CN103338839A - 用于处理气态介质的装置和方法以及该装置用于处理气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的应用 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于处理气态介质的装置，在气态介质的流向上包括用于在气态介质中生成等离子体的等离子体生成装置。等离子体特别包括受激分子、自由基、离子、自由电子、光子及其任意组合。此外，根据本发明的装置包括至少一个介电结构，特别是至少一个熔凝硅管。等离子体是可输送至至少一个介电结构中的，特别是在等离子体生成装置中生成之后。

Description

用于处理气态介质的装置和方法以及该装置用于处理气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的应用
本发明涉及一种使用等离子体处理气态介质的装置，一种使用等离子体处理所述气态介质的方法，以及该装置和方法用于处理气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的应用。
等离子体生成的各种方法和该等离子体的多种应用在本领域内是已知的，例如Bogaerts等人的Spectrochimica Acta Part B57(2002)609-658所评论的。
本领域已知通过等离子体处理所述气态介质对气态介质进行灭菌，其中使用所述等离子体来破坏浮游菌和化学毒素，例如WO2005/079123A2所提出的。使用这些方法可以例如破坏某些挥发性有机化合物（VOC），特别是长链VOC。
本领域还已知使用电晕放电等离子体对气态介质进行灭菌，如US5,814,135所提出的。
这些已知的装置具有实现的灭菌效果不充分的缺点，特别是对某些微生物和毒素（如短链VOC），它们通过上述装置通常是不可破坏的。
因此，本发明的目的是克服上述缺点，即提供一种用于处理气态介质的装置和方法，在节能高效（即消耗少量能量）的同时允许有改进的（即加强的）处理效果。特别地，这个目的包括分子的合成和分解、生物结构（如蛋白质、花粉、孢子、细菌或病毒）的失活或破碎。
通过根据独立权利要求所述的使用等离子体处理气态介质的装置，使用等离子体处理气态介质的方法，以及该装置和方法用于处理气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的应用来达到这些目的。
虽然并非限制本发明，但是目前将使用等离子体处理气态介质、液体、固体或其表面理解为光解作用，即光解反应；特别地，使用等离子体处理是一种通过包括在等离子体中的光子和/或电力（electric forces）诱发或支持光解作用的手段；此外，认为通过分子的初始去稳定作用（initial destabilization）和分子与一个或多个光子的相互作用可以提高用于分子分解和/或合成的等离子体内的分子相互作用或与等离子体的分子相互作用的效率。
光解作用特别包括分子（特别是生物分子）的分解和/或合成，和/或通过破碎生物质（如微生物）导致的失活。如此处及下文所理解的，生物分子为由存活有机体产生的任意有机分子。
光解作用是指使用光子（即电磁波）使分子键断裂。例如，光解作用的商业应用为使用光子固化聚合物、破坏液体或气体中的或固体表面上的病原体或气体污染物。
在本发明的上下文中，气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的处理包括：气态介质、液体、固体、表面或其任意组合中的分子的合成，和/或气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的净化。例如，净化包含分子和/或生物质（如气态介质、液体、固体、表面或其任意组合中的微生物）的量的减少。特别地，处理包括生物结构的破碎。
在本发明的上下文中，术语合成和/或净化具有任意以下含义：合成；净化；合成和净化。特别地，合成包括通过重整乙醇和/或甲醇进行的氢（H2）的合成。
在气态介质的流向上，根据本发明的处理气态介质的装置包括用于在气态介质中生成等离子体的等离子体生成装置。等离子体特别包括受激分子、自由基、离子、自由电子、光子及其任意组合。此外，根据本发明的装置包括至少一个介电结构，特别是至少一个熔凝硅管（fused silica tube）。等离子体是可输送至至少一个介电结构中的，特别是在等离子体生成装置中生成之后。
特别地，等离子体生成装置可以是等离子体腔室，进入所述等离子体腔室的气态介质流进入根据本发明的装置。气态介质可以是待处理的气态介质，或用于处理另外的气态介质、液体、固体、表面或其任意组合的气态介质。
此外，等离子体生成装置特别包括用于生成电磁辐射的发生器，所述电磁辐射的频率为射频范围至微波范围。
形成根据本发明的介电结构，使得可以在该结构内部并沿着所述结构输送等离子体。特别地，可以将这样的结构构造成环形、长方形或椭圆形横截面的管。特别地，可以构造具有任意横截面的这样的结构。
