CN210579410U - 一种基于等离子体的电场分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于等离子体的电场分离装置，第一种包括绝缘底板和传导电极；传导电极的一端穿过绝缘底板上的通孔固定；工作状态下，传导电极的数目与等离子体射流数目相等且一一对应；第二种还包括第一导电极板，第一导电极板的上表面与等离子体接触，传导电极的一端与第一导电极板的下底面连接，其另一端穿过绝缘底板上的通孔固定；第一导电极板接触等离子体，用于为传导电极提供电接口；传导电极用于将等离子体产生的电场从等离子体中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分；本实用新型的电场分离装置不仅操作方便，而且极大的扩宽了等离子体的应用范围。

Description

一种基于等离子体的电场分离装置

技术领域

本实用新型属于等离子体应用领域，更具体地，涉及一种基于等离子体的电场分离装置。

背景技术

等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，具有宏观空间尺度和时间尺度，通常被称为物质的第四态。等离子体根据气体温度和电子温度是否相等可分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体两类。热平衡等离子体的气体温度和电子的温度一致，通常由核聚变反应产生。非热平衡等离子体的电子的温度可高达数万摄氏度，而气体温度远低于电子温度，甚至可以保持在室温附近。

在实际应用中，非热平衡等离子体通常在大气压或低气压条件下，利用高电压使气体分子或原子发生电离而产生。由于非热平衡等离子体在产生过程中，常常伴随着电场、紫外辐射、热能以及各种活性粒子的产生，同时又具有较低的气体温度，近年来其在工业应用领域如材料改性、表面处理等和等离子体生物医学领域的应用前景引起人们的广泛关注。

电场是非热平衡等离子体产生的重要活性成分之一，在非热平衡等离子的内部和周围都存在着电场。电场在日常生活中有着广泛的用途，除了传统电气领域，以电场为基础的新型非热灭菌技术以及电穿孔技术也逐渐被应用到生物医学领域中。

传统的电场发生装置结构复杂，通常由高压电源、变压器、控制回路以及各种不同几何结构的电极所组成，而且电场通常局限在两个电极间的有限空间中(如专利文献CN108686837A和CN203787768U)，这就极大限制了电场的应用范围。

目前的非热平衡等离子体发生装置已经能够在大气压下产生各种类型的非热平衡等离子体并广泛应用于等离子体生物医学的研究中(如专利文献CN101426327A描述的一种等离子体射流装置，专利文献CN102523674A描述的手持式等离子体电筒)。但是现有的这些装置一方面无法做到将电场从非热平衡等离子体的众多活性成分中分离出来，另一方面，被处理对象本身的特性(如湿度)反过来又会对等离子体电场造成影响。这是当前等离子体生物医学亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于等离子体的电场分离装置，旨在解决现有技术因无法将电场从等离子体中分离导致等离子体的应用范围较窄的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于等离子体的电场分离装置，包括：绝缘底板和传导电极；

所述传导电极的一端穿过绝缘底板上的通孔固定；所述传导电极用于将等离子体射流产生的电场从等离子体射流中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分；

工作状态下，传导电极的数目与等离子体射流数目相等且一一对应。

优选地，绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂。

优选地，传导电极的数目大于等于1，当传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

优选地，传导电极为针状电极，其材料为不锈钢、铜、铝或钨。

优选地，等离子体射流发生装置包括电源、限流电阻和高压电极；

所述电源位于限流电阻一端，限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，高压电极的另一端正对传导电极；

电源用于提供发生等离子体射流的电压；限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当所述高压电极的数目大于1时，通过调整各高压电极与传导电极间的距离可以调整分离出的电场分布。

等离子体射流发生装置还包括第二导电极板，介于电源与限流电阻之间，用于为限流电阻提供电接口。

等离子体射流发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

所述气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；所述工作气体源提供等离子体射流发生的气体；电源与高压电极相连，用于为等离子体射流的发生提供电压；所述高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当所述高压电极的数目大于1时，通过调整各高压电极与传导电极间的距离可以调整分离出的电场分布。

等离子体射流发生装置还包括第二导电极板，介于电源与高压电极之间，用于为高压电极提供电接口；

本实用新型提供了另外一种基于等离子体的电场分离装置，包括绝缘底板、传导电极和第一导电极板；

第一导电极板的上表面与等离子体接触，传导电极的一端与第一导电极板的下底面连接，其另一端穿过绝缘底板上的通孔固定；

第一导电极板接触等离子体，用于为传导电极提供电接口；传导电极用于将等离子体产生的电场从等离子体中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分。

优选地，等离子体包括等离子体射流或非射流的低温等离子体；

当等离子体为射流形式时，本实用新型适用的情景包括：传导电极的数目为1且等离子体射流数目大于等于1；或等离子体射流数目为1且传导电极的数目大于1；或等离子体射流数目和传导电极的数目均大于1且数目不相等。

