마취가스 재생 방법 및 장치 document_id A220623054812

(의료, 치과 및 수의를 포함하는) 외과시설의 마취제 투여 시스템에서는 다량의 폐마취가스가 발생한다. 현재 전용 또는 공동 흡입 시스템이 환자의 호기(呼氣)로부터 이러한 가스를 포집한다. 건강관리시설은 하나 이상의 진공 펌프를 중앙에 배치하여 각각의 마취처리장소로부터 폐가스를 포집하는 것이 일반적이다. 이러한 진공 펌프는 보통 특대형인데, 이는 넓은 유량 범위에서 호기 마취제를 포집하도록 설계되기 때문이다. 이들 펌프가 지속적으로 작동하기 때문에, 폐마취가스 흡입 시스템 또한 마취처리장소로부터 대량의 주변 실내공기를 흡인함으로써, 폐마취가스를 현저히 희석시킨다. 중앙 흡입 펌프에서, 가스흐름은 종종 추가의 실내공기와 혼합되어 시설로부터 배출되기 전에 더 희석된다. 희석된 폐마취가스/공기 혼합물은 통상 외과시설 외부의 장소로 펌프 공급되어, 대기 중으로 배출된다. 폐마취가스는 약 20 내지 30℃의 온도로 10 내지 60 퍼센트 범위의 상대 습도로 포집되는 것이 보통이다. 폐가스의 평균 조성은 산소 25-32%, 질소 60-65%, 아산화질소 5-10% 및 휘발성 할로겐화탄소 0.1-0.5%(체적 백분율)로 추산되고, 이소풀루란, 데스풀루란 및 세보풀루란과 같은 불화에테르를 포함한다. 폐마취가스는 진공 펌프로부터 미량의 윤활유 증기 또한 포함한다. 환경적 관심의 원인으로서 중요성이 증가하는 폐마취가스 할로겐화탄소(조성이 Freon-12® 및 다른 냉동제와 유사)는 오존 고갈과 더 낮은 단계의 지구 온난화로 이어져 왔다. 마취에 사용되는 할로겐화탄소(주로 할로겐화 메틸에틸에테르)은 현재 주요 배출원인데, 이는 다른 산업적/상업적 할로겐화탄소 배출인 최근 법률 및 발의에 의해 크게 감소하였기 때문이다. 폐마취가스 배출물은 현재까지는 미국의 환경규제에서 벗어나 있지만, 가까운 미래에 폐마취가스 배출을 엄격히 규제하도록 입법 발의될 가능성이 있다. 점증하는 폐마취가스 배출 문제를 완화하기 위한 시도로 몇 가지 폐마취가스 처리 기술이 제안되었다. 예컨대, 미국특허 제4,259,303호에는 웃음가스 촉매 처리 기술이 기재되어 있고, 미국특허 제5,044,363호에는 목탄 입자에 의한 마취가스 흡입 기술이 기재되어 있고, 미국특허 제5,759,504호에는 촉매 존재시 가열에 의한 마취가스 파괴가 상세 기술되어 있고, 미국특허 제5,928,411호에는 분자체에 의한 마취가스 흡입 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제6,134,914호에는 발산한 마취가스로부터 제논을 분리하는 기술이 기재되어 있다. 폐마취가스로부터 휘발성 할로겐화탄소를 제거하는 극저온 방법이 미국특허 제6,729,329(Berry)에 기재되어 있고, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다. 도 1은 건강관리시설을 위한 종래기술에 따른 일반적인 폐마취가스 재생 시스템(10)을 보여준다. 시스템(10)은 다수의 개별 마취장소(15A, 15B, 15C)를 포함하며, 이들은 마스크(14A, 14B, 14C)나 유사한 기구를 통해 환자에게 마취제를 투여하는 마취기(12A, 12B, 12C)를 각각 포함한다. 