专利名称：微波压力容器与消毒方法
相关申请本申请是1995年5月22日第08/446442号美国专利的部分继续申请和1995年8月2日第08/510287号美国专利的部分继续申请。技术范围本发明涉及一种在压力加热容器中使用微波能量的新方法和装置，特别是在优选实施例中涉及一种消毒医疗废弃物的新装置和方法。发明背景本发明涉及一种用于在压力下加热材料，物体，液体等的微波装置和方法，其中之一方面，本发明通过利用微波能量产生消毒所需的足够热量和压力的方法可以用于医疗废弃物的消毒中。通过对用于医学废弃物的优选实施例的描述，很显然本发明适用于广泛的应用领域。
医疗废弃物是指可以传播各种各样疾病的传染性废弃物。医学废弃物主要来源于医院、医生诊室、病房、牙医诊室、实验室、研究机构、护理室和殡仪馆。随着医疗费用的提高，越来越多的疾病在家护理，其结果是医疗废弃物与生活垃圾混在一起。另外，近几年由于大量使用一次性产品代替可重复使用的产品，医疗废弃物急剧增加。
在许多管区，医疗废弃物的定义甚至拓宽为包括更广种类的材料。“疾病控制中心”公布建议任何与被感染的病人体液有过接触的物品被认定为废弃物，例如包括绷带、手套、试管、注射器、培养物、病理切片。然而，针对医疗废弃物不正当处理情形的增加，大部分州公布了处理从大型到小型医疗废弃物的法令和法规。另外，“联邦医疗废弃物跟踪法”建立了污染废弃物的寿命跟踪系统。在消毒后的废弃物被作为非传染性物品处理之前，必须使其已不可辨认原来的形态。
一般地，生成的废弃物在处理之前被隔离在特殊密封容器内。除化学处理外，所有感染的细菌，病菌和组织通常以加热方式进行销毁。最广泛使用的热处理方法是采用高压锅蒸即用蒸汽进行消毒，和在有特殊装备的焚化现场进行焚烧。无论是改造现有医院的焚化炉，还是新建符合环保条件的焚化炉，其费用都相当昂贵，而通常的高压锅蒸太费时并且费钱。一般讲现场处理将会大大降低费用因为处理这些材料并没有危险。因此非常需要一种能在现场迅速并且低成本进行消毒处理或处理废弃物的装置。
消毒有多种定义，包括有各种司法机构在各种法规中规定的定义和由医疗研究机构公布的各种定义。对于本申请的目的而言，“消毒”的意思是获得形成细菌和杆状脂肪嗜热菌(bacillus stearothermophilus)的孢子减少106倍。在这里所描述的是达到该标准的一种装置和方法。显然本装置和方法也能达到较低的标准。对于本申请的目的而言，“灭菌”是指不满足消毒要求的任何处理。
现有最可靠的消毒方法是高压锅蒸，它要求在至少加热到大约华氏212度的蒸汽环境中消毒从10分钟到一天或更长的时间。用高压锅蒸的装置进行加压蒸汽消毒在医院和医疗机构已经实行了多年。然而，对于大规模医疗废弃物的消毒，无论废弃物处在大容器中的任何位置，在一定压力和温度下只有蒸汽能够渗入体积大的废弃物足够长的时间才能进行废弃物的完全消毒。因此，相对于对标准大气压条件开放的容器而言需要一种压力容器来完成消毒。在可以进行完全消毒废弃物的高压锅蒸和焚化以后，残渣将埋入大地。
通常使用的另一种消毒方法是使用干加热。然而，干加热消毒需要较长的加热周期。其他成功使用的消毒方法，例如化学蒸汽消毒、灭菌化学处理以及液体消毒方法，往往受限于使用场所。
近来利用微波能量进行消毒越来引起人们的兴趣。例如可参见美国专利第5098665、5124125、5213758、5246674和5223231号。这些专利的装置传输多模微波，因而微波能量传输到要处理的物体时效率相对较低。另外这些装置仅能以线性方式传输微波。
因此，仍然需要一种快速、可靠、廉价并可就地消毒感染废弃物的方法和允许微波能量在大型压力容器中使用的装置。本发明正是针对这些需要并具有以下优点(a)在大型压力容器的处理中可以更高效地利用微波；(b)提高微波炉的能量利用效率；(c)在消毒装置的实施例中，提供一种产生足够热量可以消毒整个容积的废弃物的装置。
(d)在优选消毒装置的实施例中，提供一种不需要排泄管的紧凑型装置；(e)提供一种自动控制处理过程；(f)提供一种高效率传输能量到封闭式容器的装置。发明的目的本发明的目的是提供一种能高效率传送微波能量的微波废弃物消毒器。
本发明的进一步目的是提供一种允许重复使用用于消毒处理的废弃物容器的微波废弃物消毒器。
本发明的更进一步目的是提供一种可以重复使用所加的水汽和在处理过程中冷凝的水的微波消毒方法。
本发明的再进一步目的是提供一种可以在整个内部产生所必须的压力，消除冷点的微波消毒过程。
本发明的另一目的是提供一种以均匀分散的模式导引微波能量进入处理腔的方法。发明的概述本发明涉及一种利用微波能量的压力容器。容器包括确定压力容器第一部分的第一壳件和确定压力容器第二部分的第二壳件。第一和第二压力壳可以打开、关闭并且密封。上述壳中的至少一个中的一部分是由能透过微波的材料所构成。装置还包括同轴微波发生装置位于邻近压力壳的能透过微波能量的那部分，并向压力容器提供同轴微波。
本发明的一实施例是提供一种微波废弃物消毒器，它包括上部外壳、下部外壳、与上部外壳相连导引微波能量的上部装置、与下部外壳相连导引微波能量的下部装置、与导引微波能量的上部装置相连分散微波能量的上部装置、与导引微波能量的下部装置相连分散微波能量的下部装置、以及将上部外壳和下部外壳闭合在一起并可打开的夹持器。
另一方面，本发明涉及一种可打开、可关闭和可密封的压力容器，它至少有一部分是由能透过微波能量的材料制成以形成微波通路。邻近上述压力容器的透过微波的部分放置有同轴微波发生装置，它包括磁控管、波导以及从波导的输出端部延伸的直线形元件。同轴微波发生装置位于邻近压力壳能透过微波能量的那部分以便直线形元件能穿过透过微波材料的路径。在优选实施例中，直线形元件提供液体、例如水注入压力容器的通路。在优选实施例中，圆锥形元件附属在直线形元件的外部，圆锥的基底邻近伸进压力容器内的直线形元件的端部。另外，在优选实施例中，压力容器外壳，或者一衬筒制成抛物面形。调节圆锥和抛物面使得在压力容器主要部位建立一同轴微波场。
本发明还涉及一种如上所述的压力容器，在其中在伸进压力容器内的直线形元件的端部附加一喷头可以将水喷射进容器。最好喷射的模式被调节成水的小飞沫状洒进进入装置的微波路径中，然后被加热形成蒸汽。最好通过选择特定的喷射模式使由微波加热注入的水达到最佳。
另一方面，本发明涉及一种适合废弃材料消毒的装置。该装置包括可打开、可关闭和可密封的压力容器。压力容器包括至少一部分由能透过微波能量的材料制成的上部分、该材料形成微波通路。压力壳的下部分有第二部分由能透过微波能量的材料制成并形成微波通路。在压力容器的下部分有一托台由能透过微波能量的材料制成。位于靠近压力壳的透过微波的那部分有同轴微波发生装置。同轴微波发生装置包括一直线形元件，围绕该元件的微波可以耦合到该元件并形成同轴微波。直线形元件从同轴微波发生装置延伸穿过压力壳的能透过微波的材料形成的部分。在优选实施例中，至少有一个上述直线形元件形成水注入压力容器的通路。在优选实施例中，至少有一个上述直线形元件形成允许冷凝水和蒸汽排泄的通路。在上述排泄管或排出通路的另一端有一闪蒸室将蒸汽冷凝。闪蒸室有两个出口管道。一个废气管经过一过滤器后排入大气，另一个液体排出管道与液体贮存箱相连。
另一方面，本发明涉及一同轴微波发生装置，它包括有第一和第二端的波导、邻近第一端有产生微波能量的磁控管。波导有一轴并且在邻近上述波导的第二端有一其轴与波导的轴同轴的直线形元件。在优选实施例中，本发明涉及的同轴微波发生装置有一“t”形波导，其主波导部有第一端和第二端。紧接第一端有一磁控管用于产生微波。在主波导部的第二端有与主波导部的轴垂直的第一反射波导部和输出波导部。第一反射波导部和输出波导部的轴最好为同轴。邻近第一反射波导部和输出波导部有第二反射波导部，第二反射波导部的轴与主波导部的轴最好为同轴。
直线形元件穿过输出波导部，其轴与输出波导部的轴同轴。在优选实施例中，该直线形元件也作为液体例如水注入通过同轴微波装置的通路的管道。
