WO2014208806A1 - 마이크로웨이브 플라즈마 멸균 장치 - Google Patents

마이크로웨이브 플라즈마 멸균 장치 Download PDF

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WO2014208806A1
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reaction chamber
plasma
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hydrogen peroxide
sterilization apparatus
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노태협
석동찬
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    • A61L2202/10—Apparatus features
    • A61L2202/15—Biocide distribution means, e.g. nozzles, pumps, manifolds, fans, baffles, sprayers

Definitions

  • the present invention relates to a microwave plasma sterilization apparatus, and to an apparatus capable of inducing warming of a workpiece through gas circulation.
  • Sterilization of medical devices includes the use of ethylene oxide (ETO) gas, the use of ozone and water, and the use of high temperature steam.
  • ETO ethylene oxide
  • the ETO contact method has excellent sterilization effect, but the ETO gas is toxic, so it may cause serious harm to the user's health and is difficult to handle. And the use of ozone and water requires very long treatment times. In addition, the sterilization method using high temperature steam has a short sterilization time and excellent sterilization effect.
  • the sterilization apparatus shows satisfactory sterilization performance by the sterilization effect on the object by using OH radicals generated by hydrogen peroxide and microwave.
  • the heating of the workpiece and the reaction chamber is required, so that a radiant heating furnace by heating the outer wall of the reaction chamber is mounted.
  • a radiant heating furnace by heating the outer wall of the reaction chamber is mounted.
  • the preheating time is long without sufficient heating when the heat capacity of the workpiece is large or the amount of the workpiece is increased.
  • a low temperature region may be formed due to overheating of a specific portion of the workpiece or lack of heating of the specific portion.
  • the supplied hydrogen peroxide is condensed in the low temperature region of the workpiece to denature the surface of the workpiece or produce residue.
  • the present invention is to solve the problems described above, to reduce the preheating time by inducing a uniform heating of the workpiece through the circulation of the gas in the sterilization chamber, degradation of the sterilization performance due to uneven heating, surface condensation of the sterilizing gas It is to provide a plasma sterilization apparatus that can prevent the back.
  • Plasma sterilization apparatus the reaction chamber; A vacuum forming unit connected to the reaction chamber and configured to vacuum the inside of the reaction chamber; A hydrogen peroxide supply unit providing gaseous hydrogen peroxide to the reaction chamber; A microwave plasma generator for generating plasma using microwaves; And a gas circulation unit including a connection pipe and a circulation pump connected to the reaction chamber. It includes, The gas circulation may circulate the gas in the reaction chamber through the connection pipe.
  • the gas circulation unit may include a first gas circulation unit or a second gas circulation unit for transferring the gas in the reaction chamber to the hydrogen peroxide supply unit and the microwave plasma generation unit through the connection pipe, but is not limited thereto. It doesn't happen.
  • the gas delivered to the hydrogen peroxide supply unit and the microwave plasma generation unit may be supplied back to the reaction chamber, but is not limited thereto.
  • the first gas circulation unit the first connection pipe for connecting the reaction chamber and the circulation pump; A first circulation valve for opening and closing the first connection pipe; A second connection pipe connecting the circulation pump and the microwave plasma generation unit; A third connecting pipe connecting the circulation pump and the hydrogen peroxide supply part; And a second circulation valve for opening and closing the second connection pipe and the third connection pipe. It may include, but is not limited thereto.
  • a heater may be further included in at least one of the first connection pipe, the second connection pipe, and the third connection pipe, but is not limited thereto.
  • the second gas circulation unit comprises a first 'connection pipe connecting the reaction chamber and the hydrogen peroxide supply; A first 'circulation pump on the first' connection piping path; A second 'connecting pipe connecting the reaction chamber and the microwave plasma generator; A second 'circulation pump on the second' connection piping path; And a valve for opening and closing the first 'connecting pipe and the second' connecting pipe, but is not limited thereto.
  • the valve may be a thermocouple (TC, Thermocouple), but is not limited thereto.
  • a temperature sensor may be further included in the reaction chamber, but is not limited thereto.
  • the plasma sterilization apparatus may further include a weight sensor for measuring the weight of the object in the reaction chamber, but is not limited thereto.
  • the plasma sterilization apparatus further includes a heater, but may control the circulation pump operation and the heater based on the weight measured by the weight sensor, but is not limited thereto.
  • the plasma sterilization apparatus further includes a heater in and out of the reaction chamber, it is possible to control the circulation pump operation and the heater based on the weight measured by the weight sensor.
  • the vacuum forming unit may evacuate the reaction chamber through the microwave plasma generating unit, but is not limited thereto.
  • the microwave plasma generating unit is an electromagnetic wave generating source; A plasma generator; And a microwave guide that delivers the microwaves generated from the electromagnetic wave generating source to the plasma generator, but is not limited thereto.
  • the plasma generating unit may be a dielectric material, but is not limited thereto.
  • the plasma generating unit may be a tube or cup shape, but is not limited thereto.
  • the plasma generating unit is composed of a double tube, the cooling fluid may flow between the two tubes, but is not limited thereto.
  • the microwave guide is in the form of a tube closed at both ends, the electromagnetic wave source and the plasma generator may be spaced apart along the longitudinal direction, but is not limited thereto.
  • the microwave plasma generating unit may be separated from the reaction chamber, but is not limited thereto.
  • the to-be-processed object may be sterilized by a radical element formed in the reaction chamber by being decomposed by the plasma generated from the hydrogen peroxide supply unit hydrogen peroxide supply unit, It is not limited to this.
  • the radical element may include an OH radical element, a HO 2 radical element or both, but is not limited thereto.
  • the present invention all the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, by circulating the gas in the sterilization chamber through the microwave plasma generation unit and the hydrogen peroxide supply unit by the gas circulation unit, sufficient warming of the processing object in the sterilization chamber is achieved, and deformation of the processing object due to overheating of the specific part is performed. It is possible to prevent or improve the problems such as insufficient sterilization due to lack of heating of certain parts, surface condensation of hydrogen peroxide, residual sterilization gas. In addition, the heat supply through the gas circulation can reduce the warming time of the workpiece.
  • the gas in the sterilization chamber is re-supplied to the plasma generating unit through the gas circulation, it is possible to increase the diffusion of the sterilizing radicals generated in the microwave plasma generating unit.
  • the degree of gas circulation can be lowered sterilization time and cost.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a plasma sterilization apparatus including a first gas circulation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a plasma sterilization apparatus including a second gas circulation unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a hydrogen peroxide supply unit.
  • FIG. 4 is a perspective view of the microwave plasma generating unit.
  • FIG. 5 is a plan view of the microwave plasma generating unit of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a state in which the microwave plasma generation unit of FIG. 4 is connected to the reaction chamber.
  • Figure 7 is a flow chart illustrating a sterilization method of the medical equipment to be processed by the plasma sterilization apparatus of the present invention.
  • the plasma sterilization apparatus according to the present invention has the following features.
  • a microwave can be trapped in a cavity such as a waveguide, and a standing wave can be constructed to obtain a high electric field, which can generate a plasma in a specific gas.
