DE4106980A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von wasserstoffperoxyd - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd und insbesondere auf Erzeugungsverfahren und -vorrichtungen von Wasserstoff- Peroxydgas und wäßriger Lösung von Wasserstoffperoxyd zur Anwendung bei einem Resistpolieren zur Präzisionsreinigung von Flächen, zum Ätzen und zur Oberflächen-Um- oder Aus­ bildung in Prozessen zur Herstellung von Halbleiter- und Elektronikvorrichtungen.

Es ist bestens bekannt, Wasserstoffperoxyd mit Hilfe einer elektrischen Entladung in einem substantiellen Gas, das Sauer­ stoff und Wasserstoff enthält, zu erzeugen. Wird Wasserstoff­ peroxyd mittels einer elektrischen Entladung produziert, so ist es notwendig, eine Explosion des substantiellen Gases zu verhindern. Demzufolge soll die Konzentration des im substan­ tiellen Gas enthaltenen Sauerstoffs auf die Explosionsgrenze beschränkt werden. In herkömmlichen Fällen wird die US-PS 18 90 793 als ein druckschriftliches Beispiel herausgestellt, das eine Sauerstoffkonzentration empfiehlt. Diese Patent­ schrift schlägt einen Wert von 3% als die Sauerstoffkonzen­ tration im substantiellen Gas oder Gasmaterial vor. Auch wird der unterste Grenzwert der Sauerstoffkonzentration mit Bezug auf die Verbrennung von einem Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas im allgemeinen mit 4-6% angesehen, obwohl das von den Kon­ struktionen der Verbrennungsvorrichtungen u. dgl. abhängt. Wenn die Sauerstoffkonzentration nahe diesem Wert verwirklicht wird, so wird angenommen, daß auf Grund einer recht geringen Fehlfunktion im Gasmaterial-Zufuhrsystem eine Entzündung oder Explosion auftreten kann. Deshalb soll die Sauerstoffkonzentra­ tion im Gasmaterial auf einen niedrigen Wert in einem Bereich, der keine Nachteile in der Produktion von Wasserstoffperoxyd hervorruft, begrenzt werden.

In "Silent Discharge and Chemical Reaction (III) (MUSEI HODEN TO KAGAKU HANNOU)" DENKI KAGAKU, Vol. 25, S. 100 wird von einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffper­ oxyd durch dunkle Entladung in Gasmaterial, das Sauerstoff und Wasserstoff enthält, berichtet. Diese Vorrichtung ist schematisch in der beigefügten Fig. 1 dargestellt. Hiernach wird ein Sauerstoff und Wasserstoff enthaltendes Gas von einer Quelle 51 eines substantiellen Gases einem Teil zwischen Elek­ troden 53 und 54 in einer dunklen Entladungskammer 52 zuge­ führt. Von einer Energiequelle 56 wird an die beiden Elektro­ den 53 und 54 in der dunklen Entladungskammer 52 eine hohe Wechselspannung angelegt, um zwischen den Elektroden eine dunk­ le Entladung hervorzurufen. Die dunkle Entladung bewirkt eine Dissoziierung von Wasserstoffmolekülen auf Grund einer Kolli­ sion von Elektronen, um Wasserstoffatome zu erzeugen. Diese Wasserstoffatome reagieren mit Sauerstoffmolekülen, so daß Wasserstoffperoxyd und Wasser als ein Nebenprodukt erzeugt werden. Das Wasserstoffperoxyd und Wasser werden von der dunk­ len Entladungskammer 52 abgezogen.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung zum Aufbau einer her­ kömmlichen Entladungskammer 52, wie sie bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird. Hiernach ist eine rohrförmige Hoch­ spannungselektrode 59 in enger Berührung mit der Innenfläche einer Glasröhre 60, die ein Dielektrikum ist, vorgesehen. Außerhalb der Glasröhre 60 befindet sich eine rohrförmige, erdseitige Elektrode 58, die einen größeren Radius gegenüber demjenigen der Glasröhre besitzt. Eine rohrförmige Metallkam­ mer 61, die außerhalb der erdseitigen Elektrode 58 angeordnet ist, ist einstückig mit der Elektrode 58 ausgebildet. Durch Umwälzen von Kühlwasser zwischen der Metallkammer 61 und der Elektrode 58 wird die letztgenannte gekühlt.

Die Arbeitsweise der o. a. Vorrichtung wird im folgenden be­ schrieben. Ein Sauerstoff und Wasserstoff enthaltendes Gas wird von der Gaszufuhrquelle 51 zwischen die beiden Elektro­ den in der dunklen Entladungskammer 52 geleitet. Das Anlegen einer hohen Wechselspannung von der Energiequelle 56 an die beiden Elektroden 58 und 59 in der elektrischen Entladungskam­ mer 52 bewirkt eine elektrische Entladung in der Elektroden­ röhre. Bei einer Dissoziation von Wasserstoffmolekülen auf Grund einer Kollision von Elektronen in der elektrischen Entla­ dungskammer 52 werden Wasserstoffatome erzeugt. Als Ergebnis einer Reaktion der Wasserstoffatome und Sauerstoffmoleküle wird Wasserstoffperoxyd produziert. Gleichzeitig wird Wasser­ dampf in einer der Menge des Wasserstoffperoxids gleichen oder geringeren Menge ebenfalls erzeugt. Das Wasserstoffperoxyd und der Wasserdampf, die auf diese Weise produziert werden, werden zusammen mit dem Wasserstoff und Sauerstoff von der dunklen Entladungskammer 52 abgezogen. Wenn Wasserstoffperoxyd in Form einer wäßrigen Lösung verwendet wird, können ein gro­ ßer Teil des Wasserstoffperoxyds und ein Teil des Wassers durch Kühlen des von der dunklen Entladungskammer 52 abgezoge­ nen Gasgemischs mit beispielsweise einem Kondensator konden­ siert und getrennt werden. Die abgetrennte Flüssigkeit wird als eine wäßrige Wasserstoffperoxydlösung verwendet. Das Inne­ re des (nicht dargestellten) Kondensators wird beispielsweise als ein Doppelrohr ausgestaltet, wobei ein Gasgemisch zwischen dem Innen- sowie Außenrohr durchgeführt und Kühlsole im inne­ ren Rohr geführt wird. Durch Kühlen des Mischgases werden ein großer Teil des Wasserstoffperoxyds und ein Teil des Wasser­ dampfes im Mischgas kondensiert und getrennt.

Ein Mischgas aus Sauer- und Wasserstoff ist als ein typisches Beispiel eines Gases, dem eine Explosionsgefahr anhaftet, be­ kannt. In einem Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas wird der Be­ reich einer Sauerstoffkonzentration mit der Gefahr einer Ex­ plosion durch eine Reihe von Faktoren beeinflußt, wie eine Übertragungsrichtung von Hitze, einem Gasdruck und weiteren Fakto­ ren. In einer Literaturstelle (ANZEN KOGAKU, Vol. 1, No. 2, Seiten 100-108) ist jedoch angegeben, daß beispielsweise die Sauerstoffkonzentration annähernd 4-94 Vol.-% beträgt. Demzufolge wird die Sauerstoffkonzentration in einem Gasmate­ rial auf etwa 4% oder weniger begrenzt, um die Gefahr einer Explosion und Zündung sowie einer erheblichen Verminderung einer Ausbeute an Wasserstoffperoxyd auf Grund von Ozon, wel­ ches hauptsächlich erzeugt wird, wenn die Sauerstoffkonzentra­ tion hoch wird, zu verhindern. Die Ergebnisse einer Komponen­ tenanalyse des von einer elektrischen Entladungskammer abge­ führten Gases durch die Erfinder zeigten, daß dann, wenn der Sauerstoff zuerst zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aufge­ braucht wird und letztlich am Ort der elektrischen Entladung kein Sauerstoff vorhanden ist, die Produktion von Wasserstoff­ peroxyd abnimmt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und schließlich bei Null anlangt. Deshalb soll, wenn eine herkömmliche Vor­ richtung verwendet wird, die bei der elektrischen Entladung zugeführte Energiemenge derart begrenzt werden, daß die Sau­ erstoffkonzentration im substantiellen Gas sich nicht vermin­ dert. Andererseits wird eine große Menge an Wasserstoff, der für die Reaktion nicht verwendet wird, aus dem System nutzlos abgeführt. Wird ein Mischgas, das 3% an Sauerstoff und 97% an Wasserstoff enthält, als substantielles Gasmaterial verwen­ det, muß die letztliche Sauerstoffkonzentration bei 1,3% oder darüber gehalten werden, um eine hohe Ausbeute an Wasserstoff­ peroxyd zu erhalten. Da in diesem Fall der Ausnutzungsfaktor von Sauerstoff so hoch wie 56% ist, beträgt der Ausnutzungs­ faktor des Wasserstoffs, der eine Hauptkomponente des Gasmate­ rials ist, lediglich 1,4%. Demzufolge steigen die Kosten des Gasmaterials bei der Herstellung von Wasserstoffperoxyd weiter an. Auch wird die Energiezufuhr begrenzt, um eine Verminde­ rung in der Sauerstoffkonzentration im substantiellen Gas, was die Produktionsleistung des Wasserstoffperoxyds durch elek­ trische Entladung herabsetzt, zu verhindern, so daß eine sehr hohe Konzentration von Wasserstoffperoxyd nicht erlangt wer­ den kann.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd, in dem ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird, wie oben beschrieben wurde, ist es notwendig, die Sauerstoffkonzentration im Gasmaterial auf einen Bereich einzugrenzen, der keinen Nachteil in der Produk­ tion von Wasserstoffperoxyd bewirkt, und auch die Menge an nutzlosem Sauerstoff so weit wie möglich herabzusetzen, um eine Explosion zu unterbinden und eine gefahrlose Reaktion zu bewirken. Nichtsdestoweniger sind keine druckschriftlichen Beispiele bekannt, die aus diesem Gesichtspunkt heraus geeig­ nete Sauerstoffkonzentrationen empfehlen.

Die oben beschriebene herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd hat eine Reihe von Nachteilen ein­ schließlich derjenigen, daß der Ausnutzungsfaktor von substan­ tiellem Wasserstoff niedrig ist und Wasserstoffperoxyd einer hohen Konzentration nicht erlangt werden kann. Diese Nachtei­ le sind auf die Tatsache zurückzuführen, daß die in einen Ent­ ladungsraum eingeführte Sauerstoffkonzentration wegen einer Gefahr einer Explosion sowie einer Entzündung beschränkt ist.

Bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasser­ stoffperoxyd haben bei einer Kollision von Elektronen gegen eine Elektrode in einem elektrischen Entladungsraum produzier­ te Verunreinigungspartikel das erzeugte Wasserstoffperoxydgas kontaminiert. Hierbei wird üblicherweise das Gasmaterial von einem Gaszylinder her zugeführt. Obgleich für das in einen Gaszylinder eingeführte Gas gilt, daß seine Reinheit in ausrei­ chender Weise kontrolliert wird, kann ein kontaminierendes Eindringen von Partikeln eines Metalloxyds in das Gas von einer Fläche im Gaszylinder häufig auftreten. Werden die Verunreini­ gungspartikel in einem Endprodukt kondensiert, so kann im Zuge der Verwendung des Produkts ein großes Problem auftreten.

In einer herkömmlichen dunklen Entladungsvorrichtung hat in gleicher Weise eine Gefahr bestanden, daß ein erzeugtes Wasser­ stoffperoxydgas oder eine abgeschiedene Wasserstoffperoxyd­ lösung durch Oxyde und Ionen von eine Metallelektrode bilden­ den Bauteilen verschmutzt wird. Derartige Verunreinigungen können ein Grund dafür sein, daß eine fehlerhafte Struktur in einem Verfahren zur Herstellung von hoch integrierten Halbleitervorrichtungen gebildet wird. Auch können die Ver­ unreinigungen eine Herabsetzung in der Produktionsleistung in Herstellungsvorrichtungen bewirken. Andererseits ist ein Kühlen einer elektrischen Entladungskammer von höchster Wich­ tigkeit, um leistungsfähig Wasserstoffperoxyd zu produzieren. Da in einer herkömmlichen Vorrichtung lediglich eine Elektro­ de auf einer Erdungsseite gekühlt worden ist, kann nicht erwar­ tet werden, daß der Ertrag an Wasserstoffperoxyd weiter ge­ steigert werden kann.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Wasser­ stoffperoxyd wurden keine Maßnahmen gegen eine Radikalspezies, die durch eine elektrische Entladung erzeugt und mit dem Fluß des Gasmaterials transportiert wird, um mit den die Her­ stellungsvorrichtungen bildenden Materialien zu reagieren, ergriffen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem man imstande ist, Wasserstoffperoxyd sicher und lei­ stungsfähig unter Verhinderung einer Explosion zu produzieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd zu schaffen, die mit Sicherheit eine Steigerung im Ausnutzungsfaktor des substantiellen Wasserstoffs zuläßt und auch Wasserstoffper­ oxyd von relativ hoher Konzentration zu produzieren ermöglicht.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd zu schaffen, die imstande ist, eine Verunreinigungskontaminierung, die in die erzeugte Wasser­ stoffperoxydlösung eingeht, zu verhindern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist in der Schaffung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd zu sehen, durch die der Ausnutzungsfaktor von substantiellem Gas durch Rückführen oder Rezirkulieren von Gasmaterial gesteigert wird.

