DE102022005037A1

DE102022005037A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, Gerät und Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation

Info

Publication number: DE102022005037A1
Application number: DE102022005037.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Nettesheim
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-09-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, aufweisend: eine erste flächige Elektrode (1) und eine zweite flächige Elektrode (2), wobei die erste flächige Elektrode (1) und die zweite flächige Elektrode (2) durch einen Entladungsraum (3) voneinander getrennt sind, eine Spannungsquelle (4), die dazu ausgestaltet ist, zwischen der ersten flächigen Elektrode (1) und der zweiten flächigen Elektrode (2) eine Spannung anzulegen, so dass in dem Entladungsraum (3) zwischen der ersten flächigen Elektrode (1) und der zweiten flächigen Elektrode (2) eine elektrische Entladung gezündet wird, und eine Flüssigkeitszufuhr (5), die dazu ausgestaltet ist, dem Entladungsraum (3) eine Flüssigkeit derart zuzuführen, dass die Flüssigkeit in dem Entladungsraum (3) einen Flüssigkeitsfilm (7) bildet, der der elektrischen Entladung ausgesetzt ist, wenn in dem Entladungsraum (3) die elektrische Entladung gezündet wird. Weitere Aspekte betreffen ein Gerät, das eine solche Vorrichtung aufweist, und Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation, bei denen die Vorrichtung verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, ein Gerät, das eine derartige Vorrichtung aufweist, sowie Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation.
Die Übertragung der chemischen Reaktivität und der Energie eines gasförmigen Plasmas auf Wasser oder auf eine andere Flüssigkeit ist ein technischer Ansatz, der eine Flüssigkeit mit einer bemerkenswerten, vorübergehenden biologischen Breitbandaktivität erzeugen kann. Wird Wasser als Flüssigkeit genutzt, kann durch diesen Prozess sogenanntes Plasma-aktiviertes Wasser (PAW) erzeugt werden. Die Eigenschaften von PAW machen es zu einer umweltfreundlichen Lösung für ein breites Spektrum biotechnologischer Anwendungen, zum Beispiel in der Wasseraufbereitung, der Reinigung von Oberflächen und in der Biomedizin. Auch für verschiedene Haushaltsgeräte können die Eigenschaften von PAW vorteilhaft genutzt werden.
Die im Stand der Technik bekannten Systeme zur Erzeugung von Plasma-aktivierten Flüssigkeiten weisen jedoch oft eine hohe Komplexität auf und erlauben es darüber hinaus nicht, die Mischverhältnisse und die Dosierung einer Prozessflüssigkeit und eines Prozessgases einfach und zuverlässig einzustellen. Daraus resultiert, dass diese Systeme im Betrieb häufig instabil sind. Beispielsweise zeigt US 2004/0076543 A1 ein System, in dem Plasma-behandeltes Wasser verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, zumindest einen Nachteil des Stands der Technik zu überwinden. Eine weitere Aufgabe ist es, ein vorteilhaftes Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation anzugeben.
Die Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen der Erfindung.
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit vorgeschlagen, die eine erste flächige Elektrode und eine zweite flächige Elektrode aufweist, wobei die erste flächige Elektrode und die zweite flächige Elektrode durch einen Entladungsraum voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung weist ferner eine Spannungsquelle auf, die dazu ausgestaltet ist, zwischen der ersten flächigen Elektrode und der zweiten flächigen Elektrode eine Spannung anzulegen, so dass in dem Entladungsraum zwischen der ersten flächigen Elektrode und der zweiten flächigen Elektrode eine elektrische Entladung gezündet wird. Die Vorrichtung weist eine Flüssigkeitszufuhr auf, die dazu ausgestaltet ist, dem Entladungsraum eine Flüssigkeit derart zuzuführen, dass in dem Entladungsraum die Flüssigkeit einen Flüssigkeitsfilm bildet, der der elektrischen Entladung ausgesetzt ist, wenn in dem Entladungsraum die elektrische Entladung gezündet wird.
Der Flüssigkeitsfilm kann dabei auf einer der flächigen Elektroden oder auf einem in dem Entladungsraum angeordneten Körper ausgebildet werden. Als Flüssigkeitsfilm wird hier eine dünne zusammenhängende Schicht der Flüssigkeit bezeichnet, die die Oberfläche benetzt. Ein Flüssigkeitsfilm kann sich in seinen Fließeigenschaften von einer voluminösen Flüssigkeit unterscheiden. Eine Flüssigkeit kann dann als Flüssigkeitsfilm bezeichnet werden, wenn die Dicke der Flüssigkeit kleiner als 1 mm ist.
Bei der elektrischen Entladung in dem Entladungsraum werden in einem Gas in dem Entladungsraum Spezies aktiviert, beispielsweise Ozon, NOx und/oder Peroxide. Diese aktivierten Spezies können an den Flüssigkeitsfilm abgegeben werden, wodurch die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsfilm Plasma-aktiviert wird.
Für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit eignet sich ein Flüssigkeitsfilm besonders gut, da der Flüssigkeitsfilm im Vergleich einer voluminösen Flüssigkeit eine sehr große Oberfläche besitzt, die der elektrischen Entladung in dem Entladungsraum ausgesetzt ist. Bei einer elektrischen Entladung in dem Entladungsraum finden eine durch die Entladung induzierte Plasmachemie und eine Energieübertragung auf den Flüssigkeitsfilm auf einer großen Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes statt.
Bei einer elektrischen Entladung im Entladungsraum kann es an einer Grenzfläche zwischen dem Flüssigkeitsfilms und einem Gas zu einem Austausch von aktivierten Spezies kommen, die in dem Gas durch die elektrische Entladung erzeugt werden. Da der Flüssigkeitsfilm eine große Oberfläche aufweist, kann der Austausch der aktivierten Spezies mit einer hohen Austauschrate erfolgen. Eine hohe Austauschrate zwischen der aktivierten Spezies ist gleichbedeutend mit einer hohen Effizienz der Vorrichtung. Die Verwendung des Flüssigkeitsfilms ermöglicht es, in kurzer Zeit eine Plasma-aktivierte Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration an aktivierten Spezies zu erzeugen. Durch die geringe Dicke des Flüssigkeitsfilms ist eine diffusionslimitierte Austauschrate innerhalb der Flüssigkeit hoch und ein neues Gleichgewicht von aktiven Spezies kann sich in der Flüssigkeit schnell einstellen.
