SE516722C2 - Förfarande och apparat för plasmabehandling av gas - Google Patents

Description

516 722 2 tiskt taget densamma och närmar sig energin för neutrala delar i det partiellt joniserade plasmat. Gastemperaturen år hög, upp till flertalet tusen grader Celsius, därav termen "termiskt" plasma. Det terrniska plasmat är mycket lämpligt för irreversibla termiska behandlingar, t.ex. för förbränning av fast och flytande avfall eller i plasmametallurgi, etc. Beroende emellertid på jämn uppvärmning av alla delar är energiförbrukningen i det termiska plasma typiskt hög. Vid jämviktsförhållanden är de gasformiga produktema av plasmakemiska reaktioner ofta ostabila beroende på nästa lika sannolikhet för omvända kemiska reaktioner. Icke-jämviktsplasma kan enkelt alstras vid reducerat gastryck. Då är frekvensen lägre och beroende på skilda elektron- och jonmassor (elektronmassan är 9,11 x 10-31 kg, protonmassan är 1,67 x 10-27 kg ) kan elektronema uppnå mycket högre kinetisk energi än jonema.

När plasmat alstras genom ett mycket högfrekvent elektromagnetiskt fält, uppnås effekt huvudsakligen genom rörliga elektroner, medan tunga joner inte kan ens följa ändringar i fältet och rör sig endast beroende på sina termiska energier liksom resten av den neutrala gasen. Detta leder till det plasma i vilket de kemiska reaktionerna är mycket effektiva medan bulkmassan gas förblir relativt kall. Icke-jämviktsplasmat noteras därför ofta som "kallt" plasma. Växelverkan mellan högenergielektroner och gas kan producera extremt reaktiva atomer och radikaler, vilka är i stånd att generera efterföljande kemiska reaktioner som inte är tillgängliga vid normala förhållanden. En mycket hög plasmakemisk aktivitet i sådana plasma kan utnyttjas i olika tillämpningar (se till exempel ett pionjärarbete av F. K. McTaggart: "Plasma Chemistry in Electrical Discharges", Elsevier Amsterdam, 1967). Emellertid på grund av nödvändigheten med pump- system, används inte reducerade icke-järnviktsplasma med lågt tryck för behandling av avfall i industriell skala.

En uppdykande teknologi i detta område är icke-jämviktsplasma med atmosfärstryck. Graden av icke-energijämvikt år lägre än i lågtrycksplasma och beror kraftigt på arrangemanget av individuella reaktorer. Frånvaron av pumpar förenklar emellertid alla system väsentligt och tillåter i princip dessas omedelbara tillämpning för stora gaskapaciteter. Å andra sidan är 516 722 3 verkningsgraden för kända system fortfarande inte tillräckligt hög för deras användning i industriell skala. Icke-jämviktsförhållandena vid atmosfärs- tryck kan uppnås på flertalet sätt. Det mest direkta sättet är en injektion av en elektronstråle i gasen. Elektronstrålen med hög effekt växelverkar med gasen och alstrar icke-jämviktsplasma längs sitt inträngningsdjup. En aHvarlig nackdel med metoden år att den verkar endast i ett begränsat utrymme och att inträngningsdjupet vid atmosfärtryck är tämligen kort.

Vidare år elektronkanonsystemet ganska komplicerat och dyrt och det visar inte tillfredsställande hög energiverkningsgrad. Det vanligare sättet för alstring av icke-jämviktsplasma för gasbehandling är ett högspännings- genombrott i gasen i form av många trådlika strömvägar - plasmaström- ningar. En typisk representant år koronaurladdning mellan skarpkantade eller skarpt spetsade elektroder (katod eller anod) och den jordade motelektroden. Vid en högfrekvent generation (storleksordningar från 1 kHz upp till mer än 1 MHz) och hög spänning (10 - 30 kV), kan motelektroden vara täckt med en dielektrisk vägg (barriär) och då arbetar systemet med en barriärurladdning (även "tyst" urladdning).

