高浓度 NO2 发生系统和用该发生系统产生高浓度 NO2 的方法 技术领域 本发明涉及一种高浓度 NO2 发生系统和使用该发生系统产生高浓度 NO2 的方法。 更具体地， 本发明涉及一种用于通过使用空气作为组分以简单且具有选择性的方式获得高 浓度 NO2 的高浓度 NO2 发生系统， 和使用该发生系统来产生高浓度 NO2 的方法。
背景技术 传统地， 作为医疗器械的灭菌方法， 高压蒸汽灭菌 ( 下文中简称为 “AC” ) 和环氧乙 烷气体灭菌 ( 下文中简称为 “EOG 灭菌” ) 已经得以广泛使用。
AC 是使要灭菌的物品暴露在大约 135℃的高温下的灭菌法， 其已经广泛应用于由 金属制成的医疗器械。然而， 存在如下缺点 ： 在要灭菌的物品方面存在限制， 因为灭菌是在 高温条件下进行的。例如， 存在着不能通过 AC 对例如塑料的热不稳定性材料进行灭菌的问 题。
另一方面， EOG 灭菌可用于塑料， 因为其可以在 70℃或以下的较低温下进行。然 而， 由于其毒性以及爆炸的风险， 存在如下缺点 ： EOG 需要安全地存储， 以免造成与卫生和 安全相关的问题， 并且在处理时需要加以充分的注意。此外， 当 EOG 通过管道从罐 ( 圆筒状 物 ) 供应到灭菌装置时， 需要通过测定圆筒状物的重量来持续监测重量减少的发生， 从而 防止发生在例如管道的意外泄漏。
除这些灭菌方法外， 使用过氧化氢 (H2O2) 的灭菌法也得以使用。与 EOG 相比， 过氧 化氢的使用和管理简单， 且从安全的角度来讲很有利。 然而， 由于过氧化氢以水溶液的形式 进行使用， 对于例如管子内部的具体部位的渗透性要逊于 AC 或 EOG 灭菌。
作为 AC 或 EOG 灭菌法替代方法， 如日本未经审查的专利公开第 240864/1988 号所 示， 使用高浓度臭氧 (O3) 的灭菌法也得以使用， 其中通过在位于臭氧罐下游、 且位于臭氧发 生器上游的位置处设置循环泵、 并在其中循环臭氧来产生高浓度的臭氧。 在该方法中， 优势 在于臭氧的产生和使用后的臭氧分解都很简单。 然而， 存在以下缺点 ： 高浓度臭氧是爆炸性 的， 并且对塑料造成实质性的损伤。
作为与上述各种灭菌方法相比没有爆炸危险的灭菌法， 已经提出了使用氮氧化物 气体 ( 下文中也简称为 “NOx” ) 的灭菌法。 例如， 在日本未经审查的专利公开第 162276/1983 号的方法中， 使用通过对氧气和氮气的气体混和物进行等离子体处理得到的气体混和物， 用以对存在于例如食物表面上的大肠杆菌进行灭菌。在该方法中， 通过对自氧气罐和氮气 罐引入的气体混合物进行等离子体处理来制备氮氧化物和臭氧的气体混和物。 将制备的气 体混和物喷射在食物表面上， 以对表面上存在的大肠杆菌进行灭菌。由于该灭菌过程可以 在适中的温度下进行， 存在如下优势 ： 该方法可以用于多种要灭菌的物品， 而且不需要储存 灭菌气体， 因为氮氧化物是按需产生的。
发明内容
然而， 在日本未经审查的专利公开第 162276/1983 号的灭菌装置中， 氮氧化物通过所谓的 “单程 (single pass)”——氧气和氮气的气体混合物的单次等离子体处理制备。 此外， 氮氧化物在开放空间中喷射到食物的表面上， 处理后的氮氧化物直接释放到大气中。 其结果是， 包括氮氧化物的灭菌气体的浓度最多在若干 ppm 的数量级， 可用于灭杀大肠杆 菌的程度 ( 且灭菌仅对于食物表面上存在的大肠杆菌进行 )。因此， 存在如下问题 ： 该方法 不可能用于要求可靠性增强的高水准灭菌 ( 例如， 附有微生物的医疗器械 ； 更具体地， 例如 剪刀之间和管子内部的细微处的灭菌 )。
鉴于上述问题提供本发明。通过聚焦于二氧化氮 ( 下文中也简称为 “NO2” ) 在包 括氮氧化物的其他灭菌气体当中表现出高的灭菌效果这一事实， 本发明的目的在于提供高 浓度 NO2 发生系统和使用该系统产生高浓度 NO2 的方法， 通过该方法可以简单地且选择性地 得到在例如医疗器械灭菌的高水准灭菌过程要求的高浓度 NO2( 大约 500ppm 或以上 )。本 发明的另一个目的在于提供高浓度 NO2 发生系统和使用该发生系统产生高浓度 NO2 的方法， 由于因使用室内空气作为组分， 无需进行组分管理， 因此通过该方法可以根据需要简单地 且选择性地制备高浓度 NO2。
根据本发明的高浓度 NO2 发生系统显示在图 1 中。
该系统由腔体 (chamber)、 NO2 传感器、 流阻 (flow resistor)、 流量计、 等离子体发 生器、 压力计、 循环泵、 干燥空气供应装置和排气泵构成。 优选地， 循环装置是压力装置， 循环路径通过将等离子体发生器在路径的下游侧 与腔体连接、 将压力装置在路径的下游侧与等离子体发生器连接、 以及将腔体在路径的下 游侧与压力装置连接而构成。
优选地， 在腔体和等离子体发生器之间连接有流阻部。
优选地， 循环路径还包括 NO2 浓度测量装置。
优选地， NO2 浓度测量装置设置于腔体内， 或腔体和流阻部之间。
优选地， 循环路径还包括用于引入气体混合物的进口部， 该进口部包括关闭装置 和气体干燥装置。
优选地， 关闭装置通过检测循环路径中的内压来关闭， 上述内压通过在减压下向 循环路径中供应气体混合物而增加。
优选地， 流阻部是孔板。
本发明是使用高浓度 NO2 气体发生系统来产生高浓度 NO2 的方法， 其包括使 NOx 气 体混合物在由腔体、 等离子体发生器和循环装置形成的循环路径中循环， 直至 NO2 浓度达到 500ppm 到 100,000ppm。
优选地， 使用环境空气用于气体混合物。
优选地， 使用露点为 0 到 -90℃的干燥空气用于气体混合物。
优选地， 等离子体发生器的等离子发生部的内压是 20 到 90kPa( 绝对压力 )。
在安全性是重要关注点的情况下， 优选地， 大气压与如下区间的内压的压力差设 定在大约 -1 到 -50kPa( 相对压力 ) 之间， 所述区间为从压力装置、 经过在路径的下游侧与 压力装置连接的腔体、 直到在路径的下游侧与腔体连接的流阻部这一区间。
在系统的紧密性是重要关注点的情况下， 从压力装置、 经过在路径的下游侧与压 力装置连接的腔体、 直到在路径的下游侧与腔体连接的流阻部这一区间的内压保持成相对 于大气压为正压。
