RU211773U1 - Device for generating low-temperature plasma flow - Google Patents

Device for generating low-temperature plasma flow Download PDF

Info

Publication number
RU211773U1
RU211773U1 RU2021120511U RU2021120511U RU211773U1 RU 211773 U1 RU211773 U1 RU 211773U1 RU 2021120511 U RU2021120511 U RU 2021120511U RU 2021120511 U RU2021120511 U RU 2021120511U RU 211773 U1 RU211773 U1 RU 211773U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
bursts
pulses
pulse
plasma
Prior art date
Application number
RU2021120511U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Шитц
Антон Сергеевич Иванков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Плазмаджет»
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Плазмаджет» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Плазмаджет»
Application granted granted Critical
Publication of RU211773U1 publication Critical patent/RU211773U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к устройствам, генерирующим низкотемпературную плазму, которые могут быть использованы в медицине и биологии. The utility model relates to plasma technology, in particular to devices generating low-temperature plasma, which can be used in medicine and biology.

Целью создания данного устройства является расширение спектра его действия путём обеспечения возможности обработки неровных поверхностей (поверхностей с изгибами, со сложным рельефом) за счёт удлинения струи нетермальной плазмы. При этом предполагается изменение режима возбуждения электродной системы с одновременным сохранением низкой газовой температуры струи (не более 32°С) и малого расхода рабочего газа (для гелия не более 0.5 л/мин).The purpose of creating this device is to expand the range of its action by providing the possibility of processing uneven surfaces (surfaces with bends, with complex relief) due to the elongation of the non-thermal plasma jet. This assumes a change in the mode of excitation of the electrode system while maintaining a low gas temperature of the jet (no more than 32°C) and a low flow rate of the working gas (no more than 0.5 L/min for helium).

Поставленная цель достигается тем, что устройство для генерации потока низкотемпературной плазмы дополнительно оснащено блоком прерывателя импульсов, подающего на электроды напряжение в виде пачек импульсов длительностью.This goal is achieved by the fact that the device for generating a low-temperature plasma flow is additionally equipped with a pulse interrupter unit that supplies voltage to the electrodes in the form of bursts of pulses with a duration.

Блок-схема генератора высоковольтных импульсов устройства (фиг. 3) включает в себя сетевой выпрямитель 1, транзисторный инвертор 2, задающий генератор импульсов 3, повышающий трансформатор 4, а также блок прерывателя импульсов 5, который на время прекращает работу задающего генератора импульсов 3.The block diagram of the high-voltage pulse generator of the device (Fig. 3) includes a mains rectifier 1, a transistor inverter 2, a master pulse generator 3, a step-up transformer 4, and a pulse interrupter unit 5, which temporarily stops the master pulse generator 3.

Сетевой выпрямитель 1 преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное и служит для питания транзисторного инвертора 2. Задающий генератор импульсов 3 формирует импульсные сигналы на управляющих выводах транзисторов инвертора 2 с необходимой частотой и длительностью. С помощью повышающего трансформатора 4 формируются импульсы с амплитудой несколько киловольт. Блок прерывателя импульсов 5 периодически прекращает работу задающего генератора импульсов, благодаря чему напряжение на электроды подаётся в виде пачек импульсов.Mains rectifier 1 converts alternating mains voltage to direct voltage and serves to power transistor inverter 2. Master pulse generator 3 generates pulse signals at the control outputs of transistors of inverter 2 with the required frequency and duration. With the help of a step-up transformer 4, pulses with an amplitude of several kilovolts are formed. The pulse interrupter block 5 periodically stops the operation of the master pulse generator, due to which voltage is applied to the electrodes in the form of bursts of pulses.

Использование напряжения, возбуждающего газовый разряд, в виде пачек высокочастотных импульсов с относительно большими паузами между пачками обеспечивает возможность получения струи длиной до 40 мм при газовой температуре не более 32°С.The use of a voltage that excites a gas discharge in the form of bursts of high-frequency pulses with relatively long pauses between bursts makes it possible to obtain a jet up to 40 mm long at a gas temperature of not more than 32°C.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, в частности к устройствам, генерирующим низкотемпературную плазму, которые могут быть использованы в медицине и биологии.The utility model relates to plasma technology, in particular to devices generating low-temperature plasma, which can be used in medicine and biology.

