DE102010011132A1 - Method and arrangement for the plasma treatment of a gas stream - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung mit mindestens einem Plasmaerzeuger, der ein eine Innenelektrode umgebendes rohrförmiges Dielektrikum aufweist, auf dessen Mantelfläche eine Außenelektrode angeordnet ist. Um einen größerer Teil des Gasstroms unmittelbar dem Plasma auszusetzen und die Wirksamkeit der Plasmaerzeugung einfach durch aufrechterhalten zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gasstrom durch eine rohrförmige Leitung von einem Einlass zu einem Auslass um die Außenelektrode jedes in der rohrförmigen Leitung angeordneten Plasmaerzeugers geführt wird.The invention relates to a method and an arrangement for the plasma treatment of a gas stream according to the principle of dielectric barrier discharge with at least one plasma generator which has a tubular dielectric surrounding an inner electrode and an outer electrode is arranged on the outer surface of the latter. In order to directly expose a larger part of the gas flow to the plasma and to be able to maintain the effectiveness of the plasma generation simply by, the invention proposes that the gas flow be led through a tubular line from an inlet to an outlet around the outer electrode of each plasma generator arranged in the tubular line .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung mit mindestens einem Plasmaerzeuger, der ein eine Innenelektrode umgebendes rohrförmiges Dielektrikum aufweist, auf dessen Mantelfläche eine Außenelektrode angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Plasmaerzeuger für die vorgenannte Anordnung.The invention relates to a method and an arrangement for the plasma treatment of a gas flow according to the principle of dielectrically impeded discharge with at least one plasma generator having a surrounding a inner electrode tubular dielectric, on the lateral surface of an outer electrode is arranged. Moreover, the invention relates to a plasma generator for the aforementioned arrangement.

Oxidative Reinigungsverfahren zur Zerstörung von Schadstoffen in einem Gasstrom, insbesondere zum Entkeimen und zur Geruchsneutralisation der Luft, setzen vermehrt nichtthermische Plasmen ein. Die Plasmen erzeugen hochreaktive Radikale, die eine breite Palette gasgetragener Schadstoffe bei Umgebungsbedingungen umsetzen können. Ein nichtthermisches Plasma ist dadurch gekennzeichnet, dass Elektronen nicht im thermischen Gleichgewicht mit den anderen Gasbestandteilen sind.Oxidative cleaning processes for the destruction of pollutants in a gas stream, in particular for sterilization and odor neutralization of the air, increasingly use non-thermal plasmas. The plasmas generate highly reactive radicals that can react a wide range of gasborne pollutants at ambient conditions. A non-thermal plasma is characterized in that electrons are not in thermal equilibrium with the other gas constituents.

Großvolumige nichtthermische Plasmen lassen sich einfach mit Hilfe der dielektrisch behinderten Entladung erzeugen. Zwischen den an eine hohe Wechselspannung angeschlossenen Elektroden befindet sich das Dielektrikum, zumeist aus Glas. Das Dielektrikum behindert die Bewegung der Elektroden und unterbricht sie schließlich. Die Elektroden werden in ihrer Bewegung zur Anode durch das Dielektrikum nicht nur aufgehalten, sondern aufgestaut, wodurch sich ein Gegenfeld zu dem den Elektrodenstrom treibenden äußeren Feld aufbaut, das seinerseits so lange anwächst, bis sich das äußere Feld und das Gegenfeld gerade kompensieren und der Elektrodenstrom zum Erliegen kommt. Die Schalteigenschaften der dielektrischen Barriere resultieren aus der Form und dem Material der Barriere sowie der Anordnung der Innen- und Außenelektrode. Das Erscheinungsbild der Entladung ist durch das Entstehen von Einzelentladungen, den so genannten Filamenten, geprägt. Diese Filamente treten kurzzeitig in großer Anzahl auf. Sie sind normalerweise über die gesamte Fläche der plasmaerzeugenden Elektrode verteilt.Large volume non-thermal plasmas can be easily generated by the dielectrically impeded discharge. Between the electrodes connected to a high alternating voltage is the dielectric, usually made of glass. The dielectric impedes the movement of the electrodes and eventually interrupts them. The electrodes are not only stopped by the dielectric in their movement towards the anode, but accumulated, whereby an opposing field to the outer field driving the electrode current builds up, which in turn increases until the external field and the opposing field just compensate and the electrode current comes to a halt. The switching characteristics of the dielectric barrier result from the shape and material of the barrier as well as the arrangement of the inner and outer electrodes. The appearance of the discharge is characterized by the emergence of single discharges, the so-called filaments. These filaments occur for a short time in large numbers. They are normally distributed over the entire surface of the plasma-generating electrode.

Seit mehr als 100 Jahren ist die Plasmabehandlung von Luft nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung bekannt. Als Plasmaerzeuger zur oxidativen Behandlung von Luft wird insbesondere die so genannte ”Siemens-Röhre” eingesetzt. Die Siemens-Röhre besteht aus einem rohrförmigen Dielektrikum, vorzugsweise aus Quarzglas oder Bor-O-Silikat. Die Innenwand des rohrförmigen Dielektrikums ist mit einer Innenelektrode ausgekleidet. Die aus leitfähigem Material bestehende Innenelektrode liegt eng und möglichst ohne Luftspalt an der inneren Glasoberfläche an. Auf der Mantelfläche des Dielektrikums ist eine Außenelektrode angeordnet, die von einem eng anliegenden Netz, zum Beispiel aus Stahlgewebe, gebildet wird. Wird nun eine hohe Wechselspannung von beispielsweise 3–6 KV an die Innen- und Außenelektrode angelegt, kommt es zu der dielektrisch behinderten Entladung. Dabei werden Ionen und Ozon (O3 und O1) erzeugt.For more than 100 years, the plasma treatment of air on the principle of dielectrically impeded discharge is known. As a plasma generator for the oxidative treatment of air in particular the so-called "Siemens tube" is used. The Siemens tube consists of a tubular dielectric, preferably of quartz glass or boro-O-silicate. The inner wall of the tubular dielectric is lined with an inner electrode. The existing of conductive material inner electrode is tight and possible without an air gap on the inner glass surface. On the lateral surface of the dielectric, an outer electrode is arranged, which is formed by a close-meshed, for example made of steel fabric. If a high alternating voltage of, for example, 3-6 KV is applied to the inner and outer electrodes, the dielectrically impeded discharge occurs. In this case, ions and ozone (O 3 and O 1 ) are generated.

