一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，包括具有高壓輸出電路的電源系統(tǒng)，與高壓輸出電路的高壓端連接的高壓電極，以及接地電極，所述高壓電極與接地電極以相互螺旋纏繞的結(jié)構(gòu)直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結(jié)構(gòu)，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質(zhì)；采用柔性體結(jié)構(gòu)的接地電極選用熔點高、導(dǎo)電性能較好的碳纖維材料；電源系統(tǒng)通電后，兩電極的接觸區(qū)域發(fā)生表面放電，生成大量低溫等離子體；相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結(jié)構(gòu)可以以直接接觸的方式對被處理物體進(jìn)行消毒滅菌處理。
【專利說明】
一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于氣體放電等離子體生成技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種在大氣壓下產(chǎn)生低溫等離子體，尤其是一種具有柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置及具體應(yīng)用。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]人類工業(yè)社會的不斷發(fā)展，一方面加重了對自然環(huán)境的破壞，使得氣體受到嚴(yán)重污染；另一方面特種病毒、細(xì)菌等微生物的滋生，嚴(yán)重影響了人類的正常生存，使得人們對于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，例如在醫(yī)院病房中，醫(yī)療設(shè)備或病床的消毒滅菌效果和效率問題變得尤為重要。
隨著等離子體技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣，在這些領(lǐng)域其良好的應(yīng)用效果也不斷顯現(xiàn)出來。例如在空氣凈化、醫(yī)療消毒等方面，作為一種新型的高效凈化消毒手段，與傳統(tǒng)方法相比，等離子體展現(xiàn)出了成功率高、耗時短等方面的優(yōu)越性。而由于等離子體生成技術(shù)本身具有很高的專業(yè)化含量，其技術(shù)的成熟水平很大程度上決定了相應(yīng)設(shè)備的性能，因此如何實現(xiàn)將等離子體消毒凈化技術(shù)轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)化應(yīng)用的高效設(shè)備始終是一個值得不斷深入研究的問題。
[0004]等離子體依據(jù)生成形式可以劃分為電弧、電暈和輝光等離子體。電弧等離子體因高溫、高能耗等特征限制了其應(yīng)用范圍；電暈等離子體溫度低，功耗小，目前在空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用較多，但效率不是很高;輝光放電具有溫度低、效率高、能耗小等特征，是較為理想的用于消毒凈化的等離子體生成形式，但在大氣壓輝光等離子體很難大面積穩(wěn)定地生成，因此轉(zhuǎn)化為實際裝置也較為困難。
[0005]在目前的研究中，因放電間隙的存在，等離子體的生成裝置大多采用固定結(jié)構(gòu)和形狀的電極，例如平行板或針一板式的電極結(jié)構(gòu)，它們需要根據(jù)實際所需空間放電電場強(qiáng)度設(shè)置固定的極板間距，且由于這一限定使得其電極材料難以表現(xiàn)柔性性質(zhì)，無法按照實際需求改變其形狀，這就使得處理某些特殊形態(tài)的物體具有明顯的不便性，限制了處理空間，處理效果也難以得到保障。
