利用微波能量汽化杀菌剂流体的方法及其装置
技术领域
本发明是关于杀菌剂流体的汽化，特别是关于一种利用微波能量以汽 化杀菌剂流体的方法及其装置。
背景技术
一般而言，物品通常是藉由暴露至汽化的杀菌剂(vaporized sterilant)以 被杀菌(sterilized)或被净化(decontaminated)。在传统技术中，藉由计量供给 流体杀菌剂至一加热表面以汽化流体杀菌剂是众所周知的。上述加热表面 加热流体杀菌剂，而产生汽化的杀菌剂。上述汽化方法具有诸多缺点。例 如，为了将上述加热表面加热至所需的温度，则需要更多的时间。再者， 这类型的汽化系统需要耗费高瓦特加热器的能量。
本发明可以克服传统技术的上述及其它缺点，并且提供一种利用微波 能量来源汽化汽化室中的杀菌剂流体的汽化系统，因此产生适用于杀菌或 消毒过程的蒸汽。
发明内容
根据本发明的一观点，本发明提供了一种用以汽化杀菌系统中的杀菌 剂流体的方法，该方法包含以下步骤：(a)雾化杀菌剂流体，其中杀菌剂流 体包含至少第一化学成分分子；以及(b)暴露经雾化杀菌剂流体至具有第一 频率的微波能量以汽化杀菌剂流体，其中第一化学成分分子因具有第一频 率的微波能量，而产生相对应转动。
根据本发明的另一观点，本发明提供了一种用以汽化杀菌系统中的杀 菌剂流体的汽化系统，该汽化系统包含：(a)用以雾化杀菌剂流体的装置， 其中杀菌剂流体包含至少第一化学成分分子；以及(b)第一微波产生器用以 产生具有第一频率的微波能量，以汽化上述汽化剂流体，其中第一化学成 分分子因具有第一频率的微波能量，而产生相对应转动。
根据本发明的又一观点，本发明提供了一种用以汽化包含杀菌剂成分 及载体成分的杀菌剂流体的方法，该方法包含步骤：(a)雾化杀菌剂流体， 其中至少一杀菌剂成分及载体成分包含对辐射具响应的净电偶极矩的分 子；以及(b)暴露雾化杀菌剂流体至具有第一频率的辐射以汽化杀菌剂流体， 其中所述分子因具有第一频率的微波能量，而产生相对应转动。
本发明的一优点是提供了一种汽化方法及装置，比传统的加热系统 (thermal heating system)更有效汽化杀菌剂流体。
本发明的另一优点是提供了一种汽化方法及装置，可易于按标定数量 汽化不同体积的杀菌剂流体。
本发明的又一优点是提供了一种汽化方法及装置，可选择性地利用微 波能量激发一多成分杀菌剂流体的分子。
详细阅读下列本发明的优选实施例的说明、附图及权利要求，将可理 解本发明的上述及其它优点。
附图说明
本发明某部分或某部分的组合具有具体形式，关于此的一优选具体实 施例将于说明书中加以说明，以及于为本说明书的一部分的附图中显示， 其中：
图1为根据本发明的一优选实施例的汽化系统的示意图。
具体实施方式
参考附图，其中图式仅用以说明本发明的优选实施例，并非用以限定 本发明。图1为根据本发明的一优选实施例的汽化系统10的示意图。熟知 本领域的技术人员应理解，名词杀菌剂(sterilant)(杀菌(sterilization))及净化 剂(decontaminant)(净化(decontamination))在此为可互相交换(interchangeably) 的用词。
汽化系统10(vaporization system)通常包含一汽化器组件(vaporization assembly)20、一注入系统(injection system)60及一微波产生器(microwave generator)90。汽化器组件20包含一入口导管(inlet conduit)22、一出口导管 (outlet conduit)32及一外壳(housing)40。外壳40是用以定义一汽化室 (vaporization chamber)42。入口导管22是提供一载流气体(carrier gas)进入汽 化室42的通道(passageway)。如下文中所详细叙述出口导管32是提供上述 载流气体以及经汽化的流体排出汽化室42的通道。出口导管32是以流体 连接一处理室(treatment chamber)或区域(未显示)，其中物体是暴露至上述经 汽化的流体以有效进行物体的杀菌/净化。一吹风机或风扇(未显示)是用以 将载流气体运送通过汽化室42。
在实施例中，汽化器组件20还包含一入口帐幕(inlet screen)24与入口 导管22相连接，以及一出口帐幕(outlet screen)34与出口导管32相连接。 入口帐幕24与出口帐幕34是作为过滤器，以将通过其中的流体中的颗粒 移除。
根据本发明的实施例，注入系统60通常包含一注入歧管(injection manifold)70、多个注入器72、一控制单元80及一泵(pump)62。注入系统60 如下文中所详细叙述，是将一杀菌剂流体雾化以产生一喷雾状(spray)、水汽 状(mist)或雾气状(fog)的杀菌剂流体。
