EA020894B1

EA020894B1 - Аэрозольный датчик

Info

Publication number: EA020894B1
Application number: EA201170105A
Authority: EA
Inventors: Брайан Хингли; Майкл Потас
Original assignee: Сэйбэн Венчерз Пти Лимитед
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2015-02-27
Also published as: JP2011526160A; WO2010000021A1; US9027385B2; CA2729603A1; AU2009266410A1; CN102084231A; JP5536768B2; AU2009266410B2; EP2313752A1; CA2729603C; KR20110044856A; EP2313752B1; EP2313752A4; US20110167895A1; CN102084231B; EA201170105A1

Abstract

Способ измерения плотности аэрозоля стерилизанта, например водного раствора перекиси водорода, в потоке газа (как, например, воздушный поток) с целью измерения дозировки стерилизанта, содержащий пропускание потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерение первого охлаждающего эффекта; пропускание аэрозоля, находящегося во взвешенном состоянии, в потоке газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерение второго охлаждающего эффекта; измерение разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставление разности с плотностью аэрозоля. Таким образом, может быть определена общая дозировка. Рассчитанную дозировку аэрозоля стерилизанта можно подать путем контура обратной связи, чтобы остановить дальнейшую подачу аэрозоля стерилизанта, когда количество поданного аэрозоля достигает предварительно определенной дозировки. Способ позволяет сертифицировать процесс стерилизации.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для определения плотности аэрозоля в потоке газа и использования величины плотности для расчета количества аэрозоля, поданного в стерилизационную камеру.

Предшествующий уровень техники

Любое обсуждение известного уровня техники на протяжении всего описания не следует рассматривать как знак того, что он широко известен или является частью общих знаний в этой области.

Стерилизаторы используются в медицинской, пищевой и упаковочной промышленности, чтобы предотвратить передачу таких возбудителей, как споры, грибки и бактерии. Типичный стерилизатор создает в стерилизационной камере набор физических условий, эффективно уничтожающих почти всех этих передаваемых возбудителей.

Одним из способов определения того, было ли воздействие стерилизанта достаточным, - поместить тест-полоски, содержащие обилие известного микроорганизма, в стерилизационную камеру и подсчитать число выживших микроорганизмов в конце процесса стерилизации. Это занимает много времени, трудоемко и непрактично.

В качестве альтернативы может быть использовано параметрическое отслеживание, в котором измерения или средства управления используются для того, чтобы удостовериться в достижении надлежащих условий стерилизации. Нормативные требования к медицинским устройствам диктуют, чтобы стерилизаторы имели системы, подтверждающие успешное завершение цикла стерилизации. Время и температура являются двумя ключевыми параметрами, которые необходимо отслеживать для тепловых стерилизаторов (автоклавов), и оба из них, при нынешних технологиях, легко отслеживаются. В случае, когда стерилизаторы используют жидкие химические стерилизанты, нормативные требования оговаривают, чтобы концентрация или дозировка химических стерилизующих веществ, поданных в стерилизационную камеру, также отслеживалась. После того как все значения необходимых параметров соблюдены, можно сертифицировать изделия как стерильные и разрешить их дальнейшее использование.

Однако по причине коррозионной активности типичных обеззараживаемых возбудителей измерение дозировки или концентрации поданных в стерилизационную камеру стерилизантов - вопрос не тривиальный, а затрудняющий сертификацию стерилизации.

Как известно, стерилизационные процессы, которые используют аэрозоль в виде микрокапель жидкого стерилизанта в потоке газа (обычно воздухе), весьма эффективны. Эти процессы используют, например, аэрозоль капель раствора перекиси водорода, диспергированных в воздушном потоке, которые находятся в контакте с подвергающимся стерилизации изделием в течение предварительно определенного времени. Это поднимает проблемы, связанные не только с коррозионным характером материалов, а также с тем фактом, что гетерогенную смесь (капли в газе) необходимо измерять.

Употребляемый в данном документе термин концентрация используется для обозначения количества или объема активного стерилизующего вещества (например, перекиси водорода) по отношению к количеству или объему присутствующего инертного носителя текучей среды (обычно воды). Этот термин может относиться к жидкостям, хранимым в резервуарах, отдельной аэрозольной частице или коллективной группе аэрозольных частиц в целом, хотя это необязательно, чтобы все частицы в аэрозоле имели ту же самую концентрацию, например, если аэрозоль образован из двух разных источников или если аэрозоль частично модифицировался в пространстве или времени.

Термин плотность в отношении аэрозоля относится к общему объему, который заполнен аэрозольными частицами. Плотность - это мера, связывающая объем капли аэрозоля и число капель аэрозоля в единице объема. Большие капли или большее количество капель на единицу объема будут увеличивать плотность аэрозоля, в то время как и уменьшение размера капель и уменьшение числа капель в единице объема будет уменьшать плотность аэрозоля.

