CN102318448A - 产生非热等离子体的电极排列 - Google Patents

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朗格·欧根·莫菲尔
贝恩德·斯特弗斯
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Abstract

本发明涉及用于产生非热等离子体的电极排列（1），包括：由导电材料制成的层状第一电极（2），由导电材料制成的层状第二电极（4），其中第二电极（4）与第一电极（2）是电绝缘的，和置于第一电极（2）和第二电极（4）之间的电介质阻挡层（3），所以非热等离子体可由介质阻挡放电生成。本发明电极排列的特征在于：第一电极（2）和第二电极（4）中的至少一个电极包括几个分布在电极上的孔。

Description

产生非热等离子体的电极排列
技术领域
本发明涉及产生非热等离子体的电极排列，该非热等离子体特别是用于对病人的处理。
背景技术
使用非热等离子体处理伤口，特别是用于体内杀菌、净化或伤口消毒已有披露，例如，在WO 2007/031250 A1和 PCT/EP2008/003568中已有公开。
然而，这些用于等离子体处理的传统的设备包括复杂的电极排列，这些电极排列很贵并且很难制造。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种改良的电极排列，用于产生非热等离子体。
这个目的是由根据主要的权利要求所述的一种新的电极排列来实现的。 
根据本发明的电极排列包括层状的第一电极和第二电极，电极由导电材料制成，其中第一电极和第二电极是通过电介质阻挡层互相电绝缘的，所述电介质阻挡层设置在第一电极和第二电极之间，所以非热等离子体通过介质阻挡放电(DBD)产生，介质阻挡放电(DBD)在本领域是公知的，所以不再解释。本发明新的电极排列的特征在于第一电极和第二电极中的至少一个电极包括若干分布在电极上的孔。因此，等离子体是在电极的孔中生成。
 在本发明的一个优选实施例中，至少第一电极和第二电极中的一个包括金属丝网，其中前述的孔分布在金属丝网的单根网丝之间。换句话说，金属丝网的每个网丝形成了前述的每个孔。这种排列的一个好处是，它是可扩展的，自适应的和可以定制成任何形式和形状的，从而允许新的应用，例如用作创伤敷料，后面将作更详细的描述。此外，这样的电极排列易于制造和极具成本效益。与提出用于等离子体医疗的传统的电介质阻挡装置不同，本发明电极排列的电流不通过人体组织。此外，双网系统是透气的，所以气流可以横向穿透电极排列，有利于空气净化、杀菌和控制污染（排气）。
此外，可以间隔几厘米的距离排列若干前述双网电极系统，其中所述双网系统优选互相平行排列。
在本发明的另一个实施例中，第一电极和第二电极中的至少一个电极包括多孔金属板，在所述多孔金属板上排列有前述的孔。例如，金属板可以由铜或铝制成，其中金属板上的孔是将金属板冲孔得到。此外，电极排列的两个电极可以都由多孔金属板组成，多孔金属板被电介质阻挡层分开。
在本发明的又一个实施例中，第一电极和第二电极中的至少一个电极由平行的金属丝或金属带组成，所述金属丝或金属带由导电材料制成。
还应当指出，在本发明前述实施例中，孔优选均等分布在电极表面，所以等离子体生成的强度也平等地分布在电极表面。
在本发明的一个实施例中，第一电极包括由导电材料制成的金属板，其中优选大块的并且没有任何孔的金属板。电介质阻挡层实质上是层状的并且形成在金属板的表面。例如，电介质阻挡层可以具有0.5 - 1mm范围内的厚度。在这个实施例中，第二电极包括前述导电材料制成的金属丝网或者穿孔板。由大块的板形成的第一电极优选给交流电，电压为10 - 20kV并且典型电流为10 -30mA，而由金属丝网形成的第二电极优选接地。
