手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)是微型氣泵通過硅膠導(dǎo)管與絕緣套管相接；絕緣套管在高壓電極和接地電極之間，高壓電源為高壓電極和接地電極供電，這三者嵌套于手柄內(nèi)，手柄前端開有一孔，使等離子體噴出，手柄上設(shè)控制開關(guān)控制高壓電源工作。優(yōu)點：通過調(diào)節(jié)電壓改變等離子體的長度及溫度，操作簡單靈活，方便操作人員使用；體積小，攜帶方便，外形美觀，成本低廉；采用空氣、單質(zhì)氣體或其混合物、氣態(tài)化合物或者氣態(tài)有機物作為工作氣體，可滿足各種需要；無需其它激勵器件，減少故障，增加裝置可靠性；區(qū)別于傳統(tǒng)等離子體源，滑動弧更加高效，產(chǎn)生的等離子體粒子活性更好，對人體和材料處理效果更好。
【專利說明】手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，屬于等離子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的便攜式低溫等離子體發(fā)生器，一般使用的工作氣體為稀有氣體或者含有氧氣的混合氣體，且除了高壓電極外還要添加額外的器件。如現(xiàn)有專利一種便攜式低溫等離子體發(fā)生器(ZL201120032919.0)，應(yīng)用紫外光源發(fā)生的紫外光和高壓電極的交變電場共同作用于氣體從而產(chǎn)生低溫等離子體。然而，該裝置除了高壓電極還要添加額外的器件紫外光源，還要增加耐離子腐蝕的保護層，因此成本會大大提升同時會增加裝置發(fā)生故障的可能性。此外，紫外光源的壽命也會直接影響到裝置的使用壽命。紫外光源的性能也會大大影響粒子活性以及等離子處理效果。該裝置工作氣體局限于氧氣，成本較高。此外氧氣屬于助燃?xì)怏w，操作不當(dāng)極易發(fā)生危險。因此，使用范圍受到限制。傳統(tǒng)裝置產(chǎn)生的電弧溫度高電流大，人體無法接觸。現(xiàn)有的滑動弧裝置一般只有一個引弧點，因此產(chǎn)生等離子體的效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，實現(xiàn)使用空氣作為工作氣體，產(chǎn)生含較多氧的安全的低溫等離子體。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其特征是包括微型氣泵、高壓電源、氣體導(dǎo)管、絕緣套管、高壓電極、接地電極和手柄，其中微型氣泵通過硅膠導(dǎo)管與絕緣套管相接，為裝置提供工作氣體；絕緣套管在高壓電極和接地電極之間，高壓電源的高壓輸出端與高壓電極的接線端口相連，高壓電源的接地端與接地電極的接線端口相連，為兩個電極供電；絕緣套管、高壓電極和接地電極三者嵌套于手柄內(nèi)，該手柄的前端開有一個直徑1-3毫米的手柄前端孔，該孔使等離子體從中噴出，手柄上還裝有控制開關(guān)，該控制開關(guān)用于控制高壓電源工作；所述的高壓電極呈子彈頭形。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點:
1)通過調(diào)節(jié)電壓可以改變等離子體的長度以及溫度，操作簡單靈活，手持式的設(shè)計可以方便操作人員使用；
2)體積小巧，攜帶方便，外形美觀，成本低廉；
3)采用空氣作為工作氣體，或用單質(zhì)氣體或其混合物，或用氣態(tài)化合物或者氣態(tài)有機物，可以滿足各種場合的需要；
4)無需其他激勵器件，減小成本；大大減少了出現(xiàn)故障的可能性，增加了裝置工作的可
靠性；
5)區(qū)別于傳統(tǒng)應(yīng)用的等離子體源，采用滑動弧作為等離子體源，更加高效，其產(chǎn)生的等離子體粒子含量高、活性更好，種類多，除了高含量的氮、氫氧根以外，還有較多的氧，對人體和材料處理效果更好；
