KR100985798B1 - 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징, 멸균 챔버에 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 멸균 챔버와 연결되는 증발기, 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치, 멸균 챔버에 진공압을 제공하기 위해 멸균 챔버와 연결되는 진공 펌프, 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기, 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터를 포함한다. 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 멸균 챔버 내부의 피멸균물을 팬과 히터를 이용한 온풍의 대류현상을 이용하여 신속하게 승온시킬 수 있고, 멸균 챔버 내부의 공기 및 피멸균물의 온도를 고르게 승온시킬 수 있다.

Description

과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법{STERILIZING APPARATUS AND METHOD USING HYDROGEN PEROXIDE}

본 발명은 화학 멸균제(Chemical sterilant)를 사용하여 피멸균물을 멸균시킬 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과산화수소를 이용하여 피멸균물을 멸균시킬 수 있는 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법에 관한 것이다.

의료기구의 멸균에 있어서, 멸균(Sterilization)이란 세척(Cleaning) 또는 소독(Disinfection) 등과는 달리 물리적, 화학적 작용을 통하여 살아있는 모든 종류의 미생물을 완전히 제거하는 것을 의미하는 점에서 높은 수준의 처리를 의미한다. 의료용 기구는 전통적으로 높은 건열(Dry heat) 또는 수증기에 의해 제공되는 열을 사용하거나, 포름알데히드 또는 산화 에틸렌(Ethylene oxide)과 같은 화학물질을 가스 또는 증기 상태로 사용함으로써 멸균시킨다.

그런데 섬유 광학 장치, 내시경, 동력이 내장된 기구 등과 같은 다수의 의료용 기구는 열, 수분 또는 둘 다에 대해 취약하여 열을 이용하는 종래의 멸균방법을 적용하기 어려운 문제점이 있다. 그리고 산화 에틸렌 가스나 포름알데히드 가스를 이용하는 방법은 이들이 잠재적인 위험이 있는 발암성의 독성 가스이므로 작업에 큰 주의가 요구된다.

특히, 산화 에틸렌 가스를 사용하는 경우 멸균된 제품으로부터 가스를 제거하기 위해 8시간 이상의 긴 정화 시간(Aeration time)을 필요로 하며 이는 멸균 사이클 시간을 연장시키는 큰 요인이 된다. 그리고 설치 환경 및 관리에 있어서 독립된 공간과 가스검출기의 설치를 필요로 하므로, 작업이 매우 까다로운 문제가 있다.

산화 에틸렌 가스나 포름알데히드 가스를 이용하는 멸균방법 이외에, 플라즈마를 이용한 멸균방법이 알려져 있다. 종래의 플라즈마를 이용한 멸균장치에 있어서, 플라즈마 상태에서 과산화수소를 주입할 경우 압력이 올라가 플라즈마를 생성시키기 어렵고, 과산화수소가 주입된 상태에서 플라즈마가 생성될 경우 플라즈마가 과산화수소를 분해하는 문제가 발생한다. 따라서, 플라즈마 공정이 과산화수소 주입 전 그리고 후 단계에 놓이게 되는데, 이것은 플라즈마에 의한 멸균이라기보다는 과산화수소에 의한 멸균에 가깝다고 할 수 있다.

또한, 종래 플라즈마를 이용하는 멸균장치에서, 내시경과 같이 복잡한 내관을 갖는 피멸균물은 플라즈마를 통한 복사열로는 건조가 어렵다. 그리고 플라즈마를 발생시키기 위해서는 진공 환경이 필요한데 진공 상태에서 수분의 기화가 이루어지면 진공압이 떨어져 플라즈마 형성이 어렵다. 따라서, 전체적인 멸균 공정이 복잡해지고 길어지므로 플라즈마에 의한 효과가 떨어지게 된다.

과산화수소 및 플라즈마를 이용한 멸균방법에 있어서 멸균 챔버의 온도 및 피멸균물의 온도가 멸균 효율에 영향을 미친다는 것은 알려진 사실이다. 그런데 60℃이하의 온도를 사용하는 종래 저온 멸균기에 있어서는 온도를 높이는 수단으로 진공상태에서 저온 플라즈마를 이용하거나, 단순히 멸균 챔버를 외부에서 60℃이하로 유지하여 내부 복사열을 이용한 소극적인 방법을 사용하였다. 통상적으로 병원에서는 피멸균물을 세척한 후 간단히 물기를 제거하고 바로 멸균장치를 이용하여 멸균을 하게 되는데, 종래의 플라즈마 및 과산화수소 멸균장치는 종종 불완전 멸균이 발생하여 재멸균 과정을 거쳐야 하는 상황이 빈번하게 발생한다.

