KR20070022286A - 유체 내의 화학적 살균제의 농도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

유체 내의 화학적 살균제의 농도 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

살균 시스템은 살균액 내의 액체 살균제의 농도를 결정하는 센서를 포함한다. 살균액은 다수의 살균제 공급기로부터의 혼합 살균액으로 이루어진다. 액체 살균제의 농도는 각 살균제 공급기에서 상이하다. 센서는 기화기로 공급되는 액체 살균제의 농도를 제어 가능하게 한다.
유체 내의 화학적 살균제의 농도 제어 방법, 제어 장치

Description

유체 내의 화학적 살균제의 농도 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE CONCENTRATION OF A STERILANT CHEMICAL IN A FLUID}
본 발명은 일반적으로 오염 제거 시스템에 관한 것이며, 특히 유체 내의 화학적 살균제의 농도를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
정화 방법은 광범위한 응용에 사용되고 있고, 마찬가지로 광범위한 살균제가 사용되고 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "오염 제거(decontamination)"라는 용어는 제한하는 것은 아니지만 "생물학적 오염의 비활성화", "화학적 오염의 비활성화", "살균", "소독", "정화"를 포함하는 처리를 말한다. 오염 제거를 수행하기 위해 사용되는 화학물은 여기에서 정화제 또는 살균제로서 교환 가능하게 언급된다.
목표 멸균 또는 오염 제거 보증 수준을 달성하기 위해 오염 제거 시스템은 소정의 프로세스 파라미터(process parameter)를 유지하는 것에 의존한다. 과산화수소 증기 오염 제거 시스템에 있어서, 이들 파라미터는 기화되는 액체 살균제 내의 액체 과산화수소의 농도, 기화 살균제 내의 기화 과산화수소의 농도, 포화 정도, 온도, 압력, 및 노출 시간을 포함한다. 이들 파라미터를 제어함으로써, 원하는 오염 제거 보증 수준의 멸균이 성공적으로 달성될 수 있다.
본 발명은 정화제 또는 살균제의 농도를 제어하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, (a) 제 1 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 1 액체 살균제의 제 1 소스(source), (b) 제 2 농도의 상기 화학적 살균제를 포함하는 제 2 액체 살균제의 제 2 소스, (c) 제 1 액체 살균제의 유속을 조절하는 제 1 조절 수단, (d) 제 2 액체 살균제의 유속을 조절하는 제 2 조절 수단, (e) 상기 제 1 및 제 2 조절 수단을 제어하여 제 1 및 제 2 액체 살균제로 이루어진 혼합 액체 살균제를 생성하는 제어 수단, (f) 상기 혼합 액체 살균제를 수용하여 기화 살균제를 생성하는 기화기, 및 (g) 상기 기화 살균제를 수용하는 챔버를 포함하는 오염 제거 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, (a) 제 1 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 1 액체 살균제의 제 1 소스와, (b) 제 2 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 2 액체 살균제의 제 2 소스를 구비한 오염 제거 시스템을 제어하는 방법으로서, (1) 제 1 액체 살균제 및 제 2 액체 살균제의 유속을 조절하여 제 1 및 제 2 액체 살균제로 이루어진 혼합 액체 살균제를 생성하는 공정, (2) 상기 혼합 액체 살균제를 기화시켜 기화 살균제를 생성하는 공정, (3) 기화 살균제를 처리실로 도입시키는 공정을 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 장점은 살균실 내부의 화학적 살균제의 농도를 소망의 농도 범위 내에서 제어하도록 하는 화학적 농도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 화학적 살균제의 이상적인 농도가 살균실로 제공되도록 하는 화학적 농도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 장점은 기화되기 이전에 액체 화학적 살균제의 농도를 조절함으로써 처리실 내의 화학적 기화 살균제의 농도를 제어하는 화학적 농도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 살균실 내부의 화학적 살균제의 농도가 화학적 살균제와 관련된 반감기 및 흡수를 보상하도록 제어되는 화학적 농도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적은 첨부 도면 및 청구범위와 함께 한 다음의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 소정의 부분에 있어서의 물리적인 형태, 부분의 배치를 취할 수 있고, 그 부분을 형성하는 첨부 도면에 도시되고, 상세한 설명에 상세히 설명되는 바람직한 실시예를 취할 수 있다.
도 1은 오염 제거 시스템의 개략도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 오염 제거 시스템에 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하기 위한 예시적인 커패시턴스 센서의 개략도이다.
도 3은 제 2 실시형태에 의한 오염 제거 시스템에 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하기 위한 예시적인 커패시턴스 센서를 도시하는 개략도이다.
도 4는 제 3 실시형태에 의한 오염 제거 시스템에 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하기 위한 예시적인 커패시턴스 센서를 도시하는 개략도이다.
도 5는 오염 제거 시스템에 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하기 위한 예시적인 압전 센서의 상부 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 센서의 일측 정면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 센서의 분해도이다.
제한할 목적이 아니라 단지 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타낼 목적으로 도시된 도면을 참조하면, 도 1은 오염 제거 시스템(10) 내에서 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하는 센서(S1, S2)를 구비한 오염 제거 시스템을 도시한다. 도시된 실시형태에 있어서, 시스템(10)은 대상물을 과산화수소 특히, 기화 과산화수소에 의해 오염 제거시키는 폐루프 오염 제거 시스템이다. 또한, 본 발명은 개방 루프 오염 제거 시스템에 연결하여 사용하기에도 적합하다고 이해되어야 한다.
다중 성분 액체 살균제에 있어서 액체 과산화수소의 농도를 결정하는 것과 관련하여 센서(S1)가 설명될 것이다. 다중 성분 기상 살균제에 있어서 기화 과산화수소의 농도를 결정하는 것과 관련하여 센서(S2)가 설명될 것이다. 물론, 과산화수소 이외의 화학적 살균제의 농도를 결정하는데에도 본 발명에 의한 센서(S1, S2)가 유익한 적용이 될 수 있다고 이해될 것이다.
도시된 실시형태에 있어서, 시스템(10)은 내부 처리실(24)을 규정하는 아이솔레이터(isolator) 또는 룸(22)을 포함한다. 처리실(24)은 영역의 형태를 취할 수 있다고 이해되어야 한다. 오염 제거될 물질이 아이솔레이터 또는 룸(22) 내에 배치될 수 있다고 생각된다. 기화기[또한, 제너레이터(generator)로서 언급됨](32)는 공급 도관(42)을 통해 아이솔레이터 또는 룸(22)의 처리실(24)와 연결된다. 공급 도관(42)은 처리실(24)로의 인입구(44)를 규정한다. 기화기(32)는 급송 라인(54)과 공급 급송 라인(53, 153)에 의해 제 1 액체 살균제 공급기(52) 및 제 2 액체 살균제 공급기(152)와 연결된다. 기화기(32)에 의해 수용된 액체 살균제는 종래 공지 수단에 의해 기화된다.
