CN111405739A - 一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，包括依次连接的固定架、上盖、介质管、底座、气室、通气变径，所述介质管的外表面覆盖有地电极，所述介质管的内部设有毛细管Ⅰ，所述毛细管Ⅰ依次穿过底座、介质管、上盖至固定架的内部；所述通气变径、气室的内部设有毛细管Ⅱ，所述毛细管Ⅱ的内部设有高压电极，所述高压电极依次穿过气室、底座、毛细管Ⅰ、固定架。本发明结构简单、操作方便。本发明系统可以在毛细管内产生均匀的等离子体，装置体积小、能耗低而且放电产生的电子密度高，活性物种密度大，可用于医用微小导管型器械的灭菌处理，达到快速、高效、无污染的灭菌目的。

Description

一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及一种放电装置，尤其是毛细管内的等离子体放电装置。
背景技术
迄今为止，经治疗的可重复使用的内窥镜被认为是高度消毒的，但不是灭菌的，而导管仅在一次使用后就被处理掉了，损耗较大。由于这些医疗器械含有温敏成分，它们不能用干热或湿热处理，而且在使用化学消毒剂时由于与化学品的接触时间长达10小时，除了对环境有害外，它们还需要较长的排气时间。而无毒、快速低温的等离子体技术应用于小型医疗器械如单腔微型导管的杀菌，具有十分广阔的应用前景。毛细管内产生的等离子体相比于传统的大气压低温等离子体来说具有更高的电子密度与能量密度。更高的电子密度与能量密度具有很高的应用价值。但由于此类单腔微型导管装置的特点是内径小，长度相对较长，如此高的纵横比使杀菌物种很难达到装置的各个部位，从而这一灭菌过程无法保证完全可靠。因而能够在微型导管内产生均匀的微等离子体是能够应用于医疗器械内狭窄导管内表面灭菌的前提。
发明内容
基于以上背景技术，本发明的目的在于提供一种结构简单、便于维护、方便应用且能够在微米级尺寸的毛细管内产生均匀放电的微等离子体发生装置。
为实现上述目的，采用以下的技术方案：
一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，属于微等离子体系统，包括依次连接的固定架、上盖、介质管、底座、气室、通气变径，
所述介质管为两端开口的中空结构，所述介质管的外表面覆盖有地电极，所述介质管的内部设有毛细管Ⅰ，所述毛细管Ⅰ为两端开口的中空结构，所述毛细管Ⅰ依次穿过底座、介质管、上盖至固定架的内部；
所述通气变径、气室的内部设有毛细管Ⅱ，所述毛细管Ⅱ为一端封闭、另一端开口的中空结构；所述毛细管Ⅱ部分穿过通气变径；
所述毛细管Ⅱ的内部设有高压电极，所述高压电极依次穿过气室、底座、毛细管Ⅰ、固定架。
进一步的，所述高压电极为线状或棒状，以同轴形式置于毛细管Ⅰ的内部。
进一步的，所述毛细管Ⅰ的内径和外径分别小于介质管的内径和外径。
进一步的，所述底座和上盖的中心处均开设有直径大于毛细管Ⅰ的通孔，所述底座上表面通孔的外周开设有内径小于介质管内径、外径大于介质管外径的凹槽。
进一步的，所述介质管一端的管口位于上盖的内部，另一端的管口位于底座的内部。
进一步的，所述毛细管Ⅰ一端的管口位于固定架的内部，另一端的管口位于底座的内部。
进一步的，所述毛细管Ⅱ一端的管口位于气室的内部，另一端的管口位于通气变径的外部。
进一步的，所述介质管、底座、上盖、通气变径、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ之间的连接方式为固定连接。
更进一步的，所述介质管、底座、上盖、通气变径、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ之间的连接方式为插合连接。
进一步的，所述上盖与固定架固定连接。
更进一步的，所述上盖与固定架粘接。
