CN107889334A - 一种等离子体灭菌装置及放电件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体灭菌装置及放电件，涉及等离子体产生技术领域，在于提供一种等离子体灭菌装置及放电件，以便将等离子消毒灭菌的功效直接应用在日常生活中。为达到上述发明目的，本发明技术要点：包括放电部及驱动部；其中放电部包括第一电极与第二电极，所述第一电极位于第二电极内；且第一电极上设置有数量大于1的放电点；第二电极上开设有通风口。

Description

一种等离子体灭菌装置及放电件

技术领域

本发明一般涉及等离子体产生技术领域，尤其涉及一种利用等离子体灭菌的装置。

背景技术

在我们日常生活中，很多场景需要用到消毒灭菌的技术。例如，厨房用具的消毒，卫生间马桶、浴池等消毒，儿童玩具的消毒，以及电子产品的消毒。然而日常生活领域中现有的消毒技术主要是高温蒸煮、紫外线照射或化学消毒试剂清洗。这些现有的消毒技术存在破坏物品、腐蚀材料、化学物残留和/或消毒灭菌单一的问题。

当气体处于高压电场时会被电离得到等离子体。等离子体中含有的大量活性离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白和核酸发生化学反应，能够摧毁微生物和扰乱微生物的生存功能，使各类微生物死亡。此外，通过电子显微镜发现，经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒均呈现千疮百孔的状态，这是由等离子体中具有高动能的电子和离子产生的击穿蚀刻效应所致，即等离子体中高速粒子打破微生物分子的化学键，最后生成挥发性的化合物，如CO₂等。等离子体灭菌相对于日常生活中常规的灭菌方式有着低温、广谱杀菌、无残留、不损坏被消毒物品的显著优势。

然而，现有的等离子消毒灭菌技术主要应用于专业的医疗领域，主要为过氧化氢真空电离除菌技术，其针对不可高温蒸煮、不可拆卸的精密医疗设备进行消毒灭菌，如内窥镜。其工作过程主要包括：首先对消毒腔进行抽真空处理，然后通过高压对雾化后的过氧化氢(H₂O₂)进行电离，使该媒介的高浓度离子充满消毒腔，进而对物体进行灭菌消毒。现有的等离子灭菌装置对使用环境及能耗要求极高，且设备造价也十分高昂，大约在300k～500k美元，不可能直接应用在家庭、办公等日常生活领域中。

