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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zur Erzeugung von
Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre.
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Sie
betrifft auch einen Generator zur Erzeugung von Entladungsplasma
mit dielektrischer Sperre, der die erfindungsgemäßen Elektroden einsetzt, sowie
eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Gasflusses, die einen solchen
Generator zur Erzeugung von Plasma einsetzt
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Aufbereiten eines
Gasflusses mittels eines Entladungsplasmas mit dielektrischer Sperre
(DBD oder Dielectric Barrier Discharge).
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In
einem solchen System zum Erzeugen eines Plasmas sind die Elektroden
im Allgemeinen durch parallel angeordnete Metallplatten ausgebildet, zwischen
welchen ein Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre erzeugt wird.
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Zur
Bildung der dielektrischen Sperre ist ein nichtleitendes Material
zwischen den Elektroden eingefügt.
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In
manchen Anwendungen ist es von Interesse, dass der Gasfluss, der
durch den Plasma hindurchfließen
soll, ebenfalls durch die Elektrode fließen kann. Die Elektroden sind
dann quer zum Gasfluss angeordnet.
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Es
sind somit perforierte Platten bekannt, die Elektroden bilden und
einander gegenüber
angeordnet sind, so dass das Plasma zwischen diesen Elektroden erzeugt
wird und der Gasfluss durch dieselben Elektroden dank der Perforierungen
hindurchfließen kann.
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Ein
perforiertes dielektrisches Material wird auch quer zum Gasfluss
hinzugefügt,
um das Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre erhalten zu können.
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In
dieser Art der Ausführung
gibt es privilegierte Verläufe
zwischen den beiden Elektroden quer über die Öffnungen des dielektrischen
Materials. Diese Bereiche begünstigen
die Erzeugung von Lichtbögen
von einer Elektrode zur anderen, wobei dann diese Elektroden zerstört werden.
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Elektroden
diese Art sind beispielsweise im Dokument
US-2002/0153241 A1 offenbart.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Lösung für die vorgenannten
Nachteile zu finden und eine neue Art von Elektrode anzubieten, die
eine vollständige
Isolierung der Elektrode ermöglicht
und somit jegliches Risiko der Lichtbogenbildung beseitigt.
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Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung nach einem ersten
Aspekt eine Elektrode zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre,
die einen Teil eines mit einer Hülle
aus dielektrischem Material bedeckten elektrischen Leitungsdrahts
umfasst, der auf einem Träger
befestigt ist.
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Der
Träger
weist eine Öffnung
auf, wobei sich der Teil des umhüllten
Leitungsdrahts über
die Öffnung
erstreckt.
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Durch
die Verwendung eines mit einer isolierenden Hülle bedeckten elektrischen
Drahts ist die Elektrode von einem dielektrischen Material vollständig ummantelt.
Unabhängig
von der verwendeten Geometrie kann es somit kein bevorzugter Verlauf zwischen
den Elektroden geben.
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Wenn
man zwei erfindungsgemäße Elektroden
verwendet und die Teile des elektrischen Leitungsdrahts parallel
anordnet, erhält
man somit zwei einander gegenüberliegende
metallische Teile, die durch zwei Schichten eines dielektrischen
Materials getrennt sind, welche durch die den elektrischen Leitungsdraht
bedeckenden Hüllen
gebildet sind.
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Man
verfügt
zudem über
leicht handhabbare Elektroden, die in einer Vorrichtung zur Erzeugung von
Plasma befestigt werden können,
wobei die Träger
der Elektroden einander gegenüberliegend
angeordnet sind, um zwischen sich Bereiche zur Erzeugung von Plasma
zu bilden.
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Eine
solche Elektrode kann aufgrund ihrer Öffnung durch einen Gasfluss
durchflossen werden, der durch Plasma aufzubereiten ist, wobei der
Teil des umhüllten
Leitungsdrahts, der sich über
die Öffnung
erstreckt, es ermöglicht,
einen Plasmabereich senkrecht zu dieser Öffnung zu erzeugen.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst die Elektrode
einen Träger, der
sich im wesentlichen in einer Ebene erstreckt, wobei der Träger eine Öffnung umfasst
und der Teil des umhüllten
Leitungsdrahts sich in der Ebene des Trägers über die Öffnung erstreckt.
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Diese
Ausführungsform
ist besonders einfach auszuführen.
Die Elektrode stellt sich somit in der Form eines im Wesentlichen
ebenen Teils dar.
