KR102334296B1 - 습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법. 방법은 살균될 물체를 수용하도록 구성된 챔버를 제공하는 단계; 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계; 제1 주입으로부터 기인한 챔버 내의 압력 상승 및 압력 강하를 결정하는 단계; 압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하는 단계; 제1 습도 값(RH chamber )을 결정하기 위하여 제1 주입 후에 챔버의 습도를 감지하는 단계; 제1 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하는 단계; 및 제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 양의 물은 흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산된다.시스템은 본 방법을 수행할 수 있고; 시스템 및 방법은 살균기에 채용될 수 있다.

Description

습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING HUMIDITY}
본 발명은 대체로 폐쇄된 챔버 내의 습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 구체적으로는, 살균 챔버 내의 습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법을 포함하는, 살생물성 가스(biocidal gas)로 물체를 살균하기 위한 시스템(예컨대, 살균기) 및 방법에 관한 것이다.
오토클레이빙 온도(autoclaving temperature)를 견딜 수 없는 물품은 에틸렌 옥사이드와 같은 살생물성 가스를 사용하는 살균기로 살균될 수 있다. 에틸렌 옥사이드 살균기는 살균될 물품이 배치될 수 있는 살균 챔버를 갖는다. 이어서, 살균 챔버의 도어는 밀봉될 수 있으며, 조작자는 살균 사이클을 개시할 수 있다. 에틸렌 옥사이드가 최대의 효과를 발휘하기 위해, 물품은 적절한 양의 습도로 사전 처리될 수 있으며; 이를 달성하기 위해서는, 진공(예컨대, 부분 진공)이 살균 챔버 내에 인입될 수 있고 이어서 물이 챔버 내로 방출될 수 있다. 챔버 내에 정확한 양의 가습(humidification)이 달성된 경우, 적절한 투입량(charge)의 에틸렌 옥사이드 가스가 방출될 수 있고, 표면 상에 작용하여 일정 기간 동안 물품에 의해 흡수되게 할 수 있다. 일단 물품이 살균되면, 에틸렌 옥사이드 가스는 챔버 및 물품으로부터 일소될 수 있으며, 챔버 도어가 해제될 수 있어 물품을 언로딩할 수 있다.
챔버 내에 적절한 가습을 달성하는 것이 바람직할 수 있는데, 즉 에틸렌 옥사이드 가스를 방출하기 전에, 비교적 신속한 속도로, 이상적으로는 챔버를 과도하게 가습하지 않고서 달성하는 것이 바람직하며, 이러한 과도한 가습은 조기 챔버 소기(evacuation)를 요구할 수 있고/있거나 전체 살균 사이클을 방해할 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국공개특허공보 US 2002/0152792 A (2002.10.24), 미국공개특허공보 US 5,445,792 A (1995.08.29), 및 미국공개특허공보 US 4,843,867 A (1989.07.04)에 의해 제공된다.
일부 살균 시스템에서, 채용되는 살균, 또는 "살생물성" 가스(예컨대, 에틸렌 옥사이드)는 습도 센서에 대해 해로운 영향을 미칠 수 있다. 그러한 센서는 에틸렌 옥사이드가 그의 충분한 효과를 갖도록 물품이 적절한 습도 레벨로 사전 처리되었음을 보장하기 위해서 종래의 살균기 내에 존재한다. 습도는 일반적으로 살균 가스를 더 효과적이도록 하기 위해 존재하는 임의의 미생물의 전제 조건을 이룬다. 그 결과, 다양한 살균 표준들이 살균 가스의 방출 전에 살균 챔버 내에 (예컨대, 규정된 기간 동안) 특정 레벨의 습도를 유지시킬 것을 요구할 수 있다.
살생물성 가스의 반응 특성은 비교적 섬세한 습도 센서를 손상시켜서, 이를 고장 나게 할 수 있다. 이것이 발생할 경우, 장치는 고장 시 안전이 보장될 수 있는데, 즉 손상된 센서는 적절한 레벨의 습도에 도달하지 않았음을 나타내고, 그 결과, 살균 가스가 방출되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 고장은 전체 프로토콜에 불편한 중단을 초래할 수 있다. 그 결과, 일부 경우에서는, 살생물성 가스의 영향에 민감한 구성요소들(예컨대, 습도 센서)을 보호하는 살균기 설계가 채용될 수 있다.
예를 들어, 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,641,455호(로젠룬트(Rosenlund) 외)는, 살균 챔버로부터 또는 그의 외측으로 제거되는 지점에서 진공 라인에 연결된 습도 센서, 및 살균 챔버와 습도 센서 사이의 지점에서 진공 라인에 연결된 격리 밸브를 포함하는 살균기를 설명한다. 그러나, 그러한 시스템에서, 챔버의 원하는 레벨로의 가습은 느리고/거나 지루할 수 있는데, 이는 챔버의 습도 레벨을 일정하게 모니터링하기 보다는 챔버 내 분위기의 샘플이 제거되고 습도 센서와 접촉 상태로 위치되는 가습 사이클 동안의 다양한 시점들에서 이산된 습도 측정값들이 취해지기 때문이다. 샘플의 습도에 기초하여, 다음 물 주입의 양 및/또는 타이밍이 결정될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 다음 물 주입 양을 비율계량식으로 계산하기 위하여 챔버 내의 분위기의 정압(constant pressure) 모니터링을 이용하는 제어 시스템 및 프로세스를 채용한다. 본 발명의 시스템 및 방법은 (예컨대, 부하(load) 흡수의 결과로서 챔버 압력 강하 면에서) 부하 크기를 설명할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 시스템 및 방법은 살균 챔버 내의 원하는 습도 레벨을 더 효율적으로 달성 및/또는 유지할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 또한, 챔버 내의 분위기(즉, 가스 환경)의 압력 측정값 및 습도 측정값에 기초하여, 폐쇄된 챔버 내의 상대 습도를 비율계량식으로 제어하기 위한 비살균 시스템 및 방법으로 확대될 수 있다. 본 발명의 습도 제어 시스템 및 방법이 채용될 수 있는 일부 비살균 응용예 또는 시스템은 인큐베이터, 찬장, 냉장고, 환경 시험 챔버, 담배저장용기, 또는 임의의 다른 적합한 응용예 또는 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일부 태양은 습도 제어 방법을 제공한다. 본 방법은 살균될 물체를 수용하도록 구성된 챔버를 제공하는 단계; 수증기로서 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계; 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 챔버 내의 압력 상승 및 압력 강하를 결정하는 단계; 압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하는 단계; 제1 습도 값(RH chamber )을 결정하기 위하여 제1 양의 물을 주입하는 단계 후에 챔버의 습도를 감지하는 단계; 제1 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RHerror) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하는 단계; 및 수증기로서 제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 양의 물은 흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산된다.
본 발명의 일부 태양은 살생물성 가스로 물체를 살균하기 위한 살균기를 제공한다. 살균기는 살균될 물체를 수용하기 위한 챔버, 및 살생물성 가스의 챔버 내로의 방출을 제어하기 위하여 살생물성 가스 공급원에 연결될 수 있는 살생물성 가스 제어 시스템을 포함할 수 있다. 살균기는 챔버 내의 가스 환경을 조작하기 위한 습도 제어 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 습도 제어 시스템은 선택가능한 양의 물을 챔버 내로 주입하기 위해 물 공급원에 연결될 수 있는 물 제어 시스템; 챔버 내의 압력을 측정하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서; 및 챔버 내의 가스 환경의 습도 값(RH chamber )을 감지하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에, 또는 그와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서를 포함할 수 있다.습도 제어 시스템은 제어기를 추가로 포함할 수 있고, 제어기는 (i) 챔버 내로 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 챔버 내의 압력 강하 및 압력 상승을 결정하도록, (ii) 압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하도록, (iii) 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하도록, 그리고 (iv) 흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 챔버 내로 주입될 제2 양의 물을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 일부 태양은 챔버 내의 가스 환경을 조작하기 위하여 습도 제어 시스템을 제공한다. 시스템은 선택가능한 양의 물을 챔버 내로 주입하기 위해 물 공급원에 연결될 수 있는 물 제어 시스템; 챔버 내의 압력을 측정하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서; 및 챔버 내의 가스 환경의 습도 값(RH chamber )을 감지하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에, 또는 그와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서를 포함할 수 있다.습도 제어 시스템은 제어기를 추가로 포함할 수 있고, 제어기는 (i) 챔버 내로 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 챔버 내의 압력 강하 및 압력 상승을 결정하도록, (ii) 압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하도록, (iii) 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하도록, 그리고 (iv) 흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 챔버 내로 주입될 제2 양의 물을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징 및 태양이 상세한 설명 및 첨부 도면을 고찰함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 살균기의 개략도로서, 살균기는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 습도 제어 시스템을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전체 살균 프로세스에 대한 흐름도로서, 여기서 전체 살균 프로세스는 가습을 포함한다.
도 3a 내지 도 3c는 도 4, 도 5, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 습도 제어 방법을 포함하는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전체 가습 프로세스에 대한 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 습도 제어 방법을 나타내는 제어도이다.
도 5는 도 4의 습도 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 4 및 도 5에 나타낸 습도 제어 방법을 추가로 나타내는 타이밍도를 도시한다.
