KR20140100700A

KR20140100700A - 오존 멸균 장치

Info

Publication number: KR20140100700A
Application number: KR1020130013750A
Authority: KR
Inventors: 노태협; 석동찬; 윤재철
Original assignee: 한국기초과학지원연구원
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-18

Abstract

본 발명은 멸균 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 과산화수소 및 오존을 이용한 의료용 멸균 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 반응 챔버 내부를 진공 상태로 만드는 진공 형성부; 상기 반응 챔버에 기체 상태의 과산화수소를 제공하는 과산화수소 공급부; 및 상기 반응 챔버에 오존을 제공하는 오존 공급부;를 포함한다.

Description

오존 멸균 장치 {OZONE STERILIZING APPARATUS}

본 발명은 멸균 장치에 관한 것으로서, 특히 과산화수소 및 오존을 투입하여 피처리물을 건식 멸균처리하는 장치에 관한 것이다.

통상적인 오존을 이용한 멸균 장치는 수증기를 진공상태에서 오존과 함께 혹은 별도로 투입하여 오존이 수증기에 용해되고 분해되는 과정에서 발생되는 OH 라디칼(Radical) 원소를 이용하여 멸균하는 방식으로 이루어진다.

이러한 종래의 물과 오존을 이용한 멸균 장치에서 물속에 용해된 오존의 분해는 Hoigne, Staehelin 및 Bader 분해공정 가설, 혹은 Gordon, Tomiyasu 및 Fukutomi 분해공정 가설 모두의 공통점인 연결반응(chain reaction)의 특징을 가지며, 상기 연결반응 중에서 OH 라디칼 원소가 생성되는 반응식은 아래 화학식 1 및 화학식 2와 같다.

화학식 1은 Hoigne, Staehelin과 Bader의 오존 분해공정에서의 반응을 나타내며, 화학식 2는 Gordon, Tomiyasu와 Fukutomi의 오존 분해공정에서의 반응을 나타낸다.

상기와 같이, 종래의 물과 오존을 이용한 멸균방식은 오존 분자 1개의 분해시 1개의 OH 라디칼 원소가 생성되고, 일부 OH 라디칼 원소는 연결반응에 참가하여 소모되기도 한다. 이에 따라, OH 라디칼 원소의 발생량이 상대적으로 적어 살균 처리시간이 길고, 멸균 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과산화수소와 물을 투입하여 OH 라디칼 원소의 생성량을 증가시켜 살균 처리시간을 단축하고 멸균효율을 향상시킬 수 있도록 한 멸균 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따른 멸균 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 반응 챔버 내부를 진공 상태로 만드는 진공 형성부; 상기 반응 챔버에 기체 상태의 과산화수소를 제공하는 과산화수소 공급부; 및 상기 반응 챔버에 오존을 제공하는 오존 공급부;를 포함한다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 과산화수소 공급부는, 상기 반응 챔버 내외의 압력차를 이용하여 과산화수소를 기체 상태로 제공하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 과산화수소 공급부는, 3 내지 100 % 농도의 액체상 과산화 수소를 증발시켜 기체상의 과산화수소를 제공하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 과산화수소 공급부는, 미세 액적 과산화수소를 공급하는 분무형인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 반응 챔버는, 상기 과산화수소 공급부로부터 제공된 과산화수소가 기체 상태를 유지하도록 0 내지 200 ℃로 유지되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 반응 챔버의 온도는, 상기 반응 챔버 내 피처리물의 온도가 0 내지 60 ℃로 유지되도록 0 내지 200 ℃로 유지되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 오존 공급부는 산소 공급장치를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 오존 공급부는 오존 열분해 장치를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 오존 공급부는 8 중량% 이상의 오존을 공급하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 배기 가스 중 오존을 제거하기 위한 오존 제거부를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 과산화수소와 오존을 투입하여 생성되는 OH 라디칼 원소의 양을 현저하게 증가시킴으로써, 의료 장비의 멸균 처리시간을 단축시키고, 멸균효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 과산화수소 공급부의 일 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 멸균 장치에 의한 피처리물의 멸균 방법을 도시한 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

일반적으로 상용화된 종래의 멸균 장치는 물과 오존을 진공상태에서 투입하여 확산작용을 이용하여 멸균하는 것인 반면, 본 발명의 멸균 장치는 과산화수소 및 오존을 진공상태에서 투입하여 확산시켜 멸균하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 종래의 멸균 장치는 수증기를 진공상태에서 오존과 함께 혹은 별도로 투입하여 오존이 수증기에 용해되고 분해되는 과정에서 발생되는 OH 라디칼 원소를 이용하여 멸균하는 것으로, 상기한 화학식 1과 화학식 2에서 보여지는 바와 같이 1개의 오존 분자당 하나의 OH 라디칼 원소가 생성되는 연결반응을 갖는다.