在本发明的另一个实施例中，第一电极和第二电极都包括金属丝网，而电介质阻挡层包括包覆层，所述包覆层由电绝缘和电介质材料围绕第一电极和第二电极中至少一个电极的金属丝制成，从而使第一电极与第二电极电绝缘。换句话说，金属丝网的单根金属丝的电绝缘体和电介质包覆层形成了电介质阻挡层。第一电极和第二电极互相连接，优选由粘结剂连接，所以第一电极和第二电极的金属丝网可以相互物理接触。
这个实施例的一个变化是，第一电极和第二电极都包括围绕金属丝网的单根金属丝的包覆层，从而形成电介质阻挡层。
这个实施例的另一个变化是，仅第一电极和第二电极中的一个电极包括围绕金属丝网的单根金属丝的包覆层，从而形成电介质阻挡层。换句话说，只有第一电极和第二电极中的一个电极是通过包覆层电绝缘的，而第一电极和第二电极中的另一个电极不是通过包覆层绝缘的。
应当进一步指出，本发明不局限于只有两个电极的实施方案，例如，可以提供第三电极和另一个电介质阻挡层，所以在中心电极两侧有两个介质阻挡放电排列，从而形成像三明治一样的排列。
已经提到电极之间优选互相粘附。也可以是电介质阻挡层粘附在第一电极和第二电极中的至少一个电极上。
在本发明的另一个实施例中，电极排列是以空管的形式存在，所述空管有轴向排列的进口将运载气体引入管内，并且具有轴向排列的出口将非热等离子体分散至管外，所以等离子体是在管内产生的。
这个管状排列的一个变化是，管壁由DBD排列组成，该DBD排列包括前述第一电极和第二电极以及电介质阻挡层。
这个实施例的另一个变化是，第一电极和第二电极排列在管内，其中第一电极和第二电极优选线电极，实质上同轴排列在管内。第一电极和第二电极中的至少一个电极优选被包覆层包围，所述包覆层由形成电介质阻挡层的电绝缘和电介质材料制成。
换句话说，DBD排列的电极可以置于管状电极排列的内部或在管状电极排列的壁上。
应该进一步指出，整个电极排列可以是平的、二维的、平面的和/或弯曲的。换句话说，本发明新的电极排列能够易于适应任何想要的形状。
优选地，电极排列实质上是二维的、平的和可变形的，所以整个电极排列的形状能够适应将要处理的身体部分的轮廓。这样的排列允许将本发明的电极排列用在创伤敷料上，这将在后续详细描述。
在本发明的另一个实施例中，电极排列还包括覆盖物，该覆盖物覆盖上述电极排列。可调整覆盖物来增加等离子体活性粒子的局部密度，从而减少杀菌所需的时间。还可调整覆盖物来过滤不用的活性粒子。还可以调整覆盖物来实现对等离子体更好地控制。最后，可调整覆盖物使电极排列可以在减压下运行。
电介质阻挡层可以由电绝缘体和电介质材料组成。如果需要高性能，电介质阻挡层优选由陶瓷组成。另外，如果低性能的电极排列是足够的，电介质阻挡层可由聚四氟乙烯制成。此外，电介质阻挡层可由聚对苯二甲酸乙二酯（PET），柔性或刚性玻璃陶瓷，玻璃，Mylar?，铸造陶瓷或氧化物制备。然而，电介质材料的熔点优选超过+100℃。
应当进一步指出，本发明不限于将电极排列作为一个单独的组件。本发明还包括完整的设备用于等离子体处理，该设备包括前述产生非热等离子体的新的电极排列。
在本发明的一个实施例中，这样的设备通过将非热等离子体应用于手部，适合于对人手部进行杀菌。这样的设备包括外壳，外壳用于在杀菌过程中暂时容纳手并且在外壳内对手应用非热等离子体。此外，外壳包括进口，用于将手从进口引入外壳。前述用于手部杀菌的实施例在EP 09002200.5中有详细描述，因此在这里合并引入。
在本发明设备的另一个实施例中，电极排列是以空管的形式，该空管有轴向排列的进口将运载气体引入管内，并且具有轴向排列的出口将非热等离子体分散至管外，所以等离子体是在管内产生的。设备优选包括鼓风机或压缩机，用于将运载气体吹入管状电极排列的进口，并且轴向通过管状电极排列。此外，喷嘴可以与管状电极排列的出口连接，用于形成等离子体流离开设备。
还可以将导向管连接至电极排列的出口，其中导向管将等离子体流指向特定的方向。前述的导向管优选易弯曲的，所以等离子体流的方向可以通过将导向管与想要的处理方向瞄准来改变方向。
在本发明的另一个实施例中，该设备适合于清洁空气中的污染物，尤其是细菌、病毒或孢子。
这个实施例的一个变化是，气体和污染空气可以透过电极排列，并且横向通过电极排列，所以当污染的空气通过电极排列时，电极排列可清洁空气中的污染物。
