CN107852810A - 用于产生等离子体的设备和方法以及这种设备的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生等离子体的设备(1)，具有至少一个第一电极(3)，至少一个与所述第一电极(3)间隔布置的第二电极(5)，连接到从所述第一电极(3)和所述第二电极(5)中选择的至少一个电极(3、5)的电压源(7)，使得在所述至少一个第一电极(3)与所述至少一个所述第二电极(5)之间可以由所述电压源(7)产生电势差，其中所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)限定在所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)之间的放电区域(11)中放电的放电路径(9)。在此规定设置并且相对于所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)布置的磁场装置(15)，以在所述放电区域(11)中提供磁场，使得磁场的磁场矢量(B)倾斜于所述放电路径(9)定向。

Description

用于产生等离子体的设备和方法以及这种设备的应用

技术领域

本发明涉及用于产生等离子体的设备和方法以及这种设备的应用。

背景技术

用于产生等离子体的设备和方法原则上是已知的。在这样的设备中，通常两个电极之间的时间和/或空间上静态的放电被触发，其中通过放电产生等离子体。该装置和方法，可借助于其产生所谓的冷的、非热或大气等离子体，证明尤其有利于表面或流体流的消毒或灭菌和/或有利于处理伤口。然而，由于放电的通常规定的空间静态性，只能产生例如相对较小体积的等离子体或处理较小体积的流体，或者它需要多个放电，或大面积放电，其关系到能量和/或电功率的相应的高投入，还需要复杂的设备建造。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于产生等离子体的设备和方法以及这种设备的应用，其中不出现所述缺点。

该目的通过提供独立权利要求的主题来实现。有利的实施方式由从属权利要求中得出。

该目的特别是通过提供了一种设置用于产生等离子体的设备来实现，其中所述设备具有至少一个第一电极和至少一个与第一电极间隔布置的第二电极。该设备还具有电压源，其与从所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极中所选的至少一个电极如此连接，使得第一电极和第二电极之间的电势差可由电压源产生，其中第一电极和第二电极在第一电极和第二电极之间的放电区域中限定用于放电的至少一个放电路径。提供一个磁场装置，其被设置并相对于所述第一电极和所述第二电极布置，以在放电区域内提供磁场，从而使磁场的磁场矢量倾斜于放电路径定向。以这种方式，在放电区域中，洛伦兹力或霍尔力对放电起作用，特别是对在电极之间形成的放电丝，这导致该放电或放电丝在空间上变成非稳态的，并且由洛伦兹力驱动，在放电区域内传播。以这种方式，借助于该电极之间产生的放电，能够覆盖一个与放电或放电丝本身的体积相比更大的区域，使得有可能仅用一个放电来获取相对大的体积，和特别是提供等离子体的较大体积和/或处理较大体积的流体。由此，该设备使得可以以紧凑和简单且成本有利的构造，提供相对较大的等离子体体积和/或加载或处理相对较大体积的流体。

该设备优选设置用于产生非热等离子体。在此，等离子体特别地应理解为，其中描述等离子体中电子的动能的分布的温度，其也被称为电子温度，不同于且尤其是远高于描述等离子体中离子—特别是原子离子或分子离子—的动能的分布的温度，其也被称为离子温度。在这种情况下，电子温度远高于离子温度，其中离子温度可以特别地选择在25℃到至多100℃的范围内。由于较低的离子温度，这种等离子体也被称为冷等离子体。

该设备特别优选设置用于在大气压下，特别是也在大约1013mbar下产生这样的非热或冷等离子体，其中这种等离子体也被称为大气等离子体。

在这种情况下，等离子体特别地被称为一种物质状态，其中气相中具有不同电荷的带电粒子彼此相邻地存在，在特定体积上平均得到对于相关体积的中性电荷。等离子体还优选地包含不带电荷的原子和/或分子，其处于电子、振动或旋转的激发态，并且也被称为受激粒子，和/或自由基，总体上特别是不带电荷、反应性原子和/或分子，其也被称为反应性粒子或反应性物质。

术语“电极”在此尤其是指导电元件，在其上可以施加电势。

由于第一电极和第二电极彼此间隔布置，特别意味着它们在空间上彼此分离，使得它们尤其能够被施加不同的电势。电极之间的距离特别选择为这样大，使得它们不会接触或受到影响，使得它们只能被施加共同的、相等的电势。同时，两个电极之间的距离至少部分地选择，使得电极之间的放电可以被触发。

在此，电压源一般理解为适于产生电势差的装置。在此，电压源可能仅连接到两个电极中的一个，即第一电极或第二电极，其中两个电极中的另一个，即第二电极或第一电极接地，尤其是与也连接到电压源的相同大地连接。或者，电压源可能既电连接到第一电极，又电连接到第二电极。可能的是，所述电压源设置为将两个电极中的一个施加与大地不同的电势，并且将两个电极中的另一个接地，其中，替代地或附加地也可能的是，电压源设置用以将两个电极施加彼此不同的和分别与大地不同的电势。电压源也优选地被设置用以产生特定的电功率，使得即使在电流通过的情况下，即在第一电极和第二电极之间发生放电时，也可以保持特定的电势差。

