用于生成羟基自由基的灭菌设备的制作方法

1.本发明涉及适用于例如在人体、医疗设备或医院病床空间上临床使用的灭菌系统。例如，本发明可提供一种可用于破坏或处理与人或动物生物系统和/或周围环境相关的某些细菌和/或病毒的系统。本发明特别适用于对封闭或部分封闭的空间进行灭菌或净化。


背景技术：

2.细菌是单细胞生物，它们几乎随处可见，大量存在，并且能够迅速地分裂和繁殖。大多数细菌是无害的，但存在三个有害群体；即：球菌、螺旋菌和杆菌。球菌细菌为圆形细胞，螺旋菌细菌为盘旋状细胞，并且杆菌细菌为杆状。有害细菌引起疾病诸如破伤风和伤寒。
3.病毒可仅通过占领其他细胞来生存和繁殖，即它们无法独自存活。病毒引起疾病诸如感冒、流感、腮腺炎和艾滋病。病毒可通过人与人的接触，或通过与被来自感染者的呼吸道飞沫或其他携带病毒的体液污染的区域接触而转移。
4.真菌孢子和称为原生动物的微小生物体可引起疾病。
5.灭菌是破坏或消除所有生命形式尤其是微生物的行为或过程。在等离子体灭菌过程期间，产生活性剂。这些活性剂是高强度紫外光子和自由基，它们是具有化学未成对电子的原子或原子集合。等离子体灭菌的一个有吸引力的特征是可在相对低的温度诸如体温下实现灭菌。等离子体灭菌还具有对操作者和患者安全的益处。
6.等离子体通常含有带电电子和离子以及化学活性物种，诸如臭氧、一氧化二氮和羟基自由基。羟基自由基在氧化空气中的污染物方面远比臭氧有效，并且杀菌性和杀真菌性是氯的几倍，这使得它们成为破坏细菌或病毒以及对封闭空间内所包含的物体(例如与医院环境相关的物体或物品)进行有效净化的非常有趣的候选物。
7.保持在水的“大分子”(例如，薄雾或雾中的液滴)中的oh自由基稳定数秒钟，并且在相当的浓度下它们比常规消毒剂有效1000倍。
8.bai等人的标题为“experimental studies on elimination of microbial contamination by hydroxyl radicals producedby strong ionisation discharge”(plasma science andtechnology，第10卷，第4期，2008年8月)的文章考虑了使用由强电离放电产生的oh自由基来消除微生物污染。在这项研究中，考虑了对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的灭菌效果。制备浓度为107cfu/ml(cfu＝菌落形成单位)的细菌悬浮液，并使用微量移液器将10μl流体形式的细菌转移到12mm
×
12mm无菌不锈钢板上。将细菌流体均匀地散布在板上并让其干燥90分钟。然后将板放入无菌玻璃培养皿中并且将具有恒定浓度的oh自由基喷洒到板上。这项实验研究的结果是：
9.1.oh自由基可用于对细胞造成不可逆转的损害并最终杀死它们；
10.2.消除微生物的阈值潜力是国内外使用的消毒剂的万分之一；
11.3.与oh的生化反应是自由基反应，并且消除微生物的生化反应时间为约1秒，这满足快速消除微生物污染的需要，并且致死时间为约目前国内和国际消毒剂的千分之一；
12.4.oh的致死密度为约其他消毒剂喷雾密度的千分之一—这将有助于在大的空间(例如床空间区域)中有效且快速地消除微生物污染；以及
13.5.oh薄雾或雾滴将细菌氧化成co2、h2o和微无机盐。剩余的oh也将分解成h2o和o2，因此这种方法将无污染地消除微生物污染。
14.wo 2009/060214公开了可控地布置以生成和发射羟基自由基的灭菌设备。该设备包括在羟基自由基生成区域中接收rf或微波能量、气体和水薄雾的施加器。羟基自由基生成区域的阻抗被控制为高的，以促进电离放电的产生，当存在水薄雾时，电离放电继而生成羟基自由基。施加器可以是同轴组件或波导。例如集成在施加器中的动态调谐机构可控制羟基自由基生成区域处的阻抗。用于薄雾、气体和/或能量的递送装置可以彼此集成在一起。
15.wo 2019/175063公开了一种灭菌设备，所述灭菌设备使用热等离子体或非热等离子体对外科观测器件进行灭菌或消毒。在一个示例中，等离子体生成区域在同轴传输线的远侧端部处形成，该同轴传输线传送rf或微波能量以击发和维持等离子体。围绕同轴传输线的外表面形成气体通道。气体通道通过安装在同轴传输线的远侧端部上的圆柱形电极中的凹口与等离子体生成区域流体连通。在一些示例中，水穿过在同轴传输线的内部导体内形成的通道，在等离子体经过物体之前，水从该通道被喷射到物体的表面上。


技术实现要素：

16.在最一般情况下，本发明提供了一种适用于生成用于对封闭空间进行灭菌的羟基自由基的灭菌设备，其中能量和水薄雾的馈送以允许设备容易地按封闭件的大小缩放的方式被组合。特别地，所述灭菌设备提供歧管，所述歧管用于提供等离子体生成区域以形成等离子体弧，通过所述等离子体弧引导水薄雾流以形成所述羟基自由基。功率分配器件将由微波源生成的微波能量传输到所述歧管，并将接收到的微波能量分布到连接到所述歧管的多个输出端口。
17.根据本发明的一个方面，提供了如权利要求1所述的灭菌设备。该灭菌设备包括：微波源，所述微波源被布置成生成微波能量；薄雾发生器，所述薄雾发生器被布置成生成水薄雾流；歧管；以及功率分配器件。歧管被连接以接收来自薄雾发生器的水薄雾流，并且限定等离子体生成区域。功率分配器件被配置成传输微波能量，特别是从微波源传输到歧管。功率分配器件包括耦接到微波源的输入端口和多个输出端口。多个输出端口通向等离子体生成区域。歧管被配置成将水薄雾流引导通过等离子体生成区域到达歧管出口。功率分配器件被配置成将在输入端口处接收的微波能量在多个输出端口之间分割。例如，功率分配器件可包括功率分割器或可作为功率分割器来运行，该功率分割器将在输入端口处的功率在多个输出端口之间分配。
18.本发明的一个优点在于，由微波源生成并由功率分配器件在输入端口处接收的微波能量被分配到多个输出端口。因此，有可能在几个彼此间隔开的位置施加微波能量。这有助于产生在足够大的体积上延伸的等离子体弧。等离子体生成区域的体积越大，能够生成的羟基自由基就越多，这增加了灭菌设备的灭菌能力。功率分配器件提供了一种简单而有效的方法，用于在等离子体生成区域上分布微波能量。
19.此外，功率分配器件可在微波源与歧管之间提供直接连接，使得用于传输微波能
量的缆线(例如同轴缆线)可完全省略。这可降低灭菌设备的复杂性并使传输损耗最小化。在一个示例中，功率分配器件可以是直接耦接在微波源与歧管之间的基于波导的功率分割器。
20.灭菌设备可被配置为用于通过生成和施加羟基自由基来对体积(诸如房间)和/或表面进行灭菌的器件或装置。可在歧管的歧管出口处从灭菌设备发射羟基自由基。
21.歧管可包括歧管入口，该歧管入口被配置成接收来自薄雾发生器的水薄雾。薄雾可穿过歧管到达歧管出口，薄雾在歧管出口处离开歧管。在从歧管入口到歧管出口的途中，薄雾经过等离子体生成区域，在该区域存在生成羟基自由基的等离子体。因此，离开歧管出口的雾包括羟基自由基，其提供了灭菌设备的灭菌能力。
