WO2011115428A2 - 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법 - Google Patents

과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법 Download PDF

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WO2011115428A2
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sterilization
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fan
sterilization chamber
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유철원
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주식회사 로우템
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    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/16—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using chemical substances
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    • A61L2/208—Hydrogen peroxide
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    • A61L2202/20—Targets to be treated
    • A61L2202/24—Medical instruments, e.g. endoscopes, catheters, sharps

Definitions

  • the present invention relates to a device capable of sterilizing a sterilized product using a chemical sterilant, and more particularly, to a sterilization apparatus and a sterilization method using hydrogen peroxide which can sterilize a sterilized product using hydrogen peroxide. It is about.
  • sterilization means a high level of treatment in that it means to completely remove all living microorganisms through physical and chemical action, unlike cleaning or disinfection. do.
  • Medical devices are traditionally sterilized by using high dry heat or heat provided by water vapor or by using chemicals such as formaldehyde or ethylene oxide in the gas or vapor state.
  • ethylene oxide gas requires a long aeration time of at least 8 hours to remove the gas from the sterilized product, which is a major factor in extending the sterilization cycle time.
  • the installation environment and management requires a separate space and the installation of a gas detector, there is a very difficult problem.
  • a sterilization method using plasma is known.
  • a conventional sterilization apparatus using plasma when the hydrogen peroxide is injected in the plasma state, the pressure rises, making it difficult to generate the plasma, and when the plasma is generated in the state where the hydrogen peroxide is injected, the plasma decomposes the hydrogen peroxide. Therefore, the plasma process is placed before and after hydrogen peroxide injection, which is more like sterilization with hydrogen peroxide than with plasma sterilization.
  • the sterilant and the plasma are easily contacted directly, and the medical device of the polymer system is prone to change of properties such as discoloration or material curing. And since the plasma must be generated uniformly in the reaction vessel has a serious limitation on the size of the reaction vessel. In addition, if the amount of the product to be sterilized in the reaction vessel is not easy to perform the sterilization properly.
  • the temperature of the sterilization chamber and the temperature of the sterilized product affect the sterilization efficiency.
  • the conventional low temperature sterilizer using a temperature of less than 60 °C using a low temperature plasma in a vacuum state as a means to increase the temperature, or simply by using a passive method using the internal radiant heat by keeping the sterilization chamber below 60 °C.
  • hospitals simply remove water after sterilization and sterilize using a sterilization device.
  • Conventional plasma and hydrogen peroxide sterilizers often require incomplete sterilization and undergo resterilization. Occurs.
  • the cause of incomplete sterilization is that when the temperature of the sterilization chamber is lowered due to the low temperature sterilization product, when the aqueous solution of hydrogen peroxide is evaporated, it does not penetrate deep into the complex sterilization product with a long and narrow lumen-like diffusion limiting region, This is because no matter how much hydrogen peroxide is injected, the amount that can be vaporized at a low temperature is limited.
  • the conventional sterilization method and sterilization apparatus using a low temperature plasma and hydrogen peroxide do not have a drying function. Therefore, it is inconvenient because the sterilization process is dried using a separate dryer, and the total work time is long.
  • the present invention has been devised in view of the above, and various sterilization products, including sterilization products having a narrow and long area, diversifying the sterilization process to control sterilization time and sterilization strength for each sterilization product.
  • An object of the present invention is to provide a sterilization apparatus and sterilization method using hydrogen peroxide, which can improve sterilization efficiency and improve usability.
  • the housing having a sterilization chamber accommodated
  • An evaporator connected to the sterilization chamber, a hydrogen peroxide supply device connected to the evaporator to supply a liquid hydrogen peroxide to the evaporator, and evaporate water from hydrogen peroxide supplied to the evaporator and inhale the evaporated water to concentrate the hydrogen peroxide.
  • a concentrating chamber connected to the evaporator, a vacuum pump connected to the concentrating chamber to provide a vacuum pressure to the concentrating chamber, and a fan disposed inside the sterilization chamber to forcibly flow air in the sterilization chamber.
  • a blower having a motor for rotating the fan, wherein To heat the air flowing by and a fan disposed within the sterilization chamber.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a concentration control valve disposed between the evaporator and the concentration chamber to open and close a flow path between the evaporator and the concentration chamber.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a concentration chamber pressure release valve connected to the concentration chamber so that external air may be introduced into the concentration chamber.
  • the vacuum pump is connected to the sterilization chamber to provide a vacuum pressure to the sterilization chamber, the sterilization chamber pressure control for opening and closing the flow path between the sterilization chamber and the vacuum pump between the sterilization chamber and the vacuum pump Valves can be installed.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a sterilization chamber pressure release valve connected to the sterilization chamber to introduce external air into the sterilization chamber.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include an evaporator heater for heating the evaporator and a concentration chamber heater for heating the concentration chamber.
  • the volume of the concentration chamber may be a size between 10ml ⁇ the volume of the sterilization chamber.
  • Sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a concentration chamber pressure gauge connected to the concentration chamber to detect the pressure of the concentration chamber.
  • the fan may be disposed closer to one side wall of the housing, the motor may be disposed outside the side wall, and a rotation shaft of the motor may be connected to the fan through the side wall.
  • the fan heater may be disposed between the fan and the side wall.
  • the fan rotates in a rotational direction to flow air inside the sterilization chamber from the front of the fan to the rear, and in front of the fan inside the sterilization chamber to concentrate the air flowing toward the fan toward the center of the fan.
  • a guide plate provided with a passage facing the fan is installed, and the air inside the sterilization chamber strikes the side wall via the passage, the fan and the fan heater, and then again through the space between the guide plate and the inner surface of the housing. It may flow in front of the fan.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a sterilization chamber temperature sensor disposed in the passage to detect a temperature inside the sterilization chamber.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide may further include a photocatalyst disposed inside the sterilization chamber, and an ultraviolet generator having an ultraviolet lamp disposed inside the sterilization chamber to irradiate ultraviolet rays to the photocatalyst. Can be.
  • the photocatalyst may be coated on the surface of the fan.
  • the photocatalyst may include titanium dioxide (TiO 2 ).
  • step (d) to step (f) may be repeated before step (g).
  • the method may further include heating the evaporator and the concentration chamber before or after the step (c), wherein the temperature of the evaporator and the concentration chamber may be adjusted to a temperature between 30 ° C. and 150 ° C. have.
  • the method may further include the step of making the pressure of the sterilization chamber below atmospheric pressure before the step (g), and after the step (g), supplying air to the sterilization chamber to make the pressure of the sterilization chamber at atmospheric pressure. It may further comprise a step.
  • the sterilization method using hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may further include irradiating ultraviolet rays to the photocatalyst disposed in the sterilization chamber before the (g) step or after the (g) step. .
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide according to the present invention may reduce the pressure of the concentration chamber connected to the evaporator to concentrate the hydrogen peroxide by evaporating water from the hydrogen peroxide supplied to the evaporator. Therefore, the concentrated hydrogen peroxide vapor can be supplied to the sterilization chamber through the evaporator, thereby increasing the sterilization power for the sterilized material contained in the sterilization chamber.
  • sterilization efficiency can be increased for various types of sterilized products, such as narrow and long articles such as endoscopes or one-blocked lumen-shaped sterilized products.
  • the process time can be shortened by adjusting the process time and sterilization strength for each sterilized product, and the sterilization time can be shortened. can do.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide according to the present invention can quickly increase the temperature of the sterilized product in the sterilization chamber by using the convection of warm air using a fan and a heater, and evenly the temperature of the air and the sterilized material in the sterilization chamber. It can raise a temperature.
  • hydrogen peroxide when hydrogen peroxide is evaporated, moisture can first penetrate into the long and narrow diffusion limiting zone to prevent condensation, and further increase sterilization by allowing hydrogen peroxide to evaporate without condensation.
  • the hydrogen peroxide using sterilization apparatus by using a photocatalyst and ultraviolet light to make oxygen, moisture, and injected hydrogen peroxide into a plasma state and circulating it using a fan, it is possible to generate high density OH radicals. Therefore, it is possible to generate expensive plasma at a relatively simple and low cost, and further improve sterilization power.
  • the sterilization apparatus using hydrogen peroxide uses a hot air convection generated by a fan and a heater to sufficiently heat up the air and the sterilized substance in the sterilization chamber as a whole, and then evacuates the sterilized substance and the sterilization chamber. Moisture can be removed quickly and effectively. Therefore, it is possible to sufficiently dry the sterilized product without a separate dryer, and there is no effect of the need for a separate dryer, thereby reducing the installation cost.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a sterilization apparatus using hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic block diagram showing a sterilization apparatus using hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the internal pressure change of the evaporator and the concentration chamber according to the repetition of the concentration process in the sterilization experiment example using a hydrogen peroxide using sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a comparison of temperature change in the sterilization chamber with time when the fan and the heater are not used and when the fan and the heater are used.
  • Figure 6 shows the result of measuring the hydrogen peroxide concentration in the sterilization chamber according to the temperature of the sterilization chamber and the concentration of hydrogen peroxide.
  • FIG. 1 and 2 schematically show a sterilization apparatus using hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
  • the sterilization apparatus 10 using hydrogen peroxide includes a housing 12 having a sterilization chamber 11 in which sterilized substances are accommodated, and a hydrogen peroxide in the sterilization chamber 11.
  • a hydrogen peroxide supply device 14 for supplying hydrogen peroxide to the evaporator 13, a concentrating device 15 for concentrating hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13, a vacuum pressure It includes a vacuum pump 16, a blower 17 for forcibly flowing the air inside the sterilization chamber 11, and an ultraviolet generator 18 for irradiating ultraviolet rays.
  • One side of the housing 12 is coupled to the door 19 for opening and closing the entrance for the entrance and exit of the sterilized material.
  • the sterilization chamber 11 is connected with the evaporator 13 and the vacuum pump 15.
  • a hydrogen peroxide vapor supply control valve 20 is installed between the sterilization chamber 11 and the evaporator 13, and a sterilization chamber pressure control valve 21 is installed between the sterilization chamber 11 and the vacuum pump 16.
  • one side of the sterilization chamber 11 is connected to a sterilization chamber pressure release valve 22 for introducing external air into the sterilization chamber 11.
  • These hydrogen peroxide vapor supply control valves 20, sterile chamber pressure regulating valves 21 and sterile chamber depressurization valves 22 are controlled by a controller 47.
  • Hydrogen peroxide supply control valve 20 controls the supply of hydrogen peroxide to the sterilization chamber 11 by opening and closing the flow path connecting the sterilization chamber 11 and the evaporator (13).
  • the sterilization chamber pressure regulating valve 21 opens and closes the flow path between the sterilization chamber 11 and the vacuum pump 15.