잉여 마취가스, 환자의 호기 및 공기는 마취기(12A, 12B, 12C)에 의해 마스크에서 포집되어 공통 포집 매니폴드(16)로 배출된다. 폐마취가스 포집 매니폴드(16)는 건강관리시설 안으로 부설되며, 마취기(12A, 12B, 13C)는 예컨대 19mm 또는 30mm 마취 커넥터인 표준 폐마취가스 커넥터(18A, 18B, 18C)에서 연결 매니폴드(16)에 분리 가능하게 연결된다. 폐마취가스 재생 시스템(10)은 하나 이상의 중앙 진공 펌프(20)에 의해 발생한 진공 압력에서 동작한다. 포집된 폐가스 흐름은 체크 밸브(35)를 통해 하나 이상의 열교환기를 구성하는 응축 유닛(22)으로 나아가는 것이 보통이다. 액체산소 공급원 또는 다른 적절한 히트싱크가 폐마취가스 흐름으로부터 열을 추출하여 마취가스성분을 응축시킨다. 폐마취 응축물은 포집 용기(24) 내에 포획되고, 물 응축물은 포집 용기(23) 내에 포획된다. 폐마취가스성분이 제거된 잔류 가스흐름은 저장기(26B)와 진공 펌프(20)를 통과한 다음 벤트(46)를 통해 건강관리시설 외부의 대기 중으로 배출된다. 일반적으로, 건강관리시설의 마취장소(15A, 15B, 15C)로부터 폐마취가스를 제거하는 현재의 방식에서는, 고유량 실내공기를 전용 또는 공유 진공 포집 매니폴드(16) 안으로 흡인하여 폐마취가스를 동반하게 된다. 포집 매니폴드(16)는 다수의 공전 마취기(12A, 12B, 12C)를 통해 공기를 지속적으로 흡인할 수도 있다. 평균적으로, 포집 시스템 매니폴드(16)는 각각의 마취장소(15A, 15B, 1C)에서 20-30 리터/분의 폐마취가스 및 실내공기 가운데 적어도 하나를 추출한다. 20-30 개의 수술실을 갖는 대규모 병원의 경우, 폐마취가스 재생 시스템(10)의 유량은 500-1000 리터/분(14-35scf/분)의 범위이다. 고유량 희석 폐가스 시스템의 이점은 시스템이 넓은 범위의 마취 배출 흐름을 수월하게 수용하고, 마취제가 거의 새나가지 않기 때문에 시스템이 안전하며, 유지보수가 거의 필요하지 않기 때문에 시스템이 거의 고장이 없다는 것이다. 하지만, 고유량 시스템은 에너지 집약적이고, 다수의 마취장소(15A, 15B, 15C)에서 충분한 흡입을 유지하기 위해 큰 진공 펌프(20)가 필요함이 일반적이다. 예컨대, 각각의 마취장소(15A, 15B, 15C)에서 1-2 세제곱 피트/분(1-2cfm)의 유량으로 약 200mm Hg의 진공을 유지하기 위한 경우, 100-200cfm 용량의 진공 펌프가 드문 것은 아니다. 따라서, 폐마취가스를 안전하게 응축하는 저유량 폐마취가스 제거 시스템이 바람직하다. 또한, 희석된 폐마취가스 흐름은 열적 효율이 좋지 않다. 응축에 의한 폐가스 성분 제거는 (해당 온도에서) 폐가스의 부분압력이 포화 수증기 압력 이상이 되는 온도로 전체 유동 흐름의 온도를 낮추는 것이 필요하다. 따라서, 다량의 희석된 폐마취가스를 해당 성분의 포화 수증기압보다 낮은 온도로 냉각시키기 위해서는 상당량의 냉각제(대량의 액체산소, 액체질소 등)가 필요하다. 통상, 마취가스는 휘발성이 큰 물질이다. 주어진 온도에서, 마취가스는 물 및 다른 저휘발성 물질보다 높은 증기압력을 갖는다. 높은 증기압력을 갖는 물질들은 낮은 증기압력을 갖는 물질과 동일하거나 유사한 응축 회수를 달성하기 위해서는 더 많이 냉각되어야 함이 일반적이다. 따라서, 상당한 양의 마취제 응축물을 회수하려면 마취가스는 극히 낮은 온도, 즉, 극저온에서 냉각되어야 한다. 