JP2009519799A - 物品の消毒方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流れる作動ガスの体積内に、放電を用いて、空中プラズマ噴流を発生し、物品の表面の少なくとも一部に、プラズマ噴流を当て、プラズマ噴流から表面へのエネルギー伝達によって消毒作用を行う、物品を消毒するための方法に関する。
【解決手段】この方法によって、消毒剤の使用量を増やさないで、効果的な表面消毒が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品を消毒するための方法に関する。

多彩な工業的および実験室技術的方法の場合、使用される物品の良好な消毒が重要である。

消毒とは、物理的および化学的方法による生存可能な微生物の数を減らすことであると理解される。消毒の目的は、所定の病原性微生物を、その組織または物質代謝への介入によって無害にすることである。本発明の範囲における消毒とは、殺菌のすべての形態および減菌のすべての形態であると理解される。

消毒の用途は主として、面と空間の消毒、装置と機器の消毒および洗浄消毒である。これらの用途は特に医学分野であるが、非医学の他の用途も消毒を必要とする。例えば食品工業が挙げられる。この食品工業では、食品または食品用保存手段、例えば皿や容器の減菌の際に、入念にきれいにすることおよび入念な消毒または減菌が重要である。

技術水準で知られている表面用消毒手段は、しばしばきわめて攻撃的であり、特別な予防措置をした状態でのみ、例えば保護手袋を装着することによってのみ処理することができる。更に、使用される液体から発生する濃縮された蒸気を吸入すると、健康上害があり得る。

上記の消毒物質はしばしば、高い濃度で表面に塗布される。たいていの場合、どの位の消毒物質を塗布するかは、使用者に責任がある。その際しばしば、高い濃度を必要とする。というのは、消毒物質が十分に効かないからである。

他の消毒方法は、紫外線または放射性ビームのような放射線の使用に関する。しかし、この方法はあまり効果的でないという欠点を有するかあるいは高い技術的費用を必要とする。
ＥＰ ０ ７６１ ４１５ Ａ１ ＥＰ １ ３３５ ６４１ Ａ１ ＷＯ ９９／５２３３３ ＷＯ ０１／４３５１２ ＤＥ ３７ ３３ ４９２ ＥＰ １ ２３０ ４１４ ＤＥ １００ ６１ ８２８ ＥＰ １ ０６７ ８２９ Ａ２

そこで、本発明の根底をなす技術的問題は、上述の欠点を除去する消毒方法を提供することである。

上記の技術的問題は本発明に従い、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。他の有利な実施形は従属請求項に記載されている。

本発明による物品の消毒方法の場合、流れる作動ガスの体積内に放電を用いて空中プラズマ噴流を発生し、物品の表面の少なくとも一部に、プラズマ噴流を当てる。プラズマ噴流から表面へのエネルギー伝達によって消毒作用を行う。

本発明の根底をなす認識は、空中プラズマ噴流を用いることにより、反応性媒体が物品の表面に接触させられ、この反応性媒体が一方では高い電子励起作用に基づいて高い反応性を有し、他方では低いガス温度を有することにある。高い反応性は、表面に存在する細菌を電子反応性に基づいて少なくとも部分的に、好ましくは十分に殺すことにより、消毒のために利用される。

同時に、プラズマ噴流によって、当てられた物品の熱負荷は小さい。従って、物品自体は攻撃されない、特に変化しない。それによって、敏感な表面を入念に消毒することができる。敏感な表面は従来では、上述の攻撃性消毒剤に接触させることはできなかった。

本発明による方法の他の利点は、プラズマ噴流が、液状消毒剤の公知の適用と異なり、滑らかな表面だけでなく、届きにくい三次元的な構造も消毒することができ、その際エッジや角に残渣が残らないことにある。なぜなら、プラズマ噴流がガス流であるため、汚れの残りがこの範囲に付着したままにならないからである。

上記の方法と後述の装置は好ましくは、後述のプラズマ源またはプラズマノズルを使用する。このプラズマ源またはプラズマノズルは流れる作動ガスの前述の体積である。

プラズマ消毒のためのエネルギー供給がプラズマ源またはプラズマノズルによって行われると有利である。このプラズマ源またはプラズマノズルの場合、ノズル管内において２個の電極の間に高周波の高電圧をかけながら、非熱放電を行うことにより、作動ガスからプラズマ噴流が発生させられる。その際、作動ガスは好ましくは大気圧のオーダーの圧力下にある。従って、空中プラズマという用語が用いられる。

プラズマ噴流はノズル出口から出る。この場合、両電極の一方がノズル出口の範囲内に設けられている。非熱プラズマ噴流は、流量を適切に調節すると、プラズマノズルの外側に電気的なストリーマー、すなわち放電の通路を生じないので、エネルギーに富んでいて低温のプラズマ噴流だけが表面に向けられるという利点がある。このような空中プラズマ噴流は、無ポテンシャルのプラズマ噴流とも呼ばれる。その際、ノズル出口と材料との間の電圧差は好ましくは１００Ｖよりも小さい。

