KR101388338B1 - 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하기 위한 장치 및 방법에 관한것으로, 의료용 또는 치과용 기구를 건조하기 위한 장치에 관한 것으로써, 과열 증기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하는 장치는 적어도 하나의 입력 포트를 가지고, 기구를 수용하기 위한 챔버; 과열 증기를 생성하는 증기 생성 수단; 상기 챔버 내에서, 입력 포트를 통하여, 증기 생성 수단으로부터 과열 증기를 분배하기 위한 적어도 하나의 입력 포트에 연결된 분배 수단 및; 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위한 배기 수단을 포함하고, 상기 배기 수단은 적어도 하나의 배기 포트와 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위해 적어도 하나의 배기 포트에 연결된 적어도 하나의 수분 제거 수간을 포함하며, 상기 분배 수단은 상호 결합된 복수의 도관에 의해 연결된 복수의 분배 증기 포트를 포함하는 매니폴드 어셈블리인 것을 특징으로 한다.

과열증기, 의료, 살균, 치과

Description

과열 증기를 사용하여 기구를 건조하기 위한 장치 및 방법{APPARUTUS AND METHOD FOR DRYING INSTRUMENTS USING SUPERHEATED STEAM}

본 발명은 과열 증기를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구 및 기타 유사 기구를 건조하기 위한 장치에 관한 것이다.

증기는 그 압력에 상응하는 끓는점 이상으로 가열될 때, 과열 증기(superheated steam)가 된다. 과열 증기는 함수율 때문에 공기보다 큰 열용량을 가지며, 따라서 더 많은 열에너지를 건조되는 기구에 전달할 수 있으며, 이에 따라 수분을 더욱 효과적으로 증발시킬 수 있다. 이러한 과열 증기의 성질은 음식 산어업 및 제지 산업을 포함한 많은 산업에서 연구되어 왔다.

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의료용 또는 치과용 기구 및 기타 유사 기구를 살균하기 위해 사용되는 공지된 증기 살균 과정에서, 상기 장치들이 즉시 사용되어 지지 않는다면, 상기 장치들은 살균된 이후에 건조되어야 한다. 공기(고온 또는 실온)는 이러한 건조 과정을 수행하기 위해 종종 사용된다. 상기 공기의 열에너지는 기구에 전달되어 기구 상에서 또는 살균 챔버 내부에서의 잔여 수분을 증발시시킨다. 또한, 기구 상의 잔여 수분은 기구 상에 저장된 열의 방출에 의해 증발되는데, 이 경우 공기는 증발된 수분을 제거하기 위한 운반체로서 역할을 한다. 건조를 위한 공기의 사용은 기구가 싸여 있거나, 파우치되어 있거나, 또는 기구가 수분을 가두는 구조를 가진다면 특히 효과적이지 못하다. 특히, 의료나 치과 산업에서 전형적으로 사용되는 살균 파우치들은 수분을 함유하는 경향이 있고, 이러한 파우치들을 건조하기 위한 공기는 비효율적이고 시간 낭비일 수 있다.

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또한, 진공-보조 건조에 관련된 다른 증기 살균 과정이 공지되는데, 여기에서 챔버 압력은 진공에 의해 낮아져서 응축물의 끓는점을 감소시키고 보다 빠르게 증발되도록 한다. 이러한 과정은 값비싼 가열 수단에 추가하여 진공 펌프를 요구하며, 누설이 없는 시스템 작동이 필요하다.

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미국 특허 No.6,026,588에는 디스크 드라이브 미디어, 평판 디스플레이 및 그와 유사한 수단을 포함하는 부품에서 수분의 정밀 제거를 위한 과열 수증기 건조 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 물과 다른 오염 물질을 부품에서 제거하기 위해 이소프로필 알코올과 같은 용매를 끓이고 응축한다. 부품들이 액체 용매에 의해 처리된 후, 상기 부품들은 과열 수증기에 노출된다. 과열 수증기로부터의 열이 부품들로 전달됨에 따라, 남아있는 액체 용매는 증발될 것이다. 부품들은 이동 트레이에 의해 지지되고 후크에 의해 매달리며, 이에 따라 이들은 액체 용매에 담기고 이로부터 제거된다. 부품들은 소위 '수증기 구역'을 통한 이동에 의해서 과열 수증기에 노출된다. 이러한 종류의 시스템은 크기 및 속도 측면에서 의료/치과용 살균 분야에 적합하지 않다.

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의료용/치과용 살균 분야의 많은 특허는 살균을 위한 과열 증기의 사용 방법을 개시한다. 미국 특허 No.1,902,625(Dunham)는 과열 증기가 기구를 살균하기 위하여 복수의 확장 노즐들을 통하여 살균 챔버로 주입되는 증기 살균기를 개시한다. 또한, 미국 특허 No.1,377,725(Pents)는 '끓는점 이상의 높은' 온도의 증기가 살균 챔버의 벽체에 벌어진 다수의 틈을 통해 살균 챔버로 공급되는 증기 살균기를 개시한다. 살균이 종료된 이후에 과열 증기가 식어감에 따라, 상기 증기는 기구 표면에 응축된다.

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본 발명의 실시예들은, 과열 증기를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구를 건조하기 위한 장치, 과열 증기를 사용하여 그러한 기구를 건조하기 위한 방법, 및 포화 증기(saturated steam)를 사용하여 살균하고 과열 증기를 사용하여 건조하는 시스템을 제공한다. 과열 증기를 기구 챔버 내에서 분배함으로써, 파우치(pouch)되고/싸여있는(wrap) 기구 및 헐거운(loose) 기구를 포함한 다양한 종류의 적재물(load)들이 신속하고 효과적으로 건조될 수 있다. 과열 증기는 공기에 비하여 보다 높은 열용량을 갖고 이에 따라 어떠한 잔여 수분을 증발시킬 수 있는 보다 많은 양의 열을 이동시키기에, 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하는데 필요한 시간은 공기를 사용하여 기구를 건조하는데 필요한 시간보다 짧다. 카세트(cassette)형 살균기 또는 오토클레이브(autoclave)의 경우, 과열 증기를 사용한 건조 시간은 종래의 가열 압축 공기를 사용한 것에 비하여 75%까지 단축됨을 확인하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기구를 수용하기 위한 챔버, 증기 생성 수단, 분배 수단 및 배기 수단을 포함한다. 챔버는 적어도 하나의 입력 포트를 갖는다. 증기 생성 수단은 과열 증기를 생성한다. 분배 수단은 상기 챔버 내에서, 상기 입력 포트를 통하여, 상기 증기 생성 수단으로부터의 과열 증기를 분배하도록 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결된다. 배기 수단은 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 포화 증기를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구의 살균을 위한 증기 살균 시스템에서, 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하는 장치를 제공한다. 상기 장치는, 기구를 수용하는 챔버, 증기 생성 수단, 분배 수단 및 배기 수단을 포함한다. 챔버는 적어도 하나의 입력 포트를 갖는다. 증기 생성 수단은 과열 증기를 생성한다. 분배 수단은, 상기 챔버 내에서, 상기 입력 포트를 통해, 상기 증기 생성 수단으로부터의 과열 증기를 분배하기 위해 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결된다. 배기 수단은 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 증기 살균 시스템에서 과열 증기를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구를 건조하기 위한 방법이 제공된다. 상기 증기 살균 시스템은, 기구를 수용하기 위한 챔버, 증기 생성 수단에 연결되기 위한 적어도 하나의 입력 포트, 및 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위한 배기 수단을 포함한다. 상기 방법은, 상기 증기 생성 수단에 의해 생성된 포화 증기를 사용하여 기구를 살균하는 단계, 및 상기 챔버 내에서 수분을 증발하도록 상기 증기 생성 수단에 의해 생성된 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하고, 상기 배기 수단을 사용하여 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하는 단계를 포함한다.

이하의 설명에서는, 도면에서 유사한 구조에 대하여는 이에 상응하는 동일한 도면부호가 주어졌다.

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도 1은 과열 증기를 사용하는 의료용 또는 치과용 기구 또는 이와 유사한 기구를 건조하기 위한 장치(10)를 도시한다. 장치(10)는 기구(미도시)를 수용하기 위한 챔버(12)를 포함한다. 챔버(12)는 과열 증기를 증기 생성 수단(16)에서 챔버(12)로 전달하도록 증기 생성 수단(16)과 챔버(12)를 연결하는 하나의 입력 포트(14)(또는 적어도 하나 이상의 입력 포트)를 가진다. 장치(10)는 챔버(12) 내에 과열 증기를 분배하도록 입력 포트(14)에 연결된 분배 수단(18)을 포함하고, 챔버(12)으로부터 증발된 수분을 제거하기 위한 배기 수단(26)을 포함한다. 배기 수단(26)은 도 1에 도시된 바와 같이 배기 포트(20)를 포함할 수 있다. (배기 포트(20)는 도 11에 더 상세히 도시됨)

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챔버(12)는 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이 카세트형일 수 있으나, 기구를 유지하는데 적합한 다른 어떠한 챔버 구성일 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 챔버(12)는 트레이(22) 및 트레이(22)를 덮고 밀봉하기 위한 뚜껑(24)를 포함한다.

