JP6122383B2 - 気体媒体の処理のための装置および方法、ならびに、気体媒体、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理のための装置の使用 - Google Patents

Description

本発明は、気体媒体のプラズマによる処理のための装置、上記気体媒体のプラズマによる処理のための方法、ならびに、気体媒体、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理のための装置および方法の両方の使用に関する。

プラズマ発生のさまざまな方法および膨大な種類のこのようなプラズマの用途が、たとえば、Bogaerts et al., Spectrochimica Acta Part B 57 (2002) 609-658に概説されるように、技術分野で知られている。

上記気体媒体のプラズマ処理により気体媒体を殺菌し、空気中の細菌および化学毒素が上記プラズマにより破壊されることが、たとえば、ＷＯ２００５／０７９１２３号公報により示唆されるように、技術分野で知られている。これらの方法により、たとえば、ある揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、特に長鎖ＶＯＣを破壊することが可能である。

さらに、米国特許第５，８１４，１３５号により示唆されるように、気体媒体を殺菌するためにコロナ放電プラズマを使用することが技術分野で知られている。

これらの既知の装置は、特に、上述の装置により通常破壊できない、たとえば短鎖ＶＯＣなどのある細菌および毒素について、得られる殺菌効果が十分でないという欠点を有する。

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服し、エネルギ効率がよく、エネルギを少ししか消費しないとともに、改善され、向上された処理効果を可能にする、気体媒体を処理するための装置および方法を提供することである。特に、この目的は、分子の合成および分解、タンパク質、花粉、芽胞、バクテリアもしくはウイルスなどの生物構造の不活性化または細分化を含む。

これらの目的は、独立クレームに記載される、気体媒体のプラズマによる処理のための装置、気体媒体のプラズマによる処理のための方法、ならびに、気体媒体、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理のための装置および方法の両方の使用によって達成される。

本発明を限定するものではないが、気体媒体、液体、固体またはその表面のプラズマによる処理は、光分解、すなわち光分解反応として、ここでは理解される。プラズマによる処理は、特に、プラズマ中に含まれるフォトンおよび／または電気力による光分解を誘導または支持するための手段である。さらに、分子の分解および／または合成のためのプラズマ中またはプラズマによる分子の相互作用の効率は、分子の初めの不安定化および１または複数のフォトンとの分子の相互作用により向上することが理解される。

光分解は、分子、特に、生体分子の分解および／もしくは合成、ならびに／または微生物のようなバイオマスの細分化による不活性化を特に含む。以下に理解されるように、生物分子は、生物により生産される任意の有機分子である。

光分解は、フォトン、すなわち電磁波による分子結合の解体を意味する。光分解の商業用途は、たとえば、ポリマーの硬化、液体中もしくは気体中または固体表面上の病原体または気体汚染物質のフォトンによる破壊である。

本発明の文脈において、気体媒体、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理は、気体媒体、液体、固体、表面もしくはそれらの任意の組合せ中の分子の合成、および／または、気体媒体、液体、固体、表面もしくはそれらの任意の組合せの汚染除去を含む。汚染除去は、たとえば、気体媒体、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せ中の分子および／または微生物のようなバイオマスの量の減少を含む。特に、処理は生物構造の細分化を含む。

合成および／または汚染除去という用語は、本発明の文脈において、合成、汚染除去、合成および汚染除去のいずれかの意味を有する。合成は、エタノールおよび／またはメタノールを改質することによる水素（Ｈ₂）の合成をとりわけ含む。

本発明に従う気体媒体の処理のための装置は、気体媒体中にプラズマを発生するためのプラズマ発生装置を気体媒体の流れ方向に備える。プラズマは、特に、励起された分子、ラジカル、イオン、遊離電子、フォトンおよびそれらの任意の組合せを含む。さらに、本発明に従う装置は、少なくとも１つの誘電体構造、特に、少なくとも１つの溶融石英管を備える。プラズマは、特にプラズマ発生装置内での発生の後、少なくとも１つの誘電体構造内に運搬可能である。

特に、プラズマ発生装置はプラズマチャンバであってよく、プラズマチャンバ内に、気体媒体の流れが本発明に従う装置に入る。気体媒体は、処理すべき気体媒体または、さらなる気体媒体、液体、固体、表面もしくはそれらの任意の組合せを処理するのに用いられるべき気体媒体であってもよい。

さらに、プラズマ発生装置は、無線周波数範囲からマイクロ波範囲の周波数を有する電磁放射線を発生するための発生器を特に備える。

本発明に従う誘電体構造は、その構造に沿ってプラズマを構造内部に運ぶことが可能なように形成される。特に、このような構造は、円形、長方形または楕円形の断面の管として形成され得る。特に、このような構造は如何なる断面を有するように形成することもできる。

本願の文脈において、プラズマとは、電界の影響下でその成分に解離される気体および／または蒸気であることが理解されるべきである。したがって、プラズマは、フォトン、遊離電子、イオン、遊離ラジカルおよび中性粒子、特に、励起された中性粒子、ならびに他の構成要素を含む。このようなプラズマは好ましくは非熱プラズマである。特に、このようなプラズマは、１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは３％未満、最も好ましくは１．５％未満のイオン化率を有する。

このようなプラズマは、ＷＯ２００５／０７９１２３号公報に記載されるような装置、および、Bogaerts et al., Spectrochimica Acta Part B 57 (2002) 609-658に記載されるようなコロナ放電、マグネトロン放電またはグロー放電によって発生してもよい。