  • Microwave plasmas have the advantage of being able to obtain higher electron temperatures and plasma densities than conventional DC or RF plasmas and to maintain the plasma in a wider range of pressure conditions. (eg 5 to 15 eV, 10 8 to 10 15 cm -3 , unmagnetized: 10 mtorr to 760 torr, magnetized: several ⁇ torr to 10 mtorr)
  • relatively high ionization rates can be achieved, and the sheath voltage is low, so sputtering
  • an appropriate wave guide to an electromagnetic wave source (magnetron, etc.) that can generate microwaves, and by installing a dielectric load at one end, a plasma can be generated by forming an appropriate pd (pressure ⁇ gap) inside the dielectric load.
  • pd pressure ⁇ gap
  • the temperature of the particles constituting the plasma can be maintained at a high temperature and the temperature of the gas can be maintained at a low temperature, so that the material can be sterilized even if the material is susceptible to heat such as resin, and can be applied to medical devices having a fine and complicated structure by adjusting the pressure. .
  • the plasma generating unit is spaced apart from the object to be processed, failure of the object to be processed by an electric shock, for example, a medical device can be prevented.
  • the gas circulation unit transfers the gas in the reaction chamber to the hydrogen peroxide supply unit and the plasma generation unit through the connection pipe, and warms the workpiece in the chamber in accordance with the gas circulation which is supplied again into the reaction chamber.
  • the heat supply by the gas circulation can prevent deformation of the workpiece due to uneven heating of the workpiece, surface condensation of hydrogen peroxide, and the like.
  • the diffusion of the sterilizing radicals generated in the plasma generator may be increased.
  • the heating intensity and the degree of gas circulation can be controlled by measuring the weight of the workpiece in the reaction chamber.
  • the plasma sterilization apparatus 100 is a reaction chamber 110, vacuum forming unit 120, hydrogen peroxide supply unit 140, microwave plasma generating unit 150 ), And gas circulation units 130 and 130 ′.
  • the gas circulation unit includes a connection pipe and a circulation pump connected to the reaction chamber 110, and the gas circulation unit supplies the hydrogen peroxide supply unit 140 and the microwave plasma generation unit 150 to the gas in the reaction chamber through the connection pipe. It may be composed of a first gas circulation unit or a second gas circulation unit for delivering to.
  • the plasma sterilization apparatus 100 includes a reaction chamber 110, a vacuum forming unit 120, a first gas circulation unit 130, a hydrogen peroxide supply unit 140, and a microwave plasma generating unit. 150 may be included.
  • the hydrogen peroxide supply unit 140 and the microwave plasma generation unit 150 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 6 below.
  • the reaction chamber 110 is a reactor to be sterilized with, for example, medical equipment or cooking utensils.
  • the reaction chamber 110 includes a temperature measuring sensor 111 for measuring a temperature in the reaction chamber 110, a pressure measuring sensor 112 for measuring a pressure in the reaction chamber 110, a reaction chamber 110, and an object to be processed.
  • a heater (not shown) is provided for controlling the temperature of the water.
  • the reaction chamber 110 is provided with an openable work door, a vacuum exhaust port, an ozone supply port, and a hydrogen peroxide supply port.
  • the interior of the reaction chamber 110 can guarantee a vacuum degree of less than about 100 mtorr, and the internal volume is calculated according to the needs of the intended use.
  • the vacuum forming unit 120 is connected to the reaction chamber 110, and includes a vacuum pump 121, a first connection pipe 122, and a first control valve 123.
  • the vacuum forming unit 120 makes the inside of the reaction chamber 110 in a vacuum state through the microwave plasma generating unit 150.
  • the vacuum pump 121 exhausts the gas inside the reaction chamber 110 to the outside.
  • the vacuum pump 121 preferably has durability against hydrogen peroxide.
  • the first connection pipe 122 connects between the vacuum pump 121 and the vacuum exhaust pipe (not shown) provided in the reaction chamber 110.
  • the first control valve 123 is installed on the first connection pipe 122 to open and close the first connection pipe 122.
  • the exhaust gas passing through the vacuum pump 121 passes through the oxidant removal device 124 and is finally exhausted.
  • the reaction chamber 110 may further include a weight sensor on the outside for sensing the temperature of the object in the reaction chamber (not shown).
  • the weight sensor detects the weight of the workpiece and controls the heating temperature and time in the reaction chamber based on the weight sensor.
  • the gas circulation degree is controlled by controlling the heater and the gas circulation unit of the heater and the gas circulation unit of the reaction chamber. Can be adjusted.
  • the first gas circulation unit 130 transfers the gas in the reaction chamber to the hydrogen peroxide supply unit 140 and the microwave plasma generating unit 150 through a connection pipe, and the delivered gas is generated through the hydrogen peroxide supply unit 140 and the microwave plasma generation. It is fed back into the reaction chamber through the part 150.
  • the first gas circulation unit 130 includes a first circulation valve 131, a first connection pipe 132, a circulation pump 133, a second circulation valve 134, and a second connection pipe 135. And a third connecting pipe 136.
  • the first circulation valve 131 is installed on the first connection pipe to open and close the first connection pipe 132.
  • the first connection pipe 132 connects the reaction chamber 110 and the circulation pump 133.
  • the circulation pump 133 controls the degree of circulation of the gas flowing through the first connection pipe 132.
  • the second circulation valve 134 opens and closes the second connection pipe 135 and the third connection pipe 136.
  • the second connection pipe 135 connects the circulation pump 133 and the microwave plasma generator 150.
  • the third connection pipe 136 connects the circulation pump 133 and the hydrogen peroxide supply unit 140, and is specifically connected to the hydrogen peroxide evaporator 144.
  • the heater may be further added to any one, two, or all of the first connecting pipe 132, the second connecting pipe 135, and the third connecting pipe 136 to heat the gas circulating along the first gas circulating part. It can be provided (not shown). The heater heats the gas circulating as needed to warm the workpiece in the reaction chamber to a sufficient temperature, and may be specifically controlled according to the weight of the workpiece detected by the weight sensor.
  • the plasma sterilization apparatus 100 includes a reaction chamber 110, a vacuum forming unit 120, a second gas circulation unit 130 ′, a hydrogen peroxide supply unit 140, and microwave plasma generation. It may include a portion 150.
  • the reaction chamber 110, the vacuum forming unit 120, the hydrogen peroxide supply unit 140, and the microwave plasma generating unit 150 are as described with reference to FIG. 1.
  • the second gas circulation unit 130 ′ delivers the gas in the reaction chamber to the hydrogen peroxide supply unit 140 and the microwave plasma generating unit 150 through a connection pipe, and the delivered gas is supplied back into the reaction chamber.
  • the second gas circulation part 130 ′ is a valve (the valve may be a thermocouple (TC)).
  • TC thermocouple
  • 133 ', the second' connecting pipe 134 ', and the second' circulation pump 135 ' The valve 131 ′ may be opened and closed by sensing a temperature of a gas circulated at a position branched to the first connecting pipe 132 ′ and the second connecting pipe 134 ′.
  • the first connection pipe 132 ′ connects the reaction chamber 110 with the hydrogen peroxide supply 140.
