CN118105530A - 电极装置和等离子体过滤器装置及其运行的方法 - Google Patents

电极装置和等离子体过滤器装置及其运行的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种等离子体过滤器装置(1)，其具有至少一个电极装置(2)。提出电极装置(2)具有平坦地构成的第一复合电极(3)和平坦地构成的第二复合电极(4)。电极装置(2)的复合电极(3，4)相对于彼此共面地设置在电极装置(2)的主面平面(13)中并且通过放电间隙(9)在空间上彼此分离。复合电极中的每个复合电极具有相应的电极板，所述电极板至少在相应的电极板与放电间隙(9)的边界面处具有相应的介电覆层。等离子体过滤器装置(1)具有电压源(22)，所述电压源(22)配置用于在电极装置(2)上提高交流电压，其中交流电压参数化用于，通过介电阻挡放电在放电间隙(9)中引起等离子体(11)的形成。

Description

电极装置和等离子体过滤器装置及其运行的方法
技术领域
与特定术语的语法上的性别无关地，包括具有男性、女性或其他性别身份的人。
本发明涉及具有至少一个电极装置的等离子体过滤器装置、电极装置以及用于运行等离子体过滤器装置的方法。
背景技术
在冠状病毒大流行病之前，防止病原体通过气溶胶传播对于医院卫生而言已经是一个挑战。迄今为止，仅在特定空间如手术室、实验室、隔离区域中执行病菌和颗粒的减少。然而，由于大流行病，对无病原通风的要求与通风和空调设施组合通常是重要的。当前，存在基于等离子体、UVC辐射及其与附加的过滤器、例如HEPA的组合的市场可用的不同过滤解决方案，以用于处理封闭环境如建筑物、汽车、飞机或火车中的室内空气。
由于不同的应用可行性的非常特定的要求，市场可用的解决方案关于待过滤气体的流体力学或过滤设备的结构尺寸具有缺点。此外，现有的解决方案可能引起高的成本，所述高的成本可能通过待提供的过滤单元和定期更换和清理附加的过滤元件如HEPA产生。
因此，有效的以及高效的引入和优化当前使用的过滤解决方案是仅受限的或不可行的。
根据现有技术的已知的过滤设备例如包括机械空气过滤器。
当前，室内空气的机械过滤非常重要，以便尤其在医院和其他医学机构中使室内空气保持干净和对室内空气进行消毒。现代的建筑物空气净化系统具有多级过滤器装置，所述多级过滤器装置由用于例如灰尘的预过滤器和例如用于微生物污染的高效过滤器构成。在OP应用中，所述多级过滤器装置与机械设备组合，以便在患者上方产生层流的(无湍流的)空气流。在现今的手术室安装设备(所谓的通风和空调设施)中，输送尤其在冬天必须以大量能量加热到常见室温(20度-22度)的新鲜空气。
除了颗粒污染之外，高效HEPA过滤器以至少99.95％的分离度有效地阻挡细菌和病毒。然而，SARS-CoV-2病毒也出现在可以通过所述过滤器的中尺度气溶胶中。所述细小的气溶胶尤其具有在空气中长的停留持续时间。
在2021年大流行病中，对于建筑物提出利用HEPA过滤器来改进通风。结果是大的和成本密集的设施扩展。这也通过补偿压力损失引起能量平衡明显变差以及通过提高流动速度导致增加的噪声排放。
对于飞机使用具有HEPA单元的中央过滤设施，以便净化空气。通过所述通风系统，尺寸、重量和能量消耗影响飞机的整体性能。汽车/公共汽车/火车车厢仅由具有简单的过滤技术的中央气候室构成，所述过滤技术不适合于实现空气的净化。
除了机械过滤设备之外，也应用能够实现用于净化空气的基于UVC或等离子体的方法的过滤设备。
常见的臭氧发生器、电离器或等离子系统由广泛的相互作用腔室构成。为了例如借助UV灯来净化室内空气，应用具有缓慢至适度的空气流动的隧道状系统。仅由此才可以实现高的净化率。因此，所有所述过滤设备的共同点是，所述过滤设备用作为具有扩展的立方体形的或在空间上长形的设计的中央单元。
最近，移动式表面净化设备或固定式UVC灯用于表面净化。所述市场可用的解决方案的缺点是由于例如关于结构空间、EMV或流动关系的要求在例如医学成像设备中的实现方案。
市场可用的解决方案基于电磁放电和比较慢的通过自由基的消毒效果。
因此，进一步的解决方案附加地将基于UVC的方法与所产生的等离子体组合。在基于UVC的方法中，对于有效地和高效地净化空气所需的剂量率与所使用的UVC源的波长和室内空气在对应的过滤单元中的停留时间强烈地相关。通过UVC辐射的表面净化中的经验表明，根据距离和剂量率，长的辐射时间有时是必要的，以便确保高的细菌消除。
关于医学设备，从CN203524686U中已知一种具有自清洁功能的CT机器。在此，公开一种用于CT机器的基于UVC、等离子体或臭氧的消毒单元。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现更有效地净化空气的过滤装置。
所述目的通过实施例的相应的主题来实现。有利的改进方案和优选的实施方式是如下实施例的主题。