Die Verwendung eines Flüssigkeitsfilms in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, bei der die Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilms Plasma-aktiviert wird, ermöglicht es ferner, eine einfache Vorrichtung mit einem wenig komplexen Aufbau zu konstruieren. Durch eine entsprechende Einstellung der Flüssigkeitszufuhr und gegebenenfalls einer Flüssigkeitsabfuhr kann die Flüssigkeit auf einfache Weise dosiert werden. Analog kann über eine Einstellung einer Fließrate einer Gaszufuhr und einer Gasabfuhr das verwendete Gas dosiert werden. Somit lässt sich ein Mischverhältnis von Flüssigkeit und Gas in dem Entladungsraum gezielt steuern. Die Ausgangsstöchiometrie in dem Plasma-aktivierten Gas und in der Plasma-aktivierten Flüssigkeit lässt sich durch ein einfaches und robustes Dosiersystem leicht steuern. Durch eine Wahl einer Temperatur des Gesamtprozesses in dem Entladungsraum kann der Dampfdruck der Flüssigkeit in der Gasphase eingestellt werden und so in dem Entladungsraum die Zusammensetzung der unter Energiezufuhr entstehenden Spezies variiert werden. Die leicht regelbaren Parameter Temperatur, Fließrate der Flüssigkeit und Fließrate des Gases können es somit ermöglichen, die Plasma-Aktivierung der Flüssigkeit zu kontrollieren und die Art der generierten aktiverten Spezies zu steuern.
Eine Elektrode kann als „flächig“ bezeichnet werden, wenn sie dazu ausgestaltet ist, die elektrische Entladung an ihrer Oberfläche auszulösen. Eine flächige Elektrode kann eine im Wesentlichen zweidimensionale Fläche aufweisen, an der eine Spannung angelegt werden kann. Die flächige Elektrode kann planar sein und kann dementsprechend im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sein. Die flächige Elektrode kann jedoch auch eine Fläche haben, die nicht planar ist, sondern einen Oberfläche eines dreidimensionalen Körpers bildet, z.B. eine Oberfläche eines Zylinders. Eine flächige Elektrode weist eine Fläche auf, auf der der Flüssigkeitsfilm gebildet werden kann.
Vorzugsweise weist der Flüssigkeitsfilm eine Dicke von 0,2 mm oder weniger auf, vorzugsweise von 0,1 mm oder weniger. Die Dicke des Flüssigkeitsfilms kann zwischen 50 nm und 0,2 mm liegen, vorzugsweise zwischen 100 nm und 0,1 mm.
Bei einem Flüssigkeitsfilm, der eine Dicke von weniger als 50 nm aufweist, können sich leicht Öffnungen in dem Film bilden und der Flüssigkeitsfilm könnte eine der flächigen Elektroden oder einen anderen Körper nicht durchgängig bedecken, was zu einer ungleichmäßigen elektrischen Entladung führen könnte. Durch eine ungleichmäßige Entladung könnte die Vorrichtung beschädigt werden oder die Lebensdauer der Vorrichtung verkürzt werden. Dieses wird vorzugsweise durch einen Flüssigkeitsfilm mit einer Dicke von zumindest 50 nm vermieden.
Bei einem Flüssigkeitsfilm, der eine Dicke von 0,2 mm oder weniger aufweist, ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Flüssigkeitsfilms ausreichend groß, so dass ein Austausch von aktiven Spezies an der Grenzfläche des Flüssigkeitsfilms und des Gases im Entladungsraum mit hoher Effizienz erfolgt. Durch die geringe Dicke des Flüssigkeitsfilms von 0,2 mm oder weniger kann eine diffusionslimitierte Austauschrate innerhalb der Flüssigkeit hoch sein und ein neues Gleichgewicht von aktiven Spezies kann sich in der Flüssigkeit schnell einstellen.
Weist der Flüssigkeitsfilm eine Dicke in dem bevorzugten Bereich von 100 nm bis 0,1 mm auf, ist die Bildung von Öffnungen in dem Flüssigkeitsfilm selbst auf schlecht benetzbaren Untergründen ausgeschlossen und die Effizienz der Plasma-Aktivierung ist sehr hoch.
Die erste flächige Elektrode kann eine dielektrische Schicht aufweisen, die dem Entladungsraum zugewandt ist. Alternativ oder ergänzend kann die zweite flächige Elektrode eine dielektrische Schicht aufweisen, die dem Entladungsraum zugewandt ist. Weist zumindest eine der beiden flächigen Elektroden eine dielektrische Schicht auf, wird die elektrische Entladung als dielektrische Barriereentladung gezündet.
Die dielektrische Schicht kann dabei diejenige flächige Elektrode bedecken, auf der der Flüssigkeitsfilm angeordnet ist. Dadurch kann ein direkter Kontakt des Flüssigkeitsfilms mit einer leitfähigen Kontaktfläche der flächigen Elektrode vermieden werden. Alternativ oder ergänzend kann die dielektrische Schicht eine der flächigen Elektroden bedecken, auf der kein Flüssigkeitsfilm angeordnet ist. Dabei kann die dielektrische Schicht das Brennverhalten bei der elektrischen Entladung optimieren.
Die dielektrische Schicht der ersten flächigen Elektrode und/oder die dielektrische Schicht der zweiten flächigen Elektrode können porös und/oder rau sein. Poröse und raue Schichten zeichnen sich durch eine gute Benetzbarkeit mit einer Flüssigkeit aus. Insbesondere kann der Flüssigkeitsfilm auf der dielektrischen Schicht erzeugt werden. Durch die poröse oder raue Eigenschaft der Schicht kann sichergestellt werden, dass der Flüssigkeitsfilm auf der Schicht verbleibt, um mit Plasma aktiviert zu werden. Die Rauigkeit oder Porosität der Schicht sorgt dafür, dass die Elektrode eine gute Benetzbarkeit aufweist und erleichtert eine homogene Dosierung der Flüssigkeit und die Verteilung der Flüssigkeit zu einem durchgehenden Flüssigkeitsfilm. Durch die guten Benetzungseingenschaften einer rauen und/oder porösen Elektrode kann stets eine definierte Trennung von flüssiger Phase und Gasphase sichergestellt werden.
Die poröse Schicht kann kleine Hohlräume aufweisen. Eine Schicht kann hier als porös angesehen werden, sofern das Hohlraumvolumen der Schicht zumindest 5 % des Gesamtvolumens der Schicht beträgt, vorzugsweise 10 % des Gesamtvolumens, insbesondere 20 % des Gesamtvolumens. Eine Schicht wird als rau angesehen, wenn die Oberfläche der Schicht uneben ist. Dementsprechend kann die Oberfläche der Schicht mikroskopische Vertiefungen und mikroskopische Erhöhungen aufweisen, die die Oberfläche der Schicht vergrößern und die Bildung des Flüssigkeitsfilms erleichtern.
Die Flüssigkeitszufuhr kann dazu ausgestaltet sein, die Flüssigkeit derart in den Entladungsraum zuzuführen, dass die Flüssigkeit an einer Oberfläche der ersten flächigen Elektrode, die dem Entladungsraum zugewandt ist, den Flüssigkeitsfilm ausbildet. Vorzugsweise wird diese Oberfläche der ersten flächigen Elektrode von der dielektrischen Schicht gebildet. Dadurch, dass der Flüssigkeitsfilm auf der Elektrode ausgebildet wird, kann eine einfache und wenig komplexe Vorrichtung konstruiert werden, bei der eine große Oberfläche des Flüssigkeitsfilms der Entladung direkt ausgesetzt ist.