  • the first 'circulation pump 133' is provided on a path of the first 'connection pipe 132' and controls a flow of gas flowing through the first 'connection pipe 132'.
  • the second 'connection pipe 134' connects the reaction chamber 110 and the microwave plasma generator 150.
  • the second 'circulation pump 135' is provided on the second 'connecting pipe 134' path and controls the flow of gas flowing through the second 'connecting pipe 134'.
  • a heater is further provided on the first 'connecting pipe 132', the second 'connecting pipe 134', or both paths to heat the gas circulating along the second gas circulation part 130 '. It may be (not shown).
  • the heater heats the gas circulating as needed to warm the workpiece in the reaction chamber to a sufficient temperature, and may be specifically controlled according to the weight of the workpiece detected by the weight sensor.
  • the hydrogen peroxide supply unit 140 includes a hydrogen peroxide vaporizer 141, a third connection pipe 142, a third control valve 143, and a hydrogen peroxide evaporator 144.
  • the hydrogen peroxide supply unit 140 supplies the vaporized hydrogen peroxide into the reaction chamber 110.
  • the hydrogen peroxide vaporizer 141 provides a storage space in which hydrogen peroxide is stored, and includes a heater 141a, a temperature controller 141b, a drain valve 141c, a water supply valve 141d, and a water level sensor 141e. It is provided.
  • the heater 141a prevents the liquid hydrogen peroxide from being cooled and frozen by excessive evaporation.
  • the temperature controller 141b controls the operation of the heater 141a.
  • the drain valve 141c is used to drain the liquid hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide vaporizer 141.
  • the water supply valve 141d is used to supply liquid hydrogen peroxide in the hydrogen peroxide vaporizer 141.
  • the amount of liquid hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide vaporizer 141 is measured through the water level sensor 141e.
  • the concentration of hydrogen peroxide used in the hydrogen peroxide vaporizer 141 is 1 to 100%.
  • hydrogen peroxide may be provided to the reaction chamber 110 by a method such as spraying or ozone acid.
  • the hydrogen peroxide vaporization apparatus 141 has a concentration of 3 to 100% so that the hydrogen peroxide supply amount is evaporated and supplied by an amount corresponding to less than 100% of the saturation pressure of the internal volume of the reaction chamber 110 at the set temperature of the reaction chamber 110. Liquid hydrogen peroxide can be evaporated.
  • the third connection pipe 142 connects the hydrogen peroxide vaporizer 141 and the hydrogen peroxide evaporator 144. It is preferable that the 3rd connection pipe 142 becomes temperature control or heat insulation.
  • the third control valve 143 is installed on the third connection pipe 142 to open and close the third connection pipe 142.
  • the hydrogen peroxide evaporator 144 supplies hydrogen peroxide supplied through the third connection pipe 142 to the reaction chamber, and reacts the gas supplied through the first gas circulation part 130 and the second gas circulation part 130 ′. Refeed into the chamber.
  • the hydrogen peroxide evaporator 144 may further include a heater (not shown), and selectively heat the gas delivered to the gas circulation part or heat the hydrogen peroxide supplied through the third connection pipe 142.
  • FIG. 4 is a perspective view of the microwave plasma generating unit
  • FIG. 5 is a plan view of the microwave plasma generating unit
  • FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a state in which the microwave plasma generating unit of FIG. 4 is connected to the reaction chamber.
  • the microwave plasma generating unit 150 is separated from the reaction chamber 110, and is formed from the electromagnetic wave generating source 153, the plasma generating unit 151, and the electromagnetic wave generating source.
  • a microwave guide 152 and a power supply 159 for transmitting the generated microwaves to the plasma generating unit is provided.
  • the electromagnetic wave generator 153 generates a microwave.
  • Microwave is a frequency of 0.3 to 300 kHz, which is used in military radar, home cooker, wireless communication, etc., and has the same band as rotational frequency of water atom to absorb water and heat water molecules. Have In addition, the possibility of long distance power transmission has been reported.
  • the magnetron is used as the electromagnetic wave generator 153, but the present invention is not limited thereto.
  • the electromagnetic wave generation source 153 includes an antenna 153a.
  • the electromagnetic wave generator 153 operates by receiving power from the power supply 159.
  • the microwave guide 152 is in the form of a tube of square cross-section with both ends closed.
  • the microwave source 153 and the microwave plasma generator 154 are spaced apart from each other in the microwave guide 152 along the longitudinal direction.
  • the antenna 153a of the electromagnetic wave generator 153 is located in the inner space of the microwave guide 152.
  • the microwave guide 152 transmits the microwaves generated from the electromagnetic wave generator 153 to the plasma generator 154.
  • the microwave guide 152 has an electromagnetic wave source installation hole 152a formed corresponding to the position where the electromagnetic wave source 153 is installed, and a plasma generation unit installation hole 152b formed corresponding to the position where the plasma generator 154 is installed. ) Is provided.
  • a plurality of tuner mounting holes 152c are provided between the electromagnetic wave source mounting hole 152a and the plasma generating unit mounting hole 152b, which are sequentially located along the longitudinal direction of the microwave guide 152.
  • the plasma generating unit 154 may be made of a dielectric material and is installed in the plasma generating unit installation hole 152b to pass through the inner space of the microwave guide 152 as a tube or cup shape.
  • One end of the plasma generator 154 is connected to the reaction chamber 110, the other end is connected to the second connection pipes 135 and 134 ′, and the gas delivered by the gas circulation unit is transferred through the plasma generator 154. Refeed into reaction chamber 110.
  • the plasma is generated by the microwave of the plasma generating unit 154, and the object to be processed is formed by decomposing the hydrogen peroxide supplied from the hydrogen peroxide supply unit 140 in the reaction chamber by the plasma supplied from the microwave plasma generating unit. Sterilized by a radical element.
  • the radical element may be one containing OH radicals, HO 2 radicals, or both, and high oxidizing chemicals are produced to accelerate the sterilization reaction.
  • the plasma generator 154 may be configured as a double tube to allow a cooling fluid (oil, compressed air, etc.) to flow between the tube and the tube.
  • the tuner unit 155 includes a plurality of tuning members 155a.
  • the tuning member 155a is coupled to the tuner installation hole 152c formed in the microwave guide 152 in a rod-like manner in the same manner as the screwing.
  • Tuning member 155a is adjusted in length protruding into the inner space of the microwave guide 152, respectively. In the present embodiment, it will be described that three tuning members 155a are provided.
  • the to-be-processed object of the present invention is not limited to medical equipment, and various devices requiring sterilization or sterilization such as cooking utensils may be applied.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a sterilization method of a workpiece by the plasma sterilization apparatus of the present invention.
  • the sterilization method of the workpiece the workpiece loading step (S10), temperature control step (S20), vacuum exhaust step (S30), plasma generation step (S40), hydrogen peroxide injection step (S50), sterilization step (S60), the ventilation step (S70), the vacuum release step (S80), and the workpiece recovery step (S90).
  • the gas circulation in the reaction chamber by the gas circulation unit according to the present invention may be selected in accordance with the object to be applied to each step, preferably in the temperature control step (S20), the plasma generation step and the hydrogen peroxide injection step (S50) Can be applied.