优选地， 在循环路径中循环的 NOx 气体混合物的流量为 5LPM 或以上。附图说明
图 1 是说明根据本发明实施方式的高浓度 NO2 发生系统的示意图。 图 2 是说明根据本发明实施方式的高浓度 NO2 发生系统中的等离子体发生部的示 图 3 是是说明根据本发明实施方式的高浓度 NO2 发生系统中的等离子发生器的示 图 4 是说明用于本发明实施方式 ( 实施例 1-3 和比较例 4) 的循环路径的示意图。 图 5 是说明实施例 1 到 3 的结果的图表。 图 6 是说明用于本发明实施方式 ( 实施例 4-6) 的循环路径的示意图。 图 7 是说明实施例 4-6 的结果的图表。 图 8 是说明用于本发明实施方式 ( 比较例 1 和 2) 的循环路径的示意图。 图 9 是说明比较例 1 和 2 的结果的示意图。 图 10 是说明用于本发明实施方式 ( 实施例 7-13 和比较例 3) 的循环路径的示意 图 11 是用于本发明实施方式 ( 比较例 5-7) 的循环路径的示意图。 图 12 是说明实施例 8-13 的结果的图表。 图 13 是说明实施例 14 的结果的图表。意图。
意图。
图。
具体实施方式
根据本实施方式的高浓度 NO2 气体发生系统包括循环路径 4， 其中连接有腔体 1、 等离子体发生器 2 和循环装置 3， 如图 1 所示。更具体地， 循环路径 4 设置成包括腔体 1、 在 路径的下游侧经由管道与腔体 1 连接的流阻部 5、 在路径的下游侧经由管道与流阻部分 5 连 接的等离子体发生器 2、 和在路径的下游侧经由管道与等离子体发生器 2 连接的循环装置 3。循环装置 3 还在路径的上游侧经由管道与腔体 1 连接， 使得循环路径 4 由腔体 1、 流阻部 分 5、 等离子体发生器 2 和循环装置 3 形成。通过对循环装置 3 的操作， 包括氮气和氧气的 气体混合物在循环路径 4 中循环， 以产生 NO2。
腔体 1 是用来容纳产生的高浓度 NO2 的气密性隔间。腔体 1 在本实施方式中具有 正方形盒体的形状， 然而， 它可以是球形或圆柱形。由于本实施方式的腔体 1 形成了循环路 径 4， 因此形成有流出口、 流入口、 和用于将高浓度 NO2 带出的可开关气体供应开孔。
本实施方式的腔体 1 包括用于将气体混合物引入其中的入口部 1a， 和用于排出腔 体 1 中气体的气体供应部 1b。入口部 1a 包括与腔体 1 的入口开孔连接的入口管道 1c、 用 于开 / 关通过入口管道 1c 的气流的关闭装置 1d、 和用于干燥气体混合物的气体干燥装置。 标记 f 是滤器。气体干燥装置 1e 对引入腔体 1 的气体混合物进行干燥， 以防止杂质粘附于 诸如等离子体发生器 2， 并通过抑制 NOx 的硝化来防止例如电极和包装材料的部件的腐蚀。 在本实施方式中， 将气体干燥器用作气体干燥装置 1e。
在本实施方式中， 使用气体驱动阀作为关闭装置 1d。与压力检测装置 8( 压力 传感器 ) 一起， 气体驱动阀检测循环路径 4 中的压力， 该压力通过在低压下将气体混合物供应至循环路径 4 内而增加。控制气体驱动阀， 使得当相对于环境空气的差压为大约 -1 到 -50kPa( 相对压力 ) 时由电驱动关闭。除此之外， 可以使用在预设内压点自动关闭的气 体驱动阀或电磁阀作为关闭装置 1d。 而且， 关闭装孩子 1d 可以通过包括用于在关闭操作的 同时阻断气流的阀门的空气干燥装置 1e 配置。
注意到除腔体 1 外用于引入气体混合物的进口部 1a 也可以设置在循环路径中， 并 且可以例如在等离子体发生器 2 的上游侧与管道连接。
气体混合物包括用于产生高浓度 NO2 气体的成分——氮气和氧气， 在该实施方式 中使用空气作为气体混合物。因此， 在该实施方式中， 入口管道 1c 的末端是开启的， 以用作 空气入口开孔， 并包括空气过滤器。 除空气外， 也可以使用充在气瓶中的以 95 ∶ 5 至 5 ∶ 95 的比例组成的氮气和氧气作为气体混合物。在这种情况下， 入口管道的末端与气瓶连接。
气体供应部 1b 包括排气管道 1f、 关闭装置 1g 和排气泵 1h。通过开启 / 关闭关闭 装置 1g 和驱动排气泵 1h， 保留在包括循环路径 4 的腔体 1 中的高浓度 NO2 气体以及杂质和 例如蒸汽的气体可以在后面说明的排气步骤中进行排放。在高浓度 NO2 气体的情况下， 通 过将气体供应部 1b 与用于进行例如医疗器械的高水准灭菌的灭菌室连接来排放气体， 可 以形成根据需要使用高浓度 NO2 气体的灭菌装置。 在本说明书中， 将包括从外部供应至高浓度 NO2 发生系统作为组分的氮气和氧气 的气体称作气体混合物， 将包括通过等离子体发生器 2 至少循环一次产生的 NOx 的气体称 作 NOx 气体混合物， 并将通过重复上述循环而达到所需 NO2 浓度水平的气体称作高浓度 NO2 气体。
腔体 1 的容量优选为大约 1 到 300L， 更优选为大约 20 到 150L， 最优选为大约 30 到 70L， 使得根据需要升高 NO2 浓度所需的时间不会太长。本实施方式的腔体 1 容量为 40L。
腔体 1 由不容易被 NO2 或硝酸腐蚀的例如不锈钢、 镍铬合金或不饱和聚酯树脂 (FRP) 形成， 并且通过将腔体固定在底座上而将其稳固支撑 ( 未示出 )。
在本实施方式中， 流阻部 5 由孔板 5a 形成。孔板 5a 设在腔体 1 下游侧的管道中， 并形成孔板流量计。因此， 在本实施方式中， 有利之处在于可以测量从腔体 1 循环出去的气 体流量。 除孔板 5a 之外， 流阻部 5 还可以设置成将腔体 1 下游侧的管道的一部分设为窄管， 以增加该部分的流阻率。
如图 2 和图 3 所示， 等离子体发生器 2 是能够在常温常压下通过微波产生等离子 体的单元， 且通常设置成包括用于产生具有预设波长微波的微波发生装置 2a、 与微波发生 装置 2a 连接以传送微波的波导 2b、 和与波导 2b 整体设置的等离子体发生部 2c。