Die erste flächige Elektrode kann eine Transportschicht eines porösen Materials aufweisen. Die Transportschicht kann die Oberfläche der ersten flächigen Elektrode ausbilden, die dem Entladungsraum zugewandt ist. Dabei kann das poröse Material der Transportschicht dielektrisch sein. Die Flüssigkeit kann sich sowohl innerhalb der Transportschicht bewegen als auch an der Oberfläche der Transportschicht den Flüssigkeitsfilm ausbilden. Die Transportschicht weist eine hohe Porosität auf, sodass die Flüssigkeit innerhalb der Transportschicht durch Kapillarkräfte bewegt werden kann.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeitszufuhr dabei dazu ausgestaltet, eine Flüssigkeit der Transportschicht zuzuführen, sodass die Flüssigkeit durch die Transportschicht bewegt wird und den Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche der Transportschicht ausbildet. Die Verwendung einer derartigen Flüssigkeitszufuhr, die die Flüssigkeit nicht unmittelbar auf die Oberfläche der ersten Elektrode aufbringt, sondern diese in die Transportschicht einführt, ermöglicht eine besonders genaue Dosierung der Flüssigkeit. Über die Flüssigkeitszufuhr kann dabei laufend Flüssigkeit nachdosiert werden, sodass ein Flüssigkeitsfilm mit einer konstanten Dicke auf der Oberfläche der Transportschicht bestehen bleibt.
In dem Entladungsraum kann ein poröser Körper angeordnet sein, der von der ersten flächigen Elektrode und von der zweiten flächigen Elektrode jeweils durch ein Spalt getrennt ist. Die Flüssigkeitszufuhr kann dazu ausgestaltet sein, den Flüssigkeitsfilm auf einer Oberfläche des porösen Körpers zu erzeugen. Dementsprechend wird kein poröser Film auf den Elektroden selbst erzeugt. Der Flüssigkeitsfilm in dem Spalt zwischen der ersten Elektrode und dem Körper sowie ein Flüssigkeitsfilm in dem Spalt zwischen der zweiten Elektrode und dem Körper können jeweils Plasma-aktiviert werden. Durch die Verwendung des zusätzlichen porösen Körpers kann in diesem Ausführungsbeispiel somit in einem einzigen Entladungsraum eine größere Menge an Plasma-aktivierter Flüssigkeit erzeugt werden.
Die Vorrichtung kann eine Reaktionskammer aufweisen, in der der Entladungsraum angeordnet ist. Die Reaktionskammer kann eine Flüssigkeitsentnahme aufweisen, die zur Abgabe der Plasma-aktivierten Flüssigkeit ausgestaltet ist. Bei der Flüssigkeitsentnahme kann es sich beispielsweise um ein Ventil handeln. Die Flüssigkeitsentnahme kann es ermöglichen, in kontrollierter Weise Plasma-aktivierte Flüssigkeit aus der Reaktionskammer zu entnehmen.
Die Vorrichtung kann ein Flüssigkeitsreservoir aufweisen, das die Flüssigkeit enthält. Die Flüssigkeitszufuhr kann dazu ausgestaltet sein, die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir zu entnehmen und dem Entladungsraum zuzuführen, wobei die Vorrichtung einen Flüssigkeits-Rückführkanal aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit aus der Reaktionskammer in das Flüssigkeitsreservoir zurückzuführen. Die Flüssigkeit kann somit in einem Kreislauf verwendet werden und mehrfach aktiviert werden. Zudem kann in dem Flüssigkeitsreservoir Plasma-aktivierte Flüssigkeit angesammelt werden. Bei Plasma-aktivierten Flüssigkeiten können der Produktionsort und der Ort der Anwendung verschieden sein. Die Verwendung muss nicht unmittelbar nach der Herstellung erfolgen, sondern eine Lagerung und eine spätere Verwendung der aktivierten Flüssigkeit sind möglich. Plasma-aktivierte Flüssigkeiten behalten ihre antibakterielle Wirkung über einen Zeitraum von mehreren Monaten.
Die Vorrichtung kann ein Gasreservoir aufweisen, wobei eine Gaszufuhr dazu ausgestaltet ist, ein Gas aus dem Gasreservoir zu entnehmen und der Reaktionskammer zuzuführen. Die Vorrichtung kann dazu ausgestaltet sein, das Gas in dem Entladungsraum bei der elektrischen Entladung zu aktivieren. Das Gas kann zwischen dem Gasreservoir und der Reaktionskammer in einem Kreislauf geführt werden und dabei mehrfach aktiviert werden. In dem Gasreservoir kann auf diese Weise aktiviertes Gas angesammelt werden.
Die Reaktionskammer kann eine Gasentnahme aufweisen, die zur Abgabe des aktivierten Gases ausgestaltet ist. Das aktivierte Gas kann beispielsweise zur Reinigung oder Sterilisation verwendet werden.
Die Vorrichtung kann einen Rezirkulationskanal aufweisen, der dazu ausgestaltet ist, das aktivierte Gas aus der Reaktionskammer in das Gasreservoir zurückzuführen.
Das Flüssigkeitsreservoir und das Gasreservoir können miteinander verbunden sein und ein Ausgang des Rezirkulationskanals kann in dem Flüssigkeitsreservoir angeordnet sein, sodass am Ausgang des Rezirkulationskanals abgegebenes aktiviertes Gas durch die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir strömt. Beispielsweise kann das aktivierte Gas in Form von Blasen abgegeben werden. Bei dem Durchströmen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir kann das aktivierte Gas zumindest einen Teil seiner aktiven Spezies an die Flüssigkeit abgeben, die somit mit den aktiven Spezies angereichert wird.
Die erste flächige Elektrode und die zweite flächige Elektrode können planar oder zylindersymmetrisch sein. Ist die erste oder die zweite flächige Elektrode zylindersymmetrisch, so formt die jeweilige Elektrode eine Oberfläche eines Zylinders. Es kann sich dabei um eine innere oder eine äußere Oberfläche eines Hohlzylinders handeln.
Die Flüssigkeit kann in der Vorrichtung nur unter Nutzung der freien Konvektion bewegt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung auf aktive pumpende Elemente verzichten und die Flüssigkeit nur durch Kapillarkräfte und Gravitation bewegen. Somit kann die Vorrichtung energieeffizient arbeiten.
Wird der Flüssigkeitsfilm auf der ersten flächigen Elektrode oder auf der zweiten flächigen Elektrode erzeugt, kann der Flüssigkeitsfilm die jeweilige Elektrode kühlen. Eine Überhitzung des Entladungsraumes kann somit vermieden werden. Zusätzlich könnte die Flüssigkeit vor der Zuführung in den Entladungsraum mittels eines Kühlmechanismus gekühlt werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Gerät, das die oben beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung von einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit aufweist. Bei dem Gerät kann es sich um ein Haushaltsgerät, beispielsweise ein Bodenpflegegerät, einen Reinigungsroboter, eine Kaffeemaschine, eine Spülmaschine oder einen Trockner handeln. Alternativ kann es sich auch um andere Geräte handeln, zum Beispiel ein Gerät zur Wasseraufbereitung oder ein in der Biomedizin verwendetes medizinisches Gerät handeln.
