CZ306119B6 - Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same - Google Patents
Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306119B6 CZ306119B6 CZ2015-310A CZ2015310A CZ306119B6 CZ 306119 B6 CZ306119 B6 CZ 306119B6 CZ 2015310 A CZ2015310 A CZ 2015310A CZ 306119 B6 CZ306119 B6 CZ 306119B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- discharge
- discharge chamber
- propeller
- gas
- inner electrode
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 title description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 3
- -1 thin-walled Substances 0.000 claims description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 26
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 206010051602 Laziness Diseases 0.000 description 1
- 206010035148 Plague Diseases 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Způsob generování nízkoteplotního plazmatu, způsob plazmové úpravy tekutin, práškových materiálů i pevných látek tímto nízkoteplotním plazmatem a zařízení k provádění těchto způsobůMethod of generating low-temperature plasma, method of plasma treatment of liquids, powder materials and solids by this low-temperature plasma and device for performing these methods
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká způsobu generování nízkoteplotního plazmatu na bázi výboje glidingarc, který je vhodný pro plazmovou úpravu plynů, kapalin i pevných látek. Vynález se rovněž týká zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a method for generating a low-temperature plasma based on a glidingarc discharge, which is suitable for the plasma treatment of gases, liquids and solids. The invention also relates to a device for carrying out this method.
Dosavadní stav technikyPrior art
Je známá celá řada plazmových technologií používaných pro plazmovou úpravu tekutin, práškových materiálů i pevných látek resp. jejich povrchů, např. výboje pracující za atmosférického tlaku, jako jsou např. tryskové výboje nebo bariérové výboje.A number of plasma technologies are known for the plasma treatment of liquids, powders and solids, resp. their surfaces, eg atmospheric pressure discharges, such as jet discharges or barrier discharges.
Použití tryskových výbojů buzených v rozsahu od mikrovln až po nízkofrekvenční napájení je do značné míry omezeno na malé plochy a objemy plazmatu. Kromě toho, většina tryskových výbojů potřebuje ke svému provozu drahé plyny jako např. argon nebo helium, což je v praxi možné jen u technologií s vysokou přidanou hodnotou plazmové úpravy, nikoli pro plošné a levné aplikace.The use of jet discharges ranging from microwaves to low frequency power is largely limited to small areas and plasma volumes. In addition, most jet discharges require expensive gases such as argon or helium to operate, which in practice is only possible with high value-added plasma treatment technologies, not for widespread and inexpensive applications.
Použití bariérových výbojů je limitováno přítomnosti dielektrika v blízkosti plazmatu. Dielektrikum může akumulovat elektrický náboj, a kromě toho vykazuje velkou citlivost na znečištění povrchu. To je nevýhodné jak při úpravách práškových materiálů, kde dochází ke vzniku práškových aglomerátů, tak při úpravách plynů s obsahem uhlovodíků, kde dochází k ukládání vrstev na povrch dielektrika, což zhoršuje parametry výboje Dielektrum je proto potřeba často čistit.The use of barrier discharges is limited by the presence of a dielectric near the plasma. The dielectric can accumulate an electric charge and, in addition, is highly sensitive to surface contamination. This is disadvantageous both in the treatment of powder materials, where powder agglomerates are formed, and in the treatment of hydrocarbon-containing gases, where layers are deposited on the dielectric surface, which impairs the discharge parameters. The dielectric therefore needs to be cleaned frequently.
Dalším typem používaného výboje je klouzavý výboj označovaný jako „glidingarc“, užívaný nejčastěji pro úpravu povrchů pevných látek, ale i pro dekompozici těkavých organických látek z plynů. Při generování tohoto výboje se, mezi obloukové elektrody, jejichž vzdálenost se postupně zvětšuje, přivádí plyn o tlaku 0,5 až 5 atmosfér. Pomocí vysokonapěťového generátoru napájejícího elektrody vznikne po proraženi vzduchové mezery mezi elektrodami v oblasti, ve které jsou povrchy elektrod nejblíže, výboj. Proud plynu, přiváděný tryskou do prostoru mezi elektrodami, posouvá výboj po povrchu elektrod dále od trysky, kde se plazma po překročení kritické hodnoty rapidně ochlazuje. Elektrická energie je využita pro generování vysoce reaktivního prostředí podporujícího chemické reakce, což se využívá především při dekompozici těkavých organických látek z plynů vznikajících v různých chemických provozovnách. Způsoby a zařízení popisující využití výboje „glidingarc“ pro plazmovou úpravu plynů jsou popsány např. v dokumentech US 8,742,285 (B2) a US 2012/0090985 (AI). Plazma vyfukované proudem plynu, např. vzduchu, vodních par, Ar, H2, N2 a dalších, je možné použít též pro úpravu povrchů práškových nebo pevných materiálů.Another type of discharge used is a sliding discharge called "glidingarc", used most often for the treatment of solid surfaces, but also for the decomposition of volatile organic compounds from gases. During the generation of this discharge, a gas with a pressure of 0.5 to 5 atmospheres is introduced between the arc electrodes, the distance of which gradually increases. By means of a high-voltage generator supplying the electrodes, a discharge is generated after the air gap between the electrodes has been pierced in the area in which the surfaces of the electrodes are closest. The gas stream fed by the nozzle into the space between the electrodes moves the discharge along the surface of the electrodes further away from the nozzle, where the plasma cools rapidly after exceeding the critical value. Electricity is used to generate a highly reactive environment that supports chemical reactions, which is used primarily in the decomposition of volatile organic compounds from gases generated in various chemical plants. Methods and devices describing the use of a "glidingarc" discharge for plasma treatment of gases are described, for example, in US 8,742,285 (B2) and US 2012/0090985 (AI). Plasma blown by a stream of gas, such as air, water vapor, Ar, H 2 , N 2 and others, can also be used to treat the surfaces of powdered or solid materials.
Výhoda výboje typu „glidingarc“ pro plazmovou úpravu materiálů spočívá v jednoduchosti konstrukce zařízení včetně napájení, nevýhoda pak spočívá v nutnosti přivádění velkého objemu pracovního proudícího plynu pro udržení vyfukování výboje. Při využití výboje typu „glidingarc“ pro úpravu plynů se používají víceelektrodové konstrukce nebo rotační elektrodový systém pro výboj nazývaný „rotační glidingarc, u kterého rotuje vnitřní elektroda zakončená kuželovou hlavicí, která je uložena uvnitř válcové dutiny vnější elektrody. Mezi elektrodami tak vzniká úzká výbojová štěrbina, kterou prochází plyn vyfukující výboj směrem k ústí štěrbiny. Otáčení vnitřní kuželové elektrody uděluje výboji rotační pohyb ve štěrbině, avšak bez působení plynu profukujícího štěrbinu se jedná jen o pásový jiskrový výboj působící v horní části elektrod, který se nerozvíjí dopředným směrem do objemu a intenzity potřebné pro plazmovou úpravu. Ke zlepšeníThe advantage of the "glidingarc" discharge for plasma treatment of materials lies in the simplicity of the construction of the device, including power supply, the disadvantage lies in the need to supply a large volume of working flowing gas to maintain the discharge of the discharge. When using a "glidingarc" discharge to treat gases, multi-electrode designs or a rotating electrode discharge system called a "rotating glidingarc" is used, in which the inner electrode terminates in a conical head which is housed inside the cylindrical cavity of the outer electrode. This creates a narrow discharge gap between the electrodes, through which the gas blowing discharge passes towards the mouth of the slot. The rotation of the inner conical electrode gives the discharge a rotational movement in the slit, but without the action of the gas blowing through the slit it is only a band spark discharge acting on the upper part of the electrodes which does not develop forward to the volume and intensity required for plasma treatment. To improve
- 1 CZ 306119 B6 parametrů proudění plynu výbojoyo^ „štěrbinou j§ou,z^ zařízení, která využívají rotačního cyklonového proudění plynu, kterého se dosahuje jedním nebo několika tangenciálně uspořádanými přívody plynu. Další zlepšení představují zařízení provozující výše popsaný výboj v magnetickém poli permanentního magnetu, jako např. v dokumentech US 8,568,662 (B2), 5 CN 201154290 (Y) a CN 201686484 (U), které popisují způsoby a zařízení pro úpravu plynů.The parameters of the gas flow through the slit are from devices which use a rotational cyclone gas flow which is achieved by one or more tangentially arranged gas inlets. Further improvements are devices operating the discharge described above in the magnetic field of a permanent magnet, such as in US 8,568,662 (B2), 5 CN 201154290 (Y) and CN 201686484 (U), which describe methods and devices for gas treatment.
Dalším zlepšením je konstrukce, kde vnitřní rotující kuželovitá elektroda může být navíc opatřena spirálou navinutou na vnitřní kuželovité elektrodě a rotující společně s ní (AIAA Journal, 2006 Vol. 44, No. 1, Obrello et al.). Použitím spirály je možné rozprostřít výboj v příčné rovině k ose otáčení, ale hlavní nevýhodou pak zůstává jen velice krátká zóna, kde se výboj nachází, io S tím je spojená velice krátká expoziční doba a tedy i malá plazmochemická účinnost. Navíc při použití spirálové elektrody značná část plynu prochází i středem trubice bez jakékoliv interakce s plazmatem generovaným mezi vnějším povrchem spirály a stěnou trubice, která tvoří druhou elektrodu.Another improvement is the construction, where the inner rotating conical electrode can additionally be provided with a spiral wound on the inner conical electrode and rotating together with it (AIAA Journal, 2006 Vol. 44, No. 1, Obrello et al.). By using a spiral, it is possible to spread the discharge in the transverse plane to the axis of rotation, but the main disadvantage then remains only a very short zone where the discharge is located, and this is associated with a very short exposure time and therefore low plasmachemical efficiency. In addition, when using a spiral electrode, a significant portion of the gas passes through the center of the tube without any interaction with the plasma generated between the outer surface of the spiral and the wall of the tube that forms the second electrode.