제 1 액체 살균제 공급기(52)로부터 기화기(32)로 정량의 액체 살균제를 전달하도록 모터(64)에 의해 구동되는 펌프(62)가 설치된다. 마찬가지로, 제 2 액체 살균제 공급기(152)로부터 기화기(32)로 정량의 액체 살균제를 전달하도록 모터(164)에 의해 구동되는 펌프(162)가 설치된다. 바람직한 실시형태에 있어서, 펌프(62, 162)는 전자 제어 계측 펌프이다. 종래 계측 펌프는 2단계 즉, 흡입 스트로크과 출력 스트로크로 유체를 전송한다. 흡입 스트로크 동안, 유체는 인입 체크 밸브를 지나 펌프 캐비티 내로 인입된다. 출력 스트로크 동안, 인입 밸브는 폐쇄되고, 인출 밸브는 개방되며, 유체가 인출된다. 스트로크 길이를 변경하거나 사이클 주파수를 조절함으로써 유동이 변경될 수 있다. 펌프 유속은 전자적으로 제어된다.
이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 펌프(62, 162)의 작동을 제어함으로써 제 1 및 제 2 액체 살균제 공급기(52, 152) 각각으로부터 기화기(32)에 의해 수용된 액체 살균제의 유속은 선택적으로 조절될 수 있다. 시스템(10)은 제 1 및 제 2 액체 살균제 공급기(52, 152)로부터의 액체 살균제의 유동을 조절하기 위한 기타의 장치를 포함할 수 있다고 이해해야 한다. 상기 장치는 밸브, 플로우미터(flowmeter) 등을 제한적이지는 않지만 포함한다.
압력 스위치(72)가 급송 라인(54)에 설치된다. 압력 스위치(72)는 소정의 정 적 헤드 압력(static head pressure)이 급송 라인(54)에 존재하지 않을 경우 전기 신호를 제공하도록 작동할 수 있다.
아이솔레이터 또는 룸(22) 및 기화기(32)는 출구(48)를 아이솔레이트 또는 룸(22)[그리고, 챔버(24)] 내지 기화기(32)에 연결시키는 복귀 도관(46)을 포함하는 폐루프 시스템의 일부이다. 모터(84)에 의해 구동되는 송풍기(82)가 아이솔레이터 또는 룸(22)과 기화기(32) 사이의 복귀 도관(46) 내에 배치된다. 송풍기(82)는 폐루프 시스템을 통해 살균제와 운반 가스, 바람직하게는 공기를 순환시키도록 작동될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 필터(92)와 촉매 디스트로이어(destroyer)(94)는 송풍기(82)와 아이솔레이터 또는 룸(22) 사이의 복귀 도관(46)에 배치된다. 제 1 필터(92)는 바람직하게는 HEPA 필터이고, 시스템(10)을 통해 유동하는 오염물질을 제거하기 위해 설치된다. 종래로부터 공지된 바와 같이, 촉매 디스트로이어(94)는 그 내부를 유동하는 기화 과산화수소(H2O2)를 디스트로잉(destroying)하도록 작동할 수 있다. 촉매 디스트로이어(94)는 기화 과산화수소(H2O2)를 물과 산소로 변환시킨다. 공기 건조기(112), 제 2 필터(114), 및 히터(116)가 송풍기(82)와 기화기(32) 사이의 리턴 라인(46) 내에 배치된다. 공기 건조기(112)는 폐루프 시스템을 통해 송풍된 공기로부터 습기를 제거하도록 작동할 수 있다. 제 2 필터(114)는 송풍기(82)에 의해 복귀 도관(46)을 통해 송풍된 공기를 필터링하도록 작동할 수 있다. 히터(116)는 송풍기(82)에 의해 복귀 도관(46)을 통해 송풍된 공기를 가열하도록 작동할 수 있다. 이와 관련해서, 공기는 기화 기(32)에 인입되기 이전에 가열된다.
컨트롤러(132)는 시스템(10)의 작동을 제어하기 위해 프로그래밍된 시스템 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러이다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(132)는 모터(64, 84, 164)와 펌프(62, 162)에 전기 접속된다. 또한, 바람직하게는 컨트롤러(132)는 데이터를 기억하기 위한 데이터 기억 장치(133)를 포함(또는, 그 장치에 연결)한다.
센서(S1, S2)는 시스템(10) 내에서 사용되는 화학적 살균제의 농도를 결정하기에 적합한 모든 센서의 형태를 취할 수 있다. 센서(S1)는 액체 과산화수소의 농도를 감지하기 위해 급송 라인(54) 내에 배치되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 센서(S2)는 기상 과산화수소의 농도를 감지하기 위해 처리실(24) 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이하, 예시적인 센서(S1, S2)가 상세히 설명될 것이다. 본 발명에 의하면, 시스템(10)은 센서(S1) 또는 센서(S2) 단독으로, 또는 센서(S1, S2) 조합으로 구성될 수 있다고 생각된다. 또한, 대안적인 실시형태에 있어서 액체 과산화수소의 농도를 결정하기 위해 추가 센서가 급송 라인(53, 153) 중 한쪽 또는 양쪽에 위치되거나, 제 1 및 제 2 살균제 공급기(52, 152) 내부에 위치될 수 있다고 이해되어져야 한다.
도 2에 도시된 예시적인 센서(S1)가 센서(300)이다. 센서(300)는 발명의 명칭이 "Method and Apparatus for Measuring Chemical Concentration in a Fluid,"로 2003년 3월 14일에 출원된 미국 특허출원 제 10/389,036호에 상세히 설명되어 있고, 여기에서 그 전체로 모두 포함되어 있다.
대체적으로 설명하면, 센서(300)는 감지 소자로서 기능하는 커패시터(305)를 포함한다. 커패시터(305)의 전기적 특성은 시스템(10)에 사용되는 화학적 살균제에 민감하다. 이와 관련해, 커패시터의 유전율은 전자적 "분극성"에 의존한다고 이해해야 한다. 분극성은 전기장 하에서 쌍극자를 형성시키는 분자의 능력이거나, 물 분자와 같이 고유한 쌍극자를 정열하거나 회전시키는 전기장의 능력이다.
도 2에 도시된 실시형태에 의하면, 센서(300)는 "브릿지 회로"의 형태를 취한다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 브릿지 회로는 공지의 다른 임피던스 값에 의해 미지의 임피던스 값을 결정하기 위해 사용된다. 미지의 임피던스를 결정하기 위해 널 조건(null condition)이 사용되기 때문에 매우 정확한 측정이 가능하다. 브릿지 회로는 시스템(10)에서 사용되는 화학적 살균제의 농도를 나타내는 커패시턴스값을 결정하기 위해 사용된다.
센서(300)는 일반적으로 전압원(322), 널 검출기(null detector)(330), 전자 포텐시오미터(340), 공지의 커패시턴스(C1)의 커패시터(315), 및 커패시턴스(Cx)를 가진 커패시터(305)로 이루어진다.