在此，放电路径应理解为尤其是指当在第一电极和第二电极之间产生足够高的电势差时，沿其预期第一电极和第二电极之间放电的假想放电路径。放电路径优选为第一电极和第二电极之间的最短连接，在第一电极和第二电极之间施加足够高的电势差时，沿其预期会形成放电。

放电区域特别地应理解为在第一电极和第二电极之间的空间区域，其中布置有至少一个放电路径，并且其中优选地，由磁场驱动的放电能够特别地沿至少一个电极传播。

该磁场的磁场矢量倾斜于放电路径定向，尤其意味着磁场矢量具有垂直于由放电路径限定的方向的分量，或者，磁场矢量完全垂直于由放电路径限定的方向。这样，洛伦兹力作用于沿放电路径在充电时流动的带电粒子。

电压源以及第一和第二电极尤其设置为，使得在第一电极和第二电极之间的放电区域中，沿放电路径可产生放电和因此尤其是放电丝。第一电极、第二电极和电压源优选地形成为设备的等离子体源。

优选地，第一电极和第二电极一起限定放电区域的放电平面或放电面，其中放电面—取决于电极的走向—也可以是弯曲的。在设备的操作期间，放电丝在放电平面或放电面中延伸。磁场矢量优选倾斜于放电平面或放电面定向，优选垂直于放电平面或放电面。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，电压源构造为直流电压源。它特别是设置为在两个电极中的至少一个，即第一电极和/或第二电极上施加时间上基本恒定或恒定的电势。因此电压源可以简单并且成本有利地构造。尤其是，不需要对电压源进行复杂的高频控制。

优选地，电压源设置为在第一电极和第二电极之间产生至少0.5kV到至多9kV，优选地从至少1kV到至多6kV的电势差。优选地，该设备设置为使得第一电极和第二电极之间的击穿电压最大为6kV，优选小于6kV，其中在第一电极和第二电极之间的放电期间，工作电压最大为4kV，优选小于4kV。

电压源优选地设置为提供至少0.5mA到至多20mA的直流电流，优选地，工作电压为至多4kV，优选小于4kV，更优选从至少1kV到至多4kV。因此，电压源优选具有至少0.5W到至多80W的输出功率。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，至少一个第一电极形成为棒状或线状电极，而至少一个第二电极形成为环形电极，其在圆周方向上看围绕第一电极。在这种情况下，轴向方向由第二电极的区域中的棒状或线状第一电极的延伸部限定，其中，圆周方向同心地围绕轴向方向。径向方向在此垂直于轴向方向延伸。

在该实施方式中，放电路径在径向方向上延伸，其中磁场矢量在轴向方向上具有至少一个分量，或者完全地在轴向上延伸。相应地，洛伦兹力在圆周方向上起作用，使得放电，特别是放电丝在圆周方向上看并且因此沿环形第二电极，优选为圆形的环形圆盘状传播。放电或放电丝的传播速度在此取决于磁场强度。有效地，特别是在此期间，以这种方式虚拟地形成等离子体帘或等离子体表面，其穿过放电区域。这种现象可以被称为磁有序等离子体帘(磁有序等离子体片(magnetically organized plasma sheet—MOPS))。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，至少一个第一电极和至少一个第二电极形成为线状或棒状电极。在这种情况下，它们优选地至少在平面中的区域中或者沿共同的曲面延伸，其中放电区域布置在该平面或表面中。由于磁场矢量至少具有垂直于该平面或表面的分量，使得放电或放电丝沿放电区域的平面或表面传播。有效地，尤其是在此期间，在线状或棒状电极之间的放电区域中产生等离子体帘或等离子体表面。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，至少一个第二电极形成为平面电极，该平面电极优选具有多个凹部。凹部可以具有多种不同的几何形状，例如似圆形，特别是圆形或椭圆形的几何形状，或者具有至少部分发散和/或平行的壁的几何形状。在这种情况下，第一电极优选形成为线状或棒状电极，并且或者垂直于由凹部限定的表面定向，在这种情况下，优选在每个凹部中布置一个第一电极，优选地布置在中央或居中；或者第一电极布置在由凹部限定的平面中并且沿凹部延伸，其中在这种情况下，也优选地每个凹部布置一个第一电极，但是也可能的是多个凹部，优选地所有凹部布置一个共同的第一电极，该第一电极例如可以在凹部之间的区域中设有绝缘材料，从而放电可以仅在凹部的区域中发生。第一电极在凹部的平面中延伸时，优选与凹部的第一壁相邻布置，并且与凹部的相对的第二壁相对布置，其中优选相对于与其相邻布置的第一壁绝缘，从而在第一电极和凹部的与该电极相对的壁之间产生放电。

