KR100784675B1 - 증발기용 가열장치 - Google Patents
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Abstract
증발기 가열 장치는 전자기 반응성 물질 및 전기 비-전도성 물질로 이루어진다. 물 또는 과산화수소 용액과 같은 증발될 항균 유체는 그가 증기로 변환될 상기 가열 장치로 공급된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전자기 반응성 물질 미립자는 상기 전기 비-전도성 물질 안으로 끼워 넣어진다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 마이크로웨이브 발생기는 열을 생성하도록 사용된다.
증발기, 전자기 반응성 물질, 전기 비-전도성 물질, 항균 유체
Description
본 발명은 증기 발생기에 관한 것이다. 특히, 의료 장비 소독 및 살균과 관련된 증기 및 과산화수소 증발 시스템에 관한 것으로서, 이들은 방, 건물, 대형 봉입물, 및 보틀링(bottling), 포장 및 기타 제조 라인의 위생, 소독 및 살균에 사용되지만, 이하에서는 특정 적용예에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 기타 과산화물, 과산 등과 같은 물질을 사용하는 다른 화학적 증발 시스템에도 적용 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
다양한 미생물 오염 제거 공정에서는 증기 또는 수증기와 다른 항균제(예를 들면, 과산화수소 증기)의 혼합물과 같은 소독용 증기를 상대적으로 많은 양을 사용한다. 예를 들면, 증기 소독기는 소독용 증기로서 압축된 고온 건조 수증기를 사용한다. 건조 수증기는 증발하지 않은 물방울로서 상기 수증기로부터 미생물 및 프라이온(prion:감염성 단백질 입자)을 보호할 수 있다. 과산화수소 증기 시스템은 통상 대기압 또는 그 이하의 과산화수소 증기 흐름을 사용한다. 또한, 물방울이 존재하는 경우, 이들이 미생물 및 프라이온을 상기 과산화물 증기로부터 보호할 수 있기 때문에 불리하게 된다.
의학, 약학, 치의학, 및 음식 포장 제품들은 사용 재사용 전에 이러한 시스 템 내에서 종종 소독된다. 증기는 또한 병원 및 연구소에서 사용되는 소독 밀봉체 및 기타 청정실에서 사용된다. 약물 및 음식, 냉동 건조, 및 육류 가공 설비용 처리 장치 또한 증기로 살균 소독되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 수증기의 경우, 미생물 오염제거 시스템은 보일러와 같은 수증기 발생기의 수조 안의 물을 끓임으로써 수증기를 종종 생성한다. 대형 가열 요소는 통상 상기 수조의 바닥면 위에 위치하여 끓는 물의 공급을 유지한다.
과산화수소 증기와 같은 기타 물-기반 항균 수증기의 경우, 챔버 밖의 증발기는 수증기 흐름을 생성한다. 통상, 35% 정도의 과산화수소 수용액이 미세한 방울 또는 분무 형태로 분사 노즐을 통해 증발기 내로 주입된다. 상기 방울들은 그들을 가열하는 가열 표면과 접촉하여, 과산화수소를 물과 산소로 분해하지 않고, 수증기를 형성한다. 캐리어 가스는 열전달 표면 위를 순환하여 과산화 수증기를 흡수한다.
이러한 증기 생성 방법들은 많은 양의 증기가 요구되거나 증기가 짧은 순간 필요한 경우 여러 가지 단점이 있다. 보일러는 상대적으로 많은 부품으로 이루어진 장치로서, 와트량이 대형 가열 표면적 전체에 걸쳐 분포되는 경우에 가장 잘 작동한다. 이는 와트 밀도를 낮게 유지하고, 가열 요소의 수명을 연장한다. 그러나, 대향 가열 요소 표면적은 상당한 공간을 차지한다. 또한, 상기 가열 요소에 대한 손상을 방지하기 위해, 이는 물속에 완전히 잠겨진다. 따라서, 큰 부피의 물을 수증기 온도까지 가열하여 수증기를 생성하기 시작하는데에는 상당한 시간이 소요된다. 수요에 대비하여 100℃이상의 물공급을 유지하는 비용 또한 상당하다. 사용되지 않는 가열된 물은 통상 지자체 폐수 처리 시스템에서 방류하기 전에 열 교환기를 통해 냉각되어야 한다.
증발된 과산화수소는 진공 소독 시스템 및 방 및 기타 대형 밀봉체에 대한 증기 소독에 특히 유용하다. 이는 실온 또는 그에 가까운 온도에서 효과적이며, 관련 장비 열화 가능성을 감소시키며, 품목들이 소독기 밀봉체 내에서 살균 및 소독될 수 있도록 한다. 또한, 과산화수소는 물과 산소를 용이하게 분해하여 간단하게 처리할 수 있다.
소독기 또는 밀봉체의 크기가 커짐에 따라, 또는 과산화수소의 수요가 증가함에 따라, 증발 시스템의 효율은 보다 중요해진다. 증발기의 용량은 여러 가지 방식으로 제한된다. 첫째, 증발 과정은 압력 증가를 유발하며, 캐리어 가스의 흐름은 증발기를 통해 감소한다. 둘째, 소독 효율을 유지하기 위해, 증기가 발생하는 압력은 과산화수소가 증기 상태에서 안정한 압력까지 제한된다. 셋째, 과산화수소를 생성하는데 소요되는 시간은 과산화수소의 증발 온도까지 표면을 가열하는데 소요되는 시간이다.
증발기의 크기, 과산화 수소의 증발기 내 주입률, 및 캐리어 가스의 유량을 증기시키기 위한 하나의 해결 방안이 제시되었다. 그러나, 캐리어 가스는 가열 요소를 냉각시키게 되고, 증발 과정을 중단시킬 수 있다. 표면을 더 높은 온도까지 가열하면, 과산화수소가 분해된다.
또 다른 해결 방안은 단일 밀폐체 공급용 다중 증발기를 사용하는 것이다. 다중 증발기는 각각 독립적으로 제어되어 챔버 특성에 따라 가변 작동 가능하다. 그러나, 다중 증발기는 시스템의 비용을 증가시키며, 각각의 증발기가 균형잡힌 성능을 발휘하도록 잘 모니터링 해야 한다. 이러한 해결 방안 중 어느 것도 증발기의 온도를 증발 온도까지 높이는데 소요되는 초기 웜업 시간 문제를 해결하지 못한다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 새롭고 향상된 증발 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따라, 항균 증기를 형성하기 위해 유체를 증발시키는 증발기는: (1) 전자기 복사열 공급원; 및 (2) 그를 통과하는 항균 유체를 증발시키도록 열을 생성하는 가열 요소를 포함하되, 상기 가열 요소는 (a) 비-전도성 물질, 및 (b) 전자기 반응성 물질을 포함한다.
본 발명의 하나의 장점은 소독 증기의 고 출력을 달성할 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 소독 증기가 "요구에 따라" 즉시 생성될 수 있다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 저항성 전기 동력 부하를 감소시킨다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 증기 집중도가, 특히 작은 밀폐체에 사용되는 경우, 급격하게 증가하여, 조절 시간을 감소시킨다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 항균 유체의 질을 떨어뜨리지 않는 물질로 만들어진 증발기를 제공한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 감소한 중량의 증발기를 제공한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은 제조 비용이 감소한 증발기를 제공한다는 것이다.
이러한 장점 및 기타 장점들은 첨부 도면 및 이하의 청구범위와 함께 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 보다 명료해 질 것이다.
본 발명은 특정 부품 및 부품의 배열에 있어 물리적인 형태를 취하지만, 상세한 설명 및 그의 일부를 구성하는 첨부 도면에 상세히 설명되는 내용은 바람직한 실시예일 뿐이다.
본 발명은 다양한 구성 요소 및 그들의 배열, 다양한 단계 및 그들의 배열에 있어 특정 형태를 취할 것이다. 도면은 바람직한 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 증발 시스템의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 증발 시스템의 제 2 실시예의 개략도이다.
도 3은 증발기의 제 2 실시예의 측면 단면도이다.
도 4는 증발기의 제 3 실시예의 측면 단면도이다.
도 5는 증발기의 제 4 실시예의 측면 단면도이다.
도 6은 증발기의 제 5 실시예의 측면 단면도이다.
도 7은 증발기의 제 6 실시예의 측면 단면도이다.
도 8은 증발기의 제 7 실시예의 측면 단면도이다.
도 9는 증발기의 제 8 실시예의 측면 단면도이다.
도 10은 미생물 오염제거 공정에 사용되는 증발기의 단면도로서, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
도 11은 비-전도성 물질 내에 끼워지는 과립 금속 입자들로 이루어지는 증발기 가열 튜브의 일부 확대 단면도이다.
도 12는 비-전도성 물질 내에 끼워지는 금속 조각들로 이루어지는 증발기 가열 튜브의 일부 확대 단면도이다.
도 13은 비-전도성 물질 내에 끼워지는 금속 피복 유리 구체들로 이루어지는 증발기 가열 튜브의 일부 확대 단면도이다.
도 14는 도 13의 일부 확대도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 오염제거 공정에 사용되는 증발기의 확대 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 오염제거 공정에 사용되는 증발기의 확대 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 오염제거 공정에 사용되는 증발기의 확대 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 발생기를 포함하는 증발기의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 오염제거 공정에 사용되는 증발기의 단면도이다.
도 20은 도 19의 20-20선 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비-전도성 물질에 끼워지는 전자 기 반응성 물질로 이루어지는 증발기 가열 튜브의 사시도이다.
도 22는 도 21에 도시된 형태의 두 개의 가열 튜브 섹션으로 이루어진 증발기 가열 장치의 사시도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발기 가열 장치 조립체의 일부 단면도이다.
도 24는 도 23에 도시된 증발기 가열 장치 조립체의 분해 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 목적으로 도시될 뿐, 본 발명을 제한하지 않는 도면들을 참조하면, 도 1은 항균 증기를 소독실에 공급하거나, 방 또는 기타 규정된 영역을 항균 증기로 오염 제거를 수행하는 시스템을 도시한다. 상기 시스템이 수증기 또는 증기 형태의 과산화수소를 기준으로 설명되지만, 과산화 아세트산 및 기타 페록시 혼합물, 포름알데히드 증기와 같은 알데히드, 및 과산화질소와 과산화 아세트산과 같은 증기의 조합, 등과 같은 항균 유체들 또한 사용가능하다.
