DE102004048411A1 - Arrangement for surface processing of particles in a plasma zone at atmospheric pressure has plasma generator connected to transporting unit - Google Patents

Arrangement for surface processing of particles in a plasma zone at atmospheric pressure has plasma generator connected to transporting unit Download PDF

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Abstract

An arrangement for surface processing of particles in a plasma zone at atmospheric pressure comprises a plasma generator with a connected transporting unit so that the base plate (1) of the transporter simultaneously serves as a component of the plasma generator. Preferably the plate comprises electrodes embedded in a dielectric.

Description

Die Anordnung zur Oberflächenbehandlung von Schüttgut in einer Plasmazone wird bei der Oberflächenmodifizierung von Schüttgut angewendet, wobei ein kontinuierlicher Transport ermöglicht werden soll.The Arrangement for the surface treatment of bulk in a plasma zone is used in the surface modification of bulk material, whereby a continuous transport is to be made possible.

Die Oberflächenmodifizierung von Schüttgut durch Niedertemperatur-Plasmaverfahren findet in der Regel im Niederdruckbereich statt. Bei diesen Verfahren kommen bestimmte Techniken zur Fluidisierung des Schüttgutes zum Einsatz, um eine homogene Plasmabehandlung zu gewährleisten. Dazu gehören die nachfolgend aufgeführten Verfahren: Rüttelbett-Reaktor, Wirbelschicht-Reaktor, Drehtrommel-Reaktor.The surface modification from bulk material through Low-temperature plasma processes usually takes place in the low pressure range. In these procedures come certain techniques for fluidization of the bulk material used to ensure homogeneous plasma treatment. This includes the following Method: Rüttelbett reactor, Fluidized bed reactor, Rotary drum reactor.

Die Anregungen der Plasmen in diesen Reaktoren finden im Vakuum statt. Die Erzeugung des Vakuums ist jedoch mit einem apparativen Aufwand verbunden. Es sind Pumpstände erforderlich, die Reaktoren müssen gegen den Außendruck abgedichtet sein, wodurch kontinuierliche Behandlungsprozesse sehr kompliziert sind ( DE 19612270 C1 ). In der Regel werden die Prozesse im Batch-Betrieb gefahren. Diese Umstände wirken sich sehr stark auf die Kosten für die plasmachemische Modifizierung aus, so dass diese Behandlungsmethoden für industrielle Anwendungen häufig unattraktiv sind.The excitations of the plasmas in these reactors take place in a vacuum. However, the generation of the vacuum is associated with an apparatus complexity. Pumping stations are required, the reactors must be sealed against the external pressure, whereby continuous treatment processes are very complicated ( DE 19612270 C1 ). As a rule, the processes are run in batch mode. These circumstances have a strong impact on the cost of plasma chemical modification, so these treatments are often unattractive for industrial applications.

Für die Pulverbehandlung bei Atmosphärendruck sind nur wenige Beispiele bekannt. Hierbei kommen Wirbelschicht- und Festbettreaktoren zum Einsatz. (S. Kodama, H. Sekiguchi, Proceedings, 16. ISPC, Taormina, Italien, 22.-27.6.2003; M. Kogoma, K.Suzuki, K.Tanaka, Proceedings, 16. ISPC, Taormina, Italien, 22.-27.6.2003) For the powder treatment at atmospheric pressure only a few examples are known. Here, fluidized bed and fixed bed reactors are used. (S. Kodama, H. Sekiguchi, Proceedings, 16. ISPC, Taormina, Italy, 22.-27.6.2003; M. Kogoma, K. Suzuki, K. Tanaka, Proceedings, 16th ISPC, Taormina, Italy, 22-27.6.2003)

Die Plasmen, die in diesen Reaktoren bei Atmosphärendruck erzeugt werden, lassen nur die Behandlung kleiner Pulvermengen (bis zu einem Gramm) zu.The Plasmas generated in these reactors at atmospheric pressure, let only the treatment of small amounts of powder (up to one gram) too.

Diese Methode der Plasmabehandlung hat zwar gegenüber den Vakuumprozessen den Vorteil, dass keine Ausrüstung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums benötigt wird, die Pulvermengen, die behandelt werden können, sind jedoch relativ klein. Weiterhin handelt es sich auch hier um Batch-Verfahren. Damit ist dieser Prozess uneffektiv.These Although the method of plasma treatment has compared to the vacuum processes Advantage that no equipment needed to create and maintain the vacuum, however, the amounts of powder that can be treated are relatively small. Furthermore, these are also batch processes. This is this process is ineffective.

