Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы



Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы
Устройство генерирования плазмы и использование устройства генерирования плазмы

 

H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2543049:

ЗЕ ЮНИВЕРСИТИ КОРТ ОФ ЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ ГЛАЗГО (GB)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при стерилизации товаров и/или дезинфекции поверхностей. Устройство генерирования плазмы содержит первый, запитанный, электрод и вторую конструкцию электрода, расположенную напротив первого электрода. Изолирующий слой помещается между первым электродом и конструкцией второго электрода. Конструкция второго электрода имеет множество частей второго электрода, определяющих части зазора между ними. Ширина частей зазора составляет w. Каждая часть второго электрода имеет переднюю поверхность, и каждая часть зазора имеет переднюю поверхность, разность высоты между передней поверхностью каждой части второго электрода и передними поверхностями смежных частей зазора составляет h, где h составляет не более 0,1 мм, а отношение w/h составляет по меньшей мере 10. Таким образом, передние поверхности частей второго электрода и передние поверхности частей зазора вместе обеспечивают гладкий рельеф. Плазма, сформированная устройством (в воздухе или другом газе, содержащем кислород), образует озон, который может быть использован, чтобы обрабатывать, например, продукты питания. Гладкий рельеф позволяет практически всю плазму генерировать внутри упаковки, стенка которой прижимается к конструкции второго электрода. Технический результат - повышение качества обработки поверхности. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Предпосылки изобретения

Область изобретения

Данное изобретение касается устройства генерирования плазмы и использования устройства генерирования плазмы. Изобретение применяется, в частности, но не исключительно, при стерилизации товаров и/или дезинфекции поверхностей.

Уровень техники

Известно, что электрические разряды могут создаваться преднамеренно, чтобы обеспечивать полезные действия. Например, известно производство озона (O3) с использованием коронного разряда в воздухе при атмосферном давлении. Например, US-A-3,967,131 раскрывает устройство генерации озона коронным разрядом, в котором коронный разряд генерируется между концентрическими электродами, разделенными воздушным зазором и цилиндрическим диэлектрическим (стеклянным) экраном, и подключенными к переменному напряжению около 12000 вольт. Электроды образуются из решетки из нержавеющей стали.

Коронный разряд является формой плазмы, т.е. частично ионизированного газа, включающего долю свободных электронов и ионов, включая нейтральные возбужденные виды.

Производство озона имеет значение, в частности, для приспособлений для стерилизации и обработки воды, поскольку озон может обезвреживать микроорганизмы, такие как бактерии, и при этом сам является нестабильным и превращается в кислород за относительно короткое время. Стерилизация, использующая озон, имеет много потенциальных преимуществ над конкурирующими технологиями, такими как нагревание, химическая дезинфекция, УФ-излучение и ядерное излучение.

US-A-6,007,770 раскрывает устройство и способ для стерилизации объектов, находящихся в замкнутом сосуде, таком как герметический пластиковый пакет. Устройство имеет два параллельных электрода высокого напряжения, обращенных друг к другу двумя параллельными изоляторами, между двумя параллельными изоляторами имеется зазор. Замкнутый сосуд помещается в зазор между параллельными изоляторами. Работа устройства заставляет кислород в замкнутом сосуде превращаться в озон. Электроды работают при напряжении 7-25 кВ.

US-A-6,007,770 раскрывает вариант осуществления, в котором имеется внутренний электрический проводник в замкнутом сосуде. Это позволяет использовать более низкое прилагаемое напряжение. Однако этот документ также объясняет, что если замкнутый сосуд является узким, может не быть необходимости во внутреннем электрическом проводнике в замкнутом сосуде.

Считается, что работа устройства в US-A-6,007,770 будет генерировать озон за пределами замкнутого сосуда, приводя к значительной опасности для пользователя. Кроме того, если в замкнутый сосуд не помещен внутренний электрический проводник, замкнутый сосуд должен иметь очень малую поперечную протяженность (например, до около 10 мм), чтобы ограничивать прилагаемое напряжение. Но даже при этом необходимо использовать высокое напряжение, создавая очень высокое электрическое поле через замкнутый сосуд, результатом которого будет повреждение чувствительных изделий, включая изделия, содержащие электронные компоненты. Более того, когда сосуд содержит проводящие изделия (например, большая часть продуктов питания), расположение этих проводящих изделий будет оказывать влияние на количество производимого озона и может создавать горячие точки, которые повреждают сосуд.

US 2003/0108460 раскрывает способ и устройство для создания поверхностного коронного разряда. Основной электрод и сетчатый электрод разделяются диэлектрическим разделителем. Сетчатый электрод заземляется. Переменное напряжение в 2,5-3,6 кВ при 60 Гц прикладывается к основному электроду, чтобы создавать поверхностный коронный разряд для производства озона. Коронный разряд образуется в отверстиях в сетчатом электроде. US 2003/0108460 раскрывает стерилизацию объектов в пластиковом пакете, таких как ткани, органы, пищевые продукты и т.п. В этом случае крышка пластикового пакета образуется устройством по производству озона, отделенным от остальной части объема пластикового пакета пористой диэлектрической пластиной. Озон, производимый устройством по производству озона, рассеивается по объектам в пластиковом пакете через пористую диэлектрическую пластину. Таким образом, требованием US 2003/0108460 является отсутствие изоляции между устройством по производству озона и объектами в пластиковом пакете, иначе озон не сможет достичь объектов в пластиковом пакете.

Schwabedissen et al. 2007 [A. Schwabedissen, P Lacinski, X. Chen and J. Engemann, “PlasmaLabel - a new method to disinfect goods inside a closed package using dielectric barrier discharges” Contrib. Plasma Phys. 47 No. 7, 551-558 (2007)] раскрывают способ стерилизации, основанный на озоне. WO 2006/039883 предоставляет подобное раскрытие.

Schwabedissen et al. раскрывают генерирование плазмы при атмосферном давлении внутри герметичной упаковки, полагаясь на поверхностный диэлектрический барьерный разряд, поддерживаемый меткой на внутренней поверхности упаковки. Метка включает металлический электрод, здесь обозначаемый как внутренний электрод. Устройство внешнего электрода располагается в контакте с внешней поверхностью упаковки, и сигнал переменного тока высокого напряжения прилагается к устройству внешнего электрода. Устройство внешнего электрода емкостно соединяется с внутренним электродом, тем самым приводя в действие поверхностный диэлектрический барьерный разряд внутри герметичной упаковки и генерируя озон.

Внутренний электрод, используемый Schwabedissen и др., обладает сложной формой. Это нужно для того, чтобы максимизировать длину кромки внутреннего электрода на метке, поскольку напряженность электрического поля на этих кромках является высокой. Металл внутреннего электрода обращен к внутренней стороне упаковки.

Суть изобретения

Изобретатели обратили внимание, что все указанные выше раскрытия прототипов имеют недостатки, например касающиеся безопасности эксплуатации, легкости реализации и/или легкости использования. Кроме того, изобретатели полагают, что один, несколько или все недостатки прототипов могут быть решены с помощью данного изобретения.

Соответственно, в первом предпочтительном аспекте данное изобретение предоставляет устройство генерирования плазмы, содержащее:

первый электрод;

конструкцию второго электрода, расположенную напротив первого электрода;

изолирующий слой, помещенный между первым электродом и конструкцией второго электрода,

где конструкция второго электрода имеет множество частей второго электрода, определяющих части зазора между ними, ширина частей зазора равна w, каждая часть второго электрода имеет переднюю поверхность, и каждая часть зазора имеет переднюю поверхность, разница высоты между передней поверхностью каждой части второго электрода и передними поверхностями смежных частей зазора равняется h, где h составляет не более 1 мм, а отношение w/h составляет по меньшей мере 1.

Во втором предпочтительном аспекте данное изобретение предоставляет использование устройства генерирования плазмы, где устройство генерирования плазмы содержит:

первый электрод;

конструкцию второго электрода, расположенную напротив первого электрода;

изолирующий слой, помещенный между первым электродом и конструкцией второго электрода,

где конструкция второго электрода имеет множество частей второго электрода, определяющих части зазора между ними, ширина частей зазора равна w, каждая часть второго электрода имеет переднюю поверхность, и каждая часть зазора имеет переднюю поверхность, передние поверхности частей второго электрода и передние поверхности частей зазора вместе образуют поверхность обработки упаковки, где разность высоты между передней поверхностью каждой части второго электрода и передними поверхностями смежных частей зазора равняется h, где h составляет не более 1 мм, а отношение w/h составляет по меньшей мере 1,

использование включает расположение упаковки, подлежащей обработке, на поверхность обработки упаковки и эксплуатацию устройства, чтобы генерировать плазму, произведенная плазма в значительной мере полностью располагается в обрабатываемой упаковке.

