CZ28788U1

CZ28788U1 - Stabilized and homogenized source of nonthermal plasma

Info

Publication number: CZ28788U1
Application number: CZ2015-31284U
Authority: CZ
Inventors: Rudolf Bálek
Original assignee: České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-11-10

Description

Předkládané řešení se týká zdroje netermálního plazmatu, ve kterém dochází ke stabilizaci, homogenizaci a ke zvětšení objemu elektrického výboje mezi koaxiálními elektrodami současným působením akustického a magnetického pole za atmosférického tlaku.The present invention relates to a non-thermal plasma source in which stabilization, homogenization and an increase in the volume of electrical discharge between coaxial electrodes occur by simultaneous action of an acoustic and magnetic field at atmospheric pressure.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Výboje ve vzduchu za atmosférického tlaku jsou zdrojem elektronů, kladných a záporných iontů, kyslíkových atomů, aktivních kyslíkových částic jako jsou excitované molekuly a atomy, produkují ozón, vysoce reaktivní radikály či elektromagnetické záření různých vlnových délek. Každý z těchto produktů lze potom využít pro nastartování reakcí vedoucích k dosažení požadovaných cílů, například inaktivaci bakterií, změnu chemického složení plynné směsi či úpravu povrchu. Vlastnosti plazmatu lze měnit typem výboje a jeho parametry. K optimalizaci těchto parametrů lze využít řadu faktorů, jako jsou např. katalyzátory nebo vnější pole.Atmospheric pressure discharges in the air are a source of electrons, positive and negative ions, oxygen atoms, active oxygen particles such as excited molecules and atoms, producing ozone, highly reactive radicals or electromagnetic radiation of different wavelengths. Each of these products can then be used to initiate reactions to achieve the desired objectives, such as inactivating bacteria, altering the chemical composition of the gaseous mixture, or treating the surface. The plasma properties can be changed by the discharge type and its parameters. Many factors can be used to optimize these parameters, such as catalysts or external fields.

Pro praktické aplikace je vhodné výboj provozovat v co největších objemech při dosažení maximální dodané energie, čehož lze dosáhnout použitím např. víceelektrodových výbojů. S tím souvisí otázka řešení termální stability výboje. K udržení vhodné teploty výboje a výbojových elektrod se často používá chlazení plynem, který do výboje proudí. Chladící plyn však ředí plyn zpracovávaný a zkracuje dobu, kterou mohou reaktanty v oblasti výboje strávit, čímž dochází k poklesu účinnosti uvedených procesů. Navíc, každá z elektrod obvykle jehel či břitů musí mít svůj předřadný odpor, abychom alespoň částečně vyloučili hoření výboje pouze z jednoho ostří, ostří s nejvyšším gradientem elektrického pole. To značně komplikuje konstrukci zařízení zejména z hlediska elektrické izolace přívodů k jednotlivým elektrodám a z hlediska velkých rozměrů předřadných vysokonapěťových odporů.For practical applications, it is advisable to operate the discharge in as large a volume as possible to achieve maximum delivered energy, which can be achieved using, for example, multi-electrode discharges. Related to this is the issue of thermal discharge stability. Gas cooling to the discharge is often used to maintain a suitable discharge temperature and discharge electrodes. However, the cooling gas dilutes the gas to be treated and reduces the time that the reactants in the discharge area can spend, thereby reducing the efficiency of the processes. In addition, each of the electrodes, usually needles or blades, must have its series resistance to at least partially eliminate the discharge of the discharge from only one blade, the blade with the highest electric field gradient. This considerably complicates the design of the device, particularly in terms of the electrical insulation of the leads to the individual electrodes and in view of the large dimensions of the series high-voltage resistors.