  • the sterilization chamber is operated when the vacuum pump 15 operates while the sterilization chamber pressure regulating valve 21 is opened. Air of 11 is discharged toward the vacuum pump 15 so that the internal pressure of the sterilization chamber 11 is lowered.
  • the sterilization chamber pressure release valve 22 is for introducing external air into the sterilization chamber 11.
  • the sterilization chamber pressure release valve 22 When the sterilization chamber pressure release valve 22 is opened, the external air flows into the sterilization chamber 11 and the sterilization chamber ( The internal pressure of 11 will rise.
  • the internal pressure of the sterilization chamber 11 is detected by the sterilization chamber pressure gauge 23 installed in the housing 12, the control unit 47 receives the detection signal of the sterilization chamber pressure gauge 23, the vacuum pump 15,
  • the internal pressure of the sterilization chamber 11 can be appropriately adjusted by controlling the operations of the sterilization chamber pressure regulating valve 21 and the sterilization chamber pressure release valve 22.
  • the internal temperature of the sterilization chamber 11 is a fan heater 24 disposed inside the sterilization chamber 11, a first sterilization chamber heater 25 installed in the housing 12, and a second sterilization chamber heater installed in the door 19. Adjusted by 26. These heaters 24, 25, 26 are controlled by the controller 47.
  • the controller 47 receives signals from the fan heater sensor 27, the first sterilization chamber heater sensor 28, the second sterilization chamber heater sensor 29 and the sterilization chamber temperature sensor 51 and receives each heater 24. By controlling the (25) and (26), the temperature of the sterilization chamber 11 can be kept constant.
  • the evaporator 13 is connected with a hydrogen peroxide supply 14. Between the evaporator 13 and the hydrogen peroxide supply device 14, a hydrogen peroxide supply control valve 30 controlled by the controller 47 is provided.
  • the hydrogen peroxide supply device 14 supplies the liquid hydrogen peroxide to the evaporator 13.
  • the temperature of the evaporator 13 is regulated by an evaporator heater 31 controlled by the controller 47.
  • the controller 47 may maintain a constant temperature of the evaporator 13 by receiving a signal from the evaporator heater sensor 32 and controlling the evaporator heater 31.
  • the concentrating device 15 is connected with the evaporator 13 and the vacuum pump 16. Inside the concentrating device 15, a concentrating chamber 33 for accommodating hydrogen peroxide or moisture evaporated by the evaporator 13 is provided. A concentration control valve 34 is provided between the concentration device 15 and the evaporator 13, and a concentration chamber pressure control valve 35 is provided between the concentration device 15 and the vacuum pump 16.
  • the concentrating device 15 is provided with a concentrating chamber pressure release valve 36 and a concentrating chamber pressure gauge 37.
  • the concentration control valve 74, the concentration chamber pressure regulating valve 35, and the concentration chamber pressure release valve 36 are controlled by the controller 47.
  • the temperature of the concentration chamber 33 is controlled by the concentration chamber heater 38.
  • the concentration chamber heater 38 is automatically operated by the controller 47.
  • the controller 47 may maintain a constant temperature of the enrichment chamber 33 by receiving a signal from the enrichment chamber heater sensor 39 to control the enrichment chamber heater 38.
  • the vacuum pump 16 is controlled by the controller 47 and provides a vacuum pressure to the sterilization chamber 11 to reduce the internal pressure of the sterilization chamber 11.
  • the vacuum pump 16 also drops the internal pressure of the concentration chamber 33 by providing a vacuum pressure to the concentration chamber 33.
  • concentration control valve 34 is opened when the pressure in the concentration chamber 33 drops, moisture contained in the hydrogen peroxide provided to the evaporator 13 is evaporated and sucked into the concentration chamber 33.
  • the blower 17 includes a fan 40 disposed inside the sterilization chamber 11 and a motor 41 for rotating the fan 40.
  • the motor 41 is installed outside the housing 12, and the rotating shaft 41a of the motor 41 is connected to the fan 40 through the side wall of the housing 12.
  • a sealing member for preventing air flow between the sterilization chamber 11 and the outside is installed on the sidewall of the housing 12 through which the rotating shaft 41a of the motor 41 passes.
  • the surface of the fan 40 is coated with a photocatalyst 42 such as titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the fan 40 may be disposed near one side wall of the sterilization chamber 11 to allow the air in the sterilization chamber 11 to flow evenly throughout.
  • a guide plate 43 is disposed in front of the fan 40 to smoothly flow air.
  • the guide plate 43 has a passage 44 facing the fan 40. The fan 40 rotates in the rotational direction to draw air in the sterilization chamber 11, and the air in the sterilization chamber 11 passes through the passage 44 and the fan 40 of the guide plate 43 and the fan 40. Flows backward.
  • air flowing out of the fan heater 24 may include a space between the guide plate 43 and the top surface of the sterilization chamber 11, a space between the guide plate 43 and the bottom surface of the sterilization chamber 11, or a guide. It flows back toward the front of the fan 40 through the space between the plate 43 and the front and rear walls of the sterilization chamber 11. Thus, the air in the sterilization chamber 11 can be heated quickly throughout.
  • a sterilization chamber temperature sensor 51 for detecting the internal temperature of the sterilization chamber 11 is arranged in the passage 44 of the guide plate 43.
  • the air of the sterilization chamber 11 can be heated using only the first sterilization chamber heater 25 or the second sterilization chamber heater 26 surrounding the sterilization chamber 11 without the fan heater 24. Can be.
  • the rotation direction of the fan 40 may be the opposite direction to that described above.
  • an ultraviolet generator 18 is installed at one side of the sterilization chamber 11.
  • the ultraviolet generator 18 includes an ultraviolet lamp 45 for irradiating ultraviolet rays to the fan 40 coated with the photocatalyst 42 and an ultraviolet sensor 46 for sensing ultraviolet rays.
  • the ultraviolet lamp 45 and the ultraviolet sensor 46 are controlled by the controller 47, and the controller 47 receives a signal from the ultraviolet sensor 46 to control the operation of the ultraviolet lamp 45.
  • sterilization power can be increased by obtaining OH radicals by changing moisture in the air, steam of hydrogen peroxide, and the like, to obtain a deodorizing effect.
  • the action of the photocatalyst 42 and ultraviolet rays will be described later.
  • the photocatalyst 42 may be disposed at various positions inside the sterilization chamber 11, such as the inner surface of the housing 12 or the guide plate 43, in addition to the fan 40.
  • control device 47 receives signals generated from various sensors and pressure gauges and control signals input through the input device 48 to control the overall operation of the sterilization device 10.
  • control device 47 may output the operating state of the sterilization device 10, such as the temperature and pressure of the sterilization chamber 11 through the output device 49.
  • reference numeral 50 is a filter for preventing contaminated air from entering the sterilization chamber 11 when the sterilization chamber pressure release valve 22 is opened.
  • the washed sterilized substance is placed in the sterilization chamber (11).
  • the fan 40 is rotated, and at the same time, the fan heater 24 is operated.
  • the air inside the sterilization chamber 11 is heated by the fan heater 24 while flowing, and then evenly transferred to the sterilant and the sterilization chamber 11 as a whole.
  • the temperature inside the sterilization chamber 11 and the sterilized product can be raised more quickly.
  • the temperature of the sterilization chamber 11 can be adjusted to an appropriate value between 30 and 60 °C.
  • the first sterilization with OH radicals may also be performed. That is, when the ultraviolet ray generator 18 irradiates ultraviolet rays to the photocatalyst 42 coated on the fan 40 while the temperature is raised, oxygen and moisture in the air are acted upon by the action of the photocatalyst 42 and the ultraviolet ray. (O1-), super oxide anion (O2-), photo ozone (O3-), hydroxyl ions (OH-), and hydrogen anions such as hydrogen protons (H +) can be brought into a plasma state mixed together. . And by using the fan 40 to circulate to produce and chain reaction to generate a high density of OH radicals, it is possible to generate expensive plasma at a relatively simple and low cost.
  • the temperature of the sterilization chamber 11 can be adjusted to an appropriate value outside the above-mentioned range.
  • the first sterilization may be omitted depending on the process.
  • Hydrogen peroxide is concentrated in the evaporator 13 during the process of raising the sterilization chamber 11 and the sterilized product to a temperature higher than room temperature (eg, 50 ° C. to 60 ° C.) or during the first sterilization.
  • the process of concentrating hydrogen peroxide is as follows. First, the temperature of the evaporator 13 and the concentration chamber 33 are equally adjusted using the evaporator heater 31 and the concentration chamber heater 38, and then the hydrogen peroxide supply control valve 30 is adjusted to the evaporator 13. To the liquid hydrogen peroxide. Next, while closing the hydrogen peroxide supply control valve 30 and operating the vacuum pump 16, the concentration chamber pressure control valve 35 is opened to adjust the pressure of the concentration chamber 33 to an appropriate evaporation pressure below atmospheric pressure (P 1 ). Lower until This process is indicated by A in FIG.
  • the concentration control valve 34 is opened. At this time, the moisture contained in the hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13 is evaporated and sucked into the concentration chamber 33.
  • the pressure in the concentration chamber 33 rises. When the water is saturated, the pressure in the concentration chamber 33 is maintained constant. This process is indicated by B in FIG. 3.
  • the increase in pressure of the concentration chamber 33 due to moisture inflow depends on the amount and concentration of hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13, the volume, temperature and pressure of the concentration chamber 33, and the temperature of the evaporator 13.
  • hydrogen peroxide may be partially evaporated and introduced into the concentration chamber 33 together with the moisture.
  • the concentration control valve 34 is closed.
  • the concentration chamber pressure regulating valve 35 is opened to remove moisture introduced into the concentration chamber 33 from the concentration chamber 33 using the vacuum pump 16, and the pressure in the concentration chamber 33 is reduced. Again to the evaporation pressure (P 1 ).
  • This process is a portion indicated by C in Fig. 3, B and C process in Fig. 3 corresponds to one concentration.
  • the concentration of the hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13 increases.
  • the internal pressure of the evaporator 13 is reduced and the concentration of hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13 is continuously increased.
  • the amount of hydrogen peroxide supplied, the concentration, the volume of the concentration chamber 33, the temperature and pressure, the temperature of the evaporator 13, etc. depend on the type, volume, number, etc. of the sterilized substances contained in the sterilization chamber 11. It can be changed in various ways.
  • the concentration of hydrogen peroxide supplied may be between 1 wt% and 60 wt%, and the temperature of the evaporator 13 may be set to a temperature between 30 ° C. and 150 ° C.
  • the concentration chamber 33 is the volume of the size between 10ml ⁇ sterile chamber volume, the temperature may be set between 30 °C ⁇ 150 °C.
