一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及电脉冲产生领域、生物医学和食品加工领域，针对现有技术存在的问题，提供一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置。通过集成电参数检测与波形参数控制于一体的触发控制电路触发微秒高压脉冲形成电路、纳秒高压脉冲形成电路，使其按照设定的脉冲波形参数和时序输出微秒、纳秒高压脉冲信号，共同加载到灭菌处理器上，在灭菌处理器上形成预设波形构型的复合高压脉冲电场加载，形成对细菌存活能力和繁殖能力的双重抑制，提升脉冲电场灭菌效能，延长处理后的材料的保质期。

Composite high-voltage pulse electric field and electric field sterilizing device

The utility model relates to the field of electric pulse generation, biomedicine and food processing. Aiming at the problems existing in the existing technology, a composite high-voltage electric field and electric field sterilization device is provided. The trigger control circuit detection and waveform parameter integrated electrical parameter control in one microsecond high-voltage trigger pulse forming circuit, a high voltage nanosecond pulse forming circuit, the pulse waveform and timing parameters according to the output, microsecond nanosecond high voltage pulse signal set, loaded into the common sterilization processor, composite high voltage pulsed electric field waveform is formed in the preset loading configuration sterilization processor, on the formation of dual inhibition of bacterial survival and reproductive capacity, enhance the efficiency of pulsed electric field sterilization, prolong the shelf life of the treated materials.

【技术实现步骤摘要】
一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置
本技术涉及电脉冲产生领域、生物医学和食品加工领域，特别是一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置。
技术介绍
在食品加工和医疗领域，灭菌处理是至关重要的一项工作。目前，工业应用的杀菌方法有加热杀菌、化学药剂杀菌、强光灭菌等，这些灭菌方法虽然能够杀灭细菌，但由于这些灭菌方法存在可能引起被处理物成分改变或化学物质残留等问题，使其应用存在一定的局限性。例如，加热杀菌常会使被处理物(例如食品)发生物理或化学性质的变化，造成其色、香、味、组织结构的改变及营养价值的下降，严重影响食品的质量。化学药剂杀菌会使得被处理物中存在化学药剂残留。强光灭菌则由于光的穿透能力的限制使其限于表面处理。脉冲电场灭菌是近年来新兴的灭菌技术，美国、德国、日本等国发表了大量关于电场灭菌的研究报告。Elzakhem报道了使用电场处理生长初期的啤酒酵母，证实电场处理能够达到良好的灭菌效果。Malicki等人研究了高压脉冲电场对液态蛋白中大肠杆菌致死率的影响，结果表明脉冲电场处理后大肠杆菌下降了4个对数级，同时营养成分几乎没有损失。2001年美国俄亥俄州立大学(OSU)建成了第一台用于电场灭菌的固态高压脉冲发生器。该大学与DTI公司合作制造了世界上第一台具有商业化规模的脉冲电场处理系统，每小时可以处理1000L-5000L的液体食品。我国脉冲电场杀菌技术虽然起步较晚，但发展迅速。中国农业大学、吉林大学、清华大学、浙江大学、西安交通大学、江南大学、华南理工大学、福建农林大学、重庆大学等均开展了相关研究工作，并在电场灭菌机理等方面取得了一些认识。但是目前此类装置基本上都是采用宽度大于数微秒的高压脉冲电场进行灭菌处理，单纯采用这种电场灭菌方法，由于含菌液体(例如新鲜牛奶或鲜榨果汁)的击穿场强与电场持续作用时间t相关(基本上与t-1/3(负三分之一次方)呈线性关系)，脉冲宽度越大，击穿场强越低，允许加载的脉冲电场强度也越低，因此，难以实现高场强高效率灭菌，且对含菌液体中的芽孢或者病毒几乎没有作用，不具有广谱性。
技术实现思路
