CN103052250A - 大气压弥散型冷等离子体发生装置 - Google Patents

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程诚
沈洁
谢洪兵
李建刚
王祥科
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Abstract

本发明公开了一种大气压弥散型冷等离子体发生装置，包括有绝缘外壳，绝缘外壳的底部连接有一绝缘喷头，绝缘外壳与绝缘喷头之间横设有一绝缘支撑架，绝缘外壳的内部上方设有高压直流电源，绝缘外壳的顶部外壁上设有开关，开关与高压直流电源控制连接，位于绝缘外壳内高压直流电源的输出高压端通过高压线连接有高压电极，高压电极的一端穿过绝缘支撑架伸至绝缘喷头中且高压电极与绝缘支撑架之间固定连接，位于绝缘外壳的侧壁上设有接地电极一，位于绝缘喷头的喷嘴的下方设有接地电极二，高压直流电源的输出低压端、接地电极一、接地电极二均接地。本发明可以直接在空气中产生弥散稳定的等离子体，具有体积小、重量轻、易于携带等优点。

Description

大气压弥散型冷等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及等离子体发生技术领域，具体涉及大气压弥散型冷等离子体发生装置。 
   
背景技术
大气压低温等离子体是在大气压条件下，电极之间气体击穿电离而形成等离子体，等离子体是含有大量的电子、离子、激发态原子和自由基的电中性的电离气体。等离子体具有的独特物理和化学性质，如等离子体中富含高能粒子，更易于和所接触的材料发生反应，因此可以利用等离子体来实现对物体表面改性、表面清洗、新材料等制备方面。目前的研究表明，利用等离子体放电可以快速杀灭物体表面的细菌，在一定的功率密度下，等离子体气体的温度保持在较低的水平，可以与人体直接接触。因此大气压低温等离子体在生物医学方面的应用成为目前研究热点。 
对于大气压低温等离子体在生物医学的应用，通常采用氦气作为载气来产生低温等离子体，对材料及人体细胞损伤较小，而且人体可以直接和氦气等离子体直接接触。但是氦气作为载气在实际使用中成本昂贵，而且需要附属的载气设施，使得等离子体发生装置较为复杂。 
常见的大气压低温等离子产生方式有：介质阻挡放电、电晕放电等。DBD等离子体有以下缺点：(1)DBD由一些放电细丝组成，难以对材料表面进行均匀处理；(2)由于介质层的加入，使得击穿电压升高，在等离子体医学方面的应用中可能对人体产生电击的危险。另外DBD放电细丝直径很小但电流密度很大，可能使介质或被处理物体表面烧蚀或穿孔，局部较高的温度同样会妨碍等离子体子在医学方面的应用。常规的电晕放电结构为线筒式结构、线板式结构、针板式结构，电晕放电的电晕区较小，仅限于电晕电极附近，放电电流也比较弱。虽然常规电晕放电电流很小，但是人体在接触其高压电极时，仍然有被电击的危险。若提高放电电压容易形成火花击穿。实现大气压下的辉光形式的均匀稳定放电十分困难，关键问题在于如何降低放电场强，使得放电处于电子崩阶段，限制电流密度的自由增长，抑制放电向流注阶段的发展。    
如何使用廉价气体（比如空气）、降低放电场强同时放电过程中能够抑制电流密度的自由增长，在大气压条件下产生等离子体并在等离子体医学中的到安全应用，同时降低应用成本，是目前等离子体发生器的一大难题。
  
发明内容
为了避免上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种大气压弥散型冷等离子体发生装置。 
本发明采用的技术方案是： 
一种大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：包括有绝缘外壳，绝缘外壳的底部连接有一绝缘喷头，绝缘外壳与绝缘喷头之间横设有一绝缘支撑架，所述绝缘外壳的内部上方设有高压直流电源，绝缘外壳的顶部外壁上设有开关，开关与高压直流电源控制连接，位于绝缘外壳内高压直流电源的输出高压端通过高压线连接有高压电极，高压电极的一端穿过绝缘支撑架伸至绝缘喷头中且高压电极与绝缘支撑架之间固定连接，位于绝缘外壳的侧壁上设有接地电极一，位于绝缘喷头的喷嘴的下方设有接地电极二，高压直流电源的输出低压端、接地电极一、接地电极二均接地。
所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压直流电源采用内置干电池供电，由开关控制。 
所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压直流电源内部有采样电路部分，当产生等离子体时，高压直流电源电流输出为尖脉冲。 
所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压电极为耐腐蚀的导电材料，采用单电极或者多电极，其中多电极采用矩阵式或者线性排列。 
所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述绝缘支撑架用于高压电极的固定和支撑，绝缘支撑架上开有多个通气小孔。 
本发明的工作原理是： 
本发明为防止放电向弧光方向转换，维持稳定的低温等离子体，高压直流电源内部具有自动降压限流的功能；内部有采样电路部分，当产生等离子体时，电源电流输出为尖脉冲；通过采样及控制电路的反馈和调整，使电源输出电压降低，低于气体的击穿电压，此时放电停止，防止了放电向弧光转换；随着放电的停止，电源输出电压再次高于气体的击穿电压，如此往复；由于整套系统采用自动降压限流，所以可以轻松实现人体与等离子体或等离子体高压电极接触。
本发明的有益效果在于： 
（1）由于等离子体产生在高压电极和接地电极之间，为降低击穿场强没有介质阻挡层。
（2）本发明装置采用内置干电池供电，也可采用外接直流电源供电，无需附属的外接载气设施，可以直接在空气中产生弥散稳定的等离子体，具有体积小、重量轻、易于携带等优点。 
  