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살균 과정 마지막에는 챔버(12) 내의 어떠한 잔여 수분의 온도도 떨어질 것이며, 이러한 수분은 기구 상에서 응축되는 경향이 있다. 챔버(12) 내의 과열 증기가 분배됨에 따라, 기구 상에 응축되었던 증기는 재-증발될 것이다. 재-증발된 수분은 이후 배기 포트(20)로 배출될 것이다.

챔버(12)에 의해 수용되는 기구는, 증기 살균 과정을 사용하여 살균되었던 기구이거나, 기구 세척기를 사용하여 세척되었던 기구이거나, 기구 소독기를 사용하여 소독되었던 기구이거나 또는 어떠한 다른 젖은 기구일 수 있다. 본 명세서에서 상세히 후술할 바와 같이, 챔버(12)는 증기 살균 과정 동안 사용될 수도 있다. 유사하게, 챔버(12)는 세척 과정 동안 및/또는 소독 과정 동안 사용될 수 있다.

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분배 수단(18)은 점원 확산기(point source diffuser)와 같이 챔버(12) 내에서 과열 증기를 분배하기 위한 적합한 수단일 수 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 분배 수단(18)은 상호 연결된 복수의 도관(36)에 의해 연결된 다수의 분배된 증기 포트(34)를 포함하는 매니폴드 어셈블리(32)일 수 있다. 상호 연결된 도관(36)은 매니폴드 포트(38)를 통해 입력 포트(14)로 연결된다. 도시된 바와 같이, 입력 포트(14)는 챔버(12) 내의 개구부(40)을 통해 매니폴드 포트(38)에 커플링된다. 배기 포트(20)는 챔버(12) 내의 개구부(41)를 통해 챔버(12)에 커플링된다. 너트(42) 및/또는 다른 적합한 연결 부품은 입력 포트(14)와 매니폴드 포트(38)를 커플링하기 위해 사용될 수 있다. 매니폴드 어셈블리(32)는 트레이(22) 또는 챔버(12)의 다른 적합한 부분의 바닥부에 연결될 수 있다.

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챔버(12) 내의 분배 수단(18)을 사용한 과열 증기의 분배에 의해서, 기구 적재물을 위한 건조 시간이 현저하게 감소되는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 카세트형 살균기에서 적재물을 테스트하면, 건조 시간은 분배 수단(18)을 사용하지 않을 때와 비교하여 적어도 33%까지 감소되었다. 당업자는, 총 건조 시간이 이러한 테스트 결과로부터 다양함을 알 것이다. 그럼에도, 이는 현존하는 살균 건조 시스템에 대하여 중요한 향상을 제공한다. 챔버(12) 내의 과열 증기를 분배하기 위한 분배 수단(18)의 사용이 없다면, 주변의 열 손실 때문에 챔버(12)가 식어감에 따라 증발된 수분이 재응축되어 챔버(12) 내의 건조를 완성하기가 어렵다. 챔버(12)는 적재물에 영향을 받는 허용 최대 온도 이하에서 유지되어야 하기에, 부가적인 열이 재-응축을 방지하도록 입력 포트(14)를 통해 챔버(12)로 유입될 수 없는데, 이러한 내용은 차후 보다 자세히 설명하도록 한다. 게다가, 카세트형 살균기는, 건조가 종료되기 전에 재-응축을 방지하기 위해 사용될 수 있는 (밴드 히터와 같은) 카세트 주위의 부가적인 히터들을 일반적으로 구비하지 않을 것이다.

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상호 연결된 도관(36)은 복수의 상호 연결된 관들일 수 있다. 이러한 상호 연결된 관들은 금속, 실리콘, 테프론™ 또는 다른 적합한 물질로 제작될 수 있다. 대안적으로, 상호 연결된 도관(36)은 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이 복수의 상호 연결된 채널들일 수 있다.

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매니폴드 어셈블리(32)는 상부 매니폴드 플레이트(44), 하부 매니폴드 플레이트(46) 및 상부 매니폴드 플레이트(44)와 하부 매니폴드 플레이트(46) 사이에 구비되는 개스킷(48)을 포함한다. 증기 포트(34)는 상부 매니폴드 플레이트(44)의 상부 표면(50) 상에 분배되고, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 매니폴드 플레이트(44)의 하부 표면(54) 상에서 다수의 그루브(52)들에 연결된다. 또한, 평면형의 개스킷(48)은 상부 매니폴드 플레이트(44)의 그루브(52)들에 상응하는 복수의 그루브(56)들을 가진다. 평면형의 개스킷(48) 상의 그루브(56)들과 상부 매니폴드 플레이트(44)의 하부 표면(54) 상의 그루브(52)들을 함께 커플링함으로써, 평면형의 개스킷(48)이 상부 매니폴드 플레이트(44)의 하부 표면(54)과 밀봉 접촉하여 상호 연결된 도관(36)을 형성한다. 상호 연결된 도관(36)은 매니폴드 포트(38)에 연결된다.

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상부 매니폴드 플레이트(44)와 하부 매니폴드 플레이트(46)는 고온의 열가소성 물질로 이루어질 수 있다. 평면형의 개스킷(48)은 실리콘 고무로 이루어질 수 있다. 당업자에게는 다른 적합한 물질이 사용될 수 있음이 자명할 것이다.

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대안적으로, 매니폴드 어셈블리(32)는 평면형의 개스킷(48) 없이 상부 매니폴드 플레이트(44)와 하부 매니폴드 플레이트(46)를 포함할 수 있다. 다수의 그루부(52)는 상부 매니폴드 플레이트(44)와 하부 매니폴드 플레이트(46)의 하나 또는 둘 모두에 제공된다. 상부 매니폴드 플레이트(44)와 하부 매니폴드 플레이트(46)는 상호 연결된 도관(36)을 형성하기 위해 같이 밀봉될 수 있다. 밀봉은 플레이트들의 접촉 표면 사이에서 밀봉 물질의 배치에 의해 및/또는 플레이트들의 접촉 표면 사이에 초음파 용접에 의해 이루어질 수 있다.

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균등하게 젖은 적재물을 위해서는, 전체 적재물이 동시에 건조 상태에 도달할 때 가장 효과적인 건조가 이루어진다. 따라서, 고르게 분배된 적재물을 위해서, 증기 포트(34)는 고르게 챔버(12) 내에서 분배되는 것이 바람직하다. 물론, 챔버(12)는 특정한 적재물을 위해 구성될 수 있으나, 적재물의 형상에 증기 포트(34)의 배열을 적용함으로써 챔버(12) 내에서 필수적으로 균등하게 분배되지 않음을 이해하여야 한다.

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전체적으로 무작위로 배열된 적재물을 동시에 건조하기 위해서, 건조과정이 지속되는 동안 챔버(12)를 가로 질러 과열 증기에 의해 통일된 화력은 전달되어야만 한다. 화력은 과열 증기의 질량 유동율과 온도에 대한 함수이다. 과열 증기는 챔버(12)의 정면 부분(68)에 전달된 증기가 챔버(12)의 후면 부분(70)에 전달된 증기보다 냉각되기 위해서 입력 포트(14)에서 멀리 움직일 때 열에너지의 손실을 피할 수 없을 것이다. 열에너지는 또한 챔버(12)의 주위(72)를 지나서 손실될 것이다. 이러한 효과들은 챔버(12)의 정면부(68)에 위치한 증기 포트(34)와 챔버(12) 주위에 근접하여 위치한 증기 포트(34)를 통한 질량 유동율을 증가시키는 것에 의하여 보충될 것이다. 질량 유동율은 도관(36)의 증가 및/또는 증기 포트(34)의 지름의 증가에 의해서 증가된다.

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열 에너지가 과열 증기로부터 기구 적재물과 챔버(12)로 전달됨에 따라, 과열 증기 그 자체는 냉각될 것이고, 포화 상태에 접근할 것이다. 증기 온도가 주어진 챔버 압력에서 포화 증기 곡선 아래로 떨어짐에 따라, 증기는 액체 물로 돌아가 응축되기 시작할 것이다. 이러한 응축물이 기구 적재물와 챔버(12)를 다시 젖게 하는 것은 상당히 바람직하지 못하다. 과열 증기의 재응축을 피하기 위해서, 화력은 주어진 챔버 압력에서 포화 증기 곡선 위로 최소 챔버 온도를 유지하기 위한 방법으로 분배되어야만 한다. 이것은 챔버(12)의 내부 공간 쪽으로의 증기 포트(34)의 위치를 바이어싱(bias)시키고 기구 적재물 쪽으로 잔여 증기 포트(34)를 분배시킴으로써 달성할 수 있다.