En annan mycket sofistikerad reaktor är sammansatt av ett axiellt system av åtminstone ett par (typiskt tre par) av knivskarpa elektroder vända mot varandra med skarpa kanter och anslutna till högspänningsgeneratom, se till exempel det franska patentet nr 2639172 (1988) till H. Lesueur et al..

Ljusbågar, mellan elektroder nära tillsammans, glider över de skarpa kanterna mellan motsatta elektroder och även runt det axiella systemet med elektroder som följer fasrörelsen i en 3-fasgenerator.

Alstringen av lokal flödesström i alla system nämnda ovan tillhandahåller lokala icke-jämviktsplasma när resten av gasen förblir "kall". En stor fördel funnen i korona- och barriärurladdningar är en pulsad alstring, se U.S.

Patent No. 5,603.893 (1997) till M. Gunderson et al.. Pulsen med hög effekt tillåter snabb pumpning av effekten in i flödena och orsakar kraftigt icke- jämviktsplasma vanligen vid början av pulsen med relaxation in i jämviktsvillkoren beroende på både pulsformen och driftcykeln. Fastän alla 516 722 4 dessa system både i stationära och pulsade områden är mycket avancerade är området där gasen växelverkar med flödena inte tillräckligt tät eller av tillräcklig volym (bulk) för behandling av hela gasen som passerar reaktorzonen. Alstring av icke-jämviktsbulkplasma med atmosfärstryck är möjlig genom mikrovågseffekt. Denna typ av generering baseras på mycket hög frekvens (typiskt 2,45 GHz och högre) kopplat med pumpande av effekt direkt till elektroner. Fastän fördelen med mikrovågssystem är en tätare plasmavolym än i fallet med flöden, är väsentliga nackdelar låg verkningsgrad och kort livstid för mikrovågsgeneratorer och begränsade plasmadimensioner (relaterat till vågledarens storlek). Därför betraktas som allvarligaste kandidater för industriell plasmabehandling vid atmosfärstryck, trots sin diskreta flödeskaraktär, fortfarande vara pulsad korona, pulsad barriärurladdning och den glidande bågen.

Icke-jämviktsplasma med hög grad av aktivering kan alstras vid reducerat tryck genom hålkatoder. Efter deras upptäckt av F. Paschen 1916 har hålkatoder används under lång tid som intensiva ljuskällor för atomspek- troskopi. Experiment av Little och von Engel 1954 uppdagade klart princi- pen för en exceptionell hög plasmatäthet och aktivering i hålkatoder genom så kallad "hålkatodeffekt". Denna effekt grundar sig på en speciell geometri i katoden, där motsatta väggar har samma elektriska potential i förhållande till en gemensam anod. I ett likströmarrangemang (DC) av diodgasur- laddning täcks katodvåggen av mörkt katodområde (cathode dark space) i vilket elektroner emitterade från katodytan accelereras mot anoden. Vid den lämpliga "hålgeometrin" när katodsänkeområdena (cathode fall region) för motsatta katodytor är nåra varandra, kan de ernitterade elektronema möta den motsatta regionen med det lika motsatta elektriska fältet för katod- sänkeområdet. Elektroner repelleras därför tillbaka och undergår oscillationer som benämns "pendelelektronrörelse". Denna slags rörelse leder till inneslutning av elektroner och intensifierar deras växelverkan med gasen närvarande i hålkatoden, vilket dramatiskt befrämjar total verkningsgrad för jonisationen och efterföljande effekter och slutar i ett aktivt plasma med mycket hög densitet. Hålkatoder är i stånd att producera elektronstålar som 516 722 5 har energier jämförbara med katodsänkepotentialen och dessutom är deras extraordinära förmåga redan känd även för alstring av olika plasmakemiska reaktioner för tillämpningar huvudsakligen vid ytbehandling. Vidare, på grund av icke-Maxwellska energifördelningar och existensen av elektron- populationer med hög energi emitterar hålkatodurladdningen en intensiv strålning i regioner med UV ( s 300 nm) och VUV (S 200 nm) i stånd att bryta ner de flesta kemiska bindningar och introducera olika fotokemiska reaktioner.