Дозировка поданного стерилизанта является функцией от концентрации, плотности и времени подачи.

В целях подтверждения стерилизации дозировка (т.е. поданная плотность, умноженная на время подачи) жидкого стерилизанта, поданного в стерилизационную камеру, должна быть измерена. Если изделие подвергается воздействию слишком маленькой дозы стерилизанта, то стерилизация не может быть сертифицирована и параметрический вариант не может иметь место. Однако чрезмерное использование стерилизанта не практично, так как, если изделие подвергается воздействию слишком высокой дозы, на поверхности изделия может иметь место конденсация капель аэрозоля, что приводит к окклюзии поверхности использованным стерилизантом, что в результате приведет к снижению эффективности. Более того, конденсация может привести к наличию остаточного стерилизанта на устройстве, подвергающегося стерилизации. Это может создать недопустимые уровни риска для персонала и пациентов, и время, необходимое для промывки или высушивания изделия может стать больше, чем необходимо, имея в результате излишне длинный временной цикл.

Заявители настоящего изобретения обосновали, что если концентрация стерилизанта в растворе, который распыляли, известна, в таком случае, если плотность капель аэрозоля в газе может быть точно определена (количественное значение массы капель аэрозоля в данном объеме потока газа, например 1 г

- 1 020894 аэрозоля на 1 м³ газа), то доза, поданная к изделию, подвергающемуся стерилизации, в данный момент может отслеживаться. Тогда было бы возможно использовать параметрическое отслеживание, чтобы сертифицировать изделие как стерильное.

До сих пор еще не было простого, надежного и воспроизводимого средства для определения плотности аэрозоля в потоке газа, которое бы смогло обеспечить параметрическими отслеживающими данными.

Раньше плотность аэрозоля измерялась оптическим средством, в котором газовый поток, содержащий аэрозоль, проходил между источником света и фотодетектором, которые были размещены на противоположных сторонах пути газового потока. Уменьшение в свете, обнаруженное фотодетектором, сопоставляется с аэрозольной плотностью посредством калибровки и затем используется для указания плотности. Первоначально неопубликованные попытки были сделаны, чтобы измерить изменения в плотности оптически и совместить те измерения с измерениями потока. Однако результаты были неприемлемы по ряду причин.

Оптические способы для оценки плотности аэрозоля имеют ряд недостатков. Обычно оба параметра, яркость источника света и чувствительность фотодетектора, изменяются во времени таким образом, что требуется частая повторная калибровка устройства. Наличие конденсата как на источнике света, так и на линзах детектора представляет проблему, которая требует использования стеклоочистителя или газовых струй, применяемых для предупреждения и удаления конденсата с поверхностей линз, решение, которое трудно осуществить механически и которое нарушает динамику потоков в стерилизационных устройствах. Кроме того, отражение и дифракция света частицами могут привести к рассеянию света, а не просто затемнению части луча и отразиться на измерениях, не линейно зависящих от изменений размеров частиц или концентрации.

Кроме того, простые и экономичные оптические методы не в состоянии измерять расход газового носителя. Это бы потребовало другого средства измерения расхода потока, и было бы выгодно, если бы плотность аэрозоля и расход потока газа можно было бы измерять одним датчиком.

Альтернативные подходы, избегая прямого измерения аэрозоля, включают в себя измерение уровня жидкого стерилизанта в распылителе. Измеряя уровень жидкости в распылителе до распыления, затем измеряя уровень жидкости после распыления, можно вычислить общую дозировку распыленного стерилизанта. Однако практически количество используемого стерилизанта, как правило, очень мало, а это означает, что датчики уровня жидкости должны быть очень точными и готовы к повторным измерениям дозировки. Разработку датчика для функционирования в окружающей среде распылителя, который сможет с высокой точностью измерять уровни дозировки, крайне сложно осуществить на практике.

Существует необходимость совершенствования способа и устройства для надежного определения расхода распылителя, вовлеченного в поток газа в диапазоне расходов, и который подходит для параметрического отслеживания. Изобретение описывается в данном документе, прежде всего, со ссылкой на стерилизацию посредством распылителя, но изобретение не ограничивается использованием только в стерилизации, и специалистам в данной области понятно, что этот метод подходит для любой системы, где желательно знать плотность аэрозоля и/или потока.

Цель настоящего изобретения - преодолеть по меньшей мере один из недостатков известного уровня техники или обеспечить альтернативный вариант.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретение представляет способ измерения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа с целью измерения дозировки стерилизанта, содержащий пропускание аэрозоля, взвешенного в потоке газа при расходе, в сторону электронагревательного элемента и измерение охлаждающего эффекта.

Согласно второму аспекту изобретение представляет способ измерения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа с целью измерения дозировки стерилизанта, содержащий:

ί) пропускание потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерение первого эффекта охлаждения;

ίί) пропускание аэрозоля, взвешенного в потоке газа, при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерение второго охлаждающего эффекта;

ίίί) измерение разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставление разности с плотностью аэрозоля.

