CN107921166B - 等离子体喷射空气过滤和灭菌系统 - Google Patents

Abstract

本文中公开一种等离子体反应器嵌入式组合件，其在一个实例中具有：外部壳体，所述外部壳体包括流体入口，流体出口，电力输入，和电力连接器；变压器支架，其耦接到所述外部壳体；至少一个升压变压器，其附接到所述变压器支架。所述嵌入件与所述电力连接器电通信；多个大体上平行的介电套管，其与所述变压器电通信；至少一个接地板，其定位于每一介电套管之间，其中每一接地板与每一介电套管之间具有流体间隙，且；其中除在所述介电套管中的一个与所述接地板中的一个之间穿过之外，所述流体入口与所述流体出口之间不存在流体路径。在一种形式中，每一接地板的横截面为v形或弓状v形。还描述一种用于使用所述等离子体反应器来灭菌或消毒的方法。

Description

等离子体喷射空气过滤和灭菌系统

本公开主张2012年8月2日提交的美国专利申请13/565,605的优先权且为所述专利申请的部分接续申请，所述专利申请在2015年6月9日作为以引用的方式并入本文中的美国专利9050556发布。美国专利申请13/565,605主张2011年8月3日提交，且以引用的方式并入本文中的美国临时专利申请61/514,588的优先权。

技术领域

本申请涉及施加通过在等离子体反应器内反应湿度受控空气流而形成的等离子体(氧自由基、氢氧自由基、离子、臭氧)活化水(PAW)和/或等离子体活化气体(PAG)，以快速氧化空气/气体/液体中或所述空气流引向的表面上的污染物(气味、细菌、病毒等)的领域。

发明内容

本文中公开一种等离子体反应器组合件，其在一种形式中包括：壳体，所述壳体包括用于空气、氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)等的流体入口，用于PAG或PAW的流体出口，电力输入，电力连接器；至少一个升压变压器；所述变压器与所述电力连接器电通信；多个大体上平行的介电套管，其与所述变压器电通信；至少一个弓状v形电极分隔件，其定位于每一介电套管之间，其中每一电极分隔件与每一邻近介电套管之间具有流体间隙，且；其中除所述介电套管与所述电极分隔件之间之外，所述流体入口与所述流体出口之间不存在流体路径。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中每一介电套管又包括：外部陶瓷套管；内部金属电极套管；以及中心高电压导线。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述壳体包括：上部单元，其中含有变压器支架和所述变压器；下部单元，其内包括所述介电套管和所述电极分隔件，以及；在所述上部单元与所述下部单元之间的可释放物理连接和可释放电气连接。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述壳体包括卡口式耦接件的第一半，其以可操作方式配置成耦接到设置在机柜外壳上的所述卡口式耦接件的第二半。

所述等离子体反应器组合件可进一步包括；机柜门，以及；门开关，其以可操作方式配置成仅允许在所述机柜门闭合时，将电力提供到所述外部壳体的电力入口。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中每一变压器包括到所述介电套管的高频率高电压输出。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述壳体具有与现有化学或屏障过滤器的外壳相同的形状和大小，以在以电气方式连接到电源时在现有过滤器上提供翻新。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中：所述壳体的所述流体入口和流体出口与生产工艺的排放竖管成一列，以借助于快速氧化来处理穿过其中的流体。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述壳体的所述流体出口与生产工艺的排放竖管相切，以将等离子体提供到所述排放竖管中，继而借助于快速氧化与穿过其中的流体反应。

术语“生产工艺”在本文中用以涵盖来自制造工艺、HVAC系统、食品存储位置、医院/机场和其它位置的供气源、住宅供气源和等效位置和应用的空气流。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述外部壳体的所述流体出口与化学反应或催化剂过滤器流体连通，所述过滤器选自通过接触由所述介电套管产生的臭氧而再生的化学反应过滤器。

所述等离子体反应器组合件可被布置成其中所述外部壳体大体上为圆柱形。

还公开一种用于用等离子体反应器组合件替换化学或屏障过滤器的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有外部壳体的等离子体反应器，所述外部壳体包括；用于空气、氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)等的流体入口；用于PAG或PAW的流体出口；电力输入；电力连接器。所述方法还可包含以下步骤；提供与所述电力连接器电通信的至少一个升压变压器；提供与所述变压器电通信的多个大体上平行介电套管；提供定位于每一介电套管之间的至少一个弓状v形电极分隔件，其中每一电极分隔件与每一邻近介电套管之间具有流体间隙，其中除所述介电套管与所述电极分隔件之间之外，所述流体入口与所述流体出口之间不存在流体路径；移除现有化学或屏障过滤器；将所述等离子体反应器安装到由所述移除的化学或屏障过滤器腾出的空间中；以及将电源连接到所述等离子体反应器。

