DE102010060966B3 - Plasmaerzeuger - Google Patents

Plasmaerzeuger

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Michael Bisges
Thorsten Krüger
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    • H05H2245/121Applications treatment of exhaust gas, e.g. Ambient air, ozonizers

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmaerzeuger zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, der eine erste Elektrode und eine zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode aufweist, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind.
Um einen größeren Teil des Gasstroms unmittelbar dem Plasma auszusetzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode aus Metallschaum besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plasmaerzeuger zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, der eine erste Elektrode und eine zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode aufweist, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung, die mindestens einen derartigen Plasmaerzeuger umfasst.
  • Seit mehr als 100 Jahren ist die Plasmabehandlung von Luft nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung bekannt. Großvolumige nichtthermische Plasmen lassen sich einfach mit Hilfe der dielektrisch behinderten Entladung erzeugen. Zwischen den an eine hohe Wechselspannung angeschlossenen Elektroden befindet sich das Dielektrikum, zumeist aus Glas. Das Dielektrikum behindert die Bewegung der Elektronen und unterbricht sie schließlich. Die Elektronen werden in ihrer Bewegung zur Anode durch das Dielektrikum nicht nur aufgehalten, sondern aufgestaut, wodurch sich ein Gegenfeld zu dem den Elektronenstrom treibenden äußeren Feld aufbaut, das seinerseits so lange anwächst, bis sich das äußere Feld und das Gegenfeld gerade kompensieren und der Elektronenstrom zum Erliegen kommt. Die Schalteigenschaften des Dielektrikums resultieren aus der Form und dem Material sowie der Anordnung der Elektroden. Das Erscheinungsbild der Entladung ist durch das Entstehen von Einzelentladungen, den so genannten Filamenten, geprägt. Diese Filamente treten kurzzeitig in großer Anzahl auf. Sie sind normalerweise über die gesamte Fläche der mit dem Gasstrom in Kontakt bringbaren, plasmaerzeugenden Elektrode verteilt.
  • Als Plasmaerzeuger zur oxidativen Behandlung von Luft wird insbesondere die so genannte ”Siemens-Röhre” eingesetzt. Die Siemens-Röhre besteht aus einem rohrförmigen Dielektrikum, vorzugsweise aus Quarzglas oder Bor-O-Silikat. Die Innenwand des rohrförmigen Dielektrikums ist mit einer Innenelektrode ausgekleidet. Die aus leitfähigem Material bestehende Innenelektrode liegt eng und möglichst ohne Luftspalt an der inneren Glasoberfläche an. Auf der Mantelfläche des Dielektrikums ist eine Außenelektrode angeordnet, die von einem eng anliegenden Netz, zum Beispiel aus Stahlgewebe, gebildet wird. Wird nun eine hohe Wechselspannung von beispielsweise 3–6 KV an die Innen- und Außenelektrode angelegt, kommt es zu der dielektrisch behinderten Entladung. Dabei werden Ionen und Ozon (O3 und O1) erzeugt.
  • Bei der Plasmabehandlung eines Gasstroms mit einer ”Siemens-Röhre” wird ein Luftstrom durch das rohrförmige Dielektrikum geführt. Zu diesem Zweck wird an der Innenelektrode ein Plasma gezündet. Das Plasma an der Innenelektrode entsteht nur in den äußeren Schichten der Luftströmung, die unmittelbar mit der Innenelektrode in Kontakt gelangen. Der weitaus größere Teil der Luftströmung reagiert lediglich mit dem Ozon und den Sauerstoff-Ionen, die bei der Entladung erzeugt werden.
  • Die äußeren Schichten der Luftströmung, die unmittelbar mit dem Plasma in Kontakt gelangen, werden wirksamer von Schadstoffen, insbesondere von Gerüchen und Keimen befreit, weil im Plasma die höchste Energie in Form von freien Elektronen, Radikalen und Ionen vorliegt. Des Weiteren erzeugt das Plasma eine intensive UV-Strahlung im Wellenlängenbereich < 300 nm, die molekulare Bindungen von Luftschadstoffen wirkungsvoll aufbrechen kann.
  • Ein weiteres Problem bei der Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Innenelektrode durch in dem Gasstrom enthaltene Schadstoffe schnell verschmutzt und damit an Wirksamkeit verliert.