鉴于上述问题，亟待提出一种能将等离子体灭菌技术日常生活化的装置。

发明内容

本发明在于提供一种等离子体灭菌装置及放电件，以便将等离子消毒灭菌的功效直接应用在日常生活中。

为达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

首先，本发明提供了一种用于等离子体发生装置的放电件，包括第一电极与第二电极，所述第一电极位于第二电极内，且不与第二电极直接接触；

所述第一电极数量至少为1，且至少一个第一电极上设置有数量大于1的放电点；

第二电极上开设有通风口。

进一步，所述第二电极为中空的柱状体。

进一步，所述通风口开设在所述柱状体的侧部。

进一步，所述通风口为多个，且其中至少有两个通风口相对设置。

进一步，至少一个第一电极位于第二电极内部的中心处。

进一步，第一电极上设置有多个凸起部，所述多个凸起部中的至少一部分凸起部朝向第二电极的内壁。

进一步，各个凸起部中的至少一部分凸起部朝向第二电极的内壁且围绕第二电极的中心轴线形呈辐射状。

进一步，所述凸起部为金字塔形、锯齿形、针状、齿轮状或圆锥形，且所述各凸起部中的部分凸起部的尖端朝向第二电极内壁。

进一步，所述各个凸起部围绕第二电极的中心轴线呈环状排布，所述各个凸起部围绕第二电极的中心轴排布成单个环或多个环。

进一步，第一电极通过绝缘支架固定于第二电极内。

进一步，所述绝缘支架为尼龙支架或橡胶支架。

进一步，所述第二电极的两个端部开口，两个端部分别设置有可拆卸绝缘盖；

第一电极的一端与杆状导电支架的一端固定连接，杆状导电支架的另一端穿过其中一个绝缘盖上的开孔，以便接收驱动电压。

进一步，第一电极的另一端通过杆状绝缘支架固定于另一个绝缘盖上。

进一步，第一电极的另一端通过另一杆状导电支架固定于另一个绝缘盖上。

进一步，杆状绝缘支架为杆状尼龙支架或杆状橡胶支架。

进一步，所述第一电极为负极，第二电极为正极；或者第一电极为正极，第二电极为负极。

本发明还提供了一种等离子灭菌装置，包括放电部与驱动部，所述驱动部用于对放电部提供驱动电压以使得放电部放电，所述放电部包括前述任意一项所述的放电件。

进一步，所述驱动部用于为放电部提供驱动电压以使得第一电极与第二电极之间的电压差为5kV～10kV。

进一步，所述驱动部用于为放电部提供驱动电压以使得第一电极与第二电极之间的电压差为8kV。

进一步，所述驱动部用于为放电部提供频率为20kHz～60kHz的驱动电压。

进一步，还包括控制器，所述控制器用于控制驱动部工作。

进一步，所述控制器用于控制驱动部的开或关，和/或调节驱动部的电压幅值、频率和/或功率。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.第一电极位于第二电极内，且第一电极上布设多个放电点，放点电与第二电极内壁之间形成辐射状、稳定的放电状态，不受驱动电压、电流变化的影响，有助于提高等离子体的密度，进而提高灭菌率。另外，多放电点结构由于可以在不提升工作电压的条件下，有效提升等离子体的发生剂量(或者说提高等离子体的密度)，进而还能有效解决等离子电源的温升问题。

2.在本发明一个实施例中，第二电极构造为中空的柱状体结构，且通风口开设在柱状体的侧面，气体(如空气)在流经第二电极的管腔时会产生绕流，管腔中的绕流可有效延长气体在管腔内的停留时间，且气体被电离的频次越高，除菌的效率越高。当两个电极之间的电场撤销后，半封闭的空间也可有效延长气体的无菌状态。

3.在本发明又一实施例中，第一电极的一端连接驱动电压，另一端通过绝缘支架固定，从而将高压电场局限在腔体内部，腔体内的电场可以相对抵消，不会在腔体外产生新的电场，进而不会对腔体外的电子设备，如控制电路板产生电磁干扰。

4.经过实验测试，本发明结构可以将放电产生的臭氧的浓度控制在0.01ppm(百万分之一)以下，更有利于人体健康。

附图说明

根据示例性实施例可以进一步描述本申请。参考附图可以详细描述所述示例性实施例。所述实施例并非限制性的示例性实施例，其中相同的附图标记代表附图的几个视图中相似的结构，并且其中：

图1是根据本发明的一些实施例所示的等离子体灭菌装置的功能模块示意图；

图2是根据本发明的一些实施例所示的放电件的结构示意图；

图3是根据本发明的一些实施例所示的第二电极的结构示意图；

图4A是根据本发明的一些实施例所示的第一电极的结构示意图；

图4B是根据本发明的另一些实施例所示的第一电极的结构示意图；

图5A～5C是根据本发明的一些实施例所示的第一电极的侧视图；

图6A是根据本发明的一些实施例所示的第一电极的固定方式示意图；

图6B是图6A的侧视图。

图7是根据本发明的又一些实施例所示的第一电极的固定方式示意图；

图8是根据本发明的一些实施例所示的等离子体灭菌装置的结构示意图。

图中标记：1放电部；2驱动部；3线缆；11第一电极；12第二电极；13放电点；14通风口；15支架。

具体实施方式

在以下详细描述中，以实例方式阐述许多特定细节，以便提供对相关发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员应该显而易见的是，本发明可以在没有这样的细节的情况下实施。为了避免不必要地模糊本发明的各方面，已经以较概括地(没有细节)描述了本领域技术人员公知的系统、部件和/或电路。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用场景中。因此，本发明不限于所示的实施例，而是符合与权利要求一致的最广范围。

为了描述目的，以下描述是为了更好的理解本发明。应该理解的是，以下详细描述的中元器件数量、连接件的形状构造等并不意图限制本发明的范围。对于本领域的技术人员来说，可以在本发明的教导下做出一定量的变化和/或修改。这些变化和/或修改不会脱离本发明的范围。

图1是根据本发明的一些实施例所示的等离子体灭菌装置的功能模块框图。其包括放电部1与驱动部2，驱动部2用于向放电部1提供驱动电压以使得放电部1的两个电极之间产生放电，进而电离电极之间的气体得到等离子体。例如，驱动部2之间通过线缆3向放电部1提供驱动电压。

图2是根据本发明的一些实施例所示的放电部2(或称为放电件)的结构示意图。其包括第一电极11与第二电极12，其中第一电极11可以是负极，接驳驱动电压负极；第二电极12可以是正极，接驳驱动电压正极。在其他实施例中第一电极可以是正极，接驳驱动电压正极；第二电极可以是负极，接驳驱动电压的负极。第一电极与第二电极可由导电金属制成，例如铁、铜或铝等。