커패시터(305)는 급송 라인(54)을 통해 유동하는 액체 살균제에 직접적으로 노출된다. 액체 살균제가 커패시터(305)의 도전판 사이의 갭을 채움으로써, 커패시터(305)의 절연체 또는 "유전체"로서 기능한다. 커패시터(305)의 커패시턴스(Cx)는 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도에 따라 변화될 것이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 커패시터(305)는 평행판 커패시터이다. 그러 나, 커패시터(305)는 다른 형태로 구성될 수 있다고 이해되어야 한다. 예를 들면, 커패시터(305)는 원통형 또는 구형 커패시터일 수 있다. 구형 커패시터가 커패시터(305)로서 사용될 경우, 액체 살균제가 커패시터를 출입할 수 있도록 커패시터(305)의 외부 셸(shell)에 홀(hole)이 위치되어야 한다.
전자 포텐시오미터(340)는 기계적인 포텐시오미터와 같은 방식으로 기능한다. 이와 관련해, 전자 포텐시오미터(340)는 3개의 단말 장치이다. 2개의 단말 장치 사이에 저항 소자가 존재한다. "와이퍼(wiper)"로서 알려진 세번째 단자는 저항 소자를 따라 다양한 포인트에 연결된다. 도시된 실시형태에 있어서, 와이퍼는 컨트롤러(132)(도 1 참조)에 의해 디지털 방식으로 제어된다. 와이퍼는 저항 소자를 2개의 저항(RBC, RAC)으로 분할한다. 전자 포텐시오미터(340)는 California, Sunnyvale의 Catalyst Semiconductor, Inc.로부터 입수가능한 디지털 방식으로 프로그래밍 가능한 포텐시오미터(DPPTM)의 형태를 취할 수 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 전압원(322)은 사인 또는 펄스 파형 등의 AC 전압 신호를 제공한다. 널 검출기(330)는 검류계, 전압계, 주파수 선택 증폭기 등과 같이 널 조건(즉, 숏트 회로)을 검출하기 위한 장치이다.
이하, 센서(300)의 작동이 상세히 설명될 것이다. 브릿지 회로의 소자는 접점(AC, BC, AD, BD) 사이에 접속된다. 전자 포텐시오미터(340)는 접점(A)과 (B) 사이의 전위차(VAB)가 0이 될 때까지 컨트롤러(132)에 의해 저항(RBC, RAC)을 변화시키도록 작동된다. 이러한 상황이 존재할 경우 브릿지는 밸런싱(balancing)되거나 "널 링(nulling)"되었다고 말한다. 이 때, 다음 관계식이 주 브랜치에서의 전압을 유지한다:
VAC = VBC, 및 VAD = VBD,
여기에서, VAC는 접점(A)과 (C) 사이의 전압, VBC는 접점(B)과 (C) 사이의 전압, VAD는 접점(A)과 (D) 사이의 전압, 및 VBD는 접점(B)과 (D) 사이의 전압이다. 따라서,
VAD/VAC = VBD/VBC
VAD = VBD/(VAC/VBC)
커패시턴스(Cx)의 커패시터(305)는 접점(A)과 (D) 사이에 연결되고, 공지의 커패시턴스(C1)의 커패시터(315)는 접점(B)과 (D) 사이에 연결된다. 접점(A)으로부터 접점(C) 내지 접점(B)에 연결된 전자 포텐시오미터(340)는 컨트롤러(132)에 의해 전압(VAC)과 전압(VBC)을 변화시키도록 조절된다.
널이 널 검출기(330)에 의해 검출되면 전류(I1)는 접점(C)으로부터 접점(A) 내지 접점(D)으로 흐르고, 전류(I2)는 접점(C)으로부터 접점(B) 내지 접점(D)으로 흐른다. 접점(A) 내지 (C)에 걸친 전압(VAC)과, 접점(B) 내지 (C)에 걸친 전압(VBC)은:
VAC = I1RAC 및 VBC = I2RBC
커패시턴스(C), 전류(I), 및 주파수(f)를 가진 커패시터에 걸친 전압은:
Figure 112006086745314-PCT00001
따라서, 전압(VAD)과 전압(VBD)은 다음으로 표현될 수 있다:
Figure 112006086745314-PCT00002
상기에서 설명한 바와 같이, VAD = VBD/(VAC/VBC), VAC = I1RAC , 및 VBC = I2RBC. 따라서,
Figure 112006086745314-PCT00003
상기 관계식에 의하면, 널 조건이 검출될 경우 공지의 커패시터(315)의 커패시턴스(C1)와 함께 RBC와 RAC에 대한 저항값이 미지의 커패시터(305)의 커패시턴스(Cx) 값을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
상이한 분자들의 쌍극자 모멘트 차이는 유체 라인(54)에서의 액체 과산화수소의 농도를 결정하기 위해 사용된다. 상기한 바와 같이, 커패시터(305)의 도전판 사이의 갭을 액체 살균제가 채움으로써 커패시터(305)의 유전체로서 기능한다. 커패시터(305)를 브릿지 회로의 소자로서 구성함으로써 브릿지가 밸런싱되거나 널링될 경우 저항값(RAC, RBC)의 수치는 커패시터(305)의 커패시턴스(Cx)를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 각 유전체의 유전율이 액체 살균제 내의 과산화수소의 상대 농 도에 영향을 받기 때문에, 커패시터(305)의 커패시턴스(Cx)는 유체 라인(54)에서의 과산화수소의 농도를 나타낸다.
평행판 커패시터에 있어서 C = (kε0)(A/d) = (ε)(A/d)로 잘 알려져 있으며, 여기에서 C는 커패시턴스, k는 유전 상수, ε0는 자유 공간의 유전율(8.85×10-12F/m), ε는 커패시터 유전체의 유전율(Farads/meter), A는 커패시터 판의 면적(㎡), d는 미터 단위의 커패시터 판 사이의 간격이다. ε이 증가할수록 커패시턴스(C)가 증가할 것이다. 커패시터가 직경(D)의 원형판을 가진 평행판 커패시터일 경우, C = (πD2ε)(4d)이다.
커패시터의 유전 상수(k)를 아래의 표현식에 의해 결정할 수 있다고 이해될 것이다.
Figure 112006086745314-PCT00004
여기에서, 커패시턴스값 C는 상기에서 설명한 바와 같이 결정된다. 또한, 도전판 사이 위치의 유전체에 의해 커패시턴스(Cd)를 결정한 후 그 위치에 유전체가 없을 때의 커패시턴스(C0)를 결정함으로써 커패시터의 유전율이 결정될 수 있다. 두 커패시턴스의 비율이 유전율과 같다.