Další známé zařízení popisuje trysku, kterou se přivádí plyn velkou rychlosti do výboje, který vzniká mezi tryskou a rotujícím kroužkem. Rotace kroužku způsobuje rozprostření výboje po celé ploše ohraničené kroužkem. (Chemical Engineerign Journal 234 (2013) 240 - 246).Another known device describes a nozzle by which gas is introduced at high speed into the discharge which arises between the nozzle and the rotating ring. The rotation of the ring causes the discharge to spread over the entire area bounded by the ring. (Chemical Engineer Journal 234 (2013) 240-246).
Společnou nevýhodou známých způsobů generování nízkoteplotního plazmatu ve výboji typu 20 „glidingarc“ se statickými i rotačními elektrodami je nutnost přívodu značného objemu plynu, kterým se vyfukuje výboj do potřebné intenzity objemu a teploty. Stálý přívod velkého množství plynuje nákladný, zejména pokud jde o dražší plyny, aleje také prostorově a energeticky náročný, což je nevýhodné i v těch případech, kdy je jako plyn používán např. levný vzduch. Prostorově náročná zařízení je nutno vždy individuálně projektovat pro různé výkony a aplikace, což také 25 zvyšuje náklady.A common disadvantage of the known methods of generating low-temperature plasma in a discharge type 20 "glidingarc" with static and rotating electrodes is the need to supply a large volume of gas, which blows the discharge to the required intensity of volume and temperature. The constant supply of large quantities of gas is expensive, especially in terms of more expensive gases, but also space-consuming and energy-intensive, which is disadvantageous even in those cases where, for example, cheap air is used as the gas. Space-consuming devices must always be individually designed for different outputs and applications, which also increases costs.
Úzká výbojová štěrbina kolem vnitřní rotační elektrody s kuželovou hlavicí je příčinou vzniku tlakové diference uvnitř zařízení. Tlaková diference způsobuje značné problémy jak při plazmové úpravě plynů, tak při plazmové úpravě prášků. Například při dekompozici těkavých organických látek z plynů může dojít již při zpracování relativně malých objemů k potlačení až zastavení chemického procesu dekompozice a k dehtování štěrbiny. Pro průmyslovou úpravu prášků popř. kapalin se zařízení na bázi výboje „glidingarc“ z výše uvedených důvodů nepoužívají vůbec.The narrow discharge gap around the inner rotating electrode with the conical head causes a pressure difference inside the device. The pressure difference causes considerable problems in both the plasma treatment of gases and the plasma treatment of powders. For example, in the decomposition of volatile organic compounds from gases, even during the processing of relatively small volumes, the chemical process of decomposition can be suppressed or stopped, and the gap can be tarred. For industrial treatment of powders or. liquids, glidingarc devices are not used at all for the above reasons.
Patentová přihláška WO 2014/167520 Al popisuje generátor nízkoteplotního plazmatu a způsob 35 výroby chemických látek, kde plazmová úprava není prováděna výbojem typu „glidingarc“, ale jiskrovým výbojem. Popsané zařízení zahrnuje vnější pevnou elektrodu s válcovou výbojovou komorou, uvnitř které je uložena vnitřní rotační elektroda v podstatě ve tvaru hřídele, uspořádané koaxiálně v ose válcové výbojové komory. Hřídel má mnohem menší průměr než válcová výbojová komora, a je k ní upevněn spouštěč výboje ve tvaru hřebene, který rotuje společně s hřídelí 40 uvnitř válcové výbojové komory, do které se přivádí plyn pomocí plastové vrtule upevněné na hřídeli na vstupu plynu do válcové výbojové komory. Vrtule slouží pouze jako ventilátor k přepravě plynu, ke vzniku výboje dochází až za vrtulí mezi rotujícím hřebenem a stěnou válcové výbojové komory.Patent application WO 2014/167520 A1 describes a low-temperature plasma generator and a method 35 for the production of chemicals, where the plasma treatment is not performed by a "glidingarc" discharge, but by a spark discharge. The described device comprises an outer fixed electrode with a cylindrical discharge chamber, inside which is housed an inner rotating electrode substantially in the shape of a shaft, arranged coaxially in the axis of the cylindrical discharge chamber. The shaft has a much smaller diameter than the cylindrical discharge chamber, and a ridge-shaped discharge trigger is mounted thereto, which rotates together with the shaft 40 inside the cylindrical discharge chamber, into which gas is supplied by a plastic propeller mounted on the shaft at the gas inlet to the cylindrical discharge chamber. . The propeller serves only as a fan for the transport of gas, the discharge occurs only behind the propeller between the rotating ridge and the wall of the cylindrical discharge chamber.
Nevýhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že plyn vháněný vrtulí do výbojové komory prochází laminámě celým průřezem válcové výbojové komory, přičemž ve středové části je minimálně upravován, výboj hoří pouze mezi špičkami hřebene a stěnou válcové výbojové komory. Efektivita plazmové úpravy plynuje proto nízká.The disadvantage of this arrangement is that the gas blown by the propeller into the discharge chamber passes through the laminate through the entire cross-section of the cylindrical discharge chamber, while in the central part it is minimally modified, the discharge burning only between the ridge tips and the cylindrical discharge chamber wall. The efficiency of the plasma treatment is therefore low.
V jiném provedení je zařízení podle WO 2014/167520 Al určeno také pro úpravu kapalin, kdy vnější elektroda je kapalná a tvoří ji hladina kapaliny ve vertikálně ustavené válcové výbojové komoře. Vnitřní rotační elektroda je zakončena rotorem s horizontálními lopatkami, na kterých jsou uspořádány výbojové hřebeny, které plošně působí na povrch kapaliny, takže výboj vzniká mezi konci hřebenů a povrchem kapaliny.In another embodiment, the device according to WO 2014/167520 A1 is also intended for the treatment of liquids, where the outer electrode is liquid and is formed by the liquid level in a vertically arranged cylindrical discharge chamber. The inner rotating electrode is terminated by a rotor with horizontal blades, on which discharge ridges are arranged, which act flatly on the surface of the liquid, so that a discharge occurs between the ends of the ridges and the surface of the liquid.
-2CZ 306119 B6-2EN 306119 B6
Nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že rotor s výbojovým hřebenem působí na relativně malý povrch kapaliny, je proto nutné prodlužovat expoziční dobu, případně proces úpravy opakovat, takže efektivita plazmové úpravy kapalin je rovněž nízká.The disadvantage of this solution is that the rotor with the discharge ridge acts on a relatively small surface of the liquid, therefore it is necessary to extend the exposure time or repeat the treatment process, so that the efficiency of plasma treatment of liquids is also low.
Úkolem vynálezu je odstranit výše popsané nedostatky známých řešení a vytvořit takový způsob a zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu, které by byly univerzálně vhodné pro průmyslovou plazmovou úpravu různých typů materiálů včetně prášků a kapalin, nepotřebovaly by pro správnou funkci velké objemové množství pracovního plynu, byly by energeticky, prostorově a investičně nenáročné a umožňovaly by snadné dimenzování a upscalling pro různé výkony.The object of the invention is to eliminate the above-described drawbacks of the known solutions and to provide such a method and apparatus for generating low temperature plasma which would be universally suitable for industrial plasma treatment of various types of materials including powders and liquids, would not require a large volume of working gas for proper function. energy, space and investment low and would allow easy sizing and upscalling for different outputs.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Vytčený úkol řeší a nedostatky známých řešení odstraňuje způsob generování nízkoteplotního plazmatu, způsob plazmové úpravy tekutin, práškových materiálů a pevných látek tímto nízkoteplotním plazmatem, a zařízení k provádění těchto způsobů, podle předloženého vynálezu.The object is solved and the shortcomings of the known solutions are eliminated by the method of generating low-temperature plasma, the method of plasma treatment of liquids, powders and solids by this low-temperature plasma, and the device for carrying out these methods, according to the present invention.
Nízkoteplotní plazma podle vynálezu je generováno klouzavým výbojem typu glidingarc pomocí vysokonapěťového zdroje připojeného k vnější elektrodě s rotačně symetrickou výbojovou komorou, a k vnitřní elektrodě, uspořádané otočně a izolovaně uvnitř výbojové komory na hřídeli v její ose. Podstata nového způsobu generování nízkoteplotního plazmatu spočívá v tom, že vnitřní elektroda má šnekový nebo vrtulový tvar, a vzdálenost mezi vnitřní elektrodou a vnitřní stěnou výbojové komory se zvětšuje. Jiskrový výboj vznikající po proražení plynové mezery v nejužším místě mezi vnitřní elektrodou a vnější elektrodou se mění na klouzavý výboj typu glidingarc pouze rotací vnitřní elektrody, kterou se uvádí do rotačně-translačního pohybu plyn nacházející se ve výbojové komoře, a přivádí se ze středové části výbojové komory bez výboje do oblasti kolem jejího vnitřního obvodu, kde postupuje podél vnitřní elektrody a generuje se nízkoteplotní plazma v souvislém rotačně symetrickém pásu podél vnitřního obvodu výbojové komory. Působením vnitřní elektrody se přitom transportuje plyn ze středové části výbojové komory bez výboje do rotačně symetrického pásu, kde je plazma nej intenzivnější.The low temperature plasma according to the invention is generated by a glidingarc type sliding discharge by means of a high voltage source connected to an outer electrode with a rotationally symmetrical discharge chamber, and to an inner electrode arranged rotatably and insulated inside the discharge chamber on a shaft in its axis. The essence of the new method of generating low-temperature plasma lies in the fact that the inner electrode has a screw or propeller shape, and the distance between the inner electrode and the inner wall of the discharge chamber increases. The spark discharge arising after breaking the gas gap at the narrowest point between the inner electrode and the outer electrode is converted into a glidingarc-type sliding discharge only by rotating the inner electrode, which rotates the gas located in the discharge chamber and is fed from the central part of the discharge chamber. a non-discharge chamber to an area around its inner circumference where it travels along the inner electrode and generates a low temperature plasma in a continuous rotationally symmetrical band along the inner circumference of the discharge chamber. By the action of the inner electrode, the gas is transported from the central part of the discharge chamber without discharge to the rotationally symmetrical belt, where the plasma is most intense.
