(57)【要約】  殺菌流体中の液体殺菌剤の濃度を決定するセンサが含まれる殺菌システムである。殺菌流体は複数の殺菌剤供給部から供給される殺菌流体の混合物が含まれる。液体殺菌剤の濃度はそれぞれの殺菌剤供給部で異なる。蒸発装置に供給される液体殺菌剤の制御可能な濃度はセンサで表示される。【選択図】図１
2008500096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染除去システムであって、
第１の濃度の殺菌化学薬品を含む第１の液体殺菌剤の第１の供給源と、
第２の濃度の殺菌化学薬品を含む第２の液体殺菌剤の第２の供給源と、
第１の液体殺菌剤の流量を調整する第１の調整手段と、
第２の液体殺菌剤の流量を調整する第２の調整手段と、
第１および第２の液体殺菌剤から構成される混合液体殺菌剤を生成するため前記第１および第２の調整手段を制御する制御手段と、
蒸気殺菌剤を生成するため前記混合液体殺菌剤を受け取る蒸発装置と、
前記蒸気殺菌剤を受け取るチャンバと
を備えたシステム。
【請求項２】
前記システムには混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を検出する第１のセンサが含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１のセンサで検出された混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度に基づいて前記第１および第２の調整手段を制御する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のセンサは、コンデンサの電気特性によって混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を表示する容量型センサである、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を検出する第２のセンサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２のセンサで検出された蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度に基づいて前記第１および第２の調整手段を制御する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のセンサには、蒸気殺菌剤の前記殺菌化学薬品と反応する材料の層を有する要素であって、要素の機械的運動が蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を表示する電気信号に変換される要素が含まれる、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の濃度は前記第２の濃度よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記殺菌化学薬品は過酸化水素である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の液体殺菌剤は９０重量％から１００重量％の水が含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度は前記第１の濃度と前記第２の濃度によって決まる範囲内である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の前記第１の濃度は２５重量％から７５重量％の範囲内である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
（ａ）第１の濃度の殺菌化学薬品を含む第１の液体殺菌剤の第１の供給源と（ｂ）第２の濃度の殺菌化学薬品を含む第２の液体殺菌剤の第２の供給源とを有する汚染除去システムを制御する方法であって、
第１および第２の液体殺菌剤からなる混合液体殺菌剤を生成するため第１の液体殺菌剤および第２の液体殺菌剤の流量を調整することと、
蒸気殺菌剤を生成するため混合液体殺菌剤を蒸発させることと、
蒸気殺菌剤を処理チャンバに導入することと
が含まれる方法。
【請求項１４】
混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を検出することがさらに含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１および第２の液体殺菌剤の流量は、混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の検出した濃度によって調整する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
コンデンサの電気特性は混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を表示する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を検出することがさらに含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
第１および第２の液体殺菌剤の流量は蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度によって調整することがさらに含まれる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