Figure 112006086745314-PCT00005
커패시터의 응답은 이에 가해진 AC 파형의 특성(예컨대, 주파수)에 영향을 받는다. 이와 관련해, 용량성 리액턴스(XC)가 주파수의 기능을 한다. 용량성 리액턴스는 순커패시턴스에 의해 교번 전류의 흐름에 제공된 저항 성분이며, 옴(XC = 1/(2πfC))으로 나타낸다. 따라서, 전압원(322)에 의해 발생된 파형의 주파수는 커패시터의 응답에 영향을 준다. 그러므로, 바람직하게는 전압원(322)에 있어서 선택된 주파수는 화학적 살균제의 농도가 변화됨에 따라 커패시턴스에 있어서 통상 선형적인 응답을 제공하는 주파수이어야 한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 이것은 커패시턴스값의 보간 및 보외(補外)의 이용을 용이하게 할 것이다. 적합한 선형 응답이 얻어지지 않는다면 데이터 포인트의 확장된 세트가 데이터 기억 장치(133)에 기억되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 브릿지 회로의 형태의 센서(300)를 포함하지만, 당업자에게 알려진 다른 종류의 회로와 기술(다른 종류의 브릿지 회로와 커패시턴스 계측을 포함함)이 커패시턴스를 측정하기 위해 적절히 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 3은 대안적인 센서(300A)를 도시한다. 센서(300A)는 [커패시턴스(CA)를 갖는] 가변 커패시터(325)와 상기에서 설명한 바와 같이, 감지 소자로서 기능하는 [커패시턴스(CX)를 갖는] 커패시터(305)를 포함하는 LC 공명 회로이다. 공명 주파수 ω0 = [L(CA + CX)]-1/2이므로, 미지의 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)가 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명과 결합하여 사용하기에 적합한 또 다른 대안적인 센서(300B) 를 도시한다. 센서(300B)는 "전하 이동(charge transfer)" 센서 회로이다. 전하 이동 센서 회로는 10-15패럿(femtoFarad)의 분해능을 제공하는 것으로 알려져 있다. 전하 이동 센서 회로에 있어서, 감지 전극을 고정 전위로 충전시킨 후 공지의 커패시턴스(CS)의 커패시터(335)를 구성하는 전하 검출기로 이동시킴으로써 감지 전극의 미지의 커패시턴스(CX)가 결정된다. 상기한 바와 같이, 센서(300B)에 있어서, 미지의 커패시턴스(CX)의 커패시터(305)는 감지 소자로서 기능한다. 이와 관련해, 유체 라인(54) 내의 액체 살균제가 커패시터(305)의 도전판 사이의 갭을 채움으로써 커패시터(305)의 절연체 또는 "유전체"로서 기능한다. 우선, 커패시터(305)는 스위치(S1)를 통해 DC 기준 전압(Vr)에 연결된다. 커패시터(305)가 Vr의 전위로 충분히 충전된 후 스위치(S1)가 재개방된다. 이어서, 컨덕턴스에 의해 야기된 누설 효과를 최소화하도록 가능한 한 짧은 지연 후, 스위치(S2)가 폐쇄되어 커패시터(305)에 존재하는 전하(Q)가 커패시터(335)(즉, 전하 검출기)로 이동된다. 전하(Q)가 커패시터(335)로 충분히 이동되면 스위치(S2)가 재개방된다. 전압(VS)을 판독함으로써 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)가 결정될 수 있다. 디지털 프로세싱을 위해 유용한 범위의 전압을 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 부여하는데에 필요한 스케일링을 제공하기 위해 VS가 증폭기에 입력될 수 있다. 스위치(S3)가 전하 이동 사이클 사이의 전하를 리셋하는 리셋 수단으로서 기능함으로써 각 전하 이동 사이클이 일정한 초 기 조건을 가진다. 스위치(S1, S2, S3)는 전자기계적인 스위치 또는 트랜지스터일 수 있다. 바람직하게는, 스위치(S1, S2, S3)를 제어하기 위해 디지털 제어 논리가 사용된다. 바람직한 실시형태에 있어서, 커패시터(335)가 커패시터(305)보다 상당히 크도록 선택된다.
센서(300B)를 제어하는 식은 다음과 같다:
VS = Vr[Cy/(Cy + CS)], 따라서
Cy = VSCS/[Vr - VS]
전하 이동 센서는 자립 커패시턴스-디지털-컨버터(CDC) 집적 회로(IC)에 적용되어 왔다. 예를 들면, Quantum Research Group은 커패시턴스에 있어서 10-15패럿 수준 변화를 검출하는 QProxTM CDC 센서 IC(예컨대, QT300 및 QT301 CDC 센서 ICs)를 제조하고 있다. CDC 센서 IC는 검출된 입력 커패시턴스에 따라 디지털 값을 출력한다. 외부 샘플링 커패시터의 값이 센서의 게인을 제어한다.
기타 고감도 회로 소자로서 Process Tomography Limited of Cheshire, United Kingdom으로부터 PTL 110 커패시턴스 변환기와 같은 장치가 제공된다. PTL 110은 1×10-15 패럿의 분해능으로 작은 값의 커패시턴스(10피코 패럿까지)를 측정한다. 뉴욕 웨스트버리의 IET Labs, Inc.으로부터의 A1616 Precision Capacitance Bridge는 10-7pF부터 10㎌까지의 범위로 커패시턴스를 측정할 수 있다. Tektronix는 0.3pF부터 3pF까지의 커패시턴스를 측정하는 Tektronix 130 LC Meter를 생산한다. 또한, 현재 사용중인 증폭기와 아날로그-디지털 컨버터(ADCs)를 사용하는 커패시턴스 센서 회로는 0.01pF까지의 분해능을 용이하게 얻을 수 있다는 것은 종래 기술 문헌에 개시되어 있다.
이하, 도 2를 참조하면서 커패시턴스(CX)의 커패시터(305)를 사용하여 급송 라인(54) 내의 액체 과산화수소의 농도 결정이 센서(300)와 연관해서 설명될 것이다.
수용액 내에서 액체 과산화수소의 농도의 기능으로서 한 세트의 커패시턴스값(CX) 데이터 또는 곡선을 만들기 위해 커패시터(305)가 수용액 내에서의 공지의 액체 과산화수소의 농도에 노출된다. 관련되는 세트의 데이터 또는 곡선이 컨트롤러(132)의 데이터 기억 장치(133)에 프로그래밍되거나 기억된다. 액체 과산화수소의 농도가 변화됨에 따라 대응되는 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)가 결정되어 데이터 기억 장치(133)에 기억된다. 예를 들면, 제한하는 것이 아닌 다음을 포함하는 액체 과산화수소와 물로 이루어진 과산화수소 수용액의 가변 농도(고정 체적의 수용액에서)에 대해 커패시터의 커패시턴스(CX)가 결정될 수 있다.