Objem výboje z jedné jehly lze rozšířit vhodnou aplikací akustických vln. Je známo například rozšíření výboje mezi vícejehlovou a rovinnou elektrodou, při umístění jehel do uzlu akustického tlaku a zároveň do roviny kolmé k tomuto uzlu v akustickém rezonátoru, jak je uvedeno v patentu CZ 301823. V tomto provedení popisovaná rovinná elektroda neumožňuje symetrické a vydatné zaplnění vnitřního prostoru rezonátorů.The volume of a single-needle discharge can be expanded by suitably applying acoustic waves. It is known, for example, to extend the discharge between the multi-needle and planar electrodes when placing the needles in the acoustic pressure node and at a plane perpendicular to the node in the acoustic resonator, as disclosed in patent CZ 301823. In this embodiment the planar electrode described does not allow symmetrical and abundant filling space resonators.

Konstrukce rezonátoru kde výboj hoří mezi vícejehlovými elektrodami ve vzdálenosti λ/4 od posuvného reflektoru a drátovou elektrodou v ose rezonátoru je popsána v patentu CZ 303615. Ve výhodném provedení, kdy jsou vícejehlové elektrody umístěné kolem obvodu válcového rezonátoru symetricky k rovině uzlu akustického tlaku, dochází k velmi intenzivnímu zaplnění objemu válcového rezonátoru výbojem. Nevýhodou je, že každá vícejehlová elektroda musí mít svůj předřadný odpor a že mezi hroty jehlových elektrod, ze kterých výboj hoří, existuje prostor bez výboje. Rovněž veškerý výbojový proud prochází hroty jehlových elektrod, které jsou vystaveny velkým proudovým hustotám.The construction of a resonator where the discharge burns between the multi-needle electrodes at a distance of λ / 4 from the sliding reflector and the wire electrode in the resonator axis is described in patent CZ 303615. In a preferred embodiment for very intense filling of the cylindrical resonator with discharge. The disadvantage is that each multi-needle electrode must have its own resistor and that there is no discharge between the tips of the needle electrodes from which the discharge burns. Also, all of the discharge current passes through the tips of the needle electrodes, which are exposed to high current densities.

Hlavní nevýhodou všech dosud popsaných konstrukcí je, že k dosažení velkých akustických výchylek prostředí, respektive vysokých akustických rychlostí v prostoru výbojových elektrod nutných k rozprostření a stabilizaci výboje je nutné v každém rezonátoru vybudit velké akustické tlaky dosahující několika tisíc Pa. Rezonátory jsou tedy zdrojem intenzivního hluku, který se zejména u rezonátorů pro nízké frekvence obtížně a neekonomicky odstraňuje. Rozměry akustických rezonátorů z důvodu splnění rezonančních podmínek jsou také velké, obvykle jedna polovina délky akustické vlny.The main disadvantage of all the structures described so far is that in order to achieve large acoustic variations of the environment or high acoustic velocities in the discharge electrode space necessary for spreading and stabilizing the discharge, it is necessary to build up large acoustic pressures of several thousand Pa in each resonator. Resonators are therefore a source of intense noise, which is difficult and uneconomical to eliminate, especially for low frequency resonators. The dimensions of the acoustic resonators to meet the resonant conditions are also large, usually one-half the length of the acoustic wave.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení s akusticky stabilizovaným elektrickým výbojem podle uvedené v CZ 304836. Toto zařízení je tvořeno válcovou výbojovou komorou s přívodem a odvodem zpracovávaného plynu. Ve výbojové komoře je umístěna uzemněná vodivá drátová elektroda, která je spojená s jedním potenciálem, a druhá elektroda, která je spojená s opačným potenciálem a jejíž střed je umístěn ve středu výbojové komory, tedy v uzlu akustického tlaku.The above mentioned drawbacks are eliminated by the device with acoustically stabilized electric discharge according to CZ 304836. This device consists of a cylindrical discharge chamber with inlet and outlet of the treated gas. In the discharge chamber there is a grounded conductive wire electrode which is connected to one potential and a second electrode which is connected to the opposite potential and whose center is located in the center of the discharge chamber, that is to say in the sound pressure node.

