CN102341128A - 具有用臭氧分解nox的废气清洁系统的灭菌器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于将使用高浓度NO2气体对待灭菌物品进行灭菌用过的废气排出的排气系统，其包括臭氧发生器、用于吸收通过臭氧发生器产生的臭氧和NO2以保留生成物的气体处理装置以及用于排出废气的排气装置。该排气系统可以有效并可靠地将浓度超过正常水平的高浓度NO2废气纯化。

Description

具有用臭氧分解NOX的废气清洁系统的灭菌器
技术领域
本发明涉及用于医疗器械例如医用的剪刀和导管以及其他灭菌可靠性要求提高的待灭菌物品的灭菌装置、引入灭菌装置的排气系统和通过使用灭菌装置实施的灭菌方法。
背景技术
按照惯例，已经广泛地使用用于杀灭例如存在于待灭菌物品上的细菌和病毒的气体灭菌装置，其中，将待灭菌物品例如医疗器械在杀菌剂气体例如氮氧化物(下文也简称作“NOx”)、臭氧和H2O2的气氛中容纳一段时期。然而，由于许多灭菌方法在市区在例如医院和实验室实施，因此用过的杀菌剂气体需要在进行中性化处理后释放至大气中。
例如，在使用通过杀菌剂气体生成组合物(composition)例如碳类二醇二氮烯鎓化合物产生的一氧化氮(下文也简称作“NO”)或NO和二氧化氮(下文也简称作“NO2”)的混合物的灭菌装置中，已采用处理方法，通过该处理方法，使用用于将NO转化成NO2的氧化剂和用于收集NO2的吸收剂去除杀菌剂气体。通过使用该方法，报道称可以将NO、NO2和NOx的浓度降低至LTWA水平(日本未经审查的专利公开第521118/2007号)。
另外可选地，在使用环氧乙烷的灭菌装置中，通过下述方法纯化废气：在填充有吸收剂例如活性炭、水和稀硝酸或热催化剂的气体处理池中使废气循环多次，以吸收环氧乙烷气体(日本未经审查的专利公开第312709/2000号)。
另一方面，作为去除柴油机的废气中的NOx的方法，已采用所谓的SCR方法，其中在发动机的废气通道中提供SCR催化剂，在SCR催化剂的上游侧设置用于供应还原剂例如氨的还原剂进料装置，以便通过SCR催化剂的催化作用使用从还原剂进料装置供应的氨来还原废气中的NOx(日本未经审查的专利公开第303826/2000号)。
发明内容
本发明的发明人发明了已在另一专利申请中提交的高浓度NO2发生方法，并且已研发出通过使用经上述方法获得的高浓度NO2气体而可靠性大大增强的灭菌装置。然而，由于从灭菌装置中排出的废气含有高浓度NO2气体，通过任何常规的NOx处理方法和装置均无法使所述废气在预定时间内变得无害至安全级别。结果，存在如下问题：使用高浓度NO2气体的灭菌装置在诸如医疗点不能实际应用。
鉴于上述情形，在设置臭氧发生器、利用通过臭氧或NO2的五氧化二氮(N2O5)或硝酸的转化反应的废气处理装置和用于排出废气的排气装置的基础上，本发明意在提供排气系统，其可以有效并可靠地纯化浓度超出正常水平的高浓度NO2废气。
本发明的排气系统是通过使用高浓度NO2气体将对待灭菌物品进行灭菌用过的废气排出的排气系统，其包括臭氧发生器(ozonegenerator)、用于吸附臭氧发生器产生的臭氧和废气中的NO2并通过臭氧和NO2的反应加速五氧化二氮或硝酸的产生以保留生成物(resultant)的气体处理装置、以及用于排出废气的排气装置。
换句话说，本发明是通过使用高浓度NO2气体将对待灭菌物品进行灭菌用过的废气排出的排气系统，其包括臭氧发生器；用于吸附臭氧发生器产生的臭氧和废气中的NO2、并通过臭氧和NO2的反应加速五氧化二氮或硝酸的产生以保留生成物的气体处理装置；以及用于排出废气的排气装置。
优选地，臭氧发生器包括臭氧化发生器(ozonizer)和用于储存臭氧化发生器产生的臭氧的臭氧室。
优选地，在气体处理装置的上游侧还设置有用于调节废气中的NO2与臭氧的混合比的缓冲部。
优选地，气体处理装置使用吸附催化剂。
优选地，排气装置多次排出灭菌用过的废气。
本发明是包括下述构造的灭菌装置。所述灭菌装置包括：(a)通过循环路径配置的NO2气体供应系统，其中连接有用于储存高浓度NO2气体的腔室、等离子体发生器和循环装置，(b)经由第一开/关装置与腔室连接的灭菌室，和(c)经由第二开/关装置与灭菌室连接的排气系统。
优选地，腔室经由第三开/关装置与排气系统连接。
优选地，灭菌室设置有用于将灭菌室中的高浓度NO2气体经由NO2传感器返回至灭菌室的测量路径。
优选地，多个灭菌室与单个排气系统连接。
此外，本发明是使用灭菌装置的灭菌方法，其中在排出对待灭菌物品进行灭菌用过的高浓度NO2气体的排出步骤中，将高浓度NO2气体以预定的NO2气体含量部分排出至排气系统。
