本发明涉及一种气体灭菌装置及方法，尤其涉及一种二氧化氮气体灭菌装置及方法。
背景技术：
目前我们常用来消毒剂的气体主要有臭氧、甲醛、过氧化氢蒸汽、环氧乙烷等。臭氧消毒是采用臭氧发生器来产生臭氧，通过管道或者直接放置在房间内，臭氧扩散在整个区域内，通过臭氧的氧化性来达到对细菌的杀灭。消毒之后，我们通过管道把气体抽出排到室外。
甲醛消毒主要通过加热甲醛溶液或者多聚甲醛溶液来产生甲醛气体，通过管道引入房间内，甲醛分子极其容易扩散，且具有很强的氧化性，对细菌和芽孢均可以很好的杀灭。消毒之后，我们通过管道把气体抽出排到室外。
过氧化氢蒸汽消毒的方法为：我们通过蠕动泵把过高浓度过氧化氢溶液吸出，滴加在一个已经加热到140度的加热盘上面，瞬间汽化产生过氧化氢蒸汽，之后通过一个大功率的风机把过氧化氢蒸汽吹出，扩散出去保持在约定的浓度和一段时间之后，过氧化氢的强氧化性可以很快杀灭细菌和芽孢，杀灭完成之后，机器内置一个风机把房间或者密闭空间内的气体抽回经过一个催化剂，催化剂可以分解过氧化氢，这样经过几个小时的循环达到清除过氧化氢残留。
环氧乙烷消毒需包括预热、预湿、抽真空、通入气化环氧乙烷达到预定浓度、维持灭菌时间、清除灭菌柜内环氧乙烷气体、解析以去除灭菌物品内环氧乙烷的残留。环氧乙烷作为消毒剂，优点是：l能杀灭所有微生物，包括细菌芽孢。2灭菌物品可以被包裹、整体封装，可保持使用前呈无菌状态。3相对而言，EO不腐蚀塑料、金属和橡胶,不会使物品发生变黄变脆。4能穿透形态不规则物品并灭菌。5可用于那些不能用消毒剂浸泡，干热、压力、蒸汽及其他化学气体灭菌之物品的灭菌。医疗器械的包装灭菌目前主要采用环氧乙烷来灭菌。
然而，采用上述气体消毒还存在以下不足：臭氧作为消毒气体，成本低且扩散性很好，但是其杀灭效果有限，不能杀灭芽孢。甲醛作为消毒剂，可以杀灭细菌和芽孢，但是甲醛最大的问题是致癌，且可能形成多聚甲醛粉末，导致灭菌的空间内多聚甲醛的残留。过氧化氢蒸汽是一个非常好的灭菌试剂，可以杀灭细菌和芽孢，残留物为水和氧气，满足制药级别的要求，但是问题在于其气体是由过氧化氢溶液在140℃温度下蒸发而产生的，温度下降容易造成过氧化氢气体冷凝变成液体，因此对物品的腐蚀和残留大等问题。同时，过氧化氢气体分子间氢键很多，导致其扩散性还差，对小瓶或者管道复杂的物品很难以达到杀灭效果。环氧乙烷(EO)消毒的最大的问题是：整个灭菌循环时间较长，其原因是需较长时间通风以去除EO残留；EO气体有毒，必须控制室内空气中EO的浓度低于国家规定的标准；EO气体易燃易爆，储存和灭菌时绝对不能泄露，必须选择安全的灭菌器，进行安全操作和储存。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种新的气体灭菌装置及方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种气体灭菌装置，其包括气体发生器、加湿模块、压力控制模块、传感器和PLC控制模块，所述气体发生器的出气端与气密灭菌舱的进气端连接，气密灭菌舱的出气端与所述传感器连接，所述气体发生器、气密灭菌舱和传感器形成第一回路；所述PLC控制模块分别控制所述气体发生器、加湿模块和压力控制模块。
本发明的气体灭菌装置中，PLC控制模块能控制气体发生器、加湿模块、压力控制模块和该装置中所有阀门的打开和关闭，并可显示传感器的检测数据。通过向PLC控制模块的人机界面输入消毒剂溶液蒸发速度、时间，温度、湿度或压力，能控制相应模块工作。此外，本发明的传感器可检测消毒剂气体浓度，还可检测温度、湿度和压力；并且，由于设置了压力控制模块，对于某些物品的灭菌，我们可以通过抽脉冲式真空来协助气体分子扩散，比如为细小的长管道，呼吸纸或者呼吸膜包装的医疗产品灭菌，我们通过抽真空再加入气体，气体分子很容易进入这些管道或者医疗包装内进行灭菌。我们通过脉冲式的抽真空可以进一步保证灭菌效果。
