专利名称：磁流体动力杀菌装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及用来消灭细菌的杀菌处理，特别是，本发明涉及一种杀菌方法，它利用磁流体动力(MHD)单元和装置消灭细菌。
本发明的技术背景杀菌处理的重要性对于公众和本技术领域的技术人员来说是众所周知的。杀菌处理要求实现基本上100％的杀菌率而又不改变被杀菌的物品。此外，由于环境的缘故，废水的杀菌处理也变得更加重要了。需要杀菌的一般物品是食物、药物、化妆品和医疗废物。随着较高的人口密度和新的传染性疾病，医疗废物的杀菌逐渐变得重要了。
现在有各种各样的杀菌处理，它们利用各种各样的温度、电流和/或化学处理。所有这些处理都存在某些缺点。利用高温进行的杀菌处理具有需要能量将物品加热到一能够杀死细菌的温度的缺点，以及对被杀菌的物品有影响的缺点。对食品加热处理的典型的消极副作用是蛋白质变性和维生素降解。
用电杀菌曾经尝试过并曾被授予专利。1932年6月14授权的美国专利第1,863,222号提供了一种用高频率的电振荡对食物杀菌的方法。利用一种真空管振荡器产生高频率电场。要处理的物品放置在横跨电极的一容器里。推荐的工作频率在60到600MHz之间。
一种叫做电纯化的电处理流行于30年代，但失宠于60年代。这种处理方法中止的原因可能没有发现。然而，许多文件指出，用电杀菌存在着细菌杀灭率不完全的问题。此外，这种处理方法还具有不杀孢子的缺点。
1985年6月18日授权的美国专利第4,524,079号提供了一种食品杀菌方法，这种食品具有相当高的电阻系数，以便经受一振荡磁场的脉冲。被杀菌的物品在约5-500KHz频率时经受约2-100泰斯拉的强度。该发明人要求通过使用单一脉冲将微生物个数减少大约两个数量级。但这种处理方法仍具有不杀孢子的缺点。
本发明的介绍最近，本发明人小塞德利.J.格里尔利用磁流体动力学(MHD)现象对杀菌处理进行了试验。如该技术领域的技术人员所知，MHD包括同时建立的横向交叉的电场和磁场。本发明人已做过早期试验，有关的专利涉及磁流体动力小型地震仪，即1985年4月15日和1988年8月16日颁布的美国专利第4,585,207号和第4,764,908号。
在MHD系统上进行的继续试验显示，对物品施加静止的或直流的场可获得超过任何现有技术所能获得的杀菌效果。换句话说，已经发现，杀菌路径与提供横跨该路径的磁场和电场的MHD换能器配合使用可有效地对物品进行杀菌。微生物被迅速杀死，且大量试验证明，杀菌率是100％。此外，不需要使用振荡场。磁场和电场在杀菌方面的这种意外的最佳合作效果使本发明显得独一无二。
经研究，本发明的物理学方面主要基于离子速度等于或接近沸水温度时的离子速度。利用有机溶液的典型传导率，一个泰斯拉的磁铁和1000伏的电位差，阿肯色大学的一个物理学教授对本发明人估计，OH-的速度大致等于在沸水里的速度(103米/秒)。
综上所述，利用MHD单元进行杀菌的最佳合作效果之一是，进行杀菌的物品被“煮沸”，但物品的温度不会升高。可能还有其它的杀死细菌的机理，但目前还没有完全弄清。
实际试验已经做过，它们的结果如图5所示。该图显示，细菌数量随较高的磁通量水平、电力和作用时间而呈指数降低。在实际试验里，这种处理方法可100％的杀死孢子。孢子杀死率被认为是任何杀菌处理的基准。
本发明的MHD杀菌系统包含了一种方法，该方法包含为了消灭大量微生物这一特殊目的而特别使用磁流体动力(MHD)现象，而这些微生物形成于流本、半流体、半固体或固体物品上。
MHD杀菌方法使用磁流体动力作用对通过一通道或在一静止单元里的物品杀菌。该MHD单元包括一保存流体通道，而该通道带有位于一磁铁的两磁极之间的电极。电场以与磁场成直角关系横向通过流体。该系统被完全密封，且除了流体没有移动的零件。交叉的电场和磁场使离子以等于或超过在沸水里的离子速度移动。经研究，这个速度(伴随其它现象)将杀死任何可能存在于流体里的细菌。
