CN1988921A - 控制流体中化学杀菌剂的浓度的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种杀菌系统，包含：一传感器(200)，于杀菌剂流体中决定液态杀菌剂浓度。杀菌剂流体包含从多数杀菌剂供应的所混合的杀菌液。每一杀菌剂供应的液态杀菌剂具有不同浓度。传感器(200)允许一可控制浓度的液态杀菌剂供应至一蒸发器(32)。

Description

控制流体中化学杀菌剂的浓度的方法与装置
技术领域
本发明是关于一种净化系统，特别是关于控制流体中化学杀菌剂的浓度的方法与装置。
背景技术
净化方法被使用于广泛的应用范围中，并且杀菌剂也一样具有广大的应用范围。于此使用中，净化的方法包含但不限定于，生物污染物(biocontamination)去活化、化学污染物去活化、杀菌、消毒以及卫生处理。在此，用于净化的化学物质可以称为消毒物质或杀菌剂。
净化系统是依赖维持某些过程参数以达到一极少量目标(targetsterility)或净化保证水平(assurance level)。对于过氧化氢蒸汽净化系统，上述那些参数包括过从液态杀菌剂中液态过氧化氢至蒸发态过氧化氢蒸汽的浓度、气态杀菌剂中的气态过氧化氢的浓度、饱和的程度、温度、压力以及曝光时间。藉由控制上述参数，所期待的极少量的净化保证水平可以成功地得到。
本发明提供一方法与装置，以控制消毒剂或杀菌剂的浓度。
发明内容
根据本发明的优选实施例，提供了一净化系统，包含：(a)第一液态杀菌剂的第一来源，包含第一浓度化学杀菌剂；(b)第二液态杀菌剂的第二来源，包含第二浓度所述化学杀菌剂；(c)第一调节装置，用以调节第一液态杀菌剂的流率；(d)第二调节装置，用以调节第二液态杀菌剂的流率；(e)控制装置，用以控制第一与第二调节装置以产生包含第一与第二液态杀菌剂的混合液态杀菌剂；(f)蒸发器，接收混合液态杀菌剂以产生杀菌剂蒸汽；以及(g)室，接收杀菌剂蒸汽。
根据本发明的另一观点，提供了一种控制净化系统的方法，所述系统具有(a)第一液态杀菌剂的第一来源，包含第一浓度化学杀菌剂，(b)第二液态杀菌剂的第二来源，包含第二浓度所述化学杀菌剂，上述方法包含(1)调节第一与第二液态杀菌剂的流率以产生包含第一与第二液态杀菌剂的混合液态杀菌剂；(2)蒸发混合液态杀菌剂以产生杀菌剂蒸汽；以及(3)导引杀菌剂蒸汽至处理室。
本发明的另一优点在于提供了控制化学浓度的方法与装置，使得消毒室中的化学杀菌剂浓度控制在预期浓度范围内。
本发明的另一优点在于提供了控制化学浓度的方法与装置，使得化学杀菌剂的理想浓度提供至一杀菌室。
本发明的再一优点在于提供了控制化学浓度的方法与装置，其是在蒸发前通过调节液态化学杀菌剂浓度，以控制处理室中的化学杀菌剂蒸汽的浓度。
本发明的另一优点在于提供控制化学浓度的方法与装置，使得消毒室中的化学杀菌剂浓度被控制以补偿相关化学杀菌剂的半衰期与吸收作用。
藉由下列优选实施例的叙述、附图及权利要求，将可明显了解本发明的上述及其它优点。
附图说明
本发明可以采用某些实体形式的零件(parts)以及该零件的配置，一优选实施例将藉由以下的说明书与其中的附图的详细描述来了解，其中：
图1为一净化系统的示意图。
图2为根据第一实施例用于决定一净化系统的化学杀菌剂浓度的标准电容式传感器的示意图。
图3为根据第二实施例用于决定一净化系统的化学杀菌剂浓度的标准电容式传感器的示意图。
图4为根据第三实施例用于决定一净化系统的化学杀菌剂浓度的标准电容式传感器的示意图。
图5为用于决定一净化系统的化学杀菌剂浓度的标准压电传感器的上视图。
图6为图5的标准压电传感器的侧视图。
图7为图5的标准压电传感器的展开图。
具体实施方式
请参考附图，其中所显示的仅仅是为了说明本发明的一优选实施例而并非用以限制本发明。图1所示为一净化系统(decontamination system)10，其具有传感器S1与S2用以决定用于系统10之内的化学杀菌剂的浓度。在本优选实施例中显示，系统10包括一封闭回路净化系统，其是利用过氧化氢并且特别地是利用过氧化氢蒸汽来净化对象。值得注意地是本发明也适用于连接开放回路净化系统。
传感器S1是用于说明有关于决定多部件(multi-component)液体杀菌剂中液态过氧化氢的浓度。传感器S2是用于说明有关于决定多部件气相杀菌剂中气态过氧化氢的浓度。当然，可以了解的是本发明的传感器S1与S2也发现具有其它应用的优点，其可用以决定过氧化氢之外的化学杀菌剂的浓度。
在上述实施例中，系统10包括一隔离室或空间(isolator or room)22，其定义了一内部处理室24。应了解的是内部处理室24可以采取一区域的形式。一些物品可以考虑置放于隔离室或空间22内进行净化。蒸发器(vaporizer)32(此处也被视为产生器)是藉由一供应导管42而连接到隔离室或空间22的室24。供应导管42定义一至室24的入口44。蒸发器32藉由一供给管线54与供给管线53以及153连接到第一液体杀菌剂供给52与第二液体杀菌剂供给152。蒸发器32所接收到的液体杀菌剂是藉由传统已知的方法来蒸发。
