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KR101820642B1 - 살균 장치 및 살균 장치의 제어 방법 - Google Patents

살균 장치 및 살균 장치의 제어 방법 Download PDF

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KR101820642B1
KR101820642B1 KR1020127011746A KR20127011746A KR101820642B1 KR 101820642 B1 KR101820642 B1 KR 101820642B1 KR 1020127011746 A KR1020127011746 A KR 1020127011746A KR 20127011746 A KR20127011746 A KR 20127011746A KR 101820642 B1 KR101820642 B1 KR 101820642B1
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마티아스 헨리히
미카엘 빌렘즈
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사노피-아벤티스 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 대상물(7)이 위치되는 살균 체임버(8)와, 유체를 예정된 유속으로 가속하기 위한 적어도 하나의 가속 디바이스(2)와, 상기 유체로부터 입자를 분리하는 적어도 하나의 필터 디바이스(3)를 포함하는 살균 장치(10) 및 기상 또는 액상 유체에 의해 대상물(7)을 살균하는 방법에 관한 것으로서, 상기 살균 장치는 복수 개의 개구를 제공하는 적어도 오리피스 디바이스(4)와, 압력차(△p)를 기초로 하여 유체의 유속을 결정하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

살균 장치 및 살균 장치의 제어 방법{STERILIZATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF A STERILIZATION APPARATUS}
본 발명은 기상 또는 액상 유체에 의해 적어도 하나의 대상물의 살균을 제어하는 살균 장치로서, 대상물이 살균 장치의 살균 체임버 내에 위치되는 것인 살균 장치와, 가열된 유체에 의해 대상물의 살균을 제어하는 방법으로서, 대상물이 살균 장치의 살균 체임버 내에 위치되는 것인 방법에 관한 것이다.
일반적인 살균 장치에서, 예를 들어 의료용 주사기 또는 앰풀과 같은 대상물에서 박테리아나 바이러스에 의한 오염을 제거하는 주로 2개의 상이한 살균 기술이 분류될 수 있다. 첫째, 완전히 살균된 대상물을 얻기 위하여 살균 대상물이 예를 들어 Y-광선에 의해 조사되는 광선 살균이 있다. 이 방법은 살균 대상물이 고온에 대한 내성이 없는 경우에 적용되는 것이 바람직하다. 두번째 방법은 유체가 충분히 높은 온도까지 가열된 다음에 살균 대상물이 위치되는 체임버 내로 송풍되는 가열 살균이다. 약간 변경된 프로세스에서, 유체는 기상, 바람직하게는 공기일 수 있고, 이 프로세스는 살균 유체에 습기가 거의 남아 있지 않을 때에 건조-가열 살균이라고 부른다.
건조-살균 프로세스에서, 살균 품질은 대상물이 유체에 노출되는 지속 시간과, 살균 대상물과 접촉하게 되는 유체 질량 유량에 따라 좌우된다. 이에 의해, 유체의 온도 뿐만 아니라 유체의 유속은 살균 결과에 강한 영향을 주는 결정적인 인자이다. 따라서, 살균 장치에서는, 충분히 높은 정밀도로 유체의 유속을 결정하는 것이 중요하다.
종래 기술에서, 일반적으로 유동 유체의 속도를 측정하는 2개의 상이한 원리가 공지되어 있다. 예를 들어, DE 2100769는 주위 온도에 따라 저항을 변화시키는 온도 요소를 이용함으로써 기상 유체의 유속을 측정하는 장치, 소위 열선 유속계(hot wire anemometer)를 보여주고 있다. 이에 의해, 온도 요소는 예정된 온도까지 가열되고, 유체가 센서 주위에서 유동할 때에, 센서 자체가 냉각된다. 냉각 효과는 유속이 유도될 수 있는 센서의 저항값의 변동을 초래할 수 있다. 그러나, 이 방법은 센서 요소가 높은 온도로 유체에 노출될 때에 그 정밀도에 관하여 단점을 갖는다. 높은 온도 범위에서, 기상 유체의 밀도는 정확한 측정이 수행될 수 없도록 상당히 낮다.
문헌 US 2007/0237670 A1은 체임버 내에 반천공된 덕트 벽을 포함하는 건조 가열 살균 시스템을 개시하고 있다. 더욱이, 히터 위쪽에서 유동하는 공기가 없다는 것을 감지하면 히터를 차단할 수 있는 안전 기류 스위치가 제공된다. 안전 기류 스위치는 살균 체임버의 외측에 배치되는 공기 흡입구와 공기 유출구의 기류를 측정하는 압력차 스위치이다.
또한, 유체의 유속을 측정하기 위해 날개 유속계, 소위 임펠러 유속계를 사용하는 공지된 살균 장치가 있다. 그러한 유속계는 대상물을 나중의 단계에서 살균하도록 사용되는 유체의 유동에 배치된다. 그러나, 그러한 기계적 유속계는 장기간 동안 살균을 위해 사용되는 높은 온도를 견디거나 저항할 수 없어, 전체 살균장치의 파괴를 피하도록 교체되어야 한다.