在一个具体实施例中，第二电极12是中空的，第一电极11位于第二电极12内部，参见图2。可使用绝缘材料制成的支架(未示出)将第一电极11固定于第二电极腔体中。其中第一电极11可以位于腔体的中心位置，也可以位于腔体的其余区域且不与第二电极的内壁直接接触(或者说短接)。

继续参见图2，第一电极11上设置有多个的放电点13。在一个具体实施例中，放电点13表现为凸起部，具体形状可以是针状、齿轮状、锯齿状、圆锥体状等顶端尖锐的形状。放电点13还可以是顶端为平面或球面的杆状结构。参见图5A～图5C。关于放电点13的形状在本发明其他部分将再次描述。

放电点13的数量大于1，例如为2、5、10或更多。放电点13的排布可以是朝向不同方向的，例如从两个或五个或八个或更多的不同方向指向第二电极12的内壁。当两个电极之间施加驱动电压时，第一电极的多个放电点与第二电极内壁进行放电，相比单放电点形成的离子场更加稳定，不随驱动电压、电流的影响，且对降低了功率要求。在本说明书中其他部分将会再次介绍放电点13的排布。

第二电极12可以是金属壳体，如球壳形、中空的柱体形、中空的立方体形、中空的长方体形或其他中空的壳体结构。所述金属壳体上开设有通风口14。通风口14的数量可以为1个或两个及以上。

气体，如空气、过氧化氢、氮气、氧气等其中的一种或几种混合，通过通风口14进入到第二电极的腔体中，当两个电极间施加驱动电压时，腔体中的气体被电离得到等离子体，进而杀灭气体中的细菌、病毒。

参见图3，在又一实施例中，所述第二电极12为中空的柱状体。柱体状的横截面(与柱体轴向垂直的平面)可以是圆形或椭圆形，或者可以是矩形、三角形等其他合适的形状。

通风口14开设在所述柱状体的侧部。这里所说的侧部是相对于柱状体的端部而言，例如，对于圆柱体来说侧部就是其侧表面。本实施例中，通风口为至少为两个。其中有两个通风口可以相对设置。各个通风口也可以不相对设置。相对设置意味着存在一个过柱状体中心轴线的轴截面(与横截面垂直的平面)与这两个通风口的开口区域均有交集。

在至少两个通风口相对设置的实施例中，气流是这样的，当气流进入其中一个通风口时(如被风扇送入)，气流受通风口尺寸的限制仍是集中的，当气流进入第二电极腔体内时就会散开，中间部分的气流因为与相对侧的通风口对准，所以会直接经过第二电极腔体内的等离子场处理后排出。但气流从所述其中一个通风口进入腔体时，受通风口宽度的限制，气流的上下部分不能直接排出，而是循腔体内壁绕回所述其中一个通风口处再并入中间部分的快速气流从所述相对侧的通风口排出，这样的便形成了绕流。由于绕流的存在，使得进入第二电极腔体内的大部分气流会被等离子场处理多次，例如2次以上，从而有效提升除菌效率。

在一个实施例中，柱状体的外径可以为20mm、25mm或30mm等，相对应的，内径可以为18mm、23mm或27mm等。这里的数值范围仅仅是作为示例，根据本说明书的教导，本领域技术人员可以料想柱状体的规格还可以是其他适于具体消毒灭菌场景的规格，如外径小于20mm，或者在20mm～35mm之间，或者大于35mm。第二电极12腔体壁的厚度可以是2mm、3mm或者其他。

图4A、图4B是根据本发明一些实施例所示的第一电极11的结构示意图。第一电极11本体为一规格较小柱体状(相对于第二电极的柱体状而言，例如所述较小柱状体与第二电极的直径比为1:10、1:12、1:15等等)。在所述本体上的多个凸起部13围绕本体的中心轴线排布成环，环的数量可以为1或者2或者更多。图4A示出的是凸起部13排布成单个环的情形，图4B示出的是凸起部13排布成两个环的情形。图5A～图5C所示的是第一电极的横截面，这并不意味着第一电极上的凸起部仅仅包含图5A～图5C所示的三种情况。如，凸起部的具体形状可以是针状、片状的一种或组合(此时第一电极的横截面如图5A所示)，或者为齿轮状、锯齿状、圆锥体状等中的一种或几种的组合(此时第一电极的横截面如图5B所示)。放电点13还可以是顶端为平面的杆状结构(此时第一电极的横截面如图5A所示)，还可以是顶端为球体的杆状结构(此时第一电极的横截面如图5C所示)。