还公开一种灭菌或消毒方法，其包括以下步骤：提供壳体，所述壳体包括；用于空气、氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)等的流体入口；用于PAG或PAW的流体出口；电力输入；电力连接器。术语灭菌通常意指完全消除/杀灭/消灭不合需要的污染物，然而较低层级的“消毒”可是足够的。所述方法还可包含以下步骤：提供与所述电力连接器电通信的至少一个升压变压器；提供与所述变压器电通信的多个大体上平行介电套管；提供定位于每一介电套管之间的至少一个弓状v形电极分隔件，其中所述介电套管与电极分隔件之间具有流体间隙，且；其中除所述介电套管与所述电极分隔件之间之外，所述流体入口与所述流体出口之间不存在流体路径；以及将所述流体出口的流体输出引向待灭菌的物质，无论是固体、液体还是气体。此步骤可在存在再循环或并无再循环的情况下实施。

所述方法可包含操纵进入所述流体入口的流体的湿度的步骤。

所述灭菌方法可进一步包括将反应物添加到所述流体输出或流体输入的步骤，所述反应物可选自由氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)等组成的列表。

所述灭菌方法可进一步包括控制所述流体输出和/或输入的温度的步骤。

所述灭菌方法可被实施成其中所述灭菌步骤包含将所述流体输出施加到化学物质以用于改进氧化的步骤。所述灭菌方法可被实施成其中所述灭菌步骤包含将所述流体输出施加到化学物质或催化剂以用于改进氧化的步骤。

附图说明

图1为如本文中所描述的等离子体反应器的一个实例的等角视图。

图2为图1的实例的等角视图，其中移除外部壳体的一部分以示出内部组件。

图3为图2的实例的上部单元部分的等角视图。

图4为安装组合件的高度示意图。

图5为本公开的一种使用模式的高度示意图。

图6为所公开设备和系统的一种使用的化学图。

图7为本公开的一种操作实例的高度示意图。

图8为描绘分解不同浓度的气味所需要的能量的量的图表。

图9为描绘随到排放竖管的距离而变的气味稀释度与所述距离之间的一般关联的图表。

图10描绘等离子体过滤器机柜的电路图的一个实例。

图11为图1的实例的下部单元部分的等角视图。

图12为图1的实例的下部单元部分的另一等角(底部)视图。

图13为示出本公开的使用模式的高度示意性流程图。

图14为图1的实例的下部单元部分的等角视图。

图15为图1的实例的下部单元部分的等角视图，其中移除若干组件以示出底层结构。

图16为图1的实例的若干内部组件的细节视图。

图17为本公开的一种使用模式的高度示意图。

图18为本公开的一种使用模式的高度示意图。

图19为图11的实例的下部单元部分的等角视图，其中移除若干组件以示出底层结构。

图20为图11的实例的下部单元部分的等角视图，其中移除若干组件以示出底层结构。

图21为本公开的扁平(非圆柱形)实例的等角视图。

图22为沿着图12的线22-22截取的横截面图。

图23为等离子体反应器的另一应用的高度示意图。

图24为等离子体反应器的另一应用的高度示意图。

图25为等离子体反应器的另一应用的高度示意图。

图26为等离子体反应器的另一应用的高度示意图。

图27为等离子体反应器的另一应用的高度示意图。

具体实施方式

本公开涉及借助于等离子体活化水(PAW)氧化/灭菌/消毒气体/液体/固体中或上的污染物的领域，其中PAW和/或等离子体活化气体(PAG)是通过冷等离子体或NTP(非热等离子体)形成的。由于已在世界范围内发展等离子体喷射技术并大于2,000,000m3/h(中值为17,000m3/h或每系统10,000cfm)地处理空气，因此此技术已被改进成可用于许多应用的最高效、紧凑和低成本的技术。

在参考图5描述的一个实例中，在使用类似等离子体反应器来处理非湿度受控空气的情况下，提供2,000m3/h地喷射PAW/PAG的为40x70x75cm的小型外壳，所述PAW/PAG是用等离子体喷射器组合件22从干净环境空气转换的，所述喷射器用以用20,000m3/h的工艺空气流将等离子体喷射到生产竖管26中并仅以6kW控制气味。

在一种形式中，并不需要化学物质、生物材料、掩蔽剂来清洁空气、形成PAW并对表面进行灭菌，且工艺空气流中并不存在大量阻塞物。图5中示出此情况的一个实例，其中等离子体反应器24通过出口118将等离子体安置到竖管26中。因此，等离子体在竖管26内建立快速氧化区142，从而在空气流28内形成PAW。