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Um
die Erzeugung eines homogenen Plasmas senkrecht zur Öffnung der
Elektrode zu erhalten, bildet der Teil des umhüllten Leitungsdrahts mehrere Segmente
des umhüllten
Leitungsdrahts, die sich über
die Öffnung
erstrecken.
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Die
Homogenität
des Plasmas ist auch gesichert, wenn die Segmente des umhüllten Leitungsdrahts,
die die Öffnung
queren, in regelmäßigem Abstand
zueinander sind.
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Damit
der Abstand konstant bleibt, weist die Elektrode vorzugsweise Spannungsmittel
auf, die geeignet sind, eine Zugkraft auf zwei Enden des Teils des
umhüllten
Leitungsdrahts auszuüben.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung betrifft diese einen Generator
zur Erzeugung eines Entladungsplasmas mit dielektrischer Sperre,
der mindestens zwei erfindungsgemäße Elektroden aufweist, die
einander gegenüberliegend
angeordnet sind.
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Dadurch
erhält
man einen Generator zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre,
in welchem die Elektrode vollständig
mit einem dielektrischen Material bedeckt ist, so dass somit jegliches
Risiko einer Bildung eines Lichtbogens von einer Elektrode zur anderen
vermieden wird.
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Vorzugsweise
weisen diese Elektroden Öffnungen
auf, die jeweils einander gegenüberliegend angeordnet
sind.
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Man
erhält
somit einen Generator zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer
Sperre, in welchem ein durch das Plasma aufzubereitender Gasfluss
durch die Elektroden fließen
kann.
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Die
vorliegende Erfindung zielt schließlich auch auf eine Vorrichtung
zum Aufbereiten eines Gasflusses ab, die einen erfindungsgemäßen Generator
zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre umfasst,
wobei ein katalytischer Träger,
der Mittel zum Durchlassen eines Gasflusses umfasst, zwischen den
Elektroden angeordnet ist.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen noch aus der folgenden
Beschreibung hervor, wobei die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.
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In
den beispielhaft und nicht einschränkend angegebenen beigefügten Zeichnungen
ist veranschaulicht:
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1A in
einer Draufsicht eine Elektrode nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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1B ein
Querschnitt durch einen umhüllten
Leitungsdraht;
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2 in
einer Draufsicht eine Elektrode nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 perspektivisch
ein Generator zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre
nach einer Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 in
einer perspektivischen aufgebrochenen Ansicht eine Vorrichtung zum
Aufbereiten von Gas nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Zunächst wird
in Bezug auf die 1 eine Elektrode
zur Erzeugung von Entladungsplasma mit dielektrischer Sperre nach
einer ersten Ausführungsform
beschrieben.
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In
ihrem Grundaufbau weist diese Elektrode einen Teil 10 eines
elektrischen Leitungsdrahts auf, der mit einer Hülle aus dielektrischem Material
bedeckt ist.
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Wenn
zwei Teile 10 eines solchen Leitungsdrahts parallel zueinander
angeordnet werden, erhält man
nämlich
zwei metallische Teile, die einander gegenüberliegen und durch zwei Schichten
eines dielektrischen Materials getrennt sind, das jeweils der den
elektrischen Leitungsdraht umgebenden Hülle entspricht.
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Ein
solcher umhüllter
Leitungsdraht wurde im Querschnitt veranschaulicht.
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Dieser
umhüllter
Leitungsdraht weist eine Ader auf, die einen elektrischen Leitungsdraht 11 bildet,
der mit einer Hülle 12 aus
dielektrischem Material umgeben ist.
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Vorzugsweise
ist der elektrische Leitungsdraht 11 einadrig. Durch die
Verwendung eines vieladrigen Drahts, der aus einem Litzenleiter
besteht, würden
nämlich Änderungen
des Abstands zwischen zwei Elektroden, die einander gegenüberliegend
angeordnet sind, entstehen. Diese Abstandsänderungen würden die Homogenität der Plasmabereiche
beeinflussen.
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Die
Hülle 12 aus
dielektrischem Material kann aus einem beliebigen dielektrischen
Material bestehen, das mit den im erzeugten Plasma vorhandenen Elementen
zusammengebracht werden kann.