Podstata vynálezu tedy spočívá v použití vrtulové nebo šnekovité výbojové vnitřní elektrody, rotující uvnitř výbojové komory vnější elektrody. Na rozdíl od použití spirálové elektrody nebo hřebínkové elektrody jiskrového výboje, kde značná část plynu prochází i středem trubice bez výboje a tedy bez jakékoliv interakce s plazmatem generovaným mezi vnějším povrchem spirály nebo hřebene a stěnou trubice je při použití vrtulové nebo šnekové elektrody plyn nebo upravovaná látka transportována z vnitřní části, kde výboj nehoří, do vnější rotačně symetrické části elektrodového systému, kde je výboj nejintenzivnější.The essence of the invention therefore lies in the use of a propeller or a screw-shaped discharge inner electrode rotating inside the discharge chamber of the outer electrode. Unlike the use of a spiral electrode or a comb discharge electrode, where a significant portion of the gas passes through the center of the tube without discharge and thus without any interaction with the plasma generated between the outer surface of the spiral or comb and the tube wall. transported from the inner part, where the discharge does not burn, to the outer rotationally symmetrical part of the electrode system, where the discharge is most intense.
Předmětem vynálezu je dále i způsob plazmové úpravy tekutin, nebo práškových materiálů nebo pevných materiálů nízkoteplotním plazmatem generovaným výše popsaným způsobem, jehož podstata spočívá v tom, že tekutina, práškový materiál nebo pevná látka se přivádí do výbojové komory, prochází mezi vnější elektrodou a vnitřní elektrodou, a upravuje se nízkoteplotním plazmatem v oblasti rotačně symetrického pásu, načež se odvádí z výbojové komory.The invention further relates to a method for the plasma treatment of liquids or powder materials or solid materials by a low-temperature plasma generated by the method described above, which comprises feeding a liquid, a powder material or a solid into a discharge chamber between an outer electrode and an inner electrode. , and is treated with a low-temperature plasma in the region of a rotationally symmetrical strip, after which it is discharged from the discharge chamber.
V jednom výhodném způsobu úpravy, a sice při plazmové úpravě plynů, se upravený plyn transportuje válcovou výbojovou komorou bez tlakové diference, rotací vnitřní elektrody se přivádí ze středové oblasti do oblasti kolem vnitřního obvodu výbojové komory, prochází souvislým rotačně symetrickým pásem, kde je plazma nej intenzivnější, s možností plynulého nastavení rychlosti proudění upravovaného plynu pro určení doby expozice, načež se upravený plyn odvádí z výbojové komory.In one preferred method of treatment, namely plasma gas treatment, the treated gas is transported through a cylindrical discharge chamber without pressure difference, by rotating the inner electrode from the central region to the area around the inner circumference of the discharge chamber, passing through a continuous rotationally symmetrical band where the plasma is best. more intense, with the possibility of continuously adjusting the flow rate of the treated gas to determine the exposure time, after which the treated gas is discharged from the discharge chamber.
V jiném výhodném provedení způsobu úpravy materiálů, a to při plazmové úpravě kapalin, se kapalina transportuje výbojovou komorou bez tlakové diference, přičemž se rotací vnitřní elektrody a působením odstředivé síly vytváří tenký film kapaliny na vnitřním obvodu výbojové koIn another preferred embodiment of the method of treating materials, in the plasma treatment of liquids, the liquid is transported through the discharge chamber without pressure difference, whereby by rotating the inner electrode and centrifugal force a thin film of liquid is formed on the inner circumference of the discharge co.
-3 CZ 306119 B6 mory, který prochází oblastí nízkoteplotního plazmatu v rotačně symetrickém pásu, načež se odvádí z výbojové komory.-3 CZ 306119 B6 plague, which passes through the region of low-temperature plasma in a rotationally symmetrical strip, after which it is discharged from the discharge chamber.
V jiném výhodném provedení způsobu úpravy materiálů, a to při plazmové úpravě práškových materiálů, se práškový materiál transportuje výbojovou komorou, přičemž se rotací vnitřní elektrody a působením odstředivé síly alespoň z části přemisťuje ze středové části na vnitřní obvod výbojové komory, kde prochází oblastí nízkoteplotního plazmatu v rotačně symetrickém pásu, načež se odvádí z výbojové komory.In another preferred embodiment of the method of treating materials, in the plasma treatment of powder materials, the powder material is transported through a discharge chamber, at least partially moving from the central part to the inner circumference of the discharge chamber by rotating the inner electrode and centrifugal force where it passes through a low temperature plasma region. in a rotationally symmetrical strip, after which it is discharged from the discharge chamber.
Při plazmové úpravě plynů, kapalin nebo prášků může být vnější elektroda resp. její výbojová komora ustavena vertikálně, nebo může být ustavena s možností osového náklonu, kterým je možno regulovat rychlost a expozici upravovaného materiálu.In the plasma treatment of gases, liquids or powders, the outer electrode resp. its discharge chamber is set vertically, or it can be set with the possibility of axial tilt, by which it is possible to regulate the speed and exposure of the material to be treated.
V jiném výhodném provedení vynálezu se transport upravovaného plynu, kapaliny nebo práškového materiálu ve výbojové komoře reguluje pomocným transportním prostředkem vrtulového nebo šnekového tvaru, který je uspořádán otočně ve výbojové komoře před vnitřní elektrodou ve směru transportu, se stejným nebo opačným smyslem otáčení než vnitřní elektroda.In another preferred embodiment of the invention, the transport of the treated gas, liquid or powder material in the discharge chamber is controlled by propeller or screw-shaped auxiliary transport means which is rotatably arranged in the discharge chamber in front of the inner electrode in the transport direction, with the same or opposite direction of rotation than the inner electrode.
V jiném výhodném provedení způsobu úpravy materiálů, a to při plazmové úpravě vláken, tenkostěnných, fóliových a rotačně symetrických pevných materiálů se pevný materiál transportuje výbojovou komorou, přičemž prochází oblastí nízkoteplotního plazmatu v rotačně symetrickém pásu, načež se odvádí z výbojové komory.In another preferred embodiment of the method of treating materials, in the plasma treatment of fibers, thin-walled, foil and rotationally symmetrical solid materials, the solid material is transported through a discharge chamber passing through a low temperature plasma region in a rotationally symmetrical strip and discharged from the discharge chamber.
Při plazmové úpravě materiálů může být způsob podle vynálezu doplněn o další krok, při kterém se v generovaném plazmatu interakcí s upravovaným materiálem tvoří nanočástice nebo mikročástice o velikosti 1 mm až 3 mm, které se na výstupu z výbojové komory zachytávají nebo transportují k dalšímu zpracování. Částice se mohou dále rozkládat na ještě menší, případně se mohou aktivovat nebo povlakovat depozitem vznikajícím v plazmatu.In the plasma treatment of materials, the process according to the invention can be supplemented by a further step in which nanoparticles or microparticles of 1 mm to 3 mm in size are formed in the generated plasma by interaction with the treated material, which are captured or transported for further processing at the outlet of the discharge chamber. The particles can be further decomposed into even smaller ones, or they can be activated or coated with a plasma deposit.
V jiném výhodném provedení způsobu úpravy materiálů, a to při úpravě velkoplošných nebo rozměrných pevných materiálů, se do výbojové komory přivádí pracovní transportní plyn, který prochází mezi vnitřní elektrodou a vnější elektrodou a vytlačuje oblast nízkoteplotního plazmatu na předním okraji rotačně symetrického pásu ven z výbojové komory, kde vzniká tryskový výboj, kterým se upravuje velkoplošný nebo rozměrný pevný materiál.In another preferred embodiment of the material treatment method, in the treatment of large or bulky solid materials, a working transport gas is introduced into the discharge chamber which passes between the inner electrode and the outer electrode and pushes the low temperature plasma region at the leading edge of the rotationally symmetrical strip out of the discharge chamber. , where a jet discharge is created, which regulates a large-area or bulky solid material.
Předmětem předloženého vynálezu je dále i zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu klouzavým výbojem typu glidingarc, zahrnující vysokonapěťový zdroj, vnější elektrodu s rotačně symetrickou výbojovou komorou a vnitřní elektrodu uspořádanou otočně a izolovaně uvnitř výbojové komory na hřídeli v její ose. Podstata zařízení podle vynálezu spočívá vtom, že vnitřní elektroda je tvořena alespoň jedním výbojovým šnekem nebo alespoň jednou výbojovou vrtulí z elektricky vodivého materiálu upraveným pro uvedení plynu nacházejícího se uvnitř výbojové komory do rotačně translačního pohybu rotací vnitřní elektrody a pro jeho přivedení ze středové oblasti výbojové komory (4) do oblasti kolem jejího vnitřního obvodu, přičemž vzdálenost mezi výbojovým šnekem (16) nebo výbojovou vrtulí (17) a stěnou výbojové komory (4) se ve směru tohoto pohybu zvětšuje a tvoří prostor pro vytvoření souvislého rotačně symetrického pásu nízkoteplotního plazmatu.The present invention further relates to a device for generating a low-temperature plasma by a glidingarc-type sliding discharge, comprising a high-voltage source, an outer electrode with a rotationally symmetrical discharge chamber and an inner electrode rotatably and insulated inside the discharge chamber on the shaft in its axis. The essence of the device according to the invention is that the inner electrode is formed by at least one discharge screw or at least one discharge propeller of electrically conductive material adapted to rotate the gas inside the discharge chamber by rotating the inner electrode and bringing it from the central region of the discharge chamber. (4) to an area around its inner circumference, the distance between the discharge screw (16) or the discharge propeller (17) and the wall of the discharge chamber (4) increasing in the direction of this movement and forming space for forming a continuous rotationally symmetrical low-temperature plasma strip.
