專利名稱：針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到利用低溫等離子體對農副產品保鮮和殘留農藥降解領域，更確切的說是一種用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置和使用方法。
背景技術：
目前國內外采用的傳統(tǒng)保鮮技術均以亞硫酸鹽、次氯酸鈉等化學藥劑噴灑、熏蒸為主，該類方法存在較嚴重的二次藥物殘留和環(huán)境污染問題；而普遍采用冷凍、冷藏手段， 更是難以抑制霉菌生長，同時造成蔬果的失水而達不到保鮮的目的，更談不上降解果蔬中的殘留農藥。利用低溫等離子體技術進行果蔬保鮮和降解有機農藥的研究是近年來研究的一個熱點。低溫等離子體技術是集高能電子輻射、自由基、臭氧等活性粒子的一種物理、化學方法于一體的全新果蔬保鮮和殘留農藥降解技術。其保鮮機理是低溫等離子體中激發(fā)出的高能電子與氣體分子碰撞，產生多種活性粒子，能清除乙烯、乙醇等有害于果蔬貯藏保鮮的代謝物，誘導果蔬氣孔縮小，降低果蔬呼吸強度，增加儲存的時間；對于真菌、細菌類病害有較強的防除作用，對病毒也有一定的抑制和殺滅作用。其降解機理是低溫等離子體產生的高能電子轟擊氣體和殘留農藥分子，通過電離、激發(fā)、解離產生次級電子、離子、自由基活性粒子等，這些活性粒子再與殘留農藥分子作用，最終將其降解生成無毒或毒性較小的小分子。最為重要的是，在利用低溫等離子體進行果蔬保鮮和降解農藥殘留的過程中，不引入任何的污染物，處理后的果蔬和食品是完全綠色環(huán)保產品。低溫等離子體技術用于蔬果保鮮和降解農藥殘留的先進性引起了國外研究機構的高度重視，成為近期研究的熱點，但是目前由于處于研發(fā)階段，尚沒有成熟技術問世。在國內，采用低溫等離子體技術進行果蔬保鮮和降解農藥殘留的研究工作，更是沒有深入開展。而等離子體的發(fā)生方式受到傳統(tǒng)技術的局限，不能在常溫常壓條件下大面積大容量產生，也使得等離子體技術在果蔬保鮮和殘留農藥降解方面的應用不能得到實質性進展。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置和方法，該裝置和方法可以有效的解決上述的問題和不足。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是采用等離子體發(fā)生器對果蔬進行保鮮并進行殘留農藥降解處理，本發(fā)明提供了一種用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置和處理方法。本發(fā)明給出的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置構成包括有等離子體發(fā)生電極、微風循環(huán)系統(tǒng)、高頻高壓電源、裝置控制器及殼體，其特征在于所述等離子體發(fā)生電極由成對的針式陣列極板構成，所述針式陣列極板系若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，且金屬針和金屬平板均涂覆非極性絕緣材料，成對的針式陣列正極板與針式陣列負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，針式陣列正負極板通過高頻電纜分別與高頻高壓電源發(fā)生器連接；所述微風循環(huán)系統(tǒng)帶有過濾散風網；所述殼體設置有進出風口，上述針式陣列正負極板、微風循環(huán)系統(tǒng)、高頻高壓電源以及裝置控制器均組裝在該殼體內部空間里。在上述技術方案中，所述針式陣列正負極板由一對針式陣列極板通過三至六根非極性絕緣材料連接件組裝而成，針式陣列正負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，針式陣列正負極板空間內的任意三根相鄰金屬針之間均構成等邊三角形或等腰三角形。在上述技術方案中，所述針式陣列正負極板系由若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，其縱向針和針間距與橫向針列和針列間距的比例優(yōu)選參數為l:kin60°， 次優(yōu)選參數為1:1。在上述技術方案中，金屬針垂直焊接在金屬平板上或垂直鉚接在金屬極板上，金屬平板和金屬針整體表面均涂覆非極性絕緣材料。在上述技術方案中，針式陣列正負極板整體表面所涂覆非極性絕緣材料，為耐高電壓非極性絕緣材料，該耐高電壓非極性絕緣材料，優(yōu)選金屬氧化物陶瓷燒結物，或是石英玻璃，或是聚氟類乙烯。在上述技術方案中，其微風循環(huán)系統(tǒng)系由低噪聲軸流風扇加裝帶有散風勻風結構的空氣過濾網構成。在上述技術方案中，所述高頻高壓電源施加于發(fā)生等離子體針式陣列正負極板上的交變電源電壓為3-6KV，電源頻率為20-40KHZ，電源功率密度大于15mW/cm3。本發(fā)明還給出了該針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置的使用方法，用上述技術方案制作的本發(fā)明裝置，其裝置控制器的普通時控優(yōu)選參數為首次開機工作時間大于2 小時，之后每次工作30 -45分鐘，停機6-8小時；快速時控優(yōu)選參數為首次開機工作時間大于15分鐘，之后每次工作5-10分鐘，停機30-40分鐘。本發(fā)明還給出了該針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置使用方法，用上述技術方案制作的本發(fā)明裝置可以組裝在任意合適密閉空間內構成實用電器產品，也可以放置在諸如冰箱等具有密閉空間的現(xiàn)有產品中。本發(fā)明給出的技術方案能對果蔬保鮮和殘留農藥降解原理如下