微波发生装置 2a 产生例如 2.45GHz 的微波， 并将微波传送至波导 2b。因此， 微波 发生装置 2a 包括例如用于产生微波的磁控管的微波发生源、 用于将在微波发生源处产生 的微波的功率调节至预设功率强度的放大器、 和用于将微波发射至波导 2b 的微波传送天 线。由于将微波发生装置 2a 用于等离子体发生器 2， 例如能够输出 1W 至 3kW 微波能量的持 续可变型的装置是适用的。
波导 2b 由非磁性金属 ( 例如铝 ) 制成， 例如， 为具有矩形横截面的管状， 并将微波 发生装置 2a 产生的微波传送至等离子体发生部 2c。 本实施方式的波导 2b 通过方管组件进 行设置， 使用由金属平板制成的顶板和底板以及两个侧板。 除该板状组件之外， 波导也可以 通过板状元件的例如挤压或弯曲工序来制备。而且， 除具有矩形横截面的波导 2b 外， 也可
以使用具有椭圆横截面的波导 2b。 而且， 不仅仅是非磁性金属， 波导还可以由具有波导特性 的多种元件设置而成。在本实施方式中， 波导 2b 是接地的。
等离子体发生部 2c 与波导 2b 整体设置， 且包括穿过波导 2d 插入的棒状传导轴 2d 以及管状传导管 2e。传导轴 2d 还设置有插入到波导 2b 中以接收微波的天线部 2f、 和在本 实施方式中经由电绝缘体穿过波导 2b 插入的从波导 2b 向外突出的中央电极 2g。 本实施方 式的传导轴 2d 具有圆形的横截面， 然而， 可以使用具有椭圆形、 卵形或长卵形横截面的传 导轴。本实施方式的传导轴 2d 使用钛形成， 然而， 也可以使用能够传送微波的材料例如钛 合金、 铜、 铂、 金和银。在传导轴 2d( 中央电极 2g) 的端部 (tip) 形成有由陶瓷构成的屏蔽 膜 2h， 以防止电弧放电并保护电极。
在本实施方式中， 传导管 2e 具有大体的圆柱状， 其内径形成为要大于传导轴 2d 的 外径。传导管设置成覆盖从波导 2d 向外突出、 且在中心具有中央电极的中央电极 2g， 在中 央电极 2g 和传导管 2e 之间形成有环状空间 2i。传导管 2e 的底端 (base end) 是电导性 的， 且相对于波导 2b 固定， 传导管 2e 由此经由波导 2b 接地。除圆形横截面外， 传导管 2e 也可以具有例如矩形横截面或卵形横截面。然而， 其端部形成为其长度在与中央电极 2g 的 端部基本相同的位置终止。要注意的是， 本实施方式的传导管 2e 使用不锈钢制成， 然而， 它 可以由例如铝制成。 在本实施方式的传导管 2e 中， 在朝向其底端的位置设置有通风口。通过将从流阻 部 5 延伸的管道 2j 与通风口连接， 设置有从流阻部 5 连接到等离子体发生器 2 的循环路径 4。 在循环路径中 4 流动的气体混合物通过环状空间 2i 内部向中央电极 2g 的端部移动。 而 且， 在传导管 2e 的外边缘， 插入有陶瓷屏蔽管 2k， 以防止相对于中央电极 2g 的电弧放电。 屏蔽管 2k 的外边缘与进一步导向路径下游的管道 2j 连接， 从而形成循环路径 4。
在 由 此 设 置 的 等 离 子 体 发 生 部 2c 中， 由 微 波 发 生 装 置 2a( 磁 控 管 ) 产 生 的 2.45GHz 的微波 ( 功率可调节 ) 从设在波导 2b 一端的微波发生装置 2a 的微波传送天线发 射至等离子体发生部 2c。发射的微波在波导 2b 中传送， 并由等离子体发生部 2c 中的传导 轴 2d 的天线部 2f 接收。如此由天线部 2f 接收的微波在传导轴 2d 的表面上传送， 并到达 中央电极 2g 的端部。中央电极 2g 的端部与波导 2b 电耦合， 并设置在地电位的传导管 2e 的端部附近。通过微波到达中央电极 2g 的端部， 在传导管 2e 的端部和中央电极 2g 的端部 之间形成有强电场， 尤其是在中央电极 2g 的端部附近。 注意到传导管 2e 形成为在 2.45GHz 波段具有谐振点， 使得在中央电极 2g 的端部部分有效形成有强电场。
通过由此形成的强电场， 在经循环路径 4 供给的气体混合物中包括的氮气和氧气 中发生部分离子化。结果， 构成了数万摄氏度下的电子、 基本常温下的离子、 基本常温下的 中性原子和基本常温下的中性分子的聚集体。广泛地， 该条件是电中性的， 也就是说， 形成 了等离子状态， 更具体地说， 形成低温等离子体 ( 不平衡等离子体 ) 状态。
也就是说， 中央电极 2g 末端附近的气体混合物中的氮和氧通过微波形成的强电 场被激发， 从而发生介电击穿， 并从分子状态转换为低温等离子体 ( 不平衡等离子体 ) 状 态。 低温等离子体状态下的气体具有相对于其他低温等离子体状态或分子状态下的气体的 高反应性。因此， 将主要包括氮和氧的气体混合物引入等离子发生部 2c 中时， 其中的一部 分转化成氮氧化合物， 例如一氧化氮和二氧化氮， 或转化成臭氧。
1.N2+O2 → 2NO
2.N2+2O2 → 2NO2
3.3O2 → 2O3
注意到转化比例在式 1 的情况下最高。根据式 1 产生的一氧化氮的一部分与等离 子体发生部 2c 中处于低温等离子体状态的氧结合， 并转化成二氧化氮。
4.2NO+O2 → 2NO2
由此产生的包括 NO2 的 NOx 气体混合物通过循环路径 4 循环， 或者保留在腔体 1 中。此时， 根据式 1 产生的一氧化氮逐步地与 NOx 气体混合物中的氧或与根据式 3 产生的 臭氧反应， 并进一步转化成二氧化氮， 如式 5 和 6 所示。结果， NO2 的浓度增加。
5.2NO+O2 → 2NO2
6.NO+O3 → NO2+O2
根据式 3 产生的臭氧与 NOx 气体混合物中的氮反应， 产生一氧化氮。
7.N2+2O3 → 2NO+2O2
该一氧化氮也通过式 5 和 6 的反应转化成二氧化氮。
通过该方式， 当 NOx 气体混合物反复在循环路径中循环时， 二氧化氮的浓度逐渐 增加， 并得到具有所需 NO2 浓度水平的高浓度 NO2 气体。然而， 当产生的一氧化氮或二氧化 氮再次通过等离子体发生器 2 时， 其中一部分通过离解反应再次变成低温等离子体状态、 从而恢复成氮或氧的现象会发生。因此， 当 NOx 气体混合物的浓度通过反复循环而达到高 浓度 NO2 气体的一定水平时， 氮氧化合物的生成和氮氧化合物的离解落在平衡状态下， 从而 在一定的浓度下， 加强不会进一步继续。