Принято делить газоразрядную плазму на два типа согласно уровню энергии электронов (электронная температура): высокотемпературная плазма и холодная плазма [1]. Например, пламя свечи считается холодной плазмой, так как энергия электронов в этом случае относительно мала, а газовая температура составляет более 1000°С. Холодную плазму можно условно разделить на два подтипа: нетермальная плазма и холодная плазма с высокой газовой температурой. Газовая температура нетермальной плазмы не превышает 42°С. Холодная плазма с высокой газовой температурой наблюдается в большинстве видов искрового разряда. Оба подтипа холодной плазмы применяются в традиционной медицине. Так, холодная плазма с высокой газовой температурой генерируется в плазменных коагуляторах, в плазменных скальпелях и в аппаратах д'Арсонваля.It is customary to divide gas-discharge plasma into two types according to the electron energy level (electron temperature): high-temperature plasma and cold plasma [1]. For example, a candle flame is considered cold plasma, since the energy of electrons in this case is relatively low, and the gas temperature is more than 1000°C. Cold plasma can be roughly divided into two subtypes: non-thermal plasma and cold plasma with a high gas temperature. The gas temperature of the nonthermal plasma does not exceed 42°C. Cold plasma with high gas temperature is observed in most types of spark discharge. Both subtypes of cold plasma are used in traditional medicine. Thus, cold plasma with a high gas temperature is generated in plasma coagulators, in plasma scalpels and in d'Arsonval apparatus.

Потоки нетермальной плазмы могут быть использованы для немедикаментозного лечения септических ран, в дерматологии (немедикаментозное лечение акне, экземы, различных форм дерматитов), а также в косметологии (неинвазивный плазмолифтинг, послеоперационная реабилитация) [3-5].Non-thermal plasma flows can be used for non-drug treatment of septic wounds, in dermatology (non-drug treatment of acne, eczema, various forms of dermatitis), as well as in cosmetology (non-invasive plasmolifting, postoperative rehabilitation) [3-5].

Известно «Устройство генерирования низкотепературной плазмы», патент РФ на ПМ №167645, МПК Н05Н 1/24, заявл. 02.12.2015, опубл. 10.01.2017 [6]. Данное устройство включает: блок управления напряжением, генератор питания, высоковольтный трансформатор, пару электродов, ионизационную камеру, устройство формирования газовой смеси, устройства магнитного и электрического воздействия, сопло на выходе смеси из камеры.Known "Device for generating low-temperature plasma", RF patent for PM No. 167645, IPC H05N 1/24, Appl. 12/02/2015, publ. January 10, 2017 [6]. This device includes: a voltage control unit, a power generator, a high-voltage transformer, a pair of electrodes, an ionization chamber, a gas mixture formation device, magnetic and electric impact devices, a nozzle at the mixture outlet from the chamber.

К недостаткам вышеуказанного устройства можно отнести его ограниченные возможности (с его помощью можно обрабатывать только гладкие наружные поверхности), конструктивную сложность (наличие элементов магнитного и электрического воздействия, устройства формирования газовой смеси, а также невысокую его электробезопасность вследствие возможной утечки тока с высоковольтного электрода на тело человека.The disadvantages of the above device include its limited capabilities (only smooth outer surfaces can be processed with it), structural complexity (the presence of elements of magnetic and electrical influence, a device for forming a gas mixture, as well as its low electrical safety due to possible leakage of current from a high-voltage electrode to the body person.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство генерирования низкотемпературной плазмы», патент РФ на ПМ №202393, МПК Н05Н 1/24, заявл. 12.03.2020, опубл. 16.02.2021 [7]. Данное устройство может служить в качестве прототипа.The closest in technical essence and the achieved result is the "Device for generating low-temperature plasma", RF patent for PM No. 202393, IPC H05N 1/24, Appl. 03/12/2020, publ. February 16, 2021 [7]. This device can serve as a prototype.

Устройство, принятое за прототип, содержит: высоковольтный источник питания, сопло с электродной системой, устройство прокачки рабочего газа через сопло, сетевой выпрямитель, транзисторный инвертор, задающий генератор импульсов и повышающий импульсный трансформатор.The device adopted as a prototype contains: a high-voltage power source, a nozzle with an electrode system, a device for pumping working gas through the nozzle, a mains rectifier, a transistor inverter, a master pulse generator and a step-up pulse transformer.