本发明的另一实施例提供消毒废弃材料的方法。该方法包括放置废弃材料到可重复使用的塑料废弃物容器，放置废弃物容器到微波废弃物消毒器中，同时启动上部磁控管和下部磁控管以便在微波废弃物消毒器中产生微波并在存在有水的情况下加热微波废弃物消毒器到预定的压力，将预定的压力保持一定的时间，停止产生微波，释放在微波废弃物消毒器内的压力直到接近环境大气压，打开废弃物消毒器，然后取出废弃物容器。
本发明的另一实施例提供一分散微波能量到处理腔的方法。该方法包括横穿处理腔发射微波能量，从处理腔的表面反射微波能量，耦合微波能量到同轴波导装置，改变微波能量的第一流向到与同轴波导装置平行的第二流向，在导引微波能量中以第二流向传输微波能量，在分散微波能量的装置中分支微波能量，产生一均匀通量的通量场。附图的简单描述本发明从下面的附图配合详细描述可以更容易地明白，但附图并不是限制本发明，而只是为了说明。
图1为表示本发明装置的一实施例的剖面图。
图2a为表示同轴微波发生装置的分离剖面图。图2b为表示波导截面的端部图。
图3为表示微波压力容器与本发明的其他元件的关系的原理图。
图4为表示圆锥形元件的剖面图。
图5a为表示说明本发明操作的流程图。图5b为表示说明优选实施例操作的流程图。
图6为表示优选控制器的电气框图。
图7为表示操作面板单元的示意图。
图8为表示安装后的另一消毒器装置的剖面图。
图9为表示上部分的分解图。
图10为表示下部分的分解图。
图11为表示安装后的上部分装置的剖面图。
图12为表示安装后的下部分装置的剖面图。
图13为表示上部外壳的剖面图。
图14为表示下部外壳的剖面图。
图15为波导和磁控管的另一实施例的的剖面图。
图16为表示上部z-颈的剖面图。
图17为表示圆锥形支撑的剖面图。
图18为表示轴环的剖面图。
图19为表示上部内衬筒的剖面图。
图20为表示折射圆锥的剖面图。
图21为表示下部z-颈的剖面图。
图22为表示下部电介质盘的剖面图。
图23为表示适配器的剖面图。
图24为表示下部内衬筒的剖面图。
图25为表示下部折射器的剖面图。
图26为表示以内表面的曲线绘制的抛物面钟形内表面的剖面图。详细描述下面参照附图，特别是图1进行详细说明。图中表示一个例如采用微波能量产生蒸汽和压力的装置。
该装置由微波压力容器10组成，包含有确定容积的压力容器壳12。容器壳12分别具有彼此之间相对可以移动的上下两部分12a、12b，使得容器壳12可以打开和关闭。在优选实施例中，在容器壳12内部有一衬筒14，衬筒14具有两部分14a、14b，分别与容器壳的两部分12a、12b相接。在衬筒14上有开口或通孔16，用来与位于衬筒14与容器壳12之间的空间18连通，衬筒14最好具有预定的形状用于改善效率和聚焦微波能量，将在后面叙述。这里衬筒14是优选的，但不是必需的。也可以单独使用压力容器壳12，因为它可以制成任何形状包括有如衬筒14的预定形状。然而，压力容器壳制成有如衬筒14的预定形状是昂贵的。因此，优选使用标准压力容器，然后附设预定形状的衬筒以最大限度地提高效率。适当的闭锁(夹持具)28使上容器壳12a与下容器壳12b锁紧以致于容器10内可以充压。
容器壳12或衬筒14确定一处理腔20用于放置可透射微波能量的容器26，容器26中放有材料，物体和液体等等。与容器壳12连在一起的是产生和发射微波进入处理腔20的微波发生装置30。控制器68(图3)提供对微波源的调整。本发明的装置设计成以微波同轴传输方式进入处理腔20，并且在被处理物内以单模分布。最好压力容器使用衬筒14以帮助在处理腔内形成、传输和利用同轴微波以及在处理腔内以单模照射到被处理物上。
更确切地说，装置包括由上容器壳12a和下容器壳12b所确定的处理腔20，当密封时，形成一圆柱体向装置两端部，优选成抛物拱面，而在圆柱颈22处收缩。如图1所示，抛物拱面构成衬筒14。颈部的开口处由能作为隔板密封的一种材料所密封，这种材料能保持容器内的压力和蒸汽并能透过微波，即容许微波通过而只产生少量的损耗。颈部优选使用能足够承受所需压力的厚度的聚四氟乙烯特氟隆的电介质盘24进行密封。大约1英寸厚的特氟隆盘可以足够承受高达每平方英寸22磅的压力。
与上容器壳12a的颈部连在一起的是一与处理腔20相通的微波发生波导装置30。该波导装置由微波发生器32和波导34所组成。微波发生器32最好是能产生微波能量的磁控管，而更希望是工作在2450MHz的磁控管，这是一个已经通用的标准频率。波导34包含至少一个矩形波导部，在优选实施例中，在波导内设置有调节元件36用来调节使微波达到最大输出。最好使用三个调节元件36。
图2a表示优选微波发生装置(图中相同的元件采用相同的标号表示)。波导34为“t”形，包含有一主波导部34a，在其第一端部有微波产生器32。在主波导部的第二端部有一其轴与主波导部的轴垂直的输出波导部34b和位于主波导部34a的第二端部处并与输出波导部34b同轴而位置相反的第一反射波导部34c。第二反射波导部34d与第一反射波导部34c和输出波导部34b邻接并与主波导部34a同轴。直线形元件38(将在后面叙述)与输出波导部34b的轴同轴并穿过波导。
各个波导部最好具有同样的横截面。例如，如图2b所示，波导的横截面优选其一边“w”为一全波的长度，而另一边“h”为半个波长的长度。波导部的具体尺寸取决于所使用的微波的波长。对于2450MHz的波长而言，优选波导部的宽度为4.84英寸，高度为2.42英寸。
仍然参照图2，可调节的反射器或调节元件36被设置在主波导部34a、第一反射波导部34c和第二反射波导部34d内。每一个都带有一个调节机构，例如螺钉37。从发生器32发射的微波在主波导部34a内朝两方向传输。朝主波导部34a的第一端部传输的微波碰到反射器36后反射回到朝直线形元件38传输。调节反射器36使其反射的波与原先朝直线形元件38传输的波一致。当波到达直线形元件38时，一部分耦合到直线形元件38并沿其长轴同轴传输。没有耦合到直线形元件38的波经第二反射波导部34d的反射器36反射回到直线形元件38。耦合到直线形元件38的波沿直线形元件38的两个方向传输。背离输出波导部34b传输的波经在第一反射波导部34c的反射器36反射回到向输出波导部34b传输。波导由一特氟隆电介质盘100或者其他可以透过微波的材料所密封。
再次参照图1，直线形元件38穿过微波发生装置30的波导34和上容器壳12a的密封圈24并伸入到处理腔20内，如上所述，能同轴传输微波到处理腔20内。在直线形元件38的下部尖端部附近连接有一圆锥形元件42。调节元件或反射器36处在能聚焦微波发生器32发射的微波到直线形元件38上的位置上，而以同轴形式耦合到直线形元件38的波沿直线形元件38的长轴以同轴形式通过密封圈24传输到处理腔20内。
托台元件40紧固在确定处理腔的下容器壳12b上。托台元件40是以能透过微波的坚固的圆盘为好，圆盘上打有与排泄管47相通的多个孔44，排泄管47与位于托台元件40之下并穿过下容器壳12b的园柱颈22的密封圈24的出口导管46相连。在出口导管46内设置有测量处理腔20压力的传感器48。为使处理腔20充上压力和蒸汽，在出口导管46上装有阀门66。参照图3，传感器48和阀门66与控制器68有效相连使控制器68可以检测由传感器48产生的信号，并且根据该信号，调节释放处理腔20的蒸汽和压力。控制器68还与微波发生器32有效相连，并且根据从传感器48传来的信号调节微波发生器。
再参照图1，在阀门66以下的出口导管46最好分成两个或更多个二级出口导管50，每一都延伸并在其远端部与一闪蒸室52相接。闪蒸室52有一输入端部54和一输出端部56并且其直径大于二级出口导管50的直径，以便能使排出的蒸汽迅速膨胀并冷凝。闪蒸室52内应填充一些材料60，以不锈钢棉为好，从而能促进冷凝并降低排出气体的温度。冷凝之后的蒸汽被送到与连通大气的一排出导管62相连的输出端部56使气体排出容器。气体在释放到大气之前应通过一能过滤有害气体的过滤器64，以活性碳过滤器为好。闪蒸室52还设置有一与贮存室或贮存箱70(参见图3)相通的冷凝排泄管68。
微波发生装置30、圆锥形元件42、压力容器10和直线形元件38组成通路使微波沿直线形元件38以同轴方式传输进入处理腔20，然后沿圆锥形元件42的外部传送到周边然后传送到处理腔内。
