JP2012519576A - 排気システム、この排気システムを用いた滅菌装置およびこの滅菌装置を用いた滅菌方法 - Google Patents

排気システム、この排気システムを用いた滅菌装置およびこの滅菌装置を用いた滅菌方法 Download PDF

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Abstract

高濃度NO2ガスを用いて滅菌対象物を滅菌した使用済みの排ガスを排出する排気システムであって、オゾン発生装置と、該オゾン発生装置で生成したオゾンおよび排ガス中のNO2を吸着するとともに双方の化学反応による無水硝酸の生成、或いは硝酸の生成を促進してこれらを保持するガス処理手段と、排ガスを排出する排気装置とを備えたことを特徴とする排気システムを提供する。この排気システムは、通常のレベルを超える濃度の高濃度NO2を、効果的かつ確実に浄化できる。

Description

本発明は医療用鋏、カテーテル等の医療機器、その他高い滅菌信頼性が要求される滅菌対象物に用いる滅菌装置、この滅菌装置に組み込まれる排気システム、および前記滅菌装置を用いて実施する滅菌方法に関する。
予てより、窒素酸化物(以下、単にNOxということもある)、オゾン、H22等の滅菌ガスの雰囲気中に、医療器具等の滅菌対象物を一定時間収容することにより、滅菌対象物に付着したバクテリア、ウィルス等を死滅させるガス滅菌手段が多用されている。しかしこれら滅菌処理の多くは、人口が密集する都市部の病院、研究室等において実施されるため、使用後の滅菌ガスを無害化処理した上で大気中に放出する必要がある。
例えば、炭素系ジアゼニウムジオレート化合物等の殺菌剤ガス発生組成物が発生する一酸化窒素(以下、単にNOということもある)またはNOと二酸化窒素(以下、単にNO2ということもある)との混合物からなる滅菌ガスを用いた滅菌装置においては、NOをNO2に変換する酸化剤、およびNO2を捕集する吸収剤を用いて滅菌ガスを除去する処理方法が採られている。そして当該方法を用いると、NO、NO2およびNOxの濃度をLTWAレベルに低減できるとしている(特許文献1)。
或いは、エチレンオキサイドガスを用いた滅菌装置において、活性炭、水、希硝酸などの吸着剤または熱触媒を充填したガス処理槽に排ガスを複数回還流させることによりエチレンオキサイドガスを吸着して浄化する方法が採られている(特許文献2)。
他方、ディーゼルエンジンの燃焼排気ガス中のNOx除去方法として、エンジンの排気通路にSCR触媒を設けると共に、このSCR触媒の上流側にアンモニア等の還元剤を排気通路内に供給する還元剤供給装置を設け、SCR触媒の触媒作用により前記還元剤供給装置から供給されるアンモニアで排ガス中のNOxを還元して排ガスを浄化する所謂SCR法が採用されている(特許文献3)。
特表2007−521118号公報 特開2000−312709号公報 特開2000−303826号公報
一方本発明者等は、別に特許出願している高濃度NO2生成方法を発明し、これにより得られる高濃度NO2ガスを使用して、信頼性が非常に高い滅菌装置を開発している。しかし当該滅菌装置から排出する排ガスは、高濃度のNO2ガスを含むものであり、叙上のNOxを処理する従来の方法、装置では、何れも所定時間内で安全レベル迄無毒化することが不可能であった。その為前記高濃度NO2ガス使用の滅菌装置は、医療現場等で実用化することが出来ないという課題を抱えていた。
本発明は、斯かる実情に鑑み、オゾン発生装置と、オゾンおよびNO2による無水硝酸(N25)、或いは硝酸(HNO3)化反応を利用した排ガス処理手段と、排ガスを排出する排気装置とを備えることを基本とし、従来の常識を超えたレベルの高濃度NO2排ガスを、効率的にかつ確実に浄化しうる排気システムを提供しようとするものである。
本発明の排気システムは、高濃度NO2ガスを用いて滅菌対象物を滅菌した使用済みの排ガスを排出する排気システムであって、オゾン発生装置と、該オゾン発生装置で生成したオゾンおよび排ガス中のNO2を吸着するとともに双方の化学反応による無水硝酸の生成、或いは硝酸の生成を促進してこれらを保持するガス処理手段と、排ガスを排出する排気装置とを備えたことを特徴とするものである。
すなわち、本発明は、高濃度NO2ガスを用いて滅菌対象物を滅菌した使用済みの排ガスを排出する排気システムであって、オゾン発生装置と、該オゾン発生装置で生成したオゾンおよび排ガス中のNO2を吸着するとともに双方の化学反応による無水硝酸の生成、或いは硝酸の生成を促進してこれらを保持するガス処理手段と、排ガスを排出する排気装置とを備えたことを特徴とする排気システムである。
前記オゾン発生装置は、オゾナイザーと、該オゾナイザーが生成するオゾンを蓄えるオゾンチャンバーとを備えることが好ましい。
前記ガス処理手段の上流側に、排ガス中のNO2とオゾンとの混合比率を調整するバッファ部をさらに設けることが好ましい。
前記ガス処理手段は、吸着触媒を用いることが好ましい。
前記排気装置は、滅菌に使用した排ガスを、複数回に分割して排出することが好ましい。
また、本発明は、下記構成を備えた滅菌装置である。すなわち、(a)高濃度NO2ガスを蓄えるチャンバーと、プラズマ発生器と、循環手段とを接続して循環経路を構成したNO2ガス供給系、(b)前記チャンバーに第1の開閉具を介して接続した滅菌室、(c)前記滅菌室に第2の開閉具を介して接続した前記排気システムを備えた滅菌装置である。
前記チャンバーは、第3の開閉具を介して排気システムに接続されることが好ましい。
前記滅菌室は、滅菌室内の高濃度NO2ガスを、NO2センサを経由して滅菌室に戻す計測経路を付設していることが好ましい。