當在針式列陣正負電極之間施加一個高頻高壓交變電場后，其間的流過的介質空氣會迅速產生等離子體，該等離子體通過微風循環(huán)系統(tǒng)逐步充滿整個密閉容器空間；被解離的高能帶電粒子與空氣介質分子碰撞，形成多種活性粒子、氧自由基、紫外線等，全方位構筑成滅菌、保鮮、凈化、解毒的物理化學環(huán)境；活性粒子可以清除乙烯、乙醇等有害于蔬果貯藏保鮮的代謝物，同時具有誘導果蔬氣孔縮小，降低果蔬呼吸強度，從而達到果蔬保鮮目的； 與此同時，低溫等離子體產生的高能電子轟擊氣體和殘留農藥分子，通過電離、激發(fā)、解離產生次級電子、離子、自由基活性粒子等，這些活性粒子再與殘留農藥分子作用，最終將其降解生成無毒或毒性較小的小分子，從而達到消解農藥殘毒以及空氣中有害化學成分的目的。本發(fā)明的優(yōu)點是，在利用低溫等離子體進行果蔬保鮮和降解殘留農藥的過程中， 不需引進其他有害化學物品，故處理過的果蔬完全符合綠色環(huán)保要求。
圖1是本發(fā)明用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置結構原理示意圖。圖2是本發(fā)明用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生空間正負電極結構示意圖。圖3是本發(fā)明用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生空間正負電極金屬針和金屬板結構示意圖。圖4是本發(fā)明用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置用于實際產品或日常使用結構示意圖。以上附圖中，1是等離子體發(fā)生空間單元，2是帶有過濾散風網的微風循環(huán)系統(tǒng)， 3是高頻高壓電源發(fā)生器，4是裝置控制器，5是兩端帶有防護罩進出風口的殼體，6是金屬極板，7金屬針，8絕緣連接件，9絕緣涂覆層，10是實用產品外殼，11是漏空隔板，12是本發(fā)明用于果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置。
具體實施例方式本實施例針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置結構如附圖1所示。針式陣列正負極板構成等離子體發(fā)生空間單元1，帶有過濾散風網的微風循環(huán)系統(tǒng)2，高頻高壓電源發(fā)生器3，裝置控制器4和兩端帶有防護罩進出風口的殼體5。本實施例中的等離子體發(fā)生空間單元1系由兩組針式陣列極板通過四根聚四氟乙烯圓棒料制作的連接件8相對錯位組裝而成；該兩組極板裝配時用夾具定位精確調整， 以保證兩組極板空間內的任意三根金屬針間距均構成等邊三角形；該兩組針式陣列極板構成高頻高壓放電的正負兩極，其分別與高頻高壓電源發(fā)生器用高頻高壓電纜進行電氣聯(lián)接。(參見圖2)
本實施例因所需等離子體容量較大，故將等離子體發(fā)生空間單元用四組并聯(lián)使用。本實施例中的針式陣列正極板由八組一百二十八根長度為25mm，直徑為Φ 2mm金屬針7組成，針式陣列負極板由七組一百零五根長度為25mm，直徑為Φ 2mm金屬針7組成； 金屬針7垂直鉚裝在120mmX80mm的金屬極板6上；其縱向針和針的中心距為6mm，橫向針列和針列中心距為10. 4mm ；鉚裝后的針式陣列極板整體表面涂覆97%氧化鋁陶瓷燒結物 9，其覆層厚度為0. 5mm。(參見圖2、圖3)
本實施例中的微風循環(huán)系統(tǒng)2系由低噪聲軸流風扇加裝帶有散風勻風結構的空氣過濾網構成；該微風循環(huán)系統(tǒng)2有空氣過濾網的端面與等離子體發(fā)生空間單元1可流通空氣的任一平整端面通過聚丙烯嵌件絕緣聯(lián)接；該微風循環(huán)系統(tǒng)2中的風機與裝置控制器4電氣聯(lián)接，由裝置控制器4提供驅動能源并調節(jié)風機轉速以控制通過等離子體發(fā)生空間單元 1的風量。(參見圖1)
本實施例中的高頻高壓電源發(fā)生器3施加于等離子發(fā)生空間單元1的正負極板上的交變電源電壓為5KV，電源頻率為20KHz，電源功率為20W。本實施例中的裝置控制器4采用單片機集成控制，其中普通時控優(yōu)選參數為首次開機工作時間2小時，之后每次工作30分鐘，停機6小時；快速時控優(yōu)選參數為首次開
5機工作時間15分鐘，之后每次工作10分鐘，停機35分鐘。本實施例中的果蔬保鮮和殘留農藥降解的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置 12可以組裝在任意合適密閉空間內構成實用電器產品10，該密閉空間內可以加裝多層漏空隔板11 ；也可以放置在諸如冰箱等具有密閉空間的現(xiàn)有產品中。(參見圖4)
用本實施例裝置對數種蔬果及食品進行30分鐘處理，然后與對照組分別真空包裝放置于25°C環(huán)境中不間斷觀察，其保鮮時間相應延長10-15倍。用本實施例裝置對水體中和玻璃表面有機磷農藥分別進行15-20分鐘處理，結果表明農藥殘留降解率分別為氧化樂果99-100%，甲基對硫磷98-99%，敵敵畏95-98%。且降解產物均為無毒或毒性較小的分子。用本實施例裝置對植入經過培養(yǎng)的大腸桿菌、黃曲霉菌、嗜熱脂肪桿菌芽孢載體進行12分鐘處理，經檢測處理載體上的細菌全部被殺滅，而對照組的細菌為10的5-6次方