Rovněž je předmětem předloženého vynálezu zařízení pro plazmovou úpravu tekutin nebo práškových materiálů nebo pevných materiálů, zahrnující vysokonapěťový zdroj, vnější elektrodu s rotačně symetrickou výbojovou komorou a vnitřní elektrodu uspořádanou otočně a izolovaně uvnitř výbojové komory na hřídeli v její ose. Podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že vnitřní elektroda je tvořena alespoň jedním výbojovým šnekem nebo alespoň jednou výbojovou vrtulí z elektricky vodivého materiálu, upraveným pro uvedení plynu nacházejícího se uvnitř výbojové komory a materiálu do rotačně translačního pohybu rotací vnitřní elektrody a pro jeho přivedení ze středové oblasti výbojové komory bez výboje do oblasti kolem jejího vnitřního obvodu, vzdáThe present invention also relates to a device for the plasma treatment of liquids or powder materials or solid materials, comprising a high voltage source, an outer electrode with a rotationally symmetrical discharge chamber and an inner electrode arranged rotatably and insulated inside the discharge chamber on a shaft in its axis. The essence of this device lies in the fact that the inner electrode is formed by at least one discharge screw or at least one discharge propeller made of electrically conductive material, adapted to rotate the gas inside the discharge chamber and the material into rotational translational rotation by rotating the inner electrode. the area of the discharge chamber without discharge to the area around its inner circumference, gives up
-4CZ 306119 B6 lenost mezi výbojovým šnekem (16) nebo výbojovou vrtulí (17) a stěnou výbojové komory (4) se ve směru tohoto pohybu zvětšuje a tvoří prostor pro vytvoření souvislého rotačně symetrického pásu nízkoteplotního plazmatu a pro plazmovou úpravu materiálu procházejícího mezi vnitřní elektrodou a vnější elektrodou oblastí souvislého rotačně symetrického pásu.-4CZ 306119 B6 the laziness between the discharge screw (16) or the discharge propeller (17) and the wall of the discharge chamber (4) increases in the direction of this movement and forms space for forming a continuous rotationally symmetrical strip of low temperature plasma and for plasma treatment of material passing between the inner electrode. and an outer electrode of a region of a continuous rotationally symmetric strip.
Prostor pro vytvoření souvislého rotačně symetrického pásu může být v jednom výhodném provedení zařízení podle vynálezu vytvořen tak, že výbojová komora může mít tvar válce nebo zužujícího se kužele nebo jiného rotačně symetrického tělesa, a poloměr výbojového šneku nebo výbojové vrtule se ve směru pohybu materiálu zužuje.The space for forming a continuous rotationally symmetrical strip may, in one preferred embodiment of the device according to the invention, be formed such that the discharge chamber may be cylindrical or tapered cone or other rotationally symmetrical body, and the radius of the discharge screw or discharge propeller narrows in the direction of material movement.
V jiném výhodném provedení může mít výbojová komora tvar rozšiřujícího se kužele nebo jiného rotačně symetrického tělesa, a poloměr výbojového šneku nebo výbojové vrtule je ve směru pohybu materiálu konstantní popřípadě se zvětšuje.In another preferred embodiment, the discharge chamber may have the shape of an expanding cone or other rotationally symmetrical body, and the radius of the discharge screw or discharge propeller is constant or increases in the direction of movement of the material.
Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu má výbojový šnek nebo výbojová vrtule alespoň dvě lopatky rozprostírající se od hřídele k vnitřnímu obvodu výbojové komory, přičemž okraje lopatek svírají s hřídelí úhel (a) ležící v rozmezí od 0,5 do 89°. Lopatky mohou být s výhodou vytvořeny s možností vzájemného úhlového nastavení, což umožňuje přizpůsobit transportní výkon, rychlost upravovaného materiálu a dobu expozice konkrétním technologickým požadavkům.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the discharge screw or discharge propeller has at least two blades extending from the shaft to the inner circumference of the discharge chamber, the edges of the blades making an angle (α) with the shaft ranging from 0.5 to 89 °. The blades can advantageously be designed with the possibility of mutual angular adjustment, which makes it possible to adapt the transport power, the speed of the material to be treated and the exposure time to the specific technological requirements.
Rotovat nemusí pouze vnitřní elektroda. Ve výhodném provedení je i vnější elektroda uložena otočně se stejným nebo opačným smyslem otočení než vnitřní elektroda, což také umožňuje ovlivňovat parametry průchodu a expozice materiálu.Only the inner electrode does not have to rotate. In a preferred embodiment, the outer electrode is also rotatably mounted with the same or opposite direction of rotation as the inner electrode, which also makes it possible to influence the parameters of the passage and exposure of the material.
V jiném výhodném provedení vynálezu zařízení zahrnuje alespoň jeden pomocný transportní prostředek vrtulového nebo šnekového tvaru, který je uspořádán otočně ve výbojové komoře před výbojovým šnekem nebo výbojovou vrtulí ve směru rotačně translačního pohybu, se stejným a/nebo opačným smyslem otáčení než výbojový šnek nebo výbojová vrtule.In another preferred embodiment of the invention, the device comprises at least one propeller or screw-shaped auxiliary transport means which is rotatably arranged in the discharge chamber upstream of the discharge screw or discharge propeller in the direction of rotational translational movement, with the same and / or opposite direction of rotation than the discharge screw or discharge propeller. .
V dalších výhodných provedeních vynálezu zařízení zahrnuje alespoň dva za sebou uspořádané výbojové šneky nebo alespoň dvě za sebou uspořádané výbojové vrtule na společné hřídeli uvnitř výbojové komory, případě alespoň dva pomocné transportní prostředky, což lze využít při několikanásobné úpravě materiálu sériově za sebou.In further preferred embodiments of the invention, the device comprises at least two discharge screws arranged one behind the other or at least two discharge propellers arranged one behind the other on a common shaft inside the discharge chamber, or at least two auxiliary transport means, which can be used for several material treatments in series.
Zařízení podle vynálezu umožňuje nejen plynulé nastavení rychlosti proudění upravovaného plynu případně jiného materiálu oblastí nízkoteplotního plazmatu, a s tím související nastavení doby expozice. Zařízení rovněž umožňuje udělit dopřednou či dozadnou pohybovou energii upravovanému materiálu a to bez nutnosti použití dopravního doplňkového čerpadla nebo případného ředicího plynu.The device according to the invention makes it possible not only to continuously adjust the flow rate of the treated gas or other material in the low-temperature plasma region, and the associated setting of the exposure time. The device also makes it possible to impart forward or backward kinetic energy to the material to be treated, without the need for the use of a transport auxiliary pump or a possible diluent gas.
Pro některé aplikace je výhodné, že vnější elektroda je opatřena chladicím nebo vyhřívacím prostředkem, aby bylo dosaženo optimálních energetických a tepelných podmínek reakce.For some applications, it is advantageous for the outer electrode to be provided with a cooling or heating means in order to achieve optimal energy and thermal reaction conditions.
Ve výhodném provedení pro úpravu práškových materiálů je výbojová komora ustavena vertikálně nebo s možností osového náklonu, a zařízení dále zahrnuje násypku práškového materiálu, dávkovači zařízení pro dávkování práškového materiálu z násypky do výbojové komory nad výbojový šnek nebo výbojovou vrtuli a zásobník pro záchyt upraveného práškového materiálu.In a preferred embodiment for treating powder materials, the discharge chamber is arranged vertically or axially tilted, and the apparatus further comprises a powder material hopper, a metering device for metering powder material from the hopper into the discharge chamber above the discharge screw or discharge propeller, and a container for collecting treated powder material. .
V jiném výhodném provedení zařízení pro úpravu kapaliny je výbojová komora ustavena vertikálně a zařízení dále zahrnuje alespoň jeden přívod kapaliny do horní části výbojové komory nad výbojový šnek nebo výbojovou vrtuli a odvod upravené kapaliny pod spodní částí výbojové komory.In another preferred embodiment of the liquid treatment device, the discharge chamber is arranged vertically and the device further comprises at least one liquid supply to the upper part of the discharge chamber above the discharge screw or discharge propeller and discharge of the treated liquid below the lower part of the discharge chamber.
-5CZ 306119 B6-5CZ 306119 B6
Pro vytvoření většího vnějšího povrchu upravované kapaliny je výhodné, že na vnitřním obvodu výbojové komory je vytvořena drážka ve tvaru šroubovice pro vedení tenkého filmu kapaliny při pohybu po vnitřním obvodu výbojové komory.In order to form a larger outer surface of the liquid to be treated, it is preferable that a helical groove is formed on the inner circumference of the discharge chamber for guiding a thin film of liquid as it moves along the inner circumference of the discharge chamber.
V jiném výhodném provedení vynálezu pro úpravu plynů zařízení dále zahrnuje přívod plynu do výbojové komory a obvodu plynu z výbojové komory, přičemž mezi přívodem a odvodem je nulová nebo kladná tlaková diference nezávislá na průtoku plynu.In another preferred embodiment of the invention, the gas treatment device further comprises a gas inlet to the discharge chamber and a gas circuit from the discharge chamber, wherein there is a zero or positive pressure difference between the inlet and the outlet independent of the gas flow.