在又一实施例中，各个凸起部13或部分凸起部13朝向第二电极的内壁且围绕第二电极的中心轴线呈辐射状。呈辐射状意味着，第一电极上各个凸起部或所述部分凸起部的中心轴线在第二电极至少一个横截面中。在第一电极11、第二电极12均为柱状体，且两者中心轴线重合或平行的实施例中，呈辐射状意味着，第一电极上各个凸起部或所述部分凸起部的中心轴线在第一电极至少一个横截面中。

图6A示出的是根据本发明一些实施例所示的第一电极的一种固定结构。图6B是图6A的侧视图。绝缘材料制成的支架15将第一电极固定于第二电极内的腔体中。在又一实施例中，第一电极数量为多个，多个第一电极之间可以是串联的关系，也可以是并联的关系。

第一电极11可以位于第二电极12的中心轴线上，或者说第一电极11的中心轴线与第二电极12的中心轴线重合。第一电极11还可以位于第二电极12的某一其他轴线上，靠近第二电极12某一部分的内壁，远离第二电极12另一部分的内壁。

支架15的数量可以为1或2或3或者更多。支架15一端与第一电极11的本体固定连接，支架15的另一端与第二电极12的内壁固定连接。支架15可以是杆状、条状或片状等其他适于固定的形状。

所述绝缘支架可以是尼龙支架或者橡胶支架。

图7示出的是根据本发明另一些实施例所示的第一电极固定结构。本实施例中，所述第二电极12的两个端部开口，且两个端部分别设置有可拆卸绝缘盖16(或者称为绝缘堵头)，例如绝缘盖16与所述两个端部开口之间可以通过内外螺纹配合的方式固定第二电极的两个端部开口处。绝缘盖16可以为橡胶盖、聚乙烯盖或尼龙盖等。

绝缘盖16的中心开孔。第一电极11的一端与导电支架的一端固定连接，连接方式可以是焊接、插接或铆接，还可以通过螺纹方式连接。具体的，第一电极11的本体为中空的柱状体，且所述一端的腔体中配置内螺纹，导电支架的所述一端具有外螺纹，内外螺纹相配合，从而将第一电极11的所述一端与导电支架的所述一端固定连接。导电支架的另一端穿过绝缘盖16上的所述开孔，在一个实施例中，开孔的直径与导电支架的直径匹配，导电支架一方面可以将第一电极11固定在第二电极内，另一方面用于接收驱动电压的正极输出或负极输出。

在一个实施例中，第一电极的另一端可以悬空。

在又一实施例中，第一电极11的所述另一端可以通过另一根支架固定，所述另一根支架的一端与第一电极的另一端连接，连接方式可以是焊接、插接或铆接，还可以通过螺纹方式连接。所述另一根支架的另一端穿过另一绝缘盖16上的开孔。开孔的直径与所述另一根支架的直径匹配，从而将所述另一根支架的所述另一端固定。所述另一根支架可以是导电支架，也可以是绝缘支架。

本实施例中的绝缘支架或导电支架的形状可以是杆状、条状或片状等其他适于固定的形状。其中所述绝缘支架可以是尼龙支架或者橡胶支架。导电支架可以是铝支架、铁支架、青铜支架或其他能够导电的支架。

继续参见图7，第一电极11可以位于第二电极12内部腔体的中心位置，即位于第二电极12中心轴线的中点处，各个凸起部13尺寸一致，且均匀分布。

图8示出的根据本发明一些实施例所示的等离子体灭菌装置，包括放电部1与驱动部2，所述驱动部2用于对放电部1提供驱动电压以使得放电部放电。所述放电部包括前述任意一项的放电件。

所述驱动部用于为放电部提供驱动电压，驱动电压可以是±5kV，±7kV，±8kV或者±10kV，也可以是其他适用的电压幅值。

驱动电压的频率可以是20kHz～60kHz，如20kHz、45kHz或60kHz，还可以是其他适用的频率值。

其中，第一电极11可以接驳驱动电压的负极，第二电极12接驳驱动电压的正极。

所述驱动电压为升压开关电源或者逆变器等。

本发明公开的等离子体灭菌装置可以用于厨房消毒灭菌，例如嵌入洗碗机中，或者嵌入碗柜中，或者嵌入冰箱中；还可以嵌入消毒柜中，配合其他消毒技术联合使用；或者可以用于卫生间消毒灭菌等等。