使用灭菌装置的灭菌方法，其中在对待灭菌物品进行灭菌的灭菌步骤之后排出用过的高浓度NO2气体的气体排出步骤中，重复下述操作：当第一开/关装置关闭、且第二开/关装置打开时，通过排气系统的排气装置将灭菌室中的高浓度NO2气体排出至废气处理装置，以在灭菌室中获得负压，随后，通过打开第一开/关装置和关闭第二开/关装置，通过负压将残留在室中的高浓度NO2气体抽吸至灭菌室内。
另外，本发明是使用灭菌装置的灭菌方法，其包括以下步骤：(d)将待灭菌物品放置在灭菌室中(放置步骤)，(e)对灭菌室的内部进行抽真空(抽真空步骤)，(f)对灭菌室的内部进行增湿(增湿步骤)，(g)打开第一开/关装置，以将通过NO2气体系统产生并储存在腔室中的NO2气体供应至灭菌室(供应步)，(h)将干燥的气体混合物充入腔室中(充气步骤)，和(i)通过驱动NO2气体供应系统产生NO2气体(循环步骤)，其中步骤(g)至(i)重复多次。
优选地，在步骤(h)充气步骤之前，进行以下步骤：关闭第一开/关装置并打开第三开/关装置步骤，以将腔室和排气系统直接连接，以用排气系统将残留在腔室中的NO2气体排出，并对腔室进行抽真空(排气步骤)。
附图说明
图1是示例说明根据本发明的一个实施方式的排气系统的构造的解释性视图。
图2是示例说明根据本发明的一个实施方式的排气系统的构造中的等离子体发生部的解释性视图。
图3是示例说明根据本发明的一个实施方式的排气系统的构造中的等离子体发生器的解释性视图。
图4是示例说明根据本发明的一个实施方式的排气系统的解释性视图。
具体实施方式
下文通过参照附图描述本发明的实施方式。排气系统是如下系统：通过该系统将用高浓度NO2气体对待灭菌物品进行灭菌用过的废气排出。在本实施方式中，将该系统用于能在医疗器械和其它待灭菌物品上有效地实施灭菌操作的灭菌装置。下文首先描述所述灭菌装置的实施方式。
在本实施方式的灭菌装置中，示例说明灭菌装置，将该装置配置成包括用于产生高浓度NO2气体的NO2气体供应系统、用于将容纳的待灭菌物品用高浓度NO2气体灭菌的灭菌室、和用于使废气即灭菌用过的高浓度NO2气体无害的排气系统。
如图1所示，NO2气体供应系统包括将腔室1、等离子体发生器2和循环装置3连接的循环路径4。更具体地，循环路径4配置成包括腔室1、在所述路径的下游侧经导管与腔室1连接的流阻部(flow resistiveportion)5、在所述路径的下游侧经导管与流阻部5连接的等离子体发生器2和在所述路径的下游侧经导管与等离子体发生器2连接的循环装置3。循环装置3在所述路径的下游侧进一步经导管与腔室1连接，使得由腔室1、流阻部5、等离子体发生器2和循环装置3形成环状循环路径4。通过运行循环装置3，使包括氮气和氧气的气体混合物在循环路径4中循环，以产生NO2。
在本说明书中，从外部供应至高浓度NO2发生系统的作为成分的包括氮气和氧气的气体称作气体混合物，通过经由等离子体发生器2循环至少一次产生的包括NOx的气体称作NOx气体混合物，并且通过重复上述循环实现所需的NO2浓度水平的气体称作高浓度NO2气体。
腔室1是用于容纳要产生的高浓度NO2气体的密封隔间。在本实施方式中，腔室1为矩形盒状，然而，它可以为球形或圆柱形。由于本实施方式的腔室1形成循环路径4，因此形成有流出口、流入口和用于带出(take out)高浓度NO2的可开关的气体供应口。
在本实施方式中，流阻部5由孔板(orifice)5a形成。孔板5a设置在腔室1下游侧的管道中，并形成孔板流量计。因此，在本实施方式中，有利之处在于可以测量从腔室1循环出去的气体的流量。除了孔板5a之外，流阻部5还可以设置成将腔室1下游侧的管道的一部分设为窄管，以增加该部分的流阻率。
如图2和3所示，等离子体发生器2是能够在常温常压下通过使用微波产生等离子体的单元，并且通常配置成包括用于产生具有预定波长微波的微波发生装置2a、与微波发生装置2a连接以传送微波的波导2b、和与波导2b整体设置的等离子体发生部2c。
微波发生装置2a产生例如2.45GHz的微波，并将微波传送至波导2b内。因此，微波发生装置2a包括例如用于产生微波的磁控管的微波发生源、用于将在微波发生源处产生的微波的功率调节至预定功率强度的放大器、和用于将微波发射至波导2b内的微波传送天线。作为用于等离子体发生器2的微波发生装置2a，例如能够输出1W至3W微波能量的连续可变型(continuous variable type)装置是适用的。
波导2b由非磁性金属(例如铝)制成，例如，为具有矩形横截面的管状，并将微波发生装置2a产生的微波传送至等离子体发生部2c。本实施方式的波导2b通过方形管状组件进行设置，使用由金属平板制成的顶板和底板以及两个侧板。除该板状组件之外，波导也可以通过例如板部件的挤压或弯曲处理而形成。而且，除具有矩形横截面的波导2b之外，也可以使用具有卵形(oval)横截面的波导2b。此外，不仅仅是非磁性金属，波导也可以由各种具有波导特性的元件设置而成。在本实施方式中，波导2b是接地的。