Darüber hinaus zielt die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd ab, durch die dieses mittels einer elektrischen Entladung mit höherer Leistungsfähigkeit produziert wird.

Darüber hinaus ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, wonach Wasserstoffperoxyd gewonnen werden kann, nachdem eine durch eine elektrische Entladung erzeugte Radi­ kalspezies in ausreichender Weise reduziert ist.

Ferner ist ein Ziel der Erfindung in einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd zu sehen, die imstande ist, erzeugtes Wasserstoffperoxyd wirksam und sicher zu einer wäß­ rigen Lösung für eine Abscheidung zu kondensieren.

Des weiteren soll gemäß der Erfindung eine Vorrichtung ge­ schaffen werden, die sicher ein bei der Herstellung von Was­ serstoffperoxyd erzeugtes Abgas abzuführen ermöglicht.

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfah­ ren zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd angegeben, das die Schritte des Mischens eines Wasserstoff und eines Sauerstoff enthaltenden Gases, so daß die Konzentration des Sauerstoffs nicht geringer als 0,5% sowie geringer als 3% ist, und des Produzierens von Wasserstoffperoxyd, indem das Mischgas einer elektrischen Entladung unterworfen wird, umfaßt. Durch Fest­ setzen der Sauerstoffkonzentration im Gasmaterial in einem Bereich nicht kleiner als 0,5% und kleiner als 3% kann ein unwirtschaftlicher Verbrauch von Sauerstoff in einer Reaktion zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd verhindert werden. Da ferner die Sauerstoffkonzentration auf einen niedrigen Wert in diesem Bereich begrenzt ist, der kein Problem bei der Erzeu­ gung von Wasserstoffperoxyd hervorruft, kann dieses sicher ohne die Gefahr einer Explosion produziert werden.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vor­ richtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasmaterial geschaf­ fen, die eine erste elektrische Entladungskammer, welche mit dem substantiellen Gas zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus diesem Gas mittels elektrischer Entladung versorgt wird, und eine zweite Entladungskammer, welche mit dem von der ersten Entladungskammer abgeführten Gas zur Erzeugung von Wasserstoff­ peroxyd durch eine elektrische Entladung beliefert wird, sowie eine Sauerstoff zuführende Vorrichtung, um Sauerstoff in das von der ersten Entladungskammer abgeführte Gas einzubringen und dieses in die zweite Entladungskammer einzuführen, um­ faßt. Die Vorrichtung kann einen Sauerstoffühler, der die Sau­ erstoffkonzentration in dem von der ersten Entladungskammer abgezogenen Gas ermittelt, und eine Reglervorrichtung, um eine Zufuhrmenge an Sauerstoff von der Sauerstoff-Zufuhr­ vorrichtung gemäß der Information des Sauerstoffühlers einzu­ regeln, enthalten. Bei dieser Vorrichtung wird Sauerstoff dem Wasserstoffperoxyd enthaltenden, von der ersten Entladungs­ kammer abgeführten Gas, das in die zweite Entladungskammer eingebracht wird, zugeführt, und dann wird Wasserstoffperoxyd weiter durch eine elektrische Entladung in der zweiten Entla­ dungskammer produziert. Ein Teil des Wasserstoffs, der durch die erste Entladung nicht verbraucht wurde, reagiert mit zuge­ führtem Sauerstoff in der zweiten Entladungskammer. Auf diese Weise wird der als Roh- oder Ausgangsmaterial zugeführte Was­ serstoff wirksam genutzt. Da Wasserstoffperoxyd, das bei meh­ reren Malen einer Entladung erzeugt wurde, angesammelt wird, kann die Konzentration des letztlich erhaltenen Wasser­ stoffperoxyds hoch sein.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasmaterial geschaffen, die eine mit dem Gasmaterial zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus diesem Material durch elektrische Entladung versorgte Entla­ dungskammer, einen Separator zur Trennung von Wasserstoffper­ oxyd und Wasser aus dem von der Entladungskammer abgeführten Gas, eine Rückführvorrichtung, um das vom Separator abgezoge­ ne Gas einer Rezirkulation zur Entladungskammer zu unterwer­ fen, eine Wasserstoff-Zufuhrvorrichtung, die Wasserstoff dem wiedergewonnenen, vom Separator der Entladungskammer durch die Rezirkulationsvorrichtung zurückgeführten Gas zufügt, und eine Sauerstoff-Zufuhrvorrichtung, die Sauerstoff in das wie­ dergewonnene, vom Separator durch die Rezirkulationsvorrich­ tung zur Entladungskammer zurückgeführte Gas einspeist, um faßt. Diese Vorrichtung kann ferner einen Sauerstoffühler, um eine Sauerstoffkonzentration des wiedergewonnenen Gases zu ermitteln, einen Druckfühler, um einen Druck des wiederge­ wonnenen Gases festzustellen, und einen oder mehrere Regler, um eine Menge an von durch die Wasserstoff-Zufuhrvorrichtung zugeführtem Wasserstoff und eine Menge an von der Sauerstoff- Zufuhrvorrichtung zugeführtem Sauerstoff in Übereinstimmung mit der Information vom Sauerstoff- und Druckfühler zu regeln, enthalten.

Ferner kann die Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffper­ oxyd gemäß der Ausführungsform zum dritten Gesichtspunkt eine Wasserstoffperoxyd-Ermittlungseinrichtung, die eine Menge an durch den Separator abgeschiedenem Wasserstoffperoxyd ermit­ telt, und einen Regler, der die Menge des von der Wasserstoff- Zufuhrvorrichtung zugeführten Wasserstoffs sowie eine Menge des von der Sauerstoff-Zufuhrvorrichtung eingespeisten Sauer­ stoffs in Übereinstimmung mit der Information von der Wasser­ stoffperoxyd-Ermittlungseinrichtung regelt, enthalten. Die Was­ serstoffperoxyd-Ermittlungseinrichtung kann beispielsweise einen Füllstandsmesser, der die Menge an vom Separator abge­ schiedener, Wasserstoffperoxyd enthaltender Flüssigkeit be­ stimmt, und einen Ultraviolett-Absorptionsmesser, der die Kon­ zentration des Wasserstoffperoxyds in der Flüssigkeit be­ stimmt, umfassen. Die erwähnte Rezirkulationsvorrichtung kann auch mit einem Gas-Umwälzgebläse ausgestattet sein. Die­ se Vorrichtung kann leistungsfähig ein Gasmaterial verwenden, indem das vom Separator durch die Rückführvorrichtung nach einer Trennung von Wasserstoffperoxyd und Wasser durch den Separator abgeführte Gas rezirkuliert wird. Der Einsatz von weiteren Fühlern, um die Mengen an bei der Produktion von Wasserstoffper­ oxyd und Wasserdampf verbrauchtem Sauerstoff und Wasserstoff zu erfassen, und eines Reglers, der imstande ist, Sauerstoff und Wasserstoff in Übereinstimmung mit den erfaßten Mengen zuzuführen, er­ möglicht eine sichere und kontinuierliche Produktion von Was­ serstoffperoxyd durch elektrische Entladung in einem sub­ stantiellen Gas oder Gasmaterial, das ein vorbestimmtes Mi­ schungsverhältnis hat.

Ferner kann eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffper­ oxyd gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung mit einem Filter ausgestattet werden, um durch eine Entladung in der Entla­ dungskammer erzeugte Verunreinigungspartikel zu entfernen. Dieses Filter kann ein solches sein, das die Verunreinigungs­ partikel im wiedergewonnenen Gas beseitigt, und/oder ein sol­ ches Filter sein, das die Verunreinigungspartikel aus dem vom Separator abgeschiedenen Wasserstoffperoxyd entfernt. Durch diese Filtereinrichtungen wird verhindert, daß die ge­ nannten Verunreinigungspartikel Wasserstoffperoxyd oder eine wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxyd, die als ein Endpro­ dukt erzeugt werden, kontaminieren. Ein Gasfilter mit einem Bohrungs- oder Lochdurchmesser von 0,05-1,0 µm ist eines der am meisten anzustrebenden Filter. Ferner wird bevorzugt, daß ein solches Filter aus einem Harz gebildet wird, das nicht mit Wasserstoffperoxyd reagiert, weil ein Gas oder eine Lösung, die durch solch ein Filter treten, Wasserstoffperoxyd enthalten, wenngleich die Konzentration Veränderungen unter­ liegt.

Die Vorrichtung nach dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung kann mit einem Filter zur Entfernung von Verunreinigungsparti­ keln von der Wasserstoff-Zufuhrvorrichtung und mit einem Fil­ ter zur Beseitigung von Verunreinigungspartikeln von der Sau­ erstoff-Zufuhrvorrichtung ausgestattet sein. Diese Filter verhindern eine Kontaminierung des Umwälz- oder Rezirkula­ tionssystems, in welchem das Gasmaterial umläuft, durch Par­ tikel von der das substantielle Gas zuführenden Vorrichtung, beispielsweise Partikel von im Gas enthaltenen Metall­ oxyden.

Andererseits kann die erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrich­ tung nach dem dritten Aspekt ferner eine zweite Entladungs­ kammer, um im vom Separator abgeführten Gas enthaltenen Sauer­ stoff in Wasserumzuwandeln, und einen zweiten Separator, um das Wasser von dem aus der zweiten Entladungskammer abgezoge­ nen Gas abzutrennen, umfassen. Die mit der zweiten Entladungs­ kammer und dem zweiten Separator versehene Vorrichtung kann darüber hinaus eine Druckermittlungsvorrichtung, die einen Druck des von der zweiten Trennvorrichtung zur vorausgehenden Entladungskammer rückgeführten Gases ermittelt, und eine Reglervorrichtung, um die Wasserstoff-Zufuhrmenge von der Was­ serstoff-Zufuhrvorrichtung und die Sauerstoff-Zufuhrmenge von der Sauerstoff-Zufuhrvorrichtung zu regeln, enthalten. In die­ ser Vorrichtung wird der in der ersten Entladungskammer nicht zur Reaktion gebrachte Sauerstoff in der zweiten Entladungskam­ mer in Wasser umgewandelt und dann vom zweiten Separator als Wasser entfernt. Demzufolge ist, wenn Wasserstoff und Sauer­ stoff als das substantielle Gasmaterial verwendet werden, das vom zweiten Separator rezirkulierte Gas nahezu lediglich aus Wasserstoff gebildet. Durch Rückführen von Wasserstoff kann der Ausnutzungsfaktor von als Rohmaterial zugeführtem Wasser­ stoff weiter erhöht werden. Da gleichzeitig das wiedergewonne­ ne Gas nahezu nur Wasserstoff enthält, kann eine Information zur Regelung der dem wiedergewonnenen Gas zuzuführenden Mengen an Sauerstoff und Wasserstoff allein durch Bestimmen des Drucks des wiedergewonnenen Gases durch den Druckfühler erhal­ ten werden. Mittels des in Übereinstimmung mit der Information arbeitenden Reglers wird Sauerstoff-Wasserstoff-Mischgas mit einem geeigneten Konzentrationsverhältnis der Entladungskammer zugeführt. Dieses geeignete Mischungsverhältnis vermindert ferner die Gefahr einer Explosion und Entzündung bei der Pro­ duktion von Wasserstoffperoxyd.

Gemäß dem vierten Gesichtspunkt wird durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, um Wasserstoffperoxyd durch elektri­ sche Entladung aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden substantiellen Gas zu erzeugen, die ein Paar von Elektroden, um eine Entladung herbeizuführen, ein an entgegengesetzten Flächen des Paares von Elektroden jeweils vorgesehenes Dielek­ trikum, das Paar von Elektroden abdeckendes, wärmeleitfähi­ ges Harz und ein metallisches Kühlelement, das an dem wärme­ leitfähigen Harz vorgesehen ist, um das Elektrodenpaar zu küh­ len, enthält. Bei dieser Vorrichtung sind die entgegengesetz­ ten Flächen des Paares von Elektroden mit dem Dielektrikum abgedeckt, um in dem Entladungsraum die Elektroden nicht frei­ zulegen. Demzufolge wird verhindert, daß durch eine Entladung von den Elektroden Oxydpartikel deren Bestandteile und Metall­ ionen abgegeben werden. Die Elektroden werden durch das metal­ lische Kühlelement durch das wärmeleitfähige Harz hindurch gekühlt, und durch die Kühlung wird die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad in der Erzeugung von Wasserstoffperoxyd gesteigert. Eine Kühlung des metallischen Kühlelements durch Wasser oder ein Kühlmittel führt zu einer wirksamen Kühlung der Elektroden. Das zwischen das Kühlelement und die Elektro­ den eingefügte Harz verhindert, daß zwischen den Dielektrika strömendes Gas durch das Kühlelement und das Kühlmittel hin­ durch nach außen leckt, selbst wenn das Dielektrikum einen Bruch aufweist. Diese Vorrichtung kühlt die Elektroden mit Sicherheit in zuverlässiger Weise und führt zu einer wirksamen Produktion von Wasserstoffperoxyd.