歧管70包含一入口导管，入口导管是通向多个出口导管。注入器72 分别安装于歧管70的每一个出口导管。注入器72的操作是由控制单元80 所控制。歧管70的入口导管是以流体连接泵62。泵62将杀菌剂流体从一 杀菌剂流体来源100打入(pump)歧管70。在一优选实施例中，泵62将杀菌 剂流体加压(pressurizes)至一适合的压力。
注入器72，优选为一传统的液体注入器(liquid injection)，例如通常用 于燃烧式引擎(combustion engine)的液体注入器。当注入器72被供给能量 (energized)时，一电磁铁(electromagnet)移动活塞(plunger)以开启注入器72 的一个阀(valve)，使得加压的杀菌剂流体通过一喷嘴(nozzle)喷出(squirt)。 喷嘴将杀菌剂流体雾化以产生一微细(fine)喷雾状或水汽状的杀菌剂流体。 由于控制单元80以对注入器72供给能量(energizes)及不供给能量 (de-energizes)的方式，开启及关闭注入器72的阀。
微波产生器90提供一微波能量的来源。微波产生器90可于脉冲模式 下(pulsed mold)操作，以提供微波能量的脉冲(pulses)。微波具有大约位于 30厘米(相对于1GHz的频率)至1毫米(相对于300GHz的频率)范围的波 长。根据本发明的优选实施例，微波产生器90为磁电管(magnetron)。磁电 管为一高功率真空管(high-powered vacuum tube)，用以产生同调微波 (coherent microwaves)。真空管包含一热灯丝(filament)由直流电所充电 (charged)且配置于一共振腔(resonant cavity)，及全部组件配置于一磁场中， 该磁场是使因灯丝加热产生(boiling off)的电子偏向(deffects)，以将能量增加 至所述腔。
熟知本领域的技术人员应可理解，微波产生器90可采用其它形式，包 含但不限定于，一速调管(klystron)或一微波激射器(maser)。微波激射器是 类似激光的装置，但以微波频率操作。
汽化系统10的操作将于下文中详细叙述。泵62被启动，用以加压来 自杀菌剂流体来源100的杀菌剂流体。如下文所详述，杀菌剂流体包含至 少一杀菌剂或净化剂化学成分。控制单元80供应能量至注入器72以释放 通过其中的杀菌剂流体，因而释放一雾化喷雾状、水汽状或雾气状的杀菌 剂流体至汽化室42。于汽化室42内，上述雾化喷雾状、水汽状或雾气状的 杀菌剂流体暴露至微波产生器90所产生的微波。如下文所详述，微波产生 器90被调整(tuned)以产生汽化杀菌剂流体的微波能量。
一载流气体(例如，空气)通过入口导管22而流入汽化室42。产生于汽 化室42内的汽化杀菌剂流体经由出口导管32而运送出汽化室42。出口导 管32以流体连接处理室(未显示)，其中物品是暴露至汽化的杀菌剂流体， 以有效杀菌或净化其中的物品。
杀菌剂流体可包含二种或更多化学成分，也就是说，可以包含一杀菌 剂成分(sterilant component)及一载体成分(carrier component)。杀菌剂成分是 用于杀菌或净化过程的活性化学物(active chemical)。载体成分为一流体， 该流体可作为所述杀菌剂成分的稀释剂(diluent)。熟知本领域的技术人员应 可理解，载体成分也可为用于杀菌或净化过程的活性化学物。
一般杀菌剂成分包含，但不限定于，液体过氧化氢、过酸，例如过醋 酸，及漂白剂。熟知本领域的技术人员应可理解，杀菌剂成分可为气体， 包含，但不限定于，臭氧(ozone)、二氧化氯(chlorine dioxide)及环氧乙烷 (ethylene oxide)。一般载体成分包含，但不限定于，水、去离子水(de-ionized water)、蒸馏水(distilled water)、乙醇(例如，三级醇)、过氧化物(peroxide)、 含乙二醇(glycol)的化合物，及其组合。含乙二醇的化合物包含，但不限定 于，聚乙二醇(polyethylene Glycol)、二甘醇(diethylene glycol)、三甘醇 (triethylene glycol)、四甘醇(tetraethylene glycol)、乙二醇醚类(glycol ethers)、 聚丙二醇(polypropylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)，及其组合。值得 注意的是，上述液体杀菌成分(例如，过氧化氢)也可作为载体成分。
