CN115124106A - 一种等离子体活化水荷电喷雾装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等离子体活化水荷电喷雾装置，包括：反应管，设有供液体流动的反应腔，在反应管的端部设有雾化构件；至少一个等离子体活化构件，与反应管耦合，并设有至少一部分延伸进反应腔内的反应部，反应部外部设有多孔逃逸部，反应部具有第一极性、并用于形成等离子体，多孔逃逸部用于向反应腔内多路径多方向输送等离子体；至少一个静电发生构件，与反应管耦合，并设有至少一部分延伸进反应腔内的电极部，电极部具有第二极性、并用于向反应腔内的液体放电；第一极性与第二极性的极性相反，相邻反应部与电极部之间形成辅助电场。在反应腔内同时发生等离子体活化水溶液过程和水溶液充电过程，结构紧凑，一体化程度高，反应时效性强。

Description

一种等离子体活化水荷电喷雾装置

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体活化水荷电喷雾装置。

背景技术

等离子体活化水是利用低温等离子体活性气体处理水溶液，等离子体的高活性粒子可以使被处理水溶液在一定时间内具有很高的化学活性，在杀菌消毒、空气净化领域具有突出效果。等离子体活化水中的活性物质与细菌病毒或空气分子反应后失活，不会产生二次污染，环境安全、操作安全，可替代传统化学消毒剂。但是等离子体活化水中的活性物质会随时间逐渐衰减，杀菌消毒的应用效果在半小时后几近为零，所以等离子体活化水需要即时生产即时使用，然而现有装置仍难以实现等离子体活化水生产和使用的一体化设计。

荷电喷雾技术是指液体雾化前或雾化过程中充以电荷，在静电场力或其它外力作用下使雾滴做定向运动而被沉积吸附在目标表面。荷电喷雾可以有效提高药液的利用率，降低成本、减少污染。荷电喷雾技术虽已比较成熟，但使用过程中仍多出现泵压不足、雾滴电荷量不足等问题，减弱雾滴的穿透能力。此外，荷电喷雾装置用于杀菌消毒时需不断补充化学消毒剂，增大了操作风险和环境污染。

基于此，如何将等离子体活化水技术和荷电喷雾技术相协同耦合，在一个整体装置中既能实现等离子体活化水，又能完成液体充电，高效便捷地实现人们日常生活中的杀菌消毒、空气净化等功能，是目前一个重大技术需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种等离子体活化水荷电喷雾装置，以解决现有技术中等离子体活化水无法即产即用、充电与活化过程效果不佳等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本申请实施例提供一种等离子体活化水荷电喷雾装置，包括：

反应管，设有供液体流动的反应腔，在所述反应管的端部设有雾化构件；

至少一个等离子体活化构件，与所述反应管耦合，并设有至少一部分延伸进所述反应腔内的反应部，所述反应部外部设有多孔逃逸部，所述反应部具有第一极性、并用于形成等离子体，所述多孔逃逸部用于向所述反应腔内多路径多方向输送等离子体；

至少一个静电发生构件，与所述反应管耦合，并设有至少一部分延伸进所述反应腔内的电极部，所述电极部具有第二极性、并用于向所述反应腔内的液体放电；

所述第一极性与所述第二极性的极性相反，相邻所述反应部与所述电极部之间形成辅助电场。

在一些实施例中，在所述反应腔内，所述反应部与所述电极部沿着液体流动的平行方向交错排列。

在一些实施例中，相邻所述反应部与所述电极部之间距离相等，所述反应部与所述电极部平行布置。

在一些实施例中，在所述反应部与所述电极部之间的所述反应管管壁处设有至少一对磁性相反的永磁体组，所述永磁体组用于在所述反应腔内形成辅助磁场，所述辅助磁场的磁场方向垂直于所述液体流动方向，所述辅助磁场与所述辅助电场相互垂直。

在一些实施例中，位于相同所述反应部与所述电极部之间的多对所述永磁体组沿着所述反应管的周向均匀布置，形成多个交错的辅助磁场。

在一些实施例中，还包括电源和气泵，所述等离子体活化构件包括金属棒、第一介质管和第二介质管，所述金属棒紧密连接于所述第一介质管的内部，所述第一介质管插设于所述第二介质管内，所述第一介质管与所述第二介质管之间存在间隙，所述第二介质管的端部设有多孔逃逸部，所述电源分别与所述气泵、金属棒电连接，所述气泵通过气管与所述第二介质管连通。