本发明的第一方面涉及一种等离子体过滤器装置，所述等离子体过滤器装置包括至少一个电极装置。等离子体过滤器装置是用于过滤气体、例如过滤空气的过滤装置，其中为了过滤气体产生等离子体。通过所产生的等离子体发出UV辐射，通过所述UV辐射可以灭活例如处于气体中的气溶胶或病菌，或者使颗粒失活。
提出电极装置具有平坦地构成的第一复合电极和平坦地构成的第二复合电极。例如，复合电极可以包括统一的、对称的元件，所述元件可以设置在反对称的电磁势轮廓中。换言之，电极装置包括第一复合电极和第二复合电极。电极装置的复合电极尤其可以配置为面元件。提出电极装置的复合电极相对于彼此共面地设置在电极装置的主面平面中并且通过放电间隙在空间上彼此分离。换言之，电极装置的复合电极处于电极装置的主面平面中。放电间隙处于电极装置的复合电极之间。放电间隙是电极装置的通过复合电极形成的间隙，所述间隙用于待过滤的气体的穿引。提出，复合电极中的每个复合电极具有相应的电极板，所述电极板至少在相应的电极板与放电间隙的边界面处具有相应的介电覆层。换言之，电极作为如下复合材料提供：所述复合材料包括相应的电极板和处于相应的电极板上的介电覆层。介电覆层至少在从相应的复合电极邻接于放电间隙的边界面处涂覆在电极板上。
等离子体过滤器装置具有电压源，所述电压源配置用于在电极装置上提供交流电压，其中交流电压参数化用于，通过介电阻挡放电在放电间隙中引起等离子体的形成。换言之提出，等离子体过滤器装置具有电压源。电压源设为用于在电极装置上提供交流电压，以便引起等离子体在放电间隙中的形成。
等离子体过滤器装置配置用于，将气体沿着主流动方向引导通过放电间隙，所述主流动方向平行于电极装置的主面平面的法线定向。换言之，等离子体过滤器装置具有流动技术的引导元件、例如管元件，所述引导元件配置用于影响或确定气体的主流动方向，使得引导气体平行于主面平面的法线通过放电间隙。
在此，主流动方向平行于电极装置的主面平面的法线伸展。换言之，主流动方向垂直于电极装置伸展。因此，气体通过放电间隙垂直地流动通过电极装置。由于在放电间隙中通过介电放电产生的等离子体，气体的净化在放电间隙的区域中进行。净化可以通过UVC射线进行，所述UVC射线可以通过等离子体放射和/或当气体是空气时，净化可以由可以在放电间隙中形成的臭氧进行。
通过本发明得出如下优点：通过放电间隙提供颗粒收集器，颗粒在所述颗粒收集器中比气体的分子本身停留更长时间。由于颗粒在放电间隙的区域中停留较长时间，所述颗粒在较长的时间段内承受等离子作用、如自由基和UVC辐射，由此颗粒灭活的概率增加。例如，在100W/m2的UVC功率和仅1s的颗粒停留时间的情况下，可以得出100J/m2的剂量率。冠状病毒自37J/m2起已经至90％完全灭活。
本发明也包括通过其得出其他优点的改进方案。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极具有梳状结构，所述梳状结构具有电极指。换言之，复合电极包括由电极指构成的相应的梳状结构。梳状结构可以是彼此平行地定向的电极指的布置，所述电极指可以通过预设的间距间隔开地并排设置。电极装置的复合电极的梳状结构以接合到彼此中的方式和通过放电间隙相对于彼此分离地设置。换言之，电极装置的复合电极的梳状结构相对于彼此设置成，使得在复合电极中的一个复合电极的两个电极指之间设置有复合电极中的另一复合电极的电极指。相应的复合电极的梳状结构的电极指之间的间距在此选择成，使得所述间距大于另一电极的电极指的宽度。复合电极的电极指不接触，而是通过放电间隙在空间上彼此分离。梳状结构的电极板可以具有金属的或通常高导电性的材料。由于电极装置的复合电极的接合到彼此中的梳状结构，电极装置中的放电间隙具有蜿蜒结构。通过改进方案得出如下优点：一方面，通过放电间隙的蜿蜒形的走向实现放电间隙作为颗粒收集器的作用比在其他走向中的作用更明显，另一方面，跟随具有完美线性极化电场的最优的反对称电磁势轮廓。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的电极板具有铝和/或铝合金。换言之，电极板的材料具有铝或铝合金。
本发明的另一解决方案提出，复合电极中的每个复合电极的电极板具有不锈钢、优选地优质钢。换言之，电极板具有包括优质不锈钢的材料。例如可以涉及具有铬的钢。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有一种或多种聚合物。换言之，介电覆层具有带有一种或多种聚合物的材料。在此尤其可以涉及电绝缘的聚合物材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有一种或多种氟碳涂料。换言之，介电覆层具有包括氟聚合物的材料。由此得出如下优点：介电覆层具有带有相对高的绝缘能力的聚合物。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有聚偏氟乙烯(PVDF)。换言之，介电覆层具有包括聚偏氟乙烯(PVDF)的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有聚四氟乙烯(PTFE)。