(57)【要約】【課題】  液体の窒素酸化物から気体窒素酸化物を安全に発生できる。【解決手段】  液体の窒素酸化物を密閉可能な容器(1)に収容する過程と、容器(1)から液体の窒素酸化物を加圧して噴射装置(2)に供給する過程と、実質的に大気圧下の気化空間(3,3’)に液体の窒素酸化物を噴射又は噴霧して、気化空間(3,3’)で窒素酸化物の飽和蒸気圧曲線以下に減圧しかつ気化する過程とを含み、液体窒素酸化物から気体窒素酸化物を発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の窒素酸化物を密閉可能な容器に収容する過程と、
容器から液体の窒素酸化物を加圧して噴射装置に供給する過程と、
実質的に大気圧下の気化空間に液体の窒素酸化物を噴射又は噴霧して、気化空間で窒素酸化物の飽和蒸気圧曲線以下に減圧しかつ気化する過程とを含むことを特徴とする気体窒素酸化物発生法。
【請求項２】
液体の窒素酸化物を加圧して供給する過程は、定量ポンプにより容器から所定の量の液体の窒素酸化物を吸引して、吸引した液体の窒素酸化物を噴射装置に圧送する過程を含む請求項１に記載の気体窒素酸化物発生法。
【請求項３】
弁装置により容器と定量ポンプとの間を開放すると共に、定量ポンプと気化空間との間を閉鎖して、定量ポンプにより容器から所定の量の液体の窒素酸化物を吸引する過程と、
弁装置により容器と定量ポンプとの間を閉鎖すると共に、定量ポンプと噴射装置との間を開放して、定量ポンプにより所定量の液体の窒素酸化物を噴射装置に供給する過程とを含む請求項２に記載の気体窒素酸化物発生法。
【請求項４】
容器と噴射装置との間に設けられた導入弁の上流側の圧力値に応じて導入弁の開閉時間を制御しながら、噴射装置への液体の窒素酸化物の供給量を制御する過程を含む請求項１に記載の気体窒素酸化物発生法。
【請求項５】
予め必要量だけ容器としてのボンベに液体の窒素酸化物を加圧充填して、液体の窒素酸化物をボンベに収容する過程と、
圧送管を通じてボンベを噴射装置に接続する状態で、ボンベと気化空間との間に設けられる導入弁又は噴射装置を開放する過程と、
一定量の液体の窒素酸化物をボンベから噴射装置に圧送する過程を含む請求項１に記載の気体窒素酸化物発生法。
【請求項６】
実質的に大気圧下の気化空間と、
液体の窒素酸化物を収容しかつ密閉可能な容器と、
容器内の所定量の液体の窒素酸化物を気化空間に加圧して噴射又は噴霧する噴射装置とを備え、
気化空間に噴射又は噴霧される液体の窒素酸化物は、窒素酸化物の飽和蒸気圧曲線以下に減圧され気化されることを特徴とする気体窒素酸化物発生装置。
【請求項７】
容器内に収容される液体の窒素酸化物を一時的に収容する可変容積部を有し、所定の量の液体の窒素酸化物を可変容積部から気化空間に加圧して供給する定量ポンプと、
定量ポンプの可変容積部と容器との間及び可変容積部と気化空間との間に接続される弁装置とを備え、
定量ポンプの吸引時に、弁装置は、定量ポンプと気化空間との間を遮断して、定量ポンプは、容器から可変容積部に液体の窒素酸化物を導入し、
定量ポンプの送出時に、弁装置は、容器と定量ポンプとの間を遮断して、定量ポンプは、可変容積部から気化空間に液体の窒素酸化物を圧送する請求項６に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項８】
弁装置は、ボール弁である請求項７に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項９】
弁装置は、ダイヤフラムをそれぞれ有する吸入弁と排出弁である請求項７に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１０】
噴射装置は、気化空間に液体の窒素酸化物を噴霧し気化する噴射口を有し、噴射口の噴孔面積を調節できる請求項６〜９の何れか１項に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１１】
定量ポンプは、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ及びチューブポンプから選択される請求項７〜９の何れか１項に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１２】
容器と気化空間との間に設けられる導入弁と、
導入弁の上流側に設けられる圧力計とを備え、
圧力計の圧力値に応じて導入弁の開閉時間を制御することにより、気化空間への液体の窒素酸化物の供給量を制御する請求項６に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１３】