본 발명의 임의의 실시 형태를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그의 응용에 있어서 하기의 설명에 기재되거나 하기의 도면에 도시되는 구성요소의 구성 및 배열의 상세 사항으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시 형태들이 가능하며 다양한 방식으로 실행 또는 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어법 및 용어는 설명의 목적을 위한 것으로, 제한으로서 여겨져서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 뒤에 열거된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함하는 것으로 의미된다. 달리 명시되거나 제한되지 않는 한, "연결된" 및 "결합된"이라는 용어 및 이들의 변형은 광범위하게 사용되고, 직접 및 간접 둘 모두의 연결 및 결합을 포괄한다. 다른 실시 형태가 이용될 수 있으며, 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 대체로 폐쇄된 챔버 내의 관심 대상 가스의 양을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 구체적으로는, (예컨대, 살생물성 가스로 물체를 살균하는 방법의 일부로서) 폐쇄된 환경 내의 습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 살균 챔버 내의 습도를 제어하기 위한 시스템 및 방법을 포함하는, 살생물성 가스로 물체를 살균하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
대체적으로, 본 발명의 시스템 및 방법은 챔버 내로의 가스(예컨대, 스팀으로서 물)의 주입 동안 그리고 주입 후에 챔버 압력을 측정하는 것을 포함한다. 그러한 압력 측정값은 챔버 내에 존재하는 부하의 압력비(예컨대, 흡수율) 특성을 정의하기 위해 사용되는데, 이는 이어서 흡수 계수를 계산하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 압력비 및/또는 흡수 계수는 주입될 가스의 후속 양(예컨대, 용적)을 결정하기 위한 제어 알고리즘에 입력으로서 포함되어, 그 가스에 대한 규정된 설정점을 달성하거나 유지할 수 있다. 압력비 및/또는 흡수 계수는 또한, 다음 질문(예컨대, 습도 측정)이 발생하는 비율을 결정하기 위한 알고리즘에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
압력비 및/또는 흡수 계수는 대체로, 챔버 내에 존재하는 부하를 나타내고 설명하는 데 사용될 수 있다. "부하"는, 대체로, 부하가 챔버 내에서 조절될 수 있도록, 챔버 내에 위치되도록 구성되는 하나 이상의 물체를 지칭한다. 예를 들어, 살균 시스템 및 방법과 관련하여, 용어 "부하"는 챔버 내에 위치되어 살균될 하나 이상의 물체를 지칭한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 주어진 부하를 위해 챔버 ― 예컨대, 가습 프로세스 ― 내로 가스를 전달하기 위한 프로세스를 동적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 시스템 및 방법은 대체적으로, 각각의 부하, 각각의 챔버, 각각의 시스템, 등에 대해 상이할 것인 부하 응답을 결정하도록 비교적 작은 초기 주입을 제공할 수 있다. 부하 응답은 대체적으로, 초기 및 후속 주입 동안 그리고 그 후에 압력비를 계산하여 흡수율(AR) 및/또는 흡수 계수(AC) - 이에 대한 계산은 아래에서 더 상세히 설명됨 - 를 결정함으로써, 특징지어질 수 있고 설명될 수 있다. 대체적으로, 더 작거나 적은 흡습 부하는, 흡수 시간 동안(즉, 가스의 주입 후에) 일정하거나 심지어 약간 상승하는 압력에 의해 표시되는, 더 작은 AR 및 AC를 가질 것이다(즉, 적게 흡수할 것이다). 다른 한편으로, 더 크거나 더 많은 흡습 부하는, 흡수 시간 동안 대체적으로 감소하는 압력 강하에 의해 표시되는, 더 큰 AR 및 AC를 가질 것이다.
본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 다양한 매개변수가 AR 및/또는 AC에 기초하여 일정 비율로 되거나(scaled) 또는 조절될 수 있다. 예를 들어, 가스의 원하는 레벨(즉, 설정점)을 얻기 위한 램프 업 페이즈(ramp-up phase) 동안, 다음 주입을 위한 가스의 주입 시간(즉, 주입량)은 하나 이상의 이전 주입(예컨대, 직전의 주입)에 기인한 AR 및/또는 AC에 기초하여 (예컨대, 그에 비례하여) 계산될 수 있다. 더욱이, 챔버가 원하는 레벨을 달성하여 유지 페이즈에 있는 후에, 흡수 시간(즉, 챔버 내에 위치된 부하가 가스를 흡수하는 데 허용된 시간)이 하나 이상의 이전 주입(예컨대, 직전의 주입)에 기인한 AR 및/또는 AC에 기초하여 계산될 수 있다.
AR이 거의 영(0)인 경우(또는 AC가 거의 1인 경우 ― 수식이 도 5, 도 6a 및 도 6b와 관련하여 아래에서 설명됨), 부하인 물체가 챔버 내측의 습도 환경에 대해 평형 상태에 있다는 것은 대체로 사실이고 본 발명의 시스템 및 방법의 유용한 목적일 수 있다. 본 발명자는 AR (및/또는 AC)가 챔버 및 부하(즉, 챔버 + 부하)의 허용가능한 안정적인 타깃 습도로의 수렴을 가속시키는 데 이용될 수 있다는 것을 발견하였다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은, 물체의 부하를, 예컨대 살생물성 가스로 살균하기 위한 살균기 및 살균 방법에 각각 사용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 습도 제어 시스템(101A, 101B)을 포함하는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 살균기(100)를 개략적으로 도시한다.
도시된 바와 같이, 살균기(100)는 살균될 물체의 부하(105)를 보유하기 위한 살균 챔버(102)를 포함한다. 챔버(102)는 살균될 물품, 즉 부하(105)를 수용할 수 있는 부피를 포함한다.
살균기(100)는 챔버(102) 내의 가스 환경을 조작하기 위하여 (아래에서 더 상세히 설명되는 제어기(155), 및 살균기(100)의 추가 제어 시스템을 포함할 수 있는) 전체 제어 시스템(104)을 포함할 수 있다. 챔버(102)는 부하(105)를 로딩(loading)하거나 그를 챔버(102)로부터 언로딩하기 위하여 개방될 수 있는 도어(미도시)를 포함할 수 있다. 챔버(102)는 또한 아래에서 논의된 바와 같이 챔버(102) 내에 가스 밀폐 환경을 제공하기 위해 그러나 제어 시스템(104)의 포트를 위해 하나 이상의 시일(예컨대, 도어와 함께 채용됨)을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 살생물성 가스의 도입 전에 챔버(102)를 예열할 필요가 있을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 히터(103)가 챔버(102)와 열적 연통 상태에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 히터(103)는 챔버(102)를 둘러쌀 수 있다.
일부 실시 형태에서, 예컨대, 살생물성 가스로서 에틸렌 옥사이드 가스를 채용하는 실시 형태에서, 가스의 완전한 침투를 보장하기 위하여 살생물성 가스의 도입 전에 전처리로서 실질적인 부분 진공(또는 공기 제거)을 살균될 물체에 가할 필요가 있을 수 있다. 이는 진공 제어 시스템(106)에 의해 달성될 수 있다. 진공 제어 시스템(106)은 포트(108, 109)와 같은 하나 이상의 포트를 거쳐서 챔버(102)와 유체 연통 또는 선택적 유체 연통 상태에 있다. 챔버(102) 내에 진공을 인입하기 원하는 경우에, 진공 펌프 밸브(110)가 작동되어, 이는 공기 공급원(112)으로부터의 가압된 공기가 매니폴드(114)를 통하여 벤투리(116)로 유동하게 한다. 벤투리 시스템이 도시되어 있지만, 당업자는 진공 펌프가 대안적으로 진공을 인입하는 데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이고, 벤투리 시스템이 단지 예로서 예시된다는 것을 이해할 것이다. 벤투리(116)가 작동되는 경우, 진공이 라인(118)에 인입되고, 챔버(102) 내의 가스가 포트(108)를 통하여 인출된다. 분기 라인(122)이 또한 포트(109)를 통하여 챔버(102)에 연결된다. 벤투리(116)로부터의 배기가 라인(123)을 통하여, 그리고 배기 출구(125)를 통하여 적절한 오염 감소 설비로 수행된다.
분기 라인(122) 내의 가스는 하나 이상의 습도 센서(124)에 의해 모니터링된다. 가스의 습도 센서(124)를 지나는 유동은, 집합적으로 상대 습도(RH) 샘플 밸브(126, 128) 또는 "RH 샘플 밸브"(126, 128)로 지칭되는 제1 흡기 밸브(126)(예컨대, 습도 센서 차단 밸브(isolation valve)) 및 제2 흡기 밸브(128)(예컨대, 습도 센서 체크 밸브)의 상태에 기초하여 조절된다.
일부 실시 형태에서, 예컨대, 살생물성 가스로서 에틸렌 옥사이드 가스를 채용하는 실시 형태에서, 살생물성 가스의 도입 전에 적절한 양의 습도로 부하(105)를 예비 조절할 필요가 또한 있을 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 살균기(100)는 도 1에서 2개의 부분(101A, 101B)을 포함하는 것으로서 도시되어 있는 습도 제어 시스템을 포함한다. 특히, 습도 제어 시스템(101A, 101B)은 선택가능한 양의 물을 챔버(102) 내로 주입하기 위한 물 제어 시스템(130); 챔버(102) 내의 압력을 측정하기 위하여 챔버(102)와 유체 연통 상태에 있는 하나 이상의 압력 센서(133)(하나가 단순화를 위하여 도시되고 설명됨); 챔버(102) 내의 가스 환경의 습도 값(RH chamber )을 감지하기 위해 RH 샘플 밸브(126, 128)를 거쳐 챔버(102)와 유체 연통 또는 선택적 유체 연통 상태에 있는 하나 이상의 습도 센서(124)(하나가 단순화를 위하여 도시되고 설명됨); 및 제어기(155)를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 진공 제어 시스템(106)은 또한 습도 제어 시스템(101A, 101B)의 일부를 형성하는 것으로 고려될 수 있다.
제어기(155)는 압력 센서(133) 및 습도 센서(124)로부터 데이터를 획득하도록(예컨대, 데이터 획득 시 다양한 지연(delay)을 허용하면서) 그리고 이러한 데이터를 이용하여 (i) 물의 주입 동안 그리고 그 후에 챔버(102) 내에서 겪는 압력 강하 및 압력 상승에 기초하여 부하(105)에 대한 흡수율(AR)(예컨대, 그리고 궁극적으로, 흡수 계수(AC))을 계산하고, (ii) 원하는 습도 설정점(RH setpoint )이 달성되었는지 여부에 기초하여 습도 오차(RH error )를 계산하고, (iii) 흡수율(AR)(예컨대, 그리고 흡수 계수(AC)) 및 오차(RH error )에 기초하여 챔버(102) 내로 다음에 주입될 물의 양을 결정하도록 구성될 수 있다.
대체적으로, 제어기(155)는, 예를 들어, 프로그램가능 논리 제어기("PLC"), 마이크로프로세서, 개인용 컴퓨터("PC"), 및/또는 다른 산업용/개인용 컴퓨팅 디바이스와 같은 적합한 전자 디바이스일 수 있다. 그와 같이, 제어기(155)는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소 둘 모두를 포함할 수 있고, 그러한 구성요소들의 조합을 넓게 포함하려는 것이다. 더욱이, 도 1의 파선으로 표시된 바와 같이, 제어기(155)는 유선 또는 무선 연결부들의 임의의 조합을 거쳐 습도 제어 시스템(101A, 101B)의 임의의 다른 구성요소(또는 살균기(100)의 다른 구성요소)에 연결될 수 있다.