在“通道型”或流动型MHD杀菌系统里，物流经过一监测流量的流量传感器和一监测物品传导率的传导率传感器。流量控制阀位于物品导管上，并由系统计算机控制。阀门的作用是防止流量超过系统有效杀菌的能力。
系统计算机比较流量和传导率监测数据，并指示受控能源提供正确的电位给MHD单元电极。
从流动型MHD单元出来的物品应被彻底杀菌，以便供人或动物使用，或保护环境。
在静止型单元的MHD杀菌系统里，物品放在穿孔的塑料过滤器里并下降到一端封闭的、盛放着中等盐溶液的MHD单元里。在单元的顶部留有余地，以便允许流体随MHD单元的工作而波动。
利用传导率传感器进行传导率监测。系统计算机评估传导率监测数据，并指示受控能源给MHD单元电极提供电位，并持续一段能确保杀菌的时间。当杀菌处理结束，计算机将通过可听到的声音和/或可见光提醒操作者。然后操作者可提起穿孔的塑料过滤器，取出经过杀菌的物品。
附图的简要说明下面的附图是说明书的一部分，并在说明书中得到说明，其中，所有附图中相同的标号可用来表示相同的零件。
图1是显示较佳的磁流体动力杀菌流动型系统的局部的示意图；图2A是较佳的磁流体动力流动型单元的放大的立体图；图2B是较佳的磁流体动力流动型单元的放大的剖视图；图3是较佳的磁流体动力静止型单元的局部的示意剖视图；图4是较佳的磁流体动力静止型单元的放大的剖视图；图5是表示利用本发明构思进行的实验的实际效果的图表。
实施本发明的最佳方式参看图1，本发明的最佳方式、即一种流动型MHD杀菌系统用标号10表示。首先应该言明的是，这里公开的结构可具有各种形状，虽然我们现在公开的是我们认为最佳的方式。
该系统较理想的是包括一在通向MHD流动型单元16的进入导管14上的流量传感器12。需要杀菌的物流用箭头38和40表示。安装在流量传感器12和MHD流动型单元16之间的是传导率传感器18。传导率传感器18和流量传感器12均不会妨碍物流经过进入导管14。来自流量传感器12和传导率传感器18的输出信号传送给中央处理机(CPU)20。而CPU20与线电压34连接。电动流量控制阀22安装在输出导管24上，以便调整经过MHD流动型单元16的物流量。流量控制阀22与一阀门控制器26电气连接。阀门控制器26接受CPU20的信号，而CPU20的信号是根据流量传感器12和传导率传感器18的输出信号发出的。受控电源28给阀门控制器26和MHD流动型单元16供电。而受控电源28接受线电压36的电力。电缆30和32将受控电源28的直流电力传送给MHD流动型单元16。阀门控制器26将电力输送给流量控制阀22，以便打开或关闭阀22，使经过MHD流动型单元16的物流处于正确水平上。阀门控制器26受来自CPU20的电信号的控制。
流量控制阀22将保持充分打开状态，除非由传导率传感器18监测的物质传导率相对由流量传感器12监测的物流存在着不足。
在理想的工作状态下，存在着充分的物质传导率，CPU20将发一个电信号给受控电源28，然后该受控电源28调整电缆30和32之间的电位差。CPU还将发一个电信号给阀门控制器26，阀门控制器26使流量控制阀22节流，以便将物流速度降至一水平，从而使电缆30和32之间的最大电位差成为一个完全的细菌杀手。
由于杀菌是由MHD单元进行的，因此由横跨MHD流动型单元16引起的足够压力对于杀菌系统的工作来说可能是一个有效的泵。这是因为，施加在横跨垂直于移动方向的一条路径上的、足够的横向电场和磁场将通过磁流体动力作用而产生物质移动。
请同时参看图2A和2B,MHD流动型单元16包括一刚性的、通常是C型的高性能永磁铁或电磁铁42，它输出横跨磁极44和46磁场，该磁场通常沿垂直于物流通过通道48的方向延伸。
