KR20110139198A

KR20110139198A - 질소 산화물을 오존으로 분해하는 배기 가스 클리닝 시스템을 구비한 멸균 장치

Info

Publication number: KR20110139198A
Application number: KR1020117019181A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 히로세; 류이치 이와사키; 가즈히로 기무라; 시게키 오쿠무라; 기요타카 아라이
Original assignee: 사이안 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-12-28
Also published as: US20110280765A1; JP2012519576A; WO2010101300A1; CN102341128A; EP2403542A1

Abstract

고농도 NO₂ 가스를 이용함으로써 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 배기 가스를 배기하는 배기 시스템이 제공되며, 이 배기 시스템은, 오존 발생 장치, 배기 가스 중의 NO₂ 및 오존 발생 장치에 의해 발생된 오존을 흡착하고, 오존과 NO₂의 반응에 의한 오산화이질소 또는 질산의 생성을 가속화하여 그 결과물을 유지하는 가스 처리 수단, 및 배기 가스를 배기하는 배기 장치를 포함한다. 본 배기 시스템은 정상 레벨을 넘어서는 농도를 갖는 고농도 NO₂ 배기 가스를 효과적이면서 확실하게 정화시킬 수 있다.

Description

질소 산화물을 오존으로 분해하는 배기 가스 클리닝 시스템을 구비한 멸균 장치{STERILISER WITH EXHAUST GAS CLEANING SYSTEM FOR DECOMPOSING NOx WITH OZONE}

본 발명은 의료용으로 사용하기 위한 가위 및 도관(catheter) 등의 의료 기구 및 증가된 멸균 신뢰도를 요구하는 멸균될 기타 물품에 대해 사용되는 멸균 장치, 이러한 멸균 장치에 통합되는 배기 시스템, 및 이러한 멸균 장치를 이용함으로써 수행되는 멸균 방법에 관한 것이다.

종래, 멸균될 물품 상에 존재하는 박테리아 및 바이러스 등을 박멸하기 위한 가스 멸균 수단이 널리 이용되었으며, 이 방법에서는 의료 기구 등의 멸균될 물품을 질소 산화물(이후, 간략하여 "NO_x"로도 지칭함), 오존 및 H₂O₂ 등의 멸균 가스의 분위기에 특정 시간 동안 유지시킨다. 그러나, 멸균 공정의 다수가 병원 및 도시 지역의 실험실 등에서 수행되므로, 멸균 공정을 수행한 후에는 사용된 멸균 가스를 대기로 방출할 필요가 있다.

예컨대, 탄소계 디아제늄디올레이트(carbon-based diazeniumdiolate) 화합물 등의 멸균 가스 발생 조성물에 의해 발생되는 일산화질소(이후, 간략하여 "NO"로도 지칭함) 또는 일산화질소와 이산화질소(이후, 간략하여 "NO₂"로도 지칭함)의 혼합물로 이루어진 멸균 가스를 이용하는 멸균 장치에서는, NO를 NO₂로 변환하기 위한 산화제 및 NO₂를 포집하기 위한 흡수제를 이용함으로써 멸균 가스를 제거하는 처리 방법이 채용되고 있다. 이러한 방법을 이용함으로써, NO, NO₂ 및 NO_x의 농도가 LTWA 수준으로 감소될 수 있는 것으로 보고 되었다(일본 공개 특허 제521118/2007).

이와 달리, 에틸렌 산화물 가스를 이용하는 멸균 장치에서는, 활성탄(activated charcoal), 물, 및 희석된 질산 등의 흡착제와 에틸렌 산화물 가스를 흡착하기 위한 열적 촉매제(thermal catalytic agent)로 채워진 가스 처리 탱크에 배기 가스를 여러 번 순환시킴으로써 배기 가스를 정화하고 있다(일본 공개 특허 제312709/2000).

한편, 디젤 엔진의 배기 가스 내의 NO_x의 제거 방법으로서, 엔진의 배기 통로에 SCR 촉매제를 제공하고, 암모니아 등의 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 장치를 SCR 촉매제의 상류측에 제공하여, 배기 가스 내의 NO_x를 환원제 공급 장치로부터 공급된 암모니아를 이용하여 SCR 촉매제의 촉매 반응에 의해 감소시키는 소위 SCR 방법이 채용되고 있다(일본 공개 특허 제303826/2000).

본 발명의 발명자는 다른 특허 출원으로 출원된 고농도 NO₂ 발생 방법을 발명하였으며, 상기한 방법에 의해 획득된 고농도 NO₂ 가스를 이용함으로써 실질적으로 증가된 신뢰도를 갖는 멸균 장치를 개발하였다. 그러나, 멸균 장치로부터 배기된 배기 가스가 고농도 NO₂ 가스를 포함하고 있으므로, 이 배기 가스는 NO_x를 처리하기 위한 종래의 어떠한 방법 및 장치에 의해서도 소정의 시간 내에 안전한 레벨로 무해하게 될 수 없다. 그 결과, 고농도 NO₂ 가스를 이용하는 멸균 장치는 의료 장소 등에서 실제로 이용될 수 없다는 문제점이 있다.

상기한 상황의 관점에서, 오존 발생 장치, 오존 또는 NO₂를 통한 오산화이질소(N₂O₅) 또는 질산(HNO₃)의 변환 반응을 이용하는 배기 가스 처리 수단, 및 배기 가스를 배기하기 위한 배기 장치를 제공하는 것을 기초로, 본 발명은 정상 레벨을 넘어서는 농도를 갖는 고농도 NO₂ 배기 가스를 효과적이면서 확실하게 정화할 수 있는 배기 시스템을 제공하는 목적으로 한다.

본 발명은, 고농도 NO₂ 가스를 이용함으로써 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 배기 가스를 배기하는 배기 시스템으로서, 오존 발생 장치, 배기 가스 중의 NO₂ 및 상기 오존 발생 장치에 의해 발생된 오존을 흡착하고, 오존과 NO₂의 반응에 의한 오산화이질소 또는 질산의 생성을 가속화하여 그 결과물을 유지하는 가스 처리 수단, 및 상기 배기 가스를 배기하는 배기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템을 제공한다.

즉, 본 발명은, 고농도 NO₂ 가스를 이용함으로써 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 배기 가스를 배기하는 배기 시스템으로서, 오존 발생 장치, 배기 가스 중의 NO₂ 및 상기 오존 발생 장치에 의해 발생된 오존을 흡착하고, 오존과 NO₂의 반응에 의한 오산화이질소 또는 질산의 생성을 가속화하여 그 결과물을 유지하는 가스 처리 수단, 및 상기 배기 가스를 배기하는 배기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 오존 발생 장치는 오존 발생기 및 상기 오존 발생기에 의해 발생된 오존을 저장하기 위한 오존 챔버를 포함한다.

바람직하게는, 상기 배기 가스 중의 NO₂와 오존의 혼합 비율을 조정하기 위한 버퍼부가 상기 가스 처리 수단의 상류측에 추가로 제공된다.

바람직하게는, 상기 가스 처리 수단은 흡착 촉매를 이용한다.

바람직하게는, 상기 배기 장치는 멸균을 위해 사용된 배기 가스를 복수 회에 걸쳐 배기한다.

본 발명은, (a) 고농도 NO₂ 가스를 저장하기 위한 챔버, 플라즈마 발생기, 및 순환 수단이 연결되는 순환 경로에 의해 구성된 NO₂ 가스 공급 시스템, (b) 제1 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 챔버에 연결된 멸균 챔버, 및 (c) 제2 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 멸균 챔버에 연결되는 배기 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 멸균 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 챔버는 제3 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 배기 시스템에 연결된다.

바람직하게는, 상기 멸균 챔버는 상기 멸균 챔버 내의 고농도 NO₂ 가스를 NO₂ 센서를 거쳐 상기 멸균 챔버에 복귀시키는 측정 경로가 제공된다.

바람직하게는, 복수의 멸균 챔버가 하나의 배기 시스템에 연결된다.