불완전 멸균의 원인은 낮은 온도의 피멸균물로 인해 멸균 챔버의 온도가 낮아지면, 과산화수소 수용액이 기화되었을 때 길고 좁은 루멘(Lumen)과 같은 확산 제한 영역을 갖는 복잡한 피멸균물 속으로 깊숙이 침투되지 못하고 응축되며, 아무리 많은 양의 과산화수소를 주입하더라도 온도가 낮을 경우 기화될 수 있는 양은 한정되기 때문이다.

또한, 종래의 저온 플라즈마 및 과산화수소를 이용한 멸균방법 및 멸균장치는 건조 기능을 갖지 못한다. 따라서, 별도의 건조기를 이용하여 멸균 공정이 완료된 피멸균물을 건조시키기 때문에 불편하고, 전체 작업 시간이 길다.

이러한 여러 가지 종래 기술의 문제로 인해, 과산화수소를 통한 멸균 효과를 향상시킬 수 있는 방법이 요구되고 있고, 저온 플라즈마 및 과산화수소 멸균에 있어서 완벽한 건조를 위한 간단하고 효과적인 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 간단한 방법으로 멸균 챔버 및 피멸균물의 온도를 고르게 승온시켜서 불완전한 멸균을 방지하고, 각각의 피멸균물에 맞는 멸균 시간과 멸균 강도를 조절할 수 있도록 공정을 다양화하여 좁고 긴 영역을 갖는 물품 등 각종 피멸균물에 대한 멸균 효율을 향상시킬 수 있는 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징, 상기 멸균 챔버에 상기 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기, 상기 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 상기 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치, 상기 멸균 챔버에 진공압을 제공하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 진공 펌프, 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기, 상기 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터를 포함한다.

상기 팬은 상기 하우징의 한쪽 측벽 쪽에 가까이 배치되고 상기 모터는 상기 측벽의 외부에 배치되며, 상기 모터의 회전축이 상기 측벽을 관통하여 상기 팬과 연결될 수 있다.

상기 팬 히터는 상기 팬과 상기 측벽 사이에 배치될 수 있다.

상기 팬은 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 상기 팬의 전방에서 후방 쪽으로 유동시키는 회전 방향으로 회전하고, 상기 멸균 챔버 내부의 상기 팬 전방에는 상기 팬 쪽으로 유동하는 공기를 상기 팬의 중심 쪽으로 집중시키기 위해 상기 팬과 대면하는 통로가 마련된 가이드 판이 설치되며, 상기 멸균 챔버 내부의 공기는 상기 통로, 상기 팬 및 상기 팬 히터를 거쳐 상기 측벽에 부딪힌 후, 상기 가이드 판과 상기 하우징의 내면 사이의 공간을 통해 다시 상기 팬의 전방으로 유동할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 통로에 배치되어 상기 멸균 챔버 내부의 온도를 검출하는 멸균 챔버 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 광촉매, 상기 광촉매에 자외선을 조사하기 위해 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 자외선 램프를 갖는 자외선 발생기를 더 포함할 수 있다.

상기 광촉매는 상기 팬의 표면에 코팅될 수 있다.

