ES2863980T3 - Dispositivo para el tratamiento de líquidos asistido por plasma - Google Patents

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Abstract

Dispositivo (10) para el tratamiento de un líquido (12) con un plasma a presión atmosférica no térmico, en donde el dispositivo (10) comprende los siguientes componentes: - un electrodo de alto voltaje (20); - un dispositivo de electrodo de tierra (30) permeable al líquido que comprende una región conductora de área (32) y una región porosa (34) dispuesta en la región conductora de área (32); - un espacio de descarga (40) formado entre el dispositivo de electrodo de tierra (30) y el electrodo de alto voltaje (20); - un primer dieléctrico (50) que está dispuesto en el electrodo de alto voltaje (20) de modo que pueda generarse un plasma en el espacio de descarga (40) por medio de una descarga de barrera dieléctrica; - un volumen de flujo (60) comprendido por una pared (62) al que puede alimentarse el líquido (12); en donde la pared (62) del volumen de flujo (60) comprende al menos en una primera región el dispositivo de electrodo de tierra (30), de modo que el volumen de flujo (60) esté conectado de forma permeable al líquido al espacio de descarga (40) a través del dispositivo de electrodo de tierra (30); en donde el dispositivo (10) está formado de modo que, en uso, el líquido alimentado al volumen de flujo (60) pase a través del dispositivo de electrodo de tierra y se vierta sobre una superficie del dispositivo de electrodo de tierra (30) que está orientada al espacio de descarga (40), de modo que se forme una película de líquido en dicha superficie; caracterizado por que la región conductora (32) del dispositivo de electrodo de tierra es permeable al líquido a lo largo de su expansión de área.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para el tratamiento de líquidos asistido por plasma
La invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento con plasma de líquidos y películas líquidas.
Se han establecido dispositivos y métodos para tratar superficies usando plasmas a baja temperatura en condiciones de presión atmosférica durante muchos años para una diversidad de aplicaciones industriales.
Mientras tanto, también se han abierto nuevas posibles aplicaciones de plasmas a presión atmosférica en algunas áreas de la Biología y la Medicina, lo que ha conducido a que, por ejemplo, la "Medicina del plasma" se haya desarrollado internacionalmente como nuevo campo independiente. Las interacciones entre plasmas a presión atmosférica y líquidos pueden desempeñar un papel significativo tanto en la Medicina del plasma como en el procesamiento de agua potable y aguas residuales, por lo que se están investigando en numerosos estudios científicos desde diferentes perspectivas. Un punto de vista de tales investigaciones se ofrece en el artículo científico profesional "Plasma-liquid interactions: a review and roadmap” (Bruggeman P J, Kushner M J, Locke B R, et al., Plasma science and technology 201625053002).
Además, en la bibliografía profesional y de patentes se describen disposiciones y métodos para el tratamiento de líquidos con plasma que se basan en el uso de diversos tipos de fuentes de plasma.
Una revisión de las soluciones conocidas de la técnica anterior se proporciona en el artículo profesional "Electrical discharge in water treatment technology for micropollutant decomposition" (Vanraes P, Nikiforov A, Leys C, Plasma science and technology: progress in physical states and chemical reactions 2016, 457).
En los artículos de revisión mencionados anteriormente, se describen, entre otras cosas, dispositivos que están diseñados en forma del denominado "reactor en cascada" o "reactor de película de agua", respectivamente.
En principio, estos dispositivos son dispositivos coaxiales y verticales para generar una descarga de barrera dieléctrica (DBD), en donde el agua que se trata con el plasma se guía sobre la superficie de uno de los dos electrodos dispuestos concéntricamente en el espacio de descarga de un modo tal que las especies reactivas que se forman en el plasma que se generan por encima de la superficie de la película de agua puedan actuar directamente sobre la película de agua.
Las diferentes realizaciones de este tipo de dispositivo para tratar un líquido resultan básicamente de diferentes disposiciones de electrodo, así como de la disposición de la película de agua que se trata.
Este tipo de "reactor de película de agua" se diseñó principalmente para descomponer contaminantes en el agua que son difíciles de descomponer usando métodos convencionales.
Generalmente, para poder conseguir una descomposición eficaz de contaminantes, el agua que se trata debe guiarse repetidamente a través del "reactor de película de agua".
Un reactor de plasma de este tipo se describe, por ejemplo, en el artículo profesional de B.P. Dojcinovic et al. (Dojcinovic B P et al., "Decolorization of reactive textile dyes using water falling film dielectric barrier discharge", Journal of Hazardous Materials 1922011763).
El documento de Patente JP 2012 227149 A desvela un dispositivo de plasma para generar especies gaseosas reactivas. El dispositivo está adaptado para que un líquido fluya alrededor o esté sumergido en el mismo y, en operación, genere un plasma en un espacio de descarga de modo que dichas especies gaseosas reactivas se generen en el espacio de descarga. Este gas reactivo fluye a continuación a través de una pared porosa y un electrodo de tierra para purificar o desinfectar el líquido en el líquido circundante en forma de burbujas finas.
A este respecto, el documento de Patente JP 2002 126769 desvela un dispositivo similar para tratamiento de purificación y desinfección de agua, al igual que el documento JP 2012 227149 A. La purificación y la desinfección operan según el mismo principio, en concreto, un gas generado en una cámara de descarga fluye a través de una pared porosa, donde permea el líquido que fluye en forma de burbujas finas, desinfectando y purificando de ese modo el líquido.