В третьем предпочтительном аспекте данное изобретение предоставляет приспособление для стерилизации устройства генерирования плазмы согласно первому аспекту и по меньшей мере одну упаковку (а предпочтительно - ряд упаковок), подлежащую обработке.

Теперь будут приведены предпочтительные и/или необязательные свойства. Они могут сочетаться по одному или в любом сочетании с любым аспектом изобретения, если только контекст не требует обратного.

Предпочтительно, передние поверхности частей второго электрода и передние поверхности частей зазора вместе обеспечивают гладкий рельеф. Это является предпочтительным, чтобы плазма генерировалась в значительной мере равномерно по передней поверхности устройства. Это позволяет использовать всю плазму. Кроме того, это позволяет более легко обслуживать (например, очищать) поверхность устройства. Это имеет особую важность, когда устройство используется для обеспечения или поддержания стерильной или дезинфицирующей среды (как в камере, например, для хранения или обработки объектов, подверженных ухудшению свойств под действием бактерий, грибков, вирусов и т.п.).

Предпочтительно, величина h является в достаточной мере малой и/или величина для соотношения w/h является в достаточной мере большой, так что при использовании плазма генерируется в значительной мере полностью (или, в наиболее предпочтительном случае, - только) перед самой передней из передних поверхностей частей второго электрода и передних поверхностей частей зазора.

Возможно, что конструкция второго электрода имеет в значительной мере плоскую конфигурацию. Однако это не является существенным. Второй электрод может иметь любую конфигурацию, которая подходит для задачи генерирования плазмы требуемым образом. Например, второй электрод может иметь выпуклую или вогнутую конфигурацию, по меньшей мере в одном измерении, или в двух измерениях. Рассматривается даже «седлообразная» (выпуклая в одном измерении, вогнутая в ортогональном измерении). Таким образом, термин «передний» предназначен для обозначения положения, которое находится, локально, дальше вперед относительно первого электрода (т.е. отстоит дальше от него), чем относительно второго электрода. Направление вперед может рассматриваться как направление вдоль линии, направленной и от первого электрода, и от второго электрода, эта линия перпендикулярна касательной к общему профилю второго электрода.

Предпочтительно, h составляет не более 0,9 мм, не более 0,8 мм, не более 0,7 мм, не более 0,6 мм, не более 0,5 мм, не более 0,4 мм, не более 0,3 мм, не более 0,2 мм или не более 0,1 мм. В частности, изобретатели нашли, что h в диапазоне 0-0,3 мм обеспечивает превосходную работу.

Предпочтительно отношение w/h составляет по меньшей мере 1. Более предпочтительно, это отношение составляет по меньшей мере 2, по меньшей мере 4, по меньшей мере 5, по меньшей мере 6, по меньшей мере 8, по меньшей мере 10, по меньшей мере 20, по меньшей мере 30, по меньшей мере 40, по меньшей мере 50 или по меньшей мере 100.

Предпочтительно, w составляет от 0,1 до 2, более предпочтительно - от 0,2 до 2 (например, около 0,4, 0,6 или 0,8) разделяющих расстояний между первым электродом и вторым электродом. Это позволяет электрическому полю из первого электрода просачиваться через зазоры контролируемым образом, чтобы более контролируемо образовывать плазму при приемлемых напряжениях. Однако предпочтительный диапазон для w до некоторой степени зависит от формы второго электрода. В настоящее время считается, что оптимальное значение для w для спиральной (или приближенно спиральной) конфигурации для второго электрода составляет около 0,4, тогда как для второго электрода шестиугольной конфигурации w может быть от 0,6 до 0,8, чтобы достигать оптимальной производительности. Расстояние между первым электродом и конструкцией второго электрода может предпочтительно быть в диапазоне 0,1-10 мм, более предпочтительно - в диапазоне 0,1-5 мм или 0,1-2 мм, или в диапазоне 1-10, 1-5 мм или 1-2 мм.

Здесь подразумевается, что измерение h и измерение w/h выполняется в значительной мере без учета случайных неровностей поверхности. Части второго электрода предпочтительно расположены упорядоченно, при этом их упорядоченное расположение является неслучайным. Например, предпочтительно части второго электрода вместе образуют в значительной мере радиальный и/или в значительной мере спиральный узор. Возможны и альтернативные расположения, например сетчатый узор или узор типа медовых сот (например, шестиугольный).

Предпочтительно, части зазора содержат диэлектрический материал. Таким образом, передние поверхности частей зазора представляют собой поверхности из диэлектрического материала.

Каждая часть второго электрода может включать проводящий элемент с покрывающим изолирующим слоем, так что передняя поверхность частей второго электрода представляет собой изолирующую поверхность. Это является предпочтительным, когда желательно покрыть второй электрод в использовании, например защитить второй электрод от ухудшения состояния окружающей среды. Подходящий покрывающий изолирующий слой также может быть более легким в очистке, чем сам второй электрод. Таким образом, термин «часть второго электрода» необязательно следует интерпретировать как требующий лишь проводящей части: подразумевается, что часть второго электрода также включает покрывающий изолирующий слой, если он имеется.

В случае когда имеется изолирующий слой, покрывающий проводящий элемент, этот изолирующий слой предпочтительно протягивается в часть зазора, смежную с частью второго электрода. Таким образом, передняя поверхность части второго электрода и передняя поверхность части зазора могут быть слитными друг с другом и образовываться из одного материала. В одном варианте осуществления это позволяет передней поверхности устройства быть гладкой (например, плоской), не считая случайных неровностей (которые предпочтительно минимизируются). Такое устройство обеспечивает легко очищаемую поверхность. Изолирующий слой может быть таким материалом как стекло, слюда, пластмасса или керамика.

В альтернативных вариантах осуществления каждая часть второго электрода может содержать проводящий элемент, который открыт на передних поверхностях частей второго электрода. Таким образом, второй электрод, как правило, видим пользователю (и пользователь может до него дотронуться). Однако, как правило, конструкция второго электрода соединяется с заземлением. Поэтому второй электрод не несет пользователю никакого риска поражения электротоком. Кроме того, проводящие элементы частей второго электрода предпочтительно по меньшей мере частично встроены в поверхность устройства. Например, передняя поверхность частей зазора может располагаться впереди относительно задней поверхности смежных частей второго электрода. Таким образом, h может быть уменьшено. В таких вариантах осуществления h может быть по существу равным нулю, когда передние поверхности проводящего элемента находятся на одном уровне с передними поверхностями частей зазора.

Первый электрод обычно соединен или может быть соединяемым с источником генерирования сигнала, для приложения сигнала переменного напряжения к первому электроду. Первый электрод обычно располагается внутри устройства и не открывается для контакта с пользователем. Например, первый электрод может содержаться в изолирующей оболочке. Наружная часть оболочки может быть соединена (или быть соединяемой) с заземлением.

Величина сигнала, прикладываемого к первому электроду, предпочтительно составляет по крайней мере 0,5 среднеквадратических кВ, более предпочтительно - по крайней мере 1 среднеквадратический кВ. Величина сигнала, прилагаемого к первому электроду, предпочтительно не превышает 30 среднеквадратических кВ, более предпочтительно не превышает 15 среднеквадратических кВ или не превышает 8 среднеквадратических кВ. Частота сигнала, прилагаемого к первому электроду, предпочтительно лежит в диапазоне кГц, но считается, что устройство работало бы удовлетворительно (хотя и хуже, чем в кГц-диапазоне), если работало бы при 50-60 Гц. Более предпочтительно, частота сигнала, прилагаемого к первому электроду, составляет по меньшей мере 1 кГц. Еще более предпочтительно, частота сигнала, прилагаемого к первому электроду, составляет по меньшей мере 5 кГц или по меньшей мере 10 кГц. Предпочтительно частота сигнала, прилагаемого к первому электроду, не превышает 200 кГц, более предпочтительно не превышает 100 кГц, еще более предпочтительно не превышает 50 кГц. Эти предпочтительные пределы диапазонов для величины и частоты сигнала, прилагаемого к первому электроду, могут сочетаться в любых комбинациях.

