УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ
APPARATUS FOR GENERATING A GASEOUS COMPONENTS

Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования газообразных компонентов, таких как нетепловая газовая плазма, и к прибору, содержащему устройство и зарядный блок.
Системы для генерирования нетепловой газовой плазмы (также называемой "неравновесной" газовой плазмой) известны и применяются во многих областях, таких как промышленная, стоматологическая, медицинская, косметическая и ветеринарная области, для лечения человека или животного. Генерирование нетепловой газовой плазмы можно использовать для содействия свертыванию крови, очистке, стерилизации и удаления загрязняющих веществ с поверхности, дезинфекции, восстановления ткани и лечения нарушений ткани, не вызывая существенного теплового повреждения ткани. Сама плазма может быть применена к обрабатываемой поверхности или может действовать как предшественник реактивного или модифицированного газообразного компонента, который применяют к поверхности.
Известные газоплазменные генераторы представляют собой в целом или промышленные системы значительного размера для обработки или функционализации относительно больших субстратов, или меньшие системы, содержащие базовый блок, имеющий тяжелый газовый цилиндр, соединенный газопроводом с ручной частью. Дополнительно система может содержать блок питания, соединенный силовым кабелем с ручной частью. Эти системы, таким образом, не подходят для домашнего использования или использования в хирургии.
Настоящее изобретение обеспечивает получение устройства для генерирования потока нетепловых газообразных компонентов, содержащего: газовую капсулу для содержания газа под давлением, формирующую поток газа в реакционный генератор при выпуске из капсулы; реакционный генератор, в котором газ, выпущенный из капсулы, может быть возбужден для генерирования указанных газообразных компонентов; источник электрической энергии; возбуждающее средство, имеющее электрическое соединение с источником электрической энергии для возбуждения газа в реакционном генераторе для формирования указанных газообразных компонентов; и корпус для содержания газовой капсулы, реакционного генератора, источника электрической энергии и возбуждающего средства, причем устройство имеет такие размеры и вес, что устройство может удерживаться и управляться пользователем вручную и поток газообразных компонентов направляется для обработки обрабатываемого участка объекта или тела человека или животного.
Генерируемые компоненты могут быть нетепловой плазмой с температурой меньше 40°C. В этом случае средства возбуждения приспособлены для генерирования плазмы в плазменном генераторе.
Может быть предусмотрено средство управления для избирательного выпуска газа из газовой капсулы для формирования указанного потока газа. Указанное средство управления в рабочем положении дополнительно может быть соединено с указанным средством возбуждения для управления возбуждением электродов. Может быть применен датчик для определения расхода газа, выпущенного из газовой капсулы, при этом указанное средство управления позволяет активизировать средство возбуждения, только если указанный поток газа превышает заданный массовый или объемный расход. Средство управления может содержать пользовательское средство ввода, такое как манипулируемая вручную кнопка или выключатель, используемый пользователем для создания потока газа в указанный реакционный генератор и активации средства возбуждения.
Корпус может содержать средство для расположения указанной газовой капсулы в указанном корпусе таким образом, чтобы газовая капсула действовала для выпуска газа для формирования указанного потока газа, причем указанное средство для расположения устроено таким образом, что указанная газовая капсула может быть удалена из корпуса так, что в указанном корпусе может быть расположена сменная газовая капсула при помощи указанного средства для расположения. Механизм выпуска газа может действовать для выпуска газа из газовой капсулы, когда указанное установочное средство обеспечивает расположение указанной газовой капсулы в указанном корпусе. Газовая капсула может содержать редукционный клапан, такой как клапан Шредера, нагруженный для предотвращения выпуска газа из газовой капсулы, и указанный механизм выпуска газа содержит средство для воздействия на указанный редукционный клапан против указанной нагрузки для выпуска газа из газовой капсулы.
Корпус может содержать канал, проходящий между газовой капсулой и реакционным генератором, для направления потока газа, выпущенного из указанной газовой капсулы. Клапан подачи в открытом состоянии может пропускать указанной поток газа через канал из газовой капсулы в реакционный генератор и в закрытом состоянии может предотвращать указанный поток. В альтернативном варианте или дополнительно может применяться регулятор расхода для регулирования потока газа между газовой капсулой и реакционным генератором и/или потока компонента от реакционного генератора к аппликатору. Таким образом, можно регулировать поток газа, входящего во вход реакционной камеры для осуществления реакции, и можно регулировать поток компонента, выпускаемого из устройства для осуществления обработки.
Может применяться расширительная камера, в которую может выпускаться газ из газовой капсулы для контролируемого выпуска через диафрагму. Расширительная камера снижает скорость потока из газовой капсулы.
Газовая капсула содержит достаточное количество газа перед использованием для генерирования компонентов для обработки обрабатываемого участка объекта или тела человека или животного в течение времени, достаточного для достижения благоприятного воздействия на обрабатываемый участок. В этом отношении газовая капсула может содержать достаточное количество газа для генерирования плазмы в течение по меньшей мере двух минут. Генерирование компонента, достаточного для обеспечения благоприятного воздействия на обрабатываемый участок (такой как зубы в полости рта), требует обычно половины литра газа в минуту при атмосферном давлении. Соответственно, газовая капсула может содержать количество, эквивалентное четырем литрам газа при атмосферном давлении, содержащегося под давлением по меньшей мере 60 бар. Внутренний объем газовой капсулы может находиться в диапазоне 10-100 мл. Газовая капсула может быть в целом цилиндрической и иметь длину меньше приблизительно 100 мм и диаметр меньше приблизительно 35 мм.
Средства возбуждения могут содержать по меньшей мере один электрод для генерирования электрического поля в указанном реакционном генераторе и сигнальный генератор для генерирования электрического сигнала для возбуждения указанного по меньшей мере одного электрода. Если генерируемый компонент является газовой плазмой, средство возбуждения может быть сконфигурировано для генерирования нетепловой плазмы с температурой, которая составляет, предпочтительно, меньше около 40°C и которая терпима для пользователя. По меньшей мере один из указанных электродов может быть изолирован от газа в плазменном генераторе диэлектриком для уменьшения искрения и, таким образом, ограничения нагревания компонента. Указанные по меньшей мере два электрода могут быть разнесены друг от друга для генерирования электрического поля по существу во всем указанном плазменном генераторе. Один из указанных электродов может быть сформирован вокруг периферии плазменного генератора. Один из электродов может быть сформирован в виде зонда, проходящего в плазменный генератор. Зонд может быть сужен в своей концевой части для формирования точки для увеличения генерирования плазмы в указанном плазменном генераторе.
Указанный сигнальный генератор может быть сконфигурирован для генерирования высокочастотного сигнала, сигнала переменного тока или импульсного сигнала постоянного тока для возбуждения указанных электродов, которые могут быть сигналом с низким коэффициентом заполнения, когда энергия подается к электроду или каждому из электродов в течение меньше 10% рабочего цикла. Если компонент представляет собой газовую плазму, ее генерирование может начинаться в реакционном генераторе и продолжаться без необходимости непрерывного возбуждения средствами возбуждения. Сигнальный генератор может генерировать высокочастотный сигнал, превышающий 20 кГц, таким образом, что сигнальный генератор не слышим для пользователя.
Указанное средство возбуждения может содержать усилитель для усиления сигнала для возбуждения электродов и согласующую схему для согласования полного сопротивления нагрузки и источника.
Источник электрической энергии может представлять собой одну или более батарей. Предпочтительно, батареи являются перезаряжаемыми, и указанный корпус содержит гнездо для приема штепсельного разъема, соединяемого с источником питания от сети, и зарядную схему для подзарядки батарей. В альтернативном варианте устройство может содержать средство для индуктивного подключения батареи к зарядному блоку для подзарядки. Корпус может содержать отсек для размещения батарей в корпусе и электрические клеммы, которые соединяются с батареями, когда они расположены в указанном отсеке, для питания энергией указанных средств возбуждения.