전술된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 살균 가스는 습도 센서(124)에 유해할 수 있다. 그 결과, 습도 센서는, 제1 RH 샘플 밸브(126)(예컨대, 솔레노이드 밸브)가 습도 센서(124)를 챔버(102)와의 유체 연통 상태에서 분리시키도록 위치된 (즉, 제1 RH 샘플 밸브(126)가 통상적으로 폐쇄됨) 채로, 챔버(102) 외측의 매니폴드(또는 "RH 매니폴드")(127) 내에 위치될 수 있다. 전술된 바와 같이, 습도 센서(124)는 RH 배기 밸브로서 기능할 수 있고 통상적으로 폐쇄될 수 있는 제2 RH 샘플 밸브(128)(예컨대, 솔레노이드 밸브)와 제1 RH 샘플 밸브(126) 사이에 위치될 수 있다. 제2 RH 샘플 밸브(128)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 제어 시스템(106)의 벤투리(116)(또는 다른 진공 펌프 시스템)와 습도 센서(124) 사이에 위치될 수 있다.
가습 스테이지 동안 챔버(102)의 습도를 샘플링하기 위하여, RH 샘플 밸브(126, 128) 둘 모두가 개방되고 진공 제어 시스템이 작동되어 (예컨대, 진공 펌프 밸브(110)가 개방되고 벤투리(116)가 작동되어) 챔버 공기를 매니폴드(127)를 통하여 끌어낼 수 있다.
공기의 상대 습도(RH) 레벨은 온도에 종속된다. 38℃에서 RH 보정치는 대략 3.2%RH/℃이고, 55℃에서 RH 보정치는 대략 2.6%RH/℃이다. 습도 센서에서 측정된 온도 및 챔버 온도는 가습 스테이지 동안 측정된 습도 레벨을 보정하는 데 사용될 수 있다.
종래의 가습 또는 습도 제어 방법은 챔버(102) 내측의 부하(105) 내로 흡수되는 물의 양을 예상하지 않아서, 이는 부하(105)의 크기 및 내용에 따라서 크게 가변될 수 있고, 이는 결국 습도 제어의 불안정성을 초래할 수 있다. 습도 제어의 그러한 불안정성은, 예컨대, 습도를 제어하기 위하여, 도 1에 도시된 습도 센서(124)와 같은, 습도 센서만을 채용하는 시스템에서, 챔버(102)의 습도 레벨의 정확한 감지 시에 시간 래그(lag)에 적어도 부분적으로 기인할 수 있다. 습도 센서(124)가 (도 1에 도시된 바와 같이) 원격에 있는 실시 형태에서, 시간 래그는 그가 습도 센서(124)의 응답 시간을 포함하기 때문에 더 더욱 클 수 있다(예컨대, 챔버(102) 내의 가스 환경을 샘플링하기 위한 시간을 포함함). 원격 습도 센서(124)는 프로세스의 제어성에 영향을 줄 수 있는 데, 이는 챔버(102)의 가스 환경의 샘플이 취해지고 있는 경우 습도가 여전히 변하고 있기 때문이다. 그 결과, 본 발명자들은 후속 주입을 위한 최적의 주입량을 결정하기 위하여 물이 주입됨에 따라 제1 물 주입의 영향을 정밀하게 추정하는 습도 제어 시스템 및 방법을 개발하였다. 이러한 경우에, 불편 추정치(unbiased estimate)가 제어의 내부 상태 - 즉, 물을 흡수하는 부하(105)의 능력 - 로부터 생성될 수 있다.
습도 제어 시스템의 2개의 부분(101A, 101B)은 단지 예시 및 예로서 도 1의 챔버(102)의 서로 반대편인 측부들 상에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이는 그러할 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
도 1에 도시된 물 제어 시스템(130)을 계속 참조하면, 물(131)(예컨대, 증류수)은 물 용기(132) 내에 저장될 수 있는데, 물 용기는 물 용기(132) 내의 물(131)이 배수되게 하는 기공 튜브(134) 및 충전 포트(136)를 갖는다. 진공이 챔버(102) 내에 인입되고 적절한 시간 동안 유지된 후에, 이어서, 물은 챔버(102) 내로 (예컨대, 스팀의 형태로) 도입될 수 있고, 물 주입 밸브(138)(예컨대, 솔레노이드 밸브)가 개방될 수 있다. 단지 예로서 도시된 바와 같이, 물 주입 밸브(138)는 제어기(155)에 의해 제어될 수 있다. 이어서, 물 용기(132)로부터의 물(131)은 라인(또는 "물 공급 통로")(137)을 통하여, 물이 수증기(즉, 스팀)(135)를 형성하도록 가열되는 히터(또는 "히트 싱크", 또는 "증발 매니폴드")(139) 내로 유동한다. 수증기(즉, 스팀)(135)는 포트(140)를 거쳐 챔버(102) 내로 들어간다.
수증기(135)는 챔버(102) 내로 들어가서 부하(105)와 접촉되게 하고, 부하(105)에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 수 있다. 흡수 시간 또는 지연이 수증기(135)의 부하 흡수를 위해 충분한 시간을 허용하도록 제공될 수 있다. 이어서, RH 샘플 밸브가 개방될 수 있고, 적은 양의 진공이 분기 라인(122)을 통하여 챔버(102) 내의 물체의 습도 이력을 모니터링하는 습도 센서(124)를 지나도록 인입될 수 있다. 원하는 습도 레벨을 달성 및 유지하는 데 사용되는 습도 제어 방법의 다른 태양이 도 4, 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
대체적으로, 물의 챔버(102) 내로의 주입은 챔버 압력(전형적으로 160 mbar)과 챔버 외측의 주위 압력(예컨대, 미국 미네소타주 세인트 폴에서의 980 mbar) 사이의 압력 차이에 좌우된다. 주위 압력의 물 용기(132)로부터 물을 인출하여 이를 수증기(135)로서 챔버(102) 내로 주입하기 위하여, 히터(139)는 원하는 증발 온도(예컨대, 챔버 내의 압력이 160 millibar(mBar)인 경우 95℃)로 가열될 수 있다. 라인(137)의 물 주입 밸브(138)는 수증기가 챔버(102) 내로 주입되는 시간의 길이를 제어하는 데 사용되어, 그에 의해 히터(139) 내로 전달되는 물의 양(예컨대, 부피), 그리고 궁극적으로, 챔버(102) 내로 주입되는 수증기(135)의 양(예컨대, 부피)을 제어한다.
히터(139)를 통과하는 물의 증발은 히터(139)를 냉각시킬 수 있다. 이러한 이유로, 액체 물이 챔버(102) 내로 그리고 살균되는 부하(105) 상으로 주입되는 온도로 히터(139)를 냉각시키는 것을 피하기 위하여 주어진 사이클 동안 최대 주입 시간을 과도하게 연장시키지 않는 것이 중요할 수 있다.
도 1의 살균기(100)의 물 제어 시스템(130)이 주입을 수행하기 위하여 진공 제어 시스템(106)에 의해 인입되는 진공에 좌우되지만, 외부 전달 디바이스, 예컨대, 펌프, 시린지(syringe), 또는 제어된 양을 주입하기에 적합한 다른 디바이스에 의해 제공되는 주입을 포함하여 다른 유형의 주입이 채용될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
물체가 살생물성 가스의 방출에 대비된 경우, 취약한 습도 센서(124)를 살생물성 가스와의 접촉으로부터 보호하도록 RH 샘플 밸브(126, 128)는 폐쇄될 수 있다. 살생물성 가스의 방출이 적절한 경우, 미국 특허 제5,641,455호(로젠룬트 외)에 기재된 바와 같이, 방출이 안전하게 수행되는 것을 보장하도록 살생물성 가스 제어 시스템(141)이 채용될 수 있다. 살생물성 가스는, 챔버(102) 내에 위치될 수 있는 리셉터클(receptacle)(예컨대, 밀봉된 카트리지 또는 캐니스터(canister))과 같은, 살생물성 가스 공급원(142) 내에 포함할 수 있다. 살생물성 가스의 방출이 요구되는 경우, 일련의 사건들이 살생물성 가스 공급원(142)에 구멍을 내거나 이와 달리 그를 개방하도록 개시될 수 있다. 이어서, 원하는 양의 살생물성 가스가 라인(144)을 통하여 히터(139) 내로 유동하여, 여기서 가스 상태로 있는 것이 보장되도록 가열된다. 이어서, 살생물성 가스는 도시된 바와 같이 수증기(135)와 동일한 포트(140)를 거쳐서 챔버(102) 내로 들어갈 수 있지만, 그러할 필요는 없다.
살생물성 가스에 대한 부하(105)의 노출 후에, 챔버(102)로부터 그리고 부하(105)로부터 가스를 제거할 필요가 있을 수 있고 챔버(102)에 대해 수세 및 에어레이션(aeration)을 행할 필요가 있는데, 이는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같다. 수세를 달성하기 위하여, 살균기(100)는 진공 제어 시스템(106)을 채용할 수 있다. 에어레이션을 달성하기 위하여, 살균기(100)는 진공 제어 시스템(106)과 함께 사용될 수 있는 공기 흡기 제어 시스템(143)을 포함할 수 있다. 진공이 챔버(102) 내에 인입된 후에, 공기 밸브(145)는 여과된 공기(예컨대, 여과기 또는 여과 시스템을 통하여 주위 공기를 인입함으로써 제공됨)가 라인(147)을 통하여, 선택적으로 히터(139)를 통하여 그리고 수증기(135) 및 살생물성 가스와 동일한 포트(140)를 거쳐 챔버(102) 내로 유동하게 하도록 개방될 수 있다. 흡기 공기가 포트(140)를 거쳐 챔버(102) 내로 들어가는 것으로 도시되어 있지만, 별도의 포트가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
상기 설명과 관련하여 기술된 다양한 작동 사건들의 타이밍이 제어기(155)에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, 일부 실시 형태에서, 제어기(155)는 습도 제어 시스템(101A, 101B) 및/또는 살균기(100)의 일부를 형성하는 것으로 고려될 수 있거나, 제어기(155)는 전체로서 살균기(100) 및 습도 제어 시스템(101A, 101B) 중 하나 또는 둘 모두에 관련된 다양한 동작 또는 사건을 제어하도록 작동하는 별도의 구성요소로서 고려될 수 있다.
