[发明专利]气体等离子体灭菌装置

说明书

本发明涉及一种用于医疗器材的灭菌装置，特别是使用气体等离子体类型的灭菌装置。

请回想一下，在借助于所述等离子体的灭菌技术中，使用自身不具备杀菌特性的气体，将该气体置于足够高的电场下，引起气体电离以及气体分子分离。在等离子体下游产生的气体、即所谓的“后放电(post-discharge)”气体具有灭菌特性。这种气体进入处理腔，在处理腔中对于要进行灭菌的器材发挥其杀菌作用。

在这种技术的现有技术中，提出了两个主要途径来产生强度足以引起发射等离子体的电场，即高频电流(HF)和微波。

高频电流技术具有下列缺陷：使用受到磨损的电极，而在此情况下不能获得装置的良好稳定性，因此装置需要不断地调整。

微波技术没有上述缺陷，但是不免受制于某些约束条件，特别是与产生微波的磁控管的寿命以及频率稳定性相关的约束条件。

公知的是，微波源包括将其能量在波导内输送的磁控管，波导将此能量传送至能量吸收空腔谐振器，在能量吸收空腔谐振器中需要执行特定任务。因而，此空腔吸收部分发射能量，而部分其余能量则朝向磁控管反射。磁控管的寿命与这种反射功率直接相关。如果反射功率过高，就使得磁控管的温度升高，从而可能导致磁控管最终损坏。

如果需要在工业规模上产生气体等离子体，特别是为了将所得到的后放电气体用于医疗器材的灭菌，则重要的是磁控管应具有与医疗行业各部门中通常接受的寿命一致的长寿命。然而按规定，在谐振腔中吸收的功率本质上是可变的，因为该功率取决于要进行灭菌的器材的质量。因此，重要的是磁控管应当能以与其总功率(对应于几乎空的空腔谐振器)对应的反射功率操作，并能操作许多次而不会受到不可逆转的损害。

同样，公知的是，因为谐振腔具有特别精密调整的质量系数，因此通过微波来激发等离子体气体要求严格稳定的频率，从而在频率漂移的情况下，装置变得失调(detuned)，于是传送给气体等离子体的功率不再足以确保维持等离子体。

本发明的目的是提供一种用于产生气体等离子体的微波发生器，其通过确保其磁控管的极好操作稳定性和最佳寿命，弥补了上述缺陷。

本发明的另一主题为一种通过使用具有确定额定功率的微波源将气体电离以产生气体等离子体的装置，该装置包括从供电电路接收电能的磁控管，其特征在于由供电电路输送到磁控管的功率至少等于磁控管的额定功率的四分之一。优选地，由供电电路输送到磁控管的功率介于磁控管的额定功率的十分之一与四分之一之间。

同样优选地，由供电电路输送到磁控管的功率不大于磁控管的额定功率乘以磁控管的反射系数所得乘积的四分之一。

本发明的装置可包括能够限制输送到磁控管的功率并使得磁控管的温度不超过80℃的装置。

本发明值得特别注意之处在于生产成本水平，在这方面本发明能够借助在家用产品市场上可得到的电路，并且由于这些电路是批量生产的，因而它们具有特别有竞争力的成本价格。这种电路在需要用于诸如医疗灭菌部门等地方时存在一个缺陷：首先是它们具有800W量级的功率，但对灭菌而言，能够被处理腔吸收的功率仅为100W量级，其次是它们的可靠性低。

考虑到过大的功率，显然应理解不能预期就这样使用上述电路，因为反射功率会在700W量级上，而直接效果就是会引起磁控管加热，从而导致其损坏。

因此为使用上述电路，就必须限制其功率。同样公知的是，磁控管为了启动需要在3到4kv量级上相对高数值的峰值电压。

因此必须既能达到这一功率限制，而又不导致对于磁控管启动所必需的峰值电压造成任何明显的损失。

根据本发明，供应给磁控管的功率受到限制，从而限制向磁控管反射的能量；并且在不减小所需启动负荷的情况下实现这种限制。

为减少供应给磁控管的电功率，同时保持上述峰值电压具有足够数值，一种值得特别注意的方式就是，使用具有在次级绕组的端子处串联配置的二极管和电容器的倍压器，并使用具有足够低电容值的电容器来使得电压下降。在这些条件下，发现供应给磁控管的功率充分减少，从而确保了磁控管具备足够的可靠性，同时保持其启动峰值负荷。

公知的是，磁控管的特征在于表征其最大可允许功率的系数，也就是驻波比(SWR)：