本发明的气体灭菌装置，可用于气密灭菌舱灭菌、消毒。
进一步地，所述气体发生器为二氧化氮气体发生器。这样可通过蒸发二氧化氮溶液产生二氧化氮气体，利用二氧化氮气体的强氧化性来杀灭细菌。二氧化氮性质较稳定，且其蒸发温度很低，在21.1℃时为红棕色刺鼻气体，采用二氧化氮气体发生器，可以利用二氧化氮的特定性质为温度敏感性的物品灭菌。
进一步地，所述气体发生器包括汽化盘、用于向汽化盘滴加消毒剂液体的蠕动泵和用于加热汽化盘的加热单元，所述加热单元和所述汽化盘均设于所述第一回路上，所述汽化盘的出气端与气密灭菌舱的进气端连接，所述加热单元设于所述传感器和所述汽化盘之间。
进一步地，所述第一回路上还设有第一阀门、第二阀门、第三阀门和风机，所述第三阀门设于所述汽化盘和气密灭菌舱之间，所述气密灭菌舱的出气端依次与所述第一阀门、风机连接，所述第二阀门设于所述加热单元和所述传感器之间。
进一步地，所述加湿模块设于所述传感器和所述第三阀门之间，且所述加湿模块与所述汽化盘并联；所述加湿模块与所述传感器之间还设有第四阀门，所述加湿模块、第三阀门、气密灭菌舱、第一阀门、风机、传感器、第四阀门形成第二回路。
进一步地，所述加湿模块包括溶液瓶，还包括用于加热溶液瓶使其产生水蒸气的加热单元或用于超声溶液瓶使其产生水蒸气的超声单元。
进一步地，所述气体灭菌装置还包括依次连接的第五阀门、冷凝器和气体清除单元，所述第五阀门的另一端与所述传感器的出气端连接，所述气体清除单元的另一端与所述第三阀门的出气端连接，所述冷凝器、气体清除单元、气密灭菌舱、第一阀门、风机、传感器和第五阀门形成第三回路。
由于设置了冷凝器和气体清除单元，待灭菌完成后，冷凝器开始工作，此时全部气流均会经过冷凝器和气体清除单元，残留气体首先被冷凝变成液体，液体流入气体清除单元，同时管道中的气体也会经过气体清除单元，进行双重清除气体。气体清除单元内可放置催化吸附剂，采用催化吸附的方式清除气体。设置气体清除单元可以更快速清除残留气体，缩短运行时间。此外，通过设置三个回路，把气体产生、湿度控制、气体清除三个主要的功能分开成三个回路，可以分别控制和操作。
进一步地，所述气体灭菌装置还包括废液收集瓶，所述废液收集瓶与所述气体清除单元连接。设有废液收集瓶，可方便回收气体冷凝所得的液体。
进一步地，所述传感器与所述第三阀门之间还设有第六阀门，所述第六阀门与分别所述汽化盘和所述加湿模块并联。通过第三阀门和第六阀门，我们设置了一个双支路系统，在清除气体之前的阶段，我们打开第三阀门，关闭第六阀门，这样可以让气体直接进入气密灭菌舱，快速进行消毒灭菌，同时避免气体进入气体清除单元，防止气体被清除；在进行气体清除时，关闭第三阀门，打开第六阀门，此时全部气体均经过冷凝器和气体清除单元，实现可以快速清除气体，同时第一回路和第二回路中可能残留的气体也会被清除掉，进一步确保安全。
进一步地，所述气体灭菌装置还包括泄露检测单元，所述泄露检测单元设于所述第一阀门的出气端与所述压力控制模块之间。通过泄露检测单元可以检测本发明气体灭菌装置中管道系统的压力衰减情况，以判定整个系统的密封情况，检测有无泄漏。
另外，本发明还提供了一种气体灭菌方法，为实现此目的，本发明采取的技术方案为：一种气体灭菌方法，其包括以下步骤：
(1)检查气体灭菌装置和该装置中全部连接回路的气密性；