  • Sterilization method of the object by the plasma sterilization apparatus of the present invention according to an embodiment of the present invention is as follows, but is not limited thereto.
  • the medical equipment which is the processing object, is loaded in the reaction chamber (110 of FIGS. 1 and 2) while the plasma sterilization apparatus shown in FIGS. 1 and 2 does not operate.
  • vaporized hydrogen peroxide supplied from the hydrogen peroxide supply unit (140 of FIGS. 1 and 2) is supplied into the reaction chamber (110 of FIGS. 1 and 2) to warm the reaction chamber and the workpiece.
  • the gas in the reaction chamber is circulated through the gas circulation units 130 and 130 ′ to maintain a constant temperature in the reaction chamber and to warm the workpiece.
  • the inside of the reaction chamber (110 in Figs. 1 and 2) to 10 torr or less by using the vacuum forming unit 120 so that the sterilant can be evenly penetrated to the inside of the microstructure of the workpiece.
  • the microwave plasma generator (150 in FIGS. 1 and 2) is operated to generate plasma in the plasma generator (154 in FIGS. 1 and 2). Plasma generation can then continue within a time range of up to 60 minutes after hydrogen peroxide injection.
  • the gas delivered by the gas circulation unit (130, 130 ′ in FIGS. 1 and 2) according to the present invention is resupplied into the reaction chamber through the microwave plasma generation unit, and in the reaction chamber While maintaining a constant temperature, the diffusion of sterile radicals generated in the plasma generating unit may be increased. Plasma generation is terminated before venting to the reaction chamber, or after continuing to the venting procedure for the reaction chamber if the vacuum evacuation proceeds through the plasma generator.
  • hydrogen peroxide injection step (S50) hydrogen peroxide vaporized by the hydrogen peroxide supply unit (140 in FIGS. 1 and 2) is injected into the reaction chamber (110 in FIGS. 1 and 2).
  • the gas delivered by the gas circulation unit 130, 130 ′ of FIGS. 1 and 2 is re-supplied into the reaction chamber through the hydrogen peroxide supply unit, and at a constant temperature in the reaction chamber. Diffusion may be increased in the reaction chamber of hydrogen peroxide.
  • sterilization is performed for the medical equipment in the reaction chamber (110 of FIGS. 1 and 2).
  • vacuum evacuation to less than 10 torr for the reaction chamber (110 in FIGS. 1 and 2) is performed.
  • the vacuum exhaust may proceed to pass through the plasma generating unit (154 of FIGS. 1 and 2), in which case the unreacted hydrogen peroxide may be changed into water and oxygen to prevent residual hydrogen peroxide from being discharged to the outside.
  • the vacuum state formed inside the reaction chamber (110 of FIGS. 1 and 2) is released through the ventilation step S70.
  • the sterilized treatment object is recovered.
  • the plasma generating step S40 to the ventilation step S70 may be repeated two or more times.

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Abstract

본 발명은 플라즈마 멸균 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 플라즈마 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; 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부; 및 상기 반응 챔버에 연결된 연결 배관 및 순환 펌프를 포함하는 가스 순환부; 를 포함하고, 상기 가스 순환부는 상기 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 순환시킨다.

Description

마이크로웨이브 플라즈마 멸균 장치
본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 멸균 장치에 관한 것으로, 기체 순환을 통한 피처리물의 가온을 유도할 수 있는 장치에 관한 것이다.
의료장치의 멸균은 에틸렌 옥사이드(Ethylene Oxide; ETO) 가스를 이용하는 방법, 오존과 물을 이용하는 방법 그리고 고전적으로는 고온 스팀을 이용하는 방법 등이 사용되고 있다.
ETO 접촉방식은 멸균효과는 우수하나 ETO 가스가 독성이 강하기 때문에 사용자의 건강에 큰 위해를 줄 수 있으며 다루기가 어려운 단점이 있다. 그리고 오존과 물을 이용하는 방법은 매우 긴 처리시간을 필요로 한다. 그리고 고온스팀을 이용한 멸균방식은 멸균시간도 짧고 멸균효과도 우수하지만, 열에 약한 처리물은 사용이 불가능하다는 단점이 있다.
최근에 플라즈마와 과산화수소를 이용한 멸균 장치가 개발되었다. 상기 멸균 장치는 과산화수소와 마이크로웨이브에 의해서 생성된 OH 라디컬을 이용하여 피처리물에 대한 멸균 작용이 이루어지는 것으로 만족할 만한 멸균성능을 보이고 있다. 상기 멸균 장치에 의해 멸균 공정을 실행하기 위해서는 피처리물 및 반응 챔버의 가열이 필요하기 때문에 반응 챔버의 외벽가열에 의한 복사가열로가 장착된다. 하지만, 이러한 복사가열로를 이용할 경우에, 피처리물의 열용량이 크거나 또는 피처리물의 양이 증가 시 충분한 가온이 이루어지지 않고 예열 시간이 길어지는 문제점이 있다. 또한, 피처리물의 특정 부분이 과열되거나 특정 부분의 가열 부족으로 저온 영역이 형성될 수 있다. 그 결과, 공급된 과산화수소가 피처리물의 저온 영역에 응축하여 피처리물의 표면이 변성되거나 잔류물이 생성되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 멸균 챔버 내의 가스의 순환을 통하여 피처리물의 균일한 가온을 유도하여 예열 시간을 줄이고, 불균일한 가온에 따른 살균 성능 저하, 살균 기체의 표면 응축 등을 방지할 수 있는 플라즈마 멸균 장치를 제공하는 것이다.
