CN113597075A - 便携式大气压冷等离子体射流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式大气压冷等离子体射流装置,便携式大气压冷等离子体射流装置中,空心通道连接用于导入气体的进气口,进气口位于空心阳极射流装置的第一端,高压电极设于空心通道,高压电极连接设在第一端的第一接线,地电极设于空心通道且相对于高压电极布置,地电极连接设在第一端的第二接线;电压控制继电器连接气体流量传感器以接收电压信号,当电压信号低于下限,电压控制继电器被触发以中断射流,当电压信号低于预定值,电压控制继电器被触发以中断射流,当电压信号达到预定值,电压控制继电器延时以开始射流。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域,尤其涉及一种便携式大气压冷等离子体射流装置。
背景技术
等离子体是物质的第四种状态,区别于固、气、液态物质,其内部含有的带电或中性微观粒子具有较高的能量,在一定条件下可以与外界物质发生物理、化学相互作用。根据等离子体宏观上呈现的气体温度的不同,可以将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。冷等离子体是等离子体宏观温度接近室温的低温等离子体,其温度接近室温这一特点使得冷等离子体成为当前等离子体研究的热点方向,并获得了非常广泛的应用。
根据冷等离子体的产生条件,可以将冷等离子体分为大气压冷等离子体和低压冷等离子体。相比于低压冷等离子体,大气压冷等离子体的产生不需要真空条件,极大的降低了对于设备的要求和应用的条件,因此大气压冷等离子体获得了广泛的研究。大气压冷等离子体产生的方式主要包括介质阻挡放电、等离子体射流、电晕放电等。其中大气压冷等离子体射流相较于常见的等离子体产生形式,大气压冷等离子体射流技术具有成本更低,使用场景更广等优点。且其在空气净化、污水处理等生活日常方面、材料表面处理、刻蚀等工业方面,以及在生物医学方面,如细胞处理,杀菌消毒、牙齿清洁、伤口处理、皮肤病治疗等,都表现出了非常广阔的应用前景。
不过目前国内外的大气压冷等离子体射流系统激励电源体积较大,且常常需要接市电供能,同时放电需要气源持续供气,整个射流系统的体积比较庞大,非常不方便携带,常常只能在医院或者实验室的固定场所使用,在某些情况下使用会受到很大的限制。随着等离子体开始在越来越多的领域得到应用,将整个大气压冷等离子体射流系统小型化,一体化是非常有必要的。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式大气压冷等离子体射流装置,使得等离子体射流的产生限制性更少,大大提高了其便携性,从而使其获得更加广泛的应用。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明的一种便携式大气压冷等离子体射流装置包括,
空心通道,其连接用于导入气体的进气口,所述进气口位于空心阳极射流装置的第一端,
高压电极,其设于所述空心通道,所述高压电极连接设在第一端的第一接线,
地电极,其设于所述空心通道且相对于所述高压电极布置,所述地电极连接设在第一端的第二接线;
直流蓄电池;
逆变模块,其连接所述直流蓄电池;
高压模块,其一端连接所述逆变模块,另一端连接所述第一接线以输出高压激励;
气源,其连接所述进气口以输送所述气体,
控制阀,其设在所述气源和所述进气口之间以控制气体流速,
气体流量传感器,其设在所述气源和所述进气口之间测量气体流量数据并发出电压信号,
电压控制继电器,其连接所述气体流量传感器以接收所述电压信号,当所述电压信号低于下限,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号低于预定值,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号达到预定值,电压控制继电器延时以开始射流。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,所述气源为气瓶。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,所述气瓶为高度为250mm半径为40mm容量为1L的钢制气瓶。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,电压控制继电器的负载端接在高压模块所在的电路中并处于常开状态。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,直流蓄电池包括电压为12V、容量2.6AH的铅酸蓄电池。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,所述逆变模块为220V工频纯正弦输出,最大可以承受300W的负载。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,所述逆变模块设有交流调压器,使输出电压值在90~220V间调节。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,空心阳极射流装置设有实时监测温度的温度探头和散热单元。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,便携式大气压冷等离子体射流装置还包括外壳。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置中,所述外壳采用聚四氟乙烯作为材料,箱体厚度为2mm。
