CN103153435A - 用于在气流中产生势垒放电的装置和方法 - Google Patents

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CN103153435A CN2011800415714A CN201180041571A CN103153435A CN 103153435 A CN103153435 A CN 103153435A CN 2011800415714 A CN2011800415714 A CN 2011800415714A CN 201180041571 A CN201180041571 A CN 201180041571A CN 103153435 A CN103153435 A CN 103153435A
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Abstract

本发明涉及在气流中产生势垒放电的装置和方法，包括气体可从进流侧至出流侧流过其中的反应室、第一电极、相对于第一电极屏蔽反应室的介电体、第二电极，其中第二和第一电极可相对于电压源被通断。为了使流过反应室的大部分气流且最好是全部气流暂时遇到等离子体而提出，至少两个对应于第一电极的且由导电材料构成的放电元件至少部分伸入反应室，这些放电元件彼此电气隔离并且相对于第一和第二电极电气隔离，并且第二电极如此相对于放电元件布置，即，在该反应室内在放电元件和第二电极之间出现放电。

Description

用于在气流中产生势垒放电的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于在气流中产生势垒放电的装置和方法，包括气体可从进流侧至出流侧流过其中的反应室、第一电极、至少相对于第一电极屏蔽该反应室的介电体、第二电极，其中第二和第一电极可相对于电压源被通断。
背景技术
现代的氧化空气净化方法越来越多地利用非热性等离子体来破坏和分解有害物质例如像气味、过敏原和细菌。这些等离子体产生强反应性原子团，其能在环境条件下复分解各种各样的气体携带的有害物质。
早在100多年前就已经知道了按照介电阻碍放电原理的空气等离子体处理，介电阻碍放电也被称为势垒放电。大量的非热性等离子体可以简单地借助介电阻碍放电来产生。在被连接至高交流电压的电极之间有大多由玻璃构成的介电体。介电体阻碍并最终打断电极运动。这些电极在其相对于阳极的运动中不是仅通过介电体被保持固定，而是被堵截住，结果，形成一个相对于驱动电极电流的外场的反向场，该反向场本身一直增加，直至该外场和反向场正好抵消并且电极电流停顿。除内外电极的布置之外，介电势垒材料的性能及其形状也确定放电表象，其由单独放电即所谓的丝极的出现来影响。这些丝极暂时大量出现。它们通常分散在产生等离子体的电极的整个表面上。
作为用于氧化处理空气的等离子体发生器，尤其采用所谓的“西门子管”。西门子管包括最好由石英玻璃或硼硅酸盐构成的管状介电体。管状介电体的内壁衬覆有内电极。由传导性材料构成的内电极尽量无气隙地紧贴内玻璃表面。在介电体的周面上设有外电极，外电极由紧贴的例如由钢丝织物构成的网形成。如果现在对内外电极施以例如3-6KV的高交流电压，则出现介电阻碍放电。此时产生离子和臭氧(O3和O1)。
在利用西门子管来等离子体处理气流时，引导空气流经过该管状介电体。为此目的，在内电极上引燃等离子体。内电极上的等离子体只在空气流的直接接触内电极的外层中出现。大得多的空气流部分只与在放电时所生成的臭氧和氧离子反应。
直接接触等离子体的气流外层被有效地除去了有害物质且尤其是气味和细菌，这是因为在等离子体中存在呈自由电子、功能团和离子形式的最高能量。另外，等离子体产生波长范围小于300纳米的强烈紫外辐射，其能够有效断开空气有害物质的分子键。
根据现有技术的气流等离子体处理的一个问题在于，内电极被气流所含的有害物质快速污染并因而失效。被污染的内电极的更换只能以高成本且中断了等离子体处理的方式来进行。