Основным недостатком данного устройства являются его ограниченные возможности из-за малой длины (не более 10 мм) плазменной струи, что позволяет обрабатывать только гладкие поверхности ограниченной площади. Кроме того, использование коротких импульсов напряжения длительностью 0.3-2 мкс ограничивает развитие контракции газоразрядной плазмы в канале, а большие паузы между импульсами способствуют релаксации образованной плазмы и снижению газовой температуры пламенной струи. Использование более высокой частоты импульсов приводит к удлинению пламенной струи и одновременно к нежелательному повышению газовой температуры газового разряда.The main disadvantage of this device is its limited capabilities due to the small length (no more than 10 mm) of the plasma jet, which allows processing only smooth surfaces of a limited area. In addition, the use of short voltage pulses with a duration of 0.3–2 μs limits the development of gas-discharge plasma contraction in the channel, and long pauses between pulses contribute to the relaxation of the formed plasma and a decrease in the gas temperature of the flame jet. The use of a higher pulse frequency leads to an elongation of the flame jet and, at the same time, to an undesirable increase in the gas temperature of the gas discharge.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение спектра действия устройства путем обеспечения возможности обработки неровных поверхностей (поверхностей с изгибами, со сложным рельефом) за счет удлинения струи нетермальной плазмы. При этом предполагается изменение режима возбуждения электродной системы с одновременным сохранением низкой газовой температуры струи (не более 32°С) и малого расхода рабочего газа (для гелия не более 0.5 л/мин)The technical result of the proposed device is to expand the spectrum of the device by providing the possibility of processing uneven surfaces (surfaces with bends, with complex relief) due to the elongation of the non-thermal plasma jet. This assumes a change in the mode of excitation of the electrode system while maintaining a low gas temperature of the jet (no more than 32°C) and a low flow rate of the working gas (for helium, no more than 0.5 l/min)

Для достижения указанного результата устройство для генерации потока нетермальной плазмы, содержащее высоковольтный источник питания, сопло с электродной системой, устройство прокачки рабочего газа через сопло, сетевой выпрямитель, транзисторный инвертор, задающий генератор импульсов и повышающий импульсный трансформатор, дополнительно оснащено блоком прерывателя импульсов, подающего на электроды напряжение в виде пачек импульсов с частотой 50-1000 кГц, длительностью пачек 50-30 мкс и паузой между пачками импульсов 200-1000 мкс, причем, полярность импульсов возбуждения может быть положительной, отрицательной или чередующейся.To achieve this result, a device for generating a non-thermal plasma flow, containing a high-voltage power source, a nozzle with an electrode system, a device for pumping working gas through the nozzle, a mains rectifier, a transistor inverter, a master pulse generator and a step-up pulse transformer, is additionally equipped with a pulse interrupter unit that supplies voltage electrodes in the form of bursts of pulses with a frequency of 50-1000 kHz, a duration of bursts of 50-30 μs and a pause between bursts of pulses of 200-1000 μs, moreover, the polarity of the excitation pulses can be positive, negative or alternating.

Использование напряжения, возбуждающего газовый разряд, в виде пачек высокочастотных импульсов с относительно большими паузами между пачками обеспечивает возможность получения струи длиной до 40 мм при газовой температуре не более 32°С (Фиг. 1).The use of a voltage that excites a gas discharge in the form of bursts of high-frequency pulses with relatively large pauses between bursts makes it possible to obtain a jet up to 40 mm long at a gas temperature of not more than 32°C (Fig. 1).

Заявленное устройство для генерации потока нетермальной плазмы представлено в виде блок-схемы на фиг. 2.The claimed device for generating a flow of non-thermal plasma is presented in the form of a block diagram in Fig. 2.

Блок-схема устройства включает: сетевой выпрямитель 1, транзисторный инвертор 2, задающий генератор импульсов 3, повышающий трансформатор 4, а также блок прерывателя импульсов 5, который на время прекращает работу задающего генератора импульсов 3.The block diagram of the device includes: a mains rectifier 1, a transistor inverter 2, a master pulse generator 3, a step-up transformer 4, as well as a pulse interrupter unit 5, which temporarily stops the master pulse generator 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом:The operation of the device is as follows:

Сетевой выпрямитель 1 преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное и служит для питания транзисторного инвертора 2. Задающий генератор импульсов 3 формирует импульсные сигналы на управляющих выводах транзисторов инвертора 2 с необходимой частотой и длительностью. С помощью повышающего трансформатора 4 формируются импульсы с амплитудой несколько киловольт. Блок прерывателя импульсов 5 на время 50-30 мкс прекращает работу задающего генератора импульсов, благодаря чему напряжение на электроды подается в виде пачек импульсов с частотой импульсов 50-1000 кГц, длительностью пачек 50-30 мкс и паузой между пачками импульсов 200-100 мкс. При этом, полярность импульсов возбуждения может быть положительной, отрицательной или чередующейся.Mains rectifier 1 converts alternating mains voltage to direct voltage and serves to power transistor inverter 2. Master pulse generator 3 generates pulse signals at the control outputs of transistors of inverter 2 with the required frequency and duration. With the help of a step-up transformer 4, pulses with an amplitude of several kilovolts are formed. The pulse interrupter unit 5 stops the operation of the master pulse generator for a period of 50-30 μs, due to which the voltage is applied to the electrodes in the form of bursts of pulses with a pulse frequency of 50-1000 kHz, a burst duration of 50-30 μs and a pause between pulse bursts of 200-100 μs. In this case, the polarity of the excitation pulses can be positive, negative or alternating.

