CN104013985A - 便携式微等离子体消毒器 - Google Patents
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Abstract
便携式微等离子体消毒器,本发明涉及一种非平衡等离子体式喷雾杀菌消毒剂发生装置,该装置包括主机1和等离子体喷头2组成。主机包括机壳6、高压变压器7、水泵9、流量计10等;等离子体喷头包括绝缘体外罩18、刀形金属电极24、水气雾化喷嘴26等。利用等离子体喷头内金属电极间的高压电位差在电极之间最小距离处形成击穿放电电弧,击穿放电电弧在雾化喷嘴产生的水气混合物驱动下,快速沿着电极表面向下游滑动并在电极表面形成脉冲式滑动弧放电非平衡等离子体,从而产生包含过氧化氢、臭氧、氢氧自由基、氧自由基等氧化性粒子的水气混合物,该水气混合物从绝缘体外罩喷射出形成水气喷雾杀菌消毒剂。
Description
技术领域
本发明涉及杀菌消毒发生装置,尤其涉及一种便携式微等离子体消毒器。
背景技术
随着医学和生物技术的发展,多聚物医疗器材的广泛使用,现有的环氧乙烷、甲醛、蒸汽消毒在功效和环境影响方面已不能满足某些特殊需要,迫切需要寻找新的杀菌方法来对一些热敏感物质进行低温杀菌。理想的杀菌技术应该具有以下一些性质:1)杀菌时间尽量短,至少要少于传统的热力杀菌法;2)杀菌时的温度应该低于50℃;3)能够满足多种物体的杀菌需要;4)整个杀菌过程对于操作人员、病人和被灭菌物体都应是无害的。等离子体杀菌相应于这些要求来讲是一种非常好的选择,其突出特点是作用快速、杀菌效果可靠、作用温度低、清洁而无残留毒性。等离子体杀菌技术创始于20世纪60年代,美国首先对低温等离子体杀灭微生物的效果进行了研究,并于1968年研制出等离子体消毒设备。现已有不少关于等离子体杀菌技术的研究报道和专利产品,1990年前后已经有低温等离子体消毒设备进入市场。传统上的等离子体杀菌设备,多采用低气压射频放电等离子体方法,等离子体产生的真空范围在几Pa到几十Pa的范围,等离子体设备的制造成本和运行费用偏高。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种便携式微等离子体消毒器。该消毒器能够运行在大气压条件下,具有低功耗、高密度、高稳定等特性以及小巧、经济、便携等优势,可以对热敏感物质进行低温杀菌消毒。
上述目的是由下述技术方案实现的:
一种便携式微等离子体消毒器,包括绝缘外壳、微型风机、高压电源、内电极、带有导流孔的陶瓷环、外电极和陶瓷嘴。绝缘外壳和陶瓷嘴相连并构成空腔,微型风机置于绝缘外壳的顶部中心轴线处,高压电源置于绝缘外壳的下部,内电极、陶瓷环和外电极置于陶瓷嘴内的中心轴线处,内电极和外电极分别连接高压电源,内电极顶部为半球的柱体,外电极顶部为凹面,陶瓷环置于两个电极之间防止放电短路以及固定支撑电极,内电极顶端与外电极顶端存在0.5-1mm间隙,外电极的中心轴线处有一个直径0.1-1mm的喷口,内电极和外电极为铜和不锈钢金属材料制作。
所述的高压电源,为具有升压和限流功能的变压器,输出的电压为1-5kV。
所述的绝缘外壳采用聚四氟乙烯、环氧树脂和尼龙绝缘材料制作。
本发明所述的便携式微等离子体消毒器的工作原理是:
1)首先启动高压电源和微型风机;
2)内电极和外电电极在高压电源的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电,微型风机成风,使外部空气进入微等离子体消毒器腔体,并通过陶瓷环的导流孔,形成快速气流,驱动击穿放电微弧快速沿着电极表面向下游滑动形成等离子体,经过外电极的喷口喷出,形成微等离子体射流,含有大量的带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子,形成一个高度活性的环境。