要素の機械的運動が蒸気殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度を表示する電気信号に変換され、前記要素は蒸気殺菌剤の前記殺菌化学薬品と反応する材料の層を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の濃度は第２の濃度よりも大きい、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記殺菌化学薬品は過酸化水素である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記混合液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の濃度は前記第１の濃度と前記第２の濃度によって決まる範囲内である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の液体殺菌剤中の前記殺菌化学薬品の前記第１の濃度は２５重量％から７５重量％の範囲内である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の液体殺菌剤は９０重量％から１００重量％の水が含まれる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に汚染除去システムに関し、特に流体中の殺菌化学薬品の濃度を制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染除去の方法は広範な範囲の適用に使用され、同じく広範な範囲の殺菌剤を使用している。ここで使用する用語の「汚染除去」は、限定はしないが、「バイオ汚染の不活性化」、「化学汚染の不活性化」、「殺菌」、「消毒」および「衛生」を含むプロセスを指す。汚染除去をもたらすために使用する化学薬品はここでは汚染除去剤または殺菌剤とも呼ばれる。
【０００３】
目標とする殺菌または汚染除去の保証レベルを達成するために、汚染除去システムは一定のプロセスパラメータの維持に依存している。過酸化水素蒸気の汚染除去システムの場合、これらのパラメータには、蒸発することになる液体殺菌剤の液体過酸化水素濃度、蒸気殺菌剤の蒸気過酸化水素濃度、飽和度、温度、圧力および露出時間が含まれる。これらのパラメータを制御することで、汚染除去保証レベルの所望の殺菌が成功裏に得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は汚染除去剤または殺菌剤の濃度を制御する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい実施形態によれば汚染除去システムが提供されるが、このシステムには（ａ）第１の濃度の殺菌化学薬品を含む第１の液体殺菌剤の第１の供給源と、（ｂ）第２の濃度で前記化学薬品を含む第２の液体殺菌剤の第２の供給源と、（ｃ）第１の液体殺菌剤の流量を調整する第１の調整手段と、（ｄ）第２の液体殺菌剤の流量を調整する第２の調整手段と、（ｅ）第１および第２の液体殺菌剤を含む混合液体殺菌剤を生成するため前記第１および第２の調整手段を制御する制御手段と、（ｆ）蒸気殺菌剤を生成するため前記混合液体殺菌剤を受け取る蒸発装置と、（ｇ）前記蒸気殺菌剤を受け取るチャンバとが含まれる。
【０００６】
本発明の別の態様によると、（ａ）第１の濃度で殺菌化学薬品を含む第１の液体殺菌剤の第１の供給源と、（ｂ）第２の濃度で殺菌化学薬品を含む第２の液体殺菌剤の第２の供給源とを備える汚染除去システムを制御する方法が提供され、この方法には（１）第１および第２の液体殺菌剤を含む混合液体殺菌剤を生成するため第１の液体殺菌剤および第２の液体殺菌剤の流量を調整すること、（２）蒸気殺菌剤を生成するため混合液体殺菌剤を蒸発させること、（３）蒸気殺菌剤を処理チャンバに導入することが含まれる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の利点は殺菌チャンバ内の殺菌化学薬品の濃度を所望の濃度範囲内にするよう化学薬品濃度を制御する方法および装置の提供にある。
本発明の別の利点は殺菌化学薬品の理想的な濃度を殺菌チャンバ内に実現させるよう化学薬品濃度を制御する方法および装置を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに別の利点は殺菌チャンバ内の殺菌化学薬品の濃度を殺菌化学薬品に関連する半寿命および吸収の補償のために制御する方法および装置を提供することにある。
これらの対象は図面および特許請求の範囲とともに好ましい実施形態の以下の記載から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照するに際して、図面は発明の好ましい実施形態を説明する目的のみのためであり、発明を限定する目的のためではないことに留意されたい。図１はシステム１０内で使用する殺菌化学薬品の濃度を決定するセンサＳ１，Ｓ２を有する汚染除去システム１０を示す。この実施形態では、システム１０は、対象物を過酸化水素、特に蒸気過酸化水素で汚染除去する閉じた環状汚染システムである。本発明は開いた環状汚染システムに関連する使用にも適しているものと理解される。
【００１０】
センサＳ１は多成分の液体殺菌剤中の液体過酸化水素の濃度の決定に関して述べる。センサＳ２は多成分の蒸気殺菌剤中の蒸気過酸化水素の濃度の決定に関して述べる。勿論、本発明によるセンサＳ１およびＳ２は過酸化水素以外の殺菌化学薬品の濃度の決定にも有利に適用される。
【００１１】
ここに示す実施形態では、システム１０には内部処理チャンバ２４を形成する分離室または区画２２が含まれる。処理チャンバ２４は領域の形態をとることも理解される。汚染除去される物品は分離室または区画２２内に配置する。蒸発装置（発生装置とも呼ばれる）３２は供給導管によって分離室または区画２２のチャンバ２４に接続される。供給導管４２はチャンバ２４に入口４４を形成する。蒸発装置３２は供給ライン５４および供給ライン５３および１５３によって第１の液体殺菌剤供給部５２および第２の液体殺菌剤供給部１５２に接続される。蒸発装置３２で受け取った液体殺菌剤は公知の手段で蒸発させる。
【００１２】