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 플라즈마 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; 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부; 및 상기 반응 챔버에 연결된 연결 배관 및 순환 펌프를 포함하는 가스 순환부; 를 포함하고, 상기 가스 순환부는 상기 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 순환시킬 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 가스 순환부는, 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 과산화수소 공급부와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부로 전달하는 제1 가스 순환부 또는 제2 가스 순환부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 과산화수소 공급부와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부로 전달된 가스는 상기 반응 챔버로 재공급될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 제1 가스 순환부는, 상기 반응 챔버와 상기 순환 펌프를 연결하는 제1 연결 배관; 상기 제1 연결 배관을 개폐하는 제1 순환 밸브; 상기 순환 펌프와 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 연결하는 제2 연결 배관; 상기 순환 펌프와 상기 과산화수소 공급부를 연결하는 제3 연결 배관; 및 상기 제2 연결 배관 및 제3 연결 배관을 개폐하는 제2 순환 밸브; 를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 제1 연결 배관, 제2 연결 배관 및 제3 연결 배관 중 하나 이상에 가열기를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 제2 가스 순환부는 상기 반응 챔버와 상기 과산화수소 공급부를 연결하는 제1' 연결 배관; 상기 제1' 연결 배관 경로 상의 제1' 순환 펌프; 상기 반응 챔버와 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 연결하는 제2' 연결 배관; 상기 제2' 연결 배관 경로 상의 제2' 순환 펌프; 및 상기 제1' 연결 배관 및 상기 제2' 연결 배관을 개폐하는 밸브;를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 밸브는 써모커플(TC, Thermocouple)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 반응 챔버의 내부에 온도 감지기가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 멸균 장치는 반응 챔버 내의 피처리물의 무게를 측정하는 무게감지 센서를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 멸균 장치는 가열기를 더 포함하고, 상기 무게감지 센서에 의해 측정된 무게를 기초하여 순환 펌프 작동 및 상기 가열기를 제어할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 멸균 장치는 반응 챔버 내외에 가열기를 더 포함하고, 상기 무게감지 센서에 의해 측정된 무게를 기초하여 순환 펌프 작동 및 상기 가열기를 제어할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 진공 형성부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 통해 상기 반응 챔버를 진공 배기시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부는 전자파 발생원; 플라즈마 발생부; 및 상기 전자파 발생원으로부터 발생한 마이크로웨이브를 상기 플라즈마 발생부로 전달하는 마이크로웨이브 가이드;를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 발생부는 유전체 재질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 발생부는 튜브 또는 컵 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 플라즈마 발생부는 이중관으로 이루어지며, 두 관 사이에 냉각용 유체가 흐를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 마이크로웨이브 가이드는 양단이 폐쇄된 관 형태이며, 그 길이 방향을 따라 상기 전자파 발생원과 상기 플라즈마 발생부가 이격되어 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부는 상기 반응 챔버와 분리될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 피처리물은, 상기 과산화수소 공급부에서 공급되는 과산화수소가 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부에서 발생되는 플라즈마에 의하여 분해되어 상기 반응 챔버 내에서 형성되는 라디칼 원소에 의하여 멸균될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 라디칼 원소는 OH 라디칼 원소, HO2 라디칼 원소 또는 이 둘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 멸균 챔버 내의 가스를 가스 순환부에 의해서 마이크로웨이브 플라즈마 발생부 및 과산화수소 공급부로 통하여 순환함으로써, 멸균 챔버 내부의 피처리물의 충분한 가온이 이루어지고, 특정 부분의 과열에 따른 피처리물의 변형을 방지하거나 특정 부분의 가열 부족에 의한 살균 미흡, 과산화수소의 표면 응축, 살균 기체 잔류 등의 문제점을 개선할 수 있다. 또한, 이러한 가스 순환을 통한 열공급은 피처리물의 가온 시간을 줄일 수 있다.
또한, 멸균 챔버 내의 가스를 가스 순환을 통하여 플라즈마 발생부로 재공급하므로, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부에서 발생되는 멸균 래디컬의 확산을 증가시킬 수 있다.
또한, 멸균 챔버 내의 피처리물의 무게를 감지하여 예열 시간 및 온도, 가스 순환 정도 등을 결정하여 멸균 시간 및 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 가스 순환부를 포함하는 플라즈마 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 가스 순환부를 포함하는 플라즈마 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 과산화수소 공급부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 사시도이다.
도 5는 도 4의 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 평면도이다.
도 6은 도 4의 마이크로웨이브 플라즈마 발생부가 반응 챔버와 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 멸균 장치에 의한 피처리물인 의료용 장비의 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.
본 발명에 따른 플라즈마 멸균 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다.
마이크로웨이브를 웨이브가이드와 같은 캐비티(Cavity)에 가두어 놓고 스탠딩웨이브(standing Wave)를 구성하여 높은 전기장을 얻을 수 있으며 이를 이용하여 특정 기체에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 마이크로웨이브 플라즈마는 일반적인 DC 또는 RF 플라즈마에 비하여 높은 전자온도와 플라즈마 밀도를 얻을 수 있으며 보다 폭넓은 범위의 압력조건에서 플라즈마를 유지할 수 있는 장점을 가지고 있다. (e.g. 5~15 eV, 108 ~ 1015 cm-3, unmagnetized : 10 mtorr ~ 760 torr, magnetized : 수 μtorr~10 mtorr) 또한 비교적 높은 이온화율 달성할 수 있고, 시스(sheath) 전압이 낮아 스퍼터링(sputtering)에 의한 전극 또는 구조물의 손상을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 마이크로웨이브를 발생시킬 수 있는 전자파원(마그네트론 등)에 적절한 웨이브가이드를 설치하고 한쪽 끝에 유전체 부하를 설치하여 유전체 부하의 내부를 적절한 pd (압력 × 간극)을 조성하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때 과산화수소가 존재하면 발생된 플라즈마와의 전자충돌, UV 흡수, 분자-원자 충돌 등에 의하여 OH 라디칼 원소 등의 멸균에 필요한 물질들이 만들어진다.
과산화수소가 있는 조건에서 플라즈마가 발생되는 경우 발생되는 UV에 의하여 박테리아 등의 세포나 포자가 멸균될 수도 있으며, 고에너지의 전자 및 기체입자가 직접 충돌하여 사멸시킬 수도 있다. 그리고 가장 중요한 역할은 과산화수소의 분해에 따라 OH 라디칼 원소 또는 HO2 라디칼 원소 등의 고산화성 화학물질들이 생성되어 멸균반응을 가속하는 것이다.
플라즈마를 구성하는 입자들의 온도는 고온이나 기체의 온도는 저온을 유지할 수 있기 때문에 수지 등의 열에 약한 재질에 대해서도 멸균이 가능하며 압력의 조정에 따라 미세하고 복잡한 구조의 의료 장치에도 멸균 적용이 가능하다.
또한 플라즈마 발생부가 피처리물과 이격되어 있어 전기적인 충격에 의한 피처리물, 예를 들어 의료 장치 등의 고장도 방지할 수 있다.
가스 순환부가 연결 배관을 통하여 반응 챔버 내의 가스를 과산화수소 공급부 및 플라즈마 발생부로 전달하고, 다시 반응 챔버 내로 재공급하는 가스 순환에 따라 챔버내부의 피처리물을 가온한다. 이러한 가스 순환에 의한 열공급은 피처리물의 불균일한 가온에 따른 피처리물의 변형, 과산화수소의 표면 응축 등을 방지할 수 있다. 또한, 멸균 공정 중에 플라즈마 발생부을 통하여 가스가 순환될 경우에 플라즈마 발생부에 발생되는 살균 래디컬의 확산을 증가시킬 수 있다.
반응 챔버 내의 피처리물의 무게를 측정하여 가열 강도 및 가스 순환 정도를 제어할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 더욱 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 멸균 장치를 제공하는 것으로, 상기 플라즈마 멸균 장치(100)는 반응 챔버(110)와, 진공 형성부(120)와, 과산화수소 공급부(140), 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)와, 가스 순환부(130, 130')를 포함할 수 있다. 상기 가스 순환부는 상기 반응 챔버(110)에 연결된 연결 배관 및 순환 펌프를 포함하고, 상기 가스 순환부는 상기 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 과산화수소 공급부(140) 및 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)로 전달하는 제1 가스 순환부 또는 제2 가스 순환부로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 가스 순환부(130)를 포함하는 과산화수소와 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 멸균 장치(100)는 반응 챔버(110)와, 진공 형성부(120)와, 제1 가스 순환부(130)와, 과산화수소 공급부(140)와, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 포함할 수 있다.
과산화수소 공급부(140)와, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)는 하기의 도 3 내지 6에서 보다 구체적으로 기술될 것이다.