所有这里解释的电极的各种实施方式都是简单地构建的，并且可以容易且成本有利地制造。此外，它们在产生等离子体方面具有特别的优点，特别是对于在放电区域中流动的流体流。

如果至少一个第二电极形成为具有多个凹部的平面电极，磁场矢量优选具有至少一个分量，其垂直于由凹部限定的平面或表面。放电然后被洛伦兹力驱动，分别沿凹部的边界，传播到分别由凹部限定的放电区域中，其优选可形成平的或平面的。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，沿至少一个电极，即第一电极和/或第二电极的延伸，第一电极和第二电极之间的距离是恒定的。这种情况尤其是当第一电极—例如作为棒状或线状电极—布置在环形第二电极的中央或中心并且在轴向方向上延伸。放电然后在圆环形的，第一电极和第二电极之间形成的放电区域中以圆周运动的意义环绕运行，其中放电区域具有恒定半径。如果第一电极和第二电极分别形成为棒状或线状电极，也可以给定第一电极和第二电极之间恒定的距离，然后一起—总是以恒定的距离彼此间隔开—沿特定路径，在最简单的情况下，直线延伸。当第二电极形成有多个凹部的平面电极时，恒定的距离也是可能的，即或者是这种情况，其中凹部具有圆形边界，其中第一电极作为线状或棒状电极分别布置在这样的凹部的中心，并在轴向上延伸，或者是如果凹部具有至少一个边缘，第一电极然后沿该边缘—与该边缘的距离恒定—而延伸。例如在这种情况下，凹部可以具有矩形形状。恒定的距离具有这样的优点，只要两个电极之间的驱动放电的电势差由电压源维持，放电基本上可以保持。因此可以特别地驱动连续放电。

可选地或附加地，优选地规定，第一电极和第二电极之间的距离沿至少一个电极的延伸部发散。这特别是可能的，如果两个电极形成为线状和/或棒状电极，其中它们可以沿它们的延伸部发散，使得如果在特定方向上沿电极之一的延伸部跟随，电极之间的距离增大。然而也可以实现这样的实施方式，当第二电极具有多个凹部时，在这种情况下，至少一个这样的凹部优选具有相应形状的边缘，其中第一电极能够以合适的方式，以发散的距离布置在凹部旁。电极之间的发散的距离特别是能够使得，在电极的特定部分中使放电停止，其中由于它们彼此之间的距离变得过大，从而放电不足以由电压源驱动。在此相对于磁场的该两电极的极性和引起放电运动的洛伦兹力优选地选择为优选在其中该两电极彼此具有最小距离的位置处产生的放电然后在电极的互相距离增加的方向上在放电区域中传播。取决于电压源的特征值或设定的参数，放电到达特定区域，在那里中断，因为电压源处于该区域中的电极彼此存在的距离时无法继续驱动放电。放电优选地在电极彼此具有最小距离的位置处重新触发，并且过程重新开始。以这种方式，可以拟迭代地且连续地产生沿充电区域循环传播的放电。

可选地或附加地，优选地规定，第一电极和第二电极之间的距离在第一部分中是恒定的并且在第二部分中是发散的。这里，术语“部分”尤其是指至少一个电极的延伸部，特别是指两个电极的延伸部。如果两个电极形成为线状或棒状电极，这样的实施方式是尤其可行的，但是在第二电极形成为具有多个相应形状的凹部的平面电极的情况中，其中第一电极以相应的方式设置在凹部区域中。其中电极彼此部分距离恒定且部分距离发散的实施方式的优点是能够精确地调整，放电应该传播过哪个区域，以及它们最终应该由于电极彼此距离的增加而终止。

电极之间的距离优选为至少1mm到至多30mm。在这种情况下，特别是在该区域内可以具有一个恒定值，或者在这个区域内发散。

电极优选在尤其是恒定距离的区域内或总体上具有为至少1mm，优选至多1m的长度。在这样的区域内，空气中的放电可以很容易地在上面给出的电压值下保持并传播。然而原则上，更大的距离或长度也是可能的。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，磁场装置具有至少一个永磁体。根据一个优选实施方式，永磁体可以形成为一个环形磁体，其在圆周方向上看围绕环形的第二电极，或者其布置为邻近由第一电极和第二电极组成的电极布置，特别是当电极形成为棒状或线状电极时，或者当第二电极形成为具有多个凹部的平面电极时。在这种情况下，磁场装置也可以具有多个分布在平面的第二电极上，特别是与凹部相邻布置的永磁体。在任何情况下，磁场装置都可能具有多个永磁体。永磁体具有不需要对磁场装置进行电控制的优点，使得该设备可以被简单地设计并且具有相对较低的电功率消耗。

可选地或附加地，磁场装置可以具有至少一个电磁体。电磁体的优点在于，磁场装置可以以定义的方式开启和关闭，其中磁场装置的场强的简单变化也是可能的。此外，磁场装置的场强基本上取决于通过电磁体的电流，并且不会由于老化效应而受到削弱，如永磁体的情况那样。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，磁场装置具有至少一个环形磁体。这尤其可以—在圆周方向上看—围绕由至少一个第一电极和至少一个第二电极组成的布置，或布置为紧挨着至少一个电极，优选紧挨着两个电极，即电极布置的两个电极。

可选地或附加地，磁场装置可以具有至少一个线圈。这也可以—类似于环形磁体—在圆周方向上看围绕至少一个电极，优选两个电极，或者布置为紧挨着至少一个电极，优选紧挨着两个电极。