Bubnov, A G et al. "Plasma-Catalytic Decomposition of Phenols in Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge", Plasma Chemistry and Plasma Processing, Kluwer Academic publishers-Plenum Publishers, NE, vol. 26, n.° 1, 1 de febrero de 2006 (01-02-2006), páginas 19-30, ISSN: 1572-8986 desvelan un dispositivo para tratar un líquido con un plasma que tiene una construcción coaxial que comprende un electrodo de alto voltaje, un electrodo de tierra impermeable al líquido, un dieléctrico, y una superficie porosa dispuesta sobre el electrodo de alto voltaje. El dispositivo forma un espacio de descarga situado entre la superficie porosa del electrodo de alto voltaje y el electrodo de tierra. Un líquido fluye a través del espacio de descarga a través de un orificio sobre la superficie porosa del electrodo de alto voltaje, de modo que el líquido que se trata en el espacio de descarga quede expuesto al plasma.
Debido al diseño básico de estos reactores descrito en los mismos y a su manipulación, solo son útiles de forma limitada para desinfectar agua corriente directamente después del grifo de salida de la línea de agua. Además, estos reactores no son adecuados para generar agua tratada con plasma para desinfectar superficies eficazmente.
Con el dispositivo de acuerdo con la invención, se consiguen estos objetivos y aplicaciones previstos o, respectivamente, las condiciones para los mismos mejoran significativamente.
El objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para tratar un líquido, en particular agua, que tiene un plasma que permite el tratamiento con plasma de un líquido de manera eficaz y ahorrando espacio.
El problema se soluciona mediante el dispositivo para tratar un líquido con un plasma de acuerdo con la reivindicación 1. Se enumeran realizaciones ventajosas del dispositivo en las reivindicaciones dependientes. Se presenta un sistema para tratar un líquido con un plasma en la reivindicación 15. Estas y otras realizaciones se describirán a continuación.
Un primer elemento de la invención se refiere a un dispositivo para tratar un líquido con plasma, en donde el dispositivo tiene un electrodo de alto voltaje así como un dispositivo de electrodo de tierra permeable al líquido. El dispositivo de electrodo de tierra comprende una región conductora plana y una región porosa adyacente a la región conductora plana, en donde la región conductora es permeable al líquido a lo largo de su extensión plana.
Entre el dispositivo de electrodo de tierra y el electrodo de alto voltaje, se forma un espacio de descarga en el que puede generarse un plasma para tratar el líquido.
Para generar un plasma no térmico a presión atmosférica por medio de una descarga de barrera dieléctrica, se dispone un aislante (dieléctrico) que funciona como barrera dieléctrica, en particular plano, en el espacio de descarga al menos sobre el electrodo de alto voltaje, es decir, el primer dieléctrico.
En particular, esto significa que la al menos una región del primer dieléctrico está en contacto con el electrodo de alto voltaje. En particular, el primer dieléctrico está situado, con respecto al electrodo de alto voltaje, de modo que el primer dieléctrico esté dispuesto entre el electrodo de alto voltaje y el dispositivo de electrodo de tierra, en particular la región conductora del dispositivo de electrodo de tierra. La región porosa del dispositivo de electrodo de tierra puede ser dieléctrica de modo que la región porosa pueda funcionar como dieléctrico.
Además, el dispositivo de electrodo de tierra puede tener un segundo dieléctrico, y/o estar dispuesto sobre un segundo dieléctrico. En particular, se proporciona que la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra pueda ser dieléctrica de modo que la región porosa pueda funcionar como segundo dieléctrico. En la realización en la que está dispuesto un segundo dieléctrico sobre el dispositivo de electrodo de tierra, es necesario que el segundo dieléctrico sea permeable al líquido.
Además, el dispositivo de acuerdo con la invención tiene un volumen de flujo inicial con el que puede introducirse el líquido, por ejemplo, a través de un regulador de líquido tal como un grifo de agua. El caudal de flujo inicial está encerrado por una pared.
Al menos en una primera región, la pared del volumen de flujo inicial tiene el dispositivo de electrodo de tierra, de modo que el volumen de flujo inicial está conectado al espacio de descarga de forma permeable al líquido a través del dispositivo de electrodo de tierra.
En particular, el electrodo de alto voltaje, el primer dieléctrico y la región conductora del dispositivo de electrodo de tierra están diseñados planos y dispuestos opuestos al espacio de descarga de modo que, en particular, el dispositivo sea adecuado para generar la denominada descarga de barrera de dieléctrico de volumen (DBD de volumen).
En particular, el dispositivo de acuerdo con la invención está diseñado de modo que el líquido del volumen de flujo inicial pueda pasar solo a través del dispositivo de electrodo de tierra al espacio de descarga, es decir, en particular, no existe ninguna otra conexión permeable al líquido entre el espacio de descarga y el volumen de flujo inicial. Esto genera una película de líquido particularmente homogénea que puede tratarse eficazmente mediante el plasma generado en el espacio de descarga.
