스팀 멸균 시스템 document_id A220623060696

스팀(steam)은 멸균이 필요한 대부분의 물질들 및 재료들을 멸균 처리하기 위한 가장 경제적인 매체(medium)이다. 천연적으로, 스팀 멸균을 채택할 수 있는 필수 조건은 멸균 대상 물질들이 100℃ 초과의 고온에 견디어야 한다는 것이다. 사실상, 스팀 멸균 사이클은 일반적으로 약 120℃ 또는 약 135℃의 온도로 표준화된다. 이러한 시스템들은 박테리아수를 초기 백만개 중 하나의 생활 단위 (living unit) 미만으로 감소시킨다. 보다 개선된 장치들은 예정된 시간 동안 물질의 소정 레벨의 멸균도 (sterility)를 달성하기 위한 조건들이 완비되어 있는지를 실시간으로 제어 및 확인할 수 있는 소프트웨어를 구비한다. 박테리아수의 감소를 결정 및 보증하는 파라미터(parameter)들은 시간의 함수로서의 스팀 포화도, 온도, 압력 및 습도이다. 멸균용 장치들의 구성 및 성능들은 마케팅(marketing)을 위한 최소 요건들을 포함하는 규정(regulation)들에 의해 좌우된다. 시장에서 현재 가장 우수한 장치들의 주요 서브컴포넌트(subcomponent)들은 다음과 같다: 1) 컴포넌트(component)들을 하우징(housing)하기 위한 베이스 프레임(base frame) 및 가능한 추가의 모듈(module)로 구성된 하중 구조(load structure). 2) 유럽 PED(압력 기기 고시) 97/23/EC 및 마크된 (CE)에 따라 표면의 약 70%의 인터페이스(interpace)를 갖는 AIS 316L 오스테나이트계 스테인레스강 (austenitic stainless steel) 또는 이보다 양호한 재료로 만들어진 멸균 챔버. 스팀 오토클레이브(steam autoclave)들 내의 인터페이스는 이중 목적(dual purpose)을 갖는다: 첫번째는 구조적인 것으로, 멸균 챔버가 챔버 벽의 가능한 최소 두께로 고압에 견디도록 하는 것이다. 압력 용기(pressure container)의 이상적인 형상은 내력(internal force)이 가능한 한 적게 구조를 변형시키도록 구형 또는 실린더형임에도 불구하고, 스팀 멸균기에 대한 현재의 규정은 30×30×60cm의 평행육면체로서의 부하 모듈(load module)로 한정한다. 따라서, 구형 또는 실린더형 챔버가 보다 많은 양의 스팀(물 + 에너지)을 요구하는, 매우 높은 비율의 유용한 부피(실제 부피 - 모듈 부피)를 가진다는 것은 분명하다. 평형육면체 형상으로 챔버를 제조하는 경우, 부하 부피(load volume)는 스페이스(space)의 최소 폐기물(minimum waste)로 최적화되지만, 구조적 내성(structural resistance)의 측면에서 불리하다. 따라서, 챔버의 외부 두께가 증가되어야 하거나 또는 보강재(reinforcement)들이 부착되어야 한다. 통상적으로 사용되는 디자인 솔루션(design solution)은 챔버 외부에 리빙(ribbing)하는 보강재를 특정 거리에서 용접(welding)하는 것으로 구성되어 있다. 비록 챔버의 내부 표면 상에서는 불균일할지라도, 형성된 공동(空洞, cavity)들 내부에 열 에너지를 방출시키는 스팀이 공급된다. 이 솔루션으로 피복되는 최대 표면은 50%에서 70%까지 변화한다. 인터스페이스의 두번째 목적은 기능적인 것이다. 스팀이 인터스페이스의 공동(空洞, cavity)들 내부를 순환하도록 함으로써, 챔버 내부의 응축은감소하고, 하중(load)의 건조는 촉진된다. 스팀 멸균은 챔버 내부에서 멸균될 물질과 스팀 열 에너지의 교환에 기초한다. 스팀이 외부 가열 없이 멸균 챔버로 들어갈 때, 열 에너지의 일부는 내부 벽들을 승온시키는데 사용된다. 멸균이 제시간에 알려진 온도로 유지하는 것에 기초하는 경우, 챔버의 벽들 부근의 일정한 열 에너지 손실은 멸균 기간 동안 열 불균형(thermal imbalance)을 초래한다. 현재의 규정은 이러한 불균형을 1℃(134℃에서의 멸균의 경우에는 약 0.7%)로 한정한다. 챔버의 내부 벽들을 예열함으로써, 이러한 에너지 손실은 감소되고, 내부 환경의 열 균일성(thermal uniformity)은 향상되며, 효과없는 공정의 위험은 회피된다. 멸균 공정의 말기에, 챔버는 하중(load) 내부에 포획되어 남아있는 스팀 에너지의 교환으로 인하여 모든 응축물들을 증발시키기 위해 특수 펌프에 의해 음압(진공) 처리된다. 또한, 응축수(condensation water)의 증발은 가해진 진공으로 인하여 낮은 온도에서 발생하고, 하중(load)에 의해 축적된 열 에너지에 직접적으로 의존한다. 진공은 단열성이 있기 때문에, 하중(load)의 열 에너지는 증발하면서 챔버로부터 추출되는 응축을 야기한다. 이는 열 에너지가 단시간에 소모된다는 것을 의미한다. 또한, 예열된 인터스페이스의 기능은 하중(load)과 응축물에 열 방사 (thermal irradiation)의 형태로 새로운 에너지를 부여하고, 증발을 향상시키며, 따라서 하중(load)의 건조를 향상시키는 역할을 한다. 멸균 공정의 말기에 하중(load) 내에 함유된 물은 생존하고 있는 미생물들의 발아(germination)를 촉진시킨다. 따라서, 미생물들의 증식 가능성을 감소시키기 위해서는 하중(load) 내의 물을 감소시키는 것이 바람직하다. 규정에 의해 허용되는 잔류 습도는 초기 중량의 +1%이다. 보다 현대적인 장치들은 사이클들의 조작, 파라미터들의 제어 및 공정 안정성에 대한 점검을 허용하는 전용 마이크로세서(dedicated microprocessor)들에 의하거나 또는 프로그램가능 로직(programmable logic)을 구비한 전자 시스템들에 의해 전적으로 제어된다. 멸균 사이클을 구성하는 단계들은 다음과 같다: a) 진공 테스트 b) 컨디셔닝(conditioning) c) 가열 d) 멸균 e) 냉각(액체들 사이클을 갖는 오토클레이브들의 경우에만) f) 챔버 방출(chamber discharge) g) 세척 h) 건조 i) 통기(aeration). 최근 가장 현대적이고 효율적인 시스템들은 다음과 같은 특징들에 의해 구별된다: - 약 1시간에 14 KW/사이클의 에너지 소비량; - 대략 150 리터/사이클의 음료수량 소비; - 기계들은 비록 분해된다 하더라도 전제조건(premise)들에의 접근을 위한 도어(door)들의 표준 전체 치수(standard overall dimension)들[보다 구체적으로 는, 분리될 수 없고 속공 작업을 필요로 하게 하는 인터스페이스 및 챔버에 대한 표준 전체 치수]를 초과함. - 모든 기계들의 무게는 플로어(floor)들을 지지하기 위해 추가의 석공 작업(masonry work)을 필요로 함; - 물이 공급될 필요성은 공급 및 방출의 주요 시스템들에의 연결을 요구함.