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Für die Erzeugung
eines Entladungsplasmas mit dielektrischer Sperre, das für das Aufbereiten
eines Gasflusses geeignet ist, sind die Bestandteile dieses Plasmas
insbesondere ultraviolette Strahlen und Ozon. Dielektrische Materialien,
die für
diesen Typ Plasma geeignet sind, können fluorkohlenstoffhaltige
Beschichtungen wie Polytetrafluoräthylen (PTFE), das unter der
Marke Teflon in den Handel gebracht wird, oder auch Silikon oder
eventuell eine Beschichtung aus Teflon sein, die wiederum mit einer Schicht
Silikon bedeckt ist.
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Im
in 1A veranschaulichten Beispiel weist die Elektrode
einen Träger 13 auf,
wobei der Teil 10 des umhüllten Leitungsdrahts an diesem
Träger
befestigt ist.
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Dieser
Träger 13 kann
aus Harz mit Glasfaseranteil bestehen, um seine mechanische Steifigkeit zu
gewährleisten.
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Da
diese Elektrode dazu bestimmt ist, quer zu einem aufzubereitenden
Gasfluss angeordnet zu werden, weist der Träger 13 eine Öffnung 14 auf,
wobei der Teil 10 des umhüllten Leistungsdrahts sich über diese Öffnung 14 erstreckt.
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Bei
dieser Ausführungsform
hat der Träger eine
im Wesentlichen quadratische Form und weist eine kreisförmige Öffnung 14 auf,
deren Durchmesser geringfügig
kleiner als die Abmessungen des quadratischen Trägers ist.
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Der
Teil 10 des umhüllten
Leistungsdrahts erstreckt sich somit in der Ebene des Trägers über die Öffnung 14.
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Um
eine im Wesentlichen homogene Elektrodenfläche in der Ebene des Trägers 13 aufzuweisen,
verläuft
der umhüllte
Leitungsdraht auf dem Träger
und mehrmals quer über
die Öffnung 14,
um die hier scheibenförmige
Fläche
dieser Öffnung 14 soviel wie
möglich
zu karieren.
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Dieser
Teil 10 des umhüllten
Leitungsdrahts bildet somit mehrere Segmente des umhüllten Leitungsdrahts,
die sich über
die Öffnung 14 erstrecken.
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Bei
dieser Ausführungsform
schlängelt
sich der umhüllte
Leitungsdraht entlang eines Hin- und Herverlaufs zwischen einem
Rand 13a und einem gegenüberliegenden Rand 13b des
Trägers 13.
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Die
sich über
die Öffnung 14 erstreckenden Segmente
des umhüllten
Leitungsdrahts sind somit parallel und in regelmäßigem Abstand zueinander.
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Es
ist schließlich
wichtig, dass die beiden Enden 10a, 10b des Teils 10 des
umhüllten
Leitungsdrahts im Wesentlichen aneinander angrenzend auf dem Träger 13 befestigt
sind
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Bei
der Ausführungsform,
die in der 1A veranschaulicht ist, verläuft hierzu
der Teil 10 des umhüllten
Leitungsdrahts doppelt auf dem Träger 13.
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Wie
in 3 veranschaulicht, weist der Träger 13 Führungskehlen 15 für den umhüllten Leitungsdraht
auf.
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Diese
Führungskehlen 15 sind
auf der Oberfläche
des vollen Teils des Trägers 13 ausgebildet. Diese
Führungskehlen 15 münden somit
einander gegenüber
in die Öffnung 14 ein,
so dass der Teil 10 des umhüllten Leitungsdrahts in diesen
Führungskehlen 15 auf
der einen und anderen Seite der Öffnung 14,
die er quert, aufgenommen ist.
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Um
den umhüllten
Leitungsdraht in Position und insbesondere gespannt zu halten, können diese Führungskehlen 15 Nasen 16 unterschiedlicher
Formen aufweisen, die insbesondere dazu bestimmt sind, den Draht
in den gebogenen Teilen der Führungskehlen 15 zu
halten.
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Um
zwischen den Drähten
von zwei gegenüberliegend
angeordneten Elektroden ein homogenes Plasma zu erhalten, müssen diese
Drähte
einwandfrei gespannt sein, damit der Abstand zwischen diesen Drähten konstant
bleibt. Es ist also vorteilhaft, ein Spannungseinrichtung 17 vorzusehen,
wie in der 3 veranschaulicht, die dazu
geeignet ist, eine Zugkraft an beiden Enden 10a, 10b des
Teils 10 des umhüllten
Leitungsdrahts auszuüben.