Además, de acuerdo con la invención se proporciona que durante la operación del dispositivo, el líquido introducido en el volumen de flujo inicial pase a través del dispositivo de electrodo de tierra y fluya sobre una superficie del dispositivo de electrodo de tierra que está orientada hacia el espacio de descarga. En esta superficie se forma una película de líquido sobre la que el plasma puede actuar extensamente.
En particular, el volumen de flujo inicial tiene una entrada a través de la cual puede alimentarse el líquido al volumen de flujo inicial.
El dispositivo puede conectarse tanto a un grifo de agua como a un tanque de líquido a través de la entrada. Esto permite otra área de uso de la invención, en particular en domicilios privados donde el dispositivo de acuerdo con la invención es adecuado para purificar y desinfectar el agua corriente. Del mismo modo, el agua de un tanque puede tratarse con la ayuda del dispositivo de acuerdo con la invención.
El agua puede experimentar un tratamiento con plasma ya en el tanque antes de alimentarse al dispositivo de acuerdo con la invención. En particular, se propone una versión para tratamiento con plasma en un tanque que se conoce como "versión con descargas en superficies de agua".
En particular, se entiende que un plasma es un gas con una parte de electrones libres, radicales, iones y partículas neutras. Cuando se usa el aire ambiente como gas de proceso en el plasma para descarga de barrera dieléctrica, se generan en particular especies reactivas de oxígeno, también conocidas como (ROS), tales como (O3), peróxido de hidrógeno (H2O2), anión hiperóxido (O2 ^ -), radical hidroxilo altamente reactivo (OIT), así como especies reactivas de nitrógeno, también conocidas como RNS, tales como dióxido de nitrógeno (NO2 ^ ), óxido de nitrógeno (NO^ ) y peroxinitrito (ONOO-). Estas reaccionan con la película de agua donde causan la formación, o respectivamente la adición de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, y por lo tanto los efectos previstos del tratamiento con plasma del agua, es decir, purificación y desinfección.
Además, las especies reactivas tienen un efecto antimicrobiano que desinfecta el agua.
Dado que el agua tratada con plasma ya tiene una parte de especies reactivas después del tratamiento con plasma, el agua tratada con plasma puede usarse para desinfectar superficies, para desinfección de manos, o para desinfectar frutas y verduras.
Las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno generadas, o respectivamente introducidas en el agua por el tratamiento con plasma tienen un efecto positivo en el crecimiento de las plantas debido a efectos sinérgicos, de modo que el agua tratada puede usarse para optimizar los procesos de crecimiento y aumentar el rendimiento en jardinería y agricultura.
El dispositivo de acuerdo con la invención permite un tratamiento particularmente eficaz de líquido, dado que el dispositivo de acuerdo con la invención está diseñado para generar una película de líquido delgada con una superficie comparativamente elevada sobre el dispositivo de electrodo de tierra que está expuesta al plasma generado en el espacio de descarga sobre la extensión completa de esta superficie.
A diferencia de los "reactores de película de agua" de la técnica anterior, en particular, el agua que se trata no se guía directamente como una película de agua sobre la superficie de los electrodos en el dispositivo de acuerdo con la invención, sino que se guía a través del dispositivo de electrodo de tierra en el espacio de descarga sobre su superficie.
En particular, esto causa una formación uniforme de la película de agua sobre el dispositivo de electrodo de tierra. Además, en particular, el agua se filtra a través de la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra.
Al hacerlo de ese modo, la superficie de paso total de la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra para el líquido es comparativamente mayor con respecto a las soluciones de la técnica anterior que solo tienen unas pocas aberturas de conexión a un espacio de descarga.
La región porosa determina una región porosa y permeable, en particular una región que tiene una pluralidad de pequeños orificios, canales y/o capilares.
De acuerdo con una realización de la invención, el dispositivo de electrodo de tierra está diseñado y situado de un modo tal que la región conductora esté dispuesta al menos en un lado de la pared orientada al volumen de flujo inicial, y la región porosa esté dispuesta al menos en un lado orientado al espacio de descarga.
La región porosa del dispositivo de electrodo de tierra tiene, por ejemplo, un material aislante, en donde la región porosa consiste en particular en un material aislante tal como material cerámico de modo que el dispositivo tiene dos dieléctricos, es decir, el primer y el segundo dieléctricos, entre los que se forma el espacio de descarga.
El uso de un dispositivo de electrodo de tierra que tiene una región cerámica porosa que puede funcionar como segundo dieléctrico tiene la ventaja de que puede formar un plasma filamentoso más homogéneo y menos denso en el espacio de descarga en comparación con una realización sin el segundo dieléctrico, y de ese modo permite un tratamiento más uniforme de la película de agua.
Alternativamente, la estructura de la región porosa esencialmente solo puede tener canales o capilares sin ramificar que penetran en la región porosa y se extienden entre el volumen de flujo inicial y el espacio de descarga.
De acuerdo con otra realización de la invención, el espacio de descarga tiene al menos una abertura de salida para líquido, a través de la cual puede descargarse del dispositivo después del tratamiento con el plasma.
De acuerdo con una realización de la invención, el dispositivo de electrodo de tierra tiene al menos tres canales que conectan el espacio de descarga y el volumen de flujo inicial entre sí de forma permeable al fluido.
Otra realización de la invención proporciona que la región conductora plana del dispositivo de electrodo de tierra tenga una pluralidad de aberturas que bordean la región porosa.
