EP4039068A1 - System and method for operating a plasma jet configuration - Google Patents

System and method for operating a plasma jet configuration

Info

Publication number
EP4039068A1
EP4039068A1 EP20781039.1A EP20781039A EP4039068A1 EP 4039068 A1 EP4039068 A1 EP 4039068A1 EP 20781039 A EP20781039 A EP 20781039A EP 4039068 A1 EP4039068 A1 EP 4039068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge space
plasma
working gas
state
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20781039.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rayk KOHLS
Klaus-Dieter Weltmann
Philipp Turski
Norbert Lembke
Torsten Gerling
Laura VILARDELL SCHOLTEN
Stefan Horn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Original Assignee
Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV filed Critical Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Publication of EP4039068A1 publication Critical patent/EP4039068A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/44Applying ionised fluids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2443Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2443Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • H05H1/245Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated using internal electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2443Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • H05H1/246Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated using external electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461Microwave discharges
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00Applications of plasma devices
    • H05H2245/30Medical applications
    • H05H2245/34Skin treatments, e.g. disinfection or wound treatment

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma.
  • Atmospheric pressure non-thermal plasmas are used, inter alia. used for medical purposes. This field of application is also known under the name of "plasma medicine”.
  • Non-thermal atmospheric pressure plasma is also referred to below in the present application as plasma.
  • a plasma is to be understood as a gas with a proportion of free electrons, radicals, ions and neutral particles.
  • reactive species are generated by the plasma, for example reactive oxygen species such as ozone (O3).
  • Reactive species can have an antimicrobial effect. Treatment with a plasma can therefore aid wound healing.
  • a plasma can be generated in a plasma jet arrangement, for example.
  • a plasma can be generated in a discharge space in an electromagnetic field, which plasma is transported out of the device, in particular the discharge space, in the form of a plasma jet (plasma jet) with a gas stream.
  • plasma jet plasma jet
  • Plasma jet arrangements are known in the prior art (Winter, J., Brandenburg, R., and Weltermann, K.-D. (2015), "Atmospheric pressure plasma jets: an overview of devices and new directions", Plasma Sources Sci Technol., 24, 064001). Such arrangements are particularly suitable for treating a small area.
  • the control of the plasma or the plasma jet of a plasma jet arrangement takes place via an electrical or electronic control of the respective applied electromagnetic field.
  • the electromagnetic field is brought to a standstill by means of the electrical or electronic control so that no more plasma is generated in the discharge space and thus no plasma emerges from the discharge space as a plasma jet.
  • a new electromagnetic field is generated so that a plasma jet can be generated again.
  • Document US 2009/018 8626 A1 discloses an arrangement in which a multiplicity of electrodes are arranged in a common dielectric container.
  • the document US 2004/012 38 03 A1 describes an arrangement in which a gas from a plurality of nozzles is continuously introduced into the space between two electrodes and a further gas can additionally be supplied to this space in pulses.
  • a multiplicity of individual plasma jets arranged next to one another is also referred to as plasma jet arrays in the context of this application.
  • the respective electromagnetic fields of the individual plasma jet arrangements would influence one another without a suitable shielding of the fields. Therefore, a great deal of effort is required for a suitable shielding, so that such an arrangement of a plasma jet array is very complex and costly to manufacture.
  • plasma jet arrangements are of interest whose generated plasmas and / or emerging plasma jets are easy to control, for example can be easily switched on and / or switched off.
  • Plasma jet arrays that are easy to control and are inexpensive to manufacture are also of interest.
  • a first aspect of the invention relates to a system for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma.
  • the system has a discharge space into which a working gas can be introduced via a first opening.
  • a plasma can be generated in the discharge space, in particular from the working gas that has been introduced.
  • the discharge space has a second opening, so that the plasma can exit from the discharge space through this second opening.
  • the system has at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma, in particular for generating a plasma ignited from the working gas, in the discharge space.
  • the plasma emerging through the second opening is controlled by a flow regulator of the system, which is designed to set a volume flow of the working gas through the first opening from a working gas source into the discharge space.
  • the flow regulator is also designed to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that no plasma emerges from the second opening even when an electromagnetic field is generated in the discharge space, in particular generated by the high-voltage electrode.
  • the working gas is fed from the working gas source to the discharge space.
  • a plasma is generated in the discharge space and the plasma emerges from the second opening.
  • the plasma is generated in particular from the volume flow of the working gas supplied through the first opening directly by the electromagnetic field generated by the high-voltage electrode.
  • the control of the volume flow by means of the flow regulator therefore allows a direct and immediate control of a plasma jet emerging at the second opening, and makes continuous generation of a primary plasma for igniting a secondary plasma superfluous.
  • This type of control represents a massive technical simplification of the system, especially since the generation and permanent maintenance of a primary plasma is not required in the discharge space.
  • the invention describes how a modulation of the volume flow of the working gas can advantageously be achieved with the aid of a flow regulator and thus allows a precise, i.e. time-resolved and spatially resolved (in the case of its large number of discharge spaces) metering of the volume flow, in particular by means of a flow regulator that can be regulated quickly.
  • the modulation of the volume flow relates in particular not only to a simple "on” and “off” function, but also to a targeted control of a plasma jet emerging at the second opening via the volume flow of the working gas. The same applies to finely metered admixture to the working gas.
  • a non-thermal plasma is also referred to as a low-temperature plasma or as a cold plasma.
  • the plasma which is transported out of the discharge space through the second opening by a gas flow, in particular the volume flow of the working gas, is also referred to as a plasma jet or plasma jet in the context of the document.
  • the discharge space can be delimited by a wall.
  • the wall can delimit the first opening.
  • the wall can delimit the second opening.
  • the wall can be designed as a dielectric.
  • the discharge space includes, in particular, the volume in which the plasma can be generated.
  • an electromagnetic field can be generated on the high-voltage electrode.
  • the electromagnetic field generated is also referred to in this application as the existing electromagnetic field.
  • a non-thermal atmospheric pressure plasma can be generated.
  • Plasmas can also be generated using lasers or ion beams.
  • the parameters of the plasma such as temperature, leakage current or species generation are comparatively difficult to control and, compared to the principle of the invention, are associated with increased technical effort.
  • One embodiment provides that the high-voltage electrode is arranged within the discharge space.
  • the discharge space can be fluidically connected to a working gas source via the first opening.
  • working gas from the working gas source can be introduced into the discharge space through the first opening.
  • a working gas can include or be one of the following gases: hydrogen, argon, helium, nitrogen, oxygen, neon, krypton or carbon dioxide.
  • the working gas can be a gas mixture which has at least one of the following gases: hydrogen, argon, helium, nitrogen, oxygen, neon, krypton or carbon dioxide.
  • the working gas can comprise argon or be argon.
  • the flow regulator can assume at least a first and a second state.
  • the first state of the flow regulator it is set up so that no working gas is introduced into the discharge space.
  • a gas supply in particular the supply of the working gas
  • No working gas flows from the first opening through the discharge space in the direction of the second opening.
  • no working gas flows from the first opening in the direction of the second opening and out of the discharge space from the latter.
  • No plasma is transported out of the second opening in the form of a plasma jet with the volume flow.
  • the system can be set up in such a way that no plasma is generated in the discharge space in the first state.
  • working gas is introduced into the discharge space.
  • working gas is introduced in such a way that it flows through the first opening into the discharge space and flows through the discharge space in the direction of the second opening.
  • the working gas that has been introduced flows from the first opening in the direction of the second opening and out of the latter out of the discharge space.
  • the plasma generated in the discharge space emerges as a plasma jet through the second opening from the discharge space.
  • the flow regulator By controlling the flow regulator, it can be set whether or not the plasma emerges from the discharge space as a plasma jet. In other words, this meant that the system according to the invention achieves fluid-dynamic control of the ejection of the plasma from the discharge space.
  • the plasma jet can be controlled in a fluid dynamic manner. In this way, the plasma jet can be controlled in a simple manner without a control or regulation of the electromagnetic field, In particular, it can be controlled whether a plasma jet emerges from the discharge space.
  • the complexity of the electrics and / or electronics is advantageously reduced. The overall complexity of the system is reduced.
  • the system has at least one ground electrode.
  • the at least one high-voltage electrode and the at least one ground electrode can be designed to generate an electromagnetic field for generating a plasma in the discharge space.
  • the system has at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the discharge space.
  • the plasma emerging through the second opening is controlled by a flow regulator of the system, which is designed to set a volume flow of the working gas through the first opening from a working gas source into the discharge space.
  • the flow regulator is also designed to assume at least a first state and a second state.
  • In the first state no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that no plasma emerges from the second opening even when the electromagnetic field is generated in the discharge space, in particular by the ground electrode and the high-voltage electrode.
  • the working gas is fed from the working gas source to the discharge space. A plasma is generated in the discharge space and the plasma emerges from the second opening.
  • an electromagnetic field can be generated between the high-voltage electrode and the ground electrode.
  • the electromagnetic field generated is also referred to in this application as the existing electromagnetic field.
  • a non-thermal atmospheric pressure plasma can be generated.
  • a ground electrode is arranged on the discharge space.
  • One advantage of an embodiment that has a ground electrode is that the electromagnetic field is generated and / or adjusted more precisely. Characteristics of the generated plasma can thus also be set more precisely.
  • the system is set up to generate a modulation of the plasma by a corresponding modulation of the volume flow of the working gas, in particular exclusively by a corresponding modulation of the volume flow of the working gas and in particular not by a modulation of the electromagnetic field, in particular with the system for this purpose is set up to generate only a continuous electromagnetic field in the discharge space.
  • the system is designed to generate only a continuous electromagnetic field in the discharge space, in particular during the modulation of the plasma.
  • a modulation of the plasma means, in particular, a change in the plasma jet.
  • the modulation of the plasma can mean that the plasma is transferred from a status in which it emerges from the discharge space, in particular as a plasma jet, into another status in which it does not emerge from the discharge space, i.e. H. no more plasma jet emerges from the discharge space.
  • the modulation of the plasma can be such that a distance by which the plasma jet emerges from the discharge space through the second opening is changed. The distance can be shortened, especially down to a minimal distance. If the minimum distance is not reached, no plasma emerges from the discharge space. Alternatively, it is provided that the distance can be increased.
  • One embodiment is characterized in that the modulation of the plasma is generated by a corresponding modulation of the working gas volume flow. If no working gas volume flow is generated, no plasma jet emerges from the discharge space. When a volume flow of the working gas is present, a plasma jet can exit through the second opening of the discharge space.
  • the working gas volume flow can be pulsed.
  • a pulsed working gas volume flow is a non-continuous volume flow that changes in amount over time.
  • the plasma can be modulated by modulating the working gas volume flow. Furthermore, the consumption of the working gas can be controlled. In one embodiment, the consumption of the working gas is regulated.
  • An embodiment according to the invention provides that a duration and / or an effect of a leakage current is controlled.
  • a leakage current can occur when the plasma (plasma jet) touches a surface. If no plasma jet emerges from the discharge space, there is no leakage current on a surface.
  • a continuous electromagnetic field is to be understood in particular as an electromagnetic field that is switched on continuously and also continues to exist when no working gas volume flow is flowing through the discharge space. In this sense, the term "continuous" is also to be regarded as permanent or constant (apart from the implicit time dependence of an electromagnetic field due to the alternation of the electrical and magnetic components of the field).
  • the electromagnetic field is a continuous electromagnetic field.
  • the electromagnetic field is continuous with respect to the amplitude of the field strength.
  • the electromagnetic field is constant over time.
  • One embodiment is characterized in that the continuous electromagnetic field is generated with the aid of a direct voltage.
  • the applied direct voltage is not modulated in order to achieve a modulation of the plasma.
  • the electromagnetic field is generated with the aid of an alternating voltage.
  • the applied alternating voltage is not modulated.
  • the electromagnetic field is only used to generate the plasma. According to the invention, the electromagnetic field is not used to modulate the plasma. In particular, the electromagnetic field is not modulated in order to modulate the plasma. In particular, the electromagnetic field is not modulated in order to generate an exit of the plasma (plasma jet) from the discharge space and / or in order to stop an exit of the plasma from the discharge space.
  • the exit of the plasma jet from the discharge space can be controlled by the working gas volume flow.
  • the flow regulator is designed to modulate the volume flow of the working gas.
  • the working gas volume flow can be adjusted with the aid of the flow regulator.
  • the flow regulator can be designed as a discrete directional valve.
  • a discrete directional control valve can switch discretely between a first state (closed) and a second state (open).
  • the flow regulator is a proportional valve.
  • a proportional valve can achieve continuous transitions of a valve opening.
  • the Proportional valve mediates a partial opening and / or closing, so that a passage of the working gas can be precisely metered.
  • the working gas volume flow can be modulated by controlling the flow regulator. For example, by transferring the flow regulator from its first state to its second state, a working gas volume flow can arise in the discharge space, with which the plasma can exit the discharge space as a plasma jet. An alternative modulation can be created by transferring the flow regulator from its second state to its first state. By transferring the flow regulator from its second state to its first state, a working gas volume flow in the discharge space can be ended, so that the plasma no longer exits the discharge space.
  • the working gas volume flow can be controlled with the aid of the flow regulator.
  • the exit of the plasma from the discharge space can be controlled via the working gas volume flow.
  • the flow regulator can provide fluid dynamic control of the plasma.
  • the plasma can be modulated without the electromagnetic field being controlled. The exit of the plasma from the discharge space is therefore possible in a simple manner without the applied electromagnetic field being changed.
  • the distance by which the plasma jet emerges from the discharge space can be precisely set and / or changed.
  • the flow regulator is electronically controlled. In one embodiment, the flow regulator is electrically controlled. This means that a fluid-dynamic control of the plasma is provided by means of an electrical or electronic control of the flow regulator.
  • One embodiment is characterized in that the flow regulator has a short switching time.
  • a short switching time means that the flow controller can switch quickly between the individual states.
  • the system is designed to transfer the flow regulator from the first state to the second state, so that when an electromagnetic field is generated in the discharge space, the plasma is generated in the discharge space and exits the discharge space through the second opening.
  • the system is designed to transfer the flow regulator from the second state to the first state, so that when an electromagnetic field is generated in the discharge space, no plasma emerges from the discharge space.
  • One embodiment of the system is designed to switch the flow regulator from the first state to the second To transfer state and to transfer the flow controller from the second state to the first state.
  • the flow regulator is designed to switch on the plasma jet, i. H. Plasma emerges from the discharge space as a plasma jet after no plasma has previously emerged from the discharge space.
  • the system is set up to switch off the plasma jet. This means that no plasma jet emerges from the discharge space after a plasma jet has previously emerged from the discharge space.
  • One embodiment is characterized in that the flow regulator has an active actuator which is designed to assume at least the first or the second state.
  • the active actuator is, for example, a valve, in particular a solenoid valve.
  • the active actuator can be controlled electrically.
  • An active actuator can be designed as a discrete directional valve that assumes the first or the second state.
  • the active actuator is designed as a proportional valve.
  • the active actuator can be a piezo valve. With the help of a piezo valve, the flow of the working gas can be dosed quickly and precisely. A piezo valve consumes little energy. This is particularly advantageous when the system is used as a hand-held device, since in this case a battery lasts longer and fewer battery changes or charging cycles are necessary. This increases the convenience and the possible uses of the system, in particular the possibility of mobile use of the system.
  • the working gas source delivers working gas constantly (evenly over time). With the help of the active actuator, a working gas volume flow pulsed over time can be introduced into the discharge space.
  • the flow regulator has a passive actuator which is designed to assume at least the first or the second state, the passive actuator being able to be transferred from the first state to the second state in particular by the volume flow of the working gas.
  • the passive actuator can be a flutter valve or a check valve.
  • the active and / or the passive actuator can be a microvalve.
  • a microvalve advantageously allows the flow regulator to be installed in a space-saving manner. This means that the space required by the system can be kept small. This is particularly advantageous when the system is used as a hand-held device.
  • the system has a working gas source which has the flow regulator.
  • the working gas source can, for example, have a control element, with the aid of which it can be set whether working gas flows out of the working source.
  • the outflow of the working gas, and thus the working gas volume flow is metered with the aid of a control element.
  • the system is set up so that a pulsed working gas volume flow emerges from the working gas source and flows into the discharge space.
  • the system has an automatic control unit which is designed to control the flow regulator.
  • the flow regulator can be automatically set to the first state or the second state.
  • the automatic control unit is designed to transfer the flow regulator to the second state for a selected period of time, so that a period of time can be set over which the working gas is introduced into the discharge space.
  • the automatic control unit can be used to control whether working gas can flow into the discharge space. In one embodiment, the automatic control unit controls the working gas volume flow.
  • the automatic control unit has a microcontroller and a high-voltage coil.
  • the automatic control unit can control that the flow regulator is in the second state for a selected period of time. This means that the automatic control unit can control that there is a working gas volume flow in the discharge space for the selected period.
  • the automatic control unit controls switching on of the plasma jet.
  • the automatic control unit can control how long the plasma jet is switched on.
  • the automatic control unit controls the distance by which the plasma jet emerges from the discharge space through the second opening.
  • the automatic control unit controls switching off the plasma jet.
  • the automatic control unit can be set up to switch off the plasma jet for a period of time after the plasma jet was switched on for a different period of time.
  • the automatic control unit is set up to switch on the plasma jet for a selected period of time after the plasma jet was previously switched off for another selected period of time.
  • One embodiment of the automatic control unit is designed to precisely meter the working gas that flows into the discharge space, for example by controlling a proportional valve.
  • the automatic control unit can be programmable.
  • One advantage of the embodiment is that it is automatically controlled when and for how long (i.e. over what period of time) a plasma jet emerges from the discharge space. In this way, for example, a treatment duration can be controlled automatically by means of the plasma jet.
  • the automatic control unit is set up to regulate the working gas volume flow.
  • the system has a feedback mechanism for the regulation.
  • a fluctuation (deviation from a control value) in the plasma is advantageously automatically detected and counteracted by modulating the working gas volume flow, for example.
  • the fluctuation is balanced out so that a uniform plasma jet emerges over time.
  • the system has a mixing arrangement which is designed to mix a further gas with the working gas so that the resulting gas mixture can be introduced into the discharge space.
  • the system is set up so that the flow regulator has the mixing arrangement.
  • the mixing arrangement is set up to mix a multiplicity of gases with the working gas.
  • a gas mixture is mixed with the working gas, in particular mixed in the mixing arrangement.
  • the further gas is in particular one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide.
  • the added gas mixture has in particular one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide.
  • the admixed gas mixture can be air, in particular ambient air. In one embodiment, the admixed gas mixture is a humidified gas. In particular, the admixed gas mixture can contain water vapor, as well as at least one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide.
  • the system is set up to mix the further gas with the working gas for a selected period.
  • the composition of the gas or gas mixture which is introduced into the discharge space can thus be adjusted in a time-resolved manner.
  • the composition of the gas or gas mixture which is introduced into the discharge space can be controlled in a time-resolved manner.
  • the system is designed to generate a capacitively coupled plasma.
  • One embodiment is characterized in that the system is designed to generate an inductively coupled plasma.
  • the system is designed to generate a microwave-induced plasma.
  • the system is designed to generate a plasma by means of a dielectrically impeded discharge.
  • the system has a plurality of discharge spaces, each discharge space having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space, each discharge space having an associated second opening through which the plasma from the respective discharge space can emerge.
  • Each discharge space is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space, so that a plasma can be generated in each discharge space independently of the other discharge spaces.
  • the plasma exiting through the assigned second opening is controlled by a flow controller of the system assigned to the respective discharge space, each flow controller being designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge space from a working gas source into the respective discharge space.
  • the respective flow regulator is designed to assume at least a first state and a second state.
  • the first state no working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space, so that no plasma emerges from the associated second opening in the respective discharge space even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space.
  • the second state the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
  • the system has a multiplicity of discharge spaces, each discharge space of the multiplicity of discharge spaces having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces.
  • Each discharge space of the plurality of discharge spaces has an associated second opening through which the plasma can exit from the respective discharge space of the plurality of discharge spaces.
  • each discharge space of the plurality of discharge spaces is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces.
  • a plasma can be generated independently of the other discharge spaces of the multiplicity of discharge spaces, the plasma exiting through the associated second opening being controlled by a flow regulator of a multiplicity of flow regulators of the system associated with the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces .
  • Each flow regulator of the plurality of flow regulators is designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers from a working gas source into the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers, the respective flow regulator of the plurality of flow regulators also being designed to do so is to assume at least a first state and a second state.
  • the working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, so that in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the associated second opening.
  • the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