一些典型杀菌剂成分及载体成分包含，但不限定于，下列组合：过氧 化氢与水、漂白剂与水、过醋酸与水、过氧化氢与乙醇、乙醇与水、及臭 氧与水。
具有净电偶极矩的分子可利用一具特定频率或多个特定频率的微波辐 射而激发。在上述考量，照射于具有净电偶极矩分子上的微波辐射将于上 述分子产生一力矩(torque)。供应上述辐射的震荡电场，使电偶极矩沿着电 场轴向排列。微波辐射的电场持续改变其大小与方向，因此可以使偶极矩 转动进而使分子转动。值得注意的是，某些具有净电偶极矩的分子可利用 一特定频率或多个频率的红外线辐射而激发。
熟知本领域的技术人员应可理解，以一电场使一分子转动难易取决于 分子特性。例如惯性矩(I)(moment of inertia(I))。惯性矩(I)(moment of inertia(I))可表示为下列公式：
I＝∑mi(ri)2
其中，mi为分子的质量，ri为分子中原子的距离。
举例而言，一杀菌剂流体包含过氧化氢与水，其中过氧化氢分子约为 水分子质量的2倍以及2个氧原子距离为0.149nm。特别的是，过氧化氢分 子具有惯性矩(I)约为34×10-40(克)(平方厘米)，而水分子具有惯性矩(I)约为 1.1×10-40(克)(平方厘米)。因此，过氧化氢分子的惯性矩(I)约为水分子的惯 性矩(I)的34倍。由于水分子的惯性矩(I)较小，因此以微波能量转动水分子 比转动过氧化氢分子更为容易。再者，在液滴(droplet)的形式下，由于过氧 化氢分子的结构近似于哑铃(dumb-bell)，因此水分子也比过氧化氢分子更易 于转动。
值得注意的是，上述说明是氢键对于分子间能量转移的影响。也就是 说，上述说明是考量于一空间区域中利用微波能量撞击(bombarding)单一水 分子及单一过氧化氢分子所产生的效应。
根据上述，微波产生器90被调整(tuned)以产生汽化杀菌剂流体的微波。 在本发明的一实施例中，微波产生器90可被调整以产生具有激发(excites) 杀菌剂成分分子的频率的微波。在本发明的第二实施例中，微波产生器90 可被调整以产生具有激发载体成分分子的频率的微波。在本发明的另一实 施例中，微波产生器90产生可于激发杀菌剂成分分子的第一频率及具有激 发载体成分分子的第二频率之间替换的微波。在又一实施例中，是同时使 用两微波产生器。在上述考量下，微波产生器90产生激发杀菌剂成分分子 的第一频率的微波，而第二微波产生器同时产生激发载体成分分子的第二 频率的微波。
上述雾化的杀菌剂流体为微波辐射撞击后，当被激发的分子的偶极矩 转动时，微波频率所激发的分子将被驱动(driven)或被加热(boiled)而远离任 何未激发的分子。因此，将被激发与未激发的分子释放以作为蒸汽。当被 激发的分子碰撞(bump)未激发的分子时，动能也会传送至未激发的分子， 因此有助于被激发与未激发分子的汽化。
值得注意的是，本发明可用以汽化一杀菌剂流体，其中杀菌剂流体的 杀菌剂成分及/或载体成分包含具有一净电偶极矩的分子，使得可吸收一特 定频率或多特定频率的微波辐射。因此，仅需杀菌剂流体的杀菌剂成分或 载体成分其中之一具有一净电偶极矩，使其可吸收一特定频率或多特定频 率的微波辐射。在上述考量下，本发明中所使用的一适合的杀菌剂流体可 包含不可被微波辐射所激发的杀菌剂成分，及可被微波辐射所激发的载体 成分，或反之亦然。
水分子可吸收大约2.450千兆赫(GHz)频率的微波能量。本发明提供了 过氧化氢分子微波吸收频率的大约数值，如下面的表格：
过氧化氢之微波吸收频谱 (Microwave Absorption Spectrum) 14.829千兆赫(GHz) 37.518千兆赫(GHz) 22.054千兆赫(GHz) 27.640千兆赫(GHz) 11.072千兆赫(GHz) 35.916千兆赫(GHz) 39.033千兆赫(GHz) 39.495千兆赫(GHz) 39.790千兆赫(GHz)
熟知本领域的技术人员应可理解，本发明利用包含一杀菌剂成分与一 载体成分的杀菌剂流体作为参考说明，也应了解本发明也可利用仅单独包 含杀菌剂成分的杀菌剂流体。如上所述，杀菌剂流体是被如上述方式雾化， 并且暴露至具有激发杀菌剂成分分子的频率的微波，因此杀菌剂成分得以 汽化。
普通技术人员于理解或阅读本说明书时所思及的修正或修改，在不脱 离本发明精神或要求保护范围内所作的修正或修改，均属于本发明所揭示 精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在本发明的保护范围内。