Bei den Verfahren zur Plasmabehandlung eines Gasstroms mit einer ”Siemens-Röhre” wird ein Luftstrom durch das rohrförmige Dielektrikum geführt. Zu diesem Zweck wird an der Innenelektrode ein Plasma gezündet. Das Plasma an der Innenelektrode entsteht nur in den äußeren Schichten der Luftströmung, die unmittelbar mit der Innenelektrode in Kontakt gelangen. Der weitaus größere Teil der Luftströmung reagiert lediglich mit dem Ozon und den Sauerstoff-Ionen, die bei der Entladung erzeugt werden.In the processes for plasma treatment of a gas stream with a "Siemens tube" an air flow is passed through the tubular dielectric. For this purpose, a plasma is ignited on the inner electrode. The plasma at the inner electrode arises only in the outer layers of the air flow, which come into direct contact with the inner electrode. By far the greater part of the air flow reacts only with the ozone and the oxygen ions that are generated during the discharge.

Die äußeren Schichten der Luftströmung, die unmittelbar mit dem Plasma in Kontakt gelangen, werden wirksamer von Schadstoffen, insbesondere von Gerüchen und Keimen befreit, weil im Plasma die höchste Energie in Form von freien Elektronen, Radikalen und Ionen vorliegt. Des Weiteren erzeugt das Plasma eine intensive UV-Strahlung im Wellenlängenbereich < 300 nm, die molekulare Bindungen von Luftschadstoffen wirkungsvoll aufbrechen kann.The outer layers of the air flow, which come into direct contact with the plasma are more effectively freed of pollutants, in particular odors and germs, because the plasma is the highest energy in the form of free electrons, radicals and ions. Furthermore, the plasma generates intense UV radiation in the wavelength range <300 nm, which can effectively disrupt the molecular bonds of air pollutants.

Ein weiteres Problem bei der Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Innenelektrode durch in dem Gasstrom enthaltene Schadstoffe schnell verschmutzt und damit an Wirksamkeit verliert. Ein Austausch der verschmutzten Innenelektrode ist nur mit hohem Aufwand und einer Unterbrechung der Plasmabehandlung möglich.Another problem with the plasma treatment of a gas stream according to the prior art is that the inner electrode quickly polluted by contained in the gas stream pollutants and thus loses effectiveness. An exchange of contaminated inner electrode is possible only with great effort and an interruption of the plasma treatment.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Gasstroms zu schaffen, bei dem ein größerer Teil des Gasstroms unmittelbar dem Plasma ausgesetzt wird. Des Weiteren soll auf einfache Art und Weise die Wirksamkeit der Plasmaerzeugung durch den Plasmaerzeuger aufrechterhalten werden können. Schließlich soll eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.Starting from this prior art, the invention is based on the object to provide a method for the plasma treatment of a gas stream, in which a larger part of the gas stream is exposed directly to the plasma. Furthermore, the efficiency of plasma generation by the plasma generator should be able to be maintained in a simple manner. Finally, an arrangement for carrying out the method should be specified.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Gasstrom durch einen Reaktionsraum, insbesondere eine rohrförmige Leitung von einem Einlass zu einem Auslass um die Außenelektrode jedes in dem Reaktionsraum angeordneten Plasmaerzeugers geführt wird. This object is achieved in a method of the type mentioned in that the gas stream is passed through a reaction space, in particular a tubular conduit from an inlet to an outlet around the outer electrode of each arranged in the reaction chamber plasma generator.

Dadurch dass der Gasstrom um die Außenelektrode geführt wird, kommt ein größerer Teil des Gasstroms unmittelbar mit dem Plasma in Kontakt. Die Geometrie des Plasmaerzeugers und der Außenelektrode, insbesondere deren Durchmesser, lässt sich an den Strömungsquerschnitt des Reaktionsraumes, insbesondere der rohrförmigen Leitung anpassen, um das Volumen des Gasstroms, das mit dem Plasma in Kontakt gelangt, zu erhöhen.By passing the gas stream around the outer electrode, a larger part of the gas flow comes into direct contact with the plasma. The geometry of the plasma generator and the outer electrode, in particular its diameter, can be adapted to the flow cross-section of the reaction space, in particular the tubular conduit to increase the volume of the gas stream, which comes into contact with the plasma.

Durch die Funktionstrennung von Strömungsweg und Plasmaerzeugung lässt sich die Wirksamkeit des bzw. der Plasmaerzeuger einfacher aufrechterhalten. Die plasmaerzeugende Außenelektrode, um die der Gasstrom in der rohrförmigen Leitung geführt wird, ist einfacher zugänglich, als die Innenelektrode der aus dem Stand der Technik bekannten ”Siemens-Röhre”, die zugleich den Strömungsweg bildet. Die insbesondere lösbar in der rohrförmigen Leitung für den Gasstrom angeordneten Plasmaerzeuger können zudem für Reinigungszwecke entnommen werden. Insbesondere kann das Verfahren durch die lösbare Befestigung der Plasmaerzeuger quasi kontinuierlich durchlaufen, da die Plasmaerzeuger zum Zwecke der Reinigung gegen bereits gereinigte Plasmaerzeuger ausgetauscht werden können.The functional separation of the flow path and plasma generation makes it easier to maintain the efficiency of the plasma generator (s). The plasma-generating outer electrode around which the gas flow is guided in the tubular conduit is more easily accessible than the inner electrode of the "Siemens tube" known from the prior art, which at the same time forms the flow path. The plasma generator, in particular detachably arranged in the tubular conduit for the gas flow, can also be removed for cleaning purposes. In particular, the process can be carried out virtually continuously by the detachable attachment of the plasma generator, since the plasma generator can be exchanged for the purpose of cleaning against already cleaned plasma generator.