22.歧管可包括中空主体，该中空主体充当从歧管入口到歧管出口的流体流动导管。例如，歧管可限定水薄雾从歧管入口到歧管出口的流动方向。流动方向可与被接收到歧管中的水薄雾流的方向对齐。也就是说，当水薄雾行进穿过等离子体生成区域时，水薄雾基本上没有偏转。针对给定的水薄雾流速，这可有利于获得大的灭菌范围。
23.等离子体生成区域可布置在歧管入口与歧管出口之间。歧管可包括等离子体在其中生成的一个或多个等离子体腔。等离子体生成区域可以是等离子体腔的一部分，特别是等离子体腔的体积的等离子体在其中生成的那一部分。换句话讲，歧管的主体包括一个或多个等离子体腔。等离子体腔可彼此流体连通或彼此分离。等离子体腔可彼此不流体连通。
24.至少一个输出端口连接到每个等离子体腔，以便向等离子体腔提供微波能量，用于击发和/或维持等离子体。
25.歧管可包括被配置成与功率分配器件的输出端口连接的多个侧向端口。侧向端口的位置和取向可限定等离子体生成区域，即等离子体所在的位置。侧向端口可被配置成直接连接到输出端口。替代地或另外地，侧向端口可被配置成接收待稍后描述的等离子体施加器。
26.每个等离子体腔布置有至少一个侧向端口。侧向端口布置在等离子体腔的一侧。一个或多个侧向端口(以及因此输出端口)的位置和/或取向限定了生成等离子体的区域，或者换句话讲，限定了等离子体生成区域。
27.歧管可由电绝缘材料制成(例如模制)，以使该歧管不干扰微波能量的递送。
28.歧管入口和/或歧管出口可从主体拆卸。因此，可根据薄雾发生器的数量和/或封闭件的大小或形状来调整歧管入口和/或歧管出口。
29.歧管入口和/或歧管出口与一个或多个等离子体腔流体连通。
30.可设置歧管入口来建立通过等离子体生成区域的均匀水薄雾流。例如，歧管入口被配置成将几个进入的水薄雾流组合到等离子体腔，或者将一个或多个进入的水薄雾流分布到多个等离子体腔。
31.可设置歧管出口来引导水雾薄流至封闭件。例如，歧管出口被配置成组合来自等离子体腔的水薄雾流。
32.微波源可以是能够产生具有适于击发和/或维持等离子体的功率的微波能量的发生器。微波源可被配置成生成微波辐射。在一个示例中，微波源包括磁控管。在其他示例中，微波源可包括振荡器和功率放大器。微波源可仅包括一个用于输出由微波源生成的微波能量的源出口。例如，微波源可包括一个用于以辐射形式发射微波能量的开口。该开口可连接
到功率分配器件的输入端口。
33.微波源可被配置成生成单一频率的微波能量、生成特定频率带宽的微波能量或选择性地生成不同频率的微波能量。例如，生成第一频率的微波能量以击发等离子体，并且生成第二频率的微波能量以维持等离子体。
34.薄雾发生器可包括用于生成水滴或水蒸气的薄雾的任何合适的装置。例如，薄雾发生器可以是超声雾化器件，在超声雾化器件中超声振动被施加到水源以生成细小的水滴。在另一个示例中，薄雾发生器可操作来加热水以产生水蒸气。
35.灭菌设备可包括多个薄雾发生器，其中歧管入口包括多个歧管开口，每个歧管开口可连接到相应的薄雾发生器。因此，通过适配歧管入口以接收期望数量的薄雾发生器输入，该设备是可缩放的。这可通过可拆卸地连接歧管入口来实现，该歧管入口包括对应于薄雾发生器数量的多个开口。
36.在一个任选的实施方案中，灭菌设备包括气体供应器，该气体供应器被连接以向薄雾发生器递送气体流，其中优选地该气体流夹带由薄雾发生器形成的水薄雾以产生水薄雾流。
37.以这种方式，薄雾的流速可以是可控的。如果存在多个薄雾发生器，这可能是特别期望的，其中能够独立地控制每个薄雾发生器的气体流速可能是有用的，例如以便确保在歧管内接收均匀的流。
38.优选地，气体供应器是氩气的供应器。然而，可选择任何其他合适的气体，例如二氧化碳、氦气、氮气、空气和这些气体中任何一种气体的混合物，例如10％空气/90％氦气。
39.灭菌设备可被配置为与封闭件(enclosure)一起使用。例如，歧管出口可耦接到封闭件，诸如盒子、房间、车辆等。封闭件可限定待灭菌的空间。所述设备可按封闭件的大小缩放。例如，薄雾发生器的数量、气体的流速、等离子体施加器的数目以及所有可根据封闭件进行适配的因素。通过提供能够组合来自多个单独部件的输入的歧管，本发明的设备促进适应于不同环境的能力。
40.功率分配器件是用于将微波能量从微波源传输到歧管的装置。功率分配器件可包括功率分割器，该功率分割器也可被称为功率分配器。特别地，功率分配器件是用于以辐射形式传输微波能量的装置。
41.特别地，功率分配器件提供从源出口到歧管的侧向端口的直接连接。省略了用于从微波源向歧管供应微波能量的另外的波导管和/或(同轴)缆线。
42.功率分割器是一种能够将进入的微波能量(特别是进入的微波辐射)的功率分布到多个输出端口的器件。任选地，微波能量或辐射的功率在每个输出端口处大致相同。优选地，如果辐射被输入到输出端口，则功率分割器可用作功率组合器。
43.功率分配器件可被配置(例如，具有选定的几何形状)以至少在由微波源生成的微波能量的频率处表现出低损耗功率分割功能。因此，在与由电源生成的微波频率不同的微波频率下，功率分割能力可能不完全存在。
44.功率分配器件的输入端口可直接连接/耦接到微波源的源出口。功率分配器件的输出端口可直接耦接到歧管的侧向端口。
45.灭菌设备可包括两个或更多个功率分配器件和/或两个或更多个歧管。优选地，两个或更多个功率分配器件连接到一个歧管的侧向端口。替代地，每个歧管连接到单个功率
分配器件的输出端口。在这种配置中，微波源可具有两个或更多个源出口；每个源出口连接到相应功率分配器件的输入端口。
46.单个主功率分配器件经由其输入端口连接到微波源的单个源出口也是可能的。主功率分配器件的输出端口连接到两个或更多个功率分配器件的相应输入端口。
47.在使用中，歧管接收水薄雾流，水薄雾流被引导通过等离子体生成区域，在该等离子体生成区域中等离子体由微波源生成。等离子体生成的机制与水薄雾递送无关。此外，它允许灭菌设备在等离子体生成区域的大小(由等离子体施加器或歧管入口的数量控制)和水薄雾的流速(每秒体积)方面都是可缩放的。歧管可被适配成将来自多个薄雾发生器的水薄雾输入组合在一起，并接收多个等离子体施加器。功率分配器件的输出端口向等离子体生成区域提供微波能量，以便在等离子体生成区域内击发和/或维持等离子体。
48.等离子体可由从功率分配器件递送的能量直接击发。也就是说，可在不需要用于产生高电压条件的单独的器件或装置的情况下击发等离子体。例如，功率分配器件的歧管和/或输出端口可被配置(即具有选定的几何形状)以在等离子体生成区域处呈现阻抗(在存在水薄雾和不存在等离子体的情况下)，该阻抗导致具有能够击发等离子体的强度的电场。等离子体的存在改变了等离子体生成区域的阻抗。功率分配器件的输出处的阻抗可被配置成当等离子体被预设时与等离子体生成区域的阻抗相匹配。例如，功率分配器件的输出处的阻抗可为50ω。
49.在一些实施方案中，歧管的侧向端口和/或输出端口可包括用于局部增加由微波辐射生成的电场至这样的水平的装置，所述水平使得等离子体的击发和/或维持成为可能。例如，该装置可包括传导材料的尖端和/或边缘，其局部增加该结构的电势，并因此增加由微波辐射生成的电场。传导针或其他尖锐器件是用于增加由微波辐射生成的局部电场的此类装置的示例。