Если расход неизвестен, он поддерживается при постоянном потоке, когда первый и второй охлаждающие эффекты измеряются.

Количество аэрозоля, взвешенного в потоке газа может быть известно или неизвестно.

Согласно третьему аспекту изобретение представляет способ измерения дозировки аэрозоля стерилизанта, подаваемого в камеру, содержащий:

1) измерение плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа посредством:

ί) потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерения первого охлаждающего эффекта,

- 2 020894 ίί) пропускания в сторону электронагревательного элемента за время подачи аэрозоля и измерения второго охлаждающего эффекта, ίίί) измерения разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставления упомянутой разности с плотностью аэрозоля; и

2) расчет количества поданного аэрозоля, используя расход, время подачи аэрозоля и плотность аэрозоля.

В соответствии с четвертым аспектом изобретение представляет способ предоставления измеренной дозировки аэрозоля стерилизанта, поданного в камеру:

ί) пропускания потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерения первого охлаждающего эффекта, ίί) пропускания аэрозоля, взвешенного в потоке газа, при расходе в сторону электронагревательного элемента за время подачи аэрозоля и измерения второго охлаждающего эффекта, ίίί) измерения разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставления упомянутой разности с плотностью аэрозоля;

2) расчет количества поданного аэрозоля, используя расход, время подачи аэрозоля и плотность аэрозоля;

3) когда количество поданного аэрозоля достигнет предварительно определенной дозировки, прекращение дальнейшей подачи аэрозоля стерилизанта.

В соответствии с четвертым аспектом изобретение представляет способ стерилизации с целью сертификации изделия как стерильного посредством контакта изделия с аэрозолем стерилизанта, в котором дозировка аэрозоля стерилизанта измеряется посредством:

1) измерения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа посредством:

ί) пропускания потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерения первого охлаждающего эффекта,

и) пропускания аэрозоля, взвешенного в потоке газа, при расходе в сторону электронагревательного элемента за время подачи аэрозоля и измерения второго охлаждающего эффекта, ίίί) измерения разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставления упомянутой разности с плотностью аэрозоля;

2) расчета количества поданного аэрозоля, используя расход, время подачи аэрозоля и плотность аэрозоля.

Способ сертификации согласно настоящему изобретению в дальнейшем включает в себя этап сравнения поданной дозировки аэрозоля с предварительно определенной сертификационной дозировкой и сертификации изделия как стерильного, если поданная дозировка находится в или выше, чем предварительно определенный диапазон сертификационной дозировки, или несертификации изделия как стерильного, если поданная дозировка аэрозоля меньше диапазона предварительно определенной сертифицированной дозировки.

Альтернативно, способ сертификации согласно настоящему изобретению также включает в себя этап сравнения поданной дозировки аэрозоля с предварительно определенным диапазоном сертификационной дозировки, сертификации изделия как стерильного, если поданная дозировка находится в диапазоне предварительно определенной сертификационной дозировки, или несертификации изделия как стерильного, если поданная дозировка аэрозоля находится вне диапазона предварительно определенной сертификационной дозировки.

В приведенных выше аспектах первый эффект охлаждения предпочтительно измеряется без присутствия взвешенного аэрозоля. Хотя настоящее изобретение описывается со ссылкой на первый эффект охлаждения и второй эффект охлаждения, эти эффекты могут быть измерены в любом порядке, т.е., при желании, второй описанный охлаждающий эффект может быть измерен до измерения первого охлаждающего эффекта.

Предпочтительно, чтобы аэрозоль стерилизанта представлял собой водный раствор перекиси водорода. Стерилизационное вещество может быть преимущественно 35% раствором перекиси водорода, распыленным, например, посредством ультразвукового преобразователя. Однако и другие стерилизационные вещества могут быть использованы, и они могут распыляться любыми другими известными способами. Аэрозоль стерилизанта может также включать в себя капли, не являющиеся индивидуально стерилизантом, например аэрозоль стерилизанта может состоять из двух или более аэрозольных компонентов, из которых только один является активным. Примером такой компонентной взвеси будет взвесь, составленная из распыленной перекиси, в сочетании с отдельно распыленной водой.

Предпочтительно поток газа имеет известный расход. Предпочтительно газом является воздух, движимый вентилятором, компрессором или т.п. Однако необязательно, чтобы газ был воздухом, а расход был известен.

Предпочтительно, когда температура нагревательного элемента больше или равна точке испарения аэрозоля.

- 3 020894

Предпочтительно нагревательный элемент объединен с чувствительным к температуре элементом, который измеряет температуру нагревательного элемента.