計量された量の液体殺菌剤を第１の液体殺菌剤供給部５２から蒸発装置３２に運ぶため、電動機６４駆動のポンプ６２を設ける。同様に計量された量の液体殺菌剤を第２の液体殺菌剤供給部１５２から蒸発装置３２に運ぶため、電動機１６４駆動のポンプ１６２を設ける。好ましい実施形態では、ポンプ６２および１６２は電子制御の計量ポンプである。通常の計量ポンプは吸入ストロークおよび吐出ストロークの２段で液体を移送する。吸入ストロークの間には吸入チェック弁を介してポンプ空所に流体を吸入する。吐出ストロークの間には吸入弁を閉じ吐出弁を開いて流体を押し出す。ストローク長さを変えるかサイクル周期を調節することで流量を変化させることができる。ポンプの流量は電子制御される。
【００１３】
以下に詳述するように、ポンプ６２および１６２の作動を制御することで、第１および第２の液体殺菌剤供給部５２および１５２それぞれから蒸発装置３２に受け取られた液体殺菌剤の流量は選択的に調節できる。システム１０には、限定はしないが、流量計などを含む、第１および第２の液体殺菌剤供給部５２および１５２からの液体殺菌剤の流れを調節する他の装置が含まれることが理解される。
【００１４】
供給ライン５４に圧力スイッチ７２が設けられる。圧力スイッチ７２は一定の静圧が供給ライン５４に存在しなくなった場合に電気信号を出すように作動可能である。
分離室２２および蒸発装置３２は、分離室または区画２２（およびチャンバ２４）の出口ポート４８を蒸発装置３２に接続する戻り導管４６を含む閉じた環状システムの一部である。電動機８４で駆動するブロア８２が戻り導管４６内で分離室または区画２２と蒸発装置３２の間に配置される。ブロア８２は閉じた環状システムを通して殺菌剤およびキャリアガス、好ましくは空気を循環させるように作動可能である。図１に示すように、第１のフィルタ９２および触媒破壊装置９４が戻り導管４６内でブロア８２と分離室または区画２２の間に配置される。第１のフィルタ９２はＨＥＰＡフィルタが好ましく、システム１０を流れる汚染物質を除去するために設けられる。従来知られているように、触媒破壊装置９４はそこを流れる蒸気過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を破壊するように作動可能である。触媒破壊装置９４は蒸気過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を水と酸素に変換する。エヤードライヤ１１２、第２のフィルタ１１４およびヒータ１１６が戻りライン内でブロア８２および蒸発装置３２の間に配置される。エヤードライヤ１１２は閉じた環状システムで吹出された空気から湿気を除去するよう作動可能である。第２のフィルタ１１４はブロア８２で戻り導管４６に吹出された空気を濾過するよう作動可能である。ヒータ１１６はブロア８２で戻り導管４６に吹出された空気を加熱するよう作動可能である。この点、空気は空気が蒸発装置３２に入る前に加熱される。
【００１５】
制御装置１３２はシステム１０の作動を制御するようプログラムされたシステムマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラである。図１に示すように、また制御装置１３２は電動機６４，８４および１６４、およびポンプ６２および１６２に電気接続される。また制御装置１３２にはデータ保存のためデータ保存装置が含まれる（またはデータ保存装置に接続される）ことが好ましい。
【００１６】
センサＳ１およびＳ２はシステム１０内で使用する殺菌化学薬品の濃度を決定するのに適したセンサの形態をとる。センサＳ１はそこの液体過酸化水素の濃度を検出するため供給ライン５４内に配置されるのが好ましい。同様に、センサＳ２はそこの蒸気過酸化水素の濃度を検出するためチャンバ２４内に配置されるのが好ましい。次に典型的なセンサＳ１およびＳ２を以下に述べる。本発明によると、センサＳ１のみ、センサＳ２のみ、またはセンサＳ１およびＳ２を組み合わせてシステム１０を構成することが考えられる。さらに、別の実施形態では、そこの液体過酸化水素の濃度を決定するために追加のセンサを供給ライン５３および１５３のいずれか一方または両方に配置するか、または第１および第２の殺菌供給部５２および１５２内に配置することが考えられる。
【００１７】
典型的なセンサＳ１は図２に示すようにセンサ３００である。センサ３００は、２００３年３月１４日出願、名称「流体の化学濃度を測定する方法および装置」のアメリカ特許出願１０／３８９，０３６に詳細が記載され、ここに完全に組み込まれている。
【００１８】
広く言えば、センサ３００には検出要素として作用するコンデンサ３０５が含まれる。コンデンサ３０５の電気特性はシステム１０で使用する殺菌化学薬品に反応する。この点、コンデンサの誘電率は電子の「分極率」に依存する。分極は電界または電界の能力のもとで双極子を形成し、水分子のような固有の双極子を整列または回転させる分子の能力である。
【００１９】
図２に示す実施形態によると、センサ３００は「ブリッジ回路」の形態をとる。当業者には周知のように、ブリッジ回路は他の既知のインピーダンス値によって未知のインピーダンス値を決定するのに使用される。未知のインピーダンスを決定するのにゼロ条件が使用されるので、非常に精度のある測定が可能となる。ブリッジ回路はシステム１０に使用される殺菌化学薬品の濃度を表示する静電容量値を決定するのに使用される。
【００２０】
センサ３００は一般に電源３２２、ゼロ検出器３３０、電子電位差計３４０、既知容量Ｃ１のコンデンサ３１５、および容量ＣＸのコンデンサ３０５で構成される。
コンデンサ３０５は供給ライン５４を流れる液体殺菌剤に直接露出する。液体殺菌剤はコンデンサ３０５の導電板の間の隙間に満たされて、コンデンサ３０５の絶縁体または「誘電体」として作用する。コンデンサ３０５の容量ＣＸは液体殺菌剤の殺菌化学薬品の濃度に基づいて変化する。
【００２１】
好ましい実施形態では、コンデンサ３０５は平行板コンデンサである。しかし、コンデンサ３０５は異なる形の構造であってもよい。例えば、コンデンサ３０５は円筒状または球状コンデンサにすることもできる。球状コンデンサをコンデンサ３０５として使用する場合は、液体殺菌剤がコンデンサに出入りできるようにコンデンサ３０５の外殻に穴を設ける必要がある。