數量級。
權利要求
1.一種針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，該裝置構成包括有等離子體發(fā)生電極、 微風循環(huán)系統(tǒng)、高頻高壓電源、裝置控制器及殼體，其特征在于所述等離子體發(fā)生電極由成對的針式陣列極板構成，所述針式陣列極板系若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，且金屬針和金屬平板均涂覆非極性絕緣材料，成對的針式陣列正極板與針式陣列負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，針式陣列正負極板通過高頻電纜分別與高頻高壓電源發(fā)生器連接；所述微風循環(huán)系統(tǒng)帶有過濾散風網；所述殼體設置有進出風口，上述針式陣列正負極板、微風循環(huán)系統(tǒng)、高頻高壓電源以及裝置控制器均組裝在該殼體內部空間里。
2.如權利要求1所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述針式陣列正負極板由一對針式陣列極板通過三至六根非極性絕緣材料連接件組裝而成，針式陣列正負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，針式陣列正負極板空間內的任意三根相鄰金屬針之間均構成等邊三角形或等腰三角形。
3.如權利要求1或2所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述針式陣列正負極板系由若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，其縱向針和針間距與橫向針列和針列間距的比例優(yōu)選參數為l:2sin60°，次優(yōu)選參數為1:1。
4.如權利要求1或2或3所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于 金屬針垂直焊接在金屬平板上或垂直鉚接在金屬極板上，金屬平板和金屬針整體表面均涂覆非極性絕緣材料。
5.如權利要求4所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于針式陣列正負極板整體表面所涂覆非極性絕緣材料，為耐高電壓非極性絕緣材料。
6.如權利要求5所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述耐高電壓非極性絕緣材料，優(yōu)選金屬氧化物陶瓷燒結物，或是石英玻璃，或是聚氟類乙烯。
7.如權利要求1所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于其微風循環(huán)系統(tǒng)系由低噪聲軸流風扇加裝帶有散風勻風結構的空氣過濾網構成。
8.如權利要求1所述的針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高頻高壓電源施加于等離子體針式陣列正負極板上的交變電源電壓為3-6KV，電源頻率為 20-40KHz,電源功率密度大于15mW/cm3。
9.一種針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置使用方法，其特征在于所述裝置控制器的普通時控優(yōu)選參數為首次開機工作時間大于2小時，之后每次工作30 -45分鐘，停機 6-8小時；快速時控優(yōu)選參數為首次開機工作時間大于15分鐘，之后每次工作5-10分鐘， 停機30-40分鐘。
10.一種針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置使用方法，其特征在于該裝置可以組裝在任意合適密閉空間內構成實用電器產品，也可以放置在諸如冰箱等具有密閉空間的現(xiàn)有產品中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針式陣列常溫常壓等離子體發(fā)生裝置及其使用方法，該裝置等離子體發(fā)生電極由成對的針式陣列極板構成，所述針式陣列極板系若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，且金屬針和金屬平板均涂覆非極性絕緣材料，成對的針式陣列正極板與針式陣列負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，該針式列陣正負極板分別與高頻高壓電源通過高頻電纜連接。本發(fā)明裝置可整體組裝在任何一個密閉空間內以構成實用電器產品。本裝置使用時，合理選擇開機工作和停機時間，能提高裝置所產生的具有化學活性粒子的等離子體濃度，可以迅速降解果蔬表面的農藥化肥殘留以及果蔬保存過程中自身呼吸的不良有害氣體。
文檔編號H05H1/46GK102448240SQ201210021690
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權日2012年1月31日
發(fā)明者程宇宸, 程方 申請人:南京翰納科技有限公司, 程方