容器としてのボンベと気化空間とを接続する圧送管と、
ボンベと気化空間との間に設けられる導入弁又は噴射装置とを備え、
導入弁又は噴射装置の開閉時間を制御することにより、予め必要量だけ加圧充填された液体の窒素酸化物をボンベから排出して、一定量の液体の窒素酸化物を気化空間に圧送する請求項６に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１４】
容器と噴射装置との間に接続される加熱装置により液体の窒素酸化物を加熱して、噴射装置から気化空間に窒素酸化物を噴射又は噴霧する請求項６〜１３の何れか１項に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１５】
加熱装置は、容器と噴射装置との間に接続される管路と、管路を包囲するハウジングとを備え、
管路内部を通る液体の窒素酸化物は、ハウジング内の加熱媒体と熱接触する請求項１４に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１６】
液体の窒素酸化物は、四酸化二窒素、三酸化二窒素及び五酸化二窒素の１種又は２種以上から選択される請求項６〜１５の何れか１項に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【請求項１７】
気化した窒素酸化物が接触する対象物を気化空間に収容する請求項６〜１６の何れか１項に記載の気体窒素酸化物発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体窒素酸化物から気体窒素酸化物を発生する発生法と発生装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
医薬品製造の分野では、細菌、微生物及び塵埃の混入を防止してほぼ無菌状態に保持されるクリーンルーム、クリーンブース、アイソレータ等の滅菌室を使用し、医薬品の研究、製造、検査が行われている。クリーンルーム内では、浮遊粒子濃度が制御され、室内への微小粒子の流入、生成及び停滞を最小限に抑え、温度・湿度・圧力が必要に応じて制御される２０〜３００m3程度の規模の部屋が形成される。クリーンブースは、局所作業環境の清浄化を目的に開発された２〜３０m3程度の簡易型クリーンルームを形成する。アイソレータは、装置内の空気と外気を遮断し、透明の前面部材に設けられたゴム手袋により外部から手で内部の操作を行える２〜２０m3程度の大型容器である。
【０００３】
クリーンルーム内の空気は、吸引され又は送風により循環させて浮遊微粒子がフィルタで除去され、クリーンルーム内は、ほぼ無菌化状態に維持される。このように、基本的に、浮遊微粒子を排除すれば、微生物、細菌類も排除でき、クリーンルーム内の微生物汚染を予防できる。しかしながら、実際には、フィルタによる微粒子の除去のみでは、クリーンルームの隅に停滞する空気中に含まれる細菌類を充分に除去することはできず、また、壁面及び床面に付着する微生物等の汚染物質を吸引し又は送風によりフィルタで除去することはできない。このため、クリーンルーム内を定期的に滅菌処理する必要がある。
【０００４】
クリーンルーム等の被滅菌物の滅菌処理技術として、滅菌ガスであるホルムアルデヒド、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）又はオゾン（Ｏ3）を用いるガス滅菌法が知られている。ガス滅菌では、ガス製造装置又はガスボンベから、滅菌ガスを滅菌室内に供給し充満させて、一定時間保持し、これにより、滅菌室内の空気中に浮遊し又は壁に付着する微生物、細菌類を死滅させることができる。
【０００５】
他方、微生物で汚染された使用後の医療機器を再使用する際にも、ガス滅菌が用いられる。医療機器の滅菌では、一般的にオートクレーブ（高圧蒸気滅菌器）を使用するが、約１３０℃まで加温するオートクレーブ滅菌では、ゴム等の熱に弱い材料に使用できず、また、樹脂製器具の滅菌でも、約２気圧の加圧水蒸気が樹脂の隙間に浸入して、反復する滅菌操作により樹脂の劣化が助長される。このため、特に、高温及び加圧に弱い医療機器の滅菌にガス滅菌が有効である。
【０００６】
医療機器のガス滅菌では、エチレンオキサイドガス（ＥＯＧ）を使用することが多い。エチレンオキサイドは、エーテル臭を有する無色透明な物質で２０℃前後では気体となる。滅菌用のエチレンオキサイドガスは炭酸ガスで希釈され、エチレンオキサイド約２０%、炭酸ガス約８０%の混合ガスで高圧容器に充填される。高圧容器からクリーンルーム又は医療機器を配置した滅菌チャンバの被滅菌空間にエチレンオキサイドを含む混合ガスが供給され、被滅菌空間のエチレンオキサイドガス濃度が一定時間保持され、医療機器が滅菌される。
