WO2024013069A1 - Verfahren, vorrichtung und verwendung einer vorrichtung zur herstellung einer plasmaaktivierten flüssigkeit - Google Patents

Verfahren, vorrichtung und verwendung einer vorrichtung zur herstellung einer plasmaaktivierten flüssigkeit Download PDF

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WO2024013069A1
WO2024013069A1 PCT/EP2023/069001 EP2023069001W WO2024013069A1 WO 2024013069 A1 WO2024013069 A1 WO 2024013069A1 EP 2023069001 W EP2023069001 W EP 2023069001W WO 2024013069 A1 WO2024013069 A1 WO 2024013069A1
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plasma
reactive gas
liquid
working gas
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PCT/EP2023/069001
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Christian Buske
Katharina Richter
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Christian Buske
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H05H1/48—Generating plasma using an arc

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a plasma-activated liquid, as well as a use of such a device.
  • Plasma sources are usually used here, which generate a plasma in the working gas by means of a dielectrically hindered discharge or an arc-like discharge.
  • composition of the reactive gas stream in particular the composition of the reactive species therein, cannot be easily controlled.
  • undesirable, uncontrolled reactions can occur in the gas mixture that is exposed to the plasma.
  • undesirable species can be formed or desired species can be broken down, for example by reaction with undesirable species, in the plasma-activated working gas.
  • the present invention is based on the object of improving previously known methods and devices.
  • This object is achieved by a method for producing a plasma-activated liquid, in which a first working gas is supplied to a first plasma source and a plasma is generated in the first working gas with the first plasma source, so that the first plasma source provides a first reactive gas stream, in which a further working gas is supplied to a further plasma source and a plasma is generated in the further working gas with the further plasma source, so that the further plasma source provides a further reactive gas stream, and in which a plasma-activated liquid is produced using the first reactive gas stream and the further reactive gas stream is produced, whereby the composition of the first working gas differs from the composition of the further working gas.
  • a device for producing a plasma-activated liquid with a first plasma source, which is set up to generate a plasma in a first working gas supplied to the first plasma source, so that a first reactive gas stream is provided, with a further plasma source, which is set up to generate a plasma in a further working gas supplied to the further plasma source, so that a further reactive gas stream is provided, with a Activation space for receiving a liquid and with an application device which is designed to apply the first reactive gas stream and second reactive gas stream to a liquid present in the activation space.
  • the above-mentioned object is also achieved according to the invention by using the previously described device or an embodiment thereof for producing a plasma-activated liquid, in particular according to the previously described method or an embodiment thereof.
  • the method, the device and the use make it possible to avoid uncontrolled reactions in the working gas or in the reactive gas stream.
  • the generation of nitrogen oxides can at least be reduced.
  • reactive gas streams which are carriers of O2 or N2 or have oxidative or reducing properties, can be treated separately from one another, so that they only come into contact with one another and react with one another in a liquid containing these gas streams.
  • Plasma-activated liquid is understood to mean a liquid that has been activated by the action of a reactive gas stream emerging from an atmospheric plasma source.
  • the liquid can be acted upon directly with atmospheric plasma, such as an atmospheric plasma jet, that is to say with a working gas emerging from a plasma source that is at least partially still in the plasma state.
  • the liquid can also be supplied with the working gas emerging from the plasma source after the working gas has already been recombined again, i.e. is no longer in the plasma state.
  • Such a recombined working gas still contains sufficient reactive species, for example ozone or nitrogen oxides, which form relatively long-lasting reactive species in the water, such as hydroxyl radicals, hydrogen peroxide, nitric acid or nitrous acid.
  • sufficient reactive species for example ozone or nitrogen oxides, which form relatively long-lasting reactive species in the water, such as hydroxyl radicals, hydrogen peroxide, nitric acid or nitrous acid.
  • the plasma-activated liquid can be produced by the action of a working gas emerging from an atmospheric plasma source on a liquid.
  • the device can have more than two plasma sources, each of which generates a plasma in a working gas, so that a reactive gas stream is provided, with the compositions of the respective working gases differing from one another.
  • the device has an activation space for receiving a volume of liquid and a plasma source for generating a reactive gas stream by means of electrical discharge in a working gas, the plasma source being connected to the activation space in such a way that a reactive gas stream generated with the plasma source is introduced into the activation space.
  • a starting liquid for example liquid water or an aqueous solution
  • a reactive gas stream can be used in the activation space with a reactive gas stream be acted upon, so that reactive species accumulate therein and in this way a plasma-activated liquid is produced.
  • the plasma-activated liquid is produced by applying the first reactive gas stream and the further reactive gas stream to a starting liquid. In this way, reactions between several reactive gas streams generated by separate plasma sources can be caused in the applied liquid in a predictable and controllable manner. Accordingly, a plasma-activated liquid with specific properties can be provided.
  • the starting liquid can be water, an aqueous solution, a solvent, an alcohol-containing solution or the like.
  • the starting liquid is supplied with the first reactive gas stream and the further reactive gas stream separately. This ensures that the individual reactive gas streams do not react with one another before being introduced into the starting liquid. It can also be achieved that a reaction of components of the individual reactive gas streams only takes place in the acted upon liquid.
  • the application device is set up to separately apply the first and the further reactive gas stream to the liquid present in the activation space.
  • the first reactive gas stream and the further reactive gas stream are introduced into the starting liquid at least partially at the same time and at different spatial positions, so that a spatially separate application of the same starting liquid takes place.
  • the first reactive gas stream and the further reactive gas stream can be introduced into the starting liquid with a time delay, so that the starting liquid is acted upon separately over time.
  • the application device has a first application element which is set up to apply the first reactive gas stream to the liquid present in the activation space and that the application device has a further application element which is designed to apply the further reactive gas stream to the liquid present in the activation space.
  • first application element which is set up to apply the first reactive gas stream to the liquid present in the activation space
  • further application element which is designed to apply the further reactive gas stream to the liquid present in the activation space.
  • the first reactive gas stream and the further reactive gas stream are first mixed to form a common reactive gas stream and then the starting liquid is charged with the common reactive gas stream. In this way, a reaction of components of the individual reactive gas streams can be specifically brought about before introduction into the starting liquid.
  • the loading device is preceded by a gas mixing device, which is set up to mix the first with the further reactive gas stream in a common reactive gas stream, and the loading device is set up to To apply the liquid present in the activation space to the common reactive gas stream.
  • the gas mixing device can be used to set the mixing conditions of the reactive gas streams, for example the mixing ratios, the mixing speed or the like. This allows reactions of the individual components of the first reactive gas stream and the further reactive gas stream to be controlled.
  • the gas mixing device is preferably arranged in the gas flow between the first plasma source and the application device or between the further plasma source and the application device.
  • the application device is set up to mix the first and the further reactive gas streams and to apply the mixed reactive gas streams to the starting liquid.
  • a separate gas mixing device can be dispensed with and the device can be designed to be compact overall.
  • the application device has an application element which is designed to apply a mixture of the first reactive gas stream and the second reactive gas stream to the starting liquid present in the activation space.
  • the loading device can be designed to be modular, thereby simplifying its maintenance and replacing individual loading elements.
  • the first and further reactive gas streams are brought into contact with a starting liquid separately or as a common reactive gas stream by means of an application device, the application device having a plate aerator, a ventilation element made of porous material.
  • the application device has a plate aerator, a ventilation element made of porous material.
  • a disc aerator typically has a gas-permeable membrane, for example a membrane with a large number, in particular hundreds or thousands, of small openings through which the reactive gas flow in the form of small bubbles with a correspondingly large surface area in relation to the volume enters the liquid and therefore strongly interacts with it interacts.
  • a ventilation element made of porous material, for example porous ceramic, with its large inner surface.
  • a suitable manufacturing unit with a disc aerator is known, for example, from EP 3 470 364 Al.
  • the plasma-activated liquid is produced by applying the first reactive gas stream to a first starting liquid and thus providing a first applied liquid, applying the second reactive gas stream to a second starting liquid and thus providing a further applied liquid and the plasma-activated liquid is obtained by mixing the first applied liquid with the further applied liquid.
  • a plasma-activated liquid can be provided whose properties are based on the composition of several applied liquids.
  • the first starting liquid and the further starting liquid can be of the same type, for example water.
  • the plasma-activated liquid can be made available with a temporal and/or spatial delay relative to the generation of the reactive gas streams.
  • the first and the further applied liquid can be used for a specific one Stored separately for a period of time before they are mixed.
  • a first applied liquid with oxidative properties and a further applied liquid with reducing properties can be stored or transported separately before they are mixed at a place of use and react with one another, in order to then produce a plasma-activated liquid with properties of the reacted component of the individual applied liquids to provide.
  • the first and/or the further working gas is a predetermined technical gas.
  • the composition and the reactions of the working gases can be controlled.
  • technical gases are easily accessible on the market, so that a device or a method in the present embodiment can accordingly be easily replicated, at least in terms of the working gas supply.
  • the first and/or the further working gas are the result of a gas separation upstream of the individual plasma sources, for example by means of a separation device, which then supplies the individual plasma sources with the corresponding working gas.
  • a technical gas is a gas that is produced and used on an industrial scale.
  • a technical gas has a high degree of purity specified by standards, which is achieved through gas processing.
  • Such a degree of purity can, for example, be a maximum proportion of foreign gases of the order of magnitude of IO -60 or 1 ppm.
  • Technical gases can be gases made from a single element or gas mixtures made from these pure gases.
  • Non-technical gases are typically gases that have been obtained from natural sources without further treatment.
  • the first and/or the further working gas has one or more of the species or gas mixtures of predetermined composition, which are selected from the list: O2, N2, noble gas such as Ar, CO2, CI2, forming gas, N2 mixed with one or several noble gas(es), H2 mixed with one or more noble gas(es).