Una abertura es, por ejemplo, un orificio.
En particular, de acuerdo con la invención, se proporciona que la región conductora plana del dispositivo de electrodo de tierra tenga más de dos aberturas, en donde cada abertura penetra en la región conductora desde el lado orientado al volumen de flujo inicial hasta el lado que bordea la región porosa.
Otra realización de la invención proporciona que la región conductora plana del dispositivo de electrodo de tierra tenga una estructura perforada de tipo rejilla, o una estructura textil, o una estructura porosa.
Una estructura de tipo rejilla es, en particular, una estructura de rejilla regular o semirregular.
Una estructura textil tiene, en particular, fibras que están unidas para formar una tela, por ejemplo por hilado o tejido. De acuerdo con la invención, la estructura textil comprende, en particular, fibras conductoras.
En particular, la región conductora plana del dispositivo de electrodo de tierra tiene un textil conductor de la electricidad, o consiste en un textil conductor de la electricidad.
De acuerdo con una realización de la invención, la región conductora plana del dispositivo de electrodo de tierra tiene una gasa conductora, en particular una gasa metálica, o consiste en la gasa.
En particular, los materiales textiles conductores así como las gasas conductoras se pueden conformar fácilmente en la forma necesaria para el dispositivo de electrodo de tierra, por ejemplo por doblado, de modo que sea posible una producción fácil y económica del dispositivo de electrodo de tierra.
Otra realización de la invención proporciona que la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra sea conductora, y esté conectada de forma conductora a la región conductora, o esté formada integralmente con la región conductora. Aunque, generalmente, la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra no se ha de diseñar para que sea conductora, sin embargo, esto se proporciona explícitamente de acuerdo con la presente invención.
En consecuencia, una versión de la realización anterior proporciona que la región porosa y la región conductora se formen integralmente. Esto significa que, en esta realización, la región porosa y la región conductora se formen como una pieza individual del mismo material.
Alternativamente, se proporciona que la región conductora y la región porosa consistan en dos partes diferentes que, sin embargo, estén unidas de forma conductora entre sí.
De acuerdo con otra realización de la invención, la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra tiene un material aislante, en particular un segundo dieléctrico, en particular un material cristalino, parcialmente cristalino o cerámico. En una realización alternativa, la región porosa del dispositivo de electrodo de tierra consiste en tal material.
De acuerdo con la invención, se proporciona en consecuencia que la región conductora esté dispuesta, por ejemplo, sobre una región cerámica, o esté rodeada por la región cerámica.
Un material cristalino tiene una estructura regular. Un material parcialmente cristalino comprende regiones cristalinas y amorfas. No hay ninguna estructura regular en una región amorfa. Un material cerámico es cristalino, en particular policristalino. Esto significa que tiene una pluralidad de cristales individuales.
De acuerdo con otra realización de la invención, el dispositivo está configurado de modo que la región porosa esté formada como un filtro de líquidos de modo que se filtre un líquido que pase a través de la región porosa.
En particular, el filtro de líquidos puede retirar por filtración partículas sólidas tales como microplásticos del líquido. Por lo tanto, el dispositivo de acuerdo con la invención permite una etapa de tratamiento adicional del líquido que precede el tratamiento con plasma del líquido.
Dependiendo del tamaño de poro de la región porosa, también se retiran por filtración partículas exclusivamente mayores o menores del líquido. En particular, los poros con un diámetro entre 100 nm y 1000 nm están de acuerdo con la invención. Sin embargo, la invención no se limita a poros de este tamaño.
De acuerdo con otra realización de la invención, la pared se forma de modo rotacionalmente simétrico o axialmente simétrico a lo largo de la dirección de extensión del volumen de flujo inicial.
Otra realización de la invención proporciona que la pared del volumen de flujo inicial sea cilíndrica o cónica, en particular en donde la pared en una región circundante de esta camisa del cilindro o el cono consiste en el dispositivo de electrodo de tierra.
La forma cónica comprende tanto la forma de un cono como la forma de un tronco cónico, o contornos similares de forma ahusada o ensanchada.
La superficie de la base del cilindro o del cono es, en particular, circular o elíptica. En particular, la invención comprende cilindros rectos o conos rectos, pero no se limita a los mismos.
Otra realización de la invención proporciona que el dispositivo de electrodo de tierra y el electrodo de alto voltaje estén dispuestos coaxialmente.
De acuerdo con esta realización de la invención, en particular, el electrodo de alto voltaje está dispuesto para rodear radial y paralelamente el dispositivo de electrodo de tierra, u opuesto en regiones.
El espacio de descarga que se encuentra entre el electrodo de alto voltaje y el dispositivo de electrodo de tierra, en consecuencia, también está dispuesto coaxialmente al igual que el primer dieléctrico.
El volumen de flujo inicial de acuerdo con esta realización está dispuesto en el interior del dispositivo de electrodo de tierra. El eje común de los componentes dispuestos coaxialmente atraviesa el volumen de flujo inicial.
En el exterior, el electrodo de alto voltaje está rodeado, en particular, por un aislante que, por ejemplo, está formado por un tubo acrílico.
En una realización coaxial alternativa, en particular, el dispositivo de electrodo de tierra está dispuesto para rodear radial y paralelamente el electrodo de alto voltaje, u opuesto en regiones.
