一种生物安全型高压灭菌器及灭菌方法与流程

本发明属于灭菌实验装置技术领域，具体涉及一种生物安全型高压灭菌器，还涉及一种生物安全型高压灭菌方法，适用于感染性病原实验产生的垃圾的灭菌。

背景技术：

利用湿热蒸汽对密闭腔体的垃圾进行灭菌。1.现有技术是将腔体尾气阀关着，向腔体内注入蒸汽，闷着升温，灭菌结束后，尾气阀才打开排气。缺陷：这种闷的方式进入蒸汽，因为升温时间较长，会导致腔体内在升温和维持灭菌的这2个阶段产生很多冷凝水，堆积在腔体内，影响灭菌的效果，同时对灭菌后物品的干燥效果也很有限。本专利是采取尾气阀一直打开，然后通过控制进行注入蒸汽对腔体实现升温和灭菌，优点能够实现温度的精准控制，保证灭菌结束后抽真空干燥效果非常好。灭菌后的物品是干燥的，方便处理。

2.现有的技术是向腔体注入蒸汽的时候是蒸汽单独的管道，缺陷：这样蒸汽的压力可能高于夹套压力，导致温度控制波动大。本专利是通过蒸汽先进夹套预热达到一定温度后，在让夹套的蒸汽经过一个控制阀接入腔体内，这样设计能够保证腔体内的实际输入蒸汽压力总是低于夹套的蒸汽压力，是一种安全保护设计，另外腔体的温度控制波动也很小，方便控制。

3.现有技术，夹套和腔体都安装有安全阀，有2个安全阀，缺陷：内腔体多一个管道口，增大了生物安全风险，增加了制造成本。本专利解决了，只需要安装夹套安全阀，即可实现安全保障，降低生物安全风险。

4.现有技术，腔体内的温度传感器是固定在腔体上的，没有单独的插入物品中检测的传感器，缺陷：灭菌过程中物品的真实灭菌温度不够精准，传感器坏了或者不灵敏不能够及时发现，没有参考。本专利，腔体内固定有2个传感器，形成对比，另外还有一个专门插入物品里面的传感器，还是双探头的，4个温度都能够显现，能够实现灭菌过程中温度的准确控制，以及传感器故障立即发现，保证了生物安全。

5.现有技术，腔体被门板压紧后，就开始灭菌，存在门板密封圈老化泄露风险。本专利解决了，腔体门压紧关闭后，及时密封圈发生泄露，也能够保证彻底杀灭，保证生物安全。

6.现有技术：控制系统多为单片机，程序不方便升级，检测手段也有限。本专利解决了,采取plc控制，具备电脑接入刷新程序功能，同时设计有plc对各信号的点检测功能，方便维护检修。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种生物安全型高压灭菌器，还提供一种生物安全型高压灭菌方法，

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物安全型高压灭菌器，包括不锈钢筒状腔体，不锈钢筒状腔体两端为开口端，不锈钢筒状腔体的两个开口端均密封压设有门板，不锈钢筒状腔体的开口端的环形端面上开设有外环安装槽和内环安装槽，外环安装槽内设置有外环密封圈，内环安装槽内设置有内环密封圈，不锈钢筒状腔体的开口端的环形端面上位于外环安装槽和内环安装槽之间开设有充气槽，门板与外环密封圈和内环密封圈密封贴合。

如上所述的充气槽上设置有充气口和放气口，充气口通过第二气动隔膜阀与压缩空气源连接，充气口还通过第一气动隔膜阀与蒸汽发生器的出气口连接，放气口通过第九气动隔膜阀与水冷式换热器的热气入口连接，水冷式换热器的热气出口与水封式真空泵连接。

如上所述的不锈钢筒状腔体的底部设置有腔体进蒸汽口，不锈钢筒状腔体的顶部设置有腔体排气口，不锈钢筒状腔体上套设有夹套，蒸汽发生器的出气口与第三气动隔膜阀的一端连接，第三气动隔膜阀的另一端分别与夹套的进气口连接，夹套的进气口设置有夹套温度传感器和第一安全阀，夹套的出气口依次通过单向阀、第八气动隔膜阀与腔体进蒸汽口连接，夹套的出气口设置有第二疏水阀，