В альтернативном варианте источник электрической энергии может содержать трансформатор, и указанный корпус содержит средство для подключения к электрическому источнику питания, при этом указанный трансформатор приспособлен для подачи энергии указанному средству возбуждения. Как правило, в зависимости от его конфигурации, плазменный генератор требует поддержания высокого напряжения на одном уровне для образования нетепловой газообразной плазмы. Один или более повышающих трансформаторов могут преобразовывать напряжение постоянного тока от батареи в напряжение образования плазмы.
Может применяться аппликатор для подачи компонентов от реакционной камеры и применения компонентов к обрабатываемому участку. Газообразная плазма требует прохождения через нее электрического тока для поддержания ее существования. Когда газ удален из плазменного генератора, ионные компоненты имеют тенденцию рекомбинироваться со свободными электродами, и возбужденные компоненты возвращаются к их основным состояниям. Газ, таким образом удаленный из плазменного генератора, иногда упоминается как "газ послесвечения". Эти изменения, в типичном случае, имеют место в аппликаторе. Аппликатор может содержать головку аппликатора для применения компонента и канал для проведения компонента из указанной реакционной камеры к указанной головке. Головка аппликатора может быть расположена на расстоянии от указанного реакционного генератора, таким образом, уменьшая загрязнение плазменного генератора и/или отделяя обрабатываемый участок от средства возбуждения, которое может быть под высоким напряжением.
Устройство имеет много вариантов применения, но может быть приспособлено для обработки ротовой области человека или животного для отбеливания или чистки зубов. В этом отношении головка аппликатора может иметь размеры и форму для приспособления к одному или более зубов. Головка аппликатора может содержать один или более каналов, сконфигурированных для расположения во рту человека или животного для направления компонентов для обработки множества зубов.
Могут применяться удаляющие средства для откачивания компонентов из обрабатываемого участка после обработки и могут содержать насосные средства, приводимые электродвигателем для откачивания компонентов из обрабатываемого участка. Вытяжной канал может проходить от обрабатываемого участка и сообщаться по жидкости с указанным насосным средством. Вытяжной канал может быть сформирован указанным аппликатором. Средство управления может дополнительно управлять работой указанного откачивающего средства совместно с подачей газа к реакционной камере и активацией средств возбуждения. Откачивающее средство вызывает отток газа или компонента от обрабатываемого участка, который, предпочтительно, больше, чем указанный поток газа к обрабатываемому участку, вызываемый выпуском из указанной газовой капсулы.
Может быть применен дисплей для отображения значения, показательного для состояния указанного устройства, которое является по меньшей мере одним из: содержания газа в капсуле, величины заряда, остающегося в источнике электрической энергии, или температуры плазмы, выпускаемой из устройства. Может применяться средство для предупреждения пользователя, такое как звуковой сигнал, который слышит пользователь, или предупредительный световой сигнал, когда состояние указанного устройства снижается ниже заданного значения.
Газовая капсула может содержать газ, имеющий низкую потребность в энергии для формирования нетепловой плазмы в указанной реакционной камере. Таким образом, количество энергии, подаваемой в реакционную камеру, можно снизить, избегая перегрева газа или компонента. Газ может быть благородным газом, таким как гелий, когда должна генерироваться нетепловая плазма. Газовая капсула может содержать кислород, и генерируемый газообразный компонент, когда газ возбужден, может представлять собой озон.
Для получения возможности использовать устройство вручную, предпочтительно, чтобы оно имело длину меньше 300 мм и ширину меньше 50 мм и имело массу меньше 1 кг.
Настоящее изобретение также обеспечивает получение аппарата, содержащего устройство и зарядный блок, содержащего: зарядную газовую емкость высокого давления, содержащую газ для подачи газа в газовую капсулу устройства; и/или электрическое зарядное средство для зарядки указанного источника электрической энергии в указанном устройстве. В альтернативном варианте в устройстве могут использоваться газовые батареи одноразового использования и газовая капсула одноразового использования. Другой альтернативный вариант предусматривает дозаправляемую газовую капсулу, которую можно заправлять, но эта операция должна выполняться на удалении от устройства.
Зарядный блок и газовая капсула устройства могут содержать соответствующие клапаны подзарядки, которые могут быть открыты, когда устройство и блок соединены, допуская подачу газа к газовой капсуле, и закрыты, если не соединены.
Зарядный блок может содержать гнездо для помещения устройства, при этом, когда устройство помещают в зарядный блок, газовая капсула и зарядная емкость высокого давления соединяются, допуская подачу газа в газовую капсулу. Может быть применен канал, имеющий первую концевую часть, приспособленную для взаимодействия и открывания заправочного клапана газовой капсулы, и вторую концевую часть для взаимодействия и открывания заправочного клапана емкости высокого давления устройства. В альтернативном варианте заправочное устройство может содержать гнездо для расположения газовой капсулы, когда она удалена из указанного устройства, при этом, когда газовую капсулу помещают в зарядный блок, емкости высокого давления соединяются, допуская подачу газа в газовую капсулу. В этой конфигурации могут применяться по меньшей мере две газовые капсулы таким образом, что в любой момент одна капсула может находиться в зарядном блоке для подзарядки, и одна капсула может быть расположена в корпусе указанного устройства для использования при генерировании нетеплового компонента.
Электрическое зарядное средство может содержать зарядную схему для приема электрической энергии от источника электроснабжения и подачи указанной электрической энергии для перезарядки указанного источника электрической энергии в указанном устройстве, когда указанный источник энергии подключен к указанному электрическому зарядному средству. Зарядный блок может содержать гнездо для расположения устройства, при этом, когда устройство помещают в зарядный блок, указанный источник энергии подключается к указанному электрическому зарядному средству для зарядки указанного источника электрической энергии.
В альтернативном варианте зарядный блок может содержать гнездо для расположения указанного источника электрической энергии, когда указанный источник удален из указанного устройства, при этом, когда указанный источник помещают в зарядный блок, указанный источник энергии подключается к указанному электрическому зарядному средству для зарядки указанного источника электрической энергии.
Для лучшего понимания настоящего изобретения варианты его осуществления, которые даны только для примера, будут теперь описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематичный вид аппарата, содержащего устройство для генерирования нетепловой плазмы и зарядный блок;
фиг.1А - вид модифицированного устройства;
фиг.2 - вид в перспективе с сечением устройства;
фиг.3 - вид сечения емкости высокого давления устройства;
фиг.4 - схематичный вид плазменного генератора и средства для возбуждения газа в генераторе;
фиг.5 и 6 - упрощенный вид механического соединения для управления устройством;
фиг.7 - вид первого аппликатора устройства и соединительной части корпуса устройства;
фиг.8 - вид второго аппликатора устройства и соединительной части корпуса устройства;
фиг.9 - вид третьего аппликатора устройства и соединительной части корпуса устройства;
фиг.10 - схематичный вид соединения аппликатора, показанного на фиг.8, с корпусом;
фиг.11 - схематичный вид соединения аппликатора, показанного на фиг.7, с корпусом;
фиг.12 - вид четвертого аппликатора устройства;
фиг.13 - вид устройства, помещенного в зарядный блок, с одной стороны; и
фиг.14 - вид устройства, помещенного в зарядный блок, с другой стороны,
фиг.15 - принципиальная схема, показывающая средства подачи электрической энергии для генерирования плазмы в плазменный генератор устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 и 2 показано устройство 10 для генерирования нетепловой плазмы 24, которая может быть потоком газовой плазмы в форме струи газовой плазмы, испускаемой из устройства. Поток газовой плазмы генерируется и испускается из устройства в целом при атмосферном давлении. Устройство содержит газовую капсулу или емкость 12 высокого давления для содержания газа или газов 14 под давлением и формирования потока газа через плазменный генератор 16 к аппликатору 18 при выпуске из капсулы. Газ, выпущенный из газовой капсулы, возбуждается в плазменном генераторе для формирования газовой плазмы.