Weitere Aspekte betreffen ein Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation. Bei diesem Verfahren kann mit der oben beschriebenen Vorrichtung eine Plasma-aktivierte Flüssigkeit und/oder ein Plasma-aktiviertes Gas erzeugt werden, wobei die Flüssigkeit und/oder das Gas zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet werden.
Im Folgenden sind vorteilhafte Aspekte beschrieben. Um eine Referenzierung zu erleichtern sind die Aspekte durchnummeriert. Merkmale der Aspekte sind nicht nur in Kombination mit dem speziellen Aspekt, auf den sie sich beziehen, sondern auch separat betrachtet relevant.

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, aufweisend:
- eine erste flächige Elektrode und eine zweite flächige Elektrode, wobei die erste flächige Elektrode und die zweite flächige Elektrode durch einen Entladungsraum voneinander getrennt sind,
- eine Spannungsquelle, die dazu ausgestaltet ist, zwischen der ersten flächigen Elektrode und der zweiten flächigen Elektrode eine Spannung anzulegen, so dass in dem Entladungsraum zwischen der ersten flächigen Elektrode und der zweiten flächigen Elektrode eine elektrische Entladung gezündet wird, und
- eine Flüssigkeitszufuhr, die dazu ausgestaltet ist, dem Entladungsraum eine Flüssigkeit derart zuzuführen, dass die Flüssigkeit in dem Entladungsraum einen Flüssigkeitsfilm bildet, der der elektrischen Entladung ausgesetzt ist, wenn in dem Entladungsraum die elektrische Entladung gezündet wird.
2. Vorrichtung gemäß Aspekt 1, wobei die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsfilm durch die elektrische Entladung Plasma-aktiviert wird.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei der Flüssigkeitsfilm eine Dicke zwischen 50 nm und 0,2 mm aufweist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die erste flächige Elektrode eine dielektrische Schicht aufweist, die dem Entladungsraum zugewandt ist, und/oder wobei zweite flächige Elektrode eine dielektrische Schicht aufweist, die dem Entladungsraum zugewandt ist.
5. Vorrichtung gemäß dem vorherigen Aspekt, wobei die dielektrische Schicht der ersten flächigen Elektrode porös und/oder rau ist, und/oder wobei die dielektrische Schicht der zweiten flächigen Elektrode porös und/oder rau ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Flüssigkeitszufuhr dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit derart in den Entladungsraum zuzuführen, dass die Flüssigkeit an einer Oberfläche der ersten flächigen Elektrode, die dem Entladungsraum zugewandt ist, den Flüssigkeitsfilm ausbildet.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die erste flächige Elektrode eine Transportschicht eines porösen Materials aufweist, die die Oberfläche der ersten flächigen Elektrode ausbildet, die dem Entladungsraum zugewandt ist.
8. Vorrichtung gemäß dem vorherigen Aspekt, wobei die Flüssigkeitszufuhr dazu ausgestaltet ist, eine Flüssigkeit der Transportschicht zuzuführen, so dass die Flüssigkeit durch die Transportschicht bewegt wird und den Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche der ersten flächigen Elektrode ausbildet.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei in dem Entladungsraum ein poröser Körper angeordnet ist, der von der ersten flächigen Elektrode und von der zweiten flächigen Elektrode jeweils durch einen Spalt getrennt ist, wobei die Flüssigkeitszufuhr dazu ausgestaltet ist, den Flüssigkeitsfilm auf einer Oberfläche des porösen Körpers zu erzeugen.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Vorrichtung eine Reaktionskammer aufweist, in der der Entladungsraum angeordnet ist, wobei die Reaktionskammer eine Flüssigkeitsentnahme aufweist, die zur Abgabe einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit ausgestaltet ist.
11. Vorrichtung gemäß dem vorherigen Aspekt, wobei die Vorrichtung ein Flüssigkeitsreservoir aufweist, das die Flüssigkeit enthält, wobei die Flüssigkeitszufuhr dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir zu entnehmen und die Flüssigkeit dem Entladungsraum zuzuführen, wobei die Vorrichtung einen Rückführkanal aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit aus der Reaktionskammer in das Flüssigkeitsreservoir zurückzuführen.
12. Vorrichtung gemäß Aspekt 10 oder Aspekt 11, wobei die Vorrichtung ein Gasreservoir aufweist, wobei eine Gaszufuhr dazu ausgestaltet ist, ein Gas aus dem Gasreservoir zu entnehmen und das Gas der Reaktionskammer zuzuführen, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Gas in dem Entladungsraum bei der elektrischen Entladung zu aktivieren.
13. Vorrichtung gemäß Aspekt 12, wobei die Vorrichtung einen Rezirkulationskanal aufweist, der dazu ausgestaltet ist, das Plasma-aktivierte Gas aus der Reaktionskammer in das Gasreservoir zurückzuführen.
14. Vorrichtung gemäß den Aspekten 11 und 13, wobei das Flüssigkeitsreservoir und das Gasreservoir miteinander verbunden sind und ein Ausgang des Rezirkulationskanals in dem Flüssigkeitsreservoir angeordnet ist, so dass am Ausgang des Rezirkulationskanals abgegebenes Plasma-aktiviertes Gas durch die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir strömt.
15. Vorrichtung gemäß einem der Aspekte 10 bis 14, wobei die Reaktionskammer eine Gasentnahme (10) aufweist, die zur Abgabe eines Plasma-aktivierten Gases ausgestaltet ist.
16. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die erste flächige Elektrode planar oder zylindersymmetrisch ist, und/oder wobei die zweite flächige Elektrode planar oder zylindersymmetrisch ist.
17. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei die Vorrichtung keine aktiv pumpenden Elemente aufweist und die Flüssigkeit in der Vorrichtung nur durch Kappilarkräfte und Gravitation bewegt wird.
18. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Aspekte, wobei der Flüssigkeitsfilm die erste flächige Elektrode und/oder die zweite flächige Elektrode kühlt.
19. Gerät aufweisend eine Vorrichtung gemäß einem der Aspekte 1 bis 18.
20. Gerät gemäß Aspekt 19, wobei es sich bei dem Gerät um ein Haushaltsgerät, beispielsweise ein Bodenpflegegerät, einen Reinigungsroboter, eine Kaffeemaschine, eine Spülmaschine oder einen Trockner, handelt oder wobei es sich bei dem Gerät um ein Gerät zur Wasseraufbereitung oder ein medizinisches Gerät handelt.
21. Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation, bei dem mit einer Vorrichtung gemäß einem der Aspekte 1 bis 18 eine Plasma-aktivierte Flüssigkeit erzeugt wird und bei dem die Plasma-aktivierte Flüssigkeit zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet wird.
22. Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation, bei dem mit einer Vorrichtung gemäß einem der Aspekte 1 bis 18 ein aktiviertes Gas erzeugt wird und bei dem das aktivierte Gas zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet wird.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren erläutert.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit. Die Vorrichtung weist eine erste flächige Elektrode 1 und eine zweite flächige Elektrode 2 auf. Die beiden flächigen Elektroden sind durch einen Entladungsraum 3 voneinander getrennt.