腔体排气口与第四气动隔膜阀一端连接，第四气动隔膜阀另一端设置有排气温度传感器且与第一空气过滤器一端连接，第一空气过滤器另一端与第二空气过滤器一端连接，第二空气过滤器另一端分别与第五气动隔膜阀一端和第六气动隔膜阀一端连接，第五气动隔膜阀另一端与蒸汽发生器的出气口连接，第六气动隔膜阀另一端通过活性炭过滤器与水冷式换热器的热气入口连接。

如上所述的蒸汽发生器的出气口处设置有第二安全阀，蒸汽发生器的出气口处还设置有第一疏水阀。

一种生物安全型高压灭菌器，还包括用于测量不锈钢筒状腔体内压力的腔内压力传感器、以及用于测量不锈钢筒状腔体内温度的腔内温度传感器、以及用于测量不锈钢筒状腔体内待灭菌物品的温度的针式温度传感器。

如上所述的不锈钢筒状腔体上还开设有外部进气孔，外部进气孔与第三空气过滤器一端连接，第三空气过滤器另一端设置有第七气动隔膜阀。

一种生物安全型高压灭菌方法，包括以下步骤：

步骤1、设置第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、和第九气动隔膜阀均为关闭状态，第七气动隔膜阀为开启状态；

步骤2、蒸汽发生器通过电加热产生蒸汽，温度范围为135℃-138℃，并维持在3.5bar；

步骤3、将待灭菌物品放入不锈钢筒状腔体内，将针式温度传感器插入待灭菌物品里面，将不锈钢筒状腔体的两个开口端密封压设第一门板和第二门板；

步骤4、打开第一气动隔膜阀和第九气动隔膜阀，等待5分钟后，关闭第九气动隔膜阀；

步骤5、打开第四气动隔膜阀和第六气动隔膜阀，水封式真空泵启动抽真空，抽到不锈钢筒状腔体的腔内为0.1bar以下的真空度为此，停止抽真空；

步骤6、打开第三气动隔膜阀，等夹套温度传感器升温到灭菌加热需要的温度123℃；

步骤7、打开第八气动隔膜阀，关闭第七气动隔膜阀，夹套内的蒸汽通过单向阀进入不锈钢筒状腔体的腔内，腔体内温度传感器升温到115℃；

步骤8、间歇式开启关闭第八气动隔膜阀和第四气动隔膜阀，第八气动隔膜阀的开启关闭时间比值大于等于第四气动隔膜阀的开启关闭时间比值，开启关闭时间比值为在一个开启关闭周期内，开启时间与关闭时间的比值，使得针式温度传感器测量的温度维持在121℃到123℃之间；

步骤9、维持针式温度传感器测量的温度在121℃到123℃之间30分钟，灭菌维持结束；

步骤10、第一气动隔膜阀、第三气动隔膜阀和第八气动隔膜阀关闭；

步骤11、第九气动隔膜阀、第四气动隔膜阀和第六气动隔膜阀打开，水封式真空泵启动抽真空干燥，不锈钢筒状腔体内的尾气经过腔体排气口排出，并依次经过第一空气过滤器、第二空气过滤器和活性炭过滤器，再经过水冷式换热器降温后由水封式真空泵排出；水封式真空泵的抽真空让不锈钢筒状腔体内的压力降到0.1bar以下，维持5分钟干燥结束；再关闭第九气动隔膜阀；

步骤12、水封式真空泵关闭，第七气动隔膜阀和第二气动隔膜阀打开，外界空气通过第三空气过滤器进入不锈钢筒状腔体内；压缩空气源的压缩空气经过第二气动隔膜阀进入外环安装槽和内环安装槽之间的充气槽内，维持2分钟后，第二气动隔膜阀关闭，第九气动隔膜阀打开，恢复充气槽内的压力与大气压平衡；

步骤13、第二气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、以及第九气动隔膜阀均关闭，打开第一门板或者第二门板。

本发明较现有技术相比，具有以下优点：

1、针对系统控制模式：

传统灭菌器，采取单片机控制，不方便升级。阀门控制也不方便测试；

本发明，采取plc控制，灭菌程序能够动态更新，设备控制调试阶段更加灵活，方便维护；

2、针对门板与腔体密封：

传统灭菌器，采取机械压紧垫圈密封，一旦灭菌过程中垫圈出现裂纹，会导致腔体内的有毒气溶胶外泄，造成生物安全事故；

本发明，机械压紧密封后，在外环密封圈和内环密封圈之间周围形成一道蒸汽保护屏障，一旦发生泄露，蒸汽屏障能够瞬间杀灭泄露出来的病原微生物，大幅提高灭菌过程中的生物安全；