一般的に言うと、処理効果について特に考慮する必要のある、ここで以下に理解されるような３つの反応種がプラズマ中に共存する。

ａ） イオン、電子および／または励起された分子から生じる電気力、
ｂ） フォトン、特にＵＶフォトンまたはＵＶ放射線、
ｃ） 化合物、特に汚染物質、反応性化学種、特にラジカル、空気中の細菌および化学毒素全般、特にＶＯＣ、花粉、バクテリア、芽胞またはウイルスなど。

ここで、プラズマ発生装置および誘電体構造の組合せにより相乗効果が得られることが見出された。本発明に従うプラズマの発生のためのプラズマ発生装置は、この発生されたプラズマが、大部分の化合物を処理するためにより適しているという利点を有し、本発明を限定するものではないが、プラズマを誘電体構造内に運ぶと、プラズマがより長い長さにわたって持続され、かつプラズマが変更することにより、プラズマが化合物と反応する時間が延び、および／または処理が改善されることが理解される。

本発明を限定するものではないが、相乗効果は次のように説明され得る。すなわち、プラズマと誘電体構造との間の表面波の発生により、表面波によって、プラズマ中の電子の少なくとも一部分がより高速に加速化されるようにプラズマが変更され、これが改善された処理効果につながる。

プラズマ発生装置および誘電体構造のこの配置は、プラズマ発生のためにプラズマ発生装置内に送られるエネルギが、大量の排熱を発生することなく、イオン、電子および／または励起された分子から生じるフォトンおよび電気力に効率的に変換されるため、得られる気体媒体の処理がエネルギ効率がよいというさらなる利点を有する。

このような装置は、たとえば、換気および／または空調システム内に組込まれるか、または、空気の処理のための独立型装置、特に、反応器として用いられてもよい。

好ましくは、装置は、少なくとも１つの誘電体構造の下流の流れ方向に、少なくとも１つの壁を有する内側空間を有する相互作用チャンバを備える。

この相互作用チャンバは、プラズマの反応種間の相互作用の持続時間が延びる、すなわち反応時間の延長が生じることにより、処理効果が増大するという利点を有する。

この相互作用チャンバのさらなる利点は、フォトン、すなわちプラズマのフォトン種の数の増幅である。本発明を限定するものではないが、フォトンは特に、相互作用チャンバ内の電界による高速電子間の相互作用により、誘電体構造から相互作用チャンバ内に運ばれる上記高速電子を減速させる、いわゆる制動放射（Bremsstrahlung）により発生される。

より好ましくは、相互作用チャンバの少なくとも１つの壁は、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜を示す。好ましくは、少なくとも１つの壁は、内側空間側に完全なダイヤモンド被膜を示す。

これは、フォトン、すなわち電磁放射線がプラズマ中により効率的に分散されることにより、上記フォトンにより引起される処理効果が増大するという有利な効果を有する。特に、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜は、フォトンの数の増幅を支持する。さらに、ラマン、すなわち、特にダイヤモンド被膜上でのフォトンの非弾性散乱は、散乱したフォトンの少なくとも一部分のエネルギ、すなわち周波数の増加につながる。

たとえば、Gaudin et al., photoconductivity and photoemission of diamond under femtosecond VUV radiation (2005), Scientific Commons, http://en.scientificcommons.org/27223646により説明されるように、ダイヤモンド中の一次および二次電子−正孔対をフォトンにより励起することが可能であることは技術分野において知られている。本発明を限定するものではないが、一次および二次電子−正孔対は、ダイヤモンド被膜中で励起され、次に２つのフォトンを放出することによって再結合することにより、相互作用チャンバ内のフォトンの数をさらに増幅させることが、現在理解されている。

特に天然のダイヤモンド被膜の代わりに、酸化ジルコニウムおよび／または他の合成ダイヤモンド被膜が使用可能である。特に、窒素ドーパントを有するダイヤモンド被膜が使用可能である。

ダイヤモンドを窒素でドーピングすることにより、たとえば、Han et al., Three-Dimensional Stimulated Emission Depletion Microscopy of Nitrogen-Vacancy Centres in Diamond Using Continuous-Wave Light, Nano Letters, 2009, Vol. 9, No. 9, 3323-3329により説明されるように、可視光によって励起され、次にルミネッセンスを発生し得る、いわゆる帯電窒素空孔色中心が生成され得る。本発明を限定するものではないが、これがプラズマ中のフォトンのより効率的な分散につながることが、現在理解されている。

好ましくは、相互作用チャンバは、特に有孔の、増幅構造を備える。特に、増幅構造は、気体媒体の平均的流れ方向に円錐状に形成される。好ましくは、増幅構造は、外サイクロイドとして形成される。増幅構造は、少なくとも部分的な、好ましくは完全なダイヤモンド被膜を備える。

本発明の文脈において、「有孔」という用語は、構造が、それを通って空気および／またはプラズマが通過することのできる開口を有するという意味を有する。本発明の文脈において、「平均的流れ方向」という用語は、相互作用チャンバの長軸に実質的に平行な、相互作用チャンバ入口から相互作用チャンバ出口の平均的方向を意味する。

「外サイクロイド」という用語は、本発明の文脈において、平均的流れ方向の突部に沿って、増幅構造が外サイクロイドとして形成される外形を有することを意味する。相互作用チャンバ内の増幅構造の配置は、ダイヤモンド被膜を示す表面が増加し、上に既に記載したような有利な効果を伴うという利点を有する。さらに、増幅構造の円錐形状は、気体媒体の流れが相互作用チャンバ出口に誘導されることにより、プラズマ密度、すなわち、プラズマ中の帯電粒子の数が、相互作用チャンバの下流で増加し、さらに利用されるという利点を有する。