【０００７】
また、被滅菌空間を無菌化する方法として、特許文献１の過酸化水素によりアイソレータを滅菌するシステムが知られる。特許文献１のシステムは、滅菌ガス供給手段と、滅菌ガス供給手段とアイソレータとを接続するガス通路とを備え、滅菌ガス供給手段は、液体の過酸化水素を蒸発させる蒸発器と、蒸発器に液体の過酸化水素を滴下する注入器と、蒸発器に送風される空気を加熱するヒータとを有し、気化した過酸化水素によりアイソレータ内を滅菌する。
【０００８】
引用文献２は、オゾン滅菌装置により、滅菌エリア内の被滅菌物(医療機器、薬品容器等)を滅菌処理する装置を開示する。即ち、被滅菌物に対しオゾンガスを一定時間曝露し、エアレーションラインから空気を導入して、滅菌エリア内部のオゾンを換気する。
【０００９】
更に、滅菌剤として窒素酸化物が注目されている。窒素酸化物は、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、亜酸化窒素（一酸化二窒素）（Ｎ2Ｏ）、三酸化二窒素（Ｎ2Ｏ3）、四酸化二窒素（Ｎ2Ｏ4）及び五酸化二窒素（Ｎ2Ｏ5）等、窒素と酸素からなる化合物の総称である。特許文献３は、ＮＯ、ＮＯ2、ＮＯ3、Ｎ2Ｏ3、Ｎ2Ｏ4、Ｎ2Ｏ5、Ｎ2Ｏ及びこれらの混合物の一種以上の窒素酸化物を含む滅菌剤ガスに、対象物の医療用具を曝露して医療用具を滅菌又は除染するシステムを開示する。滅菌剤ガス発生組成物から窒素酸化物ガスを発生させて、密閉された滅菌室内に収容される医療用具を滅菌する。
【００１０】
エチレンオキサイドガスは、人体への毒性が強く、上気道の粘膜刺激、嘔吐、頭痛を引き起こし、ＤＮＡを損傷する発癌性物質となることもある。このため、滅菌操作後に残留したエチレンオキサイドガスを吸引することは健康上に好ましくない。また、エチレンオキサイドガスは、反応性に富み、加圧により引火及び爆発の危険があり、取扱いが非常に厄介な物質である。更に、米国薬局方（United States Pharmacopeia：ＵＳＰ）でもエチレンオキサイドガスの使用規制が強化され代替物質のニーズが高まっている。
【００１１】
特許文献１のアイソレータシステムでは、沸点が１４１℃の過酸化水素をヒータで加熱し気化させて使用するため、大きなエネルギーが必要であると共に、気化された過酸化水素の蒸気は非常に高温であり、アイソレータ内に熱に弱い材料（ゴム、樹脂）を含む場合、材料が変性及び劣化するおそれがある。特許文献１のシステムでは、過酸化水素の供給量を正確に制御できず、過剰量供給の場合、アイソレータ内の金属部分の腐食、滅菌後の過酸化水素残留を招き、過酸化水素の供給量が少ない場合、アイソレータ内の微生物、細菌類を完全に死滅させることができない。更に、過酸化水素は、反応性が高く、常温でも激しく分解し、特に高濃度では、自己分解により発火及び爆発のおそれがあり、皮膚に付着すると痛みをともなう白斑が生じるため、収容、運搬等の取り扱いが非常に厄介な物質である。金属に対する腐食性も非常に高い。
【００１２】
特許文献２に示すオゾン滅菌装置では、常圧ではなく負圧状態に滅菌エリア内を調節した後、オゾンを滅菌エリアに供給する。また、空気を原料としてオゾンを生成するため、オゾンの生成効率が低く、大容積の滅菌エリア内部を所定濃度のオゾンで充満させるのに長時間要すると共に、オゾン生成量を厳密に制御することができず、滅菌エリア内のオゾン濃度を正確に管理することができない。オゾンは、常温では徐々に分解が進み化学的に不安定であるため、使用直前に現場でオゾンを発生させなければならず、オゾン発生器が必要である。このため、滅菌システム全体が大型化すると共に、イニシャルコスト、電気代を含むランニングコストが増大する。更にオゾンは、強力な酸化力を有するため、高濃度では猛毒であり吸引すると内臓が酸化され糜爛（びらん）状になり、非常に危険な物質である。
【００１３】
窒素酸化物を滅菌剤として用いる特許文献３では、滅菌剤ガス発生組成物のジアゼニウムジオレート化合物（Ｒ3−Ｃ(Ｒ1)x(Ｎ2Ｏ2Ｒ2)y）とシュウ酸とをガス発生室内で反応させて、又はその他の滅菌剤ガス発生組成物と酸とを反応させて、窒素酸化物ガスを発生させる。即ち、ガス発生室内で複数の物質を混合して被滅菌空間に窒素酸化物ガスを供給するため、正確な窒素酸化物ガスの発生量を把握及び管理することができず、被滅菌空間に供給される窒素酸化物の濃度が不安定となり、医療用具を十分に滅菌できないおそれがある。逆に、過剰量の窒素酸化物が供給されると、滅菌後の医療用具に窒素酸化物が高濃度で付着残留して安全上好ましくない。また、一回の滅菌毎に、固体である滅菌剤ガス発生組成物と酸とを混合する操作が必要になれば、実際の医療現場でクリーンルーム又は医療用具の滅菌に使用することは現実的に難しい。更に、酸の使用は、運搬及び保管を含む取扱いに危険を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−６８１２２