等离子体发生部2c与波导2b整体配置，并包括穿过波导2b插入的棒状传导轴2d以及管状传导管2e。传导轴2d进一步设置有插入到波导2b中以接收微波的天线部2f、和在本实施方式中经电绝缘体穿过波导2b插入的从波导2b向外突出的中央电极2g。本实施方式的传导轴2d具有圆形横截面，然而，可以采用具有椭圆形、卵形或长卵形横截面的传导轴。本实施方式的传导轴2d使用钛形成，然而，也可以使用能够传送微波的材料例如钛合金、铜、铂、金和银。在传导轴2d(中央电极2g)的端部(tip)形成有由陶瓷制成的屏蔽膜2h，以防止电弧放电并保护电极。
在本实施方式中，传导管2e具有大体的圆柱形，其内径形成为要大于传导轴2d的外径。传导管设置成覆盖从波导2b向外突出的中央电极2g，且中央电极在中心处，并且在中央电极2g和传导管2e之间形成有环形空间2i。传导管2e的底端(base end)是导电性的，且相对于波导2b固定，传导管2e由此经波导2b接地。除了圆形横截面之外，传导管2e还可以具有例如矩形横截面或卵形横截面。然而，形成其端部形成为其长度在与中央电极2g的端部基本上相同的位置终止。应注意的是本实施方式的传导管2e使用不锈钢制成，然而，它可以由例如铝制成。
在本实施方式的传导管2e中，在朝向其底端的位置设置有通风口。通过将从流阻部5延伸的管道2j与通风口连接，配置从流阻部5连接至等离子体发生器2的循环路径4。在循环路径4中流动的气体混合物经过环形空间2i内部向中央电极2g的端部移动。此外，在传导管2e的外边缘(outside edge)，插入有陶瓷屏蔽管2k，以防止相对于中央电极2g的电弧放电。屏蔽管2k的外边缘与进一步导向路径下游的管道2j连接，从而形成循环路径4。
在由此配置的等离子体发生部2c中，微波发生装置2a(磁控管)产生的2.45GHz的微波(功率可调)从设置在波导2b一端的微波发生装置2a的微波被传送天线发射至等离子体发生部2c。发射的微波在波导2b中传送，并由等离子体发生部2c中的传导轴2d的天线部2f接收。由此由天线部2f接收的微波在传导轴2d的表面上传送，并达到中央电极2g的端部。中央电极2g的端部与波导2b电连接，并设置在地电位(ground potential)的传导管2e的端部附近。通过微波到达中央电极2g的端部，在传导管2e的端部和中央电极2g的端部之间，尤其是在中央电极2g的端部附近，形成有强电场。应注意的是，传导轴2d形成为在2.45GHz波段具有谐振点，使得在中央电极2g的端部部分有效地形成强电场。
通过由此形成的强电场，在经循环路径4供应的气体混合物中包括的氮气和氧气中发生部分离子化。结果，组成数万摄氏度下的电子、基本常温下的离子、基本常温下的中性原子和基本常温下的中性分子的集合体(aggregate)。广泛地，该条件是电中性的，换句话说，形成等离子体状态，更具体地说，形成低温等离子体(非平衡等离子体)状态。
换句话说，在中央电极2g的末端附近的气体混合物的氮气和氧气通过微波形成的强电场被激发，从而发生介电击穿，并从分子状态转换为低温等离子体(非平衡等离子体)状态。低温等离子体状态下的气体具有相对于其他低温等离子体状态或分子状态下的气体的高反应性。因此，将主要包括氮气和氧气的气体混合物引入等离子体发生部2c中时，其部分转化成例如一氧化氧和二氧化氮的氮氧化物或者转化成臭氧。
1.N2+O2→2NO
2.N2+2O2→2NO2
3.3O2→2O3
应注意的是转化比例在式1的情况下最高。根据式1产生的部分一氧化氮与等离子体发生部2c中处于低温等离子体状态下的氧结合，并转化成二氧化氮。
4.2NO+O2→2NO2
由此产生的包括NO2的NOx气体混合物经由循环路径4循环，或者保留在腔室1中。此时，根据式1产生的一氧化氮逐步与NOx气体混合物中的氧或者与根据式3产生的臭氧反应，并进一步转化成二氧化氮，如式5和6所示。结果，NO2浓度增加。
5.2NO+O2→2NO2
6.NO+O3→NO2+O2
根据式3产生的臭氧与NOx气体混合物中的氮气反应，产生一氧化氮。
7.N2+2O3→2NO+2O2
该一氧化氮也通过式5和6的反应转化成二氧化氮。
以这种方式，当NOx气体混合物反复在循环路径中循环时，二氧化氮的浓度逐渐增加，就获得具有所需NO2浓度水平的高浓度NO2气体。然而，当产生的一氧化氮或二氧化氮再次通过等离子体发生器2时，发生如下现象：其中一部分通过离解反应再次变成低温等离子体状态，从而变回至氮气或氧气。因而，当NOx气体混合物的浓度通过反复循环达到一定水平的高浓度NO2气体时，氮氧化物的产生和氮氧化物的解离落入平衡状态，因此在一定的浓度下，加强不会再继续。