Gemäß dem fünften Gesichtspunkt zeigt die Erfindung ein Verfah­ ren zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd durch eine Entladung in einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasmaterial auf, das die Schritte des Hervorrufens einer Entladung in dem substantiellen Gasmaterial und des Ruhen- oder Stehenlassens des der Entladung unterworfenen Gases für eine Zeit nicht län­ ger als eine ms, um die durch die Entladung erzeugte radikale Spezies zu inaktivieren, umfaßt. Das Herausziehen von Wasser­ stoffperoxyd nach dem Schritt des Stehenlassens des Gases, um die durch eine Entladung hervorgerufene radikale Spezies zu inaktivieren, verzögert oder schränkt eine Reaktion zwi­ schen dem die Vorrichtung zum Herausziehen des Wasserstoff­ peroxyds bildenden Material und der radikalen Spezies, um Ver­ unreinigungen zu produzieren, ein. Auch wird verhindert, daß in der radikalen Spezies entstehende Verunreinigungen das Was­ serstoffperoxyd oder eine wäßrige Lösung von Wasserstoffper­ oxyd kontaminieren.

Die Erfindung schafft nach ihrem sechsten Gesichtspunkt eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasmaterial mit einer Entladungskammer, die mit einem Gasmaterial zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus einem substantiellen Gas durch Entla­ dung versorgt wird, und einer Kondensationsröhre zum Kondensie­ ren von Wasserstoffperoxyd und Wasser aus einem von der Entla­ dungskammer abgezogenen Gas, wobei die Entladungskammer mit einer Harzschicht bedeckt ist, welche eine niedrige Reak­ tionsfähigkeit mit Bezug auf Wasserstoffperoxyd hat. Die Harz­ schicht kann im wesentlichen aus Tetrafluoräthylen bestehen. Die Kondensationsröhre wird durch das Bedecken mit der Harz­ schicht gegenüber einer Erosion durch Wasserstoffperoxyd ge­ schützt.

Gemäß dem siebenten Gesichtspunkt wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung geschaffen, um ein aus dem System nach einer Erzeu­ gung von Wasserstoffperoxyd durch Entladung aus einem Wasser­ stoff und Sauerstoff enthaltenden Mischgas abgeführtes Gas zu behandeln, die eine Mischkammer, um abgeführtes Gas und die Luft zu mischen, sowie eine Vorrichtung, um der Mischkam­ mer die Luft zuzuführen, umfaßt. Mit dieser Vorrichtung zur Behandlung des abgeführten Gases wird Wasserstoff, der einen großen Teil des abgeführten Gases ausmacht, unmittel­ bar mit Luft auf eine Konzentration verdünnt, die keine Ge­ fahr einer Explosion einschließt. Auf diese Weise wird die Explosionsgefahr, die für das abgeführte Gas bestehen mag, auf einfache Weise beseitigt.

Die Aufgaben wie auch weitere Ziele und die Merkmale, Gesichts­ punkte sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vor­ richtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd;

Fig. 2 einen Längsschnitt zum Aufbau einer in Fig. 1 darge­ stellten Entladungskammer;

Fig. 3 ein Diagramm zur Beziehung zwischen einer Änderung in den Konzentrationen von Wasserstoffperoxyd, Sauer­ stoff sowie Wasserstoff und einer elektrischen Ent­ ladungsleistung im Fall der Herstellung von Wasser­ stoffperoxyd mit einer hierzu vorgesehenen herkömmli­ chen Vorrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Konzentration von aus einem Gasmate­ rial, das verschiedene Sauerstoffkonzentrationen be­ sitzt, als das Ergebnis von Experimenten und Simula­ tionen hergestellten Wasserstoffperoxyds;

Fig. 5 ein Diagramm, das das Verhältnis von Wasserstoffper­ oxyd mit Bezug auf die abnehmende Sauerstoffkonzen­ tration (H₂O₂)/Δ (O₂) und mit Bezug auf die Sauer­ stoffkonzentration (O₂), die anfangs in einem Gasmate­ rial vorhanden ist, als das Ergebnis von Simulationen darstellt;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffper­ oxyd nach dem zweiten erfindungsgemäßen Gesichts­ punkt;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer verbesserten Vor­ richtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd nach dem zweiten erfindungsgemäßen Gesichtspunkt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd nach dem dritten erfindungsgemäßen Gesichtspunkt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd mit einer Ein­ richtung zur Bestimmung der Mengen von zuzuführendem Sauerstoff und Wasserstoff nach Messen der Menge an abgetrenntem Wasserstoffperoxyd nach dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einem Filter, um Verunreinigungspartikel in einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffper­ oxyd nach dem dritten erfindungsgemäßen Gesichtspunkt zurückzuhalten;

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren, ein Filter aufweisenden Ausführungsform bei der Vorrich­ tung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einem Filter, um Verunreinigungspartikel von einer Gasquelle bei der Vorrichtung nach dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung zurückzuhalten;

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, bei welcher das Rezirkulationssystem des weiteren eine zweite Entladungskammer und einen zweiten Separator bei der Vorrichtung nach dem dritten Gesichtspunkt nach der Erfindung umfaßt;

Fig. 14 einen Längsschnitt eines einer Entladung dienenden Bauteils in einer Ausführungsform nach dem vierten Gesichtspunkt der Erfindung;

Fig. 15 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer Entladungskammer der Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd in der fünften Ausführungs­ form gemäß der Erfindung;

Fig. 16 einen Längsschnitt eines speziellen Beispiels für eine Kondensationsröhre der Vorrichtung zur Herstel­ lung von Wasserstoffperoxyd in der sechsten Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 17 eine schematische Darstellung eines besonderen Bei­ spiels einer Vorrichtung zur Behandlung von abgeführ­ tem Gas in Übereinstimmung mit dem siebenten Ge­ sichtspunkt der Erfindung.

Zum ersten Gesichtspunkt haben die Erfinder in ihren Experi­ menten zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd mittels elektri­ scher Entladung und in ihren Reaktionssimulierungen zur Er­ zeugung von Wasserstoffperoxyd in einem Wassertoff-Sauerstoff- Mischgas angestrebt, Bedingungen für eine sichere und lei­ stungsfähige Produktion von Wasserstoffperoxyd herauszufin­ den.

Bei den Experimenten wurde eine dunkle Entladungsvorrichtung (Entladungsfläche = 435 cm², Spaltlänge = 0,19 cm) mit einem Paar von koaxialen, zylindrischen Glasröhren, die als Dielek­ trika dienten, verwendet. Als substantielles Gas wurde ein Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas eingesetzt. Das Mischgas ist durch eine elektrische Entladungsröhre mit einer Durchsatzmen­ ge von 6 l/min geführt worden. Die Frequenz der elektrischen Energiequelle lag in einem Bereich von 500-3000 Hz, und die elektrische Entladungsleistung lag in einem Bereich von 10-130 W. Der Bereich des Verhältnisses des elektrischen Entladungsstroms gegenüber der Durchsatzmenge (W/Q_N) betrug etwa 2-20 Wmin/l, was im Betrieb der Vorrichtung ein prak­ tischer Wert war. Die Temperatur des Wassers zur Kühlung der Elektroden wurde bei 300°K und der Gasdruck auf 1062 mbar gehalten.

In der Simulierung einer Reaktion wurden sechs Elektronenkolli­ sionsreaktionen und 49 chemische Reaktionen in dem Sauerstoff- Wasserstoffsystem in Betracht gezogen. Bei den chemischen Re­ aktionen wurden als chemische Spezies die folgenden einge­ schlossen: H₂O₂, H₂O, O₃, H, HO₂, HO, O(¹D), O(³P), O₂(a¹Δg), O₂(b¹Σg), H₂, O₂. Quoten- oder Mengengleichungen für die jeweilige chemische Spezies wurden gelöst.

Die Experimente und Reaktionssimulationen erbrachten die fol­ genden Ergebnisse.

Die Fig. 4 zeigt die Konzentration von mit Bezug auf die Sau­ erstoffkonzentration (O₂), die anfangs im Gasmaterial vorhan­ den ist, erzeugtem Wasserstoffperoxyd (H₂O₂) in vier Verhält­ nisstufen einer elektrischen Entladungsleistung gegenüber der Durchsatzmenge (W/Q_N). Die Punkte zeigen die Versuchser­ gebnisse, während die ausgezogenen Linien die Ergebnisse der Simulationen darstellen. Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß der Anstieg in der Konzentration von erzeugtem Wasserstoff­ peroxyd sanft oder schwach wird, wenn die Sauerstoffkonzentra­ tion bei etwa 0,5% oder mehr anlangt. Demzufolge hängt, wenn die Sauerstoffkonzentration nicht geringer als 0,5% ist, die Konzentration von produziertem Wasserstoffperoxyd nicht in hohem Maß von der Sauerstoffkonzentration im Gasmaterial ab, d. h., es ist zu erkennen, daß eine Zufuhr an Sauerstoff von annähernd 0,5% oder mehr erforderlich ist, um leistungs­ fähig Wasserstoffperoxyd herzustellen, daß jedoch die Lei­ stungsfähigkeit sich nicht erheblich ändert, selbst wenn mehr Sauerstoff zugeführt wird. Es scheint folglich, daß der Wert von im Stand der Technik empfohlenen 3% im Bereich der Sauer­ stoffkonzentration zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd hoch und auch nicht notwendigerweise ein geeigneter Wert im Hin­ blick auf eine sichere Produktion von Wasserstoffperoxyd ist.

Andererseits zeigten die Reaktionssimulierungen, daß Rohmate­ rial-Sauerstoff für eine Produktion von Wasserstoffperoxyd, Wasser sowie Ozon verbraucht wird und daß auch eine übermäßi­ ge Zufuhr von Sauerstoff einen Trend in Richtung auf eine Reaktion zur Erzeugung von Ozon bewirkt. Kein übermäßiger Sau­ erstoff resultiert in einer leistungsfähigen Erzeugung von Wasserstoffperoxyd und hat darüber hinaus eine sichere Produk­ tion von Wasserstoffperoxyd zum Ergebnis. Deshalb wurde die am meisten oder besten geeignete Sauerstoffkonzentration mit Blick auf einen Sauerstoffverbrauch bei Reaktionssimulierun­ gen untersucht.

Die Fig. 5 zeigt das Verhältnis der Wasserstoffperoxyd-Kon­ zentration mit Bezug auf eine abnehmende Sauerstoffkonzentra­ tion (H₂O₂)/Δ(O₂) hinsichtlich der Sauerstoffkonzentration in einem Ausgangsgasmaterial (O₂), d. h., sie zeigt, daß, je höher der Wert des Verhältnisses der Wasserstoffperoxyd- Konzentration mit Bezug auf die abnehmende Sauerstoffkon­ zentration ist, der Rohmaterial-Sauerstoff verbraucht wird, um Wasserstoffperoxyd leistungsfähiger zu produzieren. Wie der Fig. 5 klar zu entnehmen ist, verschiebt sich eine geeignete Sauerstoffkonzentration, wenn sich das Verhältnis der elektrischen Entladungsleistung gegenüber der Durchsatz­ menge (W/Q_N) erhöht, jedoch liegt sie in der Nachbarschaft von etwa 0,5-3%. Es wird gezeigt, daß die Sauerstoff­ konzentration im Rohmaterial in einen Bereich von annähernd 0,5-3% eingestellt werden soll, um Wasserstoffperoxyd lei­ stungsfähig herzustellen. Als Ergebnisse der Experimente wur­ de des weiteren deutlich festgestellt, daß die Arbeitsbedin­ gungen einer Sauerstoff-Konzentration von nicht weniger als 3% und des Verhältnisses der elektrischen Entladungsleistung gegenüber der Durchsatzmenge (W/Q_N) von nicht weniger als 20 Wmin/l bewirken, daß erzeugtes Wasserstoffperoxyd in der Vorrichtung kondensiert und auch einen sicheren Betrieb der Vorrichtung negativ beeinflußt.