50.在又一个实施方案中，可提供用于击发等离子体的单独器件。例如，一个或多个输出端口，优选地不是所有输出端口，可设有如下所述的等离子体施加器。等离子体施加器能够击发和维持等离子体。
51.在一个示例中，可通过提供被配置成生成射频(rf)脉冲的rf源来击发等离子体。rf脉冲被馈送到等离子体生成区域以击发等离子体。等离子体被击发后，当等离子体由微波能量维持时rf源关闭，即由微波源供应的微波能量提供维持等离子体的能量。
52.如上所述，功率分配器件，特别是功率分割器，包括波导，优选地为互连波导的集合。优选地，功率分割器和/或功率分配器件仅由波导组成。这意味着，功率分割器和/或功率分配器件能够在输入端口处接收微波辐射和/或在输出端口处发射微波辐射。因此，微波辐射被供应到歧管。换句话讲，微波辐射在输入端口处被接收并分布到多个输出端口。
53.在集合中互连的波导彼此连接和/或在接合处彼此相交。接合处可以是一个波导中的进入功率被分布到两个或更多个波导的位置。因此，接合处可能有利于功率的分配或分割。
54.接合处在互连波导的集合内的定位决定了接合处的功率分布的效率和比率。例如，功率分布取决于与微波能量的波长相关的波导到接合处的长度，如下面更详细解释的。
55.本文使用的术语“波导”意指用于引导微波辐射的结构，该结构具有微波辐射沿其传播的细长室或通道的形式。这种细长室或通道被传导材料包围。
56.在一个实施方案中，波导是由传导材料制成的块中的孔，或者波导包括由塑料材料制成的波导主体，其中该波导主体的内表面被传导层覆盖。互连波导的集合可由块中的多个孔提供。该多个孔彼此流体连通，在两个孔彼此相交的位置处形成接合处。这些孔可通过钻孔形成，这为制造互连波导组件提供了一种简单的制造方法。
57.该块可由金属制成。这些块可以是具有介于100mm2与200mm2之间的底面积和60mm至120mm的高度的立方体。一个任选的实施方案提供了一种具有167mm2的底面积和90mm2的高度的块。
58.替代地或另外地，波导包括由塑料材料制成的波导主体，其内表面被传导层覆盖。传导层是微波辐射在波导主体内传播所必需的。传导层的厚度大于在波导主体内传输的微波辐射的趋肤深度。优选地，波导主体的整个内表面被传导层覆盖。传导层的材料可以是金属。
59.波导的这个实施方案的优点是由于用塑料材料制造波导主体而减轻了重量。
60.替代地，波导主体完全由传导材料制成。
61.可形成用于分布功率的接合处，其中波导主体的端部连接到另一波导主体的侧表面中的开口，从而形成t形接合处。其他类型的接合处可通过将两个或更多个波导主体彼此连接来制造。
62.在一个示例中，功率分割器可包括环形耦合器，其中优选地，环形耦合器的输出端口径向向内取向。
63.环形耦合器可包括具有环形状的环形传输线。径向传输线连接到环形传输线，并从环形传输线径向突出。径向传输线可限定输入端口和/或多个输出端口。径向传输线的长度(即径向传输线的端部和其与环形传输线的连接点之间的长度)可具有特定长度，该特定长度被选择以提供来自或去往环形传输线的良好传输比。例如，径向传输线的长度可以是微波能量频率波长的一半。
64.环形传输线和/或径向传输线可由波导构成。
65.在一个实施方案中，限定输出端口的径向传输线从环形传输线径向向内突出。等离子体生成区域任选地被环形传输线包围。输出端口连接到限定等离子体腔的主体的径向向外面向表面。
66.提供径向向内延伸的径向传输线并且因此提供环形传输线径向向内布置的输出端口，提供了一种布置，其中微波能量被馈送到具有圆形结构的等离子体生成区域中。特别是，输出端口(以及因此对应的歧管的侧向端口)可能在围绕等离子体生成区域的圆周方向上均匀分布。这可促进均匀等离子体生成区域的生成。
67.在一个任选的实施方案中，径向传输线从环形传输线径向向外突出。在该实施方案中，等离子体腔并且优选地等离子体生成区域，具有沿环形传输线延伸的环面形状。优选地，环形传输线和等离子体腔同轴地布置。输出端口连接到限定等离子体腔的主体的径向内向面向表面。
68.在一个任选的实施方案中，任何两个输出端口之间的距离对应于nλ/2，其中n为整数并且λ为波导中微波能量的波长。环形耦合器的输入端口优选地设置在两个输出端口之间并且在距两个输出端口相等的距离处。利用这种布置，两个径向传输线之间的距离对应于微波能量的半波长的倍数，每个径向传输线沿环形传输线的延长线限定输出端口。例如，
任何两个输出端口间隔开波长的一半。然而，两个输出端口之间的距离可能变化：例如，两个输出端口之间的距离是半波长，而其他两个输出端口之间的距离是半波长的倍数。
69.限定输入端口的径向传输线优选地恰好布置在连接到相应输出端口的两条径向传输线之间的中间。换句话讲，输入端口与环形传输线的延长线中的输出端口的距离为λ/4(或任何其他奇数个四分之一波长)。
70.上述距离增加了微波能量从环形传输线到径向传输线的耦接/传输，反之亦然。此外，该实施方案有利于微波能量的功率在出口上的平均分布。
71.在一个任选的实施方案中，功率分割器包括多个互连的直波导，该多个互连的直波导提供从输入端口到出口端口的多个路径，其中每个路径包括多个正交设置的波导区段，该多个正交设置的波导区段将波导之间的接合处互连。功率分割器可被配置成使得每个接合处与前一个接合处或输入端口相距nλ/2，其中n为整数并且λ为微波能量在通过波导传播时的波长。
72.直波导或直波导的集合可由上述由传导材料制成的块中的孔构成，或者由上述由塑料材料制成的波导主体(多个波导主体)构成，该波导管主体的内表面覆盖有传导层。
73.输入端口或一个接合处到另一个接合处之间的距离是微波能量半波长的倍数，已显示提供良好的传输比，即可使接合处的反向散射最小化。此外，这有利于功率在接合处的平均分布。
74.在一个任选的实施方案中，功率分割器包括威尔金森功率分配器。
75.例如，威尔金森功率分配器可另外用于功率分割器的上述实施方案。替代地，功率分配器件包括功率分割器，该功率分割器包括威尔金森功率分配器和由本文所述的其他实施方案制成的另一功率分割器。
76.如果功率分配器件的阻抗假定为100ω，则可采用威尔金森功率分配器。该功率分割器的其他描述实施方案优选地用于实现50ω的功率分配器件的阻抗。等离子体具有大约50ω的阻抗，使得与功率分配器件具有良好的阻抗匹配，从而导致能量良好地传输到等离子体中。
77.功率分配器件可包括多个功率分割器。例如，功率分配器件可包括多个环形耦合器，该多个环形耦合器在薄雾的流动方向上间隔开。在这种情况下，每个环形耦合器可提供局部均匀的等离子体，该局部均匀的等离子体通过附加环形耦合器在薄雾的流动方向上延伸。
78.如上所述，在一个示例中，灭菌设备可包括连接到输出端口的多个等离子体施加器。例如，等离子体施加器定位在歧管的侧向端口中或侧向端口处。特别地，一个等离子体施加器定位在歧管的一个侧向端口中或歧管的一个侧向端口处。歧管的侧向端口可被配置成支撑等离子体施加器。优选地，输出端口连接到等离子体施加器。
79.每个等离子体施加器可横向于水薄雾流延伸通过等离子体生成区域。例如，歧管可包括多个侧向端口(即位于该歧管的侧表面中的端口)以接收等离子体施加器。利用这种布置，将能量注入到等离子体生成区域中的方向可因此与水薄雾流正交。
