一種柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種柔性放電電極結構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，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構直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結構，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質；電源系統通電后，高壓電極與接地電極直接接觸的區域發生表面放電，生成大量低溫等離子體，其中，高壓電極與接地電極選用熔點高、導電性能較好的不銹鋼材料、銅材料、石墨材料、碳纖維材料或者鎢材料；相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結構可以以直接接觸的方式對被處理物體進行消毒滅菌處理。
【專利說明】
一種柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于氣體放電等離子體生成技術領域，更具體地，涉及一種在大氣壓下產生低溫等離子體，尤其是一種具有柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置及具體應用。
【背景技術】
[0002]人類工業社會的不斷發展，一方面加重了對自然環境的破壞，使得氣體受到嚴重污染；另一方面特種病毒、細菌等微生物的滋生，嚴重影響了人類的正常生存，使得人們對于醫療衛生領域的需求愈發強烈，例如在醫院病房中，醫療設備或病床的消毒滅菌效果和效率問題變得尤為重要。
[0003]隨著等離子體技術的飛速發展，其應用越來越廣，在這些領域其良好的應用效果也不斷顯現出來。例如在空氣凈化、醫療消毒等方面，作為一種新型的高效凈化消毒手段，與傳統方法相比，等離子體展現出了成功率高、耗時短等方面的優越性。而由于等離子體生成技術本身具有很高的專業化含量，其技術的成熟水平很大程度上決定了相應設備的性能，因此如何實現將等離子體消毒凈化技術轉化為具有工業化應用的高效設備始終是一個值得不斷深入研究的問題。
[0004]等離子體依據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用范圍；電暈等離子體溫度低，功耗小，目前在空氣凈化領域的應用較多，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定地生成，因此轉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構和形狀的電極，例如平行板或針一板式的電極結構，它們需要根據實際所需空間放電電場強度設置固定的極板間距，且由于這一限定使得其電極材料難以表現柔性性質，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]發明人在先前授權公告號為CN102548177B的專利“等離子體空氣凈化裝置的放電電極結構”的申請中，采用了正負電極組交叉形成接觸點的電極結構，打破了現有技術的認知，形成了較大面積的輝光放電。但囿于材料及電極交叉結構等的限制，未能充分發揮出電極的柔性性質，且附帶產生的臭氧量過多。因此為得到應用于等離子體消毒凈化技術的高效率產品設備，對放電電極的進一步深入研究是關鍵，這就需要我們設計出一種既滿足應用上的消毒滅菌、凈化除臭的要求，又保證達到低功耗等現代化產品的要求，且具有一定的柔性和便攜性的電極結構，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]針對現有技術的缺陷，提出本實用新型。
【實用新型內容】
[0008]鑒于現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于設計一種既可以實現消毒滅菌、凈化除臭的功能也能達到低功耗要求且具有柔性性質的放電電極結構的等離子體生成
目.ο
[0009]為實現上述實用新型目的，本實用新型的技術方案是:
[0010]—種柔性放電電極結構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，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構直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結構，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質；電源系統通電后，高壓電極與接地電極直接接觸的區域發生表面放電，生成大量低溫等離子體，其中，高壓電極與接地電極選用熔點高、導電性能較好的不銹鋼材料、銅材料、石墨材料、碳纖維材料或者鎢材料;相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結構可以以直接接觸的方式對被處理物體進行消毒滅菌處理。
[0011 ]所述的高壓電極為剛性體結構，所述接地電極為柔性體結構，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在剛性體結構的高壓電極上。
[0012]或者，所述的高壓電極和接地電極均為柔性體結構，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，或編織成網狀、罩狀結構，直接整體附著于被處理物體進行消毒滅菌處理。