进一步的，所述高压电极的一端位于毛细管Ⅱ的内部，另一端位于固定架的外部。
进一步的，所述底座与气室之间设置有密封圈。
进一步的，所述底座的下表面与气室上表面开设用于密封圈嵌套的凹槽。
进一步的，所述凹槽为环形凹槽。
进一步的，所述底座下表面的圆周处开设有螺纹孔，所述气室的圆周处开设有与底座的螺纹孔相对应的通孔，用螺丝紧固连接底座与气室。
进一步的，所述高压电极通过高压电线与高压电源接通。
进一步的，所述高压电源为高压交流电源或高压脉冲直流电源，所述交流电源的频率为1～100kHz，电压峰值为0～50kV，所述脉冲直流电源的频率为1～20kHz，电压峰值为0～100kV。
进一步的，所述通气变径上设有通气变径孔，用于将毛细管Ⅱ穿过通气变径连接到气室。
进一步的，所述地电极通过地线接地。
进一步的，所述毛细管和介质管的材质为绝缘材料。
更进一步的，所述毛细管和介质管的材质为石英。
进一步的，所述底座、气室和上盖的材质为绝缘材料。
进一步的，所述底座、气室和上盖的材质为聚四氟乙烯。
进一步的，所述高压电极和地电极为导电材料。
更进一步的，所述高压电极和地电极为金属或导电膜。
进一步的，所述金属为不锈钢丝。
进一步的，所述导电膜为ITO导电膜。
进一步的，所述的密封圈的材质为丁晴、硅胶或氟胶。
进一步的，所述螺丝材质为绝缘材料。
更进一步的，所述螺丝材质为尼龙或亚克力。所述底座用来将毛细管Ⅰ和介质管以同轴形式固定起来，毛细管Ⅰ插入底座中心的通孔内，介质管插入底座中心的凹槽内；所述底座与气室通过密封圈挤压，并用螺丝在外围紧固；所述上盖用来在与底座对应的另一侧固定毛细管Ⅰ和介质管；所述固定架用来固定高压电极的一端，高压电极的另一端套入毛细管Ⅱ内；所述通气变径用来给系统通入工作气体，并固定套入毛细管Ⅱ的高压电极的。将中空结构的毛细管Ⅰ安装在底座的通孔内，将中空结构的介质管安装在底座的凹槽内，介质管的管口与底座的凹槽内表面齐平。在毛细管Ⅰ内安装高压电极，在介质管外表面缠绕地电极；将上盖套在已为同轴安置的毛细管Ⅰ和介质管的另一侧，保证毛细管Ⅰ的管口高于上盖的表面，介质管的管口与上盖的凹槽内表面齐平。
本发明的工作过程大致如下：
两个电极分别作为高压电极和地电极通电，工作气体(可以是氦气、氩气、氖气)通过气管传送给通气变径，再通过通气变径传到气室内，最终传送到毛细管Ⅰ内的，经过这一系列传输过程，实现来自气瓶的气体的气流更稳定地给毛细管Ⅰ通气的目的，均匀的放电在毛细管Ⅰ内产生。
另外，毛细管Ⅰ及介质管的内径和外径，高压电极和地电极的材质等作为可变参数，若改变上述参数，可实现不同尺寸毛细管内的均匀放电。
本发明的有益效果：本发明结构简单、操作方便。本发明系统可以在毛细管内产生均匀的等离子体，装置体积小、能耗低而且放电产生的电子密度高，活性物种密度大，可用于医用微小导管型器械的灭菌处理，达到快速、高效、无污染的灭菌目的。
附图说明
图1是本发明的总体结构的剖视图。
图2是本发明的高压电线、接电线、高压电极、地电极、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ以及介质管的组装的放电反应器主体示意图。
图3是本发明的固定架及上盖组装后的结构示意图，其中a为俯视图，b为仰视图。
图4是本发明的底座的结构示意图，其中a为俯视图，b为仰视图。
图5是本发明的气室的结构示意图。
图6是本发明的底座、气室、通气变径组装前的正视结构示意图，其中a为底座，b为气室，c为通气变径。
图中：1-高压电线、2-高压电极、3-固定架、4-上盖、5-毛细管Ⅰ、6-介质管、7-地电极、8-接地线、9-底座、10-O型密封圈、11-气室、12-螺丝、13-通气变径、14-毛细管Ⅱ，15-螺纹孔，16-通孔Ⅰ，17-通孔Ⅱ，18-凹槽Ⅰ，19-通孔Ⅲ，20-凹槽Ⅱ，21-凹槽Ⅲ，22-通孔Ⅳ，23-凸起，24-通孔Ⅴ，25-通孔Ⅵ，26-凹槽Ⅳ，27-通气变径孔，28-通气变径的大口径侧，29-通气变径的小口径侧，30-固定盘，31-固定爪，32-固定盘，33-通气接头。