  • the first reactive gas stream is generated in the first working gas by means of electrical discharge.
  • the further reactive gas stream is generated in the further working gas by means of electrical discharge.
  • the electrical discharge is a dielectrically impeded discharge, a high-frequency arc-like discharge, a direct current arc discharge or a discharge generated by a microwave jet nozzle.
  • the first plasma source and / or the further plasma source is set up to generate a plasma by means of an electrical discharge in a working gas, the electrical discharge being a dielectrically impeded discharge, a high-frequency arc-like discharge, a direct current arc discharge or a by means of a Microwave jet nozzle generated discharge is.
  • a plasma source that is set up to generate the reactive gas stream by means of an arc-like electrical discharge, in particular a high-frequency arc-like discharge, in a working gas
  • a high concentration of certain reactive species can be generated in the gas stream, in particular completely or partially ionized or excited atoms or molecules.
  • a plasma source with an electrically conductive nozzle tube, which has a downstream nozzle opening from which the reactive gas stream emerges during operation, and with an upstream working gas inlet, which has a flow channel is connected to the nozzle opening, wherein an internal electrode is arranged in the flow channel, and wherein a high-frequency high voltage can be applied between the internal electrode and the nozzle tube.
  • a working gas is introduced into the working gas inlet and a high-frequency high voltage is applied between the internal electrode and the nozzle tube, so that an arc-like discharge is formed between the internal electrode and the nozzle tube, with which the working gas stream interacts, wherein the working gas is at least partially converted into the plasma state, so that a reactive gas stream emerges from the nozzle opening of the plasma nozzle in the form of an atmospheric plasma jet.
  • a plasma source can be provided or used, which is designed to generate the reactive gas stream by means of a dielectrically impeded discharge in a working gas.
  • a dielectrically hindered discharge can produce very high concentrations of certain reactive species, in particular ozone, in the gas stream.
  • a plasma source with an electrically conductive nozzle tube which has a downstream nozzle opening from which the reactive gas stream emerges during operation, is preferably used, with an upstream working gas inlet which has a flow channel connected to the nozzle opening.
  • the flow channel preferably runs at least in sections between the nozzle tube and a DBD electrode, with a dielectric being arranged between the nozzle tube and the DBD electrode and a high-frequency high voltage being able to be applied between the DBD electrode and the nozzle tube.
  • a working gas is introduced into the working gas inlet and a high-frequency high voltage is applied between the DBD electrode and the nozzle tube. Since the dielectric hinders direct discharges between the DBD electrode and the nozzle tube, dielectrically hindered discharges occur in the section of the flow channel running between the DBD electrode and the nozzle tube, through which the working gas stream conducted through the flow channel is excited and / or with reactive species is enriched so that a reactive gas stream emerges from the nozzle opening.
  • a high-frequency high voltage with a voltage in the range of 5 to 15 kV and a frequency in the range of 7.5 to 25 kHz, in particular 13 to 14 kHz, is applied between the DBD electrode and the nozzle tube.
  • a direct current arc discharge can be generated, for example, using a plasma spray nozzle.
  • a discharge is not pulsed, but is applied over a predetermined time window and the temperatures in the working gas or in the immediate vicinity of the discharge are usually several thousand Kelvin.
  • a first working gas source is provided and is set up to supply a first working gas to the first plasma source
  • a Another working gas source is provided and set up to supply a further working gas to the further plasma source, the composition of the first working gas differing from the composition of the further working gas.
  • the first plasma source is connected to a first working gas source and the further plasma source is connected to a further working gas source, with the first and further working gas sources being separated from one another.
  • the composition of the first and further working gas can be easily controlled.
  • the device has a control device which is designed to control the operation of the device.
  • the control device can in particular have a memory with commands, the execution of which causes the device to be controlled on at least one microprocessor of the control device.
  • 1 shows a plasma source in the form of a plasma nozzle for generating an atmospheric plasma jet by means of an arc-like discharge
  • 2 shows a plasma source in the form of a nozzle for generating a reactive gas stream by means of a dielectrically hindered discharge
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a device for producing a plasma-activated liquid in a schematic view
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a device for producing a plasma-activated liquid in a schematic view
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a device for producing a plasma-activated liquid in a schematic view
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of a device for producing a plasma-activated liquid in a schematic view.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a plasma source 2 in the form of a plasma nozzle for generating a reactive gas stream 26 in the form of an atmospheric plasma jet by means of an arc-like discharge,
  • the plasma nozzle 2 has a nozzle tube 4 made of metal, which tapers conically to a nozzle opening 6. At the end opposite the nozzle opening 6, the nozzle tube 4 has a swirl device 8 with an inlet 10 for a gas stream, in particular a working gas, for example air or nitrogen.
  • a gas stream in particular a working gas, for example air or nitrogen.
  • An intermediate wall 12 of the swirl device 8 has a ring of bores 14 arranged obliquely in the circumferential direction, through which the gas flow is wired.
  • the downstream, conically tapered part of the nozzle tube is therefore flowed through by the gas stream in the form of a vortex 16, the core of which runs on the longitudinal axis of the nozzle tube.
  • an internal electrode 18 is arranged in the middle, which tapers coaxially in the direction of the Section protrudes into the nozzle pipe.
  • the electrode 18 is electrically connected to the intermediate wall 12 and the remaining parts of the swirl device 8.
  • the swirl device 8 is electrically insulated from the nozzle tube 4 by a ceramic or quartz glass tube 20.
  • a high-frequency high voltage which is generated by a transformer 22, is applied to the electrode 18 via the swirl device 8.
  • the inlet 10 is supplied with a gas stream 23 via a line, not shown.
  • the nozzle pipe 4 is grounded.
  • the applied voltage creates a high-frequency discharge in the form of an arc 24 between the electrode 18 and the nozzle tube 4.
  • arc arc discharge
  • arc-like discharge are used here as a phenomenological description of the discharge, since the discharge occurs in the form of an arc.
  • arc is also used elsewhere as a form of discharge in DC voltage discharges with essentially constant voltage values used. In this case, however, it is a high-frequency discharge in the form of an arc, i.e. a high-frequency, arc-like discharge.
  • this arc is channeled in the vortex core on the axis of the nozzle tube 4, so that it only branches out towards the wall of the nozzle tube 4 in the area of the nozzle opening 6.
  • the working gas which rotates at high flow speed in the area of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 24, comes into intimate contact with the arc and is thereby partially converted into the plasma state, so that an atmospheric plasma jet 26 emerges through the nozzle opening 6 Plasma nozzle 2 emerges.
  • FIG. 2 shows a perspective schematic sectional view of a further plasma source 32 in the form of a nozzle for generating a reactive gas stream by means of a dielectrically hindered discharge.
  • the nozzle 32 has a nozzle tube 34 made of metal, at the upstream end 35 of which a distributor head 36 with an inlet 37 for a gas stream 38, for example air, and with an annular distributor channel 40 is arranged.
  • a distributor head 36 with an inlet 37 for a gas stream 38, for example air
  • annular distributor channel 40 is arranged at the opposite downstream end 42 of the nozzle tube 34 .
  • At the opposite downstream end 42 of the nozzle tube 34 there is an outlet nozzle 44 with a nozzle opening 46 from which the reactive gas stream 38 enriched with reactive species emerges during operation.
  • a ceramic tube 48 extends from the distributor head 36 through the nozzle tube 34 into the outlet nozzle 44 in such a way that an annular discharge channel 50 extends from the distributor channel 40 between the nozzle tube 34 and the ceramic tube 48 to the outlet nozzle 44.
  • a tube made of quartz glass can also be considered.
  • a tubular high-voltage electrode 52 made of metal is arranged, which is connected via a high-voltage cable 54 to a transformer 56, with which a high-frequency high voltage can be applied between the high-voltage electrode 52 and the grounded nozzle tube 34, which acts as a counter electrode.
  • a tubular high-voltage electrode 52 for example, a differently shaped high-voltage electrode can also be considered, for example in the form of a rounded sheet metal.
  • Insulating plugs 58 are arranged in the ceramic tube 48, which enclose the high-voltage electrode 52 and further prevent working gas from flowing into the area of the high-voltage electrode 52 or from flowing out of the nozzle 32 through the ceramic tube 48. Furthermore, a sealing ring 60 is inserted into an annular groove 62 on the distributor head 36, which seals the distributor head 36 to the ceramic tube 48.
  • a coolant line 64 can be provided around the nozzle tube 34, through which a coolant for cooling the nozzle tube 34 can be passed during operation.
  • the Coolant line 64 can, for example, run spirally around the nozzle tube 34 as shown.
  • a gas stream 38 is introduced into the distributor head 36 through the inlet 37, so that the gas stream 38 flows through the annular discharge channel 50.
  • a high-frequency high voltage is applied between the high-voltage electrode 52 and the nozzle tube 34, so that dielectrically impeded discharges occur in the discharge channel 50 in the area of the high-voltage electrode 52, through which reactive species, in particular ozone, are generated in the gas stream 38 flowing there become.
  • the reactive gas stream 38 enriched with the reactive species exits the nozzle opening 46.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a device 70 for plasma activation of a liquid.
  • the device 70 has a first plasma source 72, a second plasma source 74 and an activation space 76 for receiving a liquid 78, here water.
  • the first plasma source 72 is designed as a nozzle for generating a reactive gas stream by means of a dielectrically hindered discharge.
  • the second plasma source 74 is designed as a plasma nozzle for generating a reactive gas stream in the form of an atmospheric plasma jet by means of an arc-like discharge.