그러나, 본 발명에 따른 멸균 장치는 과산화수소와 오존을 투입하여 생성되는 OH 라디칼 원소의 양을 증가시키는 것으로, 과산화수소에 오존이 용해되어 분해되는 경우에는 1개의 오존 분자에 의해 2개의 OH 라디칼 원소가 생성되어 종래의 물에 용해된 오존의 분해에서 생성되는 OH 라디칼 원소의 수보다 2배 정도 많은 양이 생성된다. 이러한 OH 라디칼 원소의 생성량 증가는 멸균 처리시간을 단축시키고, 멸균효율을 증대시키는 효과를 제공한다.

과산화수소에 용해된 오존의 분해 공정 역시 연결반응(chain reaction)의 형태로 반응하며 반응 중 OH가 생성되는 반응식은 아래 화학식 3 내지 화학식 5와 같다.

즉, 두 개의 반응에서 각각 1개씩의 OH 라디칼 원소가 생성된다. 이러한 반응을 전체적으로 하나의 반응식으로 요약하면 다음 화학식 6과 같다.

본 발명에 따른 멸균 장치의 처리대상, 일 예로서 의료용 장비의 경우, 여러 가지 불특정한 모양을 갖고 있으며, 특히 관 형태의 튜브 내부의 멸균, 정밀 부품의 변형을 방지하기 위한 저온 공정 등으로 피처리물의 특징을 고려한 멸균 장치를 구현해야 한다. 본 발명의 멸균 장치는 이와 같은 대상물의 특징을 고려하여 진공상태에서 과산화수소와 오존을 투입하고 확산을 통해 과산화수소와 오존 분자가 의료용 장비에 골고루 침투하여 멸균하고 상대적으로 압력이 높은 상태에서 건조하는 공정을 특징으로 하고 있다. 특히 오존의 반응을 효과적으로 구성하기 위해 오존 투입시 오존을 일차적으로 분해하여 투입하는 공정도 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멸균 장치(100)는 반응 챔버(110)와, 진공 형성부(120)와, 과산화수소 공급부(130)와, 오존 공급부(140)와, 보조 밸브(150)를 구비한다.

반응 챔버(110)는 피처리물인 멸균 대상에 대한 멸균처리가 수행되는 반응기이다. 반응 챔버(110)의 내부는 과산화수소 공급부로부터 제공된 과산화수소가 응축되지 않고 기체 상태를 유지하도록 0 내지 200 ℃의 온도로 유지된다. 반응 챔버(110)의 온도는, 반응 챔버(110) 내 피처리물의 온도가 0 내지 60 ℃로 유지되도록 0 내지 200 ℃로 유지된다.

진공 형성부(120)는 진공 펌프(121)와, 제1 연결 배관(122)과, 제1조절 밸브(122)를 구비한다. 진공 형성부(120)는 반응 챔버(110)의 내부를 진공상태로 만든다. 진공 펌프(121)는 반응 챔버(110) 내부의 기체를 외부로 배기한다. 제1 연결 배관(122)은 진공 펌프(121)와 반응 챔버(110) 사이를 연결한다. 제1 조절 밸브(123)는 제1 연결 배관(122) 상에 설치되어서 제1 연결 배관(122)을 개폐한다.