  • Each discharge space (the plurality of discharge spaces) is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), in particular with at least one high-voltage electrode in each discharge space (the plurality of discharge spaces) for generating a electromagnetic field for generating a plasma is arranged in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), so that a plasma can be generated in each discharge space (the plurality of discharge spaces) independently of the other discharge spaces (the plurality of discharge spaces).
  • the high-voltage electrodes can in particular be short-circuited with one another.
  • the discharge spaces of the plurality of discharge spaces are formed identically.
  • at least one discharge space of the plurality of discharge spaces differs from the other discharge spaces.
  • One advantage of a system with a large number of discharge spaces is that a larger area, for example a surface of an object, can be treated with plasma without the system and / or the object to be treated having to be moved.
  • Such a system can be used for a large surface treatment, in particular for a thermally sensitive surface treatment.
  • Each flow regulator of the multitude of flow regulators can be controlled electrically or electronically.
  • the working gas volume flow in the respective discharge space is controlled, and thus the plasma, in particular whether or not the plasma emerges from the respective discharge space in the form of a plasma jet.
  • the electrical or electronic control of the respective flow regulator results in a fluid dynamic control of the plasma, in particular the plasma jet.
  • At least one ground electrode is assigned to each discharge space.
  • the at least one high-voltage electrode and the at least one ground electrode are set up to generate an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space.
  • the system is designed in particular to ignite the plasma, in particular in the volume flow of the working gas, directly by the electromagnetic field of the high-voltage electrode.
  • the system has a multiplicity of discharge spaces, each discharge space of the multiplicity of discharge spaces having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces.
  • Each discharge space of the multiplicity of discharge spaces has an associated second opening through which the plasma can exit from the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces.
  • each discharge space of the plurality of discharge spaces is assigned at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces.
  • each discharge space the plurality of discharge spaces is independent of a plasma can be generated in the other discharge spaces of the multiplicity of discharge spaces, the plasma exiting through the associated second opening being controlled by a flow controller of a multiplicity of flow controllers of the system associated with the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces.
  • Each flow regulator of the plurality of flow regulators is designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers from a working gas source into the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers, the respective flow regulator of the plurality of flow regulators also being designed to do so is to assume at least a first state and a second state.
  • the working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, so that in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the associated second opening.
  • the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
  • Each discharge space (the multiplicity of discharge spaces) is assigned at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space (the multiplicity of discharge spaces), in particular with at least one at each discharge space (the multiplicity of discharge spaces) High-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma is arranged in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), so that in each discharge space (the plurality of discharge spaces) independently of the other discharge spaces (the plurality of discharge spaces) a plasma can be generated.
  • the system has an automatic control system.
  • the automatic control system is designed to control the plurality of flow regulators of the system independently of one another, so that the flow regulators can assume at least the first state or the second state independently of one another, so that plasma is only generated in a selected discharge space and only from the second Opening of the selected discharge space exits.
  • the automatic control system can control each flow regulator of the multitude of flow regulators individually. This means that each flow regulator of the large number of flow regulators can be controlled independently of the other flow regulators.
  • the automatic control system is designed to individually regulate each flow regulator of the plurality of flow regulators, so that each flow regulator of the plurality of flow regulators can be regulated independently of the other flow regulators.
  • the automatic control system is set up in such a way that each flow regulator of the plurality of flow regulators is controlled in such a way that the plasma jet of the respective associated discharge space shows a selected time pattern, i. H. a selected sequence of phases in which a plasma jet emerges from the respective assigned discharge space and other phases in which no plasma jet emerges.
  • the automatic control system is designed to control the flow regulators of the plurality of flow regulators of the system independently of one another, so that a selected flow regulator of the plurality of flow regulators assumes the second state for a first period and all other flow regulators of the plurality of flow regulators assumes the first state and after the first period of time the selected flow controller of the plurality of flow controllers assumes the first state and another selected flow controller of the plurality of flow controllers assumes the second state for a second period of time, the first and the second period of time following one another or at times overlapping.
  • the automatic control system can control from which selected discharge space a plasma jet emerges.
  • the automatic control system is designed so that a plasma jet emerges from a selected discharge space of the plurality of discharge spaces at any point in time.
  • the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that the first time period and the second time period follow one another without interruption. In other words, this means that in one embodiment the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that a plasma jet emerges from exactly one discharge space of the multiplicity of discharge spaces at any point in time.
  • the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that the first Period of time and the second period of time overlap temporarily, in particular the first period of time and the second period of time not being completely superimposed.
  • the system is set up so that in the overlapping period of the first and the second period, a plasma jet emerges from the two discharge spaces (to which the flow regulator and the other flow regulator are assigned).
  • the overlap period is short, in particular shorter than 1 s.
  • the system is designed so that each discharge space of the plurality of discharge spaces can be or is connected to a common working gas source.
  • the same reactive species can arise in each discharge space.
  • This embodiment is particularly advantageous if the system is used for a large-area treatment with a plasma, with the same species acting over the entire area.
  • At least one flow regulator of the plurality of flow regulators has a mixing arrangement with which a further gas is mixed with the working gas so that a resulting gas mixture can be introduced into the respective discharge space of the plurality of discharge spaces.
  • a further gas can be added to the working gas in a metered manner.
  • This can be spatially resolved, e.g. B. in a selected local area, the effectiveness of the plasma can be adapted to specific requirements, for example when treating large wound areas.
  • the system is designed so that at least one discharge space of the plurality of discharge spaces can be or is connected to its own working gas source.
  • a reactive species can arise that differs from a reactive species that can arise in the other discharge spaces.
  • This embodiment is particularly advantageous when the system is used for a large-area treatment with a plasma, the area having at least one partial area on which at least one species is to act that differs from a reactive species that arises in the other discharge spaces .
  • One embodiment is characterized in that the second openings of the plurality of discharge spaces point in the same direction.
  • the surface normals of the second openings point in the same direction.
  • One advantage of such an arrangement is that plasma jets can be directed onto a surface with such a system.
  • the second openings of the plurality of discharge spaces are positioned or positionable in such a way that they face a central region.
  • the surface normals of the second openings face a central area.
  • the second openings of the plurality of discharge spaces are oriented in the direction of a common volume.
  • plasma jets can be directed onto the surface of an object from a variety of directions.
  • the second openings of the plurality of discharge spaces are arranged in a common plane.
  • the second openings of the plurality of discharge spaces are arranged in a common plane, the second openings of the plurality of discharge spaces covering an area of at least 10 cm 2 , in particular at least 50 cm 2 , in particular at least 100 cm 2 .
  • the system has at least 2 discharge spaces, in particular at least 5 discharge spaces, in particular at least 10 discharge spaces, in particular at least 20 discharge spaces.
  • the at least one is
  • Flow regulator continuously adjustable so that the volume flow through each discharge space can be continuously and individually adjusted.
  • the at least one is
  • the system is set up to modulate the volume flow of the working gas in each discharge space by means of the flow regulator, the modulation of the volume flow having more than two modulation states, in particular the modulation of the volume flow being continuously adjustable.
  • each flow regulator is set up to have a control time between 0.1 ms and 1 s, so that the volume flow can be modulated with a corresponding time resolution.
  • the system has at least one associated sensor for each discharge space which detects a plasma parameter and which is set up to output a sensor signal indicative of the plasma parameter, the system being set up to control the at least one flow controller based on the sensor signal to be regulated in such a way that a plasma parameter to be achieved is set for the respectively assigned discharge space.
  • the system has exactly one high-voltage electrode and no more than two ground electrodes per discharge space.
  • the system is set up to generate a capacitively-coupled, an inductively-coupled and / or a microwave-induced plasma in the volume flow of the working gas supplied through the first opening.
  • each discharge space has exactly two openings - the first and the second opening.
  • Another aspect of the invention relates to a method for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma using a system according to the invention. The process has the following steps:
  • the plasma is regulated.
  • One embodiment of the method has the following steps: Generation of an electromagnetic field in each discharge space of the plurality
  • each flow regulator of the plurality of flow regulators in a first state or a second state, wherein in the first state no working gas from the working gas source is in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces is supplied so that in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces, even when the electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the respective discharge space, and in the second state the working gas from the working gas source is supplied to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces is, a plasma is generated in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and the plasma emerges from the associated second opening.
  • the method is characterized in that the volume flow of the working gas that is supplied to the discharge space or a selected discharge space of the plurality of discharge spaces is modulated in order to generate a modulation of the plasma, while a continuous electromagnetic field in the discharge space or the selected Discharge space of the plurality of discharge spaces is generated.
  • a flow regulator of the plurality of flow regulators is controlled so that it assumes the second state for a first period of time and all other flow regulators of the plurality of flow regulators are controlled in such a way that they assume the first state and, after the first period of time, the flow regulator of the A plurality of flow regulators is transferred to the first state and another flow regulator of the plurality of flow regulators is transferred to the second state following the first period of time or overlapping with the first period and occupies this for a second period of time, while the remaining other flow regulators of the plurality continue Flow regulators remain in the first state.
  • the plurality of flow regulators can be controlled in such a way that different selected flow regulators pass one after the other from the respective first state to the respective second state. This means that plasma jets can emerge one after the other from different selected discharge spaces, in particular a plasma jet emerging from only one selected discharge space of the plurality of discharge spaces at the same time.
  • the automatic control system controls the plurality of flow regulators, so that each flow regulator of the plurality of flow regulators is independent of the other flow regulators of the plurality of flow regulators in one selected sequence changes between the first state and the second state and / or between the second state and the first state.
  • Each flow regulator of the plurality of flow regulators can be controlled independently of the other flow regulators.
  • each flow regulator of the plurality can be controlled independently of the other flow regulators in such a way that a plasma jet emerges from the respective discharge space (second state) or no plasma jet emerges (first state).
  • the automatic control system can control the large number of flow regulators in such a way that at any point in time a plasma jet emerges from only one selected discharge space of the large number of discharge spaces.
  • a plasma jet can be controlled in a simple manner by means of a system according to the invention.
  • One embodiment of the system is set up so that a large number of plasma jets are controlled and / or regulated in a coordinated manner.
  • the electrical and / or electronic complexity of the system is advantageously reduced compared to a system of the prior art.
  • the overall complexity of the system according to the invention is reduced. This reduces the production costs of such a system and is therefore economically advantageous.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention with a discharge space in which the flow regulator assumes the first state
  • FIG. 2 shows the system from FIG. 1, in which the flow regulator assumes the second state
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a system according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention in which the flow regulator is shown in the first state
  • Fig. 6 is a schematic representation of a system according to the invention in which the
  • Flow controller assumes the first state, 7a) -7f) different views of a hand-held device of a system with a large number of discharge spaces,
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention with three discharge spaces, the associated flow regulators of which assume the first state,
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the system from FIG. 8, with a
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a system according to the invention with two discharge chambers, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state, the system having a working gas source,
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a system with two discharge chambers, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state, the system having two working gas sources,
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a system according to the invention with a mixing arrangement and two discharge spaces, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state,
  • FIG. 13 shows a front view of a system with a plurality of discharge spaces, the second openings of which face a central area
  • FIG. 14 shows a cross section of the system from FIG. 13, and
  • FIG. 15 shows a front view of a system with a plurality of discharge spaces, the second openings of which face a central area.
  • FIGS. 1 and 2 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma (plasma) with a discharge space 10 and a flow controller 40, where the flow controller 40 has a first state (FIG. 1) and a second state (FIG. 2) occupies.
  • FIG. 3 illustrates a further embodiment, which shows the state in which the flow regulator 40 is in the second state.
  • FIGS. 4-6 show further embodiments in which the respective flow regulators assume the first state, so that no plasma jet emerges.
  • the discharge space 10 has a first opening 12 and a second opening 14.
  • the discharge space 10 is delimited by a dielectric 30 (FIGS. 1, 2, 3).
  • the dielectric 30 can be designed in the form of a cylinder jacket.
  • the discharge space 10 extends along a longitudinal axis A.
  • the first opening 12 lies opposite the second opening 14.
  • the system 1 shown has a high-voltage electrode 20 which is arranged within the discharge space 10 (FIGS. 1-4).
  • a ground electrode 22 is arranged outside the discharge space 10 on the dielectric 30, the ground electrode 22 being arranged near the second opening 14 (FIGS. 1-4). With the aid of the high-voltage electrode 20 and the ground electrode 22, when a voltage is applied, an electromagnetic field is generated in the discharge space 10 (FIGS. 1-4).
  • the high-voltage electrode 20 and the ground electrode 22 are arranged outside the discharge space 10 on the dielectric 30 (FIG. 5).
  • the system 1 can have a microwave generator 202 and a microwave resonator 200 (FIG. 6).
  • the discharge space 10 can be connected to a working gas source 50 by means of a line element 52, in particular by means of a gas line element.
  • the line element 52 can be fluidically connected on the one hand to the discharge space 10 and on the other hand to the working gas source 50 (FIGS. 1, 2, 5, 6).
  • the line element 52 is arranged such that a working gas can be introduced from the working gas source 50 through the line element 52 through the first opening 12 into the discharge space 10.
  • the working gas source 50 is connected to the flow regulator 40 by means of a line element 52 and the flow regulator 40 is also connected to the discharge space 10 by means of a further line element 52 (FIGS. 3, 4).
  • the working gas volume flow 60 in the discharge space 10 can be controlled with the aid of the flow regulator 40.
  • the flow regulator 40 In the first state, the flow regulator 40 is arranged in such a way that no working gas passes through the first opening 12 into the discharge space 10 (FIGS. 1, 4, 5, 6).
  • working gas can pass from the working gas source 50 through the first opening 12 into the discharge space 10.
  • Working gas flows from the first opening 12 through the discharge space 10 in the direction of the second opening 14 (FIGS. 2, 3).
  • the flow regulator 40 can be a piezo valve (FIG. 4).
  • a system 1 shown in FIG. 5 has a mixing arrangement 54, the flow regulator 40 having the mixing arrangement 54.
  • the system 1 also has a further gas source 51.
  • the further gas source 51 can be connected to the mixing arrangement 54.
  • the mixing arrangement 54 is set up in particular to mix the working gas from the working gas source 50 with a further gas from the further gas source 51, so that a gas mixture is produced.
  • the flow regulator is designed so that the resulting
  • a plasma 5 is generated in the discharge space 10 and pushed out of the discharge space 10 through the second opening 14 by the working gas volume flow 60 in the form of a plasma jet 6 (FIGS. 2, 3).
  • the flow regulator 40 is controlled with the aid of an automatic control unit 70 (FIGS. 1, 2, 5, 6).
  • the state of the flow regulator 40 can be set with the aid of the automatic control unit 70, i. H. the automatic control unit 70 controls the flow regulator 40 such that it is in the first state or in the second state. It can thus be controlled by means of the automatic control unit 70 whether or not a plasma jet emerges from the discharge space.
  • FIGS. 7-15 show embodiments according to the invention of a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with a large number of discharge spaces.
  • FIGS. 7 a) -f) an embodiment of the system 1 in the form of a hand-held device 120 is shown in different perspectives.
  • the illustrated handheld device 120 can be operated manually or by means of a robot.
  • FIGS. 7d) -f) show the hand-held device 120 in a front view (d), a side view (e) and a perspective view (f).
  • the hand-held device 120 shown has a housing 122.
  • the hand-held device has a handle 140 and a head piece 130.
  • the head piece 130 can have a multiplicity of cutouts 132.
  • FIGS. 7 a) -c) show an arrangement of four discharge spaces 10a, 10b, 10c, 10d in a frontal view (a), a cross section (b) and a perspective view (c).
  • the four second openings 14a, 14b, 14c, 14d are arranged in a common plane. They point in a common direction R.
  • the individual recesses 132 and the second openings 14a, 14b, 14c, 14d can be arranged with respect to one another in such a way that a respective Plasma jet of the respective second opening 14a, 14b, 14c, 14d can exit through the respective recess 132.
  • FIGS. 8 to 12 show embodiments of a system 1 with a multiplicity of discharge spaces 10a, 10b, 10c.
  • Each of the illustrated discharge spaces 10a, 10b, 10c has a respective first opening 12a, 12b, 12c and a respective second opening 14a, 14b, 14c.
  • a high-voltage electrode 20a, 20b, 20c is arranged in each of the discharge spaces 10a, 10b, 10c.
  • the longitudinal axes Aa, Ab, Ac of the respective discharge spaces 10a, 10b, 10c can be arranged parallel to one another (illustrated in FIG. 8).
  • the second openings 14a, 14b, 14c of the respective illustrated exemplary systems 1 are each arranged in a common plane E.
  • the respective second openings 14a, 14b, 14c point in the same direction R.
  • the surface normals Na, Nb, Nc point in the same direction R (FIGS. 8, 11).
  • the longitudinal axes Aa, Ab, Ac can extend in the direction of the surface normals Na, Nb, Nc.
  • Figures 8 and 9 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with three discharge spaces 10a, 10b, 10c.
  • the discharge spaces 10a, 10b, 10c are connected to a common working gas source 50 via corresponding line elements 52a, 52b, 52c.
  • the system 1 has flow regulators 40a, 40b, 40c, with the aid of which the introduction of a working gas from the working gas source 50 into a respective discharge space 10a, 10b, 10c is controlled.
  • the system 1 shown in FIGS. 8 and 9 has three discharge spaces 10a, 10b, 10c, the diameters Da, Db, De of the respective second openings 14a, 14b, 14c being identical (FIG. 8).
  • FIG 8 shows an arrangement of the system 1 in which all three flow regulators 40a, 40b, 40c are in their first state. This means that working gas from the working gas source 50 is not introduced into any of the three discharge spaces 10a, 10b, 10c through the respective first opening 12a, 12b, 12c.
  • FIG. 9 An arrangement is illustrated in FIG. 9 in which a selected flow regulator 40b is in the second state.
  • the other two flow regulators 40a, 40c are in their respective first states.
  • working gas is introduced into the selected discharge space 10b, the gas supply of which is controlled with the aid of the selected flow regulator 40b.
  • Plasma 5 arises in the selected discharge space 10b and emerges as a plasma jet 6 from the associated second opening 14b with the aid of the working gas volume flow 60.
  • FIGS. 10-12 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with two discharge spaces 10a, 10b, the respective associated second openings 14a, 14b of the illustrated discharge spaces 10a, 10b having different diameters Da, Db.
  • FIG. 10 shows an arrangement of a system 1 in which a selected flow regulator 40b is in the second state, so that a plasma jet 6 emerges from the second opening 14b of the corresponding discharge space 10b.
  • the flow regulators 40a, 40b can both be connected to an automatic control system 72.
  • the automatic control system 72 can control both flow regulators 40a, 40b.
  • the automatic control system 72 controls such that a flow regulator 40a, 40b is in the first state or in the second state.
  • FIG. 11 illustrates an arrangement in which the discharge spaces 10a, 10b are connected to different working gas sources 50a, 50b via the respective line elements 52a, 52b.
  • the system has a plurality of working gas sources 50a, 50b.
  • the flow regulators 40a, 40b can be controlled by a common automatic control system 72.
  • the system 1 illustrated in FIG. 12 has, in addition to a working gas source 50, which is connected to both discharge spaces 10a, 10b, a further gas source 51. Furthermore, the system 1 shown has a mixing arrangement 54b.
  • the flow regulator 40b can have the mixing arrangement 54b.
  • the further gas source 51 can be connected to the mixing arrangement 54b. With the aid of the mixing arrangement 54b, the working gas from the working gas source 50 is mixed with a further gas from the further gas source 51. This gas mixture is fed to the discharge space 10b (by controlling the flow regulator 40b).
  • FIGS. 13, 14 and 15 show exemplary arrangements of the system 1 with a multiplicity of discharge spaces 10, the second openings 14 of the discharge spaces 10 facing a central region Z.
  • the discharge spaces 10 are connected to a common working gas source 50. With the aid of a large number of flow regulators 40, the working gas flow in each of the discharge spaces 10 is controlled independently.
  • FIGS. 13 and 14 show a view from the front (FIG. 13) and a cross section (FIG. 14) of an exemplary arrangement in which the discharge spaces 10 are arranged on a cuboid volume.
  • the second openings 14 are oriented towards the cuboid.
  • the discharge spaces 10 are arranged on four surfaces of the cuboid (FIG. 13). There are no discharge spaces 10 on two mutually opposite surfaces arranged (Fig. 14).
  • An object 100 can be fed to the central region Z along a direction of movement B through these entrances 90, 92 that have arisen (FIG. 14).
  • the 15 shows an exemplary arrangement from the front, in which the discharge spaces 10 are arranged along a cylinder jacket.
  • the second openings 14 point in the direction of the central region Z.
  • the discharge spaces 10 can be arranged equidistant from one another in the circumferential direction U.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a system (1) for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma, comprising: - a discharge space (10) into which a working gas can be introduced via a first opening (12), wherein a plasma (5) can be generated in the discharge space (10), wherein the discharge space (10) has a second opening (14), so that the plasma (5, 6) can exit from the discharge space (10) through this second opening (14) and - at least one high-voltage electrode (20) for generating an electromagnetic field for generating a plasma (5) in the discharge space (10). The plasma (5, 6) exiting through the second opening (14) is controlled by a throughflow controller (40) of the system (1), which throughflow controller (40) is designed to adjust a volume flow (60) of the working gas through the first opening (12) from a working gas source (50) into the discharge space (10). In this case, the throughflow controller (40) is further designed to assume at least a first state and a second state, wherein in the first state no working gas is supplied from the working gas source (50) to the discharge space (10), so that no plasma (5) exits from the second opening (14) even when there is a generated electromagnetic field in the discharge space (10), and wherein in the second state the working gas is supplied from the working gas source (50) to the discharge space (10), a plasma (5) is generated in the discharge space (10) and the plasma (5, 6) exits from the second opening (14).