3、针对尾气排放：

传统灭菌器，将腔体内的气体封闭升温灭菌后，再开启尾气排放阀门。尾气有异味；

本发明，灭菌过程中，第四气动隔膜阀（尾气管道阀门）一直开着，尾气经过3级过滤后排放。尾气除味后排放；

4、针对腔体内产生冷凝水情况：

传统灭菌器，由于是封闭情况下蒸汽加热，会导致腔体内的蒸汽产生过多冷凝水，即使在灭菌结束后进行抽真空，也会残留部分冷凝水，对灭菌后的物品拿出造成不方便；

本发明，采取夹套预热后，夹套蒸汽再输入不锈钢筒状腔体内，这样升温过程不会在不锈钢筒状腔体内产生冷凝水；

5、针对蒸汽进入方式：

传统灭菌器，下进，尾气管道控制阀关闭，闷着升温；

本发明，下进，上排，第四气动隔膜阀（尾气管道阀门）一直打开，连续升温；

6、针对温度传感器设置：

传统灭菌器，腔体采取单一温度传感器监测；

本发明，不锈钢筒状腔体采取双温度传感器，实时比对，保障温度真实。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2传统方式门板的连接结构示意图；

图3是本发明的门板的连接结构示意图。

图中：1-第一气动隔膜阀，2-第二气动隔膜阀，3-第三气动隔膜阀，4-第四气动隔膜阀，5-排气温度传感器，6-第一空气过滤器，7-第五气动隔膜阀，8-第二空气过滤器，9-第六气动隔膜阀，10-活性炭过滤器，11-第一门板，12-第一外环密封圈，13-第一内环密封圈，14-腔内压力传感器，15-第一腔内温度传感器，16-夹套温度传感器，17-第一安全阀，18-针式温度传感器，19-第二腔内温度传感器，20-第三空气过滤器，21-第七气动隔膜阀，22-腔体排气口，23-第二外环密封圈，24-第二内环密封圈，25-第二门板，26-夹套，27-腔体进蒸汽口，28-不锈钢筒状腔体，29-第二安全阀，30-蒸汽发生器，,31-第一疏水阀，32-第二疏水阀，33-单向阀，34-第八气动隔膜阀，35-第九气动隔膜阀，36-水冷式换热器，37-水封式-真空泵；38-现有腔体；39-现有垫圈；40-现有门板；41-外环安装槽；42-内环安装槽；43-外环密封圈；44-内环密封圈；45-充气槽。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种生物安全型高压灭菌器，包括不锈钢筒状腔体28，不锈钢筒状腔体28两端为开口端，不锈钢筒状腔体28的两个开口端均密封压设有门板，不锈钢筒状腔体28的开口端的环形端面46上开设有外环安装槽41和内环安装槽42，外环安装槽41内设置有外环密封圈43，内环安装槽42内设置有内环密封圈44，不锈钢筒状腔体28的开口端的环形端面46上位于外环安装槽41和内环安装槽42之间开设有充气槽45，门板与外环密封圈43和内环密封圈44密封贴合。

充气槽45上设置有充气口和放气口，充气口通过第二气动隔膜阀2与压缩空气源连接，充气口还通过第一气动隔膜阀1与蒸汽发生器30的出气口连接，放气口通过第九气动隔膜阀35与水冷式换热器36的热气入口连接，水冷式换热器36的热气出口与水封式真空泵37连接。

不锈钢筒状腔体28的底部设置有腔体进蒸汽口27，不锈钢筒状腔体28的顶部设置有腔体排气口22，不锈钢筒状腔体28上套设有夹套26，蒸汽发生器30的出气口与第三气动隔膜阀3的一端连接，第三气动隔膜阀3的另一端分别与夹套26的进气口连接，夹套26的进气口设置有夹套温度传感器16和第一安全阀17，夹套26的出气口依次通过单向阀33、第八气动隔膜阀34与腔体进蒸汽口27连接，夹套26的出气口设置有第二疏水阀32，

腔体排气口22与第四气动隔膜阀4一端连接，第四气动隔膜阀4另一端设置有排气温度传感器5且与第一空气过滤器6一端连接，第一空气过滤器6另一端与第二空气过滤器8一端连接，第二空气过滤器8另一端分别与第五气动隔膜阀7一端和第六气动隔膜阀9一端连接，第五气动隔膜阀7另一端与蒸汽发生器30的出气口连接，第六气动隔膜阀9另一端通过活性炭过滤器10与水冷式换热器36的热气入口连接。