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챔버 내부의 가장 차가운 스폿에 위치한 선택적인 온도 센서가 챔버 온도를 모니터링하도록 사용될 수 있어서, 싸이클의 전체 건조 단계를 거쳐 최소 챔버 온도의 획득을 보장할 수 있다. 또한, 선택적인 온도 센서는 건조 단계의 마지막을 지칭하는 건조 지시계로써 사용될 수 있다. 물 증발의 어떠한 잠열도 극복할 필요가 없기에, 챔버(12) 및 기구 적재물 내의 응축물이 증발됨에 따라 열 에너지가 거의 필요하지 않는다. 또한, 선택적인 온도 센서는 살균 과정 동안 증기 온도를 모니터링하도록 사용되는 챔버 온도 센서일 수도 있다는 점을 이해하여야 한다.

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다수의 바람직한 도관 및 증기 포트의 배열이 고안되고, 이러한 것은 도 4 내지 도 8에 개시될 것이다. 이러한 배열은 예시에 불과하고, 본 발명의 실시예는 어떠한 적합한 포트 및 도관 배열을 포함할 것임은 이해될 수 있다.

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도 4 및 도 5는, 도 2 및 도 3에서 도시된 매니폴드 어셈블리(32)의 상부 매니폴드 플레이트(44)를 도시한다. 전체 매니폴드를 통해 비교적 일정한 질량 유동율을 유지하기 위해, 그루브(52)들의 크기는 과열 증기의 입력이 분기됨에 따라 점진적으로 작아진다. 그루부(52)들는 포유동물 폐의 기관지관의 프랙털 배열과 유사한 프택탈 가지 배열로서 배열된다. 또한, 이러한 배열은 역압(back pressure)을 최소화하도록, 증기의 회전의 급격함을 최소화한다. 도시된 바와 같이, 그루브(52)들은 매니폴드 포트(38)에 연결된다.

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도 6은 다른 대안적인 상부 매니폴드 플레이트(80)를 도시한 것으로서, 그루브(82)가 프랙털 가지 배열로서 배열되며, 제조의 편의를 위해서 도 4에 도시된 배열보다 간단하다. 도시된 바와 같이, 그루브(82)들은 매니폴드 포트(38)에 연결된다.

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도 7은 도관(36)의 다른 대안적 구성을 도시한 것으로서, 관(86)은 4개의 다리 부분(88), 브리지 부분(90) 및 입력 부분(92)를 갖는 H-형상으로 배열된다. 증기 포트(34)는 4개의 다리 부분(88)을 따라 분배된다. 챔버(12)의 입력 포트(14)는 포트(94)가 연결된 입력 부분(92)를 통해 브리지 부분(90)에 연결될 수 있다. 각 다리 부분(88)이 같은 길이이기에, 이러한 배열은 대칭 증기 분배를 제공하도록 디자인된다. 증기 포트(34)는 입력에서 더 먼 증기 포트(34)가 입력에 보다 가까운 증기 포트(34)보다 큰 지름을 갖도록 디자인되어, 더 먼 증기 포트(34)에 더 많은 유동을 허용하고, 그러한 위치에서 과열 증기 온도의 감소를 보상하며, 이에 따라 챔버(12)를 통하여 균등한 화력 전달을 유지한다.

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도 8은 또 다른 대안적인 상부 매니폴드 플레이트(100)를 도시한 것으로서, 그루브(102)들은 8개의 다리 부분(104), 브리지 부분(106) 및 입력 부분(108)을 갖는 이중 H-형상으로 배열된다. 증기 포트(34)는 8개의 다리 부분(104)을 따라 분배된다. 챔버(12)의 입력 포트(14)는 매니폴드 포트(38)가 연결된 입력 부분(108)을 통해 브리지 부분(106)에 연결될 수 있다. 이러한 배열은 챔버(12)를 따르는 더 나은 적용을 제공하기 위해 디자인된다. 전술한 바와 같이, 챔버(12) 내의 어떠한 장소에서도 균등한 화력 분배를 획득하도록 증기 포트(34)의 지름이 제어될 수 있어서 과열 증기 유동 및 온도의 균형을 잡는다. 도관(36)의 다른 다중 H-형상이 착안될 수 있음을 주지하여야 한다.

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도 9를 참조하면, 챔버(12)는 챔버(12) 내에서 기구를 지지하고 배열하도록 천공된 건조 선반(130)을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 천공된 건조 선반(130)에 위치시킴으로써, 기구를 내포하는 파우치(132)들이 챔버(12) 내에서 균등하게 배열될 수 있다. 천공된 건조 선반(130)은 바람직하게는 알루미늄과 같은 금속으로 만들어지며, 알루미늄은 살균 과정 동안 열에너지를 빠르게 저장하고 살균 이후에 주변 기구로 열을 빠르게 전달한다. 천공된 건조 선반(130)에서 구멍들은 매니폴드에서의 과열 증기가 건조 동안 적재물에 도달하기 위해서 천공된 건조 선반(130)을 통하여 전달되도록 한다. 도 9에 도시된 천공된 건조 선반(130)의 이점은 그것이 과열 증기가 구멍을 통하여 떠오르고, 단단한 선반보다 더 효과적으로 적재물을 건조하도록 적재물을 위한 지지대를 제공한다. 게다가, 그것의 낮은 열식 질량은 더 빠른 살균 과정으로 해석된다. 그럼에도, 천공된 건조 선반(130)은 단지 예시이며, 챔버(12)는 다른 적합한 건조 선반을 수용하도록 구성될 수 있다는 것을 주목해야한다. 또한, 과열 증기 분배 도관 또는 플레이트 구성은 천공된 건조 선반 내에 일체화될 수 있어서, 단일 부품 내에 각각의 기능을 일체화할 수 있다. 이러한 설명은 차후 도 12 내지 도 17에 도시된 발명의 실시예를 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다.

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장치(10)는 의료용 또는 치과용 기구를 살균하고 PCT 출원 No. WO 00/59553 및 이와 연관된 참조 문헌에 개시된 것과 같은 포화 증기를 사용하기 위한 증기 살균 시스템으로 일체화되거나 개별적으로 사용될 수 있다. 유사하게, 장치(10)는 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 의료 및 치과 산업에 사용되는 세척 시스템 및 세척/소독 시스템과 일체화될 수 있다. 예를 들어, 세척 시스템에서, 세척 챔버는 챔버(12)일 수 있다.

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도 10은 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템(140)을 도시한다. 도 11은 도 10의 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템(140)의 블록도이다. 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템(140)은 먼저 포화 증기를 사용하여 기구를 살균할 것이고, 후속하여 과열 증기를 사용하여 기구를 건조할 것이다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템(140)은 조절 과정, 압력 과정, 및 공기 제거 과정과 같은 다른 과정들을 수행할 수도 있다.

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증기 생성 수단(16)은 증기 생성기(142) 및 과열 증기 히터(144)를 포함할 수 있다. 증기 생성기(142)는 살균을 위해 적합한 포화 증기를 생성하며, 참조 문헌으로 채택된 본 출원인의 캐나다 특허 No.2,481,635에 개시된 보일러와 같은 보일러일 수 있다. 물은 물 저장조(148)에서 공급되고, 물 펌프(146)에 의해서 증기 생성기에 주입된다. 또한, 필요시 드레인 파이프(178)가 시스템(140)에서 물을 드레인하도록 제공될 수 있다.

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과열 증기 히터(144)는 관형 또는 카트리지 히터와 같은 어떠한 적합한 히터일 수 있다. 과열 증기 히터의 작동 온도는 적재물의 건조 요구사항 및 온도 제한에 의할 것임을 이해할 수 있다. 과열 증기 히터(144)는, 예를 들어 열전지(thermocouple)와 같이, 입력 제어를 위해 사용되는 온도 센서(150)에 연결될 수 있다. 과열 증기 히터(144)는 예를 들어 열전지와 같이, 또 다른 입력 제어를 위해 사용되는 온도 센서(152)에 연결될 수 있다.

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살균 과정 동안, 포화 증기는 증기 생성기(142)에 의해 생성되고, 제 1 입력 포트(160)을 통해 채널(12)로 지향된다. 건조 과정 동안, 증기 생성기(142)에 의해 생성된 포화 증기를 추가 가열함으로써 과열 증기가 과열 증기 히터(144)에 의하여 생성되고, (전술한) 제 2 입력 포트(14)를 통해 챔버(12) 내의 분배 수단(18)로 주입된다. 방향 밸브(162)는, 선택적으로, 증기를 증기 생성기(142)에서 제 1 입력 포트(160)로 증기를 유도하거나, 또는, 증기를 증기 생성기(142)에서 과열 증기 히터(144)를 통해 제 2 입력 포트(14)로 유도한다. 방향 밸브(162)는 3-방향 밸브일 수 있다.