在本实施方式的高浓度 NO2 气体发生系统中， 包括单个等离子体发生器 2 的循环 路径 4 如图 1 所示进行说明。 然而， 可以将两个或三个或更多个等离子体发生器 2 并行连接 以形成循环路径 4。这是优选的， 因为在这种情况下可以在短时间内产生高浓度 NO2 气体。 而且， 循环路径 4 可以在等离子体发生器 2 中分叉， 以便为每个分叉途径提供等离子体发生 部 2c。
在本实施方式中， 循环装置 3 通过使用压力装置 6 来设置。 也可以使用风扇作为循 环装置 3。作为压力装置 6， 可以优选地使用空气泵， 也可以使用鼓风机或空气压缩机。对 于空气泵， 可以使用功率为大约 20 到 100 瓦且由氟橡胶制成的隔膜泵、 由陶瓷制成的柱塞 泵、 或风箱式泵。压力装置 6 设在用于连接等离子体发生器和腔体 1 的管道中， 并在路径的 下游侧与腔体 1 连接以施加压力。
如上所述， 本实施方式的高浓度 NO2 气体发生系统通过将腔体 1、 流阻部 5、 等离子 体发生器 2 和压力装置 6 循环连接而构成循环路径 4。通过压力装置 6 的操作， 从进口部 1a 引入的空气 ( 气体混合物 ) 通过循环路径 4 流动， 并产生 NOx 气体混合物， 该气体混合物 包括由通过等离子发生器 2 时置换成低温等离子体 ( 不平衡等离子体 ) 状态的氮和氧的反 应而产生的一氧化氮和二氧化氮。当一氧化氮逐步与 NOx 气体混合物中的氧以及与臭氧反 应时， 其转化为二氧化氮。因此可以通过二氧化氮浓度的逐渐增加来产生高浓度 NO2 气体。
在本实施方式的高浓度 NO2 气体发生系统中， 当 NOx 气体混合物 ( 包括气体混合 物 ) 通过压力装置 6 的操作在循环路径 4 中循环时， 气压通过压力装置 6 而增加。通过流 阻部 5 的阻力以及包括管道中阻力的各个途径的阻力， NOx 气体混合物的气压在气体混合 物移动的过程中逐渐降低， 且气体混合物回到压力装置 6。结果， 气压在通路内的各个区域间不同， 从而产生压力梯度。 具体地， 在高浓度 NO2 气体发生系统中， 等离子体发生器 2 在路 径的下游侧与流阻部 5 连接， 此外用于增加腔体侧压力的压力装置 6 连接在其下游侧。系 统设置成压力在流阻部 5 处降低， 并且在路径下游侧的等离子体发生器 2 中的内压在循环 路径 4 中是最低的。从而， 在等离子体发生部 2c 的中央电极 2g 附近移动的 NOx 气体混合 物的气压保持在低压。因此， 即使 NOx 气体混合物中的氮气和氧气通过持续气体循环而降 低， 也能稳定地保持等离子体的发生。
根据本实施方式， 循环装置 4 中还设置有 NO2 浓度测量装置 7。NO2 浓度测量装置 7 采用通过以下方式测量浓度的传感器 ： 将蓝光投射到设在腔体 1 上且通过与其连通而充 有 NOx 气体混合物的透明光导管， 以通过光接收部来测量根据光导管中所含 NOx 气体混合 物的浓度而衰减的透射光的强度。除此之外， 作为 NO2 浓度测量装置 7， 可以使用利用单波 长激光激发的荧光或者通过利用偶联反应器使检测元件着色并测量检测元件颜色强度的 传感器等。
根据本实施方式， NO2 浓度测量装置 7 与腔体 1 连接， 以测量腔体 1 中保留的 NOx 的 NO2 浓度。如上所述， 通过循环路径 4 流动的 NOx 气体混合物的压力在各个区域产生差 异。此外， 由于等离子体发生部 2c 中的 NOx 气体混合物的温度增加， 在循环路径 4 中存在 温度梯度。因此， 由于不同测量位置处的压力和温度差异， 当测量 NO2 浓度时需要进行浓度 的修正。然而， 在测量保留在腔体 1 中的含有根据本实施方式产生的高浓度 NO2 气体的 NOx 气体混合物中的 NO2 浓度的情况下， 可以有利地进行精确的测量， 而不需要从该压力和温度 的角度出发进行浓度修正。注意到， 除了设置在腔体 1 中， 出于相同的原因， NO2 浓度测量装 置 7 也优选地设置在腔体 1 和位于腔体通路下游侧的流阻部 5 之间。
下文中， 将描述产生高浓度 NO2 气体的方法的实施方式。根据本实施方式的产生 高浓度 NO2 气体的方法通过使用上述的高浓度 NO2 发生系统来进行， 其特征在于， NOx 气体 混合物在由腔体 1、 流阻部 5、 等离子体发生器 2 和压力装置 6 形成的循环路径 4 中循环， 直 至 NO2 浓度达到 500ppm 到 100,000ppm。更具体地， 该方法包括 ：
(1) 排出 ( 抽真空 ) 包括腔体的循环路径 4 中的空气 ( 排气步骤 )，
(2) 将干燥的气体混合物 ( 干燥空气 ) 充入包括腔体的循环路径 4( 充气步骤 )，
(3) 启动等离子体发生器 2， 以由干燥空气中置换成低温等离子体 ( 不平衡等离子 体 ) 状态的氮和氧产生包括 NO2 的 NOx 气体混合物 ( 启动步骤 )，
(4) 通过使 NOx 气体混合物循环直至 NO2 浓度达到 500ppm 到 100,000ppm， 产生高 浓度 NO2 气体 ( 循环步骤 )， 和
(5) 从腔体 1 向外供应高浓度 NO2 气体 ( 供应步骤 )。
在排气步骤中， 保留在包括腔体 1 的循环路径 4 中的气体通过使用排气泵往外释 放来获得循环路径 4 内基本真空的状态。通过该步骤， 除去了留在循环路径 4 中的杂质、 水 分等。
随后在充气步骤中， 打开入口管道 1c 的关闭装置 1d， 以将外部新鲜空气 ( 气体混 合物 ) 引入腔体 1 中。在本实施方式中， 使用高浓度 NO2 气体发生系统的安装空间中的环 境空气作为气体混合物。由于不需要对充有气体混合物的气瓶的控制和操作， 其可行性和 成本的前景都极佳， 并且在根据需要产生高浓度 NO2 方面是优选的。
