用于提供等离子体流的装置的制造方法_3

文档序号:8227845阅读:来源:国知局
[0044]通常在大约大气压力下产生等离子体,以使得产生用于排出到处理区的活性种类。可视需要采用不显著不同于大气的压力。
[0045]等离子体室116具有在入口与出口之间延伸的第一尺寸Dl和总体上在第一尺寸侧向的第二尺寸D2,其范围显著高于总体上与所述第一和第二尺寸正交的第三尺寸D3。如所示,第一尺寸总体上延伸穿过所述室,第二尺寸延伸横跨所述室,并且第三尺寸在室的厚度上延伸。在这个实例中,板118、120通过间隔器142间隔开,所述间隔器在等离子体室的任一侧上延伸,并且密封室的侧面,并限定室的厚度。
[0046]相应槽缝歧管130、132形成单元入口 112和单元出口 114,并且将气体传递至室入口 140并将非热气态等离子体从室出口 144传递出。歧管130、132具有相应的中心导管134,其从单元入口 112和单元出口 114延伸并且终止于歧管的对端。所述歧管具有相应的凹槽136,其面向等离子体室并且与中心导管连通。所述凹槽接纳板118、120,使得其毗邻定位肩部138。室入口 140是在板之间、在入口歧管130处形成的槽缝,并且室出口 144是在板之间、在出口歧管132处形成的槽缝。中心导管沿着入口和出口槽缝的范围、与室入口和室出口连通,以便将总体上相同量的气体递送并且抽取穿过等离子体室的宽度。在使用中,将气体从入口 112传递、通过导管134并且进入等离子体室116,其中气体被激励以形成等尚子体。
[0047]尽管示出了槽缝歧管,但可以按任何适合的方式形成单元入口和出口,以便增大气体在等离子体室中的分布。
[0048]电极122总体上是平面的,并且在第一和第二尺寸上延伸至实质上更大范围,并且在第三尺寸上延伸至较小范围。电极与等离子体室至少在第二尺寸上是同延的,从而约束可通过所述室、而不暴露至所产生的电场的气体的量。如所示,电极的第二尺寸D2的范围大于所述室,从而与室产生小的重叠,所述重叠有助于确保室的整个侧向范围暴露至由电极产生的电场。(在替代实施方案(未示出)中,电极可采取细网形式,从而提供在整个放电平面上均一分布的许多边缘)。电极的侧面与板的侧面间隔开以减小交叉。即,如果电极的侧面靠近板的侧面,则电场可在板的侧面四周弯曲,而不是穿过等离子体室,并且因此本发明的安排用来将电能聚焦在等离子体室中。
[0049]在这个实例中,第二电极126定位在第二板120的表面上,并且具有与第一电极相似的构造。
[0050]电极和电能源优选被构造成使得在使用中电极在2至8kV的RMS电压下操作。
[0051]在等离子体单元中产生的温度取决于许多不同的参数。对于给定流速、气体组成、单元体积以及单元构造,增大施加至所述单元的电压可增大激发或激活种类的浓度,但还可增大单元的退出口处的气体的温度。第一效应通常是需要的,但第二效应可为不需要的(例如在口腔处理中,其中通常需要保持退出温度低于约41度C)。因此,根据本发明,所述装置设有与装置内的散热器热连通的热导管(图3中未示出),所述散热器在操作中通常处于比等离子体单元低的温度下。热导管因此可使得比在根据本发明的给定口腔处理装置中以其它方式将允许的更高的电压能够施加至所述单元。
[0052]本文参照图3所描述的实施方案的平面型等离子体室在第一尺寸和第二尺寸上是相对宽泛的,而在第三尺寸是薄的。这种构造产生了三个益处。首先,气体在第一尺寸上穿过所述室时,暴露至电场持续相对长的时段。第二,对于第一尺寸上的各单位长度,相对大量的气体暴露至电场,因为第二尺寸上的宽度相对大。第三,室的相对小的厚度确保了通过室的任何气体的最大距离仅是距所述或每个电极的一个短距离,而仍允许合理的气体流动通过所述室。还应注意,等离子体室的内表面积与气体的体积相比是大的,并且因此有益于将热从气体输送走。在图3所示的实例中,室的宽度为约20mm,且长度为约50mm。室的高度优选小于Imm并且更优选为约0.5mm。
[0053]介电板118、120的第一尺寸和第二尺寸也是相对大的,但第三尺寸较薄。在介电介质中,电场的强度在穿过所述介质时减小,并且因此提供薄板允许电场通过,而不显著减小强度。在所示实例中,板具有约50mm的宽度和长度,以及优选小于Imm并且更优选小于0.5mm的厚度。
[0054]然而,应注意许多介电介质在暴露至电场时具有不足够的强度,所述电场足够高以在室中产生大气压等离子体。尽管这些介电质在暴露至低电场时保持极化和电绝缘,但高电场将引起所述介质击穿,并且传导电荷。如果电荷直接穿过介质到达等离子体室,可发生向下游穿过气体到达所治疗的人的电弧放电,并且还产生不需要的活性种类。例如,使用适合的气体如氩或氦,所要求的电极电势可在I至1kV的范围内,并且因此如果板具有Imm的厚度,则介质的介电强度必需大于在I至10kV/mm范围内的对应场强度。氮化销是介电强度为17kV/_的适合材料,并且因此在暴露至足够高的电场以产生等离子体时将不会击穿。另外,与其它介电质如石英相比,AIN可模制成薄的均匀片层。
[0055]板的介电材料的选择进一步受到限制,因为它不仅应具有高介电强度,而且因为在电离过程中等离子体室中的温度增大,另外要求它将热从室中的气体和等离子体传导走。从等离子体室排出的气体混合物的温度取决于其用途,但典型地小于60°C,并且更优选小于40°C。取决于具体安排,由于电离过程可将气体混合物加热至高达100°C,因此必须减小温度。尽管已知的安排在等离子体室下游提供气体和等离子体混合物的冷却作用,但本发明的实施方案避免了对另外的下游冷却装置的需要,而改为在气体仍处于等离子体单元内部时冷却气体和等离子体。因此,本发明的等离子体室的板由具有极高热导率以用于将热从等离子体室中的气体混合物传导走的材料制成。典型地,具有lOOW/m.K以上的高热导率的材料是金属或金属合金(如铜),而介电材料具有相对低的热导率。尽管金属将热从等离子体室传导走,但它们明显不适合作为电绝缘体。类似地,介电材料是良好的电绝缘体,但是差的热导体。氮化铝是具有大约285W/m.K的高热导率的材料。如以上所指示,氮化铝还具有高的介电强度,并且因此在本发明的优选实施方案中,等离子体室的板是由氮化铝制成。
[0056]由于气体冷却发生在等离子体室中,并且在等离子体室的下游不需要独立的冷却装置,因此等离子体室本身可更靠近施用或处理点定位。由于等离子体室中产生的活性种类具有有限的寿命(其可为一秒的部分),因此需要将等离子体产生部位靠近处理区来定位,以增大可用于达成有益结果的活性总类的量。
[0057]图4示出用于根据本发明的装置的等离子体单元的另一实施方案。图4示出的等离子体单元146与图3所示的等离子体单元相似,并且因此类似的特征被给予相同的参考数字,并且将不再详述。
[0058]在图4中,示出变压器148,其形成电能源的部分。变压器通过电线152从位于手持装置的壳体中的低电势电池(未示出)接收电能,并且使电势递升以用于以高电势驱动放电。在这个图中,仅使用一个电极122。适用于携带高电势的电导体150在变压器48与电极122之间延伸。将观察到变压器极接近定位,并且因此导体连接可以是短的,以减小电容损失。变压器在使用过程中产生热损失,并且要求冷却。因此,变压器与电极122(其又定位在热传导板18上)成热且密切接触的定位产生对变压
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