【００２２】
電子電位差計３４０は機械式電位差計と同じように機能する。この点、電子電位差計３４０には３つの端子がある。２つの端子の間は抵抗要素である。「ワイパー」として知られる第３の端子は抵抗要素に沿う種々の点に接続される。図示する実施形態では、ワイパーは制御装置１３２（図１参照）でデジタル制御される。ワイパーで抵抗要素は２つの抵抗器ＲＢＣおよびＲＡＣに分割される。電子電位差計３４０はカリホルニア、サニーヴェールのケータリストセミコンダクタ会社製の、デジタルでプログラム可能な電位差計（ＤＰＰＴＭ）の形にすることができる。
【００２３】
好ましい実施形態では、電源３２２は正弦波またはパルス波などのＡＣ電圧信号を与える。ゼロ検出器３３０は検流計、電圧計、周波数選択増幅器などのゼロ条件（すなわち、短絡回路）を検出する装置である。
【００２４】
次にセンサ３００の詳細を述べる。ブリッジ回路の要素は接続点ＡＣ，ＢＣ，ＡＤ，およびＢＤの間で接続される。電子電位差計３４０は制御装置１３２で操作され、接続点ＡおよびＢの間の電位差（ＶＡＢ）がゼロになるまで抵抗ＲＢＣおよびＲＡＣを変化させる。この状態が存在すると、ブリッジは平衡または「ゼロ」であると言う。主要なブランチの電圧に対して次の関係が成り立つ。
【００２５】
ＶＡＣ＝ＶＢＣ  および  ＶＡＤ＝ＶＢＤ
ここで、ＶＡＣは接続点ＡおよびＣの間の電圧、ＶＢＣは接続点ＢおよびＣの間の電圧、ＶＡＤは接続点ＡおよびＤの間の電圧、およびＶＢＤは接続点ＢおよびＤの間の電圧である。したがって、
ＶＡＤ／ＶＡＣ＝ＶＢＤ／ＶＢＣ
ＶＡＤ＝ＶＢＤ／（ＶＡＣ／ＶＢＣ）
容量ＣＸのコンデンサ３０５は接続点ＡおよびＤの間に接続され、既知容量Ｃ１のコンデンサ３１５は接続点ＢおよびＤの間に接続される。接続点Ａから接続点Ｃを経て接続点Ｂに接続された電子電位差計３４０は制御装置１３２で調節されて電圧ＶＡＣおよびＶＢＣが変わる。
【００２６】
ゼロ検出器３３０でゼロが検出されると、電流Ｉ１が接続点Ｃから接続点Ａを経て接続点Ｄに流れ、電流Ｉ２は接続点Ｃから接続点Ｂを経て接続点Ｄに流れる。接続点ＡからＣまでの電圧ＶＡＣおよび接続点ＢからＣまでの電圧ＶＢＣは次のように表される。
【００２７】
ＶＡＣ＝Ｉ１ＲＡＣ  および  ＶＢＣ＝Ｉ２ＲＢＣ
容量Ｃのコンデンサを横切る電圧、電流Ｉおよび周波数は次のように表される。
ＶＡＤ＝Ｉ／２πｆＣ
したがって、電圧ＶＡＤ＝Ｉ１／２πｆＣＸ    ＶＢＤ＝Ｉ２／２πｆＣ１
前述したように、ＶＡＤ＝ＶＢＤ／（ＶＡＣ／ＶＢＣ）、ＶＡＣ＝Ｉ１ＲＡＣ、およびＶＢＣ＝Ｉ２ＲＢＣであるので、したがって、
ＣＸ＝Ｃ１（ＲＢＣ／ＲＡＣ）
以上の関係を考慮し、ゼロ条件が検出されたとき、コンデンサ３１５の既知の容量Ｃ１に沿うＲＢＣおよびＲＡＣの抵抗値はコンデンサ３０５の未知の容量値ＣＸの決定に使用できる。  
【００２８】
異なる分子の双極子モーメントの差は流体ライン５４の液体過酸化水素の濃度の決定に使用される。前述したように、液体殺菌剤がコンデンサ３０５の導電板間の隙間に充満するので、コンデンサ３０５の誘電体として作用する。コンデンサ３０５をブリッジ回路の要素に構成することで、ブリッジが平衡またはゼロになったときの抵抗ＲＡＣおよびＲＢＣの測定値がコンデンサ３０５の容量ＣＸの決定に使用できる。それぞれの誘電体の誘電率は液体殺菌剤中の過酸化水素の相対濃度に影響されるので、コンデンサ３０５の容量ＣＸは流体ライン５４の過酸化水素の濃度を表す。
【００２９】
周知のように平行板コンデンサにおいては、Ｃ＝（ｋε０）（Ａ／ｄ）＝（ε）（Ａ／ｄ）である。ここで、Ｃは容量、ｋは誘電率、ε０は自由空間の誘電率（８．８５×１０−１２Ｆ／ｍ）、εはコンデンサ誘電体の誘電率（ファラド／メートル）、Ａはコンデンサ板の面積（ｍ２）、ｄはコンデンサ板間の距離（ｍ）である。εが増加すると容量Ｃは増加する。コンデンサは直径Ｄの円板を有する平行板コンデンサである場合、容量Ｃは次のように表される。
【００３０】
Ｃ＝（πＤ２ε）／（４ｄ）
コンデンサの誘電率ｋは次のように決定できる。
ｋ＝４ｄＣ／（πＤ２ε０）
ここで、容量の値Ｃは前記のように決定される。コンデンサの誘電率は誘電板間の空間に存在する誘電体の容量（Ｃｄ）を決定し、次いで空間に誘電体が存在しないときの容量（Ｃ０）を決定することによっても決定できる。２つの容量の比は誘電率に等しい。
【００３１】
ｋ＝Ｃｄ／Ｃ０
コンデンサの反応は印加されるＡＣ波形の特性（例えば、周波数）によって影響される。この点、容量リアクタンス（ＸＣ）は周波数の関数である。容量リアクタンスは正味容量によって交流に生じる抵抗であり、ＸＣ＝１／（２πｆＣ）オームで表現される。したがって、電源３２２によって発生する波形の周波数はコンデンサの応答に影響する。このように、電源３２２に選択した周波数は、殺菌化学薬品の濃度が変化すると一般に容量が線形で応答する周波数にするのが好ましい。以下に述べるように、このことで容量値の内挿および外挿が簡単に使用できる。適当な線形応答が得られなければ、データ点を増やしてデータ保存装置に保存する。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態にはセンサ３００がブリッジ回路の形で含まれるが、当業者に周知のその他の種類の回路および技術（その他の種類のブリッジ回路、および容量計を含む）を容量測定に適切に使用することができる。例えば、図３に別のセンサ３００Ａを示す。センサ３００ＡはＬＣ共振回路であって、可変コンデンサ３２５（容量ＣＡ）、および前述のように検出素子として作用するコンデンサ３０５（容量ＣＸ）が含まれる。共振周波数はω０-＝（Ｌ（ＣＡ＋ＣＸ））−１／２  であるので、コンデンサ３０５の未知の容量ＣＸは決定できる。
【００３３】