도 2는 예시적인 전체 살균 프로세스 또는 사이클(10)에 대한 흐름도를 도시하는데, 이는 살균 프로세스(10)의 다른 스테이지에 비해 가습이 수행되는 경우를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가습 스테이지(20)는 제어기(155)에 의해 제어될 수 있는 다중스테이지 살균 프로세스(10)의 단일 구성요소이다. 이제 살균 프로세스(10)는 도 1의 살균기(100)를 참조하여 설명될 것이다.
도 2의 살균 프로세스(10)의 4개의 제1 스테이지는 살균 프로세스(10)의 "조절 페이즈"(12)로 지칭된다. 조절 페이즈의 목적은 가스(즉, 살균 가스)를 챔버 내로 주입하기 전에 살균될 부하(105)가 타깃 온도, 압력 및 상대 습도(RH) 레벨에 있는 것을 보장하는 것이다. 살균 프로세스(10)의 5개의 최종 스테이지는 살균 프로세스(10)의 "가스 페이즈"(14)로 지칭된다.
제1 예열 스테이지(15)는 도 1의 챔버(102)를 살균 타깃 온도로 가열한다. 타깃 온도에 도달하게 하는 시간은 히터(103)가 적절히 작동하고 있는 것을 보장하도록 제한된다. 오차가 기록되고 프로세스(10)는 챔버(102)가 특정 시간 이내에 타깃 사이클 온도에 도달하지 않는 경우 종료된다. 또한, 예열 스테이지 동안, 벤투리(116)가 챔버(102)로부터 공기를 제거할 수 있고 챔버(102)가 정압을 유지할 수 있다는 것을 보장하도록 챔버(102)를 펌핑 다운(pumping down)하는 데 사용되는 진공 제어 시스템(106)에 대해 확인이 이루어진다. 이러한 확인은 챔버(102)를 가열하는 데 필요한 것이 아니라 오작동 구성요소로 인한 프로세스(10) 내의 이후의 고장을 피하기 위하여 이러한 초기 스테이지에서 수행될 수 있다. 예열 스테이지를 종료한 후에, 챔버 온도는 나머지 살균 프로세스(10)에 대해 타깃 온도로 제어된다.
살균 프로세스(10)는 공기 제거 스테이지(16)를 추가로 포함할 수 있다. 공기 제거 스테이지(16)는 챔버(102)를 펌핑 다운(즉, 그로부터 공기를 제거)하기 위하여 진공 제어 시스템(106)을 사용할 수 있다. 타깃 사이클 압력에 도달하게 하는 시간은 살균기(100)가 예상된 효율로 작동하고 있다는 것을 보장하도록 제한된다. 오차가 기록되고 프로세스(10)는 챔버(102)가 특정 시간 이내에 타깃 사이클 압력에 도달하지 않는 경우 종료된다.
살균 프로세스(10)는 챔버 시험 스테이지(18)를 추가로 포함할 수 있다. 챔버 시험 스테이지(18)는 가스가 챔버(102) 내에 존재한 경우 위험한 것일 수 있는 누출에 대해 확인함으로써 챔버(102)의 완전성을 시험하는 것을 담당한다. 챔버(102)는 가스 주입 전에 있을 동일한 상태에 놓이고, 압력이 특정 시간 동안 모니터링된다. 챔버 누출 속도(mbar/sec)가 허용되는 최대 값보다 더 큰 경우, 오차가 기록되고 프로세스(10)는 종료된다.
전술된 바와 같이, 살균 프로세스(10)는 가습 스테이지(20)를 추가로 포함할 수 있다. 가습 스테이지(20)는 대체적으로 2개의 시퀀스, 즉 상대 습도 (RH) 램프 업 및 RH 유지로 분할된다. RH 램프 업은 챔버(102) 내의 RH를 타깃, 또는 설정점, RH 레벨(RH setpoint )로 증가시키는 것을 담당한다. RH 유지는 부하(105)가 수증기를 흡수하기에 충분한 시간을 갖는 것을 보장하도록 특정 시간 동안 타깃 RH 레벨(RH setpoint )을 유지시키는 것을 담당한다. 본 발명의 습도 제어 방법을 포함하는 가습 스테이지(20)는 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
살균 프로세스(10)는 살생물성 가스 주입 스테이지(22)를 추가로 포함할 수 있다. 살생물성 가스 주입 스테이지(22)는 챔버(102)를 잠그고/잠그거나 밀봉하는 것 및 살균 가스를 포함하는 살생물성 가스 공급원(142)에 구멍을 내거나 이와 달리 그를 개방하는 것을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 살생물성 가스 공급원(142)으로부터의 가스는 가스가 챔버(102) 내로 들어갈 때 증발되는 것을 보장하도록 적절한 온도(예컨대, 일부 실시 형태에서, 에틸렌 옥사이드의 경우 95℃)로 가열된 히터(139)(예컨대, 매니폴드)를 통하여 유동한다. 대체적으로, 챔버(102) 내의 압력은 살균 가스의 주입으로 인해 증가할 것이다.
살균 프로세스(10)는 살생물성 가스 노출 스테이지(24)를 추가로 포함할 수 있다. 살생물성 가스의 챔버(102) 내로의 방출 후에, 살생물성 가스 노출 스테이지(24)는 챔버(102)를 폐쇄된 (예컨대, 밀봉된) 채로 유지시킬 수 있고, 부하가 살균될 것을 보장하는 데 필요한 시간 동안 부하(105)가 살균 가스에 노출되게 할 수 있다.
살균 프로세스(10)는 살생물성 가스 제거 스테이지(26)를 추가로 포함할 수 있다. 살생물성 가스 제거 스테이지(26)는 주어진 살균 사이클 동안 챔버(102)를 타깃 압력으로 다시 펌핑 다운하기 위하여 진공 제어 시스템(106)을 사용함으로써 부하(105)에 의해 흡수되지 않은 챔버(102) 내의 살생물성 가스를 제거할 수 있다. 가스 제거 전의 챔버 압력은 살균 가스의 챔버(102) 내로의 주입에 기인된 압력 증가로 인해 타깃 압력보다 더 높을 것이다.
살균 프로세스(10)는 수세 스테이지(28)를 추가로 포함할 수 있다. 수세 스테이지(28)는 다시 진공 제어 시스템(106)을 사용하고 및 공기 밸브(152)를 (예컨대, 주기적으로) 개방하여 외부 공기(예컨대, 여과될 수 있음)가 챔버(102) 내로 들어가서 살균 가스를 부하(105)로부터 제거하게 한다. 공기 밸브(152)의 온/오프(on/off) 사이클링이 특정 횟수의 사이클 동안 수행된다. 이러한 사이클이 완료되는 경우, 수세 스테이지(28)는 (예컨대, 챔버(102)에 대한 도어가 살균 가스 주입 전에 잠겼으면) 잠금형 에어레이션(locked aeration)을 추가로 포함할 수 있다. 잠금형 에어레이션 시에, 벤투리(116)는 온 상태일 수 있고, 공기 밸브(152)는, 챔버 공기가 외부로 계속하여 유동하게 하면서, 외부 공기(예컨대, 여과될 수 있음)가 챔버(102) 내로 계속하여 유동하게 하도록 개방될 수 있다. 잠금형 에어레이션은 조작자가 부하(105)를 챔버(102)로부터 제거하는 데 안전하다는 것을 보장하는 데 필요한 시간 동안 수행될 수 있다. 수세 스테이지(28)의 말미에, 챔버(102)는 그의 도어가 잠금해제된 상태로 폐쇄된 채로 유지될 수 있다.
살균 프로세스(10)는 에어레이션 스테이지(30)를 추가로 포함할 수 있다. 에어레이션 스테이지(30)는, 챔버 도어가 이제 개방될 수 있다는 것을 제외하고 수세 스테이지(28)가 중단된 경우(즉, 벤투리(116)가 온 상태이고 공기 밸브(152)가 개방된 상태) 계속된다. 에어레이션 스테이지(30)의 지속 기간은 사용자에 의해 구성될 수 있고 살균된 부하, 정부 규정 및 다른 종속하는 것에 따라 좌우될 수 있다.
가습 스테이지(20)의 상세사항이 도 3a, 도 3b 및 도 3c와 관련하여 이제 더 상세히 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, 가습 스테이지(20)는 가열 페이즈(40)(도 3a 참조), 가습 램프 업 페이즈 또는 모드(42)(도 3a 및 도 3b 참조), 및 가습 유지 페이즈 또는 모드(44)(도 3c 참조)를 포함한다. 가열 페이즈(40)는 챔버 온도 제어 및 히트싱크(예컨대, 히터(139)) 온도 제어가 턴 온(turn on)되는 것을 보장하도록 제1 단계(52)를 포함한다. 제2 단계(56)는 히트싱크가 그의 원하는 온도에 있는가를 확인한다. 만일 그렇지 않다면, 프로세스는 단계(54)로 진행한다. 단계(54)는 히트싱크가 타임 아웃(time out)되었는가를 확인한다. 만일 그렇지 않다면, 프로세스는 단계(56)로 돌아간다. 만일 그렇다면, "히트싱크 타임 아웃(Heatsink Timeout)"을 표시하는 오차가 기록되고(55), 가습이 정지된다. 단계(56)에서 히트싱크가 그의 원하는 온도에 있었다면, 프로세스는 초기화 단계(58)로 진행한다. 이러한 단계에서, 진공 제어 시스템(106)은 오프되고(즉, "진공 오프"), 물을 주입하기 위한 물 제어 시스템(130)은 오프되고(즉, "물 주입 오프"), RH 샘플 밸브(126, 128)는 폐쇄되고(즉, "RH 솔레노이드 오프"), 공기 흡기 제어 시스템(143)은 오프되고 공기 밸브(145)는 폐쇄된다(즉, "기공 폐쇄").