0% 액체 과산화수소 및 100% 물,
25% 액체 과산화수소 및 75% 물,
50% 액체 과산화수소 및 50% 물,
75% 액체 과산화수소 및 25% 물, 과
100% 액체 과산화수소 및 0% 물
데이터 세트가 데이터 기억 장치(133)에 저장된 후, 액체 과산화수소의 농도 측정이 개시될 수 있다. 커패시터(305)는 과산화수소 수용액에 노출된다. 이어서, 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)에 대한 값을 결정하기 위해 브릿지가 널링되었을 때의 RAC와 RBC의 결정이 사용된다. 상기한 바와 같이, CX = C1(RBC/RAC)이다. 측정된 커패시턴스값(CX)에 대해 데이터 기억 장치(133)에 기억된 데이터가 검색됨으로써 대응되는 과산화수소의 농도를 얻는다.
농도와 커패시턴스간의 선형적인 관계는 과산화수소의 절대 농도를 제공하기 위해 행하여진 모든 측정을 표준화할 수 있게 한다. 측정된 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)가 미리 기억된 데이터에서 발견되지 않는다면, 커패시터(305)의 측정 커패시턴스(CX)에 대응하는 농도를 얻기 위해 기억된 데이터가 보간되거나 보외될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 전압원(322)에 의해 발생된 파형의 주파수는 커패시터의 응답에 영향을 줄 것이다. 커패시터(305)의 커패시턴스(CX)가 적절한 선형 응답을 나타내지 않을 경우, 보간 또는 보외가 불필요하도록 확대된 세트의 데이트 포인트가 데이터 기억 장치(133)에 기억되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 농도를 결정하기 위해 커패시터의 커패시턴스 측정을 사용하지만, 커패시터 유전체의 유전율로 제한되지 않고 이를 포함하는 커패시터와 관련된 다른 전기적 특성의 측정이 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있 다고 이해되어야 한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 예시적인 센서(S2)는 센서(200)이다. 센서(200)는 발명의 명칭이 "Sensor for Determining Concentration of Fluid Sterilant"으로 2003년 9월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/663,593호에 상세히 설명되어 있으며, 여기에서 전체로서 전부 포함된다.
대체적으로 설명하면, 센서(200)는 시스템(10) 내에서 사용되는 화학적 살균제와 상호 작용하거나 반응하는 물질의 층 또는 코팅(262)을 가진 소자(212)로 이루어져 있어서, 소자(212)의 기계적 모션이나 운동이 전기 신호로 변환된다.
소자(212)는 가동 또는 고정 구성요소일 수 있지만, 바람직한 실시형태에 있어서 소자(212)는 압전 장치이며, 더욱 바람직하게는 수정 진동자이다. 또한, 제한하는 것이 아니라 예로서, 로셸염, 티탄산 바륨, 전기석, 불화폴리비닐리덴 및 대칭의 중심이 없는 크리스탈 등의 다른 압전 재료가 고려될 수 있다. 도시된 실시형태에 있어서, 소자(212)는 제 1 주 평면(214)과 제 2 주 평면(216)을 가진 편평하고 원형인 석영 디스크이다. 전극(222)은 제 1 주 평면(214) 상에 배치되고, 전극(232)은 제 2 주 평면(216) 상에 선택적으로 배치된다.
전극(222)은 제 1 주 평면(214) 중앙에 배치되는 주 바디부(222a)와 전극(212) 가장자리에 제 1 방향으로 연장되는 다리부(222b)를 포함한다. 마찬가지로, 전극(232)은 제 2 주 평면(216) 중앙에 배치되는 주 바디부(232a)와, 다리부(222b)의 제 1 방향과 반대 방향으로 연장되는 다리부(232b)를 포함하며, 여기에서 다리부(232b)는 소자(212)의 가장자리로 연장된다. 전극(222, 232)의 주 바디 부(222a, 232a)는 소자(212)의 반대측에 서로 정렬되도록 제 1 및 제 2 주 평면(214, 216) 상에 각각 배치된다. 도면에 상세히 도시된 바와 같이, 다리부(222b, 232b)는 중앙 바디부(222a, 232a)로부터 반대 방향으로 연장된다. 전극(222, 232)은 제 1 및 제 2 평면(214, 216) 상에 배치된다. 전극(222, 232)은 전기적으로 도전성을 가지는 어떠한 소재로 이루어질 수 있지만, 구리, 은, 또는 금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도선(242, 244)이 전극(222, 232)의 다리부(222b, 232b)에 부착되어 있다. 도선(242, 244)이 전극(222, 232)에 납땜되고, 브레이징되거나 용접됨으로써 전기 접촉하게 된다.
소자(212)의 2개의 주 평면(214, 216) 중 적어도 하나는 시스템(10) 내에서 사용되는 화학적 살균제와 상호 작용하거나 반응하는 물질인 층(262)으로 코팅된다. 도시된 실시형태에 있어서, 층(262)은 주 평면(214) 상에 있다. 도시된 실시형태에 있어서, 층(262)은 소자(212)의 제 1 주 평면(214)에 도포된 물질인 2개의 아치형 또는 초승달형 층 영역(262a, 262b)으로 규정된다. 아치형 층 영역(262a, 262b)은 전극(222)이 그 사이에 배치되도록 제 1 주 평면(214) 상에 배치된다. 층 영역(262a, 262b)을 형성하는 물질은 소자(212)의 평면(214)에 고정적으로 부착되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 더욱 상세한 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 소자(212) 상의 물질의 질량은 소망의 센서(200) 성능 특성에 의존한다. 상기한 바와 같이, 층 영역(262a, 262b)을 형성하는 물질은 시스템(10) 내에서 사용되는 화학적 살균제와 상호 작용하거나 반응하는 것이 바람직하다.
본 발명의 도시된 실시형태에 있어서, 센서(200)에 의해 검출되는 화학적 살 균제는 기화 과산화수소이며, 센서(200)의 제 1 주 평면(214) 상의 층 영역(262a, 262b)을 형성하는 물질은 금속 산화물 즉, 이산화납(PbO2)이다. 산화은(Ⅱ)(AgO) 또는 산화망간(Ⅳ)(MnO2) 등의 가변 상태를 가지는 다른 금속 산화물이 사용될 수 있다고 믿어진다. 또한, 제한하는 것이 아니라 예로서 단일 혼합물과 2가 산화 상태를 가지는 금속 산화물과 같이 혼합 원자가 상태를 가지는 금속 산화물이 사용될 수 있다고 생각된다.
층 영역(262a, 262b)은 박막 증착 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 용어 "박막 증착"은 물리적 기상 성장법(PVD)과 화학적 기상 성장법(CVD)을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 PVD가 사용된다. PVD는 증발 공정, 이온-빔 보조 전자빔 증착, 및 (이온빔 증착을 포함하는) "스퍼터링"을 포함한다.