  • In der DE 199 31 366 A1 wird ein Plasmaerzeuger zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch-behinderten Entladung offenbart, der eine erste, plattenförmige Elektrode und eine zweite, beispielsweise als Drahtgitter ausgebildete Elektrode aufweist. Die erste und zweite Elektrode sind durch ein plattenförmiges Dielektrikum voneinander getrennt. Die Filamente bilden sich in direkter Umgebung zu den Drähten des Drahtgitters aus und streben dem Dielektrikum zu. Die Länge der Filamente ist nur wenige 1/10 mm lang.
  • Die DE 100 20 555 A1 offenbart ein Abgasreinigungssystem mit einem Oxidationskatalysator. Das in dem Oxidationskatalysator oxidierte Abgas eines Verbrennungsmotors wird zunächst in ein erstes elektrisches Feld eingebracht. Das erste elektrische Feld arbeitet nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung. Es dient der elektrischen Aufladung von in dem Abgas enthaltenen Rußpartikeln. Die mittels des ersten elektrischen Feldes aufgeladenen Partikel werden anschließend in ein zweites elektrisches Feld eingebracht. Dieses zweite elektrische Feld ist einem weiteren Katalysator zugeordnet. Der Massepol des zweiten elektrischen Feldes kann beispielsweise aus Metallschaum bestehen.
  • Die DE 197 17 889 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Zersetzung von giftigen Schadstoffen in Abgasen von Verbrennungsprozessen bei der das Abgas durch mindestens einen nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung arbeitenden Behandlungsraum geleitet wird, wobei eine der beiden Elektroden der Vorrichtung als gasdurchlässige poröse Elektrode ausgebildet ist. In einer koaxialen Ausführung der Vorrichtung wird eine erste Elektrode von einem Isolationsmaterial als Dielektrikum umgeben. Das Dielektrikum wird wiederum von einer zweiten Elektrode aus dem porösen Material umgeben, wobei die zweite Elektrode als Gegenelektrode dient. Durch Abstandshalter, wird ein Behandlungsraum zwischen den beiden Elektroden fixiert. In dem Behandlungsraum erfolgt die eigentliche Plasmabehandlung des Abgases. Schließlich schließt ein Gehäuse die Vorrichtung mit einem Gasraum zur Aufnahme und Verteilung des Abgases ein. Die Zufuhr des Abgases erfolgt über den Gasraum durch einen Gaseinlass. Das Gas strömt dann durch die poröse Elektrode in den Behandlungsraum zwischen den beiden Elektroden, wo die Plasmabehandlung erfolgt. Die poröse Elektrode dient insbesondere der Beruhigung des Abgasstroms.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen kompakten Plasmaerzeuger zu schaffen, bei dem ein größerer Teil des Gasstroms unmittelbar dem Plasma ausgesetzt wird. Des Weiteren soll auf einfache Art und Weise die Wirksamkeit der Plasmaerzeugung durch den Plasmaerzeuger aufrechterhalten werden können.
  • Die Aufgabe wird bei einem Plasmaerzeuger der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode aus offenporigem Metallschaum besteht, dass das Dielektrikum eine der beiden Elektroden umgibt und auf der Mantelfläche des Dielektrikums die andere der beiden Elektroden angeordnet ist und sowohl die erste als auch die zweite Elektrode ohne Ausbildung eines Luftspaltes an der Oberfläche des Dielektrikums anliegen.
  • Metallschaum ist ein poröser Schaum aus metallischen Werkstoffen, der eine gegenüber dem Vollmaterial durch die Poren bedingte geringere Dichte besitzt, jedoch eine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit aufweist. Der insbesondere feinporige Metallschaum verwirbelt den mit der plasmaerzeugenden zweiten Elektrode in Kontakt bringbaren Gasstrom. Die Verwirbelung führt zu einem mehrfachen Kontakt des Gasstroms mit dem Plasma, so dass ein größerer Teil des Gasstroms unmittelbar dem Plasma augesetzt wird. Die Poren des Metallschaums vergrößern zudem die wirksame Fläche der zweiten Elektrode, die mit dem Gasstrom in Kontakt gelangt. Die unmittelbare Einwirkung des Plasmas auf den Gasstrom wird weiter dadurch verbessert, dass der Metallschaum offenporig ist. Der Gasstrom wird nicht nur – wie dies bei einem geschlossenporigen Metallschaum der Fall ist – durch die Oberfläche des Metallschaums verwirbelt, sondern lässt sich darüber hinaus durch den offenporigen Metallschaum selbst hindurch führen, wo der Gasstrom in innigem Kontakt zu dem Plasma gelangt. Des weiteren lassen sich mit Hilfe des offenporigen Metallschaums bei unveränderten Elektrodenabmessungen größere Gasvolumenströme unmittelbar mit dem Plasma in Kontakt bringen.