Das atmosphärische Prozessplasmasystem aus EP 1259975 B1 besteht aus zwei sich gegenüberliegenden Elektroden, die einen Plasmabereich bilden und in einem gasdichten Einfassungsgehäuse angeordnet sind. In dieser Anordnung werden sowohl Werkstücke als auch Endlosfäden mit Plasma behandelt. Es eignet sich nicht zur Behandlung von Schüttgut.The atmospheric process plasma system EP 1259975 B1 consists of two opposing electrodes, which form a plasma region and are arranged in a gas-tight enclosure housing. In this arrangement, both workpieces and filaments are treated with plasma. It is not suitable for the treatment of bulk material.

DE 4423471 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von feinkörnigen Gütern, insbesondere Pulvern. Es ist eine evakuierbare Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, die das zu behandelnde Gut aufnimmt, und eine elektromagnetische Einrichtung, die ein den Raum der Aufnahmeeinrichtung füllendes Gas zur Plasmabildung anregt. Die elektromagnetische Einrichtung besteht aus einem Anregungsmittel und Elektroden. Die Aufnahmeeinrichtung ist mit Mitteln versehen, die das kontinuierliche Ein- und Abführen des Guts und ein Ein- und Abführen des Prozessgases erlauben. Die Förderstrecke besteht aus einer Schwingförderstrecke, einem Drehrohr oder aus einem Schneckenförderer und ist hermetisch verschlossen ausgebildet. Die Plasmabildung bewirkende elektromagnetische Anregungseinrichtung ist an oder in der Förderstrecke angeordnet. DE 4423471 A1 relates to an apparatus for the plasma treatment of fine-grained goods, in particular powders. An evacuable receiving device is provided which receives the material to be treated, and an electromagnetic device which excites a gas filling the space of the receiving device for plasma formation. The electromagnetic device consists of an excitation means and electrodes. The receiving device is provided with means that allow the continuous input and output of the Guts and a supply and removal of the process gas. The conveyor line consists of a vibrating conveyor line, a rotary tube or a screw conveyor and is hermetically sealed. The plasma formation causing electromagnetic excitation means is arranged on or in the conveying path.

Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass der hermetische Verschluss der gesamten Anlage und die evakuierbare Aufnahmeeinrichtung nur sehr aufwendig zu realisieren ist. Außerdem kann diese Einrichtung nur bei einer evakuierbaren Einrichtung angewendet werden und ist z.B. für Plasmageneratoren mit dielektrisch behinderter Entladung ohne Vakuum nicht geeignet.One Disadvantage of this solution is that the hermetic seal of the entire system and the evacuable Recording device is very expensive to realize. In addition, can this device is only applied to an evacuable device are and is e.g. For Plasma generators with dielectrically impeded discharge without vacuum not suitable.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

Diese Nachteile sollen mit der folgenden Erfindung überwunden werden.These Disadvantages to be overcome with the following invention.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei Atmosphärendruck einen kontinuierlichen Transport von Teilchen durch eine Plasmazone ermöglicht.The The object of the invention is to provide a device which at atmospheric pressure a continuous transport of particles through a plasma zone allows.

Erfindungsgemäß wird bei der Oberflächenbehandlung von Schüttgut in einer Plasmazone bei Atmosphärendruck die Anordnung zur Plasmaerzeugung mit einer Förderanordnung so verbunden, dass die Grundplatte der Förderanordnung gleichzeitig Bestandteil der Anordnung zur Plasmaerzeugung ist.According to the invention is at the surface treatment of bulk material in a plasma zone at atmospheric pressure the arrangement for plasma generation connected to a conveyor arrangement, that the base plate of the conveyor assembly at the same time part of the arrangement for plasma generation.

Die Anordnung zur Plasmaerzeugung besteht dabei aus der Grundplatte und darin eingebetteten Elektroden. Die Grundplatte besteht aus dielektrischem Material. Die Elektroden sind als beliebige ineinandergreifende und coplanar ausgerichtete Strukturen angeordnet.The Arrangement for plasma generation consists of the base plate and embedded electrodes therein. The base plate consists of dielectric material. The electrodes are as any interlocking and coplanar aligned structures.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Grundplatte als Elektrode ausgebildet und mit einer Schicht aus dielektrischen Material versehen ist, auf der sich eine zweite Elektrode befindet. Die Elektrode weist eine durchbrochene Struktur auf.In a further embodiment, the base plate is formed as an electrode and provided with a layer of dielectric material, on which a second electrode is located. The electrode has a broken structure.

Um eine Behandlung unter einem anderen Gas als Luft zu ermöglichen, ist für beide Ausführungsvarianten die Grundplatte mit einer Abdeckung und Abstandshaltern verbunden, die zu den seitlichen Rändern hin angebracht sind und einen Spalt zwischen Grundplatte und Abdeckung bilden.Around to allow treatment under a gas other than air is for both variants the base plate is connected to a cover and spacers, those to the side edges attached and a gap between the base plate and cover form.