优选地，绝缘底板为玻璃或聚四氟乙烯烷氧基树脂。

优选地，传导电极的数目大于等于1，当传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

优选地，传导电极为针状电极，其材料为不锈钢、铜、铝或钨。

优选地，等离子体发生装置包括电源、限流电阻和高压电极；

电源位于限流电阻一端，限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，高压电极的另一端正对第一导电极板；

电源用于提供发生等离子体射流的电压；限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；高压电极用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调节分离出的电场分布。

等离子体发生装置还包括第二导电极板，介于电源与限流电阻之间，用于为限流电阻提供电接口。

等离子体发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

所述气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；所述工作气体源提供等离子体发生的气体；所述电源与高压电极的一端相连，用于为等离子体的发生提供电压；所述高压电极的另一端与第一导电极板正对，用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

等离子体发生装置还包括第二导电极板，介于电源与高压电极之间，用于为高压电极提供电接口；

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

1、本实用新型提供的基于等离子体的电场分离装置，采用绝缘底板将等离子体包含的众多活性组分进行隔绝，同时采用传导电极将等离子体产生的电场从等离子体射流中分离；一方面，可以将非平衡等离子体应用于只需要利用电场效应而需避免其他活性粒子可能或产生毒副作用的场合，如直接利用等离子体处理细胞等组织时，等离子体可能产生的瞬时高温会对细胞产生有害作用；另一方面，解决了在实际应用中直接应用等离子体处理时，被处理对象本身的特性(如湿度)对等离子体电场的干扰。上述优势直接拓宽的非热平衡等离子体的应用范围。

2、本实用新型所述绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂，可根据被处理对象表面的任意形状进行调整，因此本实用新型的基于等离子体的电场分离装置的应用场景可不仅仅局限于被处理对象为平面的情况。

3、本实用新型提供的高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离可调节分离出的电场分布，进而可以改变指定位置处的电场大小。

4、本实用新型中若需要应用到活性粒子的场景，只需在绝缘底板上增加通孔使活性粒子到达被处理物表面，不仅扩宽了应用场景而且操作方便。

附图说明

图1是本实用新型提供的第一个实施例结构示意图；

图2是本实用新型提供的第一个实施例中绝缘底板底面径向截图；

图3是本实用新型提供的第二个实施例结构示意图；

图4是本实用新型提供的第三个实施例结构示意图；

图5是本实用新型提供的第四个实施例结构示意图；

图6是本实用新型提供的第五个实施例结构示意图；

图7(a)是本实用新型提供的绝缘底板底面针形传导电极和接地电极的一种排列方式；

图7(b)是本实用新型提供的利用活性粒子时绝缘底板增加通孔的示意图；

附图说明：

1-电源；2-保护电阻；3-第二导电极板；4-高压导线；5-限流电阻；6-高压电极；7-绝缘介质；8-绝缘顶板；9-等离子体射流；10-传导电极；11-绝缘支架；12-绝缘底板；13-接地电极；14-第一导电极板；15-绝缘介质管；16-工作气体源；17-气体流量控制开关；18-绝缘介质；19-第一介质管；20-第二介质管；21-第一通气孔；22-第二通气孔；23-通孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种基于等离子体的电场分离装置，包括：绝缘底板和传导电极；

传导电极的一端穿过绝缘底板上的通孔固定；传导电极用于将等离子体射流产生的电场从等离子体射流中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分；

工作状态下，传导电极的数目与等离子体射流数目相等且一一对应。

优选地，绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂；传导电极的数目大于等于1，当所述传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

优选地，高压电极为针状电极，其材料为不锈钢、铜、铝或钨。

优选地，等离子体射流发生装置包括：电源、限流电阻和高压电极；

电源位于限流电阻一端，所述限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，所述高压电极的另一端正对传导电极；

电源用于提供发生等离子体射流的电压；限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当高压电极的数目大于1时，通过调整各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

优选地，等离子体射流发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；工作气体源提供等离子体射流发生的气体；电源与高压电极相连，用于为等离子体射流的发生提供电压；高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当高压电极的数目大于1时，通过各调整各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

上述本实用新型提供的基于等离子体的电场分离装置适用于等离子体射流数目与传导电极的数目相同的情况，当等离子体为非射流形式，如利用介质阻挡放电产生的沿面放电等离子体，以及当等离子体射流的数目与传导电极的数目不一致时，可能会出现等离子体的浪费或者传导电极的浪费，尤其在等离子体射流数目为1时，多个电场的输出无法实现稳定分布，电端口的数目也受限。