Jämfört med DC-genereringen av hålkatoden, ger en växelström (AC) och speciellt en radiofrekvent generering (RF) ett antal fördelar. I detta fall är den mest positiva kroppen i systemet gasurladdningsplasmat utanför katoden.

Detta plasma kan substituera en "virtuell anod" och är naturligt flexibel i förhållande till vilken som helst katodgeometri. Som en konsekvens uppför sig hålkatoden som en unipolär urladdning (se t.ex. L. Bárdos et al., Surf.

Coat. Technol. 1996 och 1997). AC-genereringen har även en viktig termisk stabiliseringseffekt.

För att uppfylla villkoren för hålkatodeffekten måste avståndet mellan motsatta väggar i katoden vara med lämpligt förhållande till katodsånkans tjocklek, eller rymdladdningsöverdraget i RF-fallet, för att möjliggöra elektronutväxlingen. En av de viktigaste parametrarna är gastrycket, vilket påverkar både katodregionernas tjocklek och elektronrekombinationen genom kollisioner. Därför drivs hålkatoderna typiskt vid reducerade tryck, lägre än storleksordningen 10 Torr. Mycket nyligen rapporterades de cylindriska mobybdenhålkatodema med sluten ände och med diametrar under 0,1 mm arbeta vid lufttryck av 350 Torr w 50 kPa (K.H. Schoenbach et al., Appl. Phys. lett. 1996). Liknande DC-katoder med diametrar av 0,2 - 0,4 mm och djup 0,5 - 5 mm rapporterades upprätthålla kväveurladdning även över atmosfärstryck (> 750 Torr z 100 kPa), se J .W. Frame et al., Appl. Phys.

Lett., 1997. Xenonurladdningar vid atmosfärstryck genererades i en hålkatod med 0,1 mm diameter av A. Al-Habachi och K.H. Schoenbach (Appl. Phys. Lett. 1998) Dessa hålkatodurladdningar vid likström var i stånd 516 722 6 att producera intensiva UV och VUV eximeremissioner. Grupper av mikro- hålkatodema med sluten ände har använts i UV-lamptillämpningar, se U.S.

Patent No. 5,686,729 (1995) till K.H. Schoenbach et al.

Inga arbeten, arrangemang eller resultat har ännu befunnits publicerade med avseende på användningen av hålkatoder för behandling av flödande gas eller för passivisering av nedsmutsande och giftiga gasblandningar vare sig vid atrnosfärstryck eller vid reducerat tryck. Vidare finns det inga arbeten kända ännu som rapporterar om AC-alstrade hålkatoder eller dithörande reaktorer för detta ändamål vid atrnosfärstryck.

SUMMERING Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är därför att komma förbi nackdelarna med den ovan beskrivna teknikens ståndpunkt och tillhanda- hålla ett förfarande och en apparat för plasmabehandling av gas, speciellt för transformering, passivisering och Stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar.