図４は本発明に関連して使用に適したさらに別のセンサ３００Ｂを示す。センサ３００Ｂは「電荷移動」センサ回路である。電荷移動センサ回路はｆＦの分解能を有すると認められている。電荷移動センサ回路ではセンサ電極の未知容量ＣＸは、センサ電極に一定の電圧を印加して電荷を未知容量ＣＳのコンデンサ３３５からなる電荷検出器に移動することで決定される。センサ３００Ｂでは未知容量ＣＸのコンデンサ３０５は前述のように検出素子として作用する。この点、流体ライン５４の液体殺菌剤はコンデンサ３０５の導電板間の空間に満たされるので、コンデンサ３０５の絶縁体または「誘電体」として作用する。コンデンサ３０５は最初、スイッチＳ１を介してＤＣ基準電圧（Ｖｒ）に接続される。コンデンサ３０５が電圧Ｖｒに完全に充電した後、スイッチＳ１を再度開く。コンダクタンスによって引き起こされる漏洩効果をできるだけ少なくするような短い遅延の後、スイッチＳ２を閉じて、コンデンサ３０５に存在する電荷（Ｑ）をコンデンサ３３５（すなわち、電荷検出器）に移動させる。電荷Ｑがコンデンサ３３５に完全に移動すると、スイッチＳ２を開く。電圧Ｖｓを読み取ることで、コンデンサ３０５の容量ＣＸが決定できる。デジタル処理の有効な電圧範囲をもつアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に必要な尺度にするため増幅器に入力する。スイッチＳ３はリセット手段として作用し、各電荷移動サイクルに一定の初期条件を与えるよう電荷移動サイクル間で電荷をリセットする。スイッチＳ１、Ｓ２およびＳ３は電気機械スイッチまたはトランジスタである。デジタルスイッチＳ１、Ｓ２およびＳ３を制御するのに制御ロジックを使用するのが好ましい。好ましい実施形態では、コンデンサ３３５はコンデンサ３０５より十分大きいものが選択される。
【００３４】
センサ３００Ｂに適用される式は次のとおりである。
Ｃｓ＝Ｖｒ（Ｃｙ／（Ｃｙ＋Ｃｓ））
したがって
Ｃｙ＝ＶｓＣｓ／（Ｖｒ−Ｖｓ）
電荷移動センサは独立式容量デジタル変換器（ＣＤＣ）集積回路（ＩＣ）に適用されてきた。例えば、クオンタム・リサーチ・グループは容量のｆＦレベルの変化を検出するＱＰｒｏｘＴＭＣＤＳセンサＩＣ（例えば、ＱＴ３００およびＱＴ３０１ＣＤＣセンサＩＣｓ）を製造する。ＣＤＣセンサＩＣは検出された入力容量に相当するデジタル値を出力する。外部のサンプリングコンデンサの値はセンサのゲインを制御する。
【００３５】
その他の高感度回路要素は英国チェシャーのプロセス・トモグラフィ・リィミテッド製のＰＴＬ１１０容量変換器のような装置で与えられる。ＰＴＬ１１０は１ｆＦの分解能で小さい容量値（１０ｐＦ以下）を測定する。ニューヨーク、ウエストベリのＩＥＴラボ・インコーポレーション製のＡ１６１６精密容量ブリッジは１０−７ｐＦから１０μＦの範囲の容量の測定が可能である。テクトロニクスは０．３ｐＦから３ｐＦまでの容量を測定できるテクトロニクス１３０ＬＣメータを製造する。また、最近の演算増幅器およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣＳ）を使用する容量センサ回路では０．０１ｐＦまでの分解能が容易に得られることは先行技術文献で認められている。
【００３６】
次に図２を参照し、容量ＣＸのコンデンサ３０５を使用する供給ライン５４の液体過酸化水素の濃度の決定についてセンサ３００に関連して以下に述べる。
コンデンサ３０５を水溶液中の既知濃度の液体過酸化水素に露出させて、水溶液中の液体過酸化水素の濃度の関数として容量値ＣＸの一連のデータまたは曲線を取得する。関連する一連のデータまたは曲線は制御装置１３２のデータ保存装置１３３にプログラム化または保存する。液体過酸化水素の濃度が変化するにつれて、コンデンサ３０５の対応する容量ＣＸが決定され、データ保存装置１３３に保存される。例えば、コンデンサの容量ＣＸは液体過酸化水素と水（水溶液の一定容積）とからなる過酸化水素の水溶液の変化する濃度で決定できる。この水溶液には、限定はしないが、
液体過酸化水素０％と水１００％と、
液体過酸化水素２５％と水７５％と、
液体過酸化水素５０％と水５０％と、
液体過酸化水素７５％と水２５％と、
液体過酸化水素１００％と水０％と
が含まれる。
【００３７】
一連のデータをデータ保存装置１３３に保存した後、液体過酸化水素の濃度の測定を開始する。コンデンサ３０５を過酸化水素の水溶液に露出する。次いでコンデンサ３０５の容量ＣＸの値を決定するのにブリッジがゼロになったときのＲＡＣおよびＲＢＣの値を使用する。前に述べたように、ＣＸ＝Ｃ１（ＲＢＣ／ＲＡＣ）である。過酸化水素の対応する濃度を取得するため、データ保存装置１３３に保存したデータの中から測定した容量値ＣＸを探索する。
【００３８】
濃度と容量の線形関係で過酸化水素の絶対濃度を与えるようにするため測定値を規準化することができる。コンデンサ３０５の測定した容量ＣＸが予め保存したデータに見当たらない場合は、コンデンサ３０５の測定容量ＣＸに対応する濃度を取得するために保存したデータで内挿または外挿を行うことができる。前に述べたように、電源３２２で発生した波形の周波数はコンデンサの応答に影響する。コンデンサ３０５の容量ＣＸが適切な線形応答を示さない場合は、内挿または外挿を必要としないように、一連のデータ点を追加してデータ保存装置１３３に保存する必要がある。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態では濃度決定のためにコンデンサ容量を測定して使用するが、限定はしないがコンデンサ誘電体の誘電率を含むコンデンサに関連する他の電気特性を測定して使用することも考えられる。
【００４０】
典型的なセンサＳ２は図５−７に示すようなセンサ２００である。センサ２００は、発明の名称が「流体殺菌剤の濃度を決定するセンサ」で、２００３年９月１６日に出願されたＵＳ特許出願１０／６６３５９３号に詳細が記載され、その全内容が本願に組み入れられる。
【００４１】
概略的に述べると、センサ２００は、システム１０に使用される殺菌化学薬品と相互作用または反応する材料の層または被覆２６２を有する要素２１２で構成され、要素２１２の機械運動または移動が電気信号に変換される。
【００４２】