在使用所公开的气味控制和灭菌方法与设备的方法中的一个公开步骤可为：在生产场所处用小型试点论证/评估单元28(图7中示出)来评估气味减少和/或氧化和/或灭菌要求，并用独立气味实验室提供气味分散性和灭菌建模，以根据当地法规论证并提供所需要效率。论证单元28能实现测试和评估。接着将通常需要进行全面安装。

此论证/评估单元28可包括类似于本文中所描述的其它实施例的等离子体喷射器30。图1和4中示出此类等离子体喷射器的两个实例。控制箱32可包括用于论证/评估单元28的所需要电路和电源。风机34可用以从入口36提供从竖管26到出口38的所要空气流。术语竖管将在本文中用以指用于出于灭菌目的而排放需要过滤或等离子体反应的“酸臭”或被污染气体的管道。机柜40可用以为等离子体喷射器30与出口38之间的催化氧化提供所需空间。用于更高浓度的气体(例如，用以氧化挥发性有机化合物(VOC)或硫醇)的催化剂可包含在机柜40中或系统中的别处。论证/评估单元可用以确定将酸臭气体减少到可接受限值所需要的效率和功率。

在一种形式中，气味的氧化和PAW的形成是在无需额外提供化学物质且并不产生废弃物的情况下在等离子体反应器中发生。所公开的等离子体反应系统可促进此过程，以减少超出竖管26的不合需要的化学物质。由于大部分气味排放物为气味组份的独特混合物(组合)，因此所公开的等离子体喷射器可施加专用量的氧化功率以实现气味控制。

可通过高速氧化来促进所公开的等离子体喷射器进行的除臭和灭菌。氧化分子通常无法用感官(通过气味)检测到，因此其不会打扰观察者。

等离子体喷射器组合件22的一个实施例(如图4中的一种形式示出)由其中提供有等离子体反应器24的机柜42构成。环境空气被辐射通过所述机柜，且因此氧分子、氮分子和水汽分子被分离出来。

此转化(解离)可为形成极易反应的PAG和PAW的工艺中的第一步骤，从而包括具有较高电子能量电平的不稳定氧和氢氧原子、离子、自由基等的混合物。在喷射到受污染空气中之后，常常称为‘活性氧’的此气体52具有与气味组份50执行高速氧化过程48的能力。图6中示出此氧化过程。虽然出于参考目的而示出一个特定气味分子(组份)50，但所提出的设备和方法能对许多气味分子进行操作。

气味组份50将通过氧化过程失去刺激人类的气味感知的能力，且因此将不会妨害竖管26的地点内的邻居或其它人。

等离子体喷射器系统22(如图4中的一种形式示出)利用其中定位有等离子体反应器24的机柜42。环境空气被辐射通过所述机柜，且因此气味组份分子被分离出来。

在一种形式中，多个等离子体反应器24附接到形成等离子体反应器模块46的安装凸缘44，所述模块插入到机柜42中，从而形成等离子体喷射器22。

所公开的方法和设备在若干实例中的益处包含：

-在0到100％的可变电源情况下具有高气味移除效率。

-无机械磨损，这是因为并不存在移动部分。

-无需提供化学物质、吸附剂、生物材料等。

-基本上无废弃物。

-相比于等效过程，具有相对低的投资和操作成本。

-并不存在如灰尘、温度、湿度等的来自工艺波动的影响。

-不影响生产工艺。

-并不阻塞工艺空气流。

-基本上无需维护，每3,000操作小时的修复成本仅为1。

-相比任何其它气味控制系统，能耗较低。

-操作简单(仅接通/断开)，无启动或关机程序。

-模块化设计，易于调适到任何空气流。

-等离子体反应器外部并不存在暴露的高电压电线或连接器(例如>250V)。所有高电压电线和连接安全地含有在接地的等离子体反应器壳体内。

-极紧凑，本公开的一个实施例具有WxHxD＝0.40x0.70x0.75m(16x28x30英寸)的尺寸，且在17,000m3/h(10,000cfm)下操作。

利用所形成PAW和/或PAG的应用包含降解以下各物：

-细菌；

-细菌孢子；

-病毒；

-真菌；

-酵母菌；

-生物膜；

-农药、除草剂、除藻剂；

-杀虫剂；以及

-化学物质。

仍参考图4，过滤器固持机柜42常见于化学或阻塞式过滤器的技术和领域中。利用现有机柜42，且在一些情况下为现有安装凸缘44(图4)中的翻新等离子体反应器的实施方案由于减少了实施经改进设计所需的修改能节约成本、节约空间并带来其它改进。查看图1，示出此翻新等离子体反应器24，其包括卡口式安装组合件220，以便耦接到安装凸缘44并与凸缘中的开口58大体上对准。还可使用其它安装结构，例如螺纹结构或压入配合结构。其中安装有等离子体反应器24的安装凸缘44接着可被插入到机柜42中。这能带来提供直列式等离子体过滤、PAW产生和PAG产生或等离子体切向插入到工艺空气流(竖管)中的机柜，如图17和18的机柜实施例42'和42"中分别示出。