증발은 전자빔 증발(또한, 이하 "전자빔 증착"으로 칭함)과 같은 공정 뿐만아니라, 전자빔을 사용하는 일 없이 증기를 형성하기 위해 히터로 진공 챔버 내부에서 소재를 가열하는 공정을 포함한다. 가열은 (a) 저항성 또는 (b) 유도성으로 분류된다. 전자빔을 사용하지 않는 증발 공정은 통상 SiO2 또는 SiO 박막을 증착하기 위해 사용되며, 이온-빔 보조와 결합하여 사용될 수도 있다. (전자빔의 사용 여부에 관계없이) 이온-빔 보조 증발은 여기에서 일괄적으로 "이온-빔 보조 증착"으로 표현된다.
스퍼터링은 글로우 방전 공정(glow discharge process)으로 언급되며, 캐소 드의 충격은 코팅을 형성하기 위해 표면 가까이에 증착된 표면으로부터의 원자를 방출한다. 예를 들면, 활동적인 이온화 입자가 목표물의 표면에 충돌할 경우 스퍼터링이 일어나 입자의 방사와 고체 표면의 부식을 야기한다. 또한, 이러한 특수 스퍼터링 공정을 여기에서 "이온 빔 증착"으로 언급한다.
도시된 실시형태에 있어서, 센서(200)는 센서(S2)로서 챔버(24) 내에 배치되고, 시스템 컨트롤러(132)에 연결되어 서로 전기 신호를 제공한다(도 1). 종래 공지된 바와 같이, 컨트롤러(132)는 센서(200)의 운동을 전기 신호로 변환하기 위해 센서(200)와 연결된 발진 회로(도시 생략)를 포함한다. 컨트롤러(132)의 데이터 기억 장치(133)는 감지될 화학적 살균제의 소정 농도에 대한 센서(200)의 전기적 응답을 나타내는 데이터를 기억한다. 상기에서 설명한 실시형태에 있어서, 소자(212)가 수정 진동자이고 층 영역(262a, 262b)이 이산화납일 경우, 데이터 기억 장치(133) 내에 기억된 센서(200)와 관련되는 데이터는 통제된 실험실 조건 하에서 축적된 경험적 데이터이다.
데이터 기억 장치(133)에 기억된 센서(200)와 관련되는 경험적 데이터는 다음과 같이 얻어질 수 있다. (그 상부가 코팅되지 않은) 수정 진동자의 고유 주파수가 측정된다. 이산화납을 수정 진동자에 도포하고, Sauerbre 방정식을 사용하여 그 코팅 질량을 결정한다. 이어서, 수정 진동자가 다양한 제어되는 농도의 기화 과산화수소에 노출된다. 화학적 살균제의 농도에 대한 코팅의 단위 질량 당 주파수 변화의 그래프(또는, Sauerbre 방정식을 사용하여 코팅의 단위 질량 당 무게 변화)가 만들어지고, 컨트롤러(132) 내의 데이터 기억 장치에 기억된다. 대안으로, 데이터 가 그래프가 아닌 참조 테이블로 기억될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 균일한 두께의 코팅이 수정 진동자에 도포되면 주파수 또는 무게 변화는 단위 표면적에 기초하여 표준화될 수 있다.
제안된 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 주파수 또는 무게의 변화가 수정 진동자에 도포된 코팅량으로 나눔으로써 다른 수정 진동자에 도포된 코팅량에 관계없이 주파수의 변화는 단위 코팅 질량으로 표준화될 것이다. 실험용 수정 진동자와 상이한 질량의 코팅을 가질 수 있는 다른 수정 진동자에 의해 얻어진 데이터는 여전히 실험용 수정 진동자로부터 얻어진 기억 데이터와 비교될 수 있으며, 이것은 두 세트의 데이터가 단위 코팅 질량 당 주파수 또는 무게의 변화로 표준화될 것이기 때문이다. 최신 증착 수단에 의해 물리적 변화가 거의 없는 코팅을 하나의 수정 진동자로부터 다음 수정 진동자로 증착할 수 있기 때문에 데이터를 표준화하는 것이 필요하지 않을 수 있다고 이해될 것이다.
다른 실시형태에 있어서, 수정 진동자는 산화납으로 코팅된 후 공지의 농도의 기화 과산화수소에 노출되어 수정 진동자에 대한 기화 과산화수소의 농도의 함수로서 한 세트의 평형 주파수 감소값의 데이터 또는 곡선을 만든다. 이어서, 코팅된 수정 진동자가 시스템(10) 내에 설치된다. 관련되는 데이터 또는 곡선의 세트가 시스템(10)의 컨트롤러(132)에 프로그래밍되거나 기억된다. 따라서, 시스템(10)에 기억된 데이터가 시스템(10) 내의 수정 진동자 센서와 매칭함으로써 표준화된 시스템을 제공한다. 이러한 방식으로, 공지 농도의 기화 과산화수소에 특정 수정 진동자를 노출시킴으로써 기억된 데이터 세트가 생성되었기 때문에 각 시스템(10)은 관 련되는 표준화 데이터 세트를 가진 코팅된 수정 진동자 센서를 구비한다.
기화 과산화수소에 노출되는 결과로서, 장치 상의 층의 질량 변화와 관련하여 압전 장치의 주파수가 변화될 것이라는 개념에 의거하여 센서(200)가 작동된다.
특히, 압전 장치의 주파수는 Sauerbre 방정식에 의해 결정되는 바와 같이, 질량 변화와 관련된다.
Δf = -(Cf)(Δm)
Δf = -(f0 2/Nρ)Δm
여기에서:
Δf는 주파수 변화이다.
Δm는 압전 장치 표면 상의 단위 면적 당 질량 변화이다.
Cf는 감도 상수이다.
f0는 질량 변화 이전의 압전 장치의 동작 주파수이다.
N은 압전 장치에 대한 주파수 상수이다.
ρ는 압전 장치의 밀도이다.
여기에서 설명한 바와 같은 기화 과산화수소에 민감한 물질을 지지하는 다른 전기/기계 장치의 사용이 고려될 수 있다고 이해해야 한다. 이러한 경우에 있어서, 기화 과산화수소에 노출될 경우의 전기/기계 장치의 물리적 특성의 변화는 기화 과산화수소의 농도 변화와 서로 연관된다.
이하, 시스템(10)(도 1)의 작동에 관해 본 발명이 더욱 설명되어질 것이다. 전형적인 오염 제거 사이클은 건조 단계, 컨디셔닝 단계, 정화 단계 및 통기 단계를 포함한다.
아이솔레이터 또는 룸(22), 공급 도관(42), 및 복귀 도관(46)은 폐루프 도관 회로를 규정한다. 오염 제거 사이클이 우선 초기화되면 컨트롤러(132)는 송풍기 모터(84)로 송풍기(82)를 구동시킴으로써 운반 가스가 폐루프 회로를 통해 순환되도록 한다. 도시된 실시형태에 있어서, 운반 가스는 공기이다. 건조 단계 동안, 기화기(32)는 작동되지 않는다. 공기 건조기(112)는 폐루프 시스템을 통해 즉, 도 1에서 화살표로 도시된 바와 같이 공급 도관(42), 복귀 도관(46), 및 챔버(24), 또는 아이솔레이터 또는 룸(22)을 통해 순환하는 공기로부터의 습기를 제거한다. 공기가 충분히 낮은 습도 레벨로 건조되었을 때, 건조 단계가 완료된다.