要素２１２は移動または停止部品であるが、好ましい実施形態では要素２１２はピエゾ電気素子、より好ましくは水晶振動子である。限定はしないが、例えばロッシェル塩、チタン酸バリウム、トルマリン、フッ化ポリビニリデンおよび対称中心のない結晶などの他のピエゾ電気材料も考えられる。この実施形態では、要素２１２は平坦円形の水晶ディスクであり、第１の平面主面２１４と第２の平面主面２１６を有する。電極２２２が第１の主面２１４に配置され、電極２３２が第２の主面２１６に配置される。
【００４３】
電極２２２には、第１の主面２１４の中心に配置された主本体部２２２ａと、要素２１２の第１の方向の縁部に延びる脚部２２２ｂが含まれる。同様に電極２３２には、第２の主面２１６の中心に配置された主本体部２３２ｂと、脚部２２２ｂの第１の方向とは反対方向で要素２１２の縁部に延びる脚部２３２ｂが含まれる。電極２２２，２３２の主本体部２２２ａ，２３２はそれぞれ第１および第２の主面２１４、２１６に配置され、互いに要素２１２の反対側に位置調整される。図面に示すように、脚部２２２ｂ、２３２ｂは中心本体部２２２ａ，２３２ａから互いに反対の方向に延びる。電極２２２，２３２は第１および第２の平面２１４，２１６上に配置される。電極２２２、２３２は導電材料で作られるが、銅、銀または金で作るのが好ましい。リード線２４２，２４４は電極２２２，２３２の脚部２２２ｂ、２３２ｂに取り付けられる。リード線２４２，２４４は電極２２２，２３２に半だ付け、ろう付け、または溶接されて電気接触を保つ。
【００４４】
要素２１２の２つの主面２１４、２１６のうち少なくとも１つの主面はシステム１０内
で使用する殺菌化学薬品と相互作用または反応する材料の層で被覆される。この実施形態では層２６２は主面２１４上にある。この実施形態では層２６２は要素２１２の第１の主面２１４に塗布された材料の２つの弧状または三日月状の層領域２６２ａ，２６２ｂで形成される。弧状領域２６２ａ，２６２ｂは第１主面２１４に配置され、電極２２２はその間に配置される。層領域２６２ａ，２６２ｂを形成する材料は要素２１２の面２１４に固定して取り付けるのが好ましい。本発明のさらなる記載から理解できるように、要素２１２上の材料の質量はセンサ２００の所望の性能特性によって変化する。前述のように、層領域２６２ａ，２６２ｂを形成する材料はシステム１０内で使用される殺菌化学薬品と相互作用または反応する材料が好ましい。
【００４５】
本発明の図示する実施形態では、センサ２００で検出される殺菌化学薬品は蒸気過酸化水素であり、センサ２００の第１の主面２１４上の層領域２６２ａ，２６２ｂを形成する材料は金属酸化物、すなわち、二酸化鉛（ＰｂＯ２）である。酸化銀（ＡｇＯ）または酸化マンガン（ＭｎＯ２）など種々の状態の他の金属酸化物を使用することが考えられる。限定はしないが、例えば一価および二価酸化物状態の混合物を有する金属酸化物などの混合した原子価状態を有する金属酸化物を使用することも考えられる。
【００４６】
層領域２６２ａ，２６２ｂは薄膜堆積プロセスで形成するのが好ましい。用語「薄膜堆積」には物理的気相堆積（ＰＶＤ）および化学的気相堆積（ＣＶＤ）が含まれるものと理解されたい。ＰＶＤが本発明の好ましい実施形態によって使用される。ＰＶＤには蒸発、イオンビームで支援された電子ビーム堆積、および「スパッタリング」（イオンビーム堆積を含む）のプロセスが含まれる。
【００４７】
蒸発には電子ビーム蒸発（ここでは「電子ビーム堆積」とも呼ぶ）などのプロセスが含まれ、さらに電子ビームを使用せずに蒸気を形成するため真空チャンバ内でヒータによって材料を加熱するプロセスも含まれる。加熱は（ａ）抵抗または（ｂ）誘導で行うものに分類される。電子ビームを使用しない蒸発プロセスはＳｉＯ２またはＳｉＯ薄膜を堆積するのに一般に使用され、またイオンビーム支援とともに使用できる。イオンビームで支援された蒸発（ｅ−ビームの使用および不使用にかかわらず）はここではまとめて「イオンビーム支援堆積」と呼ぶ。
【００４８】
図示する実施形態では、センサ２００はセンサＳ２としてチャンバ２４内に配置されてシステムの制御装置１３２に接続され、その間で電気信号が供給される（図１）。制御装置１３２には振動回路（図示しない）が含まれ、周知のように、この回路はセンサ２００の運動を電気信号に変換するためセンサ２００に接続される。制御装置１３２のデータ保存装置１３３は検出される殺菌化学薬品の所定の濃度に対するセンサ２００の電気応答を表すデータを保存する。要素２１２が水晶振動子で、層領域２６２ａ，２６２ｂが二酸化鉛の場合の今までに述べた実施形態では、データ保存装置１３３内に保存されるセンサ２００に関するデータは管理された実験室条件下で集められた実験データである。
【００４９】
データ保存装置１３３に保存されたセンサ２００に関する実験データは次のようにして取得できる。水晶振動子（被膜のない）の固有周波数を測定する。二酸化鉛を水晶振動子に塗布し、ザウアーブレの方程式を使用して被膜の質量を決定する。次いで、水晶振動子を蒸気過酸化水素の制御された種々な濃度に露出する。殺菌化学薬品の濃度に対する被膜の単位質量当たりの周波数変化（またはザウアーブレの方程式を使用して被膜の単位質量当たりの周波数変化）のグラフを作成して制御装置１３２のデータ保存装置に保存する。または、データをグラフでなくチェック表に保存することもできる。理解されるように、水晶振動子に均一厚さの被覆が塗布される場合は、周波数または重量の変化は単位面領域基礎で規準化できる。
【００５０】
一実施形態で提案するように、周波数または重量の変化は水晶振動子に適用された被覆の質量で割り算をして、他の水晶振動子に適用される被覆が質量にかかわらず、周波数の変化が被覆の単位質量に規準化されるようにする。１組のデータは両方とも被覆の単位質量当たりの周波数または重量の変化に規準化されるので、実験室の水晶振動子とは異なる質量で被覆した他の水晶振動子で取得したデータは実験室の水晶振動子から取得した保存データを比較する。最近の堆積手段では、１つの水晶振動子から次の振動子に対して物性変化のほとんどない被覆が堆積できるので、データを規準化する必要はない。    