蒸汽发生器30的出气口处设置有第二安全阀29，蒸汽发生器30的出气口处还设置有第一疏水阀31。

一种生物安全型高压灭菌器，还包括用于测量不锈钢筒状腔体28内压力的腔内压力传感器14、以及用于测量不锈钢筒状腔体28内温度的腔内温度传感器（第一腔内温度传感器15和第二腔内温度传感器19）、以及用于测量不锈钢筒状腔体28内待灭菌物品的温度的针式温度传感器18。

不锈钢筒状腔体28上还开设有外部进气孔，外部进气孔与第三空气过滤器20一端连接，第三空气过滤器20另一端设置有第七气动隔膜阀21。

本申请中，第一气动隔膜阀1、第二气动隔膜阀2、第三气动隔膜阀3、第四气动隔膜阀4、排气温度传感器5、第一空气过滤器6、第五气动隔膜阀7、第六气动隔膜阀9、腔内压力传感器14、第一腔内温度传感器15，夹套温度传感器16、第一安全阀17、针式温度传感器18、第二腔内温度传感器19、、第七气动隔膜阀21、第二安全阀29、蒸汽发生器30、第一疏水阀31、第二疏水阀32、单向阀33、第八气动隔膜阀34、第九气动隔膜阀35、水封式真空泵37均与plc控制模块连接，具备单独编程功能。可以设定灭菌过程中抽真空的真空率，抽真空的次数，可以设定灭菌器灭菌维持阶段的温度和持续的时间。

不锈钢筒状腔体28的两个开口端均密封压设有门板（11、25），外环密封圈露出外环安装槽的部分、以及内环密封圈露出内环安装槽的部分被门板压紧密封，外环安装槽和内环安装槽之间的充气槽充满蒸汽，外环密封圈露出外环安装槽的部分、以及内环密封圈露出内环安装槽的部分也被充满蒸汽，形成蒸汽屏障，再给不锈钢筒状腔体28内抽真空，然后给夹套26通入蒸汽，对夹套26进行预热升温，达到一个有利于灭菌的温度，预热结束，再利用夹套26的蒸汽进入不锈钢筒状腔体28内，实现不锈钢筒状腔体28内升温灭菌，这种情况下能够保证不锈钢筒状腔体28内的蒸汽压力低于夹套蒸汽压力，方便腔体内的温度控制和调节，同时也是对夹套承压的一种安全保护。腔体内温度达到灭菌所需温度进行计时，计时结束后，对腔体内进行抽真空干燥，干燥结束。

一种生物安全型高压灭菌方法，包括以下步骤：

步骤1、设置第一气动隔膜阀1、第二气动隔膜阀2、第三气动隔膜阀3、第四气动隔膜阀4、第五气动隔膜阀7、第六气动隔膜阀9、第八气动隔膜阀34、和第九气动隔膜阀35均为关闭状态。第七气动隔膜阀21为开启状态。

步骤2、蒸汽发生器30通过电加热产生蒸汽，温度范围为135℃-138℃，并维持在3.5bar(0.35mpa)；

步骤3、将待灭菌物品放入不锈钢筒状腔体28内，将针式温度传感器18插入待灭菌物品里面，或者被包裹也行，将不锈钢筒状腔体28的两个开口端密封压设第一门板（11）和第二门板（25）；

步骤4、打开第一气动隔膜阀1，第九气动隔膜阀35，等待5分钟后，关闭第九气动隔膜阀35（目的是为了让门板密封圈形成蒸汽屏障）；

步骤5、打开第四气动隔膜阀4和第六气动隔膜阀9，水封式真空泵37启动抽真空，抽到不锈钢筒状腔体28的腔内为0.1bar（0.01mpa）以下的真空度为此，停止抽真空（抽真空的目的是为了减少腔体内升温不均横，降低空气对灭菌过程的影响）；

步骤6、打开第三气动隔膜阀3，等夹套温度传感器16升温到灭菌加热需要的温度123℃；由于设计有第二疏水阀32，所以蒸汽发生器产生的3.5bar蒸汽是可以通入夹套26内的。

步骤7、打开第八气动隔膜阀34，关闭第七气动隔膜阀21，夹套26内的蒸汽通过单向阀33进入不锈钢筒状腔体28的腔内，腔体内温度传感器（15，19）升温到115℃附近；

