CN112456456A - 一氧化氮发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用在基于电磁波等离子体火炬的高温环境下氮原子氧化的现象来大量发生一氧化氮的一氧化氮发生装置，本发明的一氧化氮发生装置包括：电磁波供给部，从外部接收功率来将预先设定的频率的电磁波进行振荡；放电部，利用从上述电磁波供给部供给的电磁波来形成等离子体火炬；涡流气体供给部，以涡流形态向上述放电部提供混合氮和氧的涡流气体；阻断部，设置于上述放电部的外部，用于从外部空气阻断上述放电部；冷却部，与上述放电部相连接地设置，用于冷却从上述放电部提供的一氧化氮。
Description
技术领域
本发明涉及一氧化氮发生装置，更详细地，涉及利用在基于电磁波等离子体火炬的高温环境下氮原子氧化的现象来大量发生一氧化氮的一氧化氮发生装置。
背景技术
自从20多年前发现一氧化氮(NO)在存活的细胞中起到信号分子作用的现象之后，更加强调一氧化氮的重要性。例如，一氧化氮松弛上皮细胞来扩张血管，帮助血液循环，并使伤口的血快速凝固。并且，一氧化氮使异常细胞凋亡，刺激神经细胞来促进信号传递，提高记忆力，使激素正常分泌，并增强性功能。
并且，一氧化氮阻断微生物的侵入，并抑制肿瘤生长来提高免疫力，通过增强适应能力来消除压力，提高肝功能，并抑制消化系统病。由于这种原因，一氧化氮只能多利用于医疗领域中。
但是，这种一氧化氮几乎不存在于自然中，需要时，只能制备而使用。从这种思路上，以往涉及利用电磁波等离子体的一氧化氮发生方法，提出在高温条件下使氮原子氧化来产生一氧化氮的技术。
但是，这种现有技术存在大气中的空气流入氮的氧化部位来同时产生羟基自由基(OH)的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供利用在基于电磁波等离子体火炬的高温环境下氮原子氧化的现象，在不产生羟基自由基的情况下大量产生一氧化氮的一氧化氮发生装置。
用于解决前述的技术问题的本发明的一氧化氮发生装置包括：电磁波供给部，从外部接收功率来将预先设定的频率的电磁波进行振荡；放电部，利用从上述电磁波供给部供给的电磁波来形成等离子体火炬；涡流气体供给部，以涡流形态向上述放电部提供混合氮和氧的涡流气体；阻断部，设置于上述放电部的外部，用于从外部空气阻断上述放电部；冷却部，与上述放电部相连接地设置，用于冷却从上述放电部提供的一氧化氮。
并且，在本发明中，优选地，上述电磁波供给部包括：电源供给部，用于供给电源；电磁波振荡部，与上述电源供给部相连接地设置，用于利用从上述电源供给部供给的电源来将预先设定的频率的电磁波进行振荡；电磁波循环器，与上述电磁波振荡部相连接地设置，用于输出由上述电磁波振荡部提供的电磁波，并吸收以阻抗失配反射的反射波；短截线调谐器，与上述电磁波循环器相连接地设置，用于调节从上述电磁波循环器入射的入射波和从对面反射的反射波的强度来感应阻抗匹配；波导管，与上述短截线调谐器相连接地设置，用于将从上述短截线调谐器输入的电磁波传输到上述放电管。
并且，在本发明中，上述电磁波振荡部优选为磁控管或半导体功率放大器(SolidState Power Amplifier)。
并且，优选地，本发明的一氧化氮发生装置还包括定向耦合器，上述定向耦合器设置于上述电磁波循环器与上述短截线调谐器之间，用于监控从上述电磁波循环器入射的电磁波和从上述短截线调谐器入射的反射波的强度。
并且，在本发明中，优选地，上述短截线调谐器利用由上述定向耦合器提供的入射波和反射波的强度相关信息来调节入射波和反射波的强度，以便在上述放电部内形成最大的电场。
并且，在本发明中，优选地，上述放电部呈圆筒形，其为内面形成有用于形成涡流的涡流形成部的放电管。
并且，在本发明中，优选地，上述涡流气体供给部以形成涡流的方式沿着外面的切线方向朝向上述放电部高压喷射混合氮和适量的氧的涡流气体。
