口226的准确定向。这使得能够准确定向并使端口226能够有效地上浮和下沉，而不需要将导流器224相对于托盘基底222提升。
导流器224还包括从底部264的侧面向下延伸的凸缘270、272。凸缘270被示出为几乎沿导流器底部264的整个长度延伸的连续凸缘，并且该凸缘被设计为当其在操作过程中置位于盒子202中时，其位于导流器224的排气侧上。凸缘272实际上是沿着导流器底部264的侧面长度间隔开的一组突出部(图示为两个突出部，但不限于该数目)，并且该凸缘被设计为当其在操作过程中置位于盒子202中时，其位于导流器224的进气侧。这些突出部之间的空间使得部分进入的蒸汽排至盒式托盘210的与排气口232相对的部分，该排气口是典型的冷却点。
凸缘270，272在导流器底部264和盒子基底222之间产生空间，以允许导流器下的过热蒸汽流朝着盒子202的前壁218流动。凸缘270，272与板208上的凸缘246不一样高，从而在使用过程中在板208和导流器224之间产生间隔。从蒸汽导流器224至多孔板208的辐射热是热传递的主要途径。因此，多孔板208的温度易受蒸汽导流器224的附近区域的影响，而且如果不能保持蒸汽导流器224和多孔板208之间的最小间隔，板208和盒内的负载将加热至超过允许的最大值138℃。
图16和图17示出了腔室200内的蒸汽流，板208和导流器224置位于腔室200内，图17示出了腔室200内的装袋的负载280。
过热蒸汽通过进气口226进入盒子202，并由进气口226和蒸汽导流器后安装面260向下导向基底222。然后其在蒸汽导流器224和基底222之间朝着盒子202的前壁218向前流动。起初，进入盒子202的蒸汽温度高于138℃，接着控制该温度，从而使盒子202的任何可用容积都不会超过138℃——这一温度是由器械制造商和常规本体规定的处理极限。此极限对过热蒸汽作为干燥介质的功效进行严格的限制。为了使热函达到最大，并因此最大化蒸汽的干燥能力，可用容积中的蒸汽的温度必须在不超过所述138℃的限制的条件下尽量地高，并尽量接近大气压。
大部分蒸汽穿过在多孔板208和盒子基底222之间产生的高压空间，从而将多孔板208加热至138℃的最大值，在此基础上其穿过在板208的前表面242和盒子202的前壁218之间产生的空间并且进入盒子202的主空间。这在图16和图17中由表示第一蒸汽路径的箭头P示出。根据装载有装袋的器械280的盒子202的密实程度，部分过热蒸汽还将穿过多孔板208底部244上的孔248。这在图16和图17中由表示第二蒸汽路径的箭头S示出。
接下来，多孔板208中的热量主要通过传导机制将容纳在袋子280的纸侧内(朝下的一侧)的液态水汽加热并使其蒸发。传导干燥对于干燥袋子280的纸侧和加热负载非常有效。另一方面，过热蒸汽在渗透袋子280、蒸发负载中的水汽以及将水汽从盒子202带出方面非常有效。然后，得到的几乎饱和的蒸汽通过排气口232排出盒子202。多孔板208中的孔248还用作排水孔，允许液态水汽从盒子202的盖290以及负载280下落至盒子202的基底222，在此基础上，其能够流至盒子202的背面并通过排气管230排出。排气管230是可拆除的以用于清洗。在使用中(包括消毒和干燥阶段)，通过管道限定来自托盘210底部的冷凝物的去除路径，并且通过该管道允许此移除。
必须将尽可能多的液态水汽从盒子202的底部222排出，以防止过热蒸汽的能量浪费在加热已经从负载280分离的冷凝物上。因此，有效的冷凝物去除机制使得能够将过热蒸汽的能量集中在负载上。
需要在具有与用于导热干燥的袋子280接触的足够的材料和具有足够大小和密度的孔248之间权衡，以便a)允许部分过热蒸汽经过第二蒸汽路径，以及b)允许冷凝水汽从负载上排出。多孔板208中的孔248要足够大以克服水的表面张力并允许水滴滴落至托盘210的基底222，并且孔248的数量和密度都需要足够大以尽可能多地排出冷凝物。然而，负载280和板208之间的接触面积对于有效的能量传递很重要；因此孔248的大小和孔距不能太大。交错的孔的构造比成排的孔的构造提供了更好的排水效果：当多孔板208上形成冷凝物时，冷凝物朝着板240的背面滚下。将孔248交错排列增加了水滴在碰撞袋子280的背面并渗入纸张之前排到托盘210的基底222的机会。
在不同的实施例中，多孔板208将包括比示出的孔小的孔248和从一端延伸至另一端的凹槽。这将增加热质量以及板208和负载280之间的接触面积，但仍提供通道以将冷凝水汽从负载280分离并排出。
通常，盒子202倾斜6°(越倾斜越好)，从而使盒子202的后部比前部低，促进了冷凝物快速移动到盒子202的后部，以通过排气管230排出。在盒子托盘210的基底222和后壁212之间具有可变半径的内圆角，其具有将冷凝物横向通过托盘基底222的后边缘朝着排气管230引导的效果。这两种方式意味着消毒器单元可水平地放置在水平面中，并且冷凝物将移到托盘210的靠近排气口232的拐角处以通过排气管230排出。