Предпочтительно, чтобы устройство работало в импульсном режиме, хотя возможен и непрерывный режим работы. Главная причина, по которой предпочтительным является импульсный режим, - это контроль тепловой нагрузки на упаковку, особенно когда упаковка образована из пластмассового материала. Как правило, могут использоваться коэффициенты заполнения в диапазоне 5-100%. Предпочтительно используются коэффициенты заполнения в диапазоне 30-50%. Обычная длительность цикла составляет от 0,05 с до 2 с. Предпочтительно используются длительности цикла в диапазоне 0,2-0,4 секунды. Например, для 50% коэффициента заполнения с длительностью цикла 0,2 с плазма будет то вырабатываться, то не вырабатываться через каждые 0,1 с.

Возможно, чтобы второй электрод не был соединен с заземлением, но вместо этого к нему прилагался сигнал. В этом случае предпочтительно, чтобы сигнал имел предопределенное фазовое соотношение с сигналом, прилагаемым к первому электроду. Например, сигнал, прилагаемый ко второму электроду, может быть в точности не совпадающим по фазе с сигналом, прилагаемым к первому электроду. Предпочтительно величина сигнала, прилагаемого ко второму электроду, меньше (а более предпочтительно - значительно меньше), чем величина сигнала, прилагаемого к первому электроду. Это позволяет еще более сократить рассеянные электрические помехи от устройства (т.е. сократить рассеянное электрическое поле на расстоянии от устройства).

Предпочтительно изолирующий слой, помещенный между первым электродом и конструкцией второго электрода, полностью заполняет пространство между первым электродом и конструкцией второго электрода. Это является преимуществом, поскольку иначе, если между первым электродом и конструкцией второго электрода имелись бы пространства, заполненные газом, в таких пространствах могла бы генерироваться плазма, что уменьшило бы эффективность и долговечность устройства.

В одной особо предпочтительной конфигурации устройство является подходящим для обработки упаковки. В этом случае передние поверхности частей второго электрода и передние поверхности частей зазора вместе предпочтительно образуют поверхность обработки упаковки. В применении упаковка, подлежащая обработке, размещается на поверхности обработки упаковки. Устройство затем работает, чтобы генерировать плазму. Предпочтительно, произведенная плазма затем в значительной мере полностью располагается внутри упаковки, подлежащей обработке. Значительное преимущество этого состоит в том, что продукт плазмы (например, озон) может образовываться только внутри упаковки, так что пользователь не подвергается воздействию значительных количеств продукта плазмы.

Предпочтительно, поверхность обработки упаковки и упаковка подходят по форме друг другу в использовании, чтобы ограничивать размер зазоров между поверхностью обработки упаковки и упаковкой. Ограничение (или даже устранение) таких зазоров уменьшает объем снаружи упаковки, в котором может образовываться плазма.

Предпочтительно, в использовании, по меньшей мере часть упаковки накладывается на всю конструкцию второго электрода. Таким образом, размер площади части упаковки, которая подходит по форме поверхности обработки упаковки, может быть больше, чем конструкция второго электрода. Это способствует гарантии того, что плазма генерируется только внутри упаковки, а не снаружи упаковки.

Устройство может также иметь прижимное средство, используемое, чтобы прижимать упаковку и поверхность обработки упаковки друг к другу между собой. Например, прижимное средство может обеспечиваться перепадом давления. Это может обеспечиваться всасывающим средством в жидкостной связи с поверхностью обработки упаковки. Предпочтительно поверхность обработки упаковки включает каналы для откачивания воздуха из зазоров между упаковкой и поверхностью обработки упаковки, указанные каналы по желанию обеспечиваются частями зазора между частями второго электрода. Каналы могут образовывать в значительной мере радиальный и/или в значительной мере спиральный узор на поверхности обработки упаковки.

Устройство может также включать по меньшей мере одно уплотнение, предоставленное, чтобы в значительной мере герметически сцепляться с упаковкой в использовании, как вариант, протягиваясь по периметру поверхности обработки упаковки.

Предпочтительно устройство включает средство переключения, действующее, чтобы подавать напряжение на первый электрод, только когда прижимное средство прижало упаковку и поверхность обработки упаковки друг к другу между собой. Например, когда прижимное средство обеспечивается всасыванием, на линии всасывания может быть установлена предопределенная величина падения давления, определяющая соответствующее прижатие упаковки и поверхности обработки упаковки друг к другу между собой. Таким образом, средство переключения может действовать как предохранитель, чтобы не давать устройству генерировать плазму, когда упаковка не прижата к поверхности обработки упаковки.

В альтернативном варианте осуществления поверхность обработки упаковки может быть гибкой, чтобы она была способна приспосабливаться к упаковке, которая будет обрабатываться. Кроме того, поверхность обработки упаковки может быть упругой. Например, до того как поверхность обработки упаковки приспосабливается к упаковке, она может иметь выпуклую форму. Это особо полезно, когда упаковка образована из твердого материала, например стекла или твердого пластика.

Предпочтительно, упаковка включает по меньшей мере один объект, который нужно обработать, выбранный из растительного материала, продовольствия, животного материала, медицинских объектов, офтальмологических объектов и лекарственных или косметических изделий. Особый интерес здесь представляют скоропортящиеся продукты питания, такие как хлебобулочные изделия (такие как свежий хлеб), свежие фрукты, свежие овощи, свежее мясо, свежая рыба и т.п. Однако упаковка может включать только газ, такой как воздух. В этом случае может быть интересно обрабатывать воздух в упаковке так, как указано выше, чтобы использовать обработанный воздух где-то еще, при этом упаковка используется, чтобы содержать и транспортировать обработанный воздух.

Как правило, упаковка является в значительной мере воздухонепроницаемой во время обработки устройством. Упаковка может включать по меньшей мере одно уплотнение для поддержки в значительной мере воздухонепроницаемой целостности, пока упаковка не открывается пользователем. Уплотнение может безвозвратно нарушаться после открытия. В другом случае уплотнение может быть восстанавливаемым после открытия пользователем. Однако это неважно в случаях, когда допускается, чтобы продукты плазмы безопасно просачивались из упаковки.

В альтернативном варианте осуществления можно, чтобы упаковка использовалась как оболочка, чтобы манипулировать одним или более объектами. Такой объект может помещаться в оболочку через герметизируемое отверстие. До, во время или после обработки оболочки с помощью устройства объектом можно манипулировать внутри оболочки, например, чтобы открывать объект или выполнять какие-то другие действия над объектом. Эта манипуляция может осуществляться, когда оболочка включает одну или больше гибких областей манипуляции (как правило, две). Например, гибкая область манипуляции может обеспечиваться частью оболочки в форме перчатки, позволяющей пользователю продевать руку в перчатку, тем самым позволяя пользователю «продевать» руку во внутреннее пространство оболочки, одновременно будучи отделенным от внутреннего пространства оболочки толщиной перчатки, чтобы выполнять манипулирование объектом. Во время этого процесса вся оболочка, включая гибкую область манипуляции, предпочтительно остается в значительной мере герметичной. В сущности, предпочтительной формой такого варианта осуществления является одноразовая перчаточная камера. Этот вариант осуществления является особо предпочтительным, когда объект манипуляции включает один или более биологически опасных материалов, например, для манипуляций в этой области, или просто где одноразовая или складная оболочка может быть оправдана (например, где ее использование было бы нечастым) и где стоимость и/или место для размещения обычной перчаточной камеры не могут быть оправданы.

Упаковка может содержать упаковочную среду при атмосферном давлении или около того. Упаковочная среда предпочтительно включает кислород (например, по меньшей мере 1% кислорода и предпочтительно по меньшей мере 5% или по меньшей мере 10% кислорода). Например, упаковочный материал может быть воздухом. Также предполагается и альтернативная среда. Например, обработка емкости может осуществляться для того, чтобы удалять химически активный газ или загрязняющее вещество из среды внутри упаковки. В одном варианте осуществления токсичное летучее органическое соединение может выделяться материалами (например, клеями), использованными при производстве объекта. Плазма может окислять эти токсичные летучие органические соединения, превращая их в относительно безопасные. В другом варианте осуществления активные виды частиц, сгенерированные плазмой в чистом азоте, могут быть полезными для разрушения особых нежелательных соединений.