换言之，介电覆层具有包括聚四氟乙烯(PTFE)的材料。使用聚四氟乙烯(PTFE)具有如下优点：涉及具有相对高的耐腐蚀性和耐热性的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有一氟化碳。换言之，介电覆层具有包括一氟化碳的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有一种或多种陶瓷。换言之，介电覆层具有包括一种或多种陶瓷的材料。尤其可以涉及电陶瓷组的陶瓷。可行的陶瓷例如可以包括钛酸盐、尤其钛酸钡陶瓷和/或锆钛酸铅陶瓷。使用陶瓷具有如下优点：涉及相对高的击穿强度的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有钛酸钡。换言之，介电覆层具有包括钛酸钡的材料。使用钛酸钡具有如下优点：涉及相对高的介电常数的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有高岭石。换言之，介电覆层具有包括高岭石的材料。使用高岭石具有如下优点：涉及相对低的介电常数的材料。
本发明的一个改进方案提出，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有包括预设份额的高岭石、氧化铝、氧化钛、氧化铬、钛酸钡和/或其他陶瓷粉末的共混物。换言之，复合电极中的每个复合电极的介电覆层具有特定份额的高岭石、氧化铝、氧化钛、氧化铬或钛酸钡或其他陶瓷粉末。换言之，介电覆层具有包括陶瓷共混物的材料。使用共混物具有如下优点：涉及专门最优地调整的介电常数的材料。共混物也可以称为混合物。
本发明的一个改进方案提出，等离子体过滤器装置具有电极装置中的至少两个电极装置。换言之，等离子体过滤器装置具有两个或多于两个的电极装置。等离子体过滤器装置具有保持装置作为壳体，所述保持装置配置用于，以预先确定的电极布置的方式设置电极装置中的至少两个电极装置，其中电极装置中的至少两个电极装置在预先确定的电极布置中彼此平行地定向，并且沿着主流动方向相继地设置。在预先确定的电极布置中，相邻的电极装置通过预先确定的间距成对地彼此分离地设置。换言之，等离子体过滤器装置借助于保持装置配置用于，提供电极装置以预先确定的电极布置的方式的设置。提出电极装置通过保持装置彼此平行地定向。此外提出，电极装置通过保持装置设置成，使得所述电极装置沿着主流动方向相继地设置。电极装置可以例如沿着主流动方向相对于彼此移动。保持装置配置用于，以电极布置的方式设置至少两个电极装置，使得所述至少两个电极装置通过预先确定的间距成对地彼此分离。保持装置例如可以具有分隔框架，所述分隔框架设置在电极装置中的两个相应的电极装置之间，并且可以预设电极装置的预先确定的间距。通过所述改进方案得出如下优点：气体可以沿着主流动方向引导通过相继地设置的多个电极装置，由此在借助于气体穿流过滤装置期间进行多个失活步骤。
本发明的一个改进方案提出，至少两个电极装置中的相邻的电极装置以围绕主流动方向相对于彼此旋转90°的方式定向。换言之提出，相继地设置的电极装置相对于彼此扭转90°。例如可以提出，电极装置在主面平面中具有相同的、通过放电间隙预设的图案，其中相邻的电极装置之间的图案相对于彼此旋转90°。由此，电极装置的图案可以沿着主流动方向形成十字结构。通过所述改进方案得出如下优点：可以提高气溶胶和优选地悬浮气溶胶在相邻的电极装置中的停留时间。
本发明的一个改进方案提出，等离子体过滤器装置具有至少一个灰尘过滤器。至少一个灰尘过滤器在主流动方向上设置在电极装置的上游。换言之，等离子体过滤器装置配置用于，在引导气体通过电极装置之前，首先沿着主流动方向引导气体通过灰尘过滤器。灰尘过滤器例如可以是机械灰尘过滤器，所述机械灰尘过滤器包括织物，气体被引导通过所述织物以进行过滤。也可以涉及静电灰尘过滤器。通过所述改进方案得出如下优点：可以通过灰尘过滤器收集脏颗粒或较大的颗粒，使得可以延迟或防止由于灰尘或杂质引起的电极装置的堵塞。
本发明的一个改进方案提出，等离子体过滤器装置具有至少一个活性炭过滤器。提出至少一个活性炭过滤器在主流动方向上设置在电极装置的下游。换言之，等离子体过滤器装置配置用于，在穿流电极装置之后，将气体沿着主流动方向引导通过至少一个活性炭过滤器。通过所述改进方案得出如下优点：可以通过中性重组以催化的方式滤出可能在等离子体中已经形成的、通过活性炭过滤器确定的、不期望的短暂的自由基(等离子体特定的瞬态载流的离子/分子/原子)。例如，由于在放电间隙中的等离子体形成，可以出现臭氧的形成。然而，输出臭氧在特定的情况下是不期望的。由于提供了活性炭过滤器，所产生的臭氧被重新组合，使得流出等离子体过滤器装置的气体的臭氧份额可以以催化的方式降低到对于纯空气可容忍的程度。
本发明的第二方面涉及一种用于等离子体过滤器装置的电极装置。电极装置设为用于设置在等离子体过滤器装置中，以用于净化气体。