Durch die Kondensation von Wasserstoffperoxyd an einer Seiten­ fläche des elektrischen Entladungsraumes besteht in hohem Maß die Neigung, Bedingungen oder Zustände hervorzurufen, die es schwierig machen, eine stabile elektrische Entladung aufrecht­ zuerhalten. Durch die Kondensation von Wasserstoffperoxyd im elektrischen Entladungsraum und an einer Rohr-Seitenfläche wird die Menge an für den nächsten Schritt zuzuführendem Wasserstoffperoxyd vermindert, so daß Schwierigkeiten im Pro­ zeß im nächsten Schritt hervorgerufen werden. Herkömmlicherwei­ se wurde die Temperatur des elektrischen Entladungsraumes häu­ fig angehoben, um die Kondensation zu unterbinden, jedoch zeigten die durch die Erfinder vorgenommenen Simulierungen, daß ein Temperaturanstieg im elektrischen Entladungsraum die Produktionsleistung an Wasserstoffperoxyd herabsetzt. Demzu­ folge wird bevorzugt, daß eine Reaktion unter Bedingungen einer Temperatur bewirkt wird, welche so nahe wie möglich an der Normaltemperatur liegt, was eine Kondensation nicht be­ wirkt. Auf der Grundlage der obigen Feststellungen ergibt sich, daß die für eine sichere Reaktion geeignete Sauerstoff­ konzentration geringer als 3% ist.

Wenn, wie gesagt wurde, die Sauerstoffkonzentration im Gas­ material auf den Bereich von oberhalb 0,5% und unterhalb von 3% festgesetzt wird, kann Wasserstoffperoxyd sicher und leistungsfähig produziert werden.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd nach dem zweiten Gesichts­ punkt gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Entladungskammern vorgesehen. Eine Quelle 1 eines sub­ stantiellen Gases ist mit einer ersten elektrischen Entladungs­ kammer 2a verbunden, die ihrerseits mit einer zweiten elektri­ schen Entladungskammer 2b Verbindung hat. Beide Entladungskam­ mern werden von einer Energiequelle 3 mit elektrischer Ener­ gie versorgt. Ein Sauerstoff-Gaszylinder 4 ist an eine Leitung für Gas zwischen der ersten und der zweiten elektri­ schen Entladungskammer 2a bzw. 2b angeschlossen.

Von der Gasmaterialquelle 1 wird ein Wasserstoff und Sauerstoff in einer Konzentration von etwa 4% oder darunter enthalten­ des substantielles Gas der ersten Entladungskammer 2a zuge­ führt, in welcher bei Anlegen einer hohen Wechselspannung von der Energiequelle 3 her eine dunkle Entladung zwischen einem Paar von Elektroden hervorgerufen wird. Wenn substantielles, Sauer- und Wasserstoff enthaltendes Gas dem Ort der dunklen Entladung zugeführt wird, werden Wasserstoffperoxyd und Wasser aus Sauerstoff und Wasserstoff als stabile Verbindungen er­ zeugt. Da eine übermäßige Energiezufuhr für eine elektrische Entladung die Wirksamkeit in der Herstellung von Wasserstoff­ peroxyd auf Grund des vollständigen Verbrauchs von Sauerstoff vermindert, wird vorzugsweise die Energiezufuhr so beschränkt, daß eine kleine Menge an Sauerstoff übrig bleibt. Ein Sauer­ stoff enthaltendes Gas wird vom Sauerstoff-Gaszylinder 4 dem Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf, Wasserstoff und die geringe Menge an Sauerstoff enthaltenden, aus der ersten Entladungskam­ mer 2 abgeführten Gas zugeführt. Die Zufuhrmenge wird so einge­ regelt, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Gas nach dem Mischen auf einer vorher festgesetzten Konzentration unter 4% in einem sicheren Bereich gehalten wird. Das Sauerstoff mit einer erhöhten Konzentration, Wasserstoff, Wasserstoffper­ oxyd und Wasserdampf enthaltende Gas wird zur zweiten Entla­ dungskammer 2b geleitet. In gleichartiger Weise zum Fall der ersten Entladungskammer 2a werden weiter Wasserstoffperoxyd und Wasserdampf durch eine dunkle Entladung zwischen Elektro­ den, denen eine hohe Wechselspannung von der Energiequelle 3 angelegt wird, erzeugt. Das auf diese Weise Wasserstoffper­ oxyd mit einer erhöhten Konzentration enthaltende Gas wird von der zweiten Entladungskammer 2b abgezogen und zu einer Verwendungsstelle geleitet.

Die obere Grenze der hier angegebenen Sauerstoffkonzentration, d. h. 4%, ändert sich selbstverständlich in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen. Wenn die elektrische Entladung unter einem Druck, der niedriger als der Atmosphärendruck ist, her­ vorgerufen wird, so ist insbesondere die Sauerstoffkonzentra­ tion an der Explosionsgrenze höher als 4%, weshalb folglich bei einer Herstellung von Wasserstoffperoxyd unter einem Druck, der geringer als der Atmosphärendruck ist, die Sauerstoff­ konzentration mit über 4% liegend festgesetzt werden kann.

Die Menge an vom Sauerstoff-Gaszylinder 4 zugeführtem Gas muß so eingestellt werden, daß die Sauerstoffkonzentration im Mischgas nicht auf 4% ansteigt oder diesen Wert überschrei­ tet, um die Gefahr einer Explosion oder Entzündung zu unterbin­ den. Wenn jedoch die Sauerstoffkonzentration viel niedriger als die vorher festgesetzte Konzentration ist, so wird, weil der Sauerstoff in der zweiten Entladungskammer völlig verbraucht wird, die Produktionsleistung an Wasserstoffperoxyd vermin­ dert. Folglich muß erwünschterweise eine niedrige Sauerstoff­ konzentration vermieden werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform kann eine Methode zur Abschätzung einer verminderten Menge der Sauerstoffkonzen­ tration von der Energiezufuhr und einem Zuführen von Sauer­ stoff einer fehlenden Menge einbezogen werden. Die Methode kann jedoch nicht auf die Schwankung im Sauerstoffverbrauch mit Änderungen in den elektrischen Entladungs- und den Küh­ lungsbedingungen ansprechen, so daß es bei der obigen Ausfüh­ rungsform schwierig ist, die Menge für die Sauerstoffzufuhr präzis festzusetzen. Die im folgenden beschriebene Ausführungs­ form hat eine Einrichtung zur Sauerstoffzufuhr, die die Schwan­ kung im Sauerstoffverbrauch bewältigen kann. Die Fig. 7 zeigt schematisch eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd nach dem zweiten Gesichtspunkt der Erfin­ dung. Auch diese Vorrichtung umfaßt wie die Vorrichtung von Fig. 6 eine Quelle 1 eines substantiellen Gases, eine erste sowie zweite elektrische Entladungskammer 2a bzw. 2b und einen Sauerstoff-Gaszylinder 4. Zwischen der ersten und zweiten Ent­ ladungskammer 2a bzw. 2b ist ein Sauerstoff-Konzentrationsfüh­ ler 6 angeordnet, für welchen beispielsweise ein Halbleiter­ fühler der Feldeffekt-Bauart zum Einsatz kommen kann.

Ein Regler 7, der einen Mikrocomputer mit 8 Bits einschließt, ist mit dem Sauerstoff-Konzentrationsfühler 6 verbunden. In einem Zufuhrrohr 4′ des Sauerstoff-Gaszylinders 4 befindet sich ein Durchsatzmengen-Regelventil 5, dessen Auf-/Zu-Zustand durch den Regler 7 gesteuert wird.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist mit Ausnahme derjeni­ gen der Sauerstoff zuführenden Einrichtung gleich derjenigen Arbeitsweise, die für die Vorrichtung von Fig. 6 gilt. Das Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf, Wasser und eine geringe Menge an Sauerstoff enthaltende, von der ersten Entladungskammer 2a abgeführte Gas wird zuerst in bezug auf seine Sauerstoff­ konzentration durch den Konzentrationsfühler 6 geprüft, wel­ cher ein der Sauerstoffkonzentration entsprechendes Signal dem Regler 7 übermittelt. Auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer zuvor festgesetzten Sauerstoffkonzentration und der gemessenen Sauerstoffkonzentration berechnet der Reg­ ler 7 eine zuzuführende Sauerstoffmenge und überträgt dann zum Durchsatzmengen-Regelventil ein Einstellsignal, um dieses Ventil 5 im Durchsatz auf die berechnete, zuzuführende Sauer­ stoffmenge einzustellen. Das Regelventil 5 regelt somit bei Empfang des Einstellsignals die Menge an zuzuführendem Sauer­ stoff entsprechend dem Wert dieses Signals. Das Sauerstoff mit einer auf einen vorher festgesetzten Wert erhöhten Kon­ zentration enthaltende Gas wird wie bei der zuvor beschrie­ benen Ausführungsform der zweiten elektrischen Entladungskammer 2b zugeführt, um Wasserstoffperoxyd zu erzeugen.

Was den Ort angeht, an welchem der Sauerstoff-Konzentrations­ fühler 6 angeordnet ist, so muß er nicht notwendigerweise auf der stromaufwärtigen Seite (Seite der ersten elektrischen Ent­ ladungskammer 2a) eines Zufuhrrohres 4′ vom Sauerstoff-Gaszy­ linder liegen. Im Gegenteil kann durch Anordnen eines Fühlers auf der stromabwärtigen Seite (Seite zur Entladungskammer 2b hin), um die Sauerstoffkonzentration in einem Mischgas, dem Sauerstoff zugeführt wird, zu ermitteln, und eine Rückkopp­ lungsregelung der zuzuführenden Menge auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen der ermittelten Sauerstoffkonzentra­ tion und einem Sollwert mit Sicherheit eine Feststellung der Sauerstoffkonzentration bei ihrem Maximum bewerkstelligt wer­ den, so daß die Ermittlung dazu dienen kann, die Gefahr, wie ein Stillsetzen der Vorrichtung im Hinblick auf eine abnormal hohe Sauerstoffkonzentration auf Grund eines Regelfehlers des Reglers 7, zu vermeiden.

Bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsformen wird ein Mischgas aus Sauerstoff und Wasserstoff als ein substan­ tielles Gasmaterial verwendet. Es kann jedoch auch ein Misch­ gas, wobei Inertgase, wie Helium und Argon, den substantiel­ len Gasen zugegeben sind, zur Anwendung gelangen. Auch muß das zugeführte Gas nicht notwendigerweise nur aus Sauerstoff­ gas zusammengesetzt sein, sondern ein Mischgas mit einem In­ ertgas kann beispielsweise zufriedenstellend die Wirkungen, die gemäß der Erfindung angestrebt werden, hervorrufen.

Wenngleich bei den vorerwähnten Ausführungsformen solche Fäl­ le, wobei zwei elektrische Entladungskammern vorhanden sind, beschrieben wurden, so besteht hierauf keine Beschränkung. Wenn eine Vorrichtung gemäß der Erfindung drei Entladungskam­ mern aufweist, so kann Sauerstoff sowohl der zweiten als auch der dritten Entladungskammer und auch einer von der zweiten oder der dritten Entladungskammer zugeführt werden.

Eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von elektrischen Entla­ dungskammern und einer Einrichtung zur Zufuhr von durch eine Entladung verbrauchtem Sauerstoff, wie sie oben beschrieben wurde, kann in wirksamer Weise das Wasserstoffgas zur Erzeu­ gung von Wasserstoffperoxyd verwenden und auch eine Ausbeute an Wasserstoffperoxyd mit einer hohen Konzentration ohne die Gefahr einer Explosion oder Entzündung hervorbringen.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd nach dem dritten Gesichts­ punkt der Erfindung. Hiernach ist eine mit einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Mischgas zur Erzeugung von Wasser­ stoffperoxyd durch eine Entladung gespeiste elektrische Entla­ dungskammer 10 mit einer Trennvorrichtung oder einem Separator 17 verbunden. Dieser Separator 17 ist mit einem Gas-Umwälzge­ bläse 18 verbunden, das seinerseits mit der elektrischen Entla­ dungskammer 10 in Verbindung steht. Das Rezirkulationssystem wird auf diese Weise gebildet. Eine Wasserstoffgas-Zufuhrquel­ le 8 und eine Sauerstoffgas-Zufuhrquelle 9 sind mit einer Gas­ leitung verbunden, die vom Umwälzgebläse 18 zur elektrischen Entladungskammer 10 führt, und zwar erfolgt diese Verbindung mit Hilfe von Durchsatzmengen-Regelventilen 12 bzw. 13. Ein Sauerstoff-Konzentrationsfühler 14 mit einem Halbleiterfüh­ ler der Feldeffekt-Bauart und ein Druckfühler 15 sind mit einer von den genannten Zufuhrquellen 8 und 9 zur Entladungs­ kammer 10 führenden Gasleitung verbunden und elektrisch an einen Regler 16, der einen Mikrocomputer von 8 Bits umfaßt, angeschlossen. Dieser Regler 16 ist wiederum elektrisch mit den Durchsatzmengen-Regelventilen 12 und 13 verbunden. Der elektrischen Entladungskammer 10 wird von einer Energiequelle 11 Elektroenergie zugeführt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung beschrie­ ben. Sauerstoff und Wasserstoff werden der Entladungskammer 10 in dem Rezirkulationssystem von den Gas-Zufuhrquellen 8 und 9 mittels der Durchsatzmengen-Regelventile 12 bzw. 13 zugeführt. Durch diese Ventile werden die Durchsatzmengen an Wasser- und Sauerstoff so geregelt, daß die Sauerstoffkonzen­ tration im Mischgas auf einem Sollwert gehalten wird. Von der Energiequelle 11 wird an die Entladungskammer 10 eine hohe Wechselspannung gelegt, um zwischen einem Elektrodenpaar eine dunkle Entladung hervorzurufen. Wird ein Sauer- und Wasser­ stoff enthaltendes Gas dem Ort für die dunkle Entladung zuge­ führt, so werden Wasserstoffperoxyd und Wasserdampf als stabi­ le Verbindungen erzeugt. Ist die für Entladungen zugeführte Energie zu groß, dann vermindert sich die Produktionsleistung an Wasserstoffperoxyd, da der Sauerstoff vollständig verbraucht wird. Demzufolge muß die zugeführte Energie so begrenzt wer­ den, daß eine geringe Menge an Sauerstoff übrig bleibt.