在本实施方式的高浓度NO2气体发生系统中，包括单个等离子体发生器2的循环路径4如图1所示示例说明。然而，可以将两个或三个或更多个等离子体发生器2并行连接以形成循环路径4。由于在该情况下可以在短时间内产生高浓度NO2气体，这更为优选。此外，循环路径4可以在等离子体发生器2中分叉，以便为每个分叉路径提供等离子体发生部2c。
在本实施方式中，循环装置3通过使用压力装置6配置。也可以使用风扇作为循环装置3。作为压力装置6，可以优选采用空气泵，也可以使用鼓风机或空气压缩机。对于空气泵，可以使用功率约20至100瓦并且由氟橡胶制成的隔膜泵、由陶瓷制成的柱塞泵或风箱式泵(bellows pump)。压力装置6设置在用于连接等离子体发生器2和室1的管道中，并在路径的下游侧与腔室1连接以施加压力。
如上所述，本实施方式的高浓度NO2气体发生系统通过将腔室1、流阻部5、等离子体发生器2和压力装置6经管道循环连接而构成循环路径4。通过运行压力装置6，从入口部7引入的空气(气体混合物)经过循环路径4流动，并产生NOx气体混合物，该气体混合物包括由经过等离子体发生器2时置换成低温等离子体(非平衡等离子体)状态的氮和氧的反应而产生的一氧化氮和二氧化氮。当一氧化氮逐步与NOx气体混合物中的氧以及与臭氧反应时，其转化成二氧化氮。由此可以通过二氧化氮浓度的逐渐增加来产生高浓度NO2气体。
在本实施方式中，在腔室1的下游侧设置有NO2浓度测量传感器8。用该传感器，可以测量NO2的浓度。此外，气体干燥装置9，用于调节要引入腔室1中的空气的露点。对于气体干燥装置9，例如可以使用依靠装填在两个管中的分子筛的自再生系统。另外，腔室1设置有压力计1a，等离子体发生器2设置有压力表(未显示)。于是，可以控制腔室1和等离子体发生器2中的压力，且可以检查压力是否异常。
在本实施方式中，灭菌室10构成用于医疗器械的灭菌装置的主要部分，其包括用于装卸待灭菌物品的开口、能够密封开口的屏蔽门、用于引入高浓度NO2气体的气体供应口和用于在灭菌后排出废气的气体排出口。屏蔽门在外周设置有密封材料用于获得密封特性。对于本实施方式的密封材料，从气密性和耐腐蚀性的观点来看，使用含氟弹性体。优选地，当屏蔽门设置有联锁(interlock)时安全性增加，所述联锁在下述情况下不允许打开门：灭菌室10中的NO2气体浓度等于或高于对人类有害的水平。
供应管10a从气体供应口设置至NO2气体供应系统的腔室1。储存在腔室1中的高浓度NO2气体通过供应管并从气体供应口供应至灭菌室10。另外，供应管设置有使用空气驱动阀的第一开/关装置10b，并且通过第一开/关装置10b的开/关控制来控制高浓度NO2气体到灭菌室10的供应。
灭菌室10设置有测量路径，其通过泵抽吸腔室中的NO2气体，以用NO2传感器11测量其浓度并将气体返回至灭菌室10。在本实施方式的测量路径中，该路径在中间分成两条路径，以分别设置用于高浓度测量和低浓度测量的两个NO2传感器11a、11b，使得可以高精度地进行浓度测量。
如图1和4所示，排气系统12在灭菌操作后生成高浓度NO2气体(废气)，并充在灭菌室10中以对于排出无害。排气系统配置成包括臭氧发生器13、用于调节从臭氧发生器13供应的臭氧和废气的混合比的缓冲部14、气体处理装置15、臭氧处理装置16和排气装置17。在排气装置17的下游和缓冲部的上游，配置成包括除湿部D1和废气流量计(flow meter)F1。
在本实施方式中，除湿部D1由硅胶组成。硅胶的作用在于防止因流量计内部的露滴造成的废气流量计的故障，并通过吸附高浓度NO2气体(废气)中包括的湿气来提高下游气体处理装置15的效率。应注意的是部分NO2被硅胶吸收。废气流量计F1测量要排出的废气的流量。
在本实施方式中，臭氧发生器13包括臭氧化发生器18、臭氧室19、臭氧排出装置20和臭氧流量控制器21。臭氧化发生器18(臭氧发生器)是用于在电极之间应用高电压的装置，所述电极设置有电解质以对填充在放电间隙中的空气和氧气放电，以将空气或氧气转化成臭氧。臭氧发生器广泛用作环境设备。
臭氧室19是体积约40至80L的容器形式的小空间，其与臭氧化发生器18连接，以暂时储存臭氧化发生器18产生的臭氧。通过设置该臭氧室19，通过与高浓度NO2气体的化学反应产生的五氧化二氮或硝化作用所需的臭氧就可以通过低功率的臭氧发生器13供应，使得可以安全地使高浓度NO2气体无害。