由马达64所驱动的泵(pump)62是提供并运送液体杀菌剂的供给量从第一液体杀菌剂供给52至蒸发器32。类似地，由马达164所驱动的泵162是提供并运送液体杀菌剂的供给量从第二液体杀菌剂供给152至蒸发器32。在一优选实施例中，泵62与泵162为电性控制计量供给泵。传统的计量供给泵以二阶段传送流体，亦即进气冲程(intake stroke)与排气冲程(output stroke)。在进气冲程期间，流体经由一入口检测阀被吸入泵空腔内。在排气冲程期间，关闭入口阀，出口阀打开，并且流体被迫排出。上述流体的流量可以藉由改变冲程长度或调整周期频率来改变。泵的流量速率是通过电性控制。
通过泵62与泵162的操作控制，从每一第一与第二液体杀菌剂供给52与152至蒸发器32所接收到的液体杀菌剂的流量速率其可以选择性地调节，其将于下面详细叙述。应了解的是，系统10可以包括其它装置用以调节从第一与第二液体杀菌剂供给52与152的液体杀菌剂的流量，其中包含但不限定于阀、流量计量器等等。
压力开关72提供于供给管线54中。在某一静态前压(head pressure)不存在于供给管线54内的情况下，藉由操作压力开关72可以提供该事件的电子讯号。
隔离室或空间22与蒸发器32是一封闭回路系统的部分，所述系统包括返回导管(return conduit)46连接出口埠48至隔离室或空间22(与室24)至蒸发器32。由马达84驱动的吹风机(blower)82配置于返回导管46之内以及隔离室或空间22与蒸发器32之间。吹风机82操作以用来循环通过封闭回路系统的杀菌剂与载流气体，优选的是空气。第一滤波器92与催化破坏器(catalytic destroyer)94是置于返回导管46之内以及吹风机82与隔离室或空间22之间，如图1所示。第一滤波器92最优选的是HEPA滤波器，并且其是提供于移除流经系统10的污染物。操作催化破坏器94以用来破坏流经系统中的过氧化氢蒸汽(H2O2)，其是传统已知的方法。催化破坏器94转变过氧化氢蒸汽(H2O2)成为水与氧。空气烘干机112、第二滤波器114与加热器116是置于返回导管46之内以及吹风机82与蒸发器32之间。操作空气烘干机112以用来移除流经封闭回路系统的吹动空气中的湿气。操作第二滤波器114以过滤由吹风机82所吹动于返回导管46之间的空气。操作加热器116以加热由吹风机82所吹动于返回导管46之间的空气。在此观点之下，空气是在空气进入蒸发器32之前被加热。
控制器132为系统微处理器或微控制器，其程序化以控制系统10的操作。如图1所示，控制器132亦连接马达64、马达84与马达164、泵62与泵162。优选的是，控制器132亦包括(或连接)数据储存元件133以储存数据。
传感器S1与S2可以采取任何适当的传感器形式，以决定用于系统10内的化学杀菌剂的浓度。优选的是，传感器S1是置于供给管线54之内以检测其中液态过氧化氢的浓度。类似地，优选的是，传感器S2是置于室24之内以检测其中气相过氧化氢的浓度。标准的传感器S1与S2将于下面详细描述。根据本发明，可以了解的是系统10可以仅仅配置传感器S1、传感器S2或者是传感器S1与S2的组合。再者，可以了解的是，在另一实施例中，其它传感器可以放置于供给管线53与153其中之一或两者之中，或者置于第一与第二液体杀菌剂供给52与152之内，用以决定其中液态过氧化氢的浓度。
标准的传感器S1为传感器300，如图2所示。传感器300详细叙述于美国专利申请号码10/389,036、申请日期2003年3月14日、名称为“测量流体中化学浓度的方法与装置”，此处一并参考其全部的内容。
广泛而言，传感器300包括电容305作为感测元件。电容305的电性是响应用于系统10中的化学杀菌剂。依此观点而言，可以了解的是电容的介电常数端视于其中电的极化度。极化是分子于电场下形成偶极的能力，或者是电场排列或旋转内禀偶极(inherent dipole)的能力，例如水分子。
根据显示于图2中的实施例，传感器300是采取桥接电路的形式。对于熟悉本领域的技术人员而言，桥接电路是用于藉由已知阻抗数值来决定未知阻抗数值的电路。因为零值条件(null condition)用以决定未知阻抗，高的准确测量是可能达到的。桥接电路是用于决定电容值以指示系统10中的化学杀菌剂的浓度。
一般而言，传感器300包括电压源322、零值检测器330、电子分压计340、电容315具有已知电容C1以及电容305具有电容CX。
电容305直接暴露于流经供给管线54的液体杀菌剂。液体杀菌剂填充电容305的导电板之间的空隙，结果作为电容305的绝缘体或介电层。电容305的电容值CX将根据液体杀菌剂中的化学杀菌剂的浓度而改变。
在一优选实例中，电容305为平行板电容。然而，可以了解的是电容305可能为不同的形状所构成。举例而言，电容305可能为圆柱状或球状电容。如果是球状电容作为电容305，洞必须位于电容305的外壳使得液体杀菌剂能够进入与离开电容。