Description

System und Verfahren zum Betrieb einer Plasmajetkonfiguration System and method for operating a plasma jet configuration
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas. The invention relates to a system and a method for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma.
Nicht-thermische Atmosphärendruckplasmen werden u. a. zu medizinischen Zwecken eingesetzt. Dieses Anwendungsgebiet ist auch unter dem Namen „Plasmamedizin“ bekannt.Atmospheric pressure non-thermal plasmas are used, inter alia. used for medical purposes. This field of application is also known under the name of "plasma medicine".
Nicht-thermisches Atmosphärendruckplasma wird im Folgenden in der vorliegenden Anmeldung auch als Plasma bezeichnet. Non-thermal atmospheric pressure plasma is also referred to below in the present application as plasma.
Unter einem Plasma ist ein Gas mit einem Anteil freier Elektronen, Radikalen, Ionen und Neutralteilchen zu verstehen. Je nach Art des Arbeitsgases werden durch das Plasma reaktive Spezies erzeugt, beispielsweise reaktive Sauerstoffspezies wie Ozon (O3). Reaktive Spezies können eine antimikrobielle Wirkung haben. Daher kann eine Behandlung mit einem Plasma die Wundheilung unterstützen. A plasma is to be understood as a gas with a proportion of free electrons, radicals, ions and neutral particles. Depending on the type of working gas, reactive species are generated by the plasma, for example reactive oxygen species such as ozone (O3). Reactive species can have an antimicrobial effect. Treatment with a plasma can therefore aid wound healing.
Ein Plasma kann beispielsweise in einer Plasmajet-Anordnung erzeugt werden. Dabei kann in einem Entladungsraum in einem elektromagnetischen Feld ein Plasma erzeugt werden, welches in Form eines Plasmastrahls (Plasmajets) mit einem Gasstrom aus der Vorrichtung, insbesondere dem Entladungsraum, hinaustransportiert wird. A plasma can be generated in a plasma jet arrangement, for example. In this case, a plasma can be generated in a discharge space in an electromagnetic field, which plasma is transported out of the device, in particular the discharge space, in the form of a plasma jet (plasma jet) with a gas stream.
Plasmajet-Anordnungen sind im Stand der Technik bekannt (Winter, J., Brandenburg, R., and Weltermann, K.-D. (2015), „Atmospheric pressure plasma jets: an overview of devices and new directions“, Plasma Sources Sei. Technol., 24, 064001). Derartige Anordnungen eignen sich insbesondere für eine Behandlung eines kleinen Bereiches. Plasma jet arrangements are known in the prior art (Winter, J., Brandenburg, R., and Weltermann, K.-D. (2015), "Atmospheric pressure plasma jets: an overview of devices and new directions", Plasma Sources Sci Technol., 24, 064001). Such arrangements are particularly suitable for treating a small area.
Die Steuerung des Plasmas bzw. des Plasmajets einer Plasmajet-Anordnung erfolgt über eine elektrische bzw. elektronische Steuerung des jeweiligen angelegten elektromagnetischen Feldes. Beispielsweise wird das elektromagnetische Feld mittels der elektrischen oder elektronischen Steuerung zum Erliegen gebracht, so dass kein Plasma mehr im Entladungsraum erzeugt wird und somit kein Plasma als Plasmastrahl aus dem Entladungsraum austritt. Damit erneut ein Plasmastrahl erzeugt werden kann, wird ein neues elektromagnetisches Feld erzeugt. Für eine Behandlung größerer Flächen, beispielsweise zur Behandlung zur Wundheilung bei Brandopfern, eignen sich einzelne Plasmajet-Anordnungen nur unzureichend, da diese einen fokussierten Plasmastrahl ausstoßen und daher für eine punktuelle Behandlung sorgen.The control of the plasma or the plasma jet of a plasma jet arrangement takes place via an electrical or electronic control of the respective applied electromagnetic field. For example, the electromagnetic field is brought to a standstill by means of the electrical or electronic control so that no more plasma is generated in the discharge space and thus no plasma emerges from the discharge space as a plasma jet. A new electromagnetic field is generated so that a plasma jet can be generated again. For a treatment of larger areas, for example for the treatment of wound healing in burn victims, individual plasma jet arrangements are only inadequately suitable, since they emit a focused plasma beam and therefore ensure punctual treatment.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um eine großflächige Plasmabehandlung zu ermöglichen. Im Dokument US 2009/018 8626 A1 ist eine Anordnung offenbart, in der eine Vielzahl an Elektroden in einem gemeinsamen dielektrischen Container angeordnet ist. Das Dokument US 2004/012 38 03 A1 beschreibt eine Anordnung, in der in den Raum zwischen zwei Elektroden kontinuierlich ein Gas aus einer Vielzahl an Düsen eingeleitet wird und zusätzlich ein weiteres Gas in Pulsen diesem Raum zugeführt werden kann. Various solutions are known from the prior art in order to enable plasma treatment over a large area. Document US 2009/018 8626 A1 discloses an arrangement in which a multiplicity of electrodes are arranged in a common dielectric container. The document US 2004/012 38 03 A1 describes an arrangement in which a gas from a plurality of nozzles is continuously introduced into the space between two electrodes and a further gas can additionally be supplied to this space in pulses.
Eine Vielzahl von einzelnen, nebeneinander angeordneten Plasmajets wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als Plasmajet-Arrays bezeichnet. Bei einem gleichzeitigen Betrieb der einzelnen Plasmajet-Anordnungen des Plasmajet-Arrays würden sich die jeweiligen elektromagnetischen Felder der einzelnen Plasmajet-Anordnungen ohne eine geeignete Abschirmung der Felder gegenseitig beeinflussen. Daher ist ein hoher Aufwand für eine geeignete Abschirmung notwendig, so dass eine derartige Anordnung eines Plasmajet-Arrays in der Herstellung sehr aufwendig und kostenintensiv ist. A multiplicity of individual plasma jets arranged next to one another is also referred to as plasma jet arrays in the context of this application. With a simultaneous operation of the individual plasma jet arrangements of the plasma jet array, the respective electromagnetic fields of the individual plasma jet arrangements would influence one another without a suitable shielding of the fields. Therefore, a great deal of effort is required for a suitable shielding, so that such an arrangement of a plasma jet array is very complex and costly to manufacture.
Für eine einfache und Anwender-freundliche Nutzung sind Plasmajet-Anordnungen von Interesse, deren erzeugte Plasmen und/oder austretenden Plasmastrahlen leicht zu steuern sind, beispielsweise auf einfache Weise anschaltbar und/oder ausschaltbar sind. Weiterhin sind Plasmajet-Arrays von Interesse, die leicht zu steuern sind und deren Herstellung kostengünstig ist. For simple and user-friendly use, plasma jet arrangements are of interest whose generated plasmas and / or emerging plasma jets are easy to control, for example can be easily switched on and / or switched off. Plasma jet arrays that are easy to control and are inexpensive to manufacture are also of interest.
Diese Aufgaben werden durch das System nach Anspruch 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Diese und weitere Ausführungsformen werden nachfolgend beschrieben. These objects are achieved by the system according to claim 1 and the method according to claim 13. Advantageous refinements of the device are given in the subclaims. These and other embodiments are described below.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung und Steuerung eines nicht thermischen Atmosphärendruckplasmas. Das System weist einen Entladungsraum auf, in den ein Arbeitsgas über eine erste Öffnung einleitbar ist. In dem Entladungsraum ist ein Plasma, insbesondere aus dem eingeleiteten Arbeitsgas erzeugbar. Der Entladungsraum weist eine zweite Öffnung auf, so dass das Plasma durch diese zweite Öffnung aus dem Entladungsraum austreten kann. A first aspect of the invention relates to a system for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma. The system has a discharge space into which a working gas can be introduced via a first opening. A plasma can be generated in the discharge space, in particular from the working gas that has been introduced. The discharge space has a second opening, so that the plasma can exit from the discharge space through this second opening.
Das System weist zumindest eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas, insbesondere zur Erzeugung eines aus dem Arbeitsgas gezündeten Plasmas, im Entladungsraum auf. Das durch die zweite Öffnung austretende Plasma wird durch einen Durchströmregler des Systems gesteuert, der dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom des Arbeitsgases durch die erste Öffnung von einer Arbeitsgasquelle in den Entladungsraum einzustellen. Der Durchströmregler ist weiterhin dazu ausgebildet, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen. Im ersten Zustand wird kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt, so dass auch bei erzeugtem, insbesondere durch die Hochspannungselektrode erzeugtem, elektromagnetischem Feld im Entladungsraum kein Plasma aus der zweiten Öffnung austritt. Mit anderen Worten bedeutete das, dass im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt wird, so dass auch bei bestehendem elektromagnetischem Feld im Entladungsraum kein Plasma aus der zweiten Öffnung austritt. Im zweiten Zustand wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt. Im Entladungsraum wird ein Plasma erzeugt und das Plasma tritt aus der zweiten Öffnung aus. Das Plasma wird insbesondere aus dem durch die erste Öffnung zugeführten Volumenstrom des Arbeitsgases unmittelbar durch das von der Hochspannungselektrode erzeugte elektromagnetische Feld erzeugt. Die Steuerung des Volumenstroms mittels des Durchström reglers erlaubt daher eine direkte und unmittelbare Steuerung eines an der zweiten Öffnung austretenden Plasmajets, und macht eine Dauererzeugung eines Primärplasmas zum Zünden eines Sekundär Plasmas überflüssig.The system has at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma, in particular for generating a plasma ignited from the working gas, in the discharge space. The plasma emerging through the second opening is controlled by a flow regulator of the system, which is designed to set a volume flow of the working gas through the first opening from a working gas source into the discharge space. The flow regulator is also designed to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that no plasma emerges from the second opening even when an electromagnetic field is generated in the discharge space, in particular generated by the high-voltage electrode. In other words, this means that in the first state no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that even with an existing electromagnetic field in the discharge space, no plasma emerges from the second opening. In the second state, the working gas is fed from the working gas source to the discharge space. A plasma is generated in the discharge space and the plasma emerges from the second opening. The plasma is generated in particular from the volume flow of the working gas supplied through the first opening directly by the electromagnetic field generated by the high-voltage electrode. The control of the volume flow by means of the flow regulator therefore allows a direct and immediate control of a plasma jet emerging at the second opening, and makes continuous generation of a primary plasma for igniting a secondary plasma superfluous.
Diese Art der Steuerung stellt eine massive technische Vereinfachung des Systems dar, insbesondere da die Erzeugung und dauerhafte Aufrechterhaltung eines Primärplasmas entfällt im Entladungsraum. This type of control represents a massive technical simplification of the system, especially since the generation and permanent maintenance of a primary plasma is not required in the discharge space.
Die Erfindung beschreibt, wie in vorteilhafter weise eine Modulation des Volumenstromes des Arbeitsgases mithilfe eines Durchströmreglers erreicht werden kann und erlaubt somit insbesondere mittels eines schnell zu regelnden Durchströmreglers ein präzises, also zeitaufgelöstes und ortsaufgelöstes (im Falle seiner Vielzahl an Entladungsräumen) Dosieren des Volumenstroms. Die Modulation des Volumenstroms betrifft insbesondere nicht nur ein einfaches "An"- und "Ausschalten", sondern ein gezieltes Kontrollieren eines an der zweiten Öffnung austretenden Plasmajets über den Volumenstrom des Arbeitsgases. Gleiches gilt ebenso für fein dosierbare Zumischung zum Arbeitsgas. The invention describes how a modulation of the volume flow of the working gas can advantageously be achieved with the aid of a flow regulator and thus allows a precise, i.e. time-resolved and spatially resolved (in the case of its large number of discharge spaces) metering of the volume flow, in particular by means of a flow regulator that can be regulated quickly. The modulation of the volume flow relates in particular not only to a simple "on" and "off" function, but also to a targeted control of a plasma jet emerging at the second opening via the volume flow of the working gas. The same applies to finely metered admixture to the working gas.
Die Vorteile der Erfindung kommen dabei besonders bei einer Multijet-Anordnung zu tragen, also einem erfindungsgemäßen System mit einer Vielzahl an Entladungsräumen. The advantages of the invention are particularly evident in a multijet arrangement, that is to say a system according to the invention with a large number of discharge spaces.
Wird elektrische Energie zum Betreiben/Modulieren eines Plasmajets verwendet, gehen damit auch immer elektromagnetische Störungen einher, zum einen aus der Ansteuerung der Hochspannungsquelle und zum anderen vom Plasma selbst. In einem Array aus mehreren Plasmajets wird es immer zur gegenseitigen Beeinflussung derer kommen, was den einwandfreien Betrieb und das Einstellen der gewünschten/erforderlichen Plasmaparameter beeinträchtigt. Man kann nun nicht diesen negativen Einfluss der elektromagnetischen Störungen ohne erheblichen technischen Aufwand verringern, geschweige denn beseitigen. Der Ansatz der Erfindung, die Zufuhr und optional die Zusammensetzung des Arbeitsgases gezielt zu regulieren, ermöglicht einen einfachen und wirtschaftlich günstigen Aufwand. Zum einen wird die technische Komplexität in der elektronischen Ansteuerung der Hochspannungserzeugung reduziert und zum anderen wird eine fluiddynamische Komplexität hinzugefügt. Die Gesamtkomplexität des Systems ist aber dennoch reduziert und es werden noch weitere Probleme, gerade bei den Arrays gelöst. If electrical energy is used to operate / modulate a plasma jet, electromagnetic interference is always associated with it, on the one hand from the control of the high voltage source and on the other from the plasma itself correct operation and the setting of the desired / required plasma parameters is impaired. You cannot reduce this negative influence of electromagnetic interference without considerable technical effort, let alone eliminate it. The approach of the invention to regulate the supply and optionally the composition of the working gas in a targeted manner enables a simple and economically favorable effort. On the one hand, the technical complexity in the electronic control of the high voltage generation is reduced and, on the other hand, a fluid dynamic complexity is added. The overall complexity of the system is, however, reduced and further problems, especially with the arrays, are solved.
Ein nicht-thermisches Plasma wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als Niedertemperaturplasma oder als kaltes Plasma bezeichnet. Das Plasma, das durch einen Gasstrom, insbesondere den Volumenstrom des Arbeitsgases, durch die zweite Öffnung aus dem Entladungsraum hinaustransportiert wird, wird im Rahmen des Dokumentes auch als Plasmajet oder Plasmastrahl bezeichnet. In the context of this application, a non-thermal plasma is also referred to as a low-temperature plasma or as a cold plasma. The plasma, which is transported out of the discharge space through the second opening by a gas flow, in particular the volume flow of the working gas, is also referred to as a plasma jet or plasma jet in the context of the document.
Der Entladungsraum kann von einer Wand begrenzt sein. Die Wand kann die erste Öffnung begrenzen. Erfindungsgemäß kann die Wand die zweite Öffnung begrenzen. Die Wand kann als Dielektrikum ausgebildet sein. The discharge space can be delimited by a wall. The wall can delimit the first opening. According to the invention, the wall can delimit the second opening. The wall can be designed as a dielectric.
Der Entladungsraum umfasst insbesondere das Volumen, in dem das Plasma erzeugt werden kann. The discharge space includes, in particular, the volume in which the plasma can be generated.
An der Hochspannungselektrode kann bei angelegter Spannung ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden. Das erzeugte elektromagnetische Feld wird in dieser Anmeldung auch als bestehendes elektromagnetisches Feld bezeichnet. Mithilfe des erzeugten bzw. bestehenden elektromagnetischen Feldes kann ein nicht-thermisches Atmosphärendruckplasma erzeugt werden. When a voltage is applied, an electromagnetic field can be generated on the high-voltage electrode. The electromagnetic field generated is also referred to in this application as the existing electromagnetic field. With the help of the generated or existing electromagnetic field, a non-thermal atmospheric pressure plasma can be generated.
Plasmen können auch mittels Laser oder lonenstrahlen erzeugt werden. Allerdings sind dabei die Parameter des Plasmas wie Temperatur, Ableitstrom oder Speziesgeneration vergleichsweise schwierig zu steuern und im Vergleich zum Prinzip der Erfindung, mit erhöhtem technischem Aufwand verbunden. Plasmas can also be generated using lasers or ion beams. However, the parameters of the plasma such as temperature, leakage current or species generation are comparatively difficult to control and, compared to the principle of the invention, are associated with increased technical effort.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Hochspannungselektrode innerhalb des Entladungsraumes angeordnet ist. One embodiment provides that the high-voltage electrode is arranged within the discharge space.
Der Entladungsraum kann über die erste Öffnung strömungstechnisch mit einer Arbeitsgasquelle verbunden sein. D. h., dass Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle durch die erste Öffnung in den Entladungsraum einleitbar ist. Ein Arbeitsgas kann eines der folgenden Gase aufweisen oder eines der folgenden Gase sein: Wasserstoff, Argon, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Neon, Krypton oder Kohlenstoffdioxid. Das Arbeitsgas kann ein Gasgemisch sein, das zumindest eines der folgenden Gase aufweist: Wasserstoff, Argon, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Neon, Krypton oder Kohlenstoffdioxid. Insbesondere kann das Arbeitsgas Argon aufweisen oder Argon sein. The discharge space can be fluidically connected to a working gas source via the first opening. This means that working gas from the working gas source can be introduced into the discharge space through the first opening. A working gas can include or be one of the following gases: hydrogen, argon, helium, nitrogen, oxygen, neon, krypton or carbon dioxide. The working gas can be a gas mixture which has at least one of the following gases: hydrogen, argon, helium, nitrogen, oxygen, neon, krypton or carbon dioxide. In particular, the working gas can comprise argon or be argon.
Der Durchströmregler kann zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand annehmen. Im ersten Zustand des Durchstömreglers ist dieser dazu eingerichtet, dass kein Arbeitsgas in den Entladungsraum eingeleitet wird. Mit anderen Worten bedeutet das, dass im zweiten Zustand eine Gaszufuhr (insbesondere das Zuführen des Arbeitsgases) in den Entladungsraum unterbrochen ist. Kein Arbeitsgas strömt von der ersten Öffnung durch den Entladungsraum in Richtung der zweiten Öffnung. Weiterhin strömt kein Arbeitsgas von der ersten Öffnung in Richtung der zweiten Öffnung und aus dieser aus dem Entladungsraum hinaus. Es besteht kein Volumenstrom des Arbeitsgases im Entladungsraum. Kein Plasma wird in Form eines Plasmastrahls mit dem Volumenstrom aus der zweiten Öffnung hinaustransportiert. The flow regulator can assume at least a first and a second state. In the first state of the flow regulator, it is set up so that no working gas is introduced into the discharge space. In other words, this means that a gas supply (in particular the supply of the working gas) into the discharge space is interrupted in the second state. No working gas flows from the first opening through the discharge space in the direction of the second opening. Furthermore, no working gas flows from the first opening in the direction of the second opening and out of the discharge space from the latter. There is no volume flow of the working gas in the discharge space. No plasma is transported out of the second opening in the form of a plasma jet with the volume flow.
Wenn kein Arbeitsgas in den Entladungsraum eingeleitet wird, so dass kein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum tritt, tritt auch kein Arbeitsgas aus dem Entladungsraum. Der Verbrauch des Arbeitsgases ist somit vorteilhaft reduziert gegenüber einer Vorrichtung des Standes der Technik, in der kontinuierlich Arbeitsgas durch den Entladungsraum und aus dem Entladungsraum hinausströmt. If no working gas is introduced into the discharge space, so that no plasma jet emerges from the discharge space, no working gas either emerges from the discharge space. The consumption of the working gas is thus advantageously reduced compared to a device of the prior art in which working gas flows continuously through the discharge space and out of the discharge space.
Das System kann derart eingerichtet sein, dass im ersten Zustand kein Plasma im Entladungsraum erzeugt wird. The system can be set up in such a way that no plasma is generated in the discharge space in the first state.
Im zweiten Zustand des Durchströmreglers ist dieser dazu ausgebildet, dass Arbeitsgas in den Entladungsraum eingeleitet wird. Insbesondere wird Arbeitsgas derart eingeleitet, dass dieses durch die erste Öffnung in den Entladungsraum strömt und durch den Entladungsraum in Richtung der zweiten Öffnung strömt. Insbesondere strömt das eingeleitete Arbeitsgas von der ersten Öffnung in Richtung der zweiten Öffnung und aus dieser aus dem Entladungsraum hinaus. In the second state of the flow regulator, it is designed so that working gas is introduced into the discharge space. In particular, working gas is introduced in such a way that it flows through the first opening into the discharge space and flows through the discharge space in the direction of the second opening. In particular, the working gas that has been introduced flows from the first opening in the direction of the second opening and out of the latter out of the discharge space.
Durch den Volumenstrom des Arbeitsgases tritt das im Entladungsraum erzeugte Plasma als Plasmastrahl durch die zweite Öffnung aus dem Entladungsraum hinaus. Due to the volume flow of the working gas, the plasma generated in the discharge space emerges as a plasma jet through the second opening from the discharge space.
Durch das Steuern des Durchströmreglers kann eingestellt werden, ob Plasma als Plasmajet aus dem Entladungsraum austritt oder nicht. Mit anderen Worten bedeutete das, dass mit dem erfindungsgemäßen System eine fluiddynamische Steuerung des Ausstoßens des Plasmas aus dem Entladungsraum erreicht wird. Das bedeutet, dass eine fluiddynamische Steuerung des Plasmastrahls erfolgen kann. So kann auf einfache Weise ohne eine Steuerung bzw. Regulation des elektromagnetischen Feldes der Plasmastrahl gesteuert werden, insbesondere kann gesteuert werden, ob ein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum austritt. Die Komplexität der Elektrik und/oder Elektronik wird vorteilhaft reduziert. Die Gesamtkomplexität des Systems wird reduziert. By controlling the flow regulator, it can be set whether or not the plasma emerges from the discharge space as a plasma jet. In other words, this meant that the system according to the invention achieves fluid-dynamic control of the ejection of the plasma from the discharge space. This means that the plasma jet can be controlled in a fluid dynamic manner. In this way, the plasma jet can be controlled in a simple manner without a control or regulation of the electromagnetic field, In particular, it can be controlled whether a plasma jet emerges from the discharge space. The complexity of the electrics and / or electronics is advantageously reduced. The overall complexity of the system is reduced.
Gemäß einer Ausführungsform weist das System zumindest eine Masseelektrode auf. Die zumindest eine Hochspannungselektrode und die zumindest eine Masseelektrode können zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im Entladungsraum ausgebildet sein. According to one embodiment, the system has at least one ground electrode. The at least one high-voltage electrode and the at least one ground electrode can be designed to generate an electromagnetic field for generating a plasma in the discharge space.
Dadurch ist insbesondere gewährleistet, dass die Plasmaerzeugung unabhängig von einem Abstand einer zu behandelnden Fläche ist, die dann im ansonsten als Gegenelektrode wirkt und die Eigenschaften des Plasmas maßgeblich beeinflusst. This ensures, in particular, that the plasma generation is independent of a distance from a surface to be treated, which then otherwise acts as a counter electrode and significantly influences the properties of the plasma.