Výhody způsobu a zařízení podle vynálezu spočívají v jeho univerzálním využití pro úpravu různých materiálů, bez nutnosti použití dielektrika, na kterém by se mohl akumulovat elektrický náboj, dále v jednoduchosti konstrukce zařízení se snadným dimenzováním a up-scallingem, a na rozdíl od běžné úpravy klouzavým výbojem typu glidingarc není potřeba velkého množství pracovního plynu pro generování výboje.The advantages of the method and device according to the invention lie in its universal use for the treatment of various materials, without the need to use a dielectric on which an electric charge could accumulate, in the simplicity of the device design with easy dimensioning and up-scalling, and in contrast to conventional sliding treatment. a glidingarc discharge does not require a large amount of working gas to generate the discharge.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Vynález bude objasněn pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1: zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu, s pevnou vnější elektroda s válcovou výbojovou komorou, a s rotační vnitřní elektrodou opatřenou výbojovou vrtulí, v řezu, obr. 2: zařízení pro úpravu práškových materiálů, s pevnou vnější elektrodou, a s rotační vnitřní elektrodou opatřenou výbojovou vrtulí a pomocnou vrtulí na společné ose rotace, v řezu, obr. 3: zařízení pro úpravu práškových materiálů, s otočně uloženou vnější elektrodou, s výbojovým šnekem na ose rotace vnitřní elektrody a s pomocným šnekem na nezávislé ose rotace, v řezu, obr. 4: pohled na příkladné provedení výbojové vrtule, obr. 5: zařízení pro úpravu kapalin, s pevnou vnější elektrodou opatřenou zevnitř drážkováním a zvenčí chladicím/ohřívacím pláštěm, s výbojovou vrtulí tvořící rotační vnitřní elektrodu a s pomocnou vrtulí na nezávislé ose rotace, v řezu, obr. 6: zařízení se sériovým uspořádáním více výbojových a pomocných vrtulí za sebou na společné ose rotace vnitřní elektrody a s otočně uloženou vnější elektrodou, pro vícestupňovou úpravu plynů nebo prášků, v řezu, obr. 7: zařízení pro úpravu práškových materiálů s pevnou vnější elektrodou a s výbojovou vrtulí dle obr. 4 tvořící rotační vnitřní elektrodu, v řezu, obr. 8: zařízení pro úpravu tenkostěnných pevných materiálů rotačně symetrických tvarů, s pevnou vnější elektrodou a s výbojovou vrtulí dle obr. 4 tvořící rotační vnitřní elektrodu, v řezu, obr. 9 zařízení pro úpravu povrchu velkoplošného nebo rozměrného pevného materiálu tryskovým výbojem vyfukovaným z válcové výbojové komory pomocí pracovního transportního plynu, obr. 10 rozšiřující se kuželovitou výbojovou komoru s výbojovou vrtulí s konstantním poloměrem, obr. 11 zužující se kuželovitou výbojovou komoru s výbojovou vrtulí se zmenšujícím se poloměrem,The invention will be elucidated by means of the drawings, in which Fig. 1 shows a device for generating a low-temperature plasma, with a fixed outer electrode with a cylindrical discharge chamber, and with a rotating inner electrode provided with a discharge propeller, in section, Fig. 2: device for treating powder materials, with fixed outer electrode, and with a rotating inner electrode provided with a discharge propeller and an auxiliary propeller on a common axis of rotation, in section, Fig. 3: device for treatment of powder materials, with a rotatably mounted outer electrode, with a discharge screw on the axis of rotation of the inner electrode and with an auxiliary screw on independent axis of rotation, in section, Fig. 4: view of an exemplary embodiment of a discharge propeller, Fig. 5: liquid treatment device, with a fixed outer electrode grooved on the inside and a cooling / heating jacket on the outside, with a discharge propeller forming a rotating inner electrode and an auxiliary propellers on the independent axis of rotation, in section, Fig. 6: device with a series arrangement of several discharge and auxiliary propellers in a row on the axial axis of rotation of the inner electrode and with rotatably mounted outer electrode, for multistage treatment of gases or powders, in section, Fig. 7: device for treatment of powder materials with fixed outer electrode and discharge propeller according to Fig. 4 forming rotating inner electrode, in section, Fig. 8: device for treatment of thin-walled solid materials of rotationally symmetrical shapes, with a fixed outer electrode and with a discharge propeller according to Fig. 4 forming a rotating inner electrode, in section, Fig. 9 device for surface treatment of large-area or bulky solid material by jet discharge blown from a cylindrical discharge chambers by means of a working transport gas, Fig. 10 expanding a conical discharge chamber with a discharge propeller with a constant radius, Fig. 11 a tapering conical discharge chamber with a discharge propeller with a decreasing radius,
-6CZ 306119 B6 obr. 12 výbojovou komoru se zakřivenou stěnou a s výbojovou komorou s konstantním poloměrem.-6GB 306119 B6 Fig. 12 Discharge chamber with a curved wall and with a discharge chamber with a constant radius.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Rozumí se, že dále popsané konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána.It is to be understood that the specific embodiments of the invention described below are presented by way of illustration and not by way of limitation. Those skilled in the art will find, or be able to ascertain using routine experimentation, a greater or lesser number of equivalents to the specific embodiments of the invention specifically described herein.
Příklad způsobu a zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu 1 klouzavým výbojem typu glidingarc je znázorněn na obr. 1. Vysokonapěťový zdroj 2, jehož frekvence může ležet v rozmezí od nuly do řádově jednotek GHz, napájí kovovou vnější elektrodu 3 a vnitřní elektrodu 5. Vnější elektroda 3 je uložena v daném příkladu uskutečnění pevně, ale v jiných příkladech může být uložena otočně. Její poloha může být vertikální, horizontální nebo s možností osového náklonu, podle konkrétní aplikace. Vnější elektroda 3 je duté válcové těleso, které tvoří válcovou výbojovou komoru 4. V ní je na společné ose otočně uložena hřídel 18 poháněná pohonem 29. Uložení je elektricky izolované od vnější elektrody 3_pomocí izolačních mezikruží 30. S hřídelí 18 je pevně spojena výbojová vrtule 17 (v jiném příkladu uskutečnění může jít o výbojový šnek 16), její poloměr se směrem od pohonu 29 zmenšuje. Vrtule 17 má dvě lopatky 19 ve tvaru křídel, jejichž okraje svírají ve směru od pohonu 29 s hřídelí 18 úhel a v rozmezí od 0,5 do 89°.An example of a method and apparatus for generating a low temperature plasma 1 by a glidingarc type sliding discharge is shown in Fig. 1. A high voltage source 2, the frequency of which can range from zero to the order of GHz, supplies the metal outer electrode 3 and the inner electrode 5. The outer electrode 3 it is fixedly mounted in the given embodiment, but in other examples it can be rotatably mounted. Its position can be vertical, horizontal or with the possibility of axial tilt, depending on the specific application. The outer electrode 3 is a hollow cylindrical body which forms a cylindrical discharge chamber 4. A shaft 18 driven by a drive 29 is rotatably mounted thereon on a common axis. The mounting is electrically insulated from the outer electrode 3 by insulating intermediate rings 30. A discharge propeller 17 is fixedly connected to the shaft 18. (in another exemplary embodiment it may be a discharge screw 16), its radius decreases in the direction away from the drive 29. The propeller 17 has two wing-shaped blades 19, the edges of which form an angle in the direction away from the drive 29 with the shaft 18 and in the range from 0.5 to 89 °.
Vrtule 17 může mít i více lopatek 19, které mohou být pevné nebo vůči sobě navzájem úhlově nastavitelné, pro regulaci výkonu. Výbojová vrtule 17 na hřídeli 18 tvoří vnitřní elektrodu 5. Nízkoteplotní plazma 1 se generuje tak, že po přivedení napětí z vysokonapěťového zdroje 2 na vnější elektrodu 3_a vnitřní elektrodu 5 dojde po proražení vzduchu nebo plynu v nejužší mezeře mezi elektrodami 3, 5 ke vzniku jiskrového výboje. K přeměně tohoto výboje na klouzavý výboj typu glidingarc dochází u předloženého vynálezu pouze rotací vnitřní elektrody 5 a/nebo vnější elektrody 3, nikoli profukováním válcové výbojové komory 4 proudem externího plynu. Ten není potřeba přivádět. Šnekový nebo vrtulový tvar vnitřní elektrody 5 způsobuje, že při rotaci se uvede do rotačně translačního pohybu plyn, nejčastěji vzduch, nacházející se uvnitř válcové výbojové komory 4, a proud tohoto plynu společně s tvarem okrajů lopatek 19 výbojové vrtule 17 způsobí vznik klouzavého rotačního výboje typu glidingarc, který se posouvá směrem k ústí válcové výbojové komory 4, přičemž se generuje nízkoteplotní plazma 1 v souvislém rotačně symetrickém pásu 6 podél vnitřního obvodu válcové výbojové komory 4. V případě, že do válcové výbojové komory 4 není přiváděný externí plyn, může pracovní tlak během výboje uvnitř komory 4 poklesnout oproti atmosférickému tlaku i o několik řádů, výboj potom v určitých částech komory 4 hoří jako výboj za sníženého tlaku. Naopak v případě, že do válcové výbojové komory 4 se přivádí externí plyn, může se tlak v komoře 4 oproti atmosférickému tlaku úměrně zvýšit, a výboj pak hoří jako vysokotlaký výboj s přetlakem i několik barů. Tlakovým poměrům uvnitř komory 4 odpovídá napětí vysokonapěťového zdroje 2, které je při podtlaku nižší a při přetlaku naopak vyšší než napětí potřebné při atmosférickém tlaku. Varianty uskutečnění způsobu a zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu 1 lze aplikovat na všechny dále popsané způsoby a zařízení pro plazmovou úpravu materiálů.The propeller 17 can also have several blades 19, which can be fixed or angularly adjustable relative to each other, for power control. The discharge propeller 17 on the shaft 18 forms the inner electrode 5. The low-temperature plasma 1 is generated in such a way that after applying voltage from the high voltage source 2 to the outer electrode 3 and the inner electrode 5, a spark is formed after penetrating air or gas in the narrowest gap between the electrodes 3, 5. discharges. The conversion of this discharge into a glidingarc-type sliding discharge occurs in the present invention only by rotating the inner electrode 5 and / or the outer electrode 3, and not by blowing the cylindrical discharge chamber 4 with a stream of external gas. He does not need to be fed. The screw or propeller shape of the inner electrode 5 causes a gas, most often air, inside the cylindrical discharge chamber 4 to rotate during rotation, and the flow of this gas together with the shape of the blades 19 of the discharge propeller 17 causes a sliding rotary discharge of the type. glidingarc, which moves towards the mouth of the cylindrical discharge chamber 4, generating a low temperature plasma 1 in a continuous rotationally symmetrical strip 6 along the inner circumference of the cylindrical discharge chamber 4. In case no external gas is supplied to the cylindrical discharge chamber 4, the working pressure may during the discharge inside the chamber 4 to decrease by several orders of magnitude compared to the atmospheric pressure, the discharge then burns in certain parts of the chamber 4 as a discharge under reduced pressure. Conversely, in the case where an external gas is supplied to the cylindrical discharge chamber 4, the pressure in the chamber 4 may increase proportionally to the atmospheric pressure, and the discharge then burns as a high-pressure discharge with an overpressure of several bar. The pressure conditions inside the chamber 4 correspond to the voltage of the high-voltage source 2, which is lower at negative pressure and, on the contrary, higher at overpressure than the voltage required at atmospheric pressure. Embodiments of the method and apparatus for generating the low-temperature plasma 1 can be applied to all of the methods and apparatus for plasma treatment of materials described below.