为了有效地利用沿直线形元件38传送的同轴微波能量，必须将该能量从直线形元件38去耦后扩散出去。发明人并不基于任何操作理论，而相信圆锥形元件42有助于从直线形元件38中去耦同轴微波，并使其广泛扩散并同轴传入到处理腔20。可以发现如果圆锥形元件42为中空状则可以工作得更好。也相信圆锥形元件42可以起到一个电容的作用，放电时发射出范围宽、均匀、单模的微波场并充填进要处理的材料内。这样，在小直径的处理腔内可以不要圆锥形元件42而单独使用直线形元件38，而当处理腔的直径要比直线形元件38的直径大10倍以上时，发现圆锥形元件42是有效的。这些元件应调节到每个单元所特定的形状。相对直线形元件配置的抛物面反射器可以改善效率。最初的抛物面形状可以分解为常见的圆柱形状。如图1所示，可以用衬筒14近似构成，或者将压力容器壳12作成所要求的形状而取消衬筒。圆锥形元件42的基底应靠近穿过抛物面狭小部的端部的平面。
当圆锥形元件42的基底与抛物面反射器的最大直径之比在约1∶3～约7∶12的范围内是有效的。圆锥顶部形成的夹角在30°和90°之间是有效的。圆锥的长度一般应是抛物面的长度的约40％～60％。圆锥优选等边圆锥，其顶部夹角为60°，如图4所示。对于所适用的每个不同的压力容器，大部分规定的形状和调节要靠实验确定。一种实验确定从直线形元件38尖端部所发射的微波的形状的方法是将许多Bisquik mix的薄片放进装置，然后照射微波。在每一层出现的烧焦的和没烧焦的痕迹可以让人看见何处集中了微波。通过观察在Bisquik mix中烘烤的模式近似确定圆锥的形状。当装置进行了适当的调节，Bisquik薄片上将呈现许多集中的环，在此处材料更充分地受到烘烤，而介于环之间的部位将较少地受到烘烤。
在优选实施例中，与下容器壳12b的颈部22相连的有与处理腔20相通、并由微波发生器32和波导34组成的第二微波发生装置30。第二微波发生装置30具有与上部微波发生装置相同的类型和构成。
穿过第二微波发生装置30的波导和下部容器壳12b的密封圈24设置有排水管46。在其顶端部附近连接有背向的圆锥形元件42。第二微波发生装置30的调节元件或发射器36调节到使由微波发生器32发射的微波聚焦到排水管46上的位置，然后耦合到排水管46的微波沿着排水管46的长轴以同轴方式穿过密封圈24传输到处理腔20。排泄管47最好以能透过微波的材料制成，从而不致因有排水管46而破坏能量分配的模式。
微波发生装置30、圆锥形元件42、压力容器10、直线形元件38和排水管46组成通路使微波沿直线形元件38和排水管46以同轴方式传输进入处理腔20，然后沿圆锥形元件42的外部传送到外周并传送到处理腔20内。
为了使效率达到最大，通过直线形元件38和排水管46传输到处理腔20的微波不应相互干扰。通过上述调节微波的方法可以获得不相互干扰的微波场。
为了产生蒸汽，将水与材料、物体、液体以及要处理的物质一起加到处理腔内。直线形元件38应是可注入液体的管道，通过它可以将水或其他液体注入到处理腔20。水最好通过位于液体注入管道(直线形元件38)的下端部的喷头72喷入到处理腔20。
下面参照图3，水是由进水管74提供给液体输入管38的。供给液体输入单元的水由位于液体输入管38和通用的水源(图中未画出)之间的阀门76调节。另一水源是位于贮存箱70内的冷凝水。贮存箱70与进水管74相连。水从贮存箱70通过泵84流入进水管74从而可以循环使用。位于贮存箱70和进水管74之间设置有阀门78以调节流入进水管74的循环水的流量。在医疗废弃物的消毒中，水被注入到微波路径中以产生蒸汽和热直到由位于排水管46内的压力传感器48检测的压力达到大约每平方英寸22磅(表压)为止。
在这些应用中为了更有效地生成所要求的蒸汽，水被注射到微波路径中进行加热并蒸发为蒸汽。加热的程度由所加的水量、喷洒的延续时间以及喷洒的间断时间所确定。通过对各种圆锥形状绘制压力和温度随时间变化的曲线，可以确定圆锥的夹角以达到最好的加热方式。通过改变每次喷洒的延续时间和喷射之间的间断时间，可以确定最佳的喷射条件。如下所述，如果在10分钟喷射10次，而每次喷射30秒喷出4杯水，则优选实施例将获得好的效果。
可以发现喷出的水的路径对于达到最佳加热和产生蒸汽也是重要的因素。使水按分散的方式注入于微波路径之中对于加热水和蒸发为蒸汽也是重要的。这可以通过选择不同的喷头和改变喷入装置的喷射模式可以很容易进行实验。喷头可以以不同的喷射角度进行喷射。通过实验各种喷头和喷射形状并绘制压力和温度随时间变化的曲线，可以确定特定装置的最有效的喷射模式。可以发现当喷角在大约60°～135°之间时是有效的。在优选实施例中喷射角度约为120°。
传感器48与可以检测由传感器产生的信号的控制器68相连。控制器68还与微波发生器32、阀门66、76和78相连，并能根据由传感器产生的信号对这些元件进行调节。控制器68还与泵84、以及马达80和82相连。马达82连接在装置上用于提升和下降压力容器的上部分。马达80驱动操作闭锁28的机构。这里使用了通常的方法来提升和下降压力容器、以及接合和拆开闭锁28。虽然该单元可以手动操作，但最好采用由控制器68通过程序控制以协调该单元的动作。
处理过程从打开容器开始。废弃物放入容器中最好装入废弃物容器26中。一旦装置开始工作，控制器首先启动马达82降下容器的顶部到关闭位置，然后用马达80关闭闭锁28。之后，控制器关闭阀门66，打开阀门78和/或阀门76，并且启动泵84和微波发生器32。此后，阀门78和/或阀门76以及泵84的操作由控制器中的程序控制。
图5a表示控制器处理的流程图。控制器接收到从传感器48发出的与容器10内的温度有关的压力信号，并与所设定的压力进行比较。设定的压力选择为容器内所希望的温度所应有的压力。如有必要也可以增加一温度监视器。因为所测量的压力是压力计压力，在不同的高度要达到容器内同样的温度所需要的压力计压力有所不同。一般来讲当大气压大约为14.7时压力计表示的每平方英寸22磅的表压力相当于容器内温度在大约268°F～275°F。该温度足够用于优选实施例的消毒。在比较了压力信号与预置压力之后，控制器68打开水源并且打开微波发生器32。开始的水由贮水箱70供给，一旦贮水箱70空了，控制器关闭泵84，关闭阀门78并且打开阀门76。
当压力超过了设定值，控制器68将关断水源，并且停止微波发生器32。在关断水源之前，由液体注入管加水的地方，仍由控制器控制提供最后的水注入以便稍微冷凝负载。在优选实施例中(参见图5b)，超过设定压力后启动定时器。控制器68继续监测容器内的压力，如果有必要通过启动和关闭水的注入，激活和停止微波发生器32以保持容器内压力大于或等于设定压力。在达到预定的时间后，控制器关断水源和微波并中断比较器电路。
然后，控制器打开阀门66允许蒸汽和气体从罐内排出。这时继续监视压力，一旦压力达到所设定的压力则可以打开罐。启动马达80，打开闭锁28，然后启动马达82打开罐。
如图6所示，控制器最好是一台微型计算机，例如为一台可编程控制器(PLC)，型号61200-A120，由TELEMECANIQUE制造。操作PLC和控制微波加热系统通过控制面板来完成，如图7所示，它是一个液晶(LCD)显示屏、10个功能按键和一个数值键盘组成的操作面板。本发明也涉及在一定压力下加热材料、物体、液体等的处理方法。一方面，本发明是用于医疗废弃物消毒的处理方法，然而也是适合广泛应用的处理方法。
医疗废弃物消毒的处理方法包括(a)将医疗废弃物放置到调节成传输同轴和单模微波的压力容器中；(b)加水以湿润所述的医疗废弃物；以及(c)将所述的医疗废弃物暴露在能产生足够的蒸汽和压力的微波辐射中并持续足够的时间以至于能消毒所述的医疗废弃物。
另一方面，医疗废弃物也可以通过以下进行消毒(a)将医疗废弃物放置到调节成传输同轴和单模的微波的压力容器中；(b)将所述的医疗废弃物暴露在微波辐射中；以及(c)喷射足够的水以能产生足够的蒸汽和压力并持续足够的时间以至于能消毒所述的医疗废弃物。