[0013]所述的高壓電極和接地電極至少一個包裹有絕緣介質。所述的絕緣介質為聚四氟乙烯。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]傳統意義上的放電電極，其高、低壓電極之間間隔一定的距離，放電產生在電極空隙之間。本實用新型采用介質阻擋放電形式，包裹有絕緣介質的高、低壓電極采用直至接觸的方式，使放電產生在電極周邊并向外擴散。因電極直接接觸，故當電極材料采用柔性體時，可根據需求做任意變形，以滿足實際應用。
[0016]這樣，如上所述的柔性電極結構應用于等離子體消毒滅菌裝置時:
[0017]當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，產生的等離子體分布在兩電極交界及其附近區域，并通過一定的擴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。
[0018]當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，產生的等離子體在擴散作用下同樣分布在兩電極交界及其附近區域。因采用接觸式電極結構以及柔性體材料，兩電極可以按照實際需要進行扭轉、彎曲等變形操作，具有良好的柔軟性，進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。
[0019]當被處理物為硬性物體時，我們可以將兩柔性體螺旋編織構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域；當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構外，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處理效果。
[0020]應當注意到，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、及使用的環境(溫度、濕度等)關系密切。足夠大的相交區域意味著能耗與耗材的增加，因此需要合理設置。
[0021]總體來講，通過采用該種柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置，可以在電極交界處及其附近區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；
[0022]電極具有良好的柔性，可以依據實際需要改變電極形狀，具有較好的便攜性，擴大了其適用范圍；
[0023]改變了傳統電極結構對空間的限制要求，可大大增加其作用區域，提高處理效果；
[0024]產生的低溫等離子體具有輝光等離子體的性質，溫度低，面積大，功耗低，效率高；
[0025]放電均勻性良好，附帶產生臭氧較少；
[0026]接觸式電極結構能夠有效降低起始放電電壓，也即降低了對絕緣的要求；
[0027]本實用新型的電極制作流程相比于具有固定間隙的電極結構更為簡單。
【附圖說明】
[0028]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本實用新型以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定，其中:
[0029]圖1為本實用新型實施例的電源系統框圖；
[0030]圖2為本實用新型實施例的電源主電路圖；
[0031 ]圖3為實用新型實施例的電源觸發電路圖；
[0032]圖4為本實用新型實施例1的柔性放電電極結構示意圖；
[0033]圖5為本實用新型實施例1構成的消毒滅菌裝置系統示意圖；
[0034]圖6為本實用新型實施例2的柔性放電電極結構示意圖；
[0035]圖7為本實用新型實施例2構成的消毒滅菌裝置系統示意圖；
[0036]圖8為本實用新型的實施例的放電電壓電流波形圖。
【具體實施方式】
[0037]下面將結合附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0038]本實用新型的實施例中電源條件為:采用220V交流輸入，經整流成直流后，再通過MOSFET逆變為帶死區的雙極性交流脈沖，輸出電壓的大小和頻率通過UC3825控制MOS管的開通、關斷來實現，最后通過高頻變壓器升壓來實現輸出為高頻高壓的正弦波。
[0039]對于電源實施條件所提出的要求如下:
[0040](I)單相交流輸入、輸出；
[0041](2)輸出最大功率1000W;
[0042](3)輸出頻率:20-50kHz，可調；
[0043](4)輸出電壓0_8kV，可調；
[0044](5)最大輸出電流250mA。
[0045]為滿足電源條件，下面給出本實施例中采用的電源系統框圖、主電路圖以及觸發電路圖，分別如圖1、2和3所示。
[0046]圖4和圖5為本實用新型柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置的兩個實施例的示意圖。實施例的背景為醫院病房，面向于病房中被褥、床墊等物體或其他醫療設備的滅菌消毒的深處理。
[0047]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域發生表面放電現象，生成大量低溫等離子體，若所處環境為空氣，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、被褥或其它醫療設備上附著的細菌、病毒等毒害物質會被有效殺死，病房內空氣同時可以得到被凈化除臭的效果。
[0048]等離子體具有輝光等離子體的性質，均勻性良好，效率高，能耗低，能有效實現深處理。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，因而擴大了此種電極結構的適用范圍。接觸式電極結構以及碳纖維的電極材質能有效增強放電的均勻性，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。
[0049]實施例1:
[0050]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聚四氟乙烯的圓柱體導線。另一剛性電極a2采用不銹鋼管，并用絕緣介質a3包裹，圓柱體導線以螺旋方式纏繞在不銹鋼管電極上，根據實際需要的放電面積設置螺距(線圈間隔)，這樣使兩電極形成較為均勻的交界面積。
[0051]特別地，當柔性電極al采用裸露的碳纖維線時(無附加絕緣層)，形成單側介質阻擋放電，能有效降低起始放電電壓，附帶臭氧生成量大大降低。將此電極結構接入實施例的電源系統，并將電極至于醫院病床的床單、被褥等被處理物，可通過一定作用時間達到消毒滅菌的處理效果。柔性電極聯合電源系統構建的消毒滅菌裝置系統示意圖如圖5所示。
[0052]本實施例所述電極結構同樣可應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和臭氧等活性粒子充分接觸，實現毒害有機物、無機物的分解或氧化以及病毒、細菌的滅除。
[0053]實施例2:
[0054]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b3(聚四氟乙烯)的導線，線bl根據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擰結在一起，然后折成所需形狀。特別地，當線bl和b2其中之一為裸露碳纖維線時，同樣形成單側介質阻擋放電，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。在醫院病房中，此柔性電極聯合電源系統構建的消毒滅菌裝置系統示意圖如圖7所示。將圖6所示的每個柔性電極構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，柔性電極結構也可以通過螺旋、纏繞等方式編織成網狀或罩狀。
[0055]以上實施例所述的結構中，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改用扁條形細長導體。尺寸、纏繞密度、交叉角度等也可以根據實際產品要求進行調整，導體材質亦可使用其它多種導電材料，如銅材料、鎢材料等。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，該絕緣介質的厚度和材質可以根據不同的絕緣要求進行選取。
[0056]本實用新型還可以在兩電極的布置、排列方式上進行改變，可以考慮無規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，形成交界區域。
[0057]在前述的實驗條件下，本實用新型實施例的電極結構研究介紹如下:
[0058]采用實施例所示的柔性放電電極結構，兩電極分別接高壓和地，在電極的交界處形成局部高場強，相當于一種極小間隙下的大氣壓介質阻擋放電。因電極間隙足夠小，當電極通過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。
[0059]柔性電極的交界處周圍的空氣發生了電離，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。這種放電形式呈現出一種大氣壓下介質阻擋放電的形態，放電比較均勻，且無明亮的細絲，屬于典型的低溫等離子體狀態。
[0060]圖8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。本電極結構對應的等效電容比較大，在接入交流電路時作為容性負載，放電電流應該超前放電電壓波形。
[0061]所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
【主權項】
1.一種柔性放電電極結構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，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構直接接觸，高壓電極與接地電極至少其中一個電極為柔性體結構，高壓電極與接地電極至少其中一個電極包裹有絕緣介質，相互纏繞直接接觸的高壓電極和接地電極結構可以以直接接觸的方式附著于被處理物體上進行消毒滅菌處理。2.根據權利要求1所述的一種柔性放電電極結構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構，所述接地電極為柔性體結構，接地電極以螺旋纏繞的方式貼附纏繞在剛性體結構的高壓電極上。3.根據權利要求1所述的一種柔性放電電極結構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構，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.根據權利要求3所述的一種柔性放電電極結構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，或編織成網狀、罩狀結構，直接整體附著于被處理物體進行消毒滅菌處理。5.根據權利要求1-4中任一權利要求所述的一種柔性放電電極結構的等離子體消毒滅菌裝置，其特征在于，所述的絕緣介質為聚四氟乙烯。
【文檔編號】H05H1/24GK205693967SQ201620502294
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月27日 公開號201620502294.2, CN 201620502294, CN 205693967 U, CN 205693967U, CN-U-205693967, CN201620502294, CN201620502294.2, CN205693967 U, CN205693967U
【發明人】劉文正, 趙帥, 趙強
【申請人】北京睿昱達科技有限公司