Охлаждающий эффект может быть измерен чувствительным к температуре элементом в контуре обратной связи системы управления, чтобы электрически поддерживать упомянутый нагревательный элемент при предварительно установленной температуре, причем охлаждающий эффект измеряется посредством требуемого усилия нагрева или его частью для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры.

Альтернативно, охлаждающий эффект измеряется посредством чувствительного к температуре элемента, чтобы измерить температуру упомянутого нагревательного элемента, причем охлаждающий эффект измеряется путем измерения температуры упомянутого нагревательного элемента.

В некоторых вариантах воплощения нагревательный элемент и чувствительный к температуре элемент - это одно и то же.

Нагревательный элемент и/или чувствительный к температуре элемент могут независимо друг от друга быть КТО или транзистором.

Предпочтительно плотность аэрозоля измеряют посредством схемы, которая включает в себя, по меньшей мере, резистивный нагреватель, поддерживаемый при постоянной температуре. Более предпочтительно резистивный нагреватель является резистивным термометром (КТО - гс®1®1апсс ЮтрсгаШгс Йс1сс1ог). наиболее предпочтительным типом КТО является плоскопленочный, хотя также могут быть использованы другие типы.

Способ согласно настоящему изобретению также может дополнительно включать в себя этап измерения расхода потока газа посредством сравнения охлаждающего эффекта на датчике потока с предварительно определенными значениями для охлаждающего эффекта расхода газа. Предпочтительно предварительно определенные значения для охлаждающего эффекта расхода газа определяются при данных температурах и влажностях.

В другом аспекте изобретение представляет способ, поддерживающий постоянным поток аэрозоля и содержащий:

1) измерение плотности аэрозоля в потоке газа посредством:

ί) пропускания потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерения первого охлаждающего эффекта, ίί) пропускания аэрозоля, находящегося во взвешенном состоянии, в потоке газа при расходе за время подачи аэрозоля в сторону электронагревательного элемента и измерения второго охлаждающего эффекта, ίίί) измерения разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставления разности с плотностью аэрозоля;

2) поддержание второго охлаждающего эффекта в постоянном или предварительно заданном значении посредством управления расходом потока газа.

В другом аспекте изобретение представляет способ предоставления известной дозировки аэрозоля, содержащий:

ί) пропускания потока газа при расходе в сторону электронагревательного элемента и измерения первого охлаждающего эффекта, ίί) пропускания аэрозоля, находящегося во взвешенном состоянии, в потоке газа при расходе за время подачи аэрозоля в сторону электронагревательного элемента и измерения второго охлаждающего эффекта, ίίί) измерения разности между первым охлаждающим эффектом и вторым охлаждающим эффектом и сопоставления упомянутой разности с плотностью аэрозоля;

2) поддержание второго постоянного охлаждающего эффекта за предварительно определенное время при предварительно определенном значении.

Предпочтительно второй охлаждающий эффект поддерживается при постоянном значении посредством управления мощностью распылителя. Предпочтительно мощность распылителя управляется посредством изменения возбуждающего напряжения преобразователя распылителя.

В качестве альтернативы второй эффект охлаждения поддерживается при постоянном значении посредством изменения расхода потока газа. Предпочтительно расход потока газа управляется посредством изменения скорости или напряжения вентилятора.

- 4 020894

Описание изобретения

Схематичный чертеж устройства, подходящего для использования в настоящем изобретении, показан на фиг. 1, однако понятно, что специалисты в данной области могли бы использовать другое аэрозольное стерилизационное устройство в соответствии со способом, описанным в данном документе, не отклоняясь от сущности настоящего изобретения.

Изделие, подвергающееся стерилизации, к примеру эндоскоп или т.п., помещается оператором в стерилизационную камеру 6. После этого камера закрывается. В течение фазы подачи стерилизанта впускной клапан 5 открыт, а выпускной клапан 7 закрыт. Вентилятор 1 включается, создавая поток газа в распылителе 3. Предпочтительно распылитель представляет собой ультразвуковой распылитель. Многие из доступных на рынке ультразвуковых распылителей пригодны для использования в настоящем изобретении. Распылитель 3 вмещает в себя жидкое стерилизационное вещество, 35% перекиси водорода и приводится в действие вместе с вентилятором или вскоре после того, как вентилятор включается. Распылитель 3 создает капли, которые переносятся потоком газа, чтобы образовать аэрозоль, который перемещается в стерилизационной камере. Концентрация стерилизанта в потоке аэрозоля может регулироваться изменением расхода потока газа, производительностью распылителя или концентрацией первоначального жидкого стерилизанта, который распыляется. Пассивное вентиляционное отверстие для удаления отходов или система 9 позволяет некоторому газовому потоку проходить через нее, выравнивая давление и позволяя давлению в стерилизационной камере приблизиться к комнатному. Эта пассивная система обычно может включать в себя проход для потока наружу в сторону каталитических элементов, которые реагируют с любым стерилизантом, разлагая его на химические элементы, безопасные для удаления.