Ferner weist die Vorrichtung eine Spannungsquelle 4 auf, die mit der ersten flächigen Elektrode 1 und mit der zweiten flächigen Elektrode 2 verbunden ist. Die Spannungsquelle 4 ist dazu ausgestaltet, zwischen den beiden flächigen Elektroden 1, 2 eine Spannung anzulegen. Bei der Spannung kann es sich um eine Wechselspannung oder um eine gepulste Spannung handeln. Wird von der Spannungsquelle 4 eine Spannung zwischen den beiden flächigen Elektroden 1, 2 angelegt, entsteht in dem Entladungsraum 3 zwischen den beiden flächigen Elektroden 1, 2 ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke zur Zündung einer elektrischen Entladung ausreicht.
Die Vorrichtung weist eine Flüssigkeitszufuhr 5 auf, die dem Entladungsraum 3 eine Flüssigkeit zuführt. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser oder um eine andere Prozessflüssigkeit handeln. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Flüssigkeit von der Flüssigkeitszufuhr 5 auf ein erstes Ende einer Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1 aufgebracht. Die Flüssigkeit fließt an der Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1 entlang und bildet dabei auf der Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1 einen Flüssigkeitsfilm 7.
An einem zweiten Ende der Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1, das dem ersten Ende gegenüberliegt, weist die Vorrichtung eine Flüssigkeitsentnahme 8 auf. An der Flüssigkeitsentnahme 8 kann die Flüssigkeit von der ersten flächigen Elektrode 1 entnommen werden. Zwischen der Flüssigkeitszufuhr 5 und der Flüssigkeitsentnahme 8 fließt die Flüssigkeit als Flüssigkeitsfilm 7 durch den Entladungsraum 3. In dem Entladungsraum 3 wird die Flüssigkeit der elektrischen Entladung ausgesetzt und dadurch Plasma-aktiviert.
Die erste flächige Elektrode 1 weist eine leitfähige Kontaktfläche 1a und eine dielektrische Schicht 1b auf. Bei der leitfähigen Kontaktfläche 1a kann es sich um eine Metallfläche handeln. Die leitfähige Kontaktfläche 1a ist mit der Spannungsquelle 4 verbunden, wobei von der Spannungsquelle 4 ein elektrisches Potential an die leitfähige Kontaktfläche 1a angelegt werden kann.
Die dielektrische Schicht 1b bedeckt die leitfähige Kontaktfläche 1a derart, dass die dielektrische Schicht die Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1 ausbildet, die zu dem Entladungsraum 3 weist. Der Flüssigkeitsfilm 7 bildet sich an der Oberfläche 6 der dielektrischen Schicht. Bei der elektrischen Entladung wirkt die dielektrische Schicht 1b als Barriere, so dass die elektrische Entladung als dielektrische Barriereentladung (DBD) gezündet wird.
Die dielektrische Schicht 1b ist vorzugsweise rau und/oder porös. Eine raue und/oder poröse Schicht zeichnet sich durch eine gute Benetzbarkeit mit der Flüssigkeit aus. Durch die raue und/oder poröse Ausgestaltung der dielektrischen Schicht 1b wird sichergestellt, dass der Flüssigkeitsfilm 7 auf der dielektrischen Schicht ausgebildet werden kann und die dielektrische Schicht mit der Flüssigkeit benetzt bleibt.
Die zweite flächige Elektrode 2 weist eine leitfähige Kontaktfläche 2a auf, die mit der Spannungsquelle 4 verbunden ist. Die leitfähige Kontaktfläche 2a der zweiten flächigen Elektrode 2 ist nicht von einer dielektrischen Schicht bedeckt.
Die Vorrichtung weist ferner eine Gaszufuhr 9 und eine Gasentnahme 10 auf. Ein Gas wird von der Gaszufuhr 9 in den Entladungsraum 3 eingeführt und von der Gasentnahme 10 aus dem Entladungsraum 3 abgezogen. Dabei kann eine Fließrichtung des Gases von der Gaszufuhr zur Gasentnahme entgegengesetzt zu einer Fließrichtung der Flüssigkeit von der Flüssigkeitszufuhr 5 zur Flüssigkeitsentnahme 8 sein. Bei dem Gas kann es sich um Luft oder ein anderes Prozessgas handeln.
Durch die elektrische Entladung in dem Entladungsraum 3 werden in dem Gas in dem Entladungsraum 3 chemische Spezies, z.B. Ozon, NOx oder Peroxiden, erzeugt. Die Grenzfläche des Flüssigkeitsfilms 7 ist in Kontakt mit dem Gas und nimmt aus einer Gasphase des Gases an der Grenzfläche erzeugte Spezies auf. Das Gas wird durch die elektrische Entladung mit den erzeugten Spezies angereichter und kann zusätzlich durch den Austausch mit dem Flüssigkeitsfilm Dampf aufnehmen, zum Beispiel Wasserdampf.
Die Flüssigkeit des mit den chemischen Spezies angereicherten Flüssigkeitsfilms 7 wird somit zu einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit. Das Gas wird ebenfalls mit den chemischen Spezies sowie mit Wasserdampf angereichert und ist somit ebenfalls Plasma-aktiviert. Die Vorrichtung erzeugt somit eine Plasam-aktivierte Flüssigkeit und ein Plasma-aktiviertes Gas.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung der Plasma-aktivierten Flüssigkeit.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die erste flächige Elektrode 1 eine leitfähige Kontaktfläche 1a, einen Fluidverteiler 11 und eine poröse Transportschicht 12 auf, die übereinander gestapelt sind, wobei die poröse Transportschicht 12 die Oberfläche 6 der erste flächigen Elektrode 1 ausbildet, die dem Entladungsraum 3 zugewandt ist.
Der Fluidverteiler 11 ist mit der Flüssigkeitszufuhr 5 verbunden. Die Flüssigkeitszufuhr 5 gibt die Flüssigkeit an den Fluidverteiler 11, der über den die Flüssigkeit der porösen Transportschicht 12 zugeführt wird. Bei dem Fluidverteiler 11 kann es sich um ein Volumen handeln, das von der Flüssigkeitszufuhr 5 mit Flüssigkeit gefüllt wird. In seiner einfachsten Ausgestaltung kann der Fluidverteiler 11 somit ein Gefäß sein. In alternativen Ausführungsformen kann der Fluidverteiler 11 ein strukturiertes Volumen sein, das beispielsweise eine mäanderförmige oder kanalförmige Verteilerstruktur aufweist.