Das Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf, Wasserstoff und eine kleine Menge an Sauerstoff enthaltende, auf diese Weise erlang­ te Gas tritt in den Separator 17 ein. Wenn dieser beispiels­ weise als ein Doppelrohr-Separator ausgebildet ist, wird ein Mischgas durch das Innenrohr geführt, während eine Kühlsole zwischen dem Innen- sowie dem Außenrohr durchgeleitet wird, und ein großer Teil des Wasserstoffperoxyds und ein Teil des Wasserdampfes im Mischgas werden kondensiert und abgeschieden. Das vom Separator 17 abgezogene Gas, von welchem ein großer Teil an Wasserstoffperoxyd und ein Teil des Dampfes entfernt wurden, wird durch das Gas-Umwälzgebläse 18 unter Druck ge­ setzt, um als substantielles Gas der elektrischen Entladungs­ kammer 10 wieder zugeführt zu werden. Wegen der Abscheidung von Wasserstoffperoxyd und Dampf mangelt es dem wiedergewonne­ nen Gas an Sauerstoff und Wasserstoff, um Wasserstoffperoxyd zu produzieren, weshalb Sauer- und Wasserstoff dem wiederge­ wonnenen, rückgeführten Gas von den Zufuhrquellen 8 bzw. 9 zugeführt werden. Die Zufuhrmengen an Sauer- und Wasserstoff hängen von den Mengen an Wasserstoffperoxyd und Wasserdampf ab, die als Kondensat abgezogen wurden. Aus der durch den Sauerstoff-Konzentrationsfühler 14 gemessenen Sauerstoffkon­ zentration und dem vom Druckfühler 15 gemessenen Druck wird bezüglich der zugeführten Menge beispielsweise nach den fol­ genden Ausdrücken (1) und (2) die jeweilige Zufuhrmenge be­ rechnet:

In diesen Ausdrücken geben jeweils QO₂, QH₂, P₀, P, C₀, C, V und Δt die Sauerstoffzufuhr-Durchsatzmenge, Wasserstoffzu­ fuhr-Durchsatzmenge, den Soll-Druck, den gemessenen Druck, die Soll-Sauerstoffkonzentration, die gemessene Sauerstoff­ konzentration, das räumliche Volumen des Rezirkulationssystems und eine Zeitkonstante an.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann der Sauerstoff-Konzentrations­ fühler 14 von dem Rezirkulationssystem, das die Entladungskam­ mer 10, den Separator 17 sowie das Gas-Umwälzgebläse 18 um­ faßt, abgezweigt angeordnet oder auch in diesem System vorhan­ den sein. Insbesondere kann, wenn der Konzentrationsfühler 14 im Rezirkulationssystem unmittelbar liegt, ein substantiel­ les Gas wirksam ohne ein Herauslecken nach außen zur Anwen­ dung gelangen.

Das Einstellen der zugeführten Mengen an Sauerstoff und Was­ serstoff kann durch andere Methoden erfolgen, die eine solche der Bestimmung von zugeführten Mengen an Sauerstoff und Was­ serstoff aus der Menge des Kondensats und der Konzentration von Wasserstoffperoxyd oder Wasser im Kondensat einschließen.

Die Fig. 9 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd mit einer Einrichtung zur Bestimmung von zugeführten Mengen an Sauer- und Wasserstoff aus der Kon­ densatmenge und der Wasserstoffperoxyd-Konzentration im Kon­ densat. Diese Vorrichtung ist aus Einheiten, die zur Fig. 8 äquivalent sind, mit Ausnahme einer Einrichtung zur Bestim­ mung der Zufuhrmengen aufgebaut. In einem Traps oder Sammel­ raum des Separators 17 ist ein Füllstandsmesser 19 vorhanden und in einem Bodenabschnitt des Traps ist ein UV-Absorptions­ messer 20 vorgesehen. Im folgenden wird eine Methode zur Ein­ stellung der Zufuhrmengen an Sauerstoff und Wasserstoff be­ schrieben. Ein Anstieg in der Menge des Kondensats wird aus einem vom Füllstandsmesser gemessenen Wert erhalten. Die Ak­ kumulier- oder Sammelgeschwindigkeit des Kondensats (L : g/min) wird aus einem Produkt einer ansteigenden Geschwindigkeit eines durch den Füllstandsmesser angegebenen Werts (Δh/Δt) und einer Querschnittsfläche (S) des Traps in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (3) erlangt:

In diesem Ausdruck bezeichnet ϕ die Dichte des Kondensats, welche eine Funktion der Wasserstoffperoxyd-Konzentration und Temperatur ist. Die Ansammlungsgeschwindigkeit von Wasserstoff­ peroxyd kann berechnet werden, wenn die Wasserstoffperoxyd- Konzentration (CH : g/cm³) simultan gemessen wird. Demzufolge können die Mengen an als Kondensat entferntem Sauerstoff und Wasserstoff als die Ausdrücke (4) und (5) dargestellt werden:

In diesen Ausdrücken bezeichnen QH₂ und QO₂ jeweils den Ver­ brauch (l/min) an Sauerstoff bzw. Wasserstoff. Mit Sauerstoff und Wasserstoff, die in den als QH₂ sowie QO₂ erhaltenen Men­ gen zugeführt werden, können der Druck und die Sauerstoffkon­ zentration im Rezirkulationssystem auf im voraus festgesetz­ ten Werten gehalten werden.

Die Vorrichtung zur Rückführung von vom Separator abgeführtem Gas und zur Zufuhr von Sauerstoff sowie Wasserstoff zu dem wiedergewonnenen Gas, wie das oben beschrieben wurde, stei­ gert den Ausnutzungsfaktor des Ausgangsmaterial-Wasserstoffs. Auch kann, wenn das Gas rückgeführt wird, durch geeignetes Ermitteln der durch die Produktion von Wasserstoffperoxyd so­ wie Wasser verbrauchten Mengen an Sauerstoff sowie Wasserstoff und anschließendes Zuführen von Sauerstoff sowie Wasserstoff zum wiedergewonnenenoder rückgeführten Gas in Übereinstimmung mit der ermittelten Information die Sauerstoffkonzentration im substantiellen Gas auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Folglich können die Gefahren für eine Explosion und Entzündung vermieden werden.

Die Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrich­ tung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd zum dritten Ge­ sichtspunkt gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist in einer Leitung zum Einführen von Gas in die elektrische Entladungskammer 10 ein Gasfilter angeordnet. In zu den Vor­ richtungen von Fig. 8 und 9 gleichartiger Weise ist bei der Vorrichtung von Fig. 10 ein Rezirkulationssystem ausgebildet, das die elektrische Entladungskammer 10, einen Separator 17 und ein Umwälzgebläse 18 umfaßt. Mit Hilfe elektrischer, von der Energiequelle 11 zugeführter Energie wird in der Entla­ dungskammer 10 eine dunkle Entladung hervorgerufen. Mit der Leitung von durch das Umwälzgebläse 18 zur Entladungskammer 10 zurückgeführtem Gas ist über ein Durchsatzmengen-Regelven­ til 12 eine Wasserstoffgas-Zufuhrquelle 8 verbunden, und an diese Leitung ist ebenfalls über ein zwischengefügtes Durch­ satzmengen-Regelventil 13 eine Sauerstoffgas-Zufuhrquelle 9 angeschlossen. In der Leitung für das rückgeführte oder wie­ dergewonnene Gas liegt das Gasfilter 21 mit einem Bohrungs­ durchmesser von 0,05-1,0 µm, und zwar unmittelbar vor der Entladungskammer 10.

Sauerstoff- und Wasserstoffgase werden von ihren Zufuhrquel­ len 8 und 9 in das Umwälzsystem unter Regelung ihrer Durch­ satzmengen durch die Ventile 12 und 13 eingeführt. Das Misch­ gas mit einer auf einen Sollwert eingeregelten Sauerstoffkon­ zentration wird zuerst der Entladungskammer 10 zugeleitet.

In der Entladungskammer 10 wird eine hohe Wechselspannung von der Energiequelle 11 zur Wirkung gebracht, um zwischen einem Paar von Elektroden eine dunkle Entladung hervorzurufen. Wenn das Sauer- und Wasserstoff enthaltende Gas dem Ort der dunklen Entladung zugeführt wird, werden Wasserstoffperoxyd und Was­ serdampf als stabile Verbindungen erzeugt. Das Mischgas, das erzeugtes Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf, Wasserstoff und eine geringe Menge an Sauerstoff enthält, tritt in den Separa­ tor 17 mit der oben beschriebenen Konstruktion ein. Das Gas, von welchem ein großer Teil des Wasserstoffperoxyds und ein Teil des Wasserdampfes vom Separator 17 entfernt werden, ent­ hält Wasserstoff, Sauerstoff und eine geringe Menge an Wasser­ dampf. Dieses Gas wird durch das Gasumwälzgebläse 18 unter Druck gesetzt, es wird ihm Sauer- und Wasserstoff zugeführt, und dann wird es als substantielles Gas zur Entladungskammer 10 zurückgeleitet.

Als Ergebnis einer Kollision von Elektronen erzeugte Partikel oder erzeugte Gasmaterialionen, wobei die Kollisionen gegen Elektroden in der Entladungskammer 10 erfolgen, so daß Elek­ trodenmaterialien zerstäubt oder verspritzt werden, ferner durch einen Abrieb von bewegbaren Bauteilen des Gas-Umwälzge­ bläses 18 hervorgerufene Partikel und Partikel, die Oxyde von verschiedenen, durch eine Reaktion zwischen den Innenwänden der Gasumwälzleitung sowie Wasserstoffperoxyd gebildeten Arten von Materialien enthalten, können in dem auf diese Weise rezirkulierten Gas eingeschlossen sein. Das Gasfilter 21 hält diese Partikel zurück, um zu verhindern, daß diese das erzeug­ te Wasserstoffperoxyd kontaminieren. Auch kann, um eine Konta­ mination der wäßrigen Lösung aus Wasserstoffperoxyd durch die Partikel zu unterbinden, ein Filter 22, wie in Fig. 11 gezeigt ist, in einer Leitung zum Abführen von Wasserstoffperoxyd und Wasser vom Separator 17 vorgesehen sein.

Wenn Gaszylinder als Gasmaterial-Zufuhrquellen 8 und 9 verwen­ det werden, so verschmutzen oft Partikel eines Metalloxyds von den Innenflächen der Gaszylinder das substantielle Gas, selbst wenn ein Normalzustand des Gases im Zylinder in ausrei­ chender Weise kontrolliert wird. Derartige Verunreinigungspar­ tikel werden durch das Gasfilter 21, das im Gas-Zufuhrteil der Entladungskammer 10 angeordnet ist, wie Fig. 10 zeigt, beseitigt und können auch durch Filter 23 bzw. 24, die, wie Fig. 12 zeigt, jeweils in den Verbindungsleitungen zwischen dem Umwälzsystem und den Gas-Zufuhrquellen 8 sowie 9 angeord­ net sind, beseitigt werden. Ein Zurückhalten von Verunreini­ gungen durch solche Filter, die vorstehend beschrieben wurden, führt zu einer sauberen Wasserstoffperoxydlösung als Produkt.

In dem im Umwälzsystem fließenden Gas ist Wasserstoffperoxyd enthalten, obwohl unter den Teilen des Systems eine Änderung in der H₂O₂-Konzentration vorliegt. Demzufolge sind die Ma­ terialien des im Umwälzsystem vorhandenen Filters 21 vorzugs­ weise solche, die nicht mit Wasserstoffperoxyd reagieren. Tetrafluoräthylen ist eines der hierfür bevorzugten Materia­ lien.

Der Bohrungsdurchmesser des Filters 21 wird in Abhängigkeit von einem Teil des Systems, in welchem es verwendet wird, von erwarteten Größenabmessungen der Verunreinigungspar­ tikel und von der Standzeit des Filters gewählt. Wenn Wasser­ stoffperoxyd für einen Prozeß zur Herstellung von Halbleitern erzeugt wird, so ist insbesondere ein Bohrungsdurchmesser von 0,05-1,0 µm erwünscht.