在一些实施例中，所述金属棒的端部设有若干第一凸起部，所述第一凸起部抵接于所述第一介质管的内壁。

在一些实施例中，所述气管在其与所述第二介质管连接点的前端设有单向阀。

在一些实施例中，所述电源与所述电极部电连接，所述电极部在位于所述反应腔内的一部分设有若干第二凸起部。

在一些实施例中，所述反应管的一端连接液泵、另一端连接雾化构件，所述液泵通过水管连接有储液箱。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本申请实施例提供的等离子体活化水荷电喷雾装置，在同一反应管中，同时存在等离子体活化构件和静电发生构件，使得在反应腔内可同时进行等离子体活化水溶液过程和水溶液充电过程，不但增强了等离子体活化水溶液效果，同时满足等离子体活化水即时生产即时使用，结构紧凑，一体化程度高，反应时效性强；

从多孔逃逸部处向反应腔内输送等离子化后的气体，且沿着不同的路径和方向注入气体，增加反应腔内等离子体和电荷的扰动程度，电荷分布更均匀，等离子体活化水效果更好，且提高了反应腔内的压力，有利于降低液泵的功率和体积，提高雾化效果，活性水的作用距离更远；

通过形成相互垂直的辅助磁场和辅助电场，充电后的液体在电场力的作用下向着反应部移动，使得气体放电等离子体产生的活性粒子更有效率地溶解于液体中，等离子体活化水效果更好；而且带电荷的液体在辅助磁场中移动时会产生漂移运动，电荷之间的相互作用距离增大，使得电荷分布更均匀，液体充电效率更高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是在一种实施例下一种等离子体活化水荷电喷雾装置的系统结构示意图。

图2是在另一种实施例下一种等离子体活化水荷电喷雾装置的系统结构示意图。

图3是在反应管与等离子体活化构件、静电发生构件耦合下的结构状态示意图。

图4是作为一种实施方式时等离子体活化构件的结构示意图。

图5是作为另一种实施方式时等离子体活化构件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

发明人发现，在利用等离子体活化水进行杀菌消毒时，由于等离子体活化水的生产位置与雾化使用位置相距较远，等离子体体活化水中的活性物质出现较大衰减，做不到即时生产即时使用；而且在进行荷电喷雾时，往往需要利用较大的液泵功率和体积，才能达到较大的雾化水压，形成有效的雾化，而且传统的方式下，雾滴电荷量不足，电荷分布不均匀，不利于形成一种一体化的结构设计。

鉴于此，参照图1至图5，本实施例提供一种等离子体活化水荷电喷雾装置，包括：

反应管10，设有供液体流动的反应腔11，在反应管10的端部设有雾化构件12；

至少一个等离子体活化构件20，与反应管10耦合，并设有至少一部分延伸进反应腔11内的反应部21，反应部21外部设有多孔逃逸部22，多孔逃逸部22与反应部21非一体成型结构，属于两个结构的结合体，反应部21具有第一极性、并用于形成等离子体，等离子体通过多孔逃逸部22，向反应腔11方向多路径多方向输送；

至少一个静电发生构件30，与反应管10耦合，并设有至少一部分延伸进反应腔11内的电极部31，电极部31具有第二极性、并用于向反应腔11内的液体放电；

第一极性与第二极性的极性相反，相邻反应部21与电极部31之间形成辅助电场。

等离子体活化构件20和静电发生构件30的数量可以为一个，也可为多个，将等离子体活化构件20和静电发生构件30分别插进反应管10，其各自的耦合区域位于反应腔11内，其中，等离子体活化构件20的反应部21存在至少一部分延伸进反应腔11内，静电发生构件30的电极部31也存在至少一部分延伸进反应腔11内，在反应腔11内，反应部21形成等离子体，等离子体从反应部21外部的多孔逃逸部22处逃逸进反应腔11，更进一步地，多孔逃逸部22的表面形成多个朝向不同方向的逃逸孔，每个逃逸孔相当于一条气体的逃逸路径，沿着多个路径和多个方向，从多孔逃逸部22向着反应腔11内注入等离子体，在经过细小的微孔后，等离子体呈气泡状，提高等离子体与液体的接触面积，增加反应腔11内等离子体和电荷的扰动程度，增强等离子体活化水溶液的效果。

优选地，反应部21的第一极性为正极，电极部31的第二极性为负极，电极部31对反应腔11内的液体施加负静电，液体进行充电，带有负电荷的液体会在辅助电场的作用下，朝向正极的反应部21移动，源源不断地向反应部21输送新充电的液体，有利于提高气体放电等离子体所产生的活性粒子的溶解度，即提高活化效果。

当反应部21持续产生等离子体时，相当于在反应管10内充气，提高反应管10内的压力，实现更大的荷电喷雾泵压，雾化效果更好，增加活性水的作用距离，另外地，还变相提高了液泵53的功率，可相应降低液泵53的功率和体积，有利于一体化结构设计。