Определенные газовые смеси используются в упаковке пищевых продуктов с измененной средой (MAP), для обработки которой предпочтительные варианты осуществления данного изобретения имеют особую пользу. Таким образом, например, среда может содержать повышенный уровень газа, такого как кислород или углекислый газ, обычно используемых в упаковке пищевых продуктов с измененной средой (MAP).

Предпочтительно, чтобы плазма была плазмой, генерирующей озон. Это имеет особый интерес для приспособлений для стерилизации, но данное изобретение не обязательно ограничивается приспособлениями для стерилизации. Как правило, озон генерируется плазмой вследствие образования радикалов и ионов кислорода из молекул кислорода, где реакции между этими тремя видами частиц приводят к образованию озона.

Озон представляет собой прекрасное стерилизующее/дезинфицирующее средство и считается особо полезным для обработки упакованных потребительских товаров, таких как упакованные пищевые или лекарственные продукты. Озон разрушает и может в значительной степени обезвреживать бактерии, грибки, вирусы, споры и т.п. При атмосферном давлении и температуре окружающей среды озон имеет преимущественно короткое время полураспада. После образования озона в упаковке при помощи плазмы количество озона уменьшается со временем, так что когда (через некоторое время после обработки) потребитель открывает упаковку, упаковка содержит мало остающегося озона или вообще не содержит.

Упаковка может быть жесткой, но наиболее предпочтительно является гибкой, по меньшей мере в области, предназначенной для приспособления к генерирующей поверхности устройства. Например, упаковка может включать гибкий полимерный слой. Особенно подходящими являются известные упаковочные пластмассы, такие как полипропилен (PP), двуосно-ориентированные полипропилен (BOPP), полиэтилен (PE), полиэтилентерефталат (PET), сочетания этих материалов и т.п. В случае жесткой упаковки (например, жесткая пластмасса, такая как PET, или в случае стеклянных упаковок) возможно, чтобы устройство приспосабливалось к внешним очертаниям жесткой упаковки.

Предпочтительно, чтобы сама упаковка была в значительной мере без проводящего слоя, такого как металлический слой. Это не исключает возможности того, что упаковка включает отдельные металлические компоненты, такие как крепежные средства (например, скрепки, проволочные скрепления и т.п.), содержащие метал. Однако особо предпочтительно для лучшего генерирования плазмы в упаковке, чтобы упаковка не содержала проводящего слоя, такого как декоративный проводящий слой. Одной причиной этого является то, что включение такого слоя требует изменения упаковки и/или способа упаковки. Напротив, использование предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения обеспечивает стерилизацию предварительно запечатанных упаковок, не требуя добавлять дополнительный компонент к упаковке. Это означает, например, что упаковка может производиться и запечатываться на одной производственной площадке и транспортироваться к устройству для последующей стерилизации. Другой недостаток включения проводящего слоя в упаковку может влиять на качество упакованного продукта. Например, металлическая метка, касающаяся упакованной пищи, может приводить к изменению вкуса, обесцвечиванию и т.п. пищи.

В некоторых вариантах осуществления предпочтительно обеспечивать устройство генерирования плазмы относительно большой общей площадью «основания» для первого электрода и второго электрода. Это позволяет генерировать плазму на соответственно большой площади. Требуемая площадь электрода может предоставляться при помощи использования соответственно больших, одиночных первого и второго электродов. Однако изобретатели обнаружили, что их система является масштабируемой по размеру с помощью модульной компоновки.

Соответственно, в еще одном аспекте изобретения предоставляется система генерирования плазмы, содержащая множество модулей, каждый модуль предоставляет по меньшей мере модульный второй электрод, при этом соответствующие модульные вторые электроды могут собираться в устройство генерирования плазмы согласно первому аспекту, в котором второй электрод предоставляется сборкой модульных вторых электродов.

В системе генерирования плазмы можно, чтобы первый электрод предоставлялся как одиночный (т.е. не модульный) элемент, взаимодействующий с модульными вторыми электродами. Однако предпочтительно, чтобы система содержала модульные первые электроды, установленные в соответствии с модульными вторыми электродами, чтобы предоставлять сборку устройства генерирования плазмы.

Предпочтительно, модульные вторые и/или модульные первые электроды устанавливаются мозаикой, чтобы образовывать требуемый массив электродов. Мозаика предпочтительно обеспечивает относительно равномерное распределение плазмы по поверхности генерирования плазмы.

Другие необязательные свойства изобретения обсуждаются ниже.

Краткое описание графических материалов

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения описываются ниже со ссылкой на сопутствующие графические материалы, на которых

Фиг.1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении устройства в использовании в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.2 представляет собой увеличенное изображение части Фиг.1.

Фиг.3 представляет собой схематический вид в поперечном сечении устройства в использовании в соответствии с другим, более предпочтительным, вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.4 представляет собой схематический вид сверху поверхности обработки упаковки устройства с Фиг.3.

Фиг.5 представляет собой частичный схематический вид в поперечном сечении одного осуществления данного изобретения.

Фиг.6 представляет собой частичный схематический вид в поперечном сечении другого осуществления данного изобретения.

Фиг.7 представляет собой частичный схематический вид в поперечном сечении еще одного осуществления данного изобретения.

Фиг.8 представляет собой схематический вид другого варианта осуществления данного изобретения.

Фиг.9-11 представляют собой схематические виды в поперечном сечении части различных производящих плазму устройств в использовании, показывающие проникновение электрического поля и связанной плазмы в пластиковый пакет, при этом производительность каждого устройства изменяется с промежутком в элементе второго электрода.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления, а также необязательных свойств изобретения

Фиг.1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении приспособления для стерилизации в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Приспособление для стерилизации включает устройство 10 генерирования плазмы и упаковку 12, подлежащую обработке, включающую по меньшей мере один объект (не показывается, но, как правило, - пищевой продукт, такой как свежие фрукты/овощи, или лекарственный препарат, такой как перевязочный материал), содержащийся в упаковке 12.

Упаковка в этом варианте осуществления содержит гибкий мешок, образованный из пластмассового материала, такого как PE. Уплотнение 14 образуется известным способом в ранее открытой области упаковки.

Устройство 10 генерирования плазмы включает корпус 16, образованный из металла и в использовании электрически соединенный с заземлением. Корпус 16 заключает в себе изолятор 18, в который встроен первый, запитанный, электрод 20. Первый электрод 20 электрически соединен с источником генерирования сигнала, высоковольтным источником 22 питания. Высоковольтный 22 источник питания полностью содержится в заземленной металлической оболочке 24.

Устройство имеет поверхность обработки упаковки, которая в значительной мере примыкает к зоне действия второго электрода 26. Второй электрод 26 является металлическим и открыт на поверхности обработки. В других вариантах осуществления второй электрод может покрываться тонким слоем изоляционного материала (или встраиваться в него). Второй электрод 26 лежит над первым электродом 20 и совмещен с ним. Первый и второй электроды могут иметь в значительной мере одинаковую общую площадь поверхности. Первый и второй электроды разделяются тонким слоем изоляционного материала 18.

Уплотнительные средства, в виде отражателей 28 газового потока, предоставляются вокруг поверхности генерирования. Уплотнительное средство предоставляет наклонную, непрерывную поверхность, для уплотнения и стыка с соответствующей частью упаковки. Это позволяет упаковке удерживаться на устройстве в начале процесса стерилизации и позволяет поддерживать уплотнение между упаковкой и уплотнительным средством, когда упаковка прижимается к поверхности обработки упаковки.

Между отражателями 28 газового потока и корпусом 16 предоставляются проходы 30, 32 газового потока, соединенные с вакуум-насосом (не показан). При помощи насоса, когда упаковка поддерживается уплотнительным средством, воздух в пространстве между упаковкой и поверхностью генерирования может быть откачан. Разность давления толкает упаковку к поверхности генерирования и, в конце концов, прижимает упаковку ко второму электроду. Когда уплотнение выполнено (или по меньшей мере улучшено), пониженное давление на вакуумной линии может быть использовано, чтобы включить питание для возбуждения первого электрода.