Во время фазы подачи стерилизанта капли аэрозоля контактируют с поверхностью изделия, подвергающегося стерилизации, так же как и внутренняя поверхность камеры. Маленький размер частиц, особенно по отношению к их поверхности, позволяет им равномерно распространяться по всей поверхности изделия, а также достигать небольших участков, а в некоторых случаях - даже сопряженных поверхностей.

В конце фазы подачи вентилятор 1 и распылитель 3 выключаются, и воздушный впускной клапан 5 закрывается. Выпускной клапан 7 открывается, и аэрозоль удаляется системой 8 активного удаления стерилизанта/отходов, которая может включать в себя насос, который выталкивает аэрозоль и пары из стерилизационной камеры с высокой скоростью. Поток газа перемещает неиспользованный аэрозоль из камеры и также удаляет аэрозоль с поверхности изделия, которое подвергалось стерилизации, и с поверхности стен камеры. С выключенным распылителем вентилятор 1 может быть также использован в фазе удаления. Это имеет преимущество при удалении любых неиспользованных или конденсированных аэрозолей из проходов подачи аэрозолей. Если проход подачи аэрозоля содержится в сухом состоянии и свободен от любого вещества, такого как остаточная перекись, измерение последующих доз аэрозолей может проводиться с большей точностью.

Система удаления может включать в себя проход для потока между камерой стерилизации и наружным воздухом в сторону каталитических элементов, которые реагируют со стерилизантом, разлагая его на химические элементы, подходящие для удаления. Пассивное вентиляционное отверстие 9 позволяет источнику свежего воздуха втягиваться в стерилизационную камеру.

Переключение различных компонентов устройства обычно находится под управлением программного обеспечения, чтобы обеспечить надлежащую работу вентилятора, распылителя и клапанов и чтобы обеспечить точное управление установкой времени. Устройство может также объединять датчики потока в одну линию между распылителем и стерилизационной камерой и/или датчиками уровня жидкости в распылителе, чтобы измерять, когда предварительно определенные уровни стерилизанта уже обеспечены в камере или используются распылителем. Дополнительно, поверхность стерилизационной камеры может при помощи электронных устройств нагреваться до управляемой температуры посредством термостата или другим средством, увеличивая, таким образом, скорость стерилизации (как хорошо известно специалистам в данной области).

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 1, аэрозольный датчик помещен в жидкостную связь между распылителем 3 и впускным клапаном 5 со стерилизационной камерой. На первом этапе этого варианта осуществления включается вентилятор, клапан 5 открывается, а распылитель остается выключенным. Это заставляет поток газа проходить через датчик в камеру. Датчик, работа которого описывается ниже более детально, проводит первое считывание, которое находится под воздействием влажности, температуры и расхода газа. Основанное на значении первого считывания программное обеспечение затем выбирает предварительно рассчитанную дозировку на калибровочной кривой.

Затем включается распылитель 3, который создает аэрозольные частицы стерилизанта. Эти частицы поступают в воздушный поток и далее протекают через датчик в стерилизационную камеру. Показания датчика считываются снова, чтобы получить второе считывание, которое зависит от концентрации аэрозоля, влажности, температуры и расхода. Это второе считывание позже вводится в калибровочную кривую предварительно рассчитанных дозировок, подобранную ранее.

- 5 020894

Разность в считываниях отражает плотность аэрозоля, т.е. сколько граммов жидкости присутствует в единице объема аэрозоля. Расход обычно известен из технических характеристик машины или проистекает из первого измерения, где влажность и температура измеряются независимо. Время также измеряется. Итак, используя следующее соотношение:

Масса стерилизанта (г) = скорость осаждения на нагревательном датчике (г/с) х время протекания (с), может быть определена масса поданного стерилизанта.

Скорость осаждения связана с обеими величинами, как плотностью аэрозоля, так и расходом. Это значение величины массы может быть уточнено, чтобы подсчитать количество активного стерилизанта, поданного в системы, в которых используется стерилизант в растворяющем веществе (т.е. Н₂О₂ в воде).

Скорость оседания увеличивается как с увеличением потока, так и с увеличением плотности аэрозоля. Для данного расхода скорость оседания непосредственно связана с плотностью аэрозоля (и наоборот, при данной плотности аэрозоля скорость оседания непосредственно связана с расходом). В настоящей спецификации, если только контекст не указывает на обратное, ссылки на плотность аэрозоля имеют намерение охватить более точное определение скорости оседания капель на нагревательном элементе.

Предварительно рассчитанная калибровочная кривая дозировки может быть выведена посредством проведения экспериментов, в которых известные и переменные плотности аэрозоля располагаются в присутствии других управляемых условий, таких как изменение температуры воздуха, влажности и расхода.