电子分压计340是与一机械分压计相同的方式来操作。依此观点而言，电子分压计340为三端点元件。二端点之间为电阻元件。第三端点为习知的接帚端(wiper)沿着电阻元件连接不同接点。在本实施例中可以了解，接帚端是藉由控制器132数字化地控制(如图1所示)。接帚端区隔电阻元件为二个电阻RBC与RAC。电子分压计340可以采取一数字式程序化分压计(DPPTM)，其可由Sunnyvale California的Catalyst半导体公司提供。
在一优选实施例中，电压源322提供交流电压讯号，例如正弦波或脉冲波。零值检测器330为零值情况(亦即短路)检测的装置，例如检流计、电压计、频率选定放大器等等。
传感器300的操作将于下面详细描述。桥接电路的元件是连接于AC、BC、AD与BD连接之间。藉由控制器132以操作电子分压计340而改变RBC与RAC的电阻值，直到A与B接点之间的电位差(VAB)等于零为止。当此情况发生，上述桥接即称为平衡或归零(nulled)。则主要分支中的电压关系为下面所述：
VAC＝VBC；VAD＝VBD
其中VAC为A与C接点之间的电压，VBC为B与C接点之间的电压，VAD为A与D接点之间的电压，VBD为B与D接点之间的电压。结果，
VAD/VAC＝VBD/VBC
VAD＝VBD/(VAC/VBC)
电容值为CX的电容305连接接点A与D之间，已知电容值为C1的电容315连接接点B与D之间。电子分压计340从A接点连接至C接点至B接点，其藉由控制器132调整以改变VAC与VBC的电压。
当零值检测器330检测一零值，电流I1从接点C流至A接点流至D接点，并且电流I2从接点C流至B接点流至D接点。跨过接点A至C的电压VAC以及跨过接点B至C的电压VBC为：
VAC＝I1RAC；VBC＝I2RBC
跨过一电容具有电容值C、电流I、频率f的电压为：
V＝I/2πfC
因此，电压VAD与VBD可以表示为：
VAD＝I1/2πfCX；VBD＝I2/2πfC1
如上所述，VAD＝VBD/(VAC/VBC)，而VAC＝I1RAC以及VBC＝I2RBC。因此，
CX＝C1(RBC/RAC)
根据上述关系，当检测到一零值情况，利用RBC与RAC的电阻值，以及已知电容315的电容值C1即可以决定电容305的电容值CX。
不同分子的偶极矩的差值可以用于决定供给管线54中的液态过氧化氢的浓度。如上所述，液体杀菌剂填充电容305的导电板之间的空隙，结果作为电容305的绝缘体或介电层。藉由配置电容305以作为桥接电路的一个元件部分，当桥接处于平衡或归零状态时，RAC与RBC的电阻值测量可以用于决定电容305的电容值CX。电容305的电容值CX是指示供给管线54中的过氧化氢的浓度，因为相对的介电常数是由相对的液体杀菌剂中的过氧化氢浓度所影响。
已知的平板电容的公式为C＝(kε0)(A/d)＝(ε)(A/d)，其中C为电容值，k为介电常数，ε0为真空介电常数(8.85×10-12F/m)，ε为电容介电质的介电常数(Farads/meter)，A为电容平板的面积(m2)，d为电容平板之间的分离距离(米)。当ε增加时，则电容C的电容值增加。具有直径D圆形板的平行板电容的电容值C＝(πD2ε)/(4d)。
可以理解的是电容的介电常数k可以根据下面的公式得到：
k＝4dC/πD2ε0
其中电容值C可以利用上述公式求得。电容的介电常数也可以利用测定有介电质置放于导电板之间的电容(Cd)，以及测定没有介电质置放于其间的电容(C0)而得到。二个电容值的比例等于介电常数，
k＝Cd/C0
电容回应是由施加于其中的交流电波形的特性(例如频率)所影响。依此观点而言，电容的电抗(XC)为频率的函数。电容的电抗是纯电容受到提供的交流电流的对抗，其以欧姆表示为(XC＝1/2πfC)。结果，由电压源322产生的波形的频率影响电容的响应。因此，电压源322的被选择频率优选的是，当化学杀菌剂的浓度改变时可以提供一般的线性响应给电容的频率。这将有利于电容值的内插法以及外插法的使用，其将于下面更进一步的讨论。如果没有得到一适当的线性响应，则展开的一组数据点将应该储存于数据储存元件133中。
应该了解的是，在本发明的一实施中，包括一桥接电路形式的传感器300，对于熟悉本领域的技术人员而言，其它种类的电路与技术(包括其它种类的桥接电路与电容计)可以适用于测量电容。举例而言，图3显示另一种传感器300A。传感器300A为LC共振电路，包括可变电容325(具有电容值CA)与电容305(具有电容值CX)作为感测元件，如上所述。因为共振频率ω0＝[L(CA+CX)-1/2，电容305的未知电容值CX可以得到。