  • Eine kompakte Anordnung ergibt sich dadurch, dass das Dielektrikum eine der beiden Elektroden umgibt und auf der Mantelfläche des Dielektrikums die andere der beiden Elektroden angeordnet ist. Das Dielektrikum kann entweder die erste Elektrode oder die zweite aus Metallschaum bestehende Elektrode umgeben. Sowohl die erste als auch die zweite Elektrode liegen ohne Ausbildung eines Luftspaltes an der Oberfläche des Dielektrikums an.
  • In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besteht der Metallschaum überwiegend aus elektrisch gut leitenden Metallen, insbesondere Kupfer oder Aluminium oder deren Legierungen. Zusätzlich kann der Metallschaum Stabilisatoren enthalten. Für Aluminiumlegierungen werden zur Stabilisierung etwa 10 bis 20 Vol.-% Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid zugegeben.
  • Zur Herstellung von Metallschäumen wird Metallpulver und ein Metallhydrid miteinander vermischt und beispielsweise durch Heißpressen zu einem Vormaterial verdichtet. Das Vormaterial wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt, wobei das freigesetzte Gas das Gemisch aufschäumt. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines Metallschaums besteht beispielsweise darin, Gas in eine Metallschmelze einzublasen, die zuvor durch Zugabe fester Bestandteile schäumbar gemacht wurde.
  • Die erste Elektrode kann ebenfalls aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen elektrisch gut leitfähigen Material bestehen.
  • Das Dielektrikum besteht vorzugsweise aus Glas, Keramik oder Kunststoff.
  • In konstruktiv vorteilhafter Anordnung ist mindestens eine der beiden Elektroden rohrförmig ausgebildet. Sofern die zweite aus Metallschaum bestehende Elektrode rohrförmig ausgebildet ist und von dem insbesondere rohrförmigen Dielektrikum umgeben wird, kann sie zugleich als Strömungsweg für den Gasstrom genutzt werden. Sofern auch die weitere, auf der Mantelfläche angeordnete Elektrode das Dielektrikum umgibt, insbesondere rohrförmig ausgebildet ist, steht eine größtmögliche Fläche für die dielektrisch behinderte Entladung zwischen den beiden Elektroden zur Verfügung. Im letzt genannten Fall ergibt sich ein der herkömmlichen Siemens-Röhre vergleichbarer Aufbau, bei dem die beiden Elektroden und das trennende Dielektrikum in zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen Lagen angeordnet sind.
  • In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine von dem Dielektrikum umgebene stabförmige Elektrode in einer Höhlung in dem lang gestreckten Dielektrikum angeordnet. Die Höhlung kann nach Art eines Sacklochs oder als Durchgang in dem Dielektrikum ausgestaltet sein. Die Elektrode wird formschlüssig in der Höhlung aufgenommen oder in eine dielektrische Vergussmasse in der Höhlung eingebettet. Eine derartige, möglichst spaltfreie Aufnahme der ersten Elektrode in der Höhlung bewirkt, dass das Plasma ausschließlich an der aus Metallschaum bestehenden, auf der Mantelfläche des Dielektrikums angeordneten Elektrode gezündet wird.
  • Um die durch den Kontakt mit dem Gasstrom verschmutzende Elektrode aus Metallschaum einfach auswechseln zu können, ist diese Elektrode in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung lösbar mit dem Dielektrikum verbunden. Zur lösbaren Verbindung kann die aus Metallschaum bestehende Elektrode längsverschieblich auf einem zylindrischen Dielektrikum angeordnet und von diesem abstreifbar sein.
  • Um beim Aufschieben der aus Metallschaum bestehenden Elektrode auf das Dielektrikum automatisch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Elektrode und der Spannungsquelle zum Betrieb des Plasmaerzeugers herzustellen, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der Mantelfläche des Dielektrikums ein Kontaktelement angeordnet sein, das an der auf das Dielektrikum aufgeschobenen Elektrode aus Metallschaum, vorzugsweise an deren Stirnseite, zur Anlage gelangt.