提出电极装置具有平坦地构成的第一复合电极和平坦地构成的第二复合电极。换言之，电极装置包括第一复合电极和第二复合电极。电极装置的复合电极尤其可以配置为面元件。提出电极装置的复合电极相对于彼此共面地设置在电极装置的主面平面中并且通过放电间隙在空间上彼此分离。换言之，电极装置的复合电极处于电极装置的主面平面中。放电间隙处于电极装置的复合电极之间。放电间隙是电极装置的通过复合电极形成的间隙，所述间隙用于待过滤的气体的穿引。提出复合电极中的每个复合电极具有相应的电极板，所述电极板至少在相应的电极板与放电间隙的边界面处具有相应的介电覆层。换言之，电极作为如下复合材料提供：所述复合材料包括相应的电极板和处于相应的电极板上的介电覆层。介电覆层至少在从相应的复合电极邻接于放电间隙的边界面处涂覆在电极板上。
根据本发明的电极装置的其他实施方式从根据本发明的等离子体过滤器装置的不同的实施方式中得出。
本发明的第三方面涉及一种用于运行等离子体过滤器装置的方法。
等离子体过滤器装置具有至少一个电极装置，其中电极装置具有平坦地构成的第一复合电极和平坦地构成的第二复合电极。换言之，电极装置包括第一复合电极和第二复合电极。电极装置的复合电极尤其可以配置为面元件。提出电极装置的复合电极相对于彼此共面地设置在电极装置的主面平面中并且通过放电间隙在空间上彼此分离。换言之，电极装置的复合电极处于电极装置的主面平面中。放电间隙处于电极装置的复合电极之间。放电间隙是电极装置的通过复合电极形成的间隙，所述间隙用于待过滤的气体的穿引。提出复合电极中的每个复合电极具有相应的电极板，所述电极板至少在相应的电极板与放电间隙的边界面处具有相应的介电覆层。换言之，电极作为如下复合材料提供：所述复合材料包括相应的电极板和处于相应的电极板上的介电覆层。介电覆层至少在从相应的复合电极邻接于放电间隙的边界面处涂覆在电极板上。
在所述方法中提出，通过等离子体过滤器装置的电压源在电极装置上提供交流电压、优选地在提高的交流电压范围(100Hz-1000Hz)或低射频范围(千赫兹)以及射频或极高频范围(1GHz-100GHz)内的交流电压，由此由于在放电间隙中引起介电阻挡放电形成等离子体。通过等离子体过滤器装置将气体沿着主流动方向引导通过放电间隙，所述主流动方向平行于电极装置的主面平面的法线定向。由于等离子体，引起对气体的净化，其中例如杀死病菌。
根据本发明的方法的其他实施方式从根据本发明的等离子体过滤器装置以及根据本发明的电极装置的不同的实施方式中得出。
本发明的其他特征从权利要求、附图和附图描述中得出。在上文中在说明书中提及的特征和特征组合以及在下文中在附图描述中提及的和/或在附图中示出的特征和特征组合不仅可以包括在分别说明的组合中，而且可以包括在本发明的其他组合中。尤其地，本发明也能够包括不具有原始表述的权利要求的所有特征的实施方案和特征组合。此外，本发明也能够包括超出在权利要求的引用关系中示出的特征组合或与其偏离的实施方案和特征组合。
附图说明
以下根据具体的实施例和所属的示意图详细阐述本发明。在附图中，相同的或功能相同的元件可以设有相同的附图标记。可选地，无需针对不同的附图重复相同的或功能相同的元件的描述。在附图中示出：
图1示出用于等离子体过滤器装置的电极装置的示意图；
图2示出电极装置的示意图；
图3示出电的电极装置的工作方式的示意图；
图4示出等离子体过滤器装置的示意图；
图5示出等离子体过滤器装置的示意图；
图6示出通过等离子体过滤器装置的空气体积流的仿真的示意图；
图7示出通过电极装置的气溶胶传播的示意图；
图8示出通过两个电极装置的气溶胶传播的示意图；以及
图9示出电极装置的设置可行性的示意图。
具体实施方式
图1示出用于等离子体过滤器装置的电极装置的示意图。
等离子体过滤器装置1的电极装置2可以具有第一复合电极3和第二复合电极4。第一复合电极3和第二复合电极4可以处于电极装置2的主面平面13中并且可以是平坦的。第一复合电极3和第二复合电极4例如可以相对于彼此共面地设置。复合电极3、4可以由初始板制成，所述初始板可以通过在初始板上提供放电间隙9划分成第一电极板5和第二电极板6，其中第一电极板5和第二电极板6可以通过放电间隙9彼此分离。这两个复合电极3、4可以具有相应的电极板5、6，所述电极板5、6可以用相应的介电覆层7、8覆层，由此相应的电极可以是复合材料。相应的复合电极3、4的电极板5、6例如可以具有铝、铝合金和/或不锈钢作为材料。相应的复合电极3、4的介电覆层7、8可以至少在相应的复合电极3、4与放电间隙9的边界面处涂覆在相应的电极板5、6上。介电覆层7、8的任务可以在于，当将对应地参数化的交流电压施加在电极装置2上时，能够在放电间隙9中实现介电放电。介电覆层7、8可以具有一种或多种聚合物作为材料。可行的聚合物例如可以具有氟碳涂料、尤其聚偏二氟乙烯和/或聚四氟乙烯。也可以为至少一种聚合物混入一氟化碳。介电覆层7、8也可以具有一种或多种陶瓷作为材料、尤其钛酸钡。
图2示出电极装置的示意图。