특정 참조예가 소독에 사용되고, 이것이 모든 미생물들의 파괴에 관련되지만, 그것이 유해하든 아니든, 항균 증기는 소독이나 위생과 같은 미생물 오염제거의 수준을 낮추도록 선택적으로 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 "미생물 오염제거" 및 유사 용어들은 박테리아 및 균류와 같은 미생물의 파괴를 포함한다. 상기 용어는 또한 기타 유해 미생물 크기의 생물학적 종 및 그보다 작은 복제 종, 특히, 프라이온과 같은 형질전환 가능한 종의 감손 및 불활성화를 포함한다.
도 1은 수증기 소독기(10)용 압력 아래의 수증기 생성에 적합한 시스템을 도시한다. 상기 시스템은 상기 소독기(10)의 챔버(14)에 인접한 플래시 증발기(12)와 같은 증기 발생기를 포함한다. 미생물-오염제거될 품목들은 도어(18)에 의해 개폐되는 개방공(16)을 통해 챔버(14) 안으로 로딩된다. 상기 발생기(12)로부터의 수증기는 내부 챔버(14) 및 그를 둘러싸는 가열 재킷(20) 모두에 공급된다. 상기 시스템은 단열 튜브 또는 통로(22,24)와 같은 배관을 통해 각각 공급된다.
상기 발생기(12)는 유도 용기(28)를 포함하며, 이는 자기장 내에 위치하며, 자기장에 의해 유도 용기 내에 유도 생성된 전류에 의해 가열된다. 상기 유도 용기(28)는 생성된 열을, 전도, 복사 또는 대류를 통해, 증발될 액체로 전달하여 상기 액체를 증기로 전환한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에 있어서, 상기 유도 용기(28)는 가열 튜브(30)를 포함한다. 상기 가열 튜브(30)는 내부 통로 또는 구멍(34)을 규정하는 중공형 튜브 벽(32)을 규정하는바, 이는 원통형인 것이 바람직하다. 상기 튜브(30)는 철, 탄소, 강, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 동, 황동, 청동, 전도성 세라믹, 중합체 조성물, 또는 기타 유도 가열 가능한 물질과 같은 전기 및 열 전도성 물질로 이루어진다. 이하에 설명되는 바와 같이, 상기 구멍(34)은 수증기와 같은 증기로 변환될 물과 같은 액체를 수용하는 챔버를 제공한다. 상기 구멍(34)은 물이 플래시 증발 공정에서 상기 구멍에 들어가서 그 벽에 접촉함에 따라 신속하게 증발될 정도의 충분히 작은 부피의 물을 수용할 수 있는 크기를 갖는다. 상기 구멍(34)은 도 1에 도시된 바와 같이 그의 축선을 따라 수직으로 정렬되어 있지만, 상기 구멍은 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 선택적으로 수평 정렬될 수도 있고, 그의 일부가 다른 배향으로 정렬될 수도 있다. 유도 코일(36)은 상기 튜브(30)의 외면 둘레에서 그의 길이 전체 또는 일부를 따라 나선형으로 감긴다. 상기 코일(36)은 단열 물질층(40)에 의해 상기 튜브로부터 이격되는 것이 바람직하다. 전기 절연 하우징(42)은 상기 코일 및 단열 물질을 둘러싼다.
가열 튜브(30)의 상단부 또는 출구(44)는 상기 튜브(22,24)와 유체 연통한다. 상기 튜브(22,24) 내의 밸브(46,48)는 각각 상기 챔버(14)와 가열 요소(20)로 진행하는 증기 양을 가변 조절한다. 상기 튜브(22,24), 및 상기 배관을 상기 가열 요소(30)에 연결하는 접합부(도시하지 않음)는 동, 황동, 또는 중합체 파이프와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
교류 공급원(50)은 교류 전류를 코일(36)로 공급한다. 인가된 전류에 응답하여, 코일(36)은 교류 자기장을 생성하여 가열 튜브(30)를 통과함으로써, 상기 튜브를 가열하는 와류를 유발한다. 열은 상기 구멍(34)을 통해 이동하는 물방울과 접촉하는 튜브(30)의 내면을 통과한다. 전류 및 상기 가열 요소의 가열 비율은 예를 들면 펄스 폭 변조기, 가변 저항기 등과 같은 조절 요소를 상기 교류 공급원(50) 및 유도 코일(36)을 연결하는 전기 회로(56) 내에 제공함으로써 조절 가능하다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 조절 수단은 상기 회로(56) 내의 단순 ON/OFF 스위치(58)를 포함한다.
전류 조절 수단(54,58)은 제어 시스템(60)의 제어에 따라 조절되는 것이 바람직하며, 상기 시스템은 또한 소독 시스템의 다른 실시예를 제어한다. 예를 들 면, 상기 제어 시스템(60)은 가열 튜브의 출구 단부에 인접하거나 통로(22,24)와 같은 시스템의 다른 부분에 위치하는 열전쌍과 같은 온도 모니터(62)로부터 수증기 온도 측정 결과를 수신한다. 상기 제어기(60)는 측정된 온도에 응답하여 전류 조절 수단(54,58)을 제어하여 사전 선정된 수증기 온도를 유지한다. 상기 제어기(60)는 상기 챔버(14) 내에 위치하는 하나 또는 그 이상의 온도 모니터(64) 및 압력 모니터(66,68), 가열 재킷(20), 또는 상기 시스템의 다른 부분에도 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제어기는 발생기(12)를 조작하여 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 원하는 소독 온도를 유지한다.
탱크와 같은 수돗물 또는 정제된 물 공급원으로부터 증발될 신선한 물 또는 기타 액체는 제어기(60)에 의해 제어되는 것이 바람직한 솔레노이드 밸브와 같은 조절 가능한 입구 밸브(74)에 의해 조절되는 액체 입구 튜브 또는 라인(72)을 통해 상기 발생기로 공급된다. 상기 입구 튜브(72)는 상기 가열 튜브(30)의 제 2 단부 또는 입구 단부(76)에 연결된다. 상기 입구 튜브(72)를 상기 가열 튜브(30)에 연결하는 상기 출구 튜브(22,24), 상기 입구 튜브(72) 또는 접합부(도시하지 않음)는 동, 황동, 또는 중합체 파이프로 형성되는 것이 바람직하다. 입구 라인(72) 내의 체크 밸브(78)는 물이 수증기 발생기(12)로부터 역류하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
유도 발생 열 플래시는 상기 구멍(34) 안에 위치한 물을 증발시켜 수증기를 생성한다. 상기 물은 압축된 액체 상태의 연속 수증기 형태로 상기 구멍으로 유입되는 것이 바람직하다. 상기 물은 포화 액체에서 포화 가스로의 두 가지 상태 변 화를 거쳐 수증기로 변화한다. 수증기가 생성됨에 따라, 상기 구멍(34) 안의 압력은 증가한다. 상기 수증기는 상기 구멍으로부터의 압력에 가압되며, 유체 통로(24)는 그를 통해 상기 발생기(12)를 상기 챔버(14)에 연결한다. 상기 공정은 이러한 방식으로 연속되어 일련의 물 주입으로부터 수증기를 더 생성한다.
선택적 실시예에 있어서, 증발될 물 또는 기타 액체는 연속 수증기로서 유입된다.
수돗물이 사용되는 경우, 상기 물은 여과 시스템을 통과하여 입자 물질, 용해 물질, 및/또는 유기 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 순도는 테스트될 물 샘플에서 일 센티미터 이격된 두 개의 전극 사이의 저항으로서 표현될 수 있는바, 1 메가 옴은 1 x 106 ohm의 저항이다. 바람직하게는, 여과된 또는 기타 정제된 물은 1 메가옴의 순도를 가지며, 이는 이온 교환 베드에 의한 역삼투압(RO) 필터에 의해 달성된다. 선택적으로, 펌프(80)는 입구 라인(72) 내의 물을 가압한다.
사용된 수증기 및 액체 상태의 물은 라인(90)을 통해 소독기 챔버(14)를 빠져나간다. 라인(90) 내의 수증기 트랩(92)은 응축물이 존재하는 경우 개방되어 응축물을 방출한다. 사용된 수증기 및 액체상태의 물은 상호 연결된 드레인 라인 또는 별도의 제 2 드레인 라인(94) 및 트랩(96)에 의해 재킷(20)을 떠나게 된다. 단열재(98)는 적절한 가열 테이프 또는 기타 가열 수단 (도시하지 않음)에 의해 선택적으로 보충되어 통로(22,24), 상기 가열 재킷(20)을 둘러싸는 것이 바람직하며, 도어(18) 또한 덮을 수 있다.
선택적으로, 진공 펌프 또는 물 분사기와 같은 흡입 수단(100)이 사용되어 공기 또는 수증기를 소독 사이클 전 또는 중간에 상기 챔버(14)로부터 진공 라인(102)을 통해 추출하여, 사용된 수증기를 소독 사이클 후에 제거한다.
통상의 소독 공정은 다음과 같이 진행된다. 의료, 치과, 약학 장비와 같은 미생물 오염제거될 품목들은 챔버(14) 안으로 로딩되고 도어(18)는 폐쇄된다. 수증기는 챔버(14) 내로 유입되어 공기를 밀어내는바, 공기는 아래로 내려가서 드레인 라인(90)을 통해 챔버로부터 방출된다. 상기 제어기(60)는 진공 펌프 또는 물 분사기(100)를 선택적으로 제어하여 공기를 상기 챔버(14)로부터 추출한다. 상기 제어기(60)는 진공 라인(102) 내의 밸브(104)를 폐쇄한다. 선택적으로, 증기의 몇 개의 펄스가 챔버(14)에 가해지는바, 각각은 진공 펄스에 의해 추종 되거나 진행된다. 예를 들면, 수증기는 사전 선택된 압력이 달성될 때까지 유입된다. 상기 펌프 또는 물 분사기(100)는 사전 선택된 진공이 달성될 때까지 작동된다. 상기 가압 및 배출 단계는 몇 차례 (통상 네 차례) 반복되는 것이 바람직하며, 수증기 압축 단계에서 종료된다.