複数の滅菌室を単一の排気システムに接続していることが好ましい。
また、本発明は、前記滅菌装置を用いる滅菌方法であって、滅菌対象物を滅菌した使用済みの高濃度NO2ガスを排出する排ガス工程において、高濃度NO2ガスを所定のガス成分量毎、排気システムに向け分割排気することを特徴とする滅菌方法である。
前記滅菌装置を用いる滅菌方法であって、滅菌対象物を滅菌した滅菌工程の後に使用済みの高濃度NO2ガスを排出する排ガス工程において、先に前記第1の開閉具を閉、第2の開閉具を開とした状態で、排気システムの排気装置で滅菌室内の高濃度NO2ガスを排ガス処理手段に向け排出することにより滅菌室を負圧とし、次いで第1の開閉具を開、第2の開閉具を閉とすることにより、チャンバー内に残留する高濃度NO2ガスを前記負圧により滅菌室に吸引する手順を繰り返すことが好ましい。
また、本発明は、前記滅菌装置を用いる滅菌方法であって、(d)滅菌室に滅菌対象物をセットする工程(セット工程)、(e)滅菌室内を真空引きする工程(真空引き工程)、(f)滅菌室内を加湿する工程(加湿工程)、(g)第1の開閉具を開き、NO2ガス供給系で生成されてチャンバーに貯まったNO2ガスを滅菌室に供給する工程(供給工程)、(h)チャンバーに乾燥した混合気体を充填する工程(給気工程)、(i)NO2ガス供給系を駆動してNO2ガスを生成する工程(循環工程)を含み、(g)〜(i)を複数回繰り返すことを特徴とする滅菌方法である。
前記(h)の給気工程の前に、第1の開閉具を閉めるとともに第3の開閉具を開いてチャンバーと排気システムとを直結し、排気システムによりチャンバー内に残存するNO2ガスを排気するとともに真空引きする工程(排気工程)を行うことが好ましい。
本発明の一実施形態にかかる排気システムの構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態にかかる排気システムの構成におけるプラズマ生成部を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態にかかる排気システムを含む構成におけるプラズマ発生器を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態にかかる排気システムを説明するための説明図である。
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。排気システムは、高濃度NO2ガスを用いて滅菌対象物を滅菌した使用済みの排ガスを排出するためのシステムであり、本形態では、医療機器類その他の滅菌対象物を効率的に滅菌処理できる滅菌装置に採用されている。そこで、本発明の滅菌装置の実施形態を先に説明する。
本形態の滅菌装置は、高濃度NO2ガスを生成するNO2ガス供給系と、高濃度NO2ガスを用いて、収容した滅菌対象物を滅菌する滅菌室と、滅菌に使用済みの高濃度NO2ガスである排ガスを無害化する排気システムとを含み構成したものを例示している。
図1に示されるように、前記NO2ガス供給系は、チャンバー1と、プラズマ発生器2と、循環手段3とを接続した循環経路4を具備している。該循環経路4はより具体的には、チャンバー1と、該チャンバー1の経路下流側に配管を介して接続された流動抵抗部5と、該流動抵抗部5の経路下流側に配管を介して接続されたプラズマ発生器2と、該プラズマ発生器2の経路下流側に配管を介して接続された循環手段3とを含んで構成される。さらに該循環手段3は、前記チャンバー1の経路上流側に配管を介して接続され、その結果チャンバー1、流動抵抗部5、プラズマ発生器2、および循環手段3によりサイクル状の循環経路4を形成している。そして循環手段3の作用により、窒素と酸素とを含む混合気体が循環経路4内を循環してNO2を生成する。
なお本明細書において、高濃度NO2の生成装置に原料として外部から供給される窒素と酸素とを含む気体を混合気体と称し、プラズマ発生器2を少なくとも一度循環して発生したNOxを含む気体をNOx混合ガスと称し、上記循環を繰り返すことにより所望のNO2濃度に達した気体を高濃度NO2ガスと称している。
前記チャンバー1は、生成される高濃度NO2ガスを収容するための気密性を有する収容室であり、本形態では矩形箱状をなしているが、球状、円筒状でもよい。本形態のチャンバー1は、循環経路4を形成するため、流出口と流入口、および高濃度NO2ガスを取り出すための開閉可能なガス供給口とが形成される。
前記流動抵抗部5は、本形態では、オリフィス5aにより形成されている。該オリフィス5aは、前記チャンバー1下流側の配管に設けられ、オリフィス流量計を構成している。このように本形態では、オリフィス流量計によって、チャンバー1から出て循環するガス流量を計測できる点で好ましい。流動抵抗部5は、オリフィス5aのほか、チャンバー1下流側の配管の一部区間を細径のパイプで構成し、該区間の流動抵抗を高めて構成することもできる。
図2および図3に示されるように、前記プラズマ発生器2は、マイクロ波を利用し、常温常圧でのプラズマ発生が可能なユニットであって、大略的に、所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置2aと、このマイクロ波発生装置2aに接続され、前記マイクロ波を伝搬させる導波管2bと、該導波管2bと一体に設けられたプラズマ生成部2cとを備えて構成されている。
