一种医用电弧等离子体降温的方法及其发生器与流程

本发明专利涉及医疗领域，特别提供了一种医用电弧等离子体发生器，及该发生器的工作原理。

背景技术：

等离子体是除固态、液态、气态之外的第四态，宇宙中99％的物质是等离子态。电弧等离子体是低温等离子体的一种，但温度通常也高达5000°k至10000°k，通常用在冶金、切割、喷涂、煤粉锅炉点火等领域，人们利用了电弧等离子体在高温状态下的特性。

近10多年来德国、俄罗斯、日本等国家基于dbd冷等离子体发生器，在医学研究伤口恢复、处慢性溃疡、病毒感染等医学领域取得了令人鼓舞的效果。电弧等离子体发生器具有功率高、功率可调范围广，对工作介质的电离能力强，产生的等离子体活性强等优势，对治疗疾病具有积极作用的no浓度可达10000ppm以上，而用dbd冷等离子体发生器产生的no浓度只有几十至几百ppm，所以电弧等离子体如果加以有效利用，具有更大的医用价值，但由于电弧等离子体温度高、降温难、制造技术复杂等原因，还没有取得重大突破。所以，有必要做一种医用电弧等离子体发生器，在医疗领域推广应用。

技术实现要素：

本发明针对现有的等离子体发生器不适合用于医疗的问题，提供一种医用电弧等离子体发生器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种医用电弧等离子体降温的方法，其特殊之处在于，将由阴极和阳极组件形成的等离子体依次经过启弧过渡段、等离子体成份浓度调节段、落弧段和等离子体降温段，实现经等离子体降温段降温后的等离子体气流温度到气流通道出口降到200℃以下；所述的启弧过渡段、等离子体成份浓度调节段、落弧段和等离子体降温段是通过如下的医用电弧等离子体发生器实现的：所述的等离子体发生器包括同轴布置的旋流器、阴极和阳极组件；所述旋流器为绝缘材料，旋流器与所述阴极和阳极组件之间电隔离，所述阳极组件为一组依次相连的具有导电、导热特性的圆筒体组成，所述阴极与所述阳极组件之间电隔离，所述阳极组件圆筒内孔构成等离子体气流通道，所述阳极组件圆筒外壁面设置有冷却通道。

为了更好的实现等离子体的医用性，可以在上述技术方案的基础上，进一步的强化及改进：

进一步，所述的气流通道出口的等离子体气流温度在40℃至200℃温度。

进一步，所述阴极与阳极组件之间的启弧方式为高频启弧、接触式启弧。

进一步，所述阳极组件启弧过渡段与阴极相邻的启弧端面与阴极前端面之间设置有旋转流动的等离子体发生器工作介质气。

进一步，所述落弧段之后设置有等离子体降温段，等离子体降温段至少由一个圆筒体组成，等离子体降温段的长度根据出口等离子体气流的温度需求设置，温度要求越低长度设置越长，等离子体降温段的出口直径d根据等离子气流的流速设定确定，气流流速不超过600m/s。

进一步，在等离子体成份浓度调节段调节等离子体气流浓度的方法是：调节离子体成份浓度调节介质气的流量来控制浓度调节介质气与工作介质电离产生的等离子体的混合比例，调节出口等离子体气流浓度的目的。

对于气流通道出口的等离子体气流温度的调节方法是：加长等离子体降温段的长度来降低气流通道出口等离子体气流温度；提高冷却介质的入口压力、提高冷却介质流量、降低冷却介质的入口温度来降低气流通道出口等离子体气流温度。

同时本申请中，还提供了为了实现等离子体医用的设备：一种医用电弧等离子体发生器，其特殊之处在于，包括旋流器、阴极、阳极组件、安装外壳、冷却介质输送通道外管和冷却介质输送通道内管；所述的阳极组件包括一体的阳极环、起弧管、浓度调节环和通道管，阳极环和浓度调节环的外径大于起弧管和通道管的外径，起弧管位于阳极环和浓度调节环，浓度调节环位于起弧管和通道管之间，通道管的端部设置有连接台阶，阳极环、起弧管、浓度调节环和通道管轴线上的通道为阳极内通道，调节浓度环设置连通阳极内通道的调节通道和平行于阳极内通道的冷却孔道；

所述的安装外壳为桶形，安装外壳由第一桶体和带有底孔的第一桶底组成，第一桶体的内壁上设置有与阳极环安装的阳极环座，在阳极环座和第一桶底之间的第一桶体的内壁上设置有环状的冷却槽，冷却槽的槽底设置一条冷却通孔，在第一桶体上还设置一条调节通孔；在第一桶体上设置有调节通孔和调节介质进口，调节通孔和调节介质进口位于冷却通孔两侧；

所述的旋流器为圆管状，旋流器的管壁上设置有多条进气孔道；

所述的冷却介质输送通道外管为桶形，冷却介质输送通道外管的第二桶底具有中孔，冷却介质输送通道外管的管壁上开有第二冷却通孔；所述的进水支撑管为直管；

阳极组件的阳极环安装到安装外壳的阳极环座上，通道管穿过第一桶底上的底孔，调节通孔与浓度调节环上的调节通道接通；所述的阴极通过旋流器安装到安装外壳内，阴极的前端与阳极环的内孔间留有间隙；冷却介质输送通道内管套装在通道管外侧并安装到底孔的圆周上，所述的冷却介质输送通道外管套装在冷却介质输送通道内管外侧，并且所述的冷却介质输送通道外管一端固定在安装外壳的第一桶底的外圆周上，第二桶底的中孔处与阳极组件的连接台阶密封连接。

为了更好的实现上述设备的功能，在上述的结构的基础上，做出如下的改进：

所述的安装外壳的开口端安装密封套筒，密封套筒套装在进水支撑管的外侧，进水支撑管成桶形，进水支撑管的开口端与阴极安装，进水支撑管的桶底具有中孔，进水管穿过进水支撑管桶底的中孔并且进水管的端部位于阴极处。

所述的通道管为多节串联管；所述的串联管一端具有内螺纹连接段，另一端具有连接台阶。

在上述的技术方案中：旋流器采用绝缘材料，与阴极和阳极组件之间电隔离，阳极组件为一组依次相连的具有导电、导热特性的圆筒体组成；阳极组件从与阴极相近的一端开始轴向依次分为启弧过渡段(qg)、等离子体成份浓度调节段(nt)、落弧段(lh)和等离子体降温段(jw)，即由阴极端部到浓度调节环之间为启弧过渡段，浓度调节环为等离子体成份浓度调节段，浓度调节环后至通道管前段为落弧段，通道管中大部分为等离子体降温段，等离子体降温段外侧有冷却介质输送通道外管和冷却介质输送通道内管形成的冷却通道；阳极组件内孔构成等离子体气流通道，阳极组件外壁面设置有冷却通道，冷却通道内为不断流动的冷却介质，冷却介质用来强制冷却阳极组件等离子体气流通道内流过的等离子体气流，所有电弧等离子体发生器产生的等离子体气流度从气流通道中流过，经等离子体降温段降温后的等离子体气流温度到气流通道出口降到900℃以下，气流通道出口最佳等离子体气流温度在40℃至200℃温度区间，可用来治疗各种疾病。目的是利用电弧等离子体的高功率、高电弧温度特性电离工作介质，获得高浓度的等离子体气流，同时为了防止电弧等离子体烫伤人体、弧光伤眼以及防止等离子体气流的无序扩散，在等离子体发生器落弧段(lh)之后增加了等离子体降温段(jw)，利用充分降温后的等离子体就更加安全有效。

阴极在等离子体发生器运行过程会有材料的烧损，烧损部分材料包括银、银合金、锆、锆合金、铪、铪合金，钨、钨合金。烧损部分材料用银、银合金作为阴极烧损材料是因为银及银合金经过等离子体电弧烧损后产生纳米银粒子，纳米银粒子具有强的渗透性、杀菌性，可加速伤口愈合，促进组织的修复，有利于疾病的治疗；烧损部分材料用锆、锆合金、铪、铪合金，钨、钨合金是为了提高阴极寿命。

阴极与阳极组件之间的启弧方式为高频启弧、接触式启弧。作用是为了简化设计结构。

阳极启弧过渡段(qg)与阴极相邻的启弧端面与阴极前端面之间设置有旋转流动(是气流经过旋流器作用产生了旋转流动)的等离子体发生器工作介质气。作用是提供旋转的等离子体发生器工作介质。

离子体成份浓度调节段(nt)处设置有旋转流动的离子体成份浓度调节介质气。作用是提供用来调节离子体成份浓度的气体。

落弧段(lh)之后设置有等离子体降温段(jw)，等离子体降温段(jw)至少由一个圆筒体组成，等离子体降温段(jw)的长度根据出口等离子体气流的温度需求设置，温度要求越低长度设置越长，等离子体降温段(jw)的出口直径d根据等离子气流的流速设定确定，气流流速不超过600m/s。作用通过设置等离子体降温段(jw)，设定对气流通道内流动等离子体气流的冷却时间，调节等离子体气流在气流通道出口的温度，通过设置等离子体降温段(jw)的出口直径d的大小可设置等离子体气流的出口流速，满足治疗特殊疾病或特殊治疗部位的需要。

在等离子体成份浓度调节段(nt)调节等离子体气流浓度的方法是：调节离子体成份浓度调节介质气的流量来控制浓度调节介质气与工作介质电离产生的等离子体的混合比例，调节出口等离子体气流浓度的目的。

对于气流通道出口的等离子体气流温度的调节方法是：加长等离子体降温段(jw)的长度来降低气流通道出口等离子体气流温度；提高冷却介质的入口压力、提高冷却介质流量、降低冷却介质的入口温度来降低气流通道出口等离子体气流温度。

在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：

安装外壳的开口端安装密封套筒，密封套筒套装在进水支撑管的外侧，进水支撑管成桶形，进水支撑管的开口端与阴极安装，进水支撑管的桶底具有中孔，进水管穿过进水支撑管桶底的中孔并且进水管的端部位于阴极处。

本发明的优点在于：阳极组内管组成的等离子体的通道，通道外侧的进水支撑管和外套管组成了冷却通道，冷却通道内通可以冲入不断流动的冷却介质，用来强制冷却阳极和内管，等离子体气流通道中的等离子体气流，经等离子体降温段降温后的等离子体气流温度降到几百至几十度，可用来治疗各种疾病，具有安全、舒适、高效等特点。

附图说明

图1为本申请一种医用电弧等离子体发生器的结构及内部等离子体及冷却介质流动示意图；

图2为本申请一种医用电弧等离子体发生器的结构；

图3为安装进水管的医用电弧等离子体发生器的结构；

图4为阳极组件的结构示意图；

图5为图4中的b-b方向结构示意图；

图6为图4中的c-c方向结构示意图；

图7为为安装外壳的结构示意图；

图8为旋流器内部结构示意图。

附图标记记录如下：旋流器(1)，进气孔道(1.1)；阴极(2)；阳极组件(3)，阳极环(3.1)，起弧管(3.2)，浓度调节环(3.3)，通道管(3.4)，连接台阶(3.5)，阳极内通道(3.6)，调节通道(3.7)，冷却孔道(3.8)；冷却介质用来强制冷却阳极组件等离子体气流通道(4)；冷却通道(5)；安装外壳(6)，第一桶体(6.1)，第一桶底(6.2)，带有底孔(6.3)，阳极环座(6.4)，冷却槽(6.5)，冷却通孔(6.6)，调节通孔(6.7)，调节介质进口(6.8)；进水支撑管(8)；进水管(9)；等离子体发生器工作介质气(11)；调节介质气(12)，出口等离子体气流(13)；冷却介质(31)；冷却介质输送通道外管(32)，第二桶底(32.1)，第二冷却通孔(32.2)；冷却介质输送通道内管(33)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种医用电弧等离子体降温的方法(参见图1、2和3)，将由阴极2和阳极组件3形成的等离子体依次经过启弧过渡段、等离子体成份浓度调节段、落弧段和等离子体降温段，实现经等离子体降温段降温后的等离子体气流温度到气流通道4出口降到900℃以下；所述的启弧过渡段、等离子体成份浓度调节段、落弧段和等离子体降温段是通过如下的医用电弧等离子体发生器实现的：所述的等离子体发生器包括同轴布置的旋流器1、阴极2和阳极组件3；所述旋流器1为绝缘材料，旋流器1与所述阴极和阳极组件之间电隔离，所述阳极组件为一组依次相连的具有导电、导热特性的圆筒体组成，所述阴极与所述阳极组件之间电隔离，所述阳极组件圆筒内孔构成等离子体气流通道4，所述阳极组件圆筒外壁面设置有冷却通道5。

所述的气流通道4出口的等离子体气流温度在40℃至200℃温度。

所述阴极2与阳极组件3之间的启弧方式为高频启弧、接触式启弧。

所述阳极组件启弧过渡段与阴极相邻的启弧端面与阴极前端面之间设置有旋转流动的等离子体发生器工作介质气11。

所述落弧段之后设置有等离子体降温段，等离子体降温段至少由一个圆筒体组成，等离子体降温段的长度根据出口等离子体气流13的温度需求设置，温度要求越低长度设置越长，等离子体降温段的出口直径d根据等离子气流的流速设定确定，气流流速不超过600m/s。