Um eine möglichst wirksame Plasmabehandlung des Gasstroms zu erzielen, wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Gasstrom ausschließlich um die plasmaerzeugende Außenelektrode geführt. Um bei einer Siemens-Röhre, das heißt einem Plasmaerzeuger, dessen Innenelektrode den Innenraum des rohrförmigen Dielektrikums nicht ausfüllt, festzulegen, dass die Entladungen ausschließlich an der Außenelektrode auftreten, kann die Innenelektrode eingepresst werden, mit Kunststoff oder Hotmelt umspitzt oder eingeklebt werden.In order to achieve the most effective possible plasma treatment of the gas stream, in an advantageous embodiment of the invention, the gas stream is conducted exclusively around the plasma-generating outer electrode. In order to specify in a Siemens tube, ie a plasma generator, whose inner electrode does not fill the interior of the tubular dielectric, that the discharges occur exclusively at the outer electrode, the inner electrode can be pressed in, umspitzt with plastic or hotmelt or glued.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der lang gestreckte, rohrförmige Plasmaerzeuger quer zur Gasströmung in der rohrförmigen Leitung angeordnet. Der Querschnitt der rohrförmigen Leitung wird so gewählt, dass sich vor dem Auftreffen auf den Plasmaerzeuger ein turbulenzarmer Gasstrom, auch als quasi laminare Strömung bezeichnet, ausbildet, während der Gasstrom in Strömungsrichtung hinter dem Plasmaerzeuger, dem Ausströmbereich, verwirbelt wird (turbulenter Gasstrom). Die Turbulenzen im Ausströmbereich bewirken, dass ein noch größerer Teil des Gasstroms unmittelbar mit dem Plasma in Kontakt gelangt.In an advantageous embodiment of the invention, the elongated, tubular plasma generator is arranged transversely to the gas flow in the tubular conduit. The cross-section of the tubular conduit is selected such that before impinging on the plasma generator, a turbulence-poor gas flow, also referred to as quasi-laminar flow, is formed, while the gas flow in the flow direction behind the plasma generator, the outflow region, is swirled (turbulent gas flow). The turbulences in the outflow area cause an even larger part of the gas flow to come into direct contact with the plasma.

Durch die Queranströmung jedes Plasmaerzeugers kommt es jedoch nicht nur zu einer turbulenten Verwirbelung des Gasstroms in der rohrförmigen Leitung, sondern auch zu Ablösungen des Gasstroms von der Innenwand der rohrförmigen Leitung.However, the transverse flow of each plasma generator not only causes a turbulent swirling of the gas flow in the tubular conduit, but also separation of the gas flow from the inner wall of the tubular conduit.

Insbesondere wenn ein großvolumiger Gasstrom durch eine rohrförmige Leitung mit einem großen Querschnitt zum Zwecke der Plasmabehandlung geleitet wird, sind in der rohrförmigen Leitung mehrere Plasmaerzeuger vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung in einer Querschnittsebene der rohrförmigen Leitung nebeneinander angeordnet. Hierdurch wird es möglich, auch bei großen Volumenströmen einen Großteil des Gases unmittelbar dem Plasma auszusetzen.In particular, when a large-volume gas flow is passed through a tubular duct having a large cross-section for the purpose of plasma treatment, a plurality of plasma generators are preferably juxtaposed transversely to the flow direction in a cross-sectional plane of the tubular duct in the tubular duct. This makes it possible to expose a large part of the gas directly to the plasma, even at high flow rates.

Eine Anordnung zur Durchführung der Plasmabehandlung des Gasstroms zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Reaktionsraum, insbesondere einer rohrförmigen Leitung mit einem Einlass und einem Auslass für den Gasstrom mindestens ein Plasmaerzeuger angeordnet ist.An arrangement for carrying out the plasma treatment of the gas stream is characterized in that at least one plasma generator is arranged in a reaction space, in particular a tubular conduit with an inlet and an outlet for the gas stream.

Je nach Durchlassquerschnitt der rohrförmigen Leitung und Volumen des Gasstroms sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise mehrere Plasmaerzeuger, insbesondere quer zur Gasströmung in der rohrförmigen Leitung angeordnet.Depending on the passage cross section of the tubular conduit and the volume of the gas flow, in an advantageous embodiment of the invention preferably a plurality of plasma generators, in particular arranged transversely to the gas flow in the tubular conduit.

Um einen Gasstrom entlang der Innenelektrode in dem rohrförmigen Dielektrikum auszuschließen, füllt die insbesondere stabförmige Innenelektrode die Höhlung innerhalb des rohrförmigen Dielektrikums des Plasmaerzeugers vollständig aus.In order to exclude a gas flow along the inner electrode in the tubular dielectric, the particular rod-shaped inner electrode completely fills the cavity within the tubular dielectric of the plasma generator.