-1 CZ 28788 Ul-1 CZ 28788 Ul

Uzemněná vodivá drátová elektroda je elektricky spojená se zemním vodičem vně výbojové komory a je tvořena vodičem kruhového průřezu umístěným rovnoběžně s podélnou osou válcové výbojové komory. Střed drátové uzemněné vodivé elektrody leží proti středu druhé elektrody. Druhá elektroda je nožová elektroda a je situována symetricky naproti středu uzemněné vodivé drátové elektrody a je elektricky propojená přes odpor s vysokonapěťovým zdrojem. Podstatou tohoto řešení je, že do výbojové komory je z obou stran zaústěn zdroj akustického pole. Oba zdroje jsou zapojeny v protifázi přes zesilovače s výstupem generátoru. Ve výhodném provedení je vodič kruhového průřezu umístěn v podélné ose válcové výbojové komory, tedy v místě stejně vzdáleném od nožové elektrody. V dalším provedení lze kolem vnitřního obvodu válcové výbojové komory, symetricky k rovině uzlu akustického tlaku, umístit libovolný počet dalších nožových elektrod. Jejich ostří mají stejnou vzdálenost k uzemněné vodivé drátové elektrodě. Každá tato další nožová elektroda je spojena s vysokonapěťovým zdrojem přes individuální odpor. Velmi výhodné je, že akustické vlnění tohoto uspořádání stabilizuje výboje tak, že hoří po celé délce ostří nožové elektrody.The grounded conductive wire electrode is electrically connected to a ground conductor outside the discharge chamber and is formed by a circular cross-sectional conductor positioned parallel to the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber. The center of the wire grounded conductive electrode lies opposite the center of the second electrode. The second electrode is a knife electrode and is situated symmetrically opposite the center of a grounded conductive wire electrode and is electrically connected via a resistor to a high voltage source. The essence of this solution is that the discharge chamber has an acoustic field source from both sides. Both power supplies are connected in phase via amplifiers with generator output. In a preferred embodiment, the circular cross-sectional conductor is located in the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber, i.e. at a location equidistant from the knife electrode. In another embodiment, any number of additional knife electrodes may be positioned around the inner periphery of the cylindrical discharge chamber symmetrically to the plane of the acoustic pressure node. Their blades are equidistant from the grounded conductive wire electrode. Each of these additional knife electrodes is connected to a high voltage source via an individual resistance. It is very advantageous that the acoustic waves of this arrangement stabilize the discharges so that they burn along the entire length of the blade of the knife electrode.