  • Um größere Gasvolumenströme der Plasmabehandlung auszusetzen, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Plasmaerzeuger in einem Reaktionsraum mit einem Ein- und einem Auslass für den Gasstrom angeordnet, wobei der Gasstrom durch den Reaktionsraum von dem Einlass zu dem Auslass führbar ist.
  • Abhängig von der Größe jedes Plasmaerzeugers sowie des Reaktionsraumes können zur möglichst vollständigen Plasmabehandlung des Gasstroms mehrere Plasmaerzeuger in Strömungsrichtung hintereinander oder parallel zueinander in dem Reaktionsraum angeordnet sein.
  • Vorzugsweise wird der mindestens eine Plasmaerzeuger derart in dem Reaktionsraum angeordnet, dass der gesamte Gasstrom zwischen Ein- und Auslass ausschließlich durch die aus Metallschaum bestehende(n) offenporige(n) Elektrode(n) hindurch führbar ist. Konstruktiv kann diese Anordnung beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Querschnitt des Reaktionsraums vollständig durch die auf der Mantelfläche des Dielektrikums angeordnete Elektrode aus Metallschaum, das Dielektrikum und die erste Elektrode ausgefüllt ist.
  • Eine andere Möglichkeit zur ausschließlichen Führung des Gasstroms durch die aus offenporigem Metallschaum bestehende Elektrode(n) besteht darin, dass in dem Reaktionsraum Führungsmittel für den Gasstrom angeordnet sind, die den Gasstrom in Richtung der Elektrode(n) aus Metallschaum lenken.
  • Die aus Metallschaum bestehende Elektrode kann beispielsweise als zylindrische oder hohlzylindrische Elektrode ausgeführt sein. Die Führungsmittel lenken den Gasstrom von dem Einlass ausschließlich in Richtung der vorzugsweise kreisringförmigen Stirnfläche der hohlzylindrischen bzw. kreisförmigen Stirnfläche der zylindrischen Elektrode aus Metallschaum. Als Führungsmittel für den Gasstrom zu der hohlzylindrischen Elektrode kommt beispielsweise ein Kegel in Betracht, dessen Grundfläche der von dem Kreisring eingeschlossenen Fläche der hohlzylindrischen Elektrode entspricht. Der Kegel verschließt mit seiner Grundfläche die von dem Kreisring eingeschlossene Fläche der Elektrode und verhindert eine Durchströmung der Elektrode durch deren Höhlung. Die Spitze des Kegels weist vorzugsweise in Richtung des Einlasses der Reaktionskammer. Der die zylindrische oder hohlzylindrische Elektrode aus Metallschaum aufweisende, lang gestreckte Plasmaerzeuger ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Gasstromes in dem Reaktionsraum ausgerichtet.
  • Ein derartiger lang gestreckter Plasmaerzeuger ist entweder querschnittsfüllend oder mehrere derartiger Plasmaerzeuger sind in Strömungsrichtung parallel zueinander in dem Reaktionsraum angeordnet.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der mindestens eine ringförmige Plasmaerzeuger jedoch auch quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms in dem Reaktionsraum ausgerichtet sein. Vorzugsweise befinden sich mehrere Plasmaerzeuger quer zur und in Strömungsrichtung hintereinander in dem Reaktionsraum, so dass der gesamte Gasstrom zwischen Ein- und Auslass des Reaktionsraums mehrfach einer Plasmaanregung ausgesetzt ist.
  • Nachfolgend wird der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung eines mehrlagigen, nicht zur Erfindung gehörigen Plasmaerzeugers,
  • 2a einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, langgestreckten Plasmaerzeugers sowie
  • 2b einen Längsschnitt durch den Plasmaerzeuger nach 2a,
  • 3a einen Längsschnitt durch einen langgestreckten Plasmaerzeuger mit einer lösbar angeordneten Elektrode,
  • 3b den Plasmaerzeuger nach 3a beim Aufschieben der lösbaren Elektrode,
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plasmaerzeugers mit einer stabförmigen zylindrischen Elektrode aus Metallschaum,
  • 5 einen Reaktionsraum mit einem darin querschnittsfüllend angeordneten Plasmaerzeuger,
  • 6 einen rohrförmigen Reaktionsraum mit einem in Strömungsrichtung des Gasstromes in dem Reaktionsraum ausgerichteten Plasmaerzeuger,
  • 7 ein rohrförmiger Reaktionsraum mit mehreren konzentrisch zu dessen Längsachse in Strömungsrichtung angeordneten Plasmaerzeugern sowie
  • 8 einen rohrförmigen Reaktionsraum mit mehreren quer zu dessen Längsachse angeordneten Plasmaerzeugern.