Die Innenelektrode kann auch zweiteilig ausgebildet und in zwei in Richtung der Längsachse des Plasmaerzeugers angeordneten Teilen der Höhlung untergebracht sein. Bei der zweiteiligen Bauform der Innenelektrode sind die einzelnen Teile der Elektrode jeweils zueinander dielektrisch abgeschirmt und induzieren die Spannung lediglich auf die Außenelektrode. Die Teile der Höhlung sind zum Zwecke der Abschirmung der Teile der Innenelektrode fluchtend angeordnet, jedoch durch das zwischen den Teilen der Höhlung befindliche Dielektrikum voneinander getrennt. Damit ist bei dieser Ausführungsform eine direkte Kontaktierung der Außenelektrode entbehrlich.The inner electrode may also be formed in two parts and housed in two parts of the cavity arranged in the direction of the longitudinal axis of the plasma generator. In the two-part design of the inner electrode, the individual parts of the electrode are each dielectrically shielded and induce the voltage only on the outer electrode. The parts of the cavity are aligned for the purpose of shielding the parts of the inner electrode, but through the between the parts of the cavity located dielectric separated from each other. Thus, in this embodiment, a direct contact of the outer electrode can be dispensed with.

Um einen sicheren und dauerhaften Halt der ein- oder zweiteiligen Innenelektrode, in der Höhlung zu gewährleisten, ist die Innenelektrode vorzugsweise stoffschlüssig in eine Vergussmasse innerhalb der Höhlung eingebettet. Als Vergussmasse kommt insbesondere ein Klebstoff, ein Kunststoff oder Hotmelt in Betracht.In order to ensure a secure and lasting hold of the one- or two-part inner electrode in the cavity, the inner electrode is preferably embedded in a potting compound within the cavity. As potting compound is in particular an adhesive, a plastic or hot melt into consideration.

Die Innenelektrode kann als Kupferkabel ausgebildet und in den Klebstoff, Hotmelt oder Kunststoff formschlüssig eingebettet sein. Das Dielektrikum besteht vorzugsweise aus Glas, Keramik oder Kunststoff.The inner electrode may be formed as a copper cable and embedded in the adhesive, hot melt or plastic form fit. The dielectric is preferably made of glass, ceramic or plastic.

Die Kontaktierung der Innenelektrode erfolgt insbesondere über eine bzw. zwei stirnseitig an dem rohrförmigen Dielektrikum angeordnete Steckkontakte, vorzugsweise in Form aufschiebbarer Metallhülse(n), die in leitender Verbindung zu der Innenelektrode bzw. den Teilen der Innenelektrode stehen.The contacting of the inner electrode is effected in particular via one or two end contacts arranged on the tubular dielectric plug contacts, preferably in the form of push-on metal sleeve (s), which are in conductive connection to the inner electrode or the parts of the inner electrode.

Eine Außenelektrode des Plasmaerzeugers, die vorzugsweise als Wendel, insbesondere aus einem Draht, ausgebildet ist und sich um das rohrförmige Dielektrikum windet, weist eine geringe Kapazität auf und setzt hierdurch die erforderliche Leistung zur Erzeugung des Plasmas herab.An outer electrode of the plasma generator, which is preferably formed as a helix, in particular of a wire, and winds around the tubular dielectric, has a low capacitance and thereby reduces the power required to produce the plasma.

Sofern die Mantelfläche des rohrförmigen Dielektrikums als ein Gewinde mit einem an der Oberseite abgeflachtem Gewindeprofil ausgestaltet ist, dessen Steigung der Steigung der wendelförmigen Außenelektrode entspricht, kann diese auf dem abgeflachten Teil des Gewindeprofils angeordnet werden. Das Plasma bildet sich entlang der Flanken des Gewindeprofils aus, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Gasstrom und dem erzeugten Plasma vergrößert wird. Als abgeflachtes Gewindeprofil kommen insbesondere Flach- und Trapezgewinde in Betracht, wobei zur sicheren Führung der Außenelektrode der abgeflachte Teil des Gewindeprofils eine muldenförmige Vertiefung zur teilweisen Aufnahme der Außenelektrode aufweisen kann.If the lateral surface of the tubular dielectric is designed as a thread with a top-flattened thread profile whose pitch corresponds to the pitch of the helical outer electrode, this can be arranged on the flattened part of the thread profile. The plasma forms along the flanks of the thread profile, thereby increasing the contact area between the gas stream and the generated plasma. As a flattened thread profile in particular flat and trapezoidal thread come into consideration, for safe guidance of the outer electrode of the flattened part of the thread profile may have a trough-shaped depression for partially receiving the outer electrode.

Eine Kontaktierung der Außenelektrode, sofern eine einteilige Innenelektrode zum Einsatz gelangt, kann ebenfalls über eine auf eine der Stirnseiten des Plasmaerzeugers aufschiebbare Metallhülse erfolgen, die in elektrisch leitender Verbindung mit der Außenelektrode steht.A contacting of the outer electrode, if a one-piece inner electrode is used, can also be effected via a push on one of the end faces of the plasma generator metal sleeve, which is in electrically conductive connection with the outer electrode.

Um den bzw. die Plasmaerzeuger beispielsweise zu Reinigungszwecken einfach austauschen zu können, ist an der rohrförmigen Leitung eine Halterung zur lösbaren Befestigung von mindestens einem Plasmaerzeuger angeordnet. Vorzugsweise nimmt die Halterung die ohnehin erforderlichen, stirnseitig an dem Plasmaerzeuger angeordneten Kontakte, insbesondere in Form der erwähnten Metallhülsen auf. Sofern die Halterung elektrisch leitend ausgebildet ist, übernimmt sie nicht nur die Haltefunktion, sondern darüber hinaus die elektrische Verbindung der Kontakte des Plasmaerzeugers mit einer Wechselspannungsquelle.In order to be able to easily exchange the plasma generator (s), for example, for cleaning purposes, a holder for the detachable fastening of at least one plasma generator is arranged on the tubular conduit. Preferably, the holder takes the required anyway, the front side arranged on the plasma generator contacts, in particular in the form of the aforementioned metal sleeves. If the holder is designed to be electrically conductive, it not only assumes the holding function, but also the electrical connection of the contacts of the plasma generator with an AC voltage source.