상기 제어기는 또한 상기 발생기 및 밸브(48)의 동작을 제어함으로써 상기 챔버의 내부 가열을 제어한다. 특히, 상기 제어기는 온도 모니터(64,68)로부터 온도 측정치를 수신하여 물 입구 밸브(74) 및/또는 가변 저항기(54)를 제어하여 수증기를 생성하는바, 상기 수증기는 라인(24)을 따라 재킷까지 이동한다. 상기 챔버(14)가 적절한 온도, 바람직하게는 수증기의 응축 온도 이상, 에 도달하고 나면, 상기 제어기(60)는 밸브(46)를 개방하여 수증기가 상기 챔버 안으로 들어가도록 한 다. 상기 제어기(60)는 상기 모니터(62,64,66,68)로부터 수신된 온도 및 압력 측정치에 응답하여 저항기(54) 및 다양한 밸브(46,48,74,96,104)의 동작을 제어하여 원하는 수준의 항균 오염제거 수준을 달성하기에 충분한 시간 동안 사전 선택된 소독 조건(예를 들면, 온도 및 압력)을 유지한다. 상기 시간이 지나고 나면, 밸브(46)는 폐쇄되고 수증기는 진공 펌프(100)에 의해 상기 챔버(14)로부터 추출된다. 신선한 또는 여과된 공기는 상기 챔버(14) 내로 들어가게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선택적 실시예에 있어서, 소독 시스템(10)은 과산화수소 또는 기타 다중-요소 증기로 미생물 오염제거를 수행하기 위해 적용된다. 본 실시예에 있어서, 발생기(12)는 도 1과 유사한 것으로서 과산화수소 및 물 증기 혼합물과 같은 다중 요소 증기의 제조를 위해 사용된다. 물에 수용된 과산화수소의 수용성 혼합물과 같은 증발될 액체는 저장소 또는 탱크(70)로부터 펌핑되어 입구 라인(72)을 통해 발생기로 유입된다. 더욱 상세하게는, 분사 펌프(80), 가압 컨테이너, 중력 공급 시스템 등과 같은 액체 과산화수소 도입 수단은 분사 노즐(108)을 통해 상기 저장소(70)로부터 상기 발생기(12)로 과산화수소를 저장하는바, 바람직하게는 액체 흐름 또는 분무의 형태로 저장하는 것이 바람직하다.
액체 과산화수소는 물과 같은 희석제, 바람직하게는 물에 수용된 과산화수소의 중량비가 30-40% 정도인 수용성 혼합물인 과산화수소 혼합물을 포함한다.
상기 액체가 상기 가열 튜브(30)의 가열된 벽과 접촉할 때 생성되는 과산화수소 증기는 캐리어 가스와 혼합되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨, 아르곤 또는 이들의 조합과 같은 캐리어 가스는 플래 시 발생기(12)로 공급되고, 과산화수소 액체는 상기 증발기를 통해 상기 과산화 증기를 추출하는데 도움을 준다. 상기 공기는 캐리어 가스 라인(110)을 통해 가열 튜브(30)로 들어가는바, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 라인(110)은 액체 유입 라인(72)에 연결되거나, 상기 구멍(34)으로 직접 연결된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 캐리어 가스 라인(112)은 출구 라인(22)과 연결되어 상기 캐리어 가스는 이미 형성된 증기와 혼합된다. 전체 또는 대부분의 캐리어 가스를 증기 형성 후의 증기와 혼합함으로써 증발기의 출력을 증가시킨다. 캐리어 가스 라인(110,112) 내의 밸브(114,116)는 각각 라인(110,112)을 통한 캐리어 가스 유량을 조절하도록 사용된다.
상기 캐리어 가스는 대기압 상태의 공기이거나, 탱크 또는 기타 저장소(도시하지 않음)로부터 공급된다. 바람직하게는, 상기 유입되는 캐리어 가스는 HEPA 필터와 같은 필터를 통과하여 공중 입자를 제거하며, 건조기(122)를 통해 과도한 습기를 제거하며, 히터(124)에 의해 가열되어 상기 캐리어 가스의 온도를 상승시킨다.
라인(110,112)에 공급되는 캐리어 가스의 바람직한 압력은 과산화수소의 제조율, 플래시 증발기(12)의 통로의 길이 및 제한성에 따라 변화하며, 통상 1.0-2.0 절대기압(1.013 x 105 - 2.026 x 105 절대 파스칼), 즉, 대략 0 - 1 기압 게이지(0 - 1.013 x 105 파스칼 게이지), 더욱 바람직하게는, 대략 6 - 14 x 103 Pa에서 변화한다.
상기 플래시 증발 및 청소 캐리어 가스는 과산화수소/물 혼합물은 응축되지 않아서 증발기 내에 웅덩이를 형성하지 않는다. 상기 액체 및 증기를 상기 발생기(12)를 통과시키도록 이러한 캐리어 가스를 사용하는 다른 이점은 상기 액체 과산화수소가 상기 증발기(12) 내의 동일 포인트에서 연속 충돌하기 때문에 나타나는 것이다. 상기 액체 과산화수소가 증발기 내에 더 분산될수록, 상기 과산화물은 더 쉽게 증발된다. 또한, 잘 분산된 과산화수소가 분사되는 경우, 증발기의 특정 영역은 지나치게 냉각되어 증발 과정을 방해할 수도 있다.
상기 캐리어 가스는 증발기를 냉각시킬 수 있으며, 상기 수용성 과산화수소 용액이 증발되는 비율을 감소시킨다. 결국, 캐리어 가스를 과산화물 증기의 현저한 열화 없이 상기 증기 발생기(12)를 통해 상기 증발된 과산화수소를 운반하는데 필요한 최소 유량 또는 그보다 약간 위에 유지하는 것이 바람직하지만, 그 유량은 상기 캐리어 가스에 의한 상기 증발기의 적절한 냉각이 발생하지 않는 범위 내에서 충분히 낮을 수도 있다. 따라서, 상기 증기 발생기(12)를 통한 상기 캐리어 가스의 유량은 상기 증기 발생기(12)를 통과하지 않는 캐리어 가스의 유량보다 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 캐리어 가스의 대부분은 상기 통로(112)를 통해 이동하며, 상기 증발기(12) 아래의 혼합 영역(126)에서 제 2 캐리어 가스 유동에 주입되는바, 상기 캐리어 가스 유동 및 증기는 상기 챔버(14)로 유입되기 전에 결합한다.
캐리어 가스 및 증기 과산화수소의 혼합물은 라인(22)을 통과하여 챔버(14) 안으로 들어간다. 과산화수소 센서와 같은 센서(128)는 챔버(14) 내의 과산화수소 및/또는 수증기의 농도를 선택적으로 검출한다. 제어기는 모니터(64,66)로부터 상기 검출 농도 측정치 또는 그의 신호 표시, 및 온도 및 압력을 수신하며, 신선한 과산화수소 증기의 공급 또는 그에 따른 작동 조건을 조절한다. 선택적으로, 과산화수소 또는 기타 데이터의 예상된 농도로 프로그램되어, 상기 제어기가 과산화수소의 챔버 온도 및 압력 및 압축가스 유량 등과 같은 상기 시스템의 다양한 변수를 제어 및/또는 측정함으로써 선택된 챔버 조건을 유지할 수 있도록 한다.
사용된 증기는 출구 라인(102)을 통해 상기 챔버(14)를 빠져나가며, 촉매 변환기와 같은 분해기(130)를 통과하여, 남아있는 과산화수소를 대기로 방출하기 전에 산소와 물로 분해한다.
선택적으로, 상기 출구 라인(102)은 캐리어 가스 입구 라인(들)(110,112)과 연결되어 상기 시스템을 통해 재순환함으로써, 상기 사용된 증기가, 바람직하게는 상기 촉매 변환기를 통과한 후, 입구 라인(110), 중간 필터(120, 및 건조기(122)를 거쳐, 필터 이전에 복귀되어, 상기 사용된 증기가 상기 과산화수소 액체 또는 증기와 한번 이상 혼합되기 전에 건조 및 가열되도록 한다.
본 실시예에 있어서, 소독 증기, 과산화수소 및 물은 실온 또는 그 이상 및 대기압, 대기압 이하 또는 대기압 이상에서 효과적이다. 증기 가열 재킷(20) 및 라인(24)은 그가 상기 챔버(14)를 가열하는데 필요한 경우 제거되는 것이 바람직하며, 저항 히터와 같은 히터(131)는 상기 챔버 전체 또는 일부를 둘러싼다. 상기 히터(131)는 상기 제어기(60)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
과산화수소를 포화점 이하에 유지하여 상기 소독될 품목에 응축되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제어기(60)는 온도, 압력 증기 도입율 등과 같은 챔버 조건을 제어하여 포화점에 가깝지만 그보다 약간 아래인 농도로 유지 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제어 시스템(60)은 상기 모니터(128,64,66)로부터의 상기 모니터링된 상태 신호를 사전 선택된 이상적인 과산화수소 증기 농도 및 기준 신호로 표시된 기타 상태와 비교하는 비교기(132, 도 2 참조)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 비교기는 상기 대응 기준 신호 또는 기준값으로부터 각각의 모니터링된 조건 신호의 편차를 결정한다. 바람직하게는, 복수의 조건이 감지되고, 다중 비교기가 제공된다. 프로세서(134)는 알고리듬 실행 프로그램 또는 사전-프로그램된 검색 테이블(136)을 각각의 편차 신호(또는 다른 조건의 편차 조합)으로 해결함으로써 상기 플래시 증발기(12)용 대응 조절을 검색한다. 큰 편차를 큰 조절로, 작은 편차를 작은 조절로 변환하는 회로 또한 구현 가능하다. 선택적으로, 에러 계산은 매우 짧은 간격으로 이루어질 수 있으며, 상수의 크기는 상기 모니터링된 조건이 기준 포인트 이하 또는 이상인 경우 증가 또는 감소한다.
조절 값은 상기 제어기(60)에 의해 사용되어 과산화수소 계측 펌프(80) 및 캐리어 가스 조절기(114,116)를 조절함으로써, 모니터링된 조건이 기준값에 가까워지도록 한다. 예를 들면, 증기 분사율은 원하는 증기 농도보다 낮거나, 온도가 높거나, 압력이 높거나, 유사점이 검출되는 경우 증가된다. 증기 제조율은 감지된 증기 농도가 높거나, 감지된 온도가 낮거나, 압력이 낮거나 등의 경우에 감소한다.
증기 과산화수소 시스템은 주변 또는 그 이상 압력 시스템으로서 작동 가능하며, 챔버 내의 캐리어 가스 및 과산화수소 증기는 연속적이거나 단속적으로 공급된다. 그게 아니면, 상기 시스템은 극 진공 시스템으로서 작동될 수 있는바, 상기 챔버(14)는 과산화수소 유입 전에 대략 10 torr 또는 이하의 압력까지 배기된다. 수증기 증발 시스템의 경우, 증기의 하나 또는 그 이상의 펄스는 챔버(14)로 유입될 수 있으며, 그 사이에는 진공 펄스가 위치한다. 다시 말하면, 도 2의 시스템은 도 7의 시스템과 유사하며, 마찬가지 방식으로 작동된다. 방과 같은 더욱 큰 밀폐체(14)를 소독하기 위해, 추가의 증발기(12)가 채용될 수 있으며, 각각은 제어기(60)에 의해 별도로 제어된다.
다중 요소 증기가 과산화수소를 참조로 설명되었지만, 다른 단일 요소 및 다중 요소 증기 또한 사용 가능하다. 다른 적절한 소독 증기는 물에 수용된 과산화 아세트산, 과산화수소와 과산화 아세트산의 혼합물, 등과 같은 과산화물을 포함한다.
도 3을 참조하면, 증기 발생기(12)의 선택적 실시예가 도시되어 있다. 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 부여되며, 새로운 구성요소에는 새로운 참조번호가 부여된다. 본 실시예에 있어서, 가열 요소 대신, 유도 용기(28)는 구멍(34)을 포함하며, 상기 구멍은 드릴 가공 또는 블록(140)에 통로를 형성함으로써 가공되며, 상기 블록은 흑연, 알루미늄, 동, 황동, 청동, 스틸 등과 같은 전기 전도성 물질로 이루어진다. 코일(36)은 교류 전류가 상기 코일을 통과하는 경우 상기 블록(140)을 유도 가열한다. 선택적으로, 상기 구멍(34)은 상기 블록(140) 내에 장착되며 그와 열 접촉하는 튜브(142) 내에 규정된다. 상기 튜브(142)는 동, 황동, 중합체 또는 충전 중합체와 같은 열 전도성 물질로 형성될 수 있다. 선택적으로, 상기 튜브 대신, 상기 블록(140)에 의해 규정되는 상기 구멍(34)의 벽들은 스테인 리스 스틸, TEFLON 유리, 등과 같은 열 전도성 보호 물질 층(도시하지 않음)으로 피복될 수 있으며, 이는 액체에 대해 저항성이 있으며, 증기는 상기 구멍을 통과하되, 상기 코일(36)에 의해 유도 가열될 필요는 없다. 이들 실시예에 있어서, 열은 상기 튜브(142) 또는 열 전도층을 통한 전도를 통해 상기 블록으로부터 상기 액체까지 전달된다.
유도 코일(36)은 블록(140) 또는 그의 일부를 둘러싸며, 상기 블록이 도 1의 가열 튜브(30)와 마찬가지 방식으로 가열되도록 유도한다. 열은 상기 블록(140)으로부터 유동하여 상기 튜브(142)를 통과한다. 도 1 및 도 2의 실시예에 따라, 증발될 액체, 예를 들면, 수용성 과산화수소 또는 물은 혼자 또는 캐리어 가스와 함께 발생기 구멍(34)을 통과하며, 상기 구멍의 가열된 벽(54)과 접촉하는 때에 증발된다. 전술한 실시예에 따라, 단열 물질(40)은 상기 코일(36)과 블록(140) 사이 및 상기 코일과 상기 하우징(42) 사이에 패킹된다. 과산화수소의 경우, 상기 블록(140)은 상기 과산화수소의 분해가 상당량 이루어지는 온도 아래에서의 유도 코일(36) 동작에 의해 유지된다. 선택적으로, 과온 장치(144)가 상기 블록(140) 위 또는 그 안에 장착되어, 상기 코일에 상기 블록(140) 내에서의 충분한 증발 액체 없이 전류가 인가된 결과 상기 코일(36)로의 전원을 정지한다. 또한, 압력 해제 밸브(146)는 상기 블록(140)과 상기 소독실(14) 사이에 제공되며, 과도한 압력을 해제시켜 상기 블록 및 상기 챔버(14)를 과압 상태로부터 보호한다.
도 3의 실시예에 있어서, 상기 구멍(34)은 일련의 긴 구멍 부분(150,152,154,156)(도 3에는 넷으로 도시되었지만, 그 이상이나 그 이하의 구멍 부분이 형성될 수도 있음)을 포함하며, 이들은 상기 블록(140)을 길이방향 전후로 통과할 수 있다. 상기 구멍 부분들은 연결 또는 단부 부분들(160,162,164)에 의해 연결되며, 이들은 제조 편의상 블록(140)의 바깥쪽에 위치한다. 단부들(160,162,164)의 단부 벽들(168)은 일반적으로 상기 구멍 부분들 안의 액체의 흐름 방향에 직각으로 위치된다. 유동 유체 및 방울들의 큰 관성이 단부 벽들(168)에 가해지면, 각각의 턴(turn)에서, 증발율은 감소하고, 증발되지않은 방울들이 상기 증발기로부터 방출될 가능성은 감소한다.
선택적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 구멍(34)의 직경은 길이를 따라 증가하되, 각각의 연속적인 구멍 부분(152,154,156)(도 4)은 계단식으로 증가하고, 그의 길이(도 5)를 따라 점차 증가함으로써, 단위 길이당 접촉 면적 및 내부 체적을 증가시킨다. 액체 과산화수소는 상기 구멍(34)의 벽 표면(52)과 접촉하여 증발된다. 상기 구멍(34)을 통과하는 증기/액체 혼합물의 증가하는 체적은 상기 구멍 부분(150,152,154,156)의 증가하는 직경에 의해 구현된다.
각각의 실시예에 있어서, 상기 구멍(34)은 상기 블록(140) 내에서 몇 번의 턴을 가질 수 있다. 예를 들면, 구멍 입구(76)에서 시작하여, 상기 구멍(34)은 상기 블록의 일단부(170)에 인접한 U-턴을 형성하며, 상기 블록의 입구 단부(172)에서 복귀하며, 상기 출구(44)에 도달하기 전에 하나, 둘, 또는 그 이상의 턴을 선택적으로 형성한다. 일 실시예에 있어서, 상기 턴들은 라운드형 턴보다 날카로운 "L"형으로 형성된다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 턴은 단부 벽에 인접한 두 개의 90도 모서리를 포함하며, 상기 구멍은 거의 180도를 통해 돌아 간다. 일반적으로, 날카로운 모서리가 둥근 모서리보다 액체/증기 혼합물이 벽을 때리도록 함으로써, 증발율을 향상시킨다.
도 6에 도시된 바와 같이, 나선 구멍(34)과 같은 다른 배열이 구현될 수 있다. 각각의 턴에서, 관성은 미세한 떠도는 방울들이 벽으로 향하게 되어 상기 방울들의 증발을 초래한다. 이러한 방식으로, 모든 미세한 연무 또는 안개 방울 형태로 증발된다. 바람직하게는, 적어도 두 개의 거의 180도인 턴이 유로 내에 제공되어 접촉을 증가시킨다.
구멍 직경을 점차 증가시키는 다른 배열 또한 구현 가능하다. 도 7의 실시예에 있어서, 구멍 부분의 수는 상기 블록을 통과하는 각각에 의해 증가한다. 예를 들면, 단일 길이방향 구멍 부분(150)은 제 1 통로를 규정하며, 둘 또는 그 이상의 구멍 부분(152A,152B)은 제 2 통로를 규정한다. 각각의 제 2 구멍 부분(152A,152B)은 둘 또는 그 이상의 구멍 부분(154A,154B, 또는 154C,154D)과 연결되어 제 3 통로를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 이전의 실시예에서와 같이, 구멍 부분들에 의해 생성되는 유로(34)의 단면적은 과산화수소가 입구(75)로부터 출구(44)(이 경우에는, 복수의 출구)까지 이동함에 따라 증가한다.
가열된 표면을 증가 및/또는 액체를 상기 가열 표면과 접촉시키고 캐리어 가스와의 혼합을 촉진하는 난류를 생성시키는 방법들 또한 구현 가능하다. 도 8의 실시예에 있어서, 나선 또는 나사송곳 모양의 편향 부재 또는 삽입물(180)은 상기 구멍(34) 내에 축 방향 장착된다. 상기 삽입물(180)은 유도 가열되는 것이 바람직하며, 상기 튜브(30, 또는 블록(140), 존재하는 경우)와 대체될 수도 있다. 예를 들면, 상기 나선(180)은 스테인리스 스틸 및 기타 전기 전도성 물질로 형성되는바, 이는 상기 구멍을 통과하는 액체 또는 증기에 의한 열화에 민감하지 않다. 도 8의 실시예에 있어서, 나선형의 턴(181)의 직경은 흐름 방향으로 증가한다. 예를 들면, 마지막 턴은 튜브(30)에 인접하거나 그와 접촉한다.
선택적 실시예에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 삽입물(180)은 상기 구멍(34) 내에 축 방향 장착되며, 중앙 축(184)에 장착되는 축방향 이격 디스크들 또는 판들(182)을 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 배플들(baffles) 또는 핀들(fins)은 가열된 표면적을 증가시키는 반면 가용한 흐름 공간을 감소시키도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 배플들(186)은 상기 튜브의 벽들로부터 상기 구멍 안으로 연장한다. 상기 배플들은 전도에 의해 열을 전달 및/또는 튜브(32)와 같은 방식으로 유도 가열될 수 있다.
도 8 및 도 9의 실시예의 삽입물(180)로의 열 흐름을 증가시키기 위해, 상기 삽입물은 금속 나사(도 8)와 같은 열 전도성 부재들(188)에 의해 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 나선들이 상기 튜브(30) 내에 태핑 가공되어 상기 삽입물(180)의 인접 단부에 형성된다. 그 후, 열 전도성 나사들은 대응 태핑된 나선을 통해 삽입되며, 상기 삽입물로의 열 이동 경로를 생성한다. 나사의 머리를 구멍에 묻히게 하고 및/또는 나사 머리를 납땜하여 매끄러운 표면을 형성함으로써, 유도 코일(36)이 튜브(30)로부터 인접하여 이격되도록 한다.
물, 액체 과산화수소, 또는 기타 증발 액체는 그가 상기 구멍(34)의 벽 표면(52)과 접촉함에 따라 증발하며, 액체, 분무, 또는 안개 형태에서 증기로 변환된 다. 이러한 변환으로 인한 압력 증가는 구멍 크기 및/또는 상기 구멍을 통과하는 흐름이 유지될 정도로 유동 속도를 증가시킴으로써 해결된다. 상기 구멍(34)을 통한 일련의 통로들의 단부에서, 상기 물 및/또는 과산화수소는 증기를 이슬점 이하에 유지시키는 온도 및 압력에서 증기 형태를 취함으로써 상기 증기의 응축이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 증발기(12)는 저항형 히터에 의해 가열되는 통상의 방울식 증발기보다 높은 증기 출력을 달성할 수 있다. 유도 코일(36)을 사용하여 달성 가능한 가열률 저항 히터를 사용하여 얻어질 수 있는 가열률보다 훨씬 높다. 명백하게, 열 공급이 증가함에 따라, 높은 대응 출력이 얻어질 수 있다.
전술한 실시예 중 어느 하나의 증기 발생기는 선택적으로 방 또는 임시 밀폐체와 같은 미생물 오염제거될 대형 품목들을 둘러싸는 대형 밀폐체에 선택적으로 연결된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는 과산화수소와 같은 소독 증기가 실온 및 그 근처 (즉, 15 내지 30도) 및 대기압 또는 그 근처에서 효과적인 경우 부분적으로 진실이다.
소독 밀폐체들은 미생물이 전혀 없거나 거의 없는 작업 구역, 냉동 건조기, 및 약학 및 음식물 처리 설비를 포함한다. 소독 중의 상기 밀폐체의 높은 소독 온도 및/또는 배출은 밀폐체의 구조 및 그 내용물의 특성에 따라 실현 가능하다. 예를 들면, 소독 작업 구역은 어떤 경우 비-강성 플라스틱 물질로 시공되어 고온 및 고압 조건에 견디지 못한다. 대조적으로, 음식물 처리 설비는 처리 작업 중의 고온 및 고압을 견디도록 요구되며, 배출 및 가열을 통해 최적의 소독 조건을 용이하 게 달성 가능하며, 하나 또는 그 이상의 증발기들(12)이 사용하여, 고속 보틀링 라인(예를 들면, 분당 1000병 정도)의 오염 제거가 가능하다.
예를 들면, 상기 챔버(14)는 1,000 내지 4,000 평방미터 정도의 체적을 갖는 방일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 화합된 캐리어 가스 유동은 대략 20,000 리터/분 정도의 유량을 가지며, 상기 증발기(12)를 통해 흐르는 상기 캐리어 가스 유동은 100리터/분 또는 그 이하로서, 더욱 바람직하게는, 20리터/분 또는 그 이하이며, 가장 바람직하게는 대략 1 내지 10 리터/분이다.
선택적으로, 상기 경로(22,24,102)는 기존의 HVAC 시스템의 덕트 부분의 전체 또는 일부를 포함한다. 오염제거 공정 시작시, 상기 방으로부터의 공기는 충분한 기간 동안 건조기(122)를 통해 순환하여 방 안의 상대 습도가 적절한 수준, 바람직하게는 상대습도 20% 이하로 떨어지도록 한다. 밀봉된 밀폐체의 경우, 그 안의 압력 제어는 적절할 수 있다. 청정실 등의 오염 제거의 경우, 잠재적으로 오염제거된 공기를 방 안으로 끌어들이는 것이 방지되는 경우, 방 안의 압력은 대기압 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. 유독성 물질이 사용되어 처리될 실내에 노출되는 경우, 대기압 이하의 압력이 상기 방(14) 안에서 유지되어 상기 유독성 물질이 오염 제거 전에는 방으로부터 빠져나갈 수 없도록 한다.
상기 방(14)이 충분히 낮은 상대 습도로 유지되고 나면, 항균 증기가 대기중으로 분사된다. 상기 항균 증기는 일 실시예에서의 과산화수소를 포함하지만, 기타 항균 증기 또는 항균 증기 혼합물들 또한 실시 가능하다.
상기 제어기(60)는 상기 방 안에 하나 또는 그 이상의 과산화물 농도 센 서(128)에 연결된다. 상기 제어기는 상기 방(10) 안의 팬(도시하지 않음) 또는 기타 장치를 선택적으로 제어하여 과산화수소 증기의 분포를 더욱 균일하게 조절한다.
공기 순환 덕트가 커다란 직경 및 높은 공기 이동 능력을 가진 경우, 제 2 플래시 증발기(12) 및 제 2 분사 펌프(80)는 액체 과산화물 공급원(70) 및 공기 공급원에 연결된다. 대형 밀폐체의 경우, 플래시 증발기를 구비하는 하나 또는 그 이상의 추가 공기 순환 라인들이 제공된다.
과산화수소에 대한 특정 참조예가 설명되었지만, 본 발명의 시스템은 기타 용액 및 과산화 아세트산, 기타 페록시 화합물 등과 같은 순수 액체의 증발에도 적용 가능하다.
본 발명의 복수의 추가 실시예들이 도 10 내지 도 24를 참조하여 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 추가 실시예들에 따라, 증발기 가열 장치는 가열 튜브 및/또는 삽입물을 포함하며, 상기 삽입물은 비-전도성 물질 및 전자기 반응성 물질로 이루어지는바, 이는 이하에서 상세히 설명된다. 각각의 추가 실시예에 있어서, 상기 삽입물은 선택적으로 제공된다. "전자기 반응성 물질"이라는 용어는 전기장, 자기장, 또는 둘 다의 존재에 반응하는 물질로서, 열 에너지는 적어도 하나의 장에 노출될 때 생성된다. 상기 전기장 및 자기장은 정압식이거나 진동식이다.
본 발명의 추가 실시예들은 이하에 설명되는 바와 같은 다양한 형태를 취할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 추가의 실시예 중 하나에 따라, 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)은 전기 비-전도성 물질 및 전자기 반응성 물질로 형성 되며, 상기 전자기 반응성 물질은 상기 전기 비-전도성 물질 내에 삽입된다. 다른 실시예에 있어서, 전자기 반응성 물질층은 상기 튜브(30) 및/또는 삽입물(180) 외면에 제공되거나 전기 비-전도성 물질의 내측에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 전기 비-전도성 물질은 상기 전자기 반응성 물질을 항균 유체로부터 격리시킨다. 여기서, 전기 비-전도성 물질은 보호 코팅막을 제공하도록 사용된다.
전술한 추가 실시예들의 요소들은 선택적 조합으로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예시적 실시예들이 이하에서 상세히 설명될 것이다.
전기 비-전도성 물질은 중합체 물질, 세라믹 물질, 또는 유리와 같은 많은 적절한 형태를 취할 수 있지만, 그에 한정되지는 않는다. 중합체, 세라믹 및/또는 유리가 조합 형태로 사용되어 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)을 형성할 수도 있다.
적절한 중합체는 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체를 포함하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
예를 들면, 전기 비-전도성 물질을 형성하는 열가소성 중합에는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다: nylon; Amodel(R) (PPI, polyphthalamide); Aurum(R) (polyimide): Ryton(R)/Fortron(R) (PPS, polyphenylenesulphide); Fluoropolymers (PFA, FEP, Tefzel(R) ETFE, Halar(R) ECTFE, Kynar(R) PVDF); Teflon(R) PTFE; Stanyl(R) (4.6 polyamoide, 4.6 Nylon); Torlon(R) (polyamide-imide); Ultem(R) (polyetherimide, PEI); Victrex(R) PEEK (polyaryletherketone, polyetheretherketone); 또는 "사용 온도"를 갖는 기타 열 가소성 중합체로서, 상기 사용 온도는 항균 증기를 생성하는데 필요한 최고 온도보다 낮은 온도이다. 전 술한 바와 같이, 항균 증기는 물 자체로부터, 또는 물과 과산화수소와 같은 유체 혼합물로 생성될 수 있다. 대부분의 경우, 대략 150℃ 이상의 사용 온도를 갖는 열가소성 중합체가 적절하다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 나이론은 199℃ 정도의 사용온도를 잠시 사용한다. 특정 소독제의 경우, 121℃의 연속 사용온도를 갖는 열 안정화 나이론 6/6는 충분할 수 있다. Teflon은 260℃의 연속 사용온도를 갖는다.
전기 비-전도성 물질을 형성하는 열경화성 중합체는 에폭시 또는 우레탄을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다.
예를 들면, 전기 비-전도성 물질을 형성하는 적절한 세라믹 물질은 실리카, 알루미나, 마그네시아, 또는 기타 금속 산화물 기반 물질로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
전자기 반응성 물질은 금속 또는 합금, 금속 피복 물질, 탄소, 흑연, 스테인리스 스틸, 금속 합금 결합물 (예를 들면, 주석 및 아연), 강자성 물질 (예를 들면, 철), 페리 자성 물질(예를 들면, 마그네타이트(Fe3O4) 또는 FeO·Fe2O3와 같은 페라이트), 강유전체 물질(예를 들면, 티탄산 납(PbTiO3)과 같은 페로브스카이트), 페리 유전체 물질, 및 그들의 조합을 포함하는 많은 적절한 형태를 취할 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다.
예를 들면, 상기 금속은 니켈, 동, 아연, 은, 스테인리스 스틸, 텅스텐, 니크롬(니켈 크롬 합금) 및 그들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있지 만, 이에 한정하지는 않는다.