附图说明
图1为本发明的单电极等离子体发生装置。 
图2为本发明的多电极等离子体发生装置。 
图3为单电极等离子体产生装置与手之间产生等离子体的示意图。 
图4为单电极等离子体产生装置与金属物体之间产生等离子体的示意图。 
图5为多电极等离子体产生装置与手之间产生等离子体的示意图。 
图6为多电极等离子体产生装置与金属物体之间产生等离子体的示意图。 
  
具体实施方式
如图1、2所示，一种大气压弥散型冷等离子体发生装置，包括有绝缘外壳4，绝缘外壳4的底部连接有一绝缘喷头6，绝缘外壳4与绝缘喷头6之间横设有一绝缘支撑架8，绝缘外壳4的内部上方设有高压直流电源2，绝缘外壳4的顶部外壁上设有开关3，开关3与高压直流电源2控制连接，位于绝缘外壳4内高压直流电源2的输出高压端通过高压线连接有高压电极7，高压电极7的一端穿过绝缘支撑架8伸至绝缘喷头6中且高压电极7与绝缘支撑架8之间固定连接，位于绝缘外壳4的侧壁上设有接地电极1，位于绝缘喷头6的喷嘴的下方设有接地电极5，高压直流电源2的输出低压端、接地电极1、接地电极5均接地。 
高压直流电源2采用内置干电池供电，由开关控制。 
高压直流电源2内部有采样电路部分，当产生等离子体时，高压直流电源电流输出为尖脉冲。 
高压电极7为耐腐蚀的导电材料，采用单电极或者多电极，其中多电极采用矩阵式或者线性排列。 
绝缘喷头6为等离子体产生的通道，绝缘支撑架8用于高压电极7的固定和支撑，绝缘支撑架8上开有多个通气小孔。 
实施例1：表面导电物体的处理 
本装置可以对金属表面物体进行等离子体清洗和灭菌。
使用该装置产生等离子体处理物件时，将物件放在装置绝缘喷头6下方的接地电极5上，并调整绝缘喷头6和物件之间的距离，合上开关3，只要间距合适而且输出电压高于放电间隙工作气体的击穿电压时，便在高压电极7和其下方的接地电极5间形成稳定弥散的低温等离子体，绝缘喷头6下方与接地电极5之间为等等立体区9，根据处理面积的大小移动处理装置。 
    实施例2：等离子体生物医学应用 
本装置可以对人体组织或细胞进行处理。
手持装置者和被等离子体处理者分别通过接地电极1、5接地。将被处理部分放置在绝缘喷头6下方的接地电极5上，并调整绝缘喷头6和物件之间的距离，合上开关3，便在高压电极7和其下方的接地电极5间形成稳定弥散的低温等离子体绝缘喷头6下方与接地电极5之间为等等立体区9，根据处理面积的大小移动处理装置。 
上面对本发明的具体实施例进行了描述，但本发明的保护范围并不局限于此，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，对上述实施例做出变通和修改，都涵盖在本发明的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：包括有绝缘外壳，绝缘外壳的底部连接有一绝缘喷头，绝缘外壳与绝缘喷头之间横设有一绝缘支撑架，所述绝缘外壳的内部上方设有高压直流电源，绝缘外壳的顶部外壁上设有开关，开关与高压直流电源控制连接，位于绝缘外壳内高压直流电源的输出高压端通过高压线连接有高压电极，高压电极的一端穿过绝缘支撑架伸至绝缘喷头中且高压电极与绝缘支撑架之间固定连接，位于绝缘外壳的侧壁上设有接地电极一，位于绝缘喷头的喷嘴的下方设有接地电极二，高压直流电源的输出低压端、接地电极一、接地电极二均接地。
2.根据权利要求1所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压直流电源采用内置干电池供电，由开关控制。
3.根据权利要求1所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压直流电源内部有采样电路部分，当产生等离子体时，高压直流电源电流输出为尖脉冲。
4.根据权利要求1所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述高压电极为耐腐蚀的导电材料，采用单电极或者多电极。
5.根据权利要求4所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述多电极采用矩阵式或者线性排列。
6.根据权利要求1所述的大气压弥散型冷等离子体发生装置，其特征在于：所述绝缘支撑架用于高压电极的固定和支撑，绝缘支撑架上开有多个通气小孔。
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