Enligt en första aspekt i enlighet med den föreliggande uppfmningen inne- fattar ett förfarande för plasmabehandling av gas stegen med en flödande gas som skall behandlas via en hålkatod med ett hälkatodurladdnings- plasma som alstras av en generator kopplad till hålkatoden och till en motelektrod. Gasen undergår växelverkan med oscillerande elektroner i hålkatodurladdningsplasmat alstrat i gasen eller i en blandning av gasen och en yttre gas, vid vilket den yttre gasen intensifierar en ultraviolett strålning och /eller plasmakemiska reaktioner. Hålkatodurladdningsplasmat våxelverkar även med hålkatodens innerväggar som har en temperatur under sin smältpunkt, varvid innervägarna kan ha en katalytisk effekt och även kan frigöra delar som gynnar plasmakemiska reaktioner i hålkatod- urladdningsplasmat. Efter att ha behandlats i hålkatodurladdningsplasmat kommer gasen att flöda ut som en transformerad gas. 516 722 i' Enligt en andra aspekt i enlighet med den föreliggande uppfinningen visas en apparat för plasmabehandling av gas i enlighet med förfarandet enligt den föreliggande uppfinningen, speciellt för transformering, passivisering och Stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar. Apparaten innefattar generatororgan, partikelfilterorgan, halvledarbestyckat katalysatororgan och organ för uppvärmning och/ eller kylning. Apparaten består av åtminstone en hålkatod kopplad till organet för uppvärmning och/ eller kylning, varvid katoden har en längd som är längre än avståndet mellan motsatta väggar och är placerad för alstring av ett hälkatodurladdningsplasma med hjälp av generatorn kopplad till hålkatoden och en motelektrod. Motelektroden är placerad som ett inlopp för gasen som skall behandlas i hålkatodurladd- ningsplasmat alstrat i gasen eller en blandning av gasen och en yttre gas, varvid partikelfiltret år kopplat med organen placerade i motelektroden för filtrering av gasen som skall behandlas. Filtret är installerat uppströms gasen före hålkatoden och en utsläckningselektrod kopplad med organet för uppvärmning och/ eller kylning- är installerad nedströms en transformerad gas efter hålkatoden och den halvledarbestyckade katalysatorn för ytterligare behandling av den transfonnerade gasen.

Kännetecknen för det föreliggande förfarandet fastställs av det oberoende patentkravet 1 och en ytterligare utföringsforrn fastställs det beroende patentkravet 2, medan kännetecknen för en apparat i enlighet med den föreliggande uppfinningen fastställs genom det oberoende patentkravet 3.

Ytterligare utföringsformer av den föreliggande apparaten fastställs genom de oberoende patentkraven 4 till 11.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Syften, egenskaper och fördelar med den föreliggande uppfmningen som indikerats ovan kommer att bli uppenbara ur beskrivningen av uppfinningen som ges i samband med de bifogade ritningarna i vilka: Fig. 1 är en schematisk representation av förfarandet för plasma- behandling av gas, speciellt för transformering och Stabilisering av Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 516 722 8 nedsmutsande och giftiga blandningar i enlighet med den föreliggande uppfmningen, är en schematisk vy av en utföringsform av en apparat för plasmabehandling av gas, speciellt för transformering, passivisering och Stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar i enlighet med förfarandet beskrivet i den föreliggande uppfinningen, demonstrerar olika geometrier fór integrerade system med hålkatoder för behandling av gas i apparaten enligt den föreliggande uppfinningen, visar i en schematisk vy ett tvärsnitt av ett integrerat system med cylindriska hålkatoder inriktade med ett komplimetârt system som bildar avslutningar med skarpa kanter för att möjliggöra initiering och underhåll av hålkatodurladdningsplasmat, visar i en schematisk vy ett tvärsnitt av ett integrerat system av hålkatoder med konisk form inriktade med ett komplimetårt system som har en uppsättning skarpa koner centrerade i hålkatodema för att möjliggöra initiering och underhåll av hålkatodurladdnings- plasmat, visar i en schematisk vy ett tvärsnitt av ett integrerat system av hålkatoder med motsatt system skarpa spetsar anordnade vid en utsläckningselektrod för att möjliggöra initiering och underhåll av hålkatodurladdningsplasmat, visar i en schematisk vy ett integrerat system av hålkatoder med ett partikelfllter anordnat som en motelektrod, samt 516 722 <2 I Fig. 8 visar slutligen i en schematisk vy en apparat i enlighet med den föreliggande uppfinningen där en transformerad gas används för , efterföljande behandling av ytor.