这个实施例的另一个变化是，电极排列是管状的并且污染空气轴向通过电极排列，所以当污染的空气通过电极排列时，电极排列可清洁空气中的污染物。
还应该提到的是，本发明的设备可以是便携式的或手持式的。
本发明的设备还优选包括集成电池或电力供应电极排列。
此外，新的电极排列也可用于处理真菌，例如足癣。发明人发现本发明的非热等离子体作用于病人皮肤表面可以很快地杀死任何真菌，甚至是当等离子体透过袜子作用时。因此，本发明还包括用于处理真菌的新的设备，其中该设备包括进口，病人可以从进口将脚伸入。然后等离子体作用在设备外壳内的脚上。
用于等离子体治疗的另一个可能的应用是化妆品领域。例如，非热等离子体可用于漂白牙齿。
最后，本发明也用于敷料，尤其是创伤敷料，包括之前提到的用于覆盖病人身体表面的（例如，伤口）易弯曲的和平的电极排列。DBD电极排列的整体作用于创伤敷料，当伤口由敷料覆盖时，允许等离子体对伤口进行处理。
本发明和它的区别特征以及优点将参考附图在以下的详细描述中体现的更加明显。
附图说明
图1A是本发明DBD电极排列优选实施例的透视图，包括金属板作为第一电极和金属丝网作为第二电极。
图1B是图1A所示的电极排列的截面图。
图2是管状电极排列的透视图。
图3是包括两个金属丝网的电极排列的透视图。
图4是若干金属丝网的金属丝接合点的透视图。
图5是两个绝缘的金属丝接合点的透视图。
图6是 图3所示电极排列的一个变化，还包括覆盖物。
图7是在管内包括两个线电极的管状电极排列。 
图8是包括三个电极的类似于三明治的DBD电极排列的截面图。
图9是用于产生等离子体流的所谓的等离子体流设备的示意图。
图10是用于手部杀菌设备的剖视图。
图11是图1A和1B所示的实施例的一个变化的截面图，其中金属丝网嵌入电介质阻挡层。
具体实施方式
图1A和1B所示是用于产生非热等离子体的DBD（介质阻挡放电）电极排列1的优选实施例。电极排列1包括由导电材料，如铜或铝制成的板状电极2。板状电极2具有0.5 - 1mm的厚度。
此外，电极排列1包括由聚四氟乙烯制成的电介质阻挡层3，其中电介质阻挡层3的材料施加于板状电极2较低的表面。
此外，电极排列1包括由金属丝网形成的另一电极4，电极4粘接在电介质阻挡层3与电极2相反一侧上。
电极4接地，而另一个电极2与高压发生器5电连接，该高压发生器5将交流电信号施加于电极2，频率为f = 12.5kHz，峰对峰电压值为HV = 18kVpp。因此，高压发生器5触发电介质放电，其中等离子体在网状电极4的网丝上产生。
图2所示是用于产生非热等离子体的管状电极排列6，其中删去部分图像来说明电极排列6的结构。
管状电极排列6包括由导电材料制成的大块的外层电极7，其中外层电极7是空的并且是管状的。
此外，电极排列6包括由导电材料制成的网丝形成的里层电极8。
外层电极7和里层电极8被管状电介质阻挡层9分开。
外层电极7与前述的高压发生器10电连接，而里层电极8接地。因此，高压发生器10触发介质阻挡放电，其中非热等离子体在里层电极8的单根网丝上产生。
图3所示是二维电极排列11的另一个实施例，其类似于图1A和1B中所示的电极排列1。
然而，电极排列11包括两个网状电极12、13，其中电极12、13中至少一个电极的单根金属丝被包覆层包围，该包覆层由形成电极11、12之间电介质阻挡层的电绝缘和电介质材料制成。
电极13接地，而另一个电极12与高压发生器14连接，高压发生器触发电极排列11中的介质阻挡放电，其中等离子体在电极12、13的网丝上生成。
还应当指出，电极排列11是易弯曲的，所以电极排列11的外形可适合任何想要的形状。
图4所示是相邻网状电极的单根金属丝15、16、17之间的连接点。在这个实施例中，金属丝16被包覆层18所包围，包覆层18由电绝缘和电介质材料制成，从而形成电介质阻挡层。其它金属丝15、17是不绝缘的。
图5所示是相邻网状电极的金属丝19、20的连接点的另一个实施例。在这个实施例中，金属丝19和20都被包覆层21、22包围，包覆层由电绝缘和电介质材料制成。