并且，在本发明中，优选地，上述放电部还包括供给用于在上述放电部的内部产生等离子体的初始电子的点燃部。
根据本发明的一氧化氮发生装置，可实现如下的显著效果，利用在基于电磁波等离子体火炬的高温环境下氮原子氧化的现象来在不产生羟基自由基的情况下可大量产生一氧化氮。
以下，说明产生这种效果的理由。
最有效合成一氧化氮所需的氮原子通过基于电子的碰撞的氮分子的分离制备而成。即，N2+e→N+N+e。此时，利用电磁波等离子体火炬中的电子来将氮分子分解为2个氮原子，其分解常数如下。
其中，Te由eV的单位示出表示电子能量的电子的温度。如此生成的氮原子在高温的氧分子中以
N+O2→NO+O， (2)
进行燃烧并产生一氧化氮，该燃烧反应常数为
αNO(T)＝4.47×10-12(T/Tr)exp(-3244/T)，cm3/moLecules)， (3)，
其中，T为火炬火焰的绝对温度，Tr是指常温的绝对温度293K。公式(2)中所示的燃烧反应越容易引起，一氧化氮的合成更有效。其现象由公式(3)的反应常数的大小确定。
图5为由气体的温度T的函数表示燃烧反应常数的曲线图。可见温度从常温300K越上升，公式(3)的燃烧反应常数越几何级数增长。由此可见只有绝对温度为2000K，一氧化氮才有效合成。从这种思路上，电磁波等离子体火炬提供所需的电子的同时营造高温的环境。
那么，考察产生羟基自由基的过程和所产生的羟基自由基带来的损害。电磁波等离子体火炬中的电子以如下方式N2+eN2(A3∑u+)+e激发氮分子，氮分子的激发系数αN2*(Excitation coefficient)由电子的能量的函数表示如下。
电子的温度通常为1至几eV。在空间中，电子的平均自由移动距离(Mean FreePath)与气体密度成反比，气体的碰撞面积越大，其越小。但是，电子的自由移动距离越长，电子的温度越增加。在大气压常温条件下，当气体密度为2.61019/cm3时，温度为约1eV，在3000K中，气体密度减小至十分之一，因而预测电子的自由移动距离大幅变长，电子的温度也大幅变高。虽然在高温条件下无法测定电子的温度，但预测为几eV。
图6由电子温度的函数表示公式4的激发系数。可见公式4的激发系数与电子的温度Te相对应地几何级数增长。例如，可见当电子温度为3eV时，激发系数与1eV时相比，增加100倍以上。这还意味着所激发的氮分子的数也几何级数增长。
如此激发的分子长期以亚稳态停留。当遇到水分子时，将水分子分解如下。
其中，所激发的氮分子返回到基态N2并将水分子分解为OH和氢原子。换句话说，公式(5)的水分子分解反应常数如下，
换言之，当包含极微量的水时，在氮分子的等离子体中，羟基自由基如此产生。即便如此，大气中包含相当量的水。因此，需要防止大气中的空气流入氮的氧化部位。
像这样，因大气中的水分子而产生的羟基自由基遇到一氧化氮制备被称为OH+NO→HNO2亚硝酸的弱酸。另一方面，制备一氧化氮的过程的公式(2)中产生的氧原子与一氧化氮发生反应来制备NO+O2→NO2二氧化氮。
该二氧化氮遇到羟基自由基制备被称为OH+NO2→HNO3硝酸的强酸。像这样，因大气中的微量的水分子而产生的羟基自由基终究会产生亚硝酸或硝酸。
因此，需要像本发明彻底阻断大气中的水分子。只有这样，才能大量生成不产生酸的高纯度一氧化氮。
附图说明
图1为示出本发明一实施例的一氧化氮发生装置的结构的框图。
图2为示出本发明一实施例的电磁波供给部的结构的框图。
图3为示出本发明一实施例的放电部的结构的图。
图4为示出本发明一实施例的涡流气体供给部和放电部的结合关系的图。
图5为由气体的温度T的函数表示本发明一实施例的氮原子在氧分子中氧化的燃烧反应常数的曲线图。
图6为由电子温度Te的函数表示发明一实施例的氮分子利用电磁波等离子体火炬的电子来激发的激发系数的曲线图。
附图标记的说明
100：本发明一实施例的一氧化氮发生装置
110：电磁波供给部 120：放电部
130：涡流气体供给部 140：阻断部