磁场装置可以具有多个环形磁体和/或多个线圈。

线圈应特别理解为电感应线圈，其在其最简单的实施方式中具有盘绕的电导体或者可以由盘绕的电导体构成。

可选地或附加地，磁场装置优选地具有多个棒状磁体和/或线圈，其沿着从至少一个第一电极和/或至少一个第二电极中选择的至少一个电极而布置。在此，多个棒状磁体或线圈围绕环形第二电极和/或围绕平面的第二电极的至少一个凹部布置是可能的。棒状磁体的北极-南极定向和/或线圈的纵向轴线在此优选平行于环形第二电极的纵向轴线或垂直于平面第二电极定向。多个棒状磁体和/或线圈也可以沿着线状或棒状电极布置。在这种情况下，棒状磁体的北极/南极定向和/或线圈的纵向轴线尤其是垂直于电极的延伸部布置。

具有多个棒状磁体和/或线圈的实施方式可以比具有环形磁体或仅具有线圈的实施方式任选更容易实现。

可选地或附加地，优选地规定，磁场装置具有沿着至少一个电极延伸的至少一个带状磁体。该实施方式对于由至少两个棒状或线状电极组成的电极布置是特别有利的，其中这种带状磁体可以容易地沿着这些电极中的至少一个的延伸部布置。这种带状磁体沿平面电极的至少一个凹部的布置也是容易可行的。

带状磁体在这里特别是指沿第一方向延伸的磁性元件，其中沿着第一方向的延伸大于元件在第二方向上的宽度和元件在第三方向上的高度，其中第一方向，第二方向和第三方向彼此垂直。例如，这样的带状磁体可以是约3mm宽，1cm至2cm高，且至多20cm长。这样的带状磁体类似是多个磁性元件的一个整体，一体式布置，并且例如可以通过磁性材料的烧结工艺来制造。

这种带状磁体可以尤其是沿着线状或棒状电极的布置而布置，或沿平面电极中的凹部的至少一个边缘布置，相比于单独的棒状磁体的并排排列，这种是结构上更简单，并同时在磁场分布上更有利的实施方式。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，该装置具有与放电区域流体连通的线路段，使得流体可以沿着线路段导过放电区域。以这种方式，有可能利用在放电区域中形成的等离子体处理流体，并且例如消毒或灭菌、除去难闻的气味、去除过敏原、灭活流体中的微生物，或者除去颗粒。在这种情况下，在其中传播放电的放电区域优选在放电区域的位置处包括设备的总净直径，使得流体完全引导通过放电区域。通过这种方式可以确保，整个穿过放电区域的流体被放电和因此也被等离子体加载。

该目的还通过提供一种用于产生等离子体的方法来实现，具有以下步骤：沿至少两个电极之间的放电区域中的放电路径产生至少一个放电丝，其中提供一个磁场，其倾斜于放电路径，优选垂直于放电路径穿过放电区域。放电丝在此被磁场驱动，在放电区域中传播运动。该方法优选通过根据前述实施例之一的设备来执行。这特别得出已经关于设备解释的优点。

放电丝特别地应理解为意指沿电势梯度流动的带电粒子流。在这里，两个电极之间典型地产生放电，其中首先形成放电通道，尤其是所谓的流光，特别是通过沿放电通道的粒子的电离形成，然后启动带电粒子沿放电通道的运动。带电粒子随后在放电期间沿着形成的放电通道流动，从而形成放电丝。带电粒子在磁场中经受洛伦兹力，洛伦兹力作用于沿着放电通道传播的每个单独的粒子且因此类似总体上作用于放电丝，使得放电丝最终总体上沿着放电区域传播。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，流体导过放电区域。在这种情况下，流体可以以有利的方式被加载有放电丝，且特别是由放电形成的等离子体。

优选地，放电丝的传播运动和流体通过放电区域的流速相互匹配，使得由流经放电区域的流体的每个体积单元被放电丝扫过至少一次。到现在为止可以确定，优选地在放电区域产生放电丝的周期性运动，即例如，根据第一实施方式的周期性圆周运动，或一般的循环运动，和/或根据第二实施方式的周期性运动，使得放电出现在第一位置，然后沿着特定的距离传播，并且在第二位置—例如通过电极彼此增加的距离—终止。放电然后在第一个位置重新开始，整个过程以特定的频率循环重复。

流动流体的体积单元在这里特别地应理解为一个假想体积，其在轴向方向上，即垂直于放电路径，特别是在磁场矢量的方向上，运动通过放电区域，并且—在轴向方向上测得—具有放电丝的厚度。

为了确保流经放电区域的流体的每个体积单元被放电扫过至少一次，在放电区域中传播的放电丝的该频率现以适当的方式匹配流体的流速。

例如，对于在其中心具有棒状或线状的第一电极的环形第二电极的布置，即特别是圆环形放电—在轴向方向上测得的—具有厚度d并且流体的流速在轴向方向上具有速度v，放电Ω的环绕或旋转频率必须比2πv/d大，使得从流动的流体来看，放电看起来类似像等离子体帘，从而使得流动的流体的每个体积单元被放电丝扫过至少一次。例如，具体地对于在轴向方向上测量的放电厚度d为1mm和流体的流速为1m/s，放电的旋转频率必须大于6000s^-1(以角频率计算)，或者—考虑到因子2π—必须有超过1000s^-1的频率。