本发明的设备采用以下尺寸是有效的从压力容器的上部密封圈24到下部密封圈24之间的总长度为约4英尺，压力容器的最大直径为约2英尺，圆锥的基底直径为约8～10英寸，圆锥的基底距密封圈为约11～12英寸。
在本发明的一实施例中，参见图8到图25，提供一微波废弃物消毒器102可以消毒含大量传染性的医疗废弃物、污染了的食物产品以及动物组织。微波废弃物消毒器由上部外盖104、下部外盖106、与上部外盖104相连导引微波能量的上部装置108、与下部外盖106相连导引微波能量的下部装置110，与导引微波能量的上部装置108相连分散微波能量的上部装置112、与导引微波能量的下部110相连分散微波能量的下部装置114，以及可将上部外盖104和下部外盖106闭合锁住和打开的夹持器116。
上部外盖104，如图13所示，为常见钟形并具有内表面118、外表面120、法兰底端部122、纵向轴以及在钟形的顶部有一孔124。孔124与纵向轴同轴。相配的下部外盖106，如图14所示，为常见碗形并具有内表面236、外表面238、法兰顶端部240、纵向轴以及在碗形的底部有一孔242。孔242与下部外盖的纵向轴同轴。上、下部外盖的法兰端部设计成可以用夹持器116合在一起形成一压力容器。
图9表示导引微波能量的上部装置108，它包括由外表面128、第一端部、第二端部130、外直径和纵向轴组成的上部同轴管(直线形元件)126、成长方形箱状的上部波导、磁控管152、管状第一上部同轴器154、管状上部导体插座160、管状第二上部同轴器162、罐状的上部z-颈170、管状上部电介质盘184、以及漏斗形的圆锥支撑192。
如图15所示，上部波导132为箱形状具有包含外表面136的顶部板134和包含外表面140的底部板138，顶部板134有第一端部142、第二端部144、在第一端部142和顶部板中部之间的第一孔146以及在第二端部144附近的第二孔148。第二孔的直径小于第一孔146的直径。底部板138与顶部板134平行并且有一其直径与顶部板134上的第一孔146大致相同的孔150。底部板138上的孔150与顶部板134上的第一孔146在同一轴上。磁控管152连接到上部波导132的顶部板134上穿过第二孔148，这样由磁控管152产生的微波可以发射到长方形箱状的上部波导内。磁控管可以采用在标准家用微波设备中使用的磁控管。磁控管的功率可以选用300W-3000W，然而，使用一个1400W的磁控管，例如由RICHARDSON电子公司制造的型号2MI21A-53，可以获得较好的结果。在优选实施例中，上部波导142还有第一可动端部(调节元件)318和第二可动端部(调节元件)320。每一可动端部都具有短路调节子的特性以帮助调节所发射的微波。
第一上部同轴器154有第一端部156、第二端部158、与上部波导132的顶部板134上的第一孔146的直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。第一端部156与顶部板134的外表面136相接，使其纵向轴与第一孔146同轴并且第一上部同轴器154覆盖在第一孔146上。虽然可以采用其他连接方法，但采用焊接相连已经证明是成功的。上部导体插座160有第一端部、第二端部、与第一上部同轴器154的内直径大致相同的外直径、与上部同轴管126的外直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。上部导体插座160紧密插入第一上部同轴器154的第二端部158。在优选实施例中，上部插座可以在第一同轴器中上下调节，这样允许导体插座作为短路调节子使用。第一上部同轴器和上部导体插座帮助定向和转换微波能量从上部波导到上部同轴管。
第二上部同轴器162有第一端部164、法兰端部166、与上部波导132的底部板138上的孔150的直径有大致相同直径的内表面168以及纵向轴。法兰端部166大致为环状并且有与第二上部同轴器162的内表面168一致的常见圆柱内表面。第一端部164连接到底部板138的外表面140上，使纵向轴与孔150同轴并且第二上部同轴器162覆盖在孔150上，焊接相连已经证明是成功的。
图16表示上部z-颈170，它有顶端部172、法兰端部174、常见管状边壁176以及纵向轴。管状边壁176有连接顶端部172和法兰端部174的外表面178和其直径比第二上部同轴器162的直径要大的内表面180。顶端部172有和纵向轴同轴的孔182。该孔182的直径与第二上部同轴器162的内表面168的直径大致相同。法兰端部174大致为环状并且有与上部z-颈170的内表面180一致的常见圆柱内表面。顶端部172与第二上部同轴器162的法兰端部166相连。螺栓连接已经证明是成功的。法兰端部174与上部外壳104的外表面120相连并覆盖在上部外壳104的顶部上的孔124上。螺栓连接已经证明是成功的。上部z-颈和第二上部同轴器帮助定向微波能量朝向分散微波能量的上部装置。
上部电介质盘184有第一端部186、第二端部188、外直径、纵向轴以及与上部同轴管126的外直径有大致相同的直径190的内表面。圆锥支撑192，如图17所示，有与上部同轴管126的外直径有大致相同直径的内表面、其外直径小于上部电介质盘184外直径的顶部表面194、其外直径小于顶部表面194外直径的底部表面196以及纵向轴。顶部表面194通过使用如硅白垩粉(Silicon chalk)的粘合胶与上部电介质盘184的第二端部188相连。上部电介质盘184和圆锥支撑192应具有大致能透过微波的特性，作为窗口的作用。对于该类微波的发射采用纯的聚四氟乙烯将工作良好。
上部外壳104、上部同轴管126、第一上部同轴器154、上部导体插座160、第二上部同轴器162、上部z-颈170、上部电介质盘184和圆锥支撑192等各部件的纵向轴均为同轴。上部同轴管126延伸穿过上部导体插座160、第一上部同轴器154、上部波导132、第二上部同轴器162、上部z-颈170、上部电介质盘184和圆锥支撑192。
上部同轴管、上部波导、第一上部同轴器、上部导体插座、第二上部同轴器、上部z-颈均由亲微波性材料制成，例如银、镍和铝。从制作和成本上考虑以铝为好。
分散微波能量的上部装置112也表示于图9中，它包括有常见环状的轴环198、上部衬筒204、喇叭形折射圆锥226以及管状上部折射轴环234。轴环198，如图18所示，有第一端部200、第二端部202、外直径、邻近第一端部200有第一内直径的第一常见圆柱内表面402、有小于第一内直径的第二内直径的第二常见圆柱内表面404、连接第一常见圆柱内表面402和第二常见圆柱内表面404的第一环形肩部406、邻近第二端部并且从第二端部202向轴环198的纵向轴大约收缩5度的第三常见截头锥台形内表面408、以及连接第二常见圆柱内表面404和第三常见截头锥台形内表面408的第二环形肩部410。第一内直径与上部电介质盘184外直径大致相同以便于上部电介质盘184紧密插入。第二内直径与上部z-颈170的顶端部172上的孔182的直径大致相同。第二内直径和截头锥台形内表面408大于圆锥支撑192的外直径。轴环的外直径小于上部z-颈170的内表面180的直径，因此上部电介质盘184、圆锥支撑192和轴环198都叠套进上部z-颈170。轴环用铝制成为好。
图19表示有纵向轴的上部衬筒，它包括有抛物面钟形部206和管形延伸部216。抛物面钟形部206包括有内直径的第一端部208、有大于第一端部208内直径的内直径的第二端部210、内表面212和外表面214。管形延伸部216有与抛物面钟形部206的第一端部208相连的第一端部218、第二端部220、内表面222和外表面224。在图26中所描绘的抛物面形具有较好的结果。抛物面钟形部206的外表面214在第一端部208处与轴环的第三常见截头锥台形内表面408相连，使上部电介质窗口在钟形部的顶上并覆盖其第一端部，而圆锥支撑在第一端部处进入到钟形部。延伸部216的第二法兰端部220叠套在上部外壳104的法兰底端部122上。法兰端部不仅设计成当系统闭合在一起时提供压力密封，而且提供射频(RF)能量密封。上部内衬筒204上的抛物面钟形部206的外表面214和管形延伸部216的外表面224邻近上部外壳104的内表面118。在优选实施例中，上部衬筒由铝制成，抛物面钟形部通过旋压成形而制成。抛物面钟形部和管形延伸部可以一体制成，然而，从制造上考虑分开制作然后焊接在一起更容易。