基于上述的弊端，本实用新型提供了另外一种基于等离子体的电场分离装置，包括：绝缘底板、传导电极和第一导电极板；

第一导电极板的上表面与等离子体接触，传导电极的一端与第一导电极板的下底面连接，其另一端穿过绝缘底板上的通孔固定；

第一导电极板接触等离子体，用于为传导电极提供电接口；传导电极用于将等离子体产生的电场从等离子体中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分。

所述等离子体为包括等离子体射流或非射流的低温等离子体。

当等离子体为射流形式时，本实用新型适用的情景包括：传导电极的数目为1且等离子体射流数目大于等于1；或等离子体射流数目为1且传导电极的数目大于1；或等离子体射流数目和传导电极的数目均大于1且数目不相等。

优选地，绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂；传导电极的数目大于等于1，当传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

优选地，等离子体发生装置包括：电源、限流电阻和高压电极；

电源位于限流电阻一端，限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，高压电极的另一端正对第一导电极板；

电源用于提供发生等离子体射流的电压；限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；高压电极用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调节分离出的电场分布。

优选地，等离子体发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；工作气体源提供等离子体发生的气体；电源与高压电极的一端相连，用于为等离子体的发生提供电压；高压电极的另一端与第一导电极板正对，用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

本实用新型采用第一导电极板相当于对发生的等离子体电场进行重新再分配，并提供所需要的电接口，将有效地解决等离子体射流与传导电极数目不一致的问题，同时使本实用新型的适用范围更为广阔。

如图1所示为本实用新型提供的第一个实施例，所述基于等离子体的电场分离装置包括等离子体发生模块和电场分离模块；

等离子体发生模块包括直流电源1、保护电阻2、第二导电极板3、高压导线4、限流电阻5、高压电极6和绝缘介质7；直流电源1经保护电阻2与第二导电极板3连接；第二导电极板的材料为铜，其下方经高压导线4连接着25个按照5×5方式排列的耐高压限流电阻5；每个限流电阻5下连接着高压电极6；限流电阻5和高压电极6一起作为独立的放电单元，固定在绝缘介质7中；高压电极6的尖端垂直穿过电场分离模块的绝缘顶板8上的通孔，放电时尖端产生等离子体9；

电场分离模块包括绝缘支架11、绝缘顶板8、绝缘底板12、传导电极10和接地电极13；长条状绝缘支架11连接着绝缘顶板8和绝缘底板12；绝缘顶板8上留有和高压针电极数量相同、排列方式一致的通孔；25个不锈钢材质的针形传导电极10按照和高压电极6一致的排列方式分布在绝缘底板12上；接地电极13围绕传导电极10固定在绝缘底板12的底面且与底面平齐，接地电极13经接地线接地；所述传导电极的长度为0.5cm～10cm；

在本实施例中，保护电阻2和限流电阻5的阻值为100MΩ，直流电源1的输出电压为12kV；绝缘介质7和绝缘支架11、绝缘顶板8、绝缘底板12的材料均为聚四氟乙烯烷氧基树脂；工作时，空气等离子体9产生的电场通过传导电极10从等离子体中引出，等离子体产生的其他活性成分如紫外辐射、活性粒子被绝缘底板12所阻隔；传导电极10可直接与人体皮肤接触，产生的相对均匀电场可以直接处理人体皮肤组织，用于产生电穿孔效应；所述绝缘顶板8与所述绝缘底板12之间的空隙为等离子体射流产生的区间；所述空隙可以为开放空间，直接与外接接触，也可以通过绝缘顶板8和绝缘底板12四周加上绝缘挡板成为密闭空间；所述空隙的高度为0.5cm～2cm；

图2为本实用新型第一个实施中绝缘底板底面径向截图，金属接地电极13围绕传导电极10排布，固定在绝缘底板12的下底面并最终通过接地线接地；

图3为本实用新型提供的第二个实施例，当需要在指定区域产生强电场，同时尽量减少对其他位置处电场的影响时，可以通过调节限流电阻与第二导电极板之间连接高压导线4的长度来改变高压电极与对应传导电极之间的距离，进而可改变指定位置处的电场大小；本实施例的结构示意图与第一个实施例基本相同，仅通过调节导线长度减小了中间一排高压电极6与传导电极10之间的间隙，最终可以得到中间区域场强高、周围区域场强低的电场分布，操作十分方便；

图4是本实用新型提供的第三个实施例，当需要在狭长的区域内产生电场时，可采用本实施例的结构；与前两个实施例相比，本实施例在绝缘底板12的上表面增加了一个第一导电极板14，单根针形传导电极10从第一导电极板14引出，根据需要可以选择传导电极10的合适长度和截面形状；另外，也可以如图4中所示，选择用绝缘介质管15将传导电极10的上半部分包裹；