Благодаря высокой частоте повторения импульсов пространство вдоль оси плазменной струи в достаточной степени ионизируется и к концу пачки импульсов длина струи достигает максимального значения. Продолжительная пауза между пачками импульсов способствует релаксации генерируемой плазмы, что предотвращает образование контрагированных плазменных каналов с высокой проводимостью и приводит к снижению газовой температуры струи.Due to the high pulse repetition rate, the space along the plasma jet axis is sufficiently ionized, and by the end of the pulse train, the jet length reaches its maximum value. A long pause between bursts of pulses contributes to the relaxation of the generated plasma, which prevents the formation of contracted plasma channels with high conductivity and leads to a decrease in the gas temperature of the jet.

Возможность удлинения струи нетермальной плазмы до 40 мм позволяет обеспечить возможность обработки неровных поверхностей тела (поверхностей с изгибами, со сложным рельефом). При этом предполагается изменение режима возбуждения.The possibility of elongating the jet of non-thermal plasma up to 40 mm makes it possible to process uneven surfaces of the body (surfaces with bends, with complex relief). This assumes a change in the mode of excitation.

Литература:Literature:

1. Физическая энциклопедия. Гл. ред. А.М. Прохоров, редкол.: Д.М. Алексеев [и др.]: - Большая Российская энциклопедия, 1998 г.1. Physical encyclopedia. Ch. ed. A.M. Prokhorov, editorial board: D.M. Alekseev [and others]: - Great Russian Encyclopedia, 1998

2. M. Laroussi Low-Temperature Plasmas for Medicine // IEEE transactions on plasma science, vol. 37, no. 6, 2009.2. M. Laroussi Low-Temperature Plasmas for Medicine // IEEE transactions on plasma science, vol. 37, no. 6, 2009.

3. J. Kolb, A.H. Mohamed, R.O. Price, R.J. Swanson, A. Bowman, R.L. Chiavarini, M. Stacey, and K.H. Schoenbach Cold atmospheric pressure air plasma jet for medical applications // Applied Physics Letters 92, 241501 (2008).3. J. Kolb, A.H. Mohammed, R.O. Price, R.J. Swanson, A. Bowman, R.L. Chiavarini, M. Stacey, and K.H. Schoenbach Cold atmospheric pressure air plasma jet for medical applications // Applied Physics Letters 92, 241501 (2008).

4. J. Asenjo, J. Mora, A. Vargas, L. Brenes, R. Montiel, J. Arrieta, V.I. Vargas Atmospheric-Pressure Non-Thermal Plasma Jet for biomedical and industrial applications // Journal of Physics: Conference Series 591 (2015) 012049.4. J. Asenjo, J. Mora, A. Vargas, L. Brenes, R. Montiel, J. Arrieta, V.I. Vargas Atmospheric-Pressure Non-Thermal Plasma Jet for biomedical and industrial applications // Journal of Physics: Conference Series 591 (2015) 012049.

5. M.Y. Alkawareek, Q.Th. Algwari, G. Laverty, S.P. Gorman, W.G Graham, D. O'Connell, B.F. Gilmore Eradication of Pseudomonas aeruginosa Biofilms by Atmospheric Pressure Non-Thermal Plasma// PLoS One. 2012;7(8):e44289.5.M.Y. Alkawareek, Q.Th. Algwari, G. Laverty, S.P. Gorman, W.G. Graham, D. O'Connell, B.F. Gilmore Eradication of Pseudomonas aeruginosa Biofilms by Atmospheric Pressure Non-Thermal Plasma// PLoS One. 2012;7(8):e44289.

6. Устройство генерирования низкотемпературной плазмы // Патент на полезную модель RU167645, приоритетот 02.12.2015.6. Device for generating low-temperature plasma // Patent for utility model RU167645, priority from 02.12.2015.

7. Устройство для генерации потока нетермальной плазмы. Патент на полезную модель RU202393, приоритет от 12.03.2020.7. Device for generating a flow of non-thermal plasma. Utility model patent RU202393, priority dated 03/12/2020.