Конструкция второго электрода тщательно разработана, чтобы избежать образования пузырьков захваченного воздуха между упаковкой и вторым электродом. Например, подходящая конструкция электрода может иметь массив спиральных разветвлений, соединенных в центральном узле и с заземлением на концах. Между разветвлениями образуются каналы, которые позволяют извлекать воздух из пространства между поверхностью генерирования и упаковкой без образования областей, в которых может захватываться воздух. Таким образом, после работы вакуум-насоса, упаковка равномерно прижимается к поверхности обработки упаковки. В этом варианте осуществления h и w описывают форму каналов, которые совпадают с зазорами между частями второго электрода. Специалист легко может измерить эти размеры и может отличить их от случайных неровностей поверхности по причине регулярности расположения частей второго электрода и зазоров между ними. Например, чтобы измерить эти размеры, может быть предпринято измерение профиля поверхности.

Как более ясно показано на Фиг.2, работа первого электрода 20 позволяет сгенерированному электрическому полю «просачиваться» через структурированную форму второго электрода 26 (см. зазоры 27) и в пространство над вторым электродом. Плазма 13 образуется в областях сильного электрического поля, где имеется газ (например, воздух). Когда упаковочный мешок плотно прижимается к поверхности генерирования, слой материала упаковки образует дополнительный изолирующий слой на поверхности генерирования, над верхней поверхностью второго электрода. Однако это незначительно влияет на геометрию электрического поля с практической точки зрения. Плазма затем образуется над слоем упаковочного материала и, следовательно, - внутри упаковки.

В целом, зазор между звеньями второго электрода составляет около 0,2-2 зазора изолятора между двумя электродами и наиболее предпочтительно - около 0,4.

Как более ясно показано на Фиг.2 (увеличенное изображение Фиг.1), плазма полностью образуется в упаковке. Упаковка прижимается у поверхности обработки упаковки, так что величина площади упаковки, прижатой к поверхности обработки упаковки (или, в целом, - прижатой к устройству), больше, чем величина площади второго электрода, и, следовательно, больше, чем величина площади плазмы. Это препятствует тому, чтобы плазма образовалась частично внутри, а частично снаружи упаковки (что иначе может вызвать проблемы у пользователя устройства). Озон, следовательно, создается из газообразного кислорода, содержащегося в упаковке.

Необходимо отметить, что данный вариант осуществления предоставляет несколько важных технических преимуществ. Во-первых, в некоторых устройствах прототипов (например, Schwabedissen et al. 2007) по меньшей мере один запитанный электрод предоставляется открытым на поверхности устройства. Это очень опасно. Напротив, в предпочтительных вариантах осуществления данного изобретения нет открытого компонента, к которому прикладывается высокое напряжение. Это позволяет эксплуатировать данные варианты осуществления в условиях высокой влажности, условиях высокой сырости или даже под водой. Конструкция второго электрода предпочтительных вариантов осуществления означает, что электрическое поле, которое просачивается, уменьшается очень быстро с расстоянием от устройства. Это, в свою очередь, означает, что любые электрические помехи, создаваемые работой устройства, будут очень малыми. Большой размер электродов на устройстве Schwabedissen создает большие поля излучения, вызывая серьезные нормативные проблемы и делая медицинское использование на месте трудным или невозможным.

Также нужно отметить, что особо преимущественным является то, что нет нужды предоставлять металлическую метку в упаковке. Одно ключевое преимущество состоит в том, что не требуется никакой специальной или модифицированной упаковки. Следовательно, предпочтительные варианты осуществления изобретения могут использоваться, не требуя модификации существующих упаковочных линий или упаковочных материалов. Это также имеет выгоду в эффективности и стоимости. Товары, которые уже были изготовлены и упакованы (например, старые, предварительно упакованные медицинские товары), могут быть стерилизованы или повторно стерилизованы перед использованием. Кроме того, отсутствие металлической метки избавляет от проблем контакта металлов с пищей (реакция, вкус и т.п.). В устройстве прототипа проблемы, связанные с металлом, контактирующим с упакованным содержимым, на самом деле могут быть более серьезными при наличии плазмы, стимулирующей нежелательные реакции внутри упаковки.

Как видно на Фиг.2, передние поверхности проводящих элементов конструкции второго электрода показываются на уровне с передними поверхностями смежных частей зазора. Следовательно, в этом конкретном варианте осуществления h равно нулю. Однако может быть, что h не равно нулю, например для обеспечения неглубоких воздухоотводных каналов, как обсуждалось выше. Такая ситуация (h не равняется нулю) возникает, например, если конструкция второго электрода располагается на слое изоляционного материала, покрывающего первый электрод.

Фиг.3 представляет собой изображение модификации варианта осуществления с Фиг.1. Элементы, подобные показанным на Фиг.1, получили те же численные обозначения, что и на Фиг.1, и здесь заново не описываются. На Фиг.3 устройство перевернуто, чтобы материал, подлежащий стерилизации (в упаковке), было легче держать в стороне от области упаковки, подвергающейся обработке плазмой. Конструкция аппарата предусматривает, чтобы мощное электрическое поле проникало в упаковку только на короткое расстояние. Степень проникновения мощного электрического поля показана пунктирной линией на Фиг.3. Как и в отношении Фиг.1, плазма образуется в значительной мере полностью в упаковке 12.

Уплотнительное средство, использованное на Фиг.1, отличается от того, что использовано на Фиг.3. На Фиг.3 уплотнительное кольцо располагается в канале, окружающем конструкцию второго электрода. Уплотнительное приспособление более четко показано на Фиг.4. Уплотнительное кольцо 40 располагается так, чтобы немного выходить из поверхности обработки упаковки (также называемой генерирующей поверхностью). Вакуумные протоки 42 располагаются, чтобы окружать конструкцию 44 второго электрода, которая лежит над первым электродом (показан пунктирной линией как 46 на Фиг.4). Заземленный экран 48 электрически соединен с конструкцией второго электрода, чтобы эта конструкция второго электрода также заземлялась для гарантии безопасной работы.

Фиг.5 представляет собой частичный схематический вид в поперечном сечении одного воплощения данного изобретения. В этом воплощении устройство используется, чтобы обрабатывать упаковку 12. Проводящие элементы второго электрода открыты на поверхности обработки упаковки. Однако, когда упаковка подгоняется к поверхности обработки упаковки, сама стенка упаковки покрывает проводящие элементы второго электрода, предпочтительно не оставляя никаких существенных зазоров между поверхностью обработки упаковки и упаковкой. В результате, когда первый электрод возбуждается, плазма 11 образуется только внутри упаковки 12. Таким образом, озон может производиться только внутри герметичной мешкообразной упаковки. Это имеет особую пользу для обработки пищи, одежды медработников и стерилизации медицинских инструментов. Это также может использоваться, например, для удаления газообразных примесей из герметичной упаковки.

Фиг.6 представляет собой частичный схематический вид в поперечном сечении другого воплощения данного изобретения. На Фиг.6 устройство может использоваться без упаковки, например, для дезинфекции поверхностей. Проводящие элементы конструкции второго электрода располагаются за тонким слоем 60 изолирующего материала, например пластмассы (например, тефлона), керамики, стекла и т.п. Это позволяет генерирующей плазму поверхности устройства быть гладкой, однородной и постоянной, обеспечивая, например, легкую чистку и позволяя второму электроду быть полностью спрятанным. Такое устройство может быть встроено в стены кабинетов биологической защиты, холодильника (например, домашнего холодильника), микроволновой печи, посудомоечной машины, урн для мусора (отбросов) и т.п., обеспечивая стерилизацию и контроль над запахом. Такое устройство также может быть встроено, например, в крышку емкости для косметики.

Фиг.7 представляет собой изображение модификации Фиг.6, в которой изолирующий слой 60 отсутствует. Подразумевается, что такое устройство имеет приспособления, подобные приспособлениям устройства с Фиг. 6.