如图20所示，上部折射圆锥226有截头的第一端部228、第二端部230、纵向轴以及从第二端部230向第一端部228以45-55度的角度收缩的外表面232。截头的第一端部228的内直径与上部同轴管126的外直径大致相同，并且在轴环198与折射圆锥226的第二端部230之间的位置上在截头的第一端部228处，圆锥与上部同轴管126的外表面128相接。焊接相连已经证明是成功的。最好圆锥放置在使第二端部230和抛物面钟形部的底部处在同一平面上的位置上。折射圆锥226的外表面232与抛物面钟形部206的内表面212相邻。折射圆锥和上部衬筒一样最好采用铝制成。
上部折射轴环234为常见所知的环形，包括第一端部、第二端部、其直径小于折射圆锥226的第二端部230的直径的外表面、其直径与上部同轴管126的外直径大致相同的内表面以及纵向轴。内表面在上部同轴管126的第二端130附近与上部同轴管126相连，因此包含折射圆锥226的第二端部230的平面通过上部折射轴环并与上部折射轴环的纵向轴垂直。上部折射轴环最好采用铝制成。
这里不希望局限于任何操作理论，但可以相信微波能量是通过上部同轴管从导引微波能量的上部装置传输到分散微波能量的上部装置，然后分成三种路径，第一路在上部衬筒和折射圆锥之间，第二路沿着折射圆锥的内表面，第三路沿着上部同轴管。上部折射轴环起重新定向远离折射圆锥的第二端部的能量的作用。微波被重新定向进入折射圆锥的内部或者到上部衬筒的抛物面钟形部。
上部外壳104、上部同轴管126、上部衬筒204、折射圆锥226以及上部折射轴环234等的纵向轴均为同轴。上部同轴管126延伸穿过轴环198、抛物面钟形部206、折射圆锥226以及上部折射轴环234。
图10表示导引微波能量的下部装置。和导引微波能量的上部装置相同，导引微波能量的下部装置包括由外表面246、第一端部248、第二端部250、外直径和纵向轴组成的下部同轴管244、成长方形箱状的下部波导252、磁控管152’、管状下部同轴器272、管状下部导体插座278、罐状的下部z-颈280以及管状下部电介质盘292。
如图15所示，下部波导252与所叙述的上部波导一样，仅仅是方向朝下。具有包含外表面260的顶部板258和包含外表面256的的底部板254。底部板254有第一端部262、第二端部264、在第一端部262和底部板中部之间的第一孔266以及在第二端部264附近的第二孔268。第二孔的直径小于第一孔266的直径。顶部板258与底部板254平行并且有一其直径与底部板254上的第一孔266大致相同的孔270。顶部板258上的孔270与底部板254上的第一孔266在同一轴下。磁控管152’连接到下部波导252的底部板254上穿过第二孔268，使由磁控管152’产生微波发射到长方形箱状的下部波导252内。下部磁控管与上部磁控管一样。当供给能量时，上部和下部的磁控管设置成相互以至少120°的相位差进行发射。在优选实施例中，下部波导252还有第一可动端部322和第二可动端部324。每一可动端部都起短路调节子的作用。
下部同轴器272有第一端部274、第二端部276、与下部波导252的底部板254上的第一孔266的直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。第一端部274与底部板254的外表面256相接，因此其纵向轴与第一孔266同轴并且下部同轴器272覆盖在第一孔266上。可以使用一平板与第一端部相接以起支撑作用。如果使用，平板必须有一和下部同轴器的内直径相同直径的孔。下部导体插座278与下部同轴器一同使用。导体插座有第一端部、第二端部、与下部同轴器272的内直径大致相同的外直径、与下部同轴管244的外直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。下部导体插座278紧密插入到下部同轴器272的第二端部276。在优选实施例中，下部插座可以在下部同轴器中调节，这样导体插座起短路调节子作用。下部同轴器和下部导体插座帮助定向和转换微波能量从下部波导到下部同轴管。
图21表示下部z-颈280，它有底端部282、法兰端部284、常见管状边壁286以及纵向轴。管状边壁286有连接底端部282和法兰端部284的外表面和其直径大于下部波导252的顶部板258上的孔270的直径的内表面288。底端部282有和纵向轴同轴的孔290。该孔290的直径与下部波导252的顶部板258上的孔270的直径大致相同。法兰端部284大致为环状并且有与下部z-颈280的内表面288一致的常见圆柱内表面。底端部282与下部波导252的顶部板258相连。因此在底端部282上的孔290与顶部板258上的孔270同轴并且底端部282覆盖在孔270上。法兰端部284与下部外壳106的外表面238相连并覆盖在下部外壳106的钟形顶部上的孔242上。在下部z-颈和下部波导之间可以使用一平板起支撑作用。如果使用，平板必须有一和波导的顶部板上的孔的直径相同直径的孔。下部z-颈帮助定向微波能量朝向分散微波能量的下部装置。
如图22所示、下部电介质盘292有第一端部502、第二端部504、纵向轴、邻近第一端部502并有第一外直径的第一外表面506、邻近第二端部504并有大于第一外直径的第二外直径的第二外表面508、连接第一外表面506和第二外表面508的第一圆环肩部510、以及与下部同轴管244的外直径有大致相同的直径的内表面。下部电介质盘292位于下部z-颈280中并覆盖下部z-颈280的底端部282上的孔290。下部电介质盘292应具有大致能透过微波的特性，并起窗口的作用。采用纯的聚四氟乙烯作为电介质材料将工作良好。
下部外壳106、下部同轴管244、下部同轴器272、下部导体插座278、下部z-颈280和下部电介质盘292等的纵向轴均为同轴。下部同轴管244延伸穿过下部导体插座278、下部同轴器272、下部波导252、下部z-颈280和下部电介质盘192。
下部波导、下部同轴管、下部同轴器、下部导体插座、下部z-颈均由顺微波材料制成，例如银、镍和铝。从制作和成本上考虑以铝为好。
图12表示分散微波能量的下部装置，它包括有常见环状的适配器294、下部内衬筒296、下部折射器314。适配器294，如图23所示，包括第一端部602、第二端部604、邻近第一端部602有第一内直径的第一内表面606、邻近第二端部604有小于第一内直径的第二内直径的第二内表面608、连接第一内表面606和第二内表面608的第一环形肩部610、邻近第一端部602有第一外直径的第一外表面612、近第二端部604有小于第一外直径的第二外直径的第二外表面614、连接第二外表面612和第二外表面614的第二环形肩部616以及纵向轴。第一内直径与下部电介质盘292的第一外直径大致相同以便于下部电介质盘292紧密插入。第二内直径与下部z-颈280的底端部282上的孔290的直径大致相同。第一外直径小于下部z-颈280的内表面288的直径。因此下部电介质盘292和适配器294都叠套进下部z-颈280。适配器用铝制成为好。
图24表示以纵向轴对称的下部衬筒296，它包括有管形部298和在转折点与管形部相连的抛物面钟形部306。管形部298有内表面300、外表面302和法兰端面304。抛物面钟形部306有其内直径小于管形部的内直径的第一端部308、内表面310和外表面312。在图26中所描绘的抛物面形具有较好的结果。如果在管形部和抛物面钟形部的交接点以近似于90°的角度相交将是有益的。抛物面钟形部306的外表面312在第一端部308处紧接收纳在适配器294的第一内表面606内。管形部298的法兰端部304叠套在下部外壳106的法兰顶端部240上。法兰端部不仅设计成当系统闭合在一起时提供压力密封，而且提供射频(RF)能量密封。下部内衬筒296上的管形部298的外表面302和抛物面钟形部306的外表面312邻近下部外壳106的内表面236。在优选实施例中，下部内衬筒由铝制成并通过旋压成形方法制成。