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대안적으로, 증기 생성 수단(16)은 분리된 과열 증기 생성기 없이 증기 생성기를 포함할 수 있다. 그러한 증기 생성기는, 저장조에서 수용한 양 만큼의 물을 선택적으로 계량함(metering)으로써, 선택적으로 기구의 살균을 위한 포화 증기와 기구의 건조를 위한 과열 증기를 제공할 것이다. 계량된 물의 양은 증기 생성기의 전력 밀도(watt density)에 따른다. 물론 다른 적합한 증기 생성 수단이 사용될 수 있음은 자명하다.

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'과열 증기' 용어는 물의 끓는점 이상의 어떠한 온도를 가지는 증기를 포함하는 반면, 본 발명의 설명된 구체예에서 과열 증기는 제조자에 의해 특정되는 기구의 최대 허용 온도를 초과하지 않는 온도에서 증기 포트(34)에 도달할 것이다. 특별한 물질의 최대 허용 온도의 초과는 열적 손상을 일으킬 것이다. 예를 들면, 과열 증기 온도의 조심스러운 제어가 온도가 최대 살균 온도 이상으로 넘어가지 않게 대기압에 근접한 챔버(12) 내에서 압력을 유지함에 따라 달성된다.

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물의 끓는점을 낮추기 위해 챔버 내의 압력이 가능한 작아지는 경우에 가장 효율적인 과열 증기 상태가 이루어진다. 예를 들면, 가능한 대기압에 근접하게 챔버(12) 내의 압력을 유지함으로서, 챔버(12) 내의 수분을 증발하기 위해 요구되는 에너지는 작아진다. 이로 인한 최종 결과, 보다 빠른 건조 및 과열 증기의 효과적인 사용이 이루어지거나 또는 낮은 온도지만 균일하게 빠른 건조가 이루어지며, 이는 적재물에 대하여 보다 안전하다. 장치(10)는 챔버(12) 내에서 진공 상태를 제공하기 위해 작동할 수 있으며, 이에 따라 보다 낮은 물 끓는점이 이루어지고 동일한 증기 온도에서 보다 빠른 과열 증기 건조가 이루어진다.

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도 11에 도시된 바와 같이, 배기 수단(26)은 배기 포트(20)에 연결되고 평소에-폐쇄되는 배기 밸브(118)를 더 포함하며, 이는 증발된 수분이 챔버(12)로부터 제거될 때 개방된다. 적어도 하나 이상의 배기 포트와 적어도 하나 이상의 상응하는 배기 밸브가 제공되어 질 것이다. 예를 들어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 두 개의 배기 포트(20, 120)와 이에 상응하는 배기 밸브(118, 122)가 제공될 수 있어서, 다소 낮거나 높은 배기 속도로 제어하도록 하나 또는 두 개의 배기 밸브(118, 122)가 선택적으로 개방된다. 배기 포트(20, 120)(들)은 배기 밸브(118, 122)(들)이 개방될 경우에 개방될 수 있다. 대안적으로, 배기 포트(20, 120)(들)은 챔버(12)가 살균 시스템에 삽입됨에 따라 개방될 수 있다. 유사하게, 입력 포트(들)은 챔버(12)가 살균 시스템에 삽입됨에 따라 개방될 수 있다.

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배기 수단(26)은 적어도 하나의 수분 제거 수단(28)을 더 포함할 수 있다. 수분 제거 수단(28)은 챔버(12) 내의 압력을 낮추기 위해서 작동할 수 있는 열 교환기 또는 진공 펌프일 수 있고, 카세트로부터 증발된 수분을 빼낼 수 있다. 이전에 설명한 것처럼, 챔버(12) 내의 압력을 낮추는 것은 카세트 내에서 수분의 증발을 위한 물의 끓는점을 감소시킨다. 물론, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 수분 제거 수단(26)은 진공 펌프 및 열교환기에 한정되는 것은 아니고, 챔버(12) 내에서 수분을 제거하기 위한 어떠한 적합한 수단도 포함하는 것은 자명하다. 유사하게, 수분 제거 수단(28)은 배기 포트(120)와 배기 밸브(122) 사이에 위치되나, 수분 제거 수단(28)이 배기 포트(20) 및 배기 밸브(118) 사이 또는 시스템(140) 내의 다른 어떠한 적합한 수단 내에 위치될 수 있음은 자명하다. 또한, 적어도 하나 이상의 수분 제거 수단(28)이 구현될 수 있다. 챔버(12)에서 제거되었던 증발된 수분은 냉각되고, 응축기(176) 내에 수집될 수 있다.

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다양한 부가적인 온도 및 압력 센서(166)는 증기 생성 수단(16), 배기 밸브(들)(118, 122) 및 방향 밸브(162)를 모니터링하고 제어하기 위해 증기 살균 시스템 내에 제공될 수 있다. 증기 살균 시스템이 산업 기준에 부합하도록 센서(166)가 필요하다. 이러한 센서(166)의 구성은 세계의 다른 지역의 산업 기준에 부합되도록 적용될 수 있다. 예를 들어, 유럽에서의 기준이 북아메리카의 기준과 다를 수 있다. 살균 기준에 요구되는 동일한 센서는 과열 증기 건조 과정을 제어하기 위해 사용되어 질 수 있다.

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장치(10)는 그 크기가 변경 가능하여, 소형의 카세트형 증기 살균 시스템은 물론 대형의 의료용 오토클레이브 및 터널형 세척기와 같이 대형의 증기 살균 시스템 모두에도 적용될 수 있음을 주지하여야 한다.

증기 살균 시스템(140)에서 과열 증기를 이용한 의료용 또는 치과용 기구를 건조하는 방법이 기술될 것이다. 먼저, 기구는 증기 생성 수단(16)에 의해 생성되는 포화 증기를 사용하여 살균될 수 있다. 다음, 챔버(12) 내의 수분을 증발시키도록, 기구는 증기 생성 수단(16)에 의해 생성되는 과열 증기를 사용하여 건조될 수 있다. 건조 단계 이후 및/또는 건조 단계 동안, 증발된 수분은 배기 수단(26)을 사용하여 챔버(12)에서 제거된다.

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과열 증기 건조 동안, 과열 증기 및/또는 고온 압축 공기의 제거는 본 방법의 효율을 더 향상한다. 파우치되거나 싸여 있는 적재물을 위해, 파우치 안에 기구 상에 액체 수분이 증발되면, 적재물의 온도가 사이클의 마지막에서 떨어지거나 적재물 및 지류(paper) 또는 랩(wrap)을 재-응축하고 빨아들이기 전에, 랩 또는 파우치 안의 증기가 제거되어야 한다. 그러나 지류 또는 랩이 낮은 투수성과 카세트 내부와 파우치 또는 랩의 내부 사이에서의 유동이 최소가 된다. 파우치 또는 랩 및 카세트 안쪽 사이에서 가스의 교환을 증가시키기 위해, 배기 밸브는 카세트 내의 압력 변동을 생성하면서 선택적으로 폐쇄 또는 개방된다. 이는, 과정에서, 지류 또는 랩을 통하여 가스의 이동이 가능하도록 하고, 반복적으로 파우치를 납작하게 하고 재-부풀어 오르게 한다. 그러나 카세트 내에서 압력의 증가는 그것의 수분 이동 용량을 감소하면서 과열 증기의 가능한 엔탈피를 감소시킨다.

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기구의 건조가 종료된 이후 및/또는 동안, 배기 포트(들)(20, 120)을 통해 챔버(12)에서 잔여 수분을 제거하기 위해, 입력 포트(160)을 통하여 공기를 챔버(12) 내에 주입함으로써, 챔버(12)는 공기를 이용하여 세정(flush)된다. 공기 세정은 다른 요소들 중에서 적재물의 크기 및 성질에 의존하여 몇 분 동안 지속한다. 예를 들어, 챔버(12)는 형성된 증발 수분을 배출하기 위해 작은 지속시간을 갖는 공기 펄스를 유도함으로써 세정된다.

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공기 세정이 수행되는 곳에서 수분 제거 수단이 필요하지 않는다는 것에 주목하여야 한다. 물론, 전술한 수분 제거 수단(28)을 사용한 수분 제거 및 공기 세정을 사용한 수분 제거는 각각 독립적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다

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전술한 바와 같이, 배기 포트(들)(20, 120)과 밸브(들)(118, 122)이 개방되는 경우 챔버(12) 밖으로 증발된 수분을 효과적으로 배출하기에 압력이 충분하지 않아서 챔버가 개방되거나 또는 건조 싸이클의 마지막에 냉각되는 경우 챔버(12) 상에서 또는 적재물 상에서 소정의 재-응축이 이루어지기에, 챔버(12) 내의 압력이 대기압에 유사하게 유지되는 경우 전술한 바와 같이 공기 세정 단계가 특히 중요하다. 고온의 공기는 챔버(12)의 냉각을 방지하기 위해서 세정에 사용될 수 있으나, 주위의 공기가 사용될 수 있어서 과열 증기에서 제공되고 챔버 온도가 응축점보다 충분히 높을 수 있다.