DETALJERAD BESKRIVNING Med hänvisning till Fig. 1 kommer förfarandet i enlighet med den förelig- gande uppfinningen att beskrivas. En gas 1 som skall behandlas flyter genom en hålkatod 2 med ett hålkatodurladdningsplasma 3 alstrat av en generator 4 kopplad till hålkatoden och till en motelektrod 5. Gasen 1 undergår växelverkan med oscillerande elektroner 6 i hålkatodurladdnings- plasmat. Plasmat genereras i den inkommande gasen som skall behandlas eller i en blandning av denna gas och en yttre gas 7. Den yttre gasen kan släppas in för att intensifiera en ultraviolett strålning och/ eller plasma- kemiska reaktioner. Typiska exempel kan vara en eximergas (från eng.: excited dimer), som bildar ett lätt bundet exciterat molekylärt tillstånd av komplex som inte äger ett stabilt grundtillstånd. Förutom halogen-Mimers", till exempel jod, 12, eller klorid C12 kan även ädelgaser som xenon, Xe, eller argon, Ar eller deras blandningar användas för att forma eximerkomplex i plasmatillstånd (se B. Gellert och U. Kogelschatz, Appl. Phys. B52, 1991).

Eximergas orsakar eximerstrålning typiskt i regioner med UV och VUV frambringat inuti hålkatodurladdningsplasmat. Denna strålning kan vara istånd att förstöra de flesta kemiska bindningar och den yttre gasen kan därför spela rollen av en "in-situ" gaskatalysator i hålkatodurladdnings- plasmat under behandlingen av gasen. Hålkatodurladdningsplasmat växel- verkar med hålkatodens innerväggar 8, som kan bli heta på grund av jonbombardemang och måste behållas under sin smältpunkt. Innerväggar- nas yta kan ha en katalytisk effekt om katodmaterialet eller en väggbelägg- ning väljs på riktigt sätt. Typiskt katalytiskt material är platina, Pt, men även andra metaller och oxider kan väljas beroende på förväntad katalytisk effekt. På grund av jonbombardemang kan även hålkatodens innerväggar frigöra väggdelar 9 som främjar plasmakemiska reaktioner i hålkatodurladd- ningsplasmat. Denna typ av katalys kan vara synnerligen viktig i en total verkningsgrad för gasbehandlingen i hålkatodurladdningsplasmat i enlighet 516 722 IO med den föreliggande uppfinningen. Efter att ha behandlats i hålkatod- urladdningsplasmat flyter gasen ut som en transformerad gas 10.

Med hänvisning till Fig. 2 kommer att beskrivas en utföringsform av apparaten för plasmabehandling av gas i enlighet med förfarande beskrivet i den föreliggande uppfinningen. Åtminstone en hålkatod 2 används och är kopplad till organet 20 för uppvärmning och/ eller kylning och har en längd 1 1 längre än ett avstånd mellan motsatta väggar 8. Ett lämpligt förhållande mellan denna längd ll och avståndet mellan väggarna 8D (bredd) skall överstiga en faktor två. Den passande bredden för katoden kunde företrädesvis vara mindre än l mm. Väggarna 8 kunde antingen vara sammansatta av eller överdragna med ett katalysatormaterial. Katoden är placerad för generering av ett hålkatodurladdningsplasma 3. Detta plasma alstras av en generator 4 kopplad till hålkatoden och en motelektrod 5, varvid motelektroden fördelaktigt kunde tjäna som ett inlopp för en gas l som skall behandlas. Även om både DC- och AC-generatorer kan användas skall för ändamålet med denna uppfmning en AC-generator tillhandahålla effekt med hög frekvens. Högre frekvenser, till exempel radiofrekvenscr upp till 100 MHz är gynnsamma för alstring av icke-jämviktsplasma, i vilket endast elektroner är i stånd att följa ändringar i fältet och absorbera dess energi. Pulsad effekt år också lämplig för alstring av kemiskt aktivt icke- jåmviktsplasma. Hålkatodurladdníngsplasmat alstras antingen i gasen som skall behandlas eller i en blandning av denna gas och en yttre gas 7.