继续描述图1中示出的实例，呈一种形式的外部壳体60包含上部单元62和下部单元64，所述单元可具有大体上类似的外部形状和直径。在一种形式中，提供电气快速断开件66，可在图3中更详细地查看所述快速断开件。一旦等离子体反应器24在适当位置，快速断开件66允许简单地电气连接到电源和控制设备。在一种形式中，外部壳体60的下部单元64也提供空气导管，将更详细地描述所述空气导管。空气导管在一个实例中通常包含在介电套管与电极分隔件之间的下部部分中的入口。在一个实例中，蒸汽屏障设置在下部单元与上部单元之间，以便减少电子组件与通常不利于水和其它腐蚀物的高湿度环境的接触。入口在一个实例中还包括外部壳体60的环绕下部单元64的穿孔或网状部分。在图2中，在从图1中示出的反应器移除外部壳体60的情况下查看等离子体反应器24，以更清晰地示出内部组件。特定来说，上部单元62示出为包括先前所描述的电气快速断开件66，以及变压器支架68。上部变压器70和下部变压器72示出为物理地连接到变压器支架68，并以电气方式耦接到电气快速断开件66。虽然此实例中示出两个变压器以将所要电压提供到下部单元64，但其它布置也是可能的。通过将变压器70/72放置在外部壳体内，可明显减少在单元外部的所有电压，从而增大整个单元的安全参数。下部单元64示出为以可移除方式连接到上部单元62。

查看图3，更详细地示出上部单元62，其包含先前所描述的组件以及多个母型电耦接件74和76，所述耦接件用以提供下部单元64与上部单元62之间的快速电断开。

转向图11，示出包含多个公型电耦接件78和79的下部单元64的较详细视图，所述耦接件可分别与母型电耦接件74和76一起使用，以完成下部单元64与上部单元62之间的快速电断开布置。在图11中，外部壳体的下部区段大体上示出为透明的，以免混淆对内部组件的检视。在使用中，带孔或网状材料可用于允许空气流通过外部壳体的下部区段。图15示出类似视图，其中移除外部壳体60，以及如图2或14中所见的顶盖80和连接器安装板82。图15揭示顶部间隔件凸缘84和顶部套管适配器86的结构，所述适配器包括多个表面界定空隙89。这些空隙89用以对准介电套管90，所述套管在此实例中从顶部间隔件凸缘84延伸穿过顶部套管适配器86、穿过底部套管适配器板88(参见图22)并穿过底部套管适配器104延伸到底盖92。还可提供底部圆柱形凸缘94，以对准外部壳体60的围绕下部单元64的网状或带孔部分。在一个实施例中，顶盖80、顶部间隔件凸缘84、顶部套管适配器86、底部套管适配器104和底盖92由例如陶瓷或等效材料的不导电材料形成。图15还示出在外部壳体内附接到下部单元64的控制电路146。

图19示出从图15中示出的实例移除的若干元件。示出顶部套管适配器板106，其朝外延伸到电极分隔件100中的每一个并接触所述分隔件。在此图和其它图中，为了说明清楚起见仅示出一个电极，然而应理解，每一邻近介电套管90之间将存在唯一的电极分隔件100。在下部区段的另一端处为底部套管适配器板88，图20中更详细地示出所述板。顶部套管适配器板106和底部套管适配器板88标引、定位并以电气方式耦接电极分隔件100。在一种形式中，顶部套管适配器板106和底部套管适配器板88由不锈钢形成，以促进清洁、提供电极分隔件100的接地并减少氧化。中心杆110可在一些应用中耦接到先前所描述的公型耦接件79。顶部套管适配器106可由弹簧钢制成。

查看图16，可连同外部壳体60的一部分查看两个介电套管90的末端部分的细节视图。在一种形式中，每一介电套管90包括多个同心元件，所述元件包含外部不导电圆柱体96和内部导电圆柱体或杆98。此视图(图16)是高度示意性的，且未必示出个别组件的相对直径。在一种形式中，不导电圆柱体96由陶瓷材料组成，但可使用其它材料。在不导电圆柱体96内可提供有导电杆或圆柱体98，所述导电杆或圆柱体以电气方式耦接到变压器70和/或72。为充当等离子体(臭氧)或PAW生成器，提供电极分隔件100，其以电气方式耦接到接地，从而因此在导电杆或圆柱体98与电极分隔件100之间提供高电压差动。为在电极分隔件100与介电套管90之间提供空气通道，提供间隙102。不导电圆柱体96结合间隙102抑制将引起导电杆98与电分隔件100之间的导电性的电弧作用和物理接触，这将明显不利于作为等离子体过滤器的操作。虽然从此检视角度难以确认间隙102，但所属领域的一般技术人员可理解所述间隙。