80.更一般地，可由波导或波导主体中的开口构成的侧向端口的取向可与水薄雾流正交。
81.该多个等离子体施加器可包括在等离子体生成区域的对置侧上彼此面对的一对
或多对等离子体施加器。等离子体生成区域可包括介于一对或多对等离子体施加器之间的空间或由该空间组成。
82.该多个等离子体施加器可以被布置成以使得它们相应的等离子体弧组合从而形成环的方式围绕等离子体生成区域。
83.每个等离子体施加器均可被配置成仅使用微波能量来击发等离子体。然而，在其他实施方案中，设备可包括rf源，该rf源被布置成提供rf能量脉冲以击发等离子体，其中微波能量被用于维持等离子体。wo 2019/175063中给出了rf击发和微波维持设置的示例。
84.在能够仅使用微波能量击发等离子体的布置中，每个等离子体施加器均可包括：传导管；以及沿着传导管的纵向轴线延伸的细长传导构件。传导管和细长传导构件可在等离子体施加器的近侧端部处提供第一同轴传输线，并且在等离子体施加器的远侧端部处提供第二同轴传输线。第一同轴传输线可被配置为四分之一波长阻抗变换器。四分之一波长阻抗变换可操作以将(例如，馈送等离子体施加器的同轴缆线的)第一阻抗变换为第二阻抗(例如，第二同轴传输线的阻抗)。第二同轴传输线可被配置有比第一同轴传输线高的阻抗。第一和第二同轴传输线的阻抗可由该结构的几何形状(例如细长传导构件的直径和传导管的内径的相对大小)来确定。第二同轴传输线可具有被选择来在其远侧端部建立电场的阻抗，该电场适于在流过等离子体施加器的气体中击发等离子体。由每个等离子体施加器接收的气体流可在传导管与细长传导构件之间穿过，在那里它还充当第一同轴传输线和第二同轴传输线的介电(绝缘)材料。
85.绝缘材料(例如石英等)的套管可安装在传导管的远侧端部中。套管可帮助将电场集中在第二同轴传输线的远侧端部处，从而促进期望位置处的等离子体击发。
86.每个等离子体施加器均可包括进气管，该进气管被配置成将气体流递送到介于传导管与细长传导构件之间的空间。进气管可横向于传导管的纵向轴线延伸。
87.在一个任选的实施方案中，提供了用于将输出端口连接到等离子体施加器的适配器。
88.每个等离子体施加器可包括被配置成连接到功率分配器件的输出端口的近侧适配器。该近侧适配器可被配置成将微波辐射馈送到细长传导构件和/或传导管。微波能量因此可与传导管的纵向轴线成直线地被递送，这可有助于有效耦接。同时，进气管可横向于纵向轴线布置，这可以是有利的，因为它不干扰微波能量的递送。
89.该适配器可用作波-同轴适配器。可能等离子体施加器具有被配置成连接到同轴缆线的连接件并且该适配器是波-同轴适配器。在这种情况下，等离子体施加器的连接器直接附接到适配器。
90.任选地，等离子体施加器设置有歧管的每个侧向端口，以及/或者一个等离子体施加器连接到功率分配器件的每个输出端口。
91.在优选的实施方案中，可省略一个或所有等离子体施加器。在这种情况下，也可省略布置在具有波导结构的输出端口处的适配器。这意味着，由功率分配器件分布的微波辐射被直接馈送到等离子体生成区域。在那里，微波辐射击发和/或维持等离子体。功率分配器件的输出端口可发射微波辐射，并且歧管的侧向端口被配置作为允许将微波辐射传输到等离子体生成区域的波导或开口。侧向端口的取向可与等离子体施加器的取向相同。该实施方案的优点在于，在波导与适配器和/或等离子体施加器之间的界面处不存在传输损耗。
92.在其中适配器是波导-同轴适配器的实施方案中，功率分配器件包括终止于输出端口的波导。在该实施方案中，通过使用波导来分布功率，而供应到歧管的微波能量作为电能输出。
93.在一个任选的实施方案中，多个输出端口设置在等离子体生成区域周围。
94.例如，上述环形耦合器是多个输出端口设置在等离子体生成区域周围的布置的实施方案。输出端口可被布置成均匀分布在等离子体生成区域周围。输出端口布置在等离子体生成区域的周边的一个或多个区段处也是可能的。此外，多个输出端口可布置在等离子体生成区域的一侧或多侧上。例如，输出端口可布置在等离子体生成区域的相对侧。
95.换句话讲，当沿水薄雾流观察时，输出端口径向布置在等离子体生成区域的外部。功率分配器件可覆盖歧管的部分。歧管的侧向端口布置在歧管的外表面上。
96.在替代实施方案中，等离子体生成区域具有环面形状。
97.在该实施方案中，功率分配器件的部件径向地布置在由等离子体生成区域限定的环面的内部。在该实施方案中，歧管的主体可包括具有环面形状的等离子体腔。侧向端口可布置在歧管的主体的径向内表面上。当沿水薄雾流的方向观察时，输出端口可径向向外延伸。
98.歧管入口和歧管出口可布置在环面的轴向侧面上，即当在薄雾流或与其相反的方向上观察时的侧面上。因此，当行进穿过等离子体腔时，水薄雾流可形成中空圆柱体。环形耦合器可与歧管的这个实施方案结合使用。然而，上述包括孔的块也可布置在歧管内以便提供径向向外延伸的输出端口也是可能的。
99.歧管入口和/或歧管出口可具有漏斗的外形。歧管入口可被配置成将水薄雾流从单个入口分布到环面等离子体生成区域。相反，歧管出口可被配置成将水薄雾流从环面等离子体生成区域引导到歧管出口的单个开孔。
100.在另一个替代实施方案中，歧管包括限定第一等离子体生成区域的第一部分和限定第二等离子体生成区域的第二部分，其中优选地，功率分配器件布置在第一部分与第二部分之间。
101.第一部分可以是歧管的主体的一部分，并且第二主体可以是歧管的主体的另一部分。第一部分和第二部分可彼此连接或者可单独支撑。第一部分可限定第一等离子体腔，并且第二部分可限定第二等离子体腔。第一等离子体腔和第二等离子体腔可彼此不流体连通。例如，功率分配器件的至少一部分夹在第一部分与第二部分之间。侧向端口可布置在第一部分和/或第二部分的一侧，其中该侧面面向功率传输器件。换句话讲，布置有侧向端口的一侧是第一部分和/或第二部分的径向内侧。
102.与歧管的这个实施方案一起使用的功率分割器可以是上述块。在这种情况下，输出端口布置在第一侧和第二侧，其中第一侧和第二侧是相对侧，例如上侧和下侧。
103.歧管入口可包括第一部分和第二部分中的每个部分的轴向侧表面中的一个或多个开口。歧管出口可以是第一部分和第二部分中的每个部分的另一轴向侧表面中的一个或多个开孔。
104.在本文中，术语“内”意指在径向上更靠近同轴缆线、探针尖端和/或施加器的中心(例如轴线)。术语“外”意指在径向上远离同轴缆线、探针尖端和/或施加器的中心(轴线)。
105.除非上下文另有指明，否则术语“传导”在本文中用于表示传导性。
106.在本文中，术语“近侧”和“远侧”指代施加器的端部。在使用时，近侧端部更接近于用于提供rf和/或微波能量的发生器，而远侧端部更远离所述发生器。
107.在本说明书中,“微波”可广泛地用于指示400mhz至100ghz的频率范围，但优选地在1ghz至60ghz的范围内。已考虑的特定频率是：915mhz、2.45ghz、3.3ghz、5.8ghz、10ghz、14.5ghz和25ghz。相比之下，本说明书使用“射频”或“rf”指示低至少三个数量级的频率范围，例如至多300mhz，优选地10khz至1mhz，并且最优选地400khz。可调整微波频率以使得能够优化所递送的微波能量。例如，探针头可以被设计成在某一频率(例如，900mhz)下操作，但在使用中，最有效的频率可能是不同的(例如，866mhz)。