Příklad způsobu a zařízení pro plazmovou úpravu práškových materiálů 10 nízkoteplotním plazmatem 1 je znázorněn na obr. 2. Vnější elektroda 3 je opět uložena pevně (v jiném příkladu provedení opět může být uložena otočně) a válcová výbojová komora 4 je ustavena s výhodou vertikálně (v jiném příkladu provedení může být ustavena šikmo, horizontálně nebo s možnosti osového náklonu). Práškový materiál 10 se do válcové výbojové komory 10 dávkuje z násypky 21 dvěma vstupy, které jsou osazeny dávkovacím zařízením 22, např. šnekovým dávkovačem. Vnitřní elektroda 5 je rotační, a tvoří ji hřídel 18 s výbojovou vrtulí 17, jako v předchozím příkladu provedení. Nad výbojovou vrtulí 17 je na hřídeli 18 upevněn také pomocný transportní prostřeAn example of a method and apparatus for plasma treatment of powder materials 10 with low temperature plasma 1 is shown in Fig. 2. The outer electrode 3 is again fixed (in another embodiment it can be rotatably mounted again) and the cylindrical discharge chamber 4 is preferably positioned vertically. another embodiment can be arranged obliquely, horizontally or with the possibility of axial tilting). The powder material 10 is dosed into the cylindrical discharge chamber 10 from the hopper 21 by two inlets, which are equipped with a dosing device 22, e.g. a screw feeder. The inner electrode 5 is rotatable, and consists of a shaft 18 with a discharge propeller 17, as in the previous embodiment. Above the discharge propeller 17, an auxiliary transport space is also mounted on the shaft 18
-7CZ 306119 B6 dek 11 tvořený další pomocnou vrtulí, která rozptyluje a homogenizuje práškový materiál JO a působením odstředivé síly jej přemisťuje na vnitřní obvod válcové výbojové komory 4 ještě před výbojovou vrtulí Γ7. Rotací výbojové vrtule 17 a působením gravitačních a odstředivých sil se práškový materiál 10 dále transportuje válcovou výbojovou komorou 4, přičemž se plazmově upravuje nízkoteplotním plazmatem 1 v rotačně symetrickém pásu 6, a následně se zachytává v zásobníku 23. Rychlost a objem průchodu práškového materiálu 10 válcovou výbojovou komorou 4 je možné regulovat synchronizací otáček dávkovačích zařízení 22 a výbojové vrtule 17, samozřejmě v závislosti na dimenzování vnitřní elektrody 5 a vnější elektrody 3. K regulaci výkonu může sloužit i pomocný transportní prostředek11, který v jiném příkladu provedení nemusí být na společné hřídeli 18 s výbojovou vrtulí 17, může být uspořádán v komoře 4 samostatně, a může mít stejný nebo opačný smysl otáčení než hřídel J.8. Pomocných transportních prostředků 11 a jejich nastavení se může kombinovat pro dosažení optimálních transportních parametrů pro úpravu práškového materiálu 10. Zařízení podle obr. 2 může pracovat i v obrácené poloze, kde násypka 2£ je dole a práškový materiál 10 se z ní nasává do válcové výbojové komory 4 směrem vzhůru. Obdobně jako práškové materiály 10 se mohou upravovat i krátká vlákna, jako např. zvířecí srst nebo její části, krátká polypropylenová a jiná vlákna apod.-7EN 306119 B6 dek 11 formed by another auxiliary propeller, which disperses and homogenizes the powder material JO and moves it to the inner circumference of the cylindrical discharge chamber 4 before the discharge propeller Γ7 by the action of centrifugal force. By rotating the discharge propeller 17 and by gravity and centrifugal forces, the powder material 10 is further transported by a cylindrical discharge chamber 4, plasma treated by a low temperature plasma 1 in a rotationally symmetrical belt 6, and subsequently captured in a container 23. Speed and volume of passage of powder material 10 by cylindrical the discharge chamber 4 can be regulated by synchronizing the speed of the dosing devices 22 and the discharge propeller 17, of course depending on the dimensioning of the inner electrode 5 and the outer electrode 3. Auxiliary transport means 11 can also serve to control the power. with the discharge propeller 17, can be arranged in the chamber 4 separately, and can have the same or opposite direction of rotation than the shaft J.8. The auxiliary transport means 11 and their setting can be combined to achieve optimal transport parameters for the treatment of the powder material 10. The device according to Fig. 2 can also work in the inverted position, where the hopper 24 is down and the powder material 10 is sucked from it into the cylindrical discharge. chamber 4 upwards. Similar to the powder materials 10, short fibers can be treated, such as animal fur or parts thereof, short polypropylene and other fibers, and the like.
Jiný příklad uskutečnění zařízení pro úpravu práškových materiálů 10 je znázorněn na obr. 3. V tomto příkladu uskutečnění je vnější elektroda 3 uložena nikoli pevně, ale otočně v ložiskách 32 s možností otáčení v pravém i levém smyslu otáčení. Vnější elektroda 3 je připojena k nezobrazenému pohonu otáčení. Vnitřní elektroda 5 je rovněž otočná v pravém i levém smyslu otáčení, na hřídeli 18 spojené s pohonem 29 má místo výbojové vrtule 17 upevněn výbojový šnek 16 se dvěma lopatkami 19 tvořenými částmi závitové plochy výbojového šneku 16. Výbojový šnek 16 působí obdobně jako výbojová vrtule J/7, uvádí plyn v komoře 4 i práškový materiál 10 do rotačně translačního pohybu a umožňuje vznik klouzavého rotačního výboje typu glidingarc, kterým prochází upravovaný práškový materiál 10. Pomocný transportní prostředek 11 má v daném příkladu provedení také šnekový tvar, a je upevněn na trubce 33 uložené koaxiálně a otočně na hřídeli 18 a spojené s pohonem 31, umožňujícím nezávislé otáčení pomocného transportního prostředku Hv pravém i levém smyslu otáčení. Zařízení v popsaném příkladu uskutečnění reguluje průchod práškového materiálu 10, dobu jeho expozice a další parametry procesu plazmové úpravy pomocí různých kombinací otáček a směrů otáčení vnitřní elektrody 5, vnější elektrody 3 a pomocného transportního prostředku JJ_. Kromě práškových materiálů 10 lze zařízení využít také pro plazmovou úpravu plynů, a to v provedení s výbojovým šnekem 16 nebo v nezobrazeném provedení s výbojovou vrtulí 17.Another exemplary embodiment of the device for treating powder materials 10 is shown in FIG. 3. In this exemplary embodiment, the outer electrode 3 is mounted not fixedly, but rotatably in bearings 32 with the possibility of rotation in the right and left direction of rotation. The outer electrode 3 is connected to a rotary drive (not shown). The inner electrode 5 is also rotatable in both right and left directions of rotation, on the shaft 18 connected to the drive 29 a discharge screw 16 with two blades 19 formed by parts of the threaded surface of the discharge screw 16 is mounted instead of the discharge propeller 17. The discharge screw 16 acts similarly to the discharge propeller J / 7, puts the gas in the chamber 4 and the powder material 10 into a rotationally translational motion and allows a glidingarc-type sliding rotary discharge to pass through which the treated powder material 10 passes. The auxiliary transport means 11 also has a screw shape in the given embodiment and is mounted on a tube. 33 mounted coaxially and rotatably on the shaft 18 and connected to a drive 31 allowing the independent rotation of the auxiliary transport means H in both the right and left direction of rotation. The device in the described exemplary embodiment regulates the passage of the powder material 10, its exposure time and other parameters of the plasma treatment process by means of different combinations of speeds and directions of rotation of the inner electrode 5, outer electrode 3 and auxiliary transport means 11. In addition to the powder materials 10, the device can also be used for plasma treatment of gases, in a design with a discharge screw 16 or in a design (not shown) with a discharge propeller 17.