Фиг.8 представляет собой схематическое изображение другого варианта осуществления данного изобретения. В этом варианте осуществления, как показано на Фиг.8 слева, устройство имеет приспосабливаемую поверхность обработки упаковки. Первый электрод 70 располагается на одной стороне упругого гибкого изолирующего слоя 72 (например, образованного из изолирующего силиконового полимера), а конструкция 74 второго электрода располагается на передней стороне упругого гибкого изолирующего слоя 72. Первый и второй электроды могут быть образованы, например, из проводящего силиконового полимера. Перед использованием конфигурация упругого гибкого изолирующего слоя 72 (а следовательно, и электродов) является выпуклой. Однако прижатая к упаковке (например, стеклянной или пластиковой бутылке 76), поверхность обработки упаковки приспосабливается к форме упаковки. Целью здесь является гарантировать, что вся конструкция второго электрода прижата к стенке упаковки, чтобы плазма, сгенерированная вследствие последующего возбуждения первого электрода, полностью образовывалась в упаковке, таким образом, чтобы образовывать озон только внутри упаковки. Это устройство не требует вакуум-насоса, так что может быть меньше и изготавливаться дешевле, чем устройство с Фиг.1. Как будет понятно, это особо интересно для обработки жестких упаковок. Здесь следует отметить, что Фиг.8 является схематической. В частности, изображение на Фиг.8 справа показывает, что на верхнем и нижнем краях второй электрод неплотно касается стенки бутылки. Однако для практических осуществлений данного изобретения предпочтительно, чтобы весь второй электрод прижимался к стенке бутылки плотно. Это для того, чтобы предотвратить генерирование плазмы за пределами бутылки.

Здесь интересно рассмотреть преимущества данных устройств над известными устройствами. Например, при использовании устройства US-A-6,007,770, озон производится как внутри, так и снаружи упаковки, представляя значительную опасность для пользователя и требуя, чтобы во избежание опасности устройство эксплуатировалось в герметичной оболочке. Однако с использованием предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения озон производится только внутри упаковки при ее наличии и с автоматическим определением безопасных рабочих условий, например, на основе давления на вакуумной линии.

Кроме того, в US-A-6,007,770 можно лишь обрабатывать очень тонкие упаковки (например, общей толщиной только до 10 мм), если только в пакете не размещается сложная электродная конструкция (см., например, Фиг.3 указанного документа). Даже тогда требуются очень высокие напряжения. С помощью предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения можно обрабатывать произвольные упаковки, при условии, что доступна небольшая площадь одной стороны упаковки.

В US-A-6,007,770 все содержимое пакета подвергается воздействию очень сильного электрического поля, препятствуя стерилизации многих чувствительных изделий, особенно содержащих электронику. Точное расположение проводящих изделий в контейнере, как правило, тоже вероятно будет оказывать существенное воздействие на количество производимого озона, а также может вызывать появление горячих точек, которые повреждают пакет. В предпочтительных вариантах осуществления данного изобретения область электрического поля ограничивается малым объемом, близким ко второму электроду, так что содержимое упаковки не влияет на количество производимого озона, а также содержимое упаковки не подвергается воздействию сколько-либо значительного электрического поля.

Что касается US 2003/0108460, считается, что большая часть плазмы, производимой устройством этого документа, будет производиться в пространствах между проволокой сетчатого электрода. Поскольку область наибольшей интенсивности электрического поля (где образуется плазма) в US 2003/0108460 возникает в этой области, это делает невозможным обработку упаковки так, чтобы плазма образовывалась полностью внутри упаковки, если только устройство генерирования плазмы целиком не располагается внутри упаковки.

В еще одном варианте осуществления (не показывается) устройство может быть образовано в конфигурации, позволяющей вставлять его в упаковку или контейнер. Например, устройство может быть сконфигурировано так, что конструкция второго электрода располагается на вставной конструкции, вставная конструкция имеет такую форму и размер, чтобы позволять вставлять ее в упаковку или контейнер. Первый электрод устанавливается в соответствии с конструкцией второго электрода. Особый интерес здесь представляет обработка упаковок и контейнеров с относительно узкими отверстиями, по сравнению с их общим размером, таких как бутылки. Вставка вставной конструкции в такие отверстия и эксплуатация устройства, чтобы генерировать плазму, позволяет обрабатывать внутреннюю часть упаковки или контейнера, включая содержимое упаковки или контейнера. Устройство может быть приспособлено герметично соединяться с отверстием упаковки или контейнера, по тем же причинам, что отмечены выше для герметичного соединения упаковки с устройством. Предоставление гладкой и однородной поверхности обработки упаковки позволяет легко очищать устройство.

Подходящие упаковочные конструкции, подлежащие обработке предпочтительными вариантами осуществления, могут также включать лоточные упаковки. Такие упаковки, как правило, встречаются в местах размещения промышленных производственных линий, особенно в пищевой промышленности.

Предпочтительно, чтобы устройство работало в импульсном режиме, хотя возможна работа и в непрерывном рабочем режиме. Главная причина, по которой предпочтительным является импульсный режим, - это контроль тепловой нагрузки на упаковку, особенно когда упаковка образована из пластмассового материала. В предпочтительных вариантах осуществления используются коэффициенты заполнения в диапазоне 30-50%, с длительностями цикла в диапазоне 0,2-0,4 секунды. Например, для 50% коэффициента заполнения с длительностью цикла 0,2 с плазма будет то вырабатываться, то не вырабатываться через каждые 0,1 с.

Что касается опытного образца (в значительной мере согласно Фиг.1), далее будут даны некоторые данные о рабочих характеристиках. Здесь отмечается, что прототип необязательно является оптимизированным.

Концентрации озона: можно производить до 700 ppm озона в воздухе в изолированном пакете. Изобретатели полагают, что значительно более высокие концентрации озона могут быть получены с помощью их опытного образца, но они ограничены возможностями диагностики. Считается возможным получить существенно более высокие концентрации, если газ в пакете является чистым кислородом.

Скорость производства озона: можно производить до 72 мг озона в секунду на квадратный метр генерирующей области. Эти цифры были получены для устройства-прототипа со 100%-ным коэффициентом заполнения через 35-микронную полипропиленовую пленку при помощи плазмы, генерируемой в воздухе. Следовательно, например, чтобы получить концентрацию озона 100 ppm в 1-литровом контейнере при помощи электрода 10 x 10 см, требуется около 0,25 с. Скорость производства озона может быть в значительной мере улучшена при помощи более высокой концентрации кислорода (например, с использованием чистого кислорода). На практике обычно используется импульсное устройство (обычно коэффициент заполнения около 50%, длительность цикла 0,2-1 с).

Потребление энергии: Для вышеуказанной скорости генерирования озона потребление энергии прототипа составляет 33 кВт на метр квадратный. Таким образом, для электрода 10 x 10 см потребление энергии составляет 330 Вт.

Фиг.9-11 показывают воздействие промежутков во втором электроде на проникновение электрического поля в пластиковый пакет и, таким образом, на образование плазмы в пространстве внутри пластикового пакета.

На каждой из Фиг.9-11 (но пронумеровано только на Фиг.9) второй электрод 100 встроен в диэлектрический слой 102. Пластиковый пакет 104 располагается в тесном контакте с поверхностью диэлектрического слоя 102. Возбуждающее напряжение прилагается к первому электроду (не показан), величина возбуждающего напряжения составляет 10 среднеквадратических кВ на Фиг.9, 3 среднеквадратических кВ на Фиг.10 и 0,7 кВ на Фиг.11. Второй электрод заземлен. В результате некоторое электрическое поле проникает через второй электрод. Фиг.9-11 показывают контуры напряженности 108 электрического поля и получающуюся в результате плазму 106. Как понятно из описания вышеприведенных предпочтительных вариантов осуществления, желательно образовывать однородную плазму внутри пластикового пакета, чтобы плазма или электрическое поле не проникали слишком далеко в пакет.

На Фиг.9 расстояние между частями второго электрода составляет 0,2 мм. Как показано, это слишком мало. Требуется очень высокое возбуждающее напряжение (это дорого и менее безопасно). Однако производится сравнительно однородная плазма. Электрическое поле быстро убывает с удалением от устройства.

На Фиг.10 расстояние между частями второго электрода составляет 0,4 мм. Это оказывается оптимальным расстоянием для этого устройства. Производится более толстый слой однородной плазмы, при гораздо более низком возбуждающем напряжении, чем на Фиг.9. Электрическое поле весьма локализовано поблизости конструкции второго электрода и не проникает далеко внутрь пакета.

На Фиг.11 расстояние между частями второго электрода составляет 1,8 мм. Как показано, это слишком много для этого устройства. Образуется лишь прерывистая плазма, покрывающая только небольшую площадь конструкции второго электрода. Электрическое поле протягивается на значительное расстояние от поверхности устройства, рискуя повредить содержимое пакета и создавая электрические помехи. Однако необходимо отметить, что требуется лишь небольшое возбуждающее напряжение.