本技术的专利技术目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置。在脉冲产生领域，通过现有的触发控制电路触发复合微秒高压脉冲形成电路、纳秒高压脉冲形成电路，以产生微秒、纳秒高压脉冲信号，通过控制微秒高压脉冲形成电路、纳秒高压脉冲形成电路放电时间间隔和顺序，产生复合高压脉冲电场信号；在生物医学和食品加工领域，通过上述复合高压脉冲电场产生方法或装置产生的复合高压脉冲电场信号给处理室中的含菌液体施加电脉冲P1，在含菌液体中建立作用时间为数百纳秒至数十微秒的宽脉冲电场；在P1作用同时、起始之前或结束后较短时间内，对被处理含菌液体施加脉冲宽度为数纳秒至数十纳秒的电脉冲P2，在含菌液体中建立作用时间为数纳秒至数十纳秒的窄脉冲电场，最终建立宽窄复合脉冲电场对含菌液体进行灭菌处理。本技术采用的技术方案是这样的：一种复合高压脉冲电场产生装置包括：直流高压电源，用于将市电经整流升压得到直流高电压信号；并同时给微秒高压脉冲形成电路以及纳秒高压脉冲形成电路供电；触发控制电路，用于控制直流高压电源、微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路，并根据微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况、以及根据实验目的设定的微秒脉冲和纳秒脉冲时序、重复频率、脉冲宽度分别对微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路发送对应触发信号；触发控制电路检测微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况，并根据检测数据调整直流高压电源对微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的充电速率，使微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的电压满足系统脉冲幅值、时序、重复频率和脉冲宽度的要求；微秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生微秒高压脉冲信号；纳秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生纳秒高压脉冲信号；微秒高压脉冲形成电路产生的微秒高压脉冲信号以及纳秒高压脉冲形成电路产生的纳秒高压脉冲信号共同加载到负载空间形成复合高压脉冲电场；所述纳秒高压脉冲形成电路包括第一充电电阻1、第一高压开关2、第一高压臂电阻3和第一低压臂电阻4、第一储能电容器5、第一脉冲变压器6、第一高压整流硅堆7、第一放电电容器8、锐化开关9、第一脉冲高压隔离硅堆10；直流高压电路模块与第一充电电阻1一端连接；第一充电电阻1另一端分别与第一高压开关2高压端、第一高压臂电阻3一端、第一储能电容器5一端连接；第一高压开关2低压端与地连接；第一高压臂电阻3另一端与第一低压臂电阻4一端连接，低压臂电阻4另一端与地连接；第一储能电容器5另一端与第一脉冲变压器6原边高压端连接，第一脉冲变压器6副边高压端与第一高压整流硅堆7一端连接，第一脉冲变压器6原边和副边低压端分别与地连接；第一高压整流硅堆7另一端分别与第一放电电容器8一端和锐化开关9一端连接，第一放电电容器8另一端与地连接；锐化开关9另一端与第一脉冲高压隔离硅堆10一端连接；第一脉冲高压隔离硅堆10另一端作为纳秒高压脉冲形成电路输出端。一般要求第一储能电容器5容值与第一放电电容器8的容值匹配或大于与第一放电电容器8的匹配容值，即C5≥nC8，n为变压器变比。在C5>nC8时，需在第一储能电容器5两端并联一个大电流脉冲硅堆，以防止第一储能电容器5反向充电。进一步的，所述微秒高压脉冲形成电路包括第二充电电阻12、第二储能电容器13、第二高压臂电阻14和第二低压臂电阻15、第二高压开关16、第二高压硅堆17、第二脉冲变压器18、第二脉冲高压隔离硅堆19；直流高压电路模块与第二充电电阻12一端连接；第二充电电阻12另一端分别与第二储能电容器13一端、第二高压臂电阻14一端、第二高压开关16高压端连接；第二储能电容器13另一端与地连接；第二高压臂电阻14另一端与第二低压臂电阻15一端连接，第二低压臂电阻15另一端与地连接；第二高压开关16低压端分别与第二高压硅堆17一端、第二脉冲变压器18原边高压端连接，第二高压硅堆17另一端及第二脉冲变压器18原边低压端与地连接；第二脉冲变压器18副边高压端与第二脉冲高压隔离硅堆19一端连接，第二脉冲高压隔离硅堆19另一端作为微秒高压脉冲形成电路输出端；第二储能电容器13容值远远大于第一储能电容器5容值(一般大于10倍以上)；如第二储能电容器13与第一储能电容器5充电电压相同，第一脉冲变压器6变比大于第二脉冲变压器18变比，推荐第一脉冲变压器6变比取为第二脉冲变压器18变比的三倍以上。进一步的，所述触发控制电路输出的控制信号控制直流高压电路模块将得到的直流高电压通过第二充电电阻12对储能电容器13充电，当触发控制电路检测第二高压臂电阻14与第二低压臂电阻15公共点电压达到设定值，即检测储能电容器13的充电电压达到设定值时，触发控制电路模块输出触发脉冲Trig2触发第二高压开关16闭合，此时第二储能电容器13对第二脉冲变压器18的原边放电，在脉冲变压器18的副边耦合产生微秒高压脉冲。进一步的，所述第二储能电容器13放电过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合高压脉冲电场产生装置，其特征在于包括：直流高压电源，用于将市电经逆变、升压、整流得到直流高电压信号；并同时给微秒高压脉冲形成电路以及纳秒高压脉冲形成电路供电；触发控制电路，用于控制直流高压电源、微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路，并根据微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况、以及根据实验目的设定的微秒脉冲和纳秒脉冲时序、重复频率、脉冲宽度分别对微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路发送对应触发信号；触发控制电路检测微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况，并根据