在上述技术方案中,本发明提供的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,具有以下有益效果:目前等离子体射流的应用需要伴随着压缩气瓶、流量控制器、等离子体电源等一系列成套装置,在很多场合非常不方便,使得等离子体射流的应用存在很大的局限性,本发明实现等离子体射流系统的一体化,并且无需外接电源即可使用,应用场合更加广泛。另外本发明具有流速检测和温度检测的功能,提高了装置使用的安全性;同时电压调节功能能够满足不同情况下的使用需求,便携式大气压冷等离子体射流装置具有非常大的应用优势和极小的应用局限。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是便携式大气压冷等离子体射流装置的结构示意图;
图2是便携式大气压冷等离子体射流装置的射流装置的结构示意图;
图3是便携式大气压冷等离子体射流装置的外壳的结构示意图;
图4(a)至图4(c)为便携式大气压冷等离子体射流装置不同气体配比在6kV10.43kHz下等离子体射流的发射光谱图;其中,图4(a)为纯He发射光谱特性,图4(b)为He+3%O2发射光谱特性,图4(c)为He+9%O2发射光谱特性。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图1至图4(c),对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
在一个实施例中,如图1至图3所示,便携式大气压冷等离子体射流装置包括,
空心阳极射流装置,其包括,
空心通道,其连接用于导入气体的进气口,所述进气口位于空心阳极射流装置的第一端,
高压电极,其设于所述空心通道,所述高压电极连接设在第一端的第一接线,
地电极,其设于所述空心通道且相对于所述高压电极布置,所述地电极连接设在第一端的第二接线;
直流蓄电池;
逆变模块,其连接所述直流蓄电池;
高压模块,其一端连接所述逆变模块,另一端连接所述第一接线以输出高压激励;
气源,其连接所述进气口以输送所述气体,
控制阀,其设在所述气源和所述进气口之间以控制气体流速,
气体流量传感器,其设在所述气源和所述进气口之间测量气体流量数据并发出电压信号,
电压控制继电器,其连接所述气体流量传感器以接收所述电压信号,当所述电压信号低于下限,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号低于预定值,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号达到预定值,电压控制继电器延时以开始射流。
本发明利用小气瓶作为供气然后通过减压阀控制气体流,实现气路供给的小型化,并且采用12V直流蓄电池作为供电电源,经过逆变模块和高压模块将12V直流电转换成6kV 10.43kHz的交流电作为激励,实现整个系统的便携化。并且在此基础上增加流速检测和温度检测的功能,延长系统的工作时间,并大大提高了整个装置的安全性,同时为了满足不同的使用需求,增加了电压调节旋钮,能够在一定程度上调节射流的强度。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,所述气源为气瓶。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,所述气瓶为高度为250mm半径为40mm容量为1L的钢制气瓶。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,电压控制继电器的负载端接在高压模块所在的电路中并处于常开状态。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,直流蓄电池包括电压为12V、容量2.6AH的铅酸蓄电池。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,所述逆变模块为220V工频纯正弦输出,最大可以承受300W的负载。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,所述逆变模块设有交流调压器,使输出电压值在90~220V间调节。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,空心阳极射流装置设有实时监测温度的温度探头和散热单元。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,便携式大气压冷等离子体射流装置还包括外壳。
所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置的优选实施例中,所述外壳采用聚四氟乙烯作为材料,箱体厚度为2mm。
参见图1,便携式射流装置中,在气路供给模块上,由于需要尽可能的缩小整个系统的体积所以无法像实验室一样采用多气路供给然后通过计算机对各个气路流速进行控制的方式。同时为了方便更换气源以满足不同的需求,采用高度为250mm半径为40mm容量为1L的钢制小气瓶作为气源,通过控制阀门来对工作气体的流速进行控制,在面对不同需求时,可以直接对小气瓶进行更换。同时为了防止气罐气压不足导致气体流速无法满足射流需求情况的出现,在气路中增加一块微小气体流量传感器,将微小气体流量计模拟输出的电压信号接到一块电压控制继电器上,具有电压信号的检测功能,设置待测电压的上下限,可实现当电压低于下限时电路断开高于上限时电路闭合。将该设备负载端接在主电路当中并处于常开状态,微小气体流量计输出电压作为待测电压。当气路流速上升至满足射流要求时,微小气体流量传感器将流速转换为电压信号输出,待测电压达到所设定上限值时,继电器延时动作,控制主电路闭合,射流开始,当流速过小导致微小气体流量传感器输出电压下降至低于所设定的下限值时,继电器被触发,再次动作,断开主电路,中断射流。