マイクロ波発生装置2aは、例えば2.45GHzのマイクロ波を発生し、該マイクロ波を導波管2bの内部へ伝搬させる。このためマイクロ波発生装置2aは、マイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源と、このマイクロ波発生源にて発生したマイクロ波の強度を所定の出力強度に調整するアンプと、マイクロ波を導波管2bの内部へ放出するマイクロ波送信アンテナとを備える。プラズマ発生器2に用いるマイクロ波発生装置2aとしては、例えば1W〜3kWのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のものが好適である。
前記導波管2bは、例えば非磁性金属(アルミニウム等)からなり、断面矩形の管状を呈し、マイクロ波発生装置2aにより発生されたマイクロ波をプラズマ生成部2cへ向けて伝搬させる。本形態の導波管2bは、金属平板からなる上面板、下面板および2枚の側面板を用いた角筒状の組み立て体にて構成している。このような平板の組み立てによらず、導波管は押し出し成形や板状部材の折り曲げ加工等により形成しても良い。また、断面矩形の導波管2bに限らず、断面楕円の導波管2bを用いることも可能である。さらに、非磁性金属に限らず、導波作用を有する各種の部材で導波管を構成することもできる。そして導波管2bは、本形態では接地している。
前記プラズマ生成部2cは、上記導波管2bに対して一体的に構成され、導波管2bに挿通するロッド状の導電軸2dと、筒状の導電管2eとを備える。さらに該導電軸2dは、導波管2b内に挿入され上記マイクロ波を受信するアンテナ部2fと、導波管2bの外部へ突出する中心電極2gとで構成され、本形態では、導波管2bに対し電気絶縁部を介して挿通している。本形態の導電軸2dは、断面円形であるが、この他卵形断面、楕円形断面、または長楕円形断面のものを採用できる。本形態の導電軸2dは、チタンを用いて形成しているが、この他チタン合金、銅、白金、金、銀等のマイクロ波を伝導できる材料を用いることができる。アーク放電を防止し、電極を保護するために、セラミック製のシールド膜が導電軸2d(中心電極2g)の先端に形成されている。
前記導電管2eは、本形態では、略円筒状をなし、その内径は、前記導電軸2dの外径に比して大きく形成されている。そして該導電管は、上記導波管2bから外部に突出した中心電極2gを中心にこれを覆って配され、中心電極2gと導電管2eとの間で環状空間2iが形成される。また導電管2eの基端部は、前記導波管2bに対し、電気的に導通して固定され、その結果本形態の導電管2eは、導波管2bを介して接地している。なお導電管2eは、円形断面の他、矩形断面、楕円形断面等のものでも良い。但し、その先端が、前記中心電極2gの先端と略同位置にて終端する長さに形成される。なお本形態の導電管2eは、ステンレス鋼を用いて形成しているが、この他アルミニウム等も用いることができる。
本形態の導電管2eは、その基端寄りに通気開口が設けられ、該通気開口に前記流動抵抗部5からのびる配管2jを接続することにより、流動抵抗部5乃至プラズマ発生器2につながる循環経路4が構成される。そして循環経路4を流れる前記混合気体が環状空間2i内を、中心電極2g端部に向けて移動する。さらに導電管2eの縁端には、中心電極2gとの間のアーク放電防止のため、セラミック製のシールド筒2kが内挿されている。そして該シールド筒2kの縁端は、経路下流側に向かってさらに経路下流に向かう配管2jに繋がり、循環経路4が形成されている。
このように構成されたプラズマ生成部2cでは、マイクロ波発生装置2a(マグネトロン)により発生した2.45GHzのマイクロ波(出力は調整可能)が、導波管2bの一端に配されたマイクロ波発生装置2aのマイクロ波送信アンテナから、前記プラズマ生成部2cに向け放出される。該放出されたマイクロ波は、導波管2b内を伝搬し、前記プラズマ生成部2cにおける該導電軸2dのアンテナ部2fがこれを受信する。このようにアンテナ部2fで受信されたマイクロ波は、導電軸2dの表面を伝搬し、中心電極2g先端に到達する。中心電極2g先端は、導波管2bと電気的に結合され接地電位である導電管2eの先端に近接し、中心電極2g先端に到達したマイクロ波により、この導電管2e先端と中心電極2g先端の間、特に中心電極2g先端近傍に、強電界部が形成される。なお、この導電軸2dは2.45GHz帯に共振点を持つように形成されており、これにより中心電極2g先端部に効率よく強電界を形成することを可能としている。
このように形成される強電界により、循環経路4を経て供給される前記混合気体に含まれる窒素および酸素に部分電離が発生し、その結果数万℃の電子、ほぼ常温のイオン、ほぼ常温の中性原子、およびほぼ常温の中性分子の集合体が構成される。この状態は、総合的には電気的に中性の状態であり、言い換えるとプラズマ状態、より詳細には低温プラズマ(非平衡プラズマ)状態が形成される。
すなわち中心電極2g端部近傍の混合気体の窒素と酸素とが、マイクロ波によって形成された強電界に励起されて絶縁破壊を生じ、分子の状態から低温プラズマ(非平衡プラズマ)状態に変位する。そしてこの低温プラズマ状態のガスは、他の低温プラズマ状態のガスまたは分子状態のガスとの反応性が高い。そのため、窒素と酸素を主とする混合気体をプラズマ生成部2cに導入すると、その一部が下記の如く、一酸化窒素、二酸化窒素などの窒素酸化物、或いはオゾンへと変換される。
1.N2+O2→2NO
2.N2+2O2→2NO2
3.3O2→2O3
なおこのとき、式1による変換の比率が最も多い。そして、式1で生成した一酸化窒素の一部は、プラズマ生成部2cにおいて低温プラズマ状態の酸素と結合して二酸化窒素に変換される。
4.2NO+O2→2NO2