より好ましくは、実質的に円筒状の構造が、円錐状に形成された増幅構造によって囲われる体積内に配置され、円筒構造は、少なくとも部分的な、好ましくは完全なダイヤモンド被膜を備える。円筒構造は、特に有孔である。特に、円筒構造の長軸は、平均的流れ方向に実質的に平行であり、好ましくは、相互作用チャンバの長軸に沿って延びる。

これは、ダイヤモンド被膜を示す表面をさらに増加させ、上に記載したような利点を伴い、かつ、気体媒体を相互作用チャンバ出口に向かってより効率的に誘導するという利点を有する。

好ましくは、少なくとも１つの誘電体構造にマイクロ波放射線が供給されない。
より好ましくは、相互作用チャンバは少なくとも１つの電極を備える。特に、少なくとも１つの電極に電圧が加えられる。

少なくとも１つの電極の存在の利点は、プラズマのイオン化率を増加させることにより、処理効果を増大させることである。

特に、５ｋＶから１２ｋＶの範囲の電圧が、少なくとも１つの電極に加えられる。これは、プラズマ発生を支持し、および／または、相互作用チャンバ内に存在するプラズマを維持するというさらなる利点を有する。

好ましくは、増幅構造が、相互作用チャンバ内に含まれる電極に対するカウンタ電極として作用するように、特に、電極が陰極として機能し、増幅構造が陽極として機能するように、電圧を増幅構造に加えることができる。

本発明を限定するものではないが、これは、相互作用チャンバ内の電磁力および増幅構造の形態により、さらなる乱流の発生、および、それにより、改善された処理効率につながるプラズマの改善された均質性を達成することができるという、電磁流体力学の理論に従う有利な効果を有することが、現在理解されている。これはさらに、プラズマを相互作用チャンバの下流のさらなる誘電体構造内により効率的に運ぶために、相互作用チャンバ内に電磁力を発生することが理解されている。さらに、改善された処理効果につながるプラズマの改善された均質性を発生し、かつ、プラズマをプラズマ発生装置の下流の誘電体構造内により効率的に運ぶためにも、プラズマ発生装置内に電磁力を発生するために、プラズマ発生装置内に同様の効果が生じることが理解される。この結果、本発明に従う装置を通る空気および／またはプラズマの効率的な運搬が得られる。

最も好ましくは、少なくとも１つの電極は、部分的なダイヤモンド被膜、好ましくは完全なダイヤモンド被膜を示す。

このダイヤモンド被膜は、既に上に記載したのと同じ有利な効果を有する。
特に、天然のダイヤモンド被膜の代わりに、酸化ジルコニウムおよび／または他の合成ダイヤモンド被膜が使用可能である。特に、窒素ドーパントを有するダイヤモンド被膜が使用可能である。

装置は、相互作用チャンバの下流の気体媒体の流れ方向に、少なくとも１つのさらなる誘電体構造を備えることが特に好ましい。特に、装置は、少なくとも１つのさらなる溶融石英管を備える。プラズマは、相互作用チャンバから少なくとも１つのさらなる誘電体構造内に運搬可能である。

この少なくとも１つのさらなる誘電体構造は、既に上に記載したのと同様の有利な効果を有する。

好ましくは、装置は、少なくとも１つのさらなる誘電体構造の下流の気体媒体の流れ方向に、プラズマの消滅のためのさらなるチャンバを備える。

このさらなるチャンバ、すなわち弛緩チャンバは、プラズマの反応種がこのチャンバ内で再結合することにより、プラズマを消滅させることができるという有利な効果を有する。したがって、実質的に中性な気体媒体のみが、実質的にラジカルを有さずにさらなるチャンバから出るため、環境に対する危険性を及ぼさない。

最も好ましくは、さらなるチャンバは、流れ方向に、チャンバ内部のテーパ状セクションを示す。

これは、プラズマの種間の相互反応の可能性を増加させることにより、再結合の可能性を増加させて、実質的に中性の気体媒体が得られるという有利な効果を有する。

誘電体構造の少なくとも１つの内部は、電磁波放射線をより長い電磁波に波長変換するための顔料によって少なくとも部分的に、好ましくは完全に、覆われることが特に好ましい。

これは、プラズマ中のフォトンの波長を、殺菌すべき気体媒体中の汚染物質、特に、空気中の細菌または化学毒素について調整することが可能であるという利点を有する。これは、たとえば、空調機器を備えた建物など、既知の汚染物質を含む環境において有利である。したがって、たとえば、空調システムなどにおいて本発明に従う装置を実施し、予測される汚染物質に適合させることが可能である。

好ましくは、装置は、反応気体を装置内に運ぶための手段を備える。
これは、プラズマのイオン化率を増加させるか、または、イオン化率を実質的に一定に保つときに必要なエネルギの量を減少させることにより、プラズマ発生を改善することができるという利点を有する。たとえば、反応ガスとしてヘリウムが使用可能である。特に、これは、ＶＯＣの還元によりＨ₂のような新たな生成物の合成を可能にする。

より好ましくは、相互作用チャンバは、フォトンの増幅のための手段を備える。特に、選択された波長のフォトンが増幅される。

これは、フォトンの量、すなわち、プラズマの反応種の１つの量が、プラズマ中で増加し、すなわち、フォトンが増幅されるという有益な効果を有する。この増幅は、改善された処理効果につながる。たとえば、増幅すべきフォトンの波長、すなわちエネルギと、プラズマ中に含まれることが分かっているある汚染物質を分解または解体するのに必要なエネルギとを整合させて、ある既知の汚染物質の処理のために特に適している、選択された波長または波長範囲のフォトンの数を増幅することが特に有益である。