In einer Ausführungsform weist das System zumindest eine Hochspannungselektrode und zumindest eine Masseelektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im Entladungsraum auf. In one embodiment, the system has at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the discharge space.
Das durch die zweite Öffnung austretende Plasma wird durch einen Durchströmregler des Systems gesteuert, der dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom des Arbeitsgases durch die erste Öffnung von einer Arbeitsgasquelle in den Entladungsraum einzustellen. Der Durchströmregler ist weiterhin dazu ausgebildet, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen. Im ersten Zustand wird kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt, so dass auch bei erzeugtem, insbesondere durch die Masseelektrode und die Hochspannungselektrode erzeugtem, elektromagnetischem Feld im Entladungsraum kein Plasma aus der zweiten Öffnung austritt. Mit anderen Worten bedeutete das, dass im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt wird, so dass auch bei bestehendem elektromagnetischem Feld im Entladungsraum kein Plasma aus der zweiten Öffnung austritt. Im zweiten Zustand wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt. Im Entladungsraum wird ein Plasma erzeugt und das Plasma tritt aus der zweiten Öffnung aus. The plasma emerging through the second opening is controlled by a flow regulator of the system, which is designed to set a volume flow of the working gas through the first opening from a working gas source into the discharge space. The flow regulator is also designed to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that no plasma emerges from the second opening even when the electromagnetic field is generated in the discharge space, in particular by the ground electrode and the high-voltage electrode. In other words, this means that in the first state no working gas is fed from the working gas source to the discharge space, so that even with an existing electromagnetic field in the discharge space, no plasma emerges from the second opening. In the second state, the working gas is fed from the working gas source to the discharge space. A plasma is generated in the discharge space and the plasma emerges from the second opening.
Zwischen der Hochspannungselektrode und der Masseelektrode kann bei angelegter Spannung ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden. Das erzeugte elektromagnetische Feld wird in dieser Anmeldung auch als bestehendes elektromagnetisches Feld bezeichnet. Mithilfe des erzeugten bzw. bestehenden elektromagnetischen Feldes kann ein nicht thermisches Atmosphärendruckplasma erzeugt werden. When a voltage is applied, an electromagnetic field can be generated between the high-voltage electrode and the ground electrode. The electromagnetic field generated is also referred to in this application as the existing electromagnetic field. With the help of the generated or existing electromagnetic field, a non-thermal atmospheric pressure plasma can be generated.
In einer Ausführungsform ist eine Masseelektrode am Entladungsraum angeordnet. Ein Vorteil einer Ausführungsform, die eine Masseelektrode aufweist, ist, dass das elektromagnetische Feld präziser erzeugt und/oder eingestellt wird. Damit können auch Charakteristika des erzeugten Plasmas präziser eingestellt werden. In one embodiment, a ground electrode is arranged on the discharge space. One advantage of an embodiment that has a ground electrode is that the electromagnetic field is generated and / or adjusted more precisely. Characteristics of the generated plasma can thus also be set more precisely.
In einer Ausführungsform ist das System dazu eingerichtet ist, eine Modulation des Plasmas durch eine korrespondierende Modulation des Volumenstroms des Arbeitsgases, insbesondere ausschließlich durch eine korrespondierende Modulation des Volumenstroms des Arbeitsgases und insbesondere nicht durch eine Modulation des elektromagnetischen Feldes zu erzeugen, insbesondere wobei das System dazu eingerichtet ist, lediglich ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld im Entladungsraum zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, insbesondere während der Modulation des Plasmas lediglich ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld im Entladungsraum zu erzeugen. In one embodiment, the system is set up to generate a modulation of the plasma by a corresponding modulation of the volume flow of the working gas, in particular exclusively by a corresponding modulation of the volume flow of the working gas and in particular not by a modulation of the electromagnetic field, in particular with the system for this purpose is set up to generate only a continuous electromagnetic field in the discharge space. In one embodiment, the system is designed to generate only a continuous electromagnetic field in the discharge space, in particular during the modulation of the plasma.
Eine Modulation des Plasmas bedeutet insbesondere eine Veränderung des Plasmastrahls. Die Modulation des Plasmas kann bedeuten, dass das Plasma von einem Status, in dem es, insbesondere als Plasmastrahl, aus dem Entladungsraum austritt, in einen anderen Status überführt wird, in dem es nicht aus dem Entladungsraum austritt, d. h. kein Plasmastrahl mehr aus dem Entladungsraum hinaustritt. Die Modulation des Plasmas kann derart sein, dass eine Distanz, um die der Plasmastrahl durch die zweite Öffnung aus dem Entladungsraum hinaustritt, verändert wird. Die Distanz kann verkürzt werden, insbesondere bis zu einer minimalen Distanz. Wenn die minimale Distanz unterschritten wird, tritt kein Plasma aus dem Entladungsraum aus. Alternativ ist vorgesehen, dass die Distanz vergrößert werden kann.A modulation of the plasma means, in particular, a change in the plasma jet. The modulation of the plasma can mean that the plasma is transferred from a status in which it emerges from the discharge space, in particular as a plasma jet, into another status in which it does not emerge from the discharge space, i.e. H. no more plasma jet emerges from the discharge space. The modulation of the plasma can be such that a distance by which the plasma jet emerges from the discharge space through the second opening is changed. The distance can be shortened, especially down to a minimal distance. If the minimum distance is not reached, no plasma emerges from the discharge space. Alternatively, it is provided that the distance can be increased.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation des Plasmas durch eine korrespondierende Modulation des Arbeitsgasvolumenstroms erzeugt wird. Wird kein Arbeitsgasvolumenstrom erzeugt, tritt kein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum aus. Bei einem Vorhandensein eines Volumenstroms des Arbeitsgases kann ein Plasmastrahl durch die zweite Öffnung des Entladungsraumes austreten. One embodiment is characterized in that the modulation of the plasma is generated by a corresponding modulation of the working gas volume flow. If no working gas volume flow is generated, no plasma jet emerges from the discharge space. When a volume flow of the working gas is present, a plasma jet can exit through the second opening of the discharge space.
Der Arbeitsgasvolumenstrom kann gepulst sein. Ein gepulster Arbeitsgasvolumenstrom ist ein zeitlich, im Betrag veränderlicher, nicht kontinuierlicher Volumenstrom. The working gas volume flow can be pulsed. A pulsed working gas volume flow is a non-continuous volume flow that changes in amount over time.
Durch eine Modulation des Arbeitsgasvolumenstroms kann das Plasma moduliert werden. Weiterhin kann der Verbrauch des Arbeitsgases gesteuert werden. In einer Ausführungsform wird der Verbrauch des Arbeitsgases reguliert. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass eine Dauer und/oder eine Wirkung eines Ableitstromes gesteuert wird. Ein Ableitstrom kann entstehen, wenn das Plasma (der Plasmastrahl) eine Oberfläche berührt. Tritt kein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum, gibt es keinen Ableitstrom auf eine Oberfläche. Unter einem kontinuierlichen elektromagnetischen Feld ist insbesondere ein elektromagnetisches Feld zu verstehen, das durchgehend eingeschaltet ist, und auch dann weiterbesteht, wenn kein Arbeitsgasvolumenstrom durch den Entladungsraum strömt. In diesem Sinne ist der Ausdruck „kontinuierlich“ auch als dauerhaft oder konstant (abgesehen von der impliziten Zeitabhängigkeit eines elektromagnetischen Feldes durch den Wechsel der elektrischen und magnetischen Anteile des Feldes) anzusehen. The plasma can be modulated by modulating the working gas volume flow. Furthermore, the consumption of the working gas can be controlled. In one embodiment, the consumption of the working gas is regulated. An embodiment according to the invention provides that a duration and / or an effect of a leakage current is controlled. A leakage current can occur when the plasma (plasma jet) touches a surface. If no plasma jet emerges from the discharge space, there is no leakage current on a surface. A continuous electromagnetic field is to be understood in particular as an electromagnetic field that is switched on continuously and also continues to exist when no working gas volume flow is flowing through the discharge space. In this sense, the term "continuous" is also to be regarded as permanent or constant (apart from the implicit time dependence of an electromagnetic field due to the alternation of the electrical and magnetic components of the field).
In einer Ausführungsform ist das elektromagnetische Feld ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld. Insbesondere ist das elektromagnetische Feld kontinuierlich bezüglich der Amplitude der Feldstärke. In einer Ausführungsform ist das elektromagnetische Feld zeitgemittelt konstant. In one embodiment, the electromagnetic field is a continuous electromagnetic field. In particular, the electromagnetic field is continuous with respect to the amplitude of the field strength. In one embodiment, the electromagnetic field is constant over time.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche elektromagnetische Feld mithilfe einer Gleichspannung erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird um eine Modulation des Plasmas zu erzielen nicht die angelegte Gleichspannung moduliert.One embodiment is characterized in that the continuous electromagnetic field is generated with the aid of a direct voltage. According to the invention, the applied direct voltage is not modulated in order to achieve a modulation of the plasma.
In einer alternativen Ausführungsform wird das elektromagnetische Feld mithilfe einer Wechselspannung erzeugt. Um das Plasma zu modulieren, wird die angelegte Wechselspannung nicht moduliert. In an alternative embodiment, the electromagnetic field is generated with the aid of an alternating voltage. In order to modulate the plasma, the applied alternating voltage is not modulated.
Das elektromagnetische Feld dient lediglich der Erzeugung des Plasmas. Das elektromagnetische Feld wird erfindungsgemäß nicht dafür verwandt, das Plasma zu modulieren. Insbesondere wird das elektromagnetische Feld nicht moduliert, um das Plasma zu modulieren. Insbesondere wird das elektromagnetische Feld nicht moduliert, um ein Austreten des Plasmas (Plasmajet) aus dem Entladungsraum zu erzeugen und/oder um ein Austreten des Plasmas aus dem Entladungsraum zu beenden. Das Austreten des Plasmastrahls aus dem Entladungsraum kann durch den Arbeitsgasvolumenstrom gesteuert werden. The electromagnetic field is only used to generate the plasma. According to the invention, the electromagnetic field is not used to modulate the plasma. In particular, the electromagnetic field is not modulated in order to modulate the plasma. In particular, the electromagnetic field is not modulated in order to generate an exit of the plasma (plasma jet) from the discharge space and / or in order to stop an exit of the plasma from the discharge space. The exit of the plasma jet from the discharge space can be controlled by the working gas volume flow.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchströmregler dazu ausgebildet, den Volumenstrom des Arbeitsgases zu modulieren. According to a further embodiment, the flow regulator is designed to modulate the volume flow of the working gas.
In einer Ausführungsform ist der Arbeitsgasvolumenstrom mithilfe des Durchströmreglers einstellbar. In one embodiment, the working gas volume flow can be adjusted with the aid of the flow regulator.
Der Durchströmregler kann als diskretes Wegeventil ausgebildet sein. Ein diskretes Wegeventil kann diskret zwischen einem ersten Zustand (zu) und einem zweiten Zustand (offen) schalten. The flow regulator can be designed as a discrete directional valve. A discrete directional control valve can switch discretely between a first state (closed) and a second state (open).
In einer alternativen Ausführungsform ist der Durchströmregler ein Proportionalventil. Ein Proportionalventil kann stetige Übergänge einer Ventilöffnung erreichen. D. h. das Proportionalventil vermittelt ein teilweises Öffnen und/oder Schließen, so dass ein Durchlass des Arbeitsgases präzise dosiert werden kann. In an alternative embodiment, the flow regulator is a proportional valve. A proportional valve can achieve continuous transitions of a valve opening. I. E. the Proportional valve mediates a partial opening and / or closing, so that a passage of the working gas can be precisely metered.
Die Modulation des Arbeitsgasvolumenstromes kann durch das Steuern des Durchströmreglers erfolgen. Beispielsweise kann durch das Überführen des Durchströmreglers von seinem ersten Zustand in seinen zweiten Zustand ein Arbeitsgasvolumenstrom im Entladungsraum entstehen, mit dem das Plasma als Plasmajet aus dem Entladungsraum austreten kann. Eine alternative Modulation kann durch das Überführen des Durchströmreglers von seinem zweiten Zustand in seinen ersten Zustand entstehen. Durch das Überführen des Durchströmreglers von seinem zweiten Zustand in seinen ersten Zustand kann ein Arbeitsgasvolumenstrom im Entladungsraum beendet werden, so dass das Plasma nicht mehr aus dem Entladungsraum austritt. The working gas volume flow can be modulated by controlling the flow regulator. For example, by transferring the flow regulator from its first state to its second state, a working gas volume flow can arise in the discharge space, with which the plasma can exit the discharge space as a plasma jet. An alternative modulation can be created by transferring the flow regulator from its second state to its first state. By transferring the flow regulator from its second state to its first state, a working gas volume flow in the discharge space can be ended, so that the plasma no longer exits the discharge space.
Das bedeutet, dass mithilfe des Durchströmreglers der Arbeitsgasvolumenstrom steuerbar ist. Über den Arbeitsgasvolumenstrom ist das Austreten des Plasmas aus dem Entladungsraum steuerbar. Der Durchströmregler kann eine fluiddynamische Steuerung des Plasmas bereitstellen. Insbesondere ist das Plasma modulierbar, ohne dass das elektromagnetische Feld gesteuert wird. Das Austreten des Plasmas aus dem Entladungsraum ist daher auf eine einfache Weise möglich, ohne dass das angelegte elektromagnetische Feld verändert wird.This means that the working gas volume flow can be controlled with the aid of the flow regulator. The exit of the plasma from the discharge space can be controlled via the working gas volume flow. The flow regulator can provide fluid dynamic control of the plasma. In particular, the plasma can be modulated without the electromagnetic field being controlled. The exit of the plasma from the discharge space is therefore possible in a simple manner without the applied electromagnetic field being changed.
Durch ein präzises Dosieren des Arbeitsgases kann präzise die Distanz eingestellt und/oder verändert werden, um die der Plasmastrahl aus dem Entladungsraum tritt. By precisely metering the working gas, the distance by which the plasma jet emerges from the discharge space can be precisely set and / or changed.
In einer Ausführungsform wird der Durchströmregler elektronisch gesteuert. In einer Ausführungsform wir der Durchströmregler elektrisch gesteuert. Das bedeutet, dass mittels einer elektrischen oder elektronischen Steuerung des Durchströmreglers eine fluiddynamische Steuerung des Plasmas bereitgestellt wird. In one embodiment, the flow regulator is electronically controlled. In one embodiment, the flow regulator is electrically controlled. This means that a fluid-dynamic control of the plasma is provided by means of an electrical or electronic control of the flow regulator.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmregler eine kurze Schaltzeit hat. Eine kurze Schaltzeit bedeutet, dass der Durchströmregler schnell zwischen den einzelnen Zuständen schalten kann. One embodiment is characterized in that the flow regulator has a short switching time. A short switching time means that the flow controller can switch quickly between the individual states.
Nach einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, den Durchströmregler vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu überführen, so dass bei einem erzeugten elektromagnetischen Feld im Entladungsraum das Plasma im Entladungsraum erzeugt wird und durch die zweite Öffnung aus dem Entladungsraum austritt. In einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, den Durchströmregler vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zu überführen, so dass bei einem erzeugten elektromagnetischen Feld im Entladungsraum kein Plasma aus dem Entladungsraum tritt. Eine Ausführungsform des Systems ist dazu eingerichtet, den Durchströmregler vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu überführen sowie den Durchströmregler vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zu überführen. According to one embodiment, the system is designed to transfer the flow regulator from the first state to the second state, so that when an electromagnetic field is generated in the discharge space, the plasma is generated in the discharge space and exits the discharge space through the second opening. In one embodiment, the system is designed to transfer the flow regulator from the second state to the first state, so that when an electromagnetic field is generated in the discharge space, no plasma emerges from the discharge space. One embodiment of the system is designed to switch the flow regulator from the first state to the second To transfer state and to transfer the flow controller from the second state to the first state.
Mit anderen Worten bedeutet das, dass der Durchströmregler dazu ausgebildet ist, den Plasmastrahl einzuschalten, d. h. Plasma tritt als Plasmajet aus dem Entladungsraum aus nachdem zuvor kein Plasma aus dem Entladungsraum ausgetreten ist. In einer Ausführungsform ist das System dazu eingerichtet, den Plasmastrahl auszuschalten. Das bedeutet, dass kein Plasmajet aus dem Entladungsraum austritt nachdem zuvor ein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum ausgetreten ist. In other words, this means that the flow regulator is designed to switch on the plasma jet, i. H. Plasma emerges from the discharge space as a plasma jet after no plasma has previously emerged from the discharge space. In one embodiment, the system is set up to switch off the plasma jet. This means that no plasma jet emerges from the discharge space after a plasma jet has previously emerged from the discharge space.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmregler ein aktives Stellglied aufweist, das dazu ausgebildet ist, mindestens den ersten oder den zweiten Zustand einzunehmen. One embodiment is characterized in that the flow regulator has an active actuator which is designed to assume at least the first or the second state.
Das aktive Stellglied ist beispielsweise ein Ventil, insbesondere ein Magnetventil. Das aktive Stellglied kann elektrisch angesteuert werden. The active actuator is, for example, a valve, in particular a solenoid valve. The active actuator can be controlled electrically.
Ein aktives Stellglied kann als diskretes Wegeventil ausgebildet sein, das den ersten oder den zweiten Zustand einnimmt. In einer Ausführungsform ist das aktive Stellglied als Proportionalventil ausgebildet. An active actuator can be designed as a discrete directional valve that assumes the first or the second state. In one embodiment, the active actuator is designed as a proportional valve.
Das aktive Stellglied kann ein Piezoventil sein. Mithilfe eines Piezoventils kann der Durchstrom des Arbeitsgases schnell und präzise dosiert werden. Ein Piezoventil verbraucht nur wenig Energie. Insbesondere im Einsatz des Systems als Handgerät ist dies von Vorteil, da eine Batterie in diesem Falle länger hält und weniger Batteriewechsel oder Ladezyklen notwendig sind. Dies erhöht den Komfort sowie die Einsatzmöglichkeiten des Systems, insbesondere die Möglichkeit eines mobilen Einsatzes des Systems. The active actuator can be a piezo valve. With the help of a piezo valve, the flow of the working gas can be dosed quickly and precisely. A piezo valve consumes little energy. This is particularly advantageous when the system is used as a hand-held device, since in this case a battery lasts longer and fewer battery changes or charging cycles are necessary. This increases the convenience and the possible uses of the system, in particular the possibility of mobile use of the system.
In einer Ausführungsform gibt die Arbeitsgasquelle konstant (gleichmäßig über die Zeit) Arbeitsgas ab. Mithilfe des aktiven Stellgliedes kann ein über die Zeit gepulster Arbeitsgasvolumenstrom in den Entladungsraum eingeleitet werden. In one embodiment, the working gas source delivers working gas constantly (evenly over time). With the help of the active actuator, a working gas volume flow pulsed over time can be introduced into the discharge space.
In einer Ausführungsform weist der Durchströmregler ein passives Stellglied auf, das dazu ausgebildet ist, mindestens den ersten oder den zweiten Zustand einzunehmen, wobei das passive Stellglied insbesondere durch den Volumenstrom des Arbeitsgases vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überführbar ist. In one embodiment, the flow regulator has a passive actuator which is designed to assume at least the first or the second state, the passive actuator being able to be transferred from the first state to the second state in particular by the volume flow of the working gas.
Das passive Stellglied kann ein Flatterventil oder ein Rückschlagventil sein. The passive actuator can be a flutter valve or a check valve.
Das aktive und/oder das passive Stellglied kann ein Mikroventil sein. Ein Mikroventil erlaubt vorteilhaft einen platzsparenden Einbau des Durchströmreglers. Damit kann der notwendige Platz des Systems gering gehalten werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das System als Handgerät eingesetzt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das System eine Arbeitsgasquelle auf, die den Durchströmregler aufweist. The active and / or the passive actuator can be a microvalve. A microvalve advantageously allows the flow regulator to be installed in a space-saving manner. This means that the space required by the system can be kept small. This is particularly advantageous when the system is used as a hand-held device. According to a further embodiment, the system has a working gas source which has the flow regulator.
Die Arbeitsgasquelle kann beispielsweise ein Steuerelement aufweisen, mit dessen Hilfe einstellbar ist, ob Arbeitsgas aus der Arbeitsquelle ausströmt. In einer Ausführungsform wird mithilfe eines Steuerelementes das Ausströmen des Arbeitsgases, und damit der Arbeitsgasvolumenstrom, dosiert. In einer Ausführungsform ist das System dazu eingerichtet, dass ein gepulster Arbeitsgasvolumenstrom aus der Arbeitsgasquelle austritt und in den Entladungsraum einströmt. The working gas source can, for example, have a control element, with the aid of which it can be set whether working gas flows out of the working source. In one embodiment, the outflow of the working gas, and thus the working gas volume flow, is metered with the aid of a control element. In one embodiment, the system is set up so that a pulsed working gas volume flow emerges from the working gas source and flows into the discharge space.
In einer Ausführungsform weist das System eine automatische Steuereinheit auf, die zur Steuerung des Durchströmreglers ausgebildet ist. Mithilfe der automatischen Steuereinheit ist der Durchströmregler automatisch in den ersten Zustand oder in den zweiten Zustand einstellbar. Weiterhin ist in einer Ausführungsform die automatische Steuereinheit dazu ausgebildet, den Durchströmregler für eine ausgewählten Zeitraum in den zweiten Zustand zu überführen, so dass ein Zeitraum einstellbar ist, über den das Arbeitsgas in den Entladungsraum eingeleitet wird. In one embodiment, the system has an automatic control unit which is designed to control the flow regulator. With the help of the automatic control unit, the flow regulator can be automatically set to the first state or the second state. Furthermore, in one embodiment, the automatic control unit is designed to transfer the flow regulator to the second state for a selected period of time, so that a period of time can be set over which the working gas is introduced into the discharge space.
Mithilfe der automatischen Steuereinheit kann gesteuert werden, ob Arbeitsgas in den Entladungsraum hineinströmen kann. In einer Ausführungsform steuert die automatische Steuereinheit den Arbeitsgasvolumenstrom. The automatic control unit can be used to control whether working gas can flow into the discharge space. In one embodiment, the automatic control unit controls the working gas volume flow.
In einer Ausführungsform weist die automatische Steuereinheit einen Mikrocontroller und eine Hochspannungsspule auf. In one embodiment, the automatic control unit has a microcontroller and a high-voltage coil.