과산화수소 공급부(130)는 과산화수소 캡슐(131)과, 분무 노즐(132)과, 제2 연결 배관(133)과, 제2 조절 밸브(134)를 구비한다. 과산화수소 공급부(130)는 반응 챔버(110) 내외의 압력차를 이용하여 과산화수소를 기체 상태로 제공한다. 과산화수소 캡슐(131)은 내부에 액체상태인 과산화수소를 저장한다. 과산화수소 공급부(130)는 미세 액적 과산화수소를 공급하는 분무형일 수 있다. 분무 노즐(132)은 반응 챔버(110)의 내부에 설치된다. 분무 노즐(132)은 압력차에 의하여 과산화수소를 기화시켜서 반응 챔버(110) 내로 분무한다. 제2 연결 배관(133)은 과산화수소 캡슐(131)과 분무 노즐(132)의 사이를 연결한다. 제2 연결 배관(133)은 온도 조절 또는 보온이 되는 것이 바람직하다. 제2 조절 밸브(134)은 제2 연결 배관(133) 상에 설치되어서 제2 연결 배관(133)을 개폐한다. 과산화수소 공급부(130)는 과산화수소의 공급량이 반응 챔버(110)의 설정온도에서 반응 챔버(110) 내부 부피의 포화압력의 100% 미만에 해당하는 양 만큼이 증발되어 공급될 수 있도록 3 내지 100% 농도의 액체상 과산화수소를 증발시켜 기체상의 과산화수소를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멸균 장치의 일 부분인 과산화수소 공급부의 일 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다. 과산화수소 공급부(130)는 도 1에 도시된 형태일 수도 있고, 도 2에 도시된 형태일 수도 있는 것이다. 도 2를 참조하면, 과산화수소 공급부(230)는 반응 챔버(110)에 부착된 가열기(235)를 더 구비한다. 가열기(235)의 내부에는 분무 노즐(132)이 위치한다. 가열기(235)는 60℃ 이상의 온도로 설정하여 짧은 시간 내에 과산화수소를 기화시키거나 반응 챔버(110)의 설정 온도와 동일하게 하여 증발시키게 된다.

도 1과 도 2에 도시된 실시예에서 과산화수소 공급부(130, 230)는 연결 배관(133)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 이러한 연결 배관(133) 없이 반응 챔버(110)에 부착되는 형태로 구성될 수도 있다.

오존 공급부(140)는 산소 공급장치(141)와, 오존 발생기(142)와, 오존 열분해 장치(143)와, 제3 연결 배관(144)과, 제3 조절 밸브(145)를 구비한다. 오존 공급부(140)는 오존을 반응 챔버(110)로 공급한다. 산소 공급기(141)는 오존 발생에 필요한 산소를 오존 발생기(142)로 공급한다. 산소 공급기(141)는 상용 압축 산소가스를 오존 발생기(142)로 공급하거나 공기로부터 산소를 추출하여 오존 발생기(142)로 공급할 수 있다. 오존 발생기(142)는 산소 공급기(141)로부터 공급된 산소를 이용하여 오존을 발생시킨다. 오존 발생기(142)는 8 중량% 이상의 오존 농도를 만들 수 있는 것이 바람직하다. 열분해기(143)는 오존 발생기(142)로부터 발생된 오존에 열을 공급하여 오존의 분해 반응을 촉진시킨다. 제3 연결 배관(144)은 산소 공급기(141), 오존 발생기(142), 열분해기(143), 반응 챔버(144)를 차례대로 연결한다. 제3 조절 밸브(145)는 반응 챔버(144)와 열분해기(143)의 사이 제3 연결 배관(144) 상에 설치되어서, 제3 연결 배관(144)을 개폐한다. 오존 공급부(140)는 오존 발생기(142)의 오존 발생 농도가 필요농도까지 안정화될 때까지 오존 제거 촉매 또는 열분해기(143)를 이용하여 외부로 배기하고 안정화된 후부터 반응 챔버(110) 내로 오존을 공급한다.

배기 가스 중 오존을 제거하기 위한 오존 제거부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

보조 밸브(150)는 반응 챔버(110)와 열분해기(143)의 사이 위치에서 제3 연결 배관(144)으로부터 분기된 보조 배관(151) 상에 설치된다.

도 3은 도 1에 도시된 멸균 장치에 의한 피처리물의 멸균 방법을 도시한 순서도이다. 도 3을 참조하여 도 1에 도시된 멸균 장치에 의한 피처리물의 멸균 방법을 상세히 설명한다. 도 3을 참조하면, 피처리물의 멸균 방법은, 피처리물 적재 단계(S10)와, 온도 조절 단계(S20)와, 진공 배기 단계(S30)와, 과산화수소 주입 단계(S40)와, 오존 주입 단계(S50)와, 멸균 처리 단계(S60)와, 환기 단계(S70)와, 종료 확인 단계(S80)와, 진공해제 단계(S90)와, 피처리물 회수 단계(S100)를 포함한다.