(2)向PLC控制模块的人机界面输入所需的参数：消毒剂液体蒸发速度(即蠕动泵转速)和蒸发时间、灭菌保持时间、灭菌保持时间内继续蒸发消毒剂液体的量、温度、湿度和压力，在PLC控制模块的控制下，加湿模块、压力控制模块和气体发生器的加热单元开始工作；
(3)(汽化盘的)温度、(气密灭菌舱的)湿度、压力达到设定值后，通过蠕动泵向汽化盘滴加消毒剂液体，滴加的消毒剂液体汽化为气体，待气体达到设定的使用量后，进行灭菌；
(4)灭菌后，停止蠕动泵，气体清除单元开始工作，将灭菌的气体依次通过冷凝器，再通过气体吸附清除单元，进行清除残留。
上述步骤(2)即为灭菌的准备阶段；(汽化盘的)温度、(气密灭菌舱的)湿度、压力达到设定值后，进入蒸发阶段；气体达到设定的使用量后进入保持阶段；步骤(4)即为清除阶段。在准备阶段，调整空间湿度，加热盘预热，空间压力调整(加压或者抽真空等)，这些可以通过PLC来控制和设置；蒸发阶段，消毒剂快速蒸发补充到舱内，此时消毒剂使用量＝消毒剂蒸发速度(即蠕动泵的速度)*蒸发时间，有些时候可以通过压力控制单元进行脉冲式抽真空来协助消毒剂气体扩散和渗透，这些可以通过PLC来控制和设置；保持阶段，此时消毒剂浓度达到所需要的工作浓度，灭菌速度提高，需要维持一段时间来达到整体灭菌效果，保持阶段蠕动泵继续向汽化盘滴加消毒剂液体，以补充消毒剂气体到气密灭菌舱内，维持消毒剂的浓度，让消毒剂气体维持在一个灭菌所需要的浓度下，快速灭菌同时保证整体的灭菌效果一致。此时为补充一些消毒剂，蒸发单元可以继续进行工作，可以设置不同的消毒剂蒸发速度和蒸发时间，这些可以通过PLC来控制和设置；清除阶段是保持阶段完成之后；进入消毒剂气体清除阶段，直至消毒剂气体残留被清除到要求的安全浓度，即灭菌完成。
作为本发明所述气体灭菌方法的优选实施方式，所述方法采用的气体为二氧化氮。二氧化氮气体具备强氧化性，可以杀灭细菌和芽孢，我们可以使用二氧化氮作为灭菌气体，给小型的封闭空间灭菌。利用二氧化氮灭菌不仅可以达到同样的杀灭细菌和芽孢的效果，还可以规避甲醛、环氧乙烷、过氧化氢蒸汽灭菌时的产生问题。并且，NO2在21.2℃就可以汽化，其气体温度不高，非常适合给温度敏感性的物品，装有温度敏感性的药物的试剂瓶，注射器等进行灭菌。NO2气体还可以进出透气纸，特卫强等医疗包装材料，灭菌时浓度低且无需要高压高温等，未来可以代替环氧乙烷灭菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的气体灭菌装置包括气体发生器、加湿模块、压力控制模块、传感器和PLC控制模块，通过PLC控制模块分别控制所述气体发生器、加湿模块和压力控制模块，实现了采用气体进行灭菌、消毒；
(2)本发明的气体灭菌装置采用二氧化氮气体发生器(该发生器通过加热二氧化氮溶液产生二氧化氮气体)，可以利用二氧化氮的特定性质给温度敏感性的物品进行灭菌；
(3)本发明通过设置冷凝器和气体清除单元，首先将残留气体冷凝变成液体，载流入气体清除单元，同时管道中的气体也会经过气体清除单元，进行双重清除气体，这样可以更快速清除NO2，缩短运行时间；
(4)本发明的气体灭菌装置通过设置三个回路，把气体产生、湿度控制、气体清除三个主要的功能分开成三个回路，可以分别控制和操作；
(5)本发明的气体灭菌装置通过第三阀门和第六阀门设置了一个双支路系统，这样在清除气体之前的阶段可避免气体进入气体清除单元，防止气体被分解；在进行气体清除时可以快速清除气体；
(6)采用本发明的气体灭菌装置，不仅可以灭菌，还可以部分清除热源；并且，灭菌时间短，清除时间快，可以满足快速流水线等需求；灭菌的残留为硝酸根离子，残留浓度极低且可以被监测。
附图说明
图1为本发明气体灭菌装置的结构框图。