150：冷却部 160：点燃部
170：适用部
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的具体实施例。
如图1所示，本实施例的一氧化氮发生装置100可包括电磁波供给部110、放电部120、涡流气体供给部130、阻断部140及冷却部150。
首先，上述电磁波供给部110为从外部接收功率来将预先设定的频率的电磁波进行振荡的结构要素。即，上述电磁波供给部110提供上述放电部120的等离子体火炬发生所需的既定的频率的电磁波。
为此，在本实施例中，如图2所示，上述电磁波供给部110具体地可包括电源供给部111、电磁波振荡部112、电磁波循环器113、短截线调谐器114及波导管115。首先，如图2所示，上述电源供给部111为收取从外部电源10供给的电源来向上述电磁波振荡部112供给的结构要素。
并且，如图2所示，上述电磁波振荡部112为与上述电源供给部111相连接地设置，并利用从上述电源供给部111供给的电源来将预先设定的频率的电磁波进行振荡的结构要素。为此，在本实施例中，上述电磁波振荡部112具体地可由磁控管(magnetron)或半导体功率放大器(Solid State Power Amplifier)构成。
接着，如图2所示，上述电磁波循环器113为与上述电磁波振荡部112相连接地设置，用于输出由上述电磁波振荡部112提供的电磁波，并吸收以阻抗失配反射的反射波的结构要素。即，上述电磁波循环器113设置于上述电磁波振荡部112与上述短截线调谐器114之间，用于将利用上述电磁波振荡部112来振荡的电磁波流至正向，并吸收从相反方向反射的反射波来保护上述电磁波振荡部112。
接着，如图2所示，上述短截线调谐器114为与上述电磁波循环器113相连接地设置，并调节从上述电磁波循环器113入射的入射波和从对面反射的反射波的强度来感应阻抗匹配的结构要素。即，上述短截线调谐器114调节入射波和反射波的强度来感应阻抗匹配，以便在上述放电部120内形成最大的电场。
接着，如图2所示，上述波导管115为与上述短截线调谐器114相连接地设置，并将从上述短截线调谐器114输入的电磁波传输到上述放电部120的结构要素。
并且，优选地，本实施例的一氧化氮发生装置还包括定向耦合器116。如图2所示，上述定向耦合器116为设置于上述电磁波循环器113与上述短截线调谐器114之间，并监控从上述电磁波循环器113入射的电磁波和从上述短截线调谐器114入射的反射波的强度的结构要素。
因此，上述短截线调谐器114利用从上述定向耦合器116提供的入射波和反射波的强度相关信息来调节入射波和反射波的强度，通过这种方式感应准确的阻抗匹配，以便在上述放电部120内形成最大的电场。
接着，如图1所示，上述放电部120为与上述电磁波供给部110相连接地设置，并利用从上述电磁波供给部110供给的电磁波来形成等离子体火炬的结构要素。为此，如图3所示，优选地，上述放电部120整体上由圆筒形放电管形成，在上述放电管内面形成用于形成涡流的涡流形成部122。由上述涡流气体供给部130供给的涡流气体一边利用如此形成的涡流形成部122来形成剧烈的涡流一边通过上述放电管，并有效生成一氧化氮。
接着，如图1所示，上述涡流气体供给部130为以实现涡流形态的方式向上述放电部120提供混合氮和氧的涡流气体的结构要素。即，向上述放电部120内部供给涡流气体，以使利用上述涡流气体供给部130来向上述放电部120供给的涡流气体必然地在上述放电部120内一边形成涡流一边移动。为此，在本实施例中，如图4所示，上述涡流气体供给部130优选地以形成涡流的方式沿着放电管外面的切线方向朝向上述放电部120高压喷射混合氮和适量的氧的涡流气体。
如此供给的上述涡流气体一边沿着上述放电管内的涡流形成部122流动一边形成涡流。