通过臭氧排出装置20和臭氧流量控制器21调节来自臭氧室19的臭氧排出体积。具体地，臭氧流量控制器21是基于废气流量计F1测得的废气流量可以控制臭氧流量的调节阀。因此，可以调节高浓度NO2的流量和臭氧流的混合比，而且可以传输相对于废气中包括的NO2的充足的臭氧。
缓冲部14是具有约10L体积的容器形式的小空间。取决于压力填充臭氧用的泵中压力波动，供应的臭氧的量发生波动，相对于时间轴落入过量侧(excessive)或短缺侧(short side)。然而，供应的波动大的臭氧的量可以通过如下方法加以平均化：基于废气流量计F1用臭氧流量控制器21控制来自臭氧室19的臭氧的流量，并将臭氧送至缓冲部14用于混合，以及将气体混合物保留在缓冲部14中。
在本实施方式中，气体处理装置15通过在位于缓冲部14下游侧的废气路径上设置有含有吸附催化剂的处理部而配置。吸附催化剂是用于优异地吸附NO2和臭氧、并加速吸附的NO2和臭氧的反应以化学转化成N2O5的催化剂，或者用于通过NO2与残留蒸汽的反应产生HNO3的催化剂。在本实施方式中，使用沸石作为吸附催化剂。在沸石当中，由于可以有效地吸附NO2，优选使用硅沸石。
臭氧处理装置16位于气体处理装置15的下游，并用作分解与NO2的反应中的过量臭氧的臭氧分解装置。以该设置，可以通过将臭氧浓度控制至预定水平或更低水平而将其排出。
由此配置的气体处理装置15吸附其中的NO2和臭氧在缓冲部14中被调节至适当混合比的气体混合物，并通过NO2和臭氧将气体化学转化成N2O5，或者通过NO2和残留蒸汽的反应加速HNO3的产生。由此去除废气中的NO2，使废气无害。此外，由于NO2通过与臭氧发生化学反应产生N2O5或HNO3来清除，即使NO2的浓度高，也可以有效地清除NO2。在使用高浓度NO2的灭菌装置中，可以在实际上适当的时间内实施可靠的废气处理。另外，在本实施方式中，在臭氧处理装置16的下游侧设置有NO2传感器和臭氧传感器，以检查是否已使废气无害。
在气体处理装置15中，由于气体混合物的NO2和臭氧被化学转化而产生N2O5或HNO3，缓冲部14中存在的气体混合物中的NO2和臭氧的适当的混合比考虑为2∶1。然而，实际上，由于臭氧很可能在高压环境下分解，特别是由于管道和各个容器由金属制成，那些金属起到催化剂的作用，进一步加速了分解。由此，使气体混合物中的NO2和臭氧的混合比成为：例如臭氧的比例大于2∶1，且混合比优选为2∶1至1∶2。在本实施方式中，该比例为3∶2。
由此配置的排气系统通过其间的排气管22与灭菌室10的气体排出口连接。更具体地，从灭菌室10延伸的排气管22与缓冲部14连接，以便于将从灭菌室10排出的废气转移至缓冲部14。另外，排气管22设置有使用空气驱动阀的第二开/关装置23，且通过第二开/关装置23的开/关控制来控制废气至缓冲部14的转移。
排出装置17用于抽吸残留在灭菌室10中的废气并将气体转移至排气系统，且在通过气体处理装置15使气体无害后，通过使用例如空气泵和风扇赋予废气流能量。在本实施方式中，将空气泵设置在排出管22中。
控制本实施方式的排气装置17，使得灭菌室10中的废气立刻排出。然而，可以控制该装置使得将气体多次排出至缓冲部14。通过该方式，在将废气多次供应至废气处理装置15的情况下，有利的是可以可靠地使废气无害。
在本实施方式中，NO2气体供应系统的腔室1与排气系统通过设置有第三开/关装置24的旁通管25连接。通过打开第三开/关装置24，可以通过驱动排气系统的排气装置17来进行对腔室1内部进行抽真空的排气步骤。此外，通过排气系统使残留在腔室1中的NO2气体无害以安全排出。
在本实施方式中，配置灭菌装置，其中一个灭菌室10与排气系统经排出管22连接。另外可选地，可以设置多型装置，其中来自多个灭菌室10的排气管22与单个排气系统连接，而且可以控制仅在排出废气时需要的排气系统，使得系统在共享的情况下被驱动。由于共享的排气系统可以相对于多个灭菌室10起作用，作为整个灭菌装置就不存在多余部分，可以使该装置紧凑。
下文描述通过使用灭菌装置的本发明的灭菌方法的实施方式。所述灭菌方法包括下述步骤：
(1)将待灭菌的物品放置在灭菌室10中(放置步骤)，
(2)对灭菌室10的内部进行抽真空(抽真空步骤)，
(3)对灭菌室10的内部进行增湿(增湿步骤)，
(4)打开第一开/关装置10b，以将通过NO2气体系统产生并储存在腔室1中的NO2供应至灭菌室10(供应步骤)，
(5)关闭第一开/关装置10b并打开第三开/关装置24，以将腔室1和排气系统直接连接，以用排气系统将残留在腔室1中的NO2气体排出，并对腔室进行抽真空(排气步骤)，
(6)将干燥的气体混合物充入腔室1中(充气步骤)，
(7)通过驱动NO2气体供应系统产生NO2气体(循环步骤)，
(8)通过灭菌室10中充入的高浓度NO2气体对待灭菌物品进行灭菌(灭菌步骤)，