在本申请的上下文中，认为等离子体为气体和/或蒸气，所述气体和/或蒸气在电场的影响下分离成其组分。因此，等离子体包括光子、自由电子、离子、自由基和中性粒子（特别是受激中性粒子），以及其它成分。这样的等离子体优选低温等离子体（non-thermal plasma）。特别地，这样的等离子体的离子化程度小于10%，优选小于5%，更优选小于3%，最优选小于1.5%。
这样的等离子体可通过在WO2005/079123A2中描述的装置，以及在Bogaerts等人的Spectrochimica Acta Part B57(2002)609-658中描述的电晕放电、磁控放电或辉光放电来生成。
一般而言，如此处及下文所理解的，尤其是在处理效果方面需要考虑的共存于等离子体中的三个活性物种为：
a）电力，源于离子、电子和/或受激分子；
b）光子，特别是UV光子或UV辐射；
c）化合物，特别是污染物，一般而言，诸如反应性化学种类（特别是自由基）、浮游菌和化学毒素（特别是VOC、花粉、细菌、孢子或病毒）。
现在已经发现，等离子体生成装置和介电结构的组合提供了协同效果：根据本发明的用于生成等离子体的等离子体生成装置具有的优点是，这个生成的等离子体更好的适合于处理大部分化合物；虽然并非限制本发明，但应懂得等离子体进入介电结构中的输送将在更大的长度上维持等离子体并且修饰等离子体，从而延长等离子体能与化合物反应和/或改进处理的时间。
虽然并非限制本发明，但可将协同效果解释如下：在等离子体和介电结构之间的表面波的生成可修饰等离子体，使得等离子体中的至少一部分电子通过表面波加快到更高的速度，导致了改进的处理效果。
设置等离子体生成装置和介电结构还具有的优点是，所实现的气态介质的处理是能量有效的，因为供给至用于等离子体生成的等离子体生成装置的能量有效地转变为光子和源于离子、电子和或/受激分子的电力，而没有生成相当多的废热。
例如，可将这样的装置并入通风设备和/或空调系统中，或可用作独立装置，特别是作为用于处理空气的反应容器。
优选地，在至少一个介电结构的流向下游，所述装置包括具有内部空间(interior space)的相互作用腔室（interaction-chamber），该内部空间具有至少一个壁。
这个相互作用腔室具有的优点是，等离子体的活性物种之间的相互作用的持续时间增加，即反应发生时间延长，从而增加了处理效果。
这个相互作用腔室的另外的优点是光子数（即等离子体的光子物种）放大。虽然并非限制本发明，但当前认为效果如下：光子特别通过使高速电子减速（所谓的韧致辐射）而生成，由于在相互作用腔室中所述高速电子与电场的相互作用而从介电结构输送到相互作用腔室中。
更优选地，相互作用腔室的至少一个壁显示至少一部分的金刚石涂层。优选地，至少一个壁在内部空间侧面上显示完全的金刚石涂层。
这具有的有益效果是，将光子（即电磁辐射）更有效地分散在等离子体中，从而增加由所述光子引起的处理效果。特别地，至少部分的金刚石涂层支持光子数的放大。此外，光子在金刚石涂层上的拉曼（即非弹性的）散射特别会引起至少一部分散射的光子能量（即频率）的增加。
本领域内已知的是，可以用光子激发金刚石中的初级和次级电子空穴对，如Gaudin等人的photoconductivity and photoemission of diamond under femtosecond VUV radiation(2005),Scientific Commons,http://en.scientificcommons.org/27223646中所解释的。虽然并非限制本发明，但当前认为的是，将初级和次级电子空穴对在金刚石涂层中激发，然后金刚石涂层通过发射两个光子重组，从而进一步放大相互作用腔室中的光子数。
作为金刚石涂层的替代，特别是天然的金刚石涂层的替代，氧化锆和/或其它合成的金刚石涂层是可使用的。特别地，具有氮掺杂剂的金刚石涂层是可使用的。
本领域内已知的是，用氮掺杂金刚石可产生所谓的带电氮空位色心（charged nitrogen-vacancy colour centres），该带电氮空位色心可以被可见光激发，随后生成冷光，如Han等人的Three-Dimensional Stimulated Emission Depletion Microscopy of Nitrogen-Vacancy Centres in Diamond Using Continuous-Wave Light,Nano Letters,2009,Vol.9,No.9,3323-3329中所解释的。虽然并非限制本发明，但当前认为的是，这导致光子在等离子体中更加有效地分散。
优选地，相互作用腔室包括放大结构，该放大结构特别为穿孔的。特别地，在气态介质的平均流向上成圆锥形地形成放大结构。优选地，将放大结构形成为外摆线。放大结构包括至少部分的、优选完全的金刚石涂层。
在本发明的上下文中，术语“穿孔的”是指结构具有空气和/或等离子体能通过的开口。在本发明的上下文中，术语“平均流向”是指从相互作用腔室入口到相互作用腔室出口的平均方向，即基本上平行于相互作用腔室的纵轴。