또한, 본 발명은, 멸균 장치를 이용하는 멸균 방법으로서, 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 고농도 NO₂ 가스를 배기하는 가스 배기 단계에서, 고농도 NO₂ 가스가 소정의 NO₂ 가스 함유량으로 부분적으로 배기 시스템에 배기되는 것을 특징으로 하는 멸균 방법을 제공한다.

멸균 장치를 이용하는 멸균 방법은, 멸균될 물품을 멸균하기 위한 멸균 단계 후에 사용된 고농도 NO₂ 가스를 배기하는 가스 배기 단계에서, 제1 개방/폐쇄 장치를 폐쇄하고 제2 개방/폐쇄 장치를 개방한 상태에서 멸균 챔버 내의 고농도 NO₂ 가스를 배기 시스템의 배기 장치에 의해 배기 가스 처리 수단에 배기하여 멸균 챔버 내의 부압력(negative pressure)을 형성하고, 후속하여 챔버에 잔류되어 있는 고농도 NO₂ 가스를 상기 제1 개방/폐쇄 장치를 개방하고 상기 제2 개방/폐쇄 장치를 폐쇄함으로써 상기 부압력에 의해 상기 멸균 챔버 내로 흡인하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 멸균 장치를 이용하는 멸균 방법으로서, (d) 멸균될 물품을 멸균 챔버에 세팅하는 단계(세팅 단계), (e) 상기 멸균 챔버의 내부를 진공화하는 단계(진공화 단계), (f) 상기 멸균 챔버의 내부를 가습하는 단계(가습 단계), (g) 제1 개방/폐쇄 장치를 개방하여, NO₂ 가스 시스템에 의해 발생되어 챔버에 저장된 NO₂ 가스를 상기 멸균 챔버에 공급하는 단계(공급 단계), (h) 상기 챔버 내에 건조된 가스 혼합물을 채우는 단계(공기 충전 단계), 및 (i) NO₂ 가스 공급 시스템을 구동함으로써 NO₂ 가스를 발생하는 단계(순환 단계)를 포함하며, 상기 (g) 내지 (i) 단계를 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 멸균 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 (h) 단계인 공기 충전 단계 전에, 상기 제1 개방/폐쇄 장치를 폐쇄하고 제3 개방/폐쇄 장치를 개방하여, 상기 챔버와 배기 시스템을 직접 연결함으로써, 상기 챔버 내에 잔류하고 있는 NO₂ 가스를 상기 배기 시스템을 이용하여 배기하고, 상기 챔버를 진공화하는 단계(가스 배기 단계)가 수행된다.

본 발명의 배기 시스템, 배기 시스템을 이용한 멸균 장치, 및 멸균 장치를 이용한 멸균 방법에 의하면, 멸균 공정에 사용된 고농도 NO₂ 가스 중의 NO₂와 오존을 흡착하고, 흡착된 NO₂와 오존의 화학 반응을 가속화하여 질산 또는 오산화이질소를 생성하여 그 결과물을 유지함으로써, 배기 가스를 농도가 높은 경우에도 확실하면서 효과적으로 무해하게 만들 수 있다.

본 발명의 멸균 장치에 의하면, 멸균 장치로부터 배기된 배기 가스 중의 NO₂가 제거될 수 있다. 또한, 본 발명의 멸균 방법에 의하면, 고농도 NO₂ 가스가 완전하게 흡수되고, 이 가스를 무해하게 만든 후에 배기할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 배기 시스템의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 배기 시스템의 구성에서의 플라즈마 발생부를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일구현예에 따른 배기 시스템의 구성에서의 플라즈마 발생기를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일구현예에 따른 배기 시스템을 예시하는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 구현예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 배기 시스템은 고농도 NO₂ 가스로 멸균할 물품을 멸균하기 위해 사용된 배기 가스가 배기되는 시스템이다. 본 구현예에서, 배기 시스템은 의료 기구 및 멸균될 다른 물품에 대한 멸균 공정을 효과적으로 수행할 수 있는 멸균 장치에 채용된다. 이하에서는 먼저 멸균 장치의 구현예를 설명한다.

본 구현예의 멸균 장치에서, 고농도 NO₂ 가스를 발생하는 NO₂ 가스 공급 시스템, 고농도 NO₂ 가스로 멸균되도록 담겨지는 물품을 멸균하기 위한 멸균 챔버, 및 멸균을 위해 사용된 고농도 NO₂ 가스인 배기 가스를 무해하게 되도록 만들기 위한 배기 시스템을 포함하도록 구성된 멸균 장치가 예시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, NO₂ 가스 공급 시스템은 챔버(1), 플라즈마 발생기(2) 및 순환 수단(3)을 연결한 순환 경로(4)를 포함한다. 보다 구체적으로, 순환 경로(4)는 챔버(1), 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 챔버(1)에 연결되는 흐름 저항부(5), 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 흐름 저항부(5)에 연결되는 플라즈마 발생기(2), 및 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 플라즈마 발생기(2)에 연결되는 순환 수단(3)을 포함한다. 순환 수단(3)은 챔버(1), 흐름 저항부(5), 플라즈마 발생기(2) 및 순환 수단(3)에 의해 고리 모양의 순환 경로(4)가 형성되도록 파이프를 통해 순환 경로의 상류측에서 챔버(1)에 연결된다. 순환 수단(3)의 작동에 의해, 질소 및 산소를 포함하는 가스 혼합물이 순환 경로(4)를 순환하여 NO₂를 생성한다.

본 설명에서, 외부로부터 고농도 NO₂ 발생 시스템에 성분(ingredient)으로서 공급되는 질소 및 산소를 포함하는 가스는 가스 혼합물로 지칭되며, 플라즈마 발생기(2)를 적어도 한 번 순환함으로써 생성되는 NO_x를 포함하는 가스는 NO_x 가스 혼합물로 지칭되며, 전술한 순환을 반복함으로써 요구된 수준의 NO₂ 농도에 도달한 가스는 고농도 NO₂ 가스로서 지칭된다.

챔버(1)는 생성될 고농도 NO₂ 가스를 담아두기 위한 기밀 격실(airtight compartment)이다. 챔버(1)는 본 구현예에서는 직사각 상자 형상을 갖지만, 구형 형상 또는 원통형 형상을 가져도 된다. 본 구현예의 챔버(1)가 순환 경로(4)를 형성하기 때문에, 흐름 방출구, 흐름 유입구, 및 고농도 NO₂ 가스를 꺼내기 위한 개방 및 폐쇄 가능한 가스 공급 개구부가 형성된다.

본 구현예에서, 흐름 저항부(5)는 오리피스(5a)에 의해 형성된다. 오리피스(5a)는 챔버(1)의 하류측에서 파이프에 제공되며, 오리피스 유량계(orifice fluid meter)를 구성한다. 그에 따라, 본 구현예에서, 챔버(1)의 밖으로 순환하는 가스의 유량이 측정될 수 있는 이점이 있다. 오리피스(5a)에 추가하여, 흐름 저항부(5)는 챔버(1) 하류측에 있는 파이프의 일부분이 그 부분의 흐름 저항률을 증가시키기 위해 좁은 파이프에 의해 구성되는 방식으로 구성될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생기(2)는 마이크로파를 이용함으로써 정상 온도 및 정상 압력 하에서 플라스마를 생성할 수 있는 유닛이며, 일반적으로 소정의 파장을 갖는 마이크로파를 생성하기 위한 마이크로파 발생 장치(2a), 마이크로파를 전송하기 위해 마이크로파 발생 장치(2a)에 접속되는 도파관(2b), 및 도파관(2b)과 일체로 제공되는 플라즈마 발생부(2c)를 포함하도록 구성된다.