このようにして生成されたNO2を含むNOx混合ガスは、循環経路4を循環し、或いはチャンバー1に滞留する。そしてその間に、式1で生成された一酸化窒素は、段階的にNOx混合ガス中の酸素、或いは上記式3で生成されたオゾンと反応し、下記式5、6の如くさらに二酸化窒素へと変換され、その結果NO2濃度が向上する。
5.2NO+O2→2NO2
6.NO+O3→NO2+O2
さらに上記式3で生成されたオゾンは、NOx混合ガス中の窒素と反応し、一酸化窒素を生成する。
7.N2+2O3→2NO+2O2
そして、この一酸化窒素も、式5、6の反応によって二酸化窒素に変換される。
このようにして、NOx混合ガスが循環経路内での循環を繰り返すことによって、次第に二酸化窒素の濃度が濃くなってゆき、所望のNO2濃度の高濃度NO2ガスが得られる。ただし、生成された一酸化窒素や二酸化窒素が再度プラズマ発生器2を通過する際、その一部が解離反応によって、再度低温プラズマ状態になり、窒素や酸素に逆戻りする現象が生じる。従って循環の繰り返しにより、NOx混合ガス濃度が一定レベルの高濃度NO2ガスに達すると、窒素酸化物の生成と窒素酸化物の解離が均衡化状態となり、所定濃度で更なる高濃度化は進まなくなる。
本形態の高濃度NO2ガスの生成装置では、図1に示すように、プラズマ発生器2を1つ備える循環経路4を例示している。しかし、2つまたは3つ以上のプラズマ発生器2を並列接続して、循環経路4を構成することもでき、この場合には短時間で高濃度NO2ガスを生成できる点で好ましい。さらに単一のプラズマ発生器2内で、循環経路4を分岐し、各分岐経路にプラズマ生成部2cを設けても良い。
前記循環手段3は、本形態では、加圧装置6を用いて構成される。但し循環手段3として、ファンを用いることもできる。加圧装置6としては、エアーポンプを好適に採用でき、エアーブロアー、エアーコンプレッサー等を用いることもできる。前記エアーポンプとしては、出力が20〜100ワット程度のフッ素系ゴムを用いたダイヤフラムポンプ、セラミック製のプランジャポンプ、ベローズポンプ等を採用することができる。そして該加圧装置6は、前記プラズマ発生器2と前記チャンバー1とをつなぐ配管に設けられ、経路下流側にあるチャンバー1側を加圧するよう接続される。
叙上のごとく本形態の高濃度NO2ガス供給系は、チャンバー1、流動抵抗部5、プラズマ発生器2、および加圧装置6を配管を介して環状に接続することにより、サイクル状の循環経路4を形成している。そして前記加圧装置6の作用によって、吸気部7から取り入れた空気(混合気体)が循環経路4を還流し、プラズマ発生器2を通過する際に低温プラズマ(非平衡プラズマ)状態に変位した窒素と酸素とが反応して発生する一酸化窒素、二酸化窒素を含んだNOx混合ガスが生成される。そして前記一酸化窒素が、段階的にNOx混合ガス中の酸素、オゾンと反応することにより二酸化窒素へと変換され、その結果二酸化窒素の濃度が漸増して高濃度NO2ガスを生成できる。
本実施の形態では、チャンバー1の下流に、NO2濃度測定センサ8が備えられている。これにより、NO2の濃度を測定することができる。また、チャンバー1へ導入される空気の露点を調整するためのガス乾燥手段9が備えられている。ガス乾燥手段9としては、たとえば2筒に充填されたモレキュラーシーブによる自己再生方式があげられる。さらに、チャンバー1およびプラズマ発生器2には、それぞれ、圧力計(図示せず)が備えられている。これにより、チャンバー1およびプラズマ発生器2中の圧力を制御できると共に、その圧力に異常が発生していないか確認することができる。
前記滅菌室10は、本形態では医療機器用の滅菌装置の主要部を構成し、滅菌対象物を出し入れする開口部と、該開口部を密閉しうる遮蔽ドアと、高濃度NO2ガスを取り入れるガス供給口と、滅菌後の排ガスを排出するガス排出口とを備える。前記遮蔽ドアは、前記密閉性を確保するため、周縁にシール材を設けている。本形態のシール材は気密性、耐腐食性を考慮して、含フッ素エラストマーを用いている。また遮蔽ドアは、NO2センサの測定により、滅菌室10内のNO2ガス濃度が人体に危険な水準値以上の場合には開扉しないインターロックを設けると、安全性を向上できる点で好ましい。
前記ガス供給口から前記NO2ガス供給系のチャンバー1に向けて供給管10aが配管される。そしてチャンバー1内に蓄えられた高濃度NO2ガスが供給管を通って、ガス供給口から滅菌室10に供給される。さらに前記供給管には、エア駆動弁を用いた第1の開閉具10bが設けられ、この第1の開閉具10bのオンオフ制御によって、滅菌室10への高濃度NO2ガスの供給がコントロールされる。
前記滅菌室10には、室内のNO2ガスをポンプで吸引し、NO2センサ11でその濃度を計測した後、再び滅菌室10に戻す計測経路を付設している。本形態の計測経路では、途中で2つの経路に分岐し、各々高濃度計測用、低濃度計測用の2個のNO2センサ11aおよび11bを設け、精度良く濃度測定できるように構成している。
図1および図4に示されるように、前記排気システム12は、滅菌室10内に充填された滅菌処理後の高濃度NO2ガス(排ガス)を、無害化して排出するものであり、オゾン発生装置13と、該オゾン発生装置13から送られるオゾンおよび排ガスの混合比率を調整するバッファ部14と、ガス処理手段15と、オゾン処理手段16と、排気装置17とを含み構成される。排気装置17の下流、バッファ部の上流には除湿部D1、排ガス流量計F1を含み、構成している。
前記除湿部D1は、本実施形態ではシリカゲルより構成される。シリカゲルは、高濃度NO2ガス(排ガス)に含まれる水分を吸着させることによって、排ガス流量計内の結露による故障の抑止、および下流のガス処理手段15の効率化を行う。なお、シリカゲルによって、NO2の一部が吸収される。また、排ガス流量計F1は、排気される排ガスの流量を測定する。