[0006]發(fā)明人在先前授權(quán)公告號為CN102548177B的專利“等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)”的申請中，采用了正負(fù)電極組交叉形成接觸點的電極結(jié)構(gòu)，打破了現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)知，形成了較大面積的輝光放電。但囿于材料及電極交叉結(jié)構(gòu)等的限制，未能充分發(fā)揮出電極的柔性性質(zhì)，且附帶產(chǎn)生的臭氧量過多。因此為得到應(yīng)用于等離子體消毒凈化技術(shù)的高效率產(chǎn)品設(shè)備，對放電電極的進(jìn)一步深入研究是關(guān)鍵，這就需要我們設(shè)計出一種既滿足應(yīng)用上的消毒滅菌、凈化除臭的要求，又保證達(dá)到低功耗等現(xiàn)代化產(chǎn)品的要求，且具有一定的柔性和便攜性的電極結(jié)構(gòu)，以降低對空間等條件的限制要求，極大的提高裝置的處理效率。
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明采用碳纖維電極材質(zhì)，目的在于設(shè)計一種既可以實現(xiàn)消毒滅菌、凈化除臭的功能也能達(dá)到低功耗要求且具有柔性性質(zhì)的放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體生成裝置。
[0009 ]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，包括具有高壓輸出電路的電源系統(tǒng)，與高壓輸出電路的高壓端連接的高壓電極，以及接地電極，所述高壓電極與接地電極以相互螺旋纏繞的結(jié)構(gòu)直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結(jié)構(gòu)，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質(zhì);采用柔性體結(jié)構(gòu)的接地電極選用熔點高、導(dǎo)電性能較好的碳纖維材料；電源系統(tǒng)通電后，兩電極的接觸區(qū)域發(fā)生表面放電，生成大量低溫等離子體;相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結(jié)構(gòu)可以以直接接觸的方式對被處理物體進(jìn)行消毒滅菌處理。
[0010]所述的高壓電極為剛性體結(jié)構(gòu)，所述接地電極為柔性體結(jié)構(gòu)，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在剛性體結(jié)構(gòu)的高壓電極上。
[0011 ]或者，所述的高壓電極和接地電極均為柔性體結(jié)構(gòu)，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在高壓電極上，形成等離子體消毒滅菌條。若干所述等離子體消毒滅菌條貼附在一定面積的基材上，或編織成網(wǎng)狀、罩狀結(jié)構(gòu)，直接整體附著于被處理物體進(jìn)行消毒滅菌處理。
[0012]所述的高壓電極和接地電極至少一個包裹有絕緣介質(zhì)。所述的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
一方面，傳統(tǒng)意義上的放電電極中，其高、低壓電極之間間隔一定的距離，放電產(chǎn)生在電極空隙之間。本發(fā)明采用介質(zhì)阻擋放電形式，包裹有絕緣介質(zhì)的高、低壓電極采用直至接觸的方式，使放電產(chǎn)生在電極周邊并向外擴(kuò)散。因電極直接接觸，故當(dāng)電極材料采用柔性體時，可根據(jù)需求做任意變形，以滿足實際應(yīng)用。另一方面，傳統(tǒng)的電極材質(zhì)多采用金屬導(dǎo)體，難以較大程度地提高接觸式電極的放電均勻性。本發(fā)明創(chuàng)造性地采用碳纖維材質(zhì)的電極，因其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及放電機(jī)理，能有效降低放電閾值，并使等離子體的生成更加均勻。當(dāng)起始放電電壓降低時，空氣中氧氣被電離產(chǎn)生的臭氧量也將大大減少。
[0014]這樣，如上所述的柔性電極結(jié)構(gòu)應(yīng)用于等離子體消毒滅菌裝置時:
當(dāng)只有一個電極采用柔性材料時，此電極可通過螺旋纏繞的方式貼附于另一電極上，產(chǎn)生的等離子體分布在兩電極交界及其附近區(qū)域，并通過一定的擴(kuò)散而填充于附近空間，通過改變螺距的大小(即螺圈密度)和電極之間的接觸面積而使得等離子體生成量發(fā)生變化，而電極接觸面積可以由材料的直徑或形狀間接改變。