Als ein spezielles Beispiel für ein die obigen Bedingungen erfüllendes Filter ist ein Membranfilter (mit einem Bohrungs­ durchmesser von 0,1-0,2 µm), hergestellt durch TOYO ROSHI KABUSHIKI KAISHA, hervorzuheben.

Bei jeder der in den Fig. 10-12 gezeigten Ausführungsformen ist in einem notwendigen Teil lediglich ein Filter vorgesehen, jedoch besteht hierauf keine Beschränkung, sondern können an notwendigen Teilen oder Stellen zwei oder mehr Filter vorhan­ den sein.

Ferner kann zum dritten Gesichtspunkt gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, geschaffen werden. Hiernach ist eine erste elektrische Entladungskammer 10a, welcher Elektroenergie von einer Energiequelle 11a zugeführt wird, mit einem ersten Sepa­ rator 17a in Verbindung. Dieser erste Separator 17a ist an eine zweite elektrische Entladungskammer 10b angeschlossen, welche mit Elektroenergie von einer Energiequelle 11b versorgt wird. Die zweite Entladungskammer 10b ist an einen zweiten Separator 17b angeschlossen, der über ein Gas-Umwälzgebläse 18 mit der ersten Entladungskammer 10a verbunden ist. Ein Umwälzsystem wird durch die zwei elektrischen Entladungskam­ mern, die zwei Separatoren und das Umwälzgebläse gebildet, wie die Fig. 13 zeigt. Mit einer Gas vom Gebläse 18 zur Ent­ ladungskammer 10 führenden Leitung sind über zwischengefügte Durchsatzmengen-Regelventile 12 bzw. 13 eine Wasserstoffgas- Zufuhrquelle 8 und eine Sauerstoffgas-Zufuhrquelle 9 verbun­ den. An die von den Zufuhrquellen zur Entladungskammer 10a geführte Gasleitung ist ein Druckfühler 15 angeschlossen, wel­ cher mit einem Regler 41, der einen Mikrocomputer mit 8 Bits umfaßt, verbunden ist. Ferner steht der Regler 41 mit den Regelventilen 12 und 13 elektrisch in Verbindung.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung erläu­ tert. Von den Gas-Zufuhrquellen 8 und 9 wird über die Durch­ satzmengen-Regelventile 12 bzw. 13 jeweils Sauerstoff und Wasserstoff der elektrischen Entladungskammer 10a im Rezir­ kulationssystem zugeführt. Durch diese Ventile 12 und 13 wer­ den die Zufuhrmengen an Wasser- und Sauerstoff so geregelt, daß die Konzentrationen von Sauerstoff und Wasserstoff im Mischgas auf Sollwerten gehalten werden (z. B. Sauerstoff auf 3% und Wasserstoff auf 97%). Das Mischgas mit einer auf die­ se Weise auf einem Sollwert gehaltenen Sauerstoffkonzentration wird zu­ erst in die erste elektrische Entladungskammer 10a geleitet. Von der Energiequelle 11a wird eine hohe Wechselspannung an die Entladungskammer 10a gelegt, um zwischen einem Paar von Elektroden eine dunkle Entladung hervorzurufen. Wenn der Stel­ le der dunklen Entladung ein Sauerstoff und Wasserstoff enthal­ tendes Gas zugeführt wird, werden Wasserstoffperoxyd und Was­ serdampf als stabile Verbindungen erzeugt. Ist die von der Quelle 11a zugeführte Energie für Entladungen zu groß, so wird der Sauerstoff vollständig verbraucht, was eine Verminderung in der Produktionsleistung an Wasserstoffperoxyd zum Ergebnis hat. Demzufolge sollte die zugeführte Energie in einem derar­ tigen Ausmaß begrenzt werden, daß noch eine geringe Menge an Sauerstoff (z. B. 1%) übrig bleibt. Der auf diese Weise er­ haltene kleine Anteil an Sauerstoff in dem Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf und Wasser enthaltenden Gas tritt mit diesem in den Separator 17a ein. Besteht dieser aus einem Doppelrohr beispielsweise, so wird Mischgas durch das Innenrohr und eine Kühlsole zwischen dem Innen- sowie Außenrohr geführt, wodurch ein großer Teil des Waserstoffperoxyds und ein Teil des Wasserdampfes im Mischgas kondensiert und abgetrennt wer­ den.

Das vom Separator 17a abgezogene Gas, aus welchem ein großer Teil an Wasserstoffperoxyd und ein Teil an Wasserdampf ent­ fernt sind, wird zur zweiten Entladungskammer 10b geleitet. Von der Energiequelle 11b wird eine hohe elektrische Energie, die ausreichend ist, um völlig den im eingeführten Gas enthal­ tenen Sauerstoff zu verbrauchen, an die zweite Entladungskammer 10b gelegt. Während kein Wasserstoffperoxyd erzeugt wird, wird lediglich demzufolge ein Mischgas aus Wasserstoff und Wasser­ dampf, das ein stabiles Produkt ist, in der zweiten Entladungs­ kammer hergestellt. Dieses Mischgas aus Wasserstoff und Wasser­ dampf tritt in den zweiten Separator 17b ein, in welchem unter einer Kühlung nahezu der gesamte Wasserdampf kondensiert und abgetrennt wird. Das Wasserstoff und lediglich eine geringe Menge an Wasserdampf enthaltende, vom zweiten Separator 17b austretende Gas wird durch das Umwälzgebläse 18 unter Druck gesetzt und zur ersten Entladungskammer 10a zurückgeleitet. In dem zurückgeleiteten oder wiedergewonnenen Gas ist nahezu der gesamte Sauerstoff und ein Teil des Wasserstoffs zur Erzeu­ gung von Wasserstoffperoxyd und Wasserdampf verbraucht worden. Folglich werden von den Gas-Zufuhrquellen 8 bzw. 9 Wasserstoff und Sauerstoff eingeleitet. Die Zufuhrmengen werden lediglich nach der Durchsatzmenge von rückgeführtem Gas, der vorher fest­ gesetzten Konzentration und dem Druck im Rezirkulationssystem bestimmt. Ein Beispiel für Methoden zur Bestimmung der Zufuhr­ mengen wird im folgenden gegeben.

Es wird angenommen, daß der Druckfühler 15 einen Druckwert P_M ermittelt. Mit dem durch den Regler 41 festgesetzten Druck, mit der Durchsatzmenge an umgewälztem Gas und mit der Sauer­ stoffkonzentration, die als P₀, Q₀ und CO₂ bezeichnet werden, sowie mit dem als V bezeichneten räumlichen Volumen des Umwälz­ systems werden die Zufuhrmenge an Wasserstoff QH₂ und die Zu­ fuhrmenge an Sauerstoff QO₂ folgendermaßen ausgedrückt:

QH₂ = (P₀-P_M) × V × (1-CO₂)/Δt
QO₂ = Q₀ × CO₂.

Durch Einstellen der Durchflußmengen-Regelventile 12 und 13 entsprechend diesen Ausdrücken wird ein Mischgas mit einer gewünschten Zusammensetzung neu gestaltet.

Um aus dem wiedergewonnenen Gas so viel wie möglich an Was­ serdampf zu entfernen, wird die Kühltemperatur des zweiten Separators 17b bevorzugterweise herabgesetzt. Es ist erwünscht, eine Kondensation in einem Temperaturbereich zu bewirken, so daß der Wasserdampf sich nicht in Eis umsetzt, jedoch in der Weise, daß die Kühltemperatur des zweiten Separators 17b vor­ zugsweise nicht höher als 10°C und nicht geringer als -5°C ist.

Da bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in dem vom zweiten Separator abgeführten Gas nahezu kein Sauerstoff ent­ halten ist, können die Zufuhrmengen an Wasser- und Sauerstoff allein durch Messen des Drucks des wiedergewonnenen Gases ge­ regelt werden. Weil ein zu messender Parameter ohne die Anwen­ dung von komplizierten Arbeitsmitteln einfach zu erlangen ist, können die Sauerstoff- und Wasserstoff-Zufuhrmengen auf einfa­ che Weise geregelt werden. Darüber hinaus enthält das vom zweiten Separator abgeführte Gas fast nur Wasserstoff und le­ diglich eine kleine Menge an Sauerstoff. Ein derartiges Gas ruft eine kleinere Gefahr in bezug auf eine Explosion oder Entzündung hervor. Folglich wird durch die in Fig. 13 gezeigte Vorrichtung die Sicherheit des Umwälzsystems gesteigert.

Ein besonderes Beispiel für den vierten Gesichtspunkt der Er­ findung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 14 erläutert, die einen Schnitt durch ein Hauptteil einer elek­ trischen Entladungskammer in der Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd zeigt. An entgegengesetzten Flächen eines Paares von Elektroden 27 und 28 zur Erzeugung einer elektrischen Entladung sind Dielektrika 25 und 26 als Paar angeordnet. Die beiden Elektroden 27 und 28 sind Dünnschicht­ elektroden. Die Dünnschicht kann aus einem dünnen Metallfilm gebildet werden, z. B. aus Aluminium, Kupfer oder Nickel, und sie kann auch durch Auftragen von Silberpaste oder Gold-Epo­ xidharz o. dgl. ausgestaltet werden. Die Dielektrika 25 und 26 können aus Quarz, Keramikmaterialien, Glas od. dgl. beste­ hen. Die äußeren Flächen des Elektrodenpaares 27, 28 werden mit einem wärmeleitfähigen Harz 33 und 34 beschichtet. Auf den zu den Elektroden entgegengesetzten Flächen des wärmeleit­ fähigen Harzes 33 und 34 werden jeweils metallische Kühlelemen­ te 29 und 30 vorgesehen. Ferner können auch Zufuhreinrichtun­ gen 31 und 32 elektrisch jeweils mit dem Elektrodenpaar ver­ bunden werden. Die beiden Harzschichten 33 und 34 besitzen eine elektrische Isolierfähigkeit und ebenfalls eine ausge­ zeichnete Wärmeleitfähigkeit. Für die Harzschichten 33 und 34 wird beispielsweise Silikonharz verwendet.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert. Ein Sauerstoff und Wasserstoff enthaltendes substantielles Gas wird einem Raum zwischen den Dielektrika 25 und 26 zugeführt. Von der Ener­ giequelle wird über die metallischen Kühlelemente 29 und 30 sowie die Zufuhreinrichtungen 31 und 32 eine hohe Wechselspan­ nung jeweils zwischen den Elektroden 27 und 28 angelegt, und zwischen diesen Elektroden, an die die Spannung gelegt wird, wird eine dunkle Entladung induziert. Bei Zufuhr eines Sauerstoff und Wasserstoff enthaltenden Gases zur Stelle der dunklen Entladung werden Wasserstoffperoxyd und Wasser als stabile Verbindungen erzeugt.

Die lediglich zur Erzeugung von Zwischenprodukten bei der Re­ aktion zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd und Wasser verwendete Energie macht lediglich 15% der durch elektrische Entladung zugeführten Energie aus. Jedoch wird, wenn aus den Zwischenprodukten Wasserstoffperoxyd und Wasser produziert werden, Wärme erzeugt, d. h., ein beträchtlicher Teil der durch elektrische Entladung zugeführten Energie wird in dem elektrischen Entladungsraum als Wärmeenergie freigesetzt. Dem­ zufolge wird die Temperatur des Gases am Ort der Entladung extrem hoch. Die Produktionsleistung von Wasserstoffperoxyd hängt in hohem Maß von der Temperatur des Gases am Ort der Entladung ab, und im allgemeinen ist die Produktionsleistung umso höher, je niedriger die Gastemperatur ist. Folglich ist ein Kühlen an der Stelle der Entladung notwendig, um eine hohe Leistung zu erzielen. Bei der in Fig. 14 gezeigten Vor­ richtung werden die metallischen Kühlelemente 29 und 30 durch Wasser oder ein Kühlmittel gekühlt. Da die Harzschichten 33 und 34, die mit den metallischen Kühlelementen 29 und 30 in Berührung sind, jeweils eine gute Wärmeleitfähigkeit besit­ zen, werden durch Kühlen dieser Elemente 29 und 30 die von dem Harz abgedeckten Elektroden 27 und 28 rasch gekühlt. Eine solche Kühlung der Elektroden 27 und 28 ist für eine Erzeugung von Wasserstoffperoxyd mit hoher Leistung oder Ausbeute wirk­ sam.