마이크로파 발생 장치(2a)는 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생하며, 이 마이크로파를 도파관(2b)에 전송한다. 따라서, 마이크로파 발생 장치(2a)는 마이크로파를 발생하기 위한 마그네트론 등의 마이크로파 발생 소스, 마이크로파 발생 소스에서 발생된 마이크로파의 파워를 소정의 파워 세기로 조정하기 위한 증폭기, 및 마이크로파를 도파관(2b) 내로 방출하기 위한 마이크로파 전송 아테나를 포함한다. 플라즈마 발생기(2)에 사용되는 마이크로파 발생 장치(2a)로서, 예컨대 1 W와 3 kW 사이의 마이크로파 에너지를 출력할 수 있는 연속적인 가변 타입의 장치가 적합하다.

도파관(2b)은 예컨대 비자성 재료(알루미늄 등)로 구성되며, 직사각의 횡단면을 갖는 튜브 형상을 갖고, 마이크로파 발생 장치(2a)에 의해 발생된 마이크로파를 플라즈마 발생부(2c)를 향해 전송한다. 본 구현예의 도파관(2b)은 상단 플레이트, 하단 플레이트, 및 금속성의 평평한 플레이트로 구성된 2개의 측면 플레이트를 이용하는 정사각의 튜브형 어셈블리에 의해 구성된다. 이러한 플레이트 어셈블리에 추가하여, 도파관은 플레이트 부재의 압출(extrusion) 또는 만곡 공정 등에 의해 형성될 수도 있다. 더욱이, 직사각 횡단면을 갖는 도파관(2b)에 추가하여 타원형 횡단면을 갖는 도파관(2b)이 이용될 수도 있다. 또한, 비자성 재료뿐만 아니라, 도파관은 도파 특성을 갖는 다양한 부재에 의해 구성될 수도 있다. 도파관(2b)은 본 구현예에서는 그라운드된다.

플라즈마 발생부(2c)는 도파관(2b)과 일체로 구성되며, 도파관(2b)을 통해 삽입된 막대 형상 도전 샤프트(2d) 및 관형의 도전 튜브(2e)를 포함한다. 도전 샤프트(2d)는, 마이크로파를 수신하기 위해 도파관(2b) 내로 삽입되는 안테나부(2f)와, 본 구현예에서는 전기 절연체를 거쳐 도파관(2b)을 통해 삽입되는, 도파관(2b)으로부터 외부로 돌출하는 중앙 전극(2g)에 의해 구성된다. 본 구현예의 도전 샤프트(2d)는 원형의 횡단면을 갖지만, 타원형, 광타원형(oval) 또는 장타원형(long oval) 횡단면을 갖는 도전 샤프트를 채용할 수도 있다. 본 구현예의 도전 샤프트(2d)는 티타늄을 이용하여 형성되지만, 티타늄 합금, 구리, 플래티늄, 금 및 은 등의 마이크로파를 전도할 수 있는 재료가 이용될 수도 있다. 세라믹으로 구성된 차폐막(2h)이 도전 샤프트(2d)의 선단(중앙 전극(2g))에 형성되어 아크 방전을 방지하고 전극을 보호한다.

본 구현예에서, 도전 튜브(2e)는 전반적으로 원통형 형상을 가지며, 그 내경은 도전 샤프트(2d)의 외경보다 더 크게 형성된다. 도전 튜브는 중앙 전극(2g)을 중앙에 유지하면서 도파관(2b)으로부터 외측으로 돌출하는 중앙 전극(2g)을 덮도록 제공되며, 링 형상 공간(2i)이 중앙 전극(2g)과 도전 튜브(2e) 사이에 형성된다. 도전 튜브(2e)의 베이스 단부는 전기적으로 도전성이며, 도파관(2b)에 대해 고정되며, 그러므로 도전 튜브(2e)는 도파관(2b)을 통해 그라운드된다. 도전 튜브(2e)는 원형 횡단면 외에 직사각 횡단면 또는 장타원형 횡단면을 가질 수도 있다. 그러나, 그 선단은 중앙 전극(2g)의 선단과 실질적으로 동일한 위치로 종료하는 길이를 갖도록 형성된다. 본 구현예의 도전 튜브(2e)는 스테인레스 스틸을 이용하여 구성되지만 알루미늄 등으로 구성되어도 된다.

본 구현예의 도전 튜브(2e)에서, 그 베이스 단부 쪽의 위치에 통기 개구부가 제공된다. 흐름 저항부(5)로부터 연장하는 파이프(2j)를 통기 개구부에 연결함으로써, 흐름 저항부(5)로부터 플라즈마 발생기(2)까지 연결하는 순환 경로(4)가 구성된다. 순환 경로(4)에 흐르는 가스 혼합물은 링 형상 공간(2i) 내측을 통하여 중앙 전극(2g)의 단부를 향하여 이동한다. 더욱이, 도전 튜브(2e)의 외측 에지까지, 세라믹 차폐 튜브(2k)가 삽입되어 중앙 전극(2g)에 대한 아크 방전을 방지한다. 차폐 튜브(2k)의 외측 에지는 순환 경로의 하류측으로 향하고 있는 파이프(2j)에 연결되어 순환 경로(4)를 형성한다.

이와 같이 구성된 플라즈마 발생부(2c)에서, 마이크로파 발생 장치(2a)(마그네트론)로부터 발생된 2.45 ㎓의 마이크로파(파워가 조정 가능함)가 도파관(2b)의 일단부에 제공된 마이크로파 발생 장치(2a)의 마이크로파 전송 안테나로부터 플라즈마 발생부(2c)에 방출된다. 방출된 마이크로파는 도파관(2b)을 투과하고, 플라즈마 발생부(2c)의 도전 샤프트(2d)의 안테나부(2f)에 의해 수신된다. 안테나부(2f)에 의해 이와 같이 수신된 마이크로파는 도전 샤프트(2d)의 표면을 투과하고, 중앙 전극(2g)의 선단에 도달한다. 중앙 전극(2g)의 선단은 도파관(2b)에 전기적으로 접속되며, 접지 전위의 도전 튜브(2e)의 선단 가까이에 위치된다. 중앙 전극(2g)의 선단에 도달한 마이크로파에 의해, 도전 튜브(2e)의 선단과 중앙 전극(2g)의 선단 사이, 특히 중앙 전극(2g)의 선단에 근접하여 강한 전계가 형성된다. 중앙 전극(2g)의 선단부에 강한 전계가 효과적으로 형성되도록, 도전 샤프트(2d)는 2.45 ㎓ 밴드의 공진점(resonance point)을 갖도록 형성된다는 것에 유의하기 바란다.

이와 같이 형성된 강한 전계에 의해, 순환 경로(4)를 통해 공급된 가스 혼합물에 포함된 질소와 산소에서 부분적인 이온화가 발생된다. 그 결과, 수만 섭씨 온도의 전자, 실질적으로 정상 온도의 이온, 실질적으로 정상 온도의 중성 원자, 실질적으로 정상 온도의 중성 분자의 집합체가 구성된다. 포괄적으로 말하면, 이 상태는 전기적으로 중성, 즉 플라즈마 상태이며, 보다 구체적으로는 저온 플라즈마(비평형(non-equilibrium) 플라즈마) 상태가 형성된다.

즉, 중앙 전극(2g)의 단부 부근에서의 가스 혼합물의 질소와 산소는 마이크로파에 의해 형성된 강력한 전계를 통해 여기됨으로써 절연 파괴(dielectric breakdown)를 일으키고, 분자 상태로부터 저온 플라즈마(비평형 플라즈마) 상태로 변환된다. 저온 플라즈마 상태 하의 가스는 저온 플라즈마 상태 또는 분자 상태 하에서 다른 가스에 대해 높은 반응성을 가진다. 따라서, 주로 질소와 산소를 포함하는 가스 혼합물이 플라즈마 발생부(2c)에 유입되면, 그중 일부는 일산화질소 및 이산화질소와 같은 질소 산화물 또는 오존으로 변환된다.

1. N₂ + O₂ → 2NO

2. N₂ + 2O₂ → 2NO₂

3. 3O₂ → 2O₃

상기 변환 비율은 식 1의 경우에 가장 큰 것을 알 수 있다. 식 1에 따라 발생된 NO(일산화질소)의 일부는 플라즈마 발생부(2c) 내의 저온 플라즈마 상태 하에서 산소와 결합하여 NO₂로 변환된다.