附图说明
108.现在在下文参考附图给出的本发明的示例的详细说明中阐释本发明的特征，在附图中：
109.图1是根据本发明的实施方案的灭菌设备的示意图；
110.图2是图1的灭菌设备的微波源、歧管和功率分配器件的示意性剖视图；
111.图3是功率分配器件的一个实施方案的示意性侧视图；
112.图4是功率分配器件的另一个实施方案的示意性侧视图；
113.图5是根据本发明的另一个实施方案的灭菌设备的示意图；
114.图6是图5的灭菌设备的微波源、歧管和功率分配器件的示意性剖视图；
115.图7是根据本发明的另外的实施方案的灭菌设备的示意图；
116.图8是图7的灭菌设备的微波源、歧管和功率分配器件的示意性剖视图；
117.图9是功率分配器件的一个实施方案的示意性侧视图；
118.图10是功率分配器件的另一个实施方案的示意性侧视图；
119.图11是适于与图1的灭菌设备一起使用的馈送歧管的示意性俯视图；
120.图12是适于在图1的灭菌设备中使用的微波源、歧管、功率分配器件和等离子体施加器的示意性剖视图；
121.图13是图12中所描绘的等离子体施加器的示意性侧视图；并且
122.图14是图13的等离子体施加器的示意性剖视图。
具体实施方式
123.本发明涉及用于使用羟基自由基执行灭菌的器件，所述羟基自由基通过在水薄雾存在的情况下产生等离子体而生成。
124.图1是作为本发明的实施方案的灭菌设备100的示意图。灭菌设备100操作来组合来自微波源102、薄雾发生器104和气体供应器106中的每一者的馈送，以产生进入待灭菌封闭件110中的羟基自由基流108。
125.微波源102可以是用于输出微波能量(即具有在400mhz至100ghz范围内、优选地在1ghz至60ghz范围内的频率的电磁能)的任何合适的微波发生器。例如，它可以是具有2.45ghz频率的磁控管布置的输出微波辐射。在其他实施方案中，微波源102可包括振荡器和功率放大器。微波源102可被配置成输出具有等于或大于200w、优选地为500w或更大(例如800w等)的功率的微波能量。微波源102被配置成在源出口处发射微波辐射。
126.薄雾发生器104可包括一个或多个超声雾化器件，在该超声雾化器件中通过将超声波能量施加到储存液态水(例如蒸馏水)的容器来获得水滴细薄雾。替代地，薄雾发生器104可包括用于通过向储存的水施加热量来生成水蒸气(蒸汽)的器件。
127.气体供应器106可包括加压惰性气体(诸如氩气、氮气、二氧化碳等)的罐。替代地，灭菌设备可使用空气作为在其中击发等离子体的气体介质来操作。在该示例中，气体供应器106可包括用于生成可引导气体流的风扇或其他装置。
128.在该示例中，气体供应器106具有连接件112，通过该连接件将气体流供应到薄雾发生器104。气体流夹带来自薄雾发生器104的薄雾或水蒸气，并将其朝向封闭件110传送通过薄雾导管114。在存在多个薄雾发生器104的情况下，连接件112可具有多个分支，并且可存在多个薄雾导管114。
129.封闭件110可以是任何需要灭菌的空间。它可以是盒子或房间(例如手术室或医院套房)或车辆内部(例如救护车等)。从所述设备进入封闭件110中的流速可以是可调节的，例如以促进羟基自由基在封闭体积内的散布。
130.灭菌设备100还包括歧管116，该歧管被配置成组合微波能量、薄雾和气体以生成羟基自由基流108。在此实施方案中，歧管116限定内部体积，该内部体积作为等离子体生成区域124以下文更详细讨论的方式操作。
131.歧管116包括近侧歧管入口118和歧管出口120，该近侧歧管入口由多个连接到薄雾导管114的开口构成，该歧管出口由开孔构成，羟基自由基流108通过该开孔进入封闭件110。歧管入口118馈送进入等离子体生成区域124。歧管出口120是等离子体生成区域124的出口开孔。歧管入口118的开口可与歧管出口120的开孔对齐，在这种意义上，来自薄雾导管114的薄雾流以与羟基自由基流108离开歧管116的方向对齐(例如平行)的方向进入歧管116。
132.歧管116具有限定等离子体腔126的主体(为了清楚起见，在图2中没有示出周围主体)。等离子体生成区域124是等离子体腔126中生成等离子体的体积。
133.歧管116还包括邻近等离子体生成区域124设置的多个侧向端口122。在该示例中，侧向端口122围绕等离子体腔126的圆周均匀分布(参见图2)。歧管116可包括限定等离子体腔126的管。侧向端口122布置在管的外侧表面处。管的轴向方向限定了水薄雾流。
134.提供功率分配器件128，其将由微波源102生成的微波辐射分布到侧向端口122。功率分配器件128包括输入端口130、功率分割器132和多个输出端口134。功率分割器132经由输入端口130连接到微波源102。在图1所描绘的实施方案中，仅存在一个功率传输器件128。特别地，仅提供一个功率分割器132。功率分割器132仅具有一个输入端口130，功率分割器132通过该输入端口直接耦接到微波源102，特别是耦接到微波源102的源出口。
135.功率分割器132经由输出端口134连接到侧向端口122。输入端口130、功率分割器132和/或输出端口134由波导136构成。因此，功率分配器件128将微波辐射从微波源102供应到多个侧向端口122。
136.在图1和图2的实施方案中，功率分割器132是环形耦合器，其包括环形传输线138和多个径向传输线140。环形传输线138具有闭合环的形式，使得对应于环形传输线138的波导136具有圆形通道。径向传输线140在径向方向上从环形传输线138延伸。径向传输线140构成输入端口130和输出端口134。
137.在图1和图2所描绘的实施方案中，限定输入端口130的径向传输线140径向向外延伸，而限定输出端口134的径向传输线140径向向内延伸。
138.限定输出端口134的径向传输线140在环形传输线138的延长线方向上间隔开微波能量半波长的倍数。
139.在图3所描绘的实施方案中，除了离输入端口130最远的那两个输出端口134之外，限定输出端口134的径向传输线140间隔开λ/2。在图4所描绘的实施方案中，径向传输线140围绕环形传输线138等距间隔开λ/2。
140.限定输入端口130的径向传输线140恰好布置在限定输出端口134的两条径向传输线140之间的中间。因此，沿环形传输线138的延长线限定输入端口130的径向传输线140与限定输出端口134的相邻径向传输线140之间的距离对应于微波能量波长的四分之一。
141.图1至图4所描绘的环形传输线138和径向传输线140是波导136。图1和图2所描绘的实施方案的输出端口134没有设置适配器142。因此，微波辐射被馈送到等离子体生成区域124中。
142.然而，适配器142设置在输出端口134处是可能的。例如，图3和图4所描绘的功率分割器132具有适配器142，等离子体施加器200可连接到该适配器(等离子体施加器200稍后描述，另参见图12)。