Andererseits ist es schwierig, sauberes Wasserstoffperoxyd zu erzeugen, wenn die Elektroden für eine Entladung am Ort der Entladung freiliegen. Ist die metallische Elektrode an diesem Ort exponiert, so werden Partikel oder Ionen von Metall, die durch eine Kollision von Elektronen entstehen, und Parti­ kel von durch eine Reaktion zwischen Metall und aktiven Sauer­ stoffatomen erzeugtem Metalloxyd das Gas kontaminieren. Wird das erzeugte Wasserstoffperoxyd in einem Prozeß zur Herstel­ lung von präzisen Vorrichtungen, wie Halbleitern, verwendet, so setzen diese Ionen und Partikel die Ausbeute an hergestell­ ten Vorrichtungen herab. Demzufolge ist das Abdecken von ent­ gegengesetzten Flächen eines Paares von Elektroden 27 und 28 mit jeweiligen Dielektrika 25 und 26 hoch wirksam, um eine Erzeugung derartiger Ionen und Partikel zu unterbinden. Je­ doch sind solche Dielektrika 25 und 26 schwach gegenüber einem Stoß, so daß der Sicherheit der Vorrichtungen für den Fall einer Beschädigung dieser Dielektrika Beachtung geschenkt wer­ den sollte. Werden die Dielektrika 25 und 26 unmittelbar durch Wasser gekühlt, so wird eine wirksame Kühlung bewerkstelligt. Bei einem Bruch der Dielektrika 25 und 26 werden diese jedoch direkt von Wasser gekühlt, und Gas, das hauptsächlich Wasser­ stoff enthält und eine Explosionsgefahr in sich trägt, wird aus der Vorrichtung durch das Kühlwasser hindurch nach außen lecken.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 14 werden Harzschichten 33 und 34 zwischen das Dielektrikum 25 sowie das metallische Kühl­ element 29 und zwischen das Dielektrikum 26 sowie das metalli­ sche Kühlelement 30 eingefügt, so daß für die Dielektrika 25 und 26 keine Wahrscheinlichkeit für eine leichte Beschädigung besteht. Selbst wenn das Dielektrikum einen Bruch aufweist, so wird, weil das System des Kühlmittels und der Durchtritts­ kanal für das substantielle Gas durch das Harz getrennt sind, ein Lecken des gefährlichen, hauptsächlich Wasserstoff enthal­ tenden Gases verhindert. Darüber hinaus können, wenn die Di­ elektrika 25, 26 und die metallischen Kühlelemente 29, 30 mit mäßiger Genauigkeit bearbeitet werden und Unebenheiten aufwei­ sen, diese Unebenheiten durch Harz 33 und 34 ausgefüllt werden.

Wie beschrieben wurde, kann bei der Vorrichtung zur Herstel­ lung von Wasserstoffperoxyd nach dem vierten Gesichtspunkt der Erfindung ein Entstehen von Partikeln und Ionen von Me­ tallelektroden und Oxydpartikelnder Bauteile von Metallelektro­ den verhindert werden, wie auch die Elektroden mit Sicherheit und hoher Wirksamkeit gekühlt werden können.

Die Fig. 15 zeigt ein spezielles Beispiel einer Vorrichtung zur Verwirklichung der Erfindung nach ihrem fünften Aspekt. Bei dieser Vorrichtung sind Dielektrika 37 und 38 an einander entgegengesetzten Flächen eines Paares von Metallelektroden 35 und 36 jeweils angebracht. Die Dielektrika bestehen aus Quarz. Die beiden Elektroden 35 und 36 liegen einander mit Abständen von nicht mehr als einige mm gegenüber. Die Dielek­ trika 37 und 38 werden von aus Fluorharz gebildeten Trägern 39 und 40 jeweils abgestützt. Ein substantielles Gas strömt gemäß der in Fig. 15 durch Pfeile angegebenen Richtung. Der durch die Schraffur A angegebene Teil ist ein von den Elektroden umschlossener Raum, d. h. ein elektrischer Entla­ dungsraum. An einem Teil der Dielektrika, welcher sich auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug zum Gasmaterial befindet, sind Elektroden nicht vorgesehen. Der nur von Dielektrika um­ schlossene Raum ist ein nicht-elektrischer Entladungsraum.

Ein Sauerstoff und Wasserstoff enthaltendes Gas wird in die Vor­ richtung in Richtung der Pfeile eingeführt. Bei Anlegen einer hohen Wechselspannung an das Elektrodenpaar wird zwischen die­ sem Elektrodenpaar, wobei die Dielektrika dazwischen vorgese­ hen sind, eine dunkle Entladung hervorgerufen. Wenn ein Sau­ erstoff und Wasserstoff enthaltendes Gas der Stelle für eine dunkle Entladung zugeführt wird, werden Wasserstoffperoxyd und Wasser als stabile Verbindungen erzeugt. Wenn das produ­ zierte Wasserstoffperoxyd als ein Gas verwendet wird, so wird es von der Vorrichtung abgezogen und zu seiner Verwendungs­ stelle transportiert. Wird Wasserstoffperoxyd in einer Lösung verwendet, so wird das Wasserstoffperoxyd, Wasser, Wasser­ stoff und eine geringe Menge an Sauerstoff enthaltende Gas von der Vorrichtung abgezogen und einem Separator zugeleitet, in welchem ein großer Teil des Wasserstoffperoxyds und ein Teil des Wassers im Gas für eine Kondensation gekühlt und ab­ getrennt werden. An der Stelle einer elektrischen Entladung ist ein Zerstäuben oder Versprühen von Quarzmaterialien durch Elektronen in keiner Weise aufgetreten. Ferner erfolgt in dem nicht-elektrischen Entladungsraum eine Inaktivierung der ra­ dikalen Spezies, die Sauerstoff- und Wasserstoffatome enthält, so daß eine Erzeugung von unnötigen Produkten, die in der ra­ dikalen Spezies ihren Ursprung haben, beschränkt wird. Durch Änderung der Durchsatzmenge des substantiellen Gases und/oder der Größenabmessung des nicht-elektrischen Entladungsraumes kann die Zeitspanne, während welcher das Gas in dem nicht­ elektrischen Entladungsraum steht, mit 1 ms oder mehr fest­ gesetzt werden. Im allgemeinen beträgt die Lebensdauer (Halb­ wertzeit) einer radialen Spezies etwa einige 10 µs unter Bedin­ gungen, bei welchen der Gasdruck an der Stelle der Entladung gleich dem Atmosphärendruck oder größer ist, so daß nahezu keine radikale Spezies nach einem Stehenbleiben des Gases für 1 ms übrig bleibt. Demzufolge wird die Erzeugung von unnöti­ gen Produkten auf Grund einer Reaktion zwischen der radikalen Spezies und Materialien der Vorrichtung in ausreichender Weise verhindert.

Wenn an einer Stelle einer elektrischen Entladung produziertes Wasserstoffperoxyd zu einer Stelle seiner Verwendung, so wie es ist, geführt wird, so werden die Innenflächen eines Kanals, durch den das Wasserstoffperoxyd transportiert wird, vorzugs­ weise aus Materialien gefertigt, die mit Wasserstoffperoxyd nicht oder nicht leicht reagieren, wie z. B. Harz des Fluortyps, Quarz und Silikonharz.

Ein weiteres spezielles Beispiel für den sechsten Gesichts­ punkt gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 16 beschrieben, welche den Aufbau einer Kondensationsröhre zeigt, die ein wesentliches Bauteil der Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd gemäß der Erfindung ist. Diese Konden­ sationsröhre ist so aufgebaut, daß eine aus einem Metall, z. B. Kupfer, Aluminium und rostfreiem Stahl, gefertigte Röhre 42 in einem Außenrohr 43 aus Glas angeordnet ist. Auf einer Außenfläche der Metallröhre 42 ist eine Beschichtung oder ein Überzug 44 aus einem Tetrafluoräthylenharz gebildet. Die mit dem Überzug 44 versehene Metallröhre und das Außenrohr 43 sind mit Hilfe von Ringen 45, 45′ an zwei Stellen, wie Fig. 16 zeigt, in enger Berührung. Die Ringe 45, 45′ bestehen beispielsweise aus Tetrafluoräthylen- oder Silikonharz.

Wasserstoffperoxyd wird durch elektrische Entladung in einer üblicherweise verwendeten (nicht dargestellten) Entladevor­ richtung in einem Materialgas, das Sauerstoff und Wasserstoff enthält, erzeugt. Dann wird von der Entladevorrichtung ein Wasserstoffperoxyd und Wasser enthaltendes Gas abgezogen, wel­ ches in einen Separator eingeführt und dann gekühlt sowie durch die in dem Separator befindliche Kondensationsröhre konden­ siert wird. Es wird gefordert, in dem Separator das Wasser­ stoffperoxyd mit hoher Leistung abzuscheiden. Diese Leistung hängt in erheblichem Maß von der Wärmeleitfähigkeit der Kon­ densationsröhre ab. In der Kondensationsröhre kondensiert eine wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxyd mit hoher Konzentra­ tion an Kondensationsflächen, so daß die Flächen in der Röhre eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffperoxyd haben müssen. Ferner enthält das in der Kondensationsröhre strömen­ de Gas hauptsächlich Wasserstoff, der entflamm- oder entzünd­ bar ist, so daß die Kondensationsröhre dicht sein muß. Bei der in Fig. 16 gezeigten Kondensationsröhre ist die Außenflä­ che des Metallrohres 42, an welcher Wasserstoffperoxyd konden­ siert wird, mit Tetrafluoräthylenharz beschichtet, das eine geringe Reaktionsfähigkeit mit Wasserstoffperoxyd hat. Dem­ zufolge wird die Oberfläche der Kondensationsröhre nicht durch Wasserstoffperoxyd korrodiert. Wenn im Metallrohr 42 eine Kühlsole fließt, so wird die Kondensationsröhre wirksam ge­ kühlt. Strömt ein Wasserstoffperoxyd und Wasser enthaltendes Gas in der in Fig. 16 durch Pfeile angegebenen Richtung, so werden Wasserstoffperoxyd und Wasser leistungsfähig gekühlt und kondensiert, wodurch Wasserstoffperoxyd wirksam abge­ schieden wird. Ferner ist das Metallrohr, das der Kühlung dient, von ausgezeichneter mechanischer Festigkeit.

Bei dem Überziehen der Oberfläche des Metallrohres 42 mit dem Tetrafluoräthylenharz 44 wurde die Eigenschaft dieses Har­ zes, daß es bei Wärme schrumpft, ausgenutzt, d. h., zum Überzie­ hen wurde nach Einsetzen des Metallrohres 42 in eine Röhre aus Tetrafluoräthylenharz, die ein wenig größer als das Me­ tallrohr 42 war, die Harzröhre erwärmt. Durch das Schrumpfen der Harzröhre wurde auf einfache Weise eine Beschichtung aus Tetrafluoräthylenharz 44 an der Umfangsfläche des Metallroh­ res 42 ausgebildet.

Anstelle des Metallrohres kann ein solches aus Quarz verwendet werden. In diesem Fall wird eine Außenfläche des Quarzrohres mit Harz beschichtet, das ein geringes Reaktionsvermögen mit Wasserstoffperoxyd hat, z. B. mit einem Tetrafluoräthylenharz. Da Quarz einen hohen Korrosionswiderstand mit Bezug auf Was­ serstoffperoxyd hat, kann insofern eine Kondensationsröhre mit einem überragenden Korrosionswiderstand geschaffen wer­ den. Das Quarzrohr ist zwar gegen einen mechanischen Stoß schwach, es wird jedoch durch den Harzüberzug stärker gemacht. Sollte im Quarzrohr ein Bruch auftreten, so verhindert der Harzüber­ zug ein Austreten des Gases durch ein Kühlmittel hindurch während einer kurzen Zeitspanne, bis die Zufuhr von hauptsäch­ lich Wasserstoff enthaltendem Gas unterbrochen ist. Auf diese Weise kann bei Verwendung des Quarzrohres anstelle eines Me­ tallrohres eine Kondensationsröhre geschaffen werden, die einen hohen Stoß- oder Schlagwiderstand und einen Korrosions­ widerstand gegenüber Wasserstoffperoxyd besitzt sowie imstande ist, Wasserstoffperoxyd und Wasser leistungsfähig zu kühlen und zu kondensieren.

Wenn ein Harzüberzug an einer Oberfläche des Quarzrohres vor­ gesehen wird, so wird, um ein Durchlecken eines Gases oder einer Kühlsole bei einem Bruch des Quarzrohres zu verhindern, eine Fläche für eine Kondensation vorzugsweise auf der Seite des Fluids mit höherem Druck angeordnet, d. h., wenn der Druck der Kühlsole höher als der Druck des Gases ist, so wird die Fläche, an welcher Harz ausgebildet ist, vorzugsweise als eine Kondensationsfläche verwendet, während umgekehrt im entgegen­ gesetzten Fall die aus Quarz bestehende Fläche bevorzugt als eine Fläche für eine Kondensation dient. Noch mehr ist vorzu­ ziehen, eine Innenfläche und eine Außenfläche des Quarzrohres mit Harz zu beschichten.