在本发明的上下文中，术语“外摆线”是指沿着投影、在平均流向上，放大结构具有形成为外摆线的外部形状。在相互作用腔室中设置放大结构的优点是，显示金刚石涂层的表面随以上已陈述的有益效果而增加。此外，放大结构的圆锥形具有的优点是，将气态介质流引导至相互作用腔室出口，这增大了用于进一步使用的相互作用腔室下游的等离子体密度，即等离子体中的带电粒子数。
更优选地，将基本上呈圆柱形的结构设置在由成圆锥形形成的放大结构所围成的体积内，其中圆柱形结构包括至少一部分、优选完全的金刚石涂层。该圆柱形结构特别是穿孔的。特别地，圆柱形结构的纵轴基本上平行于平均流向且优选沿着相互作用腔室的纵轴延伸。
这具有随以上已陈述的有益效果进一步增加显示金刚石涂层的表面、并且更有效地将气态介质引导至相互作用腔室出口的优点。
优选地，没有微波辐射提供给至少一个介电结构。
更优选地，相互作用腔室包括至少一个电极。特别地，将电压施加于至少一个电极。
至少一个电极的存在的优势是增加等离子体的离子化程度，从而增加处理效果。
特别地，将5kV至12kV的电压施加于至少一个电极。这具有支持等离子体生成和/或保持存在于相互作用腔室中的等离子体的另外的优势。
优选地，可以通过这样的方式将电压施加于放大结构，以使放大结构充当相互作用腔室中包括的电极的对电极，特别是通过这样的方式以使电极充当阴极，放大结构充当阳极。
虽然并非限制本发明，但目前根据磁流体动力学理论认为具有的有益效果是，由于电磁力和相互作用腔室中放大结构的形式，可以实现更多湍流的生成并从而实现等离子体均匀度的改进以改进处理效率；进一步认为，在相互作用腔室中生成电磁力以更有效地将等离子体输送至相互作用腔室下游的另外的介电结构中；进一步认为的是，在等离子体生成装置内发生相似的效果，为了生成改进的等离子体均匀度以改进处理效率，并且为了在等离子体生成装置内生成电磁力以更有效地将等离子体输送至等离子体生成装置的介电结构下游；这使得能够通过根据本发明的装置有效输送空气和/或等离子体。
最优选地，该至少一个电极显示部分的金刚石涂层，优选完全的金刚石涂层。
该金刚石涂层具有如上已陈述的相同的有益效果。
作为金刚石涂层的替代，特别是天然的金刚石涂层的替代，氧化锆和/或其它合成的金刚石涂层是可使用的。特别地，具有氮掺杂剂的金刚石涂层是可使用的。
特别优选的是，在位于相互作用腔室的下游的气态介质的流向上，所述装置包括至少一个另外的介电结构。特别地，所述装置包括至少一个另外的熔凝硅管。等离子体可以从相互作用腔室输送至至少一个另外的介电结构中。
该至少一个另外的介电结构具有如上已陈述的相似的有益效果。
优选地，在位于至少一个另外的介电结构下游的气态介质的流向上，所述装置包括用于等离子体熄灭的另外的腔室。
该另外的腔室（即松弛腔室（relaxation chamber））具有的有益效果是，等离子体的活性物种可在该腔室内重组，从而熄灭等离子体。因此只有基本上没有自由基的基本上中性的气态介质离开了另外的腔室，从而没有给环境造成危害。
最优选地，在流向上，另外的腔室在腔室内部显示锥形部分（taperedsection）。
这具有的有益效果是，等离子体的物种之间相互作用的可能性增加，从而增加重组的可能性以实现基本上中性的气态介质。
特别优选的是，用颜料至少部分地、优选完全地涂敷介电结构中的至少一个的内部，以将电磁辐射的波长转化为更长的波长。
这具有的优点是，可以根据待灭菌的气态介质中的污染物（特别是浮游菌或化学毒素）调整等离子体中光子的波长。例如，这在具有已知污染物的环境中是有益的，如例如具有空气调节设备的建筑物。因此，可以在例如空气调节系统中实施根据本发明的装置，并且使它适应于预期的污染物。
优选地，所述装置包括用于将反应气体输送至该装置中的构件。
这具有的优点是能增加等离子体生成，即通过增加等离子体的离子化程度，或降低当保持离子化程度基本恒定时所必需的能量的量，。例如，氦可用作反应气体。特别地，这允许通过降低VOC来合成新的产物（如H2）。
更优选地，相互作用腔室包括用于光子放大的构件。特别地，放大选择的波长的光子。
这具有的有利效果是，将等离子体中光子的量（即等离子体的活性物种中的一种的量）增加，即将光子放大。这个放大导致改进的处理效果。放大特别适合处理某些已知的污染物的选择的波长或波长范围的光子数是特别有利的，例如，将待放大的光子的波长（即能量）与必需能量进行匹配，以分解或破碎已知包括在等离子体中的某些的污染物。
特别地，等离子体生成装置包括用于在等离子体生成装置中放大光子数的晶体。这样的晶体的实例为熔凝硅晶体（fused silica crystal），特别通过例如红宝石激光器对其进行光泵。
优选地，所述装置包括用于解耦合光子（uncoupling photon）（特别是UV光子）的构件。
用于解耦合光子的构件包括窗口，特别是UV透明窗口（UV-transparent window）。例如，至少一个介电结构，特别是至少一个另外的介电结构，可形成为用于解耦合光子的窗口。