En esta versión coaxial, el eje común de los componentes coaxiales atraviesa el electrodo de alto voltaje.
De acuerdo con esta realización, el volumen de flujo inicial rodea el dispositivo de electrodo de tierra desde el exterior de acuerdo con la invención.
La realización coaxial de la invención puede alimentarse con un líquido en el volumen de flujo inicial. El líquido pasa a través del dispositivo de electrodo de tierra en el espacio de descarga y forma una película de líquido sobre el lado del dispositivo de electrodo de tierra en el espacio de descarga orientado hacia fuera del volumen de flujo inicial que fluye fuera de la superficie del dispositivo de electrodo de tierra y puede exponerse al plasma.
Alternativamente, el dispositivo puede disponerse de modo que el líquido se alimente al volumen de flujo inicial desde abajo.
El diseño coaxial del dispositivo de acuerdo con la invención permite un diseño compacto, es decir, que ahorra espacio. Las realizaciones coaxiales pueden disponerse, por ejemplo, en un grifo de agua para purificación de agua.
Cuando las realizaciones coaxiales están en un estado apropiado, en particular, se proporciona que el dispositivo de electrodo de tierra y el electrodo de alto voltaje discurran coaxialmente a lo largo de una dirección vertical de extensión del dispositivo.
De acuerdo con una realización no coaxial alternativa de la invención, el dispositivo de electrodo de tierra está dispuesto en una región plana de la pared, en donde el dispositivo de electrodo de tierra se diseña plano.
De acuerdo con la invención, el electrodo de alto voltaje está dispuesto sustancialmente plano-paralelo al dispositivo de electrodo de tierra. En particular, el electrodo de alto voltaje está situado por encima del dispositivo del electrodo de tierra.
En este caso, el líquido del volumen de flujo inicial se presiona hacia arriba mediante el dispositivo de electrodo de tierra al espacio de descarga. Allí forma la película de líquido que se expone al plasma.
La operación del dispositivo de acuerdo con la presente invención no está ligada a una posición de instalación vertical. En esta realización de acuerdo con la invención, también es posible la operación en una posición de instalación horizontal.
Otra realización de la invención proporciona que el dispositivo tenga una abertura de gas de proceso a través de la cual puede guiarse un medio gaseoso al espacio de descarga. En este contexto, la abertura de gas de proceso tiene, en particular, una conexión a la que puede conectarse una fuente de gas al dispositivo.
La abertura de gas de proceso está dispuesta de modo que conecte directamente el espacio de descarga con la fuente de gas. Puede introducirse un gas de proceso directamente en el espacio de descarga a través de la abertura de gas de proceso.
Alternativamente, esta abertura de gas de proceso está dispuesta, en particular, de modo que el gas de proceso se introduzca en la región del dispositivo de electrodo de tierra. El gas de proceso entra en el espacio de descarga a través del dispositivo de electrodo de tierra.
El gas de proceso puede ser, por ejemplo, aire ambiente o un gas de plasma generado por una fuente de plasma térmico.
Ventajosamente, esta realización de acuerdo con la invención permite que se guíe un gas, además del líquido que se trata, a través del electrodo poroso o directamente al espacio de descarga.
Por ejemplo, el gas de plasma se introduce de ese modo en el dispositivo desde otra fuente de plasma a presión atmosférica con un plasma térmico o no térmico.
En particular, en fuentes de plasma térmico, tales como en un dispositivo de chorro de plasma de CC (CC: corriente continua), se genera una mezcla de gas con una alta concentración de especies reactivas de nitrógeno.
La introducción de tal gas de plasma en el espacio de descarga del dispositivo de acuerdo con la invención permite la introducción de compuestos de nitrógeno en el líquido que se trata.
El agua que se ha tratado de esta manera puede usarse para optimizar procesos de crecimiento, y para aumentar el rendimiento en jardinería y agricultura.
De acuerdo con una realización de la invención, el dispositivo tiene una fuente de radiación ultravioleta (fuente de radiación UV), o un medio de conexión para una fuente de radiación UV, en donde la fuente de radiación de UV está situada, o puede situarse mediante el medio de conexión, de modo que la radiación UV entre en contacto con el líquido. En particular, se proporciona que la radiación UV entre en contacto con el líquido después de que el líquido se haya tratado con el plasma.
En particular, la fuente de radiación UV transmite radiación electromagnética en un intervalo de longitud de onda de 100 nm a 400 nm.
Puede usarse radiación UV de onda corta en el intervalo denominado radiación UV-C, definida como radiación con una longitud de onda de 100 nm a 280 nm, para esterilizar agua potable dado que tiene efecto antimicrobiano, en particular en un intervalo de longitud de onda de aproximadamente 240 nm a 270 nm.
La realización de acuerdo con la invención permite un tratamiento acoplado de un líquido con un plasma y con medios de radiación UV. Esto permite un aumento de eficacia del tratamiento del líquido.
De acuerdo con una realización de la invención, al menos una abertura de salida del espacio de descarga, desde donde el líquido puede abandonar el dispositivo, está diseñada como una boquilla de pulverización o como un tubo de boquilla, o tiene un medio con el que el dispositivo puede conectarse a una boquilla de pulverización o un tubo de boquilla.