이어서, 프로세스는 가습 램프 업 페이즈(42)로 진행한다. 제1 단계(62)에서, 챔버(102) 내의 습도 레벨(RH chamber )은 미리결정된 설정점 습도(RH setpoint )와 비교된다. RH chamber 가 RH setpoint 이상인 경우, 프로세스는 가습 유지 페이즈(44)(도 3c 참조)로 진행한다. RH chamber 가 RH setpoint 이상이 아닌 경우(즉, RH setpoint 미만인 경우), 프로세스는 단계(64)로 진행하여 (예컨대, 습도 센서(124), 물 제어 시스템(130), 진공 제어 시스템(106), 등 중 임의의 것의 고장의 결과로서) 가습이 타임 아웃되었는가를 확인한다. 가습이 타임 아웃되면, "가습 타임 아웃(Humidify Timeout)"을 표시하는 오차가 기록되고(65), 가습이 정지된다. 가습이 타임 아웃되지 않았다면, 프로세스는, 대체적으로 물 주입, 부하(105)가 물을 흡수할 시간, 및 습도 측정을 포함하는 습도 제어 방법 또는 시퀀스(66)로 진행한다. 본 발명의 습도 제어 방법은 도 4, 도 5, 도 6a 및 도 6b와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
다시, 단계(68)에서, 가습 타임 아웃이 확인된다. 가습이 타임 아웃되면, "가습 타임 아웃"을 표시하는 오차가 기록되고(67), 가습이 정지된다. 가습이 타임 아웃되지 않았다면, 프로세스는 단계(72)로 진행하여 습도 제어 방법(66) 동안 물이 주입되었는가를 확인한다.
습도 제어 방법(66) 동안 물이 주입되었다면, 프로세스는 회수 프로세스(73)로 진행한다. 특히, 프로세스는 단계(74)로 진행하여 히트싱크(즉, 히터(139))가 그의 원하는 온도에 있는지 여부를 확인한다. 만일 아니라면, 프로세스는 단계(76)로 진행하여 히트싱크가 타임 아웃되었는가를 확인한다. 만일 그렇다면, "히트싱크 타임 아웃"을 표시하는 오차가 기록되고(75), 가습이 정지된다. 히트싱크가 그의 원하는 온도에 있는 경우, 프로세스는 가습 램프 업 페이즈(42)의 초기로 (즉, 단계(62)로 ― 도 3a 참조) 다시 돌아가서 RH chamber 가 이제 RH setpoint 와 일치하는지 또는 그를 초과하는지 등을 확인한다.
습도 제어 방법(66) 동안 물이 주입되지 않은 경우, 프로세스는 가습 램프 업 페이즈(42)의 초기로 (즉, 단계(62)로 ― 도 3a 참조) 다시 돌아가서 RH chamber 가 이제 RH setpoint 와 일치하는지 또는 그를 초과하는지 등을 확인한다.
도 3c에 도시된 바와 같이, RH chamber 가 RH setpoint 와 일치하거나 또는 그를 초과하는 경우, 프로세스는 가습 유지 페이즈(44)로 진행한다. RH chamber 가 RH setpoint 와 일치하거나 또는 그를 초과한 후에, 챔버(102)는 미리결정된 유지 시간 동안 이러한 습도 레벨에 유지되어, 예컨대, 습도의 적절한 부하 흡수를 보장한다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 이러한 유지 시간은 약 30분이다.
단계(82)에서, 클록 시간이 유지 시간과 비교된다. 유지 시간이 완료되면, 가습 스테이지(20)가 완료된다. 이어서, 살균 프로세스(10)(예컨대, 살균기를 위한 살균 프로세스 동안 가습이 채용되는 경우)는 가스 주입 페이즈(22)(도 2 참조)로 진행할 수 있다.
유지 시간이 아직 완료되지 않은 경우, 프로세스는 가습 유지를 위해 (습도 제어 방법(66)과 동일할 수 있거나, 또는 그와 본질적으로 동일한 제어 방법일 수 있는) 습도 제어 방법(84)으로 진행한다. 이어서, 프로세스는 단계(86)로 진행하여 습도 제어 방법(84) 동안 물이 주입되었는가를 확인한다.
습도 제어 방법(84) 동안 물이 주입되었다면, 프로세스는, 램프 업 페이즈(42) 동안 회수 프로세스(73)와 유사한 회수 프로세스(83)로 진행한다. 특히, 프로세스는 단계(88)로 진행하여 히트싱크(즉, 히터(139))가 그의 원하는 온도에 있는지 여부를 확인한다. 만일 아니라면, 프로세스는 단계(90)로 진행하여 히트싱크가 타임 아웃되었는가를 확인한다. 만일 그렇다면, "히트싱크 타임 아웃"을 표시하는 오차가 기록되고(85), 가습이 정지된다. 히트싱크가 그의 원하는 온도에 있는 경우, 프로세스는 가습 유지 페이즈(44)의 초기로 (즉, 단계(82)로) 다시 돌아가서 유지 시간이 완료되었는가를 확인한다.
습도 제어 방법(84) 동안 물이 주입되지 않은 경우, 프로세스는 가습 유지 페이즈(44)의 초기로 (즉, 단계(82)로) 다시 돌아가서 유지 시간이 완료되었는지, 등을 확인한다.
습도 제어 방법(즉, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 가습 스테이지(20)의 단계(66, 84)에서 사용됨)은 도 4와 관련하여 이제 더 상세히 설명될 것이다. 도 4는 본 발명의 습도 제어 방법을 제어 루프도(control loop diagram)(150)의 형태로 도시하는데, 여기서 입력(151)은 챔버(102)에 대한 원하는 습도 레벨(RH setpoint )이고 출력(152)은 제어된 RH이다.
일부 실시 형태에서, RH setpoint 는 10 내지 90%RH, 일부 실시 형태에서, 20 내지 80%RH, 그리고 일부 실시 형태에서, 40 내지 60%RH의 범위일 수 있다.
대체적으로, 습도 제어 방법은 수증기를 챔버(102) 내로 주입하는 단계(도 4에서 도면 부호 153으로 표현됨), 부하(105)가 수증기를 흡수할 시간을 허용하는 단계, 및 이어서, 챔버(102) 내에 존재하는 상대 습도(RH)의 레벨을 측정하는 단계(도 4에서 도면 부호 154로 표현됨)를 포함한다. 챔버(102) 내에 존재하는 RH의 레벨을 측정하는 단계는 RH chamber 에 대한 값을 제공하고, 이는 이어서, 합산 접합부(summing junction)(172)에 대한 입력(146)을 형성하는데, 합산 접합부(172)는 RH error , 즉, RH error = RH setpoint - RH chamber 의 출력(173)을 제공한다.그 결과, 주입 시간 계산은 (예컨대, 이전 물 주입 후의) 챔버 RH 측정, (예컨대, 압력 센서(133)에 의해, 예컨대, 이전 물 주입 동안 그리고 그 후에, 감지된) 압력 측정값, 및 선택적으로 (예컨대, 비례 이득 상수의 형태인) 챔버 온도에 기초한다.
대체적으로, 일정할 수 있는 제1 양의 물이 챔버(102) 내로 주입될 수 있고, 주입될 후속 양의 물은, 예컨대, 이전 물 주입으로부터의 데이터에 기초하여, 계산될 수 있다. 이는 도면 부호 156으로 식별되는 "1 주입 지연"으로 도 4에 표현되어 있다.
초기 주입 동안 그리고 그 후에, 압력 측정이 (예컨대, 도 1의 압력 센서(133)를 이용하여) 이루어져 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 압력 상승(P rise ) 및 압력 강하(P drop )를 결정할 수 있다. 이는 도면 부호 157로 도 4에 표현되어 있다. 이들 추가 압력 측정값은 챔버(102) 내의 상대 습도에 대한 물 주입의 유효성을 추정하기 위해 이용되고, 따라서 습도 제어 방법에서 관찰기(observer) 또는 추정기(estimator)로서 역할을 한다. 구체적으로, "흡수 추정기"(158)는 도 4의 제어도에 예시되어 있다.
전술된 바와 같이, 흡수율(AR)은 압력 강하(P drop ) 대 압력 상승(P rise )의 비로서 계산될 수 있는데, 이는 도면 부호 148로 표현된 바와 같다. 흡수 계수(AC)가, AR(수식이 아래에 자세히 설명됨)에 기초하여, 계산될 수 있는데, 이는 도 4에서 도면 부호 159로 표현된 바와 같다. 전술된 바와 같이, RH 측정(즉, RH chamber 를 부여함)이 이용되어 원하는 습도 설정점(RH setpoint )이 달성되었는지 여부에 기초하여 습도 오차(RH error ), 즉, RH error = RH setpoint - RH chamber 를 결정하는데, 이는 합산 접합부(172), 그의 입력(151, 146), 및 그의 출력(173)으로 표현된 바와 같다. 이어서, 주입될 다음 양의 물(예컨대, 주입 시간(t inject ) 또는 물 주입 밸브(138)가 개방되는 시간)은 흡수율(AR)에 기초하는 흡수 계수(AC) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산될 수 있다. 이는 도면 부호 160으로 도 4에 표현되어 있다. 이어서, 계산된 양의 물이 주입된다 - 도 4의 항목(153), 등을 참조.
습도 제어 방법에서 내부 상태 관찰기를 이용하는 이점은 이것이 제어의 이득(즉, 물 주입기)을 조절하는 데 이용될 수 있다는 것이다. 더욱이, 이는 챔버 구성의, 예컨대, 부하(105)가 차지하는 부피, 또는 (예컨대, 주입물의) 온도의 변동에 의해 영향을 받지 않는다는 점에서 불편 추정치이다.
습도 제어 방법의 추가 상세사항이 도 5, 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 앞에서 설명된 도 3a 내지 도 3c는 습도 제어 방법이 가습 스테이지(20)에 의해 이용되는 경우를 예시한다. 도 5는 습도 제어 방법을 위한 상세한 흐름도(180)를 도시한다. 결과적으로, 도 5의 흐름도는 가습 램프 업 페이즈(42)의 습도 제어 방법(66)(도 3b 참조) 및 가습 유지 페이즈(44)의 습도 제어 방법(84)(도 3c 참조)을 위해 도 3a 내지 도 3c의 전체 가습 스테이지(20) 내로 삽입될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 습도 제어 방법에 대한 타이밍도(190A, 190B)를 각각 도시한다.