하지만, 이들 극히 낮은 온도는 다수의 마취제의 어는점에 가깝고, 대부분의 경우에 그보다 낮다. 그와 같은 경우, 폐마취가스 흐름은 시스템의 원치 않는 결빙을 제외하고도 응축될 수 있을 농도의 마취제를 여전히 포함할 수 있다. 온도 외에도 압력이 응축에 큰 영향을 줄 수 있다. 응축 시스템의 압력을 올리면 유리한데, 이는 응축이 더 낮은 동작 압력에서 발생할 수 있는 것을 상당히 더 높은 온도에서 발생하게 해주기 때문이다. 이는 또한 응축물의 냉각과 연관된 위험과 문제를 피한다. 이러한 형태의 기상/액상 평형 시스템의 경우, 가장 유익한 열역학 특성은 압력이 액체의 어는점보다 증기의 이슬점에 더 큰 영향을 준다는 것이다. 따라서, 특정한 마취제 동반 증기 흐름의 이슬점은 압력 증가에 따라 증가하는 반면, 그 어는점은 다양한 시스템 압력에 대해 상대적으로 일정하게 유지된다. 시스템 압력의 증가에 따른 증기의 이슬점과 응축물의 어는점 사이의 온도차가 증가하면 응축 시스템에 대한 동작 유연성이 증가하게 된다. 예컨대, 더 높은 온도에서 응축이 발생할 수 있기 때문에 동일한 양의 응축을 일으키는데 더 적은 극저온 냉각제가 필요하다. 또한, 폐가스 흐름으로부터 마취제를 더 완전히 분리하는 것이 요망된다면, 상승된 압력을 유지하면서 시스템 온도를 낮출 수 있다. 이렇게 하면 응축물 결빙의 위험 없이 기상으로부터 추가의 마취제를 응축시킬 수 있다. 따라서, 응축 시스템 압력을 응축 시스템 온도에 비해 단순히 조절하여 마취제의 최적 분리를 달성하는 기술을 개발할 수 있다. 물론, 상대적인 냉각 대 압축비용은 모든 비용 최적화 방법에서 고려해야 하는 것이다. 저유량 마취가스 제거 시스템을 사용하여 응축에 선행하여 가스 흐름 압력을 증가시키면 폐마취가스 재생의 효과와 효율을 공해 개선할 수 있다. 하지만, 이와 같은 시스템과 방법은 여전히 건강관리시설의 기존설비 하부구조와 일체화되어야 한다. 전술한 바와 같이, 이러한 종래기술의 시스템은 폐마취가스를 견실하게 제거하기 위해 설계되는 것이 일반적이다. 예컨대, 이들 기존의 폐마취가스 제거 시스템의 진공 펌프, 배관, 밸브 등은 폐마취가스와 함께 동반된 큰 부피의 실내공기를 처리할 크기를 가졌다. 더 효율적인 마취제 제거 성분을 특대형 폐기 처리 시스템 안으로 인터페이스 처리하면 가능한 최상의 결과가 반드시 오는 것은 아니다. 따라서, 기대되는 용량의 폐가스를 처리하는 크기로 적절하게 설계된 폐기 처리 시스템이 바람직하다. 또한, 전통적인 병원 환경 외부의 마취제 사용이 크게 증가하여, 추가의 문제를 일으켰다. 소형 진료실 환경에 사용되는 마취가스는 여전히 적절히 취급해야 한다. 하지만, 병원에 사용하는 기존의 폐마취가스 제거 및 재생 기술은 그 크기와 운전비용만으로도 소규모 진료실 환경에 사용하기에는 비실용적이다. 소규모 진료실 환경에 사용되는 대부분의 폐마취가스는 고가의 마취제 성분을 회수하기 위한 처리나 시도 없이 대기 중으로(또는 수술실로) 배출될 뿐이다. 따라서, 이와 같은 소형의 불연속적인 진료실 환경의 경우에는, 병원 및 그 밖의 전통적인 건강관리시설에 사용되는 훨씬 더 큰 시스템과 동일한 이득이나 특징, 또는 이들 모두를 제공하는 독립식(self-contained) 폐마취가스 제거 및 재생 시스템이 바람직하다.