La abertura de salida diseñada como tubo de boquilla permite el tratamiento de grandes áreas con el líquido tratado con plasma. Esta opción tiene ventajas, en particular, para aplicaciones en jardinería y en agricultura.
El tubo de boquilla también puede equiparse con boquillas de pulverización para este fin, de modo que el agua tratada con plasma se aplique a grandes áreas a presión en forma de niebla de pulverización.
Otro elemento de la invención proporciona que un sistema tiene al menos un primer y un segundo dispositivos para tratar un líquido, en donde el primer dispositivo está dispuesto en serie con el segundo dispositivo.
Para una conexión en serie, el primer dispositivo está conectado al segundo dispositivo mediante una abertura de salida en el primer dispositivo, y una abertura de entrada en el segundo dispositivo.
A continuación se explicarán características y ventajas adicionales de la invención por referencia a la descripción de figuras de realizaciones a modo de ejemplo. En las figuras:
la Figura 1 muestra una vista en sección de una realización vertical del dispositivo que está conectado a un grifo de agua,
la Figura 2 muestra una vista en sección de una realización vertical del dispositivo que comprende fuentes de radiación UV y que está conectado a un grifo de agua,
la Figura 3 muestra una vista en sección de una realización vertical del dispositivo en la que el dispositivo de electrodo de tierra comprende un tejido metálico y un tubo cerámico que está conectado a un grifo de agua, y
la Figura 4 muestra una vista en sección de una realización horizontal del dispositivo que está conectado a un tanque de agua.
En la Figura 1, el diseño del dispositivo 10 de acuerdo con la invención para tratar un líquido con un plasma se muestra en una vista seccionada. El dispositivo 10 está montado en un grifo de agua 100 por medio de un segmento de conexión 82 que está formado por una placa de montaje 80. La placa de montaje 80 forma el extremo superior del dispositivo 10 y se extiende más allá de su parte superior total.
El dispositivo 10 mostrado en la Figura 1 comprende un volumen de flujo inicial 60 de forma cilíndrica en el que puede introducirse un líquido 12 desde un grifo de agua 100 a través de una entrada 64. El volumen de flujo inicial 60 está rodeado por un dispositivo de electrodo de tierra 30 en forma de tubo, es decir, la pared 62 del volumen de flujo inicial 60 está formada enteramente por el dispositivo de electrodo de tierra 30. El dispositivo de electrodo de tierra 30 está formado por poros finos y es permeable al líquido. El dispositivo de electrodo de tierra 30 está diseñado como una sola parte, es decir, la región conductora 32 y la región porosa 34 consisten en el mismo material. El espacio de descarga 40 se extiende en una disposición vertical alrededor del dispositivo de electrodo de tierra 30 y está rodeado en su lado orientado hacia fuera del dispositivo de electrodo de tierra 30 por un primer dieléctrico 50. El primer dieléctrico 50 es, por ejemplo, un tubo de vidrio o un tubo de vidrio de cuarzo.
El electrodo de alto voltaje 20 está dispuesto en el lado del primer dieléctrico 50 orientado hacia fuera del espacio de descarga 40. El electrodo de alto voltaje 20 está diseñado de forma tubular y coaxial al dispositivo de electrodo de tierra 30, es decir, el electrodo de alto voltaje 20 y el dispositivo de electrodo de tierra 30 discurren paralelos entre sí. El espacio de descarga 40 se extiende entre ellos. De forma radial hacia el exterior, el electrodo de alto voltaje 20 está rodeado por un alojamiento 14. El alojamiento 14 protege el dispositivo 10 del contacto del exterior.
Debido a la geometría de los electrodos, el dispositivo 10 puede generar un plasma en el espacio de descarga 40.
El dispositivo de electrodo de tierra 30 está conectado a tierra y está conectado mediante un primer cable de conexión 92 a una fuente de alto voltaje 90. Del mismo modo, en electrodo de alto voltaje 20 está conectado mediante un segundo cable de conexión 94 a la fuente de alto voltaje 90 de modo que, después de conectar la fuente de alto voltaje 90, el voltaje aplicado entre los electrodos 20, 30 hace que desencadene una descarga de barrera dieléctrica de volumen en el espacio de descarga 40.
En la región de la placa de montaje 80 que bordea el espacio de descarga 40 en la parte superior, hay aberturas de gas de proceso 42 a través de las que puede introducirse un gas de proceso en el espacio de descarga 40. El líquido 12 sale de la región inferior del espacio de descarga 40 a través de una abertura de salida 44 fuera del dispositivo 10.
El extremo inferior del volumen de flujo inicial 60 y el dispositivo de electrodo de tierra 30 están bordeados por una pieza terminal 84 que consiste en un material sólido que el líquido 12 no puede penetrar. El extremo superior del dispositivo de electrodo de tierra 30 está bordeado por un anillo de cubierta 86 que consiste en un material sólido. La placa de montaje 80 está dispuesta por encima del anillo de cubierta 86.