더욱이, 전술한 유속계의 경우에, 유속의 예정대로의 측정만이 수행될 수 있다. 일반적으로, 살균 장치는 유체의 유동을 위한 비교적 큰 단면적을 갖는다. 유동이 상당히 작은 영역에서만 측정되기 때문에, 측정 영역에서 정확한 값이 결정되더라도, 나머지 단면에서 부적절한 유속이 검출되지 않은 상태로 잔존할 수 있다는 위험이 남아 있다.
다른 문제는 공지된 유속계가 1.2 kg/m3의 밀도를 갖는 유체에 대해 교정된다는 관점에서 보아야 한다. 그러나, 살균 프로세스 중에, 유체는 유체 밀도가 0.6 kg/m3으로 강하되어 측정 정밀도에서 부적당한 편차를 초래하는 약 300℃의 온도에 도달할 수 있다.
전술한 어려움의 관점에서, 본 발명은 유속의 측정이 개선된 정밀도로 수행될 수 있는, 대상물의 살균을 제어하기 위한 제어 장치 및 방법을 제공하는 목적을 다룬다.
이 목적은 독립 청구항들에 따른 장치 및 방법에 의해 해결된다. 더욱이, 본 발명의 실시예들 및 예는 독립 청구항을 인용하는 종속 청구항들의 주제이다.
본 발명의 양태에 따르면, 기상 또는 액상 유체에 의해 적어도 하나의 대상물을 살균하는 살균 장치는 대상물이 위치되는 살균 체임버와, 유체를 예정된 유속으로 가속하는 적어도 가속 디바이스와, 유체로부터 입자를 분리하는 적어도 필터 디바이스를 포함한다.
살균 장치는 복수 개의 개구를 갖고 바람직하게는 살균 체임버 내측에서 유체의 유동 경로에 배열 또는 배치된 적어도 하나의 오리피스 디바이스를 더 포함한다. 더욱이, 살균 장치는 오리피스 디바이스를 가로지르는 압력차를 기초로 하여 유체의 유속을 결정하는 제어 장치를 포함한다.
다른 양태에서, 살균 장치는 압력차가 제 1 및 제 2 압력으로부터 유도 및 결정되고, 제 1 압력은 오리피스 디바이스의 상류측의 유체의 유동에서 측정되며 제 2 압력은 오리피스 디바이스의 하류측의 유체의 유동에서 측정되는 것을 특징으로 한다.
그러한 구조는 오리피스 디바이스의 상류측의 제 1 압력이 오리피스 디바이스의 전체 단면에 걸쳐서 거의 일정하다는 이점을 제공한다. 동일한 이점이 오리피스 디바이스의 하류측에서 측정된 제 2 압력에 적용된다. 따라서, 오리피스 디바이스의 전체 단면에 걸쳐서, 이에 따라 유체의 유동의 전체 단면을 가로질러 제 1 및 제 2 압력을 단일의 예정대로의 측정으로 결정하는 것이 가능하다. 오리피스 디바이스 및 이 오리피스 디바이스의 상류측 및 하류측에 배치된 각각의 압력 센서의 구조를 이용함으로써, 적어도 하나의 대상물로 지향되는 유체의 플럭스가 높은 정밀도로 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 압력 센서는 오리피스 디바이스의 상류측 및 하류측에 각각 배치되고, 제 1 압력 센서는 필터 디바이스의 하류측에 배치되며 제 2 압력 센서는 살균될 적어도 하나의 대상물의 상류측에 배치된다. 적어도 제 2 압력 센서, 바람직하게는 압력 센서들 모두가 살균 체임버 내측에 배치된다.
제 1 및/또는 제 2 압력 센서는 중앙에 배치되지만 또한 오리피스 디바이스의 측방향 측면 에지 근처에 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 장치는 유체를 예정된 살균 온도로 가열하는 적어도 하나의 가열 디바이스를 포함한다. 장치는 유체를 가열 디바이스로부터 가속 디바이스로 안내하는 안내 채널을 더 포함한다. 가속 디바이스의 하류측에 필터와 오리피스 디바이스가 순차적인 방식으로 배치된다. 따라서, 필터 디바이스는 가속 디바이스의 하류측에 배치되고 오리피스 디바이스는 필터 디바이스의 하류측, 그러나 적어도 하나의 대상물의 상류측에 배치된다. 따라서, 가열 및 가속된 유체는 필터 디바이스를 통해 그리고 그 후에 오리피스 디바이스를 통해 살균 체임버에 배치된 적어도 하나의 대상물로 안내된다.