具体实施例方式
结合说明书附图对本发明具体实施进一步描述如下。
实施例1
如图1-6所示，一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，包括依次连接的固定架3、上盖4、介质管6、底座9、气室11、通气变径13，介质管6为两端开口的中空结构，介质管6的外表面覆盖有地电极7，介质管6的内部设有毛细管Ⅰ5，毛细管Ⅰ5为两端开口的中空结构，毛细管Ⅰ5依次穿过底座9、介质管6、上盖4至固定架3的内部；通气变径13、气室11的内部设有毛细管Ⅱ14，毛细管Ⅱ14为一端封闭、另一端开口的中空结构；毛细管Ⅱ14的内部设有高压电极2，高压电极2依次穿过气室11、底座9、毛细管Ⅰ5、固定架3。介质管6一端的管口位于上盖4的内部，另一端的管口位于底座9的内部；毛细管Ⅰ5一端的管口位于固定架3的内部，另一端的管口位于底座9的内部；毛细管Ⅱ14一端的管口位于气室11的内部，另一端的管口位于通气变径13的外部。介质管6、底座9、上盖4、通气变径13、毛细管Ⅰ5、毛细管Ⅱ14之间的连接方式为插合连接。固定架3由固定爪31与固定盘32组成，固定爪31位于固定盘32的下方，且两者固定连接。上盖4与固定架3的固定爪31粘接。高压电极2通过高压电线1与高压电源连接。地电极7通过地线8接地。底座9与气室11之间设置有O型密封圈10，并通过螺丝12进行紧固。
毛细管Ⅰ5、毛细管Ⅱ14以及介质管6的材质均为石英，固定架3、上盖4、底座9以及气室11的材质均为聚四氟乙烯，O型密封圈10的材质为丁晴，螺丝12的类型为尼龙内六角螺丝12，通气变径13的材质为塑料，高压电极2为不锈钢丝，地电极7为ITO导电薄膜。毛细管Ⅰ5的内径为0.4mm，外径为9mm，长为110mm，介质管6的内径3.2mm，外径为4.8mm，长为80mm。为了将高压电极2、毛细管Ⅰ5以及介质管6固定，在固定架3上开设直径略大于高压电极2的通孔Ⅰ16，在上盖4上表面开设直径略大与毛细管Ⅰ5的通孔Ⅱ17，在上盖4的下表面开设内径略小于介质管6内径、外径略大于介质管6外径的凹槽Ⅰ18。为了将毛细管Ⅰ5及介质管6安装在底座9上，在底座9中心开设直径略大于毛细管Ⅰ5的通孔Ⅲ19，内径略小于介质管6内径、外径略大于介质管6外径的凹槽Ⅱ20。为了便于气室11与底座9之间的连接及密封，底座9下表面开设了方便O型密封圈10嵌套的凹槽Ⅲ21。在气室11的上表面设置凸起23，在气室11的下表面的圆周处开设了与底座9螺纹孔15能够对应起来的六个通孔Ⅴ24。采取O型密封圈10挤压密封的方式，用六个内六角螺丝12紧固连接底座9与气室10；并将6mm-8mm的通气变径13的大口径(8mm变径口)侧28紧套在气室11的通气接头33(气室11下表面凹槽Ⅳ26与通孔Ⅵ25形成的空心柱体)处，留出大口径(6mm变径口)侧29以便与气管相连。两端开口中空结构的毛细管Ⅰ5的一端插入底座9的通孔Ⅲ19内，插入深度为16mm，两端开口中空结构的介质管6的一端插入底座9的凹槽Ⅱ20内，且与凹槽Ⅱ20内表面平齐；两端开口中空结构的毛细管Ⅰ5的另一端插入上盖4的通孔Ⅱ17内，插入深度29mm，两端开口中空结构的介质管6的一端插入上盖4的凹槽Ⅰ18内，且与凹槽Ⅰ18内表面平齐。将直径0.1mm长160mm的高压电极2不锈钢丝的一端完全插入一端封闭一端开口的长32mm的毛细管Ⅱ14内，并用密封胶将开口侧与高压电极2不锈钢丝粘连固定起来，高压电极2不锈钢丝的另一端通过通气变径13上的通气变径孔27插入，并穿出至超出毛细管Ⅰ5的上表面10mm。高20mm、固定爪31高18mm、固定盘32直径10mm，且固定盘上带有直径0.2mm通孔Ⅰ16的固定架3，令高压电极2不锈钢丝穿过盘上的通孔Ⅰ16至固定盘32的下表面距离毛细管15端口上表面6mm，用AB胶将固定爪与上盖4、高压电极2不锈钢丝与固定盘32粘连起来。长60mm、厚0.05mm的地电极7ITO导电薄膜紧密缠绕在介质管6外表面，且薄膜两端距离安装后所显露出来的介质管6两端距离均为2.5mm。