La Figura 2 muestra el dispositivo 10 de acuerdo con la invención para tratar un líquido con un plasma que tiene una fuente de radiación UV 70 en una vista seccionada. El dispositivo 10 mostrado en la Figura 2 es similar al dispositivo 10 que se muestra en la Figura 1 en que el dispositivo 10 de la Figura 2 también está diseñado de forma coaxial y está dispuesto en una orientación vertical. El volumen de flujo inicial 60, que está bordeado por el dispositivo de electrodo de tierra 30, está situado en el interior. La superficie exterior 31 del dispositivo de electrodo de tierra 30 bordea el espacio de descarga 40, que está rodeado por el primer dieléctrico 50. El primer dieléctrico 50 está rodeado por el electrodo de alto voltaje 20, y este está rodeado por el alojamiento 14. Además de los componentes ya mostrados en la Figura 1, el dispositivo 10 mostrado en la Figura 2 comprende una fuente de radiación UV 70. La fuente de radiación UV 70 está dispuesta radialmente con respecto al exterior del alojamiento 14 sobre el dispositivo 10. Está dispuesta en la región en la que la pieza terminal 84, que consiste en material sólido, está situada en el interior del dispositivo 10. Esto significa que la fuente de radiación Uv 70 está dispuesta por debajo del dispositivo de electrodo de tierra 30 y el electrodo de alto voltaje 20. En esta realización del dispositivo 10, se proporciona que el alojamiento 14, al menos en una región que bordea la fuente de radiación UV 70, consista en vidrio de cuarzo. Esta realización hace posible que el material del alojamiento 14 no absorba la radiación UV de onda corta. De ese modo, se retiene el efecto de la radiación UV en el líquido 12.
En una realización alternativa, se proporciona que el dispositivo 10 esté diseñado de modo que la fuente de radiación UV 70 esté integrada en una región del alojamiento 14. De forma sencilla, esto evita que el material de alojamiento 14 absorba la radiación UV.
La realización del dispositivo 10 mostrada como vista seccionada en la Figura 3 también es un diseño coaxial.
El dispositivo 10 tiene el volumen de flujo inicial 60 en el centro. El dispositivo de electrodo de tierra 30 bordea el volumen de flujo inicial 60 y comprende una región conductora 32 y una región porosa 34. La región conductora 32 está formada por un tejido metálico permeable al líquido que, por ejemplo, es un textil conductor 39 o una gasa metálica 38. El tejido metálico está rodeado por la región porosa 34 que, por ejemplo, está formada por un tubo cerámico 35. El tubo cerámico 35 es poroso y, por lo tanto, también permeable al líquido. El tubo cerámico 35 no es conductor de la electricidad y sirve como segundo dieléctrico 52. El tubo cerámico 35 bordea el espacio de descarga 40 en el lado orientado hacia fuera del volumen de flujo inicial 60 que, en su otro lado, está bordeado por el primer dieléctrico 50 formado por el tubo de vidrio. Un tejido metálico forma el electrodo de alto voltaje 20 que bordea el primer dieléctrico 50 radialmente hacia el exterior. Un tubo acrílico forma el alojamiento 14 que está situado radialmente hacia el exterior del electrodo de alto voltaje 20.
Los extremos superiores del dispositivo de electrodo de tierra 30 y el primer dieléctrico 50 están situados en la placa de montaje 80. Como ya se mostró en la Figura 1, el extremo inferior del volumen de flujo inicial 60 y el dispositivo de electrodo de tierra 30 están siempre bordeados por una pieza terminal 84 que consiste en un material sólido que el líquido 12 no puede penetrar. El líquido 12 puede salir del dispositivo 10 desde la región inferior del espacio de descarga 40 a través de la abertura de salida 44.
La Figura 4 muestra una vista seccionada de una realización del dispositivo 10 en la que el dispositivo de electrodo de tierra 30 tiene un diseño plano. El dispositivo de electrodo de tierra 30 está formado como una sola parte. El dispositivo 10 está dispuesto de forma horizontal. El segmento de conexión 82 a través del que sale el líquido 12 de un tanque de líquido 110 al volumen de flujo inicial 60 está situado de forma lateral. El segmento de conexión 82 está formado por la placa de montaje 80 que se extiende sobre toda la superficie lateral del dispositivo 10. El flujo de entrada del líquido del tanque de líquido 110 al volumen de flujo inicial 60 está regulado por medio de una válvula de descarga 112.
La región inferior así como la región lateral del volumen de flujo inicial 60 que está frente al segmento de conexión 82 están bordeadas por piezas terminales 84 que consisten en material sólido. La región alrededor del segmento de conexión 82 también está bordeada por material sólido. La región superior del volumen de flujo inicial 60 está bordeada por el dispositivo de electrodo de tierra 30 que se extiende plano. El dispositivo de electrodo de tierra 30 tiene un diseño de poro fino y es permeable al líquido. Por encima del dispositivo de electrodo de tierra 30 está situado el espacio de descarga 40 cuyo límite superior está formado por un primer dieléctrico 50. El electrodo de alto voltaje 20 está situado en el lado del primer dieléctrico 50 orientado hacia fuera del espacio de descarga 40. Una región del alojamiento 14 está dispuesta por encima del electrodo de alto voltaje 20. El alojamiento 14 también forma un límite inferior del dispositivo 10. Un volumen de recogida 46 se extiende entre la región inferior del alojamiento 14 y la región inferior del volumen de flujo inicial 60. La región inferior del espacio de descarga 40 acaba en el volumen de recogida 46. La región inferior del alojamiento 14 comprende aberturas de salida 44 que están diseñadas en forma de boquillas de pulverización 48. El líquido 12 sale a través de las mismas del volumen de recogida 46.