Při uspořádání kdy válcová výbojová komora tvoří jednu elektrodu a kdy nožová elektroda je nahrazena tenkým drátem v ose válcové komory, dojde sice ke stabilizaci a chlazení výboje ale zařízení je velice citlivé na přesné umístění drátové elektrody do osy elektrody válcové. Pokud dojde k sebemenšímu vyosení drátové elektrody, výboj hoří jen v segmentu výbojového prostoru, kde je mezi elektrodami nejmenší vzdálenost a tedy nejvyšší gradient elektrického pole.In the arrangement where the cylindrical discharge chamber forms a single electrode and when the knife electrode is replaced by a thin wire in the axis of the cylindrical chamber, stabilization and cooling of the discharge occurs, but the device is very sensitive to precise positioning of the wire electrode in the axis of the cylindrical electrode. If there is the slightest misalignment of the wire electrode, the discharge burns only in the segment of the discharge space, where the distance between the electrodes is the smallest and thus the highest gradient of the electric field.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky odstraňuje stabilizovaný a homogenizovaný zdroj netermálního plazmatu, tvořený válcovou výbojovou komorou, jejíž stěna z vodivého a nemagnetického materiálu je uzemněná uzemňovacím vodičem. V podélné ose této výbojové komory je umístěna elektricky vodivá nemagnetická drátová elektroda kruhového průřezu, která je přes stabilizační odpor připojena ke svorce stejnosměrného vysokonapěťového zdroje. Výbojová komora je navázána na první a na druhý akustický zdroj, z nichž každý je tvořen akustickým vlnovodem připojeným přes reduktor průřezu k akustickému měniči, kde tyto akustické měniče jsou zapojeny v protifázi. Podstatou nového řešení je, že výbojová komora je navázána na první akustický zdroj přes elektricky nevodivý první válcový nástavec opatřený ve svém plášti odvodem plynu a na druhý akustický zdroj přes elektricky nevodivý druhý válcový nástavec opatřený ve svém plášti přívodem plynu. Oba válcové nástavce jsou svým jedním koncem částečně zaústěny do výbojové komory. Kjejich stěně je fixována poloha konců drátové elektrody. Výbojová komora je v celé své délce umístěna uvnitř alespoň jednoho permanentního toroidního magnetu orientovaného tak, že vektor magnetické indukce pole vytvořeného tímto alespoň jedním permanentním toroidním magnetem je uvnitř výbojové komory rovnoběžný s její osou a je kolmý na vektor proudové hustoty tvořený výbojem orientovaným radiálně mezi vnitřní stěnou výbojové komory a drátovou elektrodou. Délka drátové elektrody přesahuje okraje výbojové komory. Aktivní část drátové elektrody ležící v ose výbojové komory symetricky k rovině uzlu akustického tlaku má střed ve středu této výbojové komory a její aktivní délka rovnající se maximálně dvojnásobku amplitudy akustické výchylky vybuzené akustickým polem, je tvořena délkou výbojové komory zkrácenou o součet délek částí prvního a druhého nástavce, které jsou zaústěny do výbojové komory.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a stabilized and homogenized source of non-thermal plasma, formed by a cylindrical discharge chamber, whose wall of conductive and non-magnetic material is grounded by a grounding conductor. In the longitudinal axis of this discharge chamber there is an electrically conductive non-magnetic wire electrode of circular cross section, which is connected via a stabilizing resistor to the terminal of a DC high-voltage source. The discharge chamber is coupled to a first and a second acoustic source, each consisting of an acoustic waveguide connected via a cross-section reducer to an acoustic transducer, wherein the acoustic transducers are connected in a counter-phase. The essence of the novel solution is that the discharge chamber is coupled to a first acoustic source via an electrically non-conductive first cylindrical extension provided with a gas outlet in its housing and to a second acoustic source via an electrically nonconductive second cylindrical extension provided with a gas supply in its jacket. The two cylindrical extensions are partly connected to the discharge chamber with one end. The position of the ends of the wire electrode is fixed to their wall. The discharge chamber is located within its entire length within the at least one permanent toroidal magnet oriented such that the magnetic field induction vector generated by the at least one permanent toroidal magnet is parallel to the axis of the discharge chamber and is perpendicular to the current density vector formed by the discharge radially oriented the discharge chamber wall and the wire electrode. The length of the wire electrode extends beyond the edges of the discharge chamber. The active part of the wire electrode lying in the discharge chamber axis symmetrically to the plane of the sound pressure node has a center at the center of the discharge chamber and its active length is at most twice the amplitude of the acoustic displacement excited by the acoustic field. bits that are connected to the discharge chamber.

Je výhodné z důvodu vizualizace výboje, když jsou první a druhý nástavec z průhledného materiálu.It is advantageous for the visualization of the discharge when the first and second extensions are of transparent material.