В модифицированном устройстве, показанном на фиг.1А, газ высокого давления может выходить из капсулы через диафрагму 13 в расширительную камеру 15, которая замедляет поток, при этом газ может выпускаться управляемым образом в реакционный генератор 16.
Устройство также содержит источник 20 электрической энергии и средство 22 возбуждения газовой плазмы, электрически связанное с источником электрической энергии для возбуждения газа 14 в плазменном генераторе 16 для формирования газовой плазмы 24. Аппликатор 18 направляет поток плазмы от плазменного генератора 16 для генерирования струи газовой плазмы из отверстия 26 в аппликаторе. Газовая плазма может быть смешана с окружающим воздухом соответствующим образом в сконфигурированном аппликаторе.
Корпус 28 содержит газовую капсулу 12, плазменный генератор 16, источник 20 электрической энергии и средство 22 возбуждения плазмы. Устройство имеет такие размеры и вес, что оно может удерживаться и управляться пользователем вручную, и плазма 24 легко направляется пользователем для обработки обрабатываемого участка объекта или тела человека или животного. В этом отношении устройство действует без необходимости его соединения каналом подачи с источником питания газом. Такое устройство предшествующего уровня техники громоздко, но все же позволяет получить портативное устройство. Автономная конфигурация устройства 10 допускает легкое использование в домашней среде, например, в ванной. Устройство 10 может получать энергию из источника без необходимости использования электрического кабеля, соединяющего устройство с питанием от сети. Однако в типичном случае электрический кабель является меньшим препятствием для использования в домашних условиях, чем газопровод, поскольку кабель обычно гибкий и легкий, хотя в устройстве 10 электрический кабель не требуется при использовании устройства.
Для того чтобы устройство было пригодным для удерживания и управления вручную, оно не должно превышать максимальный размер или максимальный вес. Также будет понятно, что обработка обрабатываемого участка с использованием устройства может требовать сложных и точных движений, которые возможны, если устройство является портативным и если оно относительно легкое. В одном примере устройство имеет приблизительные размеры и массу, типичные для электрической зубной щетки. Другие известные ручные устройства в других областях, которые приводятся здесь для понимания размера и массы устройства 10, являются, например, электрической зубной щеткой или беспроводной электродрелью или винтовертом. Соответственно, максимальный размер корпуса 28 или устройства в целом составляет приблизительно 30 см в длину и 5 см в ширину. Верхний предел ширины определен способностью руки удерживать устройство. Любой размер корпуса диаметра существенно выше 50 мм делает устройство неудобным для удерживания и использования. Верхний предел длины определен способностью пользователя использовать негромоздкое устройство, и также будет понятно, что если устройство используется для обработки зубов, устройство должно быть меньше длины ручки и, предпочтительно, в пределах приблизительно 20 см. Предпочтительно, корпус 28 выполнен таким образом, чтобы он мог удобно удерживаться кистью руки. Масса корпуса или устройства в целом, предпочтительно, составляет меньше одного килограмма.
Устройство может быть конфигурировано для одноразового использования и затем удаляться в отходы. В этом отношении компоненты устройства выбирают только для одной обработки. Поскольку одна обработка может требовать меньшего количества газа и меньшего количества энергии, аккумулированной в устройстве, емкость высокого давления и источник энергии могут быть выбраны для минимизирования производственных затрат и снижения размера и веса устройства. Например, устройство может быть конфигурировано для однократной обработки полости рта и последующего удаления в отходы. Такое одноразовое устройство может быть более портативным, например, для размещения в кармане или дамской сумочке. Поскольку устройство пригодно для сухой чистки зубов или другой обработки, устройство одноразового использования может легко использоваться, например, при путешествии, когда вода не всегда доступна для выполнения обработки.
Устройство 10 может использоваться, например, в стоматологической, медицинской, косметической и ветеринарной областях для обработки тела человека или животного. Устройство особенно полезно для стоматологической или другой обработки полости рта, например, для отбеливания зубов или сухой чистки зубов, стерилизации после обработки канала корня, стерилизации раны или заживления (например, осушения зубодесневых карманов после удалений). Вариант применения для отбеливания зубов описан более подробно в одновременно рассматриваемой заявке настоящего заявителя № GB 08234353, поданной 23 декабря 2008 г., содержание которой включено сюда в качестве ссылочного материала. В этом отношении обрабатываемый участок может быть одним зубом, двумя зубами или верхнечелюстной и/или нижнечелюстной зубной дугой. В альтернативном варианте обрабатываемый участок может быть частью десны или зубодесневого кармана. Кроме того, обрабатываемый участок может быть полостью рта.
Устройство 10 может также использоваться в немедицинских вариантах применения, таких как обработка поверхностей плазмой, например подготовка поверхности пластмассы перед нанесением краски.
Компоненты устройства 10 будут теперь описаны более подробно с модификациями и альтернативными вариантами, когда они существенны.
Средство управления, обозначенное в целом ссылочной позицией 30, предусмотрено для избирательного выпуска газа из газовой капсулы для формирования потока газа. Как показано в этом примере, средство управления содержит клапан 32, который, когда он открыт, пропускает поток газа через канал из газовой капсулы к плазменной камере, и, когда он закрыт, предотвращает поток. Средство 30 управления содержит механический нажимной выключатель 34, которым пользователь может управлять для управления клапаном 32. В альтернативном варианте могут применяться другие пользовательские средства активации для управления клапаном, такие как механический движковый выключатель или электронное реле, которое может замыкаться, например, для открывания электромагнитного клапана. Кроме того, пользовательские средства активации могут быть приспособлены таким образом, что может быть инициирован поток из газовой капсулы в ответ на первый входной сигнал от пользователя и выключен в ответ на второй входной сигнал от пользователя. В альтернативном варианте один входной сигнал пользователя может инициировать схему синхронизации (не показана), допуская прохождение потока газа в течение заданного промежутка времени, достаточного для обработки обрабатываемого участка. Например, если устройство 10 используется для отбеливания зубов, предопределенный период может составлять 5 секунд для каждого зуба.
Клапан 32 может быть любым пригодным средством для открывания и перекрывания потока между газовой капсулой и плазменным генератором. Кроме того, клапан может быть регулируемым для регулирования потока между полностью открытым и полностью закрытым положениями, например, может быть дроссельным клапаном.
Корпус 28 содержит средство 36 для расположения газовой капсулы 12 в корпусе таким образом, чтобы газовая капсула могла работать для выпуска газа для формирования потока газа. Средство 36 для расположения может быть приспособлено таким образом, что газовая капсула 12 может быть удалена из корпуса, например, когда содержащийся в нем газ израсходован или почти израсходован, таким образом, что полная сменная газовая капсула может быть расположена в корпусе. В этом отношении установочное средство может содержать камеру, сформированную для приема газовой капсулы и закрывающего элемента (не показан) для закрывания камеры, когда газовая капсула расположена в камере. В другом примере газовая капсула может быть задвинута или ввинчена в камеру.
Корпус может содержать механизм формирования или другой механизм выпуска газа, действующий для выпуска газа из газовой капсулы, когда установочное средство располагает газовую капсулу в камере. Газовая капсула может содержать редукционный клапан, нагруженный для предотвращения выпуска газа из емкости высокого давления. Механизм выпуска газа воздействует на редукционный клапан против его нагрузки для выпуска газа из капсулы.