特に、プラズマ発生装置は、プラズマ発生装置においてフォトンの数を増幅させるための結晶を備える。このような結晶の例は、特に、たとえばルビーレーザなどにより光励起される溶融石英結晶である。

好ましくは、装置は、フォトン、特にＵＶフォトンを分離するための手段を備える。
フォトンを分離するための手段は、窓、特にＵＶ透過性の窓を備える。たとえば、少なくとも１つの誘電体構造、特に、少なくとも１つのさらなる誘電体構造は、フォトンを分離する窓として形成されてもよい。

これは、フォトンが、特に、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理のために、装置から分離することができるという有利な効果を有する。特に、水を処理することができる。言い換えると、装置は、フォトン源として用いることができる。

より好ましくは、装置は、プラズマ発生装置内に気体媒体を運ぶための少なくとも１つのプラズマ装置入口を備え、プラズマ装置入口は、流れ方向に、テーパ状入口セクションを示す。

これは、プラズマ装置入口内に運ばれる気体媒体の速度が増加することにより、プラズマ発生装置内の乱流が増加するという利点を有する。さらに、これにより、気体媒体をプラズマ発生装置内により低い速度で運び、それでもなお、気体媒体の速度を増加させることにより、プラズマ発生装置に実質的に均一なプラズマ密度を発生するのに必要な乱流を達成することが可能になる。乱流は、プラズマ発生装置内のプラズマの分布を改善することにより、実質的に均一なプラズマ密度を達成する。

最も好ましくは、装置は、気体媒体をプラズマ発生装置内に運ぶための少なくとも１つのプラズマ装置入口を備え、気体媒体の流れに乱流を発生させるための気体媒体のためのデフレクタが、プラズマ装置入口の下流に配置される。

したがって、プラズマ装置入口にテーパ状入口セクションを有し、デフレクタを有さない装置、プラズマ装置入口にテーパ状入口セクションを有し、かつデフレクタを有する装置、および、プラズマ装置入口にテーパ状入口セクションを有さず、デフレクタを有する装置を有することが可能である。

気体媒体のためのデフレクタの使用は、気体媒体の流れの中に増加した乱流を発生するという利点を有し、それにより、プラズマ発生装置における実質的に均一なプラズマ密度、すなわち、より均質なプラズマの発生が改善される。

デフレクタは、気体媒体の流れを偏向させ、および／またはチャネルにより運ぶための、プラズマ発生装置における任意の幾何特徴として形成することができ、曲線状の壁部分として形成することができる。

好ましくは、プラズマ装置入口および／またはデフレクタは、気体媒体のための少なくとも１つの誘導チャネル、特に、螺旋状に形成された誘導チャネルを備える。

これは、気体媒体が、流れに渦を発生する誘導チャネルによって少なくとも部分的に誘導されることにより、プラズマ発生装置内の乱流が増加し、より均質なプラズマにつながるという利点を有する。さらなる利点は、気体媒体の誘導チャネルにおけるより長い流路による、プラズマ発生装置内の気体媒体の少なくとも一部の延長された滞在時間である。この結果、より効率的なプラズマ発生および、プラズマ発生装置における改善された処理効率が得られる。

誘導チャネルは、特に、プラズマ装置入口および／またはデフレクタの壁に溝として形成される。

好ましくは、装置は、少なくとも第１のマグネトロン電極および少なくとも１つのカウンタ電極を有するマグネトロンを備え、少なくとも１つのさらなる電極が、プラズマ装置入口を通る気体媒体の平均的流れに沿ってプラズマ装置入口の突部により形成されるゾーンにおいてプラズマ発生装置内に配置され、特に、乱流の流れが、デフレクタによってゾーン内に発生可能である。

言い換えると、さらなる電極は、プラズマ発生装置内に運ばれたばかりの気体媒体中にプラズマを発生するために、気体媒体がプラズマ発生装置に入るところに配置される。これは、プラズマ発生装置のプラズマ発生能力をさらに向上させる。

より好ましくは、デフレクタは、カウンタ電極とさらなる電極との間の照準線、特に、カウンタ電極とさらなる電極とを結ぶ最短直線に沿った照準線を妨げないように配置される。

これは、デフレクタがプラズマ発生を妨げないという利点を有する。
カウンタ電極とさらなる電極とを結ぶ「最短直線」という文言は、カウンタ電極とさらなる電極との間に引かれる仮想線を意味する。

最も好ましくは、プラズマ発生装置は、プラズマ発生装置内部に溶融石英表面を有する、少なくとも１つの壁、特に、プラズマ装置入口の反対側の壁を備える。

プラズマ発生装置内部の溶融石英表面の配置は、表面波によって電子の一部分がより高速に加速化され得ることについて、プラズマ発生装置の下流の誘電体構造について説明したのと同じ利点を有するが、本発明を限定するものではない。

装置内の乱流、特に、プラズマの均質性を増加させるために、プラズマ発生装置の内部空間は、流れ方向に、少なくとも１つのセクションにおいて実質的に集中し、相互作用チャンバの内側空間は、流れ方向に、少なくとも１つのセクションにおいて実質的に拡散している。