  • the first and the further plasma sources 72, 74 each have a gas inlet 80, 82, which is designed to supply a working gas 94, 96 to the corresponding plasma source 72, 74.
  • the activation space 76 has an application device 84 with a first application element 86 and with a second application element 88, both designed as disc aerators.
  • the first application element 86 is fluidly connected to the first plasma source 72, so that a first reactive gas stream 90 emerging from the first plasma source 72 can reach the activation space 76 via the first application element 86.
  • the second loading element 88 is fluidly connected to the second plasma source 74, so that a second reactive gas stream 92 emerging from the second plasma source 74 can reach the activation space 76 via the second loading element 88.
  • the first and second loading elements 86, 88 are designed and arranged separately from one another in such a way that the first reactive gas stream 90 and the second reactive gas stream 92 only meet in the activation space 76.
  • the device shown schematically in FIG. 3 is operated as follows.
  • the first plasma source 72 is supplied with a first working gas stream 94 via the first gas inlet 80 and the second plasma source 74 is supplied with a second working gas stream 96 via the second gas inlet 82.
  • This supply takes place in flow and in parallel from separate working gas sources - not shown here - where the first working gas 94 is a nitrogen-containing technical gas and the second working gas 96 is an oxygen-containing technical gas.
  • the first plasma source 72 generates a dielectrically impeded discharge in the nitrogen-containing, first working gas 94.
  • the first working gas 94 becomes a first reactive gas stream 90, which is guided in the flow from the first plasma source 72 to the first loading element 86.
  • the first reactive gas stream 90 is introduced through the porous structure of the first loading element 86, which is designed as a plate aerator, into the water 78 absorbed by the activation space 76 as fine gas bubbles 98.
  • the second plasma source 74 generates an arc-like discharge in the oxygen-containing, second working gas 96, which is then converted into a corresponding reactive gas stream 92 and up to the second loading element 88 is conducted.
  • the second reactive gas stream 92 is introduced into the water 78 of the activation space 76 separately from the first reactive gas stream 90 emerging from the first plasma source 72.
  • the first and second reactive gas streams 90, 92 react with the water 78 and with each other to produce plasma activated water.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a device 100 for producing a plasma-activated liquid in a schematic view.
  • this device 100 has a first plasma source 102, a second plasma source 104 and an activation space 106 for receiving a liquid 108 - here an alcohol-containing solvent - with an application device 110.
  • the device is designed such that the application device 110 is a uniform ventilation element made of a porous material, which is fluidly connected to both the first and the second plasma source 102, 104.
  • the first and second plasma sources 102, 104 are both designed to generate a reactive gas stream by means of an arc-like discharge in a working gas.
  • the first plasma source 102 is supplied with a first working gas 112 and the second plasma source 104 with a second working gas 114 via the respectively provided gas inlet 116, 118.
  • the first plasma source 102 generates a first reactive gas stream 120
  • the second plasma source 104 generates a second reactive gas stream 122.
  • the first and second reactive gas streams 120, 122 are guided in parallel and simultaneously to the application device 108 and introduced there into the alcohol-containing solvent 110 of the activation space 106.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a device 130 for producing a plasma-activated liquid in a schematic view.
  • a first plasma source 132 a second plasma source 134 and an activation space 136 with a liquid 138 is shown.
  • the first plasma source 132 and the second plasma source 134 are both designed to generate a reactive gas stream by means of a dielectrically impeded discharge in a working gas and each have a gas inlet 140, 142, which are separated from one another.
  • the first plasma source 102 has a first gas outlet 144, which is fluidly connected to a gas mixing device 146.
  • a second gas outlet 148 which is fluidly connected to the gas mixing device 146, is provided on the second plasma source 134.
  • the gas mixing device 146 is in turn fluidly connected to an admission device 150 of the activation space 136.
  • the gas mixing device 146 is therefore located upstream of the loading device 150 in the gas flow.
  • the application device 150 is designed as a plate aerator.
  • the first and second plasma sources 132, 134 are each supplied with a working gas 152, 154, the compositions of the respective working gases 152, 154 being different.
  • the first and second plasma sources 132, 134 generate in parallel a plasma in the first and second working gases 152, 154 and thus also a first reactive gas stream 156 and a second reactive gas stream 158, each of which is supplied to the gas mixing device 146.
  • the first reactive gas stream 156 and the second reactive gas stream 158 are mixed with one another and then fed to the application device 150 as a common reactive gas stream 160.
  • the common reactive gas stream 160 is brought into contact with the liquid 138 in the activation space 136 and mixed with it in order to provide a plasma-activated liquid.
  • the first reactive gas stream 156 and the further reactive gas stream 158 first become one common reactive gas stream 160 mixed, and then one
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of a device 170 for producing a plasma-activated liquid in a schematic view.
  • a first plasma source 172 and a second plasma source 174 are provided, both of which are designed to generate a reactive gas stream 176, 178 by means of an arc-like discharge in a working gas.
  • a first activation space 180 with a first liquid 182 and a second activation space 184 with a second liquid 186 are provided, each activation space 180, 182 having an application device 188, 190.
  • the first plasma source 172 is fluidly connected to the first activation space 180 or to the application device 188 of the first activation space 180.
  • the second plasma source 174 is fluidly connected to the second activation space 184 or to the application device 190 of the second activation space 184.
  • the device 170 also has a mixing container 192, which is fluidly connected to the first activation space 180 and to the second activation space 184.
  • the first plasma source 172 is supplied with a first working gas 194 and the second plasma source 174 is supplied with a second working gas 196 in parallel.
  • the first plasma source 172 generates a plasma in the first working gas 194 and the resulting first reactive gas stream 176 flows from the first plasma source 172 to the application device 188 and is thus mixed with the liquid 182 in the first activation space 180.
  • the second plasma source 174 generates a second reactive gas stream 178 by discharging in the second working gas 196, the second reactive gas stream 178 being the Actuation device 190 of the second activation space 184 is supplied and the liquid 186 present in the second activation space 184 is supplied.
  • a first liquid 198 charged with the first reactive gas stream is thus provided in parallel in the first activation space 180 and a second liquid 200 charged with the second reactive gas stream is provided in the second activation space 183.
  • the first applied liquid 198 and the second applied liquid 200 are fed to the mixing container 192 and mixed therein to form a plasma-activated liquid 202.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit (202) vorgestellt, bei dem einer ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) ein erstes Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) zugeführt wird und mit der ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) ein Plasma in dem ersten Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) erzeugt wird, so dass die erste Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) einen ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) bereitstellt, bei dem einer weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) ein weiteres Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) zugeführt wird und mit der weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) ein Plasma in dem weiteren Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) erzeugt wird, so dass die weitere Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) einen weiteren reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) bereitstellt, und bei dem eine plasmaaktivierte Flüssigkeit (202) unter Verwendung des ersten und des weiteren reaktiven Gasstroms (90, 120, 156, 176, 92, 122, 158, 178) hergestellt wird, wobei sich die Zusammensetzung des ersten Arbeitsgases (94, 112, 152, 194) von der Zusammensetzung des weiteren Arbeitsgases (96, 114, 154, 196) unterscheidet. Eine entsprechend ausgebildete Vorrichtung (70, 100, 130, 170) und eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit (202) werden ebenfalls beschrieben.

Description

Verfahren, Vorrichtung und Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit, sowie eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Erzeugung von einer plasmaaktivierten Flüssigkeit ein Arbeitsgas, zum Beispiel Luft, in eine Plasmaquelle einzuleiten und das aus der Reaktion des Arbeitsgases mit dem Plasma resultierende reaktive Gas in eine Ausgangsflüssigkeit einzuleiten. Hierbei werden üblicherweise Plasmaquellen eingesetzt, die mittels einer dielektrisch behinderten Entladung oder einer lichtbogenartigen Entladung in dem Arbeitsgas ein Plasma erzeugen.
Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass die Zusammensetzung des reaktiven Gasstroms, insbesondere die Zusammensetzung der reaktiven Spezies darin, nicht gut kontrollierbar ist. Insbesondere können in der Gasmischung, die dem Plasma ausgesetzt wird, unerwünschte, unkontrollierte Reaktionen erfolgen.
Diese Reaktionen entstehen zum Teil aufgrund der hohen Temperaturen der Gasmischung im Plasma, die zum Beispiel beim Einsatz einer Lichtbogenentladung, beispielsweise einer Lichtbogenentladung, die mittels eines gepulsten Wechselstroms erzeugt worden ist, herrschen (beispielsweise in der Größenordnung von einigen 103 K, insbesondere im Bereich von 6000 bis 8000 K). So werden relativ große Mengen an gespaltenen Stickstoff-Molekülen in einem Luftstrom, der durch Erzeugung eines Plasmastrahls mittels einer Lichtbogen-artigen Entladung aktiviert worden ist, festgestellt. Bei einem in Luft durch dielektrisch behinderte Entladung erzeugten Plasma werden geringere Temperaturen erreicht, und es stehen dementsprechend weniger angeregte Teilchen zur Verfügung, die Stickstoff spalten können. Trotzdem wird durch die Plasmaaktivierung von Luft Stickoxid produziert, wenn auch in geringerer Konzentration, als mit einer Lichtbogen-artigen Entladung.