前記オゾン発生装置13は、本形態では、オゾナイザー18と、オゾンチャンバー19と、オゾン排気装置20と、オゾン流量制御部21とを備えている。オゾナイザー18(オゾン発生装置)は、誘電体を介在させた電極間に高電圧を印加し、放電ギャップ中に満たした空気または酸素を放電させてオゾンに変換する装置であり、環境対策機器として汎用されている。
前記オゾンチャンバー19は、40〜80L程度の容器状小空間であり、オゾナイザー18に接続し、オゾナイザー18で生成されたオゾンを一時的に蓄えることができる。このようなオゾンチャンバー19を設けることにより、高濃度NO2ガスとの化学反応によって生成された無水硝酸、或いは硝酸化に必要なオゾンを低能力のオゾン発生装置13でまかなうことができ、高濃度のNO2ガスを着実に無害化できる。
前記オゾン排気装置20と、オゾン流量制御部21とによって、オゾンチャンバー19からのオゾンの排気量を調整する。具体的にはオゾン流量制御部21は、前記排ガス流量計F1によって測定された排ガスの流量に基づき、オゾンの流量を制御可能な調整弁である。これによって、高濃度NO2の流量と、オゾンの流量の混合比率を調整することができ、排ガス中に含まれるNO2に充分なオゾンを送り出すことができる。
前記バッファ部14は、10L程度の容器状小空間である。オゾンを圧送するポンプの圧変動によりオゾン供給量が時間軸に対して過剰側、或いは不足側に変動する。しかし、前述のように、オゾンチャンバー19からのオゾンを、排ガス流量計F1に基づきオゾン流量制御部21が流量制御し、バッファ部14に送り込んで混合し、該バッファ部14にてその混合ガスを滞留させることにより、前記の如く変動の大きなオゾン供給量を平均化させることができる。
前記ガス処理手段15は、本形態では前記バッファ部14の下流側の排ガス経路上に、吸着触媒を収容した処理部を設けることによって構成している。該吸着触媒は、NO2およびオゾンを良好に吸着し、且つ吸着したNO2とオゾンとの反応を促進してN25に化学変化させる機能、或いは残留した水蒸気との反応によりHNO3生成する触媒をいう。本形態では、吸着触媒としてゼオライトを用いている。なおゼオライトの中でも特にシリカライトを用いると、効率的にNO2を吸着できる点で好ましい。
前記オゾン処理手段16は、前記ガス処理手段15の下流に位置し、NO2との化学変化において余剰したオゾンを分解するオゾン分解装置である。これによって、オゾンを所定濃度以下にして、排気することができる。
このように構成したガス処理手段15は、前記バッファ部14においてNO2とオゾンとを好適な混合比率に調整した混合ガスを吸着し、かつNO2とオゾンとでN25に化学変化させ、或いは残留する水蒸気とNO2との反応でHNO3の生成を促進することによって、排ガス中のNO2を除去し、排ガスを無害化しうるものである。しかもNO2は、オゾンとの化学反応でN25、或いはHNO3を生成して除去されることから、NO2が高濃度であっても効率的にこれを除去でき、高濃度NO2を用いる滅菌装置において、実用に好適な時間内での確実な排ガス処理が可能となる。さらに本形態では、オゾン処理手段16の下流側にNO2センサおよびオゾンセンサを設けて、排ガスが無害化されたことをチェックしている。
このようにガス処理手段15において、前記混合ガスのNO2とオゾンとが化学変化してN25、或いはHNO3を生成することから、前記バッファ部14における混合ガスのNO2とオゾンとの混合比率は2:1とするのが好適と考えられる。しかしながら実際は、オゾンが高圧環境下では分解し易く、特に配管、各容器が金属で構成されるため、これら金属が触媒となって一層の分解が促進される。従って前記混合ガスのNO2とオゾンとの混合比率は2:1よりもオゾンの割合を多くする、例えば2:1〜1:2とすることが好ましい。本形態では3:2としている。
このように構成された排気システムは、前記滅菌室10のガス排出口との間を排気管22で接続されている。より具体的に、滅菌室10からのびる排気管22は、前記バッファ部14に接続され、その結果滅菌室10から排出される排ガスがバッファ部14に移送される。さらに前記排気管22には、エア駆動弁を用いた第2の開閉具23が設けられ、この第2の開閉具23のオンオフ制御によって、バッファ部14に向けての排ガスの移送がコントロールされる。
前記排気装置17は、滅菌室10内に残留する排ガスを吸引して排気システムに移送し、ガス処理手段15により無害化した後排出するガス流動のエネルギーを付与するものであり、エアーポンプ、ファン等を用いる。本形態では、前記排気管22にエアーポンプを設けて構成している。
また本形態の排気装置17は、滅菌室10中の排ガスを一度に排出するように制御しているが、複数回に分割してバッファ部14に排出するよう制御してもよい。このように、排ガスを複数回に分けて排ガス処理手段15に供給すると、排ガスを確実に無害化できる点で好ましい。
本形態では、前記NO2ガス供給系のチャンバー1と排気システムとの間を、第3の開閉具24を設けたバイパス管25で接続している。第3の開閉具24を開くことにより、排気システムの排気装置17の駆動でチャンバー1内を真空引きする排気工程を行うことができる。しかも、チャンバー1内で残留するNO2ガスは、排気システムにて無害化され安全に排気される。
本形態では、1つの滅菌室10と排気システムを排気管22を介して連係させた滅菌装置を構成している。この他、複数の滅菌室10からの排気管22を、単一の排気システムに連係させてマルチタイプとし、排ガス時のみ必要な排気システムをシェアリングして駆動するよう制御することもできる。複数の滅菌室10に対し、共通の排気システムを機能させることから、滅菌装置全体として無駄がなく、コンパクトに構成できる点で好ましい。