图2示出电极装置2的复合电极3、4的梳状结构。电极装置2的第一复合电极3可以具有梳状结构，所述梳状结构可以包括电极指，所述电极指可以相对于彼此平行地和间隔开地15设置。对应地，电极装置2的第二复合电极4也可以具有带有电极指的梳状结构，所述电极指可以接合到复合电极3、4之间的中间空间中。相应的复合电极3、4的电极指可以通过放电间隙9彼此间隔开15。电极板5、6的表面可以至少在放电间隙9的区域中具有介电覆层7、8。梳状结构也可以包括由电介质构成的介电空隙10，所述电介质可以沿着电极指的相应的中心线涂覆在电极板5、6上。
图3示出电的电极装置的工作方式的示意图。
示出电极装置2中的两个电极装置，所述两个电极装置可以关于气体通过等离子体过滤器装置1的主流动方向12相继地设置。等离子体过滤器装置1可以设为用于，将待净化的气体沿着气体的主流动方向12引导通过第一电极装置2和第二电极装置2，其中主流动方向12可以平行于电极装置2的主面平面13的法线定向。示出可以处于穿引的气体中的颗粒的以m/s为单位的速度量值的分布。由于主流动方向12关于电极装置2的垂直定向，气体被引导通过电极装置2的放电间隙9。通过未示出的电压源22可以在电极装置2上提供交流电压，所述交流电压可以引起在放电间隙9中由于介电放电形成等离子体11。等离子体11可以放射UV辐射，所述UV辐射可以使气体中的气溶胶失活。失活可以包括在气溶胶中引起特定的化学反应，由此例如可以杀死细菌。电极装置2可以通过保持装置20以预设的电极布置的方式设置并且通过间距15彼此分离。在速度量值的绘图中可看出，这两个电极装置2周围的速度具有最小值。这归因于：放电间隙9的在图2中描述的蜿蜒形状引起放电间隙9用作为颗粒收集器，由此气体的颗粒在较长的时间段内停留在相应的放电间隙9中。由于颗粒在放电间隙9中的较大的停留时间，颗粒在较长的时间段内承受等离子体11和从而紫外辐射。
图4示出等离子体过滤器装置的示意图。
等离子体过滤器装置1可以具有灰尘过滤器16，所述灰尘过滤器16可以关于主流动方向12设置在电极装置2的上游。灰尘过滤器16可以设为用于，在贯穿电极装置2之前，从引导通过等离子体过滤器装置1的气体中滤出灰尘颗粒或较大的气溶胶，以便防止或减慢电极装置2的堵塞和/或污染。在灰尘过滤器16的下游可以设置有第一电极装置2。电极装置2可以具有所描述的蜿蜒结构，其中电极指可以沿着X方向定向。在第一电极装置2的下游可以设置有另一电极装置2，所述另一电极装置2可以通过分离框架17与第一电极装置2以预设的间距15设置。第二电极装置2可以关于沿着Z方向伸展的法线旋转90°。在所述定向中，电极指例如可以平行于Y方向定向。与具有相对于彼此未扭转的电极装置2的等离子体过滤器装置1相比，通过后续电极装置2相对于第一电极装置2的旋转的定向可以延长颗粒在等离子体过滤器装置1的放电间隙9中的停留持续时间。在第二电极装置2的下游可以设置有被气体穿流的活性炭过滤器18。活性炭过滤器18可以设为用于，将在等离子体11中可能形成的臭氧分子从气体中滤出。
图5示出过滤装置的示意图。
等离子体过滤器装置1可以具有保持装置20，所述保持装置20可以设为用于将电极装置2、灰尘过滤器16和活性炭过滤器18设置在预设的位置中。在保持装置处可以设置有馈入点19，所述馈入点19可以设为用于向电极装置2供给电压源22的交流电压。为了实现气体沿着主流动方向12的穿引，可以在等离子体过滤器装置1处设置一个或两个管21或通常设置引导元件，所述一个或两个管21或引导元件可以经由法兰设置在保持装置20处。
图6示出通过等离子体过滤器装置的空气体积流的仿真的示意图。
示出以m/s为单位的通过当前等离子过滤单元的空气体积流的仿真。
图7示出通过电极装置的气溶胶传播的示意图。
附图图7示出0.3μm的尺寸的气溶胶在600秒的时间中通过电极装置2的气溶胶传播的示意图。仿真示出，0.3μm的尺寸的气溶胶具有在蜿蜒形的放电间隙9中的相对高的停留时间。气溶胶的速度以m/s为单位示出。
图8示出通过两个电极装置的气溶胶传播的示意图。
该附图示出0.3μm的尺寸的气溶胶在600秒中通过电极装置2中的两个电极装置的气溶胶传播的示意图。气溶胶的速度以m/s为单位示出。这两个电极装置2相继地设置并且相对于彼此扭转90°。可看出，相对于在具有一个电极装置2的等离子体过滤器装置1中的停留，颗粒在包括两个电极装置2的等离子体过滤器装置1中的停留延长。这在图7与图8的比较中可看出。
图9示出电极装置2的设置可行性的示意图。
电极装置2的特征在于其优选的线性各向异性方向。图9示出如下可行方案：电极装置2定向成，使得可以产生对等离子体11的任何影响的完全抑制。示出MRT设备的具有B场取向B的亥姆霍兹线圈23和电极装置2的具有等离子体流取向I的取向。
本发明的技术特征和由此实现的优点通过使用具有限定的设计和布置的复合电极3、4实现。所述布置在下文中称为等离子体过滤器装置1。