Außerdem kann es zur Bildung von unerwünschten Spezies oder zum Abbau erwünschter Spezies, beispielweise durch Reaktion mit unerwünschten Spezies, in dem plasmaaktivierten Arbeitsgas kommen. Insgesamt lässt sich mit den bekannten Verfahren nicht oder nur schwierig eine plasmaaktivierte Flüssigkeit mit einer gewünschten Zusammensetzung herstellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bisher bekannte Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit gelöst, bei dem einer ersten Plasmaquelle ein erstes Arbeitsgas zugeführt wird und mit der ersten Plasmaquelle ein Plasma in dem ersten Arbeitsgas erzeugt wird, so dass die erste Plasmaquelle einen ersten reaktiven Gasstrom bereitstellt, bei dem einer weiteren Plasmaquelle ein weiteres Arbeitsgas zugeführt wird und mit der weiteren Plasmaquelle ein Plasma in dem weiteren Arbeitsgas erzeugt wird, so dass die weitere Plasmaquelle einen weiteren reaktiven Gasstrom bereitstellt, und bei dem eine plasmaaktivierte Flüssigkeit unter Verwendung des ersten reaktiven Gasstroms und des weiteren reaktiven Gasstroms hergestellt wird, wobei sich die Zusammensetzung des ersten Arbeitsgases von der Zusammensetzung des weiteren Arbeitsgases unterscheidet.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit mit einer ersten Plasmaquelle, die dazu eingerichtet ist, ein Plasma in einem der ersten Plasmaquelle zugeführten ersten Arbeitsgas zu erzeugen, so dass ein erster reaktiver Gasstrom bereitgestellt wird, mit einer weiteren Plasmaquelle, die dazu eingerichtet ist, ein Plasma in einem der weiteren Plasmaquelle zugeführten weiteren Arbeitsgas zu erzeugen, so dass ein weiterer reaktiver Gasstrom bereitgestellt wird, mit einem Aktivierungsraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit und mit einer Beaufschlagungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine im Aktivierungsraum vorhandene Flüssigkeit mit dem ersten reaktiven Gasstrom und zweiten reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung oder einer Ausführungsform davon zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit, insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren oder einer Ausführungsform davon.
Durch das Verfahren, die Vorrichtung und die Verwendung können unkontrollierte Reaktionen in dem Arbeitsgas oder in dem reaktiven Gasstrom vermieden werden. So kann zum Beispiel ein Erzeugen von Stickoxiden zumindest verringert werden.
Beispielsweise lassen sich dadurch reaktive Gasströme, die jeweils Träger von O2 oder N2 sind bzw. oxidative oder reduzierend Eigenschaften aufweisen, separat voneinander behandeln, so dass diese ggf. erst in einer mit diesen Gasströmen beaufschlagten Flüssigkeit miteinander in Kontakt kommen und miteinander reagieren.
Außerdem können durch Einsatz von Arbeitsgasen, deren Zusammensetzung bekannt und vor dem Einleiten zu den einzelnen Plasmaquellen eingestellt ist, erwünschte Reaktionen im Arbeitsgas eingestellt werden, um so dem reaktiven Gasstrom entsprechende Eigenschaften zu verleihen. Darüber hinaus lassen sich bei dem Verfahren für die einzelnen Arbeitsgase jeweils geeignete Plasmaquellen bzw. Plasmaparameter wählen.
Insbesondere können dadurch die einzelnen Gasströme separat temperiert werden, zum Beispiel durch entsprechende Einstellung der jeweils eingesetzten Plasmaquellen. Dies stellt einen besonderen Vorteil dar, denn die Temperatur beeinflusst bekannterweise die Reaktionsgeschwindigkeit von chemischen Reaktionen, wie auch hier insbesondere in dem heißen Plasma. Unter plasmaaktivierter Flüssigkeit wird eine Flüssigkeit verstanden, die durch die Einwirkung von einem aus einer atmosphärischen Plasmaquelle austretenden reaktiven Gasstrom aktiviert worden ist. Insbesondere kann die Flüssigkeit unmittelbar mit atmosphärischem Plasma, wie zum Beispiel einem atmosphärischen Plasmastrahl, beaufschlagt werden, das heißt mit einem aus einer Plasmaquelle austretenden Arbeitsgas, das sich zumindest teilweise noch im Plasmazustand befindet. Alternativ kann die Flüssigkeit auch mit dem aus der Plasmaquelle austretenden Arbeitsgas beaufschlagt werden, nachdem das Arbeitsgas bereits wieder rekombiniert ist, das heißt sich nicht mehr im Plasmazustand befindet. Es wurde festgestellt, dass auch in einem solchen rekombinierten Arbeitsgas noch ausreichend reaktive Spezies, beispielsweise Ozon oder Stickoxide, enthalten sind, die im Wasser relativ langlebige reaktive Spezies wie zum Beispiel Hydroxylradikale, Wasserstoffperoxid, Salpetersäure oder salpetrige Säure bilden.
Entsprechend kann die plasmaaktivierte Flüssigkeit durch Einwirkung eines aus einer atmosphärischen Plasmaquelle austretenden Arbeitsgases auf eine Flüssigkeit hergestellt werden.
Die Vorrichtung kann mehr als zwei Plasmaquellen aufweisen, die jeweils ein Plasma in einem Arbeitsgas erzeugen, so dass ein reaktiver Gasstrom bereitgestellt wird, wobei sich die Zusammensetzungen der jeweiligen Arbeitsgase untereinander unterscheiden.
Die Vorrichtung weist einen Aktivierungsraum zur Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens und eine Plasmaquelle zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels elektrischer Entladung in einem Arbeitsgas auf, wobei die Plasmaquelle derart an den Aktivierungsraum angeschlossen ist, dass ein mit der Plasmaquelle erzeugter reaktiver Gasstrom in den Aktivierungsraum eingeleitet wird. Auf diese Weise kann eine Ausgangsflüssigkeit, beispielsweise flüssiges Wasser oder eine wässrige Lösung im Aktivierungsraum mit einem reaktiven Gasstrom beaufschlagt werden, so dass sich darin reaktive Spezies anreichern und auf diese Weise eine plasmaaktivierte Flüssigkeit hergestellt wird.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung und der Verwendung beschrieben, die jeweils einzeln für das Verfahren, die Vorrichtung und die Verwendung gelten. Darüber hinaus können die einzelnen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Bei einer Ausführungsform wird die plasmaaktivierte Flüssigkeit hergestellt, indem eine Ausgangsflüssigkeit mit dem ersten reaktiven Gasstrom und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom beaufschlagt wird. Auf diese Weise können Reaktionen von mehreren, mittels separaten Plasmaquellen erzeugten reaktiven Gasströmen miteinander in der beaufschlagten Flüssigkeit vorhersehbar und kontrollierbar verursacht werden. Dementsprechend kann eine plasmaaktivierte Flüssigkeit mit spezifischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden.
Die Ausgangsflüssigkeit kann Wasser, eine wässrige Lösung, ein Lösungsmittel, eine Alkohol-haltige Lösung oder Ähnliches sein.
Bei einer Ausführungsform wird die Ausgangsflüssigkeit mit dem ersten reaktiven Gasstrom und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom separat beaufschlagt. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen reaktiven Gasströme vor Einbringen in die Ausgangsflüssigkeit nicht miteinander reagieren. Auch kann dadurch erreicht werden, dass eine Reaktion von Bestandteilen der einzelnen reaktiven Gasströme gezielt erst in der beaufschlagten Flüssigkeit erfolgt.
Bei einer entsprechenden Ausführungsform ist die Beaufschlagungseinrichtung dazu eingerichtet, die im Aktivierungsraum vorhandene Flüssigkeit mit dem ersten und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom separat zu beaufschlagen. Vorzugsweise werden der erste reaktive Gasstrom und der weitere reaktive Gasstrom zumindest teilweise zeitgleich und an unterschiedlichen räumlichen Positionen in die Ausgangsflüssigkeit eingebracht, so dass eine räumlich separate Beaufschlagung derselben Ausgangsflüssigkeit erfolgt. Alternativ oder zusätzlich können der erste reaktive Gasstrom und der weitere reaktive Gasstrom zeitlich verzögert in die Ausgangsflüssigkeit eingebracht werden, so dass eine zeitlich separate Beaufschlagung der Ausgangsflüssigkeit bewirkt wird.
Zur separaten Beaufschlagung der Ausgangsflüssigkeit mit dem ersten und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom kann vorgesehen sein, dass die Beaufschlagungseinrichtung ein erstes Beaufschlagungselement aufweist, das dazu eingerichtet ist, die im Aktivierungsraum vorhandene Flüssigkeit mit dem ersten reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen und dass die Beaufschlagungseinrichtung ein weiteres Beaufschlagungselement aufweist, das dazu eingerichtet ist, die im Aktivierungsraum vorhandene Flüssigkeit mit dem weiteren reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen. Auf diese Weise lässt sich eine separate Beaufschlagung der Ausgangsflüssigkeit einfach gestalten, und auch jeweils geeignete Beaufschlagungsparameter wie Durchflussrate oder -geschwindigkeit sowie zeitliche Synchronisierung einstellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden der erste reaktive Gasstrom und der weitere reaktive Gasstrom erst zu einem gemeinsamen reaktiven Gasstrom vermischt und dann wird die Ausgangsflüssigkeit mit dem gemeinsamen reaktiven Gasstrom beaufschlagt. Auf diese Weise kann eine Reaktion von Bestandteilen der einzelnen reaktiven Gasströme gezielt vor Einbringen in die Ausgangsflüssigkeit bewirkt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Beaufschlagungseinrichtung eine Gasmischungseinrichtung vorgeschaltet, die dazu eingerichtet ist, den ersten mit dem weiteren reaktiven Gasstrom in einem gemeinsamen reaktiven Gasstrom zu vermischen, und die Beaufschlagungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die im Aktivierungsraum vorhandene Flüssigkeit mit dem gemeinsamen reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen. Mit der Gasmischungseinrichtung können die Mischungsbedingungen der reaktiven Gasströme eingestellt werden, zum Beispiel die Mischungsverhältnisse, die Mischungsgeschwindigkeit oder Ähnliches. Dadurch lassen sich Reaktionen der einzelnen Bestandteile des ersten reaktiven Gasstroms und des weiteren reaktiven Gasstroms steuern.