如第一蒸汽路径所示，蒸汽导流器224防止引入的热的过热蒸汽通过进气装置204过度加热多孔板208的局部区域，并且防止进入的蒸汽在其有机会将其可用的能量传递至盒子202中的液态水汽之前过早地通过排气口232排出。然后蒸汽经过第一路径P到达盒子202的前部，此处蒸汽在盒子202的前壁218和板208的前端面242之间形成的空间内朝着盖290向上流动，然后反过来流向排气装置206。在此流动过程中，过热蒸汽蒸发来自由袋子和器械组成的负载280以及来自盖290的液态水汽。
因此，通过来自多孔板208的辐射热和传导热以及沿着第一路径P和第二路径S的过热蒸汽流产生的对流实现对负载280的有效干燥。
因此，很明显，已经根据本发明提供了用于干燥医疗器械或牙科器械等的设备和方法，该设备和方法使用完全满足上面提出的目标、目的和优点的过热蒸汽和蒸汽消毒和过热蒸汽干燥系统。尽管已经结合所示出的实施方式描述了本发明，基于前面描述的多种替代方式、修改和变化对本领域的技术人员都将是显而易见的。因此，其目的旨在包括所有落在本发明的精神和宽广范围内的所有的这些替代方式、修改和变化。

Claims (32)

1.一种利用过热蒸汽来干燥器械的设备，所述设备包括：
腔室，用于容纳所述器械，所述腔室具有至少一个进气口；
蒸汽发生装置，选择性地产生用于对所述器械消毒的饱和蒸汽以及用于干燥所述器械的过热蒸汽；
散布装置，连接至所述至少一个进气口，以将来自所述蒸汽发生装置的饱和蒸汽或过热蒸汽通过所述进气口散布在所述腔室内；以及
排气装置，用于清除所述腔室内的汽化水汽。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述排气装置包括至少一个排气口和至少一个水汽去除装置，所述至少一个水汽去除装置连接至所述至少一个排气口，以去除所述腔室内的汽化水汽。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述散布装置是管路组件，所述管路组件包括由多个互联管道连接的多个分布式蒸汽口，所述多个互联管道连接至所述至少一个进气口。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述散布装置结合在多孔干燥架中，所述多孔干燥架用于在所述腔室内支承并排列所述器械。
5.一种利用过热蒸汽来干燥医疗器械的设备，所述设备用在利用饱和蒸汽对所述器械消毒的蒸汽消毒系统中，并且所述设备包括：
腔室，用于容纳所述器械，所述腔室具有至少一个进气口；
蒸汽发生装置，选择性地产生用于对所述器械消毒的饱和蒸汽以及用于干燥所述器械的过热蒸汽；
散布装置，连接至所述至少一个进气口，以在对所述器械消毒之后，将来自所述蒸汽发生装置的过热蒸汽通过所述进气口散布在所述腔室内，从而干燥所述器械；以及
排气装置，用于清除所述腔室内的汽化水汽。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述排气装置包括至少一个排气口和至少一个水汽去除装置，所述至少一个水汽去除装置连接至所述至少一个排气口，以去除所述腔室内的汽化水汽。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述排气装置包括至少一个排气口并包括压缩机，所述压缩机连接至所述至少一个进气口，以将空气注入所述腔室中，进而通过所述至少一个排气口将所述腔室内的汽化水汽除掉。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和过热蒸汽加热器。
9.一种在蒸汽消毒系统中使用过热蒸汽来干燥医疗器械的方法，所述蒸汽消毒系统具有：用于容纳所述器械的腔室、用于连接至蒸汽发生装置的至少一个进气口以及用于将来自所述腔室的汽化水汽清除的排气装置，所述方法包括以下步骤：
利用由所述蒸汽发生装置产生的饱和蒸汽对所述器械消毒；以及
利用由所述蒸汽发生装置产生的过热蒸汽干燥所述器械以蒸发所述腔室内的水汽，并且利用所述排气装置将所述腔室内的汽化水汽清除。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，利用过热蒸汽干燥所述器械的步骤是通过以下过程来执行的：将过热蒸汽经由所述至少一个进气口注入所述腔室中，并且在所述腔室内利用蒸汽导流器和多孔板将蒸汽远离所述进气口朝着所述腔室的前部向下并向前地引导，然后朝着所述腔室的盖子向上引导，之后反过来朝着所述腔室的后部并朝着所述排气装置引导，从而在所述腔室内散布所述过热蒸汽。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括通过将空气经由所述至少一个进气口注入所述腔室中来清洁所述腔室的步骤。