4. 2NO + O₂ → 2NO₂

이와 같이 발생된 NO₂를 포함하는 NO_x 가스 혼합물은 순환 경로(4)를 통해 순환하거나 또는 챔버(1) 내에 유지된다. 이 시간 동안, 식 1에 따라 발생된 NO는 NO_x 가스 혼합물 중의 산소 또는 식 3에 따라 발생된 오존과 단계적으로 반응하고, 식 5 및 6에 나타낸 바와 같이 추가로 NO₂로 변환된다. 그 결과, NO₂ 농도가 증가한다.

5. 2NO + O₂ → 2NO₂

6. NO + O₃ → NO₂ + O₂

식 3에 따라 생성된 오존은 NO_x 가스 혼합물 중의 질소와 반응하여 NO를 생성한다.

7. N₂ + 2O₃ → 2NO + 2O₂

이 NO 또한 식 5 및 6에 따른 반응에 의해 NO₂로 변환된다.

이러한 방식으로, NO_x 가스 혼합물이 순환 경로 내에서 순환을 반복할 때, NO₂의 농도가 점차적으로 증가하고, 요구된 수준의 NO₂ 농도를 갖는 고농도 NO₂ 가스가 획득된다. 그러나, 생성된 일산화질소 또는 이산화질소가 재차 플라즈마 발생기(2)를 통과할 때, 그 일부분이 해리 반응에 의해 저온 플라즈마 상태로 되고, 그에 따라 질소 또는 산소로 되돌아가는 현상이 발생한다. 그에 따라, NO_x 가스 혼합물의 농도가 순환을 반복함으로써 고농도 NO₂ 가스의 특정 수준에 도달할 때, 질소 산화물의 생성과 질소 산화물의 해리는 평형 상태로 되어, 특정 농도에서 더 이상의 향상이 추가로 진행되지 않는다.

본 구현예의 고농도 NO₂ 가스 생성 시스템에서, 단일 플라즈마 발생기(2)를 포함하는 순환 경로(4)가 도 1에 예시되어 있다. 그러나, 2개 또는 3개 이상의 플라즈마 발생기(2)가 순환 경로(4)를 형성하기 위해 병렬로 연결될 수도 있다. 이것은 고농도 NO₂ 가스가 이 경우에는 단시간에 생성될 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 순환 경로(4)는 플라즈마 발생기(2)에서 분기되어 각각의 분할된 경로에 대해 플라즈마 발생부(2c)를 제공할 수도 있다.

순환 수단(3)은 본 구현예에서는 압력 장치(6)를 이용함으로써 구성된다. 순환 수단(3)으로서 팬이 이용될 수도 있다. 압력 장치(6)로서는, 공기 펌프를 채용하는 것이 바람직하며, 에어 블로워(air blower) 또는 에어 컴프레셔가 이용될 수도 있다. 공기 펌프로서는, 대략 20 내지 100 와트 파워를 갖고 불소 고무(fluorine rubber)로 이루어진 다이아프램 펌프(diaphram pump), 세라믹으로 구성된 플런저 펌프(plunger pump), 또는 벨로즈 펌프(bellows pump)를 채용할 수도 있다. 압력 장치(6)는 플라즈마 발생기(2)와 챔버(1)를 연결하는 파이프에 제공되며, 순환 경로의 하류측에서 챔버(1)측에 압력을 가하도록 연결된다.

전술한 바와 같이, 본 구현예의 고농도 NO₂ 가스 생성 시스템은 챔버(1), 흐름 저항부(5), 플라즈마 발생기(2) 및 압력 장치(6)를 파이프를 통해 원으로 연결함으로써 고리 모양의 순환 경로(4)를 구성한다. 압력 장치(6)의 작동에 의해, 유입부(1a)를 통해 도입된 공기(가스 혼합물)가 순환 경로(4)를 흐르게 되고, 플라즈마 발생기(2)를 통과할 때 저온 플라즈마(비평형 플라즈마) 상태로 변환된 질소와 산소의 반응에 의해 생성된 NO 및 NO₂를 포함하는 NO_x 가스 혼합물이 발생된다. NO는 NO_x 가스 혼합물 중의 산소 및 오존과 반응함으로써 점차적으로 NO₂로 변환된다. 그러므로, NO₂ 농도의 점차적인 증가에 의해 고농도 NO₂ 가스가 생성될 수 있다.

본 구현예에서, 챔버(1)의 하류측에 NO₂ 농도 측정 센서(8)가 제공된다. 이 센서를 이용하여 NO₂의 농도를 측정할 수 있다. 또한, 챔버(1)에 도입될 공기의 이슬점(dew point)을 조정하기 위한 가스 건조 수단(9)이 포함된다. 가스 건조 수단(9)으로서, 예컨대 2개의 튜브에 채워진 몰큘러 시브(molecular sieve)를 통한 자체 재생성 시스템(self-regenerating system)이 이용될 수 있다. 더욱이, 챔버(1)는 압력계(1a)가 제공되며, 플라즈마 발생기(2) 또한 압력계(도시하지 않음)가 제공된다. 이들 압력계를 이용하여, 챔버(1) 및 플라즈마 발생기(2) 내의 압력이 제어될 수 있으며, 압력이 비정상적인지의 여부를 검사하는 것이 가능하다.

본 구현예에서, 멸균 챔버(10)는 의료 기구용 멸균 장치의 주요부를 구성하며, 멸균될 물품의 로딩 및 언로딩을 위한 개구부, 개구부를 밀봉할 수 있는 차폐 도어, 고농도 NO₂ 가스를 도입하기 위한 가스 공급 개구부, 및 멸균 후의 배기 가스를 배기하기 위한 가스 배기 개구부를 포함한다. 차폐 도어는 밀봉 특성을 안전하게 하기 위해 둘레에 밀봉 재료가 제공된다. 본 구현예의 밀봉 재료를 위해서는 압력 충밀 및 내부식성의 점에서 불소 함유 엘라스토머가 이용된다. 멸균 챔버(10) 내의 NO₂ 가스 농도가 인간에게 유해한 레벨 이상인 경우에는 도어의 개방을 허용하지 않는 인터록(interlock)이 차폐 도어에 제공될 때에는 안정성이 향상되는 것이 바람직하다.

공기 파이프(10a)가 가스 공급 개구부에서부터 NO₂ 가스 공급 시스템의 챔버(1)까지 제공된다. 챔버(1)에 저장된 고농도 NO₂ 가스는 공급 파이프를 통과하고, 가스 공급 개구부에서부터 멸균 챔버(10)에 공급된다. 또한, 공급 파이프에는 공기 구동 밸브를 이용하는 제1 개방/폐쇄 장치(10b)가 제공되며, 멸균 챔버(10)에의 고농도 NO₂ 가스의 공급은 제1 개방/폐쇄 장치(10b)의 온/오프 제어에 의해 조절된다.

멸균 챔버(10)에는 챔버 내의 NO₂ 가스를 펌프에 의해 흡인하여 그 농도를 NO₂ 센서(11)로 측정하고 그 가스를 멸균 챔버(10)에 복귀시키는 측정 경로가 제공된다. 본 구현예의 측정 경로에서, 이 경로는 그 중간에서 2개의 경로로 분할되어 고농도 측정과 저농도 측정을 위한 2개의 NO₂ 센서(11a, 11b)가 각각 제공되어, 높은 정확도로 농도의 측정을 행할 수 있다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배기 시스템(12)은 멸균 공정 후의 고농도 NO₂ 가스(배기 가스) 및 멸균 챔버(10)에 채워진 고농도 NO₂ 가스를 배기를 위해 무해하게 되도록 만든다. 배기 시스템은 오존 발생 장치(13), 오존 발생 장치(13)로부터 공급된 오존과 배기 가스의 혼합 비율을 조정하기 위한 버퍼부(14), 가스 처리 수단(15), 오존 처리 수단(16), 및 배기 장치(17)를 포함하도록 구성된다. 배기 장치의 하류측 및 버퍼부의 상류측에서, 제습부(D1) 및 배기 가스 유량계(F1)를 포함하도록 구성된다. 제습부(D1)는 본 구현예에서는 실리카 겔(silica gel)로 구성된다. 실리카 겔은 배기 가스 유량계 내부에서의 작은 물방울(dew drop)로 인한 배기 가스 유량계의 고장을 방지하도록 작용하고, 또한 고농도 NO₂ 가스(배기 가스)에 포함된 습기를 흡수함으로써 하류측에서의 가스 처리 수단(15)의 효율을 촉진하도록 작용한다. NO₂의 일부분이 실리카 겔에 의해 흡수된다는 것에 유의하기 바란다. 배기 가스 유량계(F1)는 배기될 배기 가스의 유량을 측정한다.