Die Halterung ist vorzugsweise an der Mantelfläche der rohrförmigen Leitung angeordnet, so dass die Plasmaerzeuger seitlich entnommen und wieder eingesetzt werden können.The holder is preferably arranged on the lateral surface of the tubular conduit, so that the plasma generator can be removed laterally and inserted again.

Sofern in der Anordnung mehrere Plasmaerzeuger vorgesehen sind, ist die Halterung vorzugsweise als seitlich in die rohrförmige Leitung einsetzbares und entfernbares Modul ausgeführt, das sämtliche Plasmaerzeuger aufnimmt. Das Modul kann nach Art einer Schublade seitlich in den Strömungsweg innerhalb der rohrförmigen Leitung eingeschoben und herausgezogen werden.If a plurality of plasma generators are provided in the arrangement, the holder is preferably designed as a module which can be inserted and removed laterally into the tubular conduit and accommodates all the plasma generators. The module can be inserted laterally in the manner of a drawer into the flow path within the tubular conduit and pulled out.

Der Plasmaerzeuger lässt sich außerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung auch für die Reinigung, Entkeimung und Geruchsneutralisierung von fasrigen Textilien, wie beispielsweise Teppichböden verwenden, wenn die Außenelektrode entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 an einem an der Oberseite abgeflachtem Gewindeprofil angeordnet ist. Die Fasern legen sich dann in den Zwischenraum zwischen den Flanken des Profils und gelangen in innigen Kontakt mit dem an der Außenelektrode erzeugten Plasma.Outside the arrangement according to the invention, the plasma generator can also be used for the cleaning, degerming and odor neutralization of fibrous textiles, such as carpets, when the outer electrode according to the features of claims 10 and 11 is arranged on a thread profile which is flattened on the upper side. The fibers then lie in the space between the flanks of the profile and come into intimate contact with the plasma generated at the outer electrode.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines Plasmaerzeugers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a schematic view of a plasma generator for carrying out the method according to the invention,

2a eine Seitenansicht einer Halterung zur Aufnahme mehrerer Plasmaerzeuger, 2a a side view of a holder for receiving a plurality of plasma generator,

2b eine Seitenansicht einer Halterung zur Aufnahme eines Plasmaerzeugers, 2 B a side view of a holder for receiving a plasma generator,

3a eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit mehreren Plasmaerzeugern, 3a an arrangement for carrying out the method with a plurality of plasma generators,

3b eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit nur einem Plasmaerzeuger, 3b an arrangement for carrying out the method with only one plasma generator,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Plasmaerzeugers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer als Gewinde ausgestalteten Mantelfläche. 4 a further embodiment of a plasma generator for carrying out the method according to the invention with a designed as a threaded lateral surface.

Der Plasmaerzeuger (1) zur Durchführung der Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung besteht im Wesentlichen aus einer zweiteiligen Innenelektrode (2a, b), die ein rohrförmiges Dielektrikum (3) umgibt, auf dessen Mantelfläche (4) eine Außenelektrode (5) angeordnet ist, die beispielsweise als Draht ausgeführt ist und sich als Wendel um das rohrförmige Dielektrikum (3) windet. Die Außenelektrode muss jedoch nicht zwingend als Drahtwendel ausgeführt sein. Sie kann in herkömmlicher Art und Weise als Geflecht ausgebildet oder im Wege eines Beschichtungsprozesses auf das Dielektrikum (3) aufgebracht werden.The plasma generator ( 1 ) for carrying out the plasma treatment of a gas flow according to the principle of dielectrically impeded discharge consists essentially of a two-part inner electrode ( 2a, b ) comprising a tubular dielectric ( 3 ), on whose lateral surface ( 4 ) an outer electrode ( 5 ), which is designed, for example, as a wire and can be used as a helix around the tubular dielectric ( 3 ) winds. However, the outer electrode does not necessarily have to be designed as a wire helix. It can be formed in a conventional manner as a braid or by means of a coating process on the dielectric ( 3 ) are applied.

Die Kontaktierung der beiden Teile der Innenelektrode (2a, b) erfolgt jeweils über eine auf die Stirnseiten des Dielektrikums (3) aufgeschobene Kontakthülse (6a, b), die mit den Teilen der Innenelektrode (2a, b) in elektrisch leitender Verbindung steht. Die stabförmigen Teile der Innenelektrode (2a, b) werden beispielsweise von einem Kupferdraht gebildet, der in eine Klebstoffmasse oder Epoxydharz mit oder ohne Füllstoffe innerhalb der zweiteiligen Höhlung (7a, b) eingebettet ist. Der Kupferdraht kann aber auch mit Kunststoff oder Hotmelt umspritzt werden.The contacting of the two parts of the inner electrode ( 2a , b) takes place in each case via one on the end faces of the dielectric ( 3 ) pushed on contact sleeve ( 6a , b) with the parts of the inner electrode ( 2a , b) is in electrically conductive connection. The rod-shaped parts of the inner electrode ( 2a , b) are formed, for example, by a copper wire which is incorporated into an adhesive composition or epoxy resin with or without fillers within the two-part cavity ( 7a , b) is embedded. The copper wire can also be overmolded with plastic or hotmelt.

Bei der zweiteiligen Bauform der Innenelektrode (2a, b) sind die einzelnen Teile der Elektrode jeweils zueinander dielektrisch abgeschirmt und induzieren die Spannung lediglich auf die Außenelektrode (5). Die Teile der Höhlung (7a, b) sind zum Zwecke der Abschirmung der Teile der Innenelektrode (2a, b) fluchtend angeordnet, jedoch durch den zwischen den Teilen der Höhlung (7a, b) befindlichen Abschnitt (3a) des Dielektrikums (3) voneinander getrennt. Damit ist bei dieser Ausführungsform eine direkte Kontaktierung der Außenelektrode (5) entbehrlich.In the two-part design of the inner electrode ( 2a , b) the individual parts of the electrode are each dielectrically shielded and induce the voltage only on the outer electrode ( 5 ). The parts of the cavity ( 7a , b) are for the purpose of shielding the parts of the inner electrode ( 2a , b) arranged in alignment, but by the between the parts of the cavity ( 7a , b) section ( 3a ) of the dielectric ( 3 ) separated from each other. Thus, in this embodiment, a direct contacting of the outer electrode ( 5 ) dispensable.