피처리물 적재 단계(S10)에서는, 도 1에 도시된 멸균 장치가 작동하지 않는 상태에서 피처리물인 피처리물이 반응 챔버(도 1의 110) 내에 적재된다.

온도 조절 단계(S20)에서는, 과산화수소 공급부(도 1의 130)로부터 공급된 기화된 과산화수소가 반응 챔버(도 1의 110) 내에서 응축되지 않고 기체 상태를 유지하도록 반응 챔버(도 1의 110)의 내부 온도가 0 내지 200 ℃에서 항온으로 유지된다.

진공 배기 단계(S30)에서는, 피처리물의 미세구조 내부까지 골고루 멸균제들이 침투할 수 있도록 진공 형성부(120)를 이용하여 반응 챔버(도 1의 110)의 내부가 10 torr 이하까지 진공배기된다.

과산화수소 주입 단계(S40)에서는, 과산화수소 공급부(도 1의 130)에 의해 기화된 과산화수소가 반응 챔버(도 1의 110) 내로 주입된다. 과산화수소 주입 종료 후 기화된 과산화수소가 피처리물에 고루 접촉할 수 있도록 60분 이하의 시간범위 내에서 방치된다.

오존 주입 단계(S50)에서는, 오존 공급부(도 1의 140)에 의해 오존이 반응 챔버(도 1의 110) 내로 주입된다. 오존 주입은 반응 챔버(도 1의 110) 내의 압력이 100 내지 760 torr로 도달할 때까지 진행된다. 오존 주입 종료 후 과산화수소와 접촉된 피처리물에 고루 접촉할 수 있도록 180분 이하의 시간범위 내에서 방치된다. 이 방치 시간이 피처리물에 대한 멸균이 이루어지는 멸균 처리 단계(S60)가 될 수 있다.

환기 단계(S70)에서는, 멸균 처리 단계(S60) 종류 후에 수행되는 10 torr 미만까지의 진공배기 단계와, 진공 해제 단계와, 10 torr 미만까지의 진공배기 단계를 포함한다.

종료 확인 단계(S80)에서는, 멸균 처리를 계속 진행할지 여부를 확인한다. 멸균 처리가 종료되지 않은 것으로 확인되면, 과산화수소 주입 단계(S40), 오존 주입 단계(S50), 멸균 처리 단계(S60) 및 환기 단계(S70)를 다시 반복 수행한다. 이러한 반복 수행 절차는 4 내지 6회 실시될 수 있다.

진공 해제 단계(S90)에서는, 반응 챔버(S110) 내의 진공 상태가 해제된다.

피처리물 회수 단계(S100)에서는, 멸균 처리된 피처리물이 회수된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 멸균 장치
110 : 반응 챔버
120 : 진공 형성부
121 : 진공 펌프
130 : 과산화수소 공급부
131 : 과산화수소 캡슐
132 : 분무 노즐
140 : 오존 공급부
141 : 산소 공급장치
142 : 오존 발생기
143 : 오존 열분해 장치
235 : 가열기

Claims

반응 챔버;
상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 반응 챔버 내부를 진공 상태로 만드는 진공 형성부;
상기 반응 챔버에 기체 상태의 과산화수소를 제공하는 과산화수소 공급부; 및
상기 반응 챔버에 오존을 제공하는 오존 공급부;
를 포함하는, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 과산화수소 공급부는, 상기 반응 챔버 내외의 압력차를 이용하여 과산화수소를 기체 상태로 제공하는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 과산화수소 공급부는, 3 내지 100 % 농도의 액체상 과산화수소를 증발시켜 기체상의 과산화수소를 제공하는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 과산화수소 공급부는, 미세 액적 과산화수소를 공급하는 분무형인 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응 챔버는, 상기 과산화수소 공급부로부터 제공된 과산화수소가 기체 상태를 유지하도록 0 내지 200 ℃로 유지되는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 반응 챔버의 온도는, 상기 반응 챔버 내 피처리물의 온도가 0 내지 60 ℃로 유지되도록 0 내지 200 ℃로 유지되는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 오존 공급부는 산소 공급장치를 포함하는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 오존 공급부는 오존 열분해 장치를 포함하는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
상기 오존 공급부는 8 중량% 이상의 오존을 공급하는 것인, 멸균 장치.
제1항에 있어서,
배기 가스 중 오존을 제거하기 위한 오존 제거부를 더 포함하는 것인, 멸균 장치.