CN103997841A - 手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其结构是微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源为高压电极和接地电极供电，这三者嵌套于手柄内，手柄前端开有一孔，使等离子体喷出，手柄上设控制开关控制高压电源工作。优点：通过调节电压改变等离子体的长度及温度，操作简单灵活，方便操作人员使用；体积小，携带方便，外形美观，成本低廉；采用空气、单质气体或其混合物、气态化合物或者气态有机物作为工作气体，可满足各种需要；无需其它激励器件，减少故障，增加装置可靠性；区别于传统等离子体源，滑动弧更加高效，产生的等离子体粒子活性更好，对人体和材料处理效果更好。
Description
技术领域
本发明是一种手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，属于等离子技术领域。
背景技术
现有的便携式低温等离子体发生器，一般使用的工作气体为稀有气体或者含有氧气的混合气体，且除了高压电极外还要添加额外的器件。如现有专利一种便携式低温等离子体发生器（ZL201120032919.0），应用紫外光源发生的紫外光和高压电极的交变电场共同作用于气体从而产生低温等离子体。然而，该装置除了高压电极还要添加额外的器件紫外光源，还要增加耐离子腐蚀的保护层，因此成本会大大提升同时会增加装置发生故障的可能性。此外，紫外光源的寿命也会直接影响到装置的使用寿命。紫外光源的性能也会大大影响粒子活性以及等离子处理效果。该装置工作气体局限于氧气，成本较高。此外氧气属于助燃气体，操作不当极易发生危险。因此，使用范围受到限制。传统装置产生的电弧温度高电流大，人体无法接触。现有的滑动弧装置一般只有一个引弧点，因此产生等离子体的效率较低。
发明内容
本发明提供一种手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其目的旨在克服现有技术存在的上述缺陷，实现使用空气作为工作气体，产生含较多氧的安全的低温等离子体。
本发明的技术解决方案：手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是包括微型气泵、高压电源、气体导管、绝缘套管、高压电极、接地电极和手柄，其中微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接，为装置提供工作气体；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源的高压输出端与高压电极的接线端口相连，高压电源的接地端与接地电极的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管、高压电极和接地电极三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制高压电源工作；所述的高压电极呈子弹头形。
本发明的优点：
1）通过调节电压可以改变等离子体的长度以及温度，操作简单灵活，手持式的设计可以方便操作人员使用；
2）体积小巧，携带方便，外形美观，成本低廉；
3）采用空气作为工作气体，或用单质气体或其混合物，或用气态化合物或者气态有机物，可以满足各种场合的需要；
4）无需其他激励器件，减小成本；大大减少了出现故障的可能性，增加了装置工作的可靠性；
5）区别于传统应用的等离子体源，采用滑动弧作为等离子体源，更加高效，其产生的等离子体粒子含量高、活性更好，种类多，除了高含量的氮、氢氧根以外，还有较多的氧，对人体和材料处理效果更好；
6）低温等离子体源中包含许多高能活性粒子。因此，可以广泛应用于杀菌和伤口处理等医疗领域；还可以应用于材料表面改性等方面；
7）此种结构具有多个引弧点，等离子体发生效率远远优于传统单个引弧点的装置；产生的等离子体含有大量的氧和氢氧根，特别适用于等离子体医学杀菌消毒处理，其处理效果好，克服了传统医疗杀菌化学试剂残留的缺点，真正做到清洁、高效。
附图说明
图1为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的工作结构框图。
图2为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的结构示意图。
图3-1A为高压电极的示意图。
图3-1B为钝角三角形突脊的短边为曲线的高压电极的示意图。
图3-2为图3-1A及图3-1B的俯视示意图。
图3-3为绝缘套管的示意图。
图3-4为接地电极的示意图。
图3-5为圆形陶瓷垫圈的示意图。
图3-6为高压电极产生等离子体的光谱图。
图4为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的电路图。
图中的1是微型气泵、2是高压电源、3是气体导管、4是绝缘套管、5是高压电极、6是接地电极、7是A开关、8是B开关、9是C开关、10是D开关、11是A继电器、12是B继电器。
具体实施方式
如图1、2所示，手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其结构包括微型气泵1、高压电源2、气体导管3、绝缘套管4、高压电极5、接地电极6和手柄，其中微型气泵1通过硅胶导管3与绝缘套管4相接，为装置提供工作气体；绝缘套管4在高压电极5和接地电极6之间，高压电源2的高压输出端与高压电极5的接线端口相连，高压电源2的接地端与接地电极6的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管4、高压电极5和接地电极6三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制微型气泵1和高压电源2工作。
所述的高压电极5和接地电极6是由不锈钢、铜、钨、铝等导电材料制成。
所述的高压电极5呈子弹头形接地电极6为圆锥台形，绝缘套管4为圆柱体形，高压电极6上套有圆形陶瓷垫圈。
如图3-1A、3-2所示，高压电极包括子弹头形体和柱体两部分，子弹头形体的长度为7-15毫米，柱体的长度为20-40毫米；子弹头形体的斜侧面上均匀设置5-8个突脊，该突脊呈钝角三角形，钝角三角形中的钝角角度为95-160度，与柱体的母线相对应，突脊的厚度为0.8-1.2毫米；柱体的底面上开一个柱体底孔，该柱体底孔在柱体的中轴线上，柱体底孔的直径为2-5毫米，柱体底孔向下延伸至距高压电极下端的0.5-1毫米处；突脊的钝角三角形的第二长边上开一个斜孔，该斜孔距钝角三角形的钝角顶点为0.2-0.7毫米,斜孔与柱体底孔连通，斜孔的中轴线与柱体上相应的母线在同一平面内，斜孔与柱体的母线呈15-30度的夹角。
如图3-1B所示，所述的钝角三角形突脊的短边可以为曲线。
如图3-3所示，在绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的E中轴通孔，距绝缘套管一端底面7-10毫米处开有一个绝缘套管侧孔，该绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线，绝缘套管侧孔与中轴通孔连通。
如图3-4所示，接地电极为一圆锥台形的中空电极，接地电极分为圆柱和圆台两部分，该圆柱的长为10-15毫米，圆台的长为9-16毫米，圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的圆台顶孔，圆台的内壁上设置一圈收口，该收口的厚度为1-1.5毫米，圆台的内壁和接地电极中轴线的夹角与突脊的钝角三角形最小角的度数都为20-40度，突脊的钝角三角形第二长边与圆台的内壁平行。
如图3-5所示，圆形陶瓷垫片直径15-20毫米，在圆形陶瓷垫圈的圆心处开有一直径为5-8毫米的垫片圆孔，圆形陶瓷垫圈边缘的厚度为1.5-3毫米，垫片圆孔的厚度为0.7-1.5毫米；圆形陶瓷垫圈的底面是平面，圆形陶瓷垫圈的顶面是呈圆拱形的凹面，圆形陶瓷垫圈拱形凹面朝向高压电极的突脊。
安装过程：将陶瓷垫圈拱形凹面朝向高压电极突脊，套在高压电极上；将高压电极圆柱体的一端插入绝缘套管中轴线上的中轴通孔内，用固线螺丝穿过绝缘套管侧面上的绝缘套管侧孔拧进高压电极的螺孔内，并将高压线连接在固线螺丝上，拧紧固线螺丝，这样就完成了高压接线和高压电极的固定；在绝缘套管另一端的中轴通孔内插入通气管；将露出高压电极一端的绝缘套管插入接地电极内部；然后将接地导线连接在固线螺丝上，将固线螺丝拧进接地电极的螺孔内，拧紧固线螺丝；至此完成了电极部分的组装；将组装好的电极部分装入手柄内；分别将高压导线和接地导线接到高压电源的高压输出端和接地端；通气管与气泵连接；A开关为总电源开关，在高压电源输入端和气泵电源输入处分别接入B、C两个开关，D开关为手柄上的控制开关；在高压电源输入端串联A、B两个常开触点继电器，A继电器的线圈与气泵并联，B继电器的线圈串联在手柄上D开关控制的回路中；至此，装置整体组装完成（开关及控制电路见图7）。
使用过程：打开A、B、C三个开关，此时气泵开始工作，供给电极工作气体，同时A继电器的常开触点闭合；按下手柄上的D开关，B继电器的常开触点闭合，此时高压电源开始工作，输出高压高频电能至高压电极；由于高压电极和接地电极间的电压差，放电先由电场最不均匀处即尖端（突脊三角形的钝角顶点）处开始产生电弧；高压电源上有调压电位器，通过改变电阻阻值调节电压，调节电压大小可以控制喷出的等离子体长度，反应速率，粒子活性；此外通过改变气泵的流速也可以控制喷出等离子体长度以及温度和活性。
放电过程及等离子体发生原理说明和应用：工作气体由绝缘套管吹入高压电极中轴线的柱体底孔内，然后由子弹头上均匀分布的突脊上的B斜孔吹出；由于接地电极内部斜面与高压电极突脊三角形的第二长的边平行，突脊上的斜孔将把钝角顶点的上产生的电弧吹向陶瓷垫片，电弧在突脊三角形最短边和接地电极内部斜面上滑动；电弧遇到陶瓷垫圈后熄灭，然后又在突脊三角形钝角顶点处产生新的电弧；不断反复；工作气体由突脊吹出，带动电弧向陶瓷垫圈移动中电离成等离子，由于陶瓷垫圈拱形的设计使得等离子体向中心聚集，并且从每个突脊之间的凹谷处吹向接地电极的圆台顶孔，然后喷出低温等离子体；这种结构可以产生多个滑动电弧，曾加了工作气体反应效率；接地电极和高压电极的配合使得滑动电弧产生的热量没有直接由圆台顶孔喷出，而是吹向了陶瓷垫片；这样喷出的等离子体温度低，粒子活性高；适用于等离子体医学，特别是医疗杀菌等方面和一些要求低温处理的材料表面改性；图3-1B中高压电极结构的改进变形增加了电弧滑动的距离即电弧存在的时间，使得工作气体反应的更加充分，增加粒子活性。
这种结构产生的等离子体粒子含量高，种类多，除了高含量的氮、氢氧根以外，还有较多的氧，杀菌效果极佳；其光谱如图3-6所示。
Claims (4)
1.手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是包括微型气泵、高压电源、气体导管、绝缘套管、高压电极、接地电极和手柄，其中微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接，为装置提供工作气体；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源的高压输出端与高压电极的接线端口相连，高压电源的接地端与接地电极的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管、高压电极和接地电极三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制高压电源工作；所述的高压电极呈子弹头形。
2.如权利要求1所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述呈子弹头形高压电极包括子弹头形体和柱体两部分，子弹头形体的长度为7-15毫米，柱体的长度为20-40毫米；子弹头形体的斜侧面上均匀设置5-8个突脊，该突脊呈钝角三角形，钝角三角形中的钝角角度为95-160度，与柱体的母线相对应，突脊的厚度为0.8-1.2毫米；柱体的底面上开一个柱体底孔，该柱体底孔在柱体的中轴线上，柱体底孔的直径为2-5毫米，柱体底孔向下延伸至距高压电极下端的0.5-1毫米处；
突脊的钝角三角形的第二长边上开一个斜孔，该斜孔距钝角三角形的钝角顶点为0.2-0.7毫米，斜孔与柱体底孔连通，斜孔的中轴线与柱体相应的母线在同一平面内，斜孔与柱体的母线呈15-30度的夹角；与呈子弹头形高压电极嵌套于手柄内的绝缘套管呈圆柱体形，接地电极呈圆锥台形，呈子弹头形高压电极上套有圆形陶瓷垫圈；该圆形陶瓷垫圈的拱形凹面朝向突脊；圆形陶瓷垫片的直径为15-20毫米，在圆形陶瓷垫圈的圆心处开有一直径为5-8毫米的垫片圆孔，圆形陶瓷垫圈边缘的厚度为1.5-3毫米，垫片圆孔的厚度为0.7-1.5毫米；圆形陶瓷垫圈的底面是平面，圆形陶瓷垫圈的顶面是呈圆拱形的凹面，该凹面朝向突脊，该突脊的钝角三角形短边为直线或曲线。
3.如权利要求2所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的中轴通孔，距绝缘套管一端底面7-10毫米处开有一个绝缘套管侧孔，该绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线，绝缘套管侧孔与中轴通孔连通。
4.如权利要求2所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述接地电极为一圆锥台形的中空电极，接地电极分为圆柱和圆台两部分，该圆柱的长为10-15毫米，圆台的长为9-16毫米，圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的圆台顶孔，圆台的内壁上设置一圈收口，该收口的厚度为1-1.5毫米，圆台的内壁和接地电极中轴线的夹角与突脊的钝角三角形最小角的度数都为20-40度，突脊的钝角三角形第二长边与圆台的内壁平行。
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