这具有的有益效果是，能够将光子从该装置上解耦合，特别是用于处理液体、固体、表面或其任意组合。特别地，能处理水。换言之，能将所述装置用作光子源。
更优选地，所述装置包括至少一个用于将气态介质输送至等离子体生成装置中的等离子体装置入口，其中等离子体装置入口在流向上显示锥形的入口部分。
这具有的优点是，输送至等离子体装置入口中的气态介质的速度增加，从而增加等离子体生成装置中的湍流。此外，这使得可能以更低的速度将气态介质输送至等离子体生成装置中，并且仍然可以通过增加气态介质的速度来实现在等离子体生成装置中生成基本均匀的等离子体密度所需的湍流。湍流改进了等离子体生成装置中等离子体的分布，从而实现基本均匀的等离子体密度。
最优选地，所述装置包括至少一个用于将气态介质输送至等离子体生成装置中的等离子体装置入口，其中将用于在气态介质流中生成湍流的气态介质偏转器（deflector）设置在等离子体装置入口的下游。
因此，装置可以在等离子体装置入口中具有锥形入口部分且无偏转器，在等离子体装置入口中具有锥形入口部分和偏转器以及在等离子体装置入口中无锥形入口部分且有偏转器。
气态介质偏转器的使用具有在气态介质流中生成增加的湍流的优点，这提高了等离子体生成装置中基本均匀的等离子体密度的生成，即更均匀的等离子体的生成。
等离子体生成装置中的偏转器可以形成为任意的几何特征，用于偏转和/或引导气态介质流，即卷曲的壁段（curved wall segment）。
优选地，等离子体装置入口和/或偏转器包括至少一个气态介质导向通道（guiding channel），特别是呈螺旋形的导向通道。
这具有的优点是，通过导向通道至少部分地导向气态介质以在流中生成涡流（vortex），所述涡流增加了等离子体生成装置中的湍流，以得到更均质的等离子体。另外的优点是，由于在气态介质的导向通道中有更长的流动路径，等离子体生成装置中的至少一部分气态介质的停留时间增加。这使得在等离子体生成装置中更有效地生成等离子体并且提高处理效率。
导向通道特别地在等离子体装置入口和/或偏转器的壁中形成凹槽。
优选地，所述装置包括具有至少第一磁控电极（magnetron-electrode）和至少一个对电极（counter-electrode）的磁控管（magnetron），其中将至少一个另外的电极设置在等离子体生成装置中且在由等离子体装置入口沿着气态介质穿过等离子体装置入口的平均流向上的投影形成的区域中，其中特别地，通过偏转器可在区域中生成湍流。
换言之，另外的电极设置在气态介质进入等离子体生成装置的地方，用于在刚输送至等离子体生成装置中的气态介质中生成等离子体。这进一步提高了等离子体生成装置的等离子体生成能力。
更优选地，设置偏转器，使得偏转器不妨碍对电极和另外的电极之间的瞄准线（line of sight），特别是沿着连接着对电极和另外的电极的最短的直线。
这具有的优点是，偏转器未削弱等离子体生成。
连接对电极和另外的电极的词组“最短的直线”的含义是，在对电极和另外的电极之间所画的虚拟线。
最优选地，等离子体生成装置包括至少一个在等离子体生成装置内部的具有熔凝硅表面的壁，特别是在等离子体装置入口对面的壁。
虽然并非限制本发明，但在通过表面波可能使一部分电子加速到更高速度的方面，在等离子体生成装置内部的熔凝硅表面的设置具有与针对等离子体生成装置下游的介电结构所阐述的相同的优点。
优选的是，为了增加装置内湍流和特别是等离子体的均匀度，等离子体生成装置的内部空间（inner space）在至少一个在流向上基本上会聚的部分中，并且相互作用腔室的内部空间在至少一个在流向上基本上分散的部分中。
换言之，基本上垂直于平均流向的尺寸在等离子体生成装置中的至少一个部分中降低，并且在相互作用腔室中的至少一个部分中增加。
这具有进一步增加在装置中气态介质的处理效率的优点。
本发明的另一个方面是处理气态介质（特别是空气）的方法。该方法特别用上述装置来进行。该方法包括在等离子体生成装置内、在气态介质中生成等离子体和将等离子体输送至至少一个介电结构中的步骤。
该方法优选用根据本发明的装置来实施。所以，根据本发明的处理气态介质的方法具有如上所陈述的相同的优点。
优选地，所述方法包括将等离子体输送至所述至少一个介电结构下游的相互作用腔室的步骤。任选地，将等离子体输送至相互作用腔室下游的至少一个另外的介电结构中。优选地，将等离子体输送至至少一个另外的介电结构下游的另外的腔室中。
根据本发明的另一个方面，使用上述根据本发明的方法操作如上所述的装置以处理气态介质（特别是空气和/或甲烷）。特别地，能重整CO2，特别是与蒸汽和/或其他气体混合的，优选与燃烧气体混合的CO2。