(9)从灭菌室10中排出用过的高浓度NO2气体(排气步骤)。
在放置步骤中，灭菌室10的屏蔽门为开，待灭菌物品通过将其从开口插入内部而放置。为了不防止与高浓度NO2气体的接触，待灭菌物品可以根据其形态适当地放在安置台(placement table)上。在将多个待灭菌物品同时灭菌的情况下，可以以如下方式排列架子：他们不相互重叠，且物品置于其上。
在抽真空步骤中，通过驱动排气装置的空气泵排出腔室中的空气，从而降低灭菌室10内部的压力。经过该降压，将细微的最里部例如待灭菌物品的孔中的空气排出。当在随后的灭菌步骤中充入高浓度NO2气体时，NO2气体由此迅速进入最里的细微部例如待灭菌物品的孔内。结果，灭菌可靠性得以增加。
增湿步骤使用设置在灭菌室10中的增湿装置26通过将蒸汽供应至灭菌室10中而进行。蒸汽经过增湿步骤渗入例如待灭菌物品的孔的最里细微部，在该状态下充入高浓度NO2气体。在待灭菌物品的细微的最里部中达到用于灭菌的适当的湿度和NO2浓度，结果灭菌的可靠性优选地增加。充足的湿度和NO2浓度的结合有利于在微生物的表面上产生硝酸，并增强灭菌效果。除此之外，在本实施方式中还在增湿之后填充高浓度NO2气体。因此，根据将高浓度NO2气体充入灭菌室10中时出现的压力增加，NO2进入已经增湿的待灭菌物品的细微的最里部并迅速转化成硝酸。结果，有效地实现灭菌效果。在本实施方式中，增湿在减压下经过排空(evacuation)进行。优选地，在增湿装置26中在相对低的温度下因此获得蒸汽的产生，且蒸汽迅速进入待灭菌物品的细微部。
在供应步骤中，通过首先驱动NO2气体系统，储存在腔室1中的高浓度NO2气体通过灭菌室10中的负压而抽吸，所述灭菌室的压力已经通过真空化步骤而降低。高浓度NO2气体通过具有打开的第一开/关装置10b的供应管10a以被供应至灭菌室10。在完成供应步骤时，第一开/关装置10b是关闭的。
在排气步骤中，通过打开第三开/关装置24将腔室1和排气系统经由旁路管25连通。通过驱动排气系统的排气装置17(空气泵)，抽吸残留在腔室1中的NO2气体，并通过用排气系统使气体无害而排出。同时，可以用抽吸力对腔室1进行抽真空(排气步骤)。因此，在本实施方式中，残留在腔室1中的NO2气体可以通过使气体无害而排出，并且可以通过该系统的排气装置17的抽吸功能进行腔室1的排气步(抽真空)。于是，有利的是灭菌装置有机协作以作为整体发挥作用。
在充气步骤中，新的干燥的气体混合物通过在排气步骤中已抽真空的腔室1的负压而抽吸。
在循环步骤中，等离子体发生器2的微波发生装置2a和压力装置6相对(are stared)。随即，气体混合物在循环路径4中循环，气体混合物的氮气和氧气在等离子体发生器2的等离子体发生部2c中置换成低温等离子体状态。结果，产生氮氧化物例如一氧化氮和二氧化氮以及臭氧，以产生NOx气体混合物。通过进一步使NOx气体混合物循环，NO2的浓度如上所述逐步增加，产生浓度5,000至100,000ppm的高浓度NO2气体。
将循环步骤中产生的高浓度NO2气体再次通过进行供应步骤而供应至灭菌室10。以这种方式，在本实施方式中，通过重复排气步骤、充气步骤、循环步骤和供应步骤，体积要大于腔室1体积的灭菌室10已在抽真空步骤中降低的内部压力增加，且NO2的浓度也逐步增加。通过填充NO2浓度为5,000至100,000ppm的高浓度NO2气体，将灭菌室10中的NO2浓度调节至9至100mg/L，更优选地20至80mg/L，在本实施方式中为20至40mg/L。在NO2浓度低于9mg/L的情况下，不能获得针对任意微生物需要的充足的灭菌效果。另一方面，在浓度高于100mg/L的情况下，在该浓度以上预计不会出现缩短灭菌时间的显著差异，反而，与废气处理相关的问题变得很麻烦。
在灭菌步骤中，通过放置步骤负载的待灭菌物品在充有具有预定NO2浓度的NO2气体的灭菌室10中保留一段时间。尽管，灭菌的持续时间取决于例如灭菌室10中的NO2浓度和待灭菌物品的类型的因素而不同，但灭菌优选地维持10至480分钟。在持续时间少于10分钟的情况下，不会获得针对任意微生物需要的充足的灭菌效果。另一方面，在持续时间超过480分钟的情况下，超过该持续时间的灭菌效果没有显著差异，而且处理时间很可能不必要地延长。
在排气步骤中，第二开/关装置23为开，驱动排气系统的排气装置17。随即，从灭菌室10中抽吸用过的高浓度NO2气体(废气)，去除NO2，并通过气体处理装置15使其无害。在本实施方式中，根据气体处理装置15的处理能力，抽吸残留在灭菌室10中的废气，并将其以预定的NO2气体含量部分排出，即约3至10次。于是，有利的是即使对于具有高浓度NO2的废气也不需要过分地配置废气处理装置，且可以可靠地使废气无害。