Claims (1)

Устройство для генерации потока нетермальной плазмы, содержащее высоковольтный источник питания, сопло с электродной системой, устройство прокачки рабочего газа через сопло, сетевой выпрямитель, транзисторный инвертор, задающий генератор импульсов и повышающий импульсный трансформатор, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено блоком прерывателя импульсов, подающего на электроды напряжение в виде пачек импульсов с частотой импульсов 50-1000 кГц, длительностью пачек 50-30 мкс и паузой между пачками импульсов 200-100 мкс, причем полярность импульсов возбуждения может быть положительной, отрицательной или чередующейся.A device for generating a non-thermal plasma flow, containing a high-voltage power source, a nozzle with an electrode system, a device for pumping working gas through the nozzle, a network rectifier, a transistor inverter, a master pulse generator and a step-up pulse transformer, characterized in that it is additionally equipped with a pulse interrupter unit that supplies voltage on the electrodes in the form of bursts of pulses with a pulse frequency of 50-1000 kHz, a burst duration of 50-30 μs and a pause between pulse bursts of 200-100 μs, and the polarity of the excitation pulses can be positive, negative or alternating.
RU2021120511U 2021-07-13 Device for generating low-temperature plasma flow RU211773U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU211773U1 true RU211773U1 (en) 2022-06-22

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011110342A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Method and arrangement for treating an object with a low-temperature plasma
WO2016079742A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-26 Technion Research & Development Foundation Limited Cold plasma generating system
US9362100B2 (en) * 2012-10-08 2016-06-07 Centro De Investigación Y De Estudios Avanzados Del Instituto Politécnico Nacional Non-thermal plasma jet device as source of spatial ionization for ambient mass spectrometry and method of application
RU167645U1 (en) * 2015-12-02 2017-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "ПЛАЗМА" (ООО "НПЦ "ПЛАЗМА") LOW-TEMPERATURE PLASMA GENERATION DEVICE
RU202393U1 (en) * 2020-03-12 2021-02-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Device for generating a stream of non-thermal plasma

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011110342A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Method and arrangement for treating an object with a low-temperature plasma
US9362100B2 (en) * 2012-10-08 2016-06-07 Centro De Investigación Y De Estudios Avanzados Del Instituto Politécnico Nacional Non-thermal plasma jet device as source of spatial ionization for ambient mass spectrometry and method of application
WO2016079742A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-26 Technion Research & Development Foundation Limited Cold plasma generating system
RU167645U1 (en) * 2015-12-02 2017-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "ПЛАЗМА" (ООО "НПЦ "ПЛАЗМА") LOW-TEMPERATURE PLASMA GENERATION DEVICE
RU202393U1 (en) * 2020-03-12 2021-02-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) Device for generating a stream of non-thermal plasma

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8460283B1 (en) Low temperature plasma generator
EP2756740B1 (en) Cold plasma treatment devices and associated methods
KR101262632B1 (en) Plasma skin care device
CN104013985B (en) Portable micro-plasma sterilizer
US11051389B2 (en) Atmospheric plasma device
EP3096701A2 (en) Plasma device
CN206024220U (en) A kind of low-temperature plasma jet device
US8294369B1 (en) Low temperature plasma generator having an elongate discharge tube
JP2017217650A (en) Plasma liquid generating device
KR101662160B1 (en) Skin treatment apparatus using plasma
Huang et al. Escherichia coli inactivation in water using pulsed discharge
RU211773U1 (en) Device for generating low-temperature plasma flow
KR20120005862A (en) Non-thermal atmospheric pressure plasma jet generator
US4093975A (en) High-voltage apparatus for skin therapy
RU167645U1 (en) LOW-TEMPERATURE PLASMA GENERATION DEVICE
Bousba et al. On the stability and turbulences of atmospheric-pressure plasma jet extracted from the exit of a long flexible PVC tube
RU2677323C1 (en) Plasma air activator
RU202393U1 (en) Device for generating a stream of non-thermal plasma
Schitz et al. Nonthermal plasma jet for biomedical applications
KR101748042B1 (en) Nozzle structure for teeth whitening machine and portable teeth whitening machine
RU201413U1 (en) Device for obtaining a disinfectant
RU188887U1 (en) DEVICE FOR LOW-TEMPERATURE PLASMA GENERATION
Jeong et al. Influence of an external electrode on a plasma plume ejected from a syringe electrode inside a glass tube
RU134052U1 (en) PORTABLE PLASMA DISINFECTOR FOR USE IN EXTREME AND HOUSEHOLD CONDITIONS
KR101756686B1 (en) Nozzle structure for teeth whitening machine and portable teeth whitening machine