如由Morvova等人（Journal of thermal analysis and caloemintry,volume61(2000)273-287)和由Morvov等人(Utilisation of CO2,fixation of nitrogen andexhaust gas cleaning in electric discharge with electrode catalysers)所描述的，使用等离子体技术来降低CO2排放物在本领域内是已知。此外，通过真空紫外光（Takahachi等人,Journal of applied physics,July2005,volume98,issue2）以及通过Civies等人(Chemical Physics Letters389(2004)169-173)，由人造行星雾围（simulated planetary atmosphere）合成氨基酸前体在本领域内是已知的。
本发明的另一方面是，使用以上方法操作如上所述的装置以处理液体、固体、表面或其任意组合，特别是用从所述装置上解耦合的UV光子。供选择地，使用在根据本发明的装置中所处理的离开了所述装置的气态介质处理液体、固体、表面或其任意组合是可实现的。
本发明的另一个方面是，使用上述方法操作如上所述的装置用来重整甲醇，特别是用来产生氢气。
所述装置的应用具有如上所陈述的装置和方法的有益特征。
在微波表面波等离子体放电中重整乙醇和甲烷在本领域内是已知的，如Yanguas-Gil等人(applied Physics Letters,volume85,no.18,1.November2004)和Jasinski等人(Chiem.Listi102,S.1332S.1337(2008);II Central EuropeanSymposium on Plasma Chemistry2008)所描述的。
本发明的另一方面涉及用于上述装置中的磁控管，所述磁控管包括第一磁控电极、对电极和环形电极，所述环形电极为包围一个区域的封闭环的形式（特别是环形），并且其中第一磁控电极设置在该区域内（特别是基本在中心），另外的电极设置在该区域外面。环形电极包括至少一个设置在该区域的向内部件（inward-member），其中向内部件与垂直于环形电极的轴基本上平行于地设置在环形电极和第一磁控电极之间，以及至少一个设置在该区域外面的向外部件（outward-member），所述向外部件基本上平行于垂直于环形电极的轴且在环形电极和另外的电极之间。
这具有的优点是，提高了等离子体生成，特别是当用于上述装置时。
换言之，如果是环形电极，垂直于环形电极的轴为半径。在环形电极和另外的电极之间的轴是指起始于向外部件所设置的部位的轴，或在环形电极上形成的轴。特别是对于环形电极，将向外部件和向内部件设置成基本上平行于环形电极的半径。
在环形电极上设置至少一个向内部件和至少一个向外部件具有进一步提高等离子体生成效率的优点。
最优选地，环形电极包括至少两个向内部件，其中向内部件中的一个显示第一长度且其余向内部件显示第二不同长度。特别地，不同长度的向内部件之比为1.5：1且优选为2：1。
这具有进一步支持等离子体生成的优点。
优选地，至少一个向内部件和至少一个向外部件设置在环形电极的沿着环的不同位置上。特别地，磁控管包括至少两个向外部件和至少两个向内部件，其中向内部件和向外部件之间沿着环形的距离基本上为环形周长的1/4。更优选地，磁控管包括至少n个向外部件和至少n个向内部件，其中向内部件和邻近的向外部件之间沿着环形的距离基本上为环形周长的1/（2*n）。例如，如果磁控管包括n=8个向内部件和向外部件，沿着环形的距离为1/16。
这具有进一步改进等离子体生成装置中等离子体的生成和更多基本均匀的等离子体密度的生成的优点。
特别地，能用所述装置处理水（优选饮用水）。
所述装置的这些应用具有与如上所述的装置和方法一样的有益特征。
本发明的又一个方面是用于处理气态介质的装置（特别是上述装置），包括气态介质的入口和出口。此外，所述装置包括用于放大光子的构件。特别地，将选择的波长或波长范围的光子放大。另外，所述装置包括用于生成等离子体的构件。
这个装置具有如上所述的有利效果。
通过附有以下示意性附图的以下优选实施方案的详细描述，根据本发明的另外的目的、优点和新的特征将变得显而易见：
图1：根据本发明的用于处理空气的装置的示意图，所述装置包括等离子体生成装置和介电管；
图2：根据本发明的用于处理空气的装置的供选择的实施方案的示意图，所述装置包括另外的相互作用腔室：
图3：根据本发明的用于处理空气的另外的供选择的装置的示意图，所述装置包括另外的介电管；
图4：根据本发明的用于处理空气的另一个供选择的装置的示意图，所述装置包括一个额外的腔室，即松弛腔室；
图5：等离子体生成装置的一个供选择的实施方案的透视图；
图6：根据本发明的用于处理空气的装置的俯视图，所述装置包括等离子体生成装置、介电管和另一相互作用腔室；
图7：用于相互作用腔室的放大结构的透视图；
图8：封装装置（encapsulated device）的透视图；
图9：根据图8的封装装置的俯视图。
图1显示了用于处理空气的装置1，其包括用于生成等离子体21的等离子体生成装置2。等离子体生成装置2为如WO2005/079123A2所提出的装置。
将空气20通过示意图中未示出的外部构件输送至等离子体生成装置2中。然而，输送构件可特别包括外部通风构件。