当第一开/关装置为关、且第二开/关装置为开时，驱动排气装置17，以将灭菌室中的一定量高浓度NO2气体排出至废气处理装置15，使得灭菌室10的压力为负。随后，通过打开第一开/关装置、并关闭第二开/关装置，将残留在腔室1中的高浓度NO2气体通过负压抽吸至灭菌室10。通过重复所述步骤多次，可以使残留在灭菌室10和腔室1中的废气无害用于排出。于是，有利的是，也将保留在连接腔室1和灭菌室10的路径(包括第一开/关装置10b)中的NO2气体排出，并且整个灭菌装置的排气可以通过有效地使用排气装置17的抽吸能量而实施。
下文通过实施例获得在本发明的排气系统中的NO2和臭氧之间的适当的混合比。
实施例
实施例1
(制备高浓度NO2气体)
高浓度NO2气体通过NO2气体供应系统而制备。使用空气(露点：-60℃)作为成分，且在等离子体发生器中的等离子体放电时间(plasmalightning time)为25分钟。产生的高浓度NO2的浓度为47kppm，且该气体储存在腔室中。就大气压(101kPa(绝对压力))的分压而言，这时的压力为-5kPa(相对压力)。
(制备臭氧)
通过使用臭氧化发生器(SGA-01-PSA2，由Sumitomo PrecisionProducts Co.，Ltd制造)，使用空气作为成分制备40kppm的臭氧。将制备的臭氧引入臭氧室，以实施取代直到臭氧的浓度达到40kppm。
(排气步骤)
通过打开第三开/关装置开始排气。在高浓度NO2气体通过颗粒滤器(particle filter，SFB200，由SMC Corporation制造)和硅胶层(硅胶A型5UP，由Tokai Chemical Industry Co.，Ltd.制造)后，将所述气体通过废气流量计(8550，由Kojima Instruments Inc.制造)调节，以便于相对于臭氧的组分比例为2∶1。
用臭氧流量控制器(由Kojima Instruments Inc.制造的8500)，将臭氧与上述流量已经调节过的高浓度NO2气体混合，使得组分比例为2∶1。高浓度NO2气体和臭氧的混合在缓冲部(缓冲罐)中进行。将包括五氧化二氮的气体混合物通过串联布置的两种硝酸吸附催化剂(ADS55，由Adsorption Technology Industries，Ltd.制造)。随后，当用于储存高浓度的NO2的腔室中的压力显示某些值(-50、-65、-75、-85和-90kPa(相对压力))时，不时对气体混合物进行取样，以测量在通过硝酸吸附催化剂后残留在废气中的NOx的浓度。结果显示在表1中。
实施例2
除了使NO2气体供应系统中产生的高浓度NO2气体的浓度为44kppm、且使排气步骤中的高浓度NO2气体和臭氧的组分比为5∶2之外，将高浓度NO2气体以与实施例1相同的方式处理，以测量残留NOx的浓度。结果显示在表1中。
实施例3
除了使NO2气体供应系统中产生的高浓度NO2气体的浓度为50kppm、且使排气步骤中的高浓度NO2气体和臭氧的组分比为3∶1之外，将高浓度NO2气体以与实施例1相同的方式处理，以测量残留NOx的浓度。结果显示在表1中。
表1
Figure BPA00001426090700161
如表1所示，在高浓度NO2和臭氧的组分比例是2∶1的实施例1中，在腔室内部压力为-50至-90kPa(相对压力)的所有情况下，NOx均被完全吸收。在高浓度NO2和臭氧的组分比例是5∶2的实施例2中，在腔室内部压力为-50至-90kPa(相对压力)的所有情况下，NOx也均被完全吸收。
另一方面，在高浓度NO2和臭氧的组分比例是3∶1的实施例3中，在腔室内部压力为-50至-85kPa(相对压力)的情况下，NOx被完全吸收。然而，当腔室内部压力为-90kPa(相对压力)时，部分NOx未被吸收而残留下来。
术语“NO2百分比(转化前)”是指在高浓度NO2和臭氧的气体混合物中的高浓度NO2气体的比例(理论值)。在那些实施例中，部分(25％)高浓度NO2气体通过在与臭氧混合前通过硅胶层而被消耗。因此，高浓度NO2和臭氧的气体混合物中的高浓度NO2气体的比例(理论值)以“NO2百分比(转化后)”计算。具体地，根据实施例1，进行下述计算。
NO2百分比(转化前)：2/(2+1)×100＝67
NO2百分比(转化后)：2×0.75/(2×0.75+1)×100＝60
由此可知，应当理解到，在NO2百分比(转化后)小于66％(实施例1和2)的情况下NOx可被完全吸收，而在NO2百分比(转化后)大于69％(实施例3)的情况下一部分NOx不能被吸收并残留下来。
工业实用性
根据排气系统、使用该排气系统的灭菌装置和使用本发明的灭菌装置的灭菌方法，作为吸附灭菌操作中用过的高浓度NO2气体中的NO2和臭氧、并通过加速吸附的NO2和臭氧的化学反应并保留反应产物的结果，即使废气浓度很高，也可以可靠并有效地使其无害。