言い換えると、平均的流れに実質的に垂直な寸法は、プラズマ発生装置で、少なくとも１つのセクションにおいて小さくなり、相互チャンバで、少なくとも１つのセクションにおいて大きくなる。

これは、装置における気体媒体の処理効率をさらに増大させるという利点を有する。
本発明の別の局面は、気体媒体、特に空気を処理するための方法である。この方法は、特に、上記のような装置で実施される。この方法は、気体媒体中にプラズマ発生装置でプラズマを発生するステップと、プラズマを少なくとも１つの誘電体構造内に運ぶステップとを含む。

この方法は、好ましくは、本発明に従う装置により実施される。したがって、本発明に従う気体媒体の処理のための方法は、上に記載するのと同じ利点を有する。

好ましくは、方法は、プラズマを上記少なくとも１つの誘電体構造の下流の相互作用チャンバ内に運ぶステップを含む。随意に、プラズマは、相互作用チャンバの下流の少なくとも１つのさらなる誘電体構造内に運ばれる。好ましくは、プラズマは、少なくとも１つのさらなる誘電体構造の下流のさらなるチャンバ内に運ばれる。

本発明の別の局面に従うと、上記のような装置は、気体媒体、特に、空気および／またはメタンの処理のために本発明に従う上記の方法により操作される。特に、ＣＯ₂、特に、蒸気および／または他の気体と混合されたＣＯ₂、好ましくは燃焼ガスを改質することができる。

Morvova et al (Journal of thermal analysis and caloemintry, volume 61 (2000) 273-287)およびMorvova et al.（Utilisation of CO₂, fixation of nitrogen and exhaust gas cleaning in electric discharge with electrode catalysers）によって記載されるような、ＣＯ₂排出を減少させるためのプラズマ技術を使用することが技術分野で知られている。さらに、真空紫外線光によりシミュレートされた惑星空気圏からアミノ酸前駆体を合成することも、(Takahachi et al., Journal of applied physics, July 2005, volume 98, issue 2)およびCivies et al. (Chemical Physics Letters 389 (2004) 169-173)により技術分野で知られている。

本発明のさらなる局面は、特に、装置から分離されたＵＶフォトンによる液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理のための、上記の方法による上記のような装置の操作である。代替的には、液体、固体、表面またはそれらの任意の組合せの処理は、上記装置から出る、本発明に従う装置で処理された気体媒体により達成可能である。

本発明の別の局面は、メタノールを改質するため、特に、水素を生産するための、上記の方法による上に記載したような装置の操作である。

装置の使用は、装置および方法について上に記載したような有利な特徴を有する。
Yanguas-Gil et al. (applied Physics Letters, volume 85, no. 18, 1. November 2004)およびJasinski et al. (Chiem. Listi 102, S. 1332 -S. 1337 (2008); II Central European Symposium on Plasma Chemistry 2008)によって記載されるように、マイクロ波表面波プラズマ放電でエタノールおよびメタンを改質することが技術分野で知られている。

本発明のさらなる局面は、第１のマグネトロン電極と、カウンタ電極と、特に、環状の、ある領域を囲んでいる、閉じたループの形態のループ状電極とを備え、第１のマグネトロン電極は、領域内に、特に、実質的に中心に配置され、さらなる電極は、領域の外側に配置される、上に記載したような装置で使用されるマグネトロンに向けられる。ループ状電極は、領域内に配置される少なくとも１つの内向き部材を備え、内向き部材は、ループ状電極と第１のマグネトロン電極との間に、ループ状電極に垂直な軸に実質的に平行に配置され、少なくとも１つの外向き部材は、ループ状電極とさらなる電極との間に、ループ状電極に垂直な軸に実質的に平行に、領域の外側に配置される。

これは、特に、上記の装置に用いたとき、プラズマ発生が改善されるという利点を有する。

環状電極の場合、言い換えると、環状電極に垂直な軸は半径である。環状電極とさらなる電極との間の軸は、外向き部材が環状電極に配置または形成されるところで開始する軸を意味する。特に環状電極について、外向き部材および内向き部材は、環状電極の半径に実質的に平行に配置される。

ループ状電極上の少なくとも１つの内向き部材および少なくとも外向き部材のこのような配置は、プラズマ発生の効率をさらに増大させるという利点を有する。

最も好ましくは、ループ状電極は、少なくとも２つの内向き部材を備え、内向き部材の一方は、第１の長さを示し、内向き部材の他方は、第２の異なる長さを示す。特に、異なる長さの内向き部材の比率は、１．５：１、好ましくは２：１である。

これは、プラズマ発生をさらに支持するという利点を有する。
好ましくは、少なくとも１つの内向き部材および少なくとも１つの外向き部材は、ループ状電極上に、ループに沿って異なる位置に配置される。特に、マグネトロンは、少なくとも２つの外向き部材および少なくとも２つの内向き部材を備え、内向き部材と外向き部材との間のループに沿った距離は、ループの円周の実質的に１／４である。より好ましくは、マグネトロンは、少なくともｎ個の外向き部材と、少なくともｎ個の内向き部材とを備え、内向き部材と隣接する外向き部材との間のループに沿った距離は、ループの円周の実質的に１／（２^＊ｎ）である。たとえば、マグネトロンが、ｎ＝８個の内向きおよび外向き部材を備えるならば、ループに沿った距離は１／１６である。