Die Plasmaerzeugung erfolgt durch dielektrischen Barrieren-Entladung.The Plasma generation takes place by dielectric barrier discharge.

Als Förderanordnung kommen Schwing-, Blas- oder anderen Partikelförderern zum Einsatz.When conveyor assembly vibrating, blowing or other particle conveyors are used.

Der Vorteil dieser neuen Anordnung gegenüber bisherigen besteht darin, dass der Prozess kontinuierlich bei Atmosphärendruck mit beliebigen Gasen durchgeführt werden kann. Dieser Prozess benötigt keine Vakuumvorrichtung und ist durch die kontinuierliche Zu- und Abfuhr des Behandlungsgutes effektiver als der erwähnte diskontinuierliche Atmosphärendruckprozess.Of the Advantage of this new arrangement over previous ones is that the process is continuous at atmospheric pressure with any gases carried out can be. This process is needed no vacuum device and is due to the continuous supply and Removal of the material to be treated more effectively than the mentioned discontinuous Atmospheric pressure process.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtThe The invention will be explained in more detail with reference to drawings. It shows

1 Variante 1 mit Abdeckung, Schnittdarstellung 1 Variant 1 with cover, sectional view

2 Variante 1 ohne Abdeckung, Draufsicht 2 Variant 1 without cover, top view

3 Variante 1, Seitenansicht der Anordnung zur Plasmaerzeugung mit Förderer 3 Variant 1, side view of the arrangement for plasma generation with conveyor

4 Variante 2 mit Abdeckung, Schnittdarstellung 4 Variant 2 with cover, sectional view

5 Variante 2 ohne Abdeckung, Draufsicht 5 Variant 2 without cover, top view

6 Variante 2, Seitenansicht der Anordnung zur Plasmaerzeugung mit Förderer 6 Variant 2, side view of the arrangement for plasma generation with conveyor

Die Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Anordnung zur Plasmaerzeugung bei Atmosphärendruck und einem geeignetem Fördersystem, das in der Lage ist, zu behandelndes Schüttgut durch die Plasmazone kontinuierlich zu transportieren.The The invention relates to a combination of an arrangement for plasma generation at atmospheric pressure and a suitable conveyor system, the is capable of handling bulk material through the plasma zone to be transported continuously.

Für die Plasmaerzeugung wird ein Atmosphärendruckplasma, z.B. die dielektrische Barrierenentladung genutzt. Als Fördersystem kommen Schwing-, Blas- oder sonstige Partikelförderer zum Einsatz.For plasma generation becomes an atmospheric pressure plasma, e.g. used the dielectric barrier discharge. As a conveyor system Vibrating, blowing or other particle conveyors are used.

In einem ersten Ausführungsbeispiel (1 bis 3) besteht die Apparatur zur Erzeugung einer dielektrischen Barrieren-Entladung aus einer Grundplatte 1 aus dielektrischem Material in das zwei ineinandergreifende coplanar angeordnete Elektroden 3 und 4 eingebettet sind. Der Abstand der Elektroden 3 und 4 zur Oberseite der Grundplatte 1 ist geringer als zur Unterseite. Die Grundplatte 1 ist auf einem Schwingförderer 7 verankert.In a first embodiment ( 1 to 3 ), the apparatus for generating a dielectric barrier discharge from a base plate 1 of dielectric material into the two interdigitated coplanar electrodes 3 and 4 are embedded. The distance of the electrodes 3 and 4 to the top of the base plate 1 is less than to the bottom. The base plate 1 is on a vibratory conveyor 7 anchored.

Zur Führung des Schüttgutes sind auf der Grundplatte 1 seitlich Begrenzungen angebracht. Die Begrenzungen sind so angebracht, dass sie den Elektrodenbereich nicht überdecken.To guide the bulk material are on the base plate 1 attached laterally limits. The boundaries are positioned so that they do not cover the electrode area.

Zur Behandlung des Schüttgutes bei der das Plasma in einer anderen Gasphase als Luft angeregt werden soll, wird die Grundplatte 1 in einem Abstand, der die Förderung des Schüttgutes erlaubt durch eine Abdeckung 2 nach oben hin verschlossen. An den Seiten sind Abdeckung 2 und Grundplatte 1 miteinander gasdicht verbunden. Die Gaszuführung erfolgt entweder durch Öffnungen durch die Abdeckung 2 oder durch den Spalt am Anfang oder am Ende der Förderstrecke.For the treatment of the bulk material in which the plasma is to be excited in a gas phase other than air, the base plate 1 at a distance that allows the promotion of bulk material through a cover 2 closed at the top. On the sides are cover 2 and base plate 1 connected to each other gas-tight. The gas supply takes place either through openings through the cover 2 or through the gap at the beginning or end of the conveyor line.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in 4 bis 6 gezeigt. Die Apparatur zur Erzeugung einer dielektrischen Barrieren-Entladung besteht aus einer Grundplatte 1 die gleichzeitig eine Elektrode bildet, einer darauf befindlichen Schicht aus dielektrischen Material, auf dem eine zweite durchbrochene Elektrode 4 angeordnet ist.Another embodiment is shown in FIG 4 to 6 shown. The apparatus for generating a dielectric barrier discharge consists of a base plate 1 which simultaneously forms an electrode, a layer of dielectric material thereon, on which a second perforated electrode 4 is arranged.