Один пример механизма выпуска газа и редукционного клапана показан на фиг.3. Корпус содержит канал 38, проходящий между газовой капсулой 12 и плазменным генератором 16, для направления потока газа, выпущенного из газовой капсулы. Газовая капсула 12 содержит клапан 40 в головке 42 капсулы. В этом примере установочное средство содержит внешнюю поверхность головки 42, которая имеет резьбу для зацепления с соответствующей снабженной резьбой поверхностью корпуса для расположения емкости высокого давления в необходимом положении. Клапан 40 содержит скользящий элемент 44, принимаемый со скольжением в горловину емкости высокого давления и нагруженный в закрытое положение нагружающим средством, которое в этом примере является пружиной 46. Когда емкость высокого давления расположена в корпусе, формирование или выступ 48 взаимодействует со скользящим элементом 44, толкая его в емкость (как показано стрелками на фиг.3), открывая клапан и допуская выхождение потока газа из емкости. Клапан 40 имеет достаточную силу уплотнения для удерживания газа в емкости высокого давления при максимальном давлении в емкости, например, 80 бар. Клапан может быть клапаном Шредера.
Возможны альтернативные устройства клапана или капсулы. Например, входное отверстие капсулы может быть закрыто влагонепроницаемым уплотнением. Выдача газа может осуществляться посредством прокалывания уплотнения полой иглой, которая открыта на обоих концах. Проксимальный конец иглы может сообщаться с каналом, имеющим регулятор давления, таким образом, для регулирования потока газа к плазматической клетке.
Хотя на фиг.1 показан отдельный клапан 32 для избирательной подачи потока газа в плазменный генератор 16 в дополнение к редукционному клапану 40, в альтернативном варианте клапан 32 может быть исключен таким образом, что управление потоком газа осуществляют просто редукционным клапаном, направляя его в расширительную камеру 11 и выпуская управляемым образом через диафрагму.
Массовый или объемный расход газа, входящего в плазменную камеру 16, предпочтительно, регулируют для содействия генерированию нетепловой или неравновесной газообразной плазмы. Например, регулирование расхода регулирует время пребывания газа в плазменной камере. Если расход слишком высок, газ может проходить через плазменную камеру, не будучи возбужденным для формирования газовой плазмы. Дополнительно, даже если плазма сформирована, поток через аппликатор может быть большим, чем необходимо для достижения предпочтительного результата для обрабатываемого участка, и, таким образом, происходит излишний расход газа. Если расход слишком мал, генерируется недостаточный плазменный поток через аппликатор, что приводит к неадекватной обработке обрабатываемого участка или генерированию нежелательных или нетерапевтических газообразных компонентов. Соответственно, устройство 10 содержит регулятор 50 расхода для регулирования потока газа между газовой капсулой и плазменным генератором. Дополнительно или в альтернативном варианте может быть применен регулятор расхода для регулирования потока газа и плазмы из плазменного генератора. Регулятор расхода может быть контрольным клапаном регулирования расхода, расположенным в контуре обратной связи с датчиком 72 расхода (см. фиг.4). В качестве альтернативы регулятору расхода может применяться регулятор давления для регулирования давления газа в плазменном генераторе. Предпочтительно, регулятор расхода действует для достижения установившегося течения газа в плазменный генератор во всем диапазоне давлений газа в газовой капсуле, то есть при относительно высоком давлении, когда капсула заполнена, и относительно низком давлении, когда капсула опустошается.
Требуемая величина обрабатываемого участка, на который воздействует плазма (или другие газовые компоненты, генерируемые плазмой), изменяется в зависимости от типа обработки, для выполнения которой предназначено устройство 10. Соответственно, газовая капсула перед использованием содержит достаточное количество газа для генерирования плазмы для обработки обрабатываемого участка объекта или тела человека или животного в течение времени, которое достаточно для достижения полезного или терапевтического эффекта для обрабатываемого участка. Например, если требуется 5 секунд для отбеливания одного зуба с расходом один литр в минуту, и типичная ротовая полость содержит 32 зуба, газовая капсула должна содержать, по меньшей мере, 2,66 литра газа при атмосферном давлении. Предпочтительно, газовая капсула содержит достаточное количество газа и работает с небольшими расходами для выполнения множества обработок.
Газовая капсула может содержать достаточное количество газа для генерирования (плазменной) струи в течение, по меньшей мере, двух минут или генерирования (плазменной) струи, достаточной для обеспечения благоприятного воздействия на обрабатываемый участок. Как только плазма выходит за пределы плазменного генератора 16 и проходит в аппликатор 18, она, строго говоря, больше не остается плазмой, но становится плазмой послесвечения, которая содержит затухающие ионные и возбужденные газообразные компоненты. Когда плазма послесвечения выходит из аппликатора 18, она образует струю. Газы воздуха поступают в струю, и эти газы воздуха могут взаимодействовать с существующими свободными радикалами, возбужденными компонентами или заряженными компонентами в струе для формирования компонентов химически активного кислорода и/или химически активного азота, которые могут воздействовать в пригодных химических реакторах на субстрат, например, в химических реакциях, которые действуют для уничтожения бактерий в полости рта или отбеливания зубов в естественных условиях или удаления с них пятен.
Количество газа, который может содержаться в емкости высокого давления или газовой капсуле, ограничено конструкцией емкости высокого давления и общим весом и размером устройства. В этом отношении относительно тяжелая емкость высокого давления может быть способна содержать большие количества газа, однако такая тяжелая емкость непригодна для устройства 10, поскольку она делает устройство непригодным для удерживания и управления вручную. Было обнаружено, что пригодная газовая капсула приспособлена для содержания эквивалента приблизительно четырех литров газа при атмосферном давлении, содержащегося под давлением, по меньшей мере, 80 бар и в типичном случае в диапазоне 200-300 бар. Газовая капсула может иметь внутренний объем, достаточный для содержания от 10 мл до 100 мл воды. Газовая капсула может быть в целом цилиндрической и иметь длину меньше 100 мм и диаметр меньше 35 мм. В примере, показанном на фиг.2, газовая капсула имеет длину приблизительно 100 мм и диаметр 35 мм. Емкость может быть выполнена из алюминия или нержавеющей стали, или мягкой стали, или любого другого соответствующего прочного материала.
Как показано на фиг.1 и описано более подробно ниже, устройство 10 содержит зарядный клапан 52, позволяющий заправлять или дозаправлять газовую капсулу 12 газом из источника газа. Зарядный клапан 52 в нормальном состоянии закрыт для предотвращения утечки газа из газовой капсулы и может быть открыт, когда это желательно, чтобы перезарядить емкость. Клапан 52 может иметь конструкцию, подобную показанной на фиг.3, в которой зарядный блок взаимодействует с клапаном 52 для открывания клапана и позволяет заправлять газ. Дополнительно газовая капсула может быть сформирована как единое целое и являться частью корпуса 28 и заправляться при опустошении. В альтернативном варианте газовая капсула 12 может извлекаться из устройства 10 и вставляться в зарядный блок 134 пользователем.
Средство 22 возбуждения плазмы содержит два электрода 54, 56 для генерирования электрического поля в плазменном генераторе 16. В определенных конфигурациях может применяться один электрод, и могут применяться больше чем два электрода, например, два электрода, принимающих сигнал возбуждения, и один заземляемый электрод. Сигнальный генератор 58 генерирует электрический сигнал для привода или возбуждения электродов. По меньшей мере, один и, предпочтительно, оба или все электроды являются диэлектрическими барьерными разрядными электродами, изолированными от газа в плазменной камере диэлектриком для предотвращения перегрева плазмы, вызванного непрерывным или длительным образованием дуги. Пригодными диэлектрическими материалами являются керамика, пластмассы или стекло. Изолирование одного или каждого электрода снижает продолжительность искрения в плазменной камере, когда электрический ток проходит от одного электрода через плазму или газ к другому электроду или каждому из других электродов.
Как показано на фиг.4, электроды 54, 56 отнесены друг от друга для генерирования электрического поля, показанного силовыми линиями 60, по существу во всей плазменной камере 16. Таким образом, можно увеличивать формирование плазмы, так как газ во всех частях плазменной камеры взаимодействует с электрическим полем.