放电的旋转速度由洛伦兹力确定，并且例如根据以下等式得出

其中v_φ＝rΩ＝2πrf是到两个电极3、5的圆柱形布置的中心的距离r的方位角(圆周)旋转速度，其中V_r为放电的径向传播速度，其可容易从电压源的参数和优选电极距离计算出，此外，ω_e是磁场B中的电子回旋频率，其中v_en是其中大气中性粒子作为主要的制动机制的碰撞速率。

基于等式可以很容易地确定，对于具有例如1m/s的流速的流动流体的有效处理必须提供的旋转频率可以通过大于0.01T，优选大于0.1T的轴向磁场实现。但是特别优选使用至少0.1T到至多1T的磁场强度。同时，特别是对于上限，用于磁场装置的可用磁体的类型仍然是有限的。当然，较高的磁场强度是合乎需要的，并且在适当的磁场装置可用时优选使用。但是目前，它是容易可行的，特别是用小的，优选为圆柱形钕永磁体提供至少0.1T到至多1T的范围内的合适磁场强度。

该方法的一个优选的实施方式的特征在于，放电区域保持在大气压下，即优选在1013mbar或局部主要的环境压力下。因此，该方法特别成本有利且可容易实施，因为它既不需要用于抽真空的装置，也不需要设置用以将放电区域置于较高压力下的装置。利用这里提出的装置可以容易地在大气压下产生等离子体放电。当然，通过该装置并且在该方法的范围内也可以在其他压力下工作，特别是在较高或较低的压力下工作。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，使流体引导通过放电区域，其选自空气、氮气、稀有气体，特别是氩气、二氧化碳、气体混合物、以及至少一种气体和至少一种液体的混合物，特别是水蒸气。在这种情况下，术语“气体”和“液体”特别涉及常温常压，也就是特别是在25℃或298K和1013mbar下物质的聚集状态。这里提出的设备和这里提出的方法尤其可以用于活化或净化流体，特别是选自上述组中的流体。

根据本发明的一个扩展实施方式规定，从流经放电区域的流体中清除的有a)气味，b)过敏原，c)微生物类，特别是微生物，细菌，孢子，真菌和病毒，和/或d)颗粒。以这种方式，从各种流体中可以非常有利地清除各种负载物，使得该装置和方法可通用。

最后，该目的还通过使用根据上述实施例之一的设备作为空气净化装置来实现。在此，设备作为空气净化装置特别是用在住宅，例如作为台面型设备或作为通风和/或空调设备的部件，在厨房，特别是饮食供应机构的厨房里，或在旅馆的大厨房里，在一个牲口棚或肉生产设施，在化学加工厂，在办公室，在工厂，在污水处理厂，在垃圾填埋场和/或医疗机构，如医生诊疗室，医务室或护士站，或医院。在所有这些领域中，该装置可以有意义地，有目标地且有利地用于清除空气中的负载物，特别是上述类型的负载物。

化学加工厂，在此特别是指用于至少一种化学品的生产车间，精炼厂，用于至少一个医药产品的生产车间，研发机构，实验室设备，分析实验室设备，或理解为是指其他装置，在其中化学实验，试验和/或反应被执行。

可选地或附加地，建议使用该装置用于清除流体中的气味，过敏原，微生物类，特别是微生物，细菌，孢子，真菌和/或病毒，和/或颗粒，尤其是通过电子离解(电子轰击离解)。具体而言，为此可以有利地使用该设备。

一方面该装置的描述和另一方面该方法和该应用的描述需要互相补充理解。该装置的特征，明示或暗示地关于方法和应用进行描述，优选的是装置的优选实施例的单个或互相结合的特征。关于装置明示或暗示地描述了的方法的方法步骤或应用方面，优选的是方法或应用的优选实施方式的单个或互相结合的步骤或方面。该方法和/或应用的特征优选在于至少一个方法步骤或方面，其由至少一个按照本发明或优选的装置的实施例的特征来决定。该装置的特征优选在于至少一个特征，其由至少一个按照本发明或优选的方法或应用的实施方式的步骤或方面来决定。

附图说明

下面将参照附图更详细地解释本发明。其中示出了：

图1是该设备的第一实施例的示意图；

图2是该设备的第二实施例的示意图；

图3是该设备的第三实施例的示意图；

图4是该设备的第四实施例的示意图；

图5是该设备的第五实施例的示意图；

和

图6是该设备的第六实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于产生等离子体的设备1的第一实施例的示意图。在此，在图1a)中示出了设备1，其具有第一电极3和第二电极5，第一电极3形成为棒状或线状电极，第二电极5形成为环形电极，其在圆周方向上看围绕第一电极3。在此，轴向方向垂直于图1a)的图像平面延伸，径向方向垂直于轴向方向，并且布置在图像平面内，并且其中圆周方向同心地围绕轴向方向延伸。第一电极3和第二电极5彼此间隔布置。

