阅读说明：本技术 一种在液体环境中大气压冷等离子体放电产生即用的便携式装置及方法 (Portable device and method for generating and using atmospheric pressure cold plasma in liquid environment ) 是由 李乔松 许德晖 刘定新 孔刚玉 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种在液体环境中大气压冷等离子体放电产生即用的便携式装置及方法。该装置包括棒状高压电极、多孔通气管、接地电极、供电系统、升压电路、气泵、气体输送管和止回阀；所述棒状高压电极插入多孔通气管中,并与多孔通气管内壁之间存在间隙,多孔通气管下端封闭；棒状高压电极和多孔通气管作为一套组件与接地电极相互平行并相对固定,在工作时置于液体环境中；多孔通气管的管壁开设有多处微孔；多孔通气管的上部还开设有支管,并经所述气体输送管接入气泵；止回阀安装于气体输送管靠近支管的区段。该装置结构简明、携带及操作方便、工作稳定可靠,能够随时随地对液体进行等离子体处理,并提高等离子体处理效果。(The invention provides a portable device and a method for generating and using atmospheric pressure cold plasma discharge in a liquid environment. The device comprises a rod-shaped high-voltage electrode, a porous vent pipe, a grounding electrode, a power supply system, a booster circuit, an air pump, an air delivery pipe and a check valve; the rod-shaped high-voltage electrode is inserted into the porous vent pipe, a gap is formed between the rod-shaped high-voltage electrode and the inner wall of the porous vent pipe, and the lower end of the porous vent pipe is closed; the rod-shaped high-voltage electrode and the porous vent pipe are used as a set of components and are mutually parallel and relatively fixed with the grounding electrode, and the rod-shaped high-voltage electrode and the porous vent pipe are placed in a liquid environment during working; the pipe wall of the porous vent pipe is provided with a plurality of micropores; the upper part of the porous vent pipe is also provided with a branch pipe which is connected with the air pump through the air conveying pipe; the check valve is installed at a section of the gas delivery pipe near the branch pipe. The device has simple structure, convenient carrying and operation and stable and reliable work, can carry out plasma treatment on liquid at any time and any place, and improves the plasma treatment effect.)

一种在液体环境中大气压冷等离子体放电产生即用的便携式 装置及方法

技术领域

本发明属于大气压冷等离子体放电技术，具体涉及一种可在液体环境中实现气体放电产生等离子体的装置及方法。

背景技术

目前，大气压冷等离子体已较为广泛地被应用于工业、农业、生物医学行业以及科研项目的实验中，其中重要的一项内容就是用冷等离子体处理水溶液，或将冷等离子体处理后的水溶液投放于应用或实验。通过大量的研究发现，经等离子体处理过后的溶液，含有大量的活性粒子，可在农业、医学、以及人们的日常生活当中得到广泛应用，例如刺激植物生长、消毒杀菌、清洗伤口等。

针对液体处理，常见的装置设计思路是在气压的作用下，以射流的方式在环境中产生羽状等离子体，羽状等离子体直接作用于液体表面，活性粒子扩散至液体内部以实现对液体的处理。这类方案会因外部条件限制无法实现小型化、便携化、即用即取的需求。

再如，专利文献CN110692285A公开了一种液体中等离子体发生装置，其思路是：外径较小的石英管同轴嵌套在内径较大的石英管的内部，同时石英管的中心，同轴安装有包裹石英管的电极，石英管的外壁也安装有电极，两个电极接输入电压；在石英管内壁和石英管外壁之间的空间内，通入被处理液，在石英管与包裹电极的石英管之间的空间内，通入放电气体；最终的处理液从装置的最上方排出，但也由于其结构形式和放电方式，因此存在以下不足：

1.组装结构较复杂；

2.被处理液和气体均由装置的一端进入，处理后由装置的另一端排出，使得一定时间内处理液体量较小并有限，且额外需要水泵辅助工作；

3.输入端的电极裸露且无接地端，存在一定安全隐患；

4.装置的主体结构主要在连接管道的条件下适用，使用范围有较大局限性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可在液体中进行气体放电产生等离子体的装置，并实现该装置满足便携化即用化的需求。

本发明的技术方案如下：

一种在液体环境中大气压冷等离子体放电产生即用的便携式装置，包括棒状高压电极、多孔通气管、接地电极、供电系统、升压电路、气泵、气体输送管和止回阀；所述棒状高压电极***所述多孔通气管中，并与多孔通气管内壁之间存在间隙，多孔通气管下端封闭；棒状高压电极和多孔通气管作为一套组件与接地电极相互平行并相对固定，在工作时置于液体环境中；所述多孔通气管的管壁开设有多处微孔，孔径大小满足气体以及产生的等离子体自然排出至外部液体、同时限制外部液体渗入；所述多孔通气管的上部还开设有支管，并经所述气体输送管接入气泵；所述止回阀安装于气体输送管靠近支管的区段，用于保证气体单向进入多孔通气管、反向截止，进而防止液体倒灌(由于对气体反向截止使得有足够的气压防止液体进入多孔通气管)；所述供电系统经升压电路对棒状高压电极和接地电极施加交流或脉冲高压，供电系统同时为气泵提供工作电源。

整个结构的接地端处于“悬浮电位”，即便装置没有接地端，接通高压棒状电极的同时通入气体的话，依旧是可以对气体放电的。该装置在液体环境对气体进行放电，若液体导电，整个液体可视作接地端，在液体内部任意两位置之间是等电位的，但对于整个接地端本身来说，接地端依旧是处于"悬浮电位"；若液体不导电或弱导电，单独的接地端仍然是处于“悬浮电位”。因此，棒状高压电极在液体中放电，接地电极和高压棒状电极在液体中的相对距离不需专门调整，只需根据装置本身所使用的环境空间大小进行调整即可。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

可选地，所述供电系统、升压电路和气泵主体均安装于同一壳体内，所述棒状高压电极、多孔通气管和接地电极均固定于所述壳体表面，多孔通气管两端封闭，所述气体输送管一部分位于壳体内，另一部分在外壳外与所述多孔通气管的支管连通。上述壳体外形不限。

可选地，所述多处微孔均布设置，并位于多孔通气管的支管下方。

可选地，所述微孔孔径不大于0.3mm。

可选地，所述棒状高压电极与多孔通气管内壁之间的间隙为0.5-2mm；所述多孔通气管与接地电极300之间的距离为18-22mm。

可选地，所述棒状高压电极采用耐腐蚀的圆柱形棒状导电材料，例如钨、不锈钢、硬质合金等；棒状高压电极的直径可为2mm左右；所述接地电极采用耐腐蚀导电材料，用于直接接触液体，例如钨、不锈钢、硬质合金等，具体形式可以是电极、接线端子、导线等；接地电极外形不限。

可选地，不限制于只配备一个棒状高压电极。例如，所述棒状高压电极和多孔通气管共有多组(每一个棒状高压电极需分别和一个多孔通气管配套使用)，分别与接地电极等距设置。

可选地，所述供电系统总干路上连接有开关，总干路经过开关分为并联的气泵供电电路和所述升压电路。上述开关，可以选用定时开关，计时结束后可自动断开电路。

可选地，所述供电系统采用可充电蓄电池，并经逆变电路连接所述升压电路；或者，所述供电系统采用三相市电接口，用于获取市电输入，所述气泵供电电路中设置有相应的整流电路。

上述多孔通气管的微孔的形状不局限于圆形。多孔通气管的横截面几何形状不限。

上述气泵的气源，可以是环境空气，也可以是人工合成空气、惰性气体等。

上述装置的一种使用方法，包括以下步骤：

1)在液体容器中盛放待处理液体；

2)将插有棒状高压电极的多孔通气管和接地电极共同浸入液体，使多孔通气管所有微孔完全浸没于液面下方，保持间距及位置固定；

3)通电启动升压电路和气泵，使多孔通气管内产生等离子体，并在气压的作用下，经微孔形成无数气泡扩散至液体中。

本发明的有益效果为：

1.该装置结构简明、携带及操作方便、工作稳定可靠，产生的等离子体即时扩散至液体中，能够随时随地对液体进行等离子体处理，并避免等离子体衰减，提高了等离子体处理效果。