본 구현예에서, 오존 발생 장치(13)는 오존 발생기(18), 오존 챔버(19), 오존 배기 장치(20), 및 오존 흐름 컨트롤러(21)를 포함한다. 오존 발생기(18)(오존 발생 장치)는 방전 갭(discharge gap)에 채워진 공기 또는 산소를 방전시키기 위해 유전체가 제공된 전극들 간에 고전압을 인가하여 공기 또는 산소를 오존으로 변환하는 장치이다. 오존 발생기는 환경 기기로서 널리 이용된다.

오존 챔버(19)는 대략 40 내지 80 L 체적을 갖는 용기 형태를 갖는 작은 공간이며, 오존 발생기(18)에 의해 발생된 오존을 임시로 저장하기 위해 오존 발생기(18)에 연결된다. 이러한 오존 챔버(19)를 제공함으로써, 질소화합(nitrification)에 요구되는 고농도 NO₂ 가스와의 화학 반응에 의해 발생된 오산화이질소가 저파워(low-powered) 오존 발생기(13)에 의해 공급될 수 있어, 고농도 NO₂ 가스가 안전하게 무해하게 될 수 있다.

오존 챔버(19)로부터의 오존의 배기 체적은 오존 배기 장치(20) 및 오존 흐름 컨트롤러(21)에 의해 조정된다. 구체적으로, 오존 흐름 컨트롤러(21)는 배가 가스 유량계(F1)에 의해 측정된 배기 가스의 유량에 기초하여 오존의 유량을 제어할 수 있는 조절 밸브이다. 그러므로, 고농도 NO₂의 유량과 오존 흐름의 혼합 비율이 조정될 수 있으며, 배기 가스에 포함된 NO₂에 관련한 충분한 오존이 전달될 수 있다.

버퍼부(14)는 대략 10 L 체적을 갖는 용기 형태를 갖는 작은 공간이다. 오존을 채우는 압력을 위한 펌프에서의 압력 변동에 좌우되어, 공급되는 오존의 양은 시간축에 관련하여 과도하거나 부족한 쪽 중의 하나로 되도록 변동한다. 그러나, 커다란 변동으로 공급되는 오존의 양은, 배기 가스 유량계(F1)에 기초하여 오존 챔버(19)로부터의 오존의 유량을 오존 흐름 컨트롤러(21)로 제어하고, 또한 오존을 혼합을 위해 버퍼부(14)에 공급하며, 버퍼부(14)에 가스 혼합물을 유지함으로써 비례 배분될 수 있다.

본 구현예에서, 가스 처리 수단(15)은 버퍼부(14)의 하류측에 위치된 배기 가스 경로 상에 흡착 촉매를 포함하고 있는 처리부를 제공함으로써 구성된다. 흡착 촉매는 NO₂ 및 오존을 우수하게 흡착하고 흡착된 NO₂와 오존의 반응을 가속화하여 N₂O₅로 화학적으로 변환하거나 또는 잔류 증기와 NO₂의 반응에 의해 HNO₃를 발생하기 위한 촉매이다. 본 구현예에서, 흡착 촉매로서 지오라이트(zeolite)가 이용된다. 지오라이트 외에, NO₂를 충분하게 흡착할 수 있는 실리카라이트(silicalite)를 사용하는 것도 바람직하다.

오존 처리 수단(16)은 가스 처리 수단(15)의 하류측에 위치되며, 과잉의 오존을 NO₂와의 반응으로 분해하기 위한 오존 분해 장치로서 작용한다. 이 구성으로, 오존은 그 농도를 소정의 레벨 이하가 되도록 제어함으로써 배기될 수 있다.

이와 같이 구성된 가스 처리 수단(15)은 가스 혼합물을 흡착하여 NO₂ 및 오존을 버퍼부(14)에서 적합한 혼합 비율로 되도록 조정하고, 이 가스를 NO₂ 및 오존에 의해 N₂O₅로 화학적으로 변환하거나, NO₂와 잔여 증기의 반응에 의한 HNO₃의 생성을 가속화한다. 그러므로, 배기 가스 중의 NO₂는 제거되며, 이 배기 가스는 무해하게 된다. 추가로, 오존과의 화학 반응에 의해 N₂O₅ 또는 HNO₃를 발생함으로써 NO₂가 제거되므로, NO₂의 농도가 높은 경우에도 NO₂를 효과적으로 제거할 수 있다. 고농도 NO₂를 이용하는 멸균 장치에서, 신뢰할 수 있는 배기 가스 처리가 실행에 적합한 시간 내에서 수행될 수 있다. 또한, 본 구현예에서, NO₂ 센서 및 오존 센서가 오존 처리 수단(16)의 하류측에 제공되어, 배기 가스가 무해하게 되었는지를 체크한다.

가스 처리 수단(15)에서, 가스 혼합물의 NO₂와 오존이 화학적으로 변환되어 N₂O₅로 또는 HNO₃를 발생하므로, 버퍼부(14)에 존재하는 가스 혼합물 내의 NO₂와 오존의 적합한 혼합 비율은 2:1이 되도록 고려된다. 그러나, 실제적으로는, 오존이 높은 압력 환경 하에서는 분해하기 쉽기 때문에, 또한 특히 파이프 및 각각의 용기가 금속으로 구성되기 때문에, 이들 금속은 촉매로서 작용하며, 분해가 추가로 가속된다. 그러므로, 가스 혼합물 내의 NO₂와 오존의 혼합 비율은 오존의 비율이 2:1보다 크게 되도록 구성되며, 그 혼합 비율은 예컨대 2:1 내지 1:2인 것이 바람직하다. 본 구현예에서는 이 비율은 3:2이다.

이와 같이 구성된 배기 시스템은 멸균 챔버(10)의 가스 배기 개구부에 그 사이의 배기 파이프(22)에 의해 연결된다. 보다 구체적으로, 멸균 챔버(10)로부터 연장하는 배기 파이프(22)는 멸균 챔버(10)로부터 배기된 배기 가스가 버퍼부(14)에 전달되도록 버퍼부(14)에 연결된다. 또한, 배기 파이프(22)에는 공기 구동 밸브를 이용하는 제2 개방/폐쇄 장치(23)가 제공되며, 버퍼부(14)로의 배기 가스의 전달은 제2 개방/폐쇄 장치(23)의 온/오프 제어에 의해 조절된다.

배기 장치(17)는 멸균 챔버(10)에 잔류되어 있는 배기 가스를 흡인하여 이 가스를 배기 시스템에 전달하며, 이 가스를 가스 처리 수단(15)에 의해 무해하게 되도록 만든 후에, 에어 펌프 및 팬 등을 이용함으로써 배기 가스의 흐름에 에너지를 부여한다. 본 구현예에서는, 배기 파이프(22)에 에어 펌프가 제공된다.

본 구현예의 배기 장치(17)는 멸균 챔버(10) 내의 배기 가스가 한 번에 배기되도록 제어된다. 그러나, 이 배기 장치는 가스가 복수 회에 걸쳐 버퍼부(14)에 배기되도록 제어될 수도 있다. 이러한 방식으로, 배기 가스가 배기 가스 처리 수단(15)에 복수 회 공급되는 경우, 배기 가스가 무해하게 되는 것을 확실하게 할 수 있어서 이롭다.