Una abertura de gas de proceso 42 está situada en la región de la placa de montaje 80 que bordea el espacio de descarga 40 en el lado y en donde está formado el segmento de conexión 82. Un gas de proceso puede pasar a través de este al espacio de descarga 40. Un gas de proceso puede ser, por ejemplo, aire ambiente.
El dispositivo de electrodo de tierra 30 está conectado a tierra, y está conectado mediante un primer cable de conexión 92 a la fuente de alto voltaje 90. El electrodo de alto voltaje 20 está conectado mediante un segundo cable de conexión 94 a la fuente de alto voltaje 90. Después de conectar la fuente de alto voltaje 90, el voltaje aplicado a los electrodos 20, 30 hace que se desencadene una descarga de barrera dieléctrica en el espacio de descarga 40, en particular una descarga de barrera dieléctrica de volumen.
Lista de números de referencia
10 Dispositivo
12 Líquido
14 Alojamiento
20 Electrodo de alto voltaje
30 Dispositivo de electrodo de tierra
31 Superficie exterior
32 Región conductora
34 Región porosa
Tubo cerámico
Gasa metálica
Textil conductor Espacio de descarga Abertura de gas de proceso Abertura de salida Volumen de recogida Boquilla de pulverización Primer dieléctrico Segundo dieléctrico Volumen de flujo inicial Pared
Entrada
Fuente de radiación UV Placa de montaje Segmento de conexión Pieza terminal
Anillo de cobertura Fuente de alto voltaje Primer cable de conexión Segundo cable de conexión Grifo de agua
Tanque de líquido Válvula de descarga

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo (10) para el tratamiento de un líquido (12) con un plasma a presión atmosférica no térmico, en donde el dispositivo (10) comprende los siguientes componentes:
- un electrodo de alto voltaje (20);
- un dispositivo de electrodo de tierra (30) permeable al líquido que comprende una región conductora de área (32) y una región porosa (34) dispuesta en la región conductora de área (32);
- un espacio de descarga (40) formado entre el dispositivo de electrodo de tierra (30) y el electrodo de alto voltaje (20);
- un primer dieléctrico (50) que está dispuesto en el electrodo de alto voltaje (20) de modo que pueda generarse un plasma en el espacio de descarga (40) por medio de una descarga de barrera dieléctrica;
- un volumen de flujo (60) comprendido por una pared (62) al que puede alimentarse el líquido (12);
en donde
la pared (62) del volumen de flujo (60) comprende al menos en una primera región el dispositivo de electrodo de tierra (30), de modo que el volumen de flujo (60) esté conectado de forma permeable al líquido al espacio de descarga (40) a través del dispositivo de electrodo de tierra (30);
en donde el dispositivo (10) está formado de modo que, en uso, el líquido alimentado al volumen de flujo (60) pase a través del dispositivo de electrodo de tierra y se vierta sobre una superficie del dispositivo de electrodo de tierra (30) que está orientada al espacio de descarga (40), de modo que se forme una película de líquido en dicha superficie; caracterizado por que
la región conductora (32) del dispositivo de electrodo de tierra es permeable al líquido a lo largo de su expansión de área.
2. Dispositivo (10) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la región conductora de área (32) del dispositivo de electrodo de tierra (30) comprende una pluralidad de cavidades que son contiguas a la región porosa (34).
3. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que la región conductora de área (32) del dispositivo de electrodo de tierra (30) comprende una estructura perforada, o de tipo rejilla, o textil, o una estructura porosa.
4. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la región conductora de área (32) del dispositivo de electrodo de tierra (30) comprende un textil conductor de la electricidad (39) o consiste en un textil conductor de la electricidad (39).
5. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la región conductora de área (32) del dispositivo de electrodo de tierra (30) comprende una gasa conductora (38) o consiste en la gasa.
6. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la región porosa (34) del dispositivo de electrodo de tierra (30) es conductora y está conectada al menos de forma conductora a la región conductora (32), la región conductora (32), que la región porosa (34) consiste en el mismo material, o que la región porosa (34) y la región conductora (32) están formadas integralmente en una pieza contigua del mismo material.
7. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la región porosa (34) del dispositivo de electrodo de tierra (30) comprende o consiste en un material aislante (52), particularmente un segundo dieléctrico (52), particularmente un material cristalino, parcialmente cristalino o cerámico.
8. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la región porosa (34) está formada como un filtro de líquido de modo que se filtre un líquido (12) que pase a través de la región porosa (34).
9. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la pared (62) del volumen de flujo (60) está formada cilíndrica o cónicamente, particularmente en donde la pared (62) consiste en el dispositivo de electrodo de tierra (30) en una región circunferencial de la cubierta del cilindro o el cono.
10. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el dispositivo de electrodo de tierra (30) y el electrodo de alto voltaje (20) están dispuestos coaxialmente.
11. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el dispositivo de electrodo de tierra (30) está dispuesto en una región plana de la pared (62), en donde el dispositivo de electrodo de tierra (30) está formado de forma plana.
12. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el dispositivo (10) comprende una abertura de gas de trabajo (42) a través de la que puede dirigirse un medