一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪

摘要

本发明公开了等离子体杀菌消毒领域的一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪，包括装置外壳及安装于装置外壳内部的放电电极、特斯拉线圈、触控屏、散热扇、内部电路、控制开关和动力锂电池，动力锂电池通过内部电路分别与触控屏、控制开关、特斯拉线圈相连。触控屏可调控方波脉冲信号的脉冲宽度，控制IGBT的导通时间，一方面控制尖端脉冲放电，降低放电射流温度；另一方面同时驱动散热扇联动，当脉宽变宽，IGBT导通时间变大，散热扇转速加快风速加大，达到降低放电射流温度的目的。实现在放电电极产生稳定、持续、高密度的冷等离子体。具备灭菌高效性、普适性、灵活性，能满足医用领域的灭菌需求，同时还具有更小的设备体积，便于携带，操作简单。

说明书

技术领域

本发明等离子体消毒杀菌领域，具体涉及一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪。

背景技术

消毒杀菌是预防感染最有效的手段，传统方式通常采用液体溶剂消毒和高温蒸汽灭菌的方式进行消毒灭菌。但是液体溶剂消毒会导致被消物体表面受到不同程度的侵蚀，进而影响其工作性能，同时还会对环境造成一定的污染。而且消毒剂消毒需根据不同物品特性配制不同浓度，不但使用繁琐，而且杀菌不彻底效果不佳，工作人员长时间接触消毒剂还会对身体健康造成严重威胁。热敏感的医疗器械尤其一些进入人体内部的高精密医疗器材对灭菌的要求极高，既不能高温高压又不可有毒(如：纤维内镜)。现有的物理和化学灭菌方法已不能满足诸如此类医疗用品对热敏感性、无残留性、全方位高效快速灭菌的需求。试验研究发现，空气冷等离子体在医学消毒杀菌领域具有3方面的优势：(1)具有高效性，达到理想无菌水平一般只需要1-2分钟；(2)具有普适性，冷等离子体气体温度接近室温，人体可直接接触，可用于热敏感材料灭菌，从而大大减少一次性医用物品的使用量：(3)具有选择性，等离子体含有大量活性基团可用于伤口止血凝血和促进伤口愈合而对正常肌体细胞没有损伤。

目前，医疗用品的消杀多采用功效全面的高效等离子体消毒杀菌装置，预防感染。

中国专利《一种等离子体医疗器械消毒杀菌装置》(申请号：CN202010118809.X，授权公开号：CN111202857A，授权公开日：2020.05.29)公开了一种等离子体医疗器械消毒杀菌装置，该装置采用电弧放电产生等离子体，产生的等离子体可达到较高密度，和传统消毒杀菌方式相比具有更好的消杀效果。但是放电温度较高对热敏感的医疗器械不能使用，对人体也不绝对安全、不能直接接触。仅能对一些耐热物品进行消毒灭菌。所以该装置功能单一不能满足现有物品的消杀需求。

中国专利《一种微等离子体杀菌消毒装置》(申请号：CN201610751745.0，授权公开号：CN106421837A，授权公开日：2017.02.22)公开了一种微等离子体杀菌消毒装置，采用低温等离子体DBD介质阻挡放电技术，在大气压下产生环形的低温等离子体射流，均匀性好，杀菌时间短的特点。而且能有效的降低当前消毒剂对环境的破坏，从而更加的绿色环保。但反应器结构较复杂、散热性能差、安全性不高，导致使用寿命短。

中国专利《大气压低温等离子体杀菌装置及杀菌方法》(申请号：CN201110206004.1，授权公开号：CN102343106A，授权公开日：2012.02.08)公开了一种大气压低温等离子体杀菌装置及杀菌方法，可以在大气压下产生大面积冷等离子体对封装材料内部进行消毒杀菌，高效节能。但是使用过程需要通入氦气等惰性气体，不仅增加了制作成本，而且使用条件限制了使用的灵活性，无法广泛应用，对于不易封装或者形状不规则的物品(如手术刀)以及边角缝隙全方位的消毒与杀菌也存在问题。

因此，如何能创造一种具有普适性、高效快速作用时间短、处理装置简单便携、灭菌效果佳的装置是目前急需解决的问题。

大气压空气冷密等离子体消毒杀菌技术几乎满足了一种理想灭菌所要求的全部条件，生物医学应用是大气压低温等离子体科研探索和实践应用的重要方向。基于此，本发明设计了一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪，具备灭菌高效性、普适性、灵活性等特点，能满足医用领域各种物品的消毒杀菌需求，且射流电子密度大，作用时间短，射频放电结构简单，成本低廉，安全环保，同时还具有更小的设备体积，便于携带，操作简单，便于使用的优点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪，包括装置外壳及安装于装置外壳内部的放电电极、特斯拉线圈、触控屏、散热扇、内部电路、控制开关和动力锂电池，放电电极位于装置最左端，特斯拉线圈与放电电极相连，触控屏位于特斯拉线圈右侧、散热扇位于装置外壳的内腔最右端，动力锂电池通过内部电路分别与触控屏、控制开关、特斯拉线圈相连，最后输出千伏级的高频高压作用于放电电极，促使放电电极电离周围空气放电，产生冷等离子体。所述内部电路包括充电模块、脉冲调制模块、IGBT、自激驱动电路。

优选的，所述装置外壳由枪头和枪体构成，枪头呈圆台状，由陶瓷纤维材料制成，枪体由绝缘塑料制成且形状易手持。

优选的，所述枪头与枪体使用螺纹连接。

优选的，所述的动力锂电池电压为25V。

优选的，所述壳体最右侧的侧壁开设有通风口，有利于装置散热，通风口为直径5mm的圆孔30个。

优选的，所述手柄底端有电池壳，电池壳与壳体固定连接设置，电池壳内固定设有动力锂电池。

优选的，所述充电模块下侧接口处与USB充电接口电性连接，充电模块上侧接口处与动力锂电池连接，动力锂电池与充电指示灯连接。

优选的，所述动力锂电池产生的直流电供给散热扇、脉冲信号发生器、IGBT、自激驱动电路。

优选的，所述特斯拉线圈，为单管自激特斯拉线圈。由自激驱动电路、初级谐振回路、次级回路构成，其中初级线圈匝数5T，次级线圈匝数70T。

优选的，所述特斯拉放电也称射频放电，利用高频高压使电极周围的空气电离产生低温等离子体，其中等离子体射流电子密度大，实验研究发现电子密度在10

优选的，所述放电电极为金属放电针电极，所述的金属放电针电极呈圆锥状，所述圆锥底面直径0.3cm。所述金属放电针电极插接于次级线圈顶端，所述次级线圈与初级谐振回路充电电容相连。

优选的，所述脉冲调制模块包括脉冲信号发生器。

优选的，所述脉冲信号发生器产生方波信号。

优选的，所述触控屏可调控触发IGBT方波脉冲信号的脉冲宽度。

优选的，所述散热扇的工作额定电压为25V。

有益效果：

与目前技术相比，本发明具有显著的有益效果是：

1、本发明通过脉冲信号发生器产生方波脉冲信号驱动IGBT。触控屏可调控方波脉冲信号的脉冲宽度，控制IGBT的导通时间，一方面可控制尖端脉冲放电，降低放电射流温度；另一方面同时驱动散热扇联动，当脉宽变宽，IGBT导通时间变大，散热扇转速加快风速加大，达到降低放电射流温度的目的。实现在放电电极尖端产生稳定、持续、高密度的冷等离子体。

2、通过驱动散热扇，一方面有利于装置散热，可以防止各组件温度过高导致的发热损坏，另一方面散热扇带动空气流动，降低尖端放电射流温度。此外，与现有的等离子体灭菌装置相比，本发明体积更小，成本更低，易手持，易携带，实用性增强，解决了现有装置功能单一、灭菌低效、应用范围受限、局部处理效果不佳等问题。

3、特斯拉放电也称射频放电，利用高频高压使电极周围的空气电离产生低温等离子体，其中等离子体射流电子密度大，实验研究表明，电子密度在1020m-3～1021m-3的量级。满足消毒杀菌技术对高效性、快速性的要求。

4、所产生的等离子体温度低于40摄氏度，对人体绝对安全，可以直接触摸。

5、结构简单，装置布局合理、使用便捷高效、而且散热性能好、使用寿命长。

6、装置运行稳定，操作简单，应用前景广阔。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的内部电路结构示意图；

