CN218450654U - 微波大气压空气等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微波大气压空气等离子体发生装置，包括：外导体筒套和内导体，内导体同轴地设置在外导体筒套中，外导体筒套与内导体之间形成环状间隙；外导体筒套的第一端可拆卸地安装有锥形套筒，外导体筒套的第二端为微波源连接端，外导体筒套的两侧各设置有一个用于连接激发气体的导气孔；内导体包括内导体柱和安装在内导体柱端部的放电尖端，放电尖端收纳在锥形套筒的内部，且放电尖端的端部低于锥形套筒的外端面。本实用新型从经济实用、安全稳定等角度,提供了便携式的基于同轴结构的微波馈能式的大气压空气等离子体源激发装置，相对于氩气、氦气等等离子体，空气等离子体所需气体为压缩空气，成本低，具有较高的经济效益。

Description

微波大气压空气等离子体发生装置

技术领域

本实用新型涉及等离子发生装置领域，特别涉及一种微波大气压空气等离子体发生装置。

背景技术

近年来，大气压等离子体的研究越来越热门，具有非常可观的应用价值，也逐渐在许多领域得到了应用，如材料处理和环境保护领域，生物医学领域等。空气等离子体在各领域上的有效应用主要得益于其内含的丰富活性成份。研究表明，微波低温等离子体更能增加气体分子的激发、电离和离解过程，等离子体能量大，活性强，更易于引发相关物理、化学反应。因此，微波大气压空气等离子体在各领域上的应用和发展前景更广阔。

然而，目前关于微波空气等离子体的研究几乎都是将微波传输到密闭的真空或低压装置中来产生等离子体。这种装置相对笨重，处理时需将样品放置于密闭装置中，适用场景有限。如何设计合适的大气压空气等离子体源，是该项技术能否推广的核心。对于实际工程应用而言,大气压空气等离子体源应该具有便携、安全、稳定、高效、成本低的特点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微波大气压空气等离子体发生装置，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种微波大气压空气等离子体发生装置，包括：外导体筒套和内导体，所述内导体同轴地设置在所述外导体筒套中，所述外导体筒套与所述内导体之间形成环状间隙；所述外导体筒套的第一端可拆卸地安装有锥形套筒，所述外导体筒套的第二端为微波源连接端，所述外导体筒套的两侧各设置有一个用于连接激发气体的导气孔；所述内导体包括内导体柱和安装在所述内导体柱端部的放电尖端，所述放电尖端收纳在所述锥形套筒的内部，且所述放电尖端的端部低于所述锥形套筒的外端面。

优选地，所述放电尖端顶面处的最小直径为3.4mm。

优选地，所述外导体筒套与所述锥形套筒螺纹连接。

优选地，所述微波源连接端与微波源连接，所述微波源为磁控管、或行波管、或束调管、或固态源。

优选地，所述激发气体为空气、或氩气、或氦气、或氮气。

优选地，所述激发气体为混合气体。

由于采用了上述技术

，本实用新型从经济实用、安全稳定等角度,提供了便携式的基于同轴结构的微波馈能式的大气压空气等离子体源激发装置，相对于氩气、氦气等等离子体，空气等离子体所需气体为压缩空气，成本低，具有较高的经济效益。

附图说明

图1示意性地示出了本实用新型的立体图一；

图2示意性地示出了本实用新型的立体图二；

图3示意性地示出了本实用新型的剖视图。

图中附图标记：1、外导体筒套；2、内导体；3、锥形套筒；4、微波源连接端；5、导气孔；6、内导体柱；7、放电尖端。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本实用新型的一个方面，提供了一种微波大气压空气等离子体发生装置，是一种基于同轴结构和锥形腔体的、可应用于废料和材料处理的大气压空气等离子体源，包括：外导体筒套1和内导体2，所述内导体2同轴地设置在所述外导体筒套1中，所述外导体筒套1与所述内导体2之间形成环状间隙；所述外导体筒套1的第一端可拆卸地安装有锥形套筒3，所述外导体筒套1的第二端为微波源连接端4，所述外导体筒套1的两侧各设置有一个用于连接激发气体的导气孔5；所述内导体2包括内导体柱6和安装在所述内导体柱6端部的放电尖端7，所述放电尖端7收纳在所述锥形套筒3的内部，且所述放电尖端7的端部低于所述锥形套筒3的外端面。

优选地，所述放电尖端7顶面处的最小直径为3.4mm。

优选地，所述外导体筒套1与所述锥形套筒3螺纹连接，这样便于需求更换不同的锥形套筒3。

优选地，所述微波源连接端4与微波源连接，所述微波源为磁控管、或行波管、或束调管、或固态源。

优选地，所述激发气体为空气、或氩气、或氦气、或氮气。优选地，所述激发气体为混合气体。

在上述技术方案中，为使等离子体更易被激发，本实用新型的出气端设计成锥形套筒3，为方便装配和试验不同变化曲率的锥形结构，锥形套筒3和外导体筒套1通过螺纹连接；外导体筒套1两侧各开一导气孔5，以对其通入激发气体，下端为微波源连接端4，用来连接微波源。内导体2由两部分组成，分别是内导体柱6和放电尖端7，为使放电尖端7处气体更容易击穿，提高装置的效率，放电尖端7的直径由7mm压缩至3.4mm。