如图所示，MHD电极50和52置于通道48的顶部和底部，并永久性地固定在形成于通道48顶部和底部的适当缝槽里。这些电极通过管状护套54安装在磁极44和46之间的磁铁内，而护套54包裹着电极50和52及在磁极44和46之间的一部分通道48。提供横跨这些电极的电位，从而形成一电场。该电场的方向垂直于由磁极44和46建立的磁场的方向。此外，磁场和电场的方向均垂直于物流通过通道48的方向。通过交叉的电场和磁场引发的高速离子(大约103米/秒)可杀灭细菌。在这种结构里，施加在磁极44和46之间的磁场较佳的是在1至5泰斯拉范围内。高效杀菌所需要的电压在100和1000伏之间。
现在参看图3和4，标号60表示本发明静止型单元MHD杀菌系统的最佳方式。
该系统最好包括静止型MHD单元62。该静止型MHD单元62在结构上类似于流动型MHD单元16，除了它是直立放置以及通道被关闭外。静止型MHD单元具有在通道68开口端相对两侧上的电极64和66。提供一大的C型永磁铁或电磁铁72，以便产生垂直于在电极64和65之间建立的电场的磁场。工作流体70部分充填通道68。除非静止型单元用于小批量流体杀菌，工作流体70是轻度盐溶液。通常，需要杀菌的东西、诸如医疗器械放置在工作流体70里。提供一有穿孔的塑料过滤器86，以便防止金属东西与电极接触，并较容易取出任何被杀菌的固体物质。
固态信号调节器74与监测工作流体70传导率的传导率传感器88连接。调节器74的输出端与CPU76连接。而CPU76通常与线电压34连接。提供一受控电源78，以便给静止型MHD单元62上的电极64和66提供直流电位。受控电源78接受来自线电压36的电力。电缆80和82将来自受控电源80的电力输送给静止型MHD单元62上的电极64和66。
在工作状态下，CPU76通过接受来自信号调节器74的信号监测流体传导率。然后，CPU76输送一个电信号给受控电源78，受控电源78将调节电缆80和82之间的电位差。CPU76将产生一个听得见和/或看得见的报警信号，让操作者知道，杀菌过程已经完成。在已知的静止型MHD单元62的磁性强度和工作流体70的传导率下，电位差和作用时间将对应于杀灭全部细菌所需要的值。通过交叉的电场和磁场引发的高速离子(大约103米/秒)可杀灭细菌。在这种结构里，磁场较佳的是在1至5泰斯拉范围内。高效杀菌所需要的电压在100和1000伏之间。
由于杀菌是通过MHD单元进行的，因此在静止型MHD单元62的顶部将有一个波动区84。这是必要的，因为在横跨一垂直于移动方向的路径上施加足够的横向电场和磁场将通过磁流体动力作用而产生流体移动。
应该明白，图1和3所示的控制回路是目前最好的方式。然而，由于不断地实践，可以设想该回路还会变化。本技术领域的技术人员可以看到，许多不同的类似方案也可提供类似的效果。
工业实用性因此，本发明的目的和优点是(1)提供一种杀菌处理，它能迅速地和经济地应用于各种各样的物品；(2)提供一种杀菌处理，它不需要对要处理的物品使用核辐射、微波能、高热或杀菌化学品；(3)提供一种杀菌处理，它没有有害的副作用，诸如使食物中的维生素和营养降解；(4)提供一种具有上述特征的系统，它能够处理医疗和兽医废物；(5)提供一种系统，它能够经济地对废水杀菌，从而有助于水的回收和净化；(6)提供一种具有上述特征的系统，它能够处理肉、家禽和奶类等食品；(7)克服单独使用电流或磁力、以便释放热量和/或电解的缺点(MHD产生可传送给物流的能量，但没有可感知数量的热能)。
从上所述可看到，本发明是一种能很好实现上述目的、以及该结构固有的其它优点的方案。
虽然上述介绍包含许多内容，但它们不是用来限制本发明的范围，而仅仅是一个示范的较佳实施例。许多其它的变化是可能的。例如，可在MHD电极上使用交替的或脉冲的电流，以便在流体里产生必要的离子速度，这样，只有流体移动力有损失，而杀菌作用依然不变。还可以有许多控制回路，以便将电力输送给杀菌的MHD单元。