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공기 세정 과정을 위한 공기는 (도시된 바와 같이) 증기 생성기(142)를 통하여 또는 챔버(12) 내로 입력되기 위해 분리된 도관을 통하여 공기를 제공할 수 있는 압축기(168)로부터 제공된다. 압축기(168)에 제공되는 주위의 공기는 프리필터(170)에 의해 여과될 수 있다. 유사하게, 압축기에서 공급되는 공기는 공기 세정 과정 동안 적재물의 재오염을 피하기 위해서 초소형의 수분 함유력이 좋은(retentive) 필터(172)일 수 있다. 또한, 강제로 잔여 증기를 제거하도록, 공기 세정 과정은 고속 증기 응축에 의해 생성된 입력을 위해 열 교환기 또는 진공 펌프를 사용하여 달성될 수 있다.

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살균 동안, 배기 포트(20)(제 1 배기 포트) 및 이에 상응하는 배기 밸브(118)는 살균 과정 동안 개방될 수 있다. 제 2 배기 포트(120) 및 이에 상응하는 배기 밸브(122)는 건조 및 공기 세정 과정 동안 개방될 수 있다.

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살균 동안, 제 1 배기 포트(20)에 연결된 배기 밸브(118)는 챔버(12) 내의 압력을 정확히 제어하기 위해 제 1 배기 포트(120)에 연결된 배기 밸브(122)보다 더 작은 오리피스를 가질 수 있다. 건조 및 공기 세정 동안, 제 1 배기 포트(120)에 연결된 배기 밸브(122)는 챔버(12)로부터 증발된 수분과 공기의 양호한 유동을 보장하도록 보다 큰 오리피스를 갖고 챔버(12) 내에서 가능한 가장 작은 압력을 가질 수 있다. 물론, 건조 및 공기 세정에, 단일 배기 밸브가 살균의 배기 요구치를 만족하도록 사용될 수 있다.

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카세트형 오토클레이브에서의 과열 증기 건조는 카세트 챔버 내의 기구 적재물에 열 에너지를 가져오도록 과열 증기의 효율적인 내부 유동에 의존한다. 카세트형 챔버 내에서 생성되는 역압을 방지하도록, 카세트형 챔버로부터의 증기의 배기가 동등하게 효과적일 필요가 있다. 시스템 내에서 생성되는 역압을 최소화하도록, 전용의 배기 밸브(122) 및 큰 지름의 배기 포트(120)가 시스템의 밖으로 배기 증기의 질량 유동을 최대화하기 위해 사용된다. 또한, 배기 포트에 제거가 가능하도록 연결된 배기 덕트는, 시스템의 질량 유동율을 유지하도록 배기 포트 지름에 상응하는 방해받지 않는 개구부를 가져야 한다.

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그러나 배기 덕트 내에 큰 개구부를 부가하는 것은 배기 덕트 내에 누수를 생성할 수 있으며, 이는 배기 덕트가 흡입력을 잃고 트레이의 바닥으로부터 응축물을 제거하는 데 실패하게 할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 두 개의 배기 밸브가 사용되는데, 하나는 정확한 압력 제어를 위한 작은 지름의 배기 포트에 연결되고, 다른 하나는 과열 증기 건조를 위해 큰 지름의 배기 포트에 연결된다. 이러한 단일 입구부의 이중 배기 설정은, 더 많은 잠재적인 누설뿐만 아니라 유지 및 보수를 위해 더 많은 밀봉 및 개스킷을 생성하도록 카세트 내에 세 개의 포트를 의미한다.

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도 18 내지 도 23은 이러한 장치의 사용에 적합하도록 두 개의 분리된 배기 밸브에 두 개의 분리된 연결기를 구비한 동심의 배기 프로브(300)의 실시예를 도시한다. 배기 프로브(300)은 입력 프로브(160)에 근접한 카세트 세시(13) 상에 장착된다. 도 18b에서 보이는 바와 같이, 배기 프로브(300)은 챔버 열전지(350)를 하우징하고, 확인용 열전지(352)와 통신한다.

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도 19 및 도 20에서 보이는 바와 같이 내부 프로브(302) 및 외부 프로브(304) 사이에 형성된 내부 탐침 공간(interprobal space)(301)은 제 1 배기 밸브(306)에 관(305)을 통해 연결되고, 내부 프로브(302)는 관(307)을 통해 제 2 배기 밸브(308)에 연결된다. 내부 프로브(302)는 과열 증기 건조 상태 동안 챔버(12) 밖으로의 배기 증기의 효과적인 질량 유동이 가능하도록 하는 큰 단면 영역을 가진다.

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내부 및 외부 프로브 사이에 형성된 내부 탐침 공간(301)은 내부 프로브 개구부에서 밀봉되도록 구분된다. 이는, 제 1 배기 밸브(306)가 살균 상태 동안 개방되는 경우, 챔버(12)의 바닥으로부터의 응축물의 효과적인 제거를 허용하도록 하는 제 1 배기 밸브(306) 및 배기 덕트(310)의 바닥 개구부 사이의 단일하되 중단되지 않는 경로를 생성한다. 동시에, 이는, 과열 증기 건조 동안 내부 프로브(302)가 질량 유동을 용이하게 하기 위해 방해받지 않은 개구부를 제공한다. 내부 및 외부 프로브는 배기 덕트 밀봉부(312)에 의해 밀봉되어 구분된다(도 23).

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내부 프로브는 완전히 챔버(350)에 둘러싸이고, 카세트의 주입 동안 잠재적인 손해로부터 보호한다.

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사용시, 도 20 내지 도 23에서 도시된 바와 같이, 두 개의 규정된 경로가 존재한다. 증기 경로(320)은 살균 상태 동안 응축/증기 배기 경로이다. 이는 건조 상태 동안 카세트의 바닥으로부터 제 1 배기 밸브(306)을 통해 배기된 응축물을 위한 경로이다. 증기 경로(322)는 과열 증기 건조 상태 동안 제 2 배기 밸브(308)을 통한 증기 배기 경로이다. 제 2 경로(322)는 살균 상태 동안 폐쇄되고, 두 개의 경로는 양 상태 동안 상호 구분된다.

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따라서, 동심의 프로브 배열은 카세트로부터 하나의 포트를 생략하여, 잠재적인 누설 지점을 감소시키고 카세트 내에서 유지될 필요가 있는 개스킷 및 밀봉부의 수를 감소킨다.

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기구 살균 단계를 위해, 방향 밸브(162)는 증기 생성기(142)에서 내부 포트(160)로 증기를 선택적으로 지향시키도록 작동될 수 있다. 유사하게, 기구 건조를 위해, 방향 밸브는(162)는 과열 증기 히터(144)를 통해 증기 생성기(142)에서 제 2 내부 포트(14)로 증기를 선택적으로 지향시키도록 작동될 수 있다.

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살균 및 건조 과정의 속도를 증진시키기 위해서, 과열 증기 히터(144)는 살균 과정 이전 및/또는 건조 과정 이전에 예비 가열될 수 있다. 이러한 예비 가열 과정은 시스템(140)을 위한 시동 과정의 일부로써 이루어진다.

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전술한 바와 같이, 앞서 언급한 장치, 시스템 및 방법은 파우치된/둘러싸인 기구 또는 헐거운(파우치되지 않은) 기구의 과열 증기 건조를 위해 특히 적합하다. 의료용 또는 치과용 분야에 일반적으로 사용되는 살균 파우치는 플라스틱-지류, 지류 및/또는 직물 살균 랩으로 이루어진다. 과열 증기 건조는 파우치 물질이 수분을 보유하는 곳에서 효율적이다.

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본 발명의 다른 실시예가 도 12 내지 도 17에 도시되며, 여기에서 분배 수단(18)은 천공된 플레이트를 포함하며, 이는 카세트 내에 위치하고 챔버 내에서 과열 증기를 분배하도록 편향기 플레이트와 연관되어 가능한 가장 효율적인 방식으로 작동한다. 이러한 플레이트는 기구, 즉 살균되고 건조되는 적재물을 지지하도록 사용될 수도 있다.

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도 12a 및 도 12b는 (상부가 없는) 카세트(202)로써 도시되는 챔버(200)의 사시도를 도시하며, 이는 입력 수단(204) 및 배기 밸브(206)를 가지며 천공된 플레이트(208)을 채택한다. 이러한 카세트(202)는 본 출원인의 살균 시스템에서 이미 언급하고 사용하였던 구성과 유사하다.