Один из электродов 56 сформирован вокруг периферии плазменного генератора. Если плазменный генератор сформирован из диэлектрического материала, электрод может быть заделан в конструкцию стенки плазменного генератора или может находиться на внешней поверхности стенки. Если плазменный генератор сформирован из электрического проводника, стенка самого плазменного генератора может действовать как электрод.
Было обнаружено, что генерирование плазмы улучшается, если один из электродов 54 выполнен в виде зонда, проходящего в плазменный генератор. Зонд сужен в своей концевой части для формирования точки для увеличения генерирования плазмы в указанном плазменном генераторе. В этом отношении плотность электрического поля увеличивается, особенно в области плазменного генератора, ближайшей к острию зонда. Зонд может быть электрически изолирован вдоль своей длины диэлектриком.
Средства 22 возбуждения плазмы могут работать в любом одном или более режимов возбуждения плазмы, например, с переменным током или импульсным постоянным током, и могут иметь емкостную связь или индуктивную связь с плазменной камерой. В одном примере сигнальный генератор 58 сконфигурирован для генерирования импульсного выходного постоянного тока с 41 эВ и 8 кГц для возбуждения электродов 54, 45. Импульсы могут быть выданы для электродов в течение 10-20% или меньше 10% рабочего цикла. Низкий коэффициент заполнения помогает сохранять электрическую энергию в устройстве, существенно не воздействуя на формирование плазмы, поскольку, когда выход низкий, плазма продолжает генерироваться каскадом заряженных частиц в камере. В альтернативном варианте схема 62 синхронизации может выключать и включать выходной сигнал согласно заданному рабочему циклу.
В другом варианте сигнальный генератор 58 сконфигурирован для генерирования выходного сигнала переменного тока с 1 кВ и 30-80 кГц для возбуждения электродов 54, 56. Этот диапазон больше 20 кГц таким образом, что сигнальный генератор, в типичном случае, не слышим для людей во время использования. Использование при меньше 20 кГц может производить звуковой шипящий шум.
В показанном примере с переменным током средство 22 возбуждения плазмы содержит усилитель 64 для усиления выхода от сигнального генератора для возбуждения электродов. Может применяться пригодная согласующая схема 66 для согласования полного сопротивления нагрузки и источника.
Средство 68 управления в рабочем положении соединено со средством 22 возбуждения плазмы для управления возбуждением электродов. В этом примере средство 68 управления содержит электрический выключатель 70, который, когда он замкнут, допускает возбуждение электродов 54, 56. Выключатель 70 вручную управляется пользователем, использующим указанный выше кнопочный выключатель 34 (который также инициирует клапан 32). В альтернативном варианте может использоваться отдельное пользовательское устройство ввода для управления выключателем 70. Использование одного пользовательского устройства ввода для управления потоком газа в плазменную камеру и возбуждением электродов 54, 56 желательно, поскольку, предпочтительно, поток газа и возбуждение электродов происходят одновременно, или может быть предопределенное запаздывание между потоком газа и возбуждением. Кроме того, предпочтительно, чтобы возбуждение электродов не происходило, пока поток газа не превысит предопределенный минимальный требуемый поток. Соответственно, средство 68 управления и средство 30 управления могут быть объединены и могут содержать клапан 32 подачи для пропускания потока газа 14 и переключатель 70 для обеспечения возбуждения электродов.
Как показано на фиг.4, применен датчик 72 для обнаружения потока газа 14, выпущенного из емкости 12 высокого давления. Средство 68 управления обеспечивает возбуждение электродов только тогда, когда поток газа превышает заданный массовый или объемный расход.
В одной конфигурации, показанной на фиг.5 и 6, интегрированное средство 30, 68 управления может содержать механическое соединение таким образом, что работа пользовательского устройства 34 ввода вызывает перемещение клапанной пластины в клапане 32 и соединение электрических контактов в переключателе 70. Более конкретно, устройство ввода или движковый выключатель 34 соединен поворотным рычагом с клапанной пластиной 74 и с электрическим контактом 76. В состоянии механического соединения, показанном на фиг.5, клапанная пластина 74 уплотнена относительно седла 78 клапана, перекрывая поток газа. Электрический контакт 76 отнесен от второго электрического контакта 80. В состоянии, показанном на фиг.6, клапанная пластина 74 отнесена от седла 78 клапана, выпуская поток газа, и электрический контакт между контактом 76 и контактом 80 замкнут, позволяя источнику 20 электрической энергии возбуждать средство 22 генерирования плазмы.
Источник 20 электрической энергии может представлять собой одну или более батарей, и, предпочтительно, батареи являются перезаряжающимся. В этом случае корпус 28 может содержать электрическое гнездо для приема штепсельного разъема, соединенного с источником питания от сети и схемой 82 подзарядки для перезарядки батарей. В альтернативном варианте устройство содержит, например, первичные обмотки в зарядном блоке и вторичные обмотки в устройстве, соединенном с батареями, для индуктивной связи батарей с зарядным блоком для подзарядки.
Корпус 28 содержит отсек 84 для расположения батарей в корпусе и электрические клеммы (не показаны), которые соединяются с батареями, когда они расположены в отсеке, для подачи энергии к средству 22 возбуждения плазмы.
Для обеспечения свободного перемещения устройства пользователем предпочтительно, чтобы источник электрической энергии не был связан с сетью или другим внешним источником питания во время использования. Также будет понятно, что поскольку устройство может использоваться во влажной окружающей среде, например, в ванной, предпочтительно исключить проводные соединения. Кроме того, в некоторых ванных нет электрической розетки. Однако устройство 10 может быть связано электрическим кабелем с гнездом во время использования. В этом случае источник 20 электрической энергии может содержать трансформатор, и корпус содержит гнездо для приема штепсельного разъема, соединенного с электрическим источником питания. Трансформатор приспособлен для подачи энергии в форме, соответствующей средству 22 возбуждения плазмы. Штепсельный разъем и трансформатор могут быть приспособлены для подключения к электропитанию транспортного средства, например, посредством вставки штепсельного разъема в гнездо прикуривателя транспортного средства и подачи пригодной мощности к средству возбуждения плазмы.
Аппликатор 18 может иметь любую пригодную форму для направления газообразной плазмы от плазменного генератора 16 к обрабатываемому участку. В его самой простой форме аппликатор может содержать отверстие в плазменной камере. Однако, как показано на фиг.1, аппликатор 18 содержит отверстие 26 для формирования струи 24 плазмы и канал 88 для проведения получаемой плазмы послесвечения от плазменного генератора 18 к головке. Канал, предпочтительно, имеет диаметр приблизительно 1-5 мм, который достаточно мал, чтобы вызвать быстрое прохождение потока плазмы к обрабатываемому участку. Канал может быть прямым, как показано, и конфигурирован для обеспечения доступа к обрабатываемому участку. Аппликатор имеет длину, которая, в типичном случае, меньше приблизительно 10 см.
Головка может иметь форму отверстия или, в альтернативном варианте, может содержать сопло для концентрации потока. Головка отнесена от плазменного генератора достаточно для предохранения пользователя от высоких напряжений, используемых для генерирования плазмы, и снижения риска загрязнения плазменной камеры.
В трех примерах, показанных на фиг.7-9, устройство 10 приспособлено для обработки полости рта человека или животного, и головка аппликатора конфигурирована для генерирования потока реакционного компонента, пригодного для такой обработки полости рта.
Как показано на фиг.8, аппликатор 90 содержит головку 92 аппликатора, центральную часть 94, имеющую один или более каналов для проведения газа, в которых существует послесвечение, к головке и также для проведения газа от обрабатываемого участка, и соединительную часть 96 для соединения аппликатора с корпусом 28. Головка 92 сформирована из гибкого материала и формирует полость, которая имеет размеры и форму для охвата обрабатываемого участка, например, двух зубов. Полость в альтернативном варианте может быть сформирована для охвата только одного зуба или больше двух зубов. Головка 92 приспособлена таким образом, что когда полость охватывает зубы, по существу вся площадь поверхности эмали зубов и, возможно, ближайшая часть десны подвергаются воздействию плазмы или другого активного газового компонента для обработки.