本发明具有如下技术特点:与常规低温等离子体相比,该微等离子体消毒器具有极高的功率密度(超过1kW/cm3)、较高的电子密度(大于1015/cm3)和较大的表面积-体积比,因此杀菌效果更好,同时解决了制造成本、运行费用问题,是新一代低温等离子体消毒产品,可望在医疗器材、创口消毒、皮肤病治疗、牙科消毒和食品加工行业消毒等方面得到应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为显微镜观察微等离子体射流杀菌前后细菌的变化:(a)未经等离子体处理前,(b)等离子体处理30s后,(c)等离子体处理60s。
图1中:A正视图,B剖面图,1微等离子体消毒器,2微等离子体射流,3绝缘外壳,4微型风机,5高压电源,6陶瓷环,7内电极,8外电极,9陶瓷嘴。
具体实施方式
如附图1所示,本发明包括绝缘外壳3、微型风机4、高压电源5、内电极7、带有导流孔的陶瓷环6、外电极8和陶瓷嘴9。绝缘外壳3和陶瓷嘴9相连并构成空腔,绝缘外壳3采用环氧树脂制作,微型风机4置于绝缘外壳3的顶部中心轴线处,高压电源5置于绝缘外壳3的下部,内电极7、陶瓷环6和外电极8置于陶瓷嘴9内的中心轴线处,内电极7和外电极8分别连接高压电源5,内电极7顶部为半球的柱体,外电极8顶部为凹面,陶瓷环6置于两个电极之间防止放电短路以及固定支撑电极,内电极7和外电极8为铜制作。启动高压电源和微型风机;内电极和外电电极在高压电源的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电,微型风机成风,使外部空气进入微等离子体消毒器腔体,并通过陶瓷环的导流孔,形成快速气流,驱动击穿放电微弧快速沿着电极表面向下游滑动形成等离子体,经过外电极的喷口喷出,形成微等离子体射流,形成一个高度活性的环境。
本发明的应用实例如下,操作条件:5kV电压,频率50Hz;内电极7顶端与外电极8顶端存在1mm间隙,外电极8的中心轴线处有一个直径1mm的喷口。用基于该操作条件形成的微等离子体射流出来大肠杆菌悬浮液体,处理距离2cm,处理时间为30s和60s,从附图2看出,未经等离子体处理的细菌(图2(a))呈典型的杆状,细胞结构完整,密度合理。经过等离子体处理30s后(图2(b)),很多细菌结构变得不完整,细菌密度降低,同时可以看到一些细菌出现了奇怪的形状或者破损。而且经过60s等离子体处理后(图2(c)),视野中很难找到具有完整细胞结构的细菌,而且能发现许多细胞破损结构,这说明细胞完整性遭到了相当严重的破坏。这证明了等离子体处理确实破坏了细胞结构,达到杀菌消毒的效果。
Claims (3)
1.一种便携式微等离子体消毒器,包括绝缘外壳、微型风机、高压电源、内电极、带有导流孔的陶瓷环、外电极和陶瓷嘴,其特征在于:绝缘外壳和陶瓷嘴相连并构成空腔,微型风机置于绝缘外壳的顶部中心轴线处,高压电源置于绝缘外壳的下部,内电极、陶瓷环和外电极置于陶瓷嘴内的中心轴线处,内电极和外电极分别连接高压电源,内电极顶部为半球的柱体,外电极顶部为凹面,陶瓷环置于两个电极之间防止放电短路以及固定支撑电极,内电极顶端与外电极顶端存在0.5-1mm间隙,外电极的中心轴线处有一个直径0.1-1mm的喷口,内电极和外电极为铜和不锈钢金属材料制作。
2.根据权利要求1所述的一种便携式微等离子体消毒器,其特征在于:所述的高压电源,为具有升压和限流功能的变压器,输出的电压为1-5kV。
3.根据权利要求1所述的一种便携式微等离子体消毒器,其特征在于:所述的绝缘外壳采用聚四氟乙烯、环氧树脂和尼龙绝缘材料制作。
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