Die beiden Kontakthülsen (6a, b) sind jeweils über eine elektrische Anschlussleitung (8a, b) mit einer Hochspannungsquelle (9) für Wechselstrom oder gepulsten Gleichstrom (etwa 1–15 KV) verbunden. Die Wechselspannung oder gepulste Gleichspannung ruft an der Außenelektrode (5) das Plasma (10) hervor, das durch eine Vielzahl von Einzelentladungen (Filamenten) geprägt wird. In Folge dessen bildet sich nahezu über den gesamten Umfang des Plasmaerzeugers (1) das gewünschte Plasma aus.The two contact sleeves ( 6a , b) are each connected via an electrical connection line ( 8a , b) with a high voltage source ( 9 ) for AC or pulsed DC (about 1-15 KV). The AC voltage or pulsed DC voltage calls at the outer electrode ( 5 ) the plasma ( 10 ), which is characterized by a large number of individual discharges (filaments). As a result, almost over the entire circumference of the plasma generator ( 1 ) the desired plasma.

Mindestens ein derart energetisierter Plasmaerzeuger (1) wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine rohrförmige Leitung (11) eingebracht (3), die einen Einlass (12) und einen Auslass (13) für einen Gasstrom (14), insbesondere Luftstrom aufweist. Der Gasstrom (14) wird durch die rohrförmige Leitung (11) von dem Einlass (12) zu dem Auslass (13) um die Außenelektrode(n) (5) des bzw. der in der rohrförmigen Leitung (11) angeordneten Plasmaerzeuger(s) (1) geführt, wie dies in den 3a, 3b erkennbar ist. Der Gasstrom (14) wird vor dem Auftreffen auf den bzw. die Plasmaerzeuger (1) in der rohrförmigen Leitung (11) senkrecht zu der Längsachse (15) des rohrförmigen Dielektrikums (3) geführt. Dies bedingt, dass die Plasmaerzeuger (1) quer zur Längserstreckung der rohrförmigen Leitung (11) angeordnet sind.At least one such energized plasma generator ( 1 ) is used to carry out the process according to the invention in a tubular conduit ( 11 ) brought in ( 3 ), which has an inlet ( 12 ) and an outlet ( 13 ) for a gas stream ( 14 ), in particular having air flow. The gas stream ( 14 ) is through the tubular conduit ( 11 ) from the inlet ( 12 ) to the outlet ( 13 ) around the outer electrode (s) ( 5 ) of the in the tubular conduit ( 11 ) arranged plasma generator (s) ( 1 ), as shown in the 3a . 3b is recognizable. The gas stream ( 14 ) is deposited before impacting the plasma generator (s) ( 1 ) in the tubular conduit ( 11 ) perpendicular to the longitudinal axis ( 15 ) of the tubular dielectric ( 3 ) guided. This requires that the plasma generator ( 1 ) transverse to the longitudinal extent of the tubular conduit ( 11 ) are arranged.

Aufgrund dieser Anordnung der Plasmaerzeuger (1) in dem freien Strömungsquerschnitt in der rohrförmigen Leitung (11) trifft der im technischen Sinne laminare, turbulenzarme oder turbulente Gasstrom (14) auf den bzw. die Plasmaerzeuger (1) auf und wird in Strömungsrichtung hinter dem bzw. den Plasmaerzeuger(n) (1) verwirbelt. Die entsprechenden Turbulenzen (16) sind in den 3a, 3b angedeutet.Due to this arrangement of the plasma generator ( 1 ) in the free flow cross-section in the tubular conduit ( 11 ) meets the in the technical sense laminar, low-turbulence or turbulent gas flow ( 14 ) to the plasma generator (s) ( 1 ) and is downstream of the plasma generator (s) ( 1 ). The corresponding turbulences ( 16 ) are in the 3a . 3b indicated.

Insbesondere bei großvolumigen Gasströmen durch eine rohrförmige Leitung (11) mit einem großen Durchlassquerschnitt ist es vorteilhaft, mehrere Plasmaerzeuger (1) im Inneren der Rohrleitung (11), vorzugsweise in einer Querschnittsebene (17) nebeneinander und mit ihren Längsachsen quer oder längs zur Richtung des turbulenten oder laminaren Gasstroms (14) anzuordnen.Especially with large-volume gas flows through a tubular conduit ( 11 ) with a large passage cross-section, it is advantageous to use several plasma generators ( 1 ) inside the pipeline ( 11 ), preferably in a cross-sectional plane ( 17 ) side by side and with their longitudinal axes transverse or longitudinal to the direction of the turbulent or laminar gas flow ( 14 ).