В некоторых вариантах осуществления необходимо обеспечивать устройство генерирования плазмы относительно большой общей площадью «охвата» для первого электрода и второго электрода. Это позволяет генерировать плазму на соответственно большой площади. Требуемая площадь электрода может обеспечиваться путем использования соответственно больших, одиночных первого и второго электродов. Однако более предпочтительно обеспечивать требуемый размер устройства пропорциональным увеличением, используя модульную конструкцию. Следовательно, подходящая система генерирования плазмы содержит множество модулей, каждый модуль предоставляет модульный первый электрод и модульный второй электрод. Эти модули могут собираться, позволяя модульным электродам составлять мозаику, чтобы предоставлять требуемую электродную конструкцию с подходящим основанием для применения в работе. Мозаика предпочтительно обеспечивает сравнительно равномерное распределение плазмы по поверхности генерирования плазмы.

Кроме того, можно, чтобы форма поперечного сечения второго электрода приспосабливалась для оптимизации производительности устройства. Например, форма поперечного сечения второго электрода может быть эллиптической.

Первый электрод может иметь такую конструкцию, чтобы способствовать оптимизации производительности устройства. В частности, первый электрод не обязан быть полностью плоской конструкцией. Первый электрод может включать выступы (предпочтительно гладкие выступы). Эти выступы могут предоставляться в соответствии с соответствующими особенностями формы второго электрода, например с зазорами во втором электроде. Выступы могут предоставляться в виде одной или больше волн. Выступы предпочтительно увеличивают выработку электрических полей, создающих плазму, на поверхности устройства. Предпочтительно, чтобы первый электрод был непрерывным электродом, без зазоров, образованных в нем.

Данное изобретение не рассматривается как ограниченное применением в области пищевых продуктов. Другие применения данной технологии находятся в областях электроники, в очистке стекла или других поверхностей, в автотранспорте, при использовании во временных туалетах и отхожих ямах, чтобы контролировать запах и распространение заболеваний по причине воздействия на отходы человеческой жизнедеятельности переносчиков болезней, распространяющихся по воздуху.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны на примере. Модификации этих вариантов осуществления, другие варианты осуществления и их модификации будут очевидны специалисту по прочтении этого описания и, соответственно, включены в объем данного изобретения.

1. Устройство генерирования плазмы, содержащее:
первый электрод;
конструкцию второго электрода, расположенную напротив первого электрода;
изолирующий слой, помещенный между первым электродом и конструкцией второго электрода,
где конструкция второго электрода имеет множество частей второго электрода, определяющих части зазора между ними, ширина частей зазора составляет w, каждая часть второго электрода имеет переднюю поверхность, и каждая часть зазора имеет переднюю поверхность, разность высоты между передней поверхностью каждой части второго электрода и передними поверхностями смежных частей зазора составляет h, где h составляет не более 0,1 мм, а отношение w/h составляет по меньшей мере 10.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что w составляет от 0,2 до 2 разделяющих расстояний между первым электродом и вторым электродом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что части второго электрода вместе образуют в значительной мере радиальный и/или в значительной мере спиральный узор.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая часть второго электрода включает проводящий элемент с покрывающим изолирующим слоем, так что передняя поверхность части второго электрода является изолирующей поверхностью.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что изолирующий слой, покрывающий проводящий элемент, протягивается в часть зазора, смежную с частью второго электрода, так что передняя поверхность части второго электрода и передняя поверхность части зазора являются слитными друг с другом.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что каждая часть второго электрода содержит проводящий элемент, который открыт на передних поверхностях частей второго электрода.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конструкция второго электрода соединена с заземлением.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый электрод соединен или является соединяемым с источником генерирования сигнала, для приложения сигнала переменного напряжения к первому электроду.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый электрод содержится в изолирующей оболочке.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что является пригодным для обработки упаковки, при этом передние поверхности частей второго электрода и передние поверхности частей зазора вместе образуют поверхность обработки упаковки, причем, когда упаковка, подлежащая обработке, размещена на поверхности обработки упаковки, устройство пригодно для генерирования плазмы, при этом плазма в значительной мере полностью расположена внутри упаковки, подлежащей обработке; и необязательно в котором каждая часть второго электрода включает проводящий элемент с покрывающим изолирующим слоем, так что передняя поверхность части второго электрода является изолирующей поверхностью.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки и упаковка приспосабливаются друг к другу в использовании, чтобы ограничивать размер зазоров между поверхностью обработки упаковки и упаковкой.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, в использовании, по меньшей мере часть упаковки размещается над всей конструкцией второго электрода, так что величина площади части упаковки, которая приспосабливается к поверхности обработки, больше, чем конструкция второго электрода.

13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что также имеет прижимное средство, используемое, чтобы прижимать упаковку и поверхность обработки упаковки друг к другу между собой.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что прижимное средство обеспечивается всасывающим средством в жидкостной связи с поверхностью обработки упаковки.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки включает каналы для откачивания воздуха из зазоров между упаковкой и поверхностью обработки упаковки, при этом указанные каналы по желанию обеспечиваются частями зазора между частями второго электрода.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что каналы обеспечиваются в значительной мере радиальным и/или в значительной мере спиральным узором на поверхности обработки упаковки.

17. Устройство по любому из пп.14-16, отличающееся тем, что также включает по меньшей мере одно уплотнение, предоставленное, чтобы в значительной мере герметически сцепляться с упаковкой в использовании, необязательно протягиваясь по периметру поверхности обработки упаковки.

18. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки является гладкой и плоской.

19. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки является гибкой, чтобы она была способна приспосабливаться к упаковке, которая будет обрабатываться.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки является упругой.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что поверхность обработки упаковки является выпуклой, по меньшей мере до того как она приспособлена к упаковке.

22. Приспособление для стерилизации упаковок, содержащее устройство генерирования плазмы по любому из пп.12-21 и по меньшей мере одну упаковку, подлежащую обработке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться, в частности, в качестве электроракетного двигателя. Катод (1) и два электрически изолированных анода (2, 3) образуют ускорительный канал эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ).

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии в тепловую посредством дугового разряда в генераторе низкотемпературной плазмы (плазмотроне) и может быть использовано в энергетике для розжига и подсветки пылеугольного факела в топочных устройствах, в металлургической и химической промышленности, для получения ультрадисперсной сажи, которая является сырьем для получения наноструктурированного технического углерода.

Ускоритель плазмы предназначен для получения тяги при перемещении космических объектов и в технологии для получения композитных порошков, напыления и обработки материалов.

Предложен анодный узел вакуумно-дугового источника катодной плазмы. Изобретение может быть использовано в основном в прямолинейных источниках вакуумно-дуговой катодной плазмы с фильтрацией от макрочастиц в комплекте с различными вакуумно-дуговыми испарителями и с плазмоводами для транспортировки плазмы.

Изобретение относится к области плазменных технологий и может быть использовано при разработке и создании источников высокоинтенсивных потоков частиц для научных и технологических применений.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрического нагрева газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазмотронах при проведении различных технологических процессов, в частности для подогрева расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ в металлургической промышленности, а также научных исследований высокотемпературных процессов.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами.

Изобретение относится к технологии термической обработки твердых диэлектрических тел, включая их разрушение, в частности тел с низким коэффициентом поглощения электромагнитного излучения (горные породы, строительные материалы и пр.), и может быть использовано в горном деле и строительстве.

Изобретение относится к области плазменного нанесения покрытий. Установка плазменного нанесения покрытий или обработки поверхности подложки (3) содержит рабочую камеру (2), которая является вакуумируемой и в которой может быть размещена подложка (3) и плазменная горелка (4) для создания плазменной струи (5) нагреванием технологического газа, причем плазменная горелка (4) имеет сопло (41), через которое плазменная струя (5) может выходить из плазменной горелки (4) и простираться вдоль продольной оси (А) в рабочей камере (2).

Группа изобретений относится к области физической электроники и может использоваться как источник непрерывных или импульсных пучков электронов с энергией до 10-20 кэВ в газах среднего давления (0,1-10 кПа).