Partikelfiltret 15 kan installeras i motelektroden och är placerat för mekanisk filtrering av gasen 1. Partikelfiltret är kopplat med organet för uppvärmning och/ eller kylning. Förvärmning av gasen genom filtret kan fördelaktigt öka kemiska reaktioner under gasbehandlingen i hålkatodur- laddningsplasmat. En släckelektrod 13 är installerad nedströms gasen efter hålkatoden. Släckelektroden är placerad för att sakta ner kemiska reaktioner i gasen som flödar efter behandlingen i hålkatodurladdningsplasmat och för att stabilisera en del resulterande produkter. Släckelektrodens temperatur är mycket viktig och elektroden är därför kopplad till organet för uppvärmning och/ eller kylning. Den halvledarbestyckade katalysatorn ^l4 är 516 722 II placerad för ytterligare behandling av den transformerade gasen som flödar från hålkatodurladdningsplasmat. Ett parameterdetektorsystem 18 kan installeras för detektion av parametrar för hålkatodurladdningsplasmat, till exempel via optisk emission. Detektorn kan användas via en lämplig återkopplingselektronikkrets för styrning av generatom 4. Vidare kan ett utloppsparameterdetektorsystem 19 installerat i den transforrnerade gasen 10 användas i ett avancerat arrangemang för styrning av partikelfiltrets optimala temperatur, respektive hålkatoden och släckelektroden. Behand- lingen av gas 1 i hälkatodurladdningsplasmat 3 kan förstärkas genom ett magnetiskt fält alstrat av magneter 2 1.

Med hjälp av figurerna 3 till 8 kommer ett antal utföringsformer för den föreliggande apparaten att diskuteras. Med hänvisning till Fig. 3 kommer ett första exempel att beskrivas, som hänför sig till förfarandet och apparaten i enlighet med den föreliggande uppfinningen visad i Fig. 1 och Fig. 2. Den schematiska figuren visar olika lärnpliga geometrier för integrerade system 22 med hålkatoder 2 för behandling av gas. Fig. 3(a) visar cylindriskt system med en grupp av cylindriska hålkatoder. Fig. 3(b) visar ett rektangulärt system med rektangulära hålkatoder. Notera att en sådan geometri kan sättas ihop som ett flerskiktssystem av metallgaller. Fig. 3(c) visar det cylindriska systemet med en grupp av parallella rektangulära hålkatoder.

Fig. 3(d) visar rektangulära system med parallella rektangulära hålkatoder.

Fig. 3(e) är ett cylindriskt system med koncentriska hålkatoder och slutligen är Fig. 3(í) ett cylindriskt system med en insatt struktur ort av plan metallfolie och lindad metallfolie placerade ovanpå varandra och rullade till en cylinderform.

Med hänvisning till Fig. 4 kommer en utföringsforrn att beskrivas som hänför sig till förfarandet och apparaten i enlighet med den föreliggande uppfm- ningen. En schematisk figur visar ett tvärsnitt av ett integrerat system 22 av cylindriska hålkatoder inriktade med ett komplimetärt system 23 som bildar katodavslutningar med skarpa kanter. Båda systemen kan tillverkas och inriktas genom standarmetoder i mikromekanik. De skarpa kanterna i, 516 7.22 12 förstärker alstringen av urladdningen vid höga gastryck, till exempel genom bildandet av en plasmafackla som möjliggör initieringen och underhållet av hålkatodurladdningsplasmat.

Med hänvisning till Fig. 5 kommer en annan utföringsform att beskrivas, som hänför sig till förfarandet och apparaten i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Den schematiska figuren visar ett tvärsnitt av ett integrerat system 22 med hålkatoder 2 med konisk form inriktade med ett kompletterande system 23 med en uppsättning skarpa koner centrerade i hålkatoderna. Båda systemen kan tillverkas och inriktas genom standard- metoder i mikromekanik. De skarpa konerna producerar hög elektrisk fältintensitet och möjliggör initiering och underhåll av hålkatodurladd- ningsplasmat.