반응 챔버(110)는 피처리물로서, 예를 들어, 의료용 장비 또는 조리 기구 등에 대한 멸균처리가 수행되는 반응기이다. 반응 챔버(110)에는 반응 챔버(110) 내의 온도를 측정하는 온도측정 센서(111)와, 반응 챔버(110) 내의 압력을 측정하는 압력측정 센서(112)와, 반응 챔버(110) 및 피처리물의 온도를 제어하기 위한 가열기(미도시)가 구비된다. 도면에 도시되지는 않았으나, 반응 챔버(110)에는 개폐가능한 작업 도어와, 진공배기구와, 오존공급구와, 과산화수소 공급구가 마련된다. 반응 챔버(110)의 내부는 약 100 mtorr 미만의 진공도를 보증할 수 있도록 하며, 사용용도의 필요에 따라 내부 부피가 산정된다. 진공 형성부(120)는 반응 챔버(110)와 연결되고, 진공 펌프(121)와, 제1 연결 배관(122)과, 제1 조절 밸브(123)를 구비한다. 진공 형성부(120)는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 통해 반응 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 만든다.
진공 펌프(121)는 반응 챔버(110) 내부의 기체를 외부로 배기한다. 진공 펌프(121)는 과산화수소에 대한 내구성을 갖는 것이 바람직하다. 제1 연결 배관(122)은 진공 펌프(121)와 반응 챔버(110)에 마련된 진공배기구(미도시) 사이를 연결한다. 제1 조절 밸브(123)는 제1 연결 배관(122) 상에 설치되어서 제1 연결 배관(122)을 개폐한다. 진공 펌프(121)를 통과한 배기 가스는 옥시던트(oxidant) 제거 장치(124)를 거친 후 최종적으로 배기된다.
또는 상기 반응 챔버(110)는 반응 챔버 내의 피처리물의 온도를 감지하는 무게 센서를 외측에 더 포함할 수 있다(미도시). 멸균 공정 이전에 상기 무게 센서에 의해서 피처리물의 무게를 감지하여 이를 기초로 반응 챔버 내의 가열 온도 및 시간을 제어하며, 구체적으로 반응 챔버의 가열기 및 가스 순환부의 가열기와 순환 펌프를 제어하여 가스 순환 정도를 조절할 수 있다.
제1 가스 순환부(130)는 반응 챔버 내의 가스를 연결 배관을 통하여 과산화수소 공급부(140)와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)로 전달하고, 전달된 가스는 과산화수소 공급부(140)와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 통하여 반응 챔버 내로 재공급된다. 제1 가스 순환부(130)는 제1 순환 밸브(131)와, 제1 연결 배관(132)와, 순환 펌프(133)와, 제2 순환 밸브(134)와, 제2 연결 배관(135)과, 제3 연결 배관(136)을 구비한다. 제1 순환 밸브(131)는 제1 연결 배관 상에 설치되어 제1 연결 배관 (132)을 개폐한다. 제1 연결 배관(132)은 반응 챔버(110)와 순환 펌프(133)를 연결한다. 순환 펌프(133)는 제1 연결 배관(132)을 통하여 흐르는 기체의 순환 정도를 제어한다. 제2 순환 밸브(134)는 제2 연결 배관(135)과, 제3 연결 배관(136)을 개폐한다. 상기 제2 연결 배관(135)은 순환 펌프(133)와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 연결한다. 제3 연결 배관(136)은 순환 펌프(133)와 과산화수소 공급부(140)를 연결하고, 구체적으로 과산화수소 증발기(144)와 연결된다. 제1 가스 순환부에 따라 순환하는 기체를 가열하기 위해서 제1 연결 배관 (132), 제2 연결 배관(135), 제3 연결 배관(136) 상에 어느 하나 또는 둘, 또는 전부에 가열기를 더 구비할 수 있다(미도시). 상기 가열기는 반응 챔버 내의 피처리물을 충분한 온도로 가온하기 위해서 순환하는 기체를 필요에 따라 가열하며, 구체적으로 상기 무게 센서에 감지된 피처리물의 무게에 따라 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 제2 가스 순환부 (130')를 포함하는 과산화수소와 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 멸균 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 멸균 장치(100)는 반응 챔버(110)와, 진공 형성부(120)와, 제2 가스 순환부(130')와, 과산화수소 공급부(140)와, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 포함할 수 있다. 반응 챔버(110)와, 진공 형성부(120)와, 과산화수소 공급부(140)와, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)는 상기 도 1에서 기술된 바와 같다.
상기 제2 가스 순환부(130')는 반응 챔버 내의 가스를 연결 배관을 통하여 과산화수소 공급부(140)와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)로 전달하고, 전달된 가스는 반응 챔버 내로 재공급된다. 상기 제2 가스 순환부(130')는 밸브 (상기 밸브는 써모커플 (TC, Thermocouple)일 수도 있다.)(131')와, 제1' 연결 배관(132')과, 제1' 순환 펌프(133')와, 제2' 연결 배관(134')과, 제2' 순환 펌프(135')를 포함할 수 있다. 상기 밸브 (131')는 제1' 연결 배관(132') 및 상기 제2' 연결 배관(134')으로 분기되는 위치에서 순환되는 가스의 온도를 감지하여 개폐 될 수 있다. 써모 커플인 경우 온도 감지를 위한 온도 센서가 불필요한 장점이 있다. 제1' 연결 배관(132')은 반응 챔버(110)와 상기 과산화수소 공급부(140)를 연결한다. 상기 제1' 순환 펌프(133')는 상기 제1' 연결 배관(132') 경로 상에 구비되고, 상기 제1' 연결 배관(132')을 통하여 흐르는 기체의 흐름을 제어한다. 제2' 연결 배관(134')은 반응 챔버(110)와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)를 연결한다. 제2' 순환 펌프(135')는 제2' 연결 배관(134') 경로 상에 구비되고 상기 제2' 연결 배관(134')을 통하여 흐르는 기체의 흐름을 제어한다. 제2 가스 순환부(130')에 따라 순환하는 기체를 가열하기 위해서 상기 제1' 연결 배관(132'), 상기 제2' 연결 배관(134') 또는 이 둘의 경로 상에 가열기가 더 구비될 수 있다(미도시). 상기 가열기는 반응 챔버 내의 피처리물을 충분한 온도로 가온하기 위해서 순환하는 기체를 필요에 따라 가열하며, 구체적으로 상기 무게 센서에 감지된 피처리물의 무게에 따라 제어될 수 있다.