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к способам создания плазменных антенн. Способ создания импульсной плазменной антенны включает облицовку внутренней поверхности выемки в заряде взрывчатого вещества, инициирование заряда взрывчатого вещества со стороны, противоположной выемке, и метание материала облицовки в окружающее пространство со скоростью, достаточной для ионизации ионизируемого материала при их движении в атмосфере, с формированием плазменной антенны. Облицовка выполняется из легких металлов, например алюминия или алюминиевых сплавов, сжимается продуктами детонации на ось симметрии заряда с формированием массивного компактного безградиентного или малоградиентного кумулятивного тела в окружающем пространстве, взаимодействия тела при его полете с атмосферой с формированием ударной волны и спутного следа, термической ионизацией воздуха, нагревом материала поверхности тела, его разрушением и поступлением в спутный след, при этом плазменная антенна формируется за высокоскоростным телом из ионизированного воздуха и ионизованных продуктов разрушения кумулятивного тела. Технический результат - увеличение длины формируемой антенны. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП). Плазменная пылеугольная горелка состоит из двух соосных, коаксиально расположенных труб различного диаметра, внутренней трубы 1 первой ступени и внешней трубы 2 второй ступени, со встроенным в торце внутренней трубы 1 электродуговым плазмотроном 4. Горелка дополнительно снабжена двумя отдельными регулируемыми каналами подачи воздуха: один - для подачи дополнительного воздуха во внутреннюю трубу 1 первой ступени, второй - для подачи дополнительного воздуха во внешнюю трубу 2 второй ступени. При этом каналы для подачи воздуха выполнены в виде труб 6 и 7 с тангенциальным входом, которые установлены перпендикулярно соосным трубам: внутренней 1 и внешней 2, и жестко соединены с ними. На выходе питателей 10 и 11 установлены шибера 18 и 19 с возможностью регулирования расходов аэросмеси. Электродуговой плазматрон 4 установлен вдоль горизонтальной оси внутренней трубы 1. Изобретение позволяет регулировать коэффициент избытка воздуха пылеугольной смеси в разделенных каналах подачи пылеугольной смеси за счет подачи дополнительного воздуха в эти каналы, а также регулировать процесс ЭТХПТ в горелке. 2 ил.

Изобретение относится к плазменному устройству для химического осаждения покрытия из паровой фазы (CVD) на подложку в виде пленки или листа. Устройство включает вакуумную камеру, пару роликов для напыления, расположенных в вакуумной камере, вокруг которых намотана подложка, которая является мишенью для осаждения, и генерирующую магнитное поле секцию, которая генерирует генерирующее плазму магнитное поле на поверхности роликов для напыления, формируя участок для осаждения, на котором напыляют покрытие на упомянутую подложку. Пара роликов для напыления включает первый ролик для напыления и второй ролик для напыления, отделенный от первого ролика для напыления промежутком таким образом, что оси упомянутых роликов параллельны. Генерирующая магнитное поле секция расположена таким образом, что первый участок для напыления сформирован в контрпространстве, которое представляет собой пространство между парой роликов для напыления. Второй участок для напыления сформирован на участке, смежном с поверхностью роликов для напыления. Данный участок находится вне контрпространства. Разработано устройство, обеспечивающее непрерывное осаждение покрытия методом CVD с высокой производительностью. 6 з.п. ф-лы,8 ил.

Изобретение относится к области плазменной обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности. Технический результат - повышение надежности работы плазматрона при нанесении покрытий из порошков веществ с различной температурой плавления, упрощение конструкции плазматрона и улучшение эксплуатационных и физико-механических характеристик покрытий. В плазматроне, содержащем катод с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, сопло-анод, изолятор, завихрительный блок с тангенциальными отверстиями, систему водоохлаждения, канал одновременного ввода плазмообразующего газа и порошка, организуется работа дуги не в дозвуковой части, а в сверхзвуковой части сопла-анода. При этом цилиндрическая термоэмисионная вставка катода выполнена в виде центрального тела сопла-анода, суммарная площадь поперечных сечений тангенциальных отверстий завихрительного блока равна площади щелевого зазора между стенкой сопла-анода и цилиндрической термоэмиссионной вставкой катода, конец которой совпадает с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода. 2 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к электроразрядным устройствам типа “плазменный фокус”, и может быть использовано в качестве генератора разовых импульсов рентгеновского и нейтронного излучений для исследовательских и прикладных задач. Устройство содержит газоразрядную камеру, состоящую из двух сферических металлических электродов, разделенных изолятором, генератор импульсных токов - конденсаторную батарею с высоковольтным включающим коммутатором, генератор рабочего газа с источником электрического питания, а также шунтирующий коммутатор, который расположен на тыльной части электродов вне камеры и выполнен, например, в виде цилиндрического разрядника с высоковольтным электродом и корпусом, на котором размещены искровые источники поджига. В качестве коммутатора возможно также использование сборки промышленных высоковольтных полупроводниковых коммутаторов. Технический результат - минимизация поступления примесей - продуктов эрозии электродов и межэлектродного изолятора - в разрядную камеру, повышение ресурса работы источника излучения, а также выхода проникающего излучения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия. При этом пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд. Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии лазера. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), составной частью которых является катод как генератор плазмы. Технический результат - повышение ресурса работы катода за счет уменьшения распыления стенок отверстий диафрагмы эмиттерного узла высокоэнергетичными ионами из плазмы, находящейся снаружи катода. Катод плазменного ускорителя по первому варианту содержит поджигной электрод, выполненный в виде стакана с выходными отверстиями, охватывающий эмиттерный узел, эмиттеры которого охвачены единым корпусом и выполнены в виде полых цилиндрических втулок с расположенной со стороны выхода рабочего тела диафрагмой. В диафрагме напротив каждого эмиттера выполнено отверстие, причем оси эмиттеров и отверстий в диафрагме совпадают. При этом ось любого выходного отверстия в основании поджигного электрода не совпадает с осью каждого отверстия в диафрагме эмиттерного узла. Количество выходных отверстий в основании поджигного электрода может совпадать с количеством отверстий в диафрагме. Кроме того, в основании поджигного электрода может быть выполнено одно выходное отверстие. Причем на внешней торцевой поверхности диафрагмы эмиттерного узла в зонах, расположенных напротив отверстий поджигного электрода, могут быть выполнены утолщения. Во втором варианте изобретения отверстия для выхода рабочего тела расположены на боковой поверхности поджигного электрода. При этом оси выходных отверстий поджигного электрода могут не пересекаться с осью симметрии поджигного электрода. Кроме того, внешняя торцевая поверхность эмиттерного узла может быть снабжена защитным кожухом. Кожух выполняют из материала, имеющего повышенную стойкость к распылению частицами с высокими энергиями, например, из углерода.2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано в полупроводниковой и других отраслях промышленности, где необходима модификация поверхностей материалов. Способ включает генерацию плазмы ионов бора в импульсном сильноточном магнетронном разряде, параметры которого достаточны для реализации режима самораспыления мишени из бора и составляют: ток 10-50 А, напряжение 1-2 кВ, длительность импульса - 10-100 мкс. Инициирование импульсного сильноточного магнетронного разряда осуществляется путем зажигания постоянного слаботочного магнетронного разряда с током до 50 мА, напряжением до 2 кВ и нагрева этим разрядом теплоизолированной электропроводящим материалом мишени из твердотельного бора до температуры уровня 400-500°C, при которой происходит резкое увеличение удельной проводимости бора до значений, достаточных для стабильного горения импульсного сильноточного магнетронного разряда. Технический результат - повышение содержания в плазме ионов бора до 95-98%. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к многофорсуночной трубообразной плазменной горелке-осадителю для производства заготовок для изготовления оптических волокон. К горелке подводится поток среды, содержащий стеклянный исходный материал и газ-носитель, и создается перпендикулярная ориентация продольной оси горелки относительно центральной оси подложки. Первый частичный поток первого газа или газовой смеси, в частности газа-предшественника, подводится с нижней стороны горелки к плазме и подложке через по меньшей мере одну форсунку, проходящую по продольной оси горелки. Второй частичный поток газа-предшественника подводится к плазме и подожке через дополнительную форсунку таким образом, что частичные потоки объединяются вблизи подложки. Горелка содержит средства для подачи одной легирующей присадки при помощи газа-предшественника. Технический результат изобретения - повышение эффективности осаждения частиц SiO2. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к источникам нейтронного излучения и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Заявленный импульсный нейтронный генератор содержит размещенные коаксиально в герметичном корпусе (1), залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку (2), накопительный конденсатор (9) и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой (5) и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном (4). При этом дно соединено с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки. Параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка (6), намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки. Техническим результатом является повышение стабильности и срока службы генератора, а также уменьшение его габаритов. 1 ил.
Наверх