[0015]當(dāng)兩個電極材料均采用柔性材料時，可以通過螺旋編織等方法將兩者貼近，產(chǎn)生的等離子體在擴(kuò)散作用下同樣分布在兩電極交界及其附近區(qū)域。因采用接觸式電極結(jié)構(gòu)以及柔性材料，兩電極可以按照實際需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、彎曲等變形操作，具有良好的柔軟性，進(jìn)而我們通過將多組的柔性電極固定于一定面積的基材上，對于處理某些特殊形狀或狀態(tài)的物體具有顯著的便攜性和處理效率。同樣，我們可以通過改變兩柔性電極的交界面積改變等離子體的生成量。
[0016]當(dāng)被處理物為硬性物體時，我們可以將兩柔性體螺旋編織構(gòu)成的電極采用纏繞或其它方式貼附于被處理物之上，因電極具有柔性，可通過改變電極形狀作用于被處理區(qū)域；當(dāng)被處理物為柔軟材料(如衣物、布匹等)時，我們除采用雙柔性體的電極結(jié)構(gòu)外，也可以采用只具有一個柔性體的電極，亦能使放電電極與被處理物緊密接觸而增強(qiáng)處理效果。
[0017]應(yīng)當(dāng)注意到，等離子體的生成量和生成的等離子體的傳播距離，與電壓、電流、及使用的環(huán)境(溫度、濕度等)關(guān)系密切。足夠大的相交區(qū)域意味著能耗與耗材的增加，因此需要合理設(shè)置。
[0018]總體來講，通過采用該種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，可以在電極交界處及其附近區(qū)域生成大量低溫等離子體和其它活性粒子，具有消毒滅菌、凈化除臭的功能；
電極具有良好的柔性，可以依據(jù)實際需要改變電極形狀，具有較好的便攜性，擴(kuò)大了其適用范圍；
改變了傳統(tǒng)電極結(jié)構(gòu)對空間的限制要求，可大大增加其作用區(qū)域，提高處理效果；
產(chǎn)生的低溫等離子體具有輝光等離子體的性質(zhì)，面積大，均勻性良好，功耗低，效率高； 電極采用碳纖維材料，放電更加均勻，附帶產(chǎn)生臭氧較少；
碳纖維的電極材質(zhì)和接觸式的電極結(jié)構(gòu)能夠有效降低起始放電電壓，也即降低了對絕緣的要求；
本發(fā)明的電極制作流程相比于具有固定間隙的電極結(jié)構(gòu)更為簡單。
[0019]
【附圖說明】
[0020]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
圖1為本發(fā)明實施例的電源系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明實施例的電源主電路圖；
圖3為發(fā)明實施例的電源觸發(fā)電路圖；
圖4為本發(fā)明實施例1的柔性放電電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例1構(gòu)成的消毒滅菌裝置系統(tǒng)示意圖；
圖6為本發(fā)明實施例2的柔性放電電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實施例2構(gòu)成的消毒滅菌裝置系統(tǒng)示意圖；
圖8為本發(fā)明實施例1的放電效果圖；
圖9為本發(fā)明實施例2的放電效果圖；
圖10為本發(fā)明實施例2的變形例的放電效果圖；
圖11為本發(fā)明的實施例的放電電壓電流波形圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0023]本發(fā)明的實施例中電源條件為:采用220V交流輸入，經(jīng)整流成直流后，再通過MOSFET逆變?yōu)閹绤^(qū)的雙極性交流脈沖，輸出電壓的大小和頻率通過UC3825控制MOS管的開通、關(guān)斷來實現(xiàn)，最后通過高頻變壓器升壓來實現(xiàn)輸出為高頻高壓的正弦波。
[0024]對于電源實施條件所提出的要求如下:
(1)單相交流輸入、輸出；
(2)輸出最大功率1000W;
(3)輸出頻率:20-50kHz，可調(diào)；
(4)輸出電壓0-8kV，可調(diào)；
(5)最大輸出電流250mA。
[0025]為滿足電源條件，下面給出本實施例中采用的電源系統(tǒng)框圖、主電路圖以及觸發(fā)電路圖，分別如圖1、2和3所不。