도 3은 과산화수소 공급부를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 과산화수소 공급부(140)는 과산화수소 기화장치(141)와, 제3 연결 배관(142)과, 제3 조절 밸브(143)와, 과산화수소 증발기(144)를 구비한다. 과산화수소 공급부(140)는 반응 챔버(110) 내부에 기화된 과산화수소를 공급한다. 과산화수소 기화장치(141)는 내부에 과산화수소가 저장되는 저장 공간을 제공하며, 히터(141a)와, 온도조절기(141b)와, 배수 밸브(141c)와, 급수 밸브(141d)와 수위 센서(141e)를 구비한다. 히터(141a)는 과도한 증발에 의하여 액체상태인 과산화수소가 냉각되어 결빙되는 것을 방지한다. 온도조절기(141b)는 히터(141a)의 작동을 제어한다. 배수 밸브(141c)는 과산화수소 기화장치(141) 내에 저장된 액체 과산화수소를 배수할 때 사용된다. 급수 밸브(141d)는 과산화수소 기화장치(141) 내에 액체 과산화수소를 공급할 때 사용된다. 수위 센서(141e)를 통해 과산화수소 기화장치(141) 내에 저장된 액체 과산화수소의 양이 측정된다. 과산화수소 기화장치(141)에서 사용되는 과산화수소의 농도는 1 내지 100%이다. 이와는 달리 분무, 오존 산기 등의 방법에 의하여 과산화수소가 반응 챔버(110)로 제공될 수도 있다. 과산화수소 기화장치(141)는 과산화수소의 공급량이 반응 챔버(110)의 설정온도에서 반응 챔버(110) 내부부피의 포화압력 100% 미만에 해당하는 양 만큼 증발되어 공급될 수 있도록 3 내지 100% 농도의 액체상 과산화수소를 증발시킬 수 있다.
제3 연결 배관(142)은 과산화수소 기화장치(141)와 과산화수소 증발기(144)를 연결한다. 제3 연결 배관(142)은 온도 조절 또는 보온이 되는 것이 바람직하다. 제3 조절 밸브(143)는 제3 연결 배관(142) 상에 설치되어서 제3 연결 배관(142)을 개폐한다.
과산화수소 증발기(144)는 제3 연결 배관(142)을 통하여 공급받은 과산화수소를 반응 챔버로 공급하고, 제1 가스 순환부(130) 및 제2 가스 순환부(130')를 통하여 공급받은 기체를 반응 챔버 내로 재공급한다. 상기 과산화수소 증발기(144)는 가열기를 더 구비할 수 있고(미도시), 가스 순환부에 전달 받은 가스를 선택적으로 가열하거나 또는 제3 연결 배관(142)을 통하여 공급받은 과산화수소를 가열할 수 있다.
도 4는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 사시도이고, 도 5는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부의 평면도이고, 도 6은 도 4의 마이크로웨이브 플라즈마 발생부가 반응 챔버와 연결된 상태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 2 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(150)는 반응 챔버(110)와 분리되어 있으며, 전자파 발생원(153), 플라즈마 발생부(151), 전자파 발생원으로부터 발생한 마이크로웨이브를 플라즈마 발생부로 전달하는 마이크로웨이브 가이드(152)와 전원공급기(159)를 구비한다.
전자파 발생원(153)은 마이크로웨이브를 발생시킨다. 마이크로웨이브란 0.3 내지 300 ㎓의 주파수의 전자기파로 군용 레이더, 가정용 조리기, 무선통신 등의 분야에 사용되며 물원자의 회전 진동수(Rotational Frequency)와 대역이 같아 물에 흡수되어 물 분자를 가열하는 특징을 갖는다. 또한 원거리 전력수송의 가능성도 보고되고 있다. 전자파 발생원(153)으로 본 실시예에서는 마그네트론을 사용하는 것으로 설명하는데, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 전자파 발생원(153)은 안테나(153a)를 구비한다. 전자파 발생원(153)은 전원공급기(159)로부터 전원을 공급받아 작동한다.
마이크로웨이브 가이드(152)는 양단이 폐쇄된 사각 단면의 관 형태이다. 마이크로웨이브 가이드(152)에는 그 길이방향을 따라 전자파 발생원(153)과 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(154)가 이격되어 위치한다. 마이크로웨이브 가이드(152)의 내부 공간에 전자파 발생원(153)의 안테나(153a)가 위치한다. 마이크로웨이브 가이드(152)는 전자파 발생원(153)에서 발생한 마이크로웨이브를 플라즈마 발생부(154)로 전달한다. 마이크로웨이브 가이드(152)에는 전자파 발생원(153)이 설치되는 위치에 대응하여 형성된 전자파 발생원 설치구멍(152a)과, 플라즈마 발생부(154)가 설치되는 위치에 대응하여 형성된 플라즈마 발생부 설치구멍(152b)이 마련된다. 전자파 발생원설치구멍(152a)과 플라즈마 발생부 설치구멍(152b)의 사이에는 마이크로웨이브 가이드(152)의 길이방향을 따라 차례대로 위치하는 다수의 튜너 설치구멍(152c)가 마련된다.
플라즈마 발생부(154)는 유전체 재질일 수 있으며, 튜브 또는 컵 형상으로서 마이크로웨이브 가이드(152)의 내부공간을 관통하여 지나가도록 플라즈마 발생부 설치구멍(152b)에 설치된다. 플라즈마 발생부(154)의 일단은 반응 챔버(110)와 연결되고 타단은 제2 연결 배관(135, 134')과 연결되며, 가스 순환부에 의해 전달된 가스를 플라즈마 발생부(154)를 통하여 반응 챔버(110) 내로 재공급한다.
플라즈마 발생부(154)의 마이크로웨이브에 의해 플라즈마가 발생하며, 피처리물은 과산화수소 공급부(140)에서 공급된 과산화수소가, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부로부터 공급된 플라즈마에 의하여 상기 반응 챔버 내에서 분해되어 형성되는 라디칼 원소에 의하여 멸균된다. 라디칼 원소는 OH 라디칼, HO2 라디칼 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있으며, 멸균반응을 가속시키는 고산화성 화학물질들이 생성된다. 플라즈마 발생부(154)는 이중관으로 이루어져서 관과 관 사이에 냉각용 유체(오일, 압축 공기 등)가 흐르도록 구성될 수 있다.
튜너부(155)는 다수의 튜닝부재(155a)를 구비한다. 튜닝부재(155a)는 막대형상으로서 마이크로웨이브 가이드(152)에 형성된 튜너 설치구멍(152c)에 각각 나사결합과 같은 방식으로 결합된다. 튜닝부재(155a)는 마이크로웨이브 가이드(152)의 내부공간으로 돌출된 길이가 각각 조절된다. 본 실시예에서는 튜닝부재(155a)가 3개 구비되는 것으로 설명한다.
이제, 도 7을 참조하여 본 발명의 플라즈마 멸균 장치에 의한 피처리물, 예를 들어 의료용 장비의 멸균 방법을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 처리 대상인 피처리물은 의료 장비에 한정되는 것은 아니고 조리 기구 등 멸균 또는 살균이 필요한 다양한 장치가 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 멸균 장치에 의한 피처리물의 멸균 방법을 도시한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 피처리물의 멸균 방법은, 피처리물 적재 단계(S10)와, 온도조절 단계(S20)와, 진공배기 단계(S30)와, 플라즈마 발생 단계(S40)와, 과산화수소 주입 단계(S50)와, 멸균처리 단계(S60)와, 환기 단계(S70)와, 진공해제 단계(S80)와, 피처리물 회수 단계(S90)를 포함한다. 본 발명에 의한 가스 순환부에 의한 반응 챔버 내의 가스 순환은 피처리물에 따라 선택하여 각 단계에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 온도조절 단계(S20), 플라즈마 발생 단계 및 과산화수소 주입 단계(S50)에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 플라즈마 멸균 장치에 의한 피처리물의 멸균 방법은 다음과 같으며, 이에 제한하는 것은 아니다.