【特許文献２】特開２００１−３４０４３２
【特許文献３】特表２００９−５４２３３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明は、酸化力の強い液体窒素酸化物から気体窒素酸化物を発生する発生法と発生装置を提供することを目的とする。また、本発明では、液体の窒素酸化物から気体窒素酸化物を安全に発生できる気体窒素酸化物の発生法と、取扱い容易な気体窒素酸化物の発生装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、大型の発生装置が不要でコンパクトかつ安価な気体窒素酸化物の発生法と発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による気体窒素酸化物発生法は、液体の窒素酸化物を密閉可能な容器(1)に収容する過程と、容器(1)から液体の窒素酸化物を実質的に大気圧下の気化空間(3,3’)に加圧して供給する過程と、噴射装置(2)により液体の窒素酸化物を気化空間(3,3’)に噴射又は噴霧する過程と、噴射又は噴霧された液体の窒素酸化物を気化空間(3,3’)で窒素酸化物の飽和蒸気圧曲線以下に減圧し気化する過程とを含む。
【００１７】
本発明の気体窒素酸化物発生装置は、実質的に大気圧下の気化空間(3,3’)と、液体の窒素酸化物を収容しかつ密閉可能な容器(1)と、容器(1)内の所定量の液体の窒素酸化物を気化空間(3,3’)に加圧して噴射又は噴霧する噴射装置(2)とを備える。気化空間(3,3’)に噴射又は噴霧される液体の窒素酸化物は、窒素酸化物の飽和蒸気圧曲線以下に減圧され気化される。
【００１８】
本発明の実施の形態では、酸化力の強い窒素酸化物の液体を定量ポンプ(4,4’)により予め決められた量だけ容器(1)から噴射装置(2)に圧送し、噴射装置(2)から実質的に大気圧下の気化空間(3,3’)内に液体の窒素酸化物を放出して瞬時に気化させる。気化された窒素酸化物は、例えばクリーンルーム(20)の気化空間(3)全体にガスとして分散されかつ拡散して、気化空間(3,3’)を所定濃度に保持し、気化空間(3,3’)全体を迅速かつ効率良く無菌化する。また、例えば、チャンバ(30)内の気化空間(3,3’)に配置される医療機器(12)等の対象物を無菌化処理する場合、気化された窒素酸化物は、対象物(12)の全表面に接触し対象物(12)を滅菌する。
【００１９】
本明細書では、「滅菌」は、全種の増殖性微生物（主に細菌類）を完全に滅却する処理又は微生物の生育可能性が零の完全な無菌状態に収斂する処理、即ち、滅菌後の微生物等の存在確率指標：無菌性保証水準（Sterility Assurance level：SAL）を１０-6以下に低減する処理をいい、分子生物学又はバイオテクノロジーでは、「滅菌」は、微生物の機能を完全に不活化することが求められる。従って、「滅菌」は、病原微生物の能力を減退させるが全微生物を殲滅する意味ではない「消毒」や、一部の菌を消滅させるが、消滅する菌の対象及び程度を含まない「殺菌」とは異なる。また、本発明では、細菌の死骸であるエンドトキシンも有効に除去して、滅菌より更に高度処理の脱パイロジェン処理も行うことができる。
また、常温で僅かな圧力を加えて容器(1)内に液体の窒素酸化物を収容できるので、高耐圧の容器を使用せずに、安全かつ簡易に容器(1)内に液体の窒素酸化物を収容し、取り出して使用することができる。このため、気体の滅菌剤に比べて、液体の窒素酸化物の運搬費と維持費を大幅に低減し、更に、小型かつ安価な装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による気体窒素酸化物の発生法及び発生装置は、滅菌室に窒素酸化物を導入して気化空間に浮遊し、又は気化空間の対象物（例えば医療機器）に付着する細菌及びウイルスを含む微生物を完全に死滅及び破壊して、微生物及び細菌由来の感染症、精密部品の損傷を防止することができる。また、複数物質を混合せずに比較的安全な液体の窒素酸化物を正確に計量して、効率良く窒素酸化物をほぼ大気圧下の滅菌室内に導入するので、安定な濃度でかつ安全に窒素酸化物を供給すると共に、滅菌操作に要する時間及びエネルギコストを低減できる。更に、オゾン発生器、プラズマ装置等、滅菌剤を発生させる装置が不要なため、装置全体を小型化できると共に、初期及び稼動コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による気体窒素酸化物発生装置の第１の実施の形態を示す概略図