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Diese
Spannungseinrichtung 17 kann aus Klauen bestehen, wobei
das Einstellen deren auf den Draht ausgeübten Zugkraft beispielsweise
mit Hilfe einer Schraube erfolgen kann. Sie kann zudem eine Ausgleichseinrichtung
wie eine Feder aufweisen, die auch im Fall einer eventuellen Dehnung
des Drahts eine ausreichende Zugkraft gewährleistet.
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Wenn
diese Spannungseinrichtung 17 metallische Teile aufweist,
werden diese vorzugsweise mit der Ader des elektrischen Leitungsdrahts 11 verbunden,
den sie in Spannung halten.
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Eine
der Klauen der Spannungseinrichtung 17 durchbohrt somit
die Hülle 12,
um die metallische Baugruppe der Spannungseinrichtung 17 an
das Potential des elektrischen Leitungsdrahts 11 anzulegen.
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Der
Verlauf des Teils 10 des umhüllten Leitungsdrahts ermöglicht es,
seine beiden Enden 10a, 10b auf die Höhe der Spannungseinrichtung 17 wieder
zu bringen, wobei jede Spitzenwirkung am Ende des Drahts, das nicht
mehr isoliert ist, vermieden wird.
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Die
Ausführung
als doppelte Schlange, wie in der 1A veranschaulicht,
ist selbstverständlich nur
eine Ausführungsform
unter weiteren.
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In 2 wurde
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrode
veranschaulicht.
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In
diesem Beispiel weist der Träger 13 zwei Öffnungsabschnitte 14a, 14b auf,
die durch einen Steg 18 getrennt sind, auf welchem die
Segmente des umhüllten
Leitungsdrahts befestigt sein können.
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Damit
die beiden Enden 10a, 10b des Teils 10 des
umhüllten
Leitungsdrahts nebeneinander auf dem Träger 13 auf der Höhe des Stegs 18 befestigt sein
können,
ist in diesem Beispiel der umhüllte
Leitungsdraht so befestigt, dass er auf der einen und anderen Seite
des Stegs 18 zwei sinusförmige Kurven bildet, die auf
der Seite eines Rands 13c des Trägers 13, der dem Rand 13d gegenüber liegt,
der die beiden Enden 10a, 10b des umhüllten Leitungsdrahts trägt, vereinigt
sind.
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Wie
zuvor können
die Führungskehlen
in den vollen Abschnitten des Trägers 13 ausgebildet
sein, und eine Spannungseinrichtung kann an den Enden 10a, 10b des
umhüllten
Leitungsdrahts befestigt sein, um einen Zug auszuüben und
diesen umhüllten Leitungsdraht
gespannt zu halten.
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Nun
wird mit Bezug auf die 3 ein Beispiel eines Generators
zur Erzeugung eines Entladungsplasmas mit dielektrischer Barriere
nach einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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In
diesem Beispiel werden vom Generator zur Erzeugung eines Entladungsplasmas
mit dielektrischer Barriere zwei Elektroden eingesetzt, wie sie zuvor
mit Bezug auf die 1A und 1B beschrieben
worden sind.
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Diese
Elektroden 1, 1' sind
so gegeneinander befestigt, dass die Seiten jedes Trägers 13, 13', die den Seiten
gegenüberliegen,
die den Teil 10 des umhüllten
Leitungsdrahts tragen, gegeneinander in Kontakt stehen.
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Ein
Plasmabereich kann somit an den Öffnungen 14,
die einander gegenüberliegen,
zwischen den Teilen 10, 10' des umhüllten Leitungsdrahts erzeugt
werden, welche einander gegenüber
angebracht sind.
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Um
zu vermeiden, dass die Elektrodenausgänge zu nah aneinander stehen,
sind die Enden 10a, 10b und 10'a, 10'b der Teile 10, 10' des umhüllten Leitungsdrahts
jeder Elektrode 1, 1' im Aufbau des Generators einander
entgegengesetzt angeordnet.
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Diese
Elektroden 1, 1' sind
identisch und passen ineinander, wobei die Träger 13, 13' unter einem
Winkel von 180° zueinander
angeordnet sind.
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Diese
Art von Generator ist besonders für die Aufbereitung eines Gasflusses
geeignet, der durch ein Plasma hindurchfließt, welches durch die quer
zu diesem Fluss angeordneten Elektroden erzeugt wird.