Zur Führung des Schüttgutes sind auf der Grundplatte 1 seitlich Begrenzungen angebracht. Die Begrenzungen sind so angebracht, dass sie den Elektrodenbereich der oberen Elektrode nicht überdecken.To guide the bulk material are on the base plate 1 attached laterally limits. The boundaries are placed so that they do not cover the electrode area of the upper electrode.

Zur Behandlung des Schüttgutes bei der das Plasma in einer anderen Gasphase als Luft angeregt werden soll, wird die Grundplatte 1 in einem Abstand, der die Förderung des Schüttgutes erlaubt durch eine Abdeckung 2 nach oben hin verschlossen. An den Seiten sind Abdeckung und Grundplatte miteinander gasdicht verbunden. Die Gaszuführung erfolgt entweder durch Öffnungen durch die Abdeckung 2 oder durch den Spalt am Anfang oder am Ende der Förderstrecke.For the treatment of the bulk material in which the plasma is to be excited in a gas phase other than air, the base plate 1 at a distance that allows the promotion of bulk material through a cover 2 closed at the top. On the sides cover and base plate are connected to each other gas-tight. The gas supply takes place either through openings through the cover 2 or through the gap at the beginning or end of the conveyor line.

11
Grundplattebaseplate
22
Abdeckungcover
33
Elektrode 1 electrode 1
44
Elektrode 2 electrode 2
55
Abstandshalterspacer
66
Dielektrikumdielectric
77
Schwingantrieboscillating drive
88th
Bewegungsrichtung des Schüttgutesmovement direction of the bulk material

Claims (9)

Anordnung zur Oberflächenbehandlung von Schüttgut in einer Plasmazone bei Atmosphärendruck dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zur Plasmaerzeugung mit einer Förderanordnung so verbunden ist, dass die Grundplatte (1) der Förderanordnung gleichzeitig Bestandteil der Anordnung zur Plasmaerzeugung ist.Arrangement for the surface treatment of bulk material in a plasma zone at atmospheric pressure, characterized in that a system for plasma generation is connected to a conveyor arrangement such that the base plate ( 1 ) of the conveyor assembly is simultaneously part of the arrangement for plasma generation. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Plasmaerzeugung aus der Grundplatte (1) und darin eingebetteten Elektroden (3, 4) besteht.Arrangement according to claim 1, characterized in that the arrangement for plasma generation from the base plate ( 1 ) and embedded therein electrodes ( 3 . 4 ) consists. Anordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) aus dielektrischem Material besteht.Arrangement according to claim 2, characterized in that the base plate ( 1 ) consists of dielectric material. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden als beliebige ineinandergreifende und coplanar ausgerichtete Strukturen angeordnet sind.Arrangement according to claim 2 or 3, characterized that the electrodes as any interlocking and coplanar aligned structures are arranged. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) als Elektrode ausgebildet ist und mit einer Schicht aus dielektrischen Material versehen ist, auf der sich eine zweite Elektrode (4) befindet.Arrangement according to claim 1, characterized in that the base plate ( 1 ) is formed as an electrode and is provided with a layer of dielectric material, on which a second electrode ( 4 ) is located. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) eine durchbrochene Struktur aufweist.Arrangement according to claim 5, characterized in that the electrode ( 4 ) has a broken structure. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) mit einer Abdeckung (2) und Abstandshaltern (5) verbunden ist, die zu den seitlichen Rändern hin angebracht sind und einen Spalt zwischen Grundplatte und Abdeckung bilden.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base plate ( 1 ) with a cover ( 2 ) and spacers ( 5 ), which are attached to the lateral edges and form a gap between the base plate and the cover. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugung durch dielektrischen Barrieren-Entladung erfolgt.Arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized that plasma generation by dielectric barrier discharge he follows. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass als Förderanordnung Schwing-, Blas- oder anderen Partikelförderern zum Einsatz kommen.Arrangement according to one of Claims 1 to 8, characterized that as conveyor arrangement oscillating, Blow or other particle conveyors be used.
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