이어서, 기화기(32)와 살균제 공급기 모터(64, 164)를 구동시킴으로써 컨디셔닝 단계가 개시되어 기화기(32)로 액체 살균제를 공급한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 제 1 살균제 공급기(52)로부터 공급된 액체 살균제 내의 과산화수소의 농도는 제 2 살균제 공급기(152)로부터 공급된 액체 살균제 내의 과산화수소의 농도와 상이하다.
제한하는 것이 아니라 예로서, 제 1 살균제 공급기(52)로부터 공급된 액체 살균제는 약 35중량%의 과산화수소와 약 65중량%의 물로 이루어질 수 있고, 반면에 제 2 살균제 공급기(152)로부터 공급된 액체 살균제는 약 50중량%의 과산화수소와 약 50중량%의 물로 이루어질 수 있다. 또한, 과산화수소와 물의 상이한 비율로 이 루어진 액체 살균제가 고려될 수 있다고 이해해야 한다. 예를 들면, 제 1 살균제 공급기(52)로부터의 액체 살균제는 90중량% ~ 100중량%의 과산화수소와 0중량% ~ 10중량%의 물로 이루어질 수 있고, 제 2 살균제 공급기(152)로부터의 액체 살균제는 90중량% ~ 100중량%의 물로 이루어질 수 있다. 과산화수소 수용액의 경우에 있어서, 액체 과산화수소는 액체 살균제의 약 25중량% ~ 75중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.
펌프(62, 162)의 유속이 컨트롤러(132)에 의해 제어되어 제 1 살균제 공급기(52)와 제 2 살균제 공급기(152)로부터의 액체 살균제를 혼합함으로써 소망의 액체 과산화수소의 농도를 가진 혼합 액체 살균제를 생성한다. 이와 관련해, 펌프(62, 162)는 제 1 살균제 공급기(52)의 액체 살균제의 과산화수소 농도로부터 제 2 살균제 공급기(152)의 액체 살균제의 과산화수소 농도 범위까지의 과산화수소 농도를 갖는 액체 살균제를 기화기(32)로 공급할 수 있다.
제 1 살균제 공급기(52)의 액체 살균제의 과산화수소 농도를 가지는 액체 살균제를 기화기(32)로 공급하기 위해, 컨트롤러(132)는 펌프(162)의 유속을 0으로 감속시키고, 제 1 살균제 공급기(52)로부터의 액체 살균제만이 급송 라인(54) 내를 통과하도록 한다. 마찬가지로, 제 2 살균제 공급기(152)의 액체 살균제의 과산화수소 농도를 가지는 액체 살균제를 기화기(32)로 공급하기 위해, 컨트롤러(132)는 펌프(62)의 유속을 0으로 감속시키고, 제 2 살균제 공급기(152)로부터의 액체 살균제만이 급송 라인(54) 내를 통과하도록 한다.
(a) 제 1 살균제 공급기(52)의 액체 살균제의 과산화수소의 농도와 (b) 제 2 살균제 공급기(152)의 액체 살균제의 과산화수소의 농도 사이의 과산화수소 농도를 가지는 액체 살균제를 기화기(32)로 공급하기 위해, 컨트롤러(132)는 펌프(62, 162)의 유속을 제어하여 살균제 공급기(52)와 살균제 공급기(152) 모두가 급송 라인(54)으로 액체 살균제를 공급하도록 한다.
센서(S1)는 급송 라인(54) 내부를 유동하는 액체 살균제 내의 과산화수소의 농도를 나타내는 데이터를 컨트롤러(132)에 제공한다. 센서(S1)에 의해 제공된 데이터에 대한 응답에 따라, 컨트롤러(132)는 각각의 유속을 변경하도록 펌프(62, 162)를 제어한다. 따라서, 소망 농도의 과산화수소를 가지는 혼합 액체 살균제가 제조될 수 있다. 액체 과산화수소의 소망 농도는 챔버(24) 내의 센서(S2)에 의해 감지된 기상 과산화수소의 농도의 함수일 수 있다. 또한, 컨트롤러(132)는 센서(S2)에 의해 제공된 데이터에 따라 펌프(62, 162)를 제어할 수 있다고 이해해야 한다.
기화기(32) 내에서, 종래 공지된 방식으로 액체 살균제가 기화되어 기화 과산화수소와 수증기를 생성한다. 기화 살균제가 폐루프 도관 회로 내로 도입되고, 운반 가스(공기)에 의해 아이솔레이터 또는 룸(22) 내의 챔버(24)로 공급 도관(42)을 통해 운반된다. 컨디셔닝 단계 동안, 짧은 기간 내에 과산화수소 레벨을 소망의 레벨까지 도달시키도록 기화 과산화수소가 매우 고속으로 챔버(24) 내에 주입된다. 컨디셔닝 단계 동안, 송풍기(82)는 공기가 폐루프 시스템을 통해 계속적으로 순환하도록 한다. 기화 과산화수소가 기화기(32)로부터 챔버(24)로 유입될 때, 물과 산소로 분해시키는 촉매 디스트로이어(94)를 통해 기화 과산화수소가 챔버(24) 외부 로 또한 인출된다.
컨디셔닝 단계가 완료된 후, 오염 제거 단계가 개시된다. 오염 제거 단계 동안, 기화기(32) 및 챔버(24)로의 액체 살균제 주입 속도가 감소되어 과산화수소 농도 상수를 원하는 레벨로 유지시킨다. 오염 제거 단계는 소정 기간 동안 바람직하게는, 과산화수소 농도가 소망의 레벨로 일정하게 유지된 채로 챔버(24) 내부에서 소망의 오염 제거를 달성하기에 충분한 소정의 기간 동안 실시된다.
오염 제거 단계가 완료된 후, 컨트롤러(132)는 기화기(32)를 폐쇄시킴으로써 챔버(24) 내로의 기화 과산화수소의 유입을 차단한다.
그 후, 통기 단계가 실시되어 과산화수소 레벨을 허용 역치(약 1ppm)로 낮춘다. 이 점에 있어서, 이해되겠지만 송풍기(82)가 폐루프 시스템을 통해 공기와 살균제를 계속 순환시킴으로써 기화 과산화수소의 최종물이 촉매 디스트로이어(94)에 의해 분해되도록 한다.