图6是图3所示电极排列的一种变化，所以可参考上述对图3所作的描述。
这个实施例的一个特征是，电极排列11还包括覆盖物23。覆盖物可以有不同的用途，例如：增加活性粒子的局部密度，减少杀菌时间，过滤掉无用的活性粒子，实现对等离子体更好地控制，或在减压条件下运行。
图7所示是管状电极排列24的另一个实施例，包括两个线电极25、26，每个直线电极都是由包覆层围绕的金属丝组成，包覆层是由形成电介质阻挡层的电绝缘和电介质材料制成。
电极26是接地的，而另一个电极25与 高压发生器27电连接，高压发生器触发电极排列24的介质阻挡放电。
图8所示是适于产生非热等离子体的电极排列28的另一个实施例，电极排列28包括中心电极29，中心电极由大块的铜制金属板形成。
此外，电极排列28包括两个平的电介质阻挡层30、31，每个电介质阻挡层都由聚四氟乙烯制成的平的金属板组成，其中电介质阻挡层30、31连接在中心电极29的相对两侧。
此外，电极排列28包括两个网状外层电极32、33，外层电极与电介质阻挡层30、31的外侧连接。
外层电极32、33是接地的，而中心电极29与高压发生器电连接。
图9所示是所谓的等离子体流设备，用于产生等离子体流。
等离子体流设备包括图2所示的用于产生非热等离子体的电极排列6。
此外，等离子体流设备包括鼓风机34，鼓风机用于将运载气体吹入管状电极排列6。
最后，等离子体流设备包括喷嘴35，喷嘴与管状电极排列6的出口连接，其中喷嘴35形成等离子体流离开电极排列6。
最后，图10所示是将非热等离子体应用在手部的对手进行杀菌的设备36。设备36包括在杀菌过程中临时容纳手部的外壳37，和将手部引入外壳37的进口38。
在外壳内，有两个平的电极排列39、40置于处理区域的上方和下放。
设备36在EP09002200.5中有详细描述，此处引用并入本申请。
图11是图1A和1B所示的电极排列的一个变化，所以可参考上述对图1A和1B的描述。此外，对应的部分和细节用相同的数字表示。
图11所示的电极排列1的一个特征是，电极4嵌入电介质阻挡层3。在电极4的金属丝网和电极2的下表面之间存在d1 = 1mm的距离。此外，在电极4的金属丝网和电介质阻挡层3的外表面之间存在距离d2=0.1mm。距离d1大于距离d2是必须的。但是，如果只想在一边放电，嵌入的电极4必须嵌入比电极2和4之间的距离d1更深的距离。
如果需要弯曲的电极排列1，电极2和4都由弯曲的金属丝网或相距约1cm的平行金属丝制备。其中电介质阻挡层3可由易弯曲的材料制成，例如：硅橡胶。
虽然已结合部件、特征等等的优选组合对本发明进行了描述，但没有描述本发明所有可能的特征组合，并且本领域技术人员在本发明的基础上可以进行许多其它的修饰和变化。
涉及的附图标记列表
1     电极排列
2     电极
3     电介质阻挡层
4     电极
5     高压发生器
6     电极排列
7     外层电极
8     里层电极
9     电介质阻挡层
10   高压发生器
11   电极排列
12   电极
13   电极
14   高压发生器
15   金属丝
16   金属丝
17   金属丝
18   包覆层
19   金属丝
20   金属丝
21   包覆层
22   包覆层
23   覆盖物
24   电极排列
25   电极
26   电极
27   高压发生器
28   电极排列
29   中心电极
30   电介质阻挡层
31   电介质阻挡层
32   外层电极
33   外层电极
34   鼓风机
35   喷嘴
36   设备
37   外壳
38   进口
39   电极排列
40   电极排列

Claims (22)

1.用于产生非热等离子体的电极排列（1; 6; 11; 24; 28; 39; 40），包括：
a) 层状第一电极(2; 7; 12; 29),所述层状第一电极由导电材料制成，