Die Fig. 17 zeigt schematisch eine Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem siebenten Gesichtspunkt. Hiernach wird von einer Quelle 46 eines substantiellen Gases ein Wasserstoff und Sauerstoff enthaltendes Gasmaterial einer elektrischen Entladungskammer 10 zugeführt. Von einer Energie­ quelle 11 wird an die Entladungskammer 10 eine hohe Wechsel­ spannung gelegt, um zwischen Elektroden der Entladungskammer eine elektrische Entladung hervorzurufen. Bei Zufuhr des Sauer­ stoff und Wasserstoff enthaltenden Gases zum Ort der Entladung werden Wasserstoffperoxyd und Wasser als stabile Verbindungen erzeugt. Das Wasserstoffperoxyd, Wasserdampf, Wasserstoff und eine geringe Menge an Sauerstoff enthaltende, auf diese Weise erhaltene Gas tritt in eine Behandlungsvorrichtung 47 ein, in welcher ein Objekt, das unter Anwendung einer Oxydation zu behandeln ist oder das einer zusätzlichen Reaktion mit Wasserstoffperoxyd bedarf, angeordnet ist. Nahezu das gesamte Wasserstoffperoxyd in dem der Behandlungsvorrichtung 47 zuge­ führten Gas verschwindet bei der Objektreaktion. Das Gas, von welchem ein großer Teil des Wasserstoffperoxyds verbraucht worden ist, muß aus dem System als ein Abgas abgeführt werden. Bei dem in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieses Gas, das aus dem System abzuziehen ist, einer Mischkammer 49 zugeführt. Gleichzeitig wird durch ein Gebläse 48 eine große Luftmenge in die Mischkammer 49 eingebracht, in welcher das abgeführte Gas und die Luft gemischt werden. Als Ergebnis des­ sen wird der in dem Abgas mit einer Konzentration von nicht weniger als 95% enthaltene Wasserstoff auf den geringsten Konzentrationswert, bei welchem eine Explosion nicht auftre­ ten wird, d. h. 4%, in einer kurzen Zeit verdünnt und aus dem System abgeführt. Das Wasserstoff von hoher Konzentration enthal­ tende und von der Behandlungsvorrichtung 47 durch eine mit der Mischkammer 49 und dem Gebläse 48 ausgestattete Vorrich­ tung abgezogene Gas wird mit einer großen Luftmenge verdünnt. Das Gas, dem die Gefahr einer Explosion anhaftet, wird nach einem Durchtritt durch die Mischkammer in sicheres Gas umge­ wandelt. Demzufolge kann die gefährliche Eigenschaft des Ab­ gases auf einfache Weise vermieden werden.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform handelt es sich um ein System mit direkter Zufuhr des in einer elektrischen Ent­ ladungskammer 10 erhaltenen Gases zur Behandlungsvorrichtung 47, jedoch kann gemäß der Erfindung ein System vorgesehen wer­ den, bei welchem ein Kondensator verwendet wird, um das Was­ serstoffperoxyd in eine Form einer wäßrigen Lösung umzuwandeln. In diesem Fall wird ein Gas, in welchem ein großer Teil des Waserstoffperoxyds und ein Teil des Wasserdampfes durch einen Kondensator kondensiert und getrennt wurden, zur Mischkammer 49 geleitet.

Erfindungsgemäß kann durch den siebenten Gesichtspunkt, der vorstehend erläutert wurde, von vornherein eine zufällige oder unbeabsichtigte Explosion in einem Gas abführenden Kanal verhindert werden.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd durch elektrische Entladung in einem ma­ teriellen Gas, in welchem eine Sauerstoffkonzentration von nicht weniger als 0,5% und weniger als 3% vorliegt, in einem ersten Aspekt offenbart. Nach einem zweiten Gesichts­ punkt wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff­ peroxyd, bei welcher mehrere elektrische Entladungskammern in Reihe liegen, aufgezeigt. Gemäß dem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung, in welcher substantielles Gas rezirkuliert wird, angegeben. Nach dem vierten Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung mit von einem Dielektrikum abgedeckten Elektroden und mit einer von einem Kühlelement gekühlten elektrischen Entladungskammer offenbart. Nach dem fünften Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd angegeben, das einen Schritt zur Inaktivierung einer durch elektrische Entladungen erzeugten radikalen Spezies einschließt. Der sechste Gesichtspunkt sieht eine Vorrichtung mit einer Konden­ sationsröhre vor, die mit einem Harz beschichtet ist, das mit Wasserstoffperoxyd ein niedriges Reaktionsvermögen hat. Gem 00945 00070 552 001000280000000200012000285910083400040 0002004106980 00004 00826äß einem siebenten Aspekt wird eine Vorrichtung geschaf­ fen, um nach einem Herstellen von Wasserstoffperoxyd das Ab­ gas und die Luft zu mischen und auf diese Weise eine Explo­ sionsgefahr zu beseitigen. Durch die Verfahren und Vorrichtun­ gen zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd gemäß der Erfin­ dung ist Wasserstoffperoxyd in sicherer und leistungsfähiger Weise zu produzieren.

Wenngleich die Erfindung in Einzelheiten unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen erläutert und dargestellt wurde, so ist klar, daß die angegebenen Einzelheiten lediglich beispielhaft sind und die Erfindung in keiner Weise beschrän­ ken. Vielmehr sind dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (22)

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd, das die Schritte umfaßt:

• - Mischen eines Wasserstoff enthaltenden Gases und eines Sauerstoff enthaltenden Gases, so daß die Konzentration des Sauerstoffs nicht geringer als 0,5% und geringer als 3% ist, sowie
• - Herstellen von Wasserstoffperoxyd durch elektrische Entladung in dem Mischgas.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden substan­ tiellen Gas, gekennzeichnet durch

• - eine erste, mit dem substantiellen Gas beschickte elektrische Entladungskammer (2a) zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus dem substantiellen Gas durch elektrische Entladung,
• - eine zweite, mit dem von der ersten elektrischen Entla­ dungskammer abgezogenen Gas gespeiste elektrische Entla­ dungskammer (2b) zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd durch elektrische Entladung und
• - Sauerstoff-Zufuhreinrichtungen (4) zur Zufuhr von Sau­ erstoff zu dem von der ersten Entladungskammer (2a) abgezogenen Gas.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

• - einen Sauerstoffühler (6), der eine Sauerstoffkon­ zentration in dem von der ersten Entladungskammer (2a) abgezogenen Gas ermittelt, und
• - Reglereinrichtungen (7) zur Regelung einer Zufuhrmenge an Sauerstoff von den Sauerstoff-Zufuhreinrichtungen (4) in Übereinstimmung mit der vom Sauerstoffühler (6) ge­ lieferten Information.

4. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden substan­ tiellen Gas, gekennzeichnet

• - durch eine mit dem substantiellen Gas beschickte elek­ trische Entladungskammer (10) zur Herstellung von Wasser­ stoffperoxyd aus dem substantiellen Gas mittels elektri­ scher Entladung,
• - durch einen Separator (17), der Wasserstoffperoxyd und Wasser aus dem von der elektrischen Entladungskammer (10) abgezogenen Gas abscheidet,
• - durch Rezirkulationseinrichtungen (18), die das vom Separator (17) abgezogene Gas zu der elektrischen Entla­ dungskammer (10) zurückführen,
• - durch Wasserstoff-Zufuhreinrichtungen (8), die Wasser­ stoff zu dem wiedergewonnenen, vom Separator (17) zur elektrischen Entladungskammer (10) durch die Rezirkulationseinrichtungen (18) zurückgeführten Gas zuführen, und
• - durch Sauerstoff-Zufuhreinrichtungen (9), die dem vom Separator zur elektrischen Entladungskammer durch die Rezirkulationseinrichtungen zurückgeführten, wiederge­ wonnenen Gas Sauerstoff zuführen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet

• - durch einen eine Sauerstoffkonzentration des wieder­ gewonnenen Gases ermittelnden Sauerstoffühler (14),
• - durch einen einen Druck des wiedergewonnenen Gases er­ mittelnden Druckfühler (15), und
• - durch Reglereinrichtungen (16), die eine Zufuhrmenge an Wasserstoff von den Wasserstoff-Zufuhreinrichtungen (8) und eine Zufuhrmenge an Sauerstoff von den Sauer­ stoff-Zufuhreinrichtungen (9) in Übereinstimmung mit den vom Sauerstoff- sowie Druckfühler (14, 15) geliefer­ ten Informationen regeln.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet

• - durch Wasserstoffperoxyd-Erfassungseinrichtungen, die eine Menge an vom Separator (17) abgeschiedenem Wasser­ stoffperoxyd ermitteln und
• - durch Reglereinrichtungen (16a), die die Zufuhrmenge an Wasserstoff von den Wasserstoff-Zufuhreinrichtungen (8) und die Zufuhrmenge an Sauerstoff von den Sauerstoff- Zufuhreinrichtungen (9) in Übereinstimmung mit der von den Wasserstoffperoxyd-Erfassungseinrichtungen geliefer­ ten Information regeln.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Ermittlungseinrichtungen einen Füllstands­ messer (19),der eine von dem Separator (17) abgeschiede­ ne, Wasserstoffperoxyd enthaltende Flüssigkeitsmenge bestimmt, und einen Ultraviolett-Absorptionsmesser (20) der die Wasserstoffperoxyd-Konzentration in dieser Flüs­ sigkeit bestimmt, umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationseinrichtungen ein Gas-Umwälzgebläse (18) umfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Filter (21, 22, 23, 24), das durch eine elektrische Ent­ ladung in der elektrischen Entladungskammer erzeugte Ver­ unreinigungspartikel zurückhält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Verunreinigungspartikel in dem wiedergewon­ nenen Gas zurückhaltendes Filter ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Verunreinigungspartikel aus dem durch den Separator abgeschiedenen Wasserstoffperoxyd zurückhalten­ des Filter ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Gasfilter (21) mit einem Bohrungsdurchmes­ ser von 0,05-1,0 µm ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus einem mit Wasserstoffperoxyd nicht reagie­ renden Harz gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet

• - durch ein Verunreinigungspartikel von den Wasserstoff­ zufuhreinrichtungen (8) zurückhaltendes Filter (23) und
• - durch ein Verunreinigungspartikel von den Sauerstoff- Zufuhreinrichtungen (9) zurückhaltendes Filter (24).

15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationseinrichtungen eine zweite elektrische Entladungskammer (10b), um Sauerstoff in dem vom Abscheider (17a) abgezogenen Gas durch eine Entladung in Wasser umzu­ setzen, und einen zweiten Separator (17b), um das Wasser von dem von der zweiten elektrischen Entladungskammer (10b) abgezogenen Gas abzuscheiden, umfassen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Druckermittlungseinrichtungen (15), die einen

• - Druck des vom zweiten Separator (17b) zur elektrischen Entladungskammer (10a) rückgeführten Gases ermitteln, und
• - durch Reglereinrichtungen (41), die die Zufuhrmenge an Wasserstoff von den Wasserstoff-Zufuhreinrichtungen (8) und die Zufuhrmenge an Sauerstoff von den Sauerstoff-Zu­ fuhreinrichtungen (9) in Übereinstimmung mit der Informa­ tion von den Druckermittlungseinrichtungen regeln.

17. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden substantiel­ len Gas, gekennzeichnet

• - durch ein Paar von eine elektrische Entladung induzie­ renden Elektroden (27, 28),
• - durch an entgegengesetzten Flächen des Paares von Elek­ troden jeweils vorgesehene Dielektrika (25, 26),
• - durch wärmeleitfähiges, das Paar von Elektroden (27, 28) bedeckendes Harz (33, 34) und
• - durch ein an dem wärmeleitfähigen Harz vorgesehenes, das Paar von Elektroden kühlendes metallisches Kühlelement (29, 30).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Kühlelement (29, 30) durch Wasser oder ein Kühlmittel gekühlt ist.

19. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd durch elek­ trische Entladung in einem Wasserstoff und Sauerstoff ent­ haltenden substantiellen Gas, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Induzieren einer elektrischen Entladung in dem substan­ tiellen Gas und
• - Ruhenlassen des der elektrischen Entladung unterworfenen Gases für 1 ms oder länger, um eine durch die elektri­ sche Entladung erzeugte radikale Spezies zu inaktivieren.

20. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden substantiel­ len Gas, gekennzeichnet durch eine mit dem substantiellen Gas beschickte elektrische Entladungskammer zur Erzeugung von Wasserstoffperoxyd aus dem substantiellen Gas mittels elektrischer Entladung und durch eine Kondensationsröhre (42) zur Kondensation von Wasserstoffperoxyd und Wasser aus dem von der elektrischen Entladungskammer abgeführten Gas, wobei die Kondensationsröhre mit einer Harzschicht (44) mit niedrigem Reaktionsvermögen mit Wasserstoffper­ oxyd überzogen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht (44) im wesentlichen aus Tetrafluoräthylen­ harz besteht.

22. Vorrichtung zur Behandlung eines aus einem System nach einer Herstellung von Wasserstoffperoxyd durch elektrische Entladung aus einem Mischgas, das Wasserstoff und Sauer­ stoff enthält, abgezogenen, Gases, gekennzeichnet durch eine das abgezogene Gas sowie Luft mischende Mischkammer (49) und durch die Luft der Mischkammer zuführende Ein­ richtungen (48).