Соединительная часть 94 конфигурирована для соединения с сопрягающейся соединительной частью 96 на конце корпуса 28 для установки аппликатора на корпусе. Соединительная часть 94 аппликатора содержит множество формирований или шпонок 95, которые вставляются во множество соответствующих выемок или шпоночных пазов 97 в соединительной части 96 корпуса. После вставки в пазы аппликатор и корпус вращают относительно друг друга для фиксации аппликатора на месте.
Соединительные части 94, 96 конфигурированы для обеспечения активации одной или более функций устройства 10, когда они соединены, и предотвращения активации функций, если они не соединены. Подобным образом соединение одного аппликатора с корпусом может допускать активацию одного набора функций, когда соединение другого аппликатора с корпусом может инициировать другой набор функций. Соединение аппликатора 90 с корпусом 28 конфигурировано для активации средства 22 возбуждения плазмы и потока газа в плазменную камеру 16, когда манипулируют пользовательским устройством 34 ввода. Без такого соединения действие пользовательского устройства ввода не может инициировать эти функции.
Как показано на фиг.10, соединительные части 94, 96 могут содержать сопрягающиеся электрические контакты, которые замыкаются, допуская активацию определенных выбранных функций. Конфигурация показана схематично на фиг.10. Как показано на фиг.10, соединительная часть 94 может вращаться в соединительной части 96, фиксируя аппликатор относительно корпуса. В зафиксированном положении электрические контакты 98 на соединительной части 94 входят в контакт с электрическими контактами 100 на соединительной части 96, таким образом, замыкая соответствующие электронные реле, допуская выпуск потока газа клапаном 32, активацию средства возбуждения плазмы выключателем 70 и активацию откачивающего средства 102 (описанного ниже). Активация средства 104 для передачи движения головке зубной щетки в этой конфигурации не допускается.
Когда с корпусом соединен другой аппликатор, обеспечиваются другие функции устройства. В этом отношении на фиг.11 схематично показан аппликатор 110, показанный более подробно на фиг.7. Аппликатор 110 содержит головку 112 аппликатора, подобную типичной зубной щетке, содержащей щетинки для чистки зубов. Аппликатор 110 также содержит соединительную часть 114 для взаимодействия с соединительной частью 96 корпуса 28. Каналы не требуются в аппликаторе 110 между соединительной частью 114 и головкой 112, поскольку аппликатор 110 предназначен для использования без плазменной обработки. Как показано на фиг.11, когда соединительная часть 114 вставлена в соединительную часть 96 и вращается, фиксируя аппликатор 110 относительно корпуса 28, электрический контакт 106 на соединительной части 114 соединяется с электрическим контактом 108 на соединительной части 96, таким образом замыкая электронное реле и допуская активацию средства 104 для сообщения движения головке зубной щетки или другому средству для содействия чистке зубов. Другие функции устройства 10 (32, 70, 102) выключены в этой конфигурации таким образом, что плазма не подается, когда выполняется нормальная чистка зубов.
Хотя аппликатор 110 показан как содержащий электрический контакт для инициирования вибрации для содействия чистке зубов, вместо этого соединительная часть 114 может быть лишена электрических контактов, и аппликатор 110 тогда используется как нормальная зубная щетка. Если оно применяется, вибрационное средство 104 может содержать электродвигатель для привода ведущего вала, имеющего эксцентриковую часть вала, соединенную с аппликатором для сообщения вибрации или иного движения головке 112 аппликатора. В альтернативном варианте электродвигатель приспособлен для вращения головки для содействия чистке зубов.
Как показано на фиг.8, аппликатор 90, который также показан на фиг.2, содержит в центральной части 94 канал 88 для проведения газа, в котором находится газ послесвечения, от плазменной камеры до головки 92 аппликатора, и каналы 116 для проведения плазмы или газа из обрабатываемого участка. Каналы 116 формируют вытяжной канал в аппликаторе 90, проходящий от обрабатываемого участка и сообщающийся с насосным средством 118. Насосное средство 118 приводится электродвигателем 120 для откачивания газа или плазмы из обрабатываемого участка. Откачивающее средство 102, включающее компоненты 116, 118, 120, откачивает газ или плазму от обрабатываемого участка после обработки таким образом, чтобы, в частности, при обработке полости рта пользователь не вдыхал существенные количества газа или плазмы.
Отработанный газ, выпущенный откачивающим средством 102, может использоваться для охлаждения частей устройства, восприимчивых к перегреву. Отработанный газ может быть отфильтрован активированным фильтром 119, например, каучуковым, кварцевым, угольным, цеолитовым.
В альтернативном варианте может быть применено отдельное насосное средство для накачивания охлаждающего воздуха к внутренним компонентам устройства. Кроме того, может использоваться источник текучей среды, такой как двуокись углерода или вода, которые могут выпускаться для охлаждения компонентов. Внутренние компоненты устройства 10, восприимчивые к нагреву, могут быть снабжены средствами рассеяния тепла, такими как ребра, или в отдельном варианте выполнения устройство может быть приспособлено для измерения электрической входной мощности и входного массового расхода газа. Таким образом, может быть измерена теплопередача и разработана предохранительная система обратной связи.
Применено средство управления для управления работой откачивающего средства. Средство управления, предпочтительно, объединено со средствами 30, 68 управления и содержит электронное реле для инициирования электродвигателя 120, в рабочем положении соединенного с пользовательским устройством 34 ввода. Соответственно, средство управления действует для управления откачивающим средством для откачивания газа или плазмы от обрабатываемого участка, когда газ подается в плазменную камеру, и средство возбуждения плазмы генерирует плазму. Для увеличения эффективности откачивания плазмы или газа из обрабатываемого участка откачивающее средство 102 конфигурировано для вызова потока газа или плазмы из обрабатываемого участка, который больше, чем поток газа, вызванный выпуском из газовой капсулы 12 в обрабатываемый участок.
На фиг.9 показан третий аппликатор 122, который в целом подобен аппликатору 90, показанному на фиг.8, хотя с другой головкой и без каналов 116 откачивания. Аппликатор 122 содержит головку 124 аппликатора, которая содержит множество тонких полых трубок 125 для направления плазменных или активных газовых компонентов на обрабатываемый участок, такой как зубы пользователя. Тонкие полые трубки могут быть сформированы при помощи любой пригодной технологии, такой как горячая штамповка выдавливанием. Трубки соединены с коллекторной полостью 127 в головке для распределения в целом одинаково плазмы или активных компонентов в трубки.
На фиг.12 показан четвертый аппликатор 126. Головка 128 аппликатора подобна по форме назубнику, который используется в области спорта, и содержит один или более каналов 129, конфигурированных для расположения во рту человека или животного, для направления потока плазменного или активного компонента для обработки множества зубов. Более конкретно, каждый канал имеет в целом форму арки, соответствующей зубам на верхней или нижней челюсти. В альтернативном варианте головка аппликатора может содержать два таких канала - один, направленный вверх, и один, направленный вниз - для обработки и верхних, и нижних рядов зубов одновременно.
Устройство 10 может содержать один аппликатор, например, аппликатор 90, показанный на фиг.8, или в альтернативном варианте устройство 10 может содержать множество взаимозаменяемых аппликаторов, как показано на фиг.7-9 и 12, каждый из которых предназначен для выполнения специфической функции. Например, желательно предоставлять возможность пользователю чистить зубы нормальным образом с использованием устройства 10 с аппликатором 110, возможно с вибрацией, и также предоставлять возможность обрабатывать зубы плазмой или другими активными компонентами при помощи одного или более из аппликаторов 90, 122, 126.