接着，如图1所示，上述阻断部140为设置于上述放电部120的外部，并从外部空气阻断上述放电部120的结构要素。当在上述放电部120中发生的一氧化氮遇到大气中的水分子时，如上所述，产生生成羟基自由基及亚硝酸等的问题。并且，当遇到大气中的氧分子时，重新氧化而成为二氧化氮，因而利用上述阻断部140来从大气中彻底阻断上述放电部120。
优选地，上述阻断部140具有交替有机膜和无机膜来覆盖的结构，以彻底阻断空气中的氧及水分。此时，上述无机膜更优选为氧化铝(Al2O3)膜和氮氧化硅(SiON)膜。
接着，如图1所示，上述冷却部150为与上述放电部120相连接地设置，并冷却从上述放电部120提供的一氧化氮的结构要素。即，上述冷却部150以适合将在上述放电部120中以高温形成的一氧化氮适用于细胞等的温度进行冷却。
并且，利用上述冷却部150来冷却的一氧化氮送至适用部170而适用于细胞等所需的用途。因此，上述适用部170可根据其适用用途来变成多种形状。
另一方面，如图1所示，本实施例的上述放电部120优选地还包括点燃部160。上述点燃部160供给用于在上述放电部120内产生等离子体的初始电子来在等离子体火炬发生的初始时间点上顺利点燃。
Claims (8)
1.一种一氧化氮发生装置，其特征在于，包括：
电磁波供给部，从外部接收功率来将预先设定的频率的电磁波进行振荡；
放电部，利用从所述电磁波供给部供给的电磁波来形成等离子体火炬；
涡流气体供给部，以实现涡流形态的方式向所述放电部提供混合氮和氧的涡流气体；
阻断部，设置于所述放电部的外部，用于从外部空气阻断所述放电部；
冷却部，与所述放电部相连接地设置，用于冷却从所述放电部提供的一氧化氮。
2.根据权利要求1所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述电磁波供给部包括：
电源供给部，用于供给电源；
电磁波振荡部，与所述电源供给部相连接地设置，用于利用从所述电源供给部供给的电源来将预先设定的频率的电磁波进行振荡；
电磁波循环器，与所述电磁波振荡部相连接地设置，用于输出由所述电磁波振荡部提供的电磁波，并吸收以阻抗失配反射的反射波；
短截线调谐器，与所述电磁波循环器相连接地设置，用于调节从所述电磁波循环器入射的入射波和从对面反射的反射波的强度来感应阻抗匹配；
波导管，与所述短截线调谐器相连接地设置，用于将从所述短截线调谐器输入的电磁波传输到所述放电管。
3.根据权利要求2所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述电磁波振荡部为磁控管或半导体功率放大器。
4.根据权利要求2所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，还包括定向耦合器，所述定向耦合器设置于所述电磁波循环器与所述短截线调谐器之间，用于监控从所述电磁波循环器入射的电磁波和从所述短截线调谐器入射的反射波的强度。
5.根据权利要求4所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述短截线调谐器利用由所述定向耦合器提供的入射波和反射波的强度相关信息来调节入射波和反射波的强度，以便在所述放电部的内部形成最大的电场。
6.根据权利要求1所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述放电部呈圆筒形，其为内面形成用于形成涡流的涡流形成部的放电管。
7.根据权利要求1所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述涡流气体供给部以形成涡流的方式沿着外面的切线方向朝向所述放电部高压喷射混合氮和适量的氧的涡流气体。
8.根据权利要求1所述的一氧化氮发生装置，其特征在于，所述放电部还包括供给用于在所述放电部的内部产生等离子体的初始电子的点燃部。
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