图16和21中示出的电分隔件100的实例的横截面大体上为弓状V形。在一个实例中，每一电分隔件100的凹形周向朝外表面148面向紧邻介电套管90的外表面150且大体上遵循所述外表面。此弓状V形能实现具有较窄的大体上线性气隙102的刚性结构，从而在流体流动于介电套管90与邻近电分隔件100之间时提供文丘里效应。利用扁平V形电分隔件的先前应用具有用于排放和等离子体/PAW形成的较小可用表面区域。先前扁平V形电分隔件在用于相同设备中时也具有较小功率容量。文丘里效应是由介电套管90与邻近电分隔件100之间朝向中间区变窄的在入口200处的较大间隙形成。所述间隙可朝向出口202再次增大。间隙102在介电套管90与邻近电分隔件100之间的此变窄增大空气穿过间隙102的速度并压缩所述空气。文丘里效应为在流体流过管路的收缩区段时导致流体压力减少。文丘里效应是以意大利物理学家卓万尼·巴蒂斯塔·文丘里(Giovanni Battista Venturi)(1746到1822)命名。弓状V形通常提供充分硬度，以克服由于移动、放置或磁力/重力的任何弯曲或扭转效应。另外，测试已示出在空气穿过不导电圆柱体96的圆柱形外表面与电极分隔件100的邻近凹形表面之间的间隙102时，能在其间的排放区域内建立高速空气区。在此高速空气区内，在空气流中生成湍流以改进电子与空气(气体、蒸汽)之间的接触，因此湍流与高速的组合能防止尘土和污染物堆积在介电套管90和电极分隔件100的外表面上。文丘里效应通过减少等离子体上的压降而增大设备的能效。

查看图5，在此实例中可见湿度受控环境空气112进入等离子体喷射器22，并通过入口114进入等离子体反应器24的方式，所述入口在此实施例中为外部壳体60的网状/带孔/槽形外表面。在此实例中未示出上部单元。空气在通过先前描述的介电套管90与电极分隔件100之间时经活化，从而形成可被收集或引向待灭菌的固体、液体、气体(表面)的PAW和(PAG)。此PAG 116和PAW接着通过出口118离开等离子体反应器24。在一个实例中，PAG 116和PAW接着被引向竖管26，从而导致在区142中在空气流28内快速氧化反应物(气味)。PAG116和PAW也会导致氧化减慢，其中PAW的反应性长达一年。此布置描述等离子体喷射器模型，其不同于直列式过滤模型之处在于工艺空气流28并未穿过过滤设备。

图8示出描绘过滤特定气味浓度(标绘在y轴上)的气味所需要的能量的量(标绘在x轴上)的曲线图。志愿者小组用于设立气味检测阈值。

图9示出标准稀释度与地面到竖管距离的相关性的曲线图。初始斜率140由在地面上方的排放竖管的高度产生。A处的指示符示出在离竖管4,000米处的未处理排放物的检测阈值。B处的指示符指示同一气味，其中排放物受到处理，从而带来500米处的气味检测阈值。简单来说，未处理排放物的气味在离竖管一直到4,000米处都能被检测到，而处理过的排放物在超出竖管500米处就不能在感官上被检测到。这是因为相比未处理排放物，腐败气味被人检测到的可能性要小得多。在离竖管500米与4,000米之间的范围内的人群中，这种影响可能极其重大。

图10示出机柜控制电路的一个实例的电气示意图。应特别关注120处的门开关，其在门222断开时以电气方式断开变压器。此添加的安全特征能保护在等离子体反应器上作业或检查的用户。另一安全特征可通过图2的实例实现，这是因为生成等离子体所需要的高电压仅在反应器24内存在。由于变压器70和72自身是在反应器内，因此在反应器24外部的机柜中的所有电触点和导体可具有明显较低且因此安全的电压。图10中还示出利用指示器(灯)122指示设备的状态的实例。也可利用温度传感器124来监视高压变压器的温度，因为这些组件可过热而导致设备发生故障。也可以利用用于(环境喷射)空气入口过滤器的压力传感器。在需要时可添加温度和湿度传感器，以控制进气口处的加湿机来增大氢氧基和PAW的产生。由于高电压组件是绝缘的，因此在存在冷凝液/水时不存在导电路径。