DE19717160A1公开一种上述类型的用于废气的等离子体化学反应的装置，其中流动气体中产生势垒放电。该装置包括反应室，其在纵向上从进流侧至出流侧地被待处理废气流过。在第一电极上装有介电体，介电体将反应室与第一电极屏蔽隔开。第二电极在反应室内设置在该介电体上并且呈断开的平面构造形式，其中第二电极可相对于第一电极被通断。为此目的，这两个电极与交流电压源相连。当施以交流电压时，在断开的第二电极结构和介电体之间的间隙区域内出现气体放电生成。就是说，气体放电尤其靠近介电体表面来产生。流过的废气通过断开的平面构造而涡旋流动并同时暂时流入等离子体的激发区域。反应室的第二界面由壁构成。在介电体和封闭反应室的壁之间没有形成气体放电。结果，视壁间距而定，或多或少有相当一部分的气流没有直接与等离子体接触，因而未经处理地流过反应室。
所有属于现有技术的装置中，被引导经过反应室的气流仅部分直接接触等离子体，而其余的气流仅富含等离子体中出现的臭氧并由此被清洁。
发明内容
因此，鉴于上述现有技术，本发明的任务在于，提供一种在气流中产生势垒放电的装置，其中，使被引导经过该反应室的大部分气流且最好是整个气流暂时遇到等离子体。另外，应该提出一种在这种装置中产生势垒放电的方法。
在上述类型的装置中如此完成该任务，至少两个对应于第一电极的且由导电材料材构成的放电元件至少部分伸入该反应室中，这些放电元件彼此电气隔离并且相对于第一和第二电极是电气隔离的，并且第二电极如此相对于这些放电元件布置，即，在反应室内在放电元件和第二电极之间出现放电。
由独立权利要求12的特征得到了完成该任务的方法。
至少部分伸入反应室中的放电元件通过该介电体与前接的第一电极电气隔离。
也被称为对电极的第二电极最好位于该反应室的内壁之内或者说内壁上，在延伸入该反应室的放电元件的对面。
放电元件的电容耦合造成在放电元件和作为对电极通断的第二电极之间的均匀的丝极分布。放电元件之间的完全电气去耦合导致了它们在电容方面被提升到一个级别。这有以下优点，在其中一个放电元件上的气体放电不会改变相邻放电元件的电势。结果，可以在相同时刻实现在多个气体放电元件上的气体放电。
第二电极如此相对于所述放电元件布置，在反应室内在放电元件和第二电极之间出现放电。同时引燃容许在流动路径横截面的范围内产生放电帘幕，整个气流被引导经过该流动路径并同时直接遇到等离子体。
这种布置结构的优点在于丝极的局部布置。虽然在平面介电势垒情况下丝极由整个表面(局部电极通过高的过渡电阻与相邻元件隔离)来引燃，但放电地点可以通过放电元件来集中。
放电元件与第一电极的电容耦合最好如此实现，以使这些放电元件安置在相对于第一电极屏蔽了该反应室的介电体上。为促进放电元件和第二电极之间的气体放电，这些放电元件最好朝向第二电极。
可以如此进一步改善放电元件和第二电极之间的放电，即，放电元件的至少该伸入反应室的部分呈销状，其中该销最好在反应室内以尖端结束。由此一来，造成电荷集中或者说聚集在销的自由端或者说其尖端上。同时，该装置的功率消耗和臭氧发生量被降低。
呈销状的放电元件容许气体放电朝向第二电极方向均匀分布。另外，在销状放电元件的自由端或者说尖端与第二电极之间的间距可通过销长度确定并由此改善放电均匀性。只要这些放电元件呈弯曲成形件或弯曲冲压件形式，则距第二电极的距离和放电均匀性通过其形状和布置方式来改善。
当这些放电元件部分嵌入相对于第一电极屏蔽住反应室的介电体中时，这些气体放电元件可以在浇注该介电体时在一道工序中与介电体相互连接。尤其是，该介电体可以完全以例如由PEEK、PA、PTFE、PE或者类似材料构成的塑料注塑件形式来形成，在这里，这些放电元件和/或第一和第二电极作为嵌入件被包封压注。
这些放电元件以及电极由传导性材料构成，尤其是由铜、不锈钢或其它的良好导电材料构成。这些放电元件能以冲压件或弯曲成形件的形式来预制而成。
作为介电体，根据生产工艺的不同而考虑采用陶瓷材料、玻璃、塑料或复合材料。
第二电极在结构上尤其以环状电极形式有利地安置在反应室的内表面上。为了保护第二电极免受反应室内的气流的不利影响，尤其是免受氧化和脏污，在本发明装置的一个实施方式中规定，介电体还相对于第二电极屏蔽了该反应室。此时，它可以是一体构成的相对于反应室屏蔽第一电极的同一介电体。该一体的介电体能以成形件形式构成流道的组成部分并同时容纳产生等离子体的部件。