此时， 出于防止杂质粘附于例如等离子体发生器 2 并抑制 NOx 气体混合物的硝化的目的， 通过使用设置在空气入口管道 1c 中的气体干燥装置， 将气体混合物的露点干燥 为， 例如， 0 到 -90℃， 优选 -30 到 -60℃， 在本实施方式中为 -60℃。在露点高于 0℃的情况 下， 杂质粘附于例如等离子体发生器 2 由于气体混合物中的水气而过度， NO2 随着 NOx 气体 混合物的硝化的进行而减少。另一方面， 在露点低于 -90℃的情况下， 使用气体干燥装置 1e 干燥气体混合物的时间和成本会增加。 此处， 将描述露点和绝对湿度之间的关系。 由于一分 子 H2O 与 NO2 反应产生 HNO3， 2.556mg NO2 在 1mg H2O 的存在下转化成硝酸。在露点是 0℃的 情况下， 由于绝对湿度是 4.46mg(mg/L)， 11.39(mg/L)NO2 被转化为硝酸。另一方面， 在露点 是 -30℃的情况下， 由于绝对湿度是 0.28mg(mg/L)， 0.71(mg/L) 的 NO2 被转化为硝酸， 使得 湿气的作用可以变为 1％或更少。 同样的方式， 在露点是 -40℃的情况下， 0.24(mg/L) 的 NO2 被转化为硝酸， 在露点是 -90℃的情况下， 0.00018(mg/L) 的 NO2 被转化为硝酸。也就是说， 露点越低， 转化的硝酸的量就越少， 结果是对生成的高浓度 NO2 气体的有效利用。然而， 如 上所述， 从使用气体干燥装置 1e 进行干燥的时间和成本增加的角度来看， 露点优选为 -30 至 -60℃。
在充气步骤中， 通过在基本上真空的状态下将空气引入循环路径 4， 包括腔体 1 内 部的循环路径 4 的压力会增加。在增加的内压和外部压力之间的差压为 -1 至 -50kPa( 相 对压力 ) 时， 将设置为关闭装置 1d 的气体驱动阀关闭， 以停止空气供给。在这种方式下， 生 成循环路径 4 的内压要低于外部压力的 “开始前的负压状态” 。 随后在循环步骤中， 启动等离子体发生器 2 的微波发生装置 2a 和压力装置 6。通 过这种方式， 气体混合物在循环路径 4 中循环， 产生例如一氧化氮和二氧化氮的氮氧化合 物以及臭氧， 以通过在等离子体发生器 2 的等离子发生部 2c 处将气体混合物中的氮和氧置 换为低温等离子体状态来生成 NOx 气体混合物。通过进一步循环 NOx 气体混合物， NO2 浓度 以上文所述的方式逐渐增加。持续 NOx 气体混合物的循环， 直至 NO2 的浓度达到， 例如， 大 约 500 至 100,000ppm， 优选为 20,000 至 60,000ppm， 在本实施方式中为 40,000ppm， 以产生 高浓度 NO2 气体。在高浓度 NO2 气体中的 NO2 浓度小于 500ppm 的情况下， 对于例如管子的 内部的物品细微处的灭菌效果可能会不足。另一方面， 在浓度高于 100,000ppm 的情况下， 灭菌效果不会进一步增加， 且高浓度 NO2 气体的排气过程变得很麻烦， 产生高浓度 NO2 气体 的时间和成本大大增加。
当启动压力装置 6 并且气体混合物或 NOx 气体混合物在循环路径 4 中循环时， 路 径的内压产生压力梯度， 其中压力在压力器件 6 的路径下游侧最高， 并由于流阻部 5 的阻 力、 等离子体发生部 2c 的阻力、 管道的阻力等， 压力朝着路径的下游逐渐降低。由于循环 起始于上述的开始前负压状态， 压力梯度通过将开始前负压设为平均值来产生。而且， 在 本实施方式中， 通过调节操作关闭装置 1d 的时机来设定开始前负压， 使得压力装置 6 下游 处的具有最高内压的压力仍然低于大气压。更具体地， 大气压与从压力装置 6、 经过与压力 装置 6 在其下游侧连接的腔体 1、 直到与腔体 1 在其下游侧连接的流阻部 5 这一区间内存 在的气体混合物或 NOx 气体混合物之间的压力差设定为， 例如， 大约 -1 至 -50kPa( 相对压 力 )， 优选为 -5 至 -40kPa( 相对压力 )， 在本实施方式中为 -5kPa( 相对压力 )。在差压小 于 -1kPa( 相对压力 ) 的情况下， 可能导致 NOx 气体通过循环路径的连接部、 用于引入气体 混合物的空气入口部 1a、 或用于带出高浓度 NO2 的气体供应口发生 NOx 气体的泄漏。另一 方面， 在差压高于 -50kPa( 相对压力 ) 的情况下， 对防止气体泄漏的目的来说是过量的， 且
高浓度 NO2 气体中 NO2 的量有可能降低。此处， 将描述腔体 1 的内压和允许储存高浓度 NO2 气体的体积。在腔体 1 的体积是 40L 且大气压是 101.3kPa( 绝对压力 ) 的情况下， 当腔体 1 的内压是 0kPa( 相对压力 ) 时， 允许储存高浓度 NO2 气体的体积是 40L。当内压为正时， 允许储存高浓度 NO2 气体的体积要大些。然而， 这不是优选的， 因为储存在腔体中的高浓度 NO2 可能会发生如上所述的泄漏。另一方面， 当腔体 1 的内压是 -10kPa( 相对压力 ) 时， 允 许储存高浓度 NO2 气体的体积是 36.1L。当腔体 1 的内压是 -30kPa( 相对压力 ) 时， 允许储 存高浓度 NO2 气体的体积是 28.2L， 当压力是 -50kPa( 相对压力 ) 时， 容量是 20.3L。也就 是说， 腔体 1 的内压越低， 允许储存高浓度 NO2 气体的体积越小。因此， 腔体 1 的内压优选 为负， 更优选为 -1 到 -50kPa( 相对压力 )。从减小允许储存高浓度 NO2 气体的体积的角度 出发， 下限是 -50kPa( 相对压力 )， 然而， 当压力低于该值时， 从安全角度来说没有问题。至 于循环路径 4 的内压， 只要通过适当的泄露防止装置来防止气体泄漏， 从压力装置 6 经过腔 体 1 直到流阻部 5 这一区间的内压可以通过延迟操作关闭装置 1d 的时机而设定成相对于 大气压为正压。在高压下， 高浓度 NO2 气体中的 NO2 的量在浓度的相同水平上增加。该方式 是优选的， 因为可以使用小的腔体 1 产生大量的 NO2。
通过调节操作关闭装置 1d 的时间或者调节流阻部 5 的阻力值， 在等离子体发生器 2 的等离子体发生部 2c 内部的压力优选设定为大约 20 至 90kPa( 绝对压力 )， 更优选为 40 至 80kPa( 绝对压力 )， 在本实施方式中为 70kPa( 绝对压力 )。较低的气体压力会加强因用 于产生等离子体的微波引起的介电击穿。在 90kPa( 绝对压力 ) 以上的小的负压下， 产生等 离子体的稳定性因介电击穿而下降。特别地， 在 NOx 气体混合物进行循环且氮和氧含量下 降的阶段， 等离子体的产生可能停止。另一方面， 在低于 20kPa( 绝对压力 ) 的低压情况下， 介电击穿得以加速。然而， 气体混合物或 NOx 气体混合物中的氧和氮的量有可能降低。