Die automatische Steuereinheit kann steuern, dass sich der Durchströmregler für einen ausgewählten Zeitraum im zweiten Zustand befindet. Das bedeutet, dass die automatische Steuereinheit steuern kann, dass für den ausgewählten Zeitraum im Entladungsraum ein Arbeitsgasvolumenstrom besteht. The automatic control unit can control that the flow regulator is in the second state for a selected period of time. This means that the automatic control unit can control that there is a working gas volume flow in the discharge space for the selected period.
In einer Ausführungsform steuert die automatische Steuereinheit ein Einschalten des Plasmastrahls. Die automatische Steuereinheit kann steuern, über welchen Zeitraum der Plasmastrahl angeschaltet ist. Ferner steuert die automatische Steuereinheit in einer Ausführungsform die Distanz, um die der Plasmastrahl durch die zweite Öffnung aus dem Entladungsraum hinaustritt. In einer Ausführungsform steuert die automatische Steuereinheit ein Ausschalten des Plasmastrahls. Die automatische Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, den Plasmastrahl für einen Zeitraum auszuschalten, nachdem der Plasmastrahl zuvor für einen anderen Zeitraum angeschaltet war. In einer Ausführungsform ist die automatische Steuereinheit dazu eingerichtet, den Plasmastrahl für einen ausgewählten Zeitraum anzuschalten, nachdem der Plasmastrahl zuvor für einen anderen ausgewählten Zeitraum ausgeschaltet war. Eine Ausführungsform der automatischen Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das Arbeitsgas, das in den Entladungsraum strömt, präzise zu dosieren, beispielsweise durch eine Steuerung eines Proportionalventils. In one embodiment, the automatic control unit controls switching on of the plasma jet. The automatic control unit can control how long the plasma jet is switched on. Furthermore, in one embodiment, the automatic control unit controls the distance by which the plasma jet emerges from the discharge space through the second opening. In one embodiment, the automatic control unit controls switching off the plasma jet. The automatic control unit can be set up to switch off the plasma jet for a period of time after the plasma jet was switched on for a different period of time. In one embodiment, the automatic control unit is set up to switch on the plasma jet for a selected period of time after the plasma jet was previously switched off for another selected period of time. One embodiment of the automatic control unit is designed to precisely meter the working gas that flows into the discharge space, for example by controlling a proportional valve.
Die automatische Steuereinheit kann programmierbar sein. The automatic control unit can be programmable.
Ein Vorteil der Ausführungsform ist, dass automatisch gesteuert wird, wann und wie lange (d. h. über welchen Zeitraum) ein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum austritt. Dadurch kann beispielsweise automatisch eine Behandlungsdauer mittels des Plasmastrahls gesteuert werden. One advantage of the embodiment is that it is automatically controlled when and for how long (i.e. over what period of time) a plasma jet emerges from the discharge space. In this way, for example, a treatment duration can be controlled automatically by means of the plasma jet.
In einer Ausführungsform ist die automatische Steuereinheit dazu eingerichtet, den Arbeitsgasvolumenstrom zu regulieren. In einer Ausführungsform weist das System für die Regulation einen Rückkopplungsmechanismus auf. In one embodiment, the automatic control unit is set up to regulate the working gas volume flow. In one embodiment, the system has a feedback mechanism for the regulation.
Vorteilhaft wird mithilfe des Rückkopplungsmechanismus einer Schwankung (Abweichung von einem Kontrollwert) des Plasmas automatisch detektiert und dieser entgegengewirkt, indem beispielsweise der Arbeitsgasvolumenstrom moduliert wird. Die Schwankung wird ausgeglichen, so dass über die Zeit ein gleichmäßiger Plasmastrahl austritt. With the aid of the feedback mechanism, a fluctuation (deviation from a control value) in the plasma is advantageously automatically detected and counteracted by modulating the working gas volume flow, for example. The fluctuation is balanced out so that a uniform plasma jet emerges over time.
Gemäß einer Ausführungsform weist das System eine Mischanordnung auf, die dazu ausgebildet ist, ein weiteres Gas mit dem Arbeitsgas zu mischen, so dass das resultierende Gasgemisch in den Entladungsraum einleitbar ist. Insbesondere ist das System dazu eingerichtet, dass der Durchströmregler die Mischanordnung aufweist. According to one embodiment, the system has a mixing arrangement which is designed to mix a further gas with the working gas so that the resulting gas mixture can be introduced into the discharge space. In particular, the system is set up so that the flow regulator has the mixing arrangement.
In einer Ausführungsform ist die Mischanordnung dazu eingerichtet, eine Vielzahl an Gasen mit dem Arbeitsgas zu mischen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Gasgemisch mit dem Arbeitsgas gemischt wird, insbesondere in der Mischanordnung gemischt wird. In one embodiment, the mixing arrangement is set up to mix a multiplicity of gases with the working gas. One embodiment provides that a gas mixture is mixed with the working gas, in particular mixed in the mixing arrangement.
Das weitere Gas ist insbesondere eines der folgenden Gase: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Argon, Helium, Neon, Krypton oder Kohlenstoffdioxid. Das zugemischte Gasgemisch weist insbesondere eines der folgenden Gase auf: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Argon, Helium, Neon, Krypton oder Kohlenstoffdioxid. Das zugemischte Gasgemisch kann Luft, insbesondere Umgebungsluft, sein. In einer Ausführungsform ist das zugemischte Gasgemisch ein angefeuchtetes Gas. Insbesondere kann das zugemischte Gasgemisch Wasserdampf aufweisen, sowie zumindest eines der folgenden Gase: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Argon, Helium, Neon, Krypton oder Kohlenstoffdioxid. The further gas is in particular one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide. The added gas mixture has in particular one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide. The admixed gas mixture can be air, in particular ambient air. In one embodiment, the admixed gas mixture is a humidified gas. In particular, the admixed gas mixture can contain water vapor, as well as at least one of the following gases: hydrogen, oxygen, nitrogen, water vapor, argon, helium, neon, krypton or carbon dioxide.
Somit kann ein vom Arbeitsgas verschiedenes Gasgemisch in den Entladungsraum eingeleitet werden und dort andere reaktive Spezies entstehen. In einer Ausführungsform ist das System dazu eingerichtet, das weitere Gas dem Arbeitsgas für eine ausgewählte Dauer beizumischen. Somit kann zeitaufgelöst die Zusammensetzung des Gases oder Gasgemisches, das in den Entladungsraum eingeleitet wird, eingestellt werden. In einer Ausführungsform kann zeitaufgelöst die Zusammensetzung des Gases oder Gasgemisches, das in den Entladungsraum eingeleitet wird, gesteuert werden. In this way, a gas mixture different from the working gas can be introduced into the discharge space and other reactive species can arise there. In one embodiment, the system is set up to mix the further gas with the working gas for a selected period. The composition of the gas or gas mixture which is introduced into the discharge space can thus be adjusted in a time-resolved manner. In one embodiment, the composition of the gas or gas mixture which is introduced into the discharge space can be controlled in a time-resolved manner.
In einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, ein kapazitiv-gekoppeltes Plasma zu erzeugen. Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist ein induktiv-gekoppeltes Plasma zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, ein Mikrowellen-induziertes Plasma zu erzeugen. In einer alternativen Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, ein Plasma mittels dielektrisch behinderter Entladung zu erzeugen. In one embodiment, the system is designed to generate a capacitively coupled plasma. One embodiment is characterized in that the system is designed to generate an inductively coupled plasma. In one embodiment, the system is designed to generate a microwave-induced plasma. In an alternative embodiment, the system is designed to generate a plasma by means of a dielectrically impeded discharge.
In einer weiteren Ausführungsform weist das System eine Vielzahl an Entladungsräumen auf, wobei jeder Entladungsraum eine jeweilige erste Öffnung aufweist, durch die ein Arbeitsgas in den jeweiligen Entladungsraum einleitbar ist, wobei jeder Entladungsraum eine zugeordnete zweite Öffnung aufweist, durch die das Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum austreten kann. Jedem Entladungsraum ist zumindest eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum zugeordnet ist, so dass in jedem Entladungsraum unabhängig von den anderen Entladungsräumen ein Plasma erzeugbar ist. Das durch die zugeordnete zweite Öffnung austretende Plasma wird durch einen dem jeweiligen Entladungsraum zugeordneten Durchströmregler des Systems gesteuert, wobei jeder Durchströmregler dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom des Arbeitsgases durch die jeweilige erste Öffnung des jeweiligen Entladungsraumes von einer Arbeitsgasquelle in den jeweiligen Entladungsraum einzustellen. Weiterhin ist der jeweilige Durchströmregler dazu ausgebildet, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen. Im ersten Zustand wird kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum zugeführt, so dass im jeweiligen Entladungsraum auch bei erzeugtem elektromagnetischem Feld im jeweiligen Entladungsraum kein Plasma aus der zugeordneten zweiten Öffnung austritt. Im zweiten Zustand wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt und dort ein Plasma erzeugt, und das Plasma tritt aus der jeweiligen zweiten Öffnung aus. In a further embodiment, the system has a plurality of discharge spaces, each discharge space having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space, each discharge space having an associated second opening through which the plasma from the respective discharge space can emerge. Each discharge space is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space, so that a plasma can be generated in each discharge space independently of the other discharge spaces. The plasma exiting through the assigned second opening is controlled by a flow controller of the system assigned to the respective discharge space, each flow controller being designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge space from a working gas source into the respective discharge space. Furthermore, the respective flow regulator is designed to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space, so that no plasma emerges from the associated second opening in the respective discharge space even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space. In the second state, the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
In einer weiteren Ausführungsform weist das System eine Vielzahl an Entladungsräumen auf, wobei jeder Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen eine jeweilige erste Öffnung aufweist, durch die ein Arbeitsgas in den jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen einleitbar ist. Jeder Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen weist eine zugeordnete zweite Öffnung auf, durch die das Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen austreten kann. Weiterhin ist jedem Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zumindest eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeordnet. In jedem Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ist unabhängig von den anderen Entladungsräumen der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasma erzeugbar ist, wobei das durch die zugeordnete zweite Öffnung austretende Plasma durch einen dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeordneten Durchströmregler einer Vielzahl an Durchströmreglern des Systems gesteuert wird. Jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom des Arbeitsgases durch die jeweilige erste Öffnung des jeweiligen Entladungsraumes der Vielzahl an Entladungsräumen von einer Arbeitsgasquelle in den jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen einzustellen, wobei der jeweilige Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern weiterhin dazu ausgebildet ist, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen. Im ersten Zustand wird kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt, so dass im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen kein Plasma aus der zugeordneten zweiten Öffnung austritt. Im zweiten Zustand wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt und dort ein Plasma erzeugt, und das Plasma tritt aus der jeweiligen zweiten Öffnung aus. In a further embodiment, the system has a multiplicity of discharge spaces, each discharge space of the multiplicity of discharge spaces having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces. Each discharge space of the plurality of discharge spaces has an associated second opening through which the plasma can exit from the respective discharge space of the plurality of discharge spaces. Furthermore, each discharge space of the plurality of discharge spaces is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces. In each discharge space of the multiplicity of discharge spaces, a plasma can be generated independently of the other discharge spaces of the multiplicity of discharge spaces, the plasma exiting through the associated second opening being controlled by a flow regulator of a multiplicity of flow regulators of the system associated with the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces . Each flow regulator of the plurality of flow regulators is designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers from a working gas source into the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers, the respective flow regulator of the plurality of flow regulators also being designed to do so is to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, so that in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the associated second opening. In the second state, the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
Jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) ist zumindest eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) zugeordnet ist, insbesondere wobei an jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) zumindest eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) angeordnet ist, so dass in jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) unabhängig von den anderen Entladungsräumen (der Vielzahl an Entladungsräumen) ein Plasma erzeugbar ist. Each discharge space (the plurality of discharge spaces) is assigned at least one high-voltage electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), in particular with at least one high-voltage electrode in each discharge space (the plurality of discharge spaces) for generating a electromagnetic field for generating a plasma is arranged in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), so that a plasma can be generated in each discharge space (the plurality of discharge spaces) independently of the other discharge spaces (the plurality of discharge spaces).
Die Hochspannungselektroden können insbesondere miteinander kurzgeschaltet sein. In einer Ausführungsform sind die Entladungsräume der Vielzahl an Entladungsräumen identisch ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform unterscheidet sich zumindest ein Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen von den übrigen Entladungsräumen.The high-voltage electrodes can in particular be short-circuited with one another. In one embodiment, the discharge spaces of the plurality of discharge spaces are formed identically. In an alternative embodiment, at least one discharge space of the plurality of discharge spaces differs from the other discharge spaces.
Ein Vorteil an einem System mit einer Vielzahl an Entladungsräumen ist, dass eine größere Fläche, beispielsweise eine Oberfläche eines Objektes, mit Plasma behandelt werden kann, ohne dass das System und/oder das zu behandelnde Objekt bewegt werden muss. One advantage of a system with a large number of discharge spaces is that a larger area, for example a surface of an object, can be treated with plasma without the system and / or the object to be treated having to be moved.
Ein derartiges System kann für eine großflächige Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, insbesondere für eine thermisch sensible Oberflächenbehandlung. Such a system can be used for a large surface treatment, in particular for a thermally sensitive surface treatment.
Jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern kann elektrisch oder elektronisch gesteuert werden. Durch die Steuerung eines zugeordneten Durchströmreglers wird der Arbeitsgasvolumenstrom im jeweiligen Entladungsraum gesteuert und damit das Plasma, insbesondere ob Plasma in Form eines Plasmastrahls aus dem jeweiligen Entladungsraum austritt oder nicht. Das heißt, dass durch die elektrische oder elektronische Steuerung des jeweiligen Durchströmreglers eine fluiddynamische Steuerung des Plasmas, insbesondere des Plasmastrahls, erfolgt. Each flow regulator of the multitude of flow regulators can be controlled electrically or electronically. By controlling an assigned flow regulator, the working gas volume flow in the respective discharge space is controlled, and thus the plasma, in particular whether or not the plasma emerges from the respective discharge space in the form of a plasma jet. This means that the electrical or electronic control of the respective flow regulator results in a fluid dynamic control of the plasma, in particular the plasma jet.
Dies reduziert die technische Komplexität der Steuerung des Plasmas in einem System, das eine Vielzahl an Entladungsräumen aufweist. Ein einwandfreier Betrieb des Systems wird auf einfache Weise ermöglicht. This reduces the technical complexity of controlling the plasma in a system that has a large number of discharge spaces. Perfect operation of the system is made possible in a simple manner.
Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass jedem Entladungsraum zumindest eine Masseelektrode zugeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die zumindest eine Hochspannungselektrode und die zumindest eine Masseelektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum eingerichtet. Das System ist dabei insbesondere dazu eingereicht, das Plasma insbesondere in dem Volumenstrom des Arbeitsgases unmittelbar durch das elektromagnetische Feld der Hochspannungselektrode zu zünden. One embodiment is characterized in that at least one ground electrode is assigned to each discharge space. In one embodiment, the at least one high-voltage electrode and the at least one ground electrode are set up to generate an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space. The system is designed in particular to ignite the plasma, in particular in the volume flow of the working gas, directly by the electromagnetic field of the high-voltage electrode.
In einer Ausführungsform weist das System eine Vielzahl an Entladungsräumen auf, wobei jeder Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen eine jeweilige erste Öffnung aufweist, durch die ein Arbeitsgas in den jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen einleitbar ist. Jeder Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen weist eine zugeordnete zweite Öffnung auf, durch die das Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen austreten kann. Weiterhin ist jedem Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zumindest eine Hochspannungselektrode und zumindest eine Masseelektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeordnet. In jedem Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ist unabhängig von den anderen Entladungsräumen der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasma erzeugbar ist, wobei das durch die zugeordnete zweite Öffnung austretende Plasma durch einen dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeordneten Durchströmregler einer Vielzahl an Durchströmreglern des Systems gesteuert wird. Jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom des Arbeitsgases durch die jeweilige erste Öffnung des jeweiligen Entladungsraumes der Vielzahl an Entladungsräumen von einer Arbeitsgasquelle in den jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen einzustellen, wobei der jeweilige Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern weiterhin dazu ausgebildet ist, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen. Im ersten Zustand wird kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt, so dass im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen kein Plasma aus der zugeordneten zweiten Öffnung austritt. Im zweiten Zustand wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt und dort ein Plasma erzeugt, und das Plasma tritt aus der jeweiligen zweiten Öffnung aus. In one embodiment, the system has a multiplicity of discharge spaces, each discharge space of the multiplicity of discharge spaces having a respective first opening through which a working gas can be introduced into the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces. Each discharge space of the multiplicity of discharge spaces has an associated second opening through which the plasma can exit from the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces. Furthermore, each discharge space of the plurality of discharge spaces is assigned at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces. In each discharge space the plurality of discharge spaces is independent of a plasma can be generated in the other discharge spaces of the multiplicity of discharge spaces, the plasma exiting through the associated second opening being controlled by a flow controller of a multiplicity of flow controllers of the system associated with the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces. Each flow regulator of the plurality of flow regulators is designed to set a volume flow of the working gas through the respective first opening of the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers from a working gas source into the respective discharge chamber of the plurality of discharge chambers, the respective flow regulator of the plurality of flow regulators also being designed to do so is to assume at least a first state and a second state. In the first state, no working gas is fed from the working gas source to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, so that in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, even when an electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the associated second opening. In the second state, the working gas is supplied from the working gas source to the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and a plasma is generated there, and the plasma emerges from the respective second opening.
Jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) ist zumindest eine Hochspannungselektrode und zumindest eine Masseelektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) zugeordnet ist, insbesondere wobei an jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) zumindest eine Hochspannungselektrode und zumindest eine Masseelektrode zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas im jeweiligen Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) angeordnet ist, so dass in jedem Entladungsraum (der Vielzahl an Entladungsräumen) unabhängig von den anderen Entladungsräumen (der Vielzahl an Entladungsräumen) ein Plasma erzeugbar ist. Each discharge space (the multiplicity of discharge spaces) is assigned at least one high-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma in the respective discharge space (the multiplicity of discharge spaces), in particular with at least one at each discharge space (the multiplicity of discharge spaces) High-voltage electrode and at least one ground electrode for generating an electromagnetic field for generating a plasma is arranged in the respective discharge space (the plurality of discharge spaces), so that in each discharge space (the plurality of discharge spaces) independently of the other discharge spaces (the plurality of discharge spaces) a plasma can be generated.
In einer Ausführungsform weist das System ein automatisches Kontrollsystem auf. Das automatische Kontrollsystem ist dazu ausgebildet, die Vielzahl der Durchströmregler des Systems unabhängig voneinander zu steuern, so dass die Durchströmregler unabhängig voneinander mindestens den ersten Zustand oder den zweiten Zustand einnehmen können, so dass Plasma nur in einem ausgewählten Entladungsraum erzeugt wird und nur aus der zweiten Öffnung des ausgewählten Entladungsraumes austritt. Das automatische Kontrollsystem kann jeden Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern einzeln steuern. Das bedeutet, dass jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern unabhängig von den übrigen Durchströmreglern steuerbar ist. In one embodiment the system has an automatic control system. The automatic control system is designed to control the plurality of flow regulators of the system independently of one another, so that the flow regulators can assume at least the first state or the second state independently of one another, so that plasma is only generated in a selected discharge space and only from the second Opening of the selected discharge space exits. The automatic control system can control each flow regulator of the multitude of flow regulators individually. This means that each flow regulator of the large number of flow regulators can be controlled independently of the other flow regulators.