【００５１】
別の実施形態では、水晶振動子を二酸化鉛で被覆し、次いで既知の濃度の蒸気過酸化水素に露出して、水晶振動子の蒸気過酸化水素濃度の関数として平衡周波数減少値の一連のデータまたは曲線を取得する。次いで、被覆した水晶振動子をシステム１０に装着する。関連する一連のデータまたは曲線はシステム１０の制御装置１３２にプログラム化または保存する。このように、システム１０に保存されたデータはシステム１０内の水晶振動子センサに調和するので、標準化システムを与える。この方法で、保存された一連のデータはその特定の水晶振動子を既知の濃度の蒸気過酸化水素に露出させて作られているので、各システム１０は関連の標準化データのある被覆水晶振動子センサを有する。
【００５２】
センサ２００は、蒸気過酸化水素に露出する結果として、ピエゾ電気素子の周波数が素子上の層の質量変化に関して変化するというコンセプトに基づいて作動する。    
特にピエゾ電気素子の周波数は質量変化に関係し、ザウアーブレ方程式によって決定される。
【００５３】
Δｆ＝−（Ｃｆ）（Δｍ）
Δｆ＝−（ｆ０２／Ｎρ）Δｍ
ここで、
Δｆは周波数変化、
Δｍはピエゾ電気素子の表面上の単位面積当たりの質量変化、
Ｃｆは誘電率、
ｆ０は質量変化前のピエゾ電気素子の作動周波数、
Ｎはピエゾ電気素子の周波数定数、
ρはピエゾ電気素子の密度である。
【００５４】
ここで述べるように蒸気過酸化水素に敏感な材料を支持する他の電気／機械素子の使用も考えられる。このような場合、蒸気過酸化水素に露出したとき、電気／機械素子の物性特性の変化は蒸気過酸化水素の濃度の変化に相関関係をもつ。
【００５５】
システム１０（図１）の作動に関して次に本発明をさらに述べる。典型的な汚染除去サイクルには乾燥段階、条件調整段階、汚染除去段階および通気段階が含まれる。
分離室または区画２２、供給導管４２および戻り導管４６は閉じた環状導管回路を形成する。汚染除去サイクルを最初に始めるとき、制御装置１３２によってブロア電動機８４でブロア８２を駆動し、キャリアガスを閉じた環状回路で循環させる。この実施形態では、キャリアガスは空気である。乾燥段階の間は蒸発装置３２は作動させない。図１で矢印で示すように、エアードライヤ１１２によって、閉じた環状システム、すなわち、供給導管４２、戻り導管４６およびチャンバ２４または分離室または区画２２を通って循環する空気から湿気を除去する。空気が十分低い湿度レベルにまで乾燥したとき、乾燥段階は終了する。
【００５６】
次いで液体殺菌剤を蒸発装置３２に与えるため、蒸発装置３２および殺菌剤供給電動機６４，１６４を作動させて条件調整段階を開始する。本発明の好ましい実施形態によると、第１の殺菌剤供給部５２から供給される液体殺菌剤の過酸化水素の濃度は第２の殺菌剤供給部１５２から供給される液体殺菌剤の過酸化水素の濃度とは異なる。
【００５７】
限定はしないが、例えば、第１の殺菌剤供給部５２から供給される液体殺菌剤は約３５重量％の過酸化水素と約６５重量％の水とからなり、一方第２の殺菌供給部から供給される液体殺菌剤は約５０重量％の過酸化水素と約５０重量％の水とからなる。過酸化水素と水との異なる比率からなる液体殺菌剤も考えられる。例えば、第１の殺菌剤供給部５２からの液体殺菌剤は９０重量％から１００重量％の過酸化水素と０重量％から１０重量％の水で構成し、第２の殺菌剤供給部１５２からの液体殺菌剤は９０重量％から１００重量％の水で構成することもできる。水性過酸化水素の場合、液体過酸化水素は液体殺菌剤の約２５重量％から７５重量％の範囲にあるのが好ましい。
【００５８】
ポンプ６２および１６２の流量は制御装置１３２で制御され、第１の殺菌剤供給部５２および第２の殺菌剤供給部１５２からの液体殺菌剤が混合されるので、液体過酸化水素の所望の濃度に混合された液体殺菌剤が得られる。この点、ポンプ６２および１６２は、第１の殺菌剤供給部５２の液体殺菌剤の過酸化水素濃度から第２の殺菌剤供給部１５２の液体殺菌剤の過酸化水素濃度までの範囲の過酸化水素濃度を有する液体殺菌剤を蒸発装置３２に供給することができる。
【００５９】
第１の殺菌剤供給部５２の液体殺菌剤の過酸化水素濃度を有する液体殺菌剤を蒸発装置３２に供給するためには、制御装置１３２でポンプ１６２の流量をゼロに落として、第１の殺菌剤供給部５２からの液体殺菌剤のみを供給ライン５４内に通す。同様に、第２の殺菌剤供給部１５２の液体殺菌剤の過酸化水素濃度を有する液体殺菌剤を蒸発装置３２に供給するためには、制御装置１３２でポンプ６２の流量をゼロに落として、第２の殺菌剤供給部１５２からの液体殺菌剤のみを供給ライン５４内に通す。
【００６０】
（ａ）第１の殺菌剤供給部５２の液体殺菌剤中の過酸化水素の濃度と、（ｂ）第２の殺菌剤供給部１５２の液体殺菌剤中の過酸化水素の濃度の間の過酸化水素を有する液体殺菌剤を蒸発装置３２に供給するためには、制御装置１３２でポンプ６２および１６２の流量を制御して殺菌剤供給部５２および殺菌剤供給部１５２の両方から液体殺菌剤を供給ライン５４に供給する。
【００６１】
センサＳ１は供給ライン５４内を流れる液体殺菌剤中の過酸化水素の濃度を表すデータを制御装置１３２に供給する。センサＳ１から供給されたデータに応じて、制御装置１３２はポンプ６２および１６２を制御してそれぞれの流量を修正する。したがって、過酸化水素の所望の濃度を有する混合された液体殺菌剤を生成することができる。液体過酸化水素の所望の濃度はチャンバ２４内のセンサＳ２で検出された蒸気過酸化水素の濃度の関数となる。制御装置１３２はセンサＳ２から供給されたデータに応じてポンプ６２および１６２を制御することもできる。
【００６２】
従来知られている方法によって、蒸発装置３内で液体殺菌剤は蒸発して蒸気過酸化水素と水蒸気とになる。蒸発した殺菌剤は閉じた環状導管回路内に導入されて、キャリアガス（空気）によって供給導管４２を通って分離室または区画２２内のチャンバ２４に運ばれる。条件調整段階の間は、蒸気過酸化水素は比較的高速でチャンバ２４内に注入され、過酸化水素レベルを短時間で所望のレベルに上昇させる。条件調整段階の間は、ブロア８２で空気を閉じた環状システム内で連続循環させる。蒸気過酸化水素が蒸発装置３２からチャンバ２４に入ると、蒸気過酸化水素はチャンバ２４から引き出されて触媒破壊装置９４を通り、ここで水と酸素に分解される。