これは、さらに改善されたプラズマ発生および、プラズマ発生装置における、より一層実質的に均一なプラズマ密度の発生という利点を有する。

特に、水、好ましくは飲料水を装置により処理することができる。
装置のこれらの使用は、装置および方法について上に記載したのと同じ有利な特徴を有する。

本発明のさらに別の局面は、気体媒体のための入口および出口を備える気体媒体の処理のための装置、特に、上記のような装置である。装置はさらに、フォトンの増幅のための手段を備える。特に、選択された波長または波長範囲のフォトンが増幅される。さらに、装置は、プラズマの発生のための手段を備える。

この装置は、上に記載したような有利な効果を有する。
本発明に従うさらなる目的、利点および新規の特徴が、以下の概略図を伴う好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

プラズマ発生装置および誘電体管を備える、本発明に従う空気の処理のための装置の概略全体図である。 さらなる相互作用チャンバを備える、本発明に従う空気の処理のための装置の代替的な実施形態の概略全体図である。 さらなる誘電体管を備える、本発明に従う空気の処理のためのさらなる代替的な装置の概略全体図である。 追加的な弛緩チャンバを備える、本発明に従う空気の処理のための別の代替的な装置の概略全体図である。 プラズマ発生装置の代替的な実施形態の代替的な実施形態の斜視全体図である。 プラズマ発生装置、誘電体管およびさらなる相互作用チャンバを備える、本発明に従う空気の処理のための装置の平面図である。 相互作用チャンバで使用される増幅構造の斜視図を示す図である。 封入された装置の斜視図である。 図８に従う封入された装置の平面図である。

図１は、プラズマ２１の発生のためのプラズマ発生装置２を備える、空気の処理のための装置１を示す。プラズマ発生装置２は、ＷＯ２００５／０７９１２３号公報に示唆される装置である。

空気２０は、概略図に図示しない外部手段によりプラズマ発生装置２内に運ばれる。しかしながら、運搬手段は、とりわけ外部換気手段を含んでもよい。

空気２０は、プラズマ装置入口５を通ってプラズマ発生装置２内に運ばれる。プラズマ発生装置２内部では、空気２０中にプラズマ２１が発生される、すなわち、空気２０がプラズマ２１へと変換される。プラズマ２１は、大気圧、すなわち、０．８バールから１．２バールの範囲の圧力、および、１５℃から４５℃の範囲の温度を示す。

プラズマ２１は、プラズマ装置出口６を通って３つの溶融石英管内に運ばれ、次に、溶融石英管に沿って相互作用チャンバ入口７に運ばれる。これは、少なくとも電子の一部分をプラズマ２１中で加速化させる効果を有する。このような溶融石英管３で変更されたプラズマ２１は、空気中の細菌または化学毒素などの汚染物質と相互作用することにより、プラズマ２１中のこのような汚染物質の量を減少させる。したがって、相互作用チャンバ入口７から出るプラズマ２１は、より低い度合いの汚染物質を含有する。

図２は、さらなる相互作用チャンバ１０を有する空気の処理のための装置１の代替的な概略全体図を示す。図２に従う本発明の代替的な実施形態は、図１に既に記載した要素を備えるが、ここではさらに説明しない。以下、同じ参照番号の部分は図中の同じ部分を指す。

プラズマ２１は、相互作用チャンバ入口７を通って２つの溶融石英管３から出て、内側空間１１を有する相互作用チャンバ１０内に運ばれる。相互作用チャンバ１０では、２つの電極１５が内側空間１１内部に配置される。電極１５は完全なダイヤモンド被膜で覆われている。１０ｋＶの電圧が電源（図示せず）により電極１５に加えられる。これは、プラズマ発生を支持し、かつ相互作用チャンバ内に存在するプラズマを維持する効果を有する。

相互作用チャンバ１０の内側空間１１では、プラズマ２１がプラズマ２１に含まれる汚染物質とさらに相互作用することにより、プラズマ２１中の汚染物質の量をより一層減少させる。

次に、プラズマ２１は２つの相互作用チャンバ出口８を通って運ばれる。
図３は、空気の処理のためのさらなる装置１の概略的な全体図を示す。図３は、図１に図示するもの、および、相互作用チャンバ１０の下流にさらなる溶融石英管３′を有する図２で図示するものと同様の装置１を示す。同じ参照番号は、図１および図２と同じ部分を指す。

プラズマ２１は、相互作用チャンバ出口８を通って相互作用チャンバ１０を出て、さらなる溶融石英管３′内に運ばれる。これらの溶融石英管３′は、相互作用チャンバ１０の上流の溶融石英管３と同じ機能を有する。次に、プラズマ２１はさらなるチャンバ入口９を通ってさらなる溶融石英管３′から出る。

相互作用チャンバ１０はダイヤモンド被膜１３を有する壁１２を有する。電極１５は完全なダイヤモンド被膜１３で覆われている。

図４は、プラズマ２１の消滅のためのさらなるチャンバ１６、すなわち弛緩チャンバを備える、本発明に従う空気の処理のための装置１のさらなる概略全体図を示す。

空気の処理のための装置１は、プラズマ発生装置を備える。このプラズマ発生装置２はマグネトロン３０である。空気２０は、外部換気（図示せず）によりプラズマ装置入口５を通ってプラズマ発生装置２内に運ばれる。プラズマ発生装置２では、プラズマ２１がマグネトロンにより発生される。このプラズマ２１は、０．７から１．３バールの範囲の圧力および２０℃から４０℃の範囲の温度を示す。プラズマ２１は、プラズマ装置出口６を通って、電子放射線をより長い電磁波に波長変換するための顔料４による被膜を示す、溶融石英管３内に運ばれる。