  • the evaporation pressure P 1 of the concentration chamber 33 can be adjusted to an appropriate value between 0 and 760 Torr below atmospheric pressure.
  • Table 1 and FIG. 4 below show the results of experiments in which the concentration process as described above was repeated five times as shown in FIG. 3.
  • the amount of hydrogen peroxide used for sterilization was 5 ml and the concentration of hydrogen peroxide was 58 wt%.
  • the volume of the concentration chamber 33 is 5 liters, the temperature is 60 ° C, the capacity of the evaporator 13 is 100 ml and the temperature is set to 60 ° C.
  • the evaporation pressure P 1 of the concentration chamber 33 is 5 Torr.
  • the concentration process is repeated, the internal pressures of the evaporator 13 and the concentration chamber 33 are constantly reduced, and the concentration of hydrogen peroxide supplied to the evaporator 13 is continuously increased. have.
  • the concentration control valve 34 is open, the pressure of the evaporator 13 and the concentration chamber 33 is the same.
  • the sterilization chamber pressure control valve 21 is opened during the concentration through the concentration chamber 33 to lower the pressure of the sterilization chamber 11 to about 0.5 to 1 Torr.
  • the pressure of the sterilization chamber 11 may be adjusted to an appropriate value below atmospheric pressure, preferably 100 Torr or less. Pressure control of the sterilization chamber 11 may be performed simultaneously with the concentration process, may be performed after the concentration is completed, or may be made before the concentration process.
  • the pressure in the sterilization chamber 11 preferably maintains a vacuum below atmospheric pressure when the concentrated hydrogen peroxide is injected.
  • the concentration control valve 34 is closed and the hydrogen peroxide supply valve 20 is opened to supply the concentrated hydrogen peroxide to the sterilization chamber 11, the sterilized material contained in the sterilization chamber 11 Proceed with sterilization process. Then, the concentration chamber pressure control valve 35 is closed and the concentration chamber pressure release valve 36 is opened to return the concentration chamber 33 to the atmospheric pressure state.
  • the sterilized material accommodated in the sterilization chamber 11 is 10 surgical scissors inoculated with the spores in the hinge difficult to penetrate, Hard Lumen 10 inoculated with the spores in the center ⁇ 1mm x 60cm of the stainless steel tube representing hard endoscope 10 soft lumens inoculated with spores in the center of ⁇ 1mm x 2m of Teflon tube representing dogs and soft endoscopes, and one-sided inner diameter used as PCD (Process Challenge Device) for ethylene oxide gas sterilizer and vacuum type steam sterilizer.
  • PCD Process Challenge Device
  • the sterilization power according to the concentration recovery was evaluated using 5 PCDs in which Dics inoculated with the spores inoculated at the end of x 1,500 mm. At this time, the set temperature of the sterilization chamber 11 was 50 ° C., and the capacity of the sterilization chamber 11 was 50 liters.
  • the concentration control valve 34 is closed and hydrogen peroxide is supplied.
  • the valve 20 is opened to supply the concentrated hydrogen peroxide to the sterilization chamber 11.
  • the pressure of the sterilization chamber 11 is adjusted to an appropriate vacuum pressure by opening the sterilization chamber pressure regulating valve 21.
  • the pressure of the sterilization chamber 11 can be adjusted to a value below atmospheric pressure, preferably 100 Torr or less.
  • the pressure in the sterilization chamber 11 rises and is kept constant when saturated, and hydrogen peroxide vapor penetrates the sterilized material in the process. Thereafter, the sterilization chamber pressure release valve 22 is opened to increase the pressure in the sterilization chamber 11 to induce further penetration of hydrogen peroxide into the sterilized product, thereby sterilizing the sterilized product with hydrogen peroxide vapor. Proceed.
  • the ultraviolet lamp 45, the fan 40, and the fan heater 24 are operated at atmospheric pressure to form a plasma state and generate OH radicals to perform third sterilization.
  • hydrogen peroxide is decomposed into water and oxygen, and in the process of forming OH radicals, hydrogen peroxide is decomposed and deodorized.
  • the sterilization chamber 11 is vacuumed to remove the hydrogen peroxide residual amount, and the outside air is provided again to complete the sterilization process.
  • the graph of FIG. 5 compares the temperature change of the sterilization chamber with time when the fan and the heater are not used and when the fan and the heater are used. Referring to FIG. 5, it can be seen that the temperature of the sterilization chamber 11 can be increased more quickly when the fan 40 and the fan heater 24 are used.
  • the volume of the sterilization chamber 11 used in the experiment is 50 Liter
  • the volume of the blower 17 is 15-20 m 3 / min
  • the capacity of the fan heater 24 is 1500 W.
  • the graph of Figure 6 shows the results of measuring the hydrogen peroxide concentration in the sterilization chamber according to the temperature of the sterilization chamber and the concentration of hydrogen peroxide. 6, the concentrations of 60 wt% at 50 ° C. and 80 wt% at 40 ° C. are almost the same. This suggests that the increase in temperature is just as effective as the use of high concentration hydrogen peroxide.
  • the sterilization apparatus 10 using hydrogen peroxide may increase sterilization efficiency by using the photocatalyst 42 and the ultraviolet generator 18 coated on the fan 40.
  • the action of the photocatalyst 42 and ultraviolet rays is as follows.
  • the oxidizing power of OH radicals or hydroxyl groups is about 1.35 times stronger than ozone, about 1.86 times stronger than chlorine dioxide, and about 1.57 times stronger than hydrogen peroxide. Therefore, if the plasma is used together before and after sterilization using hydrogen peroxide rather than using only hydrogen peroxide, the sterilization power can be increased.
  • Table 3 shows the results of experiments comparing the sterilization power when the fan, fan heater and UV generator are not operated and when the fan, fan heater and UV generator are operated.
  • the sterilized material accommodated in the sterilization chamber (11) is a hard lumen 10 inoculated with the spores in the ⁇ 1mm x 60cm center of the stainless steel tube representing the hard endoscope, 10 surgical scissors inoculated the live spores in the hinge difficult to penetrate Dogs, 10 Soft Lumens inoculated with spores in the center of ⁇ 1mm x 2m of Teflon tube representing soft endoscope, and one-sided inner diameter ⁇ 2 used as PCD (Process Challenge Device) of ethylene oxide gas sterilizer and vacuum type steam sterilizer.
  • PCD Process Challenge Device
  • the volume of the sterilization chamber 11 is 50 Liter
  • the temperature of the sterilization chamber 11 is 50 ° C.
  • the capacity of the blower 17 is 15-20 m 3 / min
  • the capacity of the fan heater 24 is 1500.
  • W the supplied hydrogen peroxide was 2 ml at a concentration of 58 wt%
  • the irradiation intensity of ultraviolet ray was 20 W
  • the photocatalyst 42 was titanium dioxide (TiO 2 )
  • the surface area of the photocatalyst 42 was about 40 cm 2 . Since the experiment is for evaluating the influence of the fan, the fan heater and the UV generator, the experiment was performed using the supplied hydrogen peroxide without going through the concentration process of hydrogen peroxide.
  • the generated radicals (O 2- , OH +) have a strong oxidizing power to oxidize and reduce odors, bacteria, bacteria, fungi, NOx, volatile organic compounds (VOCs) and the like.
  • the hydrogen peroxide can be decomposed and deodorized by decomposing various odors generated during sterilization as well as the smell peculiar to hydrogen peroxide.
  • the temperature of the sterilization chamber 11 is 50 ° C.
  • the capacity of the sterilization chamber 11 is 50 liters
  • the irradiation intensity of the ultraviolet ray is 20 W
  • the coating area of the photocatalyst 42 is about 40 cm 2
  • the blower 17 Volume is 15-20 m 3 / min
  • the supplied hydrogen peroxide is 2 ml at a concentration of 58 wt%.
  • the hydrogen peroxide using sterilization apparatus has a drying function for drying the sterilized material.
  • the process of drying the sterilized product is as follows.
  • the sterilant and the residual moisture inside the sterilization chamber 11 are heated using the fan 40 and the fan heater 24 at atmospheric pressure. At this time, 30-60 degreeC is suitable for a temperature rising temperature.
  • the pressure in the sterilization chamber 11 is dropped to a predetermined pressure by opening the sterilization chamber pressure regulating valve 21 and operating the vacuum pump 16 to evacuate. At this time, the pressure of the sterilization chamber 11 is appropriately less than atmospheric pressure, preferably 100 Torr or less.
  • Table 4 below is a result of an experimental example showing the effect of improving the sterilization power when operating the fan 40, the fan heater 24 and the ultraviolet generator 18 together with hydrogen peroxide concentration.
  • Table 4 below is an experimental result comparing the sterilization power when the hydrogen peroxide is not concentrated and the fan, fan heater and ultraviolet generator is not operated, and when the hydrogen peroxide is concentrated and the fan, fan heater and ultraviolet generator are operated.
  • the sterilized substances contained in the sterilization chamber 11 include 10 Hard Lumens inoculated with spores in the center of ⁇ 0.5mm x 60cm of the stainless steel tube representing the hard endoscope, and ⁇ 0.5mm x of the Teflon tube representing the soft endoscope. Ten Soft Lumens inoculated with spores in the center of 2 m were used. As can be seen from the experimental results, the concentration of hydrogen peroxide supplied to the sterilization chamber 11, it can be seen that the sterilization power is significantly increased when using the fan 40, the fan heater 24 and the ultraviolet generator 18.
  • the sterilization apparatus 10 using hydrogen peroxide according to the embodiment of the present invention described above can easily control the amount and concentration of hydrogen peroxide according to the form of the sterilized substance such as a medical device, thereby improving the sterilization efficiency of the sterilized substance.
  • simple sterilants can be sterilized in a short time using a small amount of hydrogen peroxide, and complex sterilants can exhibit sufficient sterilization power by increasing the concentration of hydrogen peroxide by increasing the overall working time.
  • by supplying a low concentration of hydrogen peroxide for the sterilized products that are weak to hydrogen peroxide it is possible to reduce the risk of damage to the sterilized products.
  • the sterilization power for the sterilized material can be further increased, and the sterilized material can be dried without the need for a separate dryer.

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Abstract

본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징, 멸균 챔버에 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 멸균 챔버와 연결되는 증발기, 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치, 증발기에 공급된 과산화수소로부터 수분을 증발시키고 증발된 수분을 흡입하여 과산화수소를 농축시킬 수 있도록 증발기와 연결되는 농축용 챔버, 농축용 챔버에 진공압을 제공하기 위해 농축용 챔버와 연결되는 진공 펌프, 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기, 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터를 포함한다. 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 농축용 챔버를 이용하여 과산화수소를 농축할 수 있어 피멸균물에 대한 멸균력을 높일 수 있다.