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도 13은 이러한 디자인의 실시예의 구성요소들의 전개 사시도이다. 카세트 트레이(210)는 그 내측에 틈(214, 216)을 구비한 후면 벽체(212)를 가진다. 일반적인 디자인에서, 트레이는 정면 벽체(218), 측면 벽체(220) 및 바닥(222)을 가진다.

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이러한 분배 수단(18)의 실시예는, 트레이(210) 내에서 증기 편향기(224)를 따라 맞추어지는 천공된 플레이트(208)를 채택한다. 틈(214)은, 입력 포트 너트(228) 및 입력 포트(226)를 구비한 입구 수단(204)의 일부로써 작용하도록 구성된다. 틈(216)은 배기 포트 너트(234), 배기 포트(232) 및 배기 덕트(230)를 구비한 배기 수단(206)의 일부로써 작용하도록 구성된다. 배기 수단(206)은 전술한 바와 같이 동심의 배기 프로브(300)를 바람직하게 포함할 수 있다.

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도 14a 및 도 14b는 더욱 상세하게 천공된 플레이트(208)을 도시한다. 플레이트(208)는 후면(240) 및 정면(242)를 포함하며, 상기 정면은 일련의 지지부(242a) 및 개구부(242b)로 도시된다. 플레이트(208)의 바닥(244)은, 각 측면에서 바닥의 길이 방향으로 연장되며 바닥(244) 평면으로부터 아래로 연장되는 플랜지(246)를 가진다. 후술할 바와 같이, 이러한 플랜지는 카세트 바닥(222)과 플레이트(208) 사이의 공간을 생성하며, 이는 후면 벽체(212)로부터 플레이트(208) 아래로의 증기 유동이 카세트(202)의 정면 벽체(218)를 향하도록 한다. 후면 벽체(212)와 정면 벽체(218) 사이에서 플레이트(208)는 바닥(222)까지의 거리가 길지 않게 규정됨으로써, 플레이트(208)가 카세트(202) 내에 위치할 때 카세트(202)의 정면 벽체(218)와 플레이트(208)의 정면(242) 사이에서 규정된 공간이 존재함을 주지하여야 한다.

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플레이트(208)의 바닥(244)에는 일련의 구멍 또는 틈(248)이 존재한다. 또한, 후면(240)은 그 일부에서 일련의 틈(250)을 가지는데, 이것은 동작 동안 배기 수단(206)의 일부로 작동하도록 크기 및 위치가 결정되는 배기 개구부를 생성한다.

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천공된 플레이트(208)가 트레이(210) 내에서 뒤쪽으로 잘못 삽입되면, 천공된 플레이트(208)가 트레이(210)에 안착되는 것을 방지하고 연속적으로 카세트 뚜껑(290)이 폐쇄되고 카세트(202)가 살균기 내로 삽입되는 것을 방지하도록, 플레이트(208)의 정면 상의 탭이 증기 편향기(224)의 상부 후방 표면으로 간섭될 것이다. 천공된 플레이트/증기 편향기 어셈블리의 다른 실시예들은, 구성요소들이 정확한 방향으로 삽입되는 것 뿐만 아니라 구성요소들이 삽입조차 안된 경우 작동을 방지하는 것을 보장하도록, 보다 정교한 오류 방지 특징을 더 포함할 수 있다.

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천공된 플레이트(208)는 바람직하게 열 전도성 물질로 이루어진다. 카세트(202)와의 외관의 일치성 및 견고함 때문에 스테인리스 금속이 사용될 수 있는 반면에, 보다 빠른 초기 가열을 제공하고 이에 따라 보다 빠른 살균 싸이클 및 보다 양호한 적재물로의 열전달을 제공하는데 필요한 열전도성을 갖는 알루미늄과 같은 다른 물질이 사용될 수 있다.

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도 15a 및 도 15b는 증기 편향기(224)를 더욱 상세하게 도시한다. 편향기(224)는 장착된 열쇠홈(keyway)(262)을 포함하는 직립 후방 장착면(260)을 포함한다. 장착면(260)은, 장착면(260)에서 외측으로 벌어지고 편향기(224)의 정면 단부(268) 쪽으로의 일련의 구멍 또는 틈(266)을 포함하는 편향기 바닥(264)을 만난다. 도시된 바와 같이, 틈(266)은 편향기 바닥(264)의 일부에만 존재하고, 틈(266)의 다른 구성이 가능함이 이해되어야 한다.

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편향기(224)와 입력 수단(204) 사이의 경계가 중요하다. 편향기(224)는 트레이(210)의 정기적인 세정을 위해 일반적으로 제거 가능한 반면에, 입력 포트(226)는 입력 포트 너트(228)에 의해 후면 벽체(212)에 장착되되 오직 정비를 위해서만 제거된다. 입력 포트(226)은 틈(214)에 장착되고, 입력 프로브와 카세트 트레이(210) 사이에서의 위치적인 공차 범위를 수용하도록 2차원 상에서 부동하도록 허용된다. 보다 효과적이기 위해서는, (항상 정확하게 설치되는 것을 보증하기 위한) 오류 확인 테스트를 위해 증기 편향기(224)는 트레이(210)의 바닥(222) 상에 안착 되어야 하고, 또한 입력 포트(226)에 연결되어야 한다. 입력 포트(226)의 잠재적인 수직 운동을 허락하기 위해 포트(226) 상에 돌출부(227)는 편향기(224)에서의 슬롯형으로 장착된 열쇠홈(262)에 체결된다. 돌출부(227) 및 열쇠홈(262)의 하부 모두 D-형이어서, 포트(226)의 적합한 방향을 보장한다. 이것은 적합한 방향을 허용하고, 트레이 바닥(222)에 대한 편향기(224)의 상승 없이, 포트(226)가 효과적으로 상부 또는 하부로 부동하는 것을 허용한다.

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또한, 편향기(224)는 바닥(264)의 일측에서 아래쪽으로 연장된 플랜지(270, 272)를 포함한다. 플랜지(270)는 편향기 바닥(264)의 전체 구간에서 연장되는 연속적인 플랜지로써 도시되며, 작동 중에 카세트(202)와 함께 위치될 때 편향기(224)의 배기 면 상에 존재하도록 디자인된다. 플랜지(272)는 실재 편향기 바닥(264)의 구간을 따라 공간상으로 배열된 일련의 탭(도면에는 두 개로 도시되나 상기 개수에 한정되지 않음)이며, 작동 동안 카세트(202) 내에 위치될 때 편향기(224)의 입력 측면에 존재하도록 디자인된다. 이러한 탭 사이의 공간은 유입된 공기 일부가 배기 포트(232) 반대에서 카세트 트레이(210)로 배출되도록 하며, 그러한 반대쪽은 탭 사이의 공간이 없었다면 전형적으로 냉점이 될 것이다.

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플랜지(270, 272)는 편향기 바닥(264)과 카세트 바닥(222) 사이에서 공간을 생성하여, 편향기 하부에서 카세트(202)의 정면 벽체(218)를 향하여 과열 증기의 유동을 허용한다. 플랜지(270, 272)는 플레이트(208) 상에서 플랜지(246)만큼 높지 않기에, 사용시 플레이트(208)와 편향기(224) 사이의 구분을 생성한다. 증기 편향기(224)로부터 천공된 플레이트(208)로 방출되는 열은 열전달의 중요한 메커니즘이다. 따라서 천공된 플레이트(208)의 온도는 증기 편향기(224)에 근접 정도에 매우 민감하고, 만약 증기 편향기(224)와 천공된 플레이트(208) 사이에서 최소한의 분리가 유지되지 않는다면, 플레이트(208) 및 국부적인 적재물이 허용 가능한 최대 138℃ 범위까지 가열될 것이다.

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도 16 및 도 17은 플레이트(208) 및 편향기(224)에서 챔버(200) 내의 증기 유동을 도시하고, 도 17은 챔버(200) 내에서 파우치된 적재물(280)을 나타낸다.

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과열 증기는 입력 포트(226)을 통하여 카세트(202)에 진입하고, 입력 포트(226) 및 증기 편향기 후방 마운팅 표면(260)에 의하여 바닥(222)을 향하는 아래쪽 방향으로 지향되된다. 이후, 그것은 증기 편향기(224)와 바닥(222) 사이에서 카세트(202)의 정면 벽체(218) 쪽으로 향한다. 카세트(202)에 진입하는 증기의 온도는 처음에는 138℃보다 크고, 카세트(202)의 사용가능한 체적의 어떠한 부분에서도 언제라도 138℃-기구 제조 업체 및 규제에 의하여 이루어지는 처리 한계-를 초과하지 않도록 제어된다. 이러한 제한은 건조 매체로써 과열 증기를 사용하는 효율의 심각한 제한을 준다. 엔탈피 및 이에 따른 증기의 건조 용량을 최대화하기 위해서, 사용 가능한 체적 내의 증기의 온도는 138℃의 제한을 넘지 않으면서 가능한 한 높아야 하고, 가능한 한 대기압에 근접하여야 한다.