根据本发明的灭菌装置，可以将从灭菌装置排出的废气中的NO2去除。此外，根据本发明的灭菌方法，高浓度NO2气体可以被完全地吸收并在使该气体无害后排出。
符号说明
1 腔室
2 等离子体发生器
2a 微波发生装置
2b 波导
2c 等离子体发生部
2d 传导轴
2e 传导管
2f 天线部
2g 中央电极
2h 屏蔽膜
2i 环形空间
2j 管道
2k 屏蔽管
3 循环装置
4 循环路径
5 流阻部
5a 孔板
6 压力装置
7 入口部
8 NO2浓度测量传感器
9 气体干燥装置
10 灭菌室
10a 供应管
10b 第一开/关装置
11、11a、11b NO2传感器
12 第一开/关装置
13 臭氧发生器
14 缓冲部
15 气体处理装置
16 臭氧处理装置
17 排出装置
18 臭氧化发生器
19 臭氧室
20 臭氧排出装置
21 臭氧流量控制器
22 排气管
23 第二开/关装置
24 第三开/关装置
25 旁路管
26 增湿装置
D1 除湿部
F1 废气流量计

Claims (13)

1.一种用于排出废气的排气系统，所述废气是使用高浓度NO2气体对待灭菌物品进行灭菌用过的废气，所述排气系统包括：
臭氧发生器；用于吸附所述臭氧发生器产生的臭氧和所述废气中的NO2、并通过臭氧和NO2的反应来加速五氧化二氮或硝酸的产生以保留生成物的气体处理装置；和用于排出所述废气的排气装置。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述臭氧发生器包括臭氧化发生器和用于储存所述臭氧化发生器产生的臭氧的臭氧室。
3.根据权利要求1或2所述的排气系统，其中在所述气体处理装置的上游侧还设置有用于调节所述废气中NO2和臭氧的混合比的缓冲部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气系统，其中所述气体处理装置使用吸附催化剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的排气系统，其中所述排气装置多次排出灭菌用过的所述废气。
6.一种灭菌装置，其包括：
(a)通过循环路径配置的NO2气体供应系统，其中连接有用于储存高浓度NO2气体的腔室、等离子体发生器和循环装置；
(b)经由第一开/关装置与所述腔室连接的灭菌室；和
(c)经由第二开/关装置与所述灭菌室连接的根据权利要求1所述的排气系统。
7.根据权利要求6所述的灭菌装置，其中所述腔室经第三开/关装置与所述排气系统连接。
8.根据权利要求6或7所述的灭菌装置，其中所述灭菌室设置有用于将所述灭菌室中的高浓度NO2气体经由NO2传感器返回至所述灭菌室的测量路径。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的灭菌装置，其中多个灭菌室与单个排气系统连接。
10.一种使用根据权利要求6至9中任一项所述的灭菌装置的灭菌方法，其中在排出对待灭菌物品进行灭菌用过的高浓度NO2气体的排气步骤中，将高浓度NO2气体以预定的NO2气体含量部分排出至排气系统。
11.一种使用根据权利要求6至9中任一项所述的灭菌装置的灭菌方法，其中在对待灭菌物品进行灭菌的灭菌步骤之后排出用过的高浓度NO2气体的气体排出步骤中，重复下述步骤：当第一开/关装置为关、且第二开/关装置为开时，通过排气系统的排出装置将灭菌室中的高浓度NO2气体排出至废气处理装置，以在灭菌室中获得负压，随后，通过打开第一开/关装置和关闭第二开/关装置，通过负压将残留在腔室中的高浓度NO2气体抽吸至灭菌室内。
12.一种使用根据权利要求6至9中任一项所述的灭菌装置的灭菌方法，其包括以下步骤：
(d)将待灭菌物品放置在灭菌室中(放置步骤)；
(e)对灭菌室的内部进行抽真空(抽真空步骤)；
(f)对灭菌室的内部进行增湿(增湿步骤)；
(g)打开第一开/关装置，以将通过NO2气体系统产生并储存在腔室中的NO2气体供应至灭菌室(供应步骤)：
(h)将干燥的气体混合物充入在腔室中(充气步骤)；和
(i)通过驱动NO2气体供应系统产生NO2气体(循环步骤)，
其中步骤(g)至(i)重复多次。
13.根据权利要求12所述的灭菌方法，其中在步骤(h)充气步骤之前，进行以下步骤：关闭第一开/关装置并打开第三开/关装置，以将腔室和排气系统直接连接，以用排气系统将残留在腔室中的NO2气体排出，并对腔室进行抽真空(排气步骤)。
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