b) 层状第二电极(4; 8; 13; 32, 33)，所述层状第二电极由导电材料制成，其中所述第二电极(4; 8; 13; 32, 33)与所述第一电极(2; 7; 12; 29)是电绝缘的，和
c) 电介质阻挡层(3; 9; 18; 21, 22; 30, 31)，所述阻挡层设置在所述第一电极(2; 7; 12; 29)和第二电极(4; 8; 13; 32, 33)之间，所以可通过介质阻挡放电生成所述非热等离子体，
其特征在于：
d) 所述第一电极(2; 7; 12; 29)和所述第二电极(4; 8; 13; 32, 33)中的至少一个电极包括几个分布在电极上的孔。
2.如权利要求1所述的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，其特征在于：
a) 第一电极(2; 12)和第二电极(4; 8; 13; 32, 33)中的至少一个电极包括金属丝网，其中所述孔设置在金属丝网的网丝之间，或
b) 第一电极和第二电极中的至少一个电极包括多孔板，在所述多孔板上设有孔。
3.如权利要求1或2所述的电极排列（1），其特征在于：
a) 所述第一电极（2）包括由导电材料制成的金属板，
b) 所述电介质阻挡层(3)是层状的并且是在金属板表面形成的，
c) 所述第二电极（4）在所述电介质阻挡层（3）与第一电极（2）相对的表面形成，其中所述第二电极（4）优选包括金属丝网或多孔板。
4.如权利要求1或2所述的电极排列（11），其特征在于：
a) 所述第一电极(12)和第二电极(13)都包括金属丝网，
b) 所述电介质阻挡层(18; 21, 22)包括包覆层，所述包覆层由电绝缘和电介质材料制成，所述电绝缘和电介质材料围绕所述第一电极(12)和第二电极(13)中至少一个电极的金属丝，从而使第一电极(12)与第二电极(13)电绝缘，
c) 所述第一电极(12)和第二电极(13)互相连接，优选通过粘结剂连接。
5.如权利要求4所述的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，其特征在于：
a) 所述第一电极(12)和第二电极(13)都被电绝缘和电介质包覆层围绕，所述电绝缘和电介质包覆层构成所述电介质阻挡层(18; 21, 22)，或
b) 仅第一电极和第二电极(12, 13)中的一个被电绝缘和电介质包覆层围绕，所述电绝缘和电介质包覆层构成所述电介质阻挡层(18)，而第一电极和第二电极中的另一个不用包覆层绝缘。
6.如前述任一权利要求所述的电极排列(28)，进一步包括第三电极(32)和另一电介质阻挡层(30)，所以有两个介质阻挡放电排列分别在中心电极(29)的两边。
7.如前述任一权利要求所述的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，其特征在于：
a) 所述电极互相粘附，和/或
b) 所述电介质阻挡层(3; 9; 18; 21, 22; 30, 31)粘附在第一电极或第二电极(4; 8; 13; 32, 33)上，和/或
c) 至少第一电极和第二电极(2, 4)中的一个嵌入电介质阻挡层(3)。
8.如前述任一权利要求所述的电极排列(6; 24)，其特征在于：所述电极排列(6; 24)是以空管的形式设置，所述空管设有轴向排列的进口，使运载气体进入管中，以及轴向排列的出口，将非热等离子体分散至管外，所以所述等离子体是在管内生成的。
9.如权利要求8所述的电极排列(6)，其特征在于：
a) 所述第一电极(25)和所述第二电极(26)设置在管内，和/或
b) 所述第一电极(25)和所述第二电极(26)是线电极，所述电极在管内部实质上是同轴排列的，和/或，
c) 所述第一电极(25)和所述第二电极(26)中的至少一个被包覆层围绕，所述包覆层由形成所述电解质阻挡层的电绝缘和电介质材料制成。
10.如前述任一权利要求所述的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，其特征在于：所述电极排列实质上是