[0026]圖4和圖5為本發(fā)明柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置的兩個實施例的示意圖。實施例的背景為醫(yī)院病房，面向于病房中被褥、床墊等物體或其他醫(yī)療設(shè)備的滅菌消毒的深處理。
[0027]與高壓輸出電路連接的是高壓電極和接地電極，高壓輸出電路的高壓端接高壓電極，接地電極也可以不接高壓輸出電路的接地端而直接懸空。通電后，所有高壓電極與接地電極的交界及其附近區(qū)域發(fā)生表面放電現(xiàn)象，生成大量低溫等離子體，若所處環(huán)境為空氣，會伴隨有一定量的臭氧和OH等活性粒子生成。在等離子體與活性粒子作用下，病房中床墊、被褥或其它醫(yī)療設(shè)備上附著的細(xì)菌、病毒等毒害物質(zhì)會被有效殺死，病房內(nèi)空氣同時可以得到被凈化除臭的效果。
[0028]生成的等離子體具有輝光等離子體的性質(zhì)，均勻性良好，效率高，能耗低，能有效實現(xiàn)深處理。電極材料為柔性體，對于附著于床墊、被褥等柔軟的被處理物，可以根據(jù)實際需求改變電極形狀使其緊密貼附，以增加處理面積，因而擴(kuò)大了此種電極結(jié)構(gòu)的適用范圍。接觸式電極結(jié)構(gòu)以及碳纖維的電極材質(zhì)能有效增強(qiáng)放電的均勻性，降低起始放電電壓，并使附加生成的臭氧含量減少，降低病房空氣的次生污染。
[0029]
實施例1:
圖4為一個電極為柔性體的情況。柔性電極al采用包裹有絕緣介質(zhì)(聚四氟乙烯)的圓柱體碳纖維導(dǎo)線。另一剛性電極a2采用不銹鋼管，并用絕緣介質(zhì)a3包裹，碳纖維線以螺旋方式纏繞在不銹鋼管電極上，根據(jù)實際需要的放電面積設(shè)置螺距(線圈間隔)，這樣使兩電極形成較為均勻的交界面積。
[0030]特別地，當(dāng)柔性電極al采用裸露的碳纖維線時(無附加絕緣層)，形成單側(cè)介質(zhì)阻擋放電，能有效降低起始放電電壓，附帶臭氧生成量大大降低。將此電極結(jié)構(gòu)接入實施例的電源系統(tǒng)，并將電極至于醫(yī)院病床的床單、被褥等被處理物，可通過一定作用時間達(dá)到消毒滅菌的處理效果。電極聯(lián)合電源系統(tǒng)構(gòu)建的消毒滅菌裝置系統(tǒng)示意圖如圖5所示。
[0031]本實施例所述電極結(jié)構(gòu)同樣可應(yīng)用于空氣的凈化除臭，將多組該柔性電極按照一定方式排列并加以固定，因柔性體電極良好的貼附性，能有效增大等離子體的生成面積，氣體流過電極交界附近與等離子體中的活性粒子充分接觸，實現(xiàn)毒害有機(jī)物、無機(jī)物的分解或氧化以及病毒、細(xì)菌的滅除。
[0032]
實施例2:
圖6為兩個電極均為柔性體的情況。兩個柔性電極可均采用直徑包裹有絕緣介質(zhì)b3(聚四氟乙烯)的導(dǎo)線，其中至少一個電極導(dǎo)體采用碳纖維材質(zhì)，線bl根據(jù)實際需要彎曲為如圖6所需的形狀，線b2螺旋纏繞在線bl之上，整體保持為線bl的形狀。也可以先將線bl和b2擰結(jié)在一起，然后折成所需形狀。特別地，當(dāng)線bl和b2其中之一為裸露碳纖維線時，同樣形成單側(cè)介質(zhì)阻擋放電，能有效降低起始放電電壓，均勻性更加良好，臭氧生成量亦大大減小。在醫(yī)院病房中，此柔性電極聯(lián)合電源系統(tǒng)構(gòu)建的消毒滅菌裝置系統(tǒng)示意圖如圖7所示。將圖6所示的每個柔性電極構(gòu)成的消毒滅菌條附著在一定面積的基材4上，再整體覆蓋在病床的床墊、被褥之上，提高消毒滅菌的深處理效率，具有很強(qiáng)的便捷性，基材既可采用硬性材料也可使用柔軟材料，既可為絕緣體也可為非絕緣體。此外，柔性電極結(jié)構(gòu)也可以通過螺旋、纏繞等方式編織成網(wǎng)狀或罩狀。
[0033]以上實施例所述的結(jié)構(gòu)中，每個電極均可做出一定變化，例如將實施例1中柔性電極al以及實施例2中電極bl和b2改用扁條形細(xì)長導(dǎo)體。尺寸、纏繞密度、交叉角度等也可以根據(jù)實際產(chǎn)品要求進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)體材質(zhì)亦可使用碳纖維之外的其它導(dǎo)電材料，如銅材料等。高壓電極與接地電極兩個電極中至少有一個電極必須包裹絕緣介質(zhì)，該絕緣介質(zhì)的厚度和材質(zhì)可以根據(jù)不同的絕緣要求進(jìn)行選取。