Výsledkem tohoto řešení je stabilizovaný a homogenizovaný výboj v celém objemu výbojové komory vymezené délkou překrývajících se elektrod. Velmi výhodné je, že magnetické pole homogenizuje a akustické pole tohoto uspořádání stabilizuje jak koránové tak streamerové výboje tak, že hoří rovnoměrně v celém objemu výbojové komory mezi oběma elektrodami. Zároveň chladí drátovou výbojovou elektrodu a neředí zpracovávaný plyn oproti řešení předloženému např. v JP 57192721 (A)-198211-26. Vstup pracovního plynu na jedné straně výbojové komoryThe result of this solution is a stabilized and homogenized discharge in the entire discharge chamber volume defined by the length of the overlapping electrodes. It is very advantageous that the magnetic field homogenises and the acoustic field of this arrangement stabilizes both the Qur'an and streamer discharges so that it burns uniformly throughout the volume of the discharge chamber between the two electrodes. At the same time, it cools the wire discharge electrode and does not dilute the process gas compared to the solution presented, for example, in JP 57192721 (A) -198211-26. Working gas inlet on one side of the discharge chamber

-2CZ 28788 Ul a výstup plynu na straně druhé zaručuje, že veškerý zpracovávaný plyn musí projít výbojovým prostorem, ve kterém je zcela eliminován jakýkoliv mrtvý prostor, tedy prostor bez výboje. Objasnění výkresůOn the other hand, the gas outlet guarantees that all the gas being processed must pass through the discharge space in which any dead space, i.e. the non-discharge space, is completely eliminated. Clarification of drawings

Příklad uspořádání zdroje plazmatu s akustickou stabilizací a magnetickou homogenizací výboje mezi drátovou elektrodou a uzemněnou válcovou elektrodou tvořící plášť výbojové komory zasunuté do toroidních permanentních magnetů je schematicky naznačen na Obr. 1. V Obr. 2a je ukázán snímek streamerových výbojů mezi drátovou a válcovou elektrodou s působením pouze akustické stabilizace, a v Obr. 2b s působením jak akustické stabilizace, tak magnetické homogenizace. Obr. 2a, b představují šikmý pohled do vnitřního prostoru výbojové komory přes elektricky nevodivé a pro případ vizualizace i průhledné nástavce. Frekvence akustického pole je 100 Hz a maximální stejnosměrné napětí mezi elektrodami je 25 kV.An example of an arrangement of a plasma source with acoustic stabilization and magnetic discharge homogenization between a wire electrode and a grounded cylindrical electrode forming a sheath of a discharge chamber inserted into toroidal permanent magnets is schematically indicated in FIG. 1. In FIG. Fig. 2a shows a picture of streamer discharges between a wire and a cylindrical electrode with the effect of only acoustic stabilization; 2b with the effect of both acoustic stabilization and magnetic homogenization. Giant. 2a, b show an oblique view into the interior of the discharge chamber through electrically nonconductive and, in case of visualization, transparent extensions. The acoustic field frequency is 100 Hz and the maximum DC voltage between the electrodes is 25 kV.

Mechanismus stabilizace a homogenizace výboje je založen na společném působení akustického a magnetického pole. Podílí se na něm jak akustická výchylka, tak akustická rychlost, se kterou je prostředí výboje posouváno s periodou akustické vlny napříč rovině uzlu akustického tlaku, tak že změny tlaku vytvářejí periodicky měnící se zředění a zhuštění anti-symetricky v obou poloprostorech položených vůči rovině uzlu tlaku.The mechanism of stabilization and homogenization of the discharge is based on the combined action of the acoustic and magnetic fields. It involves both the acoustic deflection and the acoustic velocity with which the discharge environment shifts with the acoustic wave period across the plane of the pressure node, so that pressure changes produce periodically varying dilutions and densification anti-symmetrically in both half-spaces laid against the plane of the pressure node .