如图25所示，下部折射器314有第一端部702、第二端部704、邻近第一端部702的第一常见截头锥台形外表面706、邻近第二端部704的第二常见截头锥台形外表面708、与第一外表面706和第二外表面708相连的第三常见圆柱形外表面710以及纵向轴。第一常见截头锥台形外表面706以8°～25°的角度向第一端部702收缩。第二常见截头锥台形外表面708以8°～25°的角度向第二端部704收缩，因此而与第一常见截头锥台形外表面706成镜象。第二端部704与下部同轴管244的第二端部250相连使得下部折射器和下部内衬筒的管形部298与抛物面钟形部306之间的接近90°转折点处在同一平面上。下部折射器最好采用铝制成。
微波能量是通过下部同轴管从导引微波能量的下部装置传输到分散微波能量的下部装置，然后分成两路，第一路在下部衬筒和折射器之间，第二路沿着下部同轴管。下部折射器起到将远离在下部内衬筒的管形部298和抛物面钟形部306之间的接近90°转折点处的能量重新定向的作用。微波被重新定向到抛物面钟形部区和下部衬筒中心区。螺纹接头316可以加到折射器314的第二端部704上以进一步调节远离在下部内衬筒的管形部298和抛物面钟形部306之间的接近90°转折点处的能量。螺纹接头应为圆柱形，其纵向轴与折射器314的纵向轴同轴。
下部外壳106、下部同轴管244、适配器294、下部内衬筒296、以及折射器314等的纵向轴均为同轴。下部同轴管244延伸穿过适配器294、下部内衬筒296的抛物面钟形部306以及折射器314。
在本实施例中，微波废弃物消毒器102还应包括可重复使用的塑料废弃物容器、在微波废弃物消毒器102中支撑废弃物容器的圆盘形支撑托盘318、衬筒加热器以及外部控制装置。支撑托盘318需要有大致能透过微波的特性。圆盘由纯的聚四氟乙烯制成则工作良好。用衬筒加热器预热系统的金属部分可以缩短处理时间，因此可以抵消微波在消毒器的金属部分产生的热损失。外部控制装置可以是任何电子控制系统。例如一台计算机。
如前面所述，上部和下部外壳的法兰端部通过夹持器闭合在一起。夹持器116将上部外壳104的底部法兰端部122和下部外壳106的顶部法兰端部126闭合但可打开，因此上部126和下部244同轴管相互对准。夹持器116应允许所夹持的微波废弃物消毒器102能保持内部压力在0.138兆帕(Mpa)(20磅/平方英寸(表压)(psig))～1.38兆帕(Mpa)(200磅/平方英寸(表压)(psig))之间。开槽环形夹持器与法兰端部的表面形成一角度，可以提供最大的夹持力，而对夹持器的压力最小。进一步，在压力密封区域使用O形环既可以作为密封圈又可以作为减压阀以防止消毒器过压。下部衬筒的法兰端部可以有一环状凹槽能放入O形环。由夹持过程挤压O形达到20％的压缩率即可满足需要。
微波生成的废蒸汽可以正好收容在仅仅比电冰箱略大的上层结构中。液压系统，例如由日本东京的TOKYO SINTERED METALS公司所制造的产品，用来打开和关闭夹持器以及提升和下降消毒器的上部分。圆柱部分可以悬挂在上层结构的顶部。消毒器的下部分可以固定在抽屉装置上，当上部分被提升后，允许操作员打开抽屉，放置或取出在下部分的可重复使用的塑料废弃物容器。增加的水分和在消毒处理过程中形成的冷凝水可以汇集起来并在下一次处理中作为增加的水分再生利用。因此，不需要外部排泄装置。
本发明的另一实施例提供一消毒废弃材料的方法。该方法包括放置废弃材料到可重复使用的塑料废弃物容器中，放置废弃物容器到微波废弃物消毒器中，夹紧闭合的微波废弃物消毒器，同时启动上部磁控管和下部磁控管以便在微波废弃物消毒器中产生微波能量，注入水到微波废弃物消毒器中，在微波废弃物消毒器中保持预定的压力持续预定的时间周期，停止产生微波能量，泄放微波废弃物消毒器，打开微波废弃物消毒器，然后取出废弃物容器。在本实施例的处理过程中，上部磁控管产生的微波与下部磁控管产生的在相位上至少相差120度。水按预定的量一次注入。注入的水与冷凝的水一起收集并在下个周期中在再生利用，因而可以消除外部排泄管道。
微波废弃物消毒器102包括钟形上部外壳104、碗形下部外壳106、与上部外壳相连导引微波能量的上部装置108、与下部外壳相连导引微波能量的下部装置110、与产生微波的上部装置相连分散微波能量的上部装置112、与产生微波的下部装置相连分散微波能量的下部装置114、以及将上部外壳和下部外壳闭合在一起但可打开的夹持器116，所有装置与前面叙述的相同。
本发明的又一实施例提供一分散微波能量到处理腔的方法。该方法包括横穿处理腔发射微波能量，从处理腔的表面反射微波能量，耦合微波能量到同轴波导装置并改变流动方向成为平行同轴波导装置的新流动方向，在导引微波能量的装置中以新的流动方向传输微波能量，在分散微波能量的装置中分散微波能量，播放所分散的微波能量以大致具有均匀通量的通量场形式进入到处理腔内。微波能量由分散微波能量的装置分成两路，所获得的通量场大致为圆锥形。
参照附图，用于发射微波能量的处理腔包括长方形箱状波导252和同轴器272。波导252有带有外表面256的第一边板254、大致与第一边板平行并带有外表面260的第二边板258、垂直于第一和第二边板254、258的第一可动端部322、以及大致平行于第一可动端部322的第二可动端部324。第一边板254有第一端部262、第二端部264、在第一端部和第一边板中部之间的第一孔266以及在第二端部附近其直径小于第一孔直径的第二孔268。第二边板258有一其直径与第一边板254上的第一孔266直径大致相同的孔270。第二边板上的孔270与第一边板上的第一孔266在同一轴下。第一和第二可动端部322、324每一个都具有短路调节子的特性。磁控管152连接到波导的第一边板254上穿过第二孔268，使得由磁控管152产生微波发射到长方形箱状的波导。
管状同轴器272有第一端部274、第二端部276、与波导的第一边板上的第一孔266的直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。第一端部274与第一边板254的外表面256相接，因此其纵向轴与第一孔266同轴并且同轴器272覆盖在第一孔266上。管状导体插座278紧密插入到同轴的第二端部276。导体插座278有第一端部、第二端部、与同轴的内直径大致相同的外直径、与同轴管244的外直径有大致相同直径的内表面以及纵向轴。导体插座278可以在同轴器内调节并且导体插座具有短路调节子的特性。
同轴波导装置由同轴管244组成，包括有外表面246、第一端部248、第二端部250、外直径和纵向轴。同轴管最好由铝制成。
导引微波能量的装置包括有大致罐状的z-颈280和常见管状电介质盘292。z-颈280有第一端部282、法兰端部284、常见管状边壁286以及纵向轴。管状边壁286有连接第一端部282和法兰端部284的外表面和其直径大于波导252的第二边板258上的孔270直径的内表面288。第一端部282有和纵向轴同轴的孔290并且其直径与波导的第二边板258上的孔270的直径大致相同。该第一端部282与波导的第二边板258相连，因此在第一端部282上的孔290与第二边板258上的孔270同轴并且第一端部282覆盖在孔270上。法兰端部284大致为环状并且有与z-颈280的内表面288一致的常见圆柱内表面。z-颈最好由铝制成。电介质盘292有第一端部502、第二端部504、纵向轴、邻近第一端部502并有第一外直径的第一外表面506、邻近第二端部504并有大于第一外直径的第二外直径的第二外表面508、连接第一外表面506和第二外表面508的第一圆环肩部510、以及与同轴管244的外直径有大致相同直径的内表面。电介质盘292位于z-颈280中并覆盖z-颈的第一端部282上的孔290。电介质盘应具有大致能透过微波的特性。对于这类微波发射采用纯的聚四氟乙烯作为电介质材料将工作良好。