상기 광촉매는 이산화티탄(TiO₂)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 멸균 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시킬 수 있도록 상기 멸균 챔버와 연결되는 멸균 챔버 압력해제 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 하우징을 가열하여 상기 멸균 챔버 내부 온도를 상승시키기 위해 상기 하우징에 결합되는 멸균 챔버 히터를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은, (a) 멸균 챔버의 내부에 피멸균물을 투입하고, 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하는 단계; (b) 상기 멸균 챔버 내부에 설치되는 팬과 팬 히터를 작동시켜 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 가열함과 동시에 강제 유동시켜 피멸균물의 온도를 승온시키는 단계; (c) 상기 멸균 챔버와 상기 증발기를 연결하는 유로를 개방하여 상기 증발기에서 증발된 과산화수소 증기를 상기 멸균 챔버로 공급하는 단계; (d) 상기 멸균 챔버 내부에 설치되는 팬과 팬 히터를 작동시켜 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 가열함과 동시에 강제 유동시키는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은 상기 (c) 단계 이전에 상기 멸균 챔버의 압력을 대기압 미만으로 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 (c) 단계 이후에 상기 멸균 챔버에 외기를 공급하여 상기 멸균 챔버의 압력을 대기압으로 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은 상기 (c) 단계 이전, 또는 상기 (c) 단계 이후에, 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 광촉매에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 멸균 챔버 내부의 피멸균물을 팬과 히터를 이용한 온풍의 대류현상을 이용하여 신속하게 승온시킬 수 있고, 멸균 챔버 내부의 공기 및 피멸균물의 온도를 고르게 승온시킬 수 있다. 따라서, 과산화수소가 기화될 때 수분이 먼저 길고 좁은 확산 제한 영역으로 침투하여 응축되는 것을 방지하고, 과산화수소가 응축되지 않고 더 많은 양이 기화될 수 있도록 함으로써 멸균력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 광촉매와 자외선을 이용하여 공기 중의 산소, 수분 및 주입된 과산화수소를 플라즈마 상태로 만들고 이를 팬을 이용하여 순환시킴으로써, 고밀도의 OH라디칼를 생성시킬 수 있다. 따라서, 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 멸균력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 팬과 히터로 발생시킨 열풍 대류현상을 이용하여 멸균 챔버 내부의 공기와 피멸균물을 전체적으로 충분히 승온시킨 후 진공 배기시킴으로써, 피멸균물 및 멸균 챔버 내부의 수분을 신속하고 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 별도의 건조기가 없이 피멸균물을 충분히 건조시킬 수 있으며, 별도의 건조기가 필요없어 설비 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 광촉매와 자외선을 이용하면 공기 중의 수분을 OH라디칼로 변경시킴으로써 탈취 효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3의 그래프는 팬과 팬 히터를 사용하지 않을 때와 팬과 히터를 사용할 때 시간에 따른 멸균 챔버의 온도 변화를 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 멸균 챔버의 온도와 과산화수소의 농도에 따른 멸균 챔버 내부의 과산화수소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 팬 및 자외선 발생기 동작 전후를 비교하여 과산화수소의 농도 변화를 10초 간격으로 측정한 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치(10)는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버(11)를 갖는 하우징(12), 멸균 챔버(11)에 과산화수소증기를 공급하기 위한 증발기(13), 증발기(13)에 과산화수소를 공급하기 위한 과산화수소 공급장치(14), 멸균 챔버(11)의 내부 압력을 조절하기 위한 진공 펌프(15), 멸균 챔버(11) 내부의 공기를 강제 유동시키기 위한 송풍기(16), 자외선을 조사하기 위한 자외선 발생기(17)를 포함한다. 하우징(12)의 일측에는 피멸균물의 출입을 위한 출입구를 개폐하기 위한 도어(18)가 결합된다.

멸균 챔버(11)는 유체가 유동할 수 있는 유로를 갖는 복수의 튜브 등에 의해 증발기(13), 진공 펌프(15) 및 필터(19)와 연결된다. 멸균 챔버(11)와 증발기(13)를 연결하는 튜브에는 과산화수소증기 공급조절 밸브(20)가 설치되고, 멸균 챔버(11)와 진공 펌프(16)를 연결하는 튜브에는 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)가 설치된다. 그리고 멸균 챔버(11)와 필터(19)를 연결하는 튜브에는 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 설치된다. 이들 과산화수소증기 공급조절 밸브(20), 멸균 챔버 압력조절 밸브(21) 및 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)는 제어장치(41)에 의해 제어된다.

과산화수소증기 공급조절 밸브(20)는 멸균 챔버(11)와 증발기(13)를 연결하는 유로를 개폐함으로써 멸균 챔버(11)에 대한 과산화수소증기의 공급을 조절한다. 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)는 멸균 챔버(11)와 진공 펌프(15) 사이의 유로를 개폐하며, 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)가 개방된 상태에서 진공 펌프(15)가 작동하면 멸균 챔버(11)의 공기가 진공 펌프(15) 쪽으로 배출되어 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 떨어지게 된다. 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)는 멸균 챔버(11)의 내부로 외부 공기를 유입하기 위한 것으로, 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 개방되면 외부 공기가 멸균 챔버(11)로 유입되어 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 상승하게 된다.