Die Anordnung der Plasmaerzeuger (1) in der rohrförmigen Leitung (11) erfolgt insbesondere mit einer Halterung (19), die zwischen benachbarten Federschenkeln (20) in gegenüberliegenden, muldenförmigen Vertiefungen (21) jeweils eine der Kontakthülsen (6a bzw. 6b) aufnimmt. Vorzugsweise ist auf beiden Seiten des Plasmaerzeugers (1) eine derartige Halterung (19) angeordnet, so dass die Kontakthülsen (6a, 6b) auf beiden Seiten des Plasmaerzeugers (1) zwischen die Federschenkel (20) der Halterung (19) einrasten. Die Halterung (19) ist insbesondere als Blechbiegeteil ausgeführt, das mit Kunststoff umspritzt werden kann. Das Kunststoffspritzgussverbundteil wird nach Art einer Schublade in eine entsprechend fluchtende Öffnung in der Rohrleitung seitlich eingeschoben, wobei die Kunststoffteile anschließend, das heißt bei eingeschobener Schublade, die Rohrleitung für die Gasströmung verschließen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kunststoffteile einzuclipsen.The arrangement of the plasma generator ( 1 ) in the tubular conduit ( 11 ) takes place in particular with a holder ( 19 ) between adjacent spring legs ( 20 ) in opposite, trough-shaped depressions ( 21 ) one of the contact sleeves ( 6a respectively. 6b ). Preferably, on both sides of the plasma generator ( 1 ) such a holder ( 19 ), so that the contact sleeves ( 6a . 6b ) on both sides of the plasma generator ( 1 ) between the spring legs ( 20 ) of the holder ( 19 ). The holder ( 19 ) is designed in particular as a sheet metal bent part, which can be encapsulated with plastic. The plastic injection molded composite part is inserted laterally in the manner of a drawer into a correspondingly aligned opening in the pipeline, wherein the plastic parts subsequently, that is, when the drawer is pushed in, close the pipeline for the gas flow. Another possibility is to clip in the plastic parts.

Mit Hilfe von Halterungen (19) für mehrere Plasmaerzeuger (1), wie in 2a dargestellt, können sämtliche Innenelektroden (2a, 2b) kontaktiert werden. Die aus Metall bestehenden Halterungen (19) werden über nicht dargestellte Anschlussleitungen mit der Hochspannungsquelle verbunden.With the help of brackets ( 19 ) for several plasma generators ( 1 ), as in 2a shown, all internal electrodes ( 2a . 2 B ) are contacted. The metal supports ( 19 ) are connected via unillustrated connection lines with the high voltage source.

Der in 4 dargestellte Plasmaerzeuger (1) weist ein rohrförmiges Dielektrikum (3) auf, dessen Mantelfläche (4) mit einem an der Oberseite abgeflachtem Gewindeprofil (22) versehen ist, das beispielsweise ein Trapez- oder Flachgewinde sein kann. Die Außenelektrode (5) ist auch hier als Wendel ausgebildet, deren Steigung der Steigung des Gewindeprofils (22) entspricht. Wie insbesondere aus der Vergrößerung in 4 erkennbar, verläuft der wendelförmige, die Außenelektrode (5) bildende Draht entlang des abgeflachten Teils des Gewindeprofils (22). Die von der Außenelektrode (5) ausgehenden Filamente und damit das Plasma breiten sich entlang der Flanken (23a, b) des Gewindeprofils (22) aus. In Folge dessen wird die plasmaerzeugende Oberfläche, die mit dem Gasstrom (14) in Kontakt gelangt, erheblich vergrößert.The in 4 illustrated plasma generator ( 1 ) has a tubular dielectric ( 3 ), whose lateral surface ( 4 ) with a flattened at the top thread profile ( 22 ), which may be, for example, a trapezoidal or flat thread. The outer electrode ( 5 ) is formed here as a helix whose slope of the pitch of the thread profile ( 22 ) corresponds. As in particular from the enlargement in 4 recognizable, the helical, the outer electrode ( 5 ) forming wire along the flattened part of the thread profile ( 22 ). The from the outer electrode ( 5 ) outgoing filaments and thus the plasma propagate along the flanks ( 23a , b) the thread profile ( 22 ) out. As a result, the plasma-generating surface associated with the gas flow ( 14 ) gets in contact, considerably enlarged.

Sofern der Plasmaerzeuger außerhalb einer Anordnung nach den 3a, 3b verwendet werden soll, beispielsweise um Fasern (24) einer Textile, z. B. eines Teppichs zu reinigen, werden diese zwischen den Flanken (23a, b) des Gewindeprofils (22) komprimiert und gelangen intensiv mit dem Plasma (10) in Kontakt, wie dies aus der Vergrößerung in 4 erkennbar ist. Bezugszeichenliste Nr. Bezeichnung 1 Plasmaerzeuger 2a, b Innenelektrode 3, 3a Dielektrikum/Abschnitt 4 Mantelfläche 5 Außenelektrode 6a, b Kontakthülse 7a, b Höhlung 8a, b Anschlussleitung 9 Hochspannungsquelle 10 Plasma 11 Leitung 12 Einlass 13 Auslass 14 Gasstrom 15 Längsachse Dielektrikum 16 Turbulenzen 17 Querschnittsebene 18 19 Halterung 20 Federschenkel 21 Vertiefungen 22 Gewindeprofil 23a, b Flanken 24 Fasern If the plasma generator outside an arrangement according to 3a . 3b be used, for example, fibers ( 24 ) of a textile, z. B. a carpet, they are between the flanks ( 23a , b) the thread profile ( 22 ) and get intensively with the plasma ( 10 ) in contact, as indicated by the magnification in 4 is recognizable. LIST OF REFERENCE NUMBERS No. description 1 A generator 2a , b inner electrode 3 . 3a Dielectric / Section 4 lateral surface 5 outer electrode 6a , b contact sleeve 7a , b cavity 8a , b connecting cable 9 High voltage source 10 plasma 11 management 12 inlet 13 outlet 14 gas flow 15 Longitudinal axis dielectric 16 turbulence 17 Cross-sectional plane 18 19 bracket 20 spring leg 21 wells 22 thread profile 23a , b flanks 24 fibers

Claims (15)