  • Der Plasmaerzeuger (I) nach 1 besteht aus einer ersten, als Platte ausgestalteten Elektrode (2), die an einer Oberfläche eines ebenfalls plattenförmigen Dielektrikums (3) anliegt. Durch das Dielektrikum (3) getrennt, liegt an dessen gegenüberliegender Oberfläche eine zweite, mit einem Gasstrom (4) in Kontakt bringbare Elektrode (5) aus Metallschaum an. Über elektrische Leitungen (6a, b) sind die erste und zweite Elektrode (2, 5) mit einer Spannungsquelle (7) verbunden. Die Leitung (6b), die mit der zweiten aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5) verbunden ist, liegt auf Erdpotential.
  • Die erste und zweite Elektrode (2, 5) sind gegen die Spannungsquelle (7) geschaltet, die eine Wechselspannung oder gepulste Gleichspannung zwischen 1 kV bis 20 kV in einem Frequenzbereich von 50 Hz bis 500 kHz erzeugt.
  • Der die zweite Elektrode (5) bildende Metallschaum ist offenporig und besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie insbesondere Kupfer oder Aluminium. Das plattenförmige Dielektrikum (3) kann aus Keramik, Glas oder auch isolierendem Kunststoff gefertigt sein.
  • Der Gasstrom (4) wird durch die aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) in Richtung des in 1 angedeuteten Pfeils hindurchgeführt und dabei intensiv dem in dem Metallschaum erzeugten Plasma ausgesetzt. Das Gas wird durch die Porosität des Metallschaums an dessen Oberfläche und im Inneren der Elektrode verwirbelt, wodurch ein mehrfacher Plasmakontakt erreicht wird.
  • 2a, b zeigen einen erfindungsgemäßen langgestreckten Plasmaerzeuger (1) dessen erste Elektrode (2) stabförmig ausgestaltet ist. Eine Höhlung in dem langgestreckten Dielektrikum (3) nimmt die stabförmige Elektrode (2) formschlüssig bzw. möglichst spaltfrei auf. An der in 2b dargestellten linken Stirnseite des Dielektrikums (3) ragt die erste Elektrode (2) aus dem Dielektrikum heraus. Dieser Abschnitt ist über die Leitung (5a) mit der Spannungsquelle (7) verbunden. Die Leitung (6b) verbindet die Spannungsquelle (7) mit der zweiten, aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5), die das Dielektrikum (3) vollständig umgibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die lang gestreckte Elektrode (5) aus Metallschaum einen rechteckigen Querschnitt auf. Die bevorzugte Strömungsrichtung des Gasstroms (4) verläuft quer zur Längsachse (8) des langgestreckten Plasmaerzeugers (1), wie dies insbesondere aus 2b erkennbar ist.
  • 3a zeigt eine Variante des Plasmaerzeugers nach 2a, b, bei der die zweite aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) lösbar mit dem Dielektrikum (3) verbunden ist. Nach einer gewissen Betriebsdauer verschmutzt der Metallschaum in Folge von Verunreinigungen durch den Gasstrom (4). Um die Elektrode (5) aus Metallschaum einfach austauschen zu können, ist diese auf das hohlzylindrische, im Querschnitt kreisringförmige Dielektrikum (3) lediglich aufgeschoben. Hierzu weist die aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) eine kreiszylindrische Höhlung auf, die das Dielektrikum (3) formschlüssig und praktisch spielfrei aufnimmt. Auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) ist endseitig ein Kontaktelement (10), insbesondere in Form eines Kontaktringes, form- oder stoffflüssig angeordnet. Die Kontaktfläche (11) des Kontaktringes gelangt beim Aufschieben der Elektrode (5) aus Metallschaum in Kontakt mit deren stirnseitiger Kontaktfläche (12). Die Schubrichtung (14) ist mit einem Pfeil in 3b angedeutet.