Description

과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법
본 발명은 화학 멸균제(Chemical sterilant)를 사용하여 피멸균물을 멸균할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과산화수소를 이용하여 피멸균물을 멸균할 수 있는 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법에 관한 것이다.
의료기구의 멸균에 있어서, 멸균(Sterilization)이란 세척(Cleaning) 또는 소독(Disinfection) 등과는 달리 물리적, 화학적 작용을 통하여 살아있는 모든 종류의 미생물을 완전히 제거하는 것을 의미하는 점에서 높은 수준의 처리를 의미한다. 의료용 기구는 전통적으로 높은 건열(Dry heat) 또는 수증기에 의해 제공되는 열을 사용하거나, 포름알데히드 또는 산화 에틸렌(Ethylene oxide)과 같은 화학물질을 가스 또는 증기 상태로 사용함으로써 멸균시킨다.
그런데 섬유 광학 장치, 내시경, 동력이 내장된 기구 등과 같은 다수의 의료용 기구는 열, 수분 또는 둘 다에 대해 취약하여 열을 이용하는 종래의 멸균방법을 적용하기 어려운 문제점이 있다. 그리고 산화 에틸렌 가스나 포름알데히드 가스를 이용하는 방법은 이들이 잠재적인 위험이 있는 발암성의 독성 가스이므로 작업에 큰 주의가 요구된다.
특히, 산화 에틸렌 가스를 사용하는 경우 멸균된 제품으로부터 가스를 제거하기 위해 8시간 이상의 긴 정화 시간(Aeration time)을 필요로 하여 이는 멸균 사이클 시간을 연장시키는 큰 요인이 된다. 그리고 설치 환경 및 관리에 있어서 독립된 공간과 가스검출기의 설치를 필요로 하므로, 작업이 매우 까다로운 문제가 있다.
산화 에틸렌 가스나 포름알데히드 가스를 이용하는 멸균방법 이외에, 플라즈마를 이용한 멸균방법이 알려져 있다. 종래의 플라즈마를 이용한 멸균장치에 있어서, 플라즈마 상태에서 과산화수소를 주입할 경우 압력이 올라가 플라즈마를 생성시키기 어렵고, 과산화수소가 주입된 상태에서 플라즈마가 생성될 경우 플라즈마가 과산화수소를 분해하는 문제가 발생한다. 따라서, 플라즈마 공정이 과산화수소 주입 전 그리고 후 단계에 놓이게 되는데, 이것은 플라즈마에 의한 멸균이라기보다는 과산화수소에 의한 멸균에 가깝다고 할 수 있다.
그리고 종래 플라즈마 멸균방법은 피멸균물과 플라즈마가 직접적으로 접촉되기 쉬워 폴리머 계통의 의료기구는 변색 또는 물질경화 같은 성질의 변화를 야기하기 쉽다. 그리고 반응용기 내에서 균일하게 플라즈마를 발생시켜야 하기 때문에 반응용기의 크기에 심각한 제한을 갖는다. 또한, 반응용기에 멸균시킬 제품의 양이 많으면 멸균을 제대로 수행하지 못하기 쉽다.
과산화수소를 이용하여 피멸균물을 멸균하는데 있어서, 위험물 안전관리법에 의해 농도가 60％이상인 고농도 과산화수소는 취급, 운송 및 사용이 금지되어 있어 보통 50 ~ 58％의 과산화수소를 사용하므로, 목적하는 충분한 멸균력을 얻기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 것이 증기 멸균법이다. 증기 멸균법은 과산화수소 수용액을 가열하여 증기화시킴으로써 멸균력을 향상시킨다.
종래 증기 멸균법은 반응용기 내부나 외부에서 과산화수소를 증기로 생성시켜 확산시킨 다음, 플라즈마를 발생시켜 피멸균물과 접촉시키는 것이어서, 저압의 진공분위기에서 멸균공정이 진행된다. 이러한 종래 증기 멸균법은 가늘고 긴 루멘(Lumen), 즉 직경이 1㎜이하이고 길이가 50㎝이상인 유연한 내시경 등엔 멸균의 핵심역할을 수행하는 과산화수소증기의 침투력이 작다.
즉, 물이 과산화수소보다 증기압이 높아 보다 신속하게 증발되고, 물의 분자량이 낮기 때문에 물이 과산화수소보다 신속하게 기상으로 확산된다. 따라서, 수증기는 보다 신속하게 가늘고 긴 확산 제한 영역 속으로 확산되어 과산화수소증기의 주입을 억제함으로써, 피멸균물에 대한 멸균 효율이 떨어지게 된다.
과산화수소 및 플라즈마를 이용한 멸균방법에 있어서 멸균 챔버의 온도 및 피멸균물의 온도가 멸균 효율에 영향을 미친다는 것은 알려진 사실이다. 그런데 60℃이하의 온도를 사용하는 종래 저온 멸균기에 있어서는 온도를 높이는 수단으로 진공상태에서 저온 플라즈마를 이용하거나, 단순히 멸균 챔버를 외부에서 60℃이하로 유지하여 내부 복사열을 이용한 소극적인 방법을 사용하였다. 통상적으로 병원에서는 피멸균물을 세척한 후 간단히 물기를 제거하고 바로 멸균장치를 이용하여 멸균을 하게 되는데, 종래의 플라즈마 및 과산화수소 멸균장치는 종종 불완전 멸균이 발생하여 재멸균 과정을 거쳐야 하는 상황이 빈번하게 발생한다.
불완전 멸균의 원인은 낮은 온도의 피멸균물로 인해 멸균 챔버의 온도가 낮아지면, 과산화수소 수용액이 기화되었을 때 길고 좁은 루멘과 같은 확산 제한 영역을 갖는 복잡한 피멸균물 속으로 깊숙이 침투되지 못하고 응축되며, 아무리 많은 양의 과산화수소를 주입하더라도 온도가 낮을 경우 기화될 수 있는 양은 한정되기 때문이다.
또한, 종래의 저온 플라즈마 및 과산화수소를 이용한 멸균방법 및 멸균장치는 건조 기능을 갖지 못한다. 따라서, 별도의 건조기를 이용하여 멸균 공정이 완료된 피멸균물을 건조시키기 때문에 불편하고, 전체 작업 시간이 길다.
이러한 여러 가지 종래 기술의 문제로 인해, 증기의 확산이 제한되는 길고 좁은 영역을 갖는 피멸균물이나 말단이 폐색된 피멸균물 등 다양한 피멸균물을 저온에서 원활하게 멸균할 수 있고, 저온 환경에서 완벽하게 건조할 수 있는 간단하고 효과적인 방법이 여전히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 각각의 피멸균물에 맞는 멸균 시간과 멸균 강도를 조절할 수 있도록 멸균 공정을 다양화하고, 좁고 긴 영역을 갖는 피멸균물 등 다양한 피멸균물에 대한 멸균 효율을 향상시킬 수 있고, 사용 편의성이 향상된 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징, 상기 멸균 챔버에 상기 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기, 상기 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 상기 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치, 상기 증발기에 공급된 과산화수소로부터 수분을 증발시키고 증발된 수분을 흡입하여 상기 과산화수소를 농축시킬 수 있도록 상기 증발기와 연결되는 농축용 챔버, 상기 농축용 챔버에 진공압을 제공하기 위해 상기 농축용 챔버와 연결되는 진공 펌프, 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기, 상기 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이에 배치되어 상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이의 유로를 개폐하는 농축조절 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 농축용 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시킬 수 있도록 상기 농축용 챔버에 연결되는 농축용 챔버 압력해제 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 진공 펌프는 상기 멸균 챔버에 진공압을 제공할 수 있도록 상기 멸균 챔버와 연결되고, 상기 멸균 챔버와 상기 진공 펌프의 사이에는 상기 멸균 챔버와 상기 진공 펌프 사이의 유로를 개폐하기 위한 멸균 챔버 압력조절 밸브가 설치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 멸균 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시키기 위해 상기 멸균 챔버에 연결되는 멸균 챔버 압력해제 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 증발기를 가열하기 위한 증발기 히터와 상기 농축용 챔버를 가열하기 위한 농축용 챔버 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 농축용 챔버의 부피는 10ml ~ 상기 멸균 챔버의 부피 사이의 크기일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 농축용 챔버의 압력을 검출하기 위해 상기 농축용 챔버에 연결되는 농축용 챔버 압력계를 더 포함할 수 있다.
상기 팬은 상기 하우징의 한쪽 측벽 쪽에 가까이 배치되고 상기 모터는 상기 측벽의 외부에 배치되며, 상기 모터의 회전축이 상기 측벽을 관통하여 상기 팬과 연결될 수 있다.
상기 팬 히터는 상기 팬과 상기 측벽 사이에 배치될 수 있다.
상기 팬은 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 상기 팬의 전방에서 후방 쪽으로 유동시키는 회전 방향으로 회전하고, 상기 멸균 챔버 내부의 상기 팬 전방에는 상기 팬 쪽으로 유동하는 공기를 상기 팬의 중심 쪽으로 집중시키기 위해 상기 팬과 대면하는 통로가 마련된 가이드 판이 설치되며, 상기 멸균 챔버 내부의 공기는 상기 통로, 상기 팬 및 상기 팬 히터를 거쳐 상기 측벽에 부딪힌 후, 상기 가이드 판과 상기 하우징의 내면 사이의 공간을 통해 다시 상기 팬의 전방으로 유동할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 상기 통로에 배치되어 상기 멸균 챔버 내부의 온도를 검출하는 멸균 챔버 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는, 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 광촉매, 상기 광촉매에 자외선을 조사하기 위해 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 자외선 램프를 갖는 자외선 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 광촉매는 상기 팬의 표면에 코팅될 수 있다.
상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2)을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은, (a) 멸균 챔버의 내부에 피멸균물을 투입하는 단계; (b) 상기 멸균 챔버 내부에 설치되는 팬과 팬 히터를 작동시켜 상기 멸균 챔버 내부의 공기 및 상기 피멸균물을 승온시키는 단계; (c) 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하는 단계; (d) 상기 증발기와 연결되는 농축용 챔버의 압력을 대기압 미만으로 저감시키는 단계; (e) 상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이의 유로를 개방하여 상기 증발기에 공급된 과산화수소로부터 수분을 증발시키고, 증발된 증기를 상기 농축용 챔버로 흡입하여 상기 과산화수소를 농축하는 단계; (f) 상기 과산화수소에서 증발된 수분이 상기 농축용 챔버로 유입되어 상기 농축용 챔버의 압력이 상승하면 상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이의 유로를 차단하는 단계; (g) 상기 멸균 챔버와 상기 증발기를 연결하는 유로를 개방하여 농축된 상기 과산화수소를 상기 멸균 챔버로 공급하는 단계; 및 (h) 상기 멸균 챔버 내부에 설치되는 팬과 팬 히터를 작동시켜 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 가열함과 동시에 강제 유동시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은, 상기 (g) 단계 이전에 상기 (d) 단계 내지 상기 (f) 단계가 반복하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 (c) 단계 이전 또는 이후에 상기 증발기와 상기 농축용 챔버를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 증발기 및 상기 농축용 챔버의 온도는 30℃ ~ 150℃ 사이의 온도로 조절될 수 있다.