[0034]本發(fā)明還可以在兩電極的布置、排列方式上進(jìn)行改變，可以考慮無規(guī)則纏繞或其它布置方式(例如高壓電極與接地電極交替并排布置)，保證兩電極直接接觸，形成交界區(qū)域。
[0035]在前述的實驗條件下，本發(fā)明實施例的電極結(jié)構(gòu)研究介紹如下:
采用實施例所示的柔性放電電極結(jié)構(gòu)，兩電極分別接高壓和地，在電極的交界處形成局部高場強(qiáng)，相當(dāng)于一種極小間隙下的大氣壓介質(zhì)阻擋放電。因電極直接接觸，當(dāng)電極采用柔性體時可以方便的改變其形狀而對放電效果影響微小。電極采用碳纖維材質(zhì)，因其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及放電機(jī)理，能有效降低放電閾值，并使等離子體的生成更加均勻。
[0036]圖8、9和10是它們的放電效果圖。從圖中可以看出，柔性電極的交界處周圍的空氣發(fā)生了電離，生成了比較均勻的低溫等離子體，在這個過程中伴隨一定的OH和臭氧等活性粒子生成。這種放電形式呈現(xiàn)出一種大氣壓下介質(zhì)阻擋放電的形態(tài)，放電比較均勻，且無明亮的細(xì)絲，屬于典型的低溫等離子體狀態(tài)。
[0037]圖11是它們的放電電壓、電流波形圖。其中，5為放電電壓波形，6為放電電流波形。本電極結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效電容比較大，在接入交流電路時作為容性負(fù)載，放電電流應(yīng)該超前放電電壓波形。
[0038]所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，包括具有高壓輸出電路的電源系統(tǒng)，與高壓輸出電路的高壓端連接的高壓電極，以及接地電極，其特征在于，所述高壓電極與接地電極以相互螺旋纏繞的結(jié)構(gòu)直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結(jié)構(gòu)，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質(zhì);采用柔性體結(jié)構(gòu)的接地電極選用熔點高、導(dǎo)電性能較好的碳纖維材料;電源系統(tǒng)通電后，兩電極的接觸區(qū)域發(fā)生表面放電，生成大量低溫等離子體;相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結(jié)構(gòu)可以以直接接觸的方式對被處理物體進(jìn)行消毒滅菌處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，其特征在于，所述的高壓電極為剛性體結(jié)構(gòu)，所述接地電極為柔性體結(jié)構(gòu)，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在剛性體結(jié)構(gòu)的高壓電極上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，其特征在于，所述的高壓電極和接地電極均為柔性體結(jié)構(gòu)，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在高壓電極上，形成等離子體消毒滅菌條。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，其特征在于，若干所述等離子體消毒滅菌條貼附在基材上，或編織成網(wǎng)狀、罩狀結(jié)構(gòu)，直接整體附著于被處理物體進(jìn)行消毒滅菌處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的一種柔性放電電極結(jié)構(gòu)的等離子體消毒滅菌裝置，其特征在于，所述的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯。
【文檔編號】A61L2/14GK105848397SQ201610366167
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】劉文正, 趙帥, 趙強(qiáng)
【申請人】北京睿昱達(dá)科技有限公司