В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, один датчик помещен между вентилятором 1 и распылителем 3 и другой датчик помещен между распылителем 3 и впускным клапаном 5 стерилизационной камеры. Считывания массы газового потока и массы аэрозоля в газовом потоке могут быть, таким образом, сделаны одновременно, в отличие от первого способа, который требует проводить считывания через некоторое время.

Датчик предпочтительно в данном изобретении основывается на использовании элемента, который состоит из электронагревательного компонента и чувствительного к температуре компонента. Предпочтительно элемент выполнен из одного компонента, который может выполнять обе функции, такие как КТО или транзистор. Однако специалисты в данной области техники знают о другом средстве достижения упомянутой функциональности, таком как термопара, термически соединенная с резистивным нагревательным элементом, и такое устройство не нарушает сущности изобретения.

КТО предназначены для определения температуры и работают на принципе, что сопротивление металлов, в особенности платиновой проволоки, чувствительно к температуре, при которой измеряется сопротивление. В случае КТО из платиновой проволоки 1°С изменения в температуре соответствует приблизительно 0,4 Ом изменения сопротивления. Также платиновая проволока имеет то желаемое свойство, что отклик является относительно линейным выше умеренного температурного диапазона.

КТО обычно имеют резистор из тонкой металлической пленки, нанесенной трафаретной печатью или вакуумным разбрызгиванием на керамическую подложку и на лежащий сверху слой пассивации стеклом. Эти датчики не дорогостоящи, прочны и, что важно, не зависят от воздействия потенциально разрушительных стерилизантов, таких как перекись водорода.

При использовании КТО косвенно измеряют температуру посредством электронного измерения электрического сопротивления датчика и получают температуру из уравнения, обычно в форме:

К(1)=К(0) (1 + а*Т), где К(0) - сопротивление при 0°С и постоянная величина для датчика;

Т - температура в °С;

а - также постоянная величина для датчика.

Сопротивление измеряется прохождением тока через датчик и измерением падения напряжения в нем. Когда датчик используется для измерения температуры, ток, измеренный КТО, обычно мал, приблизительно 1 мА или меньше, чтобы избежать самонагревания из-за рассеивания мощности в датчике.

Однако в данном случае КТО используется совершенно иным образом, чем когда используется при обычном измерении температуры.

КТО могут работать через электрическую цепь, подобно мосту Уитстона, и упрощенная схема электрической цепи показана на фиг. 3. Источник мощности 10 вызывает протекание тока в цепи, которая может заканчиваться двумя противоположными резистивными ветвями. Одна резистивная ветвь через К1 и К3 - известные сопротивления. Другая резистивная ветвь содержит известное сопротивление К2 и переменное сопротивление в форме датчика 14 платиновой проволоки. Существует разность напряжений между двумя ветвями, которая отражает относительное сопротивление каждой ветви. Эта разность напряжений измеряется потенциометром 15 (который обладает достаточно высоким сопротивлением, чтобы резистивные ветви разделялись). В обычном функционировании КТО падение напряжения позволяет вычислить сопротивление датчика 14: единственная переменная в системе. Сопротивление датчика 14 затем сопоставляется с его температурой.

- 6 020894

В настоящем изобретении цепь работает с достаточной мощностью для нагрева датчика 14 (который представляет собой платиновую проволоку, вмонтированную в стеклянную оболочку) до подходящей температуры, чтобы поддержать должный уровень испарения аэрозоля в газовом потоке. Настоящее изобретение далее включает в себя контур обратной связи 16 между потенциометром 15 и источником питания 10 так, чтобы, когда сопротивление датчика начинало уменьшаться, выходная мощность увеличивалась, чтобы поддержать сопротивление постоянным. Это дает возможность источнику мощности 10 работать таким образом, чтобы поддерживалась постоянная разность напряжений между сбалансированными цепями, что в результате позволяет датчику 14 быть поддерживаемым при постоянной температуре.

Величина требуемой мощности, чтобы поддерживать датчик при постоянной температуре, т.е. величина мощности рассеивания, через проволочный датчик отражает общую величину охлаждения (газовый поток плюс испарение), возникающего на датчике. Чем больше охлаждающий эффект, тем большая мощность требуется.

Рассеивание мощности в датчике используется, чтобы достичь степени самонагрева датчика, таким образом, можно измерить охлаждающий эффект. Измерение плотности распыляемого вещества в потоке аэрозоля при постоянной температуре оказалось независимым от проблем теплового пробоя и вызывает очень быстрый отклик датчика, поскольку температурные изменения кратковременные и незначительные. Соответственно, использование КТО датчика при постоянной температуре предпочтительно, и данные в данном документе показывают, что способ, описанный со ссылкой на фиг. 3, выдает надежные, воспроизводимые и точные данные.

Следует заметить, что КТО могут быть использованы иначе, чтобы определить плотность аэрозоля в газовом потоке, к примеру, прибор может работать при постоянном напряжении, но оказалось, что это относительно нечувствительно (по сравнению с постоянной мощностью), особенно при низких скоростях воздуха.