当设置在反应室的进流侧和出流侧之间的气体导流机构将气流分为多股分流，并且每股分流对应于至少一个放电元件时，特别有效且目的明确地使流过反应室的气流遇到势垒放电。优选的气体导流机构包括多个尤其是与管状反应室的纵轴线同心设置的流道。这些放电元件或是与流道出口紧邻地布置，或是本身设置在这些流道里。这些流道最好全都具有统一的长度和几何形状。该放电元件相对于流道出口或者说在流道内的布置方式也最好在所有的流道内是统一的。
如果这些放电元件紧邻出口布置，则第二电极最好被设置为环形电极，其在流向上紧接在出口之后地与出口同心设置。如果这些放电元件设置在流道内，则第二电极最好由多个部分构成并且分别有一部分第二电极布置在每个流道内。第二电极的每一部分必须相对于电压源被通断。
为使每股分流尽量有效地遇到等离子体，在每条流道的流动横截面的俯视图中，第二电极和每个放电元件是对置的。此时无妨的是，这些放电元件和第二电极朝向流道方向略微相互错开布置。尤其是在流道具有圆形流动横截面时，通过就俯视图中的流动横截面而言的电极和放电元件的对置实现特别均匀地形成等离子体。
如此实现气流在反应室内的特别有效的导流，管状反应室具有成形件且尤其是塑料注塑件。在该成形件中设有用于流过反应室的气体的多个流道，从而该气体在该流道区域内在从入口侧至出流侧流过反应室时被分为其数量对应于流道数量的多股分流。流道的全部出口最好位于一个环绕管状反应室纵轴线的同心圆上。
同样与管状反应室纵轴线同心地靠近每个出口设置至少一个放电元件。这些放电元件最好位于一个同心圆上，该同心圆的直径小于流道出口所在的同心圆的直径。
第二电极在流向上紧接在出口之后地包围流道的全部出口，从而放电元件和第二电极之间的放电以放电帘幕形式在流道出口之前形成。
附图说明
以下将结合实施例来描述本发明，其中：
图1是在气流中产生势垒放电的本发明装置的示意图；
图2a以剖视图示出了用于装入气体管路的本发明装置的结构；
图2b以侧视图示出了根据图1的装置；
图3a以侧视图示出了呈底装装置形式的本发明装置的另一个实施例；以及
图3b是沿图3a的线A-A的剖视图。
附图标记说明
Figure BDA00002863706100061
具体实施方式
图1示出了在气流(2)中产生势垒放电的装置(1)，气流从进流侧(3a)至出流侧(3b)被引导经过反应室(3)。
该反应室在其底侧由面状的介电体(5)界定，介电体相对于安装在其底面上的板状第一电极(4a)屏蔽了该反应室。
在顶侧，反应室(3)由另一个介电体(6)来界定，该介电体也相对于第二板状电极(4b)屏蔽了反应室(3)。第二介电体(6)用于保护第二电极(4b)免受污染。因此，原则上也可以没有第二介电体(6)地形成该装置(1)。
该反应室在侧面通过在根据图1的剖视图中未示出的侧壁来封闭。均匀散布于板状第一电极(4a)表面地设有多行各十个销状放电元件(7)。这些销状放电元件(7)部分嵌入该介电体(5)并部分伸入该反应室(3)中。在这里，这些销状放电元件(7)对准第二电极(4b)。
第一和第二电极(4a，4b)相对于电压源(8)被通断，该电压源产生在1kV～20kV之间的且频率范围为50Hz～500kHz的交流电压或者脉冲直流电压。这些销状放电元件(7)此时通过尤其由塑料构成的介电体(5)彼此电气隔离并相对于第一和第二电极(4a，4b)是电气隔离的。
在对准第二电极(4b)的放电元件(7)和第二电极(4b)之间出现放电，气流(2)被引导经过放电元件(7)和第二电极(4b)之间。因为匹配于反应室(3)的流动横截面的放电元件(7)以及第二电极(4b)的布置形式，气流(2)完全暂时被转送经过等离子体。呈介电体(5)形式的介电势垒造成所有销状放电元件(7)被提高到一个电荷级别。在其中一个放电元件(7)尖端上的气体放电没有改变相邻的销状放电元件(7)的电势，因而可以实现在多个放电元件(7)上同时气体放电。
图2示出了用于装入管路的本发明装置的一个实施例，该管路被气流(2)流过。气流(2)在进流侧(3a)流入装置(1)并在经过等离子体处理后在出流侧(3b)离开装置(1)。装置(1)例如可在进流侧和出流侧(3a，3b)通过法兰与未示出的管路相连。管路因此可以尤其为了清洁目的被快速顺利更换。反应室(3)由空心圆柱形的管(9)界定，该管在进流侧和出流侧(3a，3b)具有圆柱形的流动横截面。
在进流侧和出流侧(3a，3b)之间沿气流(2)进入反应室(3)的流动方向的横向设有成形件(11)。与装置(1)的纵轴线(15)同心地在成形件(11)内设有共14个流道(12)，它们在由流道(12)长度所限定的反应室(3)部分内将气流(2)分成多股分流(13)。在被流道(12)包围的成形件(11)中央区域内，朝向反应室(3)进流侧(3a)方向设有板状第一电极(4a)。装置(1)的纵轴线(15)延伸经过第一电极(4a)的中心点。第一电极(4a)进入成形件(11)内的圆柱形盲孔(16)中。与每个流道(12)的出口(17)紧邻地分别在成形件(11)内设有一个销状放电元件(7)。各个销状放电元件(7)的一部分嵌入由介电材料构成的成形件(11)，而余下部分(7a)伸入反应室(3)。伸入反应室(3)的部分(7a)如图1所示。这些销状放电元件(7)以轴平行且与纵轴线(15)同心的方式进入成形件(11)。第二电极(4b)呈环状电极形式并且在出流侧(3b)贴靠管(9)的内表面。
在流道(12)的由每个流道(12)的出口(17)限定的流动横截面的俯视图中，第二电极(4b)和各自对应的放电元件(7，7a)设置在流道(12)的对置两侧，在这里，在放电元件(7)的每个伸入反应室(3)的部分(7a)和环状第二电极(4b)之间在轴向(15)上有略微的错位，但这种错位无碍于在每个放电元件(7，7a)和第二电极(4b)之间形成放电(18)。
盲孔(16)的由介电材料构成的底面相对于盲孔(16)内的第一电极(4a)屏蔽反应室(3)。最好也用介电材料填充与流向相反地位于盲孔(16)内的无用空间。
如从图2b的侧视图中看到地，在每个出口前形成在放电元件(7，7a)和包围出口(17)的第二电极(4b)之间的类似于放电帘幕的放电(18)。结果，气流(2)的分流(13)通过起到气体导流机构作用的流道(12)被引导经过等离子体。由此一来，使整个气流(2)直接遇到等离子体。
图3a和3b示出了呈底装装置形式的本发明装置(1)的另一个实施例。包括反应室(3)的壳体可从下面通过螺钉或夹子被安装在一块板例如台板上。在反应室(3)的进流侧(3a)有尺寸足够大的自由空间(20)，其容纳仅被示意示出的电动风机(21)，风机叶轮绕未示出的、在视图中是竖直的轴线转动。风机(21)产生了空气从进流侧(3a)朝向出流侧(3b)方向流过反应室(3)的流动。
从自由空间(20)的侧壁起，朝向反应室(3)的出流侧(3b)方向延伸出共三个流道(12)，它们像在根据图2a、2b的实施例中那样将气流(2)分为多股分流(13)。在出口(17)上方，在装置(1)壳体(19)内设有三个销状放电元件(7)，其部分(7a)紧邻地在出口(17)上方伸入了反应室(3)。
呈由介电材料构成的壳体(19)形式的介电体(5)相对于反应室(3)屏蔽了嵌入的第一电极(4a)。在出口(17)下方，呈板状电极形式的第二电极(4b)在流向上位于出口(17)之后。
尤其如图3a所示，板状第二电极(4b)在出流侧(3b)在反应室(3)的整个宽度范围内延伸。另外如图3a所示，在流道(12)的流动横截面的俯视图中，第二电极(4b)和所述三个放电元件(7，7a)安置在流道(12)的对置两侧。通过相对于放电元件(7，7a)如此布置第二电极而保证了，在放电元件(7，7a)和第二电极(4b)之间像帘幕一样形成放电(18)并且被分为多股分流(13)的整个气流(2)被引导经过等离子体。
净化后的气流(2)在出流侧(3b)离开装置(1)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在气流中产生势垒放电的装置，其包括：
-反应室，它可从进流侧至出流侧被气体流过，
-第一电极，
-介电体，它至少相对于所述第一电极屏蔽所述反应室，
-第二电极，其中，所述第二电极和所述第一电极能够相对于电压源被通断，
其特征是，
-至少两个对应于所述第一电极(4a)的且由导电材料构成的放电元件(7，7a)至少部分伸入所述反应室(3)中，