피처리물 적재 단계(S10)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 플라즈마 멸균 장치가 작동하지 않는 상태에서 피처리물인 의료용 장비가 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110) 내에 적재된다.
온도조절 단계(S20)에서는, 과산화수소 공급부(도 1 및 도 2의 140)로부터 공급된 기화된 과산화수소가 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110) 내로 공급되어 반응 챔버 및 피처리물을 가온한다. 상기 온도조절 단계에서, 반응 챔버 내의 가스는 가스 순환부(130, 130')를 통하여 순환되면서 반응 챔버 내의 온도를 일정하게 유지하고, 피처리물을 가온시킨다.
진공배기 단계(S30)에서는, 피처리물의 미세구조 내부까지 골고루 멸균제들이 침투할 수 있도록 진공 형성부(120)를 이용하여 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110)의 내부가 10 torr 이하까지 진공배기된다.
플라즈마 발생 단계(S40)에서는, 마이크로웨이브 플라즈마 발생부(도 1 및 도 2의 150)가 작동하여 플라즈마 발생부(도 1 및 도 2의 154)에 플라즈마가 발생한다. 플라즈마 발생은 이후 과산화수소 주입 후 60분 이하의 시간범위 내에서 지속될 수 있다. 플라즈마 발생 단계(S40)에서, 본 발명에 의한 가스 순환부(도 1 및 도 2의 130, 130')에 의해 전달된 가스가 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 통하여 반응 챔버 내로 재공급되며, 반응 챔버 내에서 일정한 온도가 유지되면서 플라즈마 발생부에서 발생되는 멸균 래디칼의 확산이 증가될 수 있다. 플라즈마 발생은 반응 챔버에 대한 환기 이전에 종료되거나, 진공배기를 플라즈마 발생부를 통과하도록 진행되는 경우 반응 챔버에 대한 환기 절차까지 지속한 후에 종료된다.
과산화수소 주입 단계(S50)에서는, 과산화수소 공급부(도 1 및 도 2의 140)에 의해 기화된 과산화수소가 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110) 내로 주입된다. 과산화수소 주입 단계(S50)에서, 본 발명에 의한 가스 순환부(도 1 및 도 2의 130, 130')에 의해 전달된 가스가 과산화수소 공급부를 통하여 반응 챔버 내로 재공급되며, 반응 챔버 내에서 일정한 온도가 유지되면서 과산화수소의 반응 챔버 내의 확산이 증가될 수 있다.
멸균처리 단계(S60)에서는 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110) 내에서 의료용 장비에 대한 멸균처리가 이루어진다.
환기 단계(S70)에서는, 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110)에 대한 10torr 미만까지의 진공배기가 수행된다. 진공배기는 플라즈마 발생부(도 1 및 도 2의 154)를 통과하도록 진행될 수 있는데 이 경우 미반응 과산화수소를 물과 산소로 변화시켜서 잔류 과산화수소가 외부 배출되는 것이 방지될 수 있다.
진공해제 단계(S80)에서는, 환기 단계(S70)를 통해 반응 챔버(도 1 및 도 2의 110)의 내부에 형성된 진공 상태가 해제된다.
피처리물 회수 단계(S90)에서는, 멸균 처리된 피처리물이 회수된다.
경우에 따라서는, 플라즈마 발생 단계(S40) 내지 환기 단계(S70)가 2회 이상 반복될 수도 있다.
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.

Claims (20)

  1. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버와 연결되고, 상기 반응 챔버 내부를 진공 상태로 만드는 진공 형성부;
    상기 반응 챔버에 기체 상태의 과산화수소를 제공하는 과산화수소 공급부;
    마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 마이크로웨이브 플라즈마 발생부; 및
    상기 반응 챔버에 연결된 연결 배관 및 순환 펌프를 포함하는 가스 순환부; 를 포함하고,
    상기 가스 순환부는, 상기 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 순환시키는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 순환부는, 반응 챔버 내의 가스를 상기 연결 배관을 통하여 과산화수소 공급부와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부로 전달하는 제1 가스 순환부 또는 제2 가스 순환부를 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 과산화수소 공급부와 마이크로웨이브 플라즈마 발생부로 전달된 가스는 상기 반응 챔버로 재공급되는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    제1 가스 순환부는,
    상기 반응 챔버와 상기 순환 펌프를 연결하는 제1 연결 배관;
    상기 제1 연결 배관을 개폐하는 제1 순환 밸브;
    상기 순환 펌프와 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 연결하는 제2 연결 배관;
    상기 순환 펌프와 상기 과산화수소 공급부를 연결하는 제3 연결 배관; 및
    상기 제2 연결 배관 및 제3 연결 배관을 개폐하는 제2 순환 밸브;
    를 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연결 배관, 제2 연결 배관 및 제3 연결 배관 중 하나 이상에 가열기를 더 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 가스 순환부는,
    상기 반응 챔버와 상기 과산화수소 공급부를 연결하는 제1' 연결 배관;
    상기 제1' 연결 배관 경로 상의 제1' 순환 펌프;
    상기 반응 챔버와 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 연결하는 제2' 연결 배관;
    상기 제2' 연결 배관 경로 상의 제2' 순환 펌프; 및
    상기 제1' 연결 배관 및 제2' 연결 배관을 개폐하는 밸브;
    를 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밸브는 써모커플(TC, Thermocouple)인, 플라즈마 멸균 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1' 연결 배관 및 제2' 연결 배관은 가열기를 더 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부에 온도 감지기가 더 포함되는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 멸균 장치는 반응 챔버 내의 피처리물의 무게를 측정하는 무게감지 센서를 더 포함하는 것인, 플라즈마 멸균장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 멸균 장치는 반응 챔버 내에 가열기를 더 포함하고, 상기 무게감지 센서에 의해 측정된 무게를 기초하여 순환 펌프 작동 및 상기 가열기를 제어하는 것인, 플라즈마 멸균장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 진공 형성부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부를 통해 상기 반응 챔버를 진공 배기시키는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부는,
    전자파 발생원;
    플라즈마 발생부; 및
    상기 전자파 발생원으로부터 발생한 마이크로웨이브를 상기 플라즈마 발생부로 전달하는 마이크로웨이브 가이드;를 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 유전체 재질인 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 튜브 또는 컵 형상인 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 이중관으로 이루어지며, 두 관 사이에 냉각용 유체가 흐르는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 가이드는 양단이 폐쇄된 관 형태이며, 그 길이 방향을 따라 상기 전자파 발생원과 상기 플라즈마 발생부가 이격되어 위치하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부는 상기 반응 챔버와 분리되어 있는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    피처리물은, 상기 과산화수소 공급부에서 공급되는 과산화수소가 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생부에서 발생되는 플라즈마에 의하여 분해되어 상기 반응 챔버 내에서 형성되는 라디칼 원소에 의하여 멸균되는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 라디칼 원소는 OH 라디칼 원소, HO2 라디칼 원소 또는 이 둘을 포함하는 것인, 플라즈마 멸균 장치.
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