멸균 챔버(11)의 내부 압력은 하우징(12)에 설치된 멸균 챔버 압력계(23)에 의해 측정되고, 제어장치(41)가 멸균 챔버 압력계(23)의 검출 신호를 수신하여 진공 펌프(15), 멸균 챔버 압력조절 밸브(21), 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)의 동작을 제어함으로써 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 적절하게 조절될 수 있다. 필터(19)는 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 개방될 때 오염된 공기가 멸균 챔버(11) 내부로 유입되지 못하게 막는다.

멸균 챔버(11)의 내부 온도는 멸균 챔버(11) 내부에 배치된 팬 히터(24), 하우징(12)에 설치된 제 1 멸균 챔버 히터(25) 및 도어(18)에 설치된 제 2 멸균 챔버 히터(26)에 의해 조절된다. 이들 히터(24)(25)(26)는 제어장치(41)에 의해 제어된다. 제어장치(41)는 팬 히터 센서(27), 제 1 멸균 챔버 히터 센서(28), 제 2 멸균 챔버 히터 센서(29) 및 멸균 챔버(11) 내부에 설치된 멸균 챔버 온도 센서(30)로부터 신호를 제공받고 각 히터(24)(25)(26)를 제어함으로써 멸균 챔버(11)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

증발기(13)는 유로를 갖는 튜브 등을 통해 과산화수소 공급장치(14)와 연결된다. 증발기(13)와 과산화수소 공급장치(14)를 연결하는 튜브에는 제어장치(41)에 의해 제어되는 과산화수소 공급조절 밸브(31)가 설치된다. 과산화수소 공급장치(14)는 액상의 과산화수소를 증발기(13)에 공급한다. 증발기(13)의 온도는 제어장치(41)에 의해 제어되는 증발기 히터(32)에 의해 조절된다. 제어장치(41)는 증발기 히터 센터(33)로부터 신호를 수신하여 증발기 히터(32)를 제어함으로써 증발기(13)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 송풍기(16)는 멸균 챔버(11) 내부에 배치된 팬(34)과 팬(34)을 회전시키기 위한 모터(35)를 포함한다. 모터(35)는 하우징(12)의 외부에 설치되며, 모터(35)의 회전축(35a)은 하우징(12)의 측벽을 관통하여 팬(34)과 연결된다. 도시되지는 않았으나, 모터(35)의 회전축(35a)이 관통하는 하우징(12)의 측벽에는 멸균 챔버(11)와 외부와의 공기 유동을 막기 위한 실링부재가 설치된다. 팬(34)의 표면에는 이산화티탄(TiO₂) 등의 광촉매(36)가 코팅된다.

팬(34)은 멸균 챔버(11)의 한쪽 측벽 가까이 배치됨으로써 멸균 챔버(11) 내의 공기를 전체적으로 고르게 유동시킬 수 있다. 공기의 원활한 유동을 위해 팬(34)의 전방에는 가이드 판(37)이 배치된다. 가이드 판(37)은 팬(34)과 대면하는 통로(38)를 갖는다. 팬(34)은 멸균 챔버(11)의 공기를 끌어당기는 회전 방향으로 회전하며, 멸균 챔버(11)의 공기는 가이드 판(37)의 통로(38) 및 팬(34)을 거쳐 팬(34)의 후방으로 유동한다.

그리고 팬(34)의 후방으로 유동하는 공기는 팬(34)과 측벽 사이에 배치된 팬 히터(24)에 의해 가열되고 팬 히터(24)를 거친 공기는 측벽에 부딪힌 후, 측벽을 따라 팬 히터(24)의 외측으로 유동한다. 계속해서 팬 히터(24)의 외측으로 유동하는 공기는 가이드 판(37)과 멸균 챔버(11)의 상면 사이의 공간, 가이드 판(37)과 멸균 챔버(11)의 하면 사이의 공간, 또는 가이드 판(37)과 멸균 챔버(11)의 전후벽 사이의 공간을 통해 다시 팬(34)의 전방 쪽으로 유동한다. 따라서, 멸균 챔버(11)의 공기는 전체적으로 신속하게 가열될 수 있다. 멸균 챔버(11)의 내부 온도를 검출하기 위한 멸균 챔버 온도 센서(30)는 가이드 판(37)의 통로(38)에 배치된다.