图3为本发明装置的实施例结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.装置外壳；101.枪头；102.枪体；2.放电电极；201.尖端圆锥针电极；3.特斯拉线圈；301.初级线圈；302.次级线圈；4.触控屏；5.内部电路；6.散热扇；7.通风口；8.控制开关；9.电池壳；10.动力锂电池；11.USB接口；12.指示灯；13.充电模块；14.动力型锂电池；15.脉冲调制模块；16.自激驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明为一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪，包括装置外壳1及安装于装置外壳1内部的放电电极2、特斯拉线圈3、触控屏4、内部电路5、散热扇6、控制开关8和动力锂电池10，放电电极2设于装置罩壳1内腔一端端部，特斯拉线圈3与放电电极2相连，触控屏4设于特斯拉线圈3右侧，散热扇6设于装置外壳1的内腔远离放电电极2一端，特斯拉线圈3与放电电极2相连，动力锂电池10一方面给散热扇6供电，另一方面通过内部电路5分别与触控屏4、控制开关8、特斯拉线圈3电性连接，最后输出千伏级的高频高压作用于放电电极2，促使放电电极2尖端放电，产生冷等离子体，内部电路5包括充电模块13、脉冲驱动模块15、自激驱动电路16。

其中，装置外壳1是由枪头101和枪体102构成，且枪头101呈圆台状，由陶瓷纤维材料制成，枪体102形状为易手持的柱形结构，枪头101与枪体102使用螺纹连接，枪头101内部包含特斯拉初级线圈301、次级线圈302和尖端圆锥针电极201，放电电极2为金属放电针电极，金属放电针电极呈圆锥状，圆锥底面直径4mm，金属放电针电极插接于次级线圈顶端，次级线圈与初级谐振回路充电电容相连，动力锂电池10电压为25V，装置外壳1靠近散热扇6一端侧壁开设有通风口7且通风口7均匀开设有不低于30个的5mm圆孔，内部电路5由动力锂电池10供电，由触控屏4调控，触控屏4可调控脉冲信号的脉冲宽度，特斯拉线圈3，其中初级线圈匝数5T，次级线圈匝数70T，触控屏4可调控方波脉冲信号的脉冲宽度，控制IGBT的导通时间，一方面可控制尖端脉冲放电，降低放电射流温度，另一方面同时驱动散热扇6联动，当脉宽变宽，IGBT导通时间变长，散热扇6转速加快风速防止各组件温度过高导致的发热损坏，另一方面散热扇6带动空气流动，降低放电射流温度。

本实施例的一个具体应用为：一种手持式医用冷密空气等离子体射流喷枪使用时，充电模块可对锂离子电池进行充电，锂离子电池驱动脉冲信号发生器产生方波脉冲信号驱动IGBT。触控屏可调控方波脉冲信号的脉冲宽度，控制IGBT的导通时间，一方面可控制放电针电极尖端脉冲放电，降低放电射流温度；另一方面同时驱动散热扇联动，当脉宽变宽，IGBT导通时间变大，散热扇转速加快风速加大，达到放电射流降温的目的。实现在放电电极尖端产生稳定、持续、高密度的冷等离子体；

参阅图3所示，枪头内部包含特斯拉初级线圈、次级线圈302和尖端圆锥针电极，放电电极为金属放电针电极呈圆锥状，圆锥底面直径4mm，针电极插接于次级线圈顶端，次级线圈与振荡回路充电电容相连。特斯拉放电过程大致为自激驱动电路作用于初级谐振回路，通过振荡将能量从初级回路传递给次级回路，次级回路接收能量，千伏级的高频高压作用于次级线圈尖端放电电极，电离周围的空气放电，产生低温等离子体。通过加入脉冲调制功能，触控屏可调控方波脉冲信号的脉冲宽度，控制IGBT的导通时间，一方面可控制尖端脉冲放电，降低放电射流温度；另一方面同时驱动散热扇联动，当脉宽变宽，IGBT导通时间变大，散热扇转速加快风速加大，达到降低放电射流温度的目的，实现在放电电极尖端产生稳定、持续、高密度的冷等离子体。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式，显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。