本发明包括两个核心构思。第一核心构思涉及等离子体11的产生，以便产生在UVC波长范围内的高的光子密度。第二核心构思涉及提供新的电极和过滤器设计，通过所述新的电极和过滤器设计强制层流气体体积流中的特定的气溶胶颗粒级在等离子体过滤器装置1中的较长的停留时间。
以下实施方案应详细描述用于气体净化的等离子体过滤器装置1的构造的构型并且更准确地阐述这两个核心构思。
第一核心构思涉及经由限定的电极设计产生等离子体11。所述核心构思包括两个金属电极板5、6的组合，通过所述组合提供电极装置2的蜿蜒结构。电极装置2的这两个电极板5、6的制造可以借助于根据现有技术的商业的和成本有利的制造方法来实现，例如通过冲压和/或切割初始板来实现。在此可以加工初始板，使得在初始板中提供放电间隙9的蜿蜒形的走向。通过放电间隙9可以将初始板划分成电极装置2的这两个电极板5、6。
在电极装置2的这两个电极板5、6上可以涂覆有由具有在5-50的范围内的限定的介电常数ε的电介质构成的介电覆层7、8，由此可以提供复合电极3、4。这两个电极板5、6可以优选地包括Al、Al合金或不锈钢。
例如，介电覆层7、8的电介质可以具有聚合物，例如PVDF、PTFE和具有带有489kJ/mol的结合能的非常高份额的一氟化碳C-F的其他氟相关的经极化的聚合物。介电覆层7、8的电介质也可以具有陶瓷，例如具有50的介电常数的钛酸钡。
仿真的边界条件是具有为12的提高的介电常数的陶瓷覆层7、8，以便示出与具有ε＝7的聚合物相关的介电覆层7、8的特征性差异。由于对用于涂覆至少一种聚合物的注塑工艺的技术要求，聚合物相关的介电覆层7、8的厚度相对于陶瓷介电覆层7、8的厚度更高。根据经验，聚合物相关的介电覆层7、8的厚度的值例如可以是0.5mm。陶瓷介电覆层7、8例如可以具有0.2mm的厚度。陶瓷介电覆层7、8例如可以借助于电介质的化学气相沉积涂覆在相应的电极板上。
分析表明，特定区域内的气隙的增大有利地提高等离子体11中的沉积性能。
如在附图中所示出的那样，等离子体过滤器装置1可以具有由复合电极3、4构成的电极装置2以及面状的灰尘过滤器16和活性炭过滤器18。等离子体过滤器装置1可以具有相对于已知的等离子体过滤器装置1非常小的结构形式。保持设备可以具有框架和外壳，所述框架和外壳可以包括聚合物材料。
为了净化气体，提出产生UVC波长范围内的光子。等离子体过滤器装置1配置用于借助于等离子体11在电极装置2的复合电极3、4之间的气隙中产生光子。提出在放电间隙9中经由介电阻挡放电产生等离子体11。
穿流等离子体过滤器装置1的气体经由在放电间隙9中点燃的等离子体11变得导电。如在图2中可看出的那样，通过本方法，在4-6eV的电子温度的情况下，通过高能量的能量转换产生具有UVC范围内的波长的>>1015/s的高光子密度。
在当前UVC波长的情况下，通过所使用的电介质和电极构造产生在根据现有技术的已知的构造中未实现的直至97％的高反射率。
与使用市场可用的UVC辐射源相反，产生1，000倍至10，000倍大的光子密度。
为了从当前的等离子过滤单元中导出UVC灯与电极之间的20W的情况的比较，需要6个长度为20cm的UV-C灯，所述UV-C灯照射UV-C透明通风管21的空气穿流的横截面，所述通风管21在此也通过对所选择的波长的UV辐射具有高反射度的铝管21包围。
在与电极装置2的蜿蜒间隙相比为一百分之一到一千分之一的光子密度的情况下，包含在空气流中的气溶胶在大约0.11s内穿过高于20cm的UVC有效区域，在电极装置2的蜿蜒间隙处气溶胶可以通过颗粒收集效果在分钟范围内停留。因此，通过密度×时间的乘积，灭活率比在传统的UV-C灯的情况下高许多数量级。通过串联其他电极装置2，还可以进一步提高等离子体过滤器装置1的效率。
下面更准确地描述所提及的用于灭活气溶胶的颗粒收集效果。通常，气溶胶由不同尺寸的固态的或液态的颗粒构成。这种颗粒的大部分在100μm范围内。但是也可以基于一部分明显更小的颗粒，所述颗粒小于5μm或小于2.5μm，来源：德国法定意外事故保险协会DGUV的“在课堂中与生物物质进行活动时的安全和健康规则(Regeln für Sicherheit undGesundheit bei mit Biostoffen im Unterricht)”，DGUV规则102-001，2019年9月版。100μm直径的微滴需要大约6秒，以便从2m的高度下降到地面上，而对于相同的距离，10μm直径的微滴需要10分钟，1μm直径的微滴需要16.6小时，来源：Kappstein,Ines，院内感染：预防、实验室诊断学、抗菌疗法(Nosokomiale Infektionen:/>Labordiagnostik,antimikrobielle Therapie)；122个表格，德国，Thieme，2009年。因此，较小的颗粒保留在空气中较长时间，可以经由空气运动分布在室内并且影响感染发生。
电极设计和电极装置2的布置引起，尤其明显参与感染发生的气溶胶颗粒级停留在复合电极3、4之间并且可以在那里被有效净化。最好的HEPA过滤器分离例如仅至0.3μm的颗粒尺寸。