또한, 장치는 유체의 온도를 결정하기 위한 적어도 하나의 유체의 온도 결정 디바이스를 더 포함할 수 있다. 유체의 온도 결정 디바이스는 가열된 유체의 온도 및/또는 주위 공기의 온도를 결정 또는 측정하기 위하여 바람직하게는 살균 체임버 내측에서 및/또는 살균 체임버 외측에서 유체의 유동에 배치된 온도계 또는 온도 센서를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 장치는 유속의 측정된 값을 유속의 예정된 최소값 및/또는 유속의 예정된 최대값과 비교하기 위한 비교 디바이스를 더 포함하고, 비교 디바이스는 측정된 값이 유속의 예정된 최대값을 초과할 때에 및/또는 측정된 값이 유속의 예정된 최소값 미만에 있을 때에 유속 실패 신호를 발생시키도록 되어 있다. 더욱이, 비교 디바이스는 유체의 온도의 측정된 값을 유체의 온도의 예정된 최소값 및/또는 유체의 온도의 예정된 최대값과 비교하기 위한 것이고, 비교 디바이스는 유체의 온도의 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최대값을 초과할 때에 및/또는 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최소값 미만에 있을 때에 유체의 온도 실패 신호를 발생시키도록 또한 되어 있다.
더욱이, 그리고 다른 실시예에 따르면, 장치는 또한 유체의 유속의 예정된 최소값이 0.5 m/s이고 및/또는 유체의 유속의 예정된 최대값이 1.2 m/s이며, 및/또는 유체의 온도의 예정된 최소값이 대략 200℃이고 및/또는 유체의 온도의 예정된 최대값이 대략 500℃인 것을 특징으로 한다.
더욱이, 장치는 유체의 예정된 압력차와 측정된 온도를 기초로 하여 살균 유체의 유속값을 연산하는 연산 디바이스를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 장치는, 연산 디바이스가 유체의 결정된 유속, 적어도 하나의 대상물이 살균 체임버 내에서 유체에 노출되는 예정된 기간, 및/또는 유체의 온도를 기초로 하여 유체가 대상물의 충분한 살균에 적합한지를 결정하도록 되어 있고, 연산 디바이스 및/또는 제어 장치는 유체가 적어도 하나의 대상물을 충분하게 살균하는 데에 적합하지 않다는 결정에 응답하여 유속을 증가 및/또는 감소시키는 제 1 신호를 발생시키도록 및/또는 유체의 온도를 증가 및/또는 감소시키는 제 2 신호를 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
특히, 제어 장치는 유체의 조건이 적어도 하나의 대상물을 충분하게 살균하기에 적절하지 않다는 결정에 응답하여 제 1 신호를 발생 및/또는 가속 디바이스로 전달하도록 되어 있다. 제 1 신호의 수신시에, 제어 장치는 이에 따라 가속 디바이스를 조정함으로써 유속을 증가 및/또는 감소시키도록 되어 있다. 유사한 방식으로, 제어 장치는 유체의 온도를 각각 증가 및/또는 감소시키도록 제 2 신호를 발생 및/또는 가열 디바이스로 전달하도록 되어 있다.
장치는 살균될 적어도 하나의 대상물을 유체의 유동 내로 위치 및/또는 이동시키는 위치 디바이스를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 위치 디바이스에 의해, 적어도 하나 또는 복수 개의 대상물은 유체의 유동에 노출되는 영역으로 위치 및 이동될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 위치 디바이스는 유체의 유동에 의해 살균될 복수 개의 대상물을 연속적으로 또는 점진적으로 전달하는 데에 적합한 온도 내성 벨트 컨베이어를 포함한다.
다른 바람직한 실시예에서, 유체는 폐회로 내에 한정되고, 적어도 하나의 대상물의 살균 후에, 유체는 피드백 채널을 통해 안내되어 가열 디바이스로 피드백된다.
또 다른 실시예에서, 장치는 가속 디바이스 및/또는 가열 디바이스를 중지 및/또는 조절하기 위하여 유속 실패 신호 및/또는 유체의 온도 실패 신호를 처리하도록 되어 있는 중지 디바이스를 더 포함한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 가열된 기상 또는 액상 유체에 의해 적어도 하나의 대상물의 살균을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 대상물은 살균 장치의 살균 체임버 내에 위치되고, 살균 체임버 내에서 대상물은 유체에 노출되며, 상기 방법은, 유체를 가속 디바이스에 의해 예정된 유속으로 가속하는 단계와, 유체로부터 필터 디바이스에 의해 입자를 분리하는 단계와, 유체의 유동 경로에 배치된 오리피스 디바이스의 복수 개의 개구를 통해 유체를 안내하는 단계와, 복수 개의 개구를 포함하는 오리피스 디바이스를 가로지르는 압력차를 기초로 하여 유체의 유속을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 압력차는 오리피스 디바이스의 상류측에서 측정된 제 1 유체 압력과, 오리피스 디바이스의 하류측에서 측정된 제 2 유체 압력을 비교함으로써 결정된다. 제 1 및 제 2 압력을 비교함으로써, 예를 들어 측정된 제 1 및 제 2 압력을 감산함으로써 압력차가 얻어질 수 있고, 오리피스 디바이스를 가로지르는 유동 방향에서의 압력차는 결정될 유속을 위한 직접적인 표시 도수이다.
또한, 방법은 가열 디바이스에 의해 유체를 예정된 살균 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더욱이, 제어 방법은 유체의 온도를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 유속(ω)은 다음과 같이 연산되고,
Figure 112012036121729-pct00001
여기서, Ri은 공기의 가스 상수이며, △p는 결정된 압력차이고, τ는 측정된 유체의 온도이며, Pair는 주위 공기압이고, Φ는 오리피스 디바이스의 특성값이다.
이 외에, 방법은 유속의 측정된 값을 유속의 예정된 최소값 및 유속의 예정된 최대값과 비교하고, 측정된 값이 유속의 예정된 최대값을 초과할 때에 또는 측정된 값이 유속의 예정된 최소값 미만으로 떨어질 때에 유속 실패 신호를 발생시키고, 및/또는 유체의 온도의 측정된 값을 유체의 온도의 예정된 최소값 및 유체의 온도의 예정된 최대값과 비교하고, 유체의 온도의 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최대값을 초과할 때에 또는 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최소값 미만으로 떨어질 때에 유체의 온도 실패 신호를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
더욱이, 방법은 유체의 결정된 압력차 및 측정된 온도를 기초로 하여 유체의 유속값을 연산하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 방법은 대상물이 살균 체임버 내에 위치된 상태로 남아 있는 기간을 특정하는 입력 신호를 수신하고, 연산 디바이스에 의해 예정된 기간 중에 유체의 조건이 대상물의 충분한 살균에 적합한지를 입력 신호 및 연산된 유속을 기초로 하여 연산 디바이스에 의해 결정하는 것을 포함할 수 있다. 유체의 조건이 충분한 살균에 적합하지 않은 것으로 결정되면, 유속을 증가 및/또는 감소시키기 위하여 제 1 신호가 발생되어 가속 디바이스로 전달되고 및/또는 유체의 온도를 증가 또는 감소시키기 위하여 제 2 신호가 발생되어 가열 디바이스로 전달된다.
더욱이, 방법은 유체를 피드백 채널을 통해 안내함으로써 대상물의 살균 후에 가열 디바이스에 대한 유체의 피드백을 특징으로 할 수 있다. 이 외에, 유속 실패 신호 및/또는 유체의 온도 실패 신호가 비교 디바이스로부터 수신되어, 중지 디바이스가 실패 신호들 중 적어도 하나를 수신할 때에 가속 디바이스를 중지 및/또는 조절시키는 중지 디바이스에 의해 추가 처리될 수 있다.
더욱이, 방법은 적어도 하나의 대상물을 살균하는 건조 가열 살균을 수행할 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명에 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 당 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 또한, 첨부된 청구범위에 사용된 어떠한 참조 부호들도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 것을 유념해야 한다.
본 발명은 일례로서만 제공되고 첨부 도면을 참조하는 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 것이다. 도 1은 살균 장치의 개략적인 측면도이다.
도 1에는, 제어 장치가 마련된 본 발명에 따른 살균 장치(10)의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 살균 장치(10)는 대상물(7)의 살균에 유체를 사용하고, 유체는 기상 상태 또는 액상 상태일 수 있다. 대상물이라는 표현은 구체적으로 앰풀, 카르투슈(cartouches), 유리병, 내열 주사기, 바늘, 멀티 투여량 용기 및/또는 카풀(carpoules)과 같은 의료 디바이스의 동의어로서 사용된다. 따라서, 살균 장치는 건조 살균 타입 장치에 관한 것이고, 여기서 유체는 대상물에 열을 전달하기 위해 사용된다.
이하에서, 살균 장치의 구성은 살균 장치(10)를 통과하는 유체의 경로를 따라감으로써 설명된다. 가열 디바이스(1)에서, 유체는 대상물(7)의 충분한 살균에 적절하거나 적당한 유체의 온도에 도달할 때까지 가열된다. 가열 디바이스(1)는 예를 들어 전기 히터 또는 연소 히터를 포함할 수 있다. 충분한 살균을 위해, 유체의 온도는 200℃ 내지 500℃, 바람직하게는 260℃ 내지 320℃의 간격 내에 있어야 한다.
더욱이, 살균 장치(10)는 유체를 가속하기 위한 가속 디바이스(2)를 포함하고, 이에 의해 유체는 가열 디바이스(1)로부터 안내 채널(11)을 통해 가속 디바이스(2)로 흡인된다. 바람직하게는, 가속 디바이스(2)는 팬, 송풍기 또는 터빈을 포함한다. 가속 디바이스(2)로부터, 유체는 원뿔형 입구(12a)와 필터 시트(12b)를 구비하는 필터 체임버(12) 내로 전달된다. 원뿔형 입구(12a)를 통과할 때에, 유체의 유동은 가속 디바이스(2)의 작은 단면으로부터 원뿔형 입구(12a)의 큰 단면으로 측방향으로 전개하여, 거의 일정한 층류 및 균일한 유동이 생성된다. 필터 시트(12b)에서, 필터(3)는 유체 내에 불순물 또는 오염물로서 존재할 수 있어 대상물(7)의 살균을 저하시킬 수 있는 입자를 유체로부터 여과하도록 위치된다.
필터(3)로부터 빠져나온 후에, 유체는 필터(3)의 하류측에 배치되는 오리피스 디바이스(4)를 통과한다. 오리피스 디바이스(4)에는 유체가 통과할 수 있도록 유체의 유동 방향으로 배향되는 복수 개의 개구(4a)가 마련된다. 통상적으로 평탄한 구조를 구비하는 오리피스 디바이스는 유체의 유동 방향에 수직인 방향으로 배향된다. 그러므로, 평탄한 구조의 표면 법선은 유동 방향에 거의 평행하게 정렬된다. 이 오리피스 디바이스(4)는 천공된 금속 플레이트로서 만들어지고, 내열성 스테인리스강으로 제조될 수 있어, 유체의 유동의 단면을 제한할 수 있다. 따라서, 오리피스 디바이스는 이 오리피스 디바이스(4)의 상류측에 존재하는 제 1 압력(p1)으로부터 오리피스 디바이스(4)의 하류측에 위치하는 제 2 압력(p2)으로 유체에 압력 강하를 유도한다. 적어도 2개의 별개의 압력 센서(14a, 14b)에 의한 2개의 압력(p1, p2)의 측정에 의해, 압력차(△p)가 연산 디바이스(5)에 의해 결정될 수 있다. 이 압력차(△p)는 유체의 유속이 쉽게 연산될 수 있도록 유체의 유동에서의 유체의 유속에 비례한다. 제 1 및 제 2 압력은 유체의 유동 경로에 배치된 각각의 압력 센서(14a, 14b)에 의해 측정된다.
오리피스 디바이스(4)의 하류측에서, 살균 장치(10)에는 살균 대상물(7)을 수용하기 위한 살균 체임버(8)가 마련된다. 살균 체임버(8)에서는, 살균되도록 적어도 하나의 단일 대상물(7)이 가열된 유체에 노출되거나 복수 개의 대상물(7)이 가열된 유체에 노출된다. 이에 의해, 대상물(7)은 테이블 또는 홀더로서 구현될 수 있는 위치 디바이스(6) 상에 위치된다. 변경예에서, 대상물(7)은 위치 디바이스(6)를 구현하는 컨베이어 벨트 상에 앞뒤로 위치된다.
이와 달리, 오리피스 디바이스(4)는 살균 체임버(8)의 상류측에 마련되지 않고, 살균 체임버(8)에 일체화될 수 있다. 그러한 실시예에서, 살균 체임버(8)는 필터 체임버(12)에 인접하다. 바꿔 말하면, 유체가 필터 체임버(12)를 빠져나갈 때에, 유체는 살균 체임버(8)에 즉시 진입한다.
살균 체임버(8)를 통과할 때에, 유체는 대상물(7)과 접촉하게 되고 높은 유체의 온도로 인해 대상물이 살균된다. 이어서, 유체는 살균 체임버(8)를 빠져나가고 피드백 채널(9)을 통해 가열 디바이스(1)로 안내된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 살균에 사용되는 유체는 가속 디바이스(2)에 의해 유동이 영속되는 폐회로 내에 유지되고 한정된다.
변경예에서, 살균 장치는 개방 시스템으로서 형성될 수 있고, 여기서 유체는 환경으로부터 가열 디바이스(2) 내로 흡인되고 폐쇄 시스템과 관련하여 전술한 바와 같이 동일한 경로를 통과한 후에, 다시 환경으로 송풍된다.
이하에서, 살균 프로세스를 보다 상세하게 설명한다. 컨베이어 벨트(6)는 예정된 속도로 살균 체임버(8)를 통해 대상물(7)을 전달하는데, 이는 대상물이 예정된 기간 동안만 살균 체임버(8) 내에 유지된다는 것을 의미한다. 이 기간 동안에, 대상물(7)이 유체에 의해 충분히 살균된다는 것이 보장되어야 한다. 따라서, 유체의 유속은 0.5 m/s 내지 1.2 m/s 사이의 간격의 값, 바람직하게는 대략 0.8 m/s를 제공해야 한다. 이 속도 범위에서, 유리하게는 결정 디바이스(5)의 신호가 거의 일정하고 매우 작은 변경 또는 변동만을 포함한다.
따라서, 살균 프로세스를 위해, 인자들, 즉 대상물이 가열된 유체에 노출되는 기간, 유체의 온도 및 유체의 속도는 살균 결과에 중요한 영향을 미친다. 더욱이, 대상물이 가열된 유체에 노출되는 기간은 컨베이어 벨트의 순환 속도의 함수이다. 어느 정도 고정값인 기간은 별개로 하고, 유체의 온도와 속도는 충분한 살균 결과를 제공하기 위해 제어되어야 한다.
전술한 바와 같이, 유속은 압력 센서(14a, 14b)에 의해 측정된 압력차를 기초로 하여 연산되고 결정 또는 연산 디바이스(5)에 의해 결정된다. 유체의 온도는 또한 유동 스트림에 마련되는 각각의 센서에 의해 측정된다. 이어서, 실제 유속은 이하의 수학식을 이용하여 연산 장치(5)에 의해 연산된다.
Figure 112012036121729-pct00002
여기서, 플레이스홀더는 다음과 같다.
Ri: 공기의 가스 상수,
△p: 압력차,
τ: 측정된 유체의 온도,
Pair: 주위 공기압, 및
Φ: 오리피스 디바이스의 특성값.
특성값 Φ는 살균 장치의 기하학적 형태 및 형상 뿐만 아니라 오리피스 디바이스(4)에 마련된 개구들의 크기 및 형태에 따라 좌우된다. 이 연산 방법은 또한 살균 장치가 다양한 상이한 유체의 온도들에서 작동될 수 있도록 유체의 온도의 편차를 고려한다. 바꿔 말하면, 유체의 온도가 변동하는 경우에라도 유속 및/또는 온도를 제어하는 것이 가능하고 및/또는 유속이 변동하는 경우에도 온도 및/또는 유속을 변경하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 구성의 경우에, 예를 들어 컨베이어 벨트 속도를 변경함으로써, 대상물(7)이 가열된 유체에 노출되고 및/또는 살균 체임버(8) 내에 잔존하는 기간을 변화하는 것이 가능해진다. 그러나, 이는 유체의 온도의 변화를 필요로 한다. 예를 들어, 컨베이어 벨트 속도가 증가될 때에, 유체의 온도는 요구되는 살균 품질을 유지하기 위하여 증가되어야 한다. 다른 한편으로, 상기 기간이, 예를 들어 컨베이어 벨트 속도를 감소시킴으로써 연장될 때에, 경제적인 이유로, 유체의 온도는 동일한 살균 품질이 얻어질 수 있는 한 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명은 유체의 온도를 고려할 때에 유속이 높은 정밀도로 연산될 수 있다는 이점을 제공한다.
살균 장치가 정확하게 및/또는 예정된 조건의 유체로 작동되는 것을 보장하기 위하여, 유속의 측정된 값을 유속의 예정된 최소값 및/또는 유속의 예정된 최대값과 비교하기 위해 비교 디바이스가 마련된다. 바꿔 말하면, 비교 디바이스는 유속이, 예를 들어 0.5 m/s 내지 1.2 m/s 사이의 소정의 간격 내에 있는지의 여부를 비교한다. 측정된 값이 유속의 예정된 최대값을 초과하면 및/또는 측정된 값이 유속의 예정된 최소값 미만에 있으면, 비교 디바이스는 유속 실패 신호를 발생시킨다.
이와 달리 또는 이에 추가하여, 비교 디바이스는 유체의 온도의 측정된 값을 유체의 온도의 예정된 최소값 및/또는 유체의 온도의 예정된 최대값과 비교한다. 즉, 비교 디바이스는 유체의 온도가 전술한 예정된 간격, 즉 200℃ 내지 500℃ 사이에 있는지를 점검한다. 유체의 온도의 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최대값을 초과하면 및/또는 측정된 값이 유체의 온도의 예정된 최소값 미만으로 강하하면, 비교 디바이스는 유체의 온도 실패 신호를 발생시킬 것이다.
본 발명의 실시예에서, 이들 실패 신호는 경고 램프를 이용함으로써 및/또는 경고 음향을 발생시킴으로써, 예를 들어 디스플레이 상에서 살균 장치의 사용자에게 디스플레이된다. 이에 의해, 온도 실패 신호 및 유속 실패 신호는 어느쪽 실패가 발생하는지에 따라 별개로 또는 동시에 디스플레이된다.
다른 바람직한 실시예에서, 실패 신호는 비교 디바이스에 의해 발생되고 디스플레이된 다음, 비교 디바이스로부터 유속 실패 신호 및/또는 유체의 온도 실패 신호를 수신 및/또는 처리하는 데에 적절한 중지 디바이스에 의해 수신된다. 수신된 신호를 기초로 하여, 중지 신호는 가속 디바이스(2) 및/또는 가열 디바이스(1)를 중지 및/또는 조절하는 신호를 발생시킨다. 따라서, 제어 장치는 파라미터들 중 적어도 하나가 그 허용 가능한 작동 범위를 벗어난 경우에 비상 차단 기능을 제공한다.
이 외에, 연산 디바이스는 대상물(7)이 살균 체임버(8) 내에 위치되는 예정된 기간을 특정하는 데이터를 비롯하여 입력 신호를 수신한다. 이 기간은 입력 단자를 매개로 사용자에 의한 입력을 통해서라도 결정될 수 있거나, 고정된 파라미터일 수 있다. 연산 디바이스는 유체의 조건이 예정된 기간 동안에 대상물(7)의 충분한 살균에 적절한지를 소정의 입력 기간 및 연산된 유속을 기초로 하여 결정한다. 바꿔 말하면, 연산 디바이스는 원하는 살균 결과가 달성될 수 있도록, 실제 온도를 갖는 실제 질량 유동이 대상물(7)의 살균에 적절한지를 자발적으로 결정하게 된다. 연산 디바이스가 유체의 조건이 충분한 살균에 적절하지 않다고 결정하면, 제어 장치는 살균 유체의 질량 유동이 요구되는 살균 결과를 달성하는 데에 충분해지도록 유속을 증가 및/또는 감소시키기 위해 가속 디바이스로 전달되는 제 1 신호를 발생시킨다.
이와 달리 또는 추가적으로, 제어 장치는 유체의 온도를 증가 또는 감소시키도록 가열 디바이스(1)로 전달되는 제 2 신호를 발생시킨다. 따라서, 제어 장치는 예를 들어 가열 디바이스(1)의 가열 전력을 증가 또는 감소시킴으로써 유체의 온도의 편차를 자동적으로 정정할 수 있다. 유속의 편차는, 예를 들어 가속 디바이스(2)의 팬 속도를 증가 또는 감소시킴으로써 제어 장치에 의해 정정될 수 있다. 이 문맥에서 조건이라는 단어는 정확한 살균이 수행되도록 함께 맞춰져야 하는 유체의 온도와 유속의 대응하는 한 쌍으로서 이해되어야 한다.
1: 가열 디바이스 2: 가속 디바이스
3: 필터 디바이스 4: 오리피스 디바이스
5: 연산 디바이스 6: 컨베이어 벨트
7: 대상물 8: 살균 체임버

Claims (15)

  1. 기상 또는 액상 유체에 의해 대상물(7)을 살균하기 위한 살균 장치(10)로서,
    - 상기 대상물(7)이 위치되는 살균 체임버(8)와,
    - 상기 유체를 예정된 유속으로 가속하기 위한 적어도 하나의 가속 디바이스(2)와,
    - 상기 유체로부터 입자들을 분리하기 위한 적어도 하나의 필터 디바이스(3)와,
    - 상기 유체의 유동 경로에 배치되는 복수 개의 개구들(4a)을 갖는 적어도 하나의 오리피스 디바이스(4)를 포함하는 살균 장치(10)에 있어서,
    상기 오리피스 디바이스(4)를 가로지르는 압력차(△p)에 기초하여 상기 유체의 유속을 결정하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 압력차(△p)는 상기 오리피스 디바이스(4)의 상류측의 제 1 유체 압력(p1)과 상기 오리피스 디바이스(4)의 하류측의 제 2 유체 압력(p2) 간의 압력 차이인 것을 특징으로 하는 살균 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유체를 예정된 살균 온도로 가열하기 위한 가열 디바이스(1)를 추가로 포함하고, 상기 유체를 상기 가열 디바이스(1)로부터 상기 가속 디바이스(2)로 안내하는 안내 채널(11)을 포함하며, 상기 필터 디바이스(3)는 상기 가속 디바이스(2)의 하류측에 배치되고, 상기 오리피스 디바이스(4)는 상기 필터 디바이스(3)의 하류측에 배치되지만 상기 살균 체임버(8) 내에 위치된 상기 대상물(7)의 상류측에 배치되는 살균 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 유체의 온도를 결정하기 위한 적어도 하나의 유체의 온도 결정 디바이스를 추가로 포함하는 살균 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 비교 디바이스를 추가로 포함하고, 상기 비교 디바이스는:
    상기 유속의 측정된 값을 상기 유속의 예정된 최소값 및/또는 상기 유속의 예정된 최대값과 비교하고, 상기 측정된 값이 상기 유속의 예정된 최대값을 초과할 때 및/또는 상기 측정된 값이 상기 유속의 예정된 최소값 아래에 있을 때 유속 실패 신호를 발생시키도록 구성되며, 및/또는
    상기 유체의 온도의 측정된 값을 상기 유체의 온도의 예정된 최소값 및/또는 상기 유체의 온도의 예정된 최대값과 비교하고, 상기 유체의 온도의 측정된 값이 상기 유체의 온도의 예정된 최대값을 초과할 때 및/또는 상기 측정된 값이 상기 유체의 온도의 예정된 최소값 아래에 있을 때 유체의 온도 실패 신호를 발생시키도록 구성되는, 살균 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    - 상기 유체의 유속의 예정된 최소값은 0.5 m/s이고 및/또는 상기 유체의 유속의 예정된 최대값은 1.2 m/s이며, 및/또는