图4显示本发明另一种传感器300B。传感器300B为“电荷转移”感应电路。电荷转移感应电路被认定为提供femtoFarad(10-15F)的解决方案。在电荷转移感应电路中，感测电极的未知电容值CX可以藉由充电该感测电极至一固定电位，然后转移电荷至包含已知电容335的电容值CS的电荷检测器而得到。如上所述，在传感器300B中，未知电容值CX的电容305可以做为一感测元件。依此观点而言，供给管线54中的液体杀菌剂填充电容305的导电板之间的空隙，结果作为电容305的绝缘体或介电层。电容305首先通过一开关S1而连接至一直流参考电压(Vr)。在电容305完全充电至参考电压Vr之后，开关S1即重开(reopened)。然后，尽可能短暂的延迟以使得电导所产生的漏电效应降至最低，之后开关S2关闭，并且存在电容305上的电荷(Q)转移至电容335(亦即电荷检测器)。一旦电荷Q大约完全地转移至电容335，开关S2即重开。藉由读取电压VS，可以得到电容305的电容CX值。电压VS可以输入至一放大器以提供必要的放大至模拟数字转换器(ADC)一有效范围的电压以数字化处理。开关S3作为一重置装置以重置电荷转移周期间的电荷，使得每一电荷转移周期具有一致的初始条件。开关S1、S2与S3可以为机电开关或晶体管。优选的是，数字控制逻辑用于控制开关S1、S2与S3。在一优选实施例中，电容335被选择为远大于电容305。
主要控制传感器300B的公式如下所述：
VS＝Vr[Cy/(Cy+Cs)]，因此
Cy＝VSCs[Vr-VS]
电荷转移传感器已经应用于自含电容数字转换器(CDC)集成电路(IC)。举例而言，量子研究团体提出了一QProxTMCDC传感器集成电路(例如QT300与QT301 CDC传感器集成电路)以检测FemtoFarad级电容的改变。CDC传感器集成电路输出一数字值对应至被检测输入电容。外频取样电容的数值控制传感器的增益。
其它高敏感性电路例如PTL110电容换能器装置，其是由ProcessTomography Limited of Cheshire，United Kingdom所提供。PTL110测量小值电容(至10 picoFarads)分辨率至1 femtoFarad。1616精确电容桥由IETLabs，Inc.of Westbury，New York所提供，其允许电容测量从10-7pF至10μF。由Tektronix提供的Tektronix 130LC Meter可以测量电容从0.3pF至3pF。值得注意的是，在传统技术文献中，利用现在的操作放大器与模拟数字转换器，电容感测电路能够容易地得到分辨率0.01pF。
参考图2，利用电容305的电容值CX来决定供给管线54中的液态过氧化氢的浓度，将伴随传感器300叙述。
电容305暴露于已知浓度的水溶液中的液态过氧化氢，电容值CX以水溶液中的液态过氧化氢的浓度为函数，制作一组数据或曲线。相关组数据或曲线经由程序化，或储存于控制器132的数据储存元件133之中。当液态过氧化氢的浓度改变，相对应的电容305的电容值CX被测量并储存于数据储存元件133之中。举例而言，电容值CX将可以测量包括水与液态过氧化氢(于一固定容量的水溶液)的不同浓度水溶液的液态过氧化氢的浓度，上述水与液态过氧化氢包含但不限定于：
0％液态过氧化氢与100％水；
25％液态过氧化氢与75％水；
50％液态过氧化氢与50％水；
75％液态过氧化氢与25％水；
100％液态过氧化氢与0％水。
当数据群组储存于数据储存元件133之后，液态过氧化氢的浓度的测量便可开始进行。电容305暴露于过氧化氢水溶液之中。当桥接归零时，RAC与RBC的测量可以用于决定电容305的电容值CX。如上所述，CX＝C1(RBC/RAC)。寻找储存于数据储存元件133中的测量电容值CX以得到相对应的过氧化氢的浓度。
浓度与电容值之间的线性关系可以允许归一化(normalize)任何所做的测量以提供过氧化氢的绝对浓度。如果所测量电容305的电容值CX没有出现在预先的储存数据中，则储存数据可以通过内插或外插法得到对应所测量电容305电容值CX的浓度。如上所述，电压源322所产生的波形的频率将影响电容的响应。电容305电容值CX不具有适当的线性响应的情况下，一展开的数据点群组应储存于数据储存元件133中，以无须利用内插与外插法。
应了解的是，在本发明的一优选实施例中，利用电容的电容值测量以决定浓度，其也可利用测量电容的其它相关的电性以决定浓度，其中包括，但不限定于，电容介电质的介电常数。
标准的传感器S2为传感器200，如图5-图7所示。传感器200详细叙述于美国专利申请号码10/663,593、申请日期2003年9月16日、名称为“测量流体杀菌剂浓度的传感器”，此处一并参考其全部的内容。
广泛而言，传感器200包括一元件212，具有一层或一材料覆盖层262与用于系统10中的化学杀菌剂作用或反应，使得元件212的机械运动或移动转变成为电子讯号。
元件212可以是一移动或悬吊元件，而在一优选实施例中，元件212为压电元件，并且特别的是为一石英晶体。其它压电材料，举例而言，包含但不限定于，罗谢尔盐(Rochelle salt)、钛酸钡、电气石(tourmaline)、聚氟乙烯(polyvinylidene fiuoride)以及无中心对称的晶体等也可以使用。在一优选实施例中，元件212为平面、圆形石英盘，具有第一平面主表面214以及第二平面主表面216。电极222配置于第一平面主表面214之上，并且电极232配置于第二平面主表面216之上。