其中，1为加热单元，2为蠕动泵，3为汽化盘，4为第三阀门，5为第一阀门，6为压力控制模块，7为泄露检测单元，8为风机，9为传感器，10为第二阀门，11为第四阀门，12为加湿模块，13为第五阀门，14为冷凝器，15为废液收集瓶，16为气体清除单元，17为第六阀门。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例的一种气体灭菌装置，其包括气体发生器、加湿模块12、压力控制模块6、传感器9和PLC控制模块，气体发生器的出气端与气密灭菌舱的进气端连接，气密灭菌舱的出气端与传感器9连接，所述气体发生器、气密灭菌舱和传感器9形成第一回路；所述PLC控制模块分别控制所述气体发生器、加湿模块12和压力控制模块6。
上述气体灭菌装置中，气体发生器产生的气体经管道输送至气密灭菌舱中，对气密灭菌舱进行灭菌、消毒。其中，PLC控制模块能控制气体发生器、加湿模块12和压力控制模块6，并可显示传感器9的检测数据。通过向PLC控制模块的人机界面输入消毒剂溶液蒸发速度、时间，温度、湿度或压力，能控制相应模块工作。
较佳地，所述气体发生器为二氧化氮气体发生器。这样可通过蒸发二氧化氮溶液产生二氧化氮气体，利用二氧化氮气体的强氧化性来杀灭细菌。采用气体进行消毒灭菌时，可供选择的气体有多种，例如甲醛、环氧乙烷、过氧化氢蒸汽等，而二氧化氮气体具备强氧化性，不仅可以达到所述同样的杀灭细菌和芽孢的效果，还由于其蒸发温度很低，可以规避甲醛、环氧乙烷、过氧化氢蒸汽灭菌时的产生问题，为温度敏感性的物品灭菌。
优选地，所述气体发生器包括汽化盘3、用于向汽化盘3滴加消毒剂液体的蠕动泵2和用于加热汽化盘的加热单元1，加热单元1和汽化盘3均设于所述第一回路上，汽化盘3的出气端与气密灭菌舱的进气端连接，加热单元1设于传感器9和汽化盘3之间。
优选地，所述第一回路上还设有第一阀门5、第二阀门10、第三阀门4和风机，第三阀门4设于汽化盘3和气密灭菌舱之间，所述气密灭菌舱的出气端依次与第一阀门5、风机8连接，第二阀门10设于加热单元1和传感器9之间。
优选地，加湿模块12设于传感器9和第三阀门4之间，且加湿模块12与汽化盘3并联；加湿模块12与传感器9之间还设有第四阀门11，加湿模块12、第三阀门4、气密灭菌舱、第一阀门5、风机8、传感器9、第四阀门11形成第二回路。
为了更快速清除残留气体，缩短运行时间，本发明的气体灭菌装置还包括依次连接的第五阀门13、冷凝器14和气体清除单元16，第五阀门13的另一端与传感器9的出气端连接，气体清除单元16的另一端与第三阀门4的出气端连接，冷凝器14和气体清除单元16、气密灭菌舱、第一阀门5、风机8、传感器9和第五阀门13形成第三回路。
待灭菌完成后，冷凝器14开始工作，此时全部气流均会经过冷凝器14和气体清除单元16，残留气体首先被冷凝变成液体，载流入气体清除单元，同时管道中的气体也会经过气体清除单元16，进行双重清除气体，以更快速清除残留气体，缩短运行时间。此外，通过设置三个回路，把气体产生、湿度控制、气体清除三个主要的功能分开成三个回路，可以分别控制和操作。
为方便回收气体冷凝所得的液体，本发明的气体灭菌装置还包括废液收集瓶15，废液收集瓶15与气体清除单元16连接。
优选地，传感器9与第三阀门4之间还设有第六阀门17，第六阀门17分别与汽化盘3和加湿模块12并联。通过第三阀门4和第六阀门17，我们设置了一个双支路系统，在清除气体之前的阶段，我们打开第三阀门4，关闭第六阀门17，这样可以让气体直接进入气密灭菌舱，快速进行消毒灭菌，同时避免气体进入气体清除单元，防止气体被清除；在进行气体清除时，关闭第三阀门4，打开第六阀门17，此时全部气体均经过冷凝器和气体清除单元，实现可以快速清除气体，同时第一回路和第二回路中可能残留的气体也会被清除掉，进一步确保安全。