分散微波能量的装置包括有常见管状适配器294、常见碗形外壳106、内衬筒296、折射器314。适配器294有第一端部602、第二端部604、邻近第一端部602有第一内直径的第一内表面606、邻近第二端部604并有小于第一内直径的第二内直径的第二内表面608、连接第一内表面606和第二内表面608的第一环形肩部610、邻近第一端部602有第一外直径的第一外表面612、邻近第二端部604并有小于第一外直径的第二外直径的第二外表面614、连接第一外表面612和第二外表面614的第二环形肩部616以及纵向轴。第一内直径与电介质盘292的第一外直径大致相同以便于紧密插入电介质盘。第二内直径与z-颈280的第一端部282上的孔290的直径大致相同。第一外直径小于z-颈280的内表面288的直径，因此电介质盘292和适配器294都叠套进z-颈280。适配器用铝制成为好。
外壳106有内表面236、外表面238、纵向轴以及在碗形底部有一孔242。外表面238与z-颈280的法兰端部284相连，因此z-颈覆盖外壳的碗形底部的孔242。
内衬筒296包括纵向轴和另两部分，一为有内表面300、外表面302的管形部298，另一为在转折点与管形部298相连的抛物面钟形部306。抛物面钟形部306有其内直径小于管形部298内直径的第一端部308、内表面310和外表面312。内衬筒296与适配器在抛物面钟形部的第一端部308处相连，使得在第一端部308的外表面312紧密插入适配器294的第一内表面606。内衬筒296上的管形部298的外表面302和抛物面钟形部306的外表面312邻近外壳106的内表面236。在优选实施例中，内衬筒由铝制成并通过旋压成形方法制成。
折射器有第一端部702、第二端部704、邻近第一端部702的第一常见截头锥台形外表面706、邻近第二端部704的第二常见截头锥台形外表面708、与第一外表面706和第二外表面708相连的第三常见圆柱形外表面710以及纵向轴。第一常见截头锥台形外表面706以8°～25°的角度向第一端部702收缩。第二常见截头锥台形外表面708，与第一常见截头锥台形外表面706成镜象，以8°～25°的角度向第二端部704收缩。第二端部704与同轴管244的第二端部250相连使得折射器和内衬筒的管形部298与抛物面钟形部306之间的接近90°转折点处在同一平面上。折射器最好采用铝制成。
外壳、同轴管、同轴器、导体插座、z-颈、电介质盘、适配器、内衬筒以及折射器等的纵向轴均为同轴。同轴管延伸穿过导体插座、同轴器、波导、z-颈、电介质盘、适配器、内衬筒的抛物面钟形部以及折射器。
这里不希望局限于任何操作理论，但相信微波能量在分散微波能量的装置内分成了两种路径，第一路由同轴管形成、第二路通过内衬筒的管形部和抛物面钟形部的内表面形成。沿着同轴管的部分能量沿同轴管传送到折射器。沿抛物面钟形部的内表面传送的能量到达抛物面钟形部和管形部之间的转折点后改变方向。这部分的大部分能量向折射器传送。到达折射器的一部分能量反射回到内衬筒后，最终又返回到折射器。其他能量从折射器扩散进入圆锥实体形的通量场中。通量场大致是均匀的，这样可以消除当微波能量集中聚焦时所形成的冷点。螺纹接头316可以加到折射器314的第二端部704以进一步调节远离在内衬筒的管形部298和抛物面钟形部306之间的接近90°转折点处的能量。螺纹接头应为圆柱形，其纵向轴与折射器314的纵向轴同轴。
以上对各优选实施例进行了说明，然而，应该注意到可以进行大量的结构变化和修改而并不违背本发明的基本思想。
权利要求
1.一种微波装置其特征是包括(a)一个具有限定处理腔的压力容器，所述容器由多个可打开和可密封的可闭合部分所组成，所述压力容器的结构为可传输同轴和单模微波；以及(b)一个与处理腔相连的同轴微波发生装置。
2.一种微波装置其特征是包括(a)一个具有限定处理腔的压力容器，所述容器由多个可打开和可密封的可闭合部分所组成；(b)一个附属于压力容器并与压力容器的所述部分相邻的衬筒，所述衬筒的结构为可传输同轴和单模微波；以及(c)一个与处理腔相连的同轴微波发生装置。
3.根据权利要求1所述的微波装置其特征是还包括(a)一个能检测处理腔内压力的传感器；以及(b)一个能调节微波装置操作的控制器。
4.根据权利要求3所述的微波装置其特征是传感器与控制器相连，所述控制器能评估传感器的信号，所述控制器还与同轴微波发生装置相连并且能响应于传感器来的信号调节微波源。
5.根据权利要求4所述的微波装置其特征是微波发生装置包括一个微波发生器，所述微波发生器通过波导装置与处理腔相连，所述微波发生器向波导发射，所述波导中由一直线形元件横穿过，所述直线形元件具有圆横截面并穿进处理腔，所述直线形元件能同轴传输由所述微波发生器产生的微波。
6.根据权利要求5所述的微波装置其特征是直线形元件的尖端附近附有一圆锥形元件。
7.根据权利要求6所述的微波装置其特征是微波发生装置、压力容器、圆锥形元件和直线形元件的机构能使微波沿着直线形元件以同轴方式传输到处理腔，然后沿着圆锥形元件的外部达到其周边，然后传输进入处理腔内部。
8.根据权利要求7所述的微波装置其特征是还包括一液体注入管道。
9.根据权利要求1所述的微波装置其特征是还包括一与处理腔相连的第二同轴微波发生装置，所述微波发生装置能传输同轴微波进入处理腔，所述微波被调节成不与第一同轴微波发生装置传输的微波相抵消。
10.根据权利要求9所述的微波装置其特征是第一和第二同轴微波发生装置的每一个都包括一微波发生器，所述微波发生器通过波导装置与处理腔相连，所述微波发生器向波导发射，所述波导中由一直线形元件横穿过，所述直线形元件具有圆横截面并穿进处理腔，所述直线形元件能同轴传输由所述微波发生器产生的微波。
11.根据权利要求10所述的微波装置其特征是每一个微波发生装置的直线形元件附有一圆锥形元件，所述圆锥形元件具有一内表面、一外表面和一面向处理腔中心的基底。
12.根据权利要求11所述的微波装置其特征是所有微波发生装置、压力容器、所有圆锥形元件和所有直线形元件的结构均能使微波沿着直线形元件以同轴方式传输到处理腔，然后沿着圆锥形元件的外表面达到其周边，然后传输进入处理腔内部。
13.根据权利要求12所述的微波装置其特征是还包括一液体注入单元。
14.根据权利要求2所述的微波装置其特征是还包括(a)一个能检测处理腔内压力的传感器；以及(b)一个能调节微波装置操作的控制器。
15.根据权利要求14所述的微波装置其特征是传感器与控制器相连，所述控制器能评估传感器的信号，所述控制器还与同轴微波发生装置相连并且能响应于传感器来的信号调节微波源。
16.根据权利要求15所述的微波装置其特征是微波发生装置包括一微波发生器，所述微波发生器通过波导装置与处理腔相连，所述微波发生器向波导发射，所述波导中由一直线形元件横穿过，所述直线形元件具有圆横截面并穿进处理腔，所述直线形元件能同轴传输由所述微波发生器产生的微波。
17.根据权利要求16所述的微波装置其特征是直线形元件的尖端附近附有一圆锥形元件。
18.根据权利要求17所述的微波装置其特征是微波发生装置、压力容器、圆锥形元件和直线形元件的结构能使微波沿着直线形元件以同轴方式传输到处理腔，然后沿着圆锥形元件的外部达到其周边，然后传输进入处理腔内部。
19.根据权利要求18所述的微波装置其特征是还包括一液体注入管道。
20.根据权利要求2所述的微波装置其特征是还包括一与处理腔相连的第二同轴微波发生装置，所述微波发生装置能传输同轴微波进入处理腔，所述微波被调节成不与第一同轴微波发生装置传输的微波相抵消。
21.根据权利要求20所述的微波装置其特征是第一和第二同轴微波发生装置的每一个都包括一微波发生器，所述微波发生器通过波导装置与处理腔相连，所述微波发生器向波导发射，所述波导中由一具有圆横截面的直线形元件横穿过，所述直线形元件穿进处理腔并且能同轴传输由所述微波发生器产生的微波。
22.根据权利要求21所述的微波装置其特征是每一个微波发生装置的直线形元件附有一圆锥形元件，所述圆锥形元件具有一内表面、一外表面和一面向处理腔中心的基底。
