CN115243439A - 一种非接触式高压脉冲装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式高压脉冲装置，属于脉冲功率领域，包括工作电源，工作电源为脉冲电源，非接触式高压脉冲装置还包括通气管道，通气管道设有入气口以及出气口，入气口与工作气源连接，出气口面向被处理物，通气管道用于向单极高压电极输送工作气体；单极高压电极，单极高压电极位于通气管道内或出气口处，单极高压电极与工作电源电性连接，单极高压电极用于产生高压脉冲电磁场使工作气体产生等离子体。本发明非接触式高压脉冲装置的单极高压电极能够产生高压脉冲电磁场，使工作气体产生等离子体，通过等离子体将电磁脉冲能量传导至被处理物体，无需电极与被处理物直接接触，同时对被处理物表面具有杀菌消毒功能。

Description

一种非接触式高压脉冲装置
技术领域
本发明涉及脉冲功率领域，尤其是涉及非接触式高压脉冲装置。
背景技术
高压脉冲电场技术在单次极短时间内对生物细胞或组织施加几千伏到几兆伏每厘米的高压电场，可以导致细胞膜电穿孔等现象。利用高压脉冲放电产生的等离子体可以产生氮氧活性粒子(RONS)，可以杀伤癌细胞和细菌。通过改变电压、脉宽、作用时间、波形等输入参数，高压脉冲电场及脉冲放电等离子体可以促进细胞增殖、分化，引发细胞或细菌死亡。高压脉冲电场和脉冲放电等离子体技术以其非热、微创、选择性、快捷等优势在细菌灭活、污水处理、食品保鲜、生物育种、生物医学等领域获得研究人员的关注。
现有高压脉冲电场技术在实际应用中需要与处理对象直接接触或通过生物相容性导电材料接触的电极传导能量从而完成对细菌、细胞或组织等的处理。这种接触对于需要无菌操作的生物培养环境来说难于操控和实施。在进行人体或动物体内的消融过程带来组织微创伤害、增加细菌感染风险，并且限制了消融区域。与组织直接接触的电极表面过高的场强也会导致组织灼伤、电极氧化等现象，限制高压脉冲电场在食品、生物育种等其他领域的处理体量等。而脉冲放电等离子体虽然可以做到电极非接触，但RONS在生物组织中的穿透深度有限，限制了等离子体的作用效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电极与处理对象无需接触的非接触式高压脉冲装置。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种非接触式高压脉冲装置，包括工作电源，所述工作电源为脉冲电源，所述非接触式高压脉冲装置还包括
通气管道，所述通气管道设有入气口以及出气口，所述入气口与工作气源连接，所述出气口面向被处理物，所述通气管道用于向单极高压电极输送工作气体；
单极高压电极，所述单极高压电极位于所述通气管道内或所述出气口处，所述单极高压电极与所述工作电源电性连接，所述单极高压电极用于产生高压脉冲电磁场使工作气体产生等离子体。
进一步地，所述单极高压电极包括电极主体以及阻挡层，所述阻挡层位于所述电极主体朝向被处理物一侧，所述阻挡层防止所述电极主体与被处理物间的直接击穿。
进一步地，所述阻挡层由石英、玻璃、氧化铝陶瓷、由含钒、铌、钽的至少一种元素组成的氧化物中的任意一种材料制成。
进一步地，所述电极主体由不锈钢、钨、铜、钽、铝、金、铂、铁、银、镍、碳、钛中的任意一种材料制成。
进一步地，所述单极高压电极为针、线、棒、管、球、片、网状中的任意一种形状。
进一步地，当所述单极高压电极为片和网状时，所述单极高压电极为圆盘状、方形、长方形、椭圆、棱形、水滴形、碟形、三角形、不规则形状中的任意一种。
进一步地，所述非接触式高压脉冲装置还包括导线，所述单极高压电极通过所述导线与所述工作电源电性连接，所述导线部分位于所述通气管道中。
进一步地，所述非接触式高压脉冲装置还包括电极支撑机构，所述电极支撑机构安装于所述通气管道中，所述电极支撑机构用于在所述通气管道中支撑所述单极高压电极。
进一步地，所述工作电源电压大于5kV，输出脉宽为100皮秒到10微秒之间。
进一步地，所述工作电源的输出脉冲为单极性、双极性、方波、三角波、梯形波、不规则波形中的任意一种。
相比现有技术，本发明非接触式高压脉冲装置的单极高压电极能够产生高压脉冲电磁场，使工作气体产生等离子体，通过等离子体将电磁脉冲能量传导至被处理物体，无需电极与被处理物直接接触，同时对被处理物表面具有杀菌消毒功能。
附图说明
图1为本发明非接触式高压脉冲装置的框架图；
图2为图1的非接触式高压脉冲装置的结构示意图；
图3为图1的非接触式高压脉冲装置的工作气体为氩气的光谱图；
图4为图1的非接触式高压脉冲装置的工作气体为氦气的光谱图。
图中：10、单极高压电极；20、通气管道；21、入气口；22、出气口；30、工作电源；40、导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1至图2为本发明非接触式高压脉冲装置，非接触式高压脉冲装置包括单极高压电极10、通气管道20、工作电源30、导线40以及电极支撑机构。