대체적으로, 가습 스테이지(20)의 초기에 (즉, 가습 램프 업 페이즈(42)에서, 도 3a 참조), 챔버(102) 내의 RH 레벨은 미지값이다. 이는 현 시점에서 대체적으로 낮을 것인데 (예컨대, 0 내지 15%RH), 이는 챔버 공기가 이전의 공기 제거 스테이지(16) 내에서 소기되었기 때문이다(도 2 참조). 수증기를 챔버(102) 내로 주입하기 전에 RH 레벨이 기지값인 것을 보장하기 위하여, 본 발명의 습도 제어 방법에서의 제1 시퀀스는 대체적으로 주입을 수행하지 않는다.
램프 업의 초기에 주입하지 않은 결과는 주입 시간을 계산하기 위한 압력 데이터가 없다는 것이다. 이러한 이유로, 주입 시간(t inject ), 또는 가습 램프 업 페이즈(42)에서 제1 물 주입을 위해 물 주입 밸브(138)가 개방되는 시간의 길이는 챔버(102)의 상태와 독립적으로, 안전한 것으로 판단될 수 있는 상수 값이다.
따라서, 제1 시퀀스는 대체적으로 주입을 수행하지 않고; 다음으로, 제1 고정된 양의 물이 대체적으로 주입되고(예컨대, 물 주입 밸브(138)가 고정된 주입 시간(t inject ) 동안 개방되고); 다음으로, 제2 계산된 양의 물이 주입된다(예컨대, 물 주입 밸브(138)가 계산된 주입 시간(t inject ) 동안 개방된다). 이는 각각의 부하에 대한 맞춤형 습도 제어 방법을 제공한다.
단일 습도 제어 시퀀스 또는 사이클이 대체적으로 하기와 같이 진행된다:
1. 시퀀스의 시작, 챔버 압력 샘플링을 시작(즉, 시간 t o 에서) ― 도 5의 단계(161) 참조.
2. 물 흡기 밸브(138)에 대한 주입 시간 t inject 를 계산 ― 도 5의 단계(162) 및 도 4의 항목(157, 159, 160) 참조:
a. 이것이 램프 업 시 제1 주입이면, 상수 값을 미리설정하기 위해 주입 시간을 설정. 일부 실시 형태에서, 일정한 주입 시간은 약 5 내지 약 1000 밀리초(msec), 일부 실시 형태에서, 50 내지 약 500 msec, 그리고 일부 실시 형태에서, 약 100 내지 300 msec의 범위일 수 있다.
b. 그렇지 않으면, 이전 시퀀스로부터의 압력 측정값 및 습도 측정값에 기초하여 주입 시간을 계산, 여기서
P 1 은 수증기를 챔버(102) 내로 주입하기 전의 챔버 압력이고;
P 2 는 수증기를 챔버 내로 주입한 후에 검출된 최대 챔버 압력이고;
P 3 은 t0 + X분에서의 평균 챔버 압력이다.이러한 X분 지연은 또한 허용되는 최소 부하 흡수 시간이고, 일부 실시 형태에서, 약 2분일 수 있다.
세 개의 압력 값을 이용하여, 압력 강하(P drop ) 대 압력 상승(P rise )의 비(즉, P drop /P rise )로서 흡수율(AR)을 계산하는데, 여기서 P drop = P 2 ― P 3 이고 P rise = P 2 ― P 1 이다:
AR= (P 2 ― P 3 ) / (P 2 ― P 1 )
AR은 비흡수성 부하에 대해 음이고 흡수성 부하에 대해 양인 경향이 있을 것이다. 도 6a를 참조하면, 압력 곡선이 비흡수성 부하에서는 P 2 로부터 P 3 로 증가하는 것으로 도시될 것이다. 그 결과, 도 6a 및 도 6b에 도시된 주입 사이클은 흡수성 부하에 관한 것인데, 이는 압력 곡선이 P 2 로부터 P 3 로 감소하는 것으로 그리고 그에 따라서 양의 P drop 를 갖는 것으로 도시되어 있기 때문이다.
AR에 기초하여 흡수 계수(AC)를 계산:
AC = 1 + (Pgain ,AR * AR),
여기서, P gain,AR 은 비례 이득 상수로서, 예를 들어, 이는 (예컨대, 주어진 살균 사이클 동안) 타깃 챔버 온도에 기초하여 흡수율(AR)을 일정 비율로 하는 데 사용된다. 일부 실시 형태에서, P gain,AR 은 약 0.1 내지 약 10, 일부 실시 형태에서, 약 1 내지 약 10, 일부 실시 형태에서, 약 2 내지 약 8, 일부 실시 형태에서, 약 4 내지 약 6의 범위일 수 있고, 일부 실시 형태에서, 약 5일 수 있다.
AC 및 습도 오차(RH error )를 사용하여 다음 물 주입을 위한 주입 시간(즉, 물 주입 밸브(138)가 개방되는 시간)을 계산:
RH error = RH setpoinc ― RH chamber
t inject = P gain * AC * RH error , 여기서
P gain 은 비례 이득 상수로서, 예를 들어, 살균 사이클 동안 타깃 챔버 온도에 기초하여 챔버 습도 오차(RH error )를 일정 비율로 하는 데 사용된다. 일부 실시 형태에서, P gain 은 약 1 내지 약 100, 일부 실시 형태에서, 약 10 내지 약 100, 일부 실시 형태에서, 약 25 내지 약 100, 그리고 일부 실시 형태에서, 약 50 내지 약 100의 범위일 수 있다.
t inject 를 영보다 크고 너무 많은 수증기를 챔버(102) 내로 주입하는 것을 피하기 위한 시간의 상한보다 작게 설정.
앞서 나타낸 계산 값들에 기초하여, 주입 시간(t inject )은 압력에 비율계량적이다. 상대 습도가 압력의 직접적인 함수이기 때문에, 본 발명자는 그러한 흡수 관찰기(도 4의 흡수 추정기(158) 참조)가 사용되어 가습 스테이지(20)의 내부 상태를 추정하는 경우 개선된 가습 제어 및 효율이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.
3. t inject 시간 동안 물 주입 밸브(138)를 개방 ― 도 5의 단계(163) 및 도 4의 항목(153) 참조. 물 주입은 대체적으로 챔버(102) 내의 압력 상승을 야기하고, 이어서 부하(105)(만일 존재한다면)가 수증기의 적어도 일부를 흡수함에 따라 압력 강하로 이어진다.
4. 부하 흡수 시간 t abs 를 계산 ― 도 5의 단계(164) 참조:
a. 가습 램프 업 페이즈(42)에 있다면(도 3a 및 도 3b 참조), 부하 흡수 시간 t abs 를 상수 값으로 설정. 일부 실시 형태에서, 일정한 부하 흡수 시간은 약 100 내지 약 200 초, 그리고 일부 실시 형태에서, 약 120 내지 약 180 초의 범위일 수 있다.
b. 가습 유지 페이즈(44)에 있다면(도 3c 참조), AC를 이용하여 부하 흡수 시간을 일정 비율로 함:
t abs = t abs,h,max /AC, 여기서
t abs,h,max 는 최대 흡수 시간을 나타내고, 이는 특정 응용에 대해 미리설정될 수 있는 상수 값이다. 일부 실시 형태에서, t abs,h,max 는 약 100 내지 약 1000 초, 일부 실시 형태에서, 약 120 내지 약 1000 초, 일부 실시 형태에서, 약 200 내지 약 1000 초의 범위일 수 있고, 그리고 일부 실시 형태에서, 약 360 초일 수 있다.
t abs 를 영보다 더 크고 (즉, 부하가 물을 흡수하기에 충분한 시간이 있도록) 시간의 상한보다 작게 (즉, 다수의 주입 및 측정 RH 시퀀스가 가습 유지 페이즈(44) 동안 수행될 수 있는 것을 보장하도록) 설정.
5. t abs 시간을 대기 ― 도 5의 단계(165)를 참조.
6. 진공 발생기를 턴 온 ― 도 5의 단계(166) 참조.
7. RH 샘플 밸브(126, 128) 개방 ― 도 5의 단계(167) 참조. 일부 실시 형태에서, 밸브(126, 128)의 개방들 사이에 약간의 지연 또는 래그가 존재할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 제1 RH 샘플 밸브(126)는 제2 RH 샘플 밸브(128)가 개방되기 조금 전에 개방될 수 있다.
8. RH를 샘플링 ― 도 5의 단계(168) 및 도 4의 항목(154) 참조. 즉, 챔버(102) 내로부터의 가스 환경의 샘플이, 전술된 바와 같이, 분기 라인(122) 및 매니폴드(127)를 통하여 인출되어 샘플의 습도를 감지하기 위하여 샘플을 습도 센서(124)와 접촉 상태로 위치시킨다. 이러한 배열은 단지 예로서 도시되고, 일부 실시 형태에서, 습도 센서(124)는, 그 대신, 챔버(102)와 일정한 유체 연통 상태로 위치될 수 있거나 챔버(102) 내에 직접 위치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
9. RH 샘플 밸브(126, 128)를 폐쇄 ― 도 5의 단계(169) 참조. RH 샘플 밸브(126, 128)를 개방하는 것과 유사하게, 일부 실시 형태에서, 밸브(126, 128)의 각각의 폐쇄들 사이에 약간의 지연 또는 래그가 존재할 수 있다.
10. 진공 발생기를 턴 오프 ― 도 5의 단계(170) 참조. 예를 들어, 도 1의 살균기(100)의 경우, 이는 진공 펌프 밸브(110) 및 벤투리(116)를 턴 온시키는 것을 포함할 것이다.
이어서, 도 4의 제어도(150)에 도시된 바와 같이, 습도 제어 방법은 후속 물 주입에 대해, 즉, 챔버(102) 내로의 제2 양의 물의 주입, 챔버(102) 내로의 제3 양의 물의 주입, 등에 대해 반복될 수 있는데, 이는 도 3a 및 도 3b의 가습 램프 업 페이즈(42)에서의 라인(69) 및 도 3c의 가습 유지 페이즈(44)의 라인(89)에 의해 추가로 도시된 바와 같다. 즉, 상기 단계들은, 가습이 완료될 때까지, 즉, RH setpoint 에 도달했을 때까지 그리고 그가 미리결정된 유지 시간 동안 유지되었을 때까지(도 3c의 단계(82) 참조), 새로운 물 주입이 일어나도록 반복될 수 있다.
11. 프로세스가 완료되는 경우, 챔버 압력 데이터의 수집을 정지 ― 도 5의 단계(171) 참조.