143.等离子体腔126以及因此等离子体生成区域124可布置在环形传输线138的中间。这种配置有助于将微波能量均匀地馈送到等离子体生成区域124中。此外，可省略用于将微波能量从微波源102传输到等离子体生成区域124的同轴缆线，因为功率分割器132的输出端口134可直接连接到等离子体施加器200，或者在省略等离子体施加器200的情况下，在输出端口134处发射的微波辐射可直接被馈送到等离子体生成区域124中。
144.在使用中，气体通过连接件112被供应到薄雾发生器104。薄雾由薄雾发生器104产生并夹带在来自连接件112的气体中，于是它通过薄雾导管114流入歧管116中。从微波源102供应的微波能量在等离子体生成区域124内产生电场以在气体中击发和/或维持等离子体。侧向端口122以及因此输出端口134(包括或不包括等离子体施加器200)可以环状等离子体弧144在歧管出口120中可见的方式设置在等离子体生成区域124周围(参见图12)。
145.可实现等离子体的击发，因为在等离子体生成区域124中水薄雾的阻抗如此之高，以至于可在等离子体生成区域124中建立足够高的电场以便击发等离子体。等离子体的阻抗可类似于功率分配器件128的线路阻抗，该功率分配器件具有例如50ω的线路阻抗。
146.也可能由微波源102提供的微波辐射仅用于维持等离子体生成区域124中的等离子体。等离子体可被射频(rf)脉冲击发，该脉冲可由射频发生器(图中未示出)生成，该射频发生器的输出被馈送到等离子体生成区域124中。
147.图3和图4示出了环形耦合器类型的功率分割器132的另外的实施方案。除以下差异外，图3和图4所描绘的功率分割器132具有与图1和图2所描绘的功率分割器132相同的特性。所有径向传输线140从环形传输线138径向向外延伸。这意味着，输入端口130以及所有输出端口134从环形传输线138径向向外延伸。在图3和图4所示的实施方案中，输出端口134均设置有适配器142。
148.图5和图6示出了灭菌设备100的实施方案，其中可采用图3和图4所描绘的环形耦合器。除以下差异外，图5和图6所描绘的灭菌设备100具有与图1和图2所描绘的灭菌设备
100相同的特性。
149.等离子体腔126具有环面形状并且围绕功率分割器132。特别地，等离子体腔126与环形传输线138同轴地布置。这意味着等离子体腔126以及因此等离子体生成区域124围绕功率分割器132。
150.歧管入口118可具有漏斗的外形，并且被配置成将连接件112处的进入的水薄雾流分布到等离子体腔126的环面形状。类似地，歧管出口120也可具有漏斗的外形，并且被配置成将已通过等离子体生成区域124的水薄雾流引导到连接到封闭件110的单个开孔。
151.图7和图8示出了灭菌设备100的另一个实施方案。除以下差异外，图7和图8所描绘的灭菌设备100具有与图1和图2所描绘的灭菌设备100相同的特性。
152.图7和图8所描绘的功率分割器132在上侧146和下侧148上具有其输出端口134。布置在上侧146上的输出端口134连接到歧管116的第一部分150。布置在下侧148上的输出端口134连接到歧管116的第二部分152。第一部分150和第二部分152各自限定等离子体腔126，使得在该实施方案中歧管116具有两个等离子体生成区域124。
153.第一部分150和第二部分152可彼此不流体连通。第一部分150和第二部分152各自包括侧向端口122，功率分割器132的输出端口134连接到这些侧向端口。第一部分150和第二部分152各自可具有用于连接件112的开口。这些开口限定歧管入口118。连接件112可包括将薄雾发生器104分别连接到第一部分150和第二部分152的两条线。歧管出口120可类似于图5和图6所描绘的歧管出口。
154.功率分配器件128和特别是功率分割器132可布置在第一部分150与第二部分152之间。
155.用于如图7和图8所描绘的灭菌设备100的功率分割器132可具有如图9所描绘的配置。功率分割器132是互连波导136的集合。
156.在图9中，功率分割器132包括多个波导136，该多个波导是波导136的集合的示例。波导136形式的输入端口130在接合处154处通向另一个波导136。因此，供应到输入端口130的微波辐射在接合处154处被分配。微波辐射功率在接合处154处的分配比取决于构成输入端口130的波导136的长度以及从接合处154开始的波导区段156的长度。例如，构成输入端口130和上述波导区段156的波导136的长度可以是微波辐射半波长的倍数。
157.波导区段156各自通向另一个接合处154，两个另外的波导区段156从该接合处开始。四个波导区段156中的每个波导区段又通向四个接合处154，两个另外的波导区段156从该接合处开始。这八个波导区段156构成八个输出端口134，每个输出端口可设置有适配器142，用于将微波辐射转换成电能以供应到等离子体施加器200。因此，功率分配器件128具有一个输入端口130和八个输出端口134。四个输出端口134布置在上侧146上，并且四个输出端口134布置在下侧148上。
158.每个波导136是用于传输微波辐射的中空通道。波导136和相应波导区段156的长度优选地适于最佳传输和功率到输出端口134的均匀分布。特别地，微波辐射的功率可在每个接合处154处被等分，使得在每个输出端口134处存在的微波辐射的功率是相同的。
159.在图9和图10所描绘的实施方案中，波导136可以是直的。波导136可通过在传导材料块中钻孔来形成。块在图9和图10中示意性地概述，但未描绘以使波导136可视化。这种制造波导136的方式简单，同时确保波导136的精确长度。
160.在替代实施方案中，波导136可具有由塑料材料制成的波导主体，该波导主体的内表面被传导层(图中不可见)覆盖。传导层确保微波辐射的传输并且具有大于待在波导136内传输的微波辐射的趋肤深度的厚度。这种类型的波导136是轻质的。
161.图10所描绘的功率分割器132的实施方案具有接合处154和波导区段156的附加层，从而产生16个输出端口134。因此，功率分割器132的这个实施方案将在单个输入端口130处接收的功率分布到16个输出端口134。特别地，16个输出端口134处的微波辐射的功率是相同的。结合图9的实施方案所作的其他注释和描述同样适用于图10所描绘的实施方案。
162.因此，图9和图10所描绘的功率分割器132具有树状结构，其中功率在输入端口130处输入并且在接合处154处分支成两个波导区段156。在每个另外的波导区段156处重复连接到输入端口130的波导136的分割或分支。
163.图10所描绘的功率分割器器件132具有一些布置在除上侧146和下侧148之外的其他侧上的输出端口134；即在垂直于水薄雾流的两个另外的侧面上。这些输出端口134可连接到歧管116的第三部分和第四部分(图中未示出)。第三部分和第四部分分别具有第一部分150和第二部分152的特征。替代地，图10所描绘的功率分割器132可连接到具有如图1和图2所描绘的环面形状的歧管116。