查看图13，示出等离子体喷射器/灭菌系统20的一个实施例的流程图。系统的第一部分包含将空气提供到工艺128的环境空气入口126。所述工艺可为食品填充、处理、制造或其它生成不当气味，且可含有将在工艺的灭菌组件中被杀灭的污染物的工艺。此实例的工艺128包括出口130，其在一种形式中通向例如旋风分离器或筛网过滤器的粒子过滤器132。等离子体喷射器22示出为将等离子体喷射到过滤器出口134中，在所述出口中等离子体和PAW与其中的气味和污染物反应，可经由任选催化剂通过风机136将所述反应物排放到大气138。在类似实例中，等离子体喷射器22设置在粒子过滤器132的下游，使得能对输入到等离子体喷射器22的空气进行过滤。如所提到，在其它应用中，可不利用粒子过滤器132和/或风机136。

图21示出介电套管90和电极分隔件100的另一相对定位的实例。由于其它组件的功能是等效的，因此此图中未示出所述组件。

图23示出其中等离子体反应器24的上部单元62借助于支座152与下部单元64分离的实例。此布置能减少PAW和等离子体与上部单元62内的变压器70和72的接触。冷却空气在154处进入上部单元，经过变压器70和72，并在162处离开。变压器冷却空气与进入腔室160、穿过下部单元64并在158处离开的工艺空气156无关。

图24示出用于处理包含液体(水、果汁、奶等)和/或固体(食品、饲料、表面)的可能被污染物质164的实例。

在此实例中，如参考图23描述的输入到等离子体反应器24的工艺空气156可首先经受干燥器/冷却器166和/或加热器168，以控制进入等离子体反应器24的工艺空气156的温度和湿度。也可在干燥器/冷却器166或加热器168的上游或下游将例如氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)的清洁气体和/或液体170添加到工艺空气156，以改进去污/灭菌过程的效率。在填充床、喷雾塔或冷却塔的此实例中，反应器提供有混合气体/液体/固体164，以接触来自等离子体反应器24的反应性产物(等离子体/PAW)的系统，以实现灭菌或去污。

待处理的物质164可在喷雾喷嘴174处输入172，且可在出口178处离开腔室176。

图24中示出的实例和其它实例受益于如下优势：待灭菌/去污/处理的物质164并不需要与等离子体排放过程(电子/离子/光子)直接接触，而是PAW(蒸汽或液滴)将输送PAW中存在的反应性氧物质(ROS)、反应性氮物质(RNS)以及呈气相的反应性物质(O₃、NOx等)。由N.N.米斯拉(N.N.Misra)、沙希·基肖尔·潘卡基(Shashi KishorPankaj)、托尼·威尔士(Tony Wals)、芬巴尔·奥肯雷(Finbarr O'Regan)和保拉·博尔克(Paula Bourke)在食品科学和环境卫生ARROW@DIT技术学校的都柏林学会(Dublin Institute of TechnologyARROW@DIT School of Food Science and Environmental Health)中撰写的公开可得2014文章描述了在使用基本等离子体反应器的去污方法中进行PAW暴露的益处。

图25示出利用先前描述的等离子体反应器24的内包装灭菌设备，其中待处理的物质164例如通过插入于物质入口182处而放置在区域180内。PAW和其它灭菌产物170由任选风扇184鼓吹通过入口186，并在与物质164反应之后在出口188处离开区域180。

图26示出利用袋子190来放置待处理物质164的处理设备。此设备是有益的，这是因为仅需要处理穿过入口导管192进入袋子190的处理过的空气，且此处理过的空气可在接触材料164之后通过返回导管194返回到等离子体反应器24。

图27示出用于对空气管道和旋风分离器进行表面去污的实例。此实例利用与等离子体反应器24成一列地耦接到旋风分离器198的管道196，以将PAW的空气流引向待灭菌的表面。例如氧气(O₂)、氮气(N₂)、过氧化氢(H₂O₂)、水(H₂O)的清洁气体170和/或液体170也可被添加到工艺空气。处理过的空气和PAW接着循环到管道196和旋风分离器198中，其中处理过的空气和/或PAW沉积在其中的内表面上，从而对所述表面以及空气管道和/或旋风分离器内的任何其它物质(食品、器皿、产品等)进行灭菌。如所示出，在管道196和旋风分离器198中循环的空气的一部分可用作工艺空气以提高效率。也可并入温度和湿度控制元件以改进效率。

测试已示出PAW可历时很长一段时间保持反应性(在一些应用中长达一年)，这可允许存储PAW以供稍后使用。

等离子体反应器单元24可用作反应器，以生成用以处理以下物质上/中的污染物的反应性物质(例如等离子体和PAW)：

·空气或气体(在任何空间：储藏室、产品包装/袋子、医院等中)