본 구현예에서, NO₂ 가스 공급 시스템의 챔버(1)와 배기 시스템은 제3 개방/폐쇄 장치(24)가 제공된 바이패스 파이프(25)에 의해 연결된다. 제3 개방/폐쇄 장치(24)를 개방함으로써, 챔버(1)의 내부가 진공 상태로 되는 배기 단계가 배기 시스템의 배기 장치(17)를 구동함으로써 수행될 수 있다. 또한, 챔버(1)에 잔류되어 있는 NO₂ 가스는 배기 시스템에 의해 무해하게 되어 안전하게 배기된다.

본 구현예에서, 멸균 장치는 하나의 멸균 챔버(10)와 배기 시스템이 배기 파이프(22)를 통해 연결되도록 구성된다. 이와 달리, 복수의 멸균 챔버(10)로부터의 배기 파이프(22)가 하나의 배기 시스템에 연결되고, 배기 가스를 배기할 때에만 요구되는 배기 시스템이 공유되어 있는 상태에서 이 배기 시스템이 구동되도록 제어될 수 있는, 복수 타입의 장치가 제공될 수도 있다. 공유된 배기 시스템이 복수의 멸균 챔버(10)에 관련하여 작용할 수 있으므로, 전체 멸균 장치로서 불필요한 부분이 없게 되며, 그에 따라 장치가 컴팩트하게 될 수 있다.

이하에서는 멸균 장치를 이용하는 본 발명의 멸균 방법의 구현예를 설명한다. 본 멸균 방법은 이하의 단계를 포함한다:

(1) 멸균될 물품을 멸균 챔버(10)에 세팅하는 단계(세팅 단계),

(2) 멸균 챔버(10)의 내부를 진공화하는 단계(진공화 단계),

(3) 멸균 챔버(10)의 내부를 가습하는 단계(가습 단계),

(4) 제1 개방/폐쇄 장치(10b)를 개방하여, NO₂ 가스 시스템에 의해 발생되어 챔버(1)에 저장된 NO₂ 가스를 멸균 챔버(10)에 공급하는 단계(공급 단계),

(5) 제1 개방/폐쇄 장치(10b)를 폐쇄하고, 제3 개방/폐쇄 장치(24)를 개방하여, 챔버(1)와 배기 시스템을 직접 연결함으로써, 챔버(1) 내에 잔류하고 있는 NO₂ 가스를 배기 시스템을 이용하여 배기하고, 챔버를 진공화하는 단계(배기 단계),

(6) 챔버(1) 내에 건조된 가스 혼합물을 채우는 단계(공기 충전 단계),

(7) NO₂ 가스 공급 시스템을 구동함으로써 NO₂ 가스를 발생하는 단계(순환 단계),

(8) 멸균될 물품을 멸균 챔버(10)에 채워진 고농도 NO₂ 가스에 의해 멸균하는 단계(멸균 단계),

(9) 사용된 고농도 NO₂ 가스를 멸균 챔버(10)로부터 배기하는 단계(가스 배기 단계).

세팅 단계에서는, 멸균 챔버(10)의 차폐 도어가 개방되고, 멸균될 물품이 개구부로부터 내측으로 삽입함으로써 위치된다. 고농도 NO₂ 가스와 접촉하는 것을 방해하지 않도록 하기 위해, 멸균될 물품이 그 형상에 따라 배치 테이블 상에 적합하게 위치될 수 있다. 멸균될 복수의 물품이 동시에 멸균되는 경우, 선반을 서로 겹치지 않는 방식으로 배치하여 그 위에 물품을 위치시킨다.

진공화 단계에서는, 멸균 챔버(10)의 내부의 압력이 배기 장치의 에어 펌프를 구동함에 의한 챔버 내의 공기의 배기를 통해 감소된다. 이러한 감압을 통해, 멸균될 물품의 구멍과 같은 세밀한 가장 안쪽 부분 내의 공기가 방출된다. 고농도 NO₂ 가스가 후속하는 멸균 단계에서 채워질 때, 멸균될 물품의 구멍과 같은 가장 안쪽의 세밀한 부분 내로 NO₂ 가스가 신속하게 진입하게 된다. 그 결과, 멸균의 신뢰도가 증가한다.

가습 단계는 멸균 챔버(10)에 제공된 가습 장치(26)를 이용하여 멸균 챔버(10) 내에 증기를 공급함으로써 수행된다. 증기는 가습 단계를 통해 멸균될 물품의 구멍과 같은 가장 안쪽의 세밀한 부분 내로 침투하며, 이 상태에서 고농도 NO₂ 가스가 채워진다. 멸균됨 물품의 세밀한 가장 안쪽의 부분에서 멸균에 적합한 습도 및 NO₂ 농도가 달성되며, 그 결과 멸균의 신뢰도가 바람직하게 증가된다. 충분한 습도 및 NO₂ 농도의 조합은 세균의 표면 상의 질산의 생성을 용이하게 하여, 멸균 효과를 증가시킨다. 이에 추가하여, 본 구현예에서의 가습 후에 고농도 NO₂ 가스가 채워진다. 그러므로, 고농도 NO₂ 가스가 멸균 챔버(10) 내에 채워질 때에 발생하는 압력 증가에 따라, 이미 가습된 멸균될 물품의 세밀한 가장 안쪽 부분 내로 NO₂가 진입하게 되고, 신속하게 질산으로 변환된다. 그 결과, 멸균 효과가 충분하게 달성된다. 본 구현예에서, 가습은 배출을 통해 감소된 압력 하에서 수행된다. 상대적으로 낮은 온도에서 가습 장치(26)에서 증기의 발생이 획득되고, 이 증기가 멸균될 물품의 세밀한 부분 내로 신속하게 진입하게 되는 것이 바람직하다.

공급 단계에서는, 먼저 NO₂ 가스 시스템을 구동함으로써, 챔버(1)에 저장된 고농도 NO₂ 가스가, 진공화 단계에 의해 감소된 압력을 갖고 있는 멸균 챔버(10) 내에 부압력(negative pressure)에 의해 흡인된다. 고농도 NO₂ 가스는 개방된 제1 개방/폐쇄 장치(10b)에 의해 공급 파이프(10a)를 통과하여 멸균 챔버(10)에 공급된다. 공급 단계를 완료한 때에, 제1 개방/폐쇄 장치(10b)는 폐쇄된다.

배기 단계에서는, 챔버(1)와 배기 시스템이 제3 개방/폐쇄 장치(24)를 개방함으로써 바이패스 파이프(25)를 통해 소통된다. 배기 시스템의 배기 장치(17)(에어 펌프)를 구동함으로써, 챔버(1)에 잔류되어 있는 NO₂ 가스가 흡인되고, 가스를 무해하게 하여 배기 시스템에 의해 배기된다. 이와 동시에, 챔버(1)는 흡인력에 의해 진공 상태로 될 수 있다(배기 단계). 따라서, 본 구현예에서, 챔버(1)에 잔류되어 있는 NO₂ 가스는 가스를 무해하게 만듦으로써 배기될 수 있으며, 챔버(1)의 배기 단계(진공화)가 동일 시스템의 배기 장치(17)의 흡인 기능에 의해 수행될 수 있다. 이와 같이, 멸균 장치가 유기적으로 전체적으로 연동하여 기능하도록 하는 것이 이롭다.

공기 충전 단계에서는, 배기 단계에서 진공 상태로 된 챔버(1)의 부압력에 의해 새로운 건조 가스 혼합물이 흡인된다.

순환 단계에서는, 플라즈마 발생기(2)의 마이크로파 발생 장치(2a)와 압력 장치(6)가 기동된다. 이로써, 가스 혼합물이 순환 경로(4)를 순환하고, 가스 혼합물의 질소와 산소가 플라즈마 발생기(2)의 플라즈마 발생부(2c)에서 저온 플라즈마 상태로 변환된다. 그 결과, 이산화질소 및 이산화질소와 같은 질소 산화물과 오존이 생성되어 NO_x 가스 혼합물을 발생한다. NO_x 가스 혼합물을 추가로 순환시킴으로써, 전술한 바와 같이 NO₂ 농도가 점차적으로 증가되고, 5,000 내지 100,00 ppm의 NO₂ 농도를 갖는 고농도 NO₂ 가스가 생성된다.

순환 단계에서 생성된 고농도 NO₂ 가스는 공급 단계를 재차 수행함으로써 멸균 챔버(10)에 공급된다. 이러한 방식으로, 본 구현예에서는, 배기 단계, 공기 충전 단계, 순환 단계, 및 공급 단계를 반복함으로써, 진공화 단계에서 감소된 챔버(1)보다 큰 체적을 갖는 멸균 챔버(10)의 내부 압력이 증가하며, NO₂ 농도 또한 점차적으로 증가한다. 5,000 내지 100,000 ppm의 NO₂ 농도를 갖는 고농도 NO₂ 가스를 채움으로써, 멸균 챔버(10) 내의 NO₂ 농도는 9 내지 100 mg/L로, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 mg/L로, 본 구현예에서는 20 mg/L 내지 40 mg/L로 조정된다. NO₂ 농도가 9 mg/L 미만인 경우, 임의의 세균에 대해 요구된 충분한 멸균 효과가 획득될 수 없다. 한편, 농도가 100 mg/L보다 높은 경우, 이러한 농도보다 높을 때에는 멸균 시간을 단축하는데 있어서 커다란 차이가 기대되지 않으며, 오리혀 배기 가스 처리와 관련된 문제가 번거롭게 된다.

멸균 단계에서는, 세팅 단계에 의해 적재된 멸균될 물품이 소정의 NO₂ 농도를 갖는 NO₂ 가스로 채워진 멸균 챔버(10) 내에 특정의 시간 동안 유지된다. 멸균을 위한 지속 시간이 멸균 챔버(10) 내의 NO₂ 농도 및 멸균될 물품의 타입 등의 요소에 따라 상이하지만, 멸균은 10 내지 480분 동안 유지되는 것이 바람직하다. 지속 시간이 10분 미만인 경우, 어떠한 세균에 대해 요구되는 충분한 멸균 효과가 획득되지 않을 수도 있다. 한편, 지속 시간이 480분을 초과하는 경우, 이러한 지속 시간을 초과하여도 멸균 효과가 커다란 차이가 없으며, 처리 시간이 불필요하게 늘어나기가 쉽다.

가스 배기 단계에서는, 제2 개방/폐쇄 장치(23)가 개방되고, 배기 시스템의 배기 장치(17)가 구동된다. 이로써, 사용된 고농도 NO₂ 가스(배기 가스)가 멸균 챔버(10)로부터 흡인되고, NO₂가 제거되고, 가스 처리 수단(15)에 의해 무해하게 된다. 본 구현예에서, 멸균 챔버(10)에 잔류되어 있는 배기 가스는 가스 처리 수단(15)의 처리 용량에 따라 소정의 NO₂ 가스 함유량으로 부분적으로, 즉 대략 3 내지 10회에 걸쳐 흡인 및 배기된다. 이로써, 배기 가스 처리 수단은 고농도 NO₂를 갖는 배기 가스에 대해서도 과도하게 크게 구성될 필요가 없으며, 배기 가스를 확실하게 무해하게 되도록 할 수 있다.

제1 개방/폐쇄 장치를 폐쇄하고, 제2 개방/폐쇄 장치를 개방한 상태에서 배기 장치(17)를 구동함으로써, 멸균 챔버 내의 특정량의 고농도 NO₂ 가스를 배기 가스 처리 수단(15)에 배기하여, 멸균 챔버(10)의 압력을 네거티브(negative)가 되도록 한다. 후속하여, 제1 개방/폐쇄 장치를 개방하고, 제2 개방/폐쇄 장치를 폐쇄함으로써, 챔버(1)에 잔류되어 있는 고농도 NO₂ 가스를 부압력에 의해 멸균 챔버(10)에 흡인한다. 이 과정을 복수 회에 걸쳐 반복함으로써, 멸균 챔버(10) 및 챔버(1)에 잔류되어 있는 배기 가스가 배기를 위해 무해하게 된다. 이로써, 챔버(1)와 멸균 챔버(10)를 연결하는 경로(제1 개방/폐쇄 장치(10b)를 포함함)에 잔류되어 있는 NO₂ 가스 또한 배기되고, 전체 멸균 장치의 배기가 배기 장치(17)의 흡인 에너지를 효과적으로 이용함으로써 수행될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 배기 시스템 내의 NO₂와 오존의 적합한 혼합 비율을 실시예에 의해 달성한다.

실시예

실시예 1

(고농도 NO₂ 가스의 생성)

NO₂ 가스 공급 시스템에 의해 고농도 NO₂ 가스를 생성하였다. 성분으로서 공기(이슬점: -60℃)를 사용하였으며, 플라즈마 발생기에서의 플라즈마 라이트닝 타임(plasma lightning time)은 25분이었다. 발생된 고농도 NO₂의 농도는 47 kppm이었으며, 가스를 챔버에 저장하였다. 이 때의 압력을, 대기압(101 kPa(절대 압력))과의 차이 압력으로 나타내면, -5 kPa(상대 압력)이었다.

(오존의 생성)

오존 발생기(Sumitomo Precision Products Co., Ltd.에 의해 제조된 SGA-01-PSA2)를 사용함으로써, 공기를 성분으로 이용하여 40 kppm의 오존을 생성하였다. 생성된 오존을 오존 챔버에 도입하여 오존의 농도가 40 kppm에 도달할 때까지 치환(substitution)을 수행하였다.

(배기 단계)

제3 개방/폐쇄 장치를 개방함으로써 배기를 개시하였다. 고농도 NO₂ 가스를 입자 필터(SMC Corporation에 의해 제조된 SFB200) 및 실리카 겔 층(Tokai Chemical Industry Co., Ltd.에 의해 제조된 silica gel A type 5UP)에 통과시킨 후, 오존에 대한 조성비가 2:1이 되도록 배기 가스 유량계(Kojima Instruments Inc.에 의해 제조된 8550)에 의해 가스를 조정하였다.

오존 흐름 컨트롤러(Kojima Instruments Inc.에 의해 제조된 8500)를 이용하여, 오존을 전술한 고농도 NO₂ 가스와 혼합하고, 그 유량을 조성비가 2:1이 되도록 조정하였다. 고농도 NO₂ 가스와 오존의 혼합은 버퍼부(버퍼 탱크)에서 수행하였다. 오산화이질소를 포함하는 가스 혼합물을 직렬로 배치된 2개의 질산 흡착 촉매(Adsorption Technology Industries, Ltd.에 의해 제조된 ADS55)에 통과시켰다. 후속하여, 고농도 NO₂를 저장하기 위한 챔버 내의 압력이 특정값(-50, -65, -75, -85, 및 -90 kPa(상대 압력))을 나타낼 때에 가스 혼합물을 샘플링하여, 질산 흡착 촉매를 통과한 후의 배기 가스에 잔류하는 NO_x의 농도를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

실시예 2

NO₂ 가스 공급 시스템에서 생성된 고농도 NO₂ 가스의 농도가 44 kppm이 되도록 하고, 배기 단계에서의 고농도 NO₂ 가스와 오존의 조성비를 5:2가 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 고농도 NO₂ 가스를 처리하여, 잔류하고 있는 NO_x의 농도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

실시예 3

NO₂ 가스 공급 시스템에서 생성된 고농도 NO₂ 가스의 농도가 50 kppm이 되도록 하고, 배기 단계에서의 고농도 NO₂ 가스와 오존의 조성비를 3:1이 되도록 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 고농도 NO₂ 가스를 처리하여, 잔류하고 있는 NO_x의 농도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1

표 1에 나타낸 바와 같이, 고농도 NO₂와 오존의 조성비가 2:1인 실시예 1에서, 챔버의 내부 압력이 -50 내지 -90 kPa(상대 압력)일 때에는 NO_x가 모든 경우에 완전히 흡수되었다. 고농도 NO₂와 오존의 조성비가 5:2인 실시예 2에서, 챔버의 내부 압력이 -50 내지 -90 kPa(상대 압력)일 때에는 NO_x가 모든 경우에 완전히 흡수되었다.