또한 상기 (g) 단계 이전에 상기 멸균 챔버의 압력을 대기압 미만으로 만드는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 (g) 단계 이후, 상기 멸균 챔버에 외기를 공급하여 상기 멸균 챔버의 압력을 대기압으로 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균방법은, 상기 (g) 단계 이전, 또는 상기 (g) 단계 이후에, 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 광촉매에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 증발기에 연결된 농축용 챔버의 압력을 저감시켜서 증발기에 공급된 과산화수소로부터 수분을 증발시켜 과산화수소를 농축할 수 있다. 따라서, 증발기를 통해 농축된 과산화수소증기를 멸균 챔버로 공급할 수 있어서 멸균 챔버에 수용되는 피멸균물에 대한 멸균력을 높일 수 있다.
또한, 과산화수소에 대한 수분의 증발 횟수를 조절하여 각 횟수에 따라 과산화수소의 농도와 양을 조절하여 각기 다른 피멸균물에 적합한 멸균 환경을 제공할 수 있다. 따라서, 내시경과 같은 좁고 긴 물품이나, 한쪽이 막힌 루멘 형태의 피멸균물 등 다양한 형태의 피멸균물에 대한 멸균 효율을 높일 수 있다.
또한, 과산화수소의 농도를 적절히 조절함으로써 각 피멸균물에 맞는 공정시간과 멸균 강도를 조절할 수 있도록 공정을 다양화하여 멸균 시간을 단축할 수 있고, 멸균에 의해 피멸균물의 수명이 단축되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 멸균 챔버 내부의 피멸균물을 팬과 히터를 이용한 온풍의 대류현상을 이용하여 신속하게 승온시킬 수 있고, 멸균 챔버 내부의 공기 및 피멸균물의 온도를 고르게 승온시킬 수 있다. 따라서, 과산화수소가 기화될 때 수분이 먼저 길고 좁은 확산 제한 영역으로 침투하여 응축되는 것을 방지하고, 과산화수소가 응축되지 않고 더 많은 양이 기화될 수 있도록 함으로써 멸균력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 광촉매와 자외선을 이용하여 공기 중의 산소, 수분 및 주입된 과산화수소를 플라즈마 상태로 만들고 이를 팬을 이용하여 순환시킴으로써, 고밀도의 OH라디칼을 생성시킬 수 있다. 따라서, 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 멸균력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 팬과 히터로 발생시킨 열풍 대류현상을 이용하여 멸균 챔버 내부의 공기와 피멸균물을 전체적으로 충분히 승온시킨 후 진공 배기시킴으로써, 피멸균물 및 멸균 챔버 내부의 수분을 신속하고 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 별도의 건조기가 없이 피멸균물을 충분히 건조시킬 수 있으며, 별도의 건조기가 필요없어 설비 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 이용한 멸균 과정에서 농축용 챔버의 압력 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 이용한 멸균 실험예에서 농축 과정의 반복에 따른 증발기 및 농축챔버의 내부 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 팬과 팬 히터를 사용하지 않을 때와 팬과 히터를 사용할 때 시간에 따른 멸균 챔버의 온도 변화를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 멸균 챔버의 온도와 과산화수소의 농도에 따른 멸균 챔버 내부의 과산화수소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 팬 및 자외선 발생기 동작 전후를 비교하여 과산화수소의 농도 변화를 10초 간격으로 측정한 그래프이다.
<부호의 설명>
10 : 멸균장치 11 : 멸균 챔버
12 : 하우징 13 : 증발기
14 : 과산화수소 공급장치 15 : 농축 장치
16 : 진공 펌프 17 : 송풍기
18 : 자외선 발생기 19 : 도어
20 : 과산화수소증기 공급조절 밸브 21 : 멸균 챔버 압력조절 밸브
22 : 멸균 챔버 압력해제 밸브 23 : 멸균 챔버 압력계
24 : 팬 히터 25, 26: 제 1, 2 멸균 챔버 히터
30 : 과산화수소 공급조절 밸브 31 : 증발기 히터
33 : 농축용 챔버 34 : 농축조절 밸브
35 : 농축용 챔버 압력조절 밸브 36 : 농축용 챔버 압력해제 밸브
37 : 농축용 챔버 압력계 38 : 농축용 챔버 히터
40 : 팬 41 : 모터
42 : 광촉매 43 : 가이드 판
45 : 자외선 램프 47 : 제어장치
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치 및 멸균방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치(10)는, 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버(11)를 갖는 하우징(12), 멸균 챔버(11)에 과산화수소증기를 공급하기 위한 증발기(13), 증발기(13)에 과산화수소를 공급하기 위한 과산화수소 공급장치(14), 증발기(13)에 공급된 과산화수소를 농축시키기 위한 농축 장치(15), 진공압을 제공하기 위한 진공 펌프(16), 멸균 챔버(11) 내부의 공기를 강제 유동시키기 위한 송풍기(17), 자외선을 조사하기 위한 자외선 발생기(18)를 포함한다. 하우징(12)의 일측에는 피멸균물의 출입을 위한 출입구를 개폐하기 위한 도어(19)가 결합된다.
멸균 챔버(11)는 증발기(13) 및 진공 펌프(15)와 연결된다. 멸균 챔버(11)와 증발기(13)의 사이에는 과산화수소증기 공급조절 밸브(20)가 설치되고, 멸균 챔버(11)와 진공 펌프(16)의 사이에는 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)가 설치된다. 또한, 멸균 챔버(11)의 일측에는 외부 공기를 멸균 챔버(11)로 유입시키기 위한 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 연결된다. 이들 과산화수소증기 공급조절 밸브(20), 멸균 챔버 압력조절 밸브(21) 및 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)는 제어장치(47)에 의해 제어된다.
과산화수소증기 공급조절 밸브(20)는 멸균 챔버(11)와 증발기(13)를 연결하는 유로를 개폐함으로써 멸균 챔버(11)에 대한 과산화수소증기의 공급을 조절한다. 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)는 멸균 챔버(11)와 진공 펌프(15) 사이의 유로를 개폐하며, 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)가 개방된 상태에서 진공 펌프(15)가 작동하면 멸균 챔버(11)의 공기가 진공 펌프(15) 쪽으로 배출되어 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 낮아지게 된다.
멸균 챔버 압력해제 밸브(22)는 멸균 챔버(11)의 내부로 외부 공기를 유입하기 위한 것으로, 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 개방되면 외부 공기가 멸균 챔버(11)로 유입되어 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 상승하게 된다. 멸균 챔버(11)의 내부 압력은 하우징(12)에 설치된 멸균 챔버 압력계(23)에 의해 검출되고, 제어장치(47)가 멸균 챔버 압력계(23)의 검출 신호를 수신하여 진공 펌프(15), 멸균 챔버 압력조절 밸브(21), 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)의 동작을 제어함으로써 멸균 챔버(11)의 내부 압력이 적절하게 조절될 수 있다.
멸균 챔버(11)의 내부 온도는 멸균 챔버(11) 내부에 배치된 팬 히터(24), 하우징(12)에 설치된 제 1 멸균 챔버 히터(25) 및 도어(19)에 설치된 제 2 멸균 챔버 히터(26)에 의해 조절된다. 이들 히터(24)(25)(26)는 제어장치(47)에 의해 제어된다. 제어장치(47)는 팬 히터 센서(27), 제 1 멸균 챔버 히터 센서(28), 제 2 멸균 챔버 히터 센서(29) 및 멸균 챔버 온도 센서(51)로부터 신호를 제공받고 각 히터(24)(25)(26)를 제어함으로써 멸균 챔버(11)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 증발기(13)는 과산화수소 공급장치(14)와 연결된다. 증발기(13)와 과산화수소 공급장치(14)의 사이에는 제어장치(47)에 의해 제어되는 과산화수소 공급조절 밸브(30)가 설치된다. 과산화수소 공급장치(14)는 액상의 과산화수소를 증발기(13)에 공급한다. 증발기(13)의 온도는 제어장치(47)에 의해 제어되는 증발기 히터(31)에 의해 조절된다. 제어장치(47)는 증발기 히터 센서(32)로부터 신호를 수신하여 증발기 히터(31)를 제어함으로써 증발기(13)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
농축 장치(15)는 증발기(13) 및 진공 펌프(16)와 연결된다. 농축 장치(15)의 내부에는 증발기(13)에서 증발되는 과산화수소나 수분을 수용하기 위한 농축용 챔버(33)가 마련된다. 농축 장치(15)와 증발기(13)의 사이에는 농축조절 밸브(34)가 설치되고, 농축 장치(15)와 진공 펌프(16)의 사이에는 농축용 챔버 압력조절 밸브(35)가 설치된다.
이 밖에 농축 장치(15)에는 농축용 챔버 압력해제 밸브(36)와 농축용 챔버 압력계(37)가 설치된다. 농축조절 밸브(74), 농축용 챔버 압력조절 밸브(35) 및 농축 챔버 압력해제 밸브(36)는 제어장치(47)에 의해 제어된다. 농축용 챔버(33)의 온도는 농축용 챔버 히터(38)에 의해 조절된다. 농축용 챔버 히터(38)는 제어장치(47)에 의해 자동으로 작동한다. 제어장치(47)는 농축용 챔버 히터 센서(39)로부터 신호를 수신하여 농축용 챔버 히터(38)를 제어함으로써 농축용 챔버(33)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
진공 펌프(16)는 제어장치(47)에 의해 제어되며, 멸균 챔버(11)에 진공압을 제공하여 멸균 챔버(11)의 내부 압력을 저감시킨다. 또한, 진공 펌프(16)는 농축용 챔버(33)에 진공압을 제공함으로써 농축용 챔버(33)의 내부 압력을 떨어트린다. 농축용 챔버(33)의 압력이 떨어질 때 농축조절 밸브(34)가 개방되면 증발기(13)에 제공된 과산화수소에 함유된 수분이 증발하여 농축용 챔버(33)로 흡입된다.