Die poröse Transportstruktur 12 saugt die Flüssigkeit durch Kappilarkräfte aus dem Fluidverteiler 11. In der porösen Transportschicht 12 wird die Flüssigkeit durch Kappilarkräfte durch die Transportschicht 12 hindurch bewegt und zu einem Flüssigkeitsfilm 7 an der Oberfläche der porösen Transportschicht 12 ausgebreitet. Über den Fluidverteiler 11 kann die Flüssigkeit dabei stetig nachdosiert werden. Der Flüssigkeitsfilm 7 an der Oberfläche 6 der porösen Transportstruktur ist der elektrischen Entladung im Entladungsraum 2 ausgesetzt. Dadurch wird der Flüssigkeitsfilm 7, wie in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, Plasma-aktiviert.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite flächige Elektrode 2 mit einer dielektrischen Schicht 2b beschichtet. Die dielektrische Schicht 2b bildet dabei eine dielektrische Barriere gegenüber dem Entladungsraum 3, so dass die elektrische Entladung als dielektrische Barriereentladung gezündet wird. Die Flüssigkeit des an der Oberfläche 6 der ersten flächigen Elektrode 1 ausgebildeten Flüssigkeitsfilm 7 wird durch die dielektrische Barriereentladung aktiviert und kann als aktivierte Flüssigkeit an der Flüssigkeitsentnahme entnommen werden. Die Flüssigkeit kann insbesondere durch die Gravitationskraft von der Oberfläche der ersten flächigen Elektrode 1 zu der Flüssigkeitsentnahme 8 gelangen.
Die Flüssigkeit in dem Fluidverteiler 11 befindet sich zwischen der leitfähigen Kontaktfläche 1a der ersten flächigen Elektrode 1 und der zweiten flächigen Elektrode. Somit befindet sich die Flüssigkeit in dem Fluidverteiler 11 bei einer elektrischen Entladung in einem Strompfad. Damit die elektrische Entladung durch die Flüssigkeit nicht negativ beeinflusst wird, ist es erforderlich, dass die Flüssigkeit eine gewisse Leitfähigkeit besitzt.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung. Das dritte Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels, bei der die Position der ersten flächigen Elektrode verändert wurde.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die erste flächige Elektrode zwischen dem Fluidverteiler 11 und der Transportschicht 12 angeordnet. Die erste flächige Elektrode weist dabei Öffnungen auf, durch die die Flüssigkeit von dem Fluidverteiler 11 zu der porösen Transportschicht 12 gelangt.
Die Flüssigkeit in dem Fluidverteiler 11 ist in dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer elektrischen Entladung nicht in dem Strompfad angeordnet. Dementsprechend gibt es in dem dritten Ausführungsbeispiel keine Einschränkung hinsichtlich der verwendbaren Flüssigkeit.
4 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Flüssigkeit und das Gas jeweils in einem Kreislauf geführt werden. Ein weiterer Unterschied des vierten Ausführungsbeispiels von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Flüssigkeitsfilm 7 nicht auf einer Oberfläche einer der beiden flächigen Elektroden 1, 2 ausgebildet wird, sondern auf einem porösen Körper 13, der in dem Entladungsraum 3 angeordnet ist und der jeweils durch einen Spalt 14 von der ersten flächigen Elektrode 1 und von der zweiten flächigen Elektrode 2 getrennt ist.
Beide Unterschiede sind getrennt voneinander zu betrachten und können jeweils einzeln auch bei alternativen Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele aus 1, 2 oder 3 vorgesehen sein. Insbesondere könnte der Flüssigkeitsfilm 7 auf dem porösen Körper 13 im Entladungsraum 3 ausgebildet werden, ohne dass das Gas und/oder die Flüssigkeit in einem Kreislauf geführt wird. Alternativ könnte das Gas und/oder die Flüssigkeit in einem Kreislauf geführt werden und der Flüssigkeitsfilm 7 könnte auf einer Oberfläche einer der beiden flächigen Elektroden 1, 2 ausgebildet werden.
Die in 4 gezeigte Vorrichtung weist eine Reaktionskammer 15 auf. In der Reaktionskammer 15 sind die erste und die zweite flächige Elektrode 1, 2 angeordnet. Der Entladungsraum 3 zwischen den beiden Elektroden 1, 2 ist ebenfalls in der Reaktionskammer 15 angeordnet. In dem Entladungsraum 3 ist der poröse Körper 13 angeordnet. Die Flüssigkeitszufuhr 5 trägt die Flüssigkeit auf den porösen Körper 13 auf. Dazu kann der poröse Körper 13 beispielsweise mit der Flüssigkeit betröpfelt werden. Alternativ könnte die Flüssigkeitszufuhr 5 einen Schlauch aufweisen, dessen Auslass entweder an dem porösen Körper 13 anliegt oder von dem porösen Körper 13 umschlossen ist.
Die Flüssigkeit wird durch Kappilarkräfte durch den porösen Körper 13 hindurch und an der Oberfläche des porösen Körpers 13 entlang bewegt und bildet auf der Oberfläche des porösen Körpers 13 den Flüssigkeitsfilm 7. Die elektrische Entladung wird nunmehr in dem Spalt 14 zwischen der ersten flächigen Elektrode 1 und dem porösen Körper 13 sowie in dem Spalt 14 zwischen der zweiten flächigen Elektrode 2 und dem porösen Körper 13 gezündet. Durch die elektrische Entladung in dem Entladungsraum 3 werden in dem Gas chemische Spezies, z.B. Ozon, NOx oder Peroxiden, erzeugt. An der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkeitsfilm und dem Gas kommt es zu dem Austausch von chemischen Spezies und von Wasserdampf. Dabei wird der Flüssigkeitsfilm mit den chemischen Spezies aktiviert. Das Gas wird ebenfalls mit den chemischen Spezies sowie mit Wasserdampf angereichert.
Der Flüssigkeitsfilm 7 fließt entlang der Oberfläche des porösen Körpers 13 und tropft aufgrund der Gravität in einen unter dem porösen Körper 13 angeordneten Sammelbehälter 16, in dem Plasma-aktivierte Flüssigkeit gesammelt wird.
Die Reaktionskammer 15 ist gas- und flüssigkeitsdicht, um den unkontrollierten Austritt von Plasma-aktiviertem Gas, insbesondere von Ozon, zu vermeiden. Die Reaktionskammer 15 weist jedoch die im Folgenden beschriebenen Ein- und Auslässe für Gas und Flüssigkeit auf. Die Reaktionskammer 15 weist die Flüssigkeitsentnahme 8 auf, über die Plasma-aktivierte Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 16 entnommen werden kann. Die entnommene Flüssigkeit kann für einen gewünschten Zweck weiter verwendet werden, beispielsweise zur Reinigung, Sterilisation, Aktivierung usw. Die Reaktionskammer 15 weist die Gasentnahme 10 auf, über die das aktivierte Gas aus der Reaktionskammer 15 entnommen werden kann. Auch das aktivierte Gas kann zur Reinigung, Sterilisation, Aktivierung oder ähnlichen Zwecken verwendet werden.
Die in 4 gezeigte Vorrichtung weist ferner ein Flüssigkeitsreservoir 17 und ein Gasreservoir 18 auf. Dabei können das Gasreservoir 18 und das Flüssigkeitsreservoir 17 miteinander verbunden sein und beispielsweise in einem einzigen Behälter ausgebildet sein.