전술된 사이클로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 양의 물이 챔버(102) 내로 주입될 수 있고, 이어서 그러한 제1 주입으로부터의 압력 측정값 및 습도 측정값이 측정될 수 있고; 흡수율(AR)이 계산될 수 있고; 흡수 계수(AC)가 계산될 수 있고; 습도 오차(RH error )가 계산될 수 있고; 그리고 이들 값이 사용되어 제2 물 주입을 위한 주입 시간을 계산할 수 있다. 즉, 챔버(102) 내로 주입될 제2 양의 (예컨대, 수증기로서의) 물은 흡수 계수(AC) 및 습도 오차(RH error )에 비례한다. 사이클은 제3 물 주입, 등에 대해 반복될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사이클은 가습 램프 업 페이즈(예컨대, 도 3a 및 도 3b의 페이즈(42)) 동안 RH chamber 가 RH setpoint 에 도달하거나 그를 초과할 때까지 반복될 수 있고, 그 후에 가습 스테이지는 원하는 유지 기간 동안 유지될 수 있는 가습 유지 페이즈(예컨대, 도 3c의 페이즈(44))로 전이될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 계속 참조하면, 단일 물 주입 사이클이 나타나 있다. 도 6a 및 도 6b는 시간(즉, 분 단위)을 나타내는 동일한 x-축을 따라서 정렬되어 있다. 도 6a는 물 주입 사이클 동안 챔버(102)의 압력 및 RH 측정을 나타낸다. 도시된 바와 같이, P 1 은 물이 t o 에서 주입되기 전에 (즉, 물 주입 밸브(138)가 개방되기 전에 ― 도 6b에서 첫 번째 라인 참조) 취해진다. 도 6b의 "물 주입 밸브 개방" 라인은 물 주입 밸브(138)가 물 주입 사이클 동안 개방되어 있는 예시적인 시간의 길이를 나타낸다. 주입 시간 t inject 는 "물 주입 밸브 개방" 라인으로 도시된 단차 곡선의 폭(즉, x 성분)으로 정의될 수 있다.
도 6b의 첫 번째 라인과 도 6a를 비교함으로써 추가로 도시된 바와 같이, 물 주입은 챔버(102) 내의 압력 상승을 야기하고, 압력은 압력 P 2 에서 피크를 이루어 P 2 ― P 1 인 압력 상승(P rise )을 야기한다.P 3 은 P 1 + X분인 시점에서의 압력인 것으로서 도 6a에 추가로 도시되어 있다. X는 도 6a 및 도 6b에 도시된 주입 사이클에서 약 2분으로 설정된다. 전술된 바와 같이, 이러한 주입 사이클 동안의 압력 강하(P drop ; 즉, P 2 ― P 3 )는 양의 값이고, 이는 흡수성 부하를 나타낸다. 압력 강하(P drop )는 부하 크기에 대체적으로 비례한다.
도 6a의 상대 습도 라인은 주입 사이클의 제1 부분에 대해 일정한 습도를 보여준다. 이는 단지 예로서, 이는 도 1의 살균기(100)를 사용하여 습도 측정이 샘플을 챔버(102)로부터 제거함으로써 취해지기 때문이다. 그와 같이, 상대 습도는 "샘플링 및 유지" 프로세스에 따라 측정된다. 따라서, 도 6a의 사이클의 제1 부분에 대해 도시된 상수 값(예컨대, 약 23%RH)은 도 6a 및 도 6b에 예시된 주어진 주입 사이클 동안 이전 주입 사이클에서 측정된 상대 습도를 나타낸다.
전술된 바와 같이, 주입에 이어서, 부하(105)는 부하 흡수 시간(t abs ) 동안 주입된 물을 흡수하게 될 것이다. 물 주입 사이클이 가습 램프 업 동안인 경우, 이는 상수 값일 것이고, 물 주입 사이클이 가습 유지 동안인 경우, 이는 AC에 기초하여 계산된 값일 것이다. 부하 흡수 시간이 지난 후에, 진공 발생기가 턴 온될 것이고(도 5의 단계(166) 참조; 예컨대, 진공 펌프 밸브(110) 및 벤투리(116)), 이는 도 6b의 두 번째 "벤투리 온" 라인으로 도시된 바와 같다. 이어서, 습도는 (예컨대, RH 샘플 밸브(126, 128)가 개방된 경우 RH 센서(124)에 의해), 감지될 수 있고, 이는 도 6b의 세 번째 "RH 샘플 밸브 개방" 라인에 의해 도시된 바와 같다. 이러한 라인에 의해 추가로 도시된 바와 같이, RH 샘플 밸브는 진공 발생기가 턴 오프되기 직전에 폐쇄된다(또한, 도 5의 단계(169, 170) 참조).
도 6a에 도시된 바와 같이, 상대 습도 라인은 습도 센서(예컨대, 습도 센서(124))에 의해 감지되는 습도에 기초하여 증가한다. 이어서, 새로운 상대 습도 값 RH chamber (예컨대, 도 6a에서 약 30%RH)는 원하는 습도 레벨(RH setpoint )과 비교되어 습도 오차(RH error )를 결정하는데, 이는 전술된 바와 같다. RH error 가 RH setpoint 와 일치하거나 그를 초과한 경우, 가습은 가습 유지 모드(도 3c의 가습 유지 페이즈(44) 참조)로 절환되고, 그렇지 않은 경우, 가습은 가습 램프 업 모드(도 3a 및 도 3b의 가습 램프 업 페이즈(42) 참조)로 유지된다. 챔버 내의 습도(RH chamber )가 RH setpoint 와 일치하거나 그를 초과하는 첫 번째 시간 후에, 가습 유지 페이즈(44)는 개시될 수 있다.
본 명세서에서 개시된 습도 제어 시스템 및 방법은 단지 일 예로서 도 1의 살균기(100) 및 살균 프로세스(예컨대, 도 2의 살균 방법(10))와 관련하여 대체적으로 설명되고 있다. 그러나, 그 대신에 습도 제어 시스템 및 방법이 다른 살균기 구성 및 살균 프로세스와 함께 각각 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 더욱이, 전술된 바와 같이, 본 발명의 습도 제어 시스템 및 방법은 또한 비살균 시스템, 디바이스 및 프로세스에서 채용될 수 있다.
하기의 실시 형태는 본 발명을 예시하는 것이며 비제한적인 것으로 의도된다.
실시 형태
1. 습도 제어 방법으로서,
살균될 물체를 수용하도록 구성된 챔버를 제공하는 단계;
수증기로서 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계;
제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 챔버 내의 압력 상승 및 압력 강하를 결정하는 단계;
압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하는 단계;
제1 습도 값(RH chamber )을 결정하기 위하여 제1 양의 물을 주입하는 단계 후에 챔버의 습도를 감지하는 단계;
제1 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하는 단계; 및
수증기로서 제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계를 포함하고, 제2 양의 물은 흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산되는, 습도 제어 방법.
2. 실시 형태 1에 있어서, RH setpoint 는 20 내지 80% 상대 습도의 범위인, 습도 제어 방법.
3. 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 있어서, 살균될 물체의 부하를 챔버 내에 위치시키고 챔버를 밀봉하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
4. 실시 형태 3에 있어서, 살균될 물체의 부하를 챔버 내에 위치시키고 챔버를 밀봉하는 단계는 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계 전에 일어나는, 습도 제어 방법.
5. 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계 전에 챔버 내에 진공을 인입하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
6. 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계 전에 챔버를 미리결정된 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
7. 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 흡수 계수(AC) - 여기서, AC = 1 + (P gain,AR * AR)이고, P gain,AR 은 비례 이득 상수임 - 를 계산하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 양의 물은 흡수 계수(AC) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산되는, 습도 제어 방법.
8. 실시 형태 7에 있어서, 비례 이득 상수(P gain,AR )는 약 0.1 내지 약 10의 범위인, 습도 제어 방법.
9. 실시 형태 7 또는 실시 형태 8에 있어서, 제2 양의 물은 흡수 계수(AC) 및 습도 오차(RH error )에 비례하는, 습도 제어 방법.
10. 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 수증기로서 제1 양의 물 또는 제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계는 주입 시간(t inject ) 동안 물 주입 밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 습도 제어 방법.
11. 실시 형태 10에 있어서, 주입 시간(t inject )은 상수 값인, 습도 제어 방법.
12. 실시 형태 11에 있어서, 주입 시간(t inject )은 5 내지 1000 밀리초의 범위인, 습도 제어 방법.
13. 실시 형태 10에 있어서, t inject = P gain * AC * RH error 이고, 여기서 P gain 은 습도 오차(RH error )를 일정 비율로 하기 위하여 사용되는 비례 이득 상수인, 습도 제어 방법.
14. 실시 형태 13에 있어서, 비례 이득 상수(P gain )는 1 내지 100의 범위인, 습도 제어 방법.
15. 실시 형태 1 내지 실시 형태 14 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 제1 양의 물을 주입하는 단계 후에 그리고 챔버의 습도를 감지하는 단계 전에 부하 흡수 시간(t abs ) 동안 대기하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
16. 실시 형태 15에 있어서, 부하 흡수 시간(t abs )은 상수 값인, 습도 제어 방법.
17. 실시 형태 15에 있어서,
흡수 계수(AC) - 여기서 AC = 1 + (P gain,AR * AR)이고, P gain,AR 은 AR을 일정 비율로 하기 위하여 사용되는 비례 이득 상수임 - 를 계산하는 단계; 및
부하 흡수 시간(t abs )을 t abs = t abs,h,max / AC - 여기서, t abs,h,max 는 최대 부하 흡수 시간을 나타내는 상수임 - 로서 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
18. 실시 형태 17에 있어서, 최대 부하 흡수 시간(t abs,h,max )은 120 내지 1000초의 범위인, 습도 제어 방법.
19. 실시 형태 1 내지 실시 형태 18 중 어느 한 실시 형태에 있어서,
챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서를 제공하는 단계; 및
제1 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 압력 상승 및 압력 강하를 결정하기 위하여 압력 센서를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
20. 실시 형태 1 내지 실시 형태 19 중 어느 한 실시 형태에 있어서,
밸브에 의해 챔버와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서를 제공하는 단계; 및
챔버의 습도를 감지하는 단계 전에 습도 센서와 챔버 사이에 유체 연통을 제공하도록 밸브를 개방하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
21. 실시 형태 20에 있어서, 습도 센서는 습도 매니폴드 내에 위치되고, 밸브는 챔버와 습도 매니폴드 사이에 위치되는, 습도 제어 방법.
22. 실시 형태 21에 있어서, 밸브는 제1 밸브이고,
습도 매니폴드와 진공 제어 시스템 사이에 위치된 제2 밸브를 제공하는 단계 - 습도 센서와 챔버 사이에 유체 연통을 제공하도록 밸브를 개방하는 단계는 제1 밸브 및 제2 밸브를 개방하여 챔버 내의 가스 환경의 일부를 습도 매니폴드 내로 끌어당기는 단계를 포함함 -; 및
제1 밸브 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
23. 실시 형태 22에 있어서, 제1 밸브 및 제2 밸브를 폐쇄하는 단계는 제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계 전에 일어나는, 습도 제어 방법.
24. 실시 형태 1 내지 실시 형태 23 중 어느 한 실시 형태에 있어서,
제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 챔버 내의 제2 압력 상승 및 제2 압력 강하를 결정하는 단계;
제2 압력 강하 대 제2 압력 상승의 비로서 제2 흡수율(AR 2 )을 계산하는 단계;
제2 습도 값(RH chamber,2 )을 결정하기 위하여 제2 양의 물을 주입하는 단계 후에 챔버의 습도를 감지하는 단계;
제2 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 제2 습도 오차(RH error,2 ) - 여기서, RH error,2 = RH setpoint - RH chamber,2 임 - 를 결정하는 단계; 및
수증기로서 제3 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계를 추가로 포함하고, 제3 양의 물은 제2 흡수율(AR 2 ) 및 제2 습도 오차(RH error,2 )에 기초하여 계산되는, 습도 제어 방법.
25. 실시 형태 1 내지 실시 형태 24 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 챔버 내에 살생물성 가스를 방출하는 단계를 추가로 포함하는, 습도 제어 방법.
26. 살생물성 가스로 물체를 살균하기 위한 살균기로서,
살균될 물체를 수용하기 위한 챔버;
살생물성 가스의 챔버 내로의 방출을 제어하기 위하여 살생물성 가스 공급원에 연결될 수 있는 살생물성 가스 제어 시스템; 및
챔버 내의 가스 환경을 조작하기 위한 습도 제어 시스템을 포함하고, 습도 제어 시스템은
선택가능한 양의 물을 챔버 내로 주입하기 위해 물 공급원에 연결될 수 있는 물 제어 시스템;
챔버 내의 압력을 측정하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서;
챔버 내의 가스 환경의 습도 값(RH chamber )을 감지하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에, 또는 그와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서; 및
제어기를 포함하고, 제어기는
챔버 내로 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 챔버 내의 압력 강하 및 압력 상승을 결정하도록,
압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하도록,
습도 값(RH chamber )을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하도록, 그리고
흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 챔버 내로 주입될 제2 양의 물을 결정하도록 구성된, 살균기.
27. 챔버 내의 가스 환경을 조작하기 위한 습도 제어 시스템으로서,
선택가능한 양의 물을 챔버 내로 주입하기 위해 물 공급원에 연결될 수 있는 물 제어 시스템;
챔버 내의 압력을 측정하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서;
챔버 내의 가스 환경의 습도 값(RH chamber )을 감지하기 위하여 챔버와 유체 연통 상태에, 또는 그와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서; 및
제어기를 포함하고, 제어기는
챔버 내로 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 챔버 내의 압력 강하 및 압력 상승을 결정하도록,
압력 강하 대 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하도록,
습도 값(RH chamber )을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 습도 오차(RH error ) - 여기서, RH error = RH setpoint - RH chamber 임 - 를 결정하도록, 그리고
흡수율(AR) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 챔버 내로 주입될 제2 양의 물을 결정하도록 구성된, 습도 제어 시스템.
28. 실시 형태 26에 있어서, 습도 제어 시스템은 챔버를 소기시키기 위한 진공 공급원 및 챔버와 유체 연통 상태에 있는 진공 라인을 포함하는 진공 제어 시스템을 추가로 포함하는, 살균기.
29. 실시 형태 27에 있어서, 챔버를 소기시키기 위한 진공 공급원 및 챔버와 유체 연통 상태에 있는 진공 라인을 포함하는 진공 제어 시스템을 추가로 포함하는, 습도 제어 시스템.
30. 실시 형태 26 또는 실시 형태 28의 살균기 또는 실시 형태 27 또는 실시 형태 29의 습도 제어 시스템에 있어서, 제2 양의 물은 흡수 계수(AC) - 여기서 AC = 1 + (P gain,AR * AR)이고, P gain,AR 은 AR을 일정 비율로 하기 위하여 사용되는 비례 이득 상수임 - 에 추가로 기초하고, 제2 양의 물은 흡수 계수(AC) 및 습도 오차(RH error )에 기초하여 계산되는, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
31. 실시 형태 26, 실시 형태 28 또는 실시 형태 30의 살균기 또는 실시 형태 27, 실시 형태 29 또는 실시 형태 30의 습도 제어 시스템에 있어서, 물 제어 시스템은 물 주입 밸브를 주입 시간(t inject ) 동안 개방함으로써 선택가능한 양의 물을 챔버 내로 주입하도록 구성된, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
32. 실시 형태 31에 있어서, 주입 시간(t inject )은 상수 값인, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
33. 실시 형태 31에 있어서, 주입 시간(t inject ) = P gain * AC * RH error 이고, P gain 은 습도 오차(RH error )를 일정 비율로 하기 위하여 사용되는 비례 이득 상수인, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
34. 실시 형태 26, 실시 형태 28 및 실시 형태 30 내지 실시 형태 33 중 어느 한 실시 형태의 살균기 또는 실시 형태 27 및 실시 형태 29 내지 실시 형태 33 중 어느 한 실시 형태의 습도 제어 시스템에 있어서, 습도 값은 제1 습도 값이고, 습도 센서는 추가로 챔버 내의 가스 환경의 제2 습도 값을 감지하도록 구성된, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
35. 실시 형태 34에 있어서, 제어기는 추가로
제2 양의 물을 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 챔버 내의 제2 압력 상승 및 제2 압력 강하를 결정하도록;
제2 압력 강하 대 제2 압력 상승의 비로서 제2 흡수율(AR 2 )을 계산하도록;
제2 습도 값(RH chamber,2 )을 결정하기 위하여 제2 양의 물을 주입한 후에 챔버의 습도를 감지하도록;
제2 습도 값(RH chamber ,2 )을 미리 선택된 습도 값(RH setpoint )과 비교하여 제2 습도 오차(RH error ,2 ) - 여기서, RH error ,2 = RH setpoint - RH chamber ,2 임 - 를 결정하도록; 그리고
제2 흡수율(AR 2 ) 및 제2 습도 오차(RH error,2 )에 기초하여 챔버 내로 주입될 제3 양의 물을 결정하도록 구성된, 살균기 또는 습도 제어 시스템.
전술되고 도면에 도시된 실시 형태는 단지 예로서 제시되며, 본 발명의 개념 및 원리에 대한 제한으로서 의도되지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 요소들 및 그들의 구성과 배열에 있어서의 다양한 변경이 가능함을 당업자는 이해할 것이다.
본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌 및 공보는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 본 발명으로 명백하게 포함된다.
본 발명의 다양한 특징 및 태양이 하기 청구범위에 기재된다.

Claims (19)

  1. 습도 제어 방법으로서,
    살균될 물체를 수용하도록 구성된 챔버를 제공하는 단계;
    수증기로서 상기 챔버 내로 제1 양의 물을 주입하는 단계;
    상기 제1 양의 물을 상기 챔버 내로 주입하는 단계로부터 기인한 상기 챔버 내의 압력 상승 및 압력 강하를 결정하는 단계;
    상기 압력 강하 대 상기 압력 상승의 비로서 흡수율(absorption ratio, AR)을 계산하는 단계;
    제1 양의 물을 주입하는 단계 후에 제1 습도 값(RHchamber )을 결정하기 위하여 상기 챔버의 습도를 감지하는 단계;
    상기 제1 습도 값을 미리 선택된 습도 값(RHsetpoint )과 비교하여 습도 오차(RHerror )를 결정하는 단계 - RHerror = RHsetpoint - RHchamber 임 -; 및
    수증기로서 상기 챔버 내로 제2 양의 물을 주입하는 단계 - 상기 제2 양의 물은 상기 흡수율(AR) 및 상기 습도 오차(RHerror )에 기초하여 계산됨 -를 포함하는,
    습도 제어 방법.
  2. 챔버 내의 가스 환경을 조작하기 위한 습도 제어 시스템으로서,
    상기 챔버 내로 선택가능한 양의 물을 주입하기 위해 물 공급원에 연결될 수 있는 물 제어 시스템;
    상기 챔버 내의 압력을 측정하기 위하여 상기 챔버와 유체 연통 상태에 있는 압력 센서;
    상기 챔버 내의 가스 환경의 습도 값(RHchamber )을 감지하기 위하여 상기 챔버와 유체 연통 상태에, 또는 상기 챔버와 선택적 유체 연통 상태에 있는 습도 센서; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 챔버 내로 주입된 제1 양의 물로부터 기인한 상기 챔버 내의 압력 강하 및 압력 상승을 결정하도록,
    상기 압력 강하 대 상기 압력 상승의 비로서 흡수율(AR)을 계산하도록,
    상기 습도 값(RHchamber )을 미리 선택된 습도 값(RHsetpoint )과 비교하여 습도 오차(RHerror )를 결정하도록 - RHerror = RHsetpoint - RHchamber 임 -, 그리고
    상기 흡수율(AR) 및 상기 습도 오차(RHerror )에 기초하여 상기 챔버 내로 주입될 제2 양의 물을 결정하도록 구성된,
    습도 제어 시스템.
  3. 살생물성 가스로 물체를 살균하기 위한 살균기로서,
    살균될 물체를 수용하기 위한 챔버;
    살생물성 가스의 상기 챔버 내로의 방출을 제어하기 위하여 살생물성 가스 공급원에 연결될 수 있는 살생물성 가스 제어 시스템; 및
    제2항에 따른 습도 제어 시스템을 포함하는,
    살균기.
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