Как показано на фиг.1, устройство 10 может содержать дисплей 130 для отображения величины, представляющей состояние устройства, например одного или больше из содержания газа в газовой капсуле 12, величины заряда, остающегося в источнике 20 электрической энергии, или температуры струи плазмы, испускаемой из аппликатора. Дисплей может быть графическим жидкокристаллическим дисплеем. Дополнительно или в альтернативном варианте может применяться средство 132 для предупреждения пользователя, когда уровень состояния устройства, такой как содержание газа в емкости высокого давления, заряд в источнике электрической энергии или температура струи плазмы уменьшается или увеличивается за пределы заданной величины. Средство 132 предупреждения может содержать средство для генерирования звука, который слышит пользователь, или средство световой сигнализации, такое как светодиод, побуждающее пользователя перезарядить или заменить газовую капсулу или источник или удалить устройство из обрабатываемого участка, чтобы предотвратить нанесение вреда.
Газовая капсула 12, предпочтительно, содержит газ или смесь газов, таких как гелий или другие благородные газы, для формирования нетепловой газообразной плазмы в указанном плазменном генераторе. Таким образом, газ может формировать плазму, когда относительно небольшие количества энергии подаются в плазменный генератор 16 средством 22 возбуждения плазмы. При формировании газовой плазмы генерируемое электрическое поле вызывает соударение электронов высокой энергии с атомами или молекулами газа, извлекающее электрон и, таким образом, формирующее множество электронов и ионов. Обычно генерирование потока или струи нетепловой плазмы при температурах меньше приблизительно 40°C может быть достигнуто вгазе, основанном на гелии. В альтернативном варианте газообразная плазма может быть основана на одном или более других благородных газов. При обработке тела человека или животного требуются относительно низкие температуры, поскольку высокие температуры могут убивать биологические клетки, вызывая некроз или боль.
На фиг.1, 13 и 14 показан аппарат, содержащий устройство 10 и зарядный блок 134. Зарядный блок содержит зарядную емкость 136 высокого давления, содержащую газ для подачи газа в газовую капсулу 12 устройства 10; и электрическое зарядное средство 138 для (под)зарядки источника 20 электрической энергии в устройстве. В альтернативном варианте зарядный блок может содержать только одно из зарядной емкости 136 высокого давления и электрического зарядного средства 138. Могут использоваться сменные емкости 12 высокого давления, когда газ в предыдущей емкости израсходован при использовании устройства, или используются свежие батареи для замены источника 20, когда он разряжен.
Зарядный блок и газовая капсула 12 устройства содержат соответствующие клапаны 140, 142 подзарядки, которые могут быть открыты, когда газовая капсула соединена, как показано, допуская подачу газа в газовую капсулу 12 устройства, и закрыты, когда емкости высокого давления не соединены. Клапанное устройство может быть подобным устройству, показанному на фиг.3.
Зарядный блок 134 состоит из основания, имеющего вертикальную часть 144 для размещения зарядной емкости 136 высокого давления. Зарядная емкость высокого давления относительно больше и может иметь больший объем под давлением и может содержать достаточное количество газа, чтобы пополнять устройство много раз, возможно, двадцать раз. Зарядный блок также содержит гнездо 146 для размещения устройства. Когда устройство 10 помещают в зарядный блок, емкости высокого давления 12, 136 соединяются, допуская подачу газа в газовую капсулу 12 устройства. В этом отношении применен канал 148, возможно, включающий клапан 150 и имеющий первую оконечную часть, приспособленную для взаимодействия и открывания заправочного клапана 140 газовой капсулы 12 устройства, и вторую оконечную часть, соединенную с зарядной емкостью 136 высокого давления. Соответственно, когда устройство 10 помещено в зарядный блок 134, емкость 12 высокого давления устройства 10 автоматически пополняется.
В альтернативном варианте, вместо того чтобы помещать все устройство 10 на зарядный блок для заправки, в гнездо 146 устанавливают газовую капсулу 12 устройства, когда она извлечена из устройства. Соответственно, когда газовая капсула 12 устройства помещают в зарядный блок, емкости высокого давления 12, 136 соединяются, допуская подачу газа в газовую капсулу устройства.
В этом случае устройство может содержать по меньшей мере две газовые капсулы 12 устройства. В любой момент одна или более газовых капсул устройства 12 могут быть помещены в зарядный блок 134 для зарядки, и одна газовая капсула 12 устройства может быть размещена в корпусе 28 устройства для использования при генерировании потока газа.
Как показано на фиг.14, электрическое зарядное средство 138 содержит цепь 152 управления для приема электрической энергии, например, из сети через штепсель 154 и подачи электрической энергии для подзарядки источника 20 электрической энергии в устройстве 10, когда источник 20 энергии 20 соединен с электрическим зарядным средством 138. Когда устройство помещают в зарядный блок в гнездо 146, источник 20 энергии автоматически соединяется с электрическим зарядным средством, если зарядный блок соединен с питанием от сети.
Одно из гнезда 146 и устройства 10 может включать формирование или выступ 154 и другое включает выемку 156 для сопряжения, например для обеспечения непосредственной близости катушек первичной обмотки и вторичной обмотки зарядного средства с индуктивной связью для зарядки источника 20.
В альтернативном варианте источник 20 может быть перезаряжен посредством извлечения его из устройства 10, размещения его в гнезде 146 таким образом, чтобы он был соединен с зарядным блоком, и перезаряжания его зарядным средством 138.
При использовании устройства 10, например, для отбеливания, чистки, стерилизации или заживления ротового участка тела, пользователь выбирает соответствующий аппликатор 18 для установки на корпус 28. В зависимости от аппликатора могут быть инициированы выбранные функции устройства 10, когда пользователь манипулирует пользовательским устройством 34 ввода. Для плазменной обработки действие пользовательского устройства ввода открывает клапан 32, замыкает выключатель 70 и инициирует откачивающее средство 102. Если существует достаточный поток газа (например, гелия) в плазменный генератор 16, средство 22 возбуждения плазмы возбуждает газ в плазменном генераторе для формирования плазмы. Хотя по существу весь плазменный генератор подвергается воздействию электрического поля, степень ионизации получаемой плазмы может быть ограничена. Плазма выходит из генератора и становится плазмой послесвечения, которая проходит через аппликатор 18. Пользователь помещает головку аппликатора таким образом, что полученная газообразная струя проходит по обрабатываемому участку, например, одному или более зубов. Во время обработки откачивающее средство откачивает газ из обрабатываемого участка. Когда обработка закончена, пользователь манипулирует пользовательским устройством 34 ввода для выключения потока газа, средства 22 возбуждения плазмы и откачивающего средства 102.
Неизбежно часть струи взаимодействует с окружающим воздухом (например, кислородом, азотом и аргоном), вызывая некоторый химический распад, формирующий активные газообразные компоненты, в частности, реактивные кислородные компоненты и реактивные азотные компоненты. Например, взаимодействие струи с кислородом может формировать гидроксильные радикалы и/или озон. Они являются сильными окислителями и могут способствовать полезному или терапевтическому воздействию на обрабатываемый участок, как имеет место и с другими активными газообразными компонентами.
В другом варианте осуществления изобретения устройство конфигурировано для генерирования озона или других активных газообразных компонентов без генерирования нетепловой плазмы или при использовании других способов возбуждения.
Такое устройство генерирует поток нетепловых газообразных компонентов и имеет эквивалентные признаки устройства 10, кроме сформулированных иначе. Устройство содержит газовую капсулу для содержания газа под давлением и формирует поток газа через реакционную камеру к аппликатору при выпуске из емкости. Газ, выпущенный из газовой капсулы, ионизируется в плазменном генераторе для формирования активных газообразных компонентов.
Устройство также содержит источник электрической энергии и возбуждающее средство, имеющее электрическое соединение с источником электрической энергии, для возбуждения газа в плазменном генераторе для формирования газообразных компонентов.