In einer Ausführungsform ist das automatische Kontrollsystem dazu ausgebildet, jeden Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern einzeln zu regeln, so dass jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern unabhängig von den übrigen Durchströmreglern regelbar ist. In one embodiment, the automatic control system is designed to individually regulate each flow regulator of the plurality of flow regulators, so that each flow regulator of the plurality of flow regulators can be regulated independently of the other flow regulators.
In einer Ausführungsform ist das automatische Kontrollsystem derart eingerichtet, dass jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern so gesteuert wird, dass der Plasmastrahl des jeweiligen zugeordneten Entladungsraumes ein ausgewähltes zeitliches Muster zeigt, d. h. eine ausgewählte Abfolge Phasen, in denen ein Plasmastrahl aus dem jeweiligen zugeordneten Entladungsraum austritt und anderen Phasen, in denen kein Plasmastrahl austritt. In one embodiment, the automatic control system is set up in such a way that each flow regulator of the plurality of flow regulators is controlled in such a way that the plasma jet of the respective associated discharge space shows a selected time pattern, i. H. a selected sequence of phases in which a plasma jet emerges from the respective assigned discharge space and other phases in which no plasma jet emerges.
Gemäß einer Ausführungsform ist das automatische Kontrollsystem dazu ausgebildet, die Durchströmregler der Vielzahl der Durchströmregler des Systems unabhängig voneinanderzu steuern, so dass ein ausgewählter Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern für einen ersten Zeitraum den zweiten Zustand einnimmt und alle anderen Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern den ersten Zustand einnehmen und nach dem ersten Zeitraum der ausgewählte Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern den ersten Zustand einnimmt und ein anderer ausgewählter Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern für einen zweiten Zeitraum den zweiten Zustand einnimmt, wobei der erste und der zweite Zeitraum aufeinander folgen oder zeitweise überlappen. According to one embodiment, the automatic control system is designed to control the flow regulators of the plurality of flow regulators of the system independently of one another, so that a selected flow regulator of the plurality of flow regulators assumes the second state for a first period and all other flow regulators of the plurality of flow regulators assumes the first state and after the first period of time the selected flow controller of the plurality of flow controllers assumes the first state and another selected flow controller of the plurality of flow controllers assumes the second state for a second period of time, the first and the second period of time following one another or at times overlapping.
Das automatische Kontrollsystem kann steuern, aus welchem ausgewählten Entladungsraum ein Plasmastrahl austritt. Insbesondere ist das automatische Kontrollsystem dazu ausgebildet, dass zu jedem Zeitpunkt aus einem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasmastrahl austritt. The automatic control system can control from which selected discharge space a plasma jet emerges. In particular, the automatic control system is designed so that a plasma jet emerges from a selected discharge space of the plurality of discharge spaces at any point in time.
In einer Ausführungsform ist das automatische Kontrollsystem dazu eingerichtet, die Durchströmregler der Vielzahl der Durchströmregler derart zu steuern, dass der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum ohne Unterbrechung aufeinander folgen. Mit anderen Worten bedeutet das, dass in einer Ausführungsform das automatische Kontrollsystem dazu eingerichtet, die Durchströmregler der Vielzahl der Durchströmregler derart zu steuern, dass zu jedem Zeitpunkt aus genau einem Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasmastrahl austritt. In one embodiment, the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that the first time period and the second time period follow one another without interruption. In other words, this means that in one embodiment the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that a plasma jet emerges from exactly one discharge space of the multiplicity of discharge spaces at any point in time.
In einer alternativen Ausführungsform ist das automatische Kontrollsystem dazu eingerichtet, die Durchströmregler der Vielzahl der Durchströmregler derart zu steuern, dass sich der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum zeitweise überlappen, wobei insbesondere der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum nicht vollständig überlagert sind. Das bedeutet, dass in einer Ausführungsform das System dazu eingerichtet ist, dass in dem Überlappungszeitraum des ersten und des zweiten Zeitraumes, jeweils ein Plasmastrahl aus den zwei Entladungsräumen (denen der Durchströmregler und der andere Durchströmregler zugeordnet sind) austritt. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Überlappungszeitraum kurz ist, insbesondere kürzer als 1s ist. In an alternative embodiment, the automatic control system is set up to control the flow regulators of the plurality of flow regulators in such a way that the first Period of time and the second period of time overlap temporarily, in particular the first period of time and the second period of time not being completely superimposed. This means that, in one embodiment, the system is set up so that in the overlapping period of the first and the second period, a plasma jet emerges from the two discharge spaces (to which the flow regulator and the other flow regulator are assigned). One embodiment provides that the overlap period is short, in particular shorter than 1 s.
In einer Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, dass jeder Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen an eine gemeinsame Arbeitsgasquelle anschließbar oder angeschlossen ist. In one embodiment, the system is designed so that each discharge space of the plurality of discharge spaces can be or is connected to a common working gas source.
In jedem Entladungsraum können die gleichen reaktiven Spezies entstehen. The same reactive species can arise in each discharge space.
Diese Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, wenn das System für eine großflächige Behandlung mit einem Plasma eingesetzt wird, wobei über die gesamte Fläche die gleichen Spezies wirken sollen. This embodiment is particularly advantageous if the system is used for a large-area treatment with a plasma, with the same species acting over the entire area.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest ein Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern eine Mischanordnung auf, mit der ein weiteres Gas mit dem Arbeitsgas gemischt wird, so dass ein resultierendes Gasgemisch in den jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen eingeleitet werden kann. Das bedeutet, dass ortsaufgelöst, z. B. in einen Entladungsraum, der an einer ausgewählten Position in Relation zu den übrigen Entladungsräumen des Systems angeordnet ist, dosiert ein weiteres Gas dem Arbeitsgas zugemischt werden kann. Damit kann ortsaufgelöst, z. B. in einem ausgewählten lokalen Bereich, die Wirksamkeit des Plasmas auf bestimmte Anforderungen angepasst werden kann, beispielsweise bei der Behandlung von großen Wundflächen. According to a further embodiment, at least one flow regulator of the plurality of flow regulators has a mixing arrangement with which a further gas is mixed with the working gas so that a resulting gas mixture can be introduced into the respective discharge space of the plurality of discharge spaces. This means that spatially resolved, e.g. B. in a discharge space, which is arranged at a selected position in relation to the other discharge spaces of the system, a further gas can be added to the working gas in a metered manner. This can be spatially resolved, e.g. B. in a selected local area, the effectiveness of the plasma can be adapted to specific requirements, for example when treating large wound areas.
In einer weiteren Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, dass zumindest ein Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen an eine eigene Arbeitsgasquelle anschließbar oder angeschlossen ist. In a further embodiment, the system is designed so that at least one discharge space of the plurality of discharge spaces can be or is connected to its own working gas source.
In dem mindestens einen Entladungsraum kann eine reaktive Spezies entstehen, die sich von einer reaktiven Spezies unterscheidet, die in den anderen Entladungsräumen entstehen kann.In the at least one discharge space, a reactive species can arise that differs from a reactive species that can arise in the other discharge spaces.
Diese Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, wenn das System für eine großflächige Behandlung mit einem Plasma eingesetzt wird, wobei die Fläche zumindest eine Teilfläche aufweist, auf die zumindest eine Spezies wirken soll, die sich von einer reaktiven Spezies unterscheidet, die in den übrigen Entladungsräumen entsteht. Mit anderen Worten bedeutet das, dass für die Behandlung der zumindest einen Teilfläche die Wrksamkeit des Plasmas auf Anforderungen angepasst werden kann. Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen in die gleiche Richtung weisen. This embodiment is particularly advantageous when the system is used for a large-area treatment with a plasma, the area having at least one partial area on which at least one species is to act that differs from a reactive species that arises in the other discharge spaces . In other words, this means that the effectiveness of the plasma can be adapted to requirements for the treatment of the at least one partial area. One embodiment is characterized in that the second openings of the plurality of discharge spaces point in the same direction.
Insbesondere weisen die Flächennormalen der zweiten Öffnungen in die gleiche Richtung.In particular, the surface normals of the second openings point in the same direction.
Ein Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass mit einem solchen System auf eine Fläche Plasmastrahlen gerichtet werden können. One advantage of such an arrangement is that plasma jets can be directed onto a surface with such a system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen derart positioniert oder positionierbar, dass sie einem zentralen Bereich zugewandt sind. According to a further embodiment, the second openings of the plurality of discharge spaces are positioned or positionable in such a way that they face a central region.
Insbesondere sind die Flächennormalen der zweiten Öffnungen einem zentralen Bereich zugewandt. In particular, the surface normals of the second openings face a central area.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen in Richtung eines gemeinsamen Volumens ausgerichtet. In one embodiment, the second openings of the plurality of discharge spaces are oriented in the direction of a common volume.
Mit einem derartigen System können Plasmastrahlen aus einer Vielzahl an Richtungen auf die Oberfläche eines Objektes gerichtet werden. With such a system, plasma jets can be directed onto the surface of an object from a variety of directions.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. In one embodiment, the second openings of the plurality of discharge spaces are arranged in a common plane.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die zweiten Öffnungen der Vielzahl an Entladungsräumen eine Fläche von mindestens 10 cm2, insbesondere mindestens 50 cm2, insbesondere mindestens 100 cm2 überdecken. In one embodiment, the second openings of the plurality of discharge spaces are arranged in a common plane, the second openings of the plurality of discharge spaces covering an area of at least 10 cm 2 , in particular at least 50 cm 2 , in particular at least 100 cm 2 .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das System mindestens 2 Entladungsräume, insbesondere mindestens 5 Entladungsräume, insbesondere mindestens 10 Entladungsräume, insbesondere mindestens 20 Entladungsräume auf. According to a further embodiment, the system has at least 2 discharge spaces, in particular at least 5 discharge spaces, in particular at least 10 discharge spaces, in particular at least 20 discharge spaces.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eineAccording to a further embodiment of the invention, the at least one is
Durchströmregler kontinuierlich regelbar, so dass der Volumenstrom durch jeden Entladungsraum kontinuierlich und individuell einstellbar ist. Flow regulator continuously adjustable so that the volume flow through each discharge space can be continuously and individually adjusted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eineAccording to a further embodiment of the invention, the at least one is
Durchströmregler ein Proportionalventil. Flow regulator a proportional valve.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das System dazu eingerichtet, den Volumenstrom des Arbeitsgases in jedem Entladungsraummittels des Durchströmreglers zu modulieren, wobei die Modulation des Volumenstroms mehr als zwei Modulationszustände aufweist, insbesondere wobei die Modulation des Volumenstroms kontinuierlich einstellbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jeder Durchströmregler dazu eingerichtet, eine Regelzeit zwischen 0.1ms und 1s aufzuweisen, so dass der Volumenstrom mit einer entsprechenden Zeitauflösung moduliert werden kann. According to a further embodiment of the invention, the system is set up to modulate the volume flow of the working gas in each discharge space by means of the flow regulator, the modulation of the volume flow having more than two modulation states, in particular the modulation of the volume flow being continuously adjustable. According to a further embodiment of the invention, each flow regulator is set up to have a control time between 0.1 ms and 1 s, so that the volume flow can be modulated with a corresponding time resolution.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das System für jeden Entladungsraum mindestens einen zugeordneten Sensor auf, der ein Plasmaparameter erfasst und der dazu eingerichtet ist, ein für den Plasmaparameter indikatives Sensorsignal auszugeben, wobei das System dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Durchströmregler anhand des Sensorsignals so zu regeln, dass sich ein zu erzielender Plasmaparameter für den jeweils zugeordneten Entladungsraum einstellt. According to a further embodiment of the invention, the system has at least one associated sensor for each discharge space which detects a plasma parameter and which is set up to output a sensor signal indicative of the plasma parameter, the system being set up to control the at least one flow controller based on the sensor signal to be regulated in such a way that a plasma parameter to be achieved is set for the respectively assigned discharge space.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform der Erfindung weist das System pro Entladungsraum genau eine Hochspannungselektrode und nicht mehr als zwei Masseelektroden auf. According to a further embodiment of the invention, the system has exactly one high-voltage electrode and no more than two ground electrodes per discharge space.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das System dazu eingerichtet, ein kapazitiv-gekoppeltes, ein induktiv-gekoppeltes und/oder ein Mikrowelleninduziertes Plasma in dem durch die erste Öffnung zugeführten Volumenstrom des Arbeitsgases zu erzeugen.According to a further embodiment of the invention, the system is set up to generate a capacitively-coupled, an inductively-coupled and / or a microwave-induced plasma in the volume flow of the working gas supplied through the first opening.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jeder Entladungsraum genau zwei Öffnungen auf - die erste und die zweite Öffnung. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems. Dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: According to a further embodiment of the invention, each discharge space has exactly two openings - the first and the second opening. Another aspect of the invention relates to a method for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma using a system according to the invention. The process has the following steps:
- Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes im Entladungsraum, - Generation of an electromagnetic field in the discharge space,
- Einstellen des Durchströmreglers in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt wird, so dass im Entladungsraum auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im Entladungsraum kein Plasma aus dem Entladungsraum austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem Entladungsraum zugeführt wird, im Entladungsraum ein Plasma erzeugt wird und das Plasma aus der zweiten Öffnung austritt.- Setting the flow regulator in a first state or a second state, wherein in the first state no working gas is supplied from the working gas source to the discharge space, so that in the discharge space even when an electromagnetic field is generated in the discharge space, no plasma escapes from the discharge space, and in the second state the working gas from the working gas source is supplied to the discharge space, a plasma is generated in the discharge space and the plasma emerges from the second opening.
In einer Ausführungsform wird das Plasma reguliert. In one embodiment, the plasma is regulated.
Eine Ausführungsform des Verfahrens weist die folgenden Schritte auf: - Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in jedem Entladungsraum der Vielzahl anOne embodiment of the method has the following steps: Generation of an electromagnetic field in each discharge space of the plurality
Entladungsräumen, Discharge spaces,
- Einstellen eines jeden Durchströmreglers der Vielzahl an Durchströmreglern in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt wird, so dass im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen kein Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle dem jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt wird, im jeweiligen Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasma erzeugt wird und das Plasma aus der zugeordneten zweiten Öffnung austritt. - Setting each flow regulator of the plurality of flow regulators in a first state or a second state, wherein in the first state no working gas from the working gas source is in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces is supplied so that in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces, even when the electromagnetic field is generated in the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces, no plasma escapes from the respective discharge space, and in the second state the working gas from the working gas source is supplied to the respective discharge space of the multiplicity of discharge spaces is, a plasma is generated in the respective discharge space of the plurality of discharge spaces and the plasma emerges from the associated second opening.
In einer Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Arbeitsgases, das dem Entladungsraum oder einem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen zugeführt wird, moduliert wird, um eine Modulation des Plasmas zu erzeugen, während ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld im Entladungsraum oder dem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen erzeugt wird. In one embodiment, the method is characterized in that the volume flow of the working gas that is supplied to the discharge space or a selected discharge space of the plurality of discharge spaces is modulated in order to generate a modulation of the plasma, while a continuous electromagnetic field in the discharge space or the selected Discharge space of the plurality of discharge spaces is generated.
Nach einer Ausführungsform wird ein Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern gesteuert wird, so dass dieser für einen ersten Zeitraum den zweiten Zustand einnimmt und alle anderen Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern so gesteuert sind, dass diese den ersten Zustand einnehmen und nach dem ersten Zeitraum der Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern in den ersten Zustand überführt wird und ein anderer Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern in den zweiten Zustand anschließend an den ersten Zeitraum oder überlappend mit dem ersten Zeitraum überführt wird und diesen für einen zweiten Zeitraum einnimmt, während die restlichen anderen Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern im ersten Zustand verbleiben. According to one embodiment, a flow regulator of the plurality of flow regulators is controlled so that it assumes the second state for a first period of time and all other flow regulators of the plurality of flow regulators are controlled in such a way that they assume the first state and, after the first period of time, the flow regulator of the A plurality of flow regulators is transferred to the first state and another flow regulator of the plurality of flow regulators is transferred to the second state following the first period of time or overlapping with the first period and occupies this for a second period of time, while the remaining other flow regulators of the plurality continue Flow regulators remain in the first state.
Das bedeutet, dass ein Plasmastrahl aus einem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen austritt, während aus den anderen Entladungsräumen kein Plasmastrahl austritt. This means that a plasma jet emerges from a selected discharge space of the multiplicity of discharge spaces, while no plasma jet emerges from the other discharge spaces.
Die Vielzahl der Durchströmregler kann so gesteuert werden, dass unterschiedliche ausgewählte Durchströmregler nacheinander vom jeweiligen ersten Zustand in den jeweiligen zweiten Zustand übergehen. Das bedeutet, dass nacheinander Plasmastrahlen aus unterschiedlichen ausgewählten Entladungsräumen austreten können, wobei insbesondere zur gleichen Zeit nur aus einem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl an Entladungsräumen ein Plasmastrahl austritt. The plurality of flow regulators can be controlled in such a way that different selected flow regulators pass one after the other from the respective first state to the respective second state. This means that plasma jets can emerge one after the other from different selected discharge spaces, in particular a plasma jet emerging from only one selected discharge space of the plurality of discharge spaces at the same time.
Gemäß einer Ausführungsform steuert das automatische Kontrollsystem die Vielzahl an Durchströmreglern, so dass jeder Durchströmregler der Vielzahl an Durchströmreglern unabhängig von den anderen Durchströmreglern der Vielzahl an Durchströmreglern in einer ausgewählten Reihenfolge zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand und/oder zwischen dem zweiten Zustand und dem ersten Zustand wechselt. According to one embodiment, the automatic control system controls the plurality of flow regulators, so that each flow regulator of the plurality of flow regulators is independent of the other flow regulators of the plurality of flow regulators in one selected sequence changes between the first state and the second state and / or between the second state and the first state.
Jeder Durchströmreglerder Vielzahl an Durchströmreglern kann unabhängig von den anderen Durchströmreglern gesteuert werden. Insbesondere kann jeder Durchströmregler der Vielzahl unabhängig von den übrigen Durchströmreglern so gesteuert werden, dass ein Plasmastrahl aus dem jeweiligen Entladungsraum austritt (zweiter Zustand) oder kein Plasmastrahl austritt (erster Zustand). Das automatische Kontrollsystem kann die Vielzahl der Durchströmregler dabei derart steuern, dass zu jedem Zeitpunkt nur aus einem ausgewählten Entladungsraum der Vielzahl der Entladungsräume ein Plasmajet austritt. Each flow regulator of the plurality of flow regulators can be controlled independently of the other flow regulators. In particular, each flow regulator of the plurality can be controlled independently of the other flow regulators in such a way that a plasma jet emerges from the respective discharge space (second state) or no plasma jet emerges (first state). The automatic control system can control the large number of flow regulators in such a way that at any point in time a plasma jet emerges from only one selected discharge space of the large number of discharge spaces.
Mittels eines erfindungsgemäßen Systems kann auf einfache Weise ein Plasmastrahl gesteuert werden. Eine Ausführungsform des Systems ist dazu eingerichtet, dass eine Vielzahl an Plasmastrahlen koordiniert gesteuert und/oder geregelt werden. Die elektrische und/oder die elektronische Komplexität des Systems ist vorteilhaft gegenüber einem System des Standes der Technik reduziert. Die Gesamtkomplexität des erfindungsgemäßen Systems ist reduziert. Dies verringert die Produktionskosten eines derartigen Systems und ist somit ökonomisch von Vorteil. A plasma jet can be controlled in a simple manner by means of a system according to the invention. One embodiment of the system is set up so that a large number of plasma jets are controlled and / or regulated in a coordinated manner. The electrical and / or electronic complexity of the system is advantageously reduced compared to a system of the prior art. The overall complexity of the system according to the invention is reduced. This reduces the production costs of such a system and is therefore economically advantageous.
Im Folgenden werden Ausführungsformen sowie Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: In the following, embodiments as well as features and advantages of the invention are explained with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems mit einem Entladungsraum, in dem der Durchströmregler den ersten Zustand einnimmt, 1 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention with a discharge space in which the flow regulator assumes the first state,