特别地，第二电极5在这种情况下形成为圆环形，其中第一电极3布置在由第二电极5限定的圆的中心。示意性地示出设备1所具有的电压源7，其连接到第一电极3和第二电极5，使得能够在第一电极3和第二电极5之间由电压源7产生电势差。第一电极3和第二电极5限定了在第一电极3和第二电极5之间的放电区域11内放电的放电路径9。其中示出，由于第一电极3和第二电极5的圆柱形对称结构的布置，限定了一整群放电路径9，其—尤其在径向方向上—沿着圆环形放电区域11的圆周延伸，其中，由于第一电极3和第二电极5之间的恒定的距离，不能可靠地预测实际在哪一位置处将首先进行放电，一群可能的放电路径中的哪一放电路径9将首先实现。

电压源7优选形成为直流电压源，其特别设置为使得在第一电极3和第二电极5之间产生从至少0.5kV到至多9kV的电势差，优选地从至少1kV到至多6kV的电势差，其中电压源进一步优选地设置为提供从至少0.5mA到至多20mA的电流强度。

在图1a)中，没有示出磁场装置以逐步解释设备1的操作方式。如果在没有磁场的作用时—例如在磁场装置关闭或远离时—第一电极3和第二电极5之间的放电被触发，产生一个在这里示意性地指示的放电丝13，其—除了任选的干扰，例如，空气或气体运动—在放电区域11中在径向方向上延伸。在这种情况下，该放电丝13在没有磁场作用的情况下是静止意义上的，该一次形成的放电路径9在时间上保持恒定。

图1b)示出了增加了磁场装置15的设备1，其设置并且这样相对于第一电极3和第二电极5布置，使得它在放电区域11提供磁场，使得磁场的磁场矢量B倾斜，优选垂直于放电路径9定向。在此可以看出，磁场矢量B垂直于图1的图像平面。在此示出的设备1的具体的实施例中，磁场装置15优选形成为永磁体，并且在圆周方向上看，尤其是形成为围绕第二电极5和第一电极3的环形磁体。或者，磁场装置15也可以具有相应布置的电磁体，特别是线圈。

为了简化说明的原因，电压源7未在图1b)中示出，但仍然存在。

如果现在在第一电极3和第二电极5之间的放电被触发，那么洛仑兹力就作用在放电丝13上，从而使放电丝13旋转，并且以特定的旋转频率沿着圆环形放电区域11传播，其中旋转频率取决于磁场的场强。放电丝13扫过整个放电区域11，并且特别是在此期间内来看，在该放电区域内形成一种等离子体帘，其中整个放电区域11被加载有等离子体。

图2示出了设备1的第二实施例的示意图。相同和功能相同的元件设有相同的附图标记，因此在这方面参考前面的描述。磁场装置15在本实施例中包括多个棒状磁体17，其中优选以等角距离，也就是对称地，在圆周方向上看围绕第一电极3和第二电极5布置。棒状磁体17在此以这样的方式定向，使得这里磁场矢量B也垂直于图2的图像平面。作为棒状磁体17的替代方案，磁场装置15也可以具有多个电磁体，特别是线圈，这些电磁体相应地围绕电极3、5的布置而布置。特别优选地，设备1并且特别是磁场装置15具有六个棒状磁体17。

如图1b)所示，比起具有围绕电极3、5的布置的较大的环形磁体或相应较大的线圈的磁场装置15，具有棒状磁体17或空间上分散布置的线圈的布置任选可更简单并且成本更有利地生产。

然而，放电丝13沿放电区域11的旋转的物理上产生的效应在图1b)的第一实施例中和图2所示的第二实施例中是相同的。仅需注意的是，通常由多个棒状磁体17或多个线圈产生的磁场比在第一实施例的情况下由环形磁体或单个线圈产生的磁场更不均匀。这使得在根据图2的第二实施例中可能的是，沿着放电区域11中的圆周线的放电丝13具有变化的转速，这是因为洛伦兹力也局部地变化。

图3示出了设备1的第三实施例的示意图。相同和功能相同的元件设有相同的附图标记，因此在这方面参考前面的描述。在该实施例中，第一电极3和第二电极5都形成为棒状或特别是线状电极，其中它们彼此具有发散的距离。该磁场装置15，其在这里优选地具有永磁体，特别是环形或棒状磁体，这里被布置紧挨着电极3、5的布置，以这样的方式，使得这里的磁场矢量B也垂直于图3的图像平面。或者，磁场装置15可能具有电磁体或至少一个线圈。如果在电极3、5上施加电势差，就会在特别是电极3、5之间的最短距离的位置处产生放电丝13，其中通过磁场，洛伦兹力作用于放电丝13，使其该放电丝沿着电极3、5的延伸部—这里是向右—迁移并扫过放电区域11，直到中断区域19内的电极3、5之间的距离过大，从而使电压源7可以不再驱动放电。中断区域19的具体位置尤其取决于电极3和5之间的电压以及由此的电势差。在放电中断之后，这又在电极3、5之间的最小距离的位置处开始，并且上述过程被循环地重复。这也导致—特别是在此期间—在放电区域11中拟形成等离子体帘，其被放电丝13以特定频率周期性地扫过。在这种情况下，该频率特别取决于磁场的场强以及放电丝13的产生位置和中断区域19之间的电极3、5的长度。