전술한 바와 같이, 금속 합금 결합물은 전자기 반응성 물질로서 사용 가능하다. 상기 결합물은 전기 비-전도성 물질(예를 들면, 중합체, 세라믹, 또는 유리) 처리 중에 용융되어 전기 비-전도성 물질 내의 상호 연결 금속 네트워크를 형성한다. 중합체의 경우, 저 용융 결합물은 중합체 수지와 결합하여 처리된다. 예를 들면, 중합체 및 저 용융 결합물은 스트랜드(strand) 내로 침투 가능하다. 상기 스트랜드는 냉각되어 펠릿들 내로 절단된다. 그 후, 상기 펠릿들은 가열 튜브 및/또는 삽입물 내로 주입 성형 된다. 저 용융 결합물은 상기 중합체 내에서 상호침투 금속 네트워크를 형성한다.
세라믹의 경우, 상기 세라믹이 하소 되는 경우, 상기 세라믹의 다공성은 상기 결합물이 상기 세라믹 안으로 유동 되도록 하여, 금속 네트워크를 갖는 하소된 세라믹을 생성한다. 상기 세라믹의 사전-하소 다공성은 상기 결합물이 상기 하소 중에 상기 세라믹 내로 유동하도록 한다. 상기 결합물은 상기 항균 유체를 증발하는데 필요한 가장 높은 온도 이상인 용융점을 가져야 한다는 것을 알 수 있다.
결합물 대신 금속이 상기 금속 네트워크를 생성하도록 사용될 수 있다. 여기서, 상기 세라믹이 하소되는 때에 용융될 금속이면 어떤 금속이든 적절하다. 대부분의 세라믹의 하소 온도가 2500°F내지 3000°F 범위 이내이므로, 대부분의 금속이 하소 중에 용융될 것이다. 냉각시, 상기 금속은 재결정되어 상기 세라믹 내에 상호침투 금속 네트워크를 형성한다.
탄소 또한 적절한 전자기 반응성 물질로서 중합체, 세라믹 또는 유리 매트릭 스와 사용가능하다. 여기서, 탄소는 상기 중합체, 세라믹 또는 유리에 부가되어 전도성 탄소 입자들의 네트워크를 생성할 수 있다. 탄소 또한 내화성 물질이므로, 상기 탄소 입자들은 상기 세라믹의 높은 하소 온도를 버틸 수 있다. 탄소 또한 열 전도성 물질이므로, 열 소산(유도 가열에 의한)을 도울 수 있다. 상기 탄소는 또한 전자기파용의 양호한 수신 "안테나"를 제공한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 추가 실시예는 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)을 포함하며, 이들은 전기 비-전도성 물질 및 전자기 반응성 물질로 이루어지며, 상기 전자기 반응성 물질은 상기 전기 비-전도성 물질 (예를 들면, 중합체, 세라믹, 또는 유리 매트릭스) 내에 삽입되어 복합 물질을 형성한다. 전자기 반응성 물질은 섬유, 조각, 구체, 바늘모양 결정(whisker), 알갱이, 또는 그들의 조합을 포함하는 미립자 형태를 취할 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다. 상기 미립자는 구형, 편원 또는 편장형과 같은 다양한 형태를 취할 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 전자기 반응성 물질은 미립자 (즉, 금속 또는 합금, 탄소 또는 흑연 피복 미립자)를 선택적으로 피복할 수 있다.
특히 적합한 미립자의 예로는 탄소 미립자(섬유, 조각, 바늘모양 결정, 또는 알갱이); 니켈 미립자(섬유, 조각, 바늘모양 결정, 또는 알갱이); 텅스텐 미립자(섬유, 조각, 바늘모양 결정, 또는 알갱이); 니크롬 미립자(섬유, 조각, 바늘모양 결정, 또는 알갱이); 니켈, 동 또는 은 피복 (자체 촉매 기능 또는 전해 석출) 열가소성 중합체 미립자; 금속 조각; 및 스테인리스 스틸 섬유를 포함하지만, 이에 한정하지는 않는다.
일 실시예에 있어서, 전자기 반응성 미립자는 원하는 가열 특성을 갖는 가열 장치를 제공하기에 적합한 농도로 전기 비-전도성 물질 내에 끼워 넣어진다. 상기 가열 장치의 열 발생 및 열 전달 특성은 상기 전기 비-전도성 물질 내의 전자기 반응성 미립자 농도 (즉, 부하)에 기반한다는 것을 알 수 있다. 상기 가열 장치의 열 전달 (열 전도성) 특성은 상기 가열 장치의 전기 전도 특성과 관련된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 가열 장치 내의 전자기 반응성 미립자의 농도는 침투 이론에 따라 결정된다.
침투 이론에 따라, 전자기 반응성 미립자의 농도가 침투 문턱에 도달하는 경우, 합성 물질의 전기 전도성은 가파르게 올라간다. 따라서, 급격한 가열이 요구되는 경우, 전자기 반응성 미립자의 농도는 침투 문턱 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 더욱 긴 가열 시간 이 요구되거나 수용된다면, 전자기 반응성 미립자의 농도는 침투 문턱 이하일 수도 있다.
미립자가 섞인 합성물의 경우, 합성물의 전기적 행태를 설명하는 기계적 모델은 침투 이론으로서 알려져 있다. 예를 들면, 금속 입자들이 L x L 배열된 구멍을 갖는 기판에 적층되는 경우, 전기 전도는 금속 입자들 사이에서 발생할 수 있는바, 이는 두 개의 인접한 구멍이 금속 입자로 채워지는 경우, 그들이 서로 간신히 접촉하여 상기 금속 입자들 사이의 전기 전도를 허용하기 때문이다. 접촉하는 금속 입자들의 그룹은 "클러스터"라 칭하며,배열의 일단부로부터 타단부로 연장하는 클러스터는 "스패닝 클러스터"라 칭한다.
금속 입자들이 L x L 배열된 구멍 안에 초기 적층되는 경우, 전기 전도는 없 다. 여기서, 적어도 L 개의 금속 입자가 적층되기 전까지는 전기 전도는 일어나지 않는다. 그러나, 스패닝 클러스터를 형성하도록 그들을 정렬하는 L개의 금속 입자의 통계적 가능성을 고려하여, L개의 금속 입자보다 많은 입자가 스패닝 클러스터가 확실히 나타나기 전까지 적층될 필요가 있다. 어떤 시점에서, 전기 전도에 있어서의 기하급수적 상승이 나타나게 된다. "침투 문턱"은 전기 전도성 합성물을 유발하는 전자기 반응성 미립자의 농도이다.
침투 문턱은 미립자의 종횡비(즉, 최대 치수 대 최소 치수의 비)이다. 여기서, 전기 전도 구체(종횡비 1)의 침투 문턱은 섬유의 침투 문턱보다 크다. 따라서, 전기 전도 섬유에 요구되는 것보다 더욱 높은 농도의 전기 전도 구체가 전기 전도 합성물을 달성하도록 요구된다.
미립자가 섞인 매트릭스의 전기 전도성을 위한 계수 관계 (즉, 멱의 법칙)은 σ∝(X-Xc)t이다. 여기서, σ는 전기 전도성이고, X는 전자기 반응성 미립자의 농도(부피 비율)이고, Xc는 침투 문턱(Xc는 입자의 구조에 따라 다르다), t는 대응하는 입계 지수이다. 통상, t는 2.0이다.
통상의 침투 이론에 따라, 전자기 반응성 미립자의 농도가 침투 문턱에 도달하는 경우, 합성물의 전기 전도성은 급격히 상승한다. 이러한 계수 법칙은 직류 및 교류 모두에 인가에 적용된다.
대부분의 합성물은 침투 문턱 이하의 전자기 반응성 미립자 농도에서 영보다 큰 전기 전도성을 갖는다. 이는 완전 터널링 네트워크의 최-인접 서브-네트워크를 이루는 침투 클러스터에 기인한다는 것을 알 수 있다. 전자기 반응성 미립자의 농도가 침투 문턱과 동일하거나 그보다 크도록 선택되는 것이 바람직하지마, 영보다 큰 전기 전도성이 얻어지는 조건에서는, 상기 농도는 상기 침투 문턱보다 작게 선택될 수도 있다.
상기 합성물의 전도 메커니즘은 실제 입자 대 입자 접촉에 의한 것은 아님을 알 수 있다. 여기서, 전자기 반응성 입자들 주 일부 사이에 전기 비-전도성 물질의 얇은 막이 존재한다. 따라서, 전자(상기 합성물 내의 전하 캐리어)는 전자기 반응성 물질의 매개층을 통해 하나의 입자에서 다른 입자까지의 양자 역학 터널이어야 한다. 따라서, 상기 합성물의 전기 전도성은 전자기 반응성 물질 단독, 즉, 상기 입자들만으로 이루어지는 물질의 전기 전도성보다 더 좋을 수 없을 것이다.
전자기 반응성 네트워크의 치수는 프랙탈(즉, 둘과 셋 사이의 치수) 값을 가질 것이다. 다시 말하면, 전기 비-전도성 물질 내의 전자기 반응성 입자들의 네트워크는 둘과 셋 사이의 특정 치수를 가질 것인바, 이는 둘의 치수는 평면 치수이며, 삼의 치수는 입방체의 치수이다.
그 안에 전자기 반응성 입자를 구비하는 중합체는 자기 제한 열 형성에 대한 전규 제한 중합체로서의 기능도 수행하여 상기 중합체의 용융을 방지한다는 것도 알 수 있을 것이다. 여기서, 충분한 양의 전자기 반응성 미립자들이 중합체 매트릭스 내에 섞이게 되는바, 이는 원하는 동작 변수들이 획득되는 경우, 증발기가 전류 제한 중합체로서 작동할 정도가 된다. 다시 말하면, 상기 증발기의 온도는 작동 온도 이상으로 증가하고, 상기 중합체 매트릭스는 상기 전자기 반응성 입자들이 충분한 "접촉"을 잃는 지점까지 가열 및 팽창함으로써, 상기 합성 물질의 전기 전도성이 감소하여, 상기 합성 물질을 통해 흐르는 전류를 제한하고, 생성되는 주울 열을 제한하도록 한다. 이때, 상기 중합체 매트릭스는 그가 입자 대 입자 접촉을 위한 충분히 수축할 때까지 냉각을 시작하는바, 이 경우, 상기 증발기는 다시 작동하기 시작한다.