プラズマ噴流のガス特性を表すために、高い電極温度および低いイオン温度という言葉が用いられる。高い電極温度はプラズマガスまたはプラズマガス混合物の高い反応性を生じる。これに対して、低いイオン温度は少ない熱エネルギーを生じる。この熱エネルギーは、プラズマ噴流が表面に当たるときにこの表面に伝達される。

特許文献１と特許文献２の従来技術から、このようなプラズマ源自体が知られている。プラズマ噴流の一層大きな面積での使用のためには、特許文献３と特許文献４によって知られている回転ノズルが適している。

プラズマ噴流は好ましくは、酸素を含む作動ガス内での空中放電によって発生させられる。それによって、プラズマ噴流の反応性が高められる。作動ガスとして好ましくは空気が使用される。水素と窒素の混合気からなる作動ガス、いわゆるフォーミングガスを使用することができる。作動ガスとして更に、窒素を使用することができる。

非熱プラズマ放電は特に、高周波の高電圧を用いて行われる。この場合、プラズマノズルの２個の電極の間で連続した放電が生じ、作動ガスが励起されてプラズマノズルから出るプラズマとなる。高周波の放電の連続により、放電空間内に熱平衡が発生しない。従って、持続運転でも、電子温度とイオン温度の不つりあいが維持される。

プラズマ処理の効果は勿論、処理ガスの選択、出力、処理時間および設備設計に依存し、要求に応じて適合させることが可能である。特に、電圧値、周波数および振幅は、プラズマ処理の効果に影響を与えるための適切な手段である。

特許文献５の従来技術の場合、空中プラズマ噴流の発生は、コロナ放電を用いて作動ガス、例えば空気をイオン化することによって行われる。装置は外壁が外側電極によって取り囲まれたセラミック管を備えている。セラミック管の内壁に対して数ミリメートルの間隔をおいて、ロッドとしての内側電極が配置されている。空気または酸素のようなイオン化可能なガスが、セラミック管の内壁と内側電極の間の隙間を通って案内される。両電極には、フィルムのコロナ予備処理の際に使用されるような高周波の高電圧がかけられる。交番磁界によって、通り抜けるガスがイオン化され、管端部から出る。

この場合、十分な強さの空中プラズマ噴流を発生することができるかぎり、プラズマ発生のための作動ガスの励起方法は重要ではない。

上述の方法は、物品を消毒するための、上記の本発明による適用を可能にする。

プラズマ噴流の殺菌作用は好ましくは、流れる作動ガスの体積に、消毒物質を混合することによって高めることができる。この消毒物質は放電によっておよび／またはプラズマ噴流によって励起され、そして物品の表面に当たるときに、このようにして強化されたその消毒作用を発揮する。

その際、消毒物質の励起とは、この消毒物質が電子的に励起、イオン化または解離させることであると理解される。この励起状態はプラズマ噴流から物品の表面へのきわめて効果的なエネルギー移動を可能にし、それに伴いプラズマ噴流の消毒作用を高める。

消毒物質としてガス状物質を作動ガスまたはプラズマ噴流に混合できると有利である。さらに、消毒物質として液状消毒物質を混合することができる。液状消毒物質の場合、この消毒物質が、流れる作動ガスの体積内に噴射、霧吹きまたは噴霧すると有利である。それによって、液体が作動ガスまたはプラズマ噴流内でできるかぎり均一に分配される。

消毒物質は次のグループから選択することができる。
−ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、グリオキサールのようなアルデヒド。
−エタノール、プロパノール、イソプロパノールのようなアルコール。
−過酸化水素、過酢酸、ペルオキソー硫酸塩カリウムのようなペル化合物。
−次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム、クロラミンのようなハロゲン。
−ｍ−クレゾール、ｐ−塩素−ｍ−クレゾール、ｐ−塩素−ｍ−キシレノールのようなハロゲン化フェノール。
−ベンザルコニウムのような第四アンモニウム化合物。

液状消毒物質として、水を混合することができる。というのは、プラズマ内および／またはプラズマによる励起によって、作動ガス／水蒸気混合気が発生するからである。例えば水自体が普通の温度で消毒作用を有していなくても、この作動ガス／水蒸気混合気は消毒作用を有する。

消毒物質は基本的には３つの異なる個所から体積に供給可能である。

先ず最初に、消毒物質は放電領域の上流で作動ガスに混合可能である。そのために、例えば２つの方法が使用される。一方では、作動ガスが体積に流入する前に、消毒物質を既に作動ガスに混合することができる。他方では、作動ガスの入口の近くで、消毒物質を別個の入口から供給することができる。

本発明の他の実施形では、消毒物質が放電領域の範囲内で作動ガスに混合させられる。この場合にも、２つの方法がある。一方では、消毒物質は放電領域の側方で別個の入口から体積に供給される。他方では、放電のために設けられた電極の一方に配置された穴から、消毒物質を供給することができる。それによって、消毒物質をきわめて正確に放電範囲に供給することができる。