因此，本发明的范围不应由所述的实施例限定，而应由附后的权利要求书和它们的法律等同物限定。
权利要求
1．一种通过使物品流过一磁流体动力单元而对物品杀菌的方法，所述磁流体动力单元包括一供所述要杀菌的物品通过的通道；一建立磁场的装置，该磁场基本上垂直于所述通道；以及一同时产生电场的装置，该电场基本上垂直于所述磁场和所述通道。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立磁场的装置是永磁铁。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立磁场的装置是电磁铁。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生电场的装置包括一组两个沿所述通道轴向延伸并相对安装的电极，所述一组两个电极基本上沿所述磁场的全部长度延伸，所述一组两个电极位于所述通道的径向外壁上；所述一组两个电极具有电位差，一能源装置产生所述电位差。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用来监测所述物品的传导率的装置；以及响应监测物品传导率的所述装置来调节所述电场的装置，由此确保对所述物品杀菌。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用来监测所述物品传导率的装置；用来监测所述物品流动速度的装置；用来调节所述物品流动速度的装置；以及根据监测物品传导率的所述装置和监测物品流动速度的所述装置调节所述电场的装置，由此确保对所述物品杀菌和不超过所述磁流体动力单元最有效杀菌时的流动速度。
7．一种对物品杀菌的装置，包括一磁流体动力杀菌单元，所述磁流体动力杀菌单元包括一供要杀菌的物品使用的通道，所述通道一端封闭；建立磁场的装置，所述磁场基本上垂直于所述通道；以及同时产生一电场的装置，所述电场基本上垂直于所述磁场和所述通道。
8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立磁场的装置是永磁铁。
9．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立磁场的装置是电磁铁。
10．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述产生电场的装置包括一组两个沿所述通道轴向延伸并相对安装的电极，所述一组两个电极基本上沿所述磁场的全部长度延伸，所述一组两个电极位于所述通道的径向外壁上；所述一组两个电极具有电位差，一能源装置产生所述电位差。
11．如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括用来监测所述物品的传导率的装置；以及响应监测物品传导率的所述装置来调节所述电场的装置，由此确保对所述物品杀菌。
全文摘要
本发明的目的为了消灭在物品里的细菌这一特殊用途而利用磁流体动力(MHD)作用。MHD单元(16)包括一流体通道(48),它带有位于磁铁(42)的磁极之间且位相相差90度的电极(50,52)。电场以与流体成90度角的关系横向通过所述流体。交叉的电场和磁场使离子移动速度等于或超过在沸水里的离子移动速度。本发明提供一种流动型MHD杀菌系统(10)和一种静止型MHD杀菌系统(60)。
文档编号A61L11/00GK1231619SQ97198361
公开日1999年10月13日 申请日期1997年9月12日 优先权日1996年9月30日
发明者塞德利·J·格里尔 申请人:范例技术股份有限公司