Med hänvisning till Fig. 6 kommer ytterligare en utföringsforrn att beskrivas, som hänför sig till förfarandet och apparaten i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Den schematiska figuren visar ett tvärsnitt av ett integrerat system 22 med hålkatoder med ett motsatt system skarpa spetsar 25 arrangerade vid slâckelektroden 13. Slåckelektroden är i detta fall arrangerad som en motelektrod kopplad till generatorns 4 motpol. En hög spänning pålagd mellan varje spets 25 och kanterna av en motsatt vänd hålkatod 2 orsakar gasgenombrott och kan alstra trådforrniga urladdningar av en koronatyp. Denna urladdning möjliggör iriitiering och underhåll av hålkatodurladdningsplasmat. Vidare kan systemet arbeta som ett hybrid- plasmasystem med hålkatod- och koronaurladdningar för behandling av gasen. Den transforrnerade gasen 10 kommer att flöda genom ett system av hål 26 som tillhandahålls i släckelektroden 13.

Med hänvisning till Fig. 7 kommer ytterligare en utföringsform att beskrivas som hänför sig till förfarandet och apparaten i enlighet med uppfinningen.

Den schematiska figuren visar en enkel schematisk vy av ett integrerat system 22 med hålkatoder med partikelfiltret anordnat som motelektrod och kopplat till generatorn 4. Det skall noteras att förutom hylsan 5, i 516 722 /3 släckelektroden 13 (se Fig. 6) och partikelfiltret kan motelektroden även ha rollen som en halvledarbestyckad katalysator 14 (visad i Fig. 2), eller alla V respektive komponenter tillsammans eller deras kombinationer.

Slutligen med hänvisning till Fig. 8 kommer att beskrivas ett exempel pä användning av förfarandet och apparaten i enlighet med den föreliggande uppfinningen för behandling av ytor. Den schematiska figuren visar en enkel schematisk vy av ett arrangemang liknande det i Fig. 7, där den transformerade gasen är en plasmaaktiverad gas lämplig för efterföljande behandling av en yta 27 vänd mot det integrerade systemet 22 med hålkatoder 2 nedströms gasflödet. I detta fall kan släckelektroden 13 och den halvledarbestyckade katalysatorn (visad i Fig. 2) utelämnas. Ytan 27 kan vara i fast eller flytande tillstånd. Emellertid kan även beaktas en behandling av "gasfomiiga ytor" (t.ex. andra gaser) med den transformerade gasen 10 från apparaten i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Det uppñnningsmåssiga förfarandet samt apparaten för plasmabehandling av gas, speciellt för transfonnering, passivisering och stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar är fördelaktig för att tillämpas vid rengöring av stora mängder rökgaser från industriell produktion, till exempel, när arrangerad i multimodulära system av filter. Enstaka moduler med integrerade system med hålkatoder tillverkade med mikromekanik- teknologi är lämpliga för plasmaefterbehandlíng av avgaser från motorer som dieselmotorer, turbiner, etc. Gasbehandlingen i enlighet med uppfinningen kan även användas för produktion av aktiverad gas för efterföljande behandling av stationära eller rörliga ytor. Plasmafilter i enlighet med uppfinningen kan även tjäna i slutliga eller integrerade rengöringssteg vid konventionella rengörings- och filtersystem.

Det kommer att inses av fackmannen att olika modifikationer och ändringar kan göras av den föreliggande uppfinningen utan avsteg från dess ande- mening och omfattning som definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (11)

10 15 20 25 30 516 72g4 PATENTKRAV

1. Förfarande för plasmabehandling av gas, speciellt för transfor- mering, passivisering och Stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar, vid gastryck överstigande 100 Torr, kännetecknat av stegen: införande av en flödande gas (l) som skall behandlas via en hålkatod försedd med en motelektrod (5), alstring av ett hålkatodurladdningsplasma (3) med en generator (4) kopplad till en hålkatod (2) varvid den flödande gasen (1) kommer att undergå växelverkan med oscillerande elektroner (6) i hålkatodurladd- ningsplasmat som alstras i den flödande gasen, styrning av hålkatodurladdningsplasmats växelverkan med hål- katodens innerväggar (8), varvid innerväggarna har en temperatur under sin smältpunkt, varigenom innerväggarna kan tillhandahålla en katalytisk effekt och även kan frigöra väggdelar (9) som gynnar plasmakemiska reaktioner i hålkatodurladdningsplasmat, uttömning av den flödande gasen som en transformerad gas (10) efter att ha behandlats i hålkatodurladdningsplasmat.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av det ytterligare steget att blanda den flödande gasen (1) som skall behandlas med en yttre gas (7) för att erhålla en lämplig blandnig av gas, varvid den yttre gasen intensifierar ultraviolett strålning och/ eller plasmakemiska reaktioner.