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Stabilizovaný a homogenizovaný zdroj netermálního plazmatu na Obr. 1 je tvořen válcovou výbojovou komorou i realizovanou elektricky vodivou trubicí z nemagnetického materiálu, která tvoří jednu elektrodu výbojového systému spojenou uzemňovacím vodičem 13 se zemním potenciálem. Do této výbojové komory je z jedné strany zaústěn první elektricky nevodivý nástavec 5, který je připojen k prvnímu akustickému zdroji 7 a symetricky k němu, je z druhé strany do výbojové komory i zaústěn druhý elektricky nevodivý nástavec 6, který je připojen k druhému akustickému zdroji 8. Na výbojovou komoru I jsou v tomto příkladu nasunuty toroidní permanentní magnety H a 12, jejichž počet je libovolný a je dán délkou výbojové komory 1. Uprostřed výbojové komory 1 je umístěn střed vodivé drátové elektrody 2, dále jen drátová elektroda 2, která je spojená vně výbojové komory 1 přes stabilizační odpor 3 s vysokonapěťovým zdrojem 4. Tato drátová elektroda 2 je umístěna v ose válcové výbojové komory 1 symetricky k rovině uzlu akustického tlaku. Drátová elektroda 2 je tvořena vodičem kruhového průřezu z nemagnetického materiálu a její aktivní délka je stejná jako délka výbojové komory I zmenšená o délky přesahu elektricky nevodivého prvního nástavce 5 a nevodivého druhého nástavce 6 dovnitř výbojové komory 1 a zároveň je délka aktivní části drátové elektrody 2 menší než dvojnásobek akustické výchylky vytvořené akustickým polem uvnitř výbojové komory 1. Střed této aktivní části, tedy střed drátové elektrody 2, leží ve středu výbojové komory I. Části drátové elektrody 2, mimo její aktivní délku, například ty, které jsou kolmé k podélné ose válcové výbojové komory 1 plní pouze funkci vyvedení elektrody z vnitřku výbojové komory 1 a její mechanickou fixaci. Délka vodiče drátové elektrody 2 v podélné ose válcové výbojové komory I je větší než délka výbojové komory I a její průřez je dán požadavky na proudovou hustotu výboje. Vstup a výstup zpracovávaného plynu jsou tvořeny přívodem 9 a odvodem 10 vedenými přes elektricky nevodivé nástavce na opačných stranách od výbojové komory 1.The stabilized and homogenized non-thermal plasma source of FIG. 1 consists of a cylindrical discharge chamber and an electrically conductive tube of non-magnetic material, which constitutes a single electrode of the discharge system connected by an earth conductor 13 to ground potential. In this discharge chamber there is a first electrically nonconductive extension 5 connected to and symmetrically connected to the first acoustic source 7, and on the other side a second electrically nonconductive extension 6 which is connected to the second acoustic source is connected to the discharge chamber. 8. In this example, the toroidal permanent magnets H and 12, of any number and given by the length of the discharge chamber 1, are disposed on the discharge chamber 1. In the middle of the discharge chamber 1 is the center of the conductive wire electrode 2. This wire electrode 2 is located in the axis of the cylindrical discharge chamber 1 symmetrically to the plane of the acoustic pressure node. The wire electrode 2 is formed by a circular cross-section of non-magnetic material and its active length is equal to the length of the discharge chamber I reduced by the length of the electrically nonconductive first extension 5 and the nonconductive second extension 6 into the discharge chamber 1. The center of the active portion, i.e. the center of the wire electrode 2, lies in the center of the discharge chamber I. The portion of the wire electrode 2 outside its active length, for example those perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical electrode. The discharge chamber 1 fulfills only the function of leading the electrode from the interior of the discharge chamber 1 and its mechanical fixation. The length of the wire of the wire electrode 2 in the longitudinal axis of the cylindrical discharge chamber I is greater than the length of the discharge chamber I and its cross-section is determined by the current density requirements of the discharge. The inlet and outlet of the gas to be treated are formed by an inlet 9 and an outlet 10 led through electrically nonconductive extensions on opposite sides of the discharge chamber 1.