【図２】四酸化二窒素（二酸化窒素）の飽和蒸気圧曲線を示すグラフ
【図３】本発明による気体窒素酸化物発生装置の第２の実施の形態を示す概略図
【図４】二方弁を使用する本発明による気体窒素酸化物発生装置の第３の実施の形態を示す概略図
【図５】チューブポンプを使用する本発明による気体窒素酸化物発生装置の第４の実施の形態を示す概略図
【図６】本発明による気体窒素酸化物発生装置の第５の実施の形態を示す概略図
【図７】本発明による気体窒素酸化物発生装置の第６の実施の形態を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
クリーンルーム(20)の滅菌操作及び滅菌チャンバ(20)内の医療機器(12)の滅菌操作に適用した本発明による気体窒素酸化物発生装置及びその発生法の実施の形態を図１〜図７について説明する。
【００２３】
クリーンルーム(20)の滅菌操作に用いる本発明の気体窒素酸化物発生装置（滅菌装置）(10)は、液体の窒素酸化物を収容する容器(1)と、実質的に大気圧下のクリーンルーム(20)内の被滅菌空間（気化空間）(3)に窒素酸化物を噴射して気化させる噴射装置(2)と、容器(1)の出口(7)から所定の（予め決められた）量の窒素酸化物を吸引しかつ噴射装置(2)に向けて予め決められた量の液体の窒素酸化物を圧送する定量ポンプ(4,4’)とを備える。噴射装置(2)はノズル又は弁である。本明細書では、「実質的に大気圧下」とは、９０kPa〜１１０kPa範囲の圧力である。容器(1)に収容される液体の窒素酸化物は、四酸化二窒素、三酸化二窒素及び五酸化二窒素の１種又は２種以上から選択され、特に四酸化二窒素が好ましい。液体の四酸化二窒素は、他の物質を混合せずに単体で、簡単な圧力操作により、分散性の高い気体（ガス）の滅菌剤を生成することができる。沸点２１℃の四酸化二窒素では、沸点以下の温度で収容する場合、高圧充填が不要で耐圧性の容器(1)を用いる必要が無く、保存及び運搬の取り扱いが容易である。四酸化二窒素は、二酸化窒素（ＮＯ2）に対し下式の化学平衡が成り立つ。
【００２４】
Ｎ2Ｏ4 ＝ ２ＮＯ2−５７.２kJ
【００２５】
化学平衡式では、一定温度で圧力を上昇させると反応が左側に進行して四酸化二窒素の割合が増加する。逆に、圧力を降下させると右側に反応が進行して二酸化窒素の割合が増加する。四酸化二窒素自体は、無色であるが、化学平衡を通じて二酸化窒素に由来する色、即ち気体では赤褐色、液体では黄色に呈する。本発明では、四酸化二窒素、三酸化二窒素及び五酸化二窒素を２種以上組み合わせた滅菌剤を使用することもできる。
【００２６】
定量ポンプ(4,4’)は、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ及びチューブポンプから選択されるが、特にピストンポンプが好ましい。定量ポンプ（ピストンポンプ(4)）により、予め決められた量の液体の窒素酸化物を正確に計量して容器(1)の底部の出口(7)から取り出し、正確に計量された液体の窒素酸化物を噴射装置(2)に圧送する。このときの圧力値は、噴射装置(2)の直前で絶対圧１１０kPa〜５００００kPaである。１１０kPa以下であると、液体の窒素酸化物を圧送する力が弱く、被滅菌空間(3)への噴射も弱いため、窒素酸化物の気化及び分散が不十分となり、窒素酸化物の拡散が遅く濃度分布が不均一となる。５００００kPaより圧力が大きいと、高圧に適した噴射装置(2)を製造するコストが高く、また、定量ポンプ(4,4’)も大型化する。
【００２７】
噴射装置(2)は、開度（噴孔面積）が調節可能な噴射口(2a)を備え、噴射口(2a)から実質的に大気圧レベルのクリーンルーム(20)に窒素酸化物を噴射し又は噴霧して気化させる。噴孔面積を変更できない噴射口(2a)を有する普及品の噴射装置(2)も使用可能である。噴射装置(2)からクリーンルーム(20)内に噴霧すると、窒素酸化物の濃度が均一化してクリーンルーム(20)内に浮遊する微生物、細菌類だけでなく、クリーンルーム(20)の壁及び床に付着した微生物、細菌類も確実に滅菌することができる。
【００２８】