6)低溫等離子體源中包含許多高能活性粒子。因此，可以廣泛應(yīng)用于殺菌和傷口處理等醫(yī)療領(lǐng)域；還可以應(yīng)用于材料表面改性等方面；
7)此種結(jié)構(gòu)具有多個引弧點，等離子體發(fā)生效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)單個引弧點的裝置；產(chǎn)生的等離子體含有大量的氧和氫氧根，特別適用于等離子體醫(yī)學(xué)殺菌消毒處理，其處理效果好，克服了傳統(tǒng)醫(yī)療殺菌化學(xué)試劑殘留的缺點，真正做到清潔、高效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置的工作結(jié)構(gòu)框圖。
[0007]圖2為手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖3-1A為高壓電極的示意圖。
[0009]圖3-1B為鈍角三角形突脊的短邊為曲線的高壓電極的示意圖。
[0010]圖3-2為圖3-1A及圖3-1B的俯視不意圖。
[0011]圖3-3為絕緣套管的示意圖。
[0012]圖3-4為接地電極的示意圖。
[0013]圖3-5為圓形陶瓷墊圈的示意圖。
[0014]圖3-6為高壓電極產(chǎn)生等離子體的光譜圖。
[0015]圖4為手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置的電路圖。
[0016]圖中的I是微型氣泵、2是高壓電源、3是氣體導(dǎo)管、4是絕緣套管、5是高壓電極、6是接地電極、7是A開關(guān)、8是B開關(guān)、9是C開關(guān)、10是D開關(guān)、11是A繼電器、12是B繼電器。
【具體實施方式】
[0017]如圖1、2所示，手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)包括微型氣泵1、高壓電源2、氣體導(dǎo)管3、絕緣套管4、高壓電極5、接地電極6和手柄，其中微型氣泵I通過硅膠導(dǎo)管3與絕緣套管4相接，為裝置提供工作氣體；絕緣套管4在高壓電極5和接地電極6之間，高壓電源2的高壓輸出端與高壓電極5的接線端口相連，高壓電源2的接地端與接地電極6的接線端口相連，為兩個電極供電；絕緣套管4、高壓電極5和接地電極6三者嵌套于手柄內(nèi)，該手柄的前端開有一個直徑1-3毫米的手柄前端孔，該孔使等離子體從中噴出，手柄上還裝有控制開關(guān)，該控制開關(guān)用于控制微型氣泵I和高壓電源2工作。
[0018]所述的高壓電極5和接地電極6是由不銹鋼、銅、鎢、鋁等導(dǎo)電材料制成。
[0019]所述的高壓電極5呈子彈頭形接地電極6為圓錐臺形，絕緣套管4為圓柱體形，高壓電極6上套有圓形陶瓷墊圈。
[0020]如圖3-1Α、3-2所示，高壓電極包括子彈頭形體和柱體兩部分，子彈頭形體的長度為7-15毫米，柱體的長度為20-40毫米；子彈頭形體的斜側(cè)面上均勻設(shè)置5-8個突脊，該突脊呈鈍角三角形，鈍角三角形中的鈍角角度為95-160度，與柱體的母線相對應(yīng)，突脊的厚度為0.8-1.2毫米；柱體的底面上開一個柱體底孔，該柱體底孔在柱體的中軸線上，柱體底孔的直徑為2-5毫米，柱體底孔向下延伸至距高壓電極下端的0.5-1毫米處；突脊的鈍角三角形的第二長邊上開一個斜孔，該斜孔距鈍角三角形的鈍角頂點為0.2-0.7毫米，斜孔與柱體底孔連通，斜孔的中軸線與柱體上相應(yīng)的母線在同一平面內(nèi)，斜孔與柱體的母線呈15-30度的夾角。
[0021]如圖3-1B所示，所述的鈍角三角形突脊的短邊可以為曲線。
[0022]如圖3-3所示，在絕緣套管的中軸線上開有一個直徑為5-8毫米的E中軸通孔，距絕緣套管一端底面7-10毫米處開有一個絕緣套管側(cè)孔，該絕緣套管側(cè)孔垂直于絕緣套管的中軸線，絕緣套管側(cè)孔與中軸通孔連通。