Die Vorrichtung weist einen Flüssigkeits-Rückführkanal 19 auf, über den Plasma-aktivierte Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 15 entnommen werden kann und dem Flüssigkeitsreservoir 17 zugeführt werden kann. Die Flüssigkeit kann dementsprechend in einem Kreislauf bewegt werden, wobei die Flüssigkeit zunächst aus dem Flüssigkeitsreservoir 17 von der Flüssigkeitszufuhr 5 entnommen wird und dem porösen Körper 13 zugeführt wird. Nach der Plasmaaktivierung im Entladungsraum 3 gelangt die Flüssigkeit in den Sammelbehälter 15 und wird anschließend entweder an der Flüssigkeitsentnahme 8 entnommen und verwendet oder über den Flüssigkeits-Rückführkanal 19 dem Flüssigkeitsreservoir 17 zugeführt. Auf diese Weise kann Plasma-aktivierte Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir 17 angesammelt werden.
Über einen Rezirkulationskanal 20 kann Gas aus der Reaktionskammer 15 entnommen werden und dem Gasreservoir 18 zugeführt werden. Dabei kann ein Auslass 21 des Rezirkulationskanals 20 in dem Flüssigkeitsreservoir 17 angeordnet sein. Das Gas, das aus dem Entladungsraum 3 in das Gasreservoir 18 zurückgeführt wird, durchströmt dementsprechend zunächst das Flüssigkeitsreservoir 17. Beispielsweise kann der Auslass 21 des Rezirkulationskanals 20 einen Bläschenbilder aufweisen, der dafür sorgt, dass das zurückgeführte Gas in Form von Bläschen durch die Flüssigkeit aufsteigt. Dabei geht zumindest ein Teil der aktiven Spezies aus dem zurückgeführten Gas in Lösung und reichert die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir 17 an.
Das Gas wird in einem Kreislauf geführt. Das Gas befindet sich zunächst in dem Gasreservoir 18 und wird von der Gaszufuhr 9 aus diesem entnommen und dem Entladungsraum 3 zugeführt. In dem Entladungsraum 3 wird das Gas durch die elektrische Entladung aktiviert. Anschließend wird das Gas entweder an der Gasentnahme 10 entnommen oder aus dem Entladungsraum 3 über den Rezirkulationskanal 10 zu dem Gasreservoir 18 zurückgeführt.
Die Steuerung des Flüssigkeitskreislaufs und des Gaskreislaufs können dabei mittels Elementen vorgenommen werden, deren Funktionsweise durch Differenzdrücke gesteuert wird, insbesondere mittels Pumpen, Ventilen und Drosseln.
Das Gasreservoir 18 und das Flüssigkeitsreservoir 17 können jeweils mit einem Nachdosiermechanismus 17a, 18a ausgestattet sein. Über den Nachdosiermechanismus 17a kann neue, frische Flüssigkeit dem Flüssigkeitsreservoir zugeführt werden. Über den Nachdosiermechanismus 18a kann neues, frisches Gas dem Gasreservoir 18 zugeführt werden. Auf diese Weise können die Entnahme von Flüssigkeit über die Flüssigkeitsentnahme 8 sowie die Entnahme von Gas über die Gasentnahme 10 ausgeglichen werden.
Über die Nachdosiermechanismen 17a, 18a kann die chemische Zusammensetzung der zirkulierenden Flüssigkeiten und Gase eingestellt werden. Dabei kann ein Mengenverhältnis zwischen frischem, nicht aktivierten Gas und aktiviertem Gas in gewünschter Weise eingestellt werden. Auch ein Mengenverhältnis zwischen frischer, nicht aktivierter Flüssigkeit und aktivierter Flüssigkeit kann eingestellt werden.
In dem Behälter kann ferner eine Pumpe angeordnet sein, die dafür sorgt, dass die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir 17 zirkuliert.
5 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. In dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel sind die flächigen Elektroden 1, 2 jeweils im Wesentlichen zweidimensionale Flächen, die sich in einer Ebene erstrecken. In dem fünften Ausführungsbeispiel sind die erste flächige Elektrode 1 und die zweite flächige Elektrode 2 jeweils zu einer Zylinderform gekrümmt. Die erste flächige Elektrode 1 bildet dabei einen inneren Zylinder und die zweite flächige Elektrode bildet einen äußeren Zylinder, wobei die beiden Zylinder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der äußere Zylinder umschließt den inneren Zylinder.
Der Entladungsraum 3 ist in einem Hohlraum zwischen dem von der ersten flächigen Elektrode 1 gebildeten Zylinder und dem von der zweiten flächigen Elektrode 2 gebildeten Zylinder angeordnet. Der Entladungsraum 3 ist dabei ringförmig oder hülsenförmig.
Das fünfte Ausführungsbeispiel basiert dabei auf dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Flüssigkeitsfilm 7 wird auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 1b erzeugt, die dem Entladungsraum 3 zugewandt ist, wie in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Dadurch, dass die beide flächigen Elektroden 1, 2 jeweils zu dreidimensionalen Zylindern gekrümmt sind, wird die für den Flüssigkeitsfilm zur Verfügung stehende Fläche vergrößert und es kann eine größere Menge einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit erzeugt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die zweite flächige Elektrode 2 den inneren Zylinder bilden und die erste flächige Elektrode 1 kann den äußeren Zylinder bilden.
Ferner können die erste flächige Elektrode 1 und die zweite flächige Elektrode 2 auch bei dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel jeweils zu einer Zylinderform gekrümmt sein. Dabei kann entweder die erste flächige Elektrode 1 den inneren Zylinder und die zweite flächige Elektrode 2 den äußeren Zylinder bilden. Alternativ kann die erste flächige Elektrode 1 den äußeren Zylinder und die zweite flächige Elektrode 2 den inneren Zylinder bilden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist der poröse Körper 13 in dieser alternativen Ausführungsform ringförmig. Der ringförmige poröse Körper 13 ist dabei in dem ringförmigen Entladungsraum 3 zwischen der ersten flächigen Elektrode 1, die einen Zylinder bildet, und der zweiten flächigen Elektrode 2, die ebenfalls einen Zylinder bildet, angeordnet.
Die mit der Vorrichtung gemäß einem der hier gezeigten Ausführungsbeispiele erzeugte Plasma-aktivierte Flüssigkeit kann für verschiedene Anwendungen genützt werden. Die Flüssigkeit kann beispielsweise in einem Behälter gespeichert werden und als regeneratives Putzmittel genutzt werden. Die Flüssigkeit behält dabei ihre zur Reinigung und Sterilisation vorteilhaften Eigenschaften über mehrere Monate.
Die Flüssigkeit kann in eine Sprühflasche eingefüllt werden und zur Verwendung versprüht werden. Ein Schwamm kann mit der Flüssigkeit getränkt werden und die Flüssigkeit kann über den Schwamm auf einer zu behandelnden Fläche aufgebracht werden. Ferner kann die Flüssigkeit in einem Dosierspender oder in einem Lappen verwendet werden. Die Flüssigkeit kann in einer trockenen oder feuchten Kammer zur Reinigung, Pflege oder Sterilisation von Gegenständen verwendet werden, beispielsweise in einem Geschirrreiniger, zur Sterilisation eines Mund-Nase-Schutzes oder einer Zahnspange.