本実施の形態では、容器(1)に連結される第１のポート(5a)と、定量ポンプ(4,4’)に連結される第２のポート(5b)と、噴射装置(2)に連結される第３のポート(5c)とを有する三方弁(5)を備える。特に限定されないが、球状の弁体(15)及び弁体(15)内に流路(16)を有しかつ内部構造が単純で微生物汚染を抑止できるボール弁を三方弁(5)として使用する。三方弁（ボール弁）(5)は、定量ポンプ(4,4’)に対して容器(1)と連絡するが噴射装置(2)との連絡を遮断する吸引状態と、ピストンポンプ(4)に対して容器(1)との連絡を遮断するが噴射装置(2)と連絡する排出状態とを必要に応じて切り替える。例えば、プランジャポンプ、ダイヤフラムポンプ又はロータリチューブポンプを定量ポンプ(4,4’)に使用することができる。
【００２９】
定量ポンプ(4,4’)と噴射装置(2)との間に加熱装置(6)を設け、液体の窒素酸化物を加熱し、噴射装置(2)から窒素酸化物を噴射する。即ち、図２の四酸化二窒素（二酸化窒素）の飽和蒸気圧曲線を参照して、容器に充填された状態（Ｏ２点）の液体の窒素酸化物を定量ポンプ(4,4’)により加圧し（矢印Ａ）、加熱装置(6)により加熱し（矢印Ｂ）、ほぼ大気圧下のクリーンルーム(20)に放出する（矢印Ｃ）ことにより、窒素酸化物の気化が急激に進行して、クリーンルーム(20)を効率良く、気体の窒素酸化物で充満させることができる。
【００３０】
加熱装置(6)は、内部を液体の窒素酸化物が通る管路(6a)と、管路(6a)を包囲するハウジング(6b)とを備え、螺旋状、フィン状、コイル状、蛇管状等の管路(6a)の表面積の大きい外面に、ハウジング(6b)内の加熱媒体、例えば蒸気又は加熱流体を接触させて、管路(6a)内部を通る液体の窒素酸化物を熱接触により加熱する。加熱媒体との接触面積の大きい螺旋状の管路(6a)を使用して加熱効率を向上することができる。管路(6a)外面に設けたニクロム線、フィルムヒータ等の発熱体も加熱装置(6)として使用でき、また、管路(6a)の一部を電気的に絶縁し、絶縁した両端から通電して管路(6a)自体を発熱体としてもよい。更に、管路(6a)内部（流体中）に電極を設置し、電圧を印可して内部流体を直接ジュール熱で加熱してもよい。加熱装置(6)により、液体の窒素酸化物を２５℃〜１５０℃に加熱して噴射装置(2)に供給する。
【００３１】
液体の窒素酸化物（四酸化二窒素）を用いたクリーンルーム(20)の滅菌操作を図１及び図２について以下説明する。
【００３２】
最初に、液体の四酸化二窒素を容器(1)内に収容する。四酸化二窒素は、強酸化剤であるが、２１℃（沸点）以下の温度、絶対圧２００kPa（約２気圧）程度の圧力で容器(1)に加圧充填すれば（図２点Ｏ１→点Ｏ２）、液体状態で安全に保存することができる。一方、滅菌対象のクリーンルーム(20)は、外部に窒素酸化物が漏出しないように密閉状態が保持される。
【００３３】
容器(1)の底部に形成された出口(7)から、所定の（予め決められた）量の液体の四酸化二窒素を定量ポンプ（ピストンポンプ）(4)内に吸引し、ピストンポンプ(4)の可変容積部（シリンダ）(4a)内に液体の四酸化二窒素を一時的に貯えながら正確かつ迅速に計量する。このとき、三方弁(5)は、第１のポート(5a)と第２のポート(5b)との連通状態、即ち、定量ポンプ(4,4’)に対して容器(1)と連絡するが噴射装置(2)との連絡を遮断する吸引状態にある。
【００３４】
次に、第２のポート(5b)と第３のポート(5c)との連通状態、即ち、定量ポンプ(4,4’)に対して容器(1)との連絡を遮断するが噴射装置(2)と連絡する排出状態に三方弁(5)を切り替え、定量ポンプ(4,4’)から一時的に収容された液体の四酸化二窒素を圧送し（図２矢印Ａ）、加熱装置(6)により、四酸化二窒素を加熱しながら（図２矢印Ｂ）噴射装置(2)に供給する。
【００３５】
定量ポンプ(4,4’)から圧送された予め決められた量の四酸化二窒素は、噴射装置(2)の噴射口(2a)より、クリーンルーム(20)内の被滅菌空間(3)に噴射される（図２矢印Ｃ）。クリーンルーム(20)の被滅菌空間(3)は、実質的に大気圧であるため、加圧及び加熱した液体の四酸化二窒素は、急激に気化して、クリーンルーム(20)内に分散する。分散した気体の窒素酸化物は、四酸化二窒素及び二酸化窒素が混在した状態である。
【００３６】
本実施の形態では、定量ポンプ(4,4’)により、クリーンルーム(20)の被滅菌空間(3)に供給する窒素酸化物の量を厳密に測定して管理できるので、被滅菌空間(3)の窒素酸化物濃度を常時一定に維持することができる。クリーンルーム(20)の容量に応じて数分から数時間、窒素酸化物が存在する状態を維持して、クリーンルーム(20)内に浮遊し又は壁面に付着する微生物及び細菌類を完全に死滅させる。