将空气20穿过等离子体装置入口5输送至等离子体生成装置2中。在等离子体生成装置2的内部，在空气20中生成等离子体21，即将空气20转化成等离子体21。等离子体21显示大气压，即压力为0.8至1.2巴，并且温度为15℃至45℃。
将等离子体21穿过等离子体装置出口6输送至三个熔凝硅管中，并且随后沿着熔凝硅管输送到相互作用腔室入口7。这具有使等离子体21中至少一部分电子加速的效果。该等离子体21如在熔凝硅管3中所修饰的，与污染物（诸如浮游菌或化学毒素）相互作用，从而减少了等离子体21中所述污染物的量。所以，离开相互作用腔室入口7的等离子体21包含更低程度的污染物。
图2显示了用另外的相互作用腔室10处理空气的装置1的一个供选择的示意图。根据图2的本发明的供选择的实施方案包括已经描述于图1中的元件，该元件此处将不作进一步说明。从此处及下文中，具有相同标号的部件在图中表示相同的部件。
等离子体21穿过相互作用腔室入口7离开两个熔硅凝管3并且输送至具有内部空间11的相互作用腔室10中。在相互作用腔室10中，将两个电极15放置在内部空间11内部。电极15用完全的金刚石涂层涂覆。用电源（未示出）将10kV的电压施加于电极15。这具有支持等离子体生成和维持存在于相互作用腔室中的等离子体的效果。
在相互作用腔室10的内部空间11中，等离子体21与包括在等离子体21中的污染物进一步相互作用，从而更进一步降低等离子体21中污染物的量。
随后将等离子体21输送穿过两个相互作用腔室出口8。
图3显示用于处理空气的另外的装置1的示意图。图3显示在相互作用腔室10下游具有另外的熔凝硅管3’的如图1和图2所描绘的相似的装置1。相同的标号表示如图1和图2中的相同的部件。
等离子体21穿过相互作用腔室出口8离开相互作用腔室10，并且输送至另外的熔凝硅管3’中。这些熔凝硅管3’具有与相互作用腔室10上游的熔凝硅管3相同的功能。等离子体21随后穿过另外的腔室入口9离开另外的熔凝硅管3’。
相互作用腔室10具有带有金刚石涂层13的壁12。用完全的金刚石涂层13涂覆电极15。
图4显示根据本发明的用于处理空气的装置1的另外的示意图，所述装置包括用于熄灭等离子体21的另外的腔室16，即松弛腔室。
用于处理空气的装置1包括等离子体生成装置。该等离子体生成装置2为磁控管30。通过外部通风设备（未示出）将空气20穿过等离子体装置入口5输送至等离子体生成装置2中。在等离子体生成装置2中用磁控管30生成等离子体21。该等离子体21显示压力为0.7至1.3巴并且温度为20℃至40℃。等离子体21穿过等离子体装置出口6输送至熔凝硅管3中，该熔凝硅管3显示带有颜料4的涂层，用于将电磁辐射的波长转化为更长的波长。
随后，等离子体21穿过相互作用腔室入口7输送至相互作用腔室10中。相互作用腔室10具有内部空间11和用完全的金刚石涂层13所涂覆的壁12。将整个内部空间11涂覆。等离子体21与流中所包含的污染物相互作用，其中随后将等离子体21输送至熔凝硅管3’中。
随后将等离子体21穿过另外的腔室入口9输送进入另外的腔室16中，以熄灭等离子体21。
另一腔室16在流向上显示锥形部分17。空气流20穿过所述另外的腔室出口18离开装置1，所述空气流20在另外的腔室出口18的邻近处基本上不再是等离子体21。
图5显示带有壁12、带有多个偏转器19的等离子体生成装置，所述偏转器19用于在输送至等离子体生成装置2中的空气流中生成湍流。等离子体生成装置2进一步包括设置在等离子体装置入口（未示出）对面的熔凝硅表面22。将另外的电极33设置在等离子体生成装置中且在由等离子体入口（未示出）沿着气态介质穿过等离子体装置入口的平均流向的投影所形成的区域中。
在显示熔凝硅表面的壁中，设置了等离子体装置出口6和介电结构3，用于将等离子体输送出等离子体生成装置。
此外，等离子体生成装置2包括磁控电极31和带有向外部件35及向内部件34的环形电极32。环形电极32是环形的。设置向外部件35，以使它们各自平行于连接磁控电极31和另外的电极33的直线排列。
将向内部件34各自平行于连接磁控电极31和环形电极32的直线排列。向内部件34显示不同的长度，其中向内部件的一种类型为较短向内部件类型的长度的两倍，即比例为2：1。
图6显示根据本发明的用于处理气态介质的装置1的供选择的实施方案，所述装置具有等离子体生成装置2和另外的腔室10。
如图6所示的俯视图包括如图5所描绘的等离子体生成装置。等离子体生成装置的下游，熔凝硅管3显示带有颜料4的涂层，用于将电磁辐射的波长转化为更长的波长。
等离子体装置入口5在流向上显示锥形入口部分14。
也显示了环形形式的对电极36，其具有基本上平行于带有穿孔壁的环的半径排列的壁部分。
能将等离子体通过相互作用腔室入口7输送至相互作用腔室10中，将电极15设置在腔室10中，用于在相互作用腔室10中维持等离子体。
此外，相互作用腔室10包括外摆线形式的放大结构23和设置在放大结构23所围成的体积内的圆柱形结构24，放大结构、圆柱形结构和壁12各自显示金刚石涂层13。
将等离子体穿过相互作用腔室出口8输送至熔凝硅管3’中。