Vorzugsweise ist die Gasmischungseinrichtung zweckmäßig im Gasfluss zwischen der ersten Plasmaquelle und der Beaufschlagungseinrichtung bzw. zwischen der weiteren Plasmaquelle und der Beaufschlagungseinrichtung angeordnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Beaufschlagungseinrichtung dazu eingerichtet, den ersten und den weiteren reaktiven Gasstrom zu vermischen und die Ausgangsflüssigkeit mit den vermischten reaktiven Gasströmen zu beaufschlagen. Auf diese Weise kann auf eine separate Gasmischungseinrichtung verzichtet und die Vorrichtung insgesamt kompakt ausgebildet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Beaufschlagungseinrichtung ein Beaufschlagungselement auf, das dazu eingerichtet ist, die im Aktivierungsraum vorhandene Ausgangsflüssigkeit mit einer Mischung aus dem ersten reaktiven Gasstrom und dem zweiten reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen. Gegebenenfalls kann die Beaufschlagungseinrichtung modular ausgebildet, und so deren Instandhaltung und den Ersatz von einzelnen Beaufschlagungselementen vereinfacht sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden der erste und der weitere reaktive Gasstrom separat oder als gemeinsamer reaktiver Gasstrom mittels einer Beaufschlagungseinrichtung mit einer Ausgangsflüssigkeit in Kontakt gebracht, wobei die Beaufschlagungseinrichtung ein Tellerbelüfter, ein Belüftungselements aus porösem Material aufweist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform weist die Beaufschlagungseinrichtung einen Tellerbelüfter, ein Belüftungselement aus porösem Material auf.
Ein Tellerbelüfter weist typischerweise eine gasdurchlässige Membran, beispielsweise eine Membran mit einer Vielzahl, insbesondere hunderter oder tausender, kleiner Öffnungen auf, durch die der reaktive Gasstrom in Form kleiner Bläschen mit entsprechend großer Oberfläche im Verhältnis zum Volumen in die Flüssigkeit gelangt und dadurch stark mit dieser wechselwirkt. Eine ähnlich starke Wechselwirkung wird durch die Verwendung eines Belüftungselements aus porösem Material, zum Beispiel aus poröser Keramik mit dessen großer innerer Oberfläche erreicht.
Eine geeignete Herstellungseinheit mit einem Tellerbelüfter ist beispielsweise aus der EP 3 470 364 Al bekannt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die plasmaaktivierte Flüssigkeit hergestellt, indem eine erste Ausgangsflüssigkeit mit dem ersten reaktiven Gasstrom beaufschlagt und so eine erste beaufschlagte Flüssigkeit bereitgestellt wird, eine zweite Ausgangsflüssigkeit mit dem zweiten reaktiven Gasstrom beaufschlagt und so eine weitere beaufschlagte Flüssigkeit bereitgestellt wird und die plasmaaktivierte Flüssigkeit durch Mischen der ersten beaufschlagten Flüssigkeit mit der weiteren beaufschlagten Flüssigkeit erhalten wird. Auf diese Weise kann eine plasmaaktivierte Flüssigkeit bereitgestellt werden, deren Eigenschaften auf die Zusammensetzung von mehreren beaufschlagten Flüssigkeiten beruht.
Die erste Ausgangsflüssigkeit und die weitere Ausgangsflüssigkeit können gleichartig, beispielsweise Wasser, sein.
Diese Ausführungsform bietet zudem den Vorteil, dass die plasmaaktivierte Flüssigkeit relativ zur Erzeugung der reaktiven Gasströmen zeitlich und / oder räumlich verzögert zur Verfügung gestellt werden kann. Hierzu können beispielsweise die erste und die weitere beaufschlagte Flüssigkeit für eine bestimmte Dauer voneinander getrennt zwischengelagert werden, bevor sie dann vermischt werden. So können beispielsweise eine erste beaufschlagte Flüssigkeit mit oxidativen Eigenschaften und eine weitere beaufschlagte Flüssigkeit mit reduzierenden Eigenschaften getrennt gelagert oder transportiert werden, bevor sie an einem Einsatzort vermischt werden und miteinander reagieren, um so dann eine plasmaaktivierte Flüssigkeit mit Eigenschaften der reagierten Komponente der einzelnen beaufschlagten Flüssigkeiten bereitzustellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das erste und / oder das weitere Arbeitsgas ein vorgegebenes technisches Gas. Auf diese Weise lassen sich die Zusammensetzung und auch dann die Reaktionen der Arbeitsgase steuern. Außerdem sind technische Gase auf dem Markt leicht zugänglich, so dass sich eine Vorrichtung oder ein Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform dementsprechend zumindest in der Hinsicht der Arbeitsgasversorgung einfach nachbilden lassen.
Bei einer besonderen Ausführungsform sind das erste und / oder das weitere Arbeitsgas das Ergebnis einer den einzelnen Plasmaquellen vorgelagerten Gastrennung, beispielsweise mittels einer Trennungseinrichtung, die dann die einzelnen Plasmaquellen mit entsprechendem Arbeitsgas versorgt.
Als technisches Gas wird ein Gas verstanden, das in technischem Maßstab hergestellt und eingesetzt wird. Insbesondere weist ein technisches Gas einen durch Normen spezifizierten hohen Reinheitsgrad auf, der durch Gasaufbereitung erreicht wird. Ein derartiger Reinheitsgrad kann beispielsweise bei einem maximalen Anteil in der Größenordnung von IO-60 oder 1 ppm an Fremdgasen liegen. Es kann sich bei technischen Gasen sowohl um Gase aus einem einzelnen Element, als auch um Gasgemische aus diesen reinen Gasen handeln. Keine technischen Gase sind typischerweise Gase, die ohne weitere Behandlung aus natürlichen Lagern gewonnen worden sind. Bei einer Ausführungsform weist das erste und / oder das weitere Arbeitsgas eine oder mehrere der Spezies oder Gasgemische aus vorgegebener Zusammensetzung auf, die aus der Liste ausgewählt sind: O2, N2, Edelgas wie Ar, CO2, CI2, Formiergas, N2 gemischt mit einem oder mehreren Edelgas(en), H2 gemischt mit einem oder mehreren Edelgas(en).
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der erste reaktive Gasstrom mittels elektrischer Entladung in dem ersten Arbeitsgas erzeugt. Alternativ oder zusätzlich wird der weitere reaktive Gasstrom mittels elektrischer Entladung in dem weiteren Arbeitsgas erzeugt. Dabei ist die elektrische Entladung eine dielektrisch behinderte Entladung, eine hochfrequente bogenartige Entladung, eine Gleichstrombogen- Entladung oder eine mittels einer Mikrowellen-Jet-Düse erzeugten Entladung.
Bei einer entsprechenden Ausführungsform ist die erste Plasmaquelle und / oder die weitere Plasmaquelle dazu eingerichtet, ein Plasma mittels elektrischer Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen, wobei die elektrische Entladung eine dielektrisch behinderte Entladung, eine hochfrequente bogenartige Entladung, eine Gleichstrombogen-Entladung oder eine mittels einer Mikrowellen-Jet-Düse erzeugten Entladung ist.
Auf diese Weise können Plasmaquellen eingesetzt werden, die bereits auf dem Markt verfügbar sind.
Durch Vorsehen bzw. Einsatz einer Plasmaquelle, die dazu eingerichtet ist, den reaktiven Gasstrom mittels einer bogenartigen elektrischen Entladung, insbesondere einer hochfrequenten bogenartigen Entladung, in einem Arbeitsgas zu erzeugen, kann in dem Gasstrom eine hohe Konzentration bestimmter reaktiver Spezies erzeugt werden, insbesondere vollständig oder teilweise ionisierte oder angeregte Atome oder Moleküle. Zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels einer hochfrequenten bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas wird vorzugsweise eine Plasmaquelle mit einem elektrisch leitfähigen Düsenrohr, das eine stromabwärtsseitige Düsenöffnung aufweist, aus der im Betrieb der reaktive Gasstrom austritt, und mit einem stromaufwärtsseitigen Arbeitsgas-Einlass, der über einen Strömungskanal mit der Düsenöffnung verbunden ist, eingesetzt, wobei im Strömungskanal eine Innenelektrode angeordnet ist, und wobei zwischen der Innenelektrode und dem Düsenrohr eine hochfrequente Hochspannung anlegbar ist.