2.该装置各部分零部件均可通过市售渠道获得，综合成本较低。

3.该装置可根据需要配置不同的气源。

4.该装置可同时设置多个高压电极，进一步提高产生等离子体的效率。

附图说明

图1是本发明一个实施例的放电结构部分的示意图。

图2是图1所示实施例中多孔通气管的结构示意图。

图3是本发明一个实施例的装置整体结构示意图。

图4是直流供电的装置结构示意图。

图5是交流供电的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明的技术方案进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种可在液体中进行气体放电产生等离子体的便携式即用型装置的放电结构，主要包括棒状高压电极100、多孔通气管200、接地电极300和止回阀400，其中，多孔通气管200的结构如图2所示，多孔通气管200的管壁均布微孔201。

棒状高压电极100固定在多孔通气管200中间，棒状高压电极100与多孔通气管200内壁之间留有空隙，空隙大小1mm左右。多孔通气管通过分支连接气管，气管另一端连接气泵，在气管中段安装有止回阀400。多孔通气管和接地电极之间的距离为20mm左右。

工作时，在液体容器中盛入足量液体，将内部固定有棒状高压电极100的多孔通气管200和接地电极300浸入液体，使所有微孔201完全浸入液面下方，气源通过气管进入棒状高压电极100和多孔通气管200内壁的空隙中，图1中所示箭头表示气流方向。加电后，气体在棒状高压电极100和多孔通气管200内壁的空隙中进行放电，产生等离子体，在气压的作用下，经微孔201形成无数气泡扩散至液体中，从而实现气体在液体中放电产生等离子体。气管中段的止回阀400可以保证气体单向通过，反向截止，防止液体容器中的液体从微孔201进入发生倒灌。

实施例2：

如图3所示，基于实施例1，本实施例将供电系统、升压电路和气泵主体置于一壳体500内，棒状高压电极、多孔通气管和接地电极均固定于该壳体表面，多孔通气管的上端在固定位置处被封闭，气体输送管一部分位于壳体内，另一部分在外壳外与多孔通气管的支管连通。升压电路输出高电压端和接地端，棒状高压电极连接升压电路高压输出端，接地电极连接升压电路接地端。

工作时，在液体容器中注入足够的液体，将装置的接地电极和多孔通气管浸入液体当中，多孔通气管的所有小孔需完全浸入至液面下方。开关闭合后，气泵通过气管将气体泵入多孔通气管，在棒状高压电极周边进行放电，并在气压作用下，通过多孔通气管管壁上的小孔形成气泡，将产生的等离子体扩散至液体中，气管中段安装的止回阀可以保证气体单向通过，反向截止，防止液体容器中的液体从微孔进入发生倒灌。

实施例3：

基于实施例2，具体提供了一种直流输入供电的方式作为该装置的供电系统，如图4所示。

整个结构中，由可充电蓄电池连接充电端口提供电力输入，在总干路上连接开关。总干路由升压电路和气泵并联组成，其中，在升压电路的前端需连接逆变电路，直流电池组的容量根据装置所需的总功率进行匹配。

使用本实施例的供电系统，工作时，闭合干路开关，气泵工作，将气体送入棒状高压电极100和多孔通气管200内壁之间的空隙中。同时，直流电压输入逆变电路变成正弦交流电压输出，正弦交流电压经升压电路后分别输出一个高压端和一个接地端，高压端连接棒状高压电极100，接地端连接接地电极300，从而实现放电结构在液体中进行气体放电产生等离子体。另外，本实施例的供电系统也满足便携化、即用即取的需求。

实施例4

基于实施例2，本实施例提供了一种交流220V输入供电的方式作为该装置的供电系统，如图5所示。

整个结构中，由220V交流电压提供电力输入，在总干路上连接开关。总干路由升压电路和气泵并联组成。其中，根据气泵所需的输入电压，在气泵前端需连接相应的整流电路，220V交流电压输入端连接三相插头即可

使用本实施例的供电系统，工作时，闭合干路开关，220V交流输入电压经过整流电路变为直流输出，为气泵提供输入电压，气泵将气体送入棒状高压电极100和多孔通气管200内壁之间的空隙中。同时，220V交流输入电压经升压电路后分别输出一个高压端和一个接地端，高压端连接棒状高压电极100，接地端连接接地电极300，从而实现放电结构在液体中进行气体放电产生等离子体。另外，本实施例的供电系统也满足便携化、即用即取的需求。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。同时，对于本领域的一般技术人员，在不脱离本发明范围和精神的情况下，依据本发明的思想，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改进，所以上述实施例不应理解为对本发明的限制。