물론, 본 발명에 있어서, 팬 히터(24) 없이 멸균 챔버(11)를 감싸는 제 1 멸균 챔버 히터(25)나 제 2 멸균 챔버 히터(26) 만을 이용하여 멸균 챔버(11)의 공기를 가열할 수 있다. 또한, 팬(34)의 회전 방향은 상술한 것의 반대 방향이 될 수도 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 멸균 챔버(11)의 일측에는 자외선 발생기(17)가 설치된다. 자외선 발생기(17)는 광촉매(36)가 코팅된 팬(34)에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(39)와 자외선을 감지하기 위한 자외선 센서(40)를 포함한다. 자외선 램프(39)와 자외선 센서(40)는 제어장치(41)에 의해 제어되며, 제어장치(41)는 자외선 센서(40)로부터 신호를 수신하여 자외선 램프(39)의 동작을 제어한다. 광촉매(36)와 자외선을 이용하면 공기 중의 수분을 OH라디칼로 변경시킴으로써 멸균력을 높이고, 탈취 효과를 얻을 수 있다. 이러한 광촉매(36)와 자외선의 작용에 대해서는 후술하기로 한다. 광촉매(36)는 팬(34) 이외에 하우징(12)의 내면이나 가이드 판(37) 등 멸균 챔버(11) 내부의 다양한 위치에 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제어장치(41)는 각종 센서 및 압력계에서 발생하는 신호 및 입력장치(42)를 통해 입력되는 제어 신호를 수신하여 멸균장치(10)의 전체적인 동작을 제어한다. 또한, 제어장치(41)는 출력장치(43)를 통해 멸균 챔버(11)의 온도 및 압력 등 멸균장치(10)의 동작 상태를 출력할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 이용하여 피멸균물을 멸균하는 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 피멸균물을 세척한 후, 세척된 피멸균물을 멸균 챔버(11)에 넣는다. 이때, 피멸균물의 온도는 상온으로 10 ~ 20℃정도로 예상할 수 있다. 도어(18)를 닫고 대기압 상태에서 모터(35)를 가동하여 팬(34)을 회전시키고, 이와 동시에 팬 히터(24)를 작동시킨다. 이때, 멸균 챔버(11) 내부의 공기가 유동하면서 팬 히터(24)에 의해 가열된 후 피멸균물 및 멸균 챔버(11) 전체에 고르게 전달된다. 멸균 챔버(11)의 온도는 50 ~ 60℃로 유지시킨다. 팬 히터(24)와 함께 제 1 멸균 챔버 히터(25) 및 제 2 멸균 챔버 히터(26)를 작동시키면 멸균 챔버(11)의 온도를 더욱 신속하게 승온시킬 수 있다.

또한 본 과정에서 OH라디칼에 의한 제 1 멸균을 진행할 수도 있다. 즉, 온도를 승온시킨 상태에서 자외선 발생기(17)가 팬(34)에 코팅된 광촉매(36)에 자외선을 조사하면, 광촉매(36)와 자외선의 작용으로 공기 중의 산소, 수분을 싱글렛 옥시젼(O1-), 수퍼 옥사이드 아니온(O2-), 광오존(O3-)과 하이드록실 이온(OH-), 하이드로젼 프로톤(H+) 등의 산소 음이온들이 함께 혼재되어 있는 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 그리고 이를 팬(34)을 이용하여 순환시켜 생성과 연쇄 반응을 일으킴으로써 고밀도의 OH라디칼을 생성시킬 수 있고, 이로써 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 여기에서, 멸균 챔버(11)의 온도는 상술한 범위 이외의 적절한 값으로 조절될 수 있다. 상기 제 1 멸균은 공정에 따라서는 생략이 되기도 한다.