도 1에 도시된 것과 같이, 송풍기(17)는 멸균 챔버(11) 내부에 배치된 팬(40)과 팬(40)을 회전시키기 위한 모터(41)를 포함한다. 모터(41)는 하우징(12)의 외부에 설치되며, 모터(41)의 회전축(41a)은 하우징(12)의 측벽을 관통하여 팬(40)과 연결된다. 도시되지는 않았으나, 모터(41)의 회전축(41a)이 관통하는 하우징(12)의 측벽에는 멸균 챔버(11)와 외부와의 공기 유동을 막기 위한 실링부재가 설치된다. 팬(40)의 표면에는 이산화티탄(TiO2) 등의 광촉매(42)가 코팅된다.
팬(40)은 멸균 챔버(11)의 한쪽 측벽 가까이 배치됨으로써 멸균 챔버(11) 내의 공기를 전체적으로 고르게 유동시킬 수 있다. 공기의 원활한 유동을 위해 팬(40)의 전방에는 가이드 판(43)이 배치된다. 가이드 판(43)은 팬(40)과 대면하는 통로(44)를 갖는다. 팬(40)은 멸균 챔버(11)의 공기를 끌어당기는 회전 방향으로 회전하며, 멸균 챔버(11)의 공기는 가이드 판(43)의 통로(44) 및 팬(40)을 거쳐 팬(40)의 후방으로 유동한다.
그리고 팬(40)의 후방으로 유동하는 공기는 팬(40)과 측벽 사이에 배치된 팬 히터(24)에 의해 가열되고 팬 히터(24)를 거친 공기는 측벽에 부딪힌 후, 측벽을 따라 팬 히터(24)의 외측으로 유동한다. 계속해서 팬 히터(24)의 외측으로 유동하는 공기는 가이드 판(43)과 멸균 챔버(11)의 상면 사이의 공간, 가이드 판(43)과 멸균 챔버(11)의 하면 사이의 공간, 또는 가이드 판(43)과 멸균 챔버(11)의 전후벽 사이의 공간을 통해 다시 팬(40)의 전방 쪽으로 유동한다. 따라서, 멸균 챔버(11)의 공기는 전체적으로 신속하게 가열될 수 있다. 멸균 챔버(11)의 내부 온도를 검출하기 위한 멸균 챔버 온도 센서(51)는 가이드 판(43)의 통로(44)에 배치된다.
물론, 본 발명에 있어서, 팬 히터(24) 없이 멸균 챔버(11)를 감싸는 제 1 멸균 챔버 히터(25)나 제 2 멸균 챔버 히터(26) 만을 이용하여 멸균 챔버(11)의 공기를 가열할 수 있다. 또한, 팬(40)의 회전 방향은 상술한 것의 반대 방향이 될 수도 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 멸균 챔버(11)의 일측에는 자외선 발생기(18)가 설치된다. 자외선 발생기(18)는 광촉매(42)가 코팅된 팬(40)에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(45)와 자외선을 감지하기 위한 자외선 센서(46)를 포함한다. 자외선 램프(45)와 자외선 센서(46)는 제어장치(47)에 의해 제어되며, 제어장치(47)는 자외선 센서(46)로부터 신호를 수신하여 자외선 램프(45)의 동작을 제어한다. 광촉매(42)와 자외선을 이용하면 공기 중의 수분, 과산화수소 증기 등을 OH라디칼로 변경시킴으로써 멸균력을 높이고, 탈취 효과를 얻을 수 있다. 이러한 광촉매(42)와 자외선의 작용에 대해서는 후술하기로 한다. 또한 광촉매(42)는 팬(40) 이외에 하우징(12)의 내면이나 가이드 판(43) 등 멸균 챔버(11) 내부의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 제어장치(47)는 각종 센서 및 압력계에서 발생하는 신호 및 입력장치(48)를 통해 입력되는 제어 신호를 수신하여 멸균장치(10)의 전체적인 동작을 제어한다. 또한, 제어장치(47)는 출력장치(49)를 통해 멸균 챔버(11)의 온도 및 압력 등 멸균장치(10)의 동작 상태를 출력할 수 있다. 이 밖에 미설명 부호 50은 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)가 개방될 때 오염된 공기가 멸균 챔버(11) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 이용하여 피멸균물을 멸균하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 피멸균물을 세척한 후, 세척된 피멸균물을 멸균 챔버(11)에 넣는다. 도어(19)를 닫고 대기압 상태에서 모터(41)를 가동하여 팬(40)을 회전시키고, 이와 동시에 팬 히터(24)를 작동시킨다. 이때, 멸균 챔버(11) 내부의 공기가 유동하면서 팬 히터(24)에 의해 가열된 후 피멸균물 및 멸균 챔버(11) 전체에 고르게 전달된다. 팬 히터(24)와 함께 제 1 멸균 챔버 히터(25) 및 제 2 멸균 챔버 히터(26)를 작동시키면 멸균 챔버(11) 내부의 온도 및 피멸균물을 더욱 신속하게 승온시킬 수 있다. 여기에서, 멸균 챔버(11)의 온도는 30 ~ 60℃ 사이의 적절한 값으로 조절될 수 있다.
또한 본 과정에서 OH라디칼에 의한 제 1 멸균을 진행할 수도 있다. 즉, 온도를 승온시킨 상태에서 자외선 발생기(18)가 팬(40)에 코팅된 광촉매(42)에 자외선을 조사하면, 광촉매(42)와 자외선의 작용으로 공기 중의 산소, 수분을 싱글렛 옥시젼(O1-), 수퍼 옥사이드 아니온(O2-), 광오존(O3-)과 하이드록실 이온(OH-), 하이드로젼 프로톤(H+) 등의 산소 음이온들이 함께 혼재되어 있는 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 그리고 이를 팬(40)을 이용하여 순환시켜 생성과 연쇄 반응을 일으킴으로써 고밀도의 OH라디칼을 생성시킬 수 있고, 이로써 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 여기에서, 멸균 챔버(11)의 온도는 상술한 범위 이외의 적절한 값으로 조절될 수 있다. 상기 제 1 멸균은 공정에 따라서는 생략이 되기도 한다.
멸균 챔버(11) 및 피멸균물을 상온보다 높은 온도(예컨대, 50℃~ 60℃)로 승온시키는 과정이 진행되는 동안 또는 제 1 멸균이 진행되는 동안 증발기(13)에서 과산화수소를 농축시킨다. 과산화수소를 농축시키는 과정은 다음과 같다. 먼저, 증발기 히터(31) 및 농축용 챔버 히터(38)를 이용하여 증발기(13)와 농축용 챔버(33)의 온도를 똑같이 맞춘 후, 과산화수소 공급조절 밸브(30)를 조절하여 증발기(13)에 액상의 과산화수소를 공급한다. 다음으로, 과산화수소 공급조절 밸브(30)를 닫고 진공 펌프(16)를 작동시키면서 농축용 챔버 압력조절 밸브(35)를 열어 농축용 챔버(33)의 압력을 대기압 이하의 적절한 증발 압력(P1)까지 낮춘다. 이 과정은 도 3에서 A로 표시된 부분이다.
농축용 챔버(33)의 압력이 증발 압력(P1)까지 떨어지면, 농축조절 밸브(34)를 연다. 이때, 증발기(13)에 공급된 과산화수소에 함유된 수분이 증발하여 농축용 챔버(33)로 흡입된다. 수분이 농축용 챔버(33)로 유입되면 농축용 챔버(33)의 압력은 상승하게 되며, 수분이 포화되면 농축용 챔버(33)의 압력은 일정하게 유지된다. 이 과정은 도 3에서 B로 표시된 부분이다.
수분 유입에 의한 농축용 챔버(33)의 압력 상승은 증발기(13)로 공급된 과산화수소의 양과 농도, 농축용 챔버(33)의 부피, 온도 및 압력, 그리고 증발기(13)의 온도 등에 따라 달라진다. 수분이 증발하여 농축용 챔버(33)로 유입될 때 과산화수소가 일부 증발하여 수분과 함께 농축용 챔버(33)로 유입될 수도 있다. 농축용 챔버(33)로 흡입된 수분이 포화 상태가 되면 농축조절 밸브(34)를 닫는다.
다음으로, 농축용 챔버 압력조절 밸브(35)를 열어 농축용 챔버(33)로 유입된 수분을 진공 펌프(16)를 이용하여 농축용 챔버(33)로부터 제거하고 농축용 챔버(33)의 압력을 다시 증발 압력(P1)까지 낮춘다. 이 과정은 도 3에서 C로 표시된 부분이며, 도 3에서 B, C 과정이 농축 1회에 해당한다. 이렇게 증발기(13)에 공급된 과산화수소에서 수분이 제거됨으로써 증발기(13)에 공급된 과산화수소의 농도는 증가하게 된다. 도 3에 도시된 것과 같이 농축 과정을 반복함으로써, 증발기(13)의 내부 압력은 감소하고 증발기(13)에 공급된 과산화수소의 농도는 지속적으로 높아진다.
여기에서, 공급되는 과산화수소의 양, 농도, 농축용 챔버(33)의 부피, 온도 및 압력, 증발기(13)의 온도 등은 멸균 챔버(11)에 수용되는 피멸균물의 종류, 부피, 개수 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 공급되는 과산화수소의 농도는 1 wt% ~ 60 wt% 사이의 농도일 수 있고, 증발기(13)의 온도는 30℃ ~ 150℃ 사이의 온도로 설정될 수 있다. 또한, 농축용 챔버(33)는 그 부피가 10ml ~ 멸균 챔버 부피 사이의 크기이고, 온도는 30℃ ~ 150℃ 사이로 설정될 수 있다. 농축용 챔버(33)의 증발 압력(P1)은 대기압 이하의 0 ~ 760 Torr 사이의 적절한 값으로 조절될 수 있다.
아래의 표1과 도 4는 상술한 것과 같은 농축 과정을 도 3에 도시된 것과 같이 5회 반복한 실험예의 결과이다.
표 1
0회 1 회 2회 3회 4회 5회
과산화수소 양 5ml 5ml 5ml 5ml 5ml 5ml
과산화수소 농도 58 wt% 58 wt% 58 wt% 58 wt% 58 wt% 58 wt%
증발기 온도 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃
농축용 챔버 온도 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃ 60℃
농축용 챔버 시작 압력 5 Torr 5 Torr 5 Torr 5 Torr 5 Torr 5 Torr
농축용 챔버 종료 압력 - 64 Torr 56 Torr 48 Torr 41 Torr 34 Torr
잔류 과산화수소량 - 4.3ml 3.6ml 2.9ml 2.2 ml 1.6
잔류 과산화수소 농도 - 65 wt% 71 wt% 78wt% 85 wt% 91wt%
본 실험예에서 멸균에 사용된 과산화수소의 양은 5ml이고 과산화수소의 농도는 58 wt%이다. 농축용 챔버(33)의 부피는 5 liter이고 온도는 60℃이며, 증발기(13)의 용량은 100 ml이고 온도는 60℃로 설정된 것이다. 농축용 챔버(33)의 증발 압력(P1)은 5 Torr이다.