次に、前記滅菌装置を用いた本発明の滅菌方法の実施形態を説明する。当該滅菌方法は、本形態では、以下の工程を含んでいる。
(1)滅菌室10に滅菌対象物をセットする工程(セット工程)
(2)滅菌室10内を真空引きする工程(真空引き工程)
(3)滅菌室10内を加湿する工程(加湿工程)
(4)第1の開閉具10bを開き、NO2ガス系で生成されてチャンバー1に貯まったNO2ガスを滅菌室10に供給する工程(供給工程)
(5)第1の開閉具10bを閉めるとともに第3の開閉具24を開いてチャンバー1と排気システムとを直結し、排気システムによりチャンバー1内に残存するNO2ガスを排気するとともに真空引きする工程(排気工程)
(6)チャンバー1に乾燥した混合気体を充填する工程(給気工程)
(7)NO2ガス供給系を駆動してNO2ガスを生成する工程(循環工程)
(8)滅菌室10内に充填された高濃度NO2ガスにより滅菌対象物を滅菌する工程(滅菌工程)
(9)使用済みの高濃度NO2ガスを滅菌室10から排出する工程(排ガス工程)
前記セット工程では、滅菌室10の遮蔽ドアを開いて、開口部から室内に滅菌対象物を挿入して設置する。高濃度NO2ガスとの接触を妨げないように、滅菌対象物は、その形状に応じて適宜設置台上に設置されても良い。また複数個の滅菌対象物を同時に滅菌する場合、重なりがないように設置棚を備え、その上に設置することも良い。
前記真空引き工程では、前記排気装置のエアーポンプを駆動して、室内の空気を排気することにより、滅菌室10内を減圧する。この減圧により、滅菌対象物の孔部等、細部のしかも奥の空気が取り除かれるため、後の滅菌工程において高濃度NO2ガスを充填の際、滅菌対象物の孔部等の細部奥にまで、NO2ガスが瞬時に入り込み、その結果滅菌の信頼性が向上する。
前記加湿工程では、滅菌室10に付設した加湿装置26により、滅菌室10内に水蒸気を供給する。加湿工程によって滅菌対象物の孔部等の細部奥まで水蒸気が行きわたり、その状態で高濃度NO2ガスを充填することになるため、滅菌対象物の細部、奥部に亘って滅菌に適した湿度とNO2濃度が達成でき、その結果滅菌の信頼性を向上できる点で好ましい。十分な湿度とNO2濃度の組み合わせは、菌の表面での硝酸の生成を容易にし、滅菌効果を高めていると考えられる。しかも本形態では加湿の後、高濃度NO2ガス充填を行っている。そのため高濃度NO2ガスが滅菌室10に充填される際の圧力上昇に伴って、NO2が既に加湿された滅菌対象物の細部、奥部に入り込む為、該細部奥にまで及んで、NO2の硝酸化が加速され、その結果滅菌作用をさらに有効に発揮できる。また本形態では加湿を、前記真空引きされた低圧下で行っている。そのため前記加湿装置26において、比較的低温にて水蒸気発生が得られるとともに、水蒸気が滅菌対象物の細部にまで瞬時に入り込む点で好ましい。
前記供給工程では、先にNO2ガス系が駆動することによりチャンバー1に溜まった高濃度NO2ガスが、前記真空引き工程で減圧した滅菌室10の負圧により吸引され、第1の開閉具10bを開いた供給管10aを通って、滅菌室10へ供給される。供給工程完了時、前記第1の開閉具10bは閉止する。
前記排気工程では、第3の開閉具24を開くことにより、前記バイパス管25を介し、チャンバー1と排気システムとが連通する。そして、排気システムの排気装置17(エアーポンプ)の駆動により、チャンバー1内に残存するNO2ガスを吸引するとともにこれを排気システムで無害化して排出する。同時に当該吸引力により、チャンバー1の真空引き(排気工程)を実行できる。このように本形態では、排気システムによって、チャンバー1に残存のNO2ガスの無害化排出が行なえ、また同システムの排気装置17の吸引機能により、チャンバー1内の排気工程(真空引き)を実行できる等、滅菌装置が全体として有機的に連動し機能する点で好ましい。
前記給気工程では、排気工程により真空引きされたチャンバー1の負圧によって、乾燥した新たな混合気体が吸引される。
前記循環工程では、プラズマ発生器2のマイクロ波発生装置2aと、加圧装置6とを始動する。これにより、混合気体が循環経路4内を循環するとともに、叙上のごとくプラズマ発生器2のプラズマ生成部2cで、混合気体の窒素と酸素とが低温プラズマ状態に変位することにより、一酸化窒素、二酸化窒素などの窒素酸化物、およびオゾンを発生させ、NOx混合ガスが生成される。該NOx混合ガスをさらに循環することにより、叙上のごとくNO2濃度が漸増し、その結果NO2濃度が5,000〜100,000ppmの高濃度NO2ガスが生成される。
前記循環工程で生成された高濃度NO2ガスは、前記供給工程を再度実施することにより滅菌室10へ供給される。このように本形態では、排気工程、給気工程、循環工程、および供給工程を繰り返すことにより、チャンバー1に比べて大容量の滅菌室10は、真空引き工程で減圧された内圧が上昇し、且つNO2濃度が増加する。5,000〜100,000ppmの高濃度NO2ガスを充填することにより、滅菌室10内のNO2濃度は、9〜100mg/L、より好ましくは20〜80mg/L、本形態では20〜40mg/Lに調整される。9mg/L未満では、あらゆる菌に対して必要充分な滅菌効果を得ることが出来ない。逆に100mg/Lを超えると、これ以上の濃度は、滅菌時間短縮の有意差も僅少となり、むしろ排気ガス処理が煩雑化するという問題を生じる。