Podstata činnosti uvedeného stabilizovaného a homogenizovaného zdroje netermálního plazmatu spočívá v tom, že elektrický výboj, vzniklý důsledkem vysokého napětí přivedeného přes stabilizační odpor 4 ze svorky vysokonapěťového zdroje 4 k drátové elektrodě 2 a hořící mezi drátovou elektrodou 2 a vnitřkem výbojové komory 1, je akustickou vlnou termálně chlazen. Prostředí, v němž elektrický výboj hoří, je modifikováno akustickou vlnou s rychlostí, která má ve směru kolmém k rovině uzlu akustického tlaku největší velikost a v každé půlperiodě mění svůj směr ve směr opačný. V důsledku akustické výchylky je ohřátá oblast posunuta ve směru výchylky. V ohřáté oblasti dojde ke zředění plynu respektive snížení tlaku, a v souhlase s Meeksovým kritériem, k vytvoření vhodnějších podmínek pro výboj. Výboj se tak posouvá ve směru osyThe essence of the operation of said stabilized and homogenized non-thermal plasma source is that the electric discharge caused by the high voltage applied via the stabilizing resistor 4 from the high voltage source terminal 4 to the wire electrode 2 and burning between the wire electrode 2 and the discharge chamber 1 is an acoustic wave. thermally cooled. The environment in which the electric discharge burns is modified by an acoustic wave with a velocity that is the largest in the direction perpendicular to the plane of the acoustic pressure node and changes its direction in the opposite direction in each half-period. As a result of the acoustic deflection, the heated area is displaced in the deflection direction. Dilution of gas or pressure reduction occurs in the heated area and, in accordance with the Meeks criterion, more favorable discharge conditions are created. The discharge thus shifts in the direction of the axis

-3 CZ 28788 Ul výbojové komory I. Zároveň jsou ionizované částice výboje pohybující se kolmo k vektoru magnetické indukce vystaveny působení Lorentzovy síly, čímž dochází ke spirálovému zakřivení a značnému prodloužení jejich trajektorie mezi elektrodami tvořenými výbojovou komorou I a drátovou elektrodou 2, a tudíž ke značnému zmenšení nároků na vystředění drátové elektrody 2 vůči elektrodě tvořené vnitřní stěnou výbojové komory I. Výsledkem je stabilizovaný ahomogenizovaný výboj v celém objemu výbojové komory 1 vymezené délkou překrývajících se částí výbojové komory I a drátové elektrody 2. Dochází tak k synergii účinků akustického a magnetického pole na výboj.At the same time, ionized discharge particles moving perpendicular to the magnetic induction vector are subjected to Lorentz force, causing a spiral curvature and greatly extending their trajectory between the electrodes formed by the discharge chamber I and the wire electrode 2, and hence Considerably reducing the requirements for centering the wire electrode 2 relative to the electrode formed by the inner wall of the discharge chamber I. This results in a stabilized and homogenized discharge across the entire volume of the discharge chamber 1 defined by the length of the overlapping portions of the discharge chamber I and the wire electrode 2. to the discharge.

Na Obr. 2a je zobrazen snímek streamerového výboje mezi zápornou drátovou elektrodou 2 a vnitřní částí výbojové komory i bez působení magnetického pole při frekvenci akustického pole 100 Hz a konstantním stejnosměrném napětí do 20 kV. Na Obr. 2b je zobrazen výboj při stejných akustických a elektrických podmínkách při působení magnetického pole tří toroidních permanentních magnetů vytvářejících magnetické pole s indukcí 300 mT v ose výbojové komory. Z Obr. 2a je patrné, že bez působení magnetického pole se výboj uzavírá pouze v omezeném segmentu objemu výbojové komory.In FIG. 2a shows a picture of a streamer discharge between the negative wire electrode 2 and the inner part of the discharge chamber even without the application of a magnetic field at an acoustic field frequency of 100 Hz and a constant DC voltage of up to 20 kV. In FIG. 2b shows the discharge under the same acoustic and electrical conditions under the action of the magnetic field of three toroidal permanent magnets generating a magnetic field with an induction of 300 mT along the axis of the discharge chamber. FIG. 2a, it can be seen that without the magnetic field, the discharge closes only in a limited segment of the discharge chamber volume.