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대다수의 증기는 천공된 플레이트(208)와 카세트 바닥(222) 사이에서 생성된 충만한 체적을 통과하고, 천공된 플레이트(208)을 최대 138℃로 가열하며, 이러한 상황에서 이는 플레이트(208)의 정면(242)과 카세트(202)의 정면 벽체(218) 사이에서 생성된 공간을 통과하고, 카세트(202)의 주요 체적 내에 유입된다. 이는 주된 증기 경로를 지시하는 화살표(P)에 의해 도 16 및 도 17에 도시된다. 카세트(202)가 기구 파우치(280)에 얼마나 밀도 있게 적재되는 지에 의존하여, 어느 정도의 과열 증기는 천공된 플레이트(208)의 바닥(244) 내에서 틈(248)을 통과할 것이다. 이는 두 번째 증기 경로를 지시하는 화살표(S)에 의해 도 16 및 도 17에 도시된다.

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천공된 플레이트(208)에서의 열은 연속적으로 가열되고, 전도 메커니즘을 통해 우선적으로 파우치(280)의 페이퍼 면에 함유된 액체 수분을 증발한다. 전도 건조는 파우치(280)의 페이퍼 면을 건조하고 적재물을 가열하는데 효과적이다. 한편, 과열 증기는 파우치(280)을 통과하는데 효과적이고, 적재물 내의 수분을 증발하고, 카세트(202)에서 외부로 수분을 운반한다. 그 결과, 거의 포화된 공기는 배기 포트(232)를 통해 카세트(202)로부터 배출된다. 천공된 플레이트(208)에서 틈(248)은 배수 구멍과 같은 역할을 하고, 액체형의 수분이 카세트(202)의 뚜껑(290) 및 적재물(280)로부터 카세트(202)의 바닥(222)으로 떨어지도록 하며, 그것은 카세트(202)의 뒤로 배수되도록 하며, 배기 덕트(230)에 의해 제거된다. 배기 덕트(230)는 세척을 위해 제거 가능하도록 허락된다. 사용시(살균 및 건조 상태 모두), 이는 트레이(210)의 바닥에서 응축물의 제거를 위해 허락되고 경로를 규정하는 도관이다.

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과열 증기 에너지가 적재물(280)에서 이미 분리된 응축물을 가열하는데 낭비되지 않도록, 카세트(202)의 바닥(222)에서 많은 액체 수분이 제거될 필요가 있다. 따라서 효과적인 응축물 제거 메커니즘은 과열 증기 에너지가 적재물에 집중되도록 한다.

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a) 소정의 과열 증기가 두 번째 증기 경로에 따르도록 함과 동시에 b) 응축된 수분이 적재물로부터 멀리 배수되도록, 전도 건조를 위해 파우치(280)와 접촉하는 충분한 물질과, 충분한 틈(248)의 크기 및 밀도 사이에서 균형이 이루어진다. 천공된 플레이트(208)에서 틈(248)의 크기는, 물의 표면 장력을 극복하고 트레이(210)의 바닥(222)에 작은 방울이 떨어지도록 충분히 클 필요가 있으며, 가능한 많은 응축물을 배수하다록 충분한 개수 및 밀도가 필요하다. 그러나 적재물(280) 및 플레이트(208) 사이의 접속 영역은 효율적인 에너지 전달을 위해 중요하며; 따라서 틈(248)의 크기 및 틈 사이의 간격이 더 커질 수 없다. 엇갈린 틈 구조가 일련의 가지런한 구멍보다 더 나은 배수를 제공하며: 응축물이 천공된 플레이트(208) 상에서 형성될 때, 이는 플레이트(240)의 뒤쪽 방향으로 굴러 내려간다. 틈(248)을 엇갈리게 하는 것은, 파우치(280)의 뒤쪽을 치고 페이퍼 내에 함침되기 전에, 트레이(210)의 바닥(222)에 배수되는 물이 떨어질 기회를 증가시킨다.

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다른 실시예에서, 천공된 플레이트(208)는 도시된 것보다 더 작은 크기의 틈(248)을 포함하고, 끝에서 끝으로 이어지는 그루브를 포함한다. 이는 플레이트(208)과 적재물(280) 사이에 열적 질량 및 접촉 영역을 증가시키며, 여전히 분리하기 위한 채널을 제공하고 적재물(280)에서 압축된 수분을 제거한다.

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카세트(202)는 전형적으로 6° 경사지며(경사도가 높을수록 더 좋음), 이에 따라 카세트(202)의 뒤가 정면보다 낮아서 카세트(202)의 뒤쪽으로의 응축물의 빠른 이동을 촉진시키고 후속하여 배기 덕트(230)에 의해 제거된다. 카세트 트레이(210)의 바닥(222)과 후면 벽체(212) 사이에서 가변 반경 필렛(variable radius fillet)이 존재하며, 이는 배기 덕트(230)를 향한 트레이 바닥(222)의 뒤쪽 가장자리를 가로지르는 응축물을 채널링하는 효과를 갖는다. 이러한 두 개의 메커니즘은, 살균기 유닛이 수평면 수준에 맞추어 위치될 수 있고, 응축물이 배기 덕트(230)에 의해 추출되도록 배기 포트(232)에 인접한 트레이(210)의 구석으로 이동하는 것을 의미한다.

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주된 증기 경로로서 도시된 바와 같이, 증기 편향기(224)는 고온으로 인가되는 과열 증기가 입력 수단(204)에 의해 천공된 플레이트(208)의 국부적인 영역을 과다 가열하지 않도록 하며, 그리고 입력 증기가 카세트(202) 내의 액체형 수분에 소정의 사용 가능한 에너지를 전달하기 전에 배기 포트(232)를 통해 우선적으로 배출되지 않도록 한다. 다음, 증기는 주된 경로(P)를 따라 카세트(202)의 정면으로 유동하고, 카세트(202)의 정면 벽체(218)와 플레이트(208)의 정면(242) 사이에 생성되는 공간에서 두껑(290) 쪽인 위쪽으로 이동하며, 다음 배기 수단(206) 쪽으로 되돌아온다. 이러한 유동 동안, 과열 증기는, 파우치를 이루는 적재물(280)과 기구 모두로부터, 그리고 뚜껑(290)으로부터 액체형 수분을 증발시킨다.

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이와 같이 적재물(280)의 건조 효과는 천공된 플레이트(208)로부터의 발산성 및 전도성 가열에 의해 효율적이 되며, 그리고 주된 경로(P) 및 2차 경로(S)를 따른 과열 증기의 유동에 의해 생성된 대류에 의해 효율적이 된다.

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따라서, 의료용 및 치과용 기구를 건조하기 위한 본 발명에 따른 장치 및 방법과, 전술한 목적과 목표와 장점을 충분히 만족하는 과열 증기와 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템을 사용한 유사 장치 및 방법이 제공되었음은 명백할 것이다. 본 발명은 도시되는 실시예들과 관련되어 설명되었지만, 많은 치환, 수정, 변형이 전술한 설명을 참조하여 당업자에게 용이함은 자명하다. 따라서 본 발명의 사상 및 넓은 범위 내에서의 그러한 모든 치환, 수정, 변형이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

본 발명의 이점 및 다른 이점들은 아래의 관련 도면 및 설명으로부터 명백할 것이다:

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버의 사시도이다;

도 2는, 도 1의 트레이와 챔버 매니폴드 어셈블리의 개략적으로 전개된 평면 사시도이다;

도 3은, 도 1 및 도 2의 트레이와 매니폴드 어셈블리의 개략적으로 전개된 저면 사시도이다;

도 4는, 도 1 내지 도 3의 매니폴드 어셈블리의 상부 매니폴드 플레이트의 저면도이다;

도 5는, 선 5-5를 따른 도 4의 상부 매니폴드 플레이트의 단면도이다;

도 6은, 대안적인 상부 매니폴드 플레이트의 저면도이다;

도 7은, 다른 대안적인 상부 매니폴드 플레이트의 저면도이다;

도 8은, 또 다른 대안적인 상부 매니폴드 플레이트의 저면도이다;

도 9는, 건조 선반의 사시도이다;

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 살균 및 과열 증기 건조 시스템의 사시도이다;

도 11은, 도 10의 시스템의 블록도이다;

도 12a 및 도 12b는, 본 발명의 다른 실시예의 사시도이다;

도 13은, 본 발명의 트레이 및 분배 수단의 전개 사시도이다;

도 14a 및 도 14b는, 천공된 플레이트의 사시도이다;

도 15a 및 도 15b는, 증기 편향기의 사시도이다;

도 16은, 도 13에 도시된 분배 수단을 채태한 챔버의 측단면도이다;

도 17은, 도 13의 실시예를 나타내는 부분 측단면도이다;

도 18a는, 입력과 출력 프로브를 나타내도록 커버, 카세트 및 틈이 제거된 카세트형 살균기의 사시도이고, 도 18b는, 배기 프로브의 실시예를 상세히 나타내는 도 18a의 상세 단면 사시도이다;

도 19는, 도 18b의 배기 프로브 어셈블리의 단면도이다;

도 20은, 입력 및 배기 프로브 어셈블리의 단면도이다;

도 21은, 응축물 통로 및 과열 증기 통로를 나타내는 배기 프로브 어셈블리의 단면도이다;

도 22는, 카세트와 배기 덕트를 구비한 배기 프로브 어셈블리를 나타내는 수직 단면도이다;

도 23은, 배기 덕트를 통하는 응축물 통로를 나타내는 배기 프로브 어셈블리의 상세 단면도이다.