  • 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Plasmaerzeugers (1), bei der abweichend zu 3 nicht die erste Elektrode (2), sondern die zweite aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) stabförmig ausgebildet ist. Die lang gestreckte stabförmige Elektrode (5) wird praktisch spaltfrei von dem hohlzylindrischen, im Querschnitt kreisringförmigen Dielektrikum (3) umgeben. In Richtung der senkrecht zur Bildebene verlaufenden Längsachse des Dielektrikums (3) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel auf dessen Oberseite die erste lang gestreckte Elektrode (2) angeordnet, die das Dielektrikum (3) jedoch nicht umgibt, sondern lediglich dessen Mantel längs eines Streifens bedeckt. Über die Länge der ersten Elektrode (2) wird getrennt durch das Dielektrikum (3) innerhalb der zweiten aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5) das Plasma gezündet. Der Gasstrom (4) wird in Richtung der Längsachse durch die Elektrode (5) aus Metallschaum hindurchgeführt.
  • Um zuverlässig die Zündung des Plasmas an der aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5) zu bewirken, ist die erste Elektrode (2) vorzugsweise gegen die Umgebungsluft abgedichtet, beispielsweise indem diese in das Dielektrikum eingebettet wird. Die Erdung einer der Leitungen (6a, b) bewirkt, dass die mit dieser Leitung verbundene Elektrode berührsicher ist. Vorzugsweise wird diejenige Leitung (6a, b) geerdet, die im Betrieb des Plasmaerzeugers berührt werden kann.
  • 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reaktionsraumes (15), der beispielsweise als Rohr ausgestaltet ist. Der Reaktionsraum (15) weist an einer Stirnseite des Rohres einen Einlass (16) und an der gegenüberliegenden Stirnseite einen Auslass (17) auf. Der Gasstrom (4) wird durch den Reaktionsraum (15) von dem Einlass (16) zu dem Auslass (17) geführt. In dem Reaktionsraum (15) ist ein entsprechend 2 aufgebauter Plasmaerzeuger (1) wie folgt angeordnet:
    Die erste, stabförmige Elektrode (2) ist quer zur Strömungsrichtung bzw. Längsachse (8) in dem Reaktionsraum (15) angeordnet und wird von dem hohlzylindrischen Dielektrikum (3) umgeben. Die auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) angeordnete Elektrode (5) aus Metallschaum füllt den Querschnitt des rohrförmigen Reaktionsraums (15) im dargestellten Ausführungsbeispiel über dessen gesamte Länge aus. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der Querschnitt des Reaktionsraumes (15) lediglich über eine Teillänge von der aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5) ausgefüllt wird. Durch diese querschnittsfüllende Anordnung des Plasmaerzeugers (1) in dem Reaktionsraum (15) wird gewährleistet, dass der gesamte Gasstrom (4) zwischen Ein- und Auslass (16, 17) ausschließlich durch die aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) hindurchgeführt und mehrfach aufgrund von Verwirbelungen (18) dem in dem Metallschaum erzeugten Plasma (13) ausgesetzt wird. Da die zweite Elektrode (5) die erste stabförmige Elektrode (2) allseitig umgibt, wird das Plasma (13) über den gesamten Umfang des Dielektrikums (3) erzeugt.
  • 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines als Rohr ausgestalteten Reaktionsraumes (15) mit einem Einlass (16) und einem Auslass (17). In geringem Abstand in Strömungsrichtung hinter dem Einlass (16) ist der Plasmaerzeuger auf einem in den Reaktionsraum (15) ragenden Abschnitt eines Tragrohrs (19) angeordnet. Der Plasmaerzeuger besteht aus der im Querschnitt ringförmigen, langgestreckten Elektrode (5) aus Metallschaum. Das rohrförmige Dielektrikum (3) trennt die Elektrode (5) aus Metallschaum von der ersten auf der Mantelfläche des Dielektrikums angeordneten Elektrode (2), die das Dielektrikum (3) umgibt. Beide Elektroden (2, 5) sowie das Dielektrikum (3) erstrecken sich entlang des gesamten, in den Reaktionsraum (15) hineinragenden Abschnitts des Tragrohres (19). An der in Richtung des Einlasses (16) weisenden Stirnseite des Tragrohrs (19) ist ein kegelförmiges Führungsmittel (20) angeordnet. Das Führungsmittel (20) verschließt stirnseitig den Durchflussquerschnitt durch das Tragrohr (19) in Richtung des Auslasses (17). Der Gasstrom wird durch das Führungsmittel (20) ausschließlich in Richtung der ringförmigen Stirnseite (21) der aus Metallschaum bestehenden Elektrode (5) geleitet. Über den Umfang des Führungsrohrs (19) sind in Längsrichtung (8) versetzt mehrere Durchtrittsöffnungen (23) angeordnet, über die der dem Plasma ausgesetzte Gasstrom in das Tragrohr (19) gelangt und von dort aus zum Auslass (17) des Reaktionsraumes (15). Die Strömungsrichtung (22) des Gasstroms (4) innerhalb des Reaktionsraums (15) wird durch die punktierte Linie angedeutet.