Za účelem studia ovlivňování výboje spočívajícím v interakci výboje s oscilacemi akustického pole v oblasti výboje bylo vytvořeno experimentální zařízení, odpovídající schématu na Obr. 1. V tomto uspořádání byla vzdálenost mezi drátovou elektrodou 2 o průměru vodiče 0,1 mm a vnitřním průměrem výbojové komory i rovna 10 mm. Akustické vlna byla buzena elektroakustickými měniči BC 6MD38-8 z generátoru Agilent 33250A jehož, výkon byl zesílen pomocí zesilovače Mackie M 1400.In order to study the shock affecting of the shock interaction with the acoustic field oscillations in the shock region, an experimental device was created, corresponding to the scheme in FIG. In this arrangement, the distance between the wire electrode 2 with a conductor diameter of 0.1 mm and the inner diameter of the discharge chamber 1 was equal to 10 mm. The acoustic wave was excited by the BC 6MD38-8 electroacoustic transducers from the Agilent 33250A generator whose power was boosted by the Mackie M 1400 amplifier.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předkládané řešení se týká zařízení, ve kterém dochází ke stabilizaci, homogenizaci a ke zvětšení objemu různých typů elektrického výboje mezi koaxiálními elektrodami současným působením akustického a magnetického pole za atmosférického tlaku. Zdroj je určen ke generaci vysoce reaktivních částic s aplikačním potenciálem v medicíně např. inaktivaci infekčních agens, v environmentálních aplikacích např. dekompozici těkavých organických sloučenin a úpravách povrchu.The present invention relates to a device in which stabilizing, homogenizing and increasing the volume of different types of electric discharge between coaxial electrodes occurs by simultaneous action of an acoustic and magnetic field at atmospheric pressure. The source is intended for generation of highly reactive particles with application potential in medicine eg inactivation of infectious agents, in environmental applications eg decomposition of volatile organic compounds and surface treatments.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

A stabilized and homogenized source of non-thermal plasma, consisting of a cylindrical discharge chamber (1) having a wall of conductive and non-magnetic material being grounded by a grounding conductor (13), wherein an electrically conductive non-magnetic wire electrode (1) is disposed in the longitudinal axis of the discharge chamber (1). 2) of a circular cross section, which is connected to a terminal of a high-voltage direct current source (4) via a stabilizing resistor (3) and wherein the discharge chamber (1) is connected to a first acoustic source (7) and a second acoustic source (8). it consists of an acoustic waveguide connected via a cross-section reducer to an acoustic transducer, wherein the acoustic transducers are connected in a counter-phase, characterized in that the discharge chamber (1) is coupled to the first acoustic source (7) via an electrically nonconductive first cylindrical extension (5) provided in its housing by a gas outlet (10) and to a second acoustic source (8) via an electrically non-conductive d a cylindrical sleeve (6) provided with a gas inlet (9) in its housing, wherein the first sleeve (5) and the second sleeve (6) are partly connected to the discharge chamber (1) at one end and where their position is fixed to their wall the ends of the wire electrode (2), wherein the discharge chamber (1) is disposed within its entire length within at least one permanent toroidal magnet (11, 12) oriented such that the magnetic field induction vector generated by the at least one permanent toroidal magnet (11, 12) is within the discharge chamber (1) parallel to its axis and perpendicular to the current density vector formed by the discharge directed radially between the inner wall

28788 U1 of the discharge chamber (1) and the wire electrode (2), and further the length of the wire electrode (2) extends beyond the edges of the discharge chamber (1), its active part lying along the axis of the discharge chamber (1) symmetrically to the plane the center at the center of this discharge chamber (1) and its active length equal to not more than twice the amplitude of the acoustic excitation excited by the acoustic

5 of the field, is formed by the length of the discharge chamber (1) reduced by the sum of the lengths of the portions of the first extension (5) and the second extension (6) opening into the discharge chamber (1).

The stabilized and homogenized source of non-thermal plasma according to claim 1, characterized in that the first extension (5) and the second extension (6) are of transparent material.