Альтернативно, КТЭ можно было бы использовать при постоянном токе, однако, как оказалось, это приводит к риску перегрева.

Другие вариации также возможны, например температура поверхности датчика, нагретого при постоянной мощности, может быть измерена посредством инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью.

Датчики аэрозоля настоящего изобретения могут быть использованы для отслеживания и управления стерилизаторами, используя обратную связь от датчика множеством различных методов. Например, если датчик показывает снижение плотности аэрозоля, соответствующая система управления может увеличить расход аэрозоля, выходную мощность распылителя или и то, и другое вместе. Расход может быть изменен посредством изменения скорости вентилятора (или напряжением вентилятора). Выходная мощность распылителя может быть изменена посредством управления электронной мощностью, подведенной к диску распылителя. Как правило, предпочтительно поддерживать постоянным газовый поток и использовать датчик для управления выходной мощностью распылителя в случае, чтобы поддержать плотность аэрозоля в пределах определенных границ. Таким образом, используя обратную связь с датчиком, поток с предварительно определенной концентрацией аэрозоля в сторону датчика взвеси может сохраняться в течение фазы подачи аэрозоля. Время подачи аэрозоля также может управляться. Применяя известную плотность аэрозоля, за известное время можно достичь известной дозировки.

Когда поток аэрозоля контактирует с поверхностью, существует охлаждающий эффект, благодаря оседанию микрокапель на поверхности и испарению, и также вследствие газового потока. Внешнее охлаждение, вызванное взвесью, вызывает большее рассеивание тепла через датчик, чем то, которое можно было бы наблюдать при нормальных атмосферных температурах: чем большая поверхность охлаждается взвесью, тем больше мощности требуется, чтобы поддерживать КТЭ датчик при заданной температуре.

Величина охлаждения отражает количество жидкости в каплях, соударяющихся с поверхностью, и расход газа-носителя. Компонент охлаждения, вызванного потоком газа-носителя, может быть точно определен иным путем, и, таким образом, исходная точка для этого может быть легко установлена. Значения исходной точки для охлаждающего эффекта газа-носителя могут быть установлены для целой матрицы газов, расходов, температур и влажностей. Для известного газа (т.е. воздуха) при известной (измеренной) температуре и влажности данное устройство может быть использовано, чтобы определить расход.

После того как базовый параметр газа вычитается, охлаждающий эффект прямо пропорционален плотности аэрозоля.

Дополнительно, потому что КТЭ нагревается, рабочая температура может выбираться так, чтобы позволить быстрое измерение плотности взвеси, ускоряя испарение конденсированной взвеси при такой интенсивности, при которой испарение превышает конденсацию. Если температура слишком низкая, взвесь вскоре начнет накапливаться на датчике, приведя к тому, что датчик смочится стерилизантом, как это видно на любом не нагретом детекторе в потоке аэрозоля.

Настоящее изобретение дает возможность определить как плотность аэрозоля в потоке газа, так и расход потока газа, и впоследствии доза аэрозоля, поданная потоком газа, может быть точно определена.

- 7 020894

Claims

1. Способ определения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа, содержащий этапы, на которых подают поток аэрозоля стерилизанта к электрически нагретому элементу, подсоединенному к термочувствительному элементу;

определяют величину охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля; и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта, при этом величину охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

2. Способ определения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа, содержащий этапы, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа;

ϊϊ) подают поток аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля;

ш) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

3. Способ определения плотности аэрозоля стерилизанта в потоке газа, содержащий этапы, на которых:

ί) подают поток аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля;

ϊϊ) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа;

4. Способ определения дозировки аэрозоля стерилизанта, содержащий этапы, на которых:

1) определяют плотность аэрозоля стерилизанта в потоке газа посредством этапов, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа, ϊϊ) подают поток аэрозоля в течение времени подачи потока аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля, ίίί) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта; и

2) рассчитывают количество поданного аэрозоля, используя время подачи потока аэрозоля и плотность аэрозоля, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно уста- 8 020894 новленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

5. Способ определения дозировки аэрозоля стерилизанта в камере, содержащий этапы, на которых:

ί) подают поток аэрозоля в течение времени подачи потока аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля, ϊϊ) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа,

ш) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта; и

2) рассчитывают количество поданного аэрозоля, используя время подачи потока аэрозоля и плотность аэрозоля, причем величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

6. Способ дозирования аэрозоля стерилизанта, поданного в камеру, содержащий этапы, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа, ϊϊ) подают поток аэрозоля за время подачи потока аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля, ίίί) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта;

2) рассчитывают количество поданного аэрозоля, используя время подачи потока аэрозоля и плотность аэрозоля; и

3) прекращают дальнейшую подачу аэрозоля стерилизанта, когда количество поданного аэрозоля достигнет предварительно определенной дозировки, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