Für den Betrieb dieser Lichtbogen-artigen Plasmaquelle wird ein Arbeitsgas in den Arbeitsgas-Einlass eingeleitet und eine hochfrequente Hochspannung wird zwischen der Innenelektrode und dem Düsenrohr angelegt, so dass sich eine bogenartige Entladung zwischen der Innenelektrode und dem Düsenrohr ausbildet, mit der der Arbeitsgasstrom wechselwirkt, wobei das Arbeitsgas zumindest teilweise in den Plasmazustand überführt wird, so dass ein reaktiver Gasstrom in Form eines atmosphärischen Plasmastrahls aus der Düsenöffnung der Plasmadüse austritt. Vorzugsweise wird eine hochfrequente Hochspannung mit einer Spannungsstärke im Bereich von 1 - 100 kV, vorzugsweise 1 - 50 kV, weiter bevorzugt 10 - 50 kV, und eine Frequenz von 1 - 300 kHz, insbesondere 1 - 100 kHz, vorzugsweise 10 - 100 kHz, weiter bevorzugt 10 - 50 kHz, zwischen der Innenelektrode und dem Düsenrohr angelegt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Plasmaquelle vorgesehen bzw. eingesetzt werden, die dazu eingerichtet ist, den reaktiven Gasstrom mittels einer dielektrisch behinderten Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen. Durch eine dielektrisch behinderte Entladung können in dem Gasstrom sehr hohe Konzentrationen bestimmter reaktiver Spezies, insbesondere Ozon, erzeugt werden. Durch die Verwendung eines solchen reaktiven Gasstroms zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit kann die Bildung von Hydroxylradikalen in der Flüssigkeit bewirkt werden, die eine gute Desinfektionswirkung bewirken. Zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels einer dielektrisch behinderten Entladung in einem Arbeitsgas wird vorzugsweise eine Plasmaquelle mit einem elektrisch leitfähigen Düsenrohr, das eine stromabwärtsseitige Düsenöffnung aufweist, aus der im Betrieb der reaktive Gasstrom austritt, mit einem stromaufwärtsseitigen Arbeitsgas-Einlass, der über einen Strömungskanal mit der Düsenöffnung verbunden ist, eingesetzt. Dabei verläuft der Strömungskanal vorzugsweise zumindest abschnittsweise zwischen dem Düsenrohr und einer DBD- Elektrode, wobei zwischen Düsenrohr und DBD-Elektrode ein Dielektrikum angeordnet ist und eine hochfrequente Hochspannung zwischen der DBD-Elektrode und dem Düsenrohr anlegbar ist.
Für den Betrieb dieser DBD-Plasmaquelle wird ein Arbeitsgas in den Arbeitsgas- Einlass eingeleitet und eine hochfrequente Hochspannung wird zwischen der DBD- Elektrode und dem Düsenrohr angelegt. Da das Dielektrikum direkte Entladungen zwischen der DBD-Elektrode und dem Düsenrohr behindert, kommt es in dem zwischen der DBD-Elektrode und dem Düsenrohrverlaufenden Abschnitt des Strömungskanals zu dielektrisch behinderten Entladungen, durch die der durch den Strömungskanal geleitete Arbeitsgasstrom angeregt und/oder mit reaktiven Spezies angereichert wird, so dass ein reaktiver Gasstrom aus der Düsenöffnung austritt. Vorzugsweise wird eine hochfrequente Hochspannung mit einer Spannung im Bereich von 5 bis 15 kV und einer Frequenz im Bereich von 7,5 bis 25 kHz, insbesondere 13 bis 14 kHz, zwischen der DBD-Elektrode und dem Düsenrohr angelegt.
Eine gleichstrombogen-Entladung kann beispielsweise mittels einer Plasmaspritzdüse erzeugt werden. Hierbei wird eine Entladung nicht gepulst, sondern über ein vorbestimmtes Zeitfenster angelegt und die Temperaturen in dem Arbeitsgas bzw. in der unmittelbaren Nähe der Entladung betragen in der Regel mehrere tausende Kelvin.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Arbeitsgasquelle vorgesehen und dazu eingerichtet, der ersten Plasmaquelle ein erstes Arbeitsgas zuzuleiten, und eine weitere Arbeitsgasquelle ist vorgesehen und dazu eingerichtet, der weiteren Plasmaquelle ein weiteres Arbeitsgas zuzuleiten, wobei sich die Zusammensetzung des ersten Arbeitsgases von der Zusammensetzung des weiteren Arbeitsgases unterscheidet.
Somit lassen sie nicht nur die Parameter der Plasmaquelle an sich für jedes Arbeitsgas einzeln einstellen, sondern auch die Zusammensetzung und dementsprechend auch die Eigenschaften der jeweiligen Arbeitsgase an sich. So können zum Beispiel ein erstes Arbeitsgas und ein weiteres Arbeitsgas, die, wenn miteinander im Vorfeld vermischt, miteinander reagieren würden, entsprechend deren jeweiligen intrinsischen Eigenschaften separat mit Plasma behandelt werden.
Vorzugsweise sind die erste Plasmaquelle mit einer ersten Arbeitsgasquelle und die weitere Plasmaquelle mit einer weiteren Arbeitsgasquelle verbunden, wobei die erste und die weitere Arbeitsgasquellen voneinander getrennt sind. Auf diese Weise lässt sich die Zusammensetzung des ersten und des weiteren Arbeitsgases einfach steuern.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung zu steuern. Die Steuereinrichtung kann insbesondere einen Speicher mit Befehlen aufweisen, deren Ausführung auf mindestens einem Mikroprozessor der Steuereinrichtung die Steuerung der Vorrichtung bewirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens, der Vorrichtung und der Verwendung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen
Fig- 1 eine Plasmaquelle in Form einer Plasmadüse zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mittels einer bogenartigen Entladung, Fig. 2 eine Plasmaquelle in Form einer Düse zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels dielektrisch behinderter Entladung,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht,
Fig.6 eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht.
Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittansicht eine Plasmaquelle 2 in Form einer Plasmadüse zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms 26 in Form eines atmosphärischen Plasmastrahls mittels einer bogenartigen Entladung,
Die Plasmadüse 2 weist ein Düsenrohr 4 aus Metall auf, das sich konisch zu einer Düsenöffnung 6 verjüngt. An dem der Düsenöffnung 6 entgegen gesetzten Ende weist das Düsenrohr 4 eine Dralleinrichtung 8 mit einem Einlass 10 für einen Gasstrom, insbesondere eines Arbeitsgases, beispielsweise Luft oder Stickstoff, auf.
Eine Zwischenwand 12 der Dralleinrichtung 8 weist einen Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 14 auf, durch die der Gasstrom verdraht wird. Der stromabwärtige, konisch verjüngte Teil des Düsenrohres wird deshalb von dem Gasstrom in der Form eines Wirbels 16 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohres verläuft. An der Unterseite der Zwischenwand 12 ist mittig eine Innenelektrode 18 angeordnet, die koaxial in Richtung des verjüngten Abschnittes in das Düsenrohr hineinragt. Die Elektrode 18 ist elektrisch mit der Zwischenwand 12 und den übrigen Teilen der Dralleinrichtung 8 verbunden. Die Dralleinrichtung 8 ist durch ein Keramik- oder Quarzglasrohr 20 elektrisch gegen das Düsenrohr 4 isoliert. Über die Dralleinrichtung 8 wird an die Elektrode 18 eine hochfrequente Hochspannung angelegt, die von einem Transformator 22 erzeugt wird. Der Einlass 10 wird über eine nicht gezeigte Leitung mit einem Gasstrom 23 versorgt. Das Düsenrohr 4 ist geerdet. Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in der Form eines Lichtbogens 24 zwischen der Elektrode 18 und dem Düsenrohr 4 erzeugt.
Die Begriffe „Lichtbogen", „Bogenentladung" bzw. „bogenartige Entladung" werden vorliegend als phänomenologische Beschreibung der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff „Lichtbogen" wird anderweitig auch als Entladungsform bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verwendet. Vorliegend handelt es sich jedoch um eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens, also um eine hochfrequente, bogenartige Entladung.
Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen jedoch im Wirbelkern auf der Achse des Düsenrohres 4 kanalisiert, so dass er sich erst im Bereich der Düsenöffnung 6 zur Wand des Düsenrohres 4 verzweigt. Das Arbeitsgas, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 24 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so dass ein atmosphärischer Plasmastrahl 26 durch die Düsenöffnung 6 aus der Plasmadüse 2 austritt.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer schematischer Schnittansicht eine weitere Plasmaquelle 32 in Form einer Düse zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels dielektrisch behinderter Entladung. Die Düse 32 weist ein Düsenrohr 34 aus Metall auf, an dessen stromaufwärtsseitigem Ende 35 ein Verteilerkopf 36 mit einem Einlass 37 für einen Gasstrom 38, zum Beispiel Luft, und mit einem ringförmigen Verteilerkanal 40 angeordnet ist. Am gegenüberliegenden stromabwärtsseitigen Ende 42 des Düsenrohrs 34 ist eine Auslassdüse 44 mit einer Düsenöffnung 46 angeordnet, aus der im Betrieb der mit reaktiven Spezies angereicherte reaktive Gasstrom 38 austritt.
Vom Verteilerkopf 36 erstreckt sich ein Keramikrohr 48 derart durch das Düsenrohr 34 bis in die Auslassdüse 44, dass sich von dem Verteilerkanal 40 ein ringförmiger Entladungskanal 50 zwischen dem Düsenrohr 34 und dem Keramikrohr 48 bis zur Auslassdüse 44 erstreckt. Anstelle eines Keramikrohrs kommt zum Beispiel auch ein Rohr aus Quarzglas in Betracht.
Auf der Innenseite des Keramikrohrs 48 ist eine rohrförmige Hochspannungselektrode 52 aus Metall angeordnet, die über ein Hochspannungskabel 54 mit einem Transformator 56 verbunden ist, mit dem zwischen der Hochspannungselektrode 52 und dem als Gegenelektrode wirkenden, geerdeten Düsenrohr 34 eine hochfrequente Hochspannung angelegt werden kann. Anstelle einer rohrförmigen Hochspannungselektrode 52 kommt zum Beispiel auch eine anders geformte Hochspannungselektrode in Betracht, beispielsweise in Form eines gerundeten Blechs.
Im Keramikrohr 48 sind isolierende Stopfen 58 angeordnet, die die Hochspannungselektrode 52 einschließen und weiterhin verhindern, dass Arbeitsgas in den Bereich der Hochspannungselektrode 52 strömt oder durch das Keramikrohr 48 aus der Düse 32 herausströmt. Weiterhin ist ein Dichtungsring 60 in eine ringförmige Nut 62 am Verteilerkopf 36 eingesetzt, die den Verteilerkopf 36 zum Keramikrohr 48 abdichtet.
