CN109496048B - 一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，包括：气体加湿模块、气体电离模块和样品油容器；所述气体加湿模块用于增大所述工作气体中的水分子含量；所述气体电离模块用于使所述工作气体充分电离，形成等离子体流柱，并产生过氧化氢、氧原子等活性粒子；所述等离子体流柱深入所述样品油内部，在气‑油交界面上产生高密度过氧化氢和羧酸等活性粒子，所述活性粒子随着所述等离子体流柱引起的对流，扩散到整个样品油里面；最终产生等离子活化油。本发明的处理装置能够持续放电、稳定运行，且操作安全，可通过增大工作气体中的水分子含量，提高等离子体流柱中过氧化活性粒子的含量，从而获得更高活性粒子浓度的等离子活化油。

Description

一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置

技术领域

本发明属于消毒灭菌即医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种可调节过氧化活性粒子含量的DBD((Dielectric Barrier Discharges)大气压低温等离子体流柱装置。

背景技术

不同于固体、液体和气体，等离子体是物质的第四态，包含电子、正负性离子、自由基、和许多激发态的原子和分子。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体，低温等离子体中存在着大量且种类繁多的活性粒子，更容易与所接触的物质发生反应，因此在环境保护、材料改性以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。

低温等离子体流柱是指在大气环境中通过气体放电方式产生，在电场和气流的共同作用下使放电区域产生的等离子体以射流的形式从管口中喷出，并在周围的大气环境中形成定向的流动及进一步的放电。它既具有传统高气压放电体系载能粒子密度高、系统结构设计空间大、经济和工艺处理速度快的优点，又具有低气压辉光放电等离子体的介质温度低和空间均匀的优点。

传统的等离子活化油制造方法是在低气压环境中产生，应用时成本较高且不利于大规模应用，对油的活化效果也不理想，部分药用油的药性还会受到影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种低成本、操作安全，且能有效提高等离子活化油中活性粒子浓度的处理装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，包括：气体加湿模块、气体电离模块和样品油容器；

所述气体加湿模块包括：进气管、水箱、气泡石和出气管；

所述水箱为封闭容器，顶盖开有两孔，分别插入所述进气管和出气管，所述气泡石放置于水箱的底部，所述进气管的上端口接收工作气体，下端口连接所述气泡石；

所述气体加湿模块用于使所述工作气体与水充分接触，提高所述工作气体中的水分子含量；

优选地，所述工作气体为氩气、氦气及他们和氧气的混合物。

所述气体电离模块包括：外玻璃管、高压电极、地电极和高压电源；

所述外玻璃管为空心，上部侧方设置进气口通过橡皮导管连接所述出气管，底端以漏斗形式开口，并伸入所述容器内的样品油中；

所述高压电极和地电极位于所述进气口和所述开口之间，所述高压电极通过高压导线连接所述高压电源，所述地电极接地；

所述高压电极和地电极用于使所述水分子和工作气体充分电离，产生过氧化氢、氧原子等活性粒子；

所述外玻璃管用于为所述电离提供足够的空间，以使所述电离更加充分均匀，并使所述活性粒子形成等离子体流柱；

所述等离子体流柱深入所述样品油内部，在气-油交界面上产生高密度过氧化氢和羧酸等活性粒子，所述活性粒子随着等离子体流柱引起的对流扩散到整个油里面，最终产生等离子活化油。

优选地，所述玻璃管为石英玻璃管，热稳定性好和电绝缘性能好。

优选地，所述高压交流电源采用中低频交流高压电源，电源输出频率为10～40kHZ，输出电压0～25kV，输出功率0～500W。

进一步地，所述高压电极和地电极有三种结构：

(1)所述外玻璃管内嵌套一个空心且底端闭口的内玻璃管，所述内玻璃管内置去除绝缘皮的绞合镀锡铜丝，所述铜丝与所述内玻璃管的间隙用焊锡均匀填充作为高压电极，所述外玻璃管外侧下方套接金属环作为地电极；

(2)所述外玻璃管外侧下方用铜片环绕一周作为高压电极，在所述铜片下方套接金属环作为地电极；

(3)所述外玻璃管内侧下方设置上下两块环形铜片，并分别在上方铜片下面和下方铜片上面设置环形玻璃片，所述上方铜片为高压电极，所述下方铜片为地电极。

本发明的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置的工作原理为：

所述工作气体通过所述进气管进入所述气泡石，产生大量气泡并与水充分接触后离开水面，携带大量水分的工作气体经过所述出气管和所述进气口进入所述外玻璃管中，在所述高压电极和地电极的作用下，所述工作气体和水分子被击穿放电，产生大量过氧化氢、氧原子等活性粒子，并形成等离子体流柱，所述等离子体流柱深入所述样品油内部，在气-油交界面上产生高密度过氧化氢和羧酸等活性粒子，并随着等离子体流柱引起的对流，扩散到整个油里面，最终产生等离子活化油。