7. Способ стерилизации изделия посредством контакта упомянутого изделия с аэрозолем стерилизанта, в котором дозировка аэрозоля стерилизанта определяется посредством этапов, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа, ίί) подают поток аэрозоля в течение времени подачи потока аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля, ίίί) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта; и

2) рассчитывают количество поданного аэрозоля, используя расход, время подачи потока аэрозоля, концентрацию аэрозоля и плотность аэрозоля, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого эле- 9 020894 мента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

8. Способ стерилизации изделия посредством контакта упомянутого изделия с аэрозолем стерилизанта, в котором дозировка аэрозоля стерилизанта определяется посредством этапов, на которых:

2) рассчитывают дозировку поданного аэрозоля, используя расход, время подачи потока аэрозоля, концентрацию аэрозоля и плотность аэрозоля, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

9. Способ по п.7 или 8, дополнительно включающий в себя этап, на котором сравнивают поданную дозировку аэрозоля с предварительно определенной сертификационной дозировкой и сертифицируют изделие как стерильное, если поданная дозировка равна или выше, чем предварительно определенная сертификационная дозировка, или не сертифицируют изделие как стерильное, если поданная дозировка аэрозоля меньше предварительно определенной сертификационной дозировки.

10. Способ по п.7 или 8, дополнительно включающий в себя этап, на котором сравнивают поданную дозировку аэрозоля с предварительно определенным диапазоном сертификационной дозировки и сертифицируют изделие как стерильное, если поданная дозировка находится в диапазоне предварительно определенной сертификационной дозировки, или не сертифицируют изделие как стерильное, если поданная дозировка аэрозоля не находится в диапазоне предварительно определенной сертификационной дозировки.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стерилизующий аэрозоль представляет собой аэрозоль водного раствора перекиси водорода.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором газ является воздухом.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый поток газа имеет известный расход.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором подают известное количество аэрозоля.

15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором температура нагревательного элемента выше или равна температуре точки испарения упомянутого аэрозоля.

16. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый нагревательный элемент и упомянутый термочувствительный элемент являются одним и тем же.

17. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором плотность аэрозоля определяют посредством схемы, которая содержит, по меньшей мере, резистивный нагреватель, поддерживаемый при установившейся температуре.

18. Способ по любому из пп.16, 17, в котором упомянутый нагревательный элемент и/или упомянутый термочувствительный элемент являются КТО (резистивным термометром).

19. Способ по п.18, в котором КТО является КТО типа плоской пленки.

20. Способ по любому из пп.16-19, в котором упомянутый нагревательный элемент и/или упомянутый термочувствительный элемент являются транзистором.

21. Способ по любому из предшествующих пунктов, также включающий в себя этап определения расхода газа посредством сравнения величины охлаждающего эффекта на датчике потока газа с предварительно определенными значениями величины охлаждающего эффекта расхода газа.

22. Способ по п.21, в котором предварительно определенные величины охлаждающего эффекта расхода газа определяются при заданных температурах и влажностях.

23. Способ поддержания постоянного потока аэрозоля, содержащий этапы, на которых:

1) определяют плотность аэрозоля в потоке газа посредством этапов, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа, ϊϊ) подают поток аэрозоля в течение времени его подачи к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля,

- 10 020894 ίίί) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта;

2) поддерживают величину второго охлаждающего эффекта постоянной посредством управления расходом газа, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

24. Способ дозирования аэрозоля, содержащий этапы, на которых:

ί) подают поток газа к электрически нагретому элементу и определяют величину первого охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком газа, ϊϊ) подают поток аэрозоля в течение времени подачи потока аэрозоля к электрически нагретому элементу и определяют величину второго охлаждающего эффекта, вызванного упомянутым потоком аэрозоля, ίίί) определяют разность между величиной первого охлаждающего эффекта и величиной второго охлаждающего эффекта и определяют плотность аэрозоля на основании калибровочной кривой, выражающей зависимость плотности аэрозоля от величины охлаждающего эффекта;

2) поддерживают величину второго охлаждающего эффекта постоянной в течение предварительно определенного времени при предварительно определенном значении посредством управления расходом газа, при этом величину каждого упомянутого охлаждающего эффекта определяют с помощью термочувствительного элемента с системой управления, снабженной контуром обратной связи, обеспечивающей возможность поддержания упомянутого электрически нагретого элемента при предварительно установленной температуре, посредством измерения требуемого усилия нагрева или его части, необходимых для поддержания упомянутой предварительно установленной температуры, или с помощью упомянутого термочувствительного элемента для измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента посредством измерения температуры упомянутого электрически нагретого элемента.

25. Способ по любому из пп.23, 24, в котором расходом газа управляют посредством скорости вентилятора.

26. Способ по любому из пп.23-25, в котором плотностью аэрозоля управляют посредством мощности распылителя.