电极222包括主体部分222a，其中心地配置于第一平面主表面214之上，以及支柱部分222b，延伸至元件212边缘的第一方向。类似地，电极232包括一主体部分232a，其中心地配置于第二平面主表面216之上，以及支柱部分232b，延伸至支柱部分222b的第一方向的对边方向，其中支柱部分232b延伸至元件212边缘。电极222、232的主体部分222a、232a分别配置于第一平面主表面214与第二平面主表面216之上，以分别对准元件212的对边。支柱部分222b、232b延伸至主体部分222a、232a中心的对边方向，其优选地显示于图中。电极222、232是配置于第一平面主表面214与第二平面主表面216之上。电极222、232可以利用导电材料形成，其优选是由铜、银、金组成。电子导线架242与244附着至电极222、232的支柱部分222b、232b。导线架242与244是焊接、以铜锌合金焊接(brazed)或锻烧至电极222、232而与其作电性接触。
元件212的二个主表面214与216至少之一，覆盖一材料层262与用于系统10内的化学杀菌剂作用或反应。在一实施例中，材料层262形成于主表面214之上。在另一实施例中，材料层262是由施加于元件212的第一主表面214上的二个拱形或弦月形材料层区域262a、262b所定义。拱形层区域262a、262b是配置于第一主表面214之上，使得电极222配置于其间。上述区域层262a、262b的形成材料优选的是固定附着于元件212的主表面214上。随着本发明更进一步叙述将可以了解到，施加于元件212上的材料质量端视于传感器200所欲表现的特性而定。如上所述，区域层262a、262b的形成材料之一优选的是与用于系统10中的化学杀菌剂作用或反应。
在本发明的优选实施例中，由传感器200所检测的化学杀菌剂为过氧化氢蒸汽，并且形成于传感器200的第一主表面214上的区域层262a、262b的材料为金属氧化层，亦即二氧化铅。值得注意的是，其它具有不同态的金属氧化层，例如氧化银(II)或二氧化锰(IV)也可以使用。其它具有混合原子价态的金属氧化物也可以考虑使用，例如包含但不限定于利用金属氧化物具有混合单一与二价的氧化态。
优选的是，区域层262a、262b是藉由薄膜沉积工艺形成。可以了解的是薄膜沉积的技术包括物理气相沉积与化学气相沉积。物理气相沉积的使用是根据本发明的一优选实施例。物理气相沉积包括蒸镀、离子束辅助电子束沉积与溅镀(包括离子束沉积)。
蒸镀工艺包括例如电子束蒸镀(此处又称为电子束沉积)，以及利用加热装置加热置于真空室内的材料使其形成蒸汽的工艺，该工艺不利用电子束。加热方式可以分为(a)电阻式或(b)电感式加热模式。不使用电子束的蒸镀工艺一般是用于沉积二氧化硅或氧化硅薄膜，其也可结合应用电子束辅助。电子束辅助蒸镀(包括使用与不使用电子束)于此处统一称为电子束辅助沉积。
溅镀意谓着辉光放电工艺，其是藉由阴极轰击而从表面释放原子然后沉积于一附近表面以形成一覆盖层。举例而言，溅镀发生于当高能量电离子粒子撞击于靶材的表面上时，导致粒子的放射并侵蚀一固体的表面。这种特别的溅镀工艺于此处又称为离子束沉积。
在一优选实施例中，传感器200沉积于室24之内，作为传感器S2，并且连接至系统控制器132以提供电子讯号于其间，如图1所示。控制器132包括一振荡电路(未图标)连接传感器200以转变传感器200的移动成为电子讯号，其是传统公知的技术。控制器132的数据储存元件133储存数据以指示传感器200的电子响应，结果预先决定被感测的化学杀菌剂的浓度。迄今为止本实施例中所叙述的，其中元件212为石英晶体，区域层262a、262b为二氧化铅，储存于数据储存元件133中的传感器200的相关数据为实验的数据，其是藉由控制实验条件而累积。
上述储存于数据储存元件133中的传感器200的相关资料的取得如下所述。石英晶体(其上无覆盖层)的自然频率已测量。二氧化铅覆盖至石英晶体，而此覆盖层质量可以利用Sauerbre方程式而决定。然后石英晶体暴露于不同控制浓度的过氧化氢蒸汽。结果产生每单位质量覆盖层的频率变化(或者利用Sauerbre方程式，每单位质量覆盖层的重量变化)对化学杀菌剂浓度的一曲线图，并且其储存于控制器132内的数据储存元件中。此外，数据不但可以储存以作为一曲线图，也可以储存于一表列当中(look up tables)。可以了解的是，若覆盖层以均匀厚度附着于晶体上，则每单位表面区域基底的重量或频率的变化可以归一化。
在建议上，在一实施例中，重量或频率的变化除以施加于石英晶体上的覆盖层质量并忽略施加于其它晶体上的覆盖层质量，则一单位质量覆盖层的频率的变化可以归一化。取得比实验室晶体具有不同覆盖层质量的其它石英晶体的数据，并比较从实验室晶体中取得的储存数据，二组数据将使得每单位质量覆盖层的重量或频率的变化可以归一化。值得注意的是，藉由现代的沉积技术，微小物理变化的覆盖层可以从沉积一晶体至下一个晶体完成，因此可能无须归一化数据。