在循环路径 4 中循环的 NOx 气体混合物的流量优选为 5LPM 或更多。小于 5LPM 的 小流量， 在等离子体发生器 2 的中央电极 2g 和传导管 2e 之间的环状空间 2i 内流动的气体 流速下降。 这可以导致在短时间内损伤中央电极 2g， 因为对于升温的中央电极 2g 的冷却作 用不足。另一方面， 没有与流量增加相关的显著问题。然而， 这会把过多的负荷置于压力装 置 6 并增加操作成本。鉴于此， 当上限设定为大约 200LPM 时是优选的。
在循环步骤中， 当 NO2 浓度增加时， 并且在通过 NO2 浓度测量装置 7 进行测量的结 果达到高浓度 NO2 气体 ( 在本实施方式中， NO2 浓度 40,000ppm) 的时候， 等离子体发生器 2 和压力装置 6 的操作会停止。 在随后的供应步骤中， 将腔体 1 中充填的高浓度 NO2 气体从气 体供应口供应至在本实施方式中含有进行灭菌的例如医疗器械的灭菌腔体 1。 应该注意到， 在本实施方式中， 气体通过真空灭菌腔体 1 的抽吸来供给， 然而， 也可以使用泵供给气体。
实施例
下文中， 将通过实施例详细说明本发明的高浓度 NO2 发生系统。然而， 本发明不限 于那些实施例。
( 在改变电极 ( 传导轴 2d) 数量的情况下的 NO2 产生速度 )
实施例 1
在图 4 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过压力装置 61 和压力装 置 62 使空气循环， 调节流阻部 51 和流阻部 52， 使得流量计 F1 和流量计 F2 显示为 16LPM。此时循环路径的压力用压力计 PG1 和压力计 PG2 监测为 60 至 70kPa( 绝对压力 )。随同等 离子体发生器 21 和等离子体发生器 22， 两个插入到波导 2b 中， 以将 160W 的电力供应至等 离子体发生器 21 和等离子体发生器 22。通过 NO2 浓度测量装置 7 随时间测量高浓度 NO2 气 体的浓度。结果显示在图 5 中。标记 E1 是显示根据实施例 1 的高浓度 NO2 气体的浓度随 时间变化的曲线。
实施例 2
将两个电极插入到等离子体发生器 21 中， 以供应 160W 的电力。电力不供应给另 一等离子体发生器 22。其他的设置都和实施例 1 相同， 随时间测量高浓度 NO2 气体的浓度。 结果显示在图 5 中。标记 E2 是显示根据实施例 2 的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的 曲线。
实施例 3
将一个电极插入到等离子体发生器 21 中， 以供应 80W 的电力。电力不供应给另一 等离子体发生器 22。其他的设置和实施例 1 相同， 随时间测量高浓度 NO2 气体的浓度。结 果显示在图 5 中。标记 E3 是显示根据实施例 3 的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲 线。 从实施例 1-3， 发现当电极数目增加时， 高浓度 NO2 的浓度增加变快。在实施例 1 中， 浓度在大约 60 分钟达到 70mg/L， 在实施例 2 中， 浓度在大约 120 分钟达到 70mg/L， 在实 施例 3 中， 浓度在大约 240 分钟达到 70mg/L。因此， 发现电极 ( 传导轴 2d) 的数量与高浓度 NO2 气体的生成速度成比例。
此处， 实施例 1-3 中产生的 NO2 气体的浓度为大约 70mg/L， 将单位换算成 ppm 时为 36,500ppm。此外， 由于 NO2 和 N2O4 在高浓度 NO2 气体中在平衡状态下存在， 实际上理论存在 有 63,600ppm 的 NO2。( 改变在循环路径中循环的 NOx 气体混合物的流量的情况下的 NO2 生 成速度 )
实施例 4
在图 6 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过压力装置 61 和压力 装置 62 使空气循环， 调节流阻部 51、 流阻部 52 和流阻部 53， 使得等离子体发生器 2 的内压 为 60 至 70kPa( 绝对压力 )， 且气体流量为 8LPM±1LPM。将两个电极分别插入等离子体发 生器 21 和等离子体发生器 22， 施加到等离子体发生器 21 和等离子体发生器 22 的电力分 别为 160W。通过 NO2 浓度测量装置 7， 随时间测量高浓度 NO2 气体的浓度。结果显示在图 7 中。标记 E4 是显示根据实施例 4 的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。
实施例 5
除了流阻部 51、 流阻部 52 和流阻部 53 调节成获得 5LPM±1LPM 的气体流量外， 其 他设置和实施例 4 相同。随时间测量高浓度 NO2 气体的浓度。结果显示在图 7 中。标记 E5 是显示根据实施例 5 的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。
实施例 6
除了流阻部 51、 流阻部 52 和流阻部 53 调节成获得 12LPM±1LPM 的气体流量， 并 一起使用压力装置 63 和压力装置 64 外， 其他设置和实施例 4 相同。随时间测量高浓度 NO2 气体的浓度。结果显示在图 7 中。标记 E6 是显示根据实施例 6 的高浓度 NO2 气体的浓度
随时间变化的曲线。
从实施例 4-6， 发现在气体流量为 8LPM 或以上的情况下， 高浓度 NO2 气体的生成速 度在相同的水平上， 甚至当流量为 5LPM 时也几乎没有差异。
(NOx 气体混合物不在循环路径中循环的情况下的高浓度 NO2 气体的浓度 )
比较例 1