23.根据权利要求22所述的微波装置其特征是所有微波发生装置、压力容器、所有圆锥形元件和所有直线形元件的结构均能使微波沿着直线形元件以同轴方式传输到处理腔，然后沿着圆锥形元件的外表面达到其周边，然后传输进入处理腔内部。
24.根据权利要求23所述的微波装置其特征是还包括一液体注入管道。
25.一种微波废弃物消毒器其特征是包括上部外壳、下部外壳、一个与所述上部外壳相连的导引微波能量的上部装置、一个与所述下部外壳相连的导引微波能量的下部装置、一个与导引微波能量的上部装置相连的分散微波能量的上部装置、与导引微波能量的下部装置相连的分散微波能量的下部装置、一个可打开的能将所述上部外壳和下部外壳合在一起的夹持器。
26.根据权利要求25所述的微波废弃物消毒器，其特征是上部外壳为常见的钟形形状具有一内表面、一外表面、一法兰端部和一纵向轴，所述外壳大致在钟形的顶部还有一孔，所述孔与纵向轴同轴。
27.一种消毒医疗废弃物的处理方法，其特征是包括(a)放置医疗废弃物到调节成传输同轴和单模微波的压力容器中；(b)加水以湿润所述医疗废弃物；以及(c)将所述医疗废弃物暴露在产生足够蒸汽和压力的微波辐射内并持续足够的时间以便消毒所述医疗废弃物。
28.一种消毒医疗废弃物的处理方法，其特征是包括(a)放置医疗废弃物到调节成传输同轴和单模微波的压力容器中；(b)将所述医疗废弃物暴露微波辐射区内；以及(c)注入足够的水进入微波路径以产生足够的蒸汽和压力并持续足够的时间以便消毒所述医疗废弃物。
29.一种在同轴微波压力容器内保持预定条件的方法，其特征是包括(a)驱动与压力容器相连的同轴微波发生装置；(b)检测压力容器内的压力；以及(c)根据压力容器内的压力调节微波源或微波和水。
30.一种分散微波能量到处理腔的方法，其特征是包括横穿处理腔播送微波能量；从所述处理腔的表面反射所述微波能量；耦合所述微波能量到同轴波导装置；将微波能量的第一流向改变到大致与所述同轴微波装置平行的第二流向；在导引微波能量的装置中按第二流向传播所述的微波能量；在分散微波能量的装置分散所述微波能量；以及以大致均匀通量的通量场形式扩散微波能量到处理腔中。
31.根据权利要求30所述的分散微波能量的方法，其特征是微波能量被所述分散微波能量的装置至少分成了两路。
32.根据权利要求31所述的分散微波能量的方法，其特征是通量场大致为圆锥实体的形状。
33.根据权利要求32所述的分散微波能量的方法，其特征是所述处理腔由一个大致长方形箱状波导、一个磁控管、一个管状同轴器、一个管状导体插座组成；所述大致长方形箱状波导有一个带有一外表面、一第一端部和一第二端部的第一边板、一个大致与所述第一边板平行并带有一外表面的第二边板、一个与所述第一和第二边板垂直的第一可动端部、以及一个大致与所述第一可动端部平行的第二可动端部，所述第一边板在第一端部和第一边板中部之间有一第一孔以及在第二端部附近其直径小于第一孔的直径有一第二孔，所述第二边板有一其直径与所述第一边板上的第一孔的直径大致相同的孔，所述第二边板上的所述孔与所述第一边板上的第一孔在同一轴上，所述第一可动端部和所述第二可动端部的每一个都具有短路调节子的特性；所述磁控管连接到波导的所述第一边板上的第二孔处，使得由所述磁控管所产生的微波可以在所述长方形箱状的波导中传播；所述管状同轴器有一第一端部、一第二端部、与所述波导的第一边板上的第一孔的直径有大致相同直径的一内表面以及一纵向轴，所述第一端部与所述第一边板的外表面相连使得其纵向轴与所述第一边板上的第一孔在同一轴上并且同轴器覆盖在所述第一边板上的第一孔上；所述管状导体插座有一第一端部、一第二端部、与所述同轴器的内直径大致相同的一外直径、与所述同轴管的外直径有大致相同直径的一内表面以及一纵向轴，所述导体插座紧密插入到所述同轴器的第二端部；所述导体插座可以在所述同轴器内调节，并且所述导体插座具有短路调节子的特性。
34.根据权利要求33所述的分散微波能量的方法，其特征是所述同轴波导装置包括有一个具有一外表面、一第一端部、一第二端部、一外直径和一纵向轴的同轴管。
35.根据权利要求34所述的分散微波能量的方法，其特征是所述导引微波能量的装置由一个大致罐状的z-颈和一个常见管状的电介质盘组成；所述罐状z-颈有一第一端部、一法兰端部、一纵向轴以及一常见的管状边壁，所述管状边壁有与第一端部和法兰端部相连的一外表面和其直径大于所述波导的第二边板上的孔的直径的一内表面，所述第一端部有一与纵向轴同轴的孔并且其直径与所述波导的所述第二边板上的孔的直径大致相同，所述法兰端部大致为环状并且有一与所述z-颈的内表面一致的常见圆柱内表面，所述第一端部与所述波导的第二边板相连使得在第一端部上的孔与所述第二边板上的孔同轴并且所述第一端部覆盖在所述第二边板上的孔上；所述常见管状的电介质盘有一第一端部、一第二端部、一纵向轴、一邻近第一端部并有第一外直径的第一外表面、一邻近第二端部并有大于第一外直径的第二外直径的第二外表面、一连接第一外表面和第二外表面的第一环形肩部、以及一与所述同轴管的外直径有大致相同直径的内表面，所述电介质盘具有大致能透过微波的特性，所述电介质盘位于z-颈中并覆盖所述z-颈的第一端部上的孔。
36.根据权利要求35所述的分散微波能量的方法，其特征是所述分散微波能量的装置由一个常见管状适配器、一个常见碗形外壳、一个内衬筒和一个折射器组成；所述常见管状适配器有一第一端部、一第二端部、一邻近第一端部有第一内直径的第一内表面、一邻近第二端部并有小于第一内直径的第二内直径的第二内表面、一连接第一内表面和第二内表面的第一环形肩部、一邻近第一端部有第一外直径的第一外表面、一邻近第二端部并有小于第一外直径的第二外直径的第二外表面、一连接第一外表面和第二外表面的第二环形肩部以及一纵向轴，所述第一内直径与所述电介质盘的第一外直径大致相同以便于所述电介质盘紧密插入，所述第二内直径与所述z-颈的第一端部上的孔的直径大致相同，所述第一外直径小于所述z-颈的内表面的直径使得电介质盘和适配器都叠套进所述z-颈280内；所述常见碗形外壳有一内表面、一外表面以及一纵向轴，所述外壳的碗形底部还有一孔，所述外表面与所述z-颈的法兰端部相连使得所述z-颈覆盖在所述外壳的碗形底部的孔上；所述内衬筒有一纵向轴、并包含一个有一内表面和一外表面的管形部，和一个在转折点与管形部相连、有其内直径小于管形部的内直径的一第一端部、一内表面和一外表面的抛物面钟形部，所述第一端部的外表面紧密插入所述适配器的第一内表面，所述内衬筒的管形部的外表面和抛物面钟形部的外表面邻近所述外壳的内表面；所述折射器有一第一端部、一第二端部、一邻近第一端部的第一常见截头锥台形外表面、一邻近第二端部的第二常见截头锥台形外表面、一与第一外表面和第二外表面相连的第三常见圆柱形外表面以及一纵向轴，所述第一常见截头锥台形外表面以8°-25°的角度向第一端部收缩，所述第二常见截头锥台形外表面以8°-25°的角度向第二端部收缩，所述第二常见截头锥台形外表面与所述第一常见截头锥台形外表面互为镜象，所述第二端部与所述同轴管的第二端部相连。
37.根据权利要求36所述的分散微波能量的方法，其特征是所述的外壳、同轴管、同轴器、导体插座、z-颈、电介质盘、适配器、内衬筒以及折射器等的纵向轴均在同一轴上，所述同轴管延伸穿过所述的导体插座、同轴器、波导、z-颈、电介质盘、适配器、所述内衬筒的抛物面钟形部以及折射器。
38.根据权利要求37所述的分散微波能量的方法，其特征是微波能量的第一路由所述内衬筒的所述管形部和所述抛物面钟形部的内表面所形成，第二路由所述同轴管所形成。
全文摘要
一种微波消毒、灭菌或者在压力下加热材料、物体、液体等的方法和装置。本发明将来自多个微波源产生的单模、非相干的同轴微波传送到放置在处于微波压力容器中的处理腔中的要处理材料中。其结果获得了微波能量可以更有效地传送到要处理的材料中。
文档编号A61L2/12GK1185891SQ96194143
公开日1998年6月24日 申请日期1996年5月21日 优先权日1995年5月22日
发明者约翰·V·麦克卡尔洛夫, 查尔斯·L·艾斯, 杰里米·W·伦纳德 申请人:温德克斯公司