在电源供电模块上使用电压为12V容量2.6AH的铅酸蓄电池,尺寸70mm×45mm×100mm,铅酸蓄电池体积较小,并且其所提供12V直流电正好满足温控模块,流速控制模块对电源的需求。升压逆变模块为220V工频纯正弦输出,最大可以承受300W的负载;采用交流调压器使输出电压值可在90~220V间调节;最后通过高频高压模块,尺寸为93mm×47mm×49mm,可以实现输出高压高频电压。此外为防止出现过热损坏,增加温度控制模块,包括高精度温度探头、温控主板、风扇,运行过程中实时监测温度,当高频高压模块温度过高时,开启风扇进行散热降温,保证了整个射流系统可以较长时间稳定运行。
参见图2,在射流发生模块上采用空心阳极射流装置,该装置的两个电极接线处及进气口均位于上端,方便握持,降低了电极接触不稳掉出时触电的风险,便于使用。
为了进一步提高装置的便携性,参见图3,本发明通过设计箱体结构,将各模块集成到一体。箱体利用3d打印技术,采用聚四氟乙烯作为材料,箱体厚度为2mm;风扇放入箱体内部,利用百叶窗进行散热,使装置整体结构更加稳固;裸露的两个控制电路采用额外的两个外壳进行保护,如图3所示,使其不暴露在外界,在箱体的下方两侧加装两个把手,方便携带。
该发明可以实现在大气压环境下产生等离子体羽流,并且可以根据需求利用旋钮调节其射流长度,满足不同的工作需求,整个装置带有过温保护,在内部模块温度过高时进行一定程度的散热,延长工作时间,降低模块烧毁的风险,同时还具有欠流量保护,当气罐内气体不足时,自动断开主电路。
对装置进行测试实验,调节输出电压为6kV,电压频率为10.43kHz,在不同气体配比下进行发射光谱诊断,结果参见图4(a)至图4(c),光谱谱线达到正常实验室等离子体射流效果,说明本发明的具有极大的应用价值。
最后应该说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例,毋庸置疑,对于本领域的普通技术人员,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,上述附图和描述在本质上是说明性的,不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,其包括,
空心阳极射流装置,其包括,
空心通道,其连接用于导入气体的进气口,所述进气口位于空心阳极射流装置的第一端,
高压电极,其设于所述空心通道,所述高压电极连接设在第一端的第一接线,
地电极,其设于所述空心通道且相对于所述高压电极布置,所述地电极连接设在第一端的第二接线;
直流蓄电池;
逆变模块,其连接所述直流蓄电池;
高压模块,其一端连接所述逆变模块,另一端连接所述第一接线以输出高压激励;
气源,其连接所述进气口以输送所述气体,
控制阀,其设在所述气源和所述进气口之间以控制气体流速,
气体流量传感器,其设在所述气源和所述进气口之间测量气体流量数据并发出电压信号,
电压控制继电器,其连接所述气体流量传感器以接收所述电压信号,当所述电压信号低于下限,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号低于预定值,电压控制继电器被触发以中断射流,当所述电压信号达到预定值,电压控制继电器延时以开始射流。
2.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,优选的,所述气源为气瓶。
3.根据权利要求2所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,所述气瓶为高度为250mm半径为40mm容量为1L的钢制气瓶。
4.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,电压控制继电器的负载端接在高压模块所在的电路中并处于常开状态。
5.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,直流蓄电池包括电压为12V、容量2.6AH的铅酸蓄电池。
6.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,所述逆变模块为220V工频纯正弦输出,最大可以承受300W的负载。
7.根据权利要求6所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,所述逆变模块设有交流调压器,使输出电压值在90~220V间调节。
8.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,空心阳极射流装置设有实时监测温度的温度探头和散热单元。
9.根据权利要求1所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,便携式大气压冷等离子体射流装置还包括外壳。
10.根据权利要求9所述的一种便携式大气压冷等离子体射流装置,其特征在于,所述外壳采用聚四氟乙烯作为材料,箱体厚度为2mm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211102 |
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