【００３７】
クリーンルーム(20)の滅菌操作終了後、三方弁(5)と噴射装置(2)との間の圧送管(8)内に滞留する液体の窒素酸化物を容器(1)に戻す操作を行う。即ち、定量ポンプ(4,4’)と噴射装置(2)が連通する状態で定量ポンプ(4,4’)を吸引すると、圧送管(8)内の窒素酸化物が定量ポンプ(4,4’)のシリンダ(4a)内に収容される。次に、定量ポンプ(4,4’)と容器(1)が連通する状態に三方弁(5)を切り替え、シリンダ(4a)内の窒素酸化物を容器(1)に向けて送る。他方、洗浄ガス（窒素ガス又は空気）をクリーンルーム(20)内に図示しない入口から供給し、クリーンルーム(20)内の窒素酸化物を換気除去する。窒素酸化物は、クリーンルーム(20)に連結される排出管(9)を通じフィルタ(11)で除去され、連続的に洗浄ガスをクリーンルーム(20)に供給してフィルタ(11)により窒素酸化物を除去すれば、クリーンルーム(20)内から窒素酸化物を完全に除去することができる。本実施の形態では、クリーンルーム(20)の滅菌処理について例示するが、クリーンルームに限定されず、クリーンブース、アイソレータ、病室、手術室にも適用できる。
【００３８】
以下、本発明による気体窒素酸化物発生装置及びその発生法を滅菌チャンバ(30)内の医療機器(12)に適用した第２の実施の形態を図３について説明する。前記第１の実施の形態と同一の構成には同一符号を付し説明を省略し、前記第１の実施の形態と異なる構成のみ詳述する。
【００３９】
滅菌チャンバ(30)内の被滅菌空間(3’)には、対象物である医療機器(12)又は医薬品容器を配置する。例えば、金属、プラスチック、ゴム等、窒素酸化物に対して劣化しないあらゆる材料の医療機器(12)及び医薬品容器に本発明を適用でき、医療機器(12)は、例えばメス、鉗子、ハサミ、ピンセット等の手術用器具、軟性及び硬性内視鏡、体温計、聴診器、検眼鏡、耳鏡等の診断用器具、カテーテル、注射器、医療用チューブ等の治療用器具、ペースメーカ、埋込み用骨材、手術用ボルト等の埋込み用医療機器を含む。医薬品容器は、例えば、プラスチック容器、ガラス容器、バイアル、スプレー容器、アルミチューブ、ゴム栓、エラストマー樹脂製部品、注射針を含む。事前滅菌だけでなく、使用直前に滅菌する用時滅菌にも本発明を適用できる。医療機器(12)を配置した被滅菌空間(3’)に図示しない蓋を装着し、被滅菌空間(3’)を密閉状態に保持する。
【００４０】
滅菌チャンバ(30)内の被滅菌空間(3’)の圧力はほぼ大気圧である。前記第１の実施の形態と同様の方法により、滅菌装置(10)から液体の窒素酸化物が圧送され、滅菌チャンバ(30)に配置された噴射装置(2)から窒素酸化物が被滅菌空間(3’)に放出される。放出された窒素酸化物は、気化して被滅菌空間(3’)に分散し、医療機器(12)を滅菌する。気体の窒素酸化物は、瞬時に被滅菌空間(3’)に分散するので、医療機器(12)の細部まで拡散して、複雑な形状の医療機器(12)の表面を迅速かつ完全に滅菌することができる。本発明では、定量ポンプ(4,4’)を用いて滅菌チャンバ(30)に供給する液体の窒素酸化物の量を厳密に制御できるので、医療機器(12)の数量、大きさ、材質、汚染度に応じて窒素酸化物の供給量を適宜選択することができる。
【００４１】
前記第１及び第２の実施の形態では、容器(1)、定量ポンプ(4,4’)及び噴射装置(2)の間を互いに連絡し遮断する三方弁(5)を用いたが、三方弁(5)を使用せず、図４に示す第３の実施の形態では、一対の二方弁(17a,17b)を用いる。即ち、容器(1)と定量ポンプ(4,4’)との間に吸入弁(17a)を設け、定量ポンプ(4,4’)と噴射装置(2)との間に送出弁(17b)を設ける。吸入弁(17a)が開き送出弁(17b)が閉じた吸引状態では、容器(1)に連絡するが噴射装置(2)との連絡を遮断し、容器(1)から液体の窒素酸化物を吸引しかつ吸引した窒素酸化物を一時的に定量ポンプ(4,4’)内に収容する。他方、吸入弁(17a)が閉じ送出弁(17b)が開く吸引状態では、容器(1)との連絡を遮断するが噴射装置(2)に連絡し、定量ポンプ(4,4’)内に収容した窒素酸化物を噴射装置(2)に圧送する。本実施の形態では、ダイアフラム（隔膜）(19)の往復運動を利用するダイヤフラムバルブを吸入弁(17a)及び送出弁(17b)として使用するが、特に限定されるものではない。吸入弁(17a)及び送出弁(17b)の開閉動作を交互に切り替えることにより、吸引状態と排出状態の切り替えが可能となる。
【００４２】