한편, 고농도 NO₂와 오존의 조성비가 3:1인 실시예 3에서, 챔버의 내부 압력이 -50 내지 -85 kPa(상대 압력)일 때에는 NO_x가 모든 경우에 완전히 흡수되었다. 그러나, 챔버의 내부 압력이 -90 kPa(상대 압력)일 때에는 NO_x의 일부가 흡수되기 않고 남아있게 되었다.

"NO₂의 % 비율(변환 전)"이라는 표현은 고농도 NO₂ 가스와 오존의 가스 혼합물 중의 고농도 NO₂ 가스의 비율을 나타낸다. 이들 실시예에서, 고농도 NO₂ 가스의 일부분(25%)이 오존과 혼합되기 전에 실리카 겔 층을 통과함으로써 소모된다. 그러므로, 고농도 NO₂ 가스와 오존의 가스 혼합물 중의 고농도 NO₂ 가스의 비율(이론적인 값)은 "NO₂의 % 비율(변환 후)"로 계산된다. 구체적으로, 실시예 1에서는 이하의 계산이 수행된다.

NO₂의 % 비율(변환 전) : 2/(2+1) x 100 = 67

NO₂의 % 비율(변환 후) : 2x0.75/(2x0.75+1) x 100 = 60

이로부터, NO₂의 % 비율(변환 전)이 66% 미만인 경우(실시예 1 및 실시예 2)에는 NO_x가 완전히 흡수될 수 있고, NO₂의 % 비율(변환 후)이 69보다 큰 경우(실시예 3)에는 NO_x의 일부가 흡수되지 않고 잔류될 수 있다는 것을 알 수 있다.

산업상 이용가능성

1 : 챔버
2 : 플라즈마 발생기
2a : 마이크로파 발생 장치
2b : 도파관
2c : 플라즈마 발생부
2d : 도전 샤프트
2e : 도전 튜브
2f : 안테나부
2g : 중앙 전극
2h : 차폐막
2i : 링 형상 공간
2j : 파이프
2k : 차폐 튜브
3 : 순환 수단
4 : 순환 경로
5 : 흐름 저항부
5a : 오리피스
6 : 압력 장치
7 : 유입부
8 : NO₂ 농도 측정 센서
9 : 가스 건조 수단
10 : 멸균 챔버
10a : 공급 파이프
10b : 제1 개방/폐쇄 장치
11, 11a, 11b : NO₂ 센서
12 : 배기 시스템
13 : 오존 발생 장치
14 : 버퍼부
15 : 가스 처리 수단
16 : 오존 처리 수단
17 : 배기 장치
18 : 오존 발생기
19 : 오존 챔버
20 : 오존 배기 장치
21 : 오존 흐름 컨트롤러
22 : 배기 파이프
23 : 제2 개방/폐쇄 장치
24 : 제3 개방/폐쇄 장치
25 : 바이패스 파이프
26 : 가습 장치
D1 : 제습부
F1 : 배기 가스 유량계

Claims

고농도 NO₂ 가스를 이용함으로써 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 배기 가스를 배기하는 배기 시스템에 있어서,
오존 발생 장치, 배기 가스 중의 NO₂ 및 상기 오존 발생 장치에 의해 발생된 오존을 흡착하고, 오존과 NO₂의 반응에 의한 오산화이질소 또는 질산의 생성을 가속화하여 그 결과물을 유지하는 가스 처리 수단, 및 상기 배기 가스를 배기하는 배기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 오존 발생 장치는 오존 발생기 및 상기 오존 발생기에 의해 발생된 오존을 저장하기 위한 오존 챔버를 포함하는, 배기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배기 가스 중의 NO₂와 오존의 혼합 비율을 조정하기 위한 버퍼부가 상기 가스 처리 수단의 상류측에 추가로 제공되는, 배기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 처리 수단은 흡착 촉매를 이용하는, 배기 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기 장치는 멸균을 위해 사용된 배기 가스를 복수 회에 걸쳐 배기하는, 배기 시스템.
멸균 장치에 있어서,
(a) 고농도 NO₂ 가스를 저장하기 위한 챔버, 플라즈마 발생기, 및 순환 수단이 연결되는 순환 경로에 의해 구성된 NO₂ 가스 공급 시스템;
(b) 제1 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 챔버에 연결된 멸균 챔버; 및
(c) 제2 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 멸균 챔버에 연결되는 청구항 1에 따른 배기 시스템
을 포함하는 것을 특징으로 하는 멸균 장치.
제6항에 있어서,
상기 챔버는 제3 개방/폐쇄 장치를 통해 상기 배기 시스템에 연결되는, 멸균 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 멸균 챔버는 상기 멸균 챔버 내의 고농도 NO₂ 가스를 NO₂ 센서를 거쳐 상기 멸균 챔버에 복귀시키는 측정 경로가 제공되는, 멸균 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 멸균 챔버가 하나의 배기 시스템에 연결되는, 멸균 장치.
청구항 6 내지 9 중의 어느 하나의 청구항에 따른 멸균 장치를 이용하는 멸균 방법으로서, 멸균될 물품을 멸균하기 위해 사용된 고농도 NO₂ 가스를 배기하는 가스 배기 단계에서, 고농도 NO₂ 가스가 소정의 NO₂ 가스 함유량으로 부분적으로 배기 시스템에 배기되는 것을 특징으로 하는 멸균 방법.
청구항 6 내지 9 중의 어느 하나의 청구항에 따른 멸균 장치를 이용하는 멸균 방법으로서, 멸균될 물품을 멸균하기 위한 멸균 단계 후에 사용된 고농도 NO₂ 가스를 배기하는 가스 배기 단계에서, 제1 개방/폐쇄 장치를 폐쇄하고 제2 개방/폐쇄 장치를 개방한 상태에서 멸균 챔버 내의 고농도 NO₂ 가스를 배기 시스템의 배기 장치에 의해 배기 가스 처리 수단에 배기하여 멸균 챔버 내의 부압력(negative pressure)을 형성하고, 후속하여 챔버에 잔류되어 있는 고농도 NO₂ 가스를 상기 제1 개방/폐쇄 장치를 개방하고 상기 제2 개방/폐쇄 장치를 폐쇄함으로써 상기 부압력에 의해 상기 멸균 챔버 내로 흡인하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 멸균 방법.
청구항 6 내지 9 중의 어느 하나의 청구항에 따른 멸균 장치를 이용하는 멸균 방법으로서,
(d) 멸균될 물품을 멸균 챔버에 세팅하는 단계(세팅 단계);
(e) 상기 멸균 챔버의 내부를 진공화하는 단계(진공화 단계);
(f) 상기 멸균 챔버의 내부를 가습하는 단계(가습 단계);
(g) 제1 개방/폐쇄 장치를 개방하여, NO₂ 가스 시스템에 의해 발생되어 챔버에 저장된 NO₂ 가스를 상기 멸균 챔버에 공급하는 단계(공급 단계);
(h) 상기 챔버 내에 건조된 가스 혼합물을 채우는 단계(공기 충전 단계); 및
(i) NO₂ 가스 공급 시스템을 구동함으로써 NO₂ 가스를 발생하는 단계(순환 단계)
를 포함하며,
상기 (g) 내지 (i) 단계를 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 멸균 방법.
제12항에 있어서,
상기 (h) 단계의 공기 충전 단계 전에, 상기 제1 개방/폐쇄 장치를 폐쇄하고 제3 개방/폐쇄 장치를 개방하여, 상기 챔버와 배기 시스템을 직접 연결함으로써, 상기 챔버 내에 잔류하고 있는 NO₂ 가스를 상기 배기 시스템을 이용하여 배기하고, 상기 챔버를 진공화하는 단계(가스 배기 단계)가 수행되는, 멸균 방법.