·液体(水、果汁、奶等)

·固体(食品、饲料、表层等)

在需要时，可通过控制湿度、温度(控制产品/表面上的冷凝)和添加如O₂/N₂/H₂O₂/H₂O/等气体/液体来实现反应性物质的形成，以改进效率。

湿度可至多近似100％，这是由于介电套管90与电极分隔件100之间存在在低压降下进行极高速空气/气体/蒸汽流动，以防止在较小的气体排放间隙102间产生导电路径的特殊文丘里状空气流设计(如图16中所示，从宽/窄/宽平滑转变)，且由于高电压导体98可被100％密封并通过不导电圆柱体96与工艺空气/气体/蒸汽隔离，因此始终存在适当的气体排放过程且几乎不存在短路危险。

等离子体反应器24内的操作温度可极高，这是由于反应器可由实现最大温度的所有金属和陶瓷部分(在需要时包含陶瓷密封剂)制成。在一个应用中，操作温度可超过800C以在需要时处理过热(过热化)蒸汽/等。此过程可例如用于将等离子体活化蒸汽喷射到如用于食品/饲料处理和分解污染物(例如，如上文参考图24所提到)的挤压机或反应器的过程中。等离子体活化蒸汽反应器可取决于所施加的放电功率而通过增大恒定体积等离子体反应器内的温度进一步增大蒸汽的压力。等离子体活化蒸汽还可用于控制空间或过程中的湿度，并控制污染物(如上所提到)，而不会在工艺气体或蒸汽中未提供有氧气的情况下生成臭氧(或生成极少量臭氧)。

用臭氧水(溶解于水中的O₃)进行处理沿用已久(消毒/灭菌/漂白)。所公开的等离子体反应器在若干实施例中可用以在喷雾塔、填充床或充气器等中将PAW流混合通过臭氧水时，将较多反应性物质(等离子体和PAW)添加到臭氧水，例如如图24中所示出。

本文中所描述的等离子体反应器也可用以产生臭氧水蒸汽(或在冷凝器中冷凝蒸汽时产生液体)。此臭氧水蒸汽配制过程包含在一定空间上循环时产生可极高(>6,000ppm)的高浓度臭氧(当所述空间首先填充有干燥氧气时，将生成浓度增大的臭氧)，继而添加水蒸汽的步骤。

等离子体反应器和过程可通过添加含有任何浓度的过氧化氢(H₂O₂)的水蒸汽来产生额外氢氧自由基(OH)而进一步增大反应性物质浓度。

等离子体反应器和过程可通过添加空气或氮气来产生高RNS等而进一步增大反应性物质浓度，且可通过控制温度/湿度(产品/表面上的冷凝)直到化学物质适于所要应用为止来调整所述反应器和过程。

所述过程可通过直列式处理实现，或可通过使空气/气体/蒸汽循环通过等离子体反应器来增大反应性物质的浓度而实现。虽然通过描述若干实施例来说明本发明且虽然详细地描述了说明性实施例，但本申请人并不意图将所附权利要求书的范围约束或以任何方式限制为此类细节。举例来说，术语上部和下部变压器用于区分单独的变压器，但所述术语不应理解为相对于重力或任何外部参考。

所述等离子体反应器组合件24可被布置成其中所述外部壳体60包括卡口式耦接件的第一半224，该第一半以可操作方式配置成耦接到设置在机柜外壳42上的所述卡口式耦接件的第二半226。

所述等离子体反应器组合件24可被布置成其中所述外部壳体60包括上部单元62，其中含有变压器支架68和所述变压器70；下部单元64，其内包括所述介电套管90和所述电极分隔件100，以及；在所述上部单元62与所述下部单元64之间的可释放物理连接228和可释放电气连接78。

所属领域的技术人员将容易地看到在所附权利要求书的范围内的额外优势和修改。因此，本发明在其较宽方面并不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性实例。因此，可在不脱离本申请人的一般概念的精神或范围的情况下对此类细节进行变更。举例来说，区段(单元)62和64可在并无快速断开件的情况下附接，或区段62可安装在单独的控制箱中。或者当等离子体系统直列式作业时，(颗粒状或蜂巢式)催化转换器(催化剂)可放置在盖92与凸缘94之间，以氧化残余(部分氧化的)气体污染物和臭氧。当臭氧在此过程中分解时，生成将进一步氧化残余气体污染物的氧自由基。

代替v形或弓状v形接地电极，套管可为交流高电压且接地的电极，从而无需v形或弓状v形接地电极。

Claims (16)