在其他一些实施例中，本发明公开的等离子体灭菌装置还可以在控制器的控制下进行工作，例如控制器可以控制驱动部的开或关，调节驱动部的电压幅值、频率和/或功率等参数。控制器可以集成入等离子体灭菌装置中成为其一部分，也可以部分集成入等离子体灭菌装置中，或者与等离子体灭菌装置分离。

本发明公开的放电件(或称为放电部)可以与其他任何一种驱动电路或驱动部联合使用，在驱动电压的驱动下将气体电离得到等离子体。

以上从不同方面描述了本申请和/或一些其他的示例。根据上述内容，本申请还可以作出不同的变形。本申请披露的主题能够以不同的形式和例子所实现，并且本申请可以被应用于大量的应用程序中。权利要求书中所要求保护的所有应用、修饰以及改变都属于本申请的范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述属性、数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (22)

1.一种放电件，其特征在于，包括第一电极与第二电极，所述第一电极位于第二电极内，且不与第二电极直接接触；

所述第一电极数量至少为1，且至少一个第一电极上设置有数量大于1的放电点；

第二电极上开设有通风口。

2.根据权利要求1所述的一种放电件，其特征在于，所述第二电极为中空的柱状体。

3.根据权利要求2所述的一种放电件，其特征在于，所述通风口开设在所述柱状体的侧部。

4.根据权利要求3所述的一种放电件，其特征在于，所述通风口为多个，且其中至少有两个通风口相对设置。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，至少一个第一电极位于第二电极内部的中心处。

6.根据权利要求1或2所述的一种放电件，其特征在于，第一电极上设置有多个凸起部，所述多个凸起部中的至少一部分凸起部朝向第二电极的内壁。

7.根据权利要求6所述的一种放电件，其特征在于，各个凸起部中的至少一部分凸起部朝向第二电极的内壁且围绕第二电极的中心轴线形呈辐射状。

8.根据权利要求6或7所述的一种放电件，其特征在于，所述凸起部为金字塔形、锯齿形、针状、齿轮状或圆锥形，且所述各个凸起部中的部分凸起部的尖端朝向第二电极内壁。

9.根据权利要求7所述的一种放电件，其特征在于，所述各个凸起部围绕第二电极的中心轴线呈环状排布，所述各个凸起部围绕第二电极的中心轴排布成单个环或多个环。

10.根据权利要求1或2所述的一种放电件，其特征在于，第一电极通过绝缘支架固定于第二电极内。

11.根据权利要求10所述的一种放电件，其特征在于，所述绝缘支架为尼龙支架或橡胶支架。

12.根据权利要求1或2所述的一种放电件，其特征在于，所述第二电极的两个端部开口，两个端部分别设置有可拆卸绝缘盖；

第一电极的一端与杆状导电支架的一端固定连接，杆状导电支架的另一端穿过其中一个绝缘盖上的开孔，以便接收驱动电压。

13.根据权利要求12所述的一种放电件，其特征在于，第一电极的另一端通过杆状绝缘支架固定于另一个绝缘盖上。

14.根据权利要求12所述的一种放电件，其特征在于，第一电极的另一端通过另一杆状导电支架固定于另一个绝缘盖上。

15.根据权利要求13所述的一种放电件，其特征在于，杆状绝缘支架为杆状尼龙支架或杆状橡胶支架。

16.根据权利要求1所述的一种放电件，其特征在于，所述第一电极为负极，第二电极为正极；或者第一电极为正极，第二电极为负极。

17.一种等离子灭菌装置，包括放电部与驱动部，所述驱动部用于对放电部提供驱动电压以使得放电部放电，其特征在于，

所述放电部包括如权1～16中任意一项所述的放电件。

18.根据权利要求17所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，所述驱动部用于为放电部提供驱动电压以使得第一电极与第二电极之间的电压差为5kV～10kV。

19.根据权利要求18所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，所述驱动部用于为放电部提供驱动电压以使得第一电极与第二电极之间的电压差为8kV。

20.根据权利要求17或18所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，所述驱动部用于为放电部提供频率为20kHz～60kHz的驱动电压。

21.根据权利要求17所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器用于控制驱动部工作。

22.根据权利要求21所述的一种等离子体灭菌装置，其特征在于，所述控制器用于控制驱动部的开或关，和/或调节驱动部的电压幅值、频率和/或功率。