a) 平的，和/或
b) 二维的，和/或
c) 平面的，或
d) 弯曲的。
11.如权利要求10所述的电极排列(11)，其特征在于：所述电极排列实质上是二维的和可变形的，所以整个电极排列的形状可以适合将被处理的身体部分的轮廓。
12.如前述任一权利要求所述的电极排列(11)，进一步包括覆盖所述电极排列(11)的覆盖物(23)，其中覆盖物(23)适合于
a) 增加活性粒子的局部密度以及减少需要杀菌的时间，和/或
b) 过滤不用的活性粒子，和/或
c) 实现对等离子体更好的控制，和/或
d) 在减压下操作。
13.如前述任一权利要求所述的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，其特征在于：所述电介质阻挡层(3; 9; 18; 21, 22; 30, 31)由选自如下的材料组成：
a) 聚四氟乙烯，
b) 陶瓷。
14.用于等离子体处理的设备(36)，包括前述任一权利要求所述的产生非热等离子体的电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)。
15.如权利要求14所述的设备(36)，其特征在于：
a) 所述设备通过将非热等离子体应用于手部来对人手杀菌，
b) 所述设备包括外壳(37)，用于在杀菌期间临时容纳手，以及在外壳(37)内将等离子体作用于手，和
c) 所述外壳(37)包括进口(38)，使手通过进口(38)引入外壳(37)内。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于：
a) 所述电极排列(6)是空管状的，所述空管具有轴向排列的进口，用于将运载气体引入管中，以及具有轴向排列的出口，用于将所述非热等离子体分散至管外，所以等离子体是在管内生成，
b) 所述设备包括鼓风机(34)，用于将运载气体吹入电极排列(6)的进并轴向穿过所述电极排列(6)，和/或
c) 喷嘴(35)与所述电极排列(6)的出口连接，用于形成等离子体流离开所述设备，和/或
d) 导向管与所述电极排列(6)的出口连接，用于指引等离子体流向特定的方向，和/或
e) 所述导向管是易弯曲的，所以等离子体流的方向可以通过将导向管对准处理中想要的方向变化。
17.如权利要求14所述的设备，其特征在于：所述设备适于清洁空气中的污染物质，特别是细菌、病毒或孢子。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于：
a) 所述电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)是透气的，
b) 所述污染空气横向通过所述电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)，所以当污染空气通过所述电极排列时，电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)清洁空气中的污染物。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于：
a) 所述电极排列(1; 6; 11; 24; 28; 39; 40)是管状的，
b) 所述污染空气轴向通过所述电极排列，所以当污染空气通过所述电极排列时，电极排列清洁空气中的污染物。
20.如权利要求14至19中任一权利要求所述的设备，其特征在于：
a) 所述设备是手持式的或便携式的，和/或
b) 所述设备包括集成电池，用于对电极排列供电。
21.敷料(11)，特别是创伤敷料，包括权利要求1至13中任一权利要求所述的电极排列(11)，用于覆盖在病人身体表面。
22.如权利要求21所述的敷料，其特征在于：所述电极排列(11)是易弯曲的，所以所述电极排列的形状可以与病人身体表面相适应。
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