DE102005056726A1 - Verfahren zur oxidativen Behandlung von Gasinhaltsstoffen, das nach dem Prinzip der nichtthermischen, plasmachemischen Umsetzung arbeitet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vernichten und Entfernen von Gerüchen, Bakterien, Sporen, Pollen und Keimen in sauerstoffhaltigen Gasen, welches nach dem Prinzip der nichtthermischen, plasma-chemischen Umsetzung (stille dielektrische Barriere-Entladung) Radikale und Oxidantien erzeugt - allerdings bei weitgehender Unterdrückung von Ozon -, wobei erfindungsgemäß der Wirkungsgrad so weit verbessert wird, dass die Vorrichtung mit einer aufladbaren Batterie betrieben werden kann.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur oxidativen Behandlung von Gasinhaltsstoffen, das nach dem Prinzip der nichtthermischen, plasma-chemischen Umsetzung arbeitet.
• Stand der Technik
• Zum Stand der Technik wird auf die Patente
• DE 199 31 366 A1
• DE 198 22 841 A1
• DE 198 15 703 A1
• DE 102 54 135 B3
verwiesen, in denen Vorrichtungen beschrieben sind, die nach dem Prinzip der nichtthermischen, plasma-chemischen Umsetzung (stille dielektrische Barriere-Entladung) arbeiten.
• Vorrichtungen zum oxidativen Reinigen organisch belasteter Gase setzen vermehrt nichtthermische Plasmen ein. Nichtthermische Plasmen zeichnen sich dadurch aus, dass Atome, Moleküle und Elektronen nicht im thermischen Gleichgewicht mit den anderen gasförmigen Gas-Bestandteilen sind. Diese Plasmen enthalten hochreaktive freie Radikale und Oxidantien, die organische Gas-Inhaltsstoffe ohne Zugabe eines Brennstoffes bereits bei niedrigen Temperaturen umsetzen.
• Nichtthermische Plasmen werden vorzugsweise mit Hilfe der stillen dielektrischen Barriere-Entladung erzeugt werden; sie dienen zum Entkeimen von Luft, zum Beseitigen von Gerüchen und zum Reduzieren von Partikeln.
• Die Grundeinheit für ein nichtthermisches Plasma-Verfahren ist wie ein Kondensator aufgebaut; sie besteht aus zwei Elektroden, die ein so genanntes Dielektrikum einschließen. Mindestens eine der beiden Elektroden ist stark strukturiert und porös oder weist einen Gasspalt zwischen Elektrode und Dielektrikum auf, so dass Gas zwischen Dielektrikum und Elektrode eindringen kann. Legt man an die beiden durch ein Dielektrikum (Barriere) getrennten Elektroden eine hochfrequente geglättete Wechselspannung, werden an den Strukturen mit sehr geringem Krümmungsradien oder im Spalt zwischen Elektrode und Dielektrikum selbst unterbrechende elektrische Mikroentladungen erzeugt. Jede Mikroentladung ist eine Entstehungsquelle für ein nichtthermisches Plasma, das dadurch gekennzeichnet ist, dass durch energiereiche Elektronen hochreaktive Oxidantien und freie Radikale erzeugt werden. Die Radikale bewirken, u.a. eine Dissoziation der Sauerstoffmoleküle in zwei Sauerstoffatome mit erhöhtem Energie- und Ladungspotential. Die so erzeugten naszierenden Atome oxidieren viele organische Gas-Bestandteile teilweise – im Idealfall zu Wasser und Kohlendioxid.
• Die oben beschriebenen nichtthermischen Plasma-Vorrichtungen sind als stab-, zylinder- oder plattenförmige Kondensatoren aufgebaut. Das Dielektrikum dieser Kondensatoren besteht aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Glas oder Keramik.
• Die verwendeten röhrenförmigen Glaskörper weisen in der Regel eine zusätzliche leitfähige Schicht auf, damit die Dielektrizität besser auf den Glaskörper übertragen werden kann.
• Derartige Vorrichtungen dienen üblicherweise zum Erzeugen von Ozon. Nachteilig bei diesen Konstruktionen sind die großen Abmessungen, das hohe Gewicht, die hohen Produktionskosten und die benötigte hohe Wechselspannung.
• Mit der vorliegenden Erfindung werden die Abmessungen und das Gewicht erheblich reduziert und dadurch die Fertigungskosten gesenkt. Als Dielektrikum wird vorzugsweise ein Natronkalkglas verwendet. Eine hochfrequente geglättete Wechselspannung, die an die Elektroden angelegt wird, erzeugt die Barriere-Entladung; die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass überwiegend negative Klein-Ionen produziert werden; durch geeignete Abstimmung der Materialien und der Wechselspannung wird die Bildung von Ozon weitgehend unterdrückt.
• Der Energieverbrauch dieser Erfindung ist soweit optimiert worden, dass das nichtthermische Plasma netz-unabhängig mit einer aufladbaren Lithium-Batterie erzeugt wird. Maßgeblich für den geringen Energieverbrauch ist die Ausführung der inneren Elektrode. Die innere Elektrode besteht aus einer Faserpackung; die Packung kann unterschiedlich verdichtet sein. Die Fasern sind leitfähig, ihr Durchmesser kann variieren. Üblicherweise werden Edelstahl- oder Graphit-Fasern verwendet.
• Die hochfrequente geglättete Wechselspannung wird auf die Faserpackung mit einer Einzelelektrode oder mit einem gefächerten Elektroden-Bündel übertragen.
• Der Trägerkörper aus Natronkalkglas hat vorzugsweise einen Durchmesser von 6,0–8,0 mm und eine Länge von 6,0–12 mm. Die Wanddicke beträgt vorzugsweise 0,8–1,2 mm. Die Gitterstäbe der gewölbt und konkav verlaufenden Außenelektrode betragen vorzugsweise 1,4–2,1 mm.
• Als Innenelektrode dient vorzugsweise Edelstahlwolle, vorzugsweise mit einer Faserdicke von 0,01 bis 0,04 mm.
• Durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung vorzugsweise zwischen 1400 und 1700 V, wird durch den dünnen Trägerkörper aus Natronkalkglas der Entstehungsbereich von Mikroentladungen zwischen Natronkalkglas und Außenelektrode leicht gezündet, wobei zahlreiche Einzelfilamente sichtbar werden.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel in Form einer Entladeröhre:
  Die Barriere (Dielektrikum) aus Natronkalkglas (2) vorzugsweise mit einer Dicke aus 0,8–1,2 mm ist als oben geschlossene, zylindrische Röhre ausgeführt (Entladeröhre). Die stark strukturierte Außenelektrode (1), üblicherweise ein feinmaschiges Gitter, liegt an der Barriere lose an und ist geerdet (9). Eine Packung aus Edelstahl-Fasern bildet die Innenelektrode (4); Packungsdichte und Faser-Durchmesser können variiert werden. Die Packung liegt sehr gleichmäßig am Natronkalkglas an und sorgt dadurch für ein sehr homogenes elektrisches Feld zwischen Innen- und Außenelektrode. Die Packung wird über das Hochspannungskabel (8) mit hochfrequenter geglätteter Wechselspannung von z. B. 1,7 kV und 25 kHz versorgt.
• Hierdurch wird die Induktivität des Schwingungssystems verbessert und der Elektronenfluss gleichmäßig verteilt. Über die Dielektrizitätskonstante von Luft lässt sich diese leicht zünden, so dass der Entstehungsbereich von Mikroentladungen (7) zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und der Außenelektrode (1) gut sichtbar wird.
• Der Einsatz einer Faserpackung als Innenelektrode vermindert die elektrischen Verluste der Vorrichtung; das heißt, dass für die gleiche Ionisationsleistung weniger Energie aufgewendet werden muss. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die Vorrichtung netzunabhängig mit einer wiederaufladbaren Batterie, vorzugsweise auf Lithium-Basis, zu betreiben.
• Die Innenelektrode (4) ist entweder über eine Einzelelektrode (5) oder über ein fächerförmiges Elektroden-Bündel (6) und außerdem über ein Kabel (8) an die Hochspannungsquelle angeschlossen.
• Die Barriere (2) sitzt auf einem Isoliersockel (3), der die Barriere unten gasdicht abschließt. Durch den Isoliersockel (3) wird das Hochspannungskabel (8) – ebenfalls gasdicht – eingeführt.