前記滅菌工程では、前記セット工程に収容された滅菌対象物を、前記所定のNO2濃度のNO2ガスが充填された滅菌室10内で、一定時間維持する。この滅菌維持時間は、滅菌室10内のNO2濃度、滅菌対象物の種類等によって異なるが、好ましくは10〜480分程度維持するものとする。10分未満では、あらゆる種類の菌に対して確実に滅菌できない可能性がある。逆に480分を超えると、それ以上の維持は滅菌効果に対しては有意差がなく、処理時間を不必要に長引かせるだけの傾向となる。
前記排ガス工程では、前記第2の開閉具23を開くとともに、排気システムの排気装置17を駆動する。これにより使用済み高濃度NO2ガス(排ガス)を滅菌室10から吸引し、前記ガス処理手段15によってNO2を除去、無害化して排出する。本形態では、滅菌室10に残留する排ガスを、ガス処理手段15の処理能力に応じた所定のNO2ガス成分量毎、3〜10回程度に分割して吸引し排出している。これにより高濃度NO2の排ガスであっても、該排ガス処理手段15の規模を過大に構成することなく、確実に無害化できる点で好ましい。
また、先に前記第1の開閉具を閉、第2の開閉具を開とした状態で排気装置17を駆動し、滅菌室内の高濃度NO2ガスを一定量、排ガス処理手段15に向け排出し、これにより滅菌室10を負圧とする。次いで第1の開閉具を開、第2の開閉具を閉とすることにより、チャンバー1内に残留する高濃度NO2ガスを前記負圧により滅菌室10に吸引する。この手順を複数回繰り返すことにより滅菌室10とチャンバー1に残る排ガスを無害化して排出できる。これにより、チャンバー1と滅菌室10を繋ぐ(第1の開閉具10bを含む)経路内に残存するNO2ガスも排出されるとともに、排気装置17の吸引エネルギーを効果的に使って滅菌装置全体に亘っての排気を行うことができる点で好ましい。
以下、実施例により本発明の排気システムにおける、適切なNO2とオゾンとの混合比率を求めた。
実施例1
(高濃度NO2ガスの調製について)
高濃度NO2ガスは、NO2ガス供給系により調製した。原料として、空気(露点:−60℃)を用い、プラズマ発生器におけるプラズマ点灯時間は25分とした。生成された高濃度NO2ガスの濃度は、47kppmであり、チャンバー内に蓄積した。その際の圧力は大気圧(101kPa(絶対圧))からの差圧で−5kPa(相対圧)であった。
(オゾンの調製について)
オゾナイザー(SGA−01−PSA2、株式会社住友精密工業製)を使用し、空気を原料として40kppmのオゾンを調製した。調製されたオゾンを、オゾンチャンバーに導入し、オゾン濃度が40kppmに達するまで置換を行った。
(排気工程について)
第3の開閉具を開放して排気を開始した。高濃度NO2ガスは、パーティクルフィルター(SFB200、SMC株式会社)およびシリカゲル層(シリカゲルA型5UP、東海化学工業所製)を通過した後に、排ガス流量計(8550、コフロック株式会社製)によりオゾンとの配合割合が2:1となるよう調整した。
オゾンは、オゾン流量制御部(8500、コフロック株式会社製)により、前述の流量が調整された高濃度NO2ガスと、オゾンとの配合割合が2:1となるよう混合した。高濃度NO2ガスとオゾンとの混合は、バッファ部(バッファータンク)で行なった。該無水硝酸を含む混合気体を、直列に2個配置された硝酸吸着触媒(ADS55、吸着技術工業株式会社製)に通過させた後、前述の高濃度NO2を蓄積したチャンバー内の圧力が特定の値(−50、−65、−75、−85、−90kPa(相対圧))を示す各タイミングにてサンプリングし、硝酸吸着触媒通過後の排ガス中に残存するNOxの濃度を測定した。結果を表1に示す。
実施例2
NO2ガス供給系において生成する高濃度NO2ガスの濃度を44kppmとし、排気工程における高濃度NO2ガスとオゾンとの配合割合を5:2としたほかは、実施例1と同様に高濃度NO2ガスを処理し、残存するNOxの濃度を測定した。結果を表1に示す。
実施例3
NO2ガス供給系において生成する高濃度NO2ガスの濃度を50kppmとし、排気工程における高濃度NO2ガスとオゾンとの配合割合を3:1としたほかは、実施例1と同様に高濃度NO2ガスを処理し、残存するNOxの濃度を測定した。結果を表1に示す。
Figure 2012519576
表1に示されるように、高濃度NO2ガスとオゾンとの配合割合が2:1である実施例1では、チャンバー内圧力が−50〜−90kPaのすべてにおいて、完全にNOxが分解された。また、高濃度NO2ガスとオゾンとの配合割合が5:2である実施例2においても、チャンバー内圧力が−50〜−90kPaのすべてにおいて、完全にNOxが分解された。
一方、高濃度NO2ガスとオゾンとの配合割合を3:1とした実施例3の場合には、チャンバー内圧力が−50〜−85kPaのときに完全にNOxは分解されたが、チャンバー内圧力が−90kPaのときにはNOxの一部が分解されずに残存した。
なお、表1中における「NO2の割合%(換算前)」とは、高濃度NO2ガスとオゾンとの混合気体中の高濃度NO2ガスの割合(理論値)をいう。この実施例では、高濃度NO2ガスは、オゾンとの混合前においてシリカゲル層を通過することにより、高濃度NO2ガスの一部(25%)が消費されることとなるため、「NO2の割合%(換算後)」では、高濃度NO2ガスとオゾンとの混合気体中の高濃度NO2ガスの割合(理論値)を計算している。実施例1について具体的には、
NO2の割合%(換算前):2/(2+1)×100=67であり、
NO2の割合%(換算後):2×0.75/(2×0.75+1)×100=60である。以上より、NO2の割合%(換算後)が66%未満の場合(実施例1〜2)では、完全にNOxを分解できることが判り、NO2の割合%(換算後)が69%を超える場合(比較例1)では、NOxの一部が分解されずに残存することが判った。