Um das Düsenrohr 34 kann eine Kühlmittelleitung 64 vorgesehen sein, durch die im Betrieb ein Kühlmittel zur Kühlung des Düsenrohrs 34 geleitet werden kann. Die Kühlmittelleitung 64 kann zum Beispiel wie dargestellt spiralförmig um das Düsenrohr 34 verlaufen.
Im Betrieb wird ein Gasstrom 38 durch den Einlass 37 in den Verteilerkopf 36 eingeleitet, so dass der Gasstrom 38 durch den ringförmigen Entladungskanal 50 strömt.
Mit dem Transformator 56 wird zwischen der Hochspannungselektrode 52 und dem Düsenrohr 34 eine hochfrequente Hochspannung angelegt, so dass es im Entladungskanal 50 im Bereich der Hochspannungselektrode 52 zu dielektrisch behinderten Entladungen kommt, durch die in dem dort strömenden Gasstrom 38 reaktive Spezies, insbesondere Ozon, erzeugt werden.
Der mit den reaktiven Spezies angereicherte reaktive Gasstrom 38 tritt aus der Düsenöffnung 46 aus.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 70 zur Plasmaaktivierung einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung 70 weist eine erste Plasmaquelle 72, eine zweite Plasmaquelle 74 und einen Aktivierungsraum 76 zur Aufnahme einer Flüssigkeit 78, hier Wasser, auf.
Die erste Plasmaquelle 72 ist als Düse zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels dielektrisch behinderter Entladung ausgebildet. Die zweite Plasmaquelle 74 ist als Plasmadüse zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms in Form eines atmosphärischen Plasmastrahls mittels einer bogenartigen Entladung ausgebildet. Die erste und die weitere Plasmaquelle 72, 74 weisen jeweils eine Gaseinleitung 80, 82 auf, die dazu eingerichtet ist, ein Arbeitsgas 94, 96 der entsprechenden Plasmaquelle 72, 74 zuzuleiten.
Der Aktivierungsraum 76 weist eine Beaufschlagungseinrichtung 84 mit einem ersten Beaufschlagungselement 86 und mit einem zweiten Beaufschlagungselement 88 auf, beide als Tellerbelüfter ausgebildet. Das erste Beaufschlagungselement 86 ist mit der ersten Plasmaquelle 72 strömungstechnisch verbunden, so dass ein aus der ersten Plasmaquelle 72 austretender, erster reaktiver Gasstrom 90 über das erste Beaufschlagungselement 86 in den Aktivierungsraum 76 gelangen kann. Ebenso ist das zweite Beaufschlagungselement 88 mit der zweiten Plasmaquelle 74 strömungstechnisch verbunden, so dass ein aus der zweiten Plasmaquelle 74 austretender, zweiter reaktiver Gasstrom 92 über das zweite Beaufschlagungselement 88 in den Aktivierungsraum 76 gelangen kann. Das erste und das zweite Beaufschlagungselement 86, 88 sind derart voneinander getrennt ausgebildet und angeordnet, dass sich der erste reaktive Gasstrom 90 und der zweite reaktive Gasstrom 92 erst in dem Aktivierungsraum 76 begegnet.
Die schematisch in der Fig. 3 dargestellte Vorrichtung wird wie folgt betrieben. Die erste Plasmaquelle 72 wird mit einem ersten Arbeitsgasstrom 94 über die erste Gaseinleitung 80 versorgt und die zweite Plasmaquelle 74 wird mit einem zweiten Arbeitsgasstrom 96 über die zweite Gaseinleitung 82 versorgt. Diese Versorgung erfolgt im Durchfluss und parallel aus getrennten - hier nicht gezeigten - Arbeitsgasquellen, wobei das erste Arbeitsgas 94 ein Stickstoff-haltiges, technisches Gas mit und das zweite Arbeitsgas 96 ein Sauerstoff-haltiges, technisches Gas sind.
Die erste Plasmaquelle 72 erzeugt eine dielektrisch behinderte Entladung in dem Stickstoff-haltigen, ersten Arbeitsgas 94. Dadurch wird das erste Arbeitsgas 94 zu einem ersten reaktiven Gasstrom 90, der im Durchfluss von der ersten Plasmaquelle 72 bis zum ersten Beaufschlagungselement 86 geführt wird. Dort wird der erste reaktive Gasstrom 90 durch die poröse Struktur des als Tellerbelüfter ausgebildeten ersten Beaufschlagungselements 86 in das durch den Aktivierungsraum 76 aufgenommene Wasser 78 als feinen Gasblasen 98 eingeleitet.
Parallel hierzu erzeugt die zweite Plasmaquelle 74 eine bogenartige Entladung in dem Sauerstoff-haltigen, zweiten Arbeitsgas 96, das dann in einen entsprechenden reaktiven Gasstrom 92 umgewandelt und bis zum zweiten Beaufschlagungselement 88 geführt wird. Dort wird der zweite reaktive Gasstrom 92 separat vom ersten, aus der ersten Plasmaquelle 72 austretenden reaktiven Gasstrom 90 in das Wasser 78 des Aktivierungsraums 76 eingeleitet.
In dem Aktivierungsraum 76 reagieren der erste und der zweite reaktive Gasstrom 90, 92 mit dem Wasser 78 und miteinander, um so plasmaaktiviertes Wasser zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht. Diese Vorrichtung 100 weist, wie bei der Fig. 3, eine erste Plasmaquelle 102, eine zweite Plasmaquelle 104 und einen Aktivierungsraum 106 zur Aufnahme einer Flüssigkeit 108 - hier ein alkohol-haltiges Lösungsmittel - mit einer Beaufschlagungseinrichtung 110 auf. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist die Vorrichtung allerdings derart ausgebildet, dass die Beaufschlagungseinrichtung 110 ein einheitliches Belüftungselement aus einem porösen Material ist, die sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Plasmaquelle 102, 104 strömungstechnisch verbunden ist. Außerdem sind die erste und die zweite Plasmaquelle 102, 104 beide dazu eingerichtet, einen reaktiven Gasstrom mittels einer bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen.
Im Betrieb wird der ersten Plasmaquelle 102 ein erstes Arbeitsgas 112 und der zweiten Plasmaquelle 104 ein zweites Arbeitsgas 114 über die jeweils vorgesehene Gaseinleitung 116, 118 zugeführt. Die erste Plasmaquelle 102 erzeugt einen ersten reaktiven Gasstrom 120, während die zweite Plasmaquelle 104 einen zweiten reaktiven Gasstrom 122 erzeugt. Dann werden der erste und der zweite reaktive Gasstrom 120, 122 parallel und gleichzeitig zur Beaufschlagungseinrichtung 108 geführt und dort in das alkohol-haltiges Lösungsmittel 110 des Aktivierungsraums 106 eingeleitet.
Mit der Fig. 5 wird eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 130 zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht gezeigt. Auch hier sind eine erste Plasmaquelle 132, eine zweite Plasmaquelle 134 und ein Aktivierungsraum 136 mit einer Flüssigkeit 138 dargestellt. Die erste Plasmaquelle 132 und die zweite Plasmaquelle 134 sind beide zur Erzeugung eines reaktiven Gasstroms mittels einer dielektrisch behinderten Entladung in einem Arbeitsgas ausgebildet und weisen jeweils eine Gaseinleitung 140, 142 auf, wobei diese voneinander getrennt sind. Außerdem weist die erste Plasmaquelle 102 einen ersten Gasaustritt 144 auf, der mit einer Gasmischungseinrichtung 146 strömungstechnisch verbunden ist. Ebenso ist an der zweiten Plasmaquelle 134 ein mit der Gasmischungseinrichtung 146 strömungstechnisch verbundener, zweiter Gasaustritt 148 vorgesehen.
Die Gasmischungseinrichtung 146 ist wiederum mit einer Beaufschlagungseinrichtung 150 des Aktivierungsraums 136 strömungstechnisch verbunden. Somit ist die Gasmischungseinrichtung 146 der Beaufschlagungseinrichtung 150 im Gasfluss vorgelagert. Die Beaufschlagungseinrichtung 150 ist als Tellerbelüfter ausgebildet.
Zur Plasmaaktivierung der in dem Aktivierungsraum aufgenommenen Flüssigkeit 138 werden die erste und die zweite Plasmaquelle 132, 134 jeweils mit einem Arbeitsgas 152, 154 versorgt, wobei die Zusammensetzungen der jeweiligen Arbeitsgase 152, 154 unterschiedlich sind. Die erste und die zweite Plasmaquelle 132, 134 erzeugen parallel ein Plasma in dem ersten bzw. in dem zweiten Arbeitsgas 152, 154 und somit auch einen ersten reaktiven Gasstrom 156 und einen zweiten reaktiven Gasstrom 158, die jeweils der Gasmischungseinrichtung 146 zugeführt werden.
In der Gasmischungseinrichtung 146 werden der erste reaktive Gasstrom 156 und der zweite reaktive Gasstrom 158 miteinander vermischt und im Anschluss der Beaufschlagungseinrichtung 150 als gemeinsamer reaktiver Gasstrom 160 zugeführt. Dort wird der gemeinsame reaktive Gasstrom 160 mit der Flüssigkeit 138 im Aktivierungsraum 136 in Kontakt gebracht und mit dieser vermengt, um so eine plasmaaktivierte Flüssigkeit bereit zu stellen. Bei diesem Vorgang werden also der erste reaktive Gasstrom 156 und der weitere reaktive Gasstrom 158 erst zu einem gemeinsamen reaktiven Gasstrom 160 vermischt, und dann wird eine
Ausgangsflüssigkeit mit dem gemeinsamen reaktiven Gasstrom 160 beaufschlagt.