结合图1，作为一种实施方式，反应管10的一端连接液泵53、另一端连接雾化构件12，液泵53通过水管连接有储液箱54，液体存放在储液箱54内，在液泵53的作用下，液体沿着反应管10设有雾化构件12的方向流动，在流动过程中进入反应腔11，在反应腔11中完成等离子体活化和充电后，再从端部的雾化构件12中雾化喷出。其中，液泵53在反应腔11与储液箱54之间。

结合图2，作为另一种实施方式，反应管10直接连接储液箱54，液泵53设置在反应腔11与雾化构件12之间，也能实现液体的驱动。

作为一种可能的实施方式，在反应腔11内，反应部21与电极部31沿着液体流动的平行方向交错排列，反应部21与电极部31相间隔设置，更进一步地，相邻反应部21与电极部31之间距离相等，反应部21与电极部31平行布置，在本实施例中，分别设置了两个反应部21和两个电极部31，沿着液体流动的方向，分别是电极部、反应部、电极部和反应部，且相邻两者之间的距离相等，这样的布置方式，将活化的部位与充电的部位交错间隔开，中间的电极部所充电的液体，可以向着两端的反应部移动，有利于提高充电和活化的均匀度，避免电荷过度集中，避免活化不均匀。

结合图3，在本实施例中，在反应部21与电极部31之间的反应管10管壁处设有至少一对磁性相反的永磁体组40，同一对永磁体组40中的两个永磁体相对设置，永磁体组40用于在反应腔11内形成辅助磁场，辅助磁场的磁场方向垂直于液体流动方向，辅助磁场与辅助电场相互垂直，在同一个辅助磁场中，当有电荷在辅助磁场内移动时，电荷会进行ExB漂移，电荷之间的相互作用距离增大，相当于电荷在往外扩散，使得电荷分布更均匀。

优选地，位于相同反应部21与电极部31之间的多对永磁体组40沿着反应管10的周向均匀布置，形成多个交错的辅助磁场，多个辅助磁场可以同时通电，也可以按照一定的顺序依次通电，例如按照顺时针方向依次对每一对永磁体组40通电，以便在反应腔11内有序地形成不同方向的辅助磁场，但是每个辅助磁场都与辅助电场的方向垂直，保证电荷的漂移运动，在多维度辅助磁场的作用下，电荷的漂移方向也更多维，使得电荷均匀分布在反应腔11。

作为一种可能的实施方式，在反应腔11内，反应部21的插入深度可以保持一致，电极部31的插入深度可有差别，例如沿着液体流动方向，第一个电极部插入较浅，第二个电极部插入较深，第一个电极部在反应腔11的上部形成充电，在其与第一个反应部之间，管内的上层液体向前移动的力度更大，利用上下层力度的差异，将下层的液体扰起，形成漩涡，提高在第一电极部31处的液体扰动，提高放电均匀性，相应地，第二电极部在反应腔11的下部形成充电，在不同区域中，分别是上部移动力度更大和下部移动力度更大，使得液体在反应管10内的流动不是单纯的平移，而是一种波动，有利于等离子体和充电电荷的分布。

结合图1和4，在本实施例中，还包括电源51和气泵52，等离子体活化构件20包括金属棒23、第一介质管24和第二介质管25，金属棒23紧密连接于第一介质管24的内部，金属棒23与第一介质管24的内部相接触，第一介质管24插设于第二介质管25内，第一介质管24与第二介质管25之间存在间隙，第二介质管25的端部设有多孔逃逸部22，电源51分别与气泵52、金属棒23电连接，气泵52通过气管与第二介质管25连通。

气泵52通过气管向第二介质管25内输入气体，气体注入在第一介质管24与第二介质管25之间的间隙中，金属棒23在接电情况下，通过气体放电产生等离子体和大量活性物质，等离子体从第二介质管25端部的多孔逃逸部22流入反应腔11中，由于多孔逃逸部22上的孔径很小，气体从细孔中逃逸出来后形成气泡，并进一步与液体充分混合，形成等离子体活化水，其中第一介质管24可以为石英介质管，第二介质管25为多孔介质管。

作为一种可能的实施方式，金属棒23在插入反应腔11的端部设有若干第一凸起部26，第一凸起部26抵接于第一介质管24的内壁，第一凸起部26可降低起始放电电压，增加放电强度。

作为一种可能的实施方式，气管在其与第二介质管25连接点的前端设有单向阀27，由于在使用过程中，反应腔11中的压力可能较大，为了防止气体回流倒灌，在第二介质管25之前设置单向阀27，只允许气体从气管输入至第二介质管25内，提高反应腔11内压力的稳定性。