【００６３】
条件調整段階が終了すると、汚染除去段階が始まる。汚染除去段階の間は、蒸発装置３２およびチャンバ２４への液体殺菌剤注入速度を減少させて過酸化水素濃度を所望のレベルに一定に維持する。汚染除去段階は所定の時間で運転され、過酸化水素濃度はチャンバ２４内の所望の汚染除去が十分に実行される所定の時間にわたり所望のレベルで一定に保持される。
【００６４】
汚染除去段階が終了すると、制御装置１３２によって蒸発装置３２を停止させて、蒸気過酸化水素のチャンバ２４内への流れを遮断する。
その後、通気段階の運転に入り過酸化水素レベルを許容閾値（約１ｐｐｍ）にまで下げる。この点、閉じた環状システム内で空気および殺菌剤を続けて循環させ、蒸気過酸化水素の残りを触媒破壊装置９４で分解させる。
【００６５】
センサ２００はチャンバ２４内の雰囲気に露出させる。システム１０の通気段階の間、センサ２００の作動周波数ｆ０は制御装置１３２によって決定される。作動周波数ｆ０は本質的に、センサ２００が蒸気過酸化水素に露出される結果生じることになる質量変化を起こす前のセンサ２００の基線周波数である。条件調整段階の間は、センサ２００はチャンバ２４に入る蒸気過酸化水素に露出する。次の反応が生じるものと考えられる。
【００６６】
ＰｂＯ２＋Ｈ２Ｏ２⇔ＰｂＯ２＋Ｈ２Ｏ＋（１／２）Ｏ２
層領域２６２ａ，２６２ｂの二酸化鉛（ＰｂＯ２）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の反応で層領域２６２ａ，２６２ｂの質量変化が生じる。センサ２００の質量の変化の結果その作動周波数ｆ０が変化する。制御装置１３２で周波数を監視して条件調整段階の間、汚染除去段階の間および通気段階の間の「測定周波数」ｆｍを決定する。測定周波数ｆｍを基線作動周波数ｆ０と比較して周波数の変化を決定する。次いで制御装置で、与えた時点の周波数の変化を制御装置に保存した対応するデータと比較することによって、与えた時点でチャンバ２４内の過酸化水素の濃度が決定される。このように、与えた時点におけるチャンバ２４内の過酸化水素の濃度を制御装置１３２で決定することができる。この点、センサ２００の周波数の変化は過酸化水素の濃度の変化に直接比例する。このように、チャンバ２４内の過酸化水素の濃度は特定の時点で検出でき、センサ２００の周波数の変化に基づいて連続してモニターできる。
【００６７】
本発明の好ましい実施形態では過酸化水素と水とからなる殺菌剤に関して述べてきたが、他の化学成分からなる殺菌剤も本発明に関連して使用することもできる。これらの他の化学成分には限定はされないが、次亜塩素酸塩、ヨードホア、第４級塩化アンモニウム（Ｑｕａｔｓ）、酸性消毒剤、アルデヒド（ホルムアルデヒドおよびグルタルアルデヒド）、アルコール、フェノール、過酢酸（ＰＡＡ）および二酸化塩素からなる群から選択された化学薬品を含む汚染除去化学薬品が含まれる。
【００６８】
殺菌化学薬品の特別の例には、限定はされないが、液体過酸化水素、過酢酸などの過酸、化学薬品を含む塩素、化学薬品を含む臭素、蒸気過酸化水素、蒸気過酸、蒸気過酢酸、オゾン、二酸化エチレン、二酸化塩素、ハロゲン含有化合物、他の高酸化化学薬品（すなわち、オキシダント）、およびそれらの混合物が含まれる。
【００６９】
殺菌化学薬品は、限定はしないが、水、脱イオン化水、蒸留水、アルコール（例えば、第三級アルコール）、グリコール含有化合物、およびそれらの混合物を含む他の化学薬品と組み合わせてもよい。グリコール含有化合物には、限定はされないが、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリコールエーテル、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール、脱イオン化水蒸気、蒸留水蒸気、蒸気アルコール（例えば、第三級アルコール）、およびそれらの混合物が含まれる。これらの化学薬品はキャリア流体または希釈剤として作用する。
【００７０】
以上に記載したことは本発明の特別の実施形態である。この実施形態は説明のためにのみ記載したものであり、発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者であれば数多くの変更および修正が実施され得る。このような変更および修正は特許請求の範囲またはそれと均等な範囲内である限り、すべて本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
本発明は一定の部分および部分の配置において具体的な形態をとり、その好ましい実施形態は明細書で詳細に記述し、かつ一部を形成する付帯する図面で説明する。
【図１】汚染除去システムの概略図である。
【図２】第１の実施形態による汚染除去システムに使用する殺菌化学薬品の濃度を決定する典型的な容量センサの概略ダイヤグラムである。
【図３】第２の実施形態による汚染除去システムに使用する殺菌化学薬品の濃度を決定する典型的な容量センサを示す概略ダイヤグラムである。
【図４】第３の実施形態による汚染除去システムに使用する殺菌化学薬品の濃度を決定する典型的な容量センサを示す概略ダイヤグラムである。
【図５】汚染除去システムに使用する殺菌化学薬品の濃度を決定する典型的なピエゾ電気センサの上面図である。
【図６】図５に示すセンサの側面図である。
【図７】図５に示すセンサの分解図である。
【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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【国際調査報告】
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