[0023]如圖3-4所示，接地電極為一圓錐臺形的中空電極，接地電極分為圓柱和圓臺兩部分，該圓柱的長為10-15毫米,圓臺的長為9-16毫米，圓臺的頂端開有一個直徑為0.3-1毫米的圓臺頂孔，圓臺的內(nèi)壁上設(shè)置一圈收口，該收口的厚度為1-1.5毫米，圓臺的內(nèi)壁和接地電極中軸線的夾角與突脊的鈍角三角形最小角的度數(shù)都為20-40度，突脊的鈍角三角形第二長邊與圓臺的內(nèi)壁平行。
[0024]如圖3-5所示，圓形陶瓷墊片直徑15-20毫米，在圓形陶瓷墊圈的圓心處開有一直徑為5-8毫米的墊片圓孔，圓形陶瓷墊圈邊緣的厚度為1.5-3毫米，墊片圓孔的厚度為
0.7-1.5毫米；圓形陶瓷墊圈的底面是平面，圓形陶瓷墊圈的頂面是呈圓拱形的凹面，圓形陶瓷墊圈拱形凹面朝向高壓電極的突脊。
[0025]安裝過程:將陶瓷墊圈拱形凹面朝向高壓電極突脊，套在高壓電極上；將高壓電極圓柱體的一端插入絕緣套管中軸線上的中軸通孔內(nèi)，用固線螺絲穿過絕緣套管側(cè)面上的絕緣套管側(cè)孔擰進高壓電極的螺孔內(nèi)，并將高壓線連接在固線螺絲上，擰緊固線螺絲，這樣就完成了高壓接線和高壓電極的固定；在絕緣套管另一端的中軸通孔內(nèi)插入通氣管；將露出高壓電極一端的絕緣套管插入接地電極內(nèi)部；然后將接地導(dǎo)線連接在固線螺絲上，將固線螺絲擰進接地電極的螺孔內(nèi)，擰緊固線螺絲；至此完成了電極部分的組裝；將組裝好的電極部分裝入手柄內(nèi)；分別將高壓導(dǎo)線和接地導(dǎo)線接到高壓電源的高壓輸出端和接地端；通氣管與氣泵連接；A開關(guān)為總電源開關(guān)，在高壓電源輸入端和氣泵電源輸入處分別接入B、C兩個開關(guān)，D開關(guān)為手柄上的控制開關(guān)；在高壓電源輸入端串聯(lián)A、B兩個常開觸點繼電器，A繼電器的線圈與氣泵并聯(lián)，B繼電器的線圈串聯(lián)在手柄上D開關(guān)控制的回路中；至此，裝置整體組裝完成(開關(guān)及控制電路見圖7)。
[0026]使用過程:打開A、B、C三個開關(guān)，此時氣泵開始工作，供給電極工作氣體，同時A繼電器的常開觸點閉合；按下手柄上的D開關(guān)，B繼電器的常開觸點閉合，此時高壓電源開始工作，輸出高壓高頻電能至高壓電極；由于高壓電極和接地電極間的電壓差，放電先由電場最不均勻處即尖端(突脊三角形的鈍角頂點)處開始產(chǎn)生電?。桓邏弘娫瓷嫌姓{(diào)壓電位器，通過改變電阻阻值調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)電壓大小可以控制噴出的等離子體長度，反應(yīng)速率，粒子活性；此外通過改變氣泵的流速也可以控制噴出等離子體長度以及溫度和活性。
[0027]放電過程及等離子體發(fā)生原理說明和應(yīng)用:工作氣體由絕緣套管吹入高壓電極中軸線的柱體底孔內(nèi)，然后由子彈頭上均勻分布的突脊上的B斜孔吹出；由于接地電極內(nèi)部斜面與高壓電極突脊三角形的第二長的邊平行，突脊上的斜孔將把鈍角頂點的上產(chǎn)生的電弧吹向陶瓷墊片，電弧在突脊三角形最短邊和接地電極內(nèi)部斜面上滑動；電弧遇到陶瓷墊圈后熄滅，然后又在突脊三角形鈍角頂點處產(chǎn)生新的電?。徊粩喾磸?fù)；工作氣體由突脊吹出，帶動電弧向陶瓷墊圈移動中電離成等離子，由于陶瓷墊圈拱形的設(shè)計使得等離子體向中心聚集，并且從每個突脊之間的凹谷處吹向接地電極的圓臺頂孔，然后噴出低溫等離子體；這種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生多個滑動電弧，曾加了工作氣體反應(yīng)效率；接地電極和高壓電極的配合使得滑動電弧產(chǎn)生的熱量沒有直接由圓臺頂孔噴出，而是吹向了陶瓷墊片；這樣噴出的等離子體溫度低，粒子活性高；適用于等離子體醫(yī)學(xué)，特別是醫(yī)療殺菌等方面和一些要求低溫處理的材料表面改性；圖3-1B中高壓電極結(jié)構(gòu)的改進變形增加了電弧滑動的距離即電弧存在的時間，使得工作氣體反應(yīng)的更加充分，增加粒子活性。