结合图5，另外地，在其他可能的实施例中，可以不用第一介质管24，金属棒23直接插设在第二介质管25内，且金属棒23与第二介质管25之间无接触，存在间隙。

在本实施例中，电源51与电极部31电连接，电极部31为不锈钢导电棒，电极部31在位于反应腔11内的一部分设有若干第二凸起部，第二凸起部用于增加导电面积和静电荷积累，提高充电效率。

更进一步地，等离子体活化构件20和静电发生构件30的第二电极都为接地电极，可直接悬空连通于外部空气。

需要说明的是，作为一种可能的实施例，在降低了液泵53的体积后，可以将气泵52、液泵53和反应管10整合在一个枪型装置中，枪型装置通过水管连通外界的储液箱54，或者直接连接在自来水龙头，实现供水，在反应管10上还插有若干根金属棒23和电极部31，金属棒23和电极部31通过导线与电源51连接，而且利用气泵52向第二介质管25供气，即可实现本等离子体活化水荷电喷雾装置的功能，结构简单。其中，气泵52可以采用离心风机的方式，直接鼓吹空气进第二介质管25内。

相对于现有技术，上述实施例提供一种等离子体活化水荷电喷雾装置，在同一反应管10中，同时存在等离子体活化构件20和静电发生构件30，使得在反应腔11内可同时进行等离子体活化水溶液过程和水溶液充电过程，不但增强了等离子体活化水溶液效果，同时满足等离子体活化水即时生产即时使用，结构紧凑，一体化程度高，反应时效性强；

从多孔逃逸部22处向反应腔11内输送等离子化后的气体，且沿着不同的路径和方向注入气体，增加反应腔11内等离子体和电荷的扰动程度，电荷分布更均匀，等离子体活化水效果更好，且提高了反应腔11内的压力，有利于降低液泵53的功率和体积，提高雾化效果，活性水的作用距离更远；

通过形成相互垂直的辅助磁场和辅助电场，充电后的液体在电场力的作用下向着反应部21移动，使得气体放电等离子体产生的活性粒子更有效率地溶解于液体中，等离子体活化水效果更好；而且带电荷的液体在辅助磁场中移动时会产生漂移运动，电荷之间的相互作用距离增大，使得电荷分布更均匀，液体充电效率更高。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，包括：

反应管，设有供液体流动的反应腔，在所述反应管的端部设有雾化构件；

至少一个等离子体活化构件，与所述反应管耦合，并设有至少一部分延伸进所述反应腔内的反应部，所述反应部外部设有多孔逃逸部，所述反应部具有第一极性、并用于形成等离子体，所述多孔逃逸部用于向所述反应腔内多路径多方向输送等离子体；

至少一个静电发生构件，与所述反应管耦合，并设有至少一部分延伸进所述反应腔内的电极部，所述电极部具有第二极性、并用于向所述反应腔内的液体放电；

所述第一极性与所述第二极性的极性相反，相邻所述反应部与所述电极部之间形成辅助电场。

2.如权利要求1所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，在所述反应腔内，所述反应部与所述电极部沿着液体流动的平行方向交错排列。

3.如权利要求2所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，相邻所述反应部与所述电极部之间距离相等，所述反应部与所述电极部平行布置。

4.如权利要求2所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，在所述反应部与所述电极部之间的所述反应管管壁处设有至少一对磁性相反的永磁体组，所述永磁体组用于在所述反应腔内形成辅助磁场，所述辅助磁场的磁场方向垂直于所述液体流动方向，所述辅助磁场与所述辅助电场相互垂直。

5.如权利要求4所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，位于相同所述反应部与所述电极部之间的多对所述永磁体组沿着所述反应管的周向均匀布置，形成多个交错的辅助磁场。

6.如权利要求1至5任一项所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，还包括电源和气泵，所述等离子体活化构件包括金属棒、第一介质管和第二介质管，所述金属棒紧密连接于所述第一介质管的内部，所述第一介质管插设于所述第二介质管内，所述第一介质管与所述第二介质管之间存在间隙，所述第二介质管的端部设有多孔逃逸部，所述电源分别与所述气泵、金属棒电连接，所述气泵通过气管与所述第二介质管连通。

7.如权利要求6所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，所述金属棒的端部设有若干第一凸起部，所述第一凸起部抵接于所述第一介质管的内壁。

8.如权利要求6所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，所述气管在其与所述第二介质管连接点的前端设有单向阀。

9.如权利要求6所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，所述电源与所述电极部电连接，所述电极部在位于所述反应腔内的一部分设有若干第二凸起部。

10.如权利要求6所述的一种等离子体活化水荷电喷雾装置，其特征在于，所述反应管的一端连接液泵、另一端连接雾化构件，所述液泵通过水管连接有储液箱。

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