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CN103298234A - 一种低温等离子体射流产生装置 - Google Patents

一种低温等离子体射流产生装置 Download PDF

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CN103298234A CN2013102508377A CN201310250837A CN103298234A CN 103298234 A CN103298234 A CN 103298234A CN 2013102508377 A CN2013102508377 A CN 2013102508377A CN 201310250837 A CN201310250837 A CN 201310250837A CN 103298234 A CN103298234 A CN 103298234A
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杨兰兰
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Abstract

本发明公开了一种低温等离子体射流产生装置，包括气瓶、流量计、设有转轴的转动体、若干三通接头；其中，转动体包括与转轴平行设置的若干管状空腔，每个管状空腔内设有空心介质管，空心介质管的中心设有金属电极；气瓶连接流量计后分别连接到每个三通接头的第一接口，每个三通接头的第二接口分别与一个空心介质管的一端密封连接；外部高压电源分别从每个三通接头的第三接口连接所述金属电极；转轴通过联动装置与电机相连。电机带动转动体及与其相连的空心介质管和内部金属电极转动，气体从管内喷出，形成管状低温等离子体射流，并通过旋转形成更大面积的管状低温等离子体射流。

Description

一种低温等离子体射流产生装置
技术领域
本发明涉及低温等离子体科学领域，尤其涉及一种低温等离子体射流发生装置。
背景技术
大气压低温等离子体射流采用特殊电极结构，利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出，或直接在被处理物体内产生，形成大气压非平衡等离子体射流，然后利用其产生的各种自由基、带电粒子、紫外线等共同作用在被处理物体上，由于在大气压下产生，无需真空腔体，操作简单方便，且气体温度低，活性粒子含量高被广泛的应用于材料表面处理，纳米结构制造及生物医学等领域。由于大气压低温等离子体射流在杀菌消毒、伤口表面处理及伤口愈合、血液凝结、皮肤病处理、活体组织处理、肿瘤治疗等医学领域的应用前景十分广阔，一个新兴的学科：等离子体医学将逐步成为可与激光医学相媲美的医学领域的独立学科。等离子体医学使用等离子体来取代或者辅助传统的医疗手段来达到更好的治疗效果，不仅可避免药物对人体造成的副作用，且更加快速有效，不会对人体产生明显伤害，这使得等离子体医学在临床治疗上的应用前景十分光明。
等离子体射流器件发展至今，种类非常多，从驱动方式上分，可分为直流驱动(DC)，交流驱动(AC)，射频驱动(RF)和微波驱动(Microwave)和直流脉冲驱动(DC-pulsed)；从器件结构来看，主要有无介质阻挡放电(DBD-Free)，介质阻挡放电(DBD)；从电极结构来看，有环状电极、针状电极、盘状电极、中空电极、板状电极或上述几种的混合电极等等；从所充气体而言，已经从最初的He，Ar发展到直接在空气中放电。这些射流器件的基本结构都是管状结构，由于放电机理的限制，管状结构的内径一般都在mm量级，等离子体作用范围比较小。为了满足大面积处理需要，亦有人提出了大气压阵列式低温等离子体喷射结构，但该结构采用线性排列，而研究结果表明线性排列的射流之间会相互干扰，导致产生的射流不均匀。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提供一种可产生大面积低温等离子体射流的射流发生装置。
技术方案：一种低温等离子体射流产生装置，包括气瓶、流量计、设有转轴的转动体、若干三通接头；其中，所述转动体包括与转轴平行设置的若干管状空腔，所述每个管状空腔内设有空心介质管，所述空心介质管的中心设有金属电极；所述气瓶连接流量计后分别连接到所述每个三通接头的第一接口，每个三通接头的第二接口分别与一个空心介质管的一端密封连接；外部高压电源分别从每个三通接头的第三接口连接所述金属电极；所述转轴通过联动装置与电机相连。
作为本发明的优选方案，所述转动体为金属材料制成，并且将所述转动体作接地或悬浮处理。
作为本发明的另一优选方案，所述转动体为绝缘材料制成，所述每个空心介质管与管状空腔之间还设置有与地线连接的金属层。
作为本发明的进一步改进，所述管状空腔个数为2-9个。
有益效果：本装置中每个独立射流管的结构易于形成等离子体射流，且射流温度低，接近室温，可与人体直接接触，特别适合于等离子体医学领域。本装置的结构能够将单个独立射流管排列旋转形成大面积低温等离子体射流。本装置工作时，内部金属电极上的高电压和地之间形成强电场，产生气体放电，形成低温等离子体射流，射流以远高于气体流速的速度向介质管外传播，并携带有大量的带电粒子，活性粒子和UV光子等。同时，本发明中管状空腔个数可调节，在保证形成更大面积的管状低温等离子体射流的同时，使得本发明的装置的整体大小及射流面积可调整。
附图说明
图1是本发明装置实施例1的主视图，图中省略了转轴、联动装置和电机部分；
图2是本发明装置实施例1的右视图，图中省略了气瓶、流量计、三通接头、RC回路以及外部高压电源部分；
图3是本发明装置实施例1中A部位的局部放大图；
图4是本发明装置实施例2的主视图，图中省略了转轴、联动装置和电机部分；