本発明の排気システムおよび該排気システムを用いた滅菌装置ならびに該滅菌装置を用いた滅菌方法によれば、滅菌プロセスで使用された高濃度NO2ガス中のNO2およびオゾンを吸着し、且つ吸着したNO2とオゾンとの化学反応の促進によって硝酸または無水硝酸を生成してこれを保持する結果、高濃度であっても、確実かつ効率的に排ガスを無害化できるという優れた効果を奏し得る。
本発明の滅菌装置によれば、滅菌装置で排気される排ガス中のNO2を除去することができる。また、本発明の滅菌方法によれば、高濃度NO2ガスを完全に分解し、無毒化したうえで排気することができる。
1 チャンバー
2 プラズマ発生器
2a マイクロ波発生装置
2b 導波管
2c プラズマ生成部
2d 導電軸
2e 導電管
2f アンテナ部
2g 中心電極
2h シールド膜
2i 環状空間
3 循環手段
4 循環経路
5 流動抵抗部
5a オリフィス
6 加圧装置
7 吸気部
8 NO2濃度測定センサ
9 ガス乾燥手段
10 滅菌室
10a 供給管
10b 第1の開閉具
11、11a、11b NO2センサ
12 第1の開閉具
13 オゾン発生装置
14 バッファ部
15 ガス処理手段
16 オゾン処理手段
17 排気装置
18 オゾナイザー
19 オゾンチャンバー
20 オゾン排気装置
21 オゾン流量制御部
22 排気管
23 第2の開閉具
24 第3の開閉具
25 バイパス管
26 加湿装置
D1 除湿部
F1 排ガス流量計

Claims (13)

  1. 高濃度NO2ガスを用いて滅菌対象物を滅菌した使用済みの排ガスを排出する排気システムであって、
    オゾン発生装置と、該オゾン発生装置で生成したオゾンおよび排ガス中のNO2を吸着するとともに双方の化学反応による無水硝酸の生成、或いは硝酸の生成を促進してこれらを保持するガス処理手段と、排ガスを排出する排気装置とを備えたことを特徴とする排気システム。
  2. 前記オゾン発生装置は、オゾナイザーと、該オゾナイザーが生成するオゾンを蓄えるオゾンチャンバーとを備えることを特徴とする請求項1記載の排気システム。
  3. 前記ガス処理手段の上流側に、排ガス中のNO2とオゾンとの混合比率を調整するバッファ部をさらに設けたことを特徴とする請求項1または2記載の排気システム。
  4. 前記ガス処理手段は、吸着触媒を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の排気システム。
  5. 前記排気装置は、滅菌に使用した排ガスを、複数回に分割して排出することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の排気システム。
  6. (a)高濃度NO2ガスを蓄えるチャンバーと、プラズマ発生器と、循環手段とを接続して循環経路を構成したNO2ガス供給系と、
    (b)前記チャンバーに第1の開閉具を介して接続した滅菌室と、
    (c)前記滅菌室に第2の開閉具を介して接続した請求項1記載の排気システムと
    を含んでなる滅菌装置。
  7. 前記チャンバーは、第3の開閉具を介して排気システムに接続されることを特徴とする請求項6記載の滅菌装置。
  8. 前記滅菌室は、滅菌室内の高濃度NO2ガスを、NO2センサを経由して滅菌室に戻す計測経路を付設していることを特徴とする請求項6または7記載の滅菌装置。
  9. 複数の滅菌室を単一の排気システムに接続していることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の滅菌装置。
  10. 請求項6〜9のいずれかに記載の滅菌装置を用いる滅菌方法であって、滅菌対象物を滅菌した使用済みの高濃度NO2ガスを排出する排ガス工程において、高濃度NO2ガスを所定のガス成分量毎、排気システムに向け分割排気することを特徴とする滅菌方法。
  11. 請求項6〜9のいずれかに記載の滅菌装置を用いる滅菌方法であって、滅菌対象物を滅菌する滅菌工程の後に使用済みの高濃度NO2ガスを排出する排ガス工程において、
    先に前記第1の開閉具を閉、第2の開閉具を開とした状態で、排気システムの排気装置で滅菌室内の高濃度NO2ガスを排ガス処理手段に向け排出することにより滅菌室を負圧とし、次いで第1の開閉具を開、第2の開閉具を閉とすることにより、チャンバー内に残留する高濃度NO2ガスを前記負圧により滅菌室に吸引する手順を繰り返すことを特徴とする滅菌方法。
  12. 請求項6〜9のいずれかに記載の滅菌装置を用いる滅菌方法であって、以下の工程:
    (d)滅菌室に滅菌対象物をセットする工程(セット工程)
    (e)滅菌室内を真空引きする工程(真空引き工程)
    (f)滅菌室内を加湿する工程(加湿工程)
    (g)第1の開閉具を開き、NO2ガス供給系で生成されてチャンバーに貯まったNO2ガスを滅菌室に供給する工程(供給工程)
    (h)チャンバーに乾燥した混合気体を充填する工程(給気工程)
    (i)NO2ガス供給系を駆動してNO2ガスを生成する工程(循環工程)を含み、
    (g)〜(i)を複数回繰り返すことを特徴とする滅菌方法。
  13. (h)の給気工程の前に、第1の開閉具を閉めるとともに第3の開閉具を開いてチャンバーと排気システムとを直結し、排気システムによりチャンバー内に残存するNO2ガスを排気するとともに真空引きする工程(排気工程)を行うことを特徴とする請求項12記載の滅菌方法。
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