如从图3、图7和图8中可看出，归类为有危险的所谓的悬浮气溶胶颗粒的非常大的部分保留在电极装置2的裂缝状的蜿蜒结构中，在那里生成UV-C辐射。因此，所述部分的悬浮气溶胶颗粒可以直接借助于UVC射线的作用灭活。借此，甚至具有低于0.3μm的颗粒尺寸的气溶胶也通过产生的剂量率高效地灭活。
由于高的光子密度和限定的颗粒级的强制停留时间，实现高的灭活/净化率。
假设超级传播者每秒和每立方米产生最多200,000、2x105个Sars-CoV-2病毒颗粒，来源：Michael Riediker；Dai-Hua Tsai，Estimation of Viral Aerosol EmissionsFrom Simulated Individuals with Asymptomatic to Moderate Coronavirus Disease2009，JAMA Network doi:10.1001/jamanetworkopen.2020.13807。因此，在例如50m3体积的封闭空间中，通过一个人每立方米可以积累几乎7×105-7×107个病毒颗粒。由于在当前的等离子体过滤器装置1中以远高于1015光子/s产生的高光子数量，每个颗粒承受UVC量子的高命中数。由于颗粒在电极装置2的蜿蜒形的放电间隙9中的非常长的停留时间，能够实现高效的灭活。所述结果可以引起当前的等离子过滤单元的高的有效性和效率。
相对于传统的解决方案，等离子体过滤器装置1的结构方式具有优点。由于当前的等离子体过滤器装置1的整体构造，可以实现具有每电极装置2为5Pa-6Pa非常低的压力损失、完整构造为大约50Pa的非常低的压力损失的层流空气流动。
如在图7中可看出的那样，通过提供应用特定的过滤器尺寸，仅几cm的非常紧凑的且小的结构方式以及用于在米的范围内的大型过滤设施的可伸缩性是可行的。
等离子体过滤器装置1在层流流动关系的情况下能够实现250m3/h-300m3/h的高的穿流率。
由于紧凑的结构方式和标准材料，生产成本低。能够通过等离子体过滤器装置1的形状实现的扁平结构方式允许等离子体过滤器装置1直接集成在例如顶部风扇中。由于紧凑的结构方式和通过层流空气流动减少的噪声排放，能够实现等离子体过滤器装置1在汽车或移动式应用中的集成。
当前的等离子体过滤器装置1可以替代飞机中的现有的过滤设施。由于重量和结构空间节省，提供关于机舱和承载结构的新的设计可行性。通过等离子体过滤器装置1，可以直接取代建筑物中的复杂的过滤器级联。
这能够实现减少使用不同变型方案的HEPA过滤器单元、改进能量平衡、减少废料，以及延长和/或改变维护间隔。由于紧凑的结构方式可行的是，通过布置有针对性地屏蔽等离子体过滤器装置1，以能够实现高的电磁兼容性，参见HF和B场相容性。
由于电子部件和成像部件、例如磁共振断层扫描设备的高的电磁灵敏度，必须特别重视等离子单元和电流供给技术的电磁兼容性。现有的和市场可用的解决方案必须在等离子发生器和/或功率电子装置以及所使用的电极技术方面进行耗费的调整。在大多数情况下，调整是不可行的。
为了确保完全屏蔽的EMV运行，在当前的等离子体过滤器装置1的情况下推荐三个交叉的或不交叉的经覆层的电极装置2的结构，所述电极装置2分别通过间距保持框架分离。由此产生如下法拉第笼：所述法拉第笼完全屏蔽10kHz的基本频率，直至电极引脚的间距关系、间距15为1mm-2mm。由于当前的电极装置2的紧凑的结构方式，将连同功率电子装置和/或等离子发生器的包封件在例如不锈钢管21中是可行的。由此提供足够的屏蔽。

Claims (19)

1.一种等离子体过滤器装置(1)，所述等离子体过滤器装置(1)具有：
-至少一个电极装置(2)，
其特征在于，
-所述电极装置(2)具有平坦地构成的第一复合电极(3)和平坦地构成的第二复合电极(4)，其中
-所述电极装置(2)的复合电极(3，4)相对于彼此共面地设置在所述电极装置(2)的主面平面(13)中并且通过放电间隙(9)在空间上彼此分离，并且其中
-所述复合电极(3，4)中的每个复合电极具有相应的电极板(5，6)，所述电极板(5，6)至少在相应的所述电极板(5，6)与所述放电间隙(9)的边界面处具有相应的介电覆层(7，8)，
-所述等离子体过滤器装置(1)具有电压源(22)，所述电压源(22)配置用于在所述电极装置(2)上提供交流电压，其中
-所述交流电压参数化用于，在所述放电间隙(9)中通过介电阻挡放电引起等离子体(11)的形成，以及
-所述等离子体过滤器装置(1)配置用于，将气体沿着主流动方向(12)引导通过所述放电间隙(9)，所述主流动方向(12)平行于所述电极装置(2)的主面平面(13)的法线定向。
2.根据权利要求1所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极具有梳状结构，所述梳状结构具有电极指，以及
所述电极装置(2)的复合电极(3，4)的梳状结构以接合到彼此中的方式和通过所述放电间隙(9)相对于彼此分离的方式设置。