在另一实施例中，石英晶体覆盖有氧化铅，然后暴露于已知浓度的过氧化氢蒸汽，以取得一组数据或曲线图，其中石英晶体平衡频率降低值(equilibrium frequency reduction value)为过氧化氢蒸汽浓度的函数。然后具有涂布层石英晶体置放于系统10之中。上述相关组数据或曲线图是程序化或储存于系统10的控制器132中。因此，储存于系统10中的数据搭配系统10内的晶体传感器，结果提供了一个标准的系统。在这个方法之中，每一个系统10包括一覆盖层石英晶体传感器具有相关的标准化数据组于其中，该储存数据组是藉由暴露特定的石英晶体于已知浓度的过氧化氢蒸汽中所产生。
传感器200是根据下面的概念来操作，压电元件的频率变化是相关于暴露过氧化氢蒸汽中所造成的元件上覆盖层质量的改变。
特别的是，压电元件的频率是相关于质量变化，其由Sauerbre方程式来决定：
Δf＝-(Cf)(Δm)；
Δf＝-(f0 2/Nρ)Δm
其中Δf为频率变化
Δm为压电元件表面上每单位区域的质量变化
Cf为感测常数
f0为质量改变之前的压电元件的操作频率
N为压电元件的频率常数
ρ为压电元件的密度
可以了解的是，支撑一材料对上述讨论的过氧化氢蒸汽敏感的其它电子/机械元件的使用也可以被考虑。在此例子中，上述电子/机械元件暴露于过氧化氢蒸汽中的物理性质的变化是相关于过氧化氢蒸汽浓度的变化。
本发明将进一步描述有关的系统10的操作(参考图1)。一典型的净化循环包括烘干阶段(drying phase)、条件作用阶段(conditioning phase)、净化阶段与通气阶段(aeration phase)。
隔离室或空间22、供应导管42以及返回导管46定义一封闭循环导管回路。当一净化循环首先被实施时，控制器132致使吹风机马达84去驱动吹风机82，结果导致一载流气体于封闭循环导管回路中循环。在一实施例中，载流气体为空气。在烘干阶段期间，不操作蒸发器32。空气烘干机112从封闭回路系统中循环的空气中去除湿气，也就是通过供应导管42、返回导管46、室24或隔离室或空间22，如图1的箭头所示。当空气已经被烘干到足够低湿度的程度时，上述烘干阶段即告完成。
然后，条件作用阶段开始于驱动蒸发器32与杀菌剂供给马达64、164以提供液体杀菌剂至蒸发器32。根据本发明的优选实施例，从第一液体杀菌剂供给52所供应的液体杀菌剂中的过氧化氢浓度相异于从第二液体杀菌剂供给152所供应的液体杀菌剂中的过氧化氢浓度。
举例但不限定，第一液体杀菌剂供给52所供应的液体杀菌剂包括大约35％(重量百分比)过氧化氢与大约65％(重量百分比)水，而第二液体杀菌剂供给152所供应的液体杀菌剂包括大约50％(重量百分比)过氧化氢与大约50％(重量百分比)水。然而可以了解的是，不同比例的过氧化氢与水所组成的液体杀菌剂溶液也可以被考虑。举例而言，第一液体杀菌剂供给52所供应的液体杀菌剂包括90％～100％(重量百分比)过氧化氢与0％～10％(重量百分比)水，而第二液体杀菌剂供给152所供应的液体杀菌剂包括90％～100％(重量百分比)水。在过氧化氢水溶液的例子中，液态过氧化氢的优选范围大约为液体杀菌剂的25％～75％(重量百分比)。
控制器132控制泵62与162的流率以混合第一液体杀菌剂供给52与第二液体杀菌剂供给152中的液体杀菌剂，结果产生一具有特定浓度的液态过氧化氢的混合液体杀菌剂。在此观点之下，泵62与162可以提供具有过氧化氢浓度的液体杀菌剂至蒸发器32，其浓度范围从第一液体杀菌剂供给52的液体杀菌剂的过氧化氢浓度到第二液体杀菌剂供给152的液体杀菌剂的过氧化氢浓度。
为了提供具有过氧化氢浓度的第一液体杀菌剂供给52的液体杀菌剂至蒸发器32，控制器132减低泵162的流率至零，并且仅允许液体杀菌剂从第一液体杀菌剂供给52流入供给管线54。类似地，为了提供具有过氧化氢浓度的第二液体杀菌剂供给152的液体杀菌剂至蒸发器32，控制器132减低泵62的流率至零，并且仅允许液体杀菌剂从第二液体杀菌剂供给152流入供给管线54。
为了提供具有一浓度范围过氧化氢的液体杀菌剂至蒸发器32，其中该浓度范围介于下述二者之间：(a)第一液体杀菌剂供给52的液体杀菌剂的过氧化氢浓度，(b)第二液体杀菌剂供给152的液体杀菌剂的过氧化氢浓度，控制器132控制泵62与162的流率以允许杀菌剂供给52与152二者提供液体杀菌剂至供给管线54。
传感器S1提供数据给控制器132，该数据指示流入供给管线54的液体杀菌剂的过氧化氢浓度。响应传感器S1所提供的数据，控制器132控制泵62与162以修正其相对的流率。结果，产生了具有特定浓度过氧化氢的混合液体杀菌剂。上述特定浓度的液态过氧化氢可以为室24内传感器S2所感测的气相过氧化氢浓度的函数。可以了解的是，控制器132也可以控制泵62与162以响应传感器S2所提供的数据。