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Die
Verwendung eines umhüllten
Leitungsdrahts weist den Vorteil auf, die Spannungsverluste beim
Transfer des Gasflusses durch diese Elektroden zu begrenzen. Der
Nutzquerschnitt der Öffnungen 14 für den Durchlass
des Gasflusses wird nämlich
bis auf die Dicke des umhüllten
Leitungsdrahts beibehalten.
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Zudem
gibt es zwischen diesen mit einem dielektrischen Material 12 bedeckten
Elektroden keinen bevorzugten Verlauf, so dass die Bildung von Lichtbögen, die
die Elektroden zerstören
können,
somit sorgfältig
vermieden ist.
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Ein
solcher Generator zur Erzeugung eines Entladungsplasmas mit dielektrischer
Barriere ist besonders gut geeignet, um in einer Vorrichtung zum Aufbereiten
eines Gasflusses angebracht zu werden, wie in 4 veranschaulicht.
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Diese
Vorrichtung zum Aufbereiten eines Gasflusses ermöglicht es insbesondere, die
Kochwrasen in einer Haushaltsdunstabzugshaube aufzubereiten. Eine
solche Vorrichtung ist insbesondere in der
französischen
Patentanmeldung Nr. 0216778 beschrieben, deren Inhalt durch
Bezugnahme in der vorliegenden Beschreibung eingefügt ist.
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Somit
ist ein katalytischer Träger 20,
der Mittel zum Durchlassen eines Gasflusses umfasst, zwischen zwei
erfindungsgemäßen Elektroden 1, 1' angeordnet.
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Der
katalytische Träger 20 kann
(nicht dargestellte) Kanäle
aufweisen, die sich in der Richtung F erstrecken, in der der Gasfluss
zirkuliert.
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Insbesondere
kann diese Vorrichtung zum Aufbereiten eines Gasflusses dazu geeignet
sein, eine üblicherweise
zylindrische Gaszirkulierungsleitung 21 auszustatten. In
diesem Fall weist die Öffnung 14, 14' der jeweiligen
Elektrode 1, 1' eine Durchlassfläche auf,
die der Querfläche
der Leitung 21 entspricht.
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Bei
dieser Montage der Vorrichtung zum Aufbereiten eines Gasflusses
ist die Fläche
jeder Öffnung 14, 14' von einem Netz
von Segmenten des umhüllten
Leitungsdrahts durchquert, das sich in der Ebene jeder Elektrode
gleichmäßig erstreckt
und ebenfalls in gleichmäßigem Abstand
von einer Elektrode 1 zur anderen Elektrode 1 angeordnet
ist. Das Plasma wird zwischen den Elektroden 1, 1' unmittelbar
im katalytischen Träger 20 erzeugt.
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Somit
wird eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Gasflusses durch die
Kombination von Katalyse und Plasma erhalten, welche relativ kompakt
und an einer Gasflusszirkulierungsleitung 21 einfach zu befestigen
ist.
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Insbesondere
können
mehrere Vorrichtungen zum Aufbereiten eines Gasflusses, wie sie
in 4 veranschaulicht sind, nacheinander und hintereinander
in einer zylindrischen Leitung zum Aufbereiten eines Gasflusses
angebracht sein.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Beschreibungsbeispiele
beschränkt,
und diese Beispiele können
vielfältig
verändert
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Eine
ausgehend von einem Teil 10 des umhüllten Leitungsdrahts ausgebildete
Elektrode könnte ebenfalls
auf einem vollen Träger,
der keine Öffnung für den Durchlass
von Gas aufweist, verwendet werden.
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Insbesondere
können
die Elektrode mit einem umhüllten
Leitungsdraht ausgebildet sein, der sich an zwei gegenüberliegenden
Wänden
eines Keramikrohrs schlängelt, über welches
Plasma erzeugt wird, wobei die aufzubereitenden Gase innerhalb des Rohrs
zirkulieren.
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In
diesem Fall sind die Elektroden in Ebenen angeordnet, die nicht
quer zum Gasfluss sondern parallel zu diesem Fluss verlaufen.
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Wenn
der Gasfluss in einer zylindrischen Leitung zirkuliert, ist es auch
möglich,
eine innere Elektrode mit Hilfe eines umhüllten Leitungsdrahts, welcher
sich im Wesentlichen in der Achse der zylindrischen Leitung erstreckt,
und eine äußere Elektrode, die
ausgehend von einem umhüllten
Leitungsdraht ausgebildet ist, der spiralförmig um die zylindrische Leitung
gewickelt ist, auszubilden.