放电区域11中的电极3、5之间的距离优选介于至少1mm和至多30mm之间。

中断区域19中的电极3、5之间的距离可以是例如3cm。

图4示出了设备1的第四实施例的示意图。相同的和功能相同的元件设有相同的附图标记，从而在这方面参考前面的描述。在该实施例中，电极3、5也形成为棒状或尤其是线状电极，其中电极3、5之间的距离部分恒定且部分发散，由此实际上在第一部分20中是恒定的以及在第二部分中22中是发散的。在这种情况下，提供特定的位置24，在该位置处电极3、5彼此之间具有最短的距离，并且最初形成放电丝13。

此处的磁场装置15具有沿着电极3、5的布置延伸的带状磁体。磁场矢量B也垂直于图4的图像平面。设备1的此实施例的操作方式与根据图3的第三实施例中的上述操作方式基本相同，但是其中相对细长的、均匀的、在电极3、5之间的具有恒定的距离的区域，然后接着具有发散电极3、5的第二部分，其中最终还形成中断区域19。第一部分，其中电极3、5彼此具有恒定的距离，可以优选具有高达100厘米的长度，特别是因为带状磁体是目前容易获得的，其在任何情况下可以排列在一起而具有这样的长度。由此可实现区域的长度尤其取决于可用带状磁体的长度，其中多个带状磁体也可并排布置。这样，原则上放电区域11的长度总体上不设任何基本限制。实际限制是在于一方面，设备1的合理的尺寸，另一方面在于该放电丝13扫过放电区域11期望的频率，这些频率特别地取决于带状磁体的磁场强度以及另一方面取决于电极3、5从放电丝13的产生位置24到中断区域19的长度。除了带状磁体，也有可能是多个棒状磁体并排布置，或者说，电磁体，特别是线圈，以相应的方式彼此相邻地沿着电极3、5的延伸部而布置。

图5示出了设备1的第五实施例的示意图。相同和功能相同的元件设有相同的附图标记，因此在这方面参考前面的描述。在该实施例中，第二电极5形成为具有多个凹部21的平面电极。凹部21在此形成为圆形。但也可能有其它的，规则或不规则边缘的凹部，特别是矩形的凹部，或者具有预定的，非均匀的边缘轮廓的凹部，例如按照根据图3和4的实施例中的电极3、5的轮廓。

这里没有示出第一电极3。在具体示出的实施例中优选规定，在每个凹部21的中央布置一个线状或棒状电极，其中多个这样的电极优选彼此电连接，并且可以被施加同一电势，其与第二电极5的电势不同。在其它实施例中，第一电极3也可以至少部分地沿着至少一个凹部21的至少一个边缘延伸，特别是平行于平面电极5的表面延伸。在此第一电极3也可以形成为线状或棒状电极。

磁场装置15此处具有多个棒状磁体17，为了更清楚起见，其中仅一个由附图标记17表示。这些棒状磁体17围绕凹部21布置，并且优选产生磁场，其磁场矢量与第二电极5的表面垂直。形成在凹部21中的放电丝然后以如关于图1至图4所解释的方式在凹部21中传播。在这里具体示出的实施例中会导致特别是如在根据图2的实施例中那样的行为。

除了棒状磁体17也可以规定电磁体，特别是线圈，或者可以规定电磁体和棒状磁体17两者。可选地，每个凹部21或至少多个凹部21—尤其是分别地—还可以被环形磁体围绕。也可能是一个共同环形磁体或共同线圈用于多个凹部21。

各相邻的磁体和/或线圈可以另外具有平行或反平行定向的磁场。

凹部21优选在设备1的工作过程中被流体流过，其然后被在凹部21中产生的等离子体处理。

根据图1至图4的设备1的其他实施例的放电区域11也优选地在工作过程中被流体流过，其在放电区域11中被处理。

如图5所示，如果选择圆形边缘的凹部21，在原理上可能的是，提供凹部21的总面积与第二电极5中的非凹陷的总面积的比例为1:1。如果选择矩形边缘或基本矩形边缘的凹部，则其优选与带状磁体组合，可提供凹陷的总面积与第二电极5中的非凹陷的总面积的比例为9:1，所以有利地提供穿过第二电极5的流体的显著减小的流动阻力。

图6示出了设备1的第六实施例的示意图。相同和功能相同的元件设有相同的附图标记，因此在这方面参考前面的描述。该设备1在此形成为流动管，其中第一电极3作为棒状电极布置在中央，特别是中心，第二电极5形成为环形电极，这里作为圆柱形的空心电极，特别是作为圆柱形管元件。在这种情况下，第二电极5还用作在设备1的工作期间穿过放电区域11的流体的流动管或引导管。就此而言，设备1在此具有与放电区域11流体连通的线路段23，使得流体可以沿着线路段23导过放电区域11。在此，线路段23在这里与流体供给线路25和流体排出线路27流体连通，其中流体供给线路25和流体排出线路27可特别地具有连接到未在这里示出的流体线路的连接元件，诸如用于连接软管的螺旋连接。