Verfahren zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung mit mindestens einem Plasmaerzeuger, der ein eine Innenelektrode umgebendes rohrförmiges Dielektrikum aufweist, auf dessen Mantelfläche eine Außenelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (14) durch einen Reaktionsraum (11) von einem Einlass (12) zu einem Auslass (13) um die Außenelektrode (5) des in dem Reaktionsraum (11) angeordneten Plasmaerzeugers (1) geführt wird.Process for the plasma treatment of a gas flow on the principle of dielectrically impeded discharge with at least one plasma generator having a tubular dielectric surrounding an inner electrode, on the lateral surface of which an outer electrode is arranged, characterized in that the gas flow ( 14 ) through a reaction space ( 11 ) from an inlet ( 12 ) to an outlet ( 13 ) around the outer electrode ( 5 ) in the reaction space ( 11 ) arranged plasma generator ( 1 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (14) ausschließlich um die Außenelektrode (5) des Plasmaerzeugers (1) geführt wird.Process according to claim 1, characterized in that the gas stream ( 14 ) exclusively around the outer electrode ( 5 ) of the plasma generator ( 1 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (14) vor dem Auftreffen auf den Plasmaerzeuger (1) im wesentlichen senkrecht gerichtet zu der Längsachse (15) des rohrförmigen Dielektrikums (3) geführt wird.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the gas stream ( 14 ) before striking the plasma generator ( 1 ) directed substantially perpendicular to the longitudinal axis ( 15 ) of the tubular dielectric ( 3 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (14) in Strömungsrichtung hinter dem Plasmaerzeuger (1) verwirbelt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas stream ( 14 ) in the flow direction behind the plasma generator ( 1 ) is swirled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaerzeuger (1) lösbar in dem Reaktionsraum, insbesondere einer rohrförmigen Leitung (11) befestigt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plasma generator ( 1 ) releasably in the reaction space, in particular a tubular conduit ( 11 ) is attached. Anordnung zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung mit mindestens einem Plasmaerzeuger, der ein eine Innenelektrode umgebendes rohrförmiges Dielektrikum aufweist, auf dessen Mantelfläche eine Außenelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Reaktionsraum (11) mit einem Einlass (12) und einem Auslass (13) für den Gasstrom (14) mindestens ein Plasmaerzeuger (1) angeordnet ist.Arrangement for the plasma treatment of a gas flow on the principle of dielectrically impeded discharge with at least one plasma generator having a tubular dielectric surrounding an inner electrode, on the lateral surface of which an outer electrode is arranged, characterized in that in a reaction space ( 11 ) with an inlet ( 12 ) and an outlet ( 13 ) for the gas stream ( 14 ) at least one plasma generator ( 1 ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2a, b) die Höhlung (7a, b) innerhalb des rohrförmigen Dielektrikums (3) des Plasmaerzeugers (1) ausfüllt.Arrangement according to claim 6, characterized in that the inner electrode ( 2a , b) the cavity ( 7a , b) within the tubular dielectric ( 3 ) of the plasma generator ( 1 ). Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2a, b) stoffschlüssig in eine Vergussmasse innerhalb der Höhlung (7a, b) eingebettet ist.Arrangement according to claim 7, characterized in that the inner electrode ( 2a , b) cohesively in a potting compound within the cavity ( 7a , b) is embedded. Anordnung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (15) des rohrförmigen Dielektrikums (3) des Plasmaerzeugers (1) senkrecht zur Längsachse der rohrförmigen Leitung (11) angeordnet ist.Arrangement according to one of claims 6-8, characterized in that the longitudinal axis ( 15 ) of the tubular dielectric ( 3 ) of the plasma generator ( 1 ) perpendicular to the longitudinal axis of the tubular conduit ( 11 ) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (5) des Plasmaerzeugers (1) als Wendel ausgebildet ist, die sich um das rohrförmige Dielektrikum (3) windet.Arrangement according to one of claims 6-9, characterized in that the outer electrode ( 5 ) of the plasma generator ( 1 ) is formed as a helix, which surrounds the tubular dielectric ( 3 ) winds. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (4) des rohrförmigen Dielektrikums (3) als ein Gewinde mit einem an der Oberseite abgeflachtem Gewindeprofil (22) ausgestaltet ist, dessen Steigung der Steigung der Außenelektrode (5) entspricht.Arrangement according to claim 10, characterized in that the lateral surface ( 4 ) of the tubular dielectric ( 3 ) as a thread with a flattened at the top thread profile ( 22 ) is designed whose slope of the slope of the outer electrode ( 5 ) corresponds. Anordnung nach einem der Ansprüche 6–11, dadurch gekennzeichnet, dass an der rohrförmigen Leitung (11) eine Halterung (19) zur lösbaren Befestigung von mindestens einem Plasmaerzeuger (1) angeordnet ist.Arrangement according to one of claims 6-11, characterized in that on the tubular conduit ( 11 ) a holder ( 19 ) for the detachable attachment of at least one plasma generator ( 1 ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19) einen stirnseitig an dem Plasmaerzeuger (1) angeordneten Kontakt (6a, b) aufnimmt.Arrangement according to claim 12, characterized in that the holder ( 19 ) one end face on the plasma generator ( 1 ) arranged contact ( 6a , b) absorbs. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19) als seitlich in die rohrförmige Leitung (11) einsetzbares und entfernbares Modul ausgeführt ist.Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the holder ( 19 ) as laterally in the tubular conduit ( 11 ) is implemented and removable module is executed. Plasmaerzeuger für einen Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, der ein eine Innenelektrode umgebendes rohrförmiges Dielektrikum aufweist, auf dessen Mantelfläche eine Außenelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2a, b) die Höhlung (7a, b) innerhalb des rohrförmigen Dielektrikums (3) des Plasmaerzeugers (1) ausfüllt.Plasma generator for an arrangement according to one of claims 7 to 14, which has a tubular electrode surrounding an inner electrode, arranged on the lateral surface of an outer electrode characterized in that the inner electrode ( 2a , b) the cavity ( 7a , b) within the tubular dielectric ( 3 ) of the plasma generator ( 1 ).
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