12.根据权利要求1或5所述的设备，其特征在于，所述散布装置包括多孔板和蒸汽导流器装置，所述多孔板被构造成位于所述腔室内靠近所述腔室的底部的位置处，所述蒸汽导流器装置被构造成与所述进气口相通，以将进入的蒸汽向下引导至所述腔室的底部，在所述多孔板的下方并远离所述进气口朝着所述腔室的前壁向前引导。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在使用中，所述多孔板的尺寸形成为使得当所述多孔板位于靠近所述腔室的后壁的位置处时，在所述多孔板和所述腔室的前壁之间存在间隙。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多孔板和所述腔室的底部间隔开的距离比所述蒸汽导流器装置和所述底部之间的距离大，从而当所述多孔板就位于所述腔室内时在所述多孔板和所述导流器之间产生间隔。
15.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述排气口包括同心地排列并且彼此密封地间隔开以限定探测器中间间隔件的内探测器和外探测器。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述探测器中间间隔件连接至所述至少一个排气口的第一排气阀，并且所述内探测器连接至第二排气口的第二排气阀。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述排气口进一步包括将所述内探测器与所述探测器中间间隔件密封地隔离的排气管。
18.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述排气口包括同心地排列并且彼此密封地间隔开以限定探测器中间间隔件的内探测器和外探测器。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述探测器中间间隔件连接至所述至少一个排气口的第一排气阀，并且所述内探测器连接至第二排气口的第二排气阀。
20.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述排气口进一步包括将所述内探测器与所述探测器中间间隔件密封地隔离的排气管。
21.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述内探测器呈柱形地围绕一温度传感器，以保护所述温度传感器在插入所述腔室中和从所述腔室移除的过程中不被损坏。
22.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述散布装置为管路组件，所述管路组件包括由多个互联管道连接的多个分散的蒸汽口，所述多个互联管道连接至所述至少一个进气口。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述腔室包括用于将蒸汽传递至所述腔室的第一进气口和用于将蒸汽传递至所述管路组件的第二进气口。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和过热蒸汽加热器，并且所述设备进一步包括方向阀，所述方向阀用以选择性地将蒸汽从所述蒸汽发生器导入所述第一进气口以对所述器械消毒，或者将蒸汽从所述蒸汽发生器导入所述过热蒸汽加热器并随后导入所述第二进气口以干燥所述器械。
25.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述排气装置包括压缩机和至少一个排气口，所述压缩机连接至所述至少一个进气口，以将空气注入所述腔室中，进而通过所述至少一个排气口将所述腔室内的汽化水汽除掉。
26.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述至少一个排气口连接至常闭排气阀，所述常闭排气阀选择性地打开，以将汽化水汽从腔室排出。
27.根据权利要求26所述的设备，包括第二常闭排气阀，所述第二常闭排气阀能够选择性地打开，以调整所述腔室中的压力。
28.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和过热蒸汽加热器。
29.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述排气装置包括第一排气口和第二排气口，所述第一排气口和所述第二排气口分别连接至相应的第一排气阀和第二排气阀，所述方法进一步包括在消毒步骤期间选择性地打开所述第一排气阀以及在干燥和清洁期间选择性地打开所述第二排气阀。
30.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述蒸汽导流器装置包括一组孔。
31.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述医疗器械包括牙科器械。
32.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述医疗器械包括牙科器械。
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