为便于判定整个系统的密封情况，检测有无泄漏，本发明的气体灭菌装置还包括泄露检测单元7，泄露检测单元7设于第一阀门5的出气端与压力控制模块6之间。
采用本发明的气体灭菌装置进行灭菌的方法为：
(1)检查气体灭菌装置和该装置中全部连接回路的气密性；
(2)向PLC控制模块的人机界面输入所需的参数：消毒剂液体蒸发速度和蒸发时间、灭菌保持时间、灭菌保持时间内继续蒸发消毒剂液体的量、温度、湿度和压力，在PLC控制模块的控制下，加湿模块、压力控制模块和气体发生器的加热单元开始工作；
(3)温度、湿度、压力达到设定值后，通过蠕动泵向汽化盘滴加消毒剂液体，滴加的消毒剂液体汽化为气体，待气体达到设定的使用量后，进行灭菌；
(4)灭菌后，停止蠕动泵，气体清除单元开始工作，将灭菌的气体依次通过冷凝器，再通过气体吸附清除单元，进行清除残留；
其中，灭菌采用的气体为二氧化氮。
本发明上述气体灭菌装置的具体使用方法为：
1、首先PLC控制模块控制打开第一阀门5、第三阀门4和第四阀门11，此时第二回路是通畅的；打开风机8，需要灭菌的空间和第二回路形成一个联通系统；在启动压力控制模块6后，往这个联通系统内加压，泄漏检测单元7检测这个管道系统的压力衰减情况，以判定整个系统的密封情况，检测有无泄漏；
2、压力检测完成之后，压力控制模块6调整压力至正常压力状态。向PLC控制模块的人机界面需要灭菌的密闭空间内温度、湿度、气体浓度、压力等数据，如果该数据均在机器容许的范围值之内，开始通过PLC控制模块设置运行程序或者调动控制模块已经存储的程序；
3、首先加湿模块12进行工作，把这个系统内部的湿度逐渐加到80％的湿度以上；如果空间内湿度已经符合要求，则直接进入第5步；
4、加湿过程中第一回路中的加热单元1开始预热，达到设定的温度；
5、加湿完成之后，再打开第二阀门10，此时加热单元1已经达到预设温度，蠕动泵2开始工作，往汽化盘3上滴加消毒剂液体，由于加热单元1已经达到预定温度，汽化盘3就会迅速把滴加的溶液汽化变成气体，生成的气体被气流迅速带到气密灭菌舱内，随之在整个管道中循环流通；同时，传感器9开始检测到气体的浓度；
6、随着蠕动泵2的运行，产生更多气体，逐渐达到预定的需要的气体浓度，一旦达到需要的气体浓度，蠕动泵2开始减速，缓慢的少量产生气体，以保证气体浓度稳定在一个浓度上；同时，根据传感器9的湿度数据，加湿器可以间歇性工作，保证系统内湿度保持在65％或以上一个稳定的值；
7、气体的浓度和湿度稳定在预定的值以上，开始进入保持期，此阶段为灭菌期，我们通过保持一定的时间以确保达到杀灭效果。
8、保持期结束之后，停止蠕动泵2(蠕动泵2在停止工作前，设置一个短时间的反转运行，把蠕动泵2的管道中的溶液全部泵回到试剂瓶中，以确保安全)、加热单元、加湿器停止工作，关闭第三阀门4，打开第五阀门13和第六阀门17，冷凝器14开始工作，此时全部气流均会经过冷凝器14和气体清除单元16，气体首先被冷凝变成液体，流入气体清除单元16，同时管道中的气体也会经过气体清除单元16，进行双重清除NO2气体；
我们通过传感器获得气体在线实时浓度，直到NO2达到安全浓度之后，灭菌就可以结束了；
9、逐渐关闭风机8、冷凝器14等在运行的单元，关闭所有打开的阀门，最终关机完成操作。
需注意的是，对于某些灭菌，我们可以通过压压力控制模块进行抽真空来协助气体分子的扩散，这样可以灭菌那些管道或者医疗内包装。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。