다음으로 과산화수소증기 공급조절 밸브(20)를 개방하면 증발기(13)에서 증발된 과산화수소증기를 멸균 챔버(11)로 공급할 수 있으며, 멸균 챔버(11)로 유입된 과산화수소증기에 의해 피멸균물에 대한 멸균이 이루어진다. 과산화수소 공급 시 멸균 챔버(11)의 압력은 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 열어 약 0.5 ~ 1 Torr로 유지시킨다. 멸균 챔버(11)의 압력은 과산화수소증기가 주입될 때 대기압 미만, 바람직하게는 100 Torr 이하의 적절한 진공압으로 조절되는 것이 좋다. 과산화수소증기가 멸균 챔버(11)로 유입될 때, 팬(34)과 자외선 발생기(17)는 작동하지 않는다.

과산화수소증기가 주입되면 멸균 챔버(11)의 압력은 상승하다가 포화가 되면 일정하게 유지되며, 이 과정에서 과산화수소증기가 피멸균물에 침투되면서 멸균이 이루어진다. 이후, 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)를 열어 멸균 챔버(11)의 압력을 상승시켜 피멸균물에 대한 과산화수소증기의 추가적인 침투를 유도하여, 과산화수소 증기로 피멸균물을 멸균하는 제 2 멸균을 진행한다.

그리고 대기압 상태에서 자외선 램프(39), 팬(34) 및 팬 히터(24)를 동작시켜 플라즈마 상태를 만들고 OH라디칼을 생성시켜 제 3 멸균을 수행한다. 이 과정에서 과산화수소는 물과 산소로 분해되며, 또한 OH라디칼을 형성시키는 과정에서 과산화수소의 분해 및 탈취가 이루어진다. 이후, 멸균 챔버(11)를 진공 상태로 만들어 과산화수소 잔류량을 제거하고, 다시 외기를 제공하여 멸균 공정을 완료한다.

이렇게 송풍기(16)와 팬 히터(24)를 이용하여 멸균 챔버(11) 및 피멸균물을 승온시킴으로써, 과산화수소증기가 응축되는 현상을 줄일 수 있고, 이를 통해 더 많은 양의 과산화수소증기를 피멸균물에 침투시킴으로써 멸균 효과를 높일 수 있다.

도 3의 그래프는 팬과 팬 히터를 사용하지 않을 때와 팬과 히터를 사용할 때 시간에 따른 멸균 챔버의 온도 변화를 비교하여 나타낸 것이다. 도 3을 보면 팬(34)과 팬 히터(24)를 사용할 경우 멸균 챔버의 온도를 보다 신속하게 승온시킬 수 있음을 알 수 있다. 여기에서, 실험에 사용된 멸균 챔버(11)의 부피는 50 Liter, 송풍기(16)의 용량은 15 ~ 20 m³/min, 팬 히터(24)의 용량은 1500 W이다.

도 4의 그래프는 멸균 챔버의 온도와 과산화수소의 농도에 따른 멸균 챔버 내부의 과산화수소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 4를 보면 50℃의 60 wt%와 40℃의 80 wt%의 농도가 거의 동일한 것을 볼 수 있다. 이는 온도의 상승이 농도가 높은 과산화수소를 사용하는 것만큼의 효과가 있음을 알려준다.

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치(10)는 팬(34) 등에 코팅된 광촉매(36)와 자외선 발생기(17)를 이용하여 멸균 효율을 높일 수 있다. 이러한 광촉매(36)와 자외선의 작용은 다음과 같다.

멸균 챔버(11) 내부로 과산화수소증기가 유입된 상태에서 자외선 발생기(17)가 팬(34)에 코팅된 광촉매(36)에 자외선을 조사하면, 광촉매(36)와 자외선의 작용으로 공기 중의 산소, 수분, 과산화수소를 싱글렛 옥시젼(O1-), 수퍼 옥사이드 아니온(O2-), 광오존(O3-)과 하이드록실 이온(OH-), 하이드로젼 프로톤(H+) 등의 산소 음이온들이 함께 혼재되어 있는 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 그리고 이를 팬(34)을 이용하여 순환시켜 생성과 연쇄 반응을 일으킴으로써 고밀도의 OH라디칼를 생성시킬 수 있고, 이로써 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

OH라디칼 즉 수산기의 산화력은 오존보다는 약 1.35배, 이산화염소보다 약 1.86배, 과산화수소보다 약 1.57배나 더 강력한 살균력을 가진 것으로 알려져 있다. 따라서, 과산화수소증기만 사용하는 것보다 과산화수소증기를 이용한 멸균과 더불어 플라즈마를 함께 사용하면 멸균력을 보다 높일 수 있다.