Fig.6 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung 170 zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit in einer schematischen Ansicht. Eine erste Plasmaquelle 172 und eine zweite Plasmaquelle 174 sind vorgesehen, wobei beide dazu eingerichtet sind, einen reaktiven Gasstrom 176, 178 mittels einer bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen. Weiterhin sind ein erster Aktivierungsraum 180 mit einer ersten Flüssigkeit 182 und ein zweiter Aktivierungsraum 184 mit einer zweiten Flüssigkeit 186 vorgesehen, wobei jeder Aktivierungsraum 180, 182 eine Beaufschlagungseinrichtung 188, 190 aufweist.
Die erste Plasmaquelle 172 ist mit dem ersten Aktivierungsraum 180 bzw. mit der Beaufschlagungseinrichtung 188 des ersten Aktivierungsraums 180 strömungstechnisch verbunden. Daneben ist die zweite Plasmaquelle 174 mit dem zweiten Aktivierungsraum 184 bzw. mit der Beaufschlagungseinrichtung 190 des zweiten Aktivierungsraums 184 strömungstechnisch verbunden.
Die Vorrichtung 170 weist weiterhin einen Mischbehälter 192 auf, der mit dem ersten Aktivierungsraum 180 und mit dem zweiten Aktivierungsraum 184 strömungstechnisch verbunden ist.
Zur Bereitstellung einer plasmabeauftragten Flüssigkeit werden die erste Plasmaquelle 172 mit einem ersten Arbeitsgas 194 und die zweite Plasmaquelle 174 mit einem zweiten Arbeitsgas 196 parallel versorgt. Die erste Plasmaquelle 172 erzeugt ein Plasma in dem ersten Arbeitsgas 194 und der dadurch entstandene erste reaktive Gasstrom 176 fließt von der ersten Plasmaquelle 172 zur Beaufschlagungseinrichtung 188 und wird so mit der Flüssigkeit 182 in dem ersten Aktivierungsraum 180 vermengt. Daneben und zeitgleich erzeugt die zweite Plasmaquelle 174 einen zweiten reaktiven Gasstrom 178 durch Entladung in dem zweiten Arbeitsgas 196, wobei der zweite reaktive Gasstrom 178 der Beaufschlagungseinrichtung 190 des zweiten Aktivierungsraum 184 zugeleitet und der im zweiten Aktivierungsraum 184 vorhandenen Flüssigkeit 186 zugeführt wird.
Somit werden parallel im ersten Aktivierungsraum 180 eine erste, mit dem ersten reaktiven Gasstrom beaufschlagte Flüssigkeit 198 und im zweiten Aktivierungsraum 183 eine zweite, mit dem zweiten reaktiven Gasstrom beaufschlagte Flüssigkeit 200 bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die erste beaufschlagte Flüssigkeit 198 und die zweite beaufschlagte Flüssigkeit 200 dem Mischbehälter 192 zugeführt und in diesem zu einer plasmaaktivierten Flüssigkeit 202 vermischt.
Vorstellbar ist auch, drei Flüssigkeiten 182, 186 und 202 jeweils in einem Behälter zur Verfügung zu stellen, nur zwei davon mit einem reaktiven Gasstrom zu beaufschlagen, und diese dann beaufschlagten zwei Flüssigkeiten mit der dritten Flüssigkeit zu vermischen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit (202), bei dem einer ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) ein erstes Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) zugeführt wird und mit der ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) ein Plasma in dem ersten Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) erzeugt wird, so dass die erste Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) einen ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) bereitstellt, bei dem einer weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) ein weiteres Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) zugeführt wird und mit der weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) ein Plasma in dem weiteren Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) erzeugt wird, so dass die weitere Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) einen weiteren reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) bereitstellt, und bei dem eine plasmaaktivierte Flüssigkeit (202) unter Verwendung des ersten und des weiteren reaktiven Gasstroms (90, 120, 156, 176, 92, 122, 158, 178) hergestellt wird, wobei sich die Zusammensetzung des ersten Arbeitsgases (94, 112, 152, 194) von der Zusammensetzung des weiteren Arbeitsgases (96, 114, 154, 196) unterscheidet. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die plasmaaktivierte Flüssigkeit (202) hergestellt wird, indem eine Ausgangsflüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) mit dem ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) beaufschlagt wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsflüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) mit dem ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) und mit dem weiteren reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) separat beaufschlagt wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste reaktive Gasstrom (90, 120, 156, 176) und der weitere reaktive Gasstrom (92, 122, 158, 178) erst zu einem gemeinsamen reaktiven Gasstrom (160) vermischt werden und dann die Ausgangsflüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) mit dem gemeinsamen reaktiven Gasstrom (160) beaufschlagt wird. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die plasmaaktivierte Flüssigkeit (202) hergestellt wird, indem eine erste Ausgangsflüssigkeit (182) mit dem ersten reaktiven Gasstrom (176) beaufschlagt und so eine erste beaufschlagte Flüssigkeit (198) bereitgestellt wird, eine zweite Ausgangsflüssigkeit (186) mit dem zweiten reaktiven Gasstrom (178) beaufschlagt und so eine weitere beaufschlagte Flüssigkeit (200) bereitgestellt wird und die plasmaaktivierte Flüssigkeit (202) durch Mischen der ersten beaufschlagten Flüssigkeit (198) mit der weiteren beaufschlagten Flüssigkeit (200) erhalten wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das erste Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) und / oder das weitere Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) ein vorgegebenes technisches Gas ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der erste reaktive Gasstrom (90, 120, 156, 176) mittels elektrischer Entladung in dem ersten Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) erzeugt wird, und / oder bei dem der weitere reaktive Gasstrom (92, 122, 158, 178) mittels elektrischer Entladung in dem weiteren Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) erzeugt wird, wobei die elektrische Entladung eine dielektrisch behinderte Entladung, eine hochfrequente bogenartige Entladung, eine Gleichstrombogen-Entladung oder eine mittels einer Mikrowellen-Jet-Düse erzeugten Entladung ist.
8 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der erste reaktive Gasstrom (90, 120, 156, 176) und der weitere reaktive Gasstrom (92, 122, 158, 178) separat oder als gemeinsamer reaktiver Gasstrom (160) mittels einer Beaufschlagungseinrichtung (84, 108, 150, 188, 190) mit einer Ausgangsflüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) in Kontakt gebracht werden, wobei die Beaufschlagungseinrichtung (84, 108, 150, 188, 190) ein Tellerbelüfter, ein Belüftungselements aus porösem Material aufweist.
9. Vorrichtung (70, 100, 130, 170) zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit (202) mit einer ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172), die dazu eingerichtet ist, ein Plasma in einem der ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) zugeführten ersten Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) zu erzeugen, so dass ein erster reaktiver Gasstrom (90, 120, 156, 176) bereitgestellt wird, mit einer weitere Plasmaquelle (74, 104, 134, 174), die dazu eingerichtet ist, ein Plasma in einem der weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) zugeführten weiteren Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) zu erzeugen, so dass ein weiterer reaktiver Gasstrom (92, 122, 158, 178) bereitgestellt wird, mit einem Aktivierungsraum (76, 106, 136, 180, 184) zur Aufnahme einer Flüssigkeit und mit einer Beaufschlagungseinrichtung (84, 108, 150, 188, 190), die dazu eingerichtet ist, eine im Aktivierungsraum (76, 106, 136, 180, 184) vorhandene Flüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) mit dem ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) und zweiten reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) zu beaufschlagen. Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungseinrichtung (84, 108, 150, 188, 190) dazu eingerichtet ist, die im Aktivierungsraum (76, 106, 136, 180, 184) vorhandene Flüssigkeit (78, 110, 138, 182, 186) mit dem ersten reaktiven Gasstrom (90, 120, 156, 176) und zweiten reaktiven Gasstrom (92, 122, 158, 178) separat zu beaufschlagen. Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beaufschlagungseinrichtung (150) eine Gasmischungseinrichtung (146) vorgeschaltet ist, die dazu eingerichtet ist, den ersten reaktiven Gasstrom (156 ) mit dem zweiten reaktiven Gasstrom (158) in einem gemeinsamen reaktiven Gasstrom (160) zu vermischen, und dass die Beaufschlagungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, die im Aktivierungsraum (136) vorhandene Flüssigkeit (138) mit dem gemeinsamen reaktiven Gasstrom (160) zu beaufschlagen, Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Arbeitsgasquelle vorgesehen und dazu eingerichtet ist, der ersten Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) ein erstes Arbeitsgas (94, 112, 152, 194) zuzuleiten, und dass eine weitere Arbeitsgasquelle vorgesehen und dazu eingerichtet ist, der weiteren Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) ein weiteres Arbeitsgas (96, 114, 154, 196) zuzuleiten, wobei sich die Zusammensetzung des ersten Arbeitsgases (94, 112, 152, 194) von der Zusammensetzung des weiteren Arbeitsgases (96, 114, 154, 196) unterscheidet. Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plasmaquelle (72, 102, 132, 172) und / oder die weitere Plasmaquelle (74, 104, 134, 174) dazu eingerichtet ist, ein Plasma mittels elektrischer Entladung in einem Arbeitsgas (94, 112, 152, 194, 96, 114, 154, 196) zu erzeugen, wobei die elektrische Entladung eine dielektrisch behinderte Entladung, eine hochfrequente bogenartige Entladung, eine Gleichstrombogen-Entladung oder eine mittels einer Mikrowellen-Jet-Düse erzeugten Entladung ist. Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungseinrichtung (84, 108, 150, 188, 190) einen Tellerbelüfter, ein Belüftungselement aus porösem Material aufweist. Verwendung von einer Vorrichtung (70, 100, 130, 170) nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zur Herstellung einer plasmaaktivierten Flüssigkeit, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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