[0028]這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的等離子體粒子含量高，種類多，除了高含量的氮、氫氧根以外，還有較多的氧，殺菌效果極佳；其光譜如圖3-6所示。
【權(quán)利要求】
1.手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其特征是包括微型氣泵、高壓電源、氣體導(dǎo)管、絕緣套管、高壓電極、接地電極和手柄，其中微型氣泵通過硅膠導(dǎo)管與絕緣套管相接，為裝置提供工作氣體；絕緣套管在高壓電極和接地電極之間，高壓電源的高壓輸出端與高壓電極的接線端口相連，高壓電源的接地端與接地電極的接線端口相連，為兩個電極供電；絕緣套管、高壓電極和接地電極三者嵌套于手柄內(nèi)，該手柄的前端開有一個直徑1-3毫米的手柄前端孔，該孔使等離子體從中噴出，手柄上還裝有控制開關(guān)，該控制開關(guān)用于控制高壓電源工作；所述的高壓電極呈子彈頭形。
2.如權(quán)利要求1所述的手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其特征是所述呈子彈頭形高壓電極包括子彈頭形體和柱體兩部分，子彈頭形體的長度為7-15毫米，柱體的長度為20-40毫米；子彈頭形體的斜側(cè)面上均勻設(shè)置5-8個突脊，該突脊呈鈍角三角形，鈍角三角形中的鈍角角度為95-160度，與柱體的母線相對應(yīng)，突脊的厚度為0.8-1.2毫米；柱體的底面上開一個柱體底孔，該柱體底孔在柱體的中軸線上，柱體底孔的直徑為2-5毫米，柱體底孔向下延伸至距高壓電極下端的0.5-1毫米處； 突脊的鈍角三角形的第二長邊上開一個斜孔，該斜孔距鈍角三角形的鈍角頂點為0.2-0.7毫米，斜孔與柱體底孔連通，斜孔的中軸線與柱體相應(yīng)的母線在同一平面內(nèi)，斜孔與柱體的母線呈15-30度的夾角；與呈子彈頭形高壓電極嵌套于手柄內(nèi)的絕緣套管呈圓柱體形，接地電極呈圓錐臺形，呈子彈頭形高壓電極上套有圓形陶瓷墊圈；該圓形陶瓷墊圈的拱形凹面朝向突脊；圓形陶瓷墊片的直徑為15-20毫米，在圓形陶瓷墊圈的圓心處開有一直徑為5-8毫米的墊片圓孔，圓形陶瓷墊圈邊緣的厚度為1.5-3毫米，墊片圓孔的厚度為0.7-1.5毫米；圓形陶瓷墊圈的底面是平面，圓形陶瓷墊圈的頂面是呈圓拱形的凹面，該凹面朝向突脊，該突脊的鈍角三角形短邊為直線或曲線。
3.如權(quán)利要求2所述的手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其特征是所述絕緣套管的中軸線上開有一個直徑為5-8毫米的中軸通孔，距絕緣套管一端底面7-10毫米處開有一個絕緣套管側(cè)孔，該絕緣套管側(cè)孔垂直于絕緣套管的中軸線，絕緣套管側(cè)孔與中軸通孔連通。
4.如權(quán)利要求2所述的手持便攜式滑動弧低溫等離子體的產(chǎn)生裝置，其特征是所述接地電極為一圓錐臺形的中空電極，接地電極分為圓柱和圓臺兩部分，該圓柱的長為10-15毫米，圓臺的長為9-16毫米,圓臺的頂端開有一個直徑為0.3-1毫米的圓臺頂孔,圓臺的內(nèi)壁上設(shè)置一圈收口，該收口的厚度為1-1.5毫米，圓臺的內(nèi)壁和接地電極中軸線的夾角與突脊的鈍角三角形最小角的度數(shù)都為20-40度，突脊的鈍角三角形第二長邊與圓臺的內(nèi)壁平行。
【文檔編號】H05H1/24GK103997841SQ201410237099
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】方志, 張薦, 靳君, 吳偉杰 申請人:南京工業(yè)大學(xué)