磁场装置15在此形成为环形磁体，该环形磁体围绕放电区域11中的电极3、5的布置。

根据图6的第六实施例的操作方式在此与参考附图1b)的说明的第一实施例的操作方式是相同的，由此产生沿着圆环形放电区域11传播的放电。磁场矢量B在此处优选地选择平行于第一电极3的纵向延伸，也就是说在轴向方向上，特别是在设备1的纵向方向上。

放电丝13沿着放电路径11的传播运动以及流体通过放电区域11的流速优选地彼此匹配，使得流过放电区域11的流体的每个体积单元均被放电丝13扫过至少一次，从而在流动的流体看来，形成了拟放电帘，且特别是等离子体帘，流体流经该帘并且流体由该帘处理。在这种情况下，优选地从该流体中清除气味、过敏原、微生物类、尤其是微生物、细菌、孢子、真菌和/或病毒，或颗粒，特别是纳米颗粒，优选为污垢或灰尘。

流体优选以这样的方式导过放电区域11，使得在放电区域11中存在大气压或者近似大气压的压力，优选地不存在低真空或者甚至高真空(Feinvakuum)或者高真空(Hochvakuum)，并且也没有高压。

所使用的流体优选为空气、氮气、稀有气体，例如氩气、二氧化碳，气体混合物或至少一种气体与至少一种液体(例如水蒸气)的混合物。

设备1可有利地被用作空气净化装置，特别是用于在住宅，在厨房，特别是在旅馆的大厨房，例如饮食供应机构的厨房，在一个牲口棚或肉生产设施，在化学加工厂，在办公室，在工厂，在污水处理厂，在垃圾填埋场或任何其他在其中需要从空气中清除上述物质或其他物质中的至少一种的设施中净化空气。这当然也可以包括医疗机构，如医生诊疗室或医院。

总体而言，借助设备1，借助于该方法和通过使用设备1，流体的有效并且费用低、成本有利的净化是可能的。

Claims (13)

1.一种用于产生等离子体的设备(1)，具有

-至少一个第一电极(3)，

-至少一个与所述第一电极(3)间隔布置的第二电极(5)，

-连接到从所述第一电极(3)和所述第二电极(5)中选择的至少一个电极(3、5)的电压源(7)，使得在所述至少一个第一电极(3)与所述至少一个所述第二电极(5)之间可以由所述电压源(7)产生电势差，其中

-所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)限定在所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)之间的放电区域(11)中放电的放电路径(9)，

其特征在于

-设置并且相对于所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)布置的磁场装置(15)，以在所述放电区域(11)中提供磁场，使得

-磁场的磁场矢量(B)倾斜于所述放电路径(9)定向。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述电压源(7)形成为直流电压源。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，

a)至少一个第一电极(3)形成为棒状或线状电极，并且所述至少一个第二电极(5)形成为—在圆周方向上看—围绕所述至少一个第一电极(3)的环形电极；和/或

b)所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)形成为棒状或线状电极，和/或

c)所述至少一个第二电极(5)形成为具有多个凹部(21)的平面电极。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，沿着所述电极(3、5)中的至少一个的延伸部，在所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)之间的距离

a)是恒定的，或

b)是发散的，或

c)在第一部分是恒定的，且在第二部分是发散的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述磁场装置(15)具有至少一个永磁体和/或至少一个电磁体。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述磁场装置(15)

a)具有至少一个环形磁体或至少一个线圈，和/或

b)具有沿选自第一电极(3)和第二电极(5)的至少一个电极布置的多个棒状磁体(17)或线圈，和/或

c)具有沿选自所述至少一个第一电极(3)和所述至少一个第二电极(5)的至少一个电极(3、5)布置的至少一个带状磁体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)具有与所述放电区域(11)流体连通的线路段(23)，使得流体能够沿所述线路段(23)导过所述放电区域(11)。

8.一种尤其借助于根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)产生等离子体的方法，其中

-在至少两个电极(3,5)之间的放电区域(11)中沿着放电路径(9)产生至少一个放电丝(13)，其中

-提供了一个磁场，该磁场倾斜于放电路径(9)穿过放电区域(11)，并且其中

放电丝(13)由磁场驱动，在放电区域(11)中进行传播运动。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，流体导过所述放电区域(11)，其中所述放电丝(13)的传播运动和所述流体通过所述放电区域(11)的流速优选地如此彼此匹配，使得流过放电区域(11)的流体的每个体积单元被放电丝(13)扫过至少一次。

10.根据权利要求8和9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述放电区域(11)中存在大气压。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，采用空气、氮气、稀有气体，特别是氩气、二氧化碳、气体混合物，或至少一种气体和至少一种液体的混合物，特别是水蒸气作为流体。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，从流过所述放电区域(11)的所述流体中清除

a)气味，

b)过敏原，

c)微生物，和/或

d)颗粒。

13.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)的用途，

a)作为空气净化装置用于

-住宅，

-厨房，特别是饮食供应机构的厨房，

-牲口棚或肉类生产设施，

-化学加工厂，

-办公室，

-工厂，

-污水处理厂，

-垃圾填埋场，或

-医疗设施，和/或

b)从流体中清除

-气味，

-过敏原

-微生物，和/或

-颗粒。