在图 8 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。启动压力装置 61 和压力 装置 62， 松开流阻部 53。调节流阻部 51、 流阻部 52、 流阻部 54 和流量计 F1， 使得等离子体 发生器 21 和 22 的内压为 60 至 70kPa( 绝对压力 )， 流量为 16LPM±1LPM( 每个电极 8LPM)， 腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。停止压力装置 61 和压力装置 62， 关闭流阻部 53， 使得 中间腔体 MC 变为真空 (-95kPa( 相对压力 ))。通过开启压力装置 61 和压力装置 62 将等离 子体发生器 2 的流量调节至 5LPM 之后， 等离子体被激发。通过 NO2 浓度测量装置 71 和 NO2 浓度测量装置 72 测量高浓度 NO2 气体的浓度。电极的数量是 4 个， 并应用 160W 的电力。结 果显示在图 9 中。标记 CE1a 是显示根据比较例 1 紧接着等离子体之后的每个电极的高浓 度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。标记 CE1b 是显示根据比较例 1 紧接着中间腔体 MC 之后的每个电极的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。标记 T 是干燥空气储存罐， 标记 F3 是自动流量调节器。
比较例 2
除了在使中间腔体 MC 成为真空之后， 通过开启压力装置 61 和压力装置 62 将等离 子体发生器的流量调节至 8LPM 外， 其他设置和比较例 1 相同。 测定高浓度 NO2 气体的浓度。 结果显示在图 9 中。标记 CE2a 是显示根据比较例 2 紧接着等离子体之后的每个电极的高 浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。标记 CE2b 是显示根据比较例 2 紧接着中间腔体 MC 之后的每个电极的高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。
从 图 9 发 现， NO2 的 浓 度 没 有 增 加， 至 多 为 7mg/L( 当 单 位 换 算 成 ppm 后 为 36.50ppm)， 发现 NO2 气体可以通过循环来增加。
( 依赖等离子发生部件内压的等离子体的放电 (lightning) 稳定性 )
实施例 7
在图 10 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过开启压力装置 6 将等离 子发生器 2 的内压设为 -20kPa( 相对压力 )， 并调节流阻部 51、 流阻部 53 和流量计 F1， 使 得等离子体发生器 2 中的流量为 16LPM±1LPM( 每个电极 8LPM)。电极数量为 2 个， 且应用 120W 的电力。等离子体放电时间为 1 小时。测试进行三次， 并计算平均值。结果显示在表 1 中。
比较例 3
在图 11 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过开启压力装置 6 将等离 子体发生器 2 的内压设为 0kPa( 相对压力 )， 并调节流阻部 51、 流阻部 52 和流量计 F1， 使 得等离子体发生器 2 中的流量为 16LPM±1LPM( 每个电极 8LPM)。电极的数量为 4， 并应用 160W 的电力。等离子体放电时间为 1 小时。测试进行三次， 并计算其平均值。结果显示在表 1 中。 比较例 4
在如图 11 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时， 充入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过开启压力装置 6 将 等离子体发生器 2 的内压设定为 -20kPa( 相对压力 )， 并调节流阻部 51、 流阻部 52 和流量 计 F1， 使得等离子体发生器 2 中的流量为 16LPM±1LPM( 每个电极 8LPM)。电极的数量为 4， 并应用 160W 的电力。等离子体放电时间为 1 小时。进行 3 次测试， 并计算其平均值。结果 显示在表 1 中。
表1
如表 1 所示， 在实施例 7 中， 高浓度 NO2 气体的浓度增加到 70mg/L， 且等离子体没 有关断 (turn off)。 另一方面， 在比较例 3 和比较例 4 中， 等离子体在等离子体放电时间 (1 小时 ) 内湮灭， 且高浓度 NO2 气体的浓度仅升高到如表 1 所示的值。因此， 发现在等离子体 发生器 2 的内压为负值的情况下， 等离子体的放电是持续的， 然而， 在等离子体反生器 2 的 内压为 0 或正值时， 等离子体有可能关断。
( 在改变气体流量的情况下对电极的损伤 )
比较例 5
在如图 4 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空时 (-101kPa( 相对压力 ))， 充 入空气 ( 露点 -60℃ )， 使得腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。开启压力装置 61 和压力 装置 62， 并调节流阻部 51 和流阻部 52 来控制气体流量， 使得流量计 F1 和流量计 F2 显示为 1LPM， 用以产生高浓度 NO2 气体。调节压力， 使得压力计 PG1 和压力计 PG2 的值指示 60 至 70kPa( 绝对压力 )。电极的数量为 4， 并应用 160W 的电力。等离子放电时间为 1 小时。结 果， 4 个电极中的 2 个被损坏。
比较例 6
除了调节流量计 F1、 流量计 F2、 流阻部 51 和流阻部 52 使得气体流量为 2LPM 外， 以与比较例 5 相同的方式产生高浓度 NO2 气体。结果， 4 个电极中的 1 个被损坏。
从比较例 5 和比较例 6 的结果发现， 在气体流量为 5LPM 或更低的情况下， 电极体 没有被气体充分地冷却， 结果设在钛制电极表面上的氧化铝涂层被损坏。
( 改变组分气体中氧比例的情况下高浓度 NO2 气体的浓度 )