Na obr. 4 je znázorněn příklad uskutečnění vícelopatkové výbojové vrtule 17, která je využitelná zejména pro plazmovou úpravu plynů 7 a práškových materiálů 10. Výbojová vrtule 17 má optimální průtočný profil a je navržena pro plazmovou úpravu velkého objemu materiálů bez záporné tlakové diference ve válcové výbojové komoře 4.Fig. 4 shows an example of an embodiment of a multi-blade discharge propeller 17, which can be used in particular for plasma treatment of gases 7 and powder materials 10. The discharge propeller 17 has an optimal flow profile and is designed for plasma treatment of large volumes of materials without negative pressure difference in cylindrical discharge. chamber 4.
Příklad způsobu a zařízení pro plazmovou úpravu kapalin 8 je znázorněn na obr. 5. Vnější elektroda 3 je pevná, válcová výbojová komora 4 je ustavena vertikálně. Vnitřní elektroda 5 s výbojovou vrtulí J/7 a s pohonem 29 hřídele 18 může rotovat v obou směrech. Na hřídeli 18 je otočně uložena trubka 33 s pohonem 31 pomocného vrtulového transportního prostředku 11, který může rovněž rotovat v obou směrech otáčení. Místo výbojové vrtule 17 může být v jiném příkladu provedení použit výbojový šnek J_6, také pomocný transportní prostředek 11 může mít jiné uspořádání a může jich být více. Dovnitř válcové výbojové komory 4 jsou radiálně zaústěny dva přívody 24 kapaliny 8, která se působením odstředivé síly tlačí na vnitřní obvod válcové výbojové komory 4 a vytváří zde tenký film 9. Vnitřní stěna válcové výbojové komory 4 je opatřena drážkou 34 ve tvaru šroubovice resp. vnitřního závitu, která zpomaluje průchod tenkého filmu 9 kapaliny 8 válcovou výbojovou komoru 4 a zvětšuje jeho povrch pro zvýšení účinnosti plazmové úpravy kapaliny 8 při průchodu oblastí nízkoteplotního plazmatu 1 v rotačně symetrickém pásu 6. Upravená kapalina se odvádí odvodem 25. Výboj hoří mezi tenkým filmem 9 kapaliny 8 a vnitřní elektrodou 5. Rychlostí proudění kapaliny 8 a otáčkami vnitřní elektrody 5 a pomocného transportního prostředku 11 je možné regulovat expoziční dobu kapaliny 8. Vnější elektroda 3 jeAn example of a method and apparatus for plasma treatment of liquids 8 is shown in Fig. 5. The outer electrode 3 is fixed, the cylindrical discharge chamber 4 is set vertically. The inner electrode 5 with the discharge propeller J / 7 and with the drive 29 of the shaft 18 can rotate in both directions. A tube 33 with a drive 31 of the auxiliary propeller transport means 11 is rotatably mounted on the shaft 18, which can also rotate in both directions of rotation. Instead of the discharge propeller 17, in another exemplary embodiment a discharge screw 16 can be used, also the auxiliary transport means 11 can have a different configuration and there can be more than one. Two fluid inlets 24 are radially opening into the cylindrical discharge chamber 4, which by centrifugal force press against the inner circumference of the cylindrical discharge chamber 4 and form a thin film 9. The inner wall of the cylindrical discharge chamber 4 is provided with a helical groove 34 or internal thread, which slows down the passage of the thin film 9 of liquid 8 by the cylindrical discharge chamber 4 and increases its surface to increase the efficiency of plasma treatment of liquid 8 as passing through areas of low temperature plasma 1 in rotationally symmetrical belt 6. The treated liquid is discharged by discharge 25. Discharge burns between thin film 9 of the liquid 8 and the inner electrode 5. It is possible to regulate the exposure time of the liquid 8 by the speed of the liquid flow 8 and the speed of the inner electrode 5 and the auxiliary transport means 11. The outer electrode 3 is
-8CZ 306119 B6 opláštěná chladicím nebo vyhřívacím prostředkem 20, např. tepelným výměníkem nebo elektrickým topným tělesem. Chladicí nebo vyhřívací prostředek 20 může být součástí i všech ostatních příkladných provedení předloženého vynálezu.-8EN 306119 B6 coated with a cooling or heating means 20, such as a heat exchanger or an electric heater. The cooling or heating means 20 may be part of all other exemplary embodiments of the present invention.
Příklad způsobu a zařízení pro vícestupňovou plazmovou úpravu plynů 7, který může být využit i pro plazmovou úpravu práškových materiálů, je znázorněn na obr. 6. Vnější elektroda 3 i vnitřní elektroda 5 jsou uloženy otočně. Do válcové výbojové komory 4 je v ose hřídele 18 zaústěn přívod 26. Upravený plyn 7, na konci válcové výbojové komory 4 je uspořádán odvod 27 upraveného plynu 7. Na hřídeli 18 je střídavě za sebou uspořádáno několik pomocných transportních prostředků 11 vrtulového tvaru a několik výbojových vrtulí 17 upravovaný. Plyn 7 se transportuje válcovou výbojovou komorou 4, prochází postupně několika oblastmi nízkoteplotního plazmatu 1 generovaného v rotačně symetrických pásech 6 a následně se odvádí z válcové výbojové komory 4. Vícestupňové zařízení je vhodné zejména při dekompozici organických těkavých látek z plynů 7 ve velkých objemech, při kterém je výhodné, že ve válcové výbojové komoře 4 nevzniká žádná záporná tlaková diference, a nedochází tak ke zhoršení natož k zastavení chemických dekompozičních procesů. Zařízení může být ekvivalentně využito s pevnou vnější elektrodou 3 nebo s jiným uspořádáním vnitřní elektrody 5 a pomocného transportního prostředku!!, popsaným v předchozích příkladech uskutečnění.An example of a method and device for multistage plasma treatment of gases 7, which can also be used for plasma treatment of powder materials, is shown in Fig. 6. Both the outer electrode 3 and the inner electrode 5 are rotatably mounted. An inlet 26 opens into the cylindrical discharge chamber 4. In the axis of the shaft 18, treated gas 7, at the end of the cylindrical discharge chamber 4 a arranged gas outlet 7 is arranged. On the shaft 18 several propeller-shaped auxiliary means 11 and several discharge means are arranged alternately. propeller 17 modified. The gas 7 is transported by the cylindrical discharge chamber 4, passes successively through several regions of the low-temperature plasma 1 generated in the rotationally symmetrical strips 6 and subsequently discharged from the cylindrical discharge chamber 4. The multistage device is particularly suitable for decomposing organic volatiles from gases 7 in large volumes. which is advantageous in that no negative pressure difference occurs in the cylindrical discharge chamber 4, and thus the chemical decomposition processes do not deteriorate, let alone stop. The device can be equivalently used with the fixed outer electrode 3 or with another arrangement of the inner electrode 5 and the auxiliary transport means 1 described in the previous embodiments.
Při úpravě vhodného materiálu, např. plynu s obsahem uhlovodíků, se uhlovodíky rozkládají v generovaném plazmatu 1 na nanočástice nebo mikročástice, které se mohou dále rozkládat, aktivovat, povlakovat, zachytávat na výstupu válcové výbojové komory 4 nebo postoupit k další úpravě.When treating a suitable material, e.g. a hydrocarbon-containing gas, the hydrocarbons decompose in the generated plasma 1 into nanoparticles or microparticles, which can be further decomposed, activated, coated, trapped at the outlet of the cylindrical discharge chamber 4 or proceeded to further treatment.
Na obr. 7 je znázorněn jiný příklad uskutečnění zařízení pro úpravu práškových materiálů 10, který je obdobný příkladu dle obr. 2 s tím rozdílem, že zařízení neobsahuje pomocný transportní prostředek 11 a výbojová vrtule 17 na hřídeli 18 je ve speciálním výhodném provedení, které je znázorňováno samostatně na obr. 4.Fig. 7 shows another embodiment of the device for treating powder materials 10, which is similar to the example according to Fig. 2 with the difference that the device does not contain an auxiliary transport means 11 and the discharge propeller 17 on the shaft 18 is in a special preferred embodiment, which is shown separately in Fig. 4.
Na obr. 8 je znázorněn způsob a zařízení pro plazmovou úpravu pevných materiálů 12 ve formě textilií, fólií nebo trubek. Zařízení je tvořeno pevnou vnější elektrodou 3 a rotační vnitřní elektrodou 5 s výbojovou vrtulí 17 na hřídeli 18. Pevný materiál 12 upravený do trubkového tvaruje pomocí nezobrazeného podávacího zařízení transportován válcovou výbojovou komorou 4, přičemž prochází mezerou mezi vnitřním obvodem válcové výbojové komory 4 a lopatkami 19 výbojové vrtule 17, a upravuje se nízkoteplotním plazmatem 1 v rotačně symetrickém pásu 6, načež vystupuje z válcové výbojové komory 4.Fig. 8 shows a method and apparatus for plasma treatment of solid materials 12 in the form of textiles, films or tubes. The device consists of a fixed outer electrode 3 and a rotating inner electrode 5 with a discharge propeller 17 on a shaft 18. The solid material 12 formed into a tubular shape is transported by a cylindrical discharge chamber 4 by means of a feeding device (not shown), passing through the gap between the inner circumference of the cylindrical discharge chamber 4 and vanes 19. discharge propeller 17, and is treated by a low-temperature plasma 1 in a rotationally symmetrical strip 6, after which it emerges from a cylindrical discharge chamber 4.