在等离子体成份浓度调节段调节等离子体气流浓度的方法是：调节离子体成份浓度调节介质气12的流量来控制浓度调节介质气12与工作介质电离产生的等离子体的混合比例，调节出口等离子体气流13浓度的目的。

对于气流通道4出口的等离子体气流温度的调节方法是：加长等离子体降温段的长度来降低气流通道4出口等离子体气流温度；提高冷却介质的入口压力、提高冷却介质流量、降低冷却介质的入口温度来降低气流通道4出口等离子体气流温度。

实施例2

一种医用电弧等离子体发生器(参见图1-8)，包括旋流器1、阴极2、阳极组件3、安装外壳6、冷却介质输送通道外管32和冷却介质输送通道内管33；所述的阳极组件包括一体的阳极环3.1、起弧管3.2、浓度调节环3.3和通道管3.4，阳极环3.1和浓度调节环3.3的外径大于起弧管3.2和通道管3.4的外径，起弧管3.2位于阳极环3.1和浓度调节环3.3，浓度调节环3.3位于起弧管3.2和通道管3.4之间，通道管3.4的端部设置有连接台阶3.5，阳极环3.1、起弧管3.2、浓度调节环3.3和通道管3.4轴线上的通道为阳极内通道3.6，调节浓度环3.3设置连通阳极内通道3.6的调节通道3.7和平行于阳极内通道3.6的冷却孔道3.8；

所述的安装外壳6为桶形，安装外壳6由第一桶体6.1和带有底孔6.3的第一桶底6.2组成，第一桶体6.1的内壁上设置有与阳极环3.1安装的阳极环座6.4，在阳极环座6.4和第一桶底6.2之间的第一桶体6.1的内壁上设置有环状的冷却槽6.5，冷却槽6.5的槽底设置一条冷却通孔6.6，在第一桶体6.1上还设置一条调节通孔6.7；在第一桶体6.1上设置有调节通孔6.7和调节介质进口6.8，调节通孔6.7和调节介质进口6.8位于冷却通孔6.6两侧；

所述的旋流器1为圆管状，旋流器1的管壁上设置有多条进气孔道1.1；

所述的冷却介质输送通道外管32为桶形，冷却介质输送通道外管32的第二桶底32.1具有中孔，冷却介质输送通道外管32的管壁上开有第二冷却通孔32.2；所述的进水支撑管8为直管；

阳极组件3的阳极环3.1安装到安装外壳6的阳极环座6.4上，通道管3.4穿过第一桶底6.2上的底孔6.3，调节通孔6.7与浓度调节环3.3上的调节通道3.7接通；所述的阴极2通过旋流器1安装到安装外壳6内，阴极2的前端与阳极环3.1的内孔间留有间隙；冷却介质输送通道内管33套装在通道管3.4外侧并安装到底孔6.3的圆周上，所述的冷却介质输送通道外管32套装在冷却介质输送通道内管33外侧，并且所述的冷却介质输送通道外管32一端固定在安装外壳6的第一桶底6.1的外圆周上，第二桶底32.1的中孔处与阳极组件3的连接台阶3.5密封连接。

可以对上述的结构进行如下的细化和改进：所述的安装外壳6的开口端安装密封套筒7，密封套筒7套装在进水支撑管8的外侧，进水支撑管8成桶形，进水支撑管8的开口端与阴极2安装，进水支撑管8的桶底具有中孔，进水管9穿过进水支撑管8桶底的中孔并且进水管9的端部位于阴极处。

所述的通道管3.4为多节串联管；所述的串联管一端具有内螺纹连接段，另一端具有连接台阶。

组装好的医用电弧等离子体发生器，阳极组件3、安装外壳6、冷却介质输送通道外管32和冷却介质输送通道内管33之间形成冷却介质的通道，冷却介质31由冷却通孔6.6和调节通孔6.7进入通道内并在通道内由，调节介质31由通道管3.4和冷却介质输送通道内管33之间通道流入冷却介质输送通道外管32和冷却介质输送通道内管33之间的通道，最后由第二冷却通孔32.2流出完成对等离子体的冷却；由调节介质进口6.8通入调节气体经旋流器1后，调节气体呈螺旋流动而带动等离子体气流旋转流动，可以提高等离子体流的温度交换的速率和效果，最终实现等离子体医用的可能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。