本发明的装置通过所述水箱中的水量调节所述工作气体的水分子含量，水的体积越大，工作气体的水分子含量越大，电离后产生的等离子体流柱中过氧化氢、氧原子等活性粒子的含量越高，从而等离子活化油中活性粒子的浓度越高，活化效果更好。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本发明的处理装置，高压电极与地电极形成双介质阻挡放电结构，在形成击穿回路后充当电阻作用，降低了击穿电流，预防了线路过热，同时电极与放电气体不直接接触，避免了电极腐蚀，延长了装置使用寿命。

(2)本发明的处理装置，工作气体被击穿放电时，放电产生的电荷会积累在外玻璃管的内表面形成反向的空间电场，削弱了高压电极与地电极之间电场的作用，限制了放电电流的増长，从而有效的避免了放电向电弧放电以及火花放电的转换。

(3)本发明的处理装置，正常工作时温度接近室温，外玻璃管可用手触摸，无灼热感和电击感，操作安全，同时样品油在处理过程中不会因高温而变性，提高了样品油的活化效果。

(4)本发明的处理装置，一方面提高工作气体中的湿度，另一方面使工作气体充分电离，增大了等离子体流柱中过氧化氢、氧原子等活性粒子的含量，从而有效提高了等离子活化油中活性粒子的浓度。

附图说明

图1是按照本发明的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置结构图；

图2是按照本发明的流柱更粗的等离子体发生装置结构图；

图3是按照本发明的流柱更长的等离子体发生装置结构图；

1为进气管，2为水箱，3为气泡石，4为出气管，5为橡皮导管，6为进气口，7为外石英玻璃管，8为高压电极，9为地电极，10为样品油容器，11为高压导线，12为高压交流电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

作为本发明的第一个实施例，如图1所示，一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置包括：气体加湿模块、气体电离模块和样品油容器10；

所述气体加湿模块包括：进气管1、水箱2、气泡石3和出气管4；

其中水箱2为封闭容器，顶盖开有两孔，分别插入进气管1和出气管4，气泡石3放置于水箱2的底部，进气管1的上端口接收工作气体，下端口连接气泡石3；

其中，工作气体可以为氩气、氦气及他们和氧气的混合物。

所述气体电离模块包括：外玻璃管7、高压电极8、地电极9和高压电源12；

其中外玻璃管7为空心，上部侧方设置进气口6，进气口6通过橡皮导管5连接出气管4，底端以漏斗形式开口，并伸入容器10内的样品油中；

外玻璃管7内嵌套一个空心且底端闭口的内玻璃管，所述内玻璃管内置去除绝缘皮的绞合镀锡铜丝，所述铜丝与内玻璃管之间的间隙用焊锡均匀填充作为高压电极8，外玻璃管7外侧下方套接金属环作为地电极9；

高压电极8通过高压导线11连接高压交流电源12，地电极9接地；

其中高压交流电源12采用中低频交流高压电源，电源输出频率为10～40kHZ，输出电压0～25kV，输出功率0～500W。

按照本实施例的处理装置工作原理如下：

工作气体通过进气管1进入气泡石3中，气泡石3使工作气体产生大量气泡，增大了气体与水的接触面积，使得工作气体与水充分接触，携带大量水分的工作气体经过出气管4、橡皮导管5和进气口6，进入外石英玻璃管7中，在高压电极8和地电极9的作用下，工作气体和大量水分子会被击穿放电，经过充分电离和碰撞后，产生过氧化氢、氧原子等活性粒子，并形成等离子体流柱，等离子体流柱通过外石英玻璃管7的底端漏斗流入样品油内部，在气-油交界面上产生高密度过氧化氢和羧酸等活性粒子，并随着等离子体流柱引起的对流扩散到整个油里面，产生等离子活化油。

作为本发明的第二个实施例，对等离子体流柱长度要求不高，但是需要得到较粗的等离子体流柱时，可将图1中的气体电离模块替换成图2所示的结构。

如图2所示，外石英玻璃管7外侧下方用铜片环绕一周作为高压电极，其他结构及工作原理与图1相同。

作为本发明的第三个实施例，对等离子体粗细要求不高，但是需要得到较长的等离子体流柱时，可将图1中的气体电离模块替换为图3所示的结构。

如图3所示，在外石英玻璃管7内侧下方设置两块环形铜片，并在上方铜片的下面和下方铜片的上面分别设置环形玻璃片，上方铜片为高压电极，下方铜片为地电极，其他结构及工作原理与图1相同。