Na obr. 9 znázorněn způsob a zařízení pro plazmovou úpravu velkoplošných a rozměrných pevných materiálů 15. Zařízení je provedeno obdobně jako v předchozím příkladu provedení s tím rozdílem, že do válcové výbojové komory 4 jsou zaústěny dva přívody 28 pracovního transportního plynu 13, kterým se rotačně symetrický pás 6 výboje s nízkoteplotním plazmatem 1 vyfukuje až přes okraj válcové výbojové komory 4, takže vzniká tryskový výboj 14, kterým lze opracovat povrchy velkoplošných nebo rozměrných pevných materiálů 15 vně válcové výbojové komory 4.Fig. 9 shows a method and a device for plasma treatment of large-area and bulky solid materials 15. The device is designed similarly to the previous exemplary embodiment, with the difference that two inlets 28 of working transport gas 13 open into the cylindrical discharge chamber 4. the symmetrical discharge strip 6 with the low-temperature plasma 1 blows over the edge of the cylindrical discharge chamber 4, so that a jet discharge 14 is produced by which the surfaces of large-area or large solid materials 15 outside the cylindrical discharge chamber 4 can be machined.
Veškeré výše uvedené příklady uskutečnění vynálezu mohou mít jiné alternativy tvaru výbojové komoiy 4, a tomu odpovídající tvary výbojového šneku 16 nebo výbojové vrtule 17. Na obr. 10 je znázorněn příklad uskutečnění rozšiřující se kuželovité výbojové komory 4, s výbojovou vrtulí 17 konstantního poloměru. Na obr. 11 je příklad uskutečnění zužující se kuželovité výbojové komory 4, kde výbojová vrtule 17 je upravena tvarově tak, že její poloměr se ve směru výboje zmenšuje a tvoří prostor pro rotačně symetrický pás 6 plazmatu 1. Na obr. 12 je znázorněn příklad výbojové komory 4, jejíž sténaje tvořena libovolnou vhodnou křivkou.All the above-mentioned embodiments of the invention may have other alternatives in the shape of the discharge chamber 4, corresponding to the shapes of the discharge screw 16 or the discharge propeller 17. Fig. 10 shows an example of an embodiment of an expanding conical discharge chamber 4, with a discharge propeller 17 of constant radius. Fig. 11 shows an example of an embodiment of a tapered conical discharge chamber 4, where the discharge propeller 17 is shaped so that its radius decreases in the discharge direction and forms a space for a rotationally symmetrical strip 6 of plasma 1. Fig. 12 shows an example of a discharge chamber 4, the moan of which is formed by any suitable curve.
-9CZ 306119 B6-9CZ 306119 B6
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález je využitelný pro generování nízkoteplotního plazmatu sloužícího pro povrchové úpravy materiálů ve formě plynu, kapaliny nebo v pevné formě a to jak ve formě prášků tak i plošných materiálů a prostorových výrobků, zejména je využitelný pro dekompozici uhlovodíků z odpadních plynů, pro úpravu prášků (krystalických i amorfních) ve stavebnictví, v hygienickém průmyslu, v potravinářském průmyslu apod. V případě kapalin je vynález využitelný k dekontaminaci vod a to jak odpadních vod tak pro sterilizaci pitné a užitkové vody a dále pak pro úpravu kapalin na bázi uhlovodíků jako jsou např. oleje, barvy apod.The invention is useful for generating low temperature plasma for surface treatment of materials in the form of gas, liquid or solid form, both in the form of powders and sheet materials and spatial products, in particular it is useful for decomposition of hydrocarbons from waste gases. amorphous) in construction, in the hygienic industry, in the food industry, etc. In the case of liquids, the invention is useful for decontamination of water, both wastewater and for sterilization of drinking and utility water, and for the treatment of hydrocarbon-based liquids such as oils , colors, etc.
Claims (30)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-310A CZ2015310A3 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same |
| PCT/CZ2016/000052 WO2016177353A1 (en) | 2015-05-06 | 2016-05-04 | A method of generating low-temperature plasma, a method of plasma modification of liquid, powder, and solid materials with this low-temperature plasma, and a device for carrying out these methods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-310A CZ2015310A3 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ306119B6 true CZ306119B6 (en) | 2016-08-10 |
| CZ2015310A3 CZ2015310A3 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56137048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-310A CZ2015310A3 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2015310A3 (en) |
| WO (1) | WO2016177353A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114797406A (en) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 浙大城市学院 | Self-adaptive rotary electrode low-temperature plasma reactor |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110316787B (en) * | 2019-07-17 | 2021-09-17 | 南京工业大学 | Gas-liquid discharge synergistic composite photocatalyst water treatment device and treatment method |
| CN114698221A (en) * | 2022-03-03 | 2022-07-01 | 大连海事大学 | Sliding arc discharge device adopting rotating electrode |
| CN116742170B (en) * | 2023-08-16 | 2023-12-15 | 深圳市杰成镍钴新能源科技有限公司 | Retired battery rapid discharge control method based on discharge particles and related equipment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2639172A1 (en) * | 1988-11-17 | 1990-05-18 | Electricite De France | Device for generating low-temperature plasmas by formation of sliding electric discharges |
| FR2855361A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-26 | Gestion Et De Services Soc D | Cold plasma generation device for controlling atmospheric gas pollution, has central electrode and helical shaped external electrode, where device generates cold plasma by forming electric discharges between coaxial electrodes |
| US20060018823A1 (en) * | 2004-06-27 | 2006-01-26 | Albin Czernichowski | Plasma-catalytic conversion of carbonaceous matters |
| DE102013004514B3 (en) * | 2013-03-15 | 2014-07-10 | Al-Ko Kober Ag | Electrode device for a plasma discharge with a sliding arc |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3294953A (en) * | 1963-12-19 | 1966-12-27 | Air Reduction | Plasma torch electrode and assembly |
| CN101972621B (en) | 2005-10-10 | 2012-08-22 | 韩国机械研究院 | Plasma reactor |
| US8618436B2 (en) | 2006-07-14 | 2013-12-31 | Ceramatec, Inc. | Apparatus and method of oxidation utilizing a gliding electric arc |
| CN201154290Y (en) | 2007-11-21 | 2008-11-26 | 中山大学 | Rotary discharging non-thermal plasma cleaning equipment for waste organic gas |
| CN201686484U (en) | 2010-04-13 | 2010-12-29 | 浙江大学 | Coordinated drive rotary gliding arc discharge plasma reforming methane hydrogen manufacturing device |
| US20120090985A1 (en) | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Drexel University | Non-equilibrium gliding arc plasma system for co2 dissociation |
| JP6761342B2 (en) | 2013-04-10 | 2020-09-23 | アムリカ メルサンタイル プライベート リミテッド | Cold plasma generators and methods for producing related chemicals |
-
2015
- 2015-05-06 CZ CZ2015-310A patent/CZ2015310A3/en not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-05-04 WO PCT/CZ2016/000052 patent/WO2016177353A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2639172A1 (en) * | 1988-11-17 | 1990-05-18 | Electricite De France | Device for generating low-temperature plasmas by formation of sliding electric discharges |
| FR2855361A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-26 | Gestion Et De Services Soc D | Cold plasma generation device for controlling atmospheric gas pollution, has central electrode and helical shaped external electrode, where device generates cold plasma by forming electric discharges between coaxial electrodes |
| US20060018823A1 (en) * | 2004-06-27 | 2006-01-26 | Albin Czernichowski | Plasma-catalytic conversion of carbonaceous matters |
| DE102013004514B3 (en) * | 2013-03-15 | 2014-07-10 | Al-Ko Kober Ag | Electrode device for a plasma discharge with a sliding arc |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| G. Petitpas, et al. A comparative study of non-thermal plasma assisted reforming technologies, International Journal of Hydrogen Energy 32 (2007), pages 2848 - 2867, 23.05.2007 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114797406A (en) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 浙大城市学院 | Self-adaptive rotary electrode low-temperature plasma reactor |
| US11786863B1 (en) | 2022-06-29 | 2023-10-17 | Hangzhou City University | Low temperature plasma reactor having adaptive rotating electrode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015310A3 (en) | 2016-08-10 |
| WO2016177353A1 (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ306119B6 (en) | Method of generating low-temperature plasma, plasma treatment process of fluids, powder materials and solid substances by making use of such low-temperature plasma and apparatus for making the same | |
| US10555411B2 (en) | Device for generating an atmospheric plasma beam, and method for treating the surface of a workpiece | |
| US20040256312A1 (en) | Advanced liquid vortex separation system | |
| CN107207253B (en) | Method and device for producing hydrogen peroxide | |
| JP6628639B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| CN110235528B (en) | Plasma device in liquid | |
| JP6871556B2 (en) | Plasma processing equipment and plasma torch | |
| US9994683B2 (en) | Method and apparatus for surface chemical functionalization of powders and nanoparticles | |
| JP6707779B2 (en) | Dispersion method of substance to be treated, dispersion device, and method of producing liquid in which substance to be treated and dispersion medium are mixed | |
| US11559839B2 (en) | Method and apparatus for producing nanoscale materials | |
| EP3445484B1 (en) | Barrel reactor with electrodes | |
| JP6006393B1 (en) | Plasma processing equipment | |
| KR101371168B1 (en) | Rotation drum type plasma treating apparatus | |
| Jones et al. | Improving oxidation efficiency through plasma coupled thin film processing | |
| CN114698221A (en) | Sliding arc discharge device adopting rotating electrode | |
| AU2018364410A1 (en) | Material processing system and method | |
| US11458445B2 (en) | Nanoparticle synthesis apparatus | |
| WO2023176803A1 (en) | Plasma irradiation device | |
| CN110743032B (en) | Device for fast sterilizing solid material by overheat steam | |
| RU67909U1 (en) | PLASMOTRON | |
| JPH0123712B2 (en) | ||
| KR102211843B1 (en) | Plasma generating device and coating device using plasma jet | |
| JP2002179246A (en) | Control method of conveying/supporting amount of device for conveying/supporting object with fluid, device for conveying/supporting object with fluid, and process control device using the device | |
| Rogosin et al. | Compact plasmatron with diverging rod electrodes | |
| RU2636704C2 (en) | Reactor with stabilised high-temperature near-axial jet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230506 |