在蒸发器32中，液体杀菌剂是利用传统的方式而被蒸发以产生过氧化氢蒸汽以及水蒸汽。上述蒸汽杀菌剂是被引入封闭循环导管回路，并且藉由载流气体(空气)经由供应导管42传递进入隔离室或空间22内的室24。在条件作用阶段的期间，过氧化氢蒸汽以一相当高的速率被注入室24之内，结果在一短时间的期间产生一特定要求的过氧化氢水平(level)。在条件作用阶段的期间，吹风机82致使空气连续不断地循环于封闭回路系统中。当过氧化氢蒸汽从蒸发器32进入室24时，过氧化氢蒸汽也将通过催化破坏器94而排出室24之外，此处过氧化氢蒸汽将裂解(broken down)成为水与氧。
上述条件作用阶段完成之后，接着进行净化阶段。在净化阶段的期间，液体杀菌剂注入至蒸发器32与室24的速率将降低以维持过氧化氢浓度固定在一所要求的水平。净化阶段将操作于一预定的时间周期，优选的是剩余的过氧化氢浓度固定在一所要求的水平，使得上述预定的时间周期可以在室24之内达到足够有效的净化效果。
净化阶段完成之后，利用控制器132关掉蒸发器32，结果截止过氧化氢蒸汽流入室24。
之后，接着进行通气阶段以降低过氧化氢水平至一可允许的阈值(大约1ppm)。在此观点之下，可以了解的是，吹风机82将持续的循环空气与杀菌剂于封闭回路系统中，结果导致最后的过氧化氢蒸汽通过催化破坏器94裂解。
传感器200暴露于室24内的环境。在系统10的通气阶段，传感器200的操作频率f0由控制器132所决定。操作频率f0实质上为任何质量改变之前的传感器200的基频，质量改变是传感器200暴露于过氧化氢蒸汽的结果。在条件作用阶段的期间，传感器200暴露于进入室24的过氧化氢蒸汽。过氧化氢(H2O2)与二氧化铅(PbO2)作用。亦即将产生下面的作用：
PbO2+H2O2←→PbO2+H2O+(1/2)O2
区域层262a、262b的二氧化铅(PbO2)与过氧化氢(H2O2)之间的反应产生了区域层262a、262b质量的改变。传感器200的质量变化导致其中操作频率f0为之改变。控制器132监控该频率以决定条件作用阶段、净化阶段与通气阶段的期间的测量频率fm。比较测量频率fm与基准操作频率f0以决定频率的改变。然后控制器132于某一时间点比较频率改变与储存于控制器132中的相对应数据，以决定室24内过氧化氢蒸汽的浓度。结果控制器132可以决定某一给定时间点室24内过氧化氢(H2O2)的浓度。依此观点而言，传感器200的频率改变直接正比于过氧化氢浓度的改变。因此，室24内过氧化氢的浓度可以于一特定时间点被检测，并且基于传感器200的频率变化而持续地监控。
值得注意的是，上面所述本发明的优选实施例中，杀菌剂包含过氧化氢与水，而包含其它化学成分的杀菌剂也可以考虑使用于本发明之中。上述其它化学成分可以包括去活性化学物质，其包含但不限定于下列选择的族群：次氯酸盐(hypochlorites)、碘类溶液(iodophors)、四级氯化氨(quaternaryammonium chlorides)、酸性消毒杀菌剂(acid sanitizer)、乙醛(aldehyde)、醛类(甲醛与戊醛)(aldehydes(formaldehyde and glutaraldehyde))、醇类(alcohols)、酚化合物(phenolics)、过醋酸(peracetic acid：PAA)以及二氧化氯(chlorine dioxide)。
举例而言，化学杀菌剂包含但不限定于：液态过氧化氢、过酸类(peracids)例如过醋酸、漂白剂、氨水、环氧乙烷(ethylene oxide)、含氟化学物质、含氯化学物质、含溴化学物质、过氧化氢蒸汽、漂白剂蒸汽、过酸类蒸汽、过醋酸蒸汽、臭氧、环氧乙烷(ethylene oxide)、二氧化氯、含卤素化合物、高氧化的化学物质(亦即氧化剂)以及上述的混合物。
化学杀菌剂也可以结合其它化学物质，其包含但不限定于：水、去离子水、蒸馏水、酒精(例如三级醇：tertiary alcohol)、含乙二醇化合物以及上述的混合物。含乙二醇化合物包含但不限定于：聚乙二醇、二甘醇(diethylene glycol)、三乙二醇(triethylene glycol)、四甘醇、乙二醇醚类(glycolethers)、聚丙二醇(polypropylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、去离子水蒸汽、蒸馏水蒸汽、酒精蒸汽(例如三级醇)以及上述的混合物。上述化学物质可以作为载流流体或稀释液。
上述说明仅是本发明的一个特定的实施例。本发明以优选实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的保护范围。其保护范围当视后附的权利要求及其等同领域而定。凡熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在下述的保护范围内。

Claims (24)

1.一种净化系统，包括：
第一液态杀菌剂的第一来源，包含第一浓度化学杀菌剂；
第二液态杀菌剂的第二来源，包含第二浓度所述化学杀菌剂；