步骤8、间歇式开启关闭第八气动隔膜阀34和第四气动隔膜阀4，第八气动隔膜阀34的开启关闭时间比值大于等于第四气动隔膜阀4的开启关闭时间比值，开启关闭时间比值为在一个开启关闭周期内，开启时间与关闭时间的比值，本实施例中，第八气动隔膜阀34开1秒后（开启时间），关闭5秒（关闭时间），再开1秒，再关闭5秒，间歇控制第四气动隔膜阀4，开1秒（开启时间），关10秒（关闭时间），2个气动隔膜阀反复这样控制操作，为不锈钢筒状腔体的腔内提供蒸汽，最终使得用于测量待灭菌物品的针式温度传感器18测量的温度维持在121℃到123℃之间；第八气动隔膜阀34与第四气动隔膜阀4，2个阀门都采取间歇式开和关的控制方式，实现灭菌过程升温精准控制。

步骤9、维持针式温度传感器18测量的温度在121℃到123℃之间30分钟，灭菌维持结束；

步骤10、第一气动隔膜阀1、第3气动隔膜阀3、和第八气动隔膜阀34关闭；

步骤11、第九气动隔膜阀35、第四气动隔膜阀4和第六气动隔膜阀9打开，水封式真空泵36启动抽真空干燥，不锈钢筒状腔体内的尾气经过腔体排气口22排出，并依次经过第一空气过滤器6、第二空气过滤器8和活性炭过滤器10，活性炭过滤器10除味，再经过水冷式换热器36降温后由水封式真空泵37排出；水封式真空泵37的抽真空让不锈钢筒状腔体内的压力p1降到0.1bar以下，维持5分钟干燥结束；再关闭第九气动隔膜阀35；

步骤12、水封式真空泵36关闭，第七气动隔膜阀21和第二气动隔膜阀2打开，外界空气通过第三空气过滤器20进入不锈钢筒状腔体内，实现不锈钢筒状腔体内的气压与大气压平衡；压缩空气源的压缩空气经过第二气动隔膜阀2进入外环安装槽和内环安装槽之间的充气槽内，维持2分钟后，第二气动隔膜阀2关闭，第九气动隔膜阀35打开，恢复充气槽内的压力与大气压平衡。（目的是为了开门更加方便），

步骤13、第二气动隔膜阀2、第四气动隔膜阀4、第六气动隔膜阀9、以及第九气动隔膜阀35均关闭。打开第一门板11或者第二门板25，第一门板11和第二门板25中间只能打开一个。

若在进行步骤3～9的过程中，需要中断灭菌过程，则实施步骤10～12，第二气动隔膜阀2、第四气动隔膜阀4、第六气动隔膜阀9、以及第九气动隔膜阀35均关闭。打开在实施步骤3中待灭菌物品放入时的门板（第一门板11或者第二门板25）。

灭菌整个程序结束。灭菌器的各阀门状态回到第一步状态，第一气动隔膜阀1、第二气动隔膜阀2、第三气动隔膜阀3、第四气动隔膜阀4、第五气动隔膜阀7、第六气动隔膜阀9、第八气动隔膜阀34、和第九气动隔膜阀35均为关闭状态。第七气动隔膜阀21为开启状态。

过滤器灭菌程序：

第一气动隔膜阀1、第二气动隔膜阀2、第三气动隔膜阀3、第四气动隔膜阀4、第五气动隔膜阀7、第六气动隔膜阀9、第八气动隔膜阀34、和第九气动隔膜阀35均为关闭状态。第七气动隔膜阀21为开启状态。

打开第五气动隔膜阀7，排气温度传感器5测量的温度升到121℃，开始计时，计时过程中，第五气动隔膜阀7和第四气动隔膜阀4间歇性开启和关闭，第五气动隔膜阀7的开启关闭时间比值大于等于第四气动隔膜阀4的开启关闭时间比值，开启关闭时间比值为在一个开启关闭周期内，开启时间与关闭时间的比值，计时30分钟后，第五气动隔膜阀7和第四气动隔膜阀4关闭，第六气动隔膜阀9打开，自然降温，直到排气温度传感器5温度低于90℃后，第六气动隔膜阀9关闭。第一空气过滤器6和第二空气过滤器8的原位灭菌程序结束。维修过程中过滤器灭菌结束，可以更换上新的第一空气过滤器6和第二空气过滤器8。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和都应落在本发明的保护范围内。