内部空间26在气态介质的平均流向上是基本上会聚的，并且相互作用腔室10的内部空间11在气态介质的平均流向上是基本上发散的。
图7描绘了放大结构23、圆柱形结构24和壁12的透视图，其中放大结构23、圆柱形结构24和壁12各自显示金刚石涂层。
图8描绘了封装装置1。此处，只有等离子体装置入口5是可见的。邻近外部半径设置的等离子体装置入口5具有在壁中螺旋形地形成的导向通道25。
图9描绘了根据图8的装置1的平面图。根据图9的装置1在用于将空气20输送至装置1中的等离子体装置入口5和相互作用腔室出口8之间具有与图6所示装置相似的构造。
除了图6所示装置，根据图9的装置1还具有在等离子体装置入口5中的导向通道25和用于在流动中增加湍流的偏转器19。
相互作用腔室出口8的下游设置了介电管形式的另外的介电结构3’，所述介电结构与另外的腔室入口9流体连通。
能将等离子体穿过另外的腔室入口9输送至另一腔室16中。另外的腔室16显示用于将经处理的气态介质的锥形部分17通过另外的腔室出口18输送出装置1，所述经处理的气态介质基本上不再是等离子体。

Claims (30)

1.用于处理气态介质特别是空气（20）的装置（1），所述气态介质特别包括分子、生物分子、微生物及其任意组合，其中在气态介质的流向上，所述装置（1）包括：
—用于在气态介质中生成等离子体（21）的等离子体生成装置（2），所述等离子体（21）特别包括受激分子、自由基、离子、自由电子、光子及其任意组合，和
—形成为至少一个熔凝硅管的至少一个介电结构（3），其特征在于，所述等离子体是可输送至至少一个介电结构（3）中的，特别是在等离子体生成装置（2）中生成等离子体（21）之后。
2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于，在位于至少一个介电结构（3）下游的气态介质的流向上，所述装置（1）包括：具有内部空间（11）的相互作用腔室（10），所述内部空间（11）具有至少一个壁（12）。
3.根据权利要求2所述的装置（1），其特征在于，所述至少一个壁（12）在所述内部空间侧面上至少显示部分的金刚石涂层（13），优选完全的金刚石涂层（13）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置（1），其特征在于，没有微波辐射施加于所述至少一个介电结构（3）。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述相互作用腔室（10）包括至少一个电极（15），其中特别地将电压施加于所述至少一个电极（15）。
6.根据权利要求5所述的装置（1），其特征在于，所述至少一个电极（15）显示部分的金刚石涂层（13），优选完全的金刚石涂层（13）。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述相互作用腔室（10）特别地包括穿孔的放大结构（23），特别是在气态介质的平均流向上成圆锥形地形成的放大结构，优选形成为外摆线的放大结构，其中该放大结构（23）至少包括部分的、优选完全的金刚石涂层（13）。
8.根据权利要求7所述的装置（1），其特征在于，将基本上特别是穿孔的圆柱形结构（24）设置在由成圆锥形地形成的放大结构（23）所围成的体积内，其中所述圆柱形结构（24）至少包括部分的、优选完全的金刚石涂层（13）。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的装置（1），其特征在于，在位于相互作用腔室（10）下游的气态介质的流向上，所述装置（1）包括至少一个另外的介电结构（3’），特别是至少一个另外的熔凝硅管，其中等离子体（21）可以从相互作用腔室（10）输送至至少一个另外的介电结构（3’）中。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的装置（1），其特征在于，在位于至少一个另外的介电结构（3’）下游的气态介质的流向上，所述装置（1）包括用于熄灭等离子体（21）的另一腔室（16）。
11.根据权利要求10所述的装置（1），其特征在于，所述腔室（16）在流向上显示在腔室（16）内部的锥形部分（17）。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置（1），其特征在于，用颜料（4）至少部分地、优选完全地在内部涂敷介电结构（3）中的至少一个，用于将电磁辐射的波长转化至更长的波长。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）包括用于将反应气体输送至装置（1）中的构件。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述相互作用腔室（10）包括用于放大光子，特别是用于放大选择的波长或波长范围的光子的构件。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）包括用于解耦合光子，特别是UV光子的构件。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）包括用于将气态介质输送至等离子体生成装置（2）中的至少一个等离子体装置入口（5），其中所述等离子体装置入口（5）在流向上显示锥形的入口部分（14）。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）包括用于将气态介质输送至等离子体生成装置（2）中的至少一个等离子体装置入口（5），其中将气态介质偏转器（19）设置在等离子体装置入口（5）的下游，所述偏转器（19）用于在气态介质流中产生湍流。