所述高压电源为高压脉冲直流电源，以氦气掺杂少量氩气为放电气体(少量掺杂的氩气能保证测得谱线即可)，利用发射光谱对放电进行在线诊断研究，并分析谱线线型，利用等离子体发射光谱中谱线的Stark展宽方法计算电子密度，当高压脉冲直流电源的频率为3kHz，电压峰值为8kV时，所得放电产生的电子密度高达7.0×1015cm-3。
实施例2
如图1-6所示，一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，包括依次连接的固定架3、上盖4、介质管6、底座9、气室11、通气变径13，介质管6为两端开口的中空结构，介质管6的外表面覆盖有地电极7，介质管6的内部设有毛细管Ⅰ5，毛细管Ⅰ5为两端开口的中空结构，毛细管Ⅰ5依次穿过底座9、介质管6、上盖4至固定架3的内部；通气变径13、气室11的内部设有毛细管Ⅱ14，毛细管Ⅱ14为一端封闭、另一端开口的中空结构；毛细管Ⅱ14的内部设有高压电极2，高压电极2依次穿过气室11、底座9、毛细管Ⅰ5、固定架3。介质管6一端的管口位于上盖4的内部，另一端的管口位于底座9的内部；毛细管Ⅰ5一端的管口位于固定架3的内部，另一端的管口位于底座9的内部；毛细管Ⅱ14一端的管口位于气室11的内部，另一端的管口位于通气变径13的外部。介质管6、底座9、上盖4、通气变径13、毛细管Ⅰ5、毛细管Ⅱ12之间的连接方式为插合连接。固定架3由固定爪31与固定盘32组成，固定爪31位于固定盘32的下方，且两者固定连接。上盖4与固定架3的固定爪31粘接。高压电极2通过高压电线1与高压电源连接。所述高压电源为高压脉冲直流电源。地电极7通过地线8接地。底座9与气室11之间设置有O型密封圈10，并通过螺丝12进行紧固。
毛细管Ⅰ5、毛细管Ⅱ14以及介质管6的材质均为石英，固定架3、上盖4、底座9以及气室11的材质均为聚四氟乙烯，O型密封圈10的材质为硅胶，螺丝12的类型为尼龙内六角螺丝12，通气变径13的材质为塑料，高压电极2为钨丝，地电极7为铜箔。毛细管Ⅰ5的内径为0.5mm，外径为1mm，长为110mm，介质管的内径3.4mm，外径为5mm，长为80mm。为了将高压电极2、毛细管Ⅰ5以及介质管6固定，在固定架3上开设直径略大于高压电极2的通孔Ⅰ16，在上盖4上表面开设直径略大与毛细管Ⅰ5的通孔Ⅱ17，在上盖4的下表面开设内径略小于介质管6内径、外径略大于介质管6外径的凹槽Ⅰ18。为了将毛细管Ⅰ5及介质管6安装在底座9上，在底座9中心开设直径略大于毛细管Ⅰ5的通孔Ⅲ19，内径略小于介质管6内径、外径略大于介质管6外径的凹槽Ⅱ20。为了便于气室11与底座9之间的连接及密封，底座9下表面开设了方便O型密封圈10嵌套的凹槽Ⅲ21。在气室11的上表面设置凸起23，在气室11的下表面的圆周处开设了与底座9螺纹孔15能够对应起来的六个通孔Ⅴ24。采取O型密封圈10挤压密封的方式，用六个内六角螺丝12紧固连接底座9与气室11；并将6mm-8mm的通气变径13的大口径(8mm变径口)侧28紧套在气室11的通气接头33(气室11下表面凹槽Ⅳ26与通孔Ⅵ25形成的空心柱体)处，留出大口径(6mm变径口)侧29以便与气管相连。两端开口中空结构的毛细管Ⅰ5的一端插入底座9的通孔Ⅲ19内，插入深度为16mm，两端开口中空结构的介质管6的一端插入底座9的凹槽Ⅱ20内，且与凹槽Ⅱ20内表面平齐；两端开口中空结构的毛细管Ⅰ5的另一端插入上盖4的Ⅱ17内，插入深度29mm，两端开口中空结构的介质管6的一端插入上盖4的凹槽Ⅰ18内，且与凹槽Ⅰ18内表面平齐。