实施例 8
在如图 10 所示的循环路径中， 当腔体 1 的内压为真空 (-101kPa( 相对压力 )) 时，
充入成分气体 (10％氧气， 90％氮气 )， 使得腔体 1 的内压为 -5kPa( 相对压力 )。通过开启 循环压力装置 6 将气体的流量调节为 16LPM， 以产生高浓度 NO2 气体。通过 NO2 浓度测量装 置 7 测量其浓度。调节压力， 使得压力计 PG1 的值指示为 60 至 70kPa( 绝对压力 ) 之间。电 极的数量为 2， 并应用 120W 的电力。结果显示在图 12 中。标记 E8 是显示根据实施例 8 高 浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。
实施例 9
除了使用成分气体 (20％氧气， 80％氮气 ) 外， 以与实施例 8 相同的方式产生高浓 度 NO2 气体。结果显示在图 12 中。标记 E9 是表示根据实施例 9 高浓度 NO2 气体的浓度随 时间变化的曲线。
实施例 10
除了使用成分气体 (40％氧气， 60％氮气 ) 外， 以与实施例 8 相同的方式产生高浓 度 NO2 气体。结果显示在图 12 中。标记 E10 是表示根据实施例 10 高浓度 NO2 气体的浓度 随时间变化的曲线。
实施例 11
除了使用成分气体 (50％氧气， 50％氮气 ) 外， 以与实施例 8 相同的方式产生高浓 度 NO2 气体。结果显示在图 12 中。标记 E11 是表示根据实施例 11 高浓度 NO2 气体的浓度 随时间变化的曲线。
实施例 12
除了使用成分气体 (60％氧气， 40％氮气 ) 外， 以与实施例 8 相同的方式产生高浓 度 NO2 气体。结果显示在图 12 中。标记 E12 是表示根据实施例 12 高浓度 NO2 气体的浓度 随时间变化的曲线。
实施例 13
除了使用成分气体 (80％氧气， 20％氮气 ) 外， 以与实施例 8 相同的方式产生高浓 度 NO2 气体。结果显示在图 12 中。标记 E13 是表示根据实施例 13 高浓度 NO2 气体的浓度 随时间变化的曲线。
如图 12 所示， 在使用实施例 8 的成分气体 ( 氧气 10％， 氮气 90％ ) 的情况下， 高 浓度 NO2 气体的浓度增加到大约 35(mg/L)， 在使用实施例 9 的成分气体 ( 氧气 20％， 氮气 80％ ) 的情况下， 高浓度 NO2 气体的浓度增加到大约 62(mg/L)， 在使用实施例 13 的成分气 体 ( 氧气 80％， 氮气 20％ ) 的情况下， 高浓度 NO2 气体的浓度增加到大约 80(mg/L) 的最高 值。在使用实施例 10 的成分气体 ( 氧气 40％， 氮气 60％ )、 实施例 11 的成分气体 ( 氧气 50％， 氮气 50％ )、 实施例 12 的成分气体 ( 氧气 60％， 氮气 40％ ) 的情况下， 高浓度 NO2 气 体的浓度增加到大约 86(mg/L) 的最高值以上。另外， 发现增加速度也很快。
实施例 12 产生的高浓度 NO2 气体的浓度为大约 86mg/L， 将单位换算成 ppm 时为 44,900ppm。此外， 因为 NO2 和 N2O4 在高浓度 NO2 气体中处于平衡状态， 实际上理论存在有 85,800ppm 的 NO2。为进一步增加 NO2 的浓度， 通过增加等离子体发生器 2 的电力是可行的。 根据本发明， NO2 的浓度可以由此增加到大约 100,000ppm。
实施例 14
除了将 160W 的电力应用于等离子体发生器、 并延长等离子体放电时间外， 以与实 施例 11 相同的方式产生高浓度 NO2 气体。结果显示在图 13 中。标记 E14 是表示根据实施例 14 高浓度 NO2 气体的浓度随时间变化的曲线。如图 13 所示， 处于平衡状态下的 NO2 和 N2O4 的总量为大约 100,000ppm。
工业应用性
根据本发明的高浓度 NO2 发生系统和使用该发生系统产生高浓度 NO2 的方法， 可以 简单且选择性地浓缩 NO2( 大约 500ppm 或以上 )。另外， 由于使用包括氮气和氧气的气体混 合物作为成分， 成分管理是简单且高度安全的， 并且可以根据需要简单且选择性地制备高 浓度的 NO2。
符号说明
1 腔体
1a 入口部
1b 排气泵
1c 入口管道
1d、 1g、 V1 关闭装置
1e 气体干燥装置
1f 排气管道 1h 排气泵
2 等离子体发生器
2a 微波发生装置
2b 波导
2c 等离子体发生部
2d 传导轴
2e 传导管
2f 天线部
2g 中央电极
2h 屏蔽膜
2i 环状空间
2j 管道
2k 屏蔽管
3 循环装置
4 循环路径
5 流阻部
5a 孔板
6 压力装置
7 NO2 浓度测量传感器
8 压力测量装置
CE1a 根据比较例 1 紧接着等离子体之后的随时间变化的每个电极的高浓度 NO2 气 体的浓度
CE1b 根据比较例 1 紧接着中间腔体之后的随时间变化的每个电极的高浓度 NO2 气 体的浓度
CE2a 根据比较例 2 紧接着等离子体之后的随时间变化的每个电极的高浓度 NO2 气 体的浓度
CE2b 根据比较例 2 紧接着中间腔体之后的随时间变化的每个电极的高浓度 NO2 气 体的浓度
E1 根据实施例 1 的高浓度 NO2 气体的浓度
E2 根据实施例 2 的高浓度 NO2 气体的浓度
E3 根据实施例 3 的高浓度 NO2 气体的浓度
E4 根据实施例 4 的每个电极的高浓度 NO2 气体的浓度
E5 根据实施例 5 的每个电极的高浓度 NO2 气体的浓度
E6 根据实施例 6 的每个电极的高浓度 NO2 气体的浓度
E8 根据实施例 8 的高浓度 NO2 气体的浓度
E9 根据实施例 9 的高浓度 NO2 气体的浓度
E10 根据实施例 10 的高浓度 NO2 气体的浓度
E11 根据实施例 11 的高浓度 NO2 气体的浓度
E12 根据实施例 12 的高浓度 NO2 气体的浓度
E13 根据实施例 13 的高浓度 NO2 气体的浓度
F1、 F2 流量计
F3 流量调节机构
f 滤器
T 干燥空气储存罐
MC 中间腔体
PG1、 PG2 压力装置