-这些放电元件(7，7a)彼此电气隔离并且相对于所述第一和第二电极(4a，4b)是电气隔离的，
-这些放电元件(7，7a)部分嵌入相对于所述第一电极(4a)屏蔽所述反应室(3)的所述介电体(5)中，
-所述第二电极(4b)如此相对于这些放电元件(7，7a)布置，即，在所述反应室(3)内在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间出现放电(18)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，这些放电元件(7，7a)朝向所述第二电极(4b)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述放电元件(7)的至少伸入所述反应室(3)的部分(7a)呈销状。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中，这些放电元件(7，7a)在所述反应室(3)内以尖端或棱边结束。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，相对于所述第一和/或第二电极(4a，4b)屏蔽所述反应室(3)的介电体是以浇注件形式构成的。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其中，所述第一电极(4a)被固定在所述介电体(5)上或者与所述介电体(5)紧邻设置。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其中，所述第二电极(4b)设置在所述反应室(3)的内表面上。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中，介电体(6)还相对于所述第二电极(4b)屏蔽了所述反应室(3)。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其中，设置在所述反应室(3)的进流侧和出流侧(3a，b)之间的气体导流机构将所述气流(2)分为多股分流(13)，并且每股分流(13)对应于至少一个放电元件(7，7a)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述气体导流机构包括多个尤其相对于管状反应室(3)的纵轴线(15)同心设置的流道(12)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，在每个流道(12)的流动横截面的俯视图中，所述第二电极(4b)和每个放电元件(7，7a)布置在所述流道(12)的对置两侧。
12.一种在气流中产生势垒放电的方法，所述气流从进流侧至出流侧被引导经过反应室，其中，所述反应室包括第一电极、相对于所述第一电极屏蔽所述反应室的介电体和第二电极，
其特征是，
-至少第一电极(4a)与至少两个对应于所述第一电极(4a)的、由导电材料构成的放电元件(7，7a)电容耦合，所述放电元件部分地嵌入相对于所述第一电极(4a)屏蔽所述反应室(3)的介电体(5)中，并且所述放电元件至少部分伸入所述反应室(3)，
-如此在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间产生放电(18)，即，所述第二和第一电极(4a，4b)相对于电压源(8)被通断并且这些放电元件(7，7a)彼此电气隔离并且相对于所述第一和第二电极(4a，4b)电气隔离，并且
-在所述反应室(3)内借助导流机构(12)迫使所述气流(2)被引导经过在所述反应室(3)内的在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间的放电(18)。

Claims (14)

1.一种在气流中产生势垒放电的装置，其包括：
-反应室，它可从进流侧至出流侧被气体流过，
-第一电极，
-介电体，它至少相对于所述第一电极屏蔽所述反应室，
-第二电极，其中，所述第二电极和所述第一电极能够相对于电压源被通断，
其特征是，