第一调节装置，用以调节所述第一液态杀菌剂的流率；
第二调节装置，用以调节所述第二液态杀菌剂的流率；
控制装置，用以控制所述第一与第二调节装置以产生包含第一与第二液态杀菌剂的混合液态杀菌剂；
蒸发器，接收所述混合液态杀菌剂以产生杀菌剂蒸汽；以及室，接收所述杀菌剂蒸汽。
2.如权利要求1所述的净化系统，其中该系统包括第一传感器用以感测所述混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度。
3.如权利要求2所述的净化系统，其中所述控制装置根据第一传感器所感测的混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度，控制第一与第二调节装置。
4.如权利要求2所述的净化系统，其中所述第一传感器为电容式传感器，其中一电容的电性指示所述混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度。
5.如权利要求1所述的净化系统，其中该系统还包括第二传感器用以感测所述杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度。
6.如权利要求5所述的净化系统，其中所述控制装置根据第二传感器所感测的杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度，控制第一与第二调节装置。
7.如权利要求5所述的净化系统，其中所述第二传感器包含一具有一材料层的元件，所述材料层与杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂反应，使得所述元件的机械运动转换为电子讯号指示杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度。
8.如权利要求1所述的净化系统，其中所述第一浓度大于第二浓度。
9.如权利要求1所述的净化系统，其中所述化学杀菌剂为过氧化氢。
10.如权利要求1所述的净化系统，其中所述第二液态杀菌剂包含90％至100％重量百分比的水。
11.如权利要求1所述的净化系统，其中所述混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度范围是由第一浓度与第二浓度定义。
12.如权利要求1所述的净化系统，其中所述化学杀菌剂的第一浓度范围为第一液态杀菌剂的25％至75％重量百分比。
13.一种控制净化系统的方法，该系统具有(a)第一液态杀菌剂的第一来源，包含第一浓度化学杀菌剂，(b)第二液态杀菌剂的第二来源，包含第二浓度所述化学杀菌剂，该方法包括：
调节第一与第二液态杀菌剂的流率以产生包含第一与第二液态杀菌剂的混合液态杀菌剂；
蒸发所述混合液态杀菌剂以产生杀菌剂蒸汽；以及导引杀菌剂蒸汽至处理室。
14.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括感测所述混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一与第二液态杀菌剂的流率是根据混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的感测浓度来调节。
16.如权利要求13所述的方法，其中一电容的电性指示混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度。
17.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括感测所述杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一与第二液态杀菌剂的流率是根据杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度来调节。
19.如权利要求13所述的方法，其中一元件的机械运动转换为电子讯号指示杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂的浓度，该元件具有一材料层与杀菌剂蒸汽中化学杀菌剂反应。
20.如权利要求13所述的方法，其中所述第一浓度大于第二浓度。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述化学杀菌剂为过氧化氢。
22.如权利要求13所述的方法，其中所述混合液态杀菌剂中化学杀菌剂的浓度范围是由第一浓度与第二浓度定义。
23.如权利要求13所述的方法，其中所述化学杀菌剂的第一浓度范围为第一液态杀菌剂的25％至75％重量百分比。
24.如权利要求13所述的方法，其中所述第二液态杀菌剂包含90％至100％重量百分比的水。
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