Fig. 2 das System aus Fig. 1 , in dem der Durchströmregler den zweiten Zustand einnimmt, FIG. 2 shows the system from FIG. 1, in which the flow regulator assumes the second state,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit3 shows a schematic representation of a system according to the invention
Durchströmregler im zweiten Zustand, Flow regulator in the second state,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Systems, in dem der Durchströmregler den ersten Zustand einnimmt, 4 shows a schematic representation of a system in which the flow regulator assumes the first state,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, in dem der Durchströmregler im ersten Zustand gezeigt ist, 5 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention in which the flow regulator is shown in the first state,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, in dem derFig. 6 is a schematic representation of a system according to the invention in which the
Durchströmregler den ersten Zustand einnimmt, Fig. 7a) - 7f) unterschiedliche Ansichten eines Handgerätes eines Systems mit einer Vielzahl an Entladungsräumen, Flow controller assumes the first state, 7a) -7f) different views of a hand-held device of a system with a large number of discharge spaces,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsferm eines erfindungsgemäßen Systems mit drei Entladungsräumen, deren zugeordnete Durchströmregler den ersten Zustand einnehmen, 8 shows a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention with three discharge spaces, the associated flow regulators of which assume the first state,
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Systems aus Fig. 8, wobei einFIG. 9 shows a schematic representation of the system from FIG. 8, with a
Durchströmregler den zweiten Zustand einnimmt, Flow controller assumes the second state,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit zwei Entladungsräumen, wobei ein Durchströmregler den ersten Zustand und ein Durchströmregler den zweiten Zustand einnimmt, wobei das System eine Arbeitsgasquelle aufweist, 10 shows a schematic representation of a system according to the invention with two discharge chambers, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state, the system having a working gas source,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei Entladungsräumen, wobei ein Durchströmregler den ersten Zustand und ein Durchströmregler den zweiten Zustand einnimmt, wobei das System zwei Arbeitsgasquellen aufweist,11 shows a schematic representation of a system with two discharge chambers, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state, the system having two working gas sources,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Mischanordnung und zwei Entladungsräumen, wobei ein Durchströmregler den ersten Zustand und ein Durchströmregler den zweiten Zustand einnimmt,12 shows a schematic representation of a system according to the invention with a mixing arrangement and two discharge spaces, a flow regulator being in the first state and a flow regulator being in the second state,
Fig. 13 eine frontale Ansicht eines Systems mit einer Vielzahl an Entladungsräumen, deren zweite Öffnungen einem zentralen Bereich zugewandt sind,13 shows a front view of a system with a plurality of discharge spaces, the second openings of which face a central area,
Fig. 14 einen Querschnitt des Systems aus Fig. 13, und 14 shows a cross section of the system from FIG. 13, and
Fig. 15 eine frontale Ansicht eines Systems mit einer Vielzahl an Entladungsräumen, deren zweite Öffnungen einem zentralen Bereich zugewandt sind. 15 shows a front view of a system with a plurality of discharge spaces, the second openings of which face a central area.
Fiqurenbeschreibunq Fiqurenbeschreibunq
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein System 1 zur Erzeugung und Steuerung eines nicht thermischen Atmcsphärendruckplasmas (Plasma) mit einem Entladungsraum 10 und einem Durchströmregler 40, wcbei der Durchströmregler40 einen ersten Zustand (Fig. 1) bzw. einen zweiten Zustand (Fig. 2) einnimmt. In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsferm illustriert, wcbei der Zustand gezeigt ist, in dem sich der Durchströmregler 40 im zweiten Zustand befindet. Die Figuren 4 - 6 zeigen weitere Ausführungsfermen, in denen die jeweiligen Durchströmregler den ersten Zustand einnehmen, sc dass kein Plasmastrahl austritt. Der Entladungsraum 10 weist eine erste Öffnung 12 und eine zweite Öffnung 14 auf. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Entladungsraum 10 von einem Dielektrikum 30 begrenzt (Fig. 1 , Fig. 2, Fig. 3). Das Dielektrikum 30 kann in Form eines Zylindermantels ausgebildet sein. Figures 1 and 2 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma (plasma) with a discharge space 10 and a flow controller 40, where the flow controller 40 has a first state (FIG. 1) and a second state (FIG. 2) occupies. FIG. 3 illustrates a further embodiment, which shows the state in which the flow regulator 40 is in the second state. FIGS. 4-6 show further embodiments in which the respective flow regulators assume the first state, so that no plasma jet emerges. The discharge space 10 has a first opening 12 and a second opening 14. In one embodiment according to the invention, the discharge space 10 is delimited by a dielectric 30 (FIGS. 1, 2, 3). The dielectric 30 can be designed in the form of a cylinder jacket.
Der Entladungsraum 10 erstreckt sich entlang einer Längsachse A. In der gezeigten Ausführungsform liegt die erste Öffnung 12 der zweiten Öffnung 14 gegenüber. The discharge space 10 extends along a longitudinal axis A. In the embodiment shown, the first opening 12 lies opposite the second opening 14.
Das gezeigte System 1 weist eine Hochspannungselektrode 20 auf, die innerhalb des Entladungsraumes 10 angeordnet ist (Fig. 1 - Fig. 4). Eine Masseelektrode 22 ist außerhalb des Entladungsraumes 10 am Dielektrikum 30 angeordnet, wobei die Masseelektrode 22 nahe der zweiten Öffnung 14 angeordnet ist (Fig. 1 - Fig. 4). Mithilfe der Hochspannungselektrode 20 und der Masseelektrode 22 wird bei angelegter Spannung im Entladungsraum 10 ein elektromagnetisches Feld erzeugt (Fig. 1 - Fig. 4). The system 1 shown has a high-voltage electrode 20 which is arranged within the discharge space 10 (FIGS. 1-4). A ground electrode 22 is arranged outside the discharge space 10 on the dielectric 30, the ground electrode 22 being arranged near the second opening 14 (FIGS. 1-4). With the aid of the high-voltage electrode 20 and the ground electrode 22, when a voltage is applied, an electromagnetic field is generated in the discharge space 10 (FIGS. 1-4).
In einer Ausführungsform ist die Hochspannungselektrode 20 und die Masseelektrode 22 außerhalb des Entladungsraumes 10 am Dielektrikum 30 angeordnet (Fig. 5). In one embodiment, the high-voltage electrode 20 and the ground electrode 22 are arranged outside the discharge space 10 on the dielectric 30 (FIG. 5).
Das System 1 kann einen Mikrowellengenerator 202 und einen Mikrowellenresonator 200 aufweisen (Fig. 6). The system 1 can have a microwave generator 202 and a microwave resonator 200 (FIG. 6).
Der Entladungsraum 10 kann mittels eines Leitungselementes 52, insbesondere mittels eines Gasleitungselementes, mit einer Arbeitsgasquelle 50 verbunden sein. Das Leitungselement 52 kann einerseits mit dem Entladungsraum 10 und andererseits mit der Arbeitsgasquelle 50 strömungstechnisch verbunden sein (Fig. 1 , Fig. 2, Fig. 5, Fig. 6). Insbesondere ist das Leitungselement 52 so angeordnet, dass ein Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle 50 durch das Leitungselement 52 durch die erste Öffnung 12 in den Entladungsraum 10 eingeleitet werden kann. In einer Ausführungsform ist die Arbeitsgasquelle 50 mithilfe eines Leitungselementes 52 mit dem Durchströmregler 40 und weiterhin der Durchströmregler 40 mittels eines weiteren Leitungselementes 52 mit dem Entladungsraum 10 verbunden (Fig. 3, Fig. 4). The discharge space 10 can be connected to a working gas source 50 by means of a line element 52, in particular by means of a gas line element. The line element 52 can be fluidically connected on the one hand to the discharge space 10 and on the other hand to the working gas source 50 (FIGS. 1, 2, 5, 6). In particular, the line element 52 is arranged such that a working gas can be introduced from the working gas source 50 through the line element 52 through the first opening 12 into the discharge space 10. In one embodiment, the working gas source 50 is connected to the flow regulator 40 by means of a line element 52 and the flow regulator 40 is also connected to the discharge space 10 by means of a further line element 52 (FIGS. 3, 4).
Mithilfe des Durchströmreglers 40 kann der Arbeitsgasvolumenstrom 60 im Entladungsraum 10 gesteuert werden. Im ersten Zustand ist der Durchströmregler 40 so angeordnet, dass kein Arbeitsgas durch die erste Öffnung 12 in den Entladungsraum 10 gelangt (Figs 1 , 4, 5, 6). Im zweiten Zustand kann Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle 50 durch die erste Öffnung 12 in den Entladungsraum 10 gelangen. Arbeitsgas strömt von der ersten Öffnung 12 durch den Entladungsraum 10 in Richtung der zweiten Öffnung 14 (Fig. 2, Fig. 3). Der Durchströmregler 40 kann ein Piezoventil sein (Fig. 4). Ein in Fig. 5 gezeigtes System 1 weist eine Mischanordnung 54 auf, wobei der Durchströmregler 40 die Mischanordnung 54 aufweist. Weiterhin weist das System 1 eine weitere Gasquelle 51 auf. Die weitere Gasquelle 51 kann mit der Mischanordnung 54 verbunden sein. Die Mischanordnung 54 ist insbesondere dazu eingerichtet, das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle 50 mit einem weiteren Gas aus der weiteren Gasquelle 51 zu mischen, so dass ein Gasgemisch entsteht. Der Durchströmregler ist dazu ausgebildet, dass das entstandene Gasgemisch dem Entladungsraum 10 zugeführt wird. The working gas volume flow 60 in the discharge space 10 can be controlled with the aid of the flow regulator 40. In the first state, the flow regulator 40 is arranged in such a way that no working gas passes through the first opening 12 into the discharge space 10 (FIGS. 1, 4, 5, 6). In the second state, working gas can pass from the working gas source 50 through the first opening 12 into the discharge space 10. Working gas flows from the first opening 12 through the discharge space 10 in the direction of the second opening 14 (FIGS. 2, 3). The flow regulator 40 can be a piezo valve (FIG. 4). A system 1 shown in FIG. 5 has a mixing arrangement 54, the flow regulator 40 having the mixing arrangement 54. The system 1 also has a further gas source 51. The further gas source 51 can be connected to the mixing arrangement 54. The mixing arrangement 54 is set up in particular to mix the working gas from the working gas source 50 with a further gas from the further gas source 51, so that a gas mixture is produced. The flow regulator is designed so that the resulting gas mixture is fed to the discharge space 10.
Bei einem im Entladungsraum 10 erzeugten elektromagnetischen Feld wird ein Plasma 5 im Entladungsraum 10 erzeugt und durch den Arbeitsgasvolumenstrom 60 in Form eines Plasmastrahls 6 durch die zweite Öffnung 14 aus dem Entladungsraum 10 hinausgestoßen (Fig. 2, Fig. 3). When an electromagnetic field is generated in the discharge space 10, a plasma 5 is generated in the discharge space 10 and pushed out of the discharge space 10 through the second opening 14 by the working gas volume flow 60 in the form of a plasma jet 6 (FIGS. 2, 3).
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Durchströmregler 40 mithilfe einer automatischen Steuereinheit 70 gesteuert (Figs 1, 2, 5, 6). Insbesondere ist mithilfe der automatischen Steuereinheit 70 der Zustand des Durchströmreglers 40 einstellbar, d. h. die automatische Steuereinheit 70 steuert den Durchströmregler 40 derart, dass sich dieser im ersten Zustand oder im zweiten Zustand befindet. Somit kann mittels der automatischen Steuereinheit 70 gesteuert werden, ob ein Plasmastrahl aus dem Entladungsraum austritt oder nicht. In one embodiment according to the invention, the flow regulator 40 is controlled with the aid of an automatic control unit 70 (FIGS. 1, 2, 5, 6). In particular, the state of the flow regulator 40 can be set with the aid of the automatic control unit 70, i. H. the automatic control unit 70 controls the flow regulator 40 such that it is in the first state or in the second state. It can thus be controlled by means of the automatic control unit 70 whether or not a plasma jet emerges from the discharge space.
Die Figuren 7 - 15 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Systems 1 zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas mit einer Vielzahl an Entladungsräumen. FIGS. 7-15 show embodiments according to the invention of a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with a large number of discharge spaces.
In Fig. 7 a) - f) ist eine Ausführungsform des Systems 1 in Form eines Handgerätes 120 in unterschiedlichen Perspektiven gezeigt. Das illustrierte Handgerät 120 kann manuell oder robotergestützt bedient werden. Die Figuren 7d) - f) zeigen das Handgerät 120 in einer Frontalansicht (d), einer seitlichen Ansicht (e) sowie einer perspektivischen Ansicht (f). Das gezeigte Handgerät 120 weist ein Gehäuse 122 auf. Das Handgerät weist einen Griff 140 sowie ein Kopfstück 130 auf. Das Kopfstück 130 kann eine Vielzahl an Aussparungen 132 aufweisen. In FIGS. 7 a) -f) an embodiment of the system 1 in the form of a hand-held device 120 is shown in different perspectives. The illustrated handheld device 120 can be operated manually or by means of a robot. FIGS. 7d) -f) show the hand-held device 120 in a front view (d), a side view (e) and a perspective view (f). The hand-held device 120 shown has a housing 122. The hand-held device has a handle 140 and a head piece 130. The head piece 130 can have a multiplicity of cutouts 132.
In den Figuren 7 a) - c) ist eine Anordnung von vier Entladungsräumen 10a, 10b, 10c, 10d in einer Frontalansicht (a), einem Querschnitt (b) sowie einer perspektivischen Ansicht (c) gezeigt. FIGS. 7 a) -c) show an arrangement of four discharge spaces 10a, 10b, 10c, 10d in a frontal view (a), a cross section (b) and a perspective view (c).
Die vier zweiten Öffnungen 14a, 14b, 14c, 14d sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Sie weisen in eine gemeinsame Richtung R. Die einzelnen Aussparungen 132 und die zweiten Öffnungen 14a, 14b, 14c, 14d können derart zueinander angeordnet sein, dass ein jeweiliger Plasmastrahl der jeweiligen zweiten Öffnung 14a, 14b, 14c, 14d durch die jeweilige Aussparung 132 austreten kann. The four second openings 14a, 14b, 14c, 14d are arranged in a common plane. They point in a common direction R. The individual recesses 132 and the second openings 14a, 14b, 14c, 14d can be arranged with respect to one another in such a way that a respective Plasma jet of the respective second opening 14a, 14b, 14c, 14d can exit through the respective recess 132.
Fig. 8 bis Fig. 12 zeigen Ausführungsformen einen Systems 1 mit einer Vielzahl an Entladungsräumen 10a, 10b, 10c. Jeder der dargestellten Entladungsräume 10a, 10b, 10c weist eine jeweilige erste Öffnung 12a, 12b, 12c und eine jeweilige zweite Öffnung 14a, 14b, 14c auf. In jedem der Entladungsräume 10a, 10b, 10c ist eine Hochspannungselektrode 20a, 20b, 20c angeordnet. FIGS. 8 to 12 show embodiments of a system 1 with a multiplicity of discharge spaces 10a, 10b, 10c. Each of the illustrated discharge spaces 10a, 10b, 10c has a respective first opening 12a, 12b, 12c and a respective second opening 14a, 14b, 14c. A high-voltage electrode 20a, 20b, 20c is arranged in each of the discharge spaces 10a, 10b, 10c.
Die Längsachsen Aa, Ab, Ac der jeweiligen Entladungsräume 10a, 10b, 10c können parallel zueinander angeordnet sein (illustriert in Fig. 8). The longitudinal axes Aa, Ab, Ac of the respective discharge spaces 10a, 10b, 10c can be arranged parallel to one another (illustrated in FIG. 8).
Die zweiten Öffnungen 14a, 14b, 14c der jeweiligen dargestellten exemplarischen Systeme 1 (Fig. 8 - Fig. 12) sind jeweils in einer gemeinsamen Ebene E angeordnet. Die jeweiligen zweiten Öffnungen 14a, 14b, 14c weisen in die gleiche Richtung R. Insbesondere weisen die Flächennormalen Na, Nb, Nc in die gleiche Richtung R (Fig. 8, Fig. 11). Die Längsachsen Aa, Ab, Ac können sich in Richtung der Flächennormalen Na, Nb, Nc erstrecken. The second openings 14a, 14b, 14c of the respective illustrated exemplary systems 1 (FIGS. 8-12) are each arranged in a common plane E. The respective second openings 14a, 14b, 14c point in the same direction R. In particular, the surface normals Na, Nb, Nc point in the same direction R (FIGS. 8, 11). The longitudinal axes Aa, Ab, Ac can extend in the direction of the surface normals Na, Nb, Nc.
Die Figuren 8 und 9 zeigen ein System 1 zur Erzeugung und Steuerung eines nicht thermischen Atmosphärendruckplasmas mit drei Entladungsräumen 10a, 10b, 10c. Die Entladungsräume 10a, 10b, 10c sind über entsprechende Leitungselemente 52a, 52b, 52c mit einer gemeinsamen Arbeitsgasquelle 50 verbunden. Das System 1 weist Durchströmregler 40a, 40b, 40c auf, mit deren Hilfe ein Einleiten eines Arbeitsgases aus der Arbeitsgasquelle 50 in einen jeweiligen Entladungsraum 10a, 10b, 10c gesteuert wird. Figures 8 and 9 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with three discharge spaces 10a, 10b, 10c. The discharge spaces 10a, 10b, 10c are connected to a common working gas source 50 via corresponding line elements 52a, 52b, 52c. The system 1 has flow regulators 40a, 40b, 40c, with the aid of which the introduction of a working gas from the working gas source 50 into a respective discharge space 10a, 10b, 10c is controlled.
Das in den Figuren 8 und 9 dargestellt System 1 weist drei Entladungsräume 10a, 10b, 10c auf, deren Durchmesser Da, Db, De der jeweiligen zweiten Öffnungen 14a, 14b, 14c identisch sind (Fig. 8). The system 1 shown in FIGS. 8 and 9 has three discharge spaces 10a, 10b, 10c, the diameters Da, Db, De of the respective second openings 14a, 14b, 14c being identical (FIG. 8).
Fig. 8 zeigt eine Anordnung des Systems 1, in der alle drei Durchströmregler 40a, 40b, 40c in ihrem ersten Zustand sind. Das bedeutet, dass in keinen der drei Entladungsräume 10a, 10b, 10c Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle 50 durch die jeweilige erste Öffnung 12a, 12b, 12c eingeleitet wird. 8 shows an arrangement of the system 1 in which all three flow regulators 40a, 40b, 40c are in their first state. This means that working gas from the working gas source 50 is not introduced into any of the three discharge spaces 10a, 10b, 10c through the respective first opening 12a, 12b, 12c.
In Fig. 9 ist eine Anordnung illustriert, in der sich ein ausgewählter Durchströmregler 40b im zweiten Zustand befindet. Die weiteren beiden Durchströmregler 40a, 40c befinden sich in ihren jeweiligen ersten Zuständen. In dieser Konfiguration wird Arbeitsgas in den ausgewählten Entladungsraum 10b, dessen Gaszufuhr mithilfe des ausgewählten Durchströmreglers 40b gesteuert wird, eingeleitet. Plasma 5 entsteht im ausgewählten Entladungsraum 10b und tritt mithilfe des Arbeitsgasvolumenstroms 60 aus der zugeordneten zweiten Öffnung 14b als Plasmastrahl 6 aus. Die Figuren 10 - 12 zeigen ein System 1 zur Erzeugung und Steuerung eines nicht thermischen Atmosphärendruckplasmas mit zwei Entladungsräumen 10a, 10b, wobei die jeweiligen zugeordneten zweiten Öffnungen 14a, 14b der dargestellten Entladungsräume 10a, 10b unterschiedliche Durchmesser Da, Db aufweisen. An arrangement is illustrated in FIG. 9 in which a selected flow regulator 40b is in the second state. The other two flow regulators 40a, 40c are in their respective first states. In this configuration, working gas is introduced into the selected discharge space 10b, the gas supply of which is controlled with the aid of the selected flow regulator 40b. Plasma 5 arises in the selected discharge space 10b and emerges as a plasma jet 6 from the associated second opening 14b with the aid of the working gas volume flow 60. FIGS. 10-12 show a system 1 for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with two discharge spaces 10a, 10b, the respective associated second openings 14a, 14b of the illustrated discharge spaces 10a, 10b having different diameters Da, Db.
Fig. 10 zeigt eine Anordnung eines Systems 1 , in der sich ein ausgewählter Durchströmregler 40b im zweiten Zustand befindet, so dass ein Plasmastrahl 6 aus der zweiten Öffnung 14b des entsprechenden Entladungsraumes 10b austritt. Die Durchströmregler 40a, 40b können beide mit einem automatischen Kontrollsystem 72 verbunden sein. Das automatische Kontrollsystem 72 kann beide Durchströmregler 40a, 40b steuern. Insbesondere steuert das automatische Kontrollsystem 72 derart, dass sich ein Durchströmregler 40a, 40b im ersten Zustand oder im zweiten Zustand befindet. 10 shows an arrangement of a system 1 in which a selected flow regulator 40b is in the second state, so that a plasma jet 6 emerges from the second opening 14b of the corresponding discharge space 10b. The flow regulators 40a, 40b can both be connected to an automatic control system 72. The automatic control system 72 can control both flow regulators 40a, 40b. In particular, the automatic control system 72 controls such that a flow regulator 40a, 40b is in the first state or in the second state.
In Fig. 11 ist eine Anordnung illustriert, in der die Entladungsräume 10a, 10b über die jeweiligen Leitungselemente 52a, 52b mit unterschiedlichen Arbeitsgasquellen 50a, 50b verbunden sind. D. h. das System weist eine Vielzahl an Arbeitsgasquellen 50a, 50b auf. Die Durchströmregler 40a, 40b können durch ein gemeinsames automatisches Kontrollsystem 72 gesteuert werden. FIG. 11 illustrates an arrangement in which the discharge spaces 10a, 10b are connected to different working gas sources 50a, 50b via the respective line elements 52a, 52b. I. E. the system has a plurality of working gas sources 50a, 50b. The flow regulators 40a, 40b can be controlled by a common automatic control system 72.
Das in Fig. 12 illustrierte System 1 weist neben einer Arbeitsgasquelle 50, die mit beiden Entladungsräumen 10a, 10b verbunden ist, eine weitere Gasquelle 51 auf. Weiterhin weist das gezeigte System 1 eine Mischanordnung 54b auf. Der Durchströmregler 40b kann die Mischanordnung 54b aufweisen. The system 1 illustrated in FIG. 12 has, in addition to a working gas source 50, which is connected to both discharge spaces 10a, 10b, a further gas source 51. Furthermore, the system 1 shown has a mixing arrangement 54b. The flow regulator 40b can have the mixing arrangement 54b.
Die weitere Gasquelle 51 kann mit der Mischanordnung 54b verbunden sein. Mithilfe der Mischanordnung 54b wird das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle 50 mit einem weiteren Gas aus der weiteren Gasquelle 51 gemischt. Dieses Gasgemisch wird dem Entladungsraum 10b (durch Steuerung des Durchströmreglers 40b) zugeführt. The further gas source 51 can be connected to the mixing arrangement 54b. With the aid of the mixing arrangement 54b, the working gas from the working gas source 50 is mixed with a further gas from the further gas source 51. This gas mixture is fed to the discharge space 10b (by controlling the flow regulator 40b).
In den Figuren 13, 14 und 15 sind beispielhafte Anordnungen des Systems 1 mit einer Vielzahl an Entladungsräume 10 gezeigt, wobei die zweiten Öffnungen 14 der Entladungsräume 10 einem zentralen Bereich Z zugewandt sind. Die Entladungsräume 10 sind mit einer gemeinsamen Arbeitsgasquelle 50 verbunden. Mithilfe von einer Vielzahl an Durchströmreglern 40 wird der Arbeitsgasstrom in jedem der Entladungsräume 10 unabhängig gesteuert. FIGS. 13, 14 and 15 show exemplary arrangements of the system 1 with a multiplicity of discharge spaces 10, the second openings 14 of the discharge spaces 10 facing a central region Z. The discharge spaces 10 are connected to a common working gas source 50. With the aid of a large number of flow regulators 40, the working gas flow in each of the discharge spaces 10 is controlled independently.
Die Figuren 13 und 14 zeigen eine Ansicht von vorne (Fig. 13) und einen Querschnitt (Fig. 14) einer beispielhaften Anordnung, bei der die Entladungsräume 10 an einem quaderförmigen Volumen angeordnet sind. Die zweiten Öffnungen 14 sind zum Quader hin ausgerichtet. Die Entladungsräume 10 sind in einer Ausführungsform an vier Flächen des Quaders angeordnet (Fig. 13). An zwei einander gegenüberliegenden Flächen sind keine Entladungsräume 10 angeordnet (Fig. 14). Durch diese entstandenen Eingänge 90, 92 kann ein Objekt 100 dem zentralen Bereich Z entlang einer Bewegungsrichtung B zugeführt werden (Fig. 14). FIGS. 13 and 14 show a view from the front (FIG. 13) and a cross section (FIG. 14) of an exemplary arrangement in which the discharge spaces 10 are arranged on a cuboid volume. The second openings 14 are oriented towards the cuboid. In one embodiment, the discharge spaces 10 are arranged on four surfaces of the cuboid (FIG. 13). There are no discharge spaces 10 on two mutually opposite surfaces arranged (Fig. 14). An object 100 can be fed to the central region Z along a direction of movement B through these entrances 90, 92 that have arisen (FIG. 14).
Fig. 15 stellt eine beispielhafte Anordnung von vorne dar, bei der die Entladungsräume 10 entlang eines Zylindermantels angeordnet sind. Die zweiten Öffnungen 14 weisen in Richtung des zentralen Bereiches Z. Die Entladungsräume 10 können in Umfangsrichtung U äquidistant zueinander angeordnet sein. 15 shows an exemplary arrangement from the front, in which the discharge spaces 10 are arranged along a cylinder jacket. The second openings 14 point in the direction of the central region Z. The discharge spaces 10 can be arranged equidistant from one another in the circumferential direction U.