18.根据权利要求16或17所述的装置（1），其特征在于，所述装置（1）包括具有至少第一磁控电极（31）和至少一个对电极（32）的磁控管（30），其中至少一个另外的电极（33）设置在等离子体生成装置（2）中且在由等离子体装置入口（5）沿着气态介质穿过等离子体装置入口（5）的平均流向上的投影形成的区域中，其中特别地，通过偏转器（19）可以在所述区域中生成湍流。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置（1），其特征在于，设置偏转器（19），使得偏转器（19）不妨碍对电极（32）和另外的电极（33）之间的瞄准线，特别是沿着连接对电极（32）和另外的电极（33）的最短的直线。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述等离子体生成装置（2）的内部空间（26）在至少一个在气态介质的平均流向上基本上会聚的部分中，并且相互作用腔室（10）的内部空间（11）在至少一个在气态介质的平均流向上基本上发散的部分中，用于增加装置（1）中的湍流和特别是等离子体（21）的均匀度。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述等离子体生成装置（2）包括至少一个在等离子体生成装置（2）内部的、具有熔凝硅表面（22）的壁，特别是在等离子体装置入口（5）对面的壁。
22.用于处理气态介质特别是空气（20）的方法，特别地使用根据权利要求1至21中任一项所述的装置（1），包括步骤：
—在等离子体生成装置（2）中，在气态介质中生成等离子体（21），和
—将等离子体（21）输送至至少一个介电结构（3）中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中将等离子体（21）输送至至少一个介电结构（3）下游的相互作用腔室（10）中，其中将等离子体（21）任选地输送至相互作用腔室（10）下游的至少一个另外的介电结构（3’）中，并且其中将等离子体（21）任选地输送至至少一个另外的介电结构（3’）下游的另外的腔室（16）中。
24.根据权利要求1至21中任一项所述的装置（1）在处理气态介质，特别是空气（20）和/或甲烷中的应用，使用根据权利要求22至23中任一项所述的方法来操作所述装置（1）。
25.根据权利要求1至21中任一项所述的装置（1）在处理液体、固体、表面或其任意组合中的应用，使用根据权利要求22至23中任一项所述的方法来操作所述装置（1），特别是使用从装置（1）上解耦合的UV光子。
26.根据权利要求1至21中任一项所述的装置（1）在重整甲醇，特别是产生氢气中的应用，使用根据权利要求22至23中任一项所述的方法来操作所述装置（1）。
27.用于根据权利要求1至21中任一项所述的装置（1）中的磁控管（30），其包括第一磁控电极（31）、对电极（36）和环形电极（32），所述环形电极为包围一个区域的封闭环的形式，特别是环形，并且其中第一磁控电极（31）设置在该区域内，特别是基本上在中心，另外的电极（33）设置在该区域外面，其特征在于，所述环形电极（32）包括至少一个设置在该区域的向内部件（34），其中所述向内部件（34）与垂直于环形电极（32）的轴基本上平行地设置在环形电极（32）和第一磁控电极（31）之间，以及至少一个设置在该区域外面的向外部件（35），所述向外部件（35）基本上平行于与环形电极（32）垂直的轴且在环形电极（32）和另外的电极（33）之间。
28.根据权利要求27所述的磁控管（30），其特征在于，所述环形电极（32）包括至少两个向内部件（34），其中向内部件（34）中的一个显示第一长度且其余向内部件（34）显示第二不同的长度，特别是比例为1.5：1且优选为2：1。
29.根据权利要求27或28所述的磁控管（30），其特征在于，所述至少一个向内部件（34）和至少一个向外部件（35）设置在环形电极（32）的沿着环的不同位置上。
30.用于处理气态介质的装置，特别是根据权利要求1至21中任一项所述的装置，包括：
—气态介质入口，
—气态介质出口，
—用于放大光子，特别是选择的波长或波长范围的光子的构件，和
—用于生成等离子体的构件。
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