图5是本发明装置实施例2的右视图，图中省略了气瓶、流量计、三通接头、阻抗匹配网络以及外部高压电源部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1：如图1、图2所示，本发明所述的一种低温等离子体射流发生装置，包括中心设有转轴10的圆柱形金属转动体5，围绕转轴10成环状平行设置若干金属管状空腔，这里本实施例为具有三个管状空腔；每个空腔内设置空心介质管4，每个空心介质管4的中心处设置金属电极3，金属转动体5内开具的金属管状空腔和空心介质管4之间以胶状物质紧密连接起来。其中，转动体5作接地处理。该装置还包括气瓶1、流量计2、外部高压电源6、RC回路71、电机8、联动装置9、与金属管状空腔数量相等的三通接头11。如图3所示，气瓶1的瓶阀连接流量计2后连接到每个三通接头11的第一接口，工作气体流速由流量计2控制；每个三通接头11的第二接口与一个空心介质管4的一端密封连接。由于空心介质管4为由石英玻璃、有机玻璃或氧化铝陶瓷构成的两端开口管状结构，工作气体能够从空心介质管4的另一端喷射出。外部高压电源6连接RC回路71后利用金属导线12与空心介质管4内的金属电极3相连。外加电机8通过联动装置9与中心转轴10相连，带动金属转动体5及与其相连的空心介质管4和内部金属电极3转动。
气瓶1中的工作气体为He，或Ne、Ar、Xe等惰性气体，或N2、O2、空气，或者上述各种气体的混合气体。外部高压电源6可以为高压直流电源、直流脉冲电源或交流电源；本实施例中高压电源6采用频率为1KHZ-20KHZ，电压为1KV-30KV的正弦高压电压。金属电极3与外部正弦高压电压通过RC网络相连接，可通过调节电阻或电容的大小，调节等离子体射流的功耗、电流和温度，使人体可与之安全接触。
工作时，调节流量计2，工作气体从气瓶1中以一定的流速配出，通过每个三通接头11的第一接口喷入对应连接的空心介质管4内；金属转动体5接地，此时内部金属电极3和地之间形成强电场，产生气体放电，等离子体射流以远高于气体流速的速度向空心介质管4外传播。接着，整个金属转动体5连带内部的空心介质管4和金属电极3在外部电机8的带动下绕转轴10旋转，使单个独立的管状等离子体射流形成更大面积的管状射流。在本实施例中，金属转动体5也可以作悬浮处理，此时内部金属电极3和转动体5之间形成强电场，也可产生气体放电，满足等离子体射流形成的条件。
实施例2：如图4、图5所示，本发明所述的一种低温等离子体射流发生装置，包括不导电的长方体状转动体5，在该转动体5的一端设有转轴10，平行转轴10等间距设置若干管状空腔，这里本实施例为具有四个管状空腔；每个空腔内设置空心介质管4，每个空心介质管4的中心处设置金属电极3，在空心介质管4和管状空腔之间还设置有接地的金属层13；转动体5内开具的管状空腔和金属层13，以及金属层13与空心介质管4之间均以胶状物质紧密连接起来。该装置还包括气瓶1、流量计2、外部高压电源6、阻抗匹配网络72、电机8、联动装置9、与金属管状空腔数量相等的三通接头11；气瓶1的瓶阀连接流量计2后连接到每个三通接头11的第一接口，工作气体流速由流量计2控制；每个三通接头11的第二接口与一个空心介质管4的一端密封连接。外部高压电源6连接阻抗匹配网络72后利用金属导线12与空心介质管4内的金属电极3相连。外加电机8通过联动装置9与中心转轴10相连，带动转动体5及与其相连的空心介质管4和内部金属电极3转动。
在本实施例中，外部高压电源6为射频电源。金属电极3与外部射频电源通过则阻抗匹配网络相连接，只有阻抗匹配才能实现射频电压源和负载之间最大的功率传输。
工作时，调节流量计2，工作气体从气瓶1中以一定的流速配出，通过每个三通接头11的第一接口喷入对应连接的空心介质管4内；金属层13接地，此时内部金属电极3和地之间形成强电场，产生气体放电，等离子体射流以远高于气体流速的速度向空心介质管4外传播。接着，整个金属转动体5连带内部的空心介质管4和金属电极3在外部电机8的带动下绕着位于转动体5一端的转轴10旋转，使单个独立的管状等离子体射流形成更大面积的管状射流。
本发明提供的等离子体射流发生装置将射流发生管线性或环状排列，并通过联动装置旋转以产生大面积的低温等离子体射流，可用于杀菌消毒、材料表面改性等等离子体物理化学和等离子体医学等领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温等离子体射流产生装置，其特征在于：包括气瓶(1)、流量计(2)、设有转轴(10)的转动体(5)、若干三通接头(11)；其中，所述转动体(5)包括与转轴(10)平行设置的若干管状空腔，所述每个管状空腔内设有空心介质管(4)，所述空心介质管(4)的中心设有金属电极(3)；所述气瓶(1)连接流量计(2)后分别连接到所述每个三通接头(11)的第一接口，每个三通接头(11)的第二接口分别与一个空心介质管(4)的一端密封连接；外部高压电源(6)分别从每个三通接头(11)的第三接口连接所述金属电极(3)；所述转轴(10)通过联动装置(9)与电机(8)相连。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体射流产生装置，其特征在于：所述转动体(5)为金属材料制成，并且将所述转动体(5)作接地或悬浮处理。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体射流产生装置，其特征在于：所述转动体(5)为绝缘材料制成，所述每个空心介质管(4)与管状空腔之间还设置有与地线连接的金属层(13)。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体射流产生装置，其特征在于：所述管状空腔个数为2-9个。
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