아래의 표 1은 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기가 작동하지 않을 때와 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기를 작동시킬 때의 멸균력을 비교한 실험 결과이다.

(사멸 수량/실험 수량)

	팬, 팬 히터 및 자외선 발생기 미동작	팬, 팬 히터 및 자외선 발생기 동작
수술용 가위	5/10	10/10
Hard Lumen(φ1mm x 600mm)	0/10	9/10
Soft Lumen(φ1mm x 2,000mm)	2/10	10/10
한쪽이 막힌PCD(φ2mm x 1,500mm)	0/5	4/5

본 실험예에서 멸균 효과를 확인하기 위해 생물학적 지시계로서 10⁶개의 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus Stearothermophilus) 생포자(viable spore)를 이용하였다. 멸균 챔버(11)에 수용되는 피멸균물로는 침투가 어려운 힌지에 상기 생포자를 접종한 수술용 가위 10개, 경질 내시경을 대표하는 스테인레스스틸 관의 Φ1mm x 60cm 중심에 생포자를 접종한 Hard Lumen 10개, 연질 내시경을 대표하는 Teflon 관의 Φ1mm x 2m 중심에 생포자를 접종한 Soft Lumen 10개, 산화 에틸렌 가스 멸균기와 진공 Type Steam 멸균기의 PCD(Process Challenge Device)로 사용되는 한쪽이 막힌 형태의 내경 Φ2 x 1,500mm 의 말단 부위에 생포자가 접종된 Dics를 삽입한 PCD 5개를 이용하여, 팬(34), 팬 히터(24) 및 자외선 발생기(17)의 동작, 미동작에 따른 멸균력을 비교 평가하였다.

본 실험에서, 멸균 챔버(11)의 부피는 50 Liter, 멸균 챔버(11)의 설정온도는 50 ℃, 송풍기(16)의 용량은 15 ~ 20 m³/min, 팬 히터(24)의 용량은 1500 W, 공급된 과산화수소는 농도 58 wt%에 2ml, 자외선의 조사 세기는 20 W, 광촉매(36)는 이산화티탄(TiO₂), 광촉매(36)의 표면적은 약 40 cm²이었다.

또한, 광촉매(36)와 자외선을 이용하면 멸균력의 향상뿐만 아니라 과산화수소의 분해 및 탈취 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 진공이 아닌 대기압 상태에서 플라즈마에 의한 멸균이 이루어지므로, 다음과 같은 원리로 과산화수소가 분해되고 과산화수소 특유의 냄새뿐 아니라 멸균 시 발생하는 각종 악취가 분해되어 탈취된다.

(1) 광촉매(36)에 자외선이 조사되면 전자(e-)와 정공(h+)이 발생된다.

(2) 발생된 전자와 정공은 산소, 물, 과산화수소와 반응하여 다음과 같이 과산소라디칼(O2-)과 하이드록시라디칼(OH+)을 생성한다.

H₂O₂ → H₂O + O₂

O₂ + e- = O₂- (+) H₂O + h+ = OH+

(3) 생성된 라디칼들(O₂-, OH+)은 강한 산화력이 있어 악취, 세균, 박테리아, 곰팡이, NOx, 휘발성유기화합물(VOCs) 등을 산화 및 환원시킨다.

(4) 팬(34)을 이용하여 상기 반응을 연쇄 반응 및 반복 반응시킴으로써 최종적으로는 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)로 변화시킨다.

이러한 과정을 통해, 과산화수소를 분해하고 과산화수소 특유의 냄새뿐 아니라 멸균 시 발생하는 각종 악취를 분해하여 탈취시킬 수 있다.

도 5는 팬 및 자외선 발생기 동작 전후를 비교하여 과산화수소의 농도 변화를 10초 간격으로 측정한 그래프이다. 도 5를 참조하여 광촉매(36)와 자외선을 사용하지 않을 경우와 사용할 경우의 멸균 챔버(11)의 과산화수소와 물의 농도를 비교해 보면, 광촉매와 자외선을 조사한 경우에 과산화수소가 물이 되는 속도가 훨씬 빠른 것을 알 수 있다.

