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一种 等离子体射流的安全接地装置

阅读：871发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种等离子体射流的安全接地装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明为了保证低温等离子体射流装置的安全性，提出了一种等离子体射流的安全接地装置。该等离子体射流的安全接地装置包括第一绝缘套管和第二绝缘套管；第一绝缘套管对石英玻璃管形成紧密包裹，第一绝缘套管的内侧面在对应于石英玻璃管外壁的每个环状电极处均为内凹结构，为环状电极留出空气隙，内凹结构处还具有径向贯穿的通道，环状电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道引出；第二绝缘套管套接并固定在第一绝缘套管的外侧，并与第一绝缘套管保持间隙。本发明通过空气层和绝缘介质层对裸露的环状电极包裹起来，进行可靠绝缘，并内置电连接的走线通道，提高了低温等离子体射流装置的安全性，阻止高压电极对手持人体或生物组织放电。，下面是一种等离子体射流的安全接地装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种等离子体射流的安全接地装置，针对射流放电装置的石英玻璃管，石英玻璃管外壁设置有至少一个环状电极，其中一个环状电极为地电极；其特征在于：
该等离子体射流的安全接地装置包括第一绝缘套管和第二绝缘套管；
所述第一绝缘套管对石英玻璃管形成紧密包裹，第一绝缘套管的内侧面在对应于石英玻璃管外壁的每个环状电极处均为内凹结构，为环状电极留出空气隙，内凹结构处还具有径向贯穿的通道，环状电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道引出；
所述第二绝缘套管套接并固定在第一绝缘套管的外侧，并与第一绝缘套管保持间隙。
2.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：环状电极的上端和下端邻接的石英玻璃管部位均被第一绝缘套管紧密包裹，利用环状电极的厚度在轴向上对第一绝缘套管形成卡挡，使第一绝缘套管与石英玻璃管在轴向上位置相对固定。
3.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述地电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及第一绝缘套管与第二绝缘套管之间的空隙，最终从射流放电装置的后端引出。
4.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述第二绝缘套管内嵌金属丝网或内壁均匀粘贴铜箔，作为接地网络；所述地电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及该接地网络，最终从射流放电装置的后端引出。
5.根据权利要求3或4所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述石英玻璃管外壁的环状电极还包括一个或两个高压电极，所述高压电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及第一绝缘套管与第二绝缘套管之间的空隙，最终从射流放电装置的后端引出。
6.根据权利要求5所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述石英玻璃管外壁的环状电极分为一个地电极和两个高压电极，最终分别对接三相插头的三端。
7.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述空气隙的厚度为5mm，对应于空气隙的内凹部厚度为3mm。
8.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述第一绝缘套管由沿套管轴心所在纵截面分割的两瓣以可拆卸的方式拼接固定。
9.根据权利要求8所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述第一绝缘套管的中心通孔分属两瓣的部分，径向尺寸不同；其中一瓣相应的中心通孔半径与石英玻璃管半径相当，另一瓣相应的中心通孔半径为石英玻璃管半径与环状电极厚度之和；所述两瓣的拼接面沿轴向分别设置有相适配的凸条和凹槽，彼此形成卡扣连接；凸条和凹槽的长度小于第一绝缘套管的长度，贯通第一绝缘套管的其中一个端面，以满足两瓣能够自该端面沿轴向相对滑动装配并定位。
10.根据权利要求1所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述第二绝缘套管沿轴向至少分为内径不同的A、B两段环形圆柱，使得第二绝缘套管内部形成一环形台面；A段环形圆柱的内径与第一绝缘套管的外径相当，使得所述环形台面对第一绝缘套管形成轴向上的卡挡限位；环形台面的内径不小于石英玻璃管的外径，使得石英玻璃管超出第一绝缘套管的部分伸入B段环形圆柱一端；用于连接进气口的卡扣组件从另一端插入B段环形圆柱以及石英玻璃管，实现整体轴向固定。
11.根据权利要求10所述的等离子体射流的安全接地装置，其特征在于：所述B段环形圆柱进一步分为内径不同的B1、B2两段环形圆柱，其中处于第二绝缘套管端部的所述B2段环形圆柱的内径大于B1段环形圆柱；所述用于连接进气口的卡扣组件的整体外径大于石英玻璃管的外径，固定安装于B2段环形圆柱内。

说明书全文

一种等离子体射流的安全接地装置

技术领域

[0001] 本发明属于电气工程接地保护技术领域，涉及一种射流放电时安全接地的装置。

背景技术

[0002] 大气压冷等离子体是近年来一个新兴的研究领域，大气压冷等离子体因其在大气压下即可产生、粒子温度接近常温、包含大量活性粒子、粒子颗粒较小、能量集中等优点在众多领域如环境保护、生物医学、纳米制造、芯片刻蚀等领域具有广阔的应用前景。其中，低温等离子体应用于生物医学领域的具体实例如治疗肿瘤、治疗皮肤病、杀灭引起败血症的细菌等。

[0003] 实验室普遍采用介质阻挡放电、沿面放电、滑动弧放电和射流放电装置来产生等离子体，在生物医学的应用领域，针对病灶较深、定点治疗或出于操作方便考虑仪器与人体不能完全接触的情况，要求产生的低温等离子体脱离管口或者装置边缘，因而在上述生物医学应用实例中主要使用射流放电装置产生低温等离子体。

[0004] 射流放电装置的一个形式是针环放电结构，如图1所示，高压针状电极插入石英玻璃管，接高压电源正端(火线)；环状地电极设置于石英玻璃管外壁，接高压电源负端(零线)，实现流经高压针状电极与环状地电极之间的等离子体源正常放电。

[0005] 射流放电装置的另一个形式是双环放电结构，如图2所示，石英玻璃管外壁分别包裹两个环状电极(铜箔)，两环状电极根据放电电压、放电气体和石英玻璃管几何参数确定他们之间的距离。将高压电极接在位置靠近进气口的环电极上，地电极接在位置靠近出气口的环电极上，实现流经高压电极和地电极之间的等离子体源的正常放电。正弦高压和脉冲高压均能使这两种结构正常产生低温等离子体。

[0006] 另外，申请人此前还提出了一种三环放电结构，采用反相双高压输出的电源模块。如图3所示，石英玻璃管外壁沿轴向依次包裹三段环状电极(铜箔)，自进气口至低温等离子体射流出口的方向分别记为第一高压电极、第二高压电极和地电极，相应分别与高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端和地端连接。第一高压电极与第二高压电极的间距h12为第二高压电极与第三高压电极的间距h23的1.5～2.5倍，间距h12和间距h23均与高压电源模块的输出电压幅值为正相关；石英玻璃管的内、外径的比值与高压电源模块的输出电压幅值为负相关。这种三环放电结构能够将玻璃管出口处的射流电压降低到与地电极相同，避免了高压电极向下发展放电发生危险。

[0007] 上述使用各种电源驱动的射流放电结构均能产生符合使用要求的低温等离子体，但是在譬如治疗皮肤病和杀菌的实例中，产生等离子体的装置经常需要手持并与生物组织接触，裸露的高压极和人体及生物组织之间存在放电的危险。因此如何在需要高压驱动的等离子体源中改进接地装置以起到保护人体和不伤害生物组织的目的就成为了一个急需解决的问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的是保证低温等离子体射流装置的安全性，提出一种等离子体射流的安全接地装置。

[0009] 本发明给出的技术方案是：

[0010] 该等离子体射流的安全接地装置针对射流放电装置的石英玻璃管设计，石英玻璃管外壁设置有至少一个环状电极，其中一个环状电极为地电极；该等离子体射流的安全接地装置包括第一绝缘套管和第二绝缘套管；所述第一绝缘套管对石英玻璃管形成紧密包裹，第一绝缘套管的内侧面在对应于石英玻璃管外壁的每个环状电极处均为内凹结构，为环状电极留出空气隙，内凹结构处还具有径向贯穿的通道，环状电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道引出；所述第二绝缘套管套接并固定在第一绝缘套管的外侧，并与第一绝缘套管保持间隙。

[0011] 基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

[0012] 所述环状电极的上端和下端邻接的石英玻璃管部位均被第一绝缘套管紧密包裹，利用环状电极的厚度在轴向上对第一绝缘套管形成卡挡，使第一绝缘套管与石英玻璃管在轴向上位置相对固定。

[0013] 关于地电极的导线具体如何引出，这里给出两种结构设计：

[0014] 第一种：地电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及第一绝缘套管与第二绝缘套管之间的空隙，最终从射流放电装置的后端引出。

[0015] 第二种：第二绝缘套管内嵌金属丝网或内壁均匀粘贴铜箔，作为接地网络；所述地电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及该接地网络，最终从射流放电装置的后端引出。

[0016] 所述石英玻璃管外壁的环状电极还包括一个或两个高压电极，所述高压电极的导线依次经所述空气隙、该径向贯穿的通道以及第一绝缘套管与第二绝缘套管之间的空隙，最终从射流放电装置的后端引出。

[0017] 所述石英玻璃管外壁的环状电极分为一个地电极和两个高压电极，最终分别对接三相插头的三端(地电极对应于三相插头的地端)。

[0018] 所述空气隙的厚度为5mm，对应于空气隙的内凹部厚度为3mm。

[0019] 所述第一绝缘套管由沿套管轴心所在纵截面分割的两瓣以可拆卸的方式拼接固定。

[0020] 所述第一绝缘套管的中心通孔分属两瓣的部分，径向尺寸不同；其中一瓣相应的中心通孔半径与石英玻璃管半径相当，另一瓣相应的中心通孔半径为石英玻璃管半径与环状电极厚度之和；所述两瓣的拼接面沿轴向分别设置有相适配的凸条和凹槽，彼此形成卡扣连接；凸条和凹槽的长度小于第一绝缘套管的长度，贯通第一绝缘套管的其中一个端面，以满足两瓣能够自该端面沿轴向相对滑动装配并定位。

[0021] 所述第二绝缘套管沿轴向至少分为内径不同的A、B两段环形圆柱，使得第二绝缘套管内部形成一环形台面；A段环形圆柱的内径与第一绝缘套管的外径相当，使得所述环形台面对第一绝缘套管形成轴向上的卡挡限位；环形台面的内径不小于石英玻璃管的外径，使得石英玻璃管超出第一绝缘套管的部分伸入B段环形圆柱一端；用于连接进气口的卡扣组件从另一端插入B段环形圆柱以及石英玻璃管，实现整体轴向固定。进一步的，所述B段环形圆柱进一步分为内径不同的B1、B2两段环形圆柱，其中处于第二绝缘套管端部的所述B2段环形圆柱的内径大于B1段环形圆柱；所述用于连接进气口的卡扣组件的整体外径大于石英玻璃管的外径，固定安装于B2段环形圆柱内。

[0022] 本发明具有以下有益效果：

[0023] 在射流放电装置的石英玻璃管上加装第一绝缘套管，通过空气层和绝缘介质层对裸露的环状电极包裹起来，进行可靠绝缘，并内置电连接的走线通道，提高了低温等离子体射流装置的安全性，阻止高压电极对手持人体或生物组织放电。

[0024] 第二绝缘套管内部镶嵌均匀铁丝网或者均匀粘贴铜箔并与地电极可靠连接，使得和外壳接触的人体与外壳和大地形成一个等势体，所有点的电压都是相同的，进一步提高了接地安全性，避免人体触电或损坏生物组织。

[0025] 对于三环放电结构的射流放电装置，通过地电极接三相电源插头的地端，简便有效地保证了此类射流放电装置的接地安全性。附图说明

[0026] 图1为针环电极结构的射流放电装置示意图；其中，101-进气口；102-石英玻璃管；103-高压电极；104-地电极。

[0027] 图2为双环电极结构的射流放电装置示意图；其中，101-进气口；102-石英玻璃管；103-高压电极；104-地电极。

[0028] 图3为三环电极结构的射流放电装置示意图；其中，101-进气口；102-石英玻璃管；103-第一高压电极；104-第二高压电极；105-地电极。

[0029] 图4为本发明安全接地装置的基本结构示意图。

[0030] 图5为第一绝缘套管与环状电极配合的示意图。

[0031] 图6为本发明组装过程示意图。

[0032] 图7为本发明安全接地装置的整体结构示意图(透视图)。

[0033] 图8、图9分别为构成第一绝缘套管的两瓣的结构示意图。

[0034] 图10、图11为图8、图9所示两瓣结构拼接组装后的示意图。

[0035] 图12为在第二绝缘套管内嵌铁丝网或内壁均匀粘贴铜箔的半剖示意图。

[0036] 图4-图12中：

[0037] 1-第一绝缘套管；1a-为环状电极留出的空气隙；1b-径向贯穿的通道；1c-梯形凸条；1d-梯形凹槽；

[0038] 2-第二绝缘套管；21-A段环形圆柱；22-B段环形圆柱；221-B1段环形圆柱；222-B2段环形圆柱；

[0039] 3-两个绝缘套管之间的空隙；

[0040] 4-接地网络；

[0041] 5-用于连接进气口的卡扣组件；

[0042] 102-石英玻璃管；103-第一高压电极；104-第二高压电极；105-地电极。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0044] 如图4、图5所示，该等离子体射流的安全接地装置包括第一绝缘套管1和第二绝缘套管2；第一绝缘套管对石英玻璃管形成紧密包裹，第一绝缘套管的内侧面在对应于石英玻璃管102外壁的每个环状电极处均为内凹结构，形成为环状电极留出的空气隙1a，内凹结构处还具有径向贯穿的通道1b用于走线；第二绝缘套管套接并固定在第一绝缘套管的外侧，并与第一绝缘套管之间存在空隙。