Die Vorrichtung kann in eine Vielzahl von Haushaltsgeräten integriert werden, in denen die Plasma-aktivierte Flüssigkeit zur Reinigung, Sterilisation oder Aktivierung genutzt werden kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung in einem Bodenpflegegerät, einem Reinigungsroboter oder einer Kaffeemaschine zur Reinigung oder Entkalkung verwendet werden. Die Vorrichtung könnte in eine Spülmaschine, eine Waschmaschine oder einem Trockner integriert werden, so dass die vorteilhaften Eigenschaften der Plasma-aktivierten Flüssigkeit und des Plasma-aktivierten Gases genutzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: erste flächige Elektrode
1a: leitfähige Kontaktfläche
1b: dielektrische Schicht
2: zweite flächige Elektrode
2a: leitfähige Kontaktfläche
2b: dielektrische Schicht
3: Entladungsraum
4: Spannungsquelle
5: Flüssigkeitszufuhr
6: Oberfläche der ersten flächigen Elektrode
7: Flüssigkeitsfilm
8: Flüssigkeitsentnahme
9: Gaszufuhr
10: Gasentnahme
11: Fluidverteiler
12: Transportschicht
13: poröser Körper
14: Spalt
15: Reaktionskammer
16: Sammelbehälter
17: Flüssigkeitsreservoir
17a: Nachdosiermechanismus
18: Gasreservoir
18a: Nachdosiermechanismus
19: Flüssigkeits-Rückführkanal
20: Rezirkulationskanal
21: Auslass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0076543 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit, aufweisend: eine erste flächige Elektrode (1) und eine zweite flächige Elektrode (2), wobei die erste flächige Elektrode (1) und die zweite flächige Elektrode (2) durch einen Entladungsraum (3) voneinander getrennt sind, eine Spannungsquelle (4), die dazu ausgestaltet ist, zwischen der ersten flächigen Elektrode (1) und der zweiten flächigen Elektrode (2) eine Spannung anzulegen, so dass in dem Entladungsraum (3) zwischen der ersten flächigen Elektrode (1) und der zweiten flächigen Elektrode (2) eine elektrische Entladung gezündet wird, und eine Flüssigkeitszufuhr (5), die dazu ausgestaltet ist, dem Entladungsraum (3) eine Flüssigkeit derart zuzuführen, dass die Flüssigkeit in dem Entladungsraum (3) einen Flüssigkeitsfilm (7) bildet, der der elektrischen Entladung ausgesetzt ist, wenn in dem Entladungsraum (3) die elektrische Entladung gezündet wird, wobei in dem Entladungsraum (3) ein poröser Körper (13) angeordnet ist, der von der ersten flächigen Elektrode (1) und von der zweiten flächigen Elektrode (2) jeweils durch einen Spalt (14) getrennt ist, wobei die Flüssigkeitszufuhr (5) dazu ausgestaltet ist, den Flüssigkeitsfilm (7) auf einer Oberfläche des porösen Körpers (13) zu erzeugen, die der ersten flächigen Elektrode (1) zugewandt ist, und einen weiteren Flüssigkeitsfilm (7) auf einer Oberfläche des porösen Körpers (13) zu erzeugen, die der zweiten flächigen Elektrode (2) zugewandt ist, wobei auf der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) kein Flüssigkeitsfilm erzeugt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsfilm (7) durch die elektrische Entladung Plasma-aktiviert wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsfilm (7) eine Dicke zwischen 50 nm und 0,2 mm aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste flächige Elektrode (1) eine dielektrische Schicht (1b) aufweist, die dem Entladungsraum (3) zugewandt ist, und/oder wobei zweite flächige Elektrode (2) eine dielektrische Schicht (2b) aufweist, die dem Entladungsraum (3) zugewandt ist.
Vorrichtung gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die dielektrische Schicht (1b) der ersten flächigen Elektrode (1) porös und/oder rau ist, und/oder wobei die dielektrische Schicht (2b) der zweiten flächigen Elektrode (2) porös und/oder rau ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste flächige Elektrode (1) eine Transportschicht (12) eines porösen Materials aufweist, die die Oberfläche (6) der ersten flächigen Elektrode (1) ausbildet, die dem Entladungsraum (3) zugewandt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Reaktionskammer (15) aufweist, in der der Entladungsraum (3) angeordnet ist, wobei die Reaktionskammer (15) eine Flüssigkeitsentnahme (8) aufweist, die zur Abgabe einer Plasma-aktivierten Flüssigkeit ausgestaltet ist.
Vorrichtung gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Vorrichtung ein Flüssigkeitsreservoir (17) aufweist, das die Flüssigkeit enthält, wobei die Flüssigkeitszufuhr (5) dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir (17) zu entnehmen und die Flüssigkeit dem Entladungsraum (3) zuzuführen, wobei die Vorrichtung einen Rückführkanal (19) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, die Flüssigkeit aus der Reaktionskammer (15) in das Flüssigkeitsreservoir (17) zurückzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ein Gasreservoir (18) aufweist, wobei eine Gaszufuhr (9) dazu ausgestaltet ist, ein Gas aus dem Gasreservoir (18) zu entnehmen und das Gas der Reaktionskammer (15) zuzuführen, wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, das Gas in dem Entladungsraum (3) bei der elektrischen Entladung zu aktivieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Vorrichtung einen Rezirkulationskanal (20) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, das Plasma-aktivierte Gas aus der Reaktionskammer (15) in das Gasreservoir (18) zurückzuführen.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 und 10, wobei das Flüssigkeitsreservoir (17) und das Gasreservoir (18) miteinander verbunden sind und ein Ausgang (21) des Rezirkulationskanals (20) in dem Flüssigkeitsreservoir (17) angeordnet ist, so dass am Ausgang (21) des Rezirkulationskanals (20) abgegebenes Plasma-aktiviertes Gas durch die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir (17) strömt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Reaktionskammer (15) eine Gasentnahme (10) aufweist, die zur Abgabe eines Plasma-aktivierten Gases ausgestaltet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste flächige Elektrode (1) planar oder zylindersymmetrisch ist, und/oder wobei die zweite flächige Elektrode (2) planar oder zylindersymmetrisch ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung keine aktiv pumpenden Elemente aufweist und die Flüssigkeit in der Vorrichtung nur durch Kappilarkräfte und Gravitation bewegt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsfilm (7) die erste flächige Elektrode (1) und/oder die zweite flächige Elektrode (2) kühlt.
Gerät aufweisend eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
Gerät gemäß Anspruch 16, wobei es sich bei dem Gerät um ein Haushaltsgerät, beispielsweise ein Bodenpflegegerät, einen Reinigungsroboter, eine Kaffeemaschine, eine Spülmaschine oder einen Trockner, handelt oder wobei es sich bei dem Gerät um ein Gerät zur Wasseraufbereitung oder ein medizinisches Gerät handelt.
Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation, bei dem mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 eine Plasma-aktivierte Flüssigkeit erzeugt wird und bei dem die Plasma-aktivierte Flüssigkeit zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet wird.
Verfahren zur Reinigung und/oder Sterilisation, bei dem mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ein aktiviertes Gas erzeugt wird und bei dem das aktivierte Gas zur Reinigung und/oder Sterilisation verwendet wird.