Аппликатор направляет поток газообразного компонента от плазменного генератора для генерирования потока газообразного компонента от устройства. Корпус содержит газовую капсулу, плазменный генератор, источник электрической энергии и возбуждающее средство. Корпус имеет такие размеры и вес, что устройство может удерживаться и управляться пользователем вручную, и поток газообразных компонентов направляется для обработки обрабатываемого участка объекта или тела человека или животного. Газовая капсула может содержать кислород, и в этом случае сформированный возбужденный газообразный компонент является синглетным кислородом. Озон формируется реакцией кислородных молекул с синглетным кислородом. На фиг.1 схематично показана форма устройства согласно изобретению, в котором сигнал постоянного тока 12 В преобразуется в сигнал переменного тока 6 кВ для действия плазменного генератора с 15%-м периодом включения. Цикл с малым периодом включения помогает сохранять электрическую энергию в устройстве, существенно не влияя на формирование плазмы.
Устройство, показанное на фиг.5, имеет цилиндрическую газовую капсулу 502 емкостью до 100 мл, но, предпочтительно, в пределах 20 мл. Газовая капсула 502 оснащена двухпозиционным клапаном 504. Клапан 504 может быть клапаном типа, описанного и показанного здесь со ссылками на фиг.3. Клапан 504 может быть приведен в действие средством, подобным описанному и показанному со ссылками на фиг.3. Для подготовки устройства к работе газовую капсулу 502 устанавливают внутри корпуса 506, который содержит клапаны для управления подачей газа из капсулы в генератор нетепловой газообразной плазмы, причем генератор также расположен внутри корпуса 506. Кроме того, корпус содержит одну или более электрических батарей для питания постоянным током и электрические средства для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и для подачи напряжения переменного тока к электродам плазменного генератора.
Корпус 56 имеет газовый канал 508 для потока газа из газовой капсулы 502 в плазменный генератор 510. Канал 508 содержит последовательно регулятор 512 давления, датчик 514 расхода и электромагнитный клапан 516, находящиеся по ходу потока перед плазменным генератором 510.
Корпус 506 содержит батарею 520 на 12 В. Батарея снабжена индикаторным светодиодом 522. Индикаторный светодиод может указывать статус батареи, то есть он информирует пользователя, когда доступная мощность батареи 520 низкая. Батарея 520 питает мощностью низковольтный генератор 524 сигналов в комбинации с высоковольтным генератором 526. Средство 528 управления в форме логической схемы конфигурировано для приема множества входных сигналов в зависимости от состояния устройства для избирательной выдачи выходных сигналов сигнальным генераторам 524 и 526. Первый входной сигнал поступает от главного двухпозиционного переключателя 530. Если этот переключатель находится в его положении "выключено", подача газа и электропитание для плазменного генератора начинаться не могут. Второй входной сигнал может поступать от светодиода 522. Если батарея разряжена, подача газа и электропитание для плазменного генератора начинаться не могут. Третий входной сигнал в средство управления поступает от датчика 514 расхода. Если датчик расхода не обнаруживает поток газа в плазменный генератор 510, электропитание для плазменного генератора 510 начинаться не может. Предпочтительно, логическая схема 528 включает средство запаздывания, которое задерживает генерирование выходной мощности для плазменного генератора 510 на предопределенное время после того, как датчик 514 расхода обнаруживает прохождение газа в плазменный генератор. Это позволяет продуть газом плазменный генератор 510 до инициирования генерирования плазмы.
Устройство, показанное на фиг.5, снабжено вторичным двухпозиционным переключателем 532. Когда переключатель 532 находится в его положении "выключено", электромагнитный клапан 516 находится в его закрытом положении. Таким образом, газ не может проходить в плазменный генератор 510. С другой стороны, когда выключатель находится в его положении "включено", логическая схема посылает сигнал электромагнитному клапану 516 для его открывания, при условии что главный выключатель 530 находится также в положении "включено". Поток газа в плазменный генератор, таким образом, обнаруживается, и сигнал генерирования плазмы может быть послан плазменному генератору 510.
Если желательно, один двухпозиционный переключатель может выполнять функции обоих переключателей 530 и 532.
Плазменный генератор 510 имеет выход, сообщающийся с аппликатором 540, конфигурированным для направления струи нетеплового реактивного газообразного компонента на целевую поверхность.
Сигнальные генераторы 524 и 526 могут через ряд компонентов и схем (отдельно не показаны) преобразовывать электрический ток от батареи на 12 В в импульсное выходное напряжение в диапазоне 4-6 кВ с частотой 2-10 кГц, которое является пригодным для генерирования нетепловой плазмы. Такие схемы и компоненты известны в областях электроники и электротехники и не требуют детального описания. По существу могут использоваться схемы типа, используемого с ксеноновыми импульсными лампами, допускающие зарядку батареей конденсатора, например, до 320 В. Может использоваться трансформатор для настройки напряжения и обеспечения генерирования импульсов напряжения в желательном диапазоне 4-6 кВ. Для получения четких, хорошо определенных импульсов необходимо поддерживать количество витков и индуктивность обмоток трансформатора на низких уровнях и иметь умеренные коэффициенты повышения. Этот подход помогает удерживать нежелательные паразитные элементы индуктивности рассеяния и паразитную емкость обмотки, которые содействуют искажению импульса, на минимальном уровне.
Поскольку импульсный трансформатор имеет низкую индуктивность первичной обмотки, ток намагничивания, который генерирует рабочий магнитный поток в сердечнике, является существенным, приводя к существенной накопленной магнитной энергии в трансформаторе во время генерирования импульса. Для получения эффективной конструкции эта магнитная энергия извлекается в конце импульса и временно сохраняется в другой форме (обычно как заряд конденсатора) в готовности генерировать следующий импульс.
В любом случае, магнитный поток в сердечнике должен быть возвращен к нулю, прежде чем будет генерироваться следующий импульс, иначе поток нарастает с очередными импульсами, пока сердечник не будет насыщен, и в этой точке трансформатора прекращает работу и действует как короткое замыкание для электронной схемы возбуждения.
Общепринятая методика извлечения магнитной энергии в трансформаторах импульсного питания, которые могут использоваться в этом случае, предусматривает использование так называемой обмотки "обратного хода". Она обычно идентична первичной обмотке, и обе наматываются на сердечник одновременно (биполярная обмотка) для обеспечения высокого уровня индуктивной связи между ними. Обмотка обратного хода соединяется между заземлением и накопительным конденсатором питания постоянным током через блокировочный диод.
Во время генерирования импульса к первичной обмотке подается фиксированное напряжение, и ток повышается, создавая магнитный поток в сердечнике, что вызывает равное и противоположное напряжение в обмотке обратного хода (но ток не проходит благодаря блокировочному диоду). Прерывание тока в первичной обмотке в конце импульса вызывает начало исчезновения магнитного поля, что реверсирует наведенное напряжение в обмотке обратного хода и вызывает обратный ход тока назад в конденсатор питания. Поток и ток плавно снижаются до нуля в готовность к следующему импульсу.
Другая пригодная конфигурация трансформатора представляет собой трансформатор со средней точкой, в котором две идентичные бифилярные первичные обмотки попеременно соединены с источником питания постоянного тока. Фазирование обмоток таково, что магнитный поток в сердечнике генерируется с противоположными направлениями, каждое из которых возбуждается поочередно.
Конструкция со средней точкой также позволяет извлекать аккумулированную магнитную энергию и возвращать в питающий конденсатор очень подобно подходу с обратным ходом, где блокировочный диод теперь становится активным транзисторным выключателем. Одна и та же конструкция трансформатора может теперь использоваться для обоих подходов.
Хотя конструкция со средней точкой требует дополнительного коммутационного транзистора и средства управления, она допускает возможность удваивания изменения магнитного потока в пределах сердечника с использованием положительного и отрицательного диапазонов потока. Конструкция с обратным ходом, показанная выше, допускает только униполярные колебания потока.