표 1 및 도 4를 참조하면 농축 과정을 반복함에 따라 증발기(13) 및 농축용 챔버(33)의 내부 압력은 일정하게 감소하고 증발기(13)에 공급된 과산화수소의 농도는 지속적으로 높아지는 것을 확인할 수 있다. 여기에서, 농축조절 밸브(34)가 열린 상태이므로 증발기(13)와 농축용 챔버(33)의 압력은 같다.
이러한 과산화수소의 농축을 통한 살균력 향상 효과를 확인하기 위한 실험예는 다음과 같다.
농축용 챔버(33)를 통한 농축이 이루어지는 과정 중에 멸균 챔버 압력조절밸브(21)를 열어 멸균 챔버(11)의 압력을 약 0.5 ~ 1 Torr로 낮춘다. 멸균 챔버(11)의 압력은 대기압 미만, 바람직하게는 100 Torr 이하의 적절한 값으로 조절될 수 있다. 멸균 챔버(11)의 압력 조절은 농축 과정과 동시에 진행될 수도 있고 농축이 완료된 후에 진행되거나, 농축 과정 이전에 이루어질 수도 있다. 멸균 챔버(11)의 압력은 농축된 과산화수소가 주입될 때 대기압 미만의 진공 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
상술한 것과 같은 과산화수소 농축 과정이 완료되면, 농축조절 밸브(34)를 닫고 과산화수소증기 공급 밸브(20)를 열어 농축된 과산화수소를 멸균 챔버(11)로 공급하여 멸균 챔버(11)에 수용된 피멸균물에 대한 멸균 과정을 진행한다. 그리고 농축용 챔버 압력조절 밸브(35)를 닫고 농축용 챔버 압력해제 밸브(36)를 열어 농축용 챔버(33)를 대기압 상태로 복귀시킨다.
본 실험예에서 멸균 효과를 확인하기 위해 생물학적 지시계로서 106개의 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus Stearothermophilus) 생포자(viable spore)를 이용하였다. 멸균 챔버(11)에 수용되는 피멸균물로는 침투가 어려운 힌지에 상기 생포자를 접종한 수술용 가위 10개, 경질 내시경을 대표하는 스테인레스스틸 관의 Ø1mm x 60cm 중심에 생포자를 접종한 Hard Lumen 10개, 연질 내시경을 대표하는 Teflon 관의 Ø1mm x 2m 중심에 생포자를 접종한 Soft Lumen 10개, 산화 에틸렌 가스 멸균기와 진공 Type Steam 멸균기의 PCD(Process Challenge Device)로 사용되는 한쪽이 막힌 형태의 내경 Ø2 x 1,500mm 의 말단 부위에 생포자가 접종된 Dics를 삽입한 PCD 5개를 이용하여 농축 회수에 따른 멸균력을 비교 평가 하였다. 이때 멸균 챔버(11)의 설정온도는 50 ℃, 멸균 챔버(11)의 용량은 50 liter이었다.
상술한 실험예에 의한 결과는 아래의 표 2에 나타낸 것과 같다.
표 2
농축 1 회 농축 2회 농축 3회 농축 4회 농축 5회
수술용 가위 5/10 7/10 10/10 10/10 10/10
Hard Lumen(Φ1mm x 600mm) 0/10 3/10 7/10 9/10 10/10
Soft Lumen(Φ1mm x 2,000mm) 2/10 5/10 8/10 10/10 10/10
한쪽이 막힌PCD(Φ2mm x 1,500mm) 0/5 0/5 2/5 4/5 5/5
표 2를 보면 농축 과정의 반복 횟수가 증가할수록 멸균 효과가 향상됨을 알 수 있다. 이것은 농축 과정의 반복 횟수가 증가할수록 과산화수소의 양은 줄어들지만, 농도가 높아짐으로써 피멸균물에 대한 과산화수소의 침투력이 증가되기 때문이다. 즉, 과산화수소의 농도가 높아지면 과산화수소에 비해 상대적으로 분압이 낮고 분자량이 가벼운 수분이 먼저 피멸균 부위에 도달되는 것을 막을 수 있어 수분이 과산화수소의 유입을 방해하는 종래의 문제를 줄일 수 있고, 결과적으로 멸균력이 상승하게 되는 것이다.
계속해서, 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치를 이용한 멸균 과정에 대하여 설명한다.
멸균 챔버(11)에 수용된 피멸균물을 멸균하기에 적합한 농도로 과산화수소 농축 과정이 완료되고, 멸균 챔버(11) 및 피멸균물의 온도가 적절히 승온되면, 농축조절 밸브(34)를 닫고 과산화수소증기 공급 밸브(20)를 열어 농축된 과산화수소를 멸균 챔버(11)로 공급한다.
과산화수소 공급 시 멸균 챔버(11)의 압력은 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 개방함으로써 적절한 진공압으로 조절된다. 멸균 챔버(11)의 압력은 대기압 미만, 바람직하게는 100 Torr 이하의 값으로 조절될 수 있다. 과산화수소증기가 멸균 챔버(11)로 유입될 때, 팬(34)과 자외선 발생기(17)는 작동하지 않는다.
과산화수소증기가 주입되면 멸균 챔버(11)의 압력은 상승하다가 포화가 되면 일정하게 유지되며, 이 과정에서 과산화수소증기가 피멸균물에 침투된다. 이후, 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)를 열어 멸균 챔버(11)의 압력을 상승시켜, 피멸균물에 대한 과산화수소증기의 추가적인 침투를 유도하여, 과산화수소 증기로 피멸균물을 멸균하는 제 2 멸균을 진행한다.
그리고 대기압 상태에서 자외선 램프(45), 팬(40) 및 팬 히터(24)를 동작시켜 플라즈마 상태를 만들고 OH라디칼을 생성시켜 제 3 멸균을 수행한다. 이 과정에서 과산화수소는 물과 산소로 분해되며, 또한 OH라디칼을 형성시키는 과정에서 과산화수소의 분해 및 탈취가 이루어진다. 이후, 멸균 챔버(11)를 진공 상태로 만들어 과산화수소 잔류량을 제거하고, 다시 외기를 제공하여 멸균 공정을 완료한다.
이렇게 송풍기(17)와 팬 히터(24)를 이용하여 멸균 챔버(11) 및 피멸균물을 승온시킴으로써, 과산화수소증기가 응축되는 현상을 줄일 수 있고, 이를 통해 더 많은 양의 과산화수소증기를 피멸균물에 침투시킴으로써 멸균 효과를 높일 수 있다.
도 5의 그래프는 팬과 팬 히터를 사용하지 않을 때와 팬과 히터를 사용할 때 시간에 따른 멸균 챔버의 온도 변화를 비교하여 나타낸 것이다. 도 5를 보면 팬(40)과 팬 히터(24)를 사용할 경우 멸균 챔버(11)의 온도를 보다 신속하게 승온시킬 수 있음을 알 수 있다. 여기에서, 실험에 사용된 멸균 챔버(11)의 부피는 50 Liter, 송풍기(17)의 용량은 15 ~ 20 m3/min, 팬 히터(24)의 용량은 1500 W이다.
도 6의 그래프는 멸균 챔버의 온도와 과산화수소의 농도에 따른 멸균 챔버 내부의 과산화수소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 6을 보면 50℃의 60 wt%와 40℃의 80 wt%의 농도가 거의 동일한 것을 볼 수 있다. 이는 온도의 상승이 농도가 높은 과산화수소를 사용하는 것만큼의 효과가 있음을 알려준다.
본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치(10)는 팬(40)에 코팅된 광촉매(42)와 자외선 발생기(18)를 이용하여 멸균 효율을 높일 수 있다. 이러한 광촉매(42)와 자외선의 작용은 다음과 같다.
멸균 챔버(11) 내부로 과산화수소증기가 유입된 상태에서 자외선 발생기(18)가 팬(40)에 코팅된 광촉매(42)에 자외선을 조사하면, 광촉매(42)와 자외선의 작용으로 공기 중의 산소, 수분, 과산화수소를 싱글렛 옥시젼(O1-), 수퍼 옥사이드 아니온(O2-), 광오존(O3-)과 하이드록실 이온(OH-), 하이드로젼 프로톤(H+) 등의 산소 음이온들이 함께 혼재되어 있는 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 그리고 이를 팬(40)을 이용하여 순환시켜 생성과 연쇄 반응을 일으킴으로써 고밀도의 OH라디칼를 생성시킬 수 있고, 이로써 비교적 간단하고 저렴한 비용으로 고가의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
OH라디칼 즉 수산기의 산화력은 오존보다는 약 1.35배, 이산화염소보다 약 1.86배, 과산화수소보다 약 1.57배나 더 강력한 살균력을 가진 것으로 알려져 있다. 따라서, 과산화수소증기만 사용하는 것보다 과산화수소증기를 이용한 멸균 전·후로 플라즈마를 함께 사용하면 멸균력을 보다 높일 수 있다.
아래의 표3은 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기가 작동하지 않을 때와 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기를 작동시킬 때 멸균력을 비교한 실험 결과이다.
표 3 (사멸 수량/실험 수량)
팬, 팬 히터 및 자외선 발생기 미동작 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기 동작
수술용 가위 5/10 10/10
Hard Lumen(φ1mm x 600mm) 0/10 9/10
Soft Lumen(φ1mm x 2,000mm) 2/10 10/10
한쪽이 막힌PCD(φ2mm x 1,500mm) 0/5 4/5
본 실험예에서 멸균 효과를 확인하기 위해 생물학적 지시계로서 106개의 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus Stearothermophilus) 생포자(viable spore)를 이용하였다. 멸균 챔버(11)에 수용되는 피멸균물로는 침투가 어려운 힌지에 상기 생포자를 접종한 수술용 가위 10개, 경질 내시경을 대표하는 스테인레스스틸 관의 Φ1mm x 60cm 중심에 생포자를 접종한 Hard Lumen 10개, 연질 내시경을 대표하는 Teflon 관의 Φ1mm x 2m 중심에 생포자를 접종한 Soft Lumen 10개, 산화 에틸렌 가스 멸균기와 진공 Type Steam 멸균기의 PCD(Process Challenge Device)로 사용되는 한쪽이 막힌 형태의 내경 Φ2 x 1,500mm 의 말단 부위에 생포자가 접종된 Dics를 삽입한 PCD 5개를 이용하여, 팬(34), 팬 히터(24) 및 자외선 발생기(17)의 동작, 미동작에 따른 멸균력을 비교 평가하였다.