1.一种等离子体反应器组合件（24），其包括：外部壳体（60），所述外部壳体包括；流体入口（114）；流体出口（118）；电力连接器（66）；至少一个升压变压器（70），所述变压器（70）与所述电力连接器（66）电通信；多个平行的介电套管（90），其与所述变压器（70）电通信；至少一个弓状v形电极分隔件（100），其定位于每一介电套管（90）之间，其中每一电极分隔件（100）与每一邻近介电套管（90）之间具有流体间隙（102），且；其中除所述介电套管（90）与所述电极分隔件（100）之间之外，所述流体入口（114）与所述流体出口（118）之间不存在流体路径。

2.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中每一介电套管（90）又包括：外部陶瓷套管（96）；以及内部金属电极杆（98）。

3.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体（60）包括：上部单元（62），其中含有变压器支架和所述变压器（70）；下部单元（64），其内包括所述介电套管（90）和所述电极分隔件（100），以及；在所述上部单元（62）与所述下部单元（64）之间的可释放物理连接（228）和可释放电气连接（78）。

4.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体包括卡口式耦接件的第一半（224），其以可操作方式配置成耦接到设置在机柜外壳（42）上的所述卡口式耦接件的第二半（226）。

5.根据权利要求4所述的等离子体反应器组合件（24），其进一步包括：机柜门（222），以及；门开关（120），其以可操作方式配置成仅允许在所述机柜门闭合时，将电力提供到所述外部壳体（60）的电力入口。

6.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述变压器（70）包括与所述介电套管（90）连接的高频率高电压输出（74）。

7.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体（60）具有与现有化学或屏障过滤器的外壳相同的形状和大小，以在以电气方式连接到电源时在现有过滤器上提供翻新。

8.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中：所述外部壳体的所述流体入口和流体出口与生产工艺的排放竖管（26）成一列，以借助于快速氧化来处理穿过其中的流体（28）。

9.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体（60）的所述流体出口（118）与生产工艺的排放竖管（26）相切，以将等离子体提供到所述排放竖管（26）中，继而借助于快速氧化与穿过其中的流体（28）反应。

10.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体（60）的所述流体出口与化学反应或催化剂过滤器流体连通，所述过滤器选自通过接触由所述介电套管（90）产生的臭氧而再生的化学反应过滤器。

11.根据权利要求1所述的等离子体反应器组合件（24），其中所述外部壳体（60）为圆柱形。

12.一种用于用等离子体反应器组合件（24）替换化学或屏障过滤器的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有外部壳体（60）的等离子体反应器（24），所述外部壳体包括；流体入口（114）；流体出口（118）；电力连接器（66）；提供耦接到所述外部壳体（60）的变压器支架（68）；提供与所述电力连接器（66）电通信的附接到所述变压器支架（68）的至少一个升压变压器（70）；提供与所述变压器（70）电通信的多个平行介电套管（90）；提供定位于每一介电套管（90）之间的至少一个弓状v形电极分隔件（100），其中每一电极分隔件（100）与每一邻近介电套管（90）之间具有流体间隙（102），其中除所述介电套管（90）与所述电极分隔件（100）之间之外，所述流体入口（114）与所述流体出口（118）之间不存在流体路径；移除现有化学或屏障过滤器；将所述等离子体反应器组合件（24）安装到由所述移除的化学或屏障过滤器腾出的空间（58）中；以及将电源连接到所述等离子体反应器组合件（24）。

13.一种灭菌或消毒方法，其包括以下步骤：a.提供外部壳体（60），所述外部壳体包括；i.流体入口（114）；ii. 流体出口（118）；iii.电力连接器（66）；b. 提供与所述电力连接器（66）电通信的至少一个升压变压器（70）；c.提供与所述变压器（70）电通信的多个平行介电套管（90）；d.提供定位于每一介电套管（90）之间的至少一个弓状v形电极分隔件（100），其中所述介电套管与电极分隔件之间具有流体间隙（102），且；e.其中除所述介电套管（90）与所述电极分隔件（100）之间之外，所述流体入口（114）与所述流体出口（118）之间不存在流体路径；f.将所述流体出口（118）的流体输出（192）引向待灭菌的物质（164）。

14.根据权利要求13所述的灭菌或消毒方法，其进一步包括操纵进入所述流体入口（114）的流体的湿度的步骤。

15.根据权利要求13所述的灭菌或消毒方法，其进一步包括将选自由氧气O2、氮气N2、过氧化氢H2O2和水H2O组成的列表的反应物（170）添加到所述流体入口（114）或流体出口（118）的步骤。

16.根据权利要求13所述的灭菌或消毒方法，其进一步包括控制所述流体输出的温度的步骤。

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