[0045] 环状电极的上端和下端邻接的石英玻璃管部位均被第一绝缘套管紧密包裹，利用环状电极的厚度在轴向上对第一绝缘套管形成卡挡，可使第一绝缘套管与石英玻璃管在轴向上位置相对固定。

[0046] 以三环电极结构的射流放电装置为例，具体如图6-图10所示。对应于第一高压电极、第二高压电极和地电极，第一绝缘套管共设置有三处内凹结构，相应的，每个电极均得到空气层和绝缘介质层的双层保护。其中，空气隙的厚度优选5mm，对应于空气隙的内凹部厚度优选3mm。三个电极的导线经径向贯穿的通道1b最终接至三相插头的三个端子。

[0047] 石英玻璃管、第一绝缘套管、第二绝缘套管的组装方式可以采用现有的多种方式实现，只要满足第一绝缘套管紧密包裹石英玻璃管，第二绝缘套管与第一绝缘套管保持间隙并相对固定即可。

[0048] 这里给出一种较佳的组装方式，其中涉及组件结构的进一步优化：

[0049] 如图6、图7所示，第二绝缘套管沿轴向至少分为内径不同的A、B两段环形圆柱，使得第二绝缘套管内部形成一环形台面；A段环形圆柱的内径与第一绝缘套管的外径相当，使得所述环形台面对第一绝缘套管形成轴向上的卡挡限位；环形台面的内径不小于石英玻璃管的外径，使得石英玻璃管超出第一绝缘套管的部分伸入B段环形圆柱一端；用于连接进气口的卡扣组件从另一端插入B段环形圆柱以及石英玻璃管，实现整体轴向固定。

[0050] 进一步的，B两段环形圆柱进一步分为内径不同的B1、B2两段环形圆柱，其中处于第二绝缘套管端部的所述B2段环形圆柱的内径大于B1段环形圆柱；所述用于连接进气口的卡扣组件的整体外径大于石英玻璃管的外径，固定安装于B2段环形圆柱内。

[0051] 为了便于石英玻璃管的拆装，第一绝缘套管可设计为可拆卸结构，分为两瓣，两瓣的拼接面沿轴向设置分别有相适配的梯形凸条1c和梯形凹槽1d，其中梯形结构的两侧斜边使得两瓣组装后形成卡扣固定。凸条和凹槽的长度小于第一绝缘套管的长度，使得两瓣组装后因凹槽的卡挡形成轴向上的限位。如图8所示，梯形凸条1c的下端与第一绝缘套管的下端还有至少10mm的距离，相应的梯形凹槽1d也是如此(因图9为背面示意图，所以没有明确示意凹槽的截止位置)。

[0052] 进一步的，为了便于安装，考虑沿轴向将上述两瓣进行滑动装配。为此，第一绝缘套管的中心通孔设计为两瓣不同的径向尺寸。其中一瓣相应的中心通孔半径与石英玻璃管半径相当，另一瓣相应的中心通孔半径为石英玻璃管半径与环状电极厚度之和。凸条和凹槽贯通第一绝缘套管的其中一个端面，这样，可以将贴好环形电极的石英玻璃管先放入其中一瓣(紧密接触)，再将另一瓣沿轴向滑动装配。可以考虑将接线设置在径向尺寸较大的这一瓣，导线接头处实际上也是会被压紧的。

[0053] 如图12所示，对于地电极的接线，可在第二绝缘套管内嵌金属丝网或内壁均匀粘贴铜箔，作为接地网络4；地电极的导线依次经第一绝缘套管内凹结构的空气隙、径向贯穿的通道以及该接地网络，最终从射流放电装置的后端引出至三相插头的地端，使得与外壳接触的人体与外壳和大地形成一个等势体，所有点的电压都是相同的，进一步提高了接地安全性。

[0054] 基于本申请披露的内容，本领域技术人员可以认识到，上述实施例的细节并非是对本发明的限定，且本发明同样适用于针环放电结构和双环电极结构的射流放电装置。

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