次に、プラズマ２１は、相互作用チャンバ入口７を通って相互作用チャンバ１０内へと運ばれる。相互作用チャンバ１０は、内側空間１１および、完全なダイヤモンド被膜１３で覆われた壁１２を有する。内側空間１１すべてが覆われている。プラズマ２１は、流れに含まれる汚染物質と相互作用し、プラズマ２１は次に溶融石英管３′内に運ばれる。

次に、プラズマ２１はさらなるチャンバ入口９を通って、プラズマ２１の消滅のためのさらなるチャンバ１６内に運ばれる。

さらなるチャンバ１６は、流れ方向にテーパ状セクション１７を示す。さらなるチャンバ出口１８付近ではもはや実質的にプラズマ２１ではない空気２０の流れは、上記さらなるチャンバ出口１８を通って装置１から出る。

図５は、プラズマ発生装置２内に運ばれる空気の流れに乱流を発生するためのいくつかのデフレクタ１９を有する壁１２を有するプラズマ発生装置を示す。プラズマ発生装置２は、プラズマ装置入口（図示せず）の反対側に配置される溶融石英表面２２をさらに備える。さらなる電極３３は、プラズマ装置入口を通って気体媒体の平均的流れ方向に沿ったプラズマ入口（図示せず）の突部により形成されるゾーンにおいてプラズマ発生装置内に配置される。

溶融石英表面を示す壁では、プラズマ装置出口６および誘電体構造３が、プラズマをプラズマ発生装置の外に運ぶために配置されている。

さらに、プラズマ発生装置２は、マグネトロン電極３１と、外向き部材３５および内向き部材３４を有するループ状電極３２とを備える。ループ状電極３２は環状である。外向き部材３５は、マグネトロン電極３１とさらなる電極３３とを結ぶ直線に平行にそれぞれ配置されるように配置される。

内向き部材３４は、マグネトロン電極３１とループ状電極３２とを結ぶ直線に平行にそれぞれ配置される。内向き部材３４は異なる長さを示し、ある型の内向き部材は、より短い内向き部材の型の２倍長く、すなわち、比率は２：１である。

図６は、プラズマ発生装置２およびさらなるチャンバ１０を有する、本発明に従う気体媒体の処理のための装置１の代替的な実施形態を示す。

図６に図示するような平面図は、図５に図示するようなプラズマ発生装置を備える。プラズマ発生装置の下流には、電磁放射線をより長い電磁波に波長変換するための顔料４による被膜を示す溶融石英管３がある。

プラズマ装置入口５は、流れ方向にテーパ状入口セクション１４を示す。
有孔壁を有する環の半径に実質的に平行に配置される壁セクションを有する環の形態のカウンタ電極３６も図示される。

プラズマは、相互作用チャンバ１０内のプラズマを維持するために電極１５が配置されている相互作用チャンバ１０内に、相互作用チャンバ入口７を通って運ばれることができる。

さらに、相互作用チャンバ１０は、外サイクロイドの形態の増幅構造２３と、増幅構造２３により囲われた体積内に配置される円筒構造２４とを備え、増幅構造、円筒構造および壁１２はそれぞれダイヤモンド被膜１３を示す。

プラズマは、相互作用チャンバ出口８を通って溶融石英管３′内に運ばれる。
内部空間２６は、気体媒体の平均的流れ方向に実質的に集中し、相互作用チャンバ１０の内側空間１１は、気体媒体の平均的流れ方向に実質的に拡散している。

図７は、増幅構造２３、円筒構造２４および壁１２の斜視図を示し、増幅構造２３、円筒構造２４および壁１２はそれぞれダイヤモンド被膜を示す。

図８は、封入された装置１を示す。ここでは、プラズマ装置入口５のみが見える。外半径に隣接して配置されるプラズマ装置入口５は、壁に螺旋状に形成される誘導チャネル２５を有する。

図９は、図８に従う装置１の平面図を示す。図９に従う装置１は、空気２０を装置１内に運ぶためのプラズマ装置入口５と相互作用チャンバ出口８との間において図６に示す装置と同様の構成を有する。

図９に従う装置１は、図６に示す装置に加えて、プラズマ装置入口５の誘導チャネル２５と、流れの乱流を増加させるためのデフレクタ１９とを有する。

相互作用チャンバ出口８の下流には、さらなるチャンバ入口９と流体連通している誘電体管の形態のさらなる誘電体構造３′が配置されている。

プラズマはさらなるチャンバ入口９を通ってさらなるチャンバ１６内に運ばれることができる。さらなるチャンバ１６は、もはや実質的にプラズマではない処理された気体媒体を、さらなるチャンバ出口１８を通って装置１の外に運ぶためのテーパ状セクション１７を示す。

Claims (22)