전술한 바와 같이, 교류 공급원(50)은 교류를 코일(36)에 인가한다. 전자기 방사선은 전자가 전자기 반응성 물질 내에서 이동하여 열을 생성하도록 한다. 전자기 반응성 물질은 전기장 또는 진동 자기장 중 하나와 연결되어 열을 생성한다. 전기장과 연결되는 경우, 생성되는 열은 주울 열 또는 I2R 열이다. 진도 자기장과 연결되는 경우, 열은 전자기 반응성 물질 내의 와류 발생을 통해 생성된다. 사용되는 전자기 반응성 입자들에 따라, 상기 전자기 반응성 물질을 향해 방사선을 배향하는 마이크로웨이브 또는 RF 발생기는 코일(36)로 대체될 수 있다.
교류의 주파수가 가변함으로써, 인가된 전자기 방사선이 가열 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)에 다양한 깊이로 침투하여 "스킨 효과"를 유발한다는 것을 알 수 있다. 스킨 효과는 다음의 예와 같이 설명될 수 있으며, 상기 증발기는 가열 튜브(30) 및 삽입물(180)로 이루어진다. 가열 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)은 전자기 반응성 물질을 포함할 수 있다.
예 1
가열 튜브: 구조: 원통형
벽 두께: 5mm
재료: 수지 접합 흑연
(스킨 깊이)(주파수의 제곱근) = δ√f=1.592
여기서, δ는 스킨 깊이이며, f는 예 1의 가열 튜브에 인가된 전자기 방사선의 주파수이다. 주파수 f=101.4kHz에서, 인가된 전자기 방사선은 튜브(30)의 벽 두께(즉, 5mm)에서 그의 초기값의 1/c까지 감소할 것이다. 삽입물 내의 전자기 반응성 물질에 에너지를 인가하기 위해, 101.4kHz 이하의 주파수(f1)의 전자기 방사선이 사용되어야 한다. 여기서, 101.4kHz 이하의 주파수(f1)은 튜브(30)의 5mm 벽두께 이상의 스킨 깊이를 초래할 것이다. 따라서, 방출된 방사선은 튜브(30)를 통한 전파를 허용하는 파장을 가지며, 삽입물(180) 내의 전자지 반응성 물질과 직접 충돌할 것이다. 따라서, 삽입물(180)은 전도가 아니라 유도에 의해 직접 가열된다. 전자기 방사선의 주파수는 튜브(30)만이 제 1 주파수에서 전자기 방사선에 노출되고, 튜브(30) 및 삽입물(180)은 제 2 주파수에서 전자기 방사선에 노출되도록 변화한다. 따라서, 전자기 방사선의 주파수는 튜브(30)만 가열하는 방식(1)과, 튜브(30) 및 삽입물(180)을 가열하는 방식(2)을 번갈아 수행하도록 변화 가능하다.
도 10을 참조하면, 전자기 반응성 입자들(240)이 끼워 넣어진 전기 비-전도성 물질(231)로 이루어진 튜브(230)를 구비하는 증발기(12)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 전기 비-전도성 물질(231)은 중합체이며, 전자기 반응성 입자(240)는 금속 섬유이다. 튜브(230)는 내면(232)과 외면(234)을 구비한다. 내면(232)은 구멍(236)을 규정한다.
도 11 내지 도 14는 튜브(230)를 도시하며, 선택적 입자 형태는 전자기 반응성 입자(240)용으로 사용된다. 여기서, 도 11은 과립 형태의 금속 입자인 전자기 반응성 입자(240)를 도시하는바, 이는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진다.
도 12는 금속 조각 형태의 전자기 반응성 입자(240)로 이루어진 가열 튜브(230)를 도시하는바, 이는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진다.
도 13은 금속 피복 구체 형태의 전자기 반응성 입자(240)로 이루어진 가열 튜브(230)를 도시하는바, 이는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진다. 도 14에 도시된 바와 같이, 금속 피복 구체는 통상 금속 코팅(254)으로 피복된 유리 구체(252)로 이루어진다. 전술한 바와 같이, 유리 구체(252)는 자가 촉매 또는 전착 가능한 전자기 반응성 물질로 피복될 수 있다.
도 15를 참조하면, 전자기 반응성 입자들(240)이 끼워 넣어진 전기 비-전도성 물질(231) 및 전자기 반응성 물질 층(260)으로 이루어진 가열 튜브(230)를 도시하고 있다. 전자기 반응성 물질 층(260)은 튜브(230)의 내면(232)에 형성된다. 상기 물질 층(260)은 통상적으로 공지된 적층 기법(이하에서 설명됨)에 의해 성형될 수도 있고, 사전 형성된 구성요소일 수도 있다. 도시된 실시예에 있어서, 전자기 반응성 입자(240)는 금속 섬유이다.
도 16을 참조하면, 전자기 반응성 입자들(240)이 끼워 넣어진 전기 비-전도성 물질(231) 및 튜브(230)의 내면(232) 상의 전기 비-전도성 물질 층(270)으로 이루어진 가열 튜브(230)를 도시하고 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전기- 비-전도성 물질(예를 들면, 중합체) 층(270) 은 항균 유체를 전자기 반응성 입자들(240)로부터 격리시킨다. 여기서, 전기 비-전도성 물질 층(270) 만이 항균 유체에 노출된다. 예를 들면, 전기 비-전도성 물질 층(270)이 통상의 공지된 적층 기법에 의해 내면(232)에 도포될 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 선택적으로, 전기 비-전도성 물질 층(270)은 사전 성형(예를 들면, 주형에 의해) 될 수도 있다.
도 17은, 튜브(30)에 대하여 전술한 바와 같이, 철, 아연, 탄소강, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 동, 황동, 또는 청동과 같은 전자기 반응성 물질로 이루어진 튜브 벽(32)을 포함하는 튜브(309)를 도시한다. 전기 비-전도성 물질 층(270)은 튜브(32)의 내면(52)을 안을 받친다. 이러한 방식으로, 전기 비-전도성 물질 층(270)은 전자기 반응성 물질을 항균 유체로부터 격리시킨다. 따라서, 전기 비-전도성 물질 층(270)만이 항균 유체에 노출된다. 예를 들면, 전기 비-전도성 물질 층(270)이 통상의 공지된 적층 기법에 의해 내면(232)에 도포될 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 선택적으로, 전기 비-전도성 물질 층(270)은 사전 성형(예를 들면, 주형에 의해) 될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 실시예를 도시하는 것으로서, 마이크로웨이브 에너지가 생성되어 열을 산출한다. 튜브(230)는 그 안에 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자들(240)을 갖는 전기 비-전도성 물질(231)로 이루어지는 것이 바람직하다. 전자기 반응성 물질(240)은 그가 전기 또는 자기 히스테리시스 루프를 통해 구동됨에 따라 열을 생성하는 물질이다.
마이크로웨이브 발생기(250)는 전자기 에너지 공급원을 제공한다. 마이크로웨이브 발생기(250)는 전자기 에너지를 생성하는 마그네트론 형태를 취한다. 마이크로웨이브 발생기(250)는 마이크로 웨이브, 즉, 대략 1GHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 전자기 방사선을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 페라이트 입자 함유 유리가 마이크로웨이브에 노출된다. 마이크로웨이브의 변화하는 자기장은 그들의 자기 히스테리시스 루프를 통해 페라이트 입자를 구동함으로써, 상기 미립자들을 자기적으로 작동시킨다. 이러한 자기 작동은 페라이트 입자들이 가열되도록 한다. 열은 유리 (예를 들면, Pyrex(R)) 매트릭스로 전달된다. 유사한 방식으로, 강유전체 미립자는 중합체, 세라믹, 또는 유리 매트릭스 내에 혼합될 수 있다. 이 경우, 입사 전자기파의 진동 전기장은 그들의 전기 히스테리시스 루프 발생 열을 통해 입자들을 구동한다는 것을 알 수 있다.
전자기 반응성 물질(231)은 강자성 (철) 및/또는 페리 자성 물질 (페라이트, 예를 들면, 예를 들면, 마그네타이트(Fe3O4) 또는 FeO·Fe2O3), 강유전체 물질(예를 들면, 티탄산 납(PbTiO3)과 같은 페로브스카이트), 및/또는 페리 유전체 물질을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 특정의 바람직한 물질은 금속화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로서, 이는 요리 공정을 신속히 하기 위한 전자 렌지용 음식 포장에 통상 사용된다.
도 18에 도시된 선택적 실시예로서, 튜브(230)는 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자가 전혀 없는 전기 비-전도성 물질(231)로 이루어진다. 전자기 반응성 물질 층(240)(예를 들면, 금속화된 PET와 같은 금속화된 중합체 필름)은 튜브(230)의 내면(232)을 피복한다.
전술한 바와 같이, 전자기 반응성 물질은 가열 튜브(30) 및/또는 삽입물(180) (예를 들면, 도 15)의 표면상의 물질 층 형태를 가질 수 있다. 전기 비-전도성 물질은 가열 튜브(30) 및/또는 삽입물(180)의 표면상의 보호 코팅층 형태를 가질 수도 있다. 전자지 반응성 물질 및 전기 비-전도성 물질 층들은 전착, 자체 촉매 적층, 아크 스프레이, 및 열 스프레이를 포함하는 통상의 공지된 적층 기법에 의해 형성될 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다.
본 발명의 추가 실시예들에 따라, 가열 튜브 및/또는 삽입물은 통상의 성형, 주입 성형, 또는 압출과 같은 다양한 기법으로 생성 가능하지만, 이에 한정하지는 않는다. 압출 및 주입 성형은 열가소성 중합체에 대해 사용하는 것이 바람직하다. 압출 튜브 또는 삽입물의 경우, 전자기 반응성 미립자는 중합체와 함께 압출기에 추가되어 합성 물질의 원통부를 생성한다.
도 19 및 도 20은 그 안에 다중 구멍(336)을 구비하여 다중 경로를 제공하는 가열 튜브(330)를 도시한다. 튜브(330)는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자(240)로 이루어진다. 가열 튜브(230)는 성형, 주입 성형, 압축, 및 스핀 캐스팅을 포함하는 공지된 수단에 의해 생성되지만, 이에 한정하지는 않는다. 구멍(336)은 그 안에 드릴 가공될 수 있다.