消毒物質は放電領域の下流で作動ガスに混合可能である。この方法は、消毒物質が放電自体ではなく、作用がきわめて弱いプラズマ噴流にさらされるときに有利である。そのために、プラズマ噴流内に配置された供給管またはランスによって、消毒物質を混合することができる。

方法の上記変形例のために、プラズマ表面コーティングまたはプラズマ重合のために従来技術で知られているようなプラズマノズルを使用することができる。これらのノズル形状には、プラズマ重合のために必要な前駆物質が異なる個所から放電の体積に供給されることが共通している。そのために、例えば特許文献６と特許文献７が参照される。

次に、本発明に係る方法を実施するために使用可能なプラズマノズルの実施の形態を説明する。そのために、図１が参照される。

図１に示したプラズマ源またはプラズマノズル１０は、金属製のノズル管１２を備えている。このノズル管は出口１４の方へ円錐状に先細になっている。ノズル管１２は出口１４とは反対側の端部に、作動ガス、例えば圧縮空気または窒素ガスのための入口１８を有する旋回装置１６を備えている。

図１には中央に位置決めされた出口を有するノズルが示してある。更に、ノズル出口を傾斜させ、ケーシング１２と相対的に回転可能に配置することができる。それによって、出口１４の回転運動が達成され、従ってプラズマが更に渦流化される。このような回転ノズルは特許文献８によって知られている。

旋回装置１６の中間壁２０は、周方向において斜めに向けられた複数の穴２２を備えている。この穴は環状に配置されている。作動ガスはこの穴によって旋回させられる。従って、作動ガスが渦２４の形をしてノズル管の下流側の円錐状先細部分を流通する。この渦の中心はノズル管の縦軸線上に延在している。

中間壁２０の下面の中央には電極２６が配置されている。この電極はノズル管の先細区間に向かって同軸的に突出している。電極２６は中間壁２０および旋回装置１６のその他の部分に電気的に接続されている。旋回装置１６はセラミック管２８によってノズル管１２に対して電気的に絶縁されている。高周波の高電圧、特に交流電圧または高周波の脈動直流電圧が、旋回装置１６を経て電極２６にかけられる。この電圧は高周波トランス３０によって発生させられる。

一次電圧は可変調節可能であり、例えば３００〜５００Ｖである。二次電圧はピークからピークまでの測定で１〜５ｋＶまたはそれ以上である。周波数は例えば１〜１００ｋＨｚのオーダーであり、好ましくは同様に調節可能である。周波数は、アーク放電が生じる間は、上記の値の外に調節することも可能である。旋回装置１６は可撓性の高電圧ケーブル３２を介して高周波発生器３０に接続されている。入口１８は図示していないホースを介して、圧力下にある可変流量の作動ガス源に接続されている。この作動ガス源は好ましくは高周波発生器３０と組み合わせて供給ユニットを形成している。ノズル管１２はアースされている。

印加された電圧により、アーク３４の形をした高周波放電が電極２６とノズル管１２の間に発生する。用語「アーク」は放電の現象学的記述として使用される。というのは、放電がアークの形で発生するからである。しかし、用語アークはほぼ一定の電圧値による直流電圧放電であると理解される。作動ガスの旋回流に基づいて、このアークは渦の中心においてノズル管１２の軸線に沿って誘導されるので、出口の範囲において初めてノズル管１２の壁の方へ分岐する。渦の中心の範囲内、ひいてはアーク３４のすぐ近くで高い流速で回転する作動ガスは、アークに密に接触し、それによって一部がプラズマ状態に移行する。それによって、ほぼろうそくの炎の形をした空中プラズマの噴流３６が、プラズマノズル１０の出口１４から出る。

詳細に上述したプラズマノズルは、消毒すべき物品にプラズマ噴流を吹き付けるために使用される。物品は任意の物品でよく、例えば医学的な部品、加工表面または食料品容器である。プラズマノズルから出るプラズマ噴流が表面に接触する間、励起されたプラズマガスと表面との相互作用が生じる。それによって、消毒作用、殺菌作用または減菌作用が達成される。

本発明の方法で使用可能であるプラズマノズルの実施の形態を示す。

Claims (8)

1. 流れる作動ガスの体積内に、放電を用いて、空中プラズマ噴流を発生し、
   物品の表面の少なくとも一部に、プラズマ噴流を当て、
   プラズマ噴流から表面へのエネルギー伝達によって消毒作用を行う、
   物品を消毒するための方法。
2. 流れる作動ガスの体積に、消毒物質を混合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 消毒物質としてガスを混合することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 消毒物質として液体を混合することを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 流れる作動ガスの体積に、液状消毒物質を噴射、霧吹きまたは噴霧することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 放電領域の上流で消毒物質を作動ガスに混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 放電領域の範囲内で消毒物質を作動ガスに混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
8. 放電領域の下流で消毒物質を作動ガスに混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

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