센서(200)는 챔버(24) 내의 환경에 노출된다. 시스템(10)의 통기 단계 동안, 센서(200)의 동작 주파수(f0)가 컨트롤러(132)에 의해 결정된다. 동작 주파수(f0)는 본질적으로 기화 과산화수소에 센서(200)를 노출시킨 결과인 어떠한 질량 변화 이전의 센서(200)의 기준선 주파수이다. 컨디셔닝 단계 동안, 센서(200)는 챔버(24)로 유입되는 기화 과산화수소에 노출된다. 과산화수소(H2O2)는 이산화납(PbO2)과 반응을 일으킨다. 다음의 반응이 일어날 것으로 생각된다.
PbO2 + H2O2 ↔ PbO2 + H2O + (1/2)O2
층 영역(262a, 262b)의 이산화납(PbO2)과 과산화수소(H2O2) 간의 반응은 층 영역(262a, 262b)의 질량 변화를 일으킨다. 센서(200)의 질량 변화는 그 동작 주파수(f0)의 변화를 야기한다. 컨디셔닝 단계, 오염 제거 단계 및 통기 단계 동안, 컨트롤러(132)는 "측정 주파수"(fm)를 결정하기 위해 주파수를 모니터링한다. 주파수의 변화를 결정하기 위해 측정 주파수(fm)가 기준선 동작 주파수(f0)와 비교된다. 이어서, 컨트롤러(132)는 소정의 시간 포인트에서의 주파수 변화를 컨트롤러(132)에 기억된 대응 데이터와 비교함으로써 소정 시간 포인트에서 챔버(24) 내의 기화 과산화수소의 농도를 결정한다. 따라서, 컨트롤러(132)는 그 소정 시간 포인트에서 챔버(24) 내의 과산화수소(H2O2)의 농도를 결정할 수 있다. 이와 관련해, 센서(200)의 주파수 변화는 과산화수소의 농도 변화에 정비례한다고 믿어진다. 따라서, 챔버(24) 내의 과산화수소의 농도는 센서(200)의 주파수 변화에 의거하여 특정 시간 포인트에서 감지될 수 있고, 연속적으로 모니터링될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 과산화수소와 물로 이루어진 살균제를 참조하여 설명되었지만, 다른 화학 성분으로 이루어진 살균제를 본 발명과 관련하여 사용할 수도 있다고 생각되어야 한다. 이들 화학 성분은 하이포아염소산염, 요오드포, 4차 염화암모늄(Quats), 산계 살균제, 알데히드(포름알데히드와 글루타르알데히드), 알코올, 페놀계, 과초산(PAA), 및 이산화염소로 이루어지는 군으로부터 선택된 화학물질로 제한되는 것이 아닌 이들을 포함하는 비활성 화학물질을 포함할 수 있다.
화학적 살균제의 특수한 예는 과초산, 표백제, 암모니아, 산화에틸렌, 불소 함유 화학물질, 염소 함유 화학물질, 브롬 함유 화학물질, 기화 과산화수소, 기화 표백제, 기화 과산, 기화 과초산, 오존, 산화에틸렌, 이산화염소, 할로겐 함유 화합물, 기타 고 산화력 화학물질(즉, 산화제), 및 그 혼합물 등의 액체 과산화수소, 과산으로 제한되지 않고 이것들을 포함한다.
또한, 화학적 살균제는 물, 탈이온화된 물, 증류수, 알코올(예컨대, 제 3 알코올), 글리콜 함유 화합물, 및 그 혼합물로 제한되지 않고 이것들을 포함하는 기타 화학물질과 결합될 수 있다. 글리콜 함유 화합물은 폴리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 글리콜 에테르, 폴리프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 탈이온화된 수증기, 증류된 수증기, 기화 알코올(예컨대, 제 3 알코올), 및 그 혼합물로 제한되지 않고 이것들을 포함한다. 이들 화학물질은 분산매 또는 희석액으로서 작용할 수 있다.
상기한 상세한 설명은 본 발명의 특별한 실시형태이다. 상기 실시형태는 단지 설명을 목적으로 기재된 것이며, 다양한 변경과 수정이 발명의 정신과 범위로부터 일탈하는 일 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있다고 이해되어야 한다. 이러한 모든 변경과 수정은 본 발명의 범위 내에 있는 한 청구범위나 그 균등물에 포함되는 것으로 한다.

Claims (24)

  1. 제 1 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 1 액체 살균제의 제 1 소스,
    제 2 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 2 액체 살균제의 제 2 소스,
    제 1 액체 살균제의 유속을 조절하는 제 1 조절 수단,
    제 2 액체 살균제의 유속을 조절하는 제 2 조절 수단,
    상기 제 1 및 제 2 조절 수단을 제어하여 제 1 및 제 2 액체 살균제로 이루어진 혼합 액체 살균제를 생성하는 제어 수단,
    상기 혼합 액체 살균제를 수용하여 기화 살균제를 생성하는 기화기, 및
    상기 기화 살균제를 수용하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 감지하는 제 1 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 제 1 센서에 의해 감지된 상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도에 따라 상기 제 1 및 제 2 조절 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 용량성 센서이며, 커패시터의 전기적 특성이 상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 나타내는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 감지하는 제 2 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 제 2 센서에 의해 감지된 기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도에 따라 상기 제 1 및 제 2 조절 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제와 반응하는 물질층을 가지는 소자를 포함하여, 상기 소자의 기계적 운동이 상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 나타내는 전기 신호로 변환되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 농도는 상기 제 2 농도 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 살균제는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 살균제는 90중량% ~ 100중량%의 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도는 상기 제 1 농도 및 제 2 농도로 규정된 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 살균제의 제 1 농도는 상기 제 1 액체 살균제의 25중량% ~ 75중량%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템.
  13. (a) 제 1 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 1 액체 살균제의 제 1 소스와, (b) 제 2 농도의 화학적 살균제를 포함하는 제 2 액체 살균제의 제 2 소스를 구비한 오염 제거 시스템의 제어 방법으로서:
    제 1 액체 살균제 및 제 2 액체 살균제의 유속을 조절하여 제 1 및 제 2 액체 살균제로 이루어진 혼합 액체 살균제를 생성하는 공정,
    상기 혼합 액체 살균제를 기화시켜 기화 살균제를 생성하는 공정, 및
    상기 기화 살균제를 처리실로 도입시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 감지하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 액체 살균제의 유속은 감지된 상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    커패시터의 전기적 특성은 상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농 도를 나타내는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 감지하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 액체 살균제의 유속은 상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    소자의 기계적 운동은 상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제의 농도를 나타내는 전기 신호로 변환되고, 상기 소자는 상기 기화 살균제 내의 화학적 살균제와 반응하는 물질층을 가지는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 농도는 상기 제 2 농도 보다 큰 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 화학적 살균제는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 혼합 액체 살균제 내의 화학적 살균제의 농도는 상기 제 1 농도와 상기 제 2 농도에 의해 규정된 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 화학적 살균제의 제 1 농도는 상기 제 1 액체 살균제의 25중량% ~ 75중량%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 액체 살균제는 90중량% ~ 100중량% 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염 제거 시스템의 제어 방법.
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