실험예에서, 멸균 챔버(11)의 설정온도는 50 ℃, 멸균 챔버(11)의 용량은 50 liter, 자외선의 조사 세기는 20 W, 광촉매(36)의 코팅 면적은 약 40 cm², 송풍기(16)의 용량은 15 ~ 20 m³/min, 공급된 과산화수소는 농도 58 wt%에 2 ml이다.

또한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 피멸균물을 건조시키는 건조 기능을 갖는다. 피멸균물을 건조하는 과정은 다음과 같다.

멸균 공정이 끝나면, 대기압 상태에서 팬(34)과 팬 히터(24)를 이용하여 멸균 챔버(11) 내부의 피멸균물 및 잔류 수분을 승온시킨다. 이때, 승온 온도는 30 ~ 60 ℃가 적정하다. 피멸균물이 적정 온도까지 승온되면 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 열고 진공 펌프(15)를 작동시켜 진공 배기시킴으로써 멸균 챔버(11)의 압력을 소정 압력까지 떨어뜨린다. 이때, 멸균 챔버(11)의 압력은 대기압 미만, 바람직하게는 100 Torr 이하인 것이 적정하다.

일정 시간 멸균 챔버(11)를 진공 배기시킨 후, 배기가 완전히 이루어지지 않으면 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 닫고 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)를 열어 멸균 챔버(11)에 다시 공기를 주입한다. 그리고 다시 팬(34)과 팬 히터(24)를 작동시켜 멸균챔버(11) 내부를 승온시킨 후, 다시 진공 배기 공정을 진행한다. 이러한 가열 및 진공 배기 공정을 반복하면 피멸균물에 잔류하는 수분을 완벽하게 제거할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 멸균장치 11 : 멸균 챔버
12 : 하우징 13 : 증발기
14 : 과산화수소 공급장치 15 : 진공 펌프
16 : 송풍기 17 : 자외선 발생기
18 : 도어 19 : 필터
20 : 과산화수소증기 공급조절 밸브 21 : 멸균 챔버 압력조절 밸브
22 : 멸균 챔버 압력해제 밸브 23 : 멸균 챔버 압력계
24 : 팬 히터 25, 26: 제 1, 2 멸균 챔버 히터
30 : 멸균 챔버 온도 센서 31 : 과산화수소 공급조절 밸브
32 : 증발기 히터 34 : 팬
35 : 모터 36 : 광촉매
37 : 가이드 판 39 : 자외선 램프
41 : 제어장치

Claims (14)

1. 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징;
   상기 멸균 챔버에 상기 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기;
   상기 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 상기 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치;
   상기 멸균 챔버에 진공압을 제공하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 진공 펌프;
   상기 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기; 및
   상기 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터;를 포함하고,
   상기 팬은 상기 하우징의 한쪽 측벽 쪽에 가까이 배치되고 상기 모터는 상기 측벽의 외부에 배치되며, 상기 모터의 회전축이 상기 측벽을 관통하여 상기 팬과 연결되며,
   상기 팬 히터는 상기 팬과 상기 측벽 사이에 배치되고,
   상기 팬은 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 상기 팬의 전방에서 후방 쪽으로 유동시키는 회전 방향으로 회전하고,
   상기 멸균 챔버 내부의 상기 팬 전방에는 상기 팬 쪽으로 유동하는 공기를 상기 팬의 중심 쪽으로 집중시키기 위해 상기 팬과 대면하는 통로가 마련된 가이드 판이 설치되며,
   상기 멸균 챔버 내부의 공기는 상기 통로, 상기 팬 및 상기 팬 히터를 거쳐 상기 측벽에 부딪힌 후, 상기 가이드 판과 상기 하우징의 내면 사이의 공간을 통해 다시 상기 팬의 전방으로 유동하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 통로에 배치되어 상기 멸균 챔버 내부의 온도를 검출하는 멸균 챔버 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 광촉매; 및
   상기 광촉매에 자외선을 조사하기 위해 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 자외선 램프를 갖는 자외선 발생기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 광촉매는 상기 팬의 표면, 하우징의 내면 및 가이드 판 중에서 적어도 하나 이상의 부위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 광촉매는 이산화티탄(TiO₂)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 멸균 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시킬 수 있도록 상기 멸균 챔버와 연결되는 멸균 챔버 압력해제 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징을 가열하여 상기 멸균 챔버 내부 온도를 상승시키기 위해 상기 하우징에 결합되는 멸균 챔버 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
    
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