图5为本实用新型提供的第四个实施例，当被处理对象的表面为曲面时，可以通过改变绝缘底板12的形状来满足应用要求。本实施例中，绝缘底板12的形状为弧形曲面，可以用来处理表面为圆柱形曲面的物体；

应当指出，当被处理对象本身接地良好时，以上实施例中的接地电极13可以省略。

图6是本实用新型提供的第五个实施例，本实用新型有良好的兼容性，装置中的等离子体发生模块可以为现有的大多数非热平衡等离子体装置。在本实施例中，等离子体发生模块变为当前十分普遍的惰性气体等离子体射流装置，交流电源1与棒状高压电极6连接，高压电极6被单端封口的第二介质管20包裹，气体流量控制开关17控制工作气体源16的工作气体进入第一介质管19中，放电产生的等离子体射流9进入电场分离模块中与第一导电极板14接触；第一导电极板14下方连接着5根线性排列的针形传导电极10；绝缘顶板8和绝缘底板12之间的区域由绝缘介质18连接成为一个封闭的腔室，左右两边留有通气孔21和22，可以根据需要通入不同类型的工作气体；本实施例中无需接地电极12；应当指出，本实施例中棒状高压电极6、第一介质管19和第二介质管20组成的放电单元也可以代替之前限流电阻5和高压电极6一起组成的放电单元，产生多股等离子体射流与第一导电极板14接触。

图7(a)为可以用于上述所有实施例的绝缘底板12底面针形传导电极10和接地电极13的另一种排列方式，图7(b)在绝缘底板上另外增加了一些通孔23使得活性粒子可以穿过底板，用于需要同时利用活性粒子的应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于等离子体的电场分离装置，其特征在于，包括：绝缘底板和传导电极；

所述传导电极的一端穿过绝缘底板上的通孔固定；所述传导电极用于将等离子体射流产生的电场从等离子体射流中分离；绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分；

工作状态下，传导电极的数目与等离子体射流数目相等且一一对应。

2.如权利要求1所述的电场分离装置，其特征在于，所述绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂；所述传导电极的数目大于等于1，当所述传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

3.如权利要求1或2所述的电场分离装置，其特征在于，所述传导电极为针状电极，其材料为不锈钢、铜、铝或钨。

4.如权利要求3所述的电场分离装置，其特征在于，所述等离子体射流发生装置包括：电源、限流电阻和高压电极；

所述电源位于限流电阻一端，所述限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，所述高压电极的另一端正对传导电极；

所述电源用于提供发生等离子体射流的电压；所述限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；所述高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当所述高压电极的数目大于1时，通过调整各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

5.如权利要求3所述的电场分离装置，其特征在于，等离子体射流发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

所述气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；所述工作气体源提供等离子体射流发生的气体；电源与高压电极相连，用于为等离子体射流的发生提供电压；所述高压电极用于放电时产生等离子体射流；

当所述高压电极的数目大于1时，通过各调整各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

6.一种基于等离子体的电场分离装置，其特征在于，包括：绝缘底板、传导电极和第一导电极板；

所述第一导电极板的上表面与等离子体接触，所述传导电极的一端与第一导电极板的下底面连接，其另一端穿过绝缘底板上的通孔固定；

所述第一导电极板接触等离子体，用于为传导电极提供电接口；所述传导电极用于将等离子体产生的电场从等离子体中分离；所述绝缘底板用于隔绝等离子中的活性成分。

7.如权利要求6所述的电场分离装置，其特征在于，所述等离子体包括等离子体射流或非射流的低温等离子体。

8.如权利要求6或7所述的电场分离装置，其特征在于，所述绝缘底板为聚四氟乙烯烷氧基树脂；所述传导电极的数目大于等于1，当所述传导电极的数目大于1时，排布方式为线性或圆形或多边形。

9.如权利要求6或7所述的电场分离装置，其特征在于，所述等离子体发生装置包括：电源、限流电阻和高压电极；

所述电源位于限流电阻一端，所述限流电阻的另一端与高压电极的一端连接，所述高压电极的另一端正对第一导电极板；

所述电源用于提供发生等离子体的电压；所述限流电阻用于控制放电过程中的电流大小；所述高压电极用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调节分离出的电场分布。

10.如权利要求6或7所述的电场分离装置，其特征在于，所述等离子体发生装置包括电源、高压电极、工作气体源和气体流量控制开关；

所述气体流量控制开关用于调节工作气体源的气体流量；所述工作气体源提供等离子体发生的气体；所述电源与高压电极的一端相连，用于为等离子体的发生提供电压；所述高压电极的另一端与第一导电极板正对，用于放电时产生等离子体；

当高压电极的数目大于1时，通过调节各高压电极与传导电极间的距离调整分离出的电场分布。

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