  • 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines als Rohr ausgestalteten Reaktionsraumes (15) mit einem Einlass (16) und einem Auslass (17). Am Ein- und Auslass (16, 17) ist jeweils ein Flansch (27, 28) angeordnet, um den Reaktionsraum (15) über einen Schlauch oder eine Rohrleitung in einen Gasstrom (4) einbinden zu können.
  • Konzentrisch zur Längsachse (8) des Reaktionsraums (15) sind mehrere stabförmige erste Elektroden (2) angeordnet, die von dem Dielektrikum (3) umgeben werden. Lediglich ein Kontaktbereich (24) der ersten Elektroden (2) zum Anschluss der Leitungen (6a) ragt aus dem Dielektrikum (3) heraus. Die Elektroden (2) sowie das Dielektrikum (3) sind in Durchtrittsöffnungen einer ringförmigen Aufnahme (25) parallel zur Längsachse (8) gehaltert. In der ringförmigen Aufnahme (25) sind die Kontaktbereiche (24) luftdicht eingeschlossen und mit den Leitungen (6a) mit der Spannungsquelle (7) verbunden. Die Aufnahme (25) stützt sich in radialer Richtung an der Außenwand des Tragrohrs (19) ab. In einem Abschnitt (26), der sich von der Aufnahme (25) in Richtung des Einlasses (16) erstreckt, ist die zweite Elektrode (5) aus Metallschaum angeordnet. Die Elektrode (5) aus Metallschaum füllt den Ringraum zwischen dem Tragrohr (19) und der Innenwand des Reaktionsraums (15) aus. Das Tragrohr (19) weist in dem Abschnitt (26) mehrere gleichmäßig über dessen Umfang verteilte Längsöffnungen (23) auf, über die der dem Plasma ausgesetzte Gasstrom in das Tragrohr (19) gelangt. Die Strömungsrichtung (22) des Gasstroms (4) innerhalb des Reaktionsraums (15) ist in 7 mit Pfeilen angedeutet. Stirnseitig ist ein Führungsmittel (20) für den Gasstrom (4) als integraler Bestandteil des Tragrohrs (19) ausgeführt. Das Führungsmittel (20) dient auch hier dem Zweck, den Gasstrom (4) in Richtung der ringförmigen Stirnseite (21) der zweiten Elektrode (5) aus Metallschaum zu lenken. Die aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt; selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung mehrere lang gestreckte Plasmaerzeuger mit unabhängigen Elektroden aus Metallschaum parallel zur Längsachse (8) in dem Reaktionsraum anzuordnen.
  • 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem rohrförmigen Reaktionsraum (15), in dem fünf ringförmige Elektroden (5) aus Metallschaum angeordnet sind. Die ringförmigen Elektroden (5) aus Metallschaum sind parallel zueinander und in Richtung der Längsachse (8) des Reaktionsraums vom Einlass (16) zum Auslass (17) hintereinander angeordnet. Mit der Außenseite liegen die Ringe an dem rohrförmigen Dielektrikum (3) an, das zugleich den Reaktionsraum (15) nach außen begrenzt. Jede Elektrode (5) aus Metallschaum wird an der Außenseite des Dielektrikums (3) von einer etwa gleich breiten, ringförmigen ersten Elektrode (2) umgeben.