1

Außenelektrode

2

Natronkalkglas

3

Isoliersockel

4

Innenelektrode

5

gewickelte Elektrode

6

fächerförmiges Elektroden-Bündel

7

Entstehungsbereich von Mikroentladungen

8

Hochspannungskabel

9

Erdkontakt

Claims (5)

1. Verfahren zum Erzeugen von Radikalen und Oxidantien in sauerstoffhaltigen Gasen zum Vernichten und Entfernen von Partikeln, Gerüchen, Bakterien, Sporen, Pollen und Keimen nach dem Prinzip der nichtthermischen, plasmachemischen Umsetzung bei weitgehender Unterdrückung von Ozon arbeitend, dadurch kennzeichnet, dass die Innenelektrode (4) aus einer Packung aus leitfähigen Fasern besteht, welche sich homogen über ein Dielektrikum (2) verteilt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die Packungsdichte und der Faser-Durchmesser variiert werden können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch kennzeichnet, dass eine hochfrequente Wechselspannung auf die Faser-Packung mit einer Einzelelektrode oder einem fächerförmigen Elektroden-Bündel übertragen werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelektrode und das Elektroden-Bündel über ein Hochspannungskabel (8), welches gasdicht durch den Isoliersockel (3) geführt wird, mit der Spannungsversorgung verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer aufladbaren Batterie betrieben werden kann.