Claims

Patentansprüche Claims
1. System (1) zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas mit: 1. System (1) for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma with:
- einem Entladungsraum (10), in den ein Arbeitsgas über eine erste Öffnung (12) einleitbar ist, wobei in dem Entladungsraum (10) ein Plasma (5) erzeugbar ist, wobei der Entladungsraum (10) eine zweite Öffnung (14) aufweist, so dass das Plasma (5, 6) durch diese zweite Öffnung (14) aus dem Entladungsraum (10) austreten kann, zumindest eine Hochspannungselektrode (20) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas (5) im Entladungsraum (10), dadurch gekennzeichnet, dass das durch die zweite Öffnung (14) austretende Plasma (5, 6) durch einen Durchströmregler (40) des Systems (1) gesteuert wird, der dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom (60) des Arbeitsgases durch die erste Öffnung (12) von einer Arbeitsgasquelle (50) in den Entladungsraum (10) einzustellen, wobei der Durchströmregler (40) weiterhin dazu ausgebildet ist, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle (50) dem Entladungsraum (10) zugeführt wird, so dass auch bei erzeugtem elektromagnetischem Feld im Entladungsraum (10) kein Plasma (5) aus der zweiten Öffnung (14) austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle (50) dem Entladungsraum (10) zugeführt wird, im Entladungsraum (10) ein Plasma (5) erzeugt wird und das Plasma (5, 6) aus der zweiten Öffnung (14) austritt. - a discharge space (10) into which a working gas can be introduced via a first opening (12), a plasma (5) being able to be generated in the discharge space (10), the discharge space (10) having a second opening (14), so that the plasma (5, 6) can exit the discharge space (10) through this second opening (14), at least one high-voltage electrode (20) for generating an electromagnetic field for generating a plasma (5) in the discharge space (10), thereby characterized in that the plasma (5, 6) exiting through the second opening (14) is controlled by a flow regulator (40) of the system (1) which is designed to regulate a volume flow (60) of the working gas through the first opening (12 ) from a working gas source (50) into the discharge space (10), the flow regulator (40) also being designed to assume at least a first state and a second state, with no working gas from the working gas source (50) in the first state is fed to the discharge space (10), so that even when the electromagnetic field is generated in the discharge space (10), no plasma (5) emerges from the second opening (14), and in the second state the working gas from the working gas source (50) to the discharge space ( 10) is supplied, a plasma (5) is generated in the discharge space (10) and the plasma (5, 6) emerges from the second opening (14).
2. System (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) zumindest eine Masseelektrode (22) aufweist, wobei die zumindest eine Hochspannungselektrode (20) und die zumindest eine Masseelektrode (22) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas (5) im Entladungsraum (10) ausgebildet sind. 2. System (1) according to claim 1, characterized in that the system (1) has at least one ground electrode (22), the at least one high-voltage electrode (20) and the at least one ground electrode (22) for generating an electromagnetic field for generating a plasma (5) are formed in the discharge space (10).
3. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu eingerichtet ist, eine Modulation des Plasmas (5) durch eine korrespondierende Modulation des Volumenstroms (60) des Arbeitsgases, insbesondere ausschließlich durch eine korrespondierende Modulation des Volumenstroms (60) des Arbeitsgases und insbesondere nicht durch eine Modulation des elektromagnetischen Feldes zu erzeugen, insbesondere wobei das System (1) dazu eingerichtet ist, lediglich ein kontinuierliches elektromagnetisches Feld im Entladungsraum (10) zu erzeugen. 3. System (1) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the system (1) is set up to modulate the plasma (5) by a corresponding modulation of the volume flow (60) of the working gas, in particular exclusively by a corresponding modulation of the volume flow (60) of the working gas and in particular not to be generated by modulating the electromagnetic field, in particular where the system (1) is set up to generate only a continuous electromagnetic field in the discharge space (10).
4. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu ausgebildet ist, den Durchströmregler (40) vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu überführen, so dass bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im Entladungsraum (10) das Plasma (5) im Entladungsraum (10) erzeugt wird und durch die zweite Öffnung (14) aus dem Entladungsraum (10) austritt, und/oder den Durchströmreglers (40) vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zu überführen, so dass bei erzeugtem elektromagnetischem Feld im Entladungsraum (10) kein Plasma (5) aus dem Entladungsraum (10) tritt. 4. System (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the system (1) is designed to transfer the flow regulator (40) from the first state to the second state, so that when the electromagnetic field is generated in the discharge space ( 10) the plasma (5) is generated in the discharge space (10) and exits the discharge space (10) through the second opening (14), and / or to transfer the flow regulator (40) from the second state to the first state, so that when the electromagnetic field is generated in the discharge space (10), no plasma (5) emerges from the discharge space (10).
5. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmregler (40) ein aktives Stellglied oder ein passives Stellglied aufweist, das dazu ausgebildet ist, mindestens den ersten oder den zweiten Zustand einzunehmen, wobei das passive Stellglied insbesondere durch den Volumenstrom (60) des Arbeitsgases vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überführbar ist. 5. System (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow regulator (40) has an active actuator or a passive actuator which is designed to assume at least the first or the second state, the passive actuator can be transferred from the first state to the second state in particular by the volume flow (60) of the working gas.
6. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) eine automatische Steuereinheit (70) aufweist, die zur Steuerung des Durchströmreglers (40) ausgebildet ist, so dass mittels der automatischen Steuereinheit (70) der Durchströmregler (40) automatisch in den ersten Zustand und in den zweiten Zustand einstellbar ist, wobei die automatische Steuereinheit (70) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Durchströmregler (40) für eine ausgewählten Zeitraum in den zweiten Zustand zu überführen, so dass ein Zeitraum einstellbar ist, über den das Arbeitsgas in den Entladungsraum (10) eingeleitet wird. 6. System (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the system (1) has an automatic control unit (70) which is designed to control the flow regulator (40), so that by means of the automatic control unit (70 ) the flow regulator (40) is automatically adjustable in the first state and in the second state, wherein the automatic control unit (70) is further designed to transfer the flow regulator (40) for a selected period of time in the second state, so that a The period over which the working gas is introduced into the discharge space (10) can be set.
7. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) eine Mischanordnung (54) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein weiteres Gas mit dem Arbeitsgas zu mischen, so dass das resultierende Gasgemisch in den Entladungsraum (10) einleitbar ist, insbesondere wobei der Durchströmregler (40) die Mischanordnung (54) aufweist. 7. System (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the system (1) has a mixing arrangement (54) which is designed to mix a further gas with the working gas, so that the resulting gas mixture in the discharge space (10) can be introduced, in particular wherein the flow regulator (40) has the mixing arrangement (54).
8. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das System (1) eine Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) aufweist, wobei jeder Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) eine jeweilige erste Öffnung (12, 12a, 12b, 12c) aufweist, durch die ein Arbeitsgas in den jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) einleitbar ist, wobei jeder Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) eine zugeordnete zweite Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) aufweist, durch die das Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) austreten kann, wobei weiterhin jedem Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zumindest eine Hochspannungselektrode (20, 20a, 20b, 20c) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas (5) im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zugeordnet ist, so dass in jedem Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) unabhängig von den anderen Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) ein Plasma (5) erzeugbar ist, wobei das durch die zugeordnete zweite Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) austretende Plasma (5, 6) durch einen dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zugeordneten Durchström regier (40, 40a, 40b, 40c) des Systems (1) gesteuert wird, wobei jeder Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom (60) des Arbeitsgases durch die jeweilige erste Öffnung (12, 12a, 12b, 12c) des jeweiligen Entladungsraumes (10, 10a, 10b, 10c) von einer Arbeitsgasquelle (50, 50a, 50b) in den jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) einzustellen, wobei der jeweilige Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) weiterhin dazu ausgebildet ist, mindestens einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand einzunehmen, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle (50, 50a, 50b) dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zugeführt wird, so dass im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) kein Plasma (5) aus der zugeordneten zweiten Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle (50, 50a, 50b) dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zugeführt wird und dort ein Plasma (5) erzeugt wird, und das Plasma (5, 6) aus der zugeordneten zweiten Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) austritt. 8. System (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the system (1) has a plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c), each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) having a respective first Has opening (12, 12a, 12b, 12c) through which a working gas can be introduced into the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) having an associated second opening (14 , 14a, 14b, 14c) through which the plasma can exit the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) is assigned at least one high-voltage electrode (20, 20a, 20b, 20c) for generating an electromagnetic field for generating a plasma (5) in the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), so that in each discharge space (10, 10a , 10b, 10c) a plasma (5) can be generated independently of the other discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c), the plasma (5, 6) emerging through the associated second opening (14, 14a, 14b, 14c) is controlled by a flow controller (40, 40a, 40b, 40c) of the system (1) assigned to the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), each flow controller (40, 40a, 40b, 40c) being designed to a volume flow (60) of the working gas through the respective first opening (12, 12a, 12b, 12c) of the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) from a working gas source (50, 50a, 50b) into the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), the respective flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) still being designed for this t is to assume at least a first state and a second state, whereby in the first state no working gas is supplied from the working gas source (50, 50a, 50b) to the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), so that in the respective discharge space ( 10, 10a, 10b, 10c) even when the electromagnetic field is generated in the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c), no plasma (5) emerges from the associated second opening (14, 14a, 14b, 14c), and in the second State the working gas from the working gas source (50, 50a, 50b) is fed to the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) and a plasma (5) is generated there, and the plasma (5, 6) from the associated second opening (14, 14a, 14b, 14c) exits.
9. System (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) zumindest eine Masseelektrode (22, 22a, 22b, 22c) zugeordnet ist, wobei die zumindest eine Hochspannungselektrode (20, 20a, 20b, 20c) und die zumindest eine Masseelektrode (22, 22a, 22b, 22c) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Plasmas (5) im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) eingerichtet sind. 9. System (1) according to claim 8, characterized in that each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) is assigned at least one ground electrode (22, 22a, 22b, 22c), the at least one high-voltage electrode (20, 20a, 20b, 20c) and the at least one ground electrode (22, 22a, 22b, 22c) are set up to generate an electromagnetic field for generating a plasma (5) in the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c).
10. System (1) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) ein automatisches Kontrollsystem (72) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Vielzahl der Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) des Systems (1) unabhängig voneinander zu steuern, so dass die Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) unabhängig voneinander mindestens den ersten Zustand oder den zweiten Zustand einnehmen können, so dass Plasma (5) nur in einem ausgewählten Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) erzeugt wird und nur aus der zweiten Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) des ausgewählten Entladungsraumes (10, 10a, 10b, 10c) austritt. 10. System (1) according to one of claims 8 or 9, characterized in that the system (1) has an automatic control system (72) which is designed to control the plurality of flow controllers (40, 40a, 40b, 40c) of the System (1) to be controlled independently of one another, so that the flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) can assume at least the first state or the second state independently of one another, so that plasma (5) only in a selected discharge space (10, 10a , 10b, 10c) and only exits from the second opening (14, 14a, 14b, 14c) of the selected discharge space (10, 10a, 10b, 10c).
11. System (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das automatische Kontrollsystem (72) dazu ausgebildet ist, die Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl der Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) des Systems (1) unabhängig voneinanderzu steuern, so dass ein Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl an Durchströmreglern (40, 40a, 40b, 40c) für einen ersten Zeitraum den zweiten Zustand einnimmt und alle anderen Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl an Durchströmreglern (40, 40a, 40b, 40c) den ersten Zustand einnehmen, und nach dem ersten Zeitraum der Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl an Durchströmreglern (40, 40a, 40b, 40c) den ersten Zustand einnimmt, wobei ein anderer Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl an Durchströmreglern (40, 40a, 40b, 40c) für einen zweiten Zeitraum den zweiten Zustand einnimmt, wobei der erste und der zweite Zeitraum aufeinander folgen oder zeitweise überlappen. 11. System (1) according to claim 10, characterized in that the automatic control system (72) is designed to control the flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) of the system (1) to be controlled independently of one another, so that one flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) assumes the second state for a first period and all other flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) assume the first state, and after the first period of time the flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) ) assumes the first state, another flow controller (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow controllers (40, 40a, 40b, 40c) assuming the second state for a second period, the first and second periods of time following one another or overlap temporarily.
12. System (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das12. System (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the
System (1) dazu ausgebildet ist, dass jeder Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) an eine gemeinsameSystem (1) is designed so that each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c) to a common
Arbeitsgasquelle (50) anschließbar oder angeschlossen ist, oder wobei das System (1) dazu ausgebildet ist, dass zumindest ein Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) an eine eigene Arbeitsgasquelle (50a, 50b) anschließbar oder angeschlossen ist. Working gas source (50) is connectable or connected, or wherein the system (1) is designed so that at least one discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c) to its own working gas source (50a, 50b) is connectable or connected.
13. System (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Öffnungen (14, 14a, 14b, 14c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) in die gleiche Richtung (R) weisen, oder dass die zweiten Öffnungen (14, 14a, 14b, 14c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) derart positioniert oder positionierbar sind, dass sie einem zentralen Bereich (Z) zugewandt sind. 13. System (1) according to one of claims 8 to 12, characterized in that the second openings (14, 14a, 14b, 14c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c) in the same direction (R) or that the second openings (14, 14a, 14b, 14c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c) are positioned or positionable in such a way that they face a central area (Z).
14. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) kontinuierlich regelbar ist, so dass der Volumenstrom (60) durch jeden Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) kontinuierlich und individuell einstellbar ist. 14. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) is continuously adjustable, so that the volume flow (60) through each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) is continuously and individually adjustable.
15. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) ein Proportionalventil ist. 15. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) is a proportional valve.
16. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom (60) des Arbeitsgases in jedem Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) mittels des Durchströmreglers (40, 40a, 40b, 40c) zu modulieren, wobei die Modulation des Volumenstroms (60) mehr als zwei Modulationszustände aufweist, insbesondere wobei die Modulation des Volumenstroms (60) kontinuierlich einstellbar ist. 16. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the system (1) is set up to control the volume flow (60) of the working gas in each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) by means of the flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) to modulate, the modulation of the volume flow (60) more than two Has modulation states, in particular wherein the modulation of the volume flow (60) is continuously adjustable.
17. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) dazu eingerichtet ist, eine Regelzeit zwischen 0.1ms und 1s aufzuweisen, so dass der Volumenstrom (60) mit einer entsprechenden Zeitauflösung moduliert werden kann. 17. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) is set up to have a control time between 0.1ms and 1s, so that the volume flow (60) with a corresponding Time resolution can be modulated.
18. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) für jeden Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) mindestens einen zugeordneten Sensor aufweist, der ein Plasmaparameter erfasst und der dazu eingerichtet ist, ein für den Plasmaparameter indikatives Sensorsignal auszugeben, wobei das System dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Durchströmregler (40, 40a, 40b, 40c) anhand des Sensorsignals so zu regeln, dass sich ein zu erzielender Plasmaparameter für den jeweils zugeordneten Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) durch Modulation des Volumenstroms einstellt. 18. System (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the system (1) for each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) has at least one associated sensor which detects a plasma parameter and which is set up to a to output a sensor signal indicative of the plasma parameter, the system being set up to regulate the at least one flow controller (40, 40a, 40b, 40c) on the basis of the sensor signal in such a way that a plasma parameter to be achieved for the respectively assigned discharge space (10, 10a, 10b, 10c) by modulating the volume flow.
19. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) pro Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) genau eine Hochspannungselektrode und nicht mehr als zwei Masseelektroden aufweist. 19. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the system (1) has exactly one high-voltage electrode and no more than two ground electrodes per discharge space (10, 10a, 10b, 10c).
20. System (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) dazu eingerichtet ist, ein kapazitiv-gekoppeltes, ein induktiv gekoppeltes und/oder ein Mikrowelleninduziertes Plasma in dem durch die erste Öffnung zugeführten Arbeitsgas zu erzeugen. 20. System (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the system (1) is set up to generate a capacitively coupled, an inductively coupled and / or a microwave-induced plasma in the working gas supplied through the first opening.
21. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Entladungsraum genau zwei Öffnungen aufweist - die erste und die zweite Öffnung. 21. System according to one of the preceding claims, characterized in that each discharge space has exactly two openings - the first and the second opening.
22. Verfahren zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas unter Verwendung eines Systems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend die Schritte: 22. A method for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma using a system (1) according to one of claims 1 to 7, comprising the steps:
- Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes im Entladungsraum (10), - Generation of an electromagnetic field in the discharge space (10),
- Einstellen des Durchströmreglers (40) in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle (50) dem Entladungsraum (10) zugeführt wird, so dass im Entladungsraum (10) auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im Entladungsraum (10) kein Plasma (5) aus dem Entladungsraum (10) austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle (50) dem Entladungsraum (10) zugeführt wird, im Entladungsraum (10) ein Plasma (5) erzeugt wird und das Plasma (5, 6) aus der zweiten Öffnung (14) austritt. - Setting the flow regulator (40) in a first state or a second state, wherein in the first state no working gas is supplied from the working gas source (50) to the discharge space (10), so that in the discharge space (10) even when the electromagnetic field is generated in the discharge space (10) no plasma (5) emerges from the discharge space (10), and in the second state the working gas from the working gas source (50) is supplied to the discharge space (10), in Discharge space (10) a plasma (5) is generated and the plasma (5, 6) emerges from the second opening (14).
23. Verfahren gemäß Anspruch 22, insbesondere zur Erzeugung und Steuerung eines nicht-thermischen Atmosphärendruckplasmas unter Verwendung eines Systems (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 21, aufweisend die Schritte: 23. The method according to claim 22, in particular for generating and controlling a non-thermal atmospheric pressure plasma using a system (1) according to one of claims 8 to 21, comprising the steps:
- Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in jedem Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c), - Generation of an electromagnetic field in each discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c),
- Einstellen eines jeden Durchströmreglers (40, 40a, 40b, 40c) der Vielzahl an Durchströmreglern (40, 40a, 40b, 40c) in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand, wobei im ersten Zustand kein Arbeitsgas von der Arbeitsgasquelle (50, 50a, 50b) dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) zugeführt wird, so dass im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) auch bei erzeugtem elektromagnetischen Feld im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) kein Plasma aus dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) austritt, und wobei im zweiten Zustand das Arbeitsgas aus der Arbeitsgasquelle (50, 50a, 50b) dem jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) zugeführt wird, im jeweiligen Entladungsraum (10, 10a, 10b, 10c) der Vielzahl an Entladungsräumen (10, 10a, 10b, 10c) ein Plasma (5) erzeugt wird und das Plasma (5, 6) aus der zugeordneten zweiten Öffnung (14, 14a, 14b, 14c) austritt. - Setting of each flow regulator (40, 40a, 40b, 40c) of the plurality of flow regulators (40, 40a, 40b, 40c) in a first state or a second state, wherein in the first state no working gas from the working gas source (50, 50a, 50b) is fed to the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the multiplicity of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c), so that in the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) the multiplicity of discharge spaces (10 , 10a, 10b, 10c) even when the electromagnetic field is generated in the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c), no plasma from the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) emerges, and in the second state the working gas from the working gas source (50, 50a, 50b) is supplied to the respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c), in respective discharge space (10, 10a, 10b, 10c) of the plurality of discharge spaces (10, 10a, 10b, 10c) a plasma (5) is generated and the plasma (5, 6) emerges from the associated second opening (14, 14a, 14b, 14c).
EP20781039.1A 2019-10-04 2020-10-05 System and method for operating a plasma jet configuration Pending EP4039068A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19201495 2019-10-04
EP20161148 2020-03-05
PCT/EP2020/077857 WO2021064242A1 (en) 2019-10-04 2020-10-05 System and method for operating a plasma jet configuration

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4039068A1 true EP4039068A1 (en) 2022-08-10

Family

ID=72659811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20781039.1A Pending EP4039068A1 (en) 2019-10-04 2020-10-05 System and method for operating a plasma jet configuration

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240050760A1 (en)
EP (1) EP4039068A1 (en)
JP (1) JP2022550844A (en)
CN (1) CN114557137A (en)
WO (1) WO2021064242A1 (en)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8877000B2 (en) 2001-03-02 2014-11-04 Tokyo Electron Limited Shower head gas injection apparatus with secondary high pressure pulsed gas injection
JP4817407B2 (en) * 2005-03-07 2011-11-16 学校法人東海大学 Plasma generating apparatus and plasma generating method
JP5103738B2 (en) * 2006-01-12 2012-12-19 パナソニック株式会社 Atmospheric pressure plasma processing method and apparatus
WO2009036579A1 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 Hoffmann Neopac Ag Apparatus for plasma supported coating of the inner surface of tube-like packaging containers made of plastics with the assistance of a non-thermal reactive ambient pressure beam plasma
EP2211916B1 (en) * 2007-11-06 2015-10-14 Creo Medical Limited Microwave plasma sterilisation system and applicators therefor
CN101227790B (en) 2008-01-25 2011-01-26 华中科技大学 Plasma jet apparatus
EP2297377B1 (en) * 2008-05-30 2017-12-27 Colorado State University Research Foundation Plasma-based chemical source device and method of use thereof
BR112012009876A2 (en) * 2009-10-26 2016-11-22 Hermes Innovations Llc endometrial ablation system, device and method
US9993282B2 (en) * 2011-05-13 2018-06-12 Thomas J. Sheperak Plasma directed electron beam wound care system apparatus and method
DE102011076806A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. Apparatus and method for producing a cold, homogeneous plasma under atmospheric pressure conditions
KR101880622B1 (en) * 2011-12-16 2018-07-24 한국전자통신연구원 plasma jet assembly and plasma brush including the same
JPWO2019093388A1 (en) * 2017-11-08 2020-11-26 積水化学工業株式会社 Plasma treatment device

Also Published As

Publication number Publication date
US20240050760A1 (en) 2024-02-15
JP2022550844A (en) 2022-12-05
CN114557137A (en) 2022-05-27
WO2021064242A1 (en) 2021-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0452745B1 (en) Process for reactive surface treatment
DE10060002B4 (en) Device for surface treatment
EP2845451B1 (en) Plasma generation device
DE10348217A1 (en) Device and method for Aerosolauf- or aerosol transfer into a defined state of charge of a bipolar diffusion charging by means of an electrical discharge in the aerosol space
EP0003224A1 (en) Apparatus for metering at least one component of a mixed liquid
EP2716139A1 (en) Device and method for producing a cold, homogeneous plasma under atmospheric pressure conditions
EP2805345B1 (en) Device and method for plasma treatment of surfaces
EP3669621A1 (en) Plasma generator module and use thereof
EP3051928B1 (en) Plasma torch
DE102014216505A1 (en) Method and device for generating a plasma jet
EP0881865A2 (en) Device for producing a plurality of low temperature plasma jets
DE102008051801A1 (en) Apparatus for treating an inner surface of a workpiece
EP2130414A1 (en) Device and method for generating a plasma beam
EP0810628A2 (en) Source for generating large surface pulsed ion and electron beams
EP0148380A2 (en) Electroimpulse process, and device for treating material with it
EP2666340A2 (en) Coplanar dielectric barrier discharge source for a surface treatment under atmospheric pressure
DE3618412A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR TREATING OBJECTS TO GENERATE CHEMICAL OR PHYSICAL CHANGES OF GASES, LIQUIDS, PASTS OR SOLIDS
EP4039068A1 (en) System and method for operating a plasma jet configuration
EP2915901B1 (en) Device for plasma processing with process gas circulation in multiple plasmas
EP3671805B1 (en) Device and method for coating and especially for plasma coating containers
WO2011141184A1 (en) Plasma generator and method for generating and using an ionised gas
DE102008062619B4 (en) A microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions
DE2144202B2 (en) Automatic high voltage regulator - for high voltage field devices protected against overloading, has voltage selector and spray distance selector
DE10327853A1 (en) Plasma treatment of surfaces and materials with moving microwave plasma in wave-conducting hollow conductor structure involves moving plasma away from microwave input coupling point
DE3048876A1 (en) METHOD FOR CHANGING THE DIRECTION OF A FLUID FLOW THROUGH A NOZZLE AND THE RELATED FLUID OUTLET DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220504

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40072904

Country of ref document: HK

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)