  • Die ringförmigen Elektroden (5) aus Metallschaum sind in einen treppenförmigen Absatz (30) eines Tragelementes (29) eingebettet. Der Absatz (30) befindet sich in Strömungsrichtung an der vorderen Seite des Tragelementes (29). In Richtung des Einlasses (16) ist jedes Tragelement (29) konisch ausgebildet. Zwischen dem Tragelement (29) und der Innenfläche des rohrförmigen Dielektrikums (3) wird ein ringförmiger Strömungsweg ausgebildet, über den der Gasstrom (4) zu der in Strömungsrichtung jeweils nachgeordneten Elektrode (5) aus Metallschaum gelangt. Wie deutlich aus der Vergrößerung in 8 erkennbar, kommt es in den Elektroden (5) aus Metallschaum jeweils zu einer Verwirbelung (18) und damit einem intensiven Kontakt des Gasstroms (4) mit dem Plasma, bevor dieser in Strömungsrichtung (22) zur nächsten ringförmigen Elektrode (5) aus Metallschaum gelangt. Bezugszeichenliste Nr. Bezeichnung Nr. Bezeichnung 1 Plasmaerzeuger 21 ringförmige Stirnseite 2 erste Elektrode 22 Strömungsrichtung 3 Dielektrikum 23 Längsöffnungen 4 Gasstrom 24 Kontaktbereich 5 zweite Elektrode (Metallschaum) 25 Aufnahme 6a, b Leitungen 26 Abschnitt 7 Spannungsquelle 27 Flansch 8 Längsachse 28 Flansch 9 Höhlung 29 Tragelemente 10 Kontaktelement 30 Absatz 11 erste Kontaktfläche 31 12 zweite Kontaktfläche 32 13 Plasma 33 14 Schubrichtung 34 15 Reaktionsraum 35 16 Einlass 36 17 Auslass 37 18 Verwirbelungen 38 19 Tragrohr 39 20 Führungsmittel 40

Claims (14)

  1. Plasmaerzeuger zur Plasmabehandlung eines Gasstroms nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, der eine erste Elektrode und eine zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode aufweist, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mit dem Gasstrom in Kontakt bringbare Elektrode (5) aus offenporigem Metallschaum besteht, dass das Dielektrikum (3) eine der beiden Elektroden (2, 5) umgibt und auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) die andere der beiden Elektroden (2, 5) angeordnet ist und sowohl die erste als auch die zweite Elektrode (2, 5) ohne Ausbildung eines Luftspaltes an der Oberfläche des Dielektrikums anliegen.
  2. Plasmaerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum Kupfer oder eine Kupferlegierung umfasst.
  3. Plasmaerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst.
  4. Plasmaerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) angeordnete Elektrode (2, 5) das Dielektrikum umgibt.
  5. Plasmaerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Elektroden (2, 5) rohrförmig ausgebildet ist.
  6. Plasmaerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Dielektrikum (3) umgebene Elektrode (2, 5) stabförmig und in einer Höhlung des langgestreckten Dielektrikums (3) angeordnet ist.
  7. Plasmaerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) lösbar mit dem Dielektrikum (3) verbunden ist.
  8. Plasmaerzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) ein elektrisches Kontaktelement (10) angeordnet ist, das an der das Dielektrikum (3) umgebenden Elektrode (5) aus Metallschaum zur Anlage bringbar ist.
  9. Anordnung umfassend mindestens einen Plasmaerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Plasmaerzeuger (1) in einem Reaktionsraum (15) mit einem Ein- und einem Auslass (16, 17) für den Gasstrom (4) angeordnet ist, wobei der Gasstrom (4) in einer Strömungsrichtung durch den Reaktionsraum (15) von dem Einlass (16) zu dem Auslass (16) führbar ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Plasmaerzeuger (1) derart in dem Reaktionsraum (15) angeordnet ist, dass der gesamte Gasstrom (4) zwischen dem Ein- und Auslass (16, 17) ausschließlich durch die aus Metallschaum bestehende Elektrode (5) hindurchführbar ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Mantelfläche des Dielektrikums (3) angeordnete Elektrode (5) aus Metallschaum eines Plasmaerzeugers (1) den Strömungsquerschnitt des Reaktionsraums (15) ausfüllt.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder lang gestreckte Plasmaerzeuger (1) in Strömungsrichtung des Gasstroms (4) ausgerichtet ist.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plasmaerzeuger (1) ringförmig ausgestaltet und quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms (4) ausgerichtet ist.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsraum (15) Führungsmittel (20) für den Gasstrom (4) angeordnet sind, die den Gasstrom (4) in Richtung der Elektrode (5) aus Metallschaum lenken.
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