-至少两个对应于所述第一电极(4a)的且由导电材料构成的放电元件(7，7a)至少部分伸入所述反应室(3)中，
-这些放电元件(7，7a)彼此电气隔离并且相对于所述第一和第二电极(4a，4b)是电气隔离的，
-所述第二电极(4b)如此相对于这些放电元件(7，7a)布置，即，在所述反应室(3)内在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间出现放电(18)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，这些放电元件(7，7a)安置在相对于所述第一电极(4a)屏蔽了所述反应室(3)的介电体(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，这些放电元件(7，7a)朝向所述第二电极(4b)。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征是，这些放电元件(7，7a)部分嵌入到相对于所述第一电极(4a)屏蔽所述反应室(3)的所述介电体(5)中。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述放电元件(7)的至少伸入所述反应室(3)的部分(7a)呈销状。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征是，这些放电元件(7，7a)在所述反应室(3)内以尖端或棱边结束。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征是，相对于所述第一和或第二电极(4a，4b)屏蔽所述反应室(3)的介电体是以浇注件形式构成的。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其特征是，所述第一电极(4a)被固定在所述介电体(5)上或者与所述介电体(5)紧邻设置。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其特征是，所述第二电极(4b)设置在所述反应室(3)的内表面上。
10.根据权利要求1至9之一所述的装置，其特征是，介电体(6)还相对于所述第二电极(4b)屏蔽了所述反应室(3)。
11.根据权利要求1至10之一所述的装置，其特征是，设置在所述反应室(3)的进流侧和出流侧(3a，b)之间的气体导流机构将所述气流(2)分为多股分流(13)，并且每股分流(13)对应于至少一个放电元件(7，7a)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是，所述气体导流机构包括多个尤其相对于管状反应室(3)的纵轴线(15)同心设置的流道(12)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征是，在每个流道(12)的流动横截面的俯视图中，所述第二电极(4b)和每个放电元件(7，7a)布置在所述流道(12)的对置两侧。
14.一种在气流中产生势垒放电的方法，所述气流从进流侧至出流侧被引导经过反应室，其中，所述反应室包括第一电极、相对于所述第一电极屏蔽所述反应室的介电体和第二电极，
其特征是，
-至少第一电极(4a)与至少两个对应于所述第一电极(4a)的、由导电材料构成的且至少部分伸入所述反应室(3)的放电元件(7，7a)电容耦合，
-如此在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间产生放电(18)，即，所述第二和第一电极(4a，4b)相对于电压源(8)被通断并且这些放电元件(7，7a)彼此电气隔离并且相对于所述第一和第二电极(4a，4b)电气隔离，并且
-在所述反应室(3)内借助导流机构(12)迫使所述气流(2)被引导经过在所述反应室(3)内的在所述放电元件(7，7a)和所述第二电极(4b)之间的放电(18)。
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