본 실험에서, 멸균 챔버(11)의 부피는 50 Liter, 멸균 챔버(11)의 온도는 50 ℃, 송풍기(17)의 용량은 15 ~ 20 m3/min, 팬 히터(24)의 용량은 1500 W, 공급된 과산화수소는 농도 58 wt%에 2ml, 자외선의 조사 세기는 20 W, 광촉매(42)는 이산화티탄(TiO2), 광촉매(42)의 표면적은 약 40 cm2이다. 상기 실험은 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기의 영향을 평가하기 위한 것이므로 과산화수소의 농축과정을 거치지 않고, 공급된 과산화수소를 이용하여 실험한 결과이다.
또한, 광촉매(42)와 자외선을 이용하면 멸균력의 향상뿐만 아니라 과산화수소의 분해 및 탈취 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 진공이 아닌 대기압 상태에서 플라즈마에 의한 멸균이 이루어지므로, 다음과 같은 원리로 과산화수소가 분해되고 과산화수소 특유의 냄새뿐 아니라 멸균 시 발생하는 각종 악취가 분해되어 탈취된다.
(1) 광촉매(42, 이산화티탄)에 자외선이 조사되면 전자(e-)와 정공(h+)이 발생된다.
(2) 발생된 전자와 정공은 산소, 물, 과산화수소와 반응하여 다음과 같이 과산소라디칼(O2-)과 하이드록시라디칼(OH+)을 생성한다.
H2O2 → H2O + O2
O2 + e- = O2- (+) H2O + h+ = OH+
(3) 생성된 라디칼들(O2-, OH+)은 강한 산화력이 있어 악취, 세균, 박테리아, 곰팡이, NOx, 휘발성유기화합물(VOCs) 등을 산화 및 환원시킨다.
(4) 팬(40)을 이용하여 상기 반응을 연쇄 반응 및 반복 반응시킴으로써 최종적으로는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 변화시킨다.
이러한 과정을 통해, 과산화수소를 분해하고 과산화수소 특유의 냄새뿐 아니라 멸균 시 발생하는 각종 악취를 분해하여 탈취시킬 수 있다.
도 7은 팬 및 자외선 발생기 동작 전후를 비교하여 과산화수소의 농도 변화를 10초 간격으로 측정한 그래프이다. 도 7을 참조하여 광촉매(42)와 자외선을 사용하지 않을 경우와 사용할 경우의 멸균 챔버(11)의 과산화수소와 물의 농도를 비교해 보면, 광촉매와 자외선을 조사한 경우에 과산화수소가 물이 되는 속도가 훨씬 빠른 것을 알 수 있다.
실험예에서, 멸균 챔버(11)의 온도는 50 ℃, 멸균 챔버(11)의 용량은 50 liter, 자외선의 조사 세기는 20 W, 광촉매(42)의 코팅 면적은 약 40 cm2, 송풍기(17)의 용량은 15 ~ 20 m3/min, 공급된 과산화수소는 농도 58 wt%에 2 ml이다.
또한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치는 피멸균물을 건조시키는 건조 기능을 갖는다. 피멸균물을 건조하는 과정은 다음과 같다.
멸균 공정이 끝나면, 대기압 상태에서 팬(40)과 팬 히터(24)를 이용하여 멸균 챔버(11) 내부의 피멸균물 및 잔류 수분을 승온시킨다. 이때, 승온 온도는 30 ~ 60 ℃가 적정하다. 피멸균물이 적정 온도까지 승온되면 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 열고 진공 펌프(16)를 작동시켜 진공 배기시킴으로써 멸균 챔버(11)의 압력을 소정 압력까지 떨어뜨린다. 이때, 멸균 챔버(11)의 압력은 대기압 미만, 바람직하게는 100 Torr 이하인 것이 적정하다.
일정 시간 멸균 챔버(11)를 진공 배기시킨 후, 배기가 완전히 이루어지지 않으면 멸균 챔버 압력조절 밸브(21)를 닫고 멸균 챔버 압력해제 밸브(22)를 열어 멸균 챔버(11)에 다시 공기를 주입한다. 그리고 다시 팬(40)과 팬 히터(24)를 작동시켜 멸균챔버(11) 내부를 승온시킨 후, 다시 진공 배기 공정을 진행한다. 이러한 가열 및 진공 배기 공정을 반복하면 피멸균물에 잔류하는 수분을 완벽하게 제거할 수 있다.
아래의 표4는 과산화수소 농축과 더불어 팬(40), 팬 히터(24) 및 자외선 발생기(18)를 작동할 경우의 멸균력 향상 효과를 나타낸 실험예의 결과이다.
아래의 표 4는 과산화수소가 농축되지 않고 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기가 작동하지 않을 때와, 과산화수소가 농축되고 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기가 작동할 때 멸균력을 비교한 실험 결과이다.
표 4 (사멸 수량/실험 수량)
팬, 팬 히터 및 자외선 발생기미동작 팬, 팬 히터 및 자외선 발생기 동작
미농축(58wt %) 농축 1 회 농축 2회 농축 3회 농축 4회 농축 5회
Hard Lumen(Φ0.5mm x 600mm) 0/10 3/10 5/10 8/10 10/10 10/10
Soft Lumen(Φ0.5mm x 2,000mm) 0/10 4/10 7/10 9/10 10/10 10/10
본 실험예에서 멸균 효과를 확인하기 위해 생물학적 지시계로서 106개의 바실러스 스테아로써모필루스(Bacillus Stearothermophilus) 생포자(viable spore)를 이용하였다. 멸균 챔버(11)에 수용되는 피멸균물로는 경질 내시경을 대표하는 스테인레스스틸 관의 Φ0.5mm x 60cm 중심에 생포자를 접종한 Hard Lumen 10개, 연질 내시경을 대표하는 Teflon 관의 Φ0.5mm x 2m 중심에 생포자를 접종한 Soft Lumen 10개가 이용되었다. 실험 결과를 통해 알 수 있듯이, 과산화수소를 농축하여 멸균 챔버(11)에 공급하고, 팬(40), 팬 히터(24) 및 자외선 발생기(18)를 사용할 경우 멸균력이 상당히 높아짐을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 의한 과산화수소 이용 멸균장치(10)는 의료기구 등 피멸균물의 형태에 따라 과산화수소의 양 및 농도를 어렵지 않게 조절할 수 있어 피멸균물의 멸균 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 간단한 피멸균물은 적은 양의 과산화수소를 이용하여 짧은 시간에 멸균할 수 있고, 구조가 복잡한 피멸균물은 전체 작업 시간을 늘려 과산화수소의 농도를 높임으로써 충분한 멸균력을 발휘할 수 있다. 또한, 과산화수소에 약한 피멸균물에 대해서는 저농도의 과산화수소를 공급함으로써 피멸균물이 손상되는 위험을 줄일 수 있다.
또한, 팬(40)과 팬 히터(24)를 이용하여 열풍을 공급함으로써 피멸균물에 대한 멸균력을 더욱 높일 수 있고, 별도의 건조기가 필요없이 피멸균물을 건조할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (13)

  1. 피멸균물이 수용되는 멸균 챔버를 갖는 하우징;
    상기 멸균 챔버에 상기 피멸균물을 멸균하기 위한 과산화수소증기를 공급하기 위해 상기 멸균 챔버와 연결되는 증발기;
    상기 증발기에 액상의 과산화수소를 공급하기 위해 상기 증발기와 연결되는 과산화수소 공급장치;
    상기 증발기에 공급된 과산화수소로부터 수분을 증발시키고 증발된 수분을 흡입하여 상기 과산화수소를 농축시킬 수 있도록 상기 증발기와 연결되는 농축용 챔버;
    상기 농축용 챔버에 진공압을 제공하기 위해 상기 농축용 챔버와 연결되는 진공 펌프;
    상기 멸균 챔버 내부의 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 및 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 갖는 송풍기; 및
    상기 팬에 의해 유동하는 공기를 가열하기 위해 상기 멸균 챔버 내부에 배치되는 팬 히터;를 포함하고,
    상기 팬은 상기 하우징의 한쪽 측벽 쪽에 가까이 배치되고 상기 모터는 상기 측벽의 외부에 배치되며, 상기 모터의 회전축이 상기 측벽을 관통하여 상기 팬과 연결되며,
    상기 팬 히터는 상기 팬과 상기 측벽 사이에 배치되고,
    상기 팬은 상기 멸균 챔버 내부의 공기를 상기 팬의 전방에서 후방 쪽으로 유동시키는 회전 방향으로 회전하고,
    상기 멸균 챔버 내부의 상기 팬 전방에는 상기 팬 쪽으로 유동하는 공기를 상기 팬의 중심 쪽으로 집중시키기 위해 상기 팬과 대면하는 통로가 마련된 가이드 판이 설치되며,
    상기 멸균 챔버 내부의 공기는 상기 통로, 상기 팬 및 상기 팬 히터를 거쳐 상기 측벽에 부딪힌 후, 상기 가이드 판과 상기 하우징의 내면 사이의 공간을 통해 다시 상기 팬의 전방으로 유동하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이에 배치되어 상기 증발기와 상기 농축용 챔버 사이의 유로를 개폐하는 농축조절 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축용 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시킬 수 있도록 상기 농축용 챔버에 연결되는 농축용 챔버 압력해제 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 펌프는 상기 멸균 챔버에 진공압을 제공할 수 있도록 상기 멸균 챔버와 연결되고, 상기 멸균 챔버와 상기 진공 펌프의 사이에는 상기 멸균 챔버와 상기 진공 펌프 사이의 유로를 개폐하기 위한 멸균 챔버 압력조절 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 멸균 챔버의 내부로 외부 공기를 유입시키기 위해 상기 멸균 챔버에 연결되는 멸균 챔버 압력해제 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기를 가열하기 위한 증발기 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축용 챔버를 가열하기 위한 농축용 챔버 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축용 챔버의 부피는 10ml ~ 상기 멸균 챔버의 부피 사이의 크기인 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 농축용 챔버의 압력을 검출하기 위해 상기 농축용 챔버에 연결되는 농축용 챔버 압력계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통로에 배치되어 상기 멸균 챔버 내부의 온도를 검출하는 멸균 챔버 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 광촉매; 및
    상기 광촉매에 자외선을 조사하기 위해 상기 멸균 챔버의 내부에 배치되는 자외선 램프를 갖는 자외선 발생기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광촉매는 상기 팬의 표면, 하우징의 내면 및 가이드 판 중에서 적어도 하나 이상의 부위에 코팅되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 이용 멸균장치.
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