164.在一个任选的实施方案中，每个侧向端口122被配置成接收等离子体施加器200(参见例如图12)。每个等离子体施加器200连接以经由功率分配器件128从微波源102接收微波能量。如下文参考图13和图14更详细地讨论，每个等离子体施加器200被配置成在其远侧端部处产生电场，该电场能够在流过歧管116的气体中击发等离子体。每个等离子体施加器200定位在其相应的侧向端口122处，使得其远侧端部位于等离子体生成区域124内。
165.在该示例中，气体供应器106还包括第二连接件(图中未示出)，该第二连接件向每个等离子体施加器200提供单独的气体馈送。在存在多个等离子体施加器200的情况下，第二连接件可包括多个分支。利用这种布置，气体从薄雾导管114和等离子体施加器200两者进入等离子体生成区域124。
166.在使用中，气体通过连接件112和第二连接件两者供应。薄雾由薄雾发生器104产生并夹带在来自连接件112的气体中，于是它通过薄雾导管114流入歧管116中。同时，气体从第二连接件流过等离子体施加器200以进入等离子体生成区域124。从微波源102供应的微波能量在等离子体生成区域124内产生电场以在气体中击发等离子体。等离子体施加器200可以环状等离子体弧在歧管出口120中可见的方式设置在等离子体生成区域124周围。
167.图11是可用于本发明的实施方案的歧管116的示意性俯视图。已经讨论的特征件用相同的附图标号提供，并且不再重复对它们的描述。在该示例中，在歧管入口118的近侧处接收四个薄雾导管114，该歧管入口用于将来自每个薄雾导管114的流组合到从漏斗元件歧管入口118的远侧延伸的单个管中。等离子体生成区域124形成在限定等离子体腔126的管内。通向封闭件110(未示出)的歧管出口120位于管的远侧端部。
168.类似地，等离子体施加器200通过其延伸到等离子体生成区域124中的侧向端口122形成在管的侧表面中。每个等离子体施加器200包括可连接到输出端口134的近侧适配器142。如上所讨论，每个等离子体施加器200具有专用气体馈送，其通过进气管202进入。进气管202延伸到横向于等离子体施加器200延伸到等离子体生成区域124的方向的方向。在图2中，进气管202的方向进入页面。
169.图12示出了图1和图2所示的歧管116的前视图。已经讨论的特征件用相同的附图标号提供，并且不再重复对它们的描述。在该示例中，沿等离子体腔126的圆周均匀分布有五个等离子体施加器200。在该视图中，延伸到等离子体腔126中的等离子体施加器200的部分通过歧管出口120可见。在操作中产生的等离子体环由虚线144示意性地示出。可以看出，来自薄雾导管114的薄雾流穿过并围绕等离子环，从而导致在气体流中形成羟基自由基以促进灭菌。
170.图13是可在上文讨论的设备中使用的等离子体施加器200的侧视图。等离子体施加器200是由例如铜等的传导管206限定的大体细长的圆柱形构件。适配器142安装在传导管206的近侧端部，以连接到输出端口134。沿输出端口134传送的微波能量因此可在与传导管206的纵向轴线一致的方向上被递送到传导管206中。传导管206在其远侧端部开口。进气管202安装在传导管206朝向其近侧端部的一侧上。进气管202限定了穿过进入传导管206的内部体积的流动路径。该流动路径相对于传导管206的轴线成角度。在该示例中，该流动路径横向于此轴线。通过进气管202递送的气体流动通过传导管206以在其远侧端部离开。石英管208与传导管206同轴安装在该传导管的远侧端部中。石英管208突出于传导管206的远侧端部之外，并且沿其远侧长度与传导管206的内表面重叠，如图14所示。
171.图14是通过图13所示的等离子体施加器200的示意性剖视图。等离子体施加器200包括与传导管260同轴延伸穿过内部体积的细长传导构件212。细长传导构件212的近侧端部连接到适配器142的内部导体。细长传导构件212具有近侧部分214和远侧部分216，该近侧部分和该远侧部分具有不同直径。在该示例中，近侧部分214具有比远侧部分216的直径c大的直径a。远侧部分216终止于远侧尖端218处，该远侧尖端在该示例中是圆形的。与传导管206相结合，近侧部分214和远侧部分216分别限定第一同轴传输线和第二同轴传输线。
172.等离子体施加器200包括四分之一波变换器，该四分之一波变换器被布置成增加位于该等离子体施加器的远侧尖端处的阻抗，以促进利用递送的微波能量进行等离子击发。该四分之一波变换器可以由上文所限定的第一同轴传输线提供，即由传导管206和细长传导构件212的近侧部分214提供。
173.现在解释该四分之一波长变换器的操作。输出端口134可具有z0的阻抗，其为50ω。适配器142的外部导体电连接到传导管206，该传导管沿其长度具有均匀的内径b。适配器142的内部导体电连接到细长传导构件212。
174.第一同轴传输线的阻抗z
l1
可表示为：
[0175][0176]
第二同轴传输线的阻抗z
l2
可表示为：
[0177][0178]
第一同轴传输线具有长度l1，并且第二同轴传输线具有长度l2。l1和l2两者都被布置成由同轴缆线308传送的微波能量的四分之一波长的奇数倍。例如，在微波能量具有2.45ghz的频率的情况下，l1和l2可以是30.6mm，因此等离子体施加器200本身具有6-8cm的总长度。
[0179]
因此，第一同轴传输线和第二同轴传输线的接合处的阻抗z1可表示为：
[0180][0181]
并且第二同轴传输线的远侧尖端218处的阻抗z2可表示为：
[0182][0183]
将上面的表达式代入并简化，使得z2能够表示为：
[0184][0185]
对于等离子体施加器200的近侧端部处的输入功率p，并假设沿第一和第二同轴传输线的能量损失最小，远侧尖端处的电压v可表示为：
[0186][0187]
其中m是电压倍增因子，其等于
[0188][0189]
在一个示例中，等离子体施加器200的尺寸可以如下：a＝6.5mm，b＝12.5mm，c＝1mm。这产生等于3.862的电压倍增系数。对于z0＝50ω并且输入功率p＝250w，这使得远侧尖端218处产生431.8v的电压。因此可理解，这种结构能有效地产生可在施加器的远侧端部处提供高到足以引起通过传导管206传送的气体的电击穿的电场的电压。
[0190]
在图14中，进气管202位于离传导管206的近侧端部的距离d处。距离d可被选择为确保气体馈送管不影响第一同轴传输线和第二同轴传输线对微波能量的传输。在一个示例中，距离d为15mm。
[0191]
在图中未描绘的实施方案中，功率分割器132包括一个或多个威尔金森分配器，用于将进入的微波能量分布到多个输出端口134。如果波导136的阻抗为100ω，则可使用威尔金森分配器。
[0192]
包括其所有部件的功率分配器件128具有50ω的阻抗，该阻抗接近等离子体的阻抗。因此，在等离子体与功率分配器件128之间存在阻抗匹配，从而导致进入等离子体的改善的功率传输。
[0193]
在前述描述中或随附权利要求书中或附图中公开、以特定形式或根据用于执行所公开功能的装置或用于获得所公开结果的方法或过程表达的特征在适当情况下可单独地或以此类特征的任何组合用于以多种形成实现本发明。