检测数据调整直流高压电源对微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的充电速率，使微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的电压满足系统脉冲幅值、时序、重复频率和脉冲宽度的要求；微秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生微秒高压脉冲信号；纳秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生纳秒高压脉冲信号；微秒高压脉冲形成电路产生的微秒高压脉冲信号以及纳秒高压脉冲形成电路产生的纳秒高压脉冲信号共同加载到灭菌处理器上形成复合高压脉冲电场；所述纳秒高压脉冲形成电路包括第一充电电阻(1)、第一高压开关(2)、第一高压臂电阻(3)和第一低压臂电阻(4)、第一储能电容器(5)、第一脉冲变压器(6)、第一高压整流硅堆(7)、第一放电电容器(8)、锐化开关(9)、第一脉冲高压隔离硅堆(10)；直流高压电源模块与第一充电电阻(1)一端连接；第一充电电阻(1)另一端分别与第一高压开关(2)高压端、第一高压臂电阻(3)一端、储能电容器(5)一端连接；第一高压开关(2)低压端与地连接；第一高压臂电阻(3)另一端与第一低压臂电阻(4)一端连接，低压臂电阻(4)另一端与地连接；储能电容器(5)另一端与第一脉冲变压器(6)原边高压端连接，第一脉冲变压器(6)副边高压端与第一高压整流硅堆(7)一端连接，第一脉冲变压器(6)原边和副边低压端分别与地连接；第一高压整流硅堆(7)另一端分别与第一放电电容器(8)一端和锐化开关(9)一端连接，第一放电电容器(8)另一端与地连接；锐化开关(9)另一端与脉冲高压隔离硅堆(10)一端连接；脉冲高压隔离硅堆(10)另一端作为纳秒高压脉冲形成电路输出端；一般要求第一储能电容器(5)容值与第一放电电容器(8)的容值匹配或大于与第一放电电容器(8)的匹配容值，即C5≥nC8，n为变压器变比。在C5>nC8时，需在第一储能电容器(5)两端并联一个大电流脉冲硅堆，以防止第一储能电容器(5)反向充电。...

【技术特征摘要】
1.一种复合高压脉冲电场产生装置，其特征在于包括：直流高压电源，用于将市电经逆变、升压、整流得到直流高电压信号；并同时给微秒高压脉冲形成电路以及纳秒高压脉冲形成电路供电；触发控制电路，用于控制直流高压电源、微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路，并根据微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况、以及根据实验目的设定的微秒脉冲和纳秒脉冲时序、重复频率、脉冲宽度分别对微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路发送对应触发信号；触发控制电路检测微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况，并根据检测数据调整直流高压电源对微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的充电速率，使微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的电压满足系统脉冲幅值、时序、重复频率和脉冲宽度的要求；微秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生微秒高压脉冲信号；纳秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生纳秒高压脉冲信号；微秒高压脉冲形成电路产生的微秒高压脉冲信号以及纳秒高压脉冲形成电路产生的纳秒高压脉冲信号共同加载到灭菌处理器上形成复合高压脉冲电场；所述纳秒高压脉冲形成电路包括第一充电电阻(1)、第一高压开关(2)、第一高压臂电阻(3)和第一低压臂电阻(4)、第一储能电容器(5)、第一脉冲变压器(6)、第一高压整流硅堆(7)、第一放电电容器(8)、锐化开关(9)、第一脉冲高压隔离硅堆(10)；直流高压电源模块与第一充电电阻(1)一端连接；第一充电电阻(1)另一端分别与第一高压开关(2)高压端、第一高压臂电阻(3)一端、储能电容器(5)一端连接；第一高压开关(2)低压端与地连接；第一高压臂电阻(3)另一端与第一低压臂电阻(4)一端连接，低压臂电阻(4)另一端与地连接；储能电容器(5)另一端与第一脉冲变压器(6)原边高压端连接，第一脉冲变压器(6)副边高压端与第一高压整流硅堆(7)一端连接，第一脉冲变压器(6)原边和副边低压端分别与地连接；第一高压整流硅堆(7)另一端分别与第一放电电容器(8)一端和锐化开关(9)一端连接，第一放电电容器(8)另一端与地连接；锐化开关(9)另一端与脉冲高压隔离硅堆(10)一端连接；脉冲高压隔离硅堆(10)另一端作为纳秒高压脉冲形成电路输出端；一般要求第一储能电容器(5)容值与第一放电电容器(8)的容值匹配或大于与第一放电电容器(8)的匹配容值，即C5≥nC8，n为变压器变比。在C5>nC8时，需在第一储能电容器(5)两端并联一个大电流脉冲硅堆，以防止第一储能电容器(5)反向充电。2.根据权利要求1所述的一种复合高压脉冲电场产生装置，其特征在于所述微秒高压脉冲形成电路包括第二充电电阻(12)、第二储能电容器(13)、第二高压臂电阻(14)和第二低压臂电阻(15)、第二高压开关(16)、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪涛，赵娟，李博婷，邓维军，王波，康传会，黄宇鹏，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，李博婷，
类型：新型
国别省市：四川,51