3. Apparat för plasmabehandling av gas, speciellt för transformering, passivisering och Stabilisering av nedsmutsande och giftiga blandningar, innefattande generatororgan, partikelfilterorgan, halvledarbestyckat kata- lysatororgan och organ för uppvärmning och/ eller kylning, kännetecknad av att apparaten innefattar åtminstone en hålkatod (2) ansluten till ett första organ (20) för uppvärmning och/ eller kylning, varvid hålkatoden har en längd (ll) längre än ett avstånd (12) mellan motstående väggar (8) och placerad för alstring av ett hålkatodurladdningsplasma (3) med hjälp av generatororganet (4) kopplat till hålkatoden och till en motelektrod (5), samt 10 l5 20 25 30 51615722 * motelektroden vidare är placerad som ett inloppsorgan för en flödande gas (1) som skall behandlas i hålkatodurladdningsplasmat alstrat i denna flödande gas, partikelfilterorganet (15) är kopplat till ett andra organ (16) för uppvärmning och / eller kylning som är placerat i motelektroden för filtrering av den flödande gasen som skall behandlas, varvid filterorganet är installerat uppströms den flödande gasen för hålkatoden samt en släckelektrod (13) kopplad till ett ytterligare organ (17) för uppvärmning eller kylning installerat nedströms en transformerad flödande gas (10) efter hålkatoden och en halvledarbestyckad katalysator (14) för ytterligare behandling av den transformerade flödande gasen.

4. Apparat enligt krav 3, kännetecknad av att den flödande gasen (1) som går in i hålkatoden blandas med en yttre gas (7), vilken intensifierar ultraviolett strålning och/ eller plasmakemiska reaktioner.

5. Apparat enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av ett parameterdetektorsystem (18) arrangerat för detektion av parametrar för hålkatodurladdningsplasmat och för styrning av generator- organet (4), samt ett utloppsparameterdetektorsystem (19) i den transformerade flödande gasen (10) för styrning av generatororganet (4).

6. Apparat enligt krav 5, kännetecknad av att ett magnetfält alstras av ett magnetorgan (21), för ytterligare förstärkning av hålkatodurladdnings- plasmat (3).

7. Apparat enligt något av föregående krav 5 eller 6, kännetecknad av att åtminstone ett integrerat system (22) innefattande hålkatoder är installerat i motelektroden (5).

8. Apparat enligt något av krav 7, kännetecknad av att det integrerade systemet (22) är inriktat med åtminstone ett komplementärt 10 20 516 722 16 o n o o n u | ø n oo system (23) som bildar katodavslutningar med skarpa kanter för möjliggörande av initialisering och underhåll av hålkatodurladdnings- plasmat.

9. Apparat enligt krav 8, kännetecknad av att hålkatoder i det integrerade systemet är inriktade med det komplementära systemet som bildar skarpa koner (24) centrerade i hålkatoderna för möjliggörande av initialisering och underhåll av hålkatodurladdningsplasmat.

10. Apparat enligt något av föregående krav 8 eller 9, kännetecknad av att en släckelektrod (13) tillhandahålls med hjälp av skarpa spetsar vända mot hålkatoderna och möjliggörande initialisering och underhåll av hålkatodurladdningsplasmat, släckelektroden (13) vidare är försedd med hål för ett gasutflöde (26), samt släckelektroden är kopplad till generatororganet.

11. Apparat enligt något av krav 10, kännetecknad av att partikel- filterorganet (15) är kopplat till generatororganet (4) för att tjäna som motelektrod tillsamman med eller istället för motelektroden (5).