将直径0.1mm长160mm的高压电极2钨丝的一端完全插入一端封闭一端开口的长32mm的毛细管214内，并用密封胶将开口侧与高压电极2钨丝粘连固定起来，高压电极2钨丝的另一端通过通气变径13上的通气变径孔27插入，并穿出至超出毛细管Ⅰ5的上表面10mm。高20mm、固定爪31高18mm、固定盘32直径10mm，且固定盘32上带有直径0.2mm通孔Ⅰ16的固定架3，令高压电极2钨丝穿过固定盘32上的小孔至固定盘32的下表面距离毛细管Ⅰ5端口上表面6mm，用AB胶将固定爪31与上盖4、高压电极2钨丝与固定盘32粘连起来。长60mm、厚0.2mm的铜箔7紧密缠绕在介质管6外表面，且薄膜两端距离安装后所显露出来的介质管6两端距离均为2.5mm。

Claims (10)

1.一种大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，包括依次连接的固定架、上盖、介质管、底座、气室、通气变径，
所述介质管为两端开口的中空结构，所述介质管的外表面覆盖有地电极，所述介质管的内部设有毛细管Ⅰ，所述毛细管Ⅰ为两端开口的中空结构，所述毛细管Ⅰ依次穿过底座、介质管、上盖至固定架的内部；
所述通气变径、气室的内部设有毛细管Ⅱ，所述毛细管Ⅱ为一端封闭、另一端开口的中空结构；
所述毛细管Ⅱ的内部设有高压电极，所述高压电极依次穿过气室、底座、毛细管Ⅰ、固定架。
2.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述介质管一端的管口位于上盖的内部，另一端的管口位于底座的内部；所述毛细管Ⅰ一端的管口位于固定架的内部，另一端的管口位于底座的内部；所述毛细管Ⅱ一端的管口位于气室的内部，另一端的管口位于通气变径的外部。
3.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述介质管、底座、上盖、通气变径之间的连接方式为插合连接。
4.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述底座下表面的圆周处开设有螺纹孔，所述气室的圆周处开设有与底座的螺纹孔相对应的通孔，用螺丝紧固连接底座与气室。
5.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述高压电极通过高压电线与高压电源连接。
6.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述地电极通过地线接地。
7.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述底座与气室之间设置有密封圈。
8.根据权利要求1所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ、介质管、底座、气室和上盖的材质为绝缘材料；所述高压电极和地电极为导电材料。
9.根据权利要求4所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述高压电源为高压交流电源或高压脉冲直流电源，所述高压交流电源的频率为1～100kHz，电压峰值为0～50kV，所述高压脉冲直流电源的频率为1～20kHz，电压峰值为0～100kV。
10.根据权利要求4或7所述的大气压毛细管内均匀放电微等离子体发生装置，其特征在于，所述螺丝的材质为绝缘材料；所述密封圈的材质为丁晴、硅胶或氟胶。
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