单极高压电极10包括电极主体以及阻挡层，阻挡层固定于电极主体的侧部，阻挡层位于电极主体朝向被处理物一侧，阻挡层防止电极主体与被处理物间的直接击穿。电极主体由不锈钢、钨、铜、钽、铝、金、铂、铁、银、镍、碳、钛中的任意一种材料制成。阻挡层由石英、玻璃、氧化铝陶瓷、由含钒、铌、钽的至少一种元素组成的氧化物中的任意一种材料制成。单极高压电极10为针、线、棒、管、球、片状、网状中的任意一种形状。当单极高压电极10为片状或网状时，单极高压电极10可以设孔或不设置孔。单极高压电极10为圆盘状、方形、长方形、椭圆、棱形、水滴形、碟形、三角形、不规则形状中的任意一种，以适应不同具体结构和应用场景，让脉冲电磁场传导更均匀。
通气管道20为中空结构，通气管道20两端分别设有入气口21以及出气口22。通气管道20入气口21与工作气源连接，出气口22面向被处理物，通气管道20用于向单极高压电极10输送工作气体。工作气体作为电磁能量传输的媒介，为氦气、氩气、氮气、氧气、空气、混合气体、气态化合物或气态有机物。当工作气体为氩气时，光谱如附图3所示。当工作气体为氦气时，光谱如附图4所示。通气管道20由绝缘材料制成。进一步，在本实施例中，通气管道20设有电磁屏蔽层。
工作电源30与单极高压电极10电性连接，工作电源30为单极高压电极10提供脉冲电压。具体的，工作电源30为脉冲电源，工作电压大于1kV，输出的脉冲宽度覆盖皮秒到微秒范围。具体的，工作电源30输出脉宽为100皮秒到10微秒；工作电源30输出脉冲是单极性、双极性、方波、三角波、梯形波、不规则波形中的一种。
导线40用于连接工作电源30与单极高压电极10，用于向单极高压电极10传输高压能量。导线40一端与工作电源30连接，另一端与单极高压电极10连接。导线40部分位于通气管道20中。导线40带有绝缘层。
电极支撑机构固定于通气管道20内，电极支撑机构用于支撑单极高压电极10。
使用非接触式高压脉冲装置时，被处理物处于悬浮电位，不直接接地，工作气源通过通气管道20向出气口22输出工作气体，出气口22面向被处理物，工作电源30提供脉冲电压，单极高压电极10使工作气体产生等离子体，等离子体将电磁脉冲能量传导至被处理物体，并且电磁脉冲能量可以渗透进物体内。同时无需单极高压电极10与被处理物直接接触，同时对被处理物表面具有杀菌消毒功能。
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演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触式高压脉冲装置，包括工作电源，所述工作电源为脉冲电源，其特征在于：所述非接触式高压脉冲装置还包括
通气管道，所述通气管道设有入气口以及出气口，所述入气口与工作气源连接，所述出气口面向被处理物，所述通气管道用于向单极高压电极输送工作气体；
单极高压电极，所述单极高压电极位于所述通气管道内或所述出气口处，所述单极高压电极与所述工作电源电性连接，所述单极高压电极用于产生高压脉冲电磁场使工作气体产生等离子体。
2.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述单极高压电极包括电极主体以及阻挡层，所述阻挡层位于所述电极主体朝向被处理物一侧，所述阻挡层防止所述电极主体与被处理物间的直接击穿。
3.根据权利要求2所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述阻挡层由石英、玻璃、氧化铝陶瓷、由含钒、铌、钽的至少一种元素组成的氧化物中的任意一种材料制成。
4.根据权利要求2所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述电极主体由不锈钢、钨、铜、钽、铝、金、铂、铁、银、镍、碳、钛中的任意一种材料制成。
5.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述单极高压电极为针、线、棒、管、球、片、网状中的任意一种形状。
6.根据权利要求5所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：当所述单极高压电极为片和网状时，所述单极高压电极为圆盘状、方形、长方形、椭圆、棱形、水滴形、碟形、三角形、不规则形状中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述非接触式高压脉冲装置还包括导线，所述单极高压电极通过所述导线与所述工作电源电性连接，所述导线部分位于所述通气管道中。
8.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述非接触式高压脉冲装置还包括电极支撑机构，所述电极支撑机构安装于所述通气管道中，所述电极支撑机构用于在所述通气管道中支撑所述单极高压电极。
9.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述工作电源电压大于1kV，输出脉宽为100皮秒到10微秒之间。
10.根据权利要求1所述的非接触式高压脉冲装置，其特征在于：所述工作电源的输出脉冲为单极性、双极性、方波、三角波、梯形波、不规则波形中的任意一种。
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