    - 상기 유체의 온도의 예정된 최소값은 대략 200℃이고 및/또는 상기 유체의 온도의 예정된 최대값은 대략 500℃인 살균 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 압력차(△p)와 상기 유체의 측정된 온도를 기초로 하여 살균 유체의 유속값을 연산하기 위한 연산 디바이스(5)를 추가로 포함하는 살균 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 연산 디바이스(5)는:
    - 상기 유체의 결정된 유속,
    - 적어도 하나의 상기 대상물(7)이 상기 살균 체임버 내에 놓이는 예정된 기간, 및
    - 상기 유체의 온도를 기초로 하여 상기 유체가 상기 대상물(7)의 충분한 살균에 적합한지를 결정하도록 구성되고,
    상기 연산 디바이스(5) 및/또는 상기 제어 장치는 상기 유체가 적어도 하나의 상기 대상물(7)을 충분하게 살균하는 데에 적합하지 않다는 결정에 응답하여 상기 유속을 증가 및/또는 감소시키기 위한 제 1 신호를 발생시키고 및/또는 상기 유체의 온도를 증가 및/또는 감소시키기 위한 제 2 신호를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 살균 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 살균될 적어도 하나의 상기 대상물(7)을 상기 유체의 유동 내로 위치 및/또는 이동하는 위치 디바이스(6)를 추가로 포함하는 살균 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 위치 디바이스(6)는 상기 유체의 유동을 통해 복수 개의 대상물(7)들을 단계적으로 또는 연속적으로 이동하는 데에 적합한 온도 내성 벨트 컨베이어인 것을 특징으로 하는 살균 장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 유체를 위한 폐회로를 추가로 포함하고, 상기 대상물(7)의 살균 후에, 상기 유체는 피드백 채널(9)을 통해 안내되어 상기 가열 디바이스(1)로 피드백되는 살균 장치.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 유체를 예정된 살균 온도로 가열하기 위한 가열 디바이스(1)를 추가로 포함하고, 상기 유체를 상기 가열 디바이스(1)로부터 상기 가속 디바이스(2)로 안내하는 안내 채널(11)을 포함하며, 상기 필터 디바이스(3)는 상기 가속 디바이스(2)의 하류측에 배치되고,
    상기 오리피스 디바이스(4)는 상기 필터 디바이스(3)의 하류측에 배치되지만 상기 살균 체임버(8) 내에 위치된 상기 대상물(7)의 상류측에 배치되고, 상기 가속 디바이스(2) 및/또는 상기 가열 디바이스(1)를 중지 및/또는 스로틀링(throttling)하기 위하여 상기 유속 실패 신호 및/또는 상기 유체의 온도 실패 신호를 처리하도록 구성되는 중지 디바이스를 추가로 포함하는 살균 장치.
  13. 유체에 의해 적어도 하나의 대상물(7)의 살균을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 적어도 하나의 대상물(7)은 살균 장치(10)의 살균 체임버(8) 내에 위치되고, 상기 대상물(7)은 가열된 기상 또는 액상 유체에 노출되며, 상기 방법은:
    - 상기 유체를 가속 디바이스(2)에 의해 예정된 유속으로 가속하는 단계와,
    - 상기 유체로부터 필터 디바이스(3)에 의해 입자들을 분리하는 단계를 포함하는 살균 제어 방법에 있어서,
    - 상기 유체의 유동 경로에 배치된 오리피스 디바이스(4)의 복수 개의 개구들을 통해 상기 유체를 안내하는 단계, 및
    - 상기 오리피스 디바이스(4)를 가로지르는 압력차(△p)에 기초하여 상기 유체의 유속을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 압력차(△p)는상기 오리피스 디바이스(4)의 상류측에서 측정된 제 1 유체 압력(p1)을 상기 오리피스 디바이스(4)의 하류측에서 측정된 제 2 유체 압력(p2)과 비교함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 살균 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 유속(ω)은 다음과 같이 연산되고,
    Figure 112017052767920-pct00003

    여기서, Ri은 공기의 가스 상수이며, △p는 압력차이고, τ는 측정된 유체의 온도이며, Pair는 주위 공기압이고, Φ는 상기 오리피스 디바이스의 특성값인 살균 제어 방법.
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