3.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的电极板(5，6)具有铝和/或铝合金。
4.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的电极板(5，6)具有不锈钢。
5.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有一种或多种聚合物。
6.根据权利要求5所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有一种或多种氟碳涂料。
7.根据权利要求6所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有聚偏二氟乙烯。
8.根据权利要求6或7所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有聚四氟乙烯。
9.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有一氟化碳。
10.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有一种或多种陶瓷。
11.根据权利要求10所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有钛酸钡。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有高岭石。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述复合电极(3，4)中的每个复合电极的介电覆层(7，8)具有包括预设份额的高岭石、氧化铝、氧化钛、氧化铬、钛酸钡和/或其他陶瓷粉末的共混物。
14.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述等离子体过滤器装置(1)具有所述电极装置(2)中的至少两个电极装置，
所述等离子体过滤器装置(1)具有保持装置(20)，所述保持装置(20)配置用于，以预先确定的电极布置的方式设置所述电极装置(2)中的至少两个电极装置，其中所述电极装置(2)中的至少两个电极装置在所述预先确定的电极布置中彼此平行地定向，并且沿着所述主流动方向(12)相继地和以通过预先确定的间距(15)成对地彼此分离的方式设置。
15.根据权利要求12所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述至少两个电极装置(2)中的相邻的电极装置(2)以围绕所述主流动方向(12)相对于彼此旋转90度的方式定向。
16.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述等离子体过滤器装置(1)具有至少一个灰尘过滤器(16)，所述至少一个灰尘过滤器(16)在主流动方向(12)上设置在所述电极装置(2)的上游。
17.根据上述权利要求中任一项所述的等离子体过滤器装置(1)，
其特征在于，
所述等离子体过滤器装置(1)具有至少一个活性炭过滤器(18)，所述至少一个活性炭过滤器(18)在主流动方向(12)上设置在所述电极装置(2)的下游。
18.一种用于等离子体过滤器装置(1)的电极装置(2)，其特征在于，
所述电极装置(2)具有平坦地构成的第一复合电极(3)和平坦地构成的第二复合电极(4)，其中
-所述电极装置(2)的复合电极(3，4)相对于彼此共面地设置在所述电极装置(2)的主面平面(13)中并且通过放电间隙(9)在空间上彼此分离，并且其中
-所述复合电极(3，4)中的每个复合电极具有相应的电极板(5，6)，所述电极板(5，6)至少在相应的所述电极板(5，6)与所述放电间隙(9)的边界面处具有相应的介电覆层(7，8)。
19.一种用于运行等离子体过滤器装置(1)的方法，其特征在于，
所述等离子体过滤器装置(1)具有至少一个电极装置(2)，其中所述电极装置(2)具有平坦地构成的第一复合电极(3)和平坦地构成的第二复合电极(4)，其中
-所述电极装置(2)的复合电极(3，4)相对于彼此共面地设置在所述电极装置(2)的主面平面(13)中并且通过放电间隙(9)在空间上彼此分离，并且其中
-所述复合电极(3，4)中的每个复合电极具有相应的电极板(5，6)，所述电极板(5，6)至少在相应的所述电极板(5，6)与所述放电间隙(9)的边界面处具有相应的介电覆层(7，8)，
其中通过所述等离子体过滤器装置(1)的电压源(22)在所述电极装置(2)提供交流电压，由此在所述放电间隙(9)中通过介电阻挡放电引起等离子体(11)，以及
通过所述等离子体过滤器装置(1)将气体沿着主流动方向(12)引导通过所述放电间隙(9)，所述主流动方向(12)平行于所述电极装置(2)的主面平面(13)的法线定向。
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