도 21 및 도 22는 가열 튜브의 또 다른 실시예를 도시한다. 튜브(430)는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자들(240)로 이루어진 다. 튜브(430)는 두 개의 반-원통부(430a,430b)로 이루어지며, 각각은 그 안에 가공되는 홈(432)을 갖는다. 홈(432)은 단일 홈 부분(432a)과 다중 홈 부분(432b)을 포함한다. 가열 튜브(430)는 성형, 주입 성형, 또는 압출에 의해 제조된다. 두 개의 반-원통부(430a,430b)는 초음파 또는 다른 방식(도 22)으로 결합되어 유체 경로로서 사용되는 분기로를 구비하는 원통을 형성한다. 분무된 항균 유체는 분기로로 분산될 수 있다. 추가의 유동 경로가 가공될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 23 및 도 24는 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자들(240)로 이루어진 튜브(230)를 도시한다. 나사형 삽입물(280)은 전기 비-전도성 물질(231) 내에 끼워 넣어진 전자기 반응성 입자들(240)로 이루어진다. 나선형 통로(282)는 나사형 삽입물(280)에 의해 규정된다. 분무된 항균 유체는 나선형 통로(282) 내로 분산된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 삽입물(280)은 튜브(230) 내측에 위치한다.
가열 튜브 및/또는 삽입물은 도시되지 않은 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 또한, 성형 또는 압출 가능한 전기 비-전도성 물질(예를 들면, 중합체)을 사용함으로써, 다양한 형상의 가열 요소 및 삽입물을 용이하게 제조할 수 있다. 이는 또한 가열 튜브 및 삽입물이 일체형 구성요소로서 용이하게 형성될 수 있도록 한다. 하나 또는 그 이상의 엘보가 원통형 가열 요소 및/또는 삽입물에 부착될 수 있으며, 상기 엘보는 분무된 항균 유체가 충돌하여 증발할 "벽"을 제공한다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 또한 온도 감지 장치를 포함하여 증발기의 과열을 방지함으로써, 전기 비-전도성 물질의 용융 및 파괴를 방지할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 하나의 바람직한 온도 감지 장치는 온도의 변화에 따라 전압을 생성하는 서로 다른 금속으로 이루어진 한 쌍의 접합된 와이어를 사용하여 온도 변화를 감지하는 열전쌍이다.
전술한 바와 같은 전기 비-전도성 물질을 사용함으로써, 몇 가지 장점이 제공될 수 있다. 그에 따라, 증발기 무게 및 제조 비용이 감소할 수 있다. 또한, 전기 비-전도성 물질은 전자기 반응성 물질을 항균 유체로부터 격리하도록 사용 가능하다. 따라서, 물, 과산화수소, 과산, 등과 같은 항균 유체는 전자기 반응성 물질(예를 들면, 동)에 의한 항균 유체의 열화 없이 사용 가능하다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백하게, 다양한 수정 및 변형이 전술한 상세한 설명을 읽고 이해함에 따라 실시 가능할 것이다. 본 발명은 이들이 이하의 청구범위의 범주 및 그의 균등물에 속하는 한 이러한 모든 수정 및 변형도 포함하고자 한다. 다른 수정 및 변형 또한 본 명세서를 읽고 이해함에 따라 실시 가능할 것이다. 본 발명은 이들이 이하의 청구범위의 범주 및 그의 균등물에 속하는 한 이러한 모든 수정 및 변형도 포함하고자 한다.
본 발명에 따라, 소독 증기의 고 출력을 달성할 수 있으며, 소독 증기는 "요구에 따라" 즉시 생성될 수 있다. 또한, 저항성 전기 동력 부하는 감소되고, 증기 집중도는, 특히 작은 밀폐체에 사용되는 경우, 급격하게 증가하여, 조절 시간을 감소시킨다. 또한, 항균 유체의 질을 떨어뜨리지 않는 물질로 만들어진 증발기를 제 공하며, 감소한 중량의 증발기를 제공하며, 제조 비용이 감소한 증발기를 제공할 수 있다.
Claims (32)
- 분무된 항균 액체를 증발시켜 항균 증기를 형성하는 증발기에 있어서,전자기 방사선 공급원;그를 통과하여 형성되는 통로를 구비하며, 상기 분무된 항균 액체를 상기 통로 내에 수용하기 위한 입구와, 상기 항균 증기를 상기 통로로부터 방출하여 상기 항균 증기를 규정 영역으로 공급하는 출구를 가지되, 제 1 전기 비-전도성 물질 및 제 1 전자기 반응성 물질로 이루어지는 가열 챔버; 및상기 가열 챔버의 상기 통로 내에 위치하며, (1) 금속 및 (2) 제 2 전기 비-전도성 물질 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 삽입물을 포함하되,상기 가열 챔버 및 상기 삽입물은 모두 상기 분무된 항균 액체를 증발시켜 상기 항균 증기를 형성하도록 기여하며, 상기 제 1 및 제 2 전기 비-전도성 물질들 중 적어도 하나는 중합체, 세라믹 및 유리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합체는 열가소성 중합체 및 열 경화성 중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합체는 폴리프탈아미드(polyphthalamide), 폴리이미드(polyimide), 플루오로폴리머(Fluoropolymers), PTFE, 4.6 폴리아미드(4.6 polyamide), 4.6 나이론(4.6 Nylon), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone), 및 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 3 항에 있어서, 상기 열 경화성 중합체는 에폭시 및 우레탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹은 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 6 항에 있어서, 상기 세라믹은 실리카, 알루미나, 및 마그네시아로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자기 반응성 물질은 금속, 합금, 금속 피복 물질, 탄소, 흑연, 스테인리스 스틸, 금속 합금 결합물, 강자성 물질, 페리 자성 물질, 강유전체 물질, 페리 유전체 물질, 및 그들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 동, 아연, 은, 스테인리스 스틸, 텅스텐, 니크롬, 및 그들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 강자성 물질인 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 페리 자성 물질인 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 강 유전체 물질인 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기 반응성 물질 중 적어도 하나는 상기 제 1 및 제 2 전기 비-전도성 물질 중 적어도 하나의 물질 내에 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 섬유, 조각, 구체, 바늘 모양 결정, 알갱이, 피복된 미립자 및 그들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미립자 형태인 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질이 상기 제 1 전기 비-전도성 물질 표면에 하나의 층을 형성하고,상기 제 2 전자기 반응성 물질이 상기 제 2 전기 비-전도성 물질 표면에 하나의 층을 형성하는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증발기.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질이 상기 제 1 전기 비-전도성 물질에 끼워 넣어지고,상기 제 2 전자기 반응성 물질이 상기 제 2 전기 비-전도성 물질에 끼워 넣어지는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증발기.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질이 열 분무, 전착, 자체 촉매 증착, 및 아크 분무 중 적어도 하나에 의해 상기 제 1 전기 비-전도성 물질 위에 증착되고,상기 제 2 전자기 반응성 물질이 열 분무, 전착, 자체 촉매 증착, 및 아크 분무 중 적어도 하나에 의해 상기 제 2 전기 비-전도성 물질 위에 증착되는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전기 비-전도성 물질이 제 1 층을 형성하여 제 1 보호 코팅을 제공하고, 상기 보호 코팅은 상기 제 1 전자기 반응성 물질을 항균 유체로부터 격리시키고,상기 제 2 전기 비-전도성 물질이 제 2 층을 형성하여 제 2 보호 코팅을 제공하고, 상기 보호 코팅은 상기 제 2 전자기 반응성 물질을 항균 유체로부터 격리시키는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증발기.
- 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질이 상기 제 1 전기 비-전도성 물질에 끼워 넣어지고,상기 제 2 전자기 반응성 물질이 상기 제 2 전기 비-전도성 물질에 끼워 넣어지는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증발기.
- 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 각각:상기 제 1 전자기 반응성 물질이 열 분무, 전착, 자체 촉매 증착, 및 아크 분무 중 적어도 하나에 의해 상기 제 1 층을 형성하도록 증착되며;상기 제 2 전자기 반응성 물질이 열 분무, 전착, 자체 촉매 증착, 및 아크 분무 중 적어도 하나에 의해 상기 제 2 층을 형성하도록 증착되는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증착기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사선 공급원은 마이크로웨이브 발생기이며, 상기 마이크로웨이브 발생기는 상기 제 1 전자기 반응성 물질 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나에 열을 유발시키는 마이크로웨이브를 생성하는 것을 특징으로 하는 증착기.
- 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 전자기 반응성 물질 및 제 2 전자기 반응성 물질 중 적어도 하나는 강자성 물질, 페리 자성 물질, 강유전체 물질, 및 페리 유전체 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사선 공급원은 교류를 생성하는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 23 항에 있어서, 상기 교류는 적어도 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 가지며, 상기 전자기 방사선은 각각의 제 1 및 제 2 주파수에서 상기 가열 챔버로 침투하는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열 챔버는 일반적인 원통형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물은 나사형 삽입물이며, 상기 통로는 상기 나사형 삽입물을 통해 나선형 경로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 증발기.
- 규정된 구역 및 상기 규정된 구역 내의 품목 중 적어도 하나를 미생물 오염제거하는 방법에 있어서:내부 통로를 한정하는 블록을 유도 가열하되, 상기 블록은 전기 비-전도성 물질 및 전자기 반응성 물질을 포함하며, 상기 비-전도성 물질은 중합체, 세라믹 및 유리로 구성된 군에서 선택되는 단계;분무된 액체를 상기 내부 통로를 통과시키되, 상기 유도 가열된 블록은 상기 통로의 벽들과 접촉하는 상기 분무된 액체를 증발시켜 항균 증기를 형성하는 단계; 및상기 증기를 상기 블록으로부터 상기 규정된 구역으로 유동시켜 상기 규정된 구역 및 상기 품목 중 적어도 하나를 미생물 오염 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 증기를 캐리어 가스와 혼합하는 단계; 및상기 증기 및 캐리어 가스 혼합물을 상기 규정된 구역으로 유동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 분무된 액체를 증발 전에 상기 캐리어 가스와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 27 항에 있어서, 상기 분무된 액체는 물을 포함하며, 상기 증기는 수증기인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 27 항에 있어서, 상기 분무된 액체는 페록시 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 규정된 구역 내의 상기 항균 증기의 농도를 검출하는 단계; 및상기 검출된 농도에 응답하여 상기 용기의 유도 가열률을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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