与传统的同轴压缩不一样，本实用新型的放电尖端7的终端未与锥形套筒3的终端齐平，锥形套筒3的终端比放电尖端7的尖端长，在同轴的终端形成了锥形腔体，可进一步提高同轴终端的电场强度，利于激发等离子体。

工作时，将微波源连接端4与微波源连接，再将气体从两导气孔5注入，打开微波源开关。微波能量聚焦在同轴终端处(放电尖端7处)，使得此处的电场强度很高。调节微波源的输出功率，当其到达某一值时，放电尖端7处的电场强度击穿附近的气体，产生等离子体。因本实用新型使用了压缩和锥形腔体来激发等离子体，其所需激发的微波功率较低，故产生的等离子体温度较低。

其中，微波源可以是磁控管、行波管、束调管或固态源等，频率可以是电磁波内的任意一个频点，如915MHz、2450MHz、5800MHz等。本实用新型长直同轴结构的长度无固定要求，可根据实际使用要求增长或减短。使用频率不同时，可以改变锥形腔体与同轴部分的相对位置，从而使不同频率时，装置内导体尖端处的场强均能达到最大。此外，锥形渐变结构的变化斜率可以改变，但其阻抗不能变。内外导体的尺寸可调，只要能确保同轴部分和压缩渐变部分阻抗匹配即可，进气管与外导体的夹角可调。所用激发气体种类无固定要求，可以是空气，氩气，氦气，氮气等，或混合气体。微波功率可调，可以根据所通气体的种类来调节微波功率，或对同一种气体使用不同的微波功率，以获取不同性质的等离子体，气体的流速可调。

该装置用产生的等离子处理细菌,达到杀菌的目的。

如上图d所示，工质从气体钢瓶中通入外导体的两个进气孔，当气体充满由内外导体形成的腔体后,启动微波源，调节微波输出功率，内导体放电的尖端会产生高场强，击穿气体进行气体放电,电离气体形成低温等离子体束。将该等离子体束打在盛有细菌的培养皿(或皮肤，伤口处)中,即可将细菌杀死，达到灭菌的效果。

在一个实施例中，本实用新型可用产生的等离子处理板材,达到改变板材表面粘性的目的。使用时，工质(空气)从气体钢瓶中通入导气孔5，当气体充满由内外导体形成的腔体后,启动微波源，调节微波输出功率，放电尖端7会产生高场强，击穿空气进行气体放电,形成空气等离子体射流。将该等离子体射流打在需处理的板材上，或距离板材一定距离，等离子体通过物理和化学作用实现板材表面清洗，达到较好的粘性效果，便于粘接。在此实施例中，本实用新型实际产生空气等离子体效果，在连续微波输入功率为160W时，能够激发空气等离子体，空气等离子体的长度为80mm，直径最大可以达到6mm。对于不同输入微波频率，可以通过调节旋开的长度实现最佳匹配。

本实用新型具有以下有益效果和优点：

(1)微波低温等离子体更能增加气体分子的激发、电离、和离解过程，激发的亚态原子多，其对气体的电离和离解程度比其它类型的等离子体(如射频电场等离子体)高出一个数量级，等离子体密度大，电离度高，能量大，活性强，更易于发生或引发相关物理、化学反应。因此在依赖于等离子体活性成分的医疗中效率更高。

(2)该结构装置结构紧凑,小巧,方便携带而且易于组装和量产,其中内导体的放电尖端是可拆卸的,可以根据微波源的频率更换合适的放电尖端；外导体的导气孔设置也很巧妙,导气孔设置在外导体柱的两端,以一定的角度斜入内导体与外导体形成的腔体内,以一种螺旋式的方式沿着内导体柱向放电尖端移动,在一定程度上稳定了气流的流动,使尖端处的气流更加稳定,从而使等离子体束能稳定输出。

由于采用了上述技术

，本实用新型从经济实用、安全稳定等角度,提供了便携式的基于同轴结构的微波馈能式的大气压空气等离子体源激发装置，相对于氩气、氦气等等离子体，空气等离子体所需气体为压缩空气，成本低，具有较高的经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，包括：外导体筒套(1)和内导体(2)，所述内导体(2)同轴地设置在所述外导体筒套(1)中，所述外导体筒套(1)与所述内导体(2)之间形成环状间隙；所述外导体筒套(1)的第一端可拆卸地安装有锥形套筒(3)，所述外导体筒套(1)的第二端为微波源连接端(4)，所述外导体筒套(1)的两侧各设置有一个用于连接激发气体的导气孔(5)；所述内导体(2)包括内导体柱(6)和安装在所述内导体柱(6)端部的放电尖端(7)，所述放电尖端(7)收纳在所述锥形套筒(3)的内部，且所述放电尖端(7)的端部低于所述锥形套筒(3)的外端面。

2.根据权利要求1所述的微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，所述放电尖端(7)顶面处的最小直径为3.4mm。

3.根据权利要求1所述的微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，所述外导体筒套(1)与所述锥形套筒(3)螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，所述微波源连接端(4)与微波源连接，所述微波源为磁控管、或行波管、或束调管、或固态源。

5.根据权利要求1所述的微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，所述激发气体为空气、或氩气、或氦气、或氮气。

6.根据权利要求1所述的微波大气压空气等离子体发生装置，其特征在于，所述激发气体为混合气体。

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