1. 気体媒体の処理のための装置（１）であって、
   前記装置（１）は、前記気体媒体の流れ方向に、
   前記気体媒体中にプラズマ（２１）を発生するためのプラズマ発生装置（２）を備え、前記装置（１）はさらに、
   少なくとも１つの溶融石英管として形成される、少なくとも１つの誘電体構造（３）を備え、
   前記プラズマは、前記少なくとも１つの誘電体構造（３）内に運搬され、
   前記装置（１）は、前記少なくとも１つの誘電体構造（３）の下流の前記気体媒体の流れ方向に、少なくとも１つの壁（１２）を有する内側空間（１１）を有する、前記プラズマの反応種間の相互作用の持続時間を増大させるための相互作用チャンバ（１０）を備え、
   前記少なくとも１つの壁（１２）は、内側空間側に、フォトンの増幅のために、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜（１３）を示す、装置（１）。
2. 前記少なくとも１つの誘電体構造（３）にマイクロ波放射線が照射されないことを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記相互作用チャンバ（１０）は、少なくとも１つの電極（１５）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記少なくとも１つの電極（１５）は、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜（１３）を示すことを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記相互作用チャンバ（１０）は、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜（１３）を有し前記ダイヤモンド被膜（１３）の表面を増大させる増幅構造（２３）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の装置（１）。
6. 円筒状の構造（２４）が、前記増幅構造（２３）によって囲われる体積内に配置され、前記増幅構造（２３）は前記気体媒体の平均的流れ方向に円錐状に形成され、前記円筒状の構造（２４）は、少なくとも部分的なダイヤモンド被膜（１３）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の装置（１）。
7. 前記装置（１）は、前記相互作用チャンバ（１０）の下流の前記気体媒体の流れ方向に、溶融石英管として形成された少なくとも１つのさらなる誘電体構造（３′）を備え、前記プラズマ（２１）は、前記相互作用チャンバ（１０）から前記少なくとも１つのさらなる誘電体構造（３′）内に運搬されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の装置（１）。
8. 前記装置（１）は、前記少なくとも１つのさらなる誘電体構造（３′）の下流の前記気体媒体の流れ方向に、前記プラズマ（２１）の消滅のためのさらなるチャンバ（１６）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の装置（１）。
9. 前記チャンバ（１６）は、流れ方向に、前記チャンバ（１６）内部のテーパ状セクション（１７）を示すことを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
10. 前記誘電体構造（３）の少なくとも１つの内部は、電磁波放射線をより長い電磁波に波長変換するための顔料（４）によって少なくとも部分的に覆われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の装置（１）。
11. 前記装置（１）は、前記プラズマ（２１）の発生を向上するために、反応気体を前記装置（１）内に運ぶための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置（１）。
12. 前記装置（１）は、フォトンを分離するための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置（１）。
13. 前記装置（１）は、前記プラズマ発生装置（２）内に前記気体媒体を運ぶための少なくとも１つのプラズマ装置入口（５）を備え、前記プラズマ装置入口（５）は、流れ方向に、テーパ状入口セクション（１４）を示すことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置（１）。
14. 前記装置（１）は、前記プラズマ発生装置（２）内に前記気体媒体を運ぶための少なくとも１つのプラズマ装置入口（５）を備え、前記気体媒体の流れに乱流を発生させるための前記気体媒体のためのデフレクタ（１９）が、前記プラズマ装置入口（５）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置（１）。
15. 前記装置（１）は、少なくとも第１のマグネトロン電極（３１）および少なくとも１つのカウンタ電極（３２）を有するマグネトロン（３０）を備え、少なくとも１つのさらなる電極（３３）が、前記プラズマ装置入口（５）を通る前記気体媒体の前記平均的流れに沿って前記プラズマ装置入口（５）の突部により形成されるゾーンにおいてプラズマ発生装置（２）内に配置されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置（１）。
16. 前記デフレクタ（１９）は、前記カウンタ電極（３２）と前記さらなる電極（３３）との間の照準線を妨げないように配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の装置（１）。
17. 前記装置（１）内の乱流を増加させるために、前記プラズマ発生装置（２）の内部空間（２６）は、前記気体媒体の前記平均的流れ方向に、少なくとも１つのセクションにおいて実質的に集中し、前記相互作用チャンバ（１０）の前記内側空間（１１）は、前記気体媒体の前記平均的流れ方向に、少なくとも１つのセクションにおいて実質的に拡散していることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の装置（１）。
18. 前記プラズマ発生装置（２）は、前記プラズマ発生装置（２）内部に溶融石英表面（２２）を有する少なくとも１つの壁を備えることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置（１）。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の装置を用いた気体媒体の処理のための方法であって、
    前記気体媒体中にプラズマ発生装置（２）でプラズマ（２１）を発生するステップと、
    前記プラズマ（２１）を少なくとも１つの誘電体構造（３）内に運ぶステップとを含み、
    前記プラズマ（２１）を前記少なくとも１つの誘電体構造（３）の下流の相互作用チャンバ（１０）内に運んで前記プラズマの反応種間の相互作用の持続時間を増大させる、方法。
20. 第１のマグネトロン電極（３１）と、カウンタ電極（３６）と、ある領域を囲んでいる閉じたループの形態のループ状電極（３２）とを備え、前記第１のマグネトロン電極（３１）は、前記領域内に配置され、さらなる電極（３３）は、前記領域の外側に配置され、前記ループ状電極（３２）は、前記領域内に配置される少なくとも１つの内向き部材（３４）を備え、前記内向き部材（３４）は、前記ループ状電極（３２）と前記第１のマグネトロン電極（３１）との間に配置され、少なくとも１つの外向き部材（３５）は、前記ループ状電極（３２）と前記さらなる電極（３３）との間に前記領域の外側に配置されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の装置（１）で使用されるマグネトロン（３０）。
21. 前記ループ状電極（３２）は、少なくとも２つの内向き部材（３４）を備え、前記内向き部材（３４）の一方は、第１の長さを示し、前記内向き部材（３４）の他方は、第２の異なる長さを示すことを特徴とする、請求項２０に記載のマグネトロン（３０）。
22. 前記少なくとも１つの内向き部材（３４）および前記少なくとも１つの外向き部材（３５）は、前記ループ状電極（３２）上にループに沿って異なる位置に配置されることを特徴とする、請求項２０または２１に記載のマグネトロン（３０）。

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