前記第１〜第３の実施の形態では、定量ポンプとして、一時的に液体の窒素酸化物を貯え計量するピストンポンプ(4)を用いたが、図５に示す第４の実施の形態では、チューブポンプ(4’)を使用して、容器(1)から噴射装置(2)に窒素酸化物を直接送液する。チューブポンプ(4’)は、回転体(4a’)の回転量に流量が比例し、定量の圧送が可能となる。
【００４３】
図６に示す第５の実施の形態では、ピストンポンプ(4)、チューブポンプ(4’)、三方弁(5)、吸入弁(17a)及び送出弁(17b)を用いずに、容器(1)と被滅菌空間(3)との間の圧送管(8)中に導入弁(55)を設け、導入弁(55)の上流側に圧力計(56)を配置する。圧力計(56)の圧力値と圧送管(8)の内径により液体窒素酸化物の単位時間流量が決まるため、圧力値に応じて導入弁(55)の開閉時間を制御することにより、被滅菌空間(3)に送出する液体窒素酸化物の供給量を容易かつ正確に制御することができる。
【００４４】
図７に示す第６の実施の形態では、容器(1)に予め必要量だけ液体窒素酸化物を加圧充填した滅菌装置を示す。本実施の形態では、被滅菌空間(3)を滅菌する際、圧送管(8)を通じて容器(1)を被滅菌空間(3)に接続した状態で導入弁(55)を開放することにより、液体の窒素酸化物は容器(1)から全て残らず排出される。このため、流量制御を行わずに、常に一定量の液体窒素酸化物を被滅菌空間(3)に供給することができ、被滅菌空間(3)の確実な滅菌を行うことができる。容器(1)は小型ボンベでもよい。また、本実施の形態でも、ピストンポンプ(4)、チューブポンプ(4’)、三方弁(5)、吸入弁(17a)及び送出弁(17b)を必要としない。
【００４５】
前記第１〜第６の実施の形態では、容器(1)と加熱装置(6)との間に導入弁(55)を配置したが、加熱装置(6)と被滅菌空間(3)との間に導入弁(55)を設けてもよい。また、導入弁(55)を設けて又は設けずに、被滅菌空間(3)の入口に形成された噴射装置(2)を弁としてもよい。
【実施例】
【００４６】
本発明による気体窒素酸化物発生装置及びその発生法により微生物の滅菌試験を行った実施例を以下説明する。
【００４７】
滅菌試験
ガラス製のチャンバ内の約８L（２０cm×２０cm×２０cm）の被滅菌空間(3,3’)に、ＳＣＢＩ（Self-Contained Biological Indicator）を配置した。ＳＣＢＩは、微生物胞子が付着した濾紙と培養液を含むガラスカプセルとを小型試験管内に収納し通気フィルタ紙で封止した滅菌試験キットである。ＳＣＢＩを配置した被滅菌空間(3,3’)に対し、定量ポンプ(4,4’)により大気圧より高い圧力で液体四酸化二窒素（Ｎ2Ｏ4）を供給し噴射装置(2)により気化させた。被滅菌空間(3,3’)の四酸化二窒素濃度を１８５００ppm（３６.２８mg/L）として２０分間保持し滅菌処理を行った。
【００４８】
滅菌処理後、被滅菌空間(3,3’)からＳＣＢＩを取り出し、圧力操作によりＳＣＢＩの小型試験管内から四酸化二窒素を除去した。次に、小型試験管内でガラスカプセルを破壊し濾紙を培養液に浸漬させて、滅菌処理後のＳＣＢＩを５８℃の培養器中で約２４時間培養した（滅菌処理ＳＣＢＩ）。他方、滅菌処理を行わず、大気中に２０分間放置したＳＣＢＩも同様に、５８℃の培養器中で約２４時間培養した（非滅菌処理ＳＣＢＩ）。
【００４９】
試験結果
滅菌処理ＳＣＢＩは変化を示さず、微生物が増殖していないことを現し、滅菌が十分に行われたことを確認できた。他方、非滅菌処理ＳＣＢＩでは、変色を示し、滅菌されずに微生物が増殖していることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明による気体窒素酸化物発生装置及びその発生法では、製薬、医療及び食品の分野だけでなく、半導体を中心とする電子工業、精密機械工業の分野の気体窒素酸化物発生及び滅菌にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
(1)・・容器、  (2)・・噴射装置、  (2a)・・噴射口、  (3,3’)・・気化空間（被滅菌空間）、  (4,4’)・・定量ポンプ、  (4a)・・可変容積部、  (5)・・弁装置（三方弁）、  (6)・・加熱装置、  (6a)・・管路、  (7)・・出口、  (12)・・対象物（医療機器）、  (17a)・・弁装置（吸引弁）、  (17b)・・弁装置（送出弁）、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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