基于以上实施例的装置，具有如下特点：

(1)工作气体被击穿放电时，放电产生的电荷会积累在石英玻璃管7的内表面形成反向的空间电场，削弱了高压电极8与地电极9之间电场的作用，限制了放电电流的増长，从而有效避免了放电向电弧放电以及火花放电的转换。

(2)高压电极8与地电极9形成双介质阻挡放电结构，在形成击穿回路后充当电阻作用，降低击穿电流，有效预防线路过热，同时两电极与放电气体不直接接触，避免了电极腐蚀，延长了装置的使用寿命。

(3)充实的高压电极使等离子体流柱容易发生且稳定存在，同时外石英玻璃管7为工作气体提供充足的放电空间，空间中的各种粒子可以充分碰撞，产生的低温等离子体电子能量高，且电离更加充分均匀，大大提高了低温等离子体流柱中活性粒子的种类和含量。

(4)通过设置气泡石3增大工作气体与水的接触面积，提高了工作气体的增湿效率，同时可通过改变水箱2中水的体积来调节工作气体中的水分含量，水的体积越大，气体的水分含量越大，产生的等离子体流柱中·OH、·HO2、·O等过氧化氢、氧原子等活性粒子的含量越大，从而产生的等离子活化油中活性粒子的浓度越高。

(5)装置在正常工作时的温度为30±5℃，外石英玻璃管7可以用手触摸，无灼热感和电击感，操作安全，同时样品油在处理过程中不会因高温而变性，提高了样品油的活化效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，包括：气体加湿模块、气体电离模块和样品油容器(10)；

所述气体加湿模块包括：进气管(1)、水箱(2)、气泡石(3)和出气管(4)；

所述水箱(2)为封闭容器，顶盖开有两孔，分别插入所述进气管(1)和出气管(4)，所述气泡石(3)置于水箱(2)的底部，所述进气管(1)的上端口接收工作气体，下端口连接所述气泡石(3)；

所述气体电离模块包括：外玻璃管(7)、高压电极(8)、地电极(9)和高压电源(12)；

所述外玻璃管(7)为空心，上部侧方设置进气口(6)连接所述出气管(4)，底端以漏斗形式开口，并伸入所述容器(10)内的样品油中；

所述高压电极(8)和地电极(9)位于所述进气口(6)和所述开口之间，所述高压电极(8)连接所述高压电源(12)，所述地电极(9)接地；

所述气体加湿模块用于使所述工作气体与水接触，提高所述工作气体中的水分子含量；

所述高压电极(8)和地电极(9)用于使所述水分子和工作气体电离，产生过氧化氢、氧原子活性粒子；

所述外玻璃管(7)用于为所述电离提供空间，并使所述活性粒子形成等离子体流柱；

所述等离子体流柱深入所述样品油内部，在气-油交界面上产生高密度过氧化氢和羧酸活性粒子，所述活性粒子随着等离子体流柱引起的对流扩散到整个油里面，产生等离子活化油。

2.根据权利要求1所述的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，所述高压电极(8)和地电极(9)的结构为：所述外玻璃管(7)内嵌套一个空心且底端闭口的内玻璃管，所述内玻璃管内置去除绝缘皮的绞合镀锡铜丝，所述铜丝与所述内玻璃管的间隙用焊锡均匀填充作为所述高压电极，所述外玻璃管(7)外侧下方套接金属环作为所述地电极。

3.根据权利要求1所述的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，所述高压电极(8)和地电极(9)的结构为：所述外玻璃管(7)外侧下方用铜片环绕一周作为所述高压电极，在所述铜片下方套接金属环作为所述地电极。

4.根据权利要求1所述的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，所述高压电极(8)和地电极(9)的结构为：所述外玻璃管(7)内侧下方设置上下两块环形铜片，并分别在上方铜片的下面和下方铜片的上面设置环形玻璃片，所述上方铜片为所述高压电极，所述下方铜片为所述地电极。

5.根据权利要求1所述的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，所述高压电源(12)采用中低频交流高压电源，电源输出频率为10～40kHZ，输出电压0～25kV，输出功率0～500W。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高活性粒子浓度的等离子活化油生成装置，其特征在于，所述工作气体为氩气、氦气、氩气和氧气的混合物、氦气和氧气的混合物。