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본 발명은 도시된 실시예와 관련하여 설명되나, 이러한 실시예에 본 발명이 한정되지 않음은 자명할 것이다. 반대로 아래의 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위 내에서 포함될 수 있는 모든 대안, 수정 및 균등물은 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (58)

1. 과열 증기(superheated steam)를 사용하여 기구를 건조하는 장치로서,

   적어도 하나의 입력 포트를 가지고, 기구를 수용하기 위한 챔버;

   과열 증기를 생성하는 증기 생성 수단;

   상기 챔버 내에서, 상기 입력 포트를 통하여, 상기 증기 생성 수단으로부터의 과열 증기를 분배하도록 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결된 분배 수단; 및

   상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위한 배기 수단을 포함하며,

   상기 배기 수단은 동심으로 배치되는 내부 프로브와 외부 프로브를 포함하는 적어도 하나의 배기 포트를 포함하고,

   상기 내부 프로브 및 상기 외부 프로브는 서로 밀봉 가능하게 구분되어져 상기 배기 포트 상에 내부 탐침 공간을 형성하는,

   장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배기 수단은,

   상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위해 상기 적어도 하나의 배기 포트에 연결된 적어도 하나의 수분 제거 수단을 더 포함하는,

   장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분배 수단은 상호 연결된 복수의 도관에 의해 연결된 복수의 분배 증기 포트를 포함하고,

   상기 상호 연결된 복수의 도관은 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결되는,

   장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분배 수단은, 상기 챔버 내에서 기구를 지지하고 배열하기 위해 천공된 건조 선반에 일체화되는,

   장치.
5. 포화 증기(saturated steam)를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구의 살균을 위한 증기 살균 시스템에서, 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하는 장치로서,

   적어도 하나의 입력 포트를 가지고, 기구를 수용하는 챔버;

   과열 증기를 생성하는 증기 생성 수단;

   기구가 살균된 이후 기구를 건조하도록, 상기 챔버 내에서, 상기 입력 포트를 통해, 상기 증기 생성 수단으로부터의 과열 증기를 분배하기 위해 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결된 분배 수단; 및

   상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위한 배기 수단을 포함하며,

   상기 배기 수단은,

   동심으로 배치되는 내부 프로브와 외부 프로브를 포함하는 적어도 하나의 배기 포트를 포함하고,

   상기 내부 프로브 및 외부 프로브는 서로 밀봉 가능하게 구분되어져 상기 배기 포트 상에 내부 탐침 공간을 형성하는,

   장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 배기 수단은,

   상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하기 위해 상기 적어도 하나의 배기 포트에 연결된 적어도 하나의 수분 제거 수단을 더 포함하는,

   장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 배기 수단은,

   상기 적어도 하나의 배기 포트를 통해 상기 챔버로부터 증발된 수분을 세정(flush)하도록 상기 챔버 내로 공기를 주입하기 위해, 상기 적어도 하나의 입력 포트에 연결된 압축기를 포함하는,

   장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 증기 생성 수단은, 증기 생성기 및 과열 증기 히터를 포함하는,

   장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   방향 밸브를 더 포함하며,

   상기 방향 밸브는, 선택적으로, 상기 증기 생성기로부터 제 1 입력 포트로 기구의 살균을 위한 증기를 인도하거나, 또는, 상기 증기 생성기로부터 상기 과열 증기 히터로 증기를 인도하고 그 후에 기구의 건조를 위해 제 2 입력 포트로 증기를 인도하는,

   장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 증기 생성 수단은 증기 생성기를 더 포함하며,

    상기 증기 생성기는, 저장조에 수용된 양의 물을 선택적으로 계량함(metering)으로써, 기구의 건조를 위한 과열 증기 및 기구의 살균을 위한 포화 증기를 선택적으로 제공하는,

    장치.
11. 증기 살균 시스템에서 과열 증기를 사용하여 의료용 또는 치과용 기구를 건조하기 위한 방법으로서,

    상기 증기 살균 시스템은,

    기구를 수용하기 위한 챔버,

    증기 생성 수단에 연결되기 위한 적어도 하나의 입력 포트, 및

    동심으로 배치되는 내부 프로브와 외부 프로브를 포함하는 배기 포트를 통해 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하는 배기 수단을 포함하며,

    상기 방법은,

    상기 증기 생성 수단에 의해 생성된 포화 증기를 사용하여 기구를 살균하는 단계; 및

    상기 챔버 내에서 수분을 증발하도록 상기 증기 생성 수단에 의해 생성된 과열 증기를 사용하여 기구를 건조하고, 상기 배기 수단을 사용하여 상기 챔버로부터 증발된 수분을 제거하는 단계;를 포함하며,

    상기 내부 프로브 및 외부 프로브는 서로 밀봉 가능하게 구분되어져 상기 배기 포트 상에 내부 탐침 공간을 형성하는,

    방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    과열 증기를 이용하여 기구를 건조하는 상기 단계는,

    상기 적어도 하나의 입력 포트를 통해 과열 증기를 상기 챔버 내로 주입하고,

    증기 편향기 및 천공된 플레이트를 사용하여 상기 챔버 내에서 증기를 아래쪽으로 지향시키고, 그리고 상기 챔버의 정면을 향하여 상기 입력 포트로부터 멀어지도록 앞쪽으로 지향시키고,

    다음 상기 챔버의 뚜껑을 향해 위쪽으로 지향시키고,

    다음 상기 배기 포트를 향해 상기 챔버의 뒤쪽을 다시 향하게 함으로써,

    상기 챔버 내에 과열 증기를 분배하는,

    방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 챔버 내로 상기 적어도 하나의 입력 포트를 통해 공기를 주입함으로써 상기 챔버를 비우는 단계는, 상기 챔버 내에서 상기 적어도 하나의 입력 포트를 통해 공기를 주입시킴으로써 이루어지는,

    방법.
14. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

    상기 분배 수단은,

    상기 챔버의 바닥에 근접하여 상기 챔버 내로 안착하도록 구성되는 천공된 플레이트 및 증기 편향기 수단을 포함하고,

    상기 증기 편향기 수단은 상기 입력 포트와 소통하도록 구성되어, 입력된 증기를 상기 챔버의 상기 바닥으로 아래쪽으로 지향시키고, 상기 천공된 플레이트의 아래에서 상기 챔버의 정면 벽체를 향하여 상기 입력 포트로부터 멀리 앞쪽으로 지향시키는,

    장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    사용시, 상기 플레이트가 상기 챔버의 후면 벽체에 근접하게 위치될 때, 상기 챔버의 정면 벽체와 상기 천공된 플레이트 사이에 갭이 존재하도록, 상기 천공된 플레이트의 크기가 결정되는,

    장치.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 천공된 플레이트는 상기 챔버의 바닥으로부터 상기 편향기와 상기 바닥사이에 거리보다 더 멀게 배치되고, 이로 인하여 상기 챔버 내에서 위치될 때 상기 플레이트 및 상기 편향기 사이에서 공간을 생성하는,

    장치.
17. 삭제
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 내부 탐침 공간은 제 1 배기 밸브에 연결되고, 상기 내부 포트는 제 2 배기 밸브에 연결되는,

    장치.
19. 제 2 항에 있어서,

    상기 배기 포트는, 내부 탐침 공간으로부터 내부 포트를 밀봉되게 구분하도록 배기 덕트를 더 포함하는,

    장치.
20. 제 6 항에 있어서,

    상기 배기 포트는 밀봉 가능하게 상호 구분되고 동심으로 배열된 외부 프로브 및 내부 프로브를 포함하여 내부 탐침 공간을 규정하는,

    장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 내부 탐침 공간은 제 1 배기 밸브에 연결되고, 상기 내부 포트는 제 2 배기 밸브에 연결되는,

    장치.
22. 제 6 항에 있어서,

    상기 배기 포트는, 내부 탐침 공간으로부터 내부 포트를 밀봉되게 구분하도록 배기 덕트를 더 포함하는,

    장치.
23. 제 1 항에 있어서,

    상기 내부 프로브는 온도 센서를 실린더형으로 둘러싸서, 상기 챔버의 삽입과 제거 동안 상기 센서를 충격으로부터 보호하는,

    장치.
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