[0194]
虽然已经结合上文描述的示例性实施方案描述了本发明，但当给出本公开时，本领域技术人员将了解许多等效的修改和变型。因此，上文阐述的本发明的示例性实施方案被视为说明性的而非限制性的。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施方案作出各种改变。
[0195]
为避免任何疑问，本文提供的任何理论解释都是为了提高读者的理解而提高。本发明人不希望受到这些理论解释中的任何理论解释的束缚。
[0196]
在包括下面权利要求的整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“具有
(have)”、“包含(comprise)”和“包括(include)”及变型(诸如“具有(having)”、“包含(comprises/comprising)”和“包括(including)”)将理解为隐含包括规定的整数或步骤或整数或步骤的组但不排除任何其他整数或步骤或整数或步骤的组。
[0197]
必须注意，除非上下文另有明确指明，否则如在本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一(a/an)”和“所述”包括复数个提及物。范围在本文中可表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示这类范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表述为近似值时，将理解，特定值形成另一个实施方案。关于数值的术语“约”是任选的并且表示例如+/-10％。
[0198]
本文使用的词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本发明的实施方案。然而，应了解，在相同或不同的情形下，其他实施方案也可为优选的。因此，一个或多个优选的实施方案的叙述并不意味或暗示其他实施方案是无用的，并且不意图将其他实施方案排除在本公开的范围之外，或者权利要求的范围之外。

技术特征：
1.一种灭菌设备，其包括：微波源，所述微波源被布置成生成微波能量；薄雾发生器，所述薄雾发生器被布置成生成水薄雾流；歧管，所述歧管被连接以接收来自所述薄雾发生器的所述水薄雾流并且被配置成将所述水薄雾流朝向歧管出口引导通过其内部体积；以及功率分配器件，所述功率分配器件具有耦接到所述微波源的输入端口和耦接到所述歧管的所述内部体积的多个输出端口，其中所述功率分配器件被配置为功率分割器，所述功率分割器运行来将在所述输入端口处接收的微波能量在所述多个输出端口之间分配，以在所述内部体积的等离子体生成区域中生成等离子体。2.如权利要求1所述的灭菌设备，其中所述功率分配器件包括互连波导的集合。3.如权利要求2所述的灭菌设备，其中每个波导包括由传导材料制成的块中的孔。4.如权利要求2所述的灭菌设备，其中每个波导包括由塑料材料制成的波导主体，其中所述波导主体具有在其中形成的通道，所述波导主体的内表面被传导层覆盖。5.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其中所述功率分配器件包括环形耦合器，其中所述多个输出端口从所述环形耦合器径向向内延伸。6.如权利要求5所述的灭菌设备，其中所述环形耦合器周围的相邻输出端口之间的距离为nλ/2，其中n为整数并且λ为所述微波能量的波长。7.如权利要求5或6所述的灭菌设备，其中所述输入端口设置在所述环形耦合器上在一对输出端口之间等距的位置处。8.如权利要求2或3所述的灭菌设备，其中所述互连波导的集合包括多个互连直波导，所述多个互连的直波导提供从所述输入端口到出口端口的多个路径，其中每个路径包括多个正交设置的波导区段，所述多个正交设置的波导区段将所述波导之间的接合处互连。9.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其中所述功率分配器件包括威尔金森功率分配器。10.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其还包括多个等离子体施加器，每个等离子体施加器连接到相应的输出端口。11.如权利要求10所述的灭菌设备，其还包括用于将所述输出端口连接到所述等离子体施加器的适配器。12.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其中所述多个输出端口设置在所述等离子体生成区域周围。13.如权利要求1至11中任一项所述的灭菌设备，其中所述等离子体生成区域具有环面形状。14.如权利要求1至11中任一项所述的灭菌设备，其中所述歧管包括限定第一等离子体生成区域的第一部分和限定第二等离子体生成区域的第二部分，其中优选地所述功率分配器件布置在所述第一部分与所述第二部分之间。15.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其包括气体供应器，所述气体供应器被连接以向所述薄雾发生器递送气体流，其中优选地所述气体流夹带由所述薄雾发生器形成的水薄雾以产生所述水薄雾流。
16.如权利要求10所述的灭菌设备，其中每个等离子体施加器包括：传导管；和细长传导构件，所述细长传导构件沿所述传导管的纵向轴线延伸，其中所述传导管和细长传导构件在所述等离子体施加器的近侧端部处提供第一同轴传输线，并且在所述等离子体施加器的远侧端部处提供第二同轴传输线，并且其中所述第一同轴传输线被配置为四分之一波长阻抗变换器。17.如权利要求16所述的灭菌设备，其中所述第二同轴传输线被配置有比所述第一同轴传输线高的阻抗。18.如权利要求16或17所述的灭菌设备，其中由每个等离子体施加器接收的所述气体流在所述传导管与所述细长传导构件之间穿过。19.如权利要求16至18中任一项所述的灭菌设备，其中每个等离子体施加器包括进气管，所述进气管被配置成将所述气体流递送到所述传导管与所述细长传导构件之间的空间，其中所述进气管横向于所述传导管的所述纵向轴线延伸。20.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其中所述微波源包括磁控管。21.如任一前述权利要求所述的灭菌设备，其中所述歧管的歧管出口可耦接到限定待灭菌空间的封闭件。

技术总结
一种适用于生成用于对封闭空间进行灭菌的羟基自由基的灭菌设备，其中能量和水薄雾的馈送以允许所述设备容易地按封闭件的大小缩放的方式组合。特别地，所述灭菌设备提供歧管，所述歧管用于提供等离子体生成区域以形成等离子体弧，通过所述等离子体弧引导水薄雾流以形成所述羟基自由基。功率分配器件将由微波源生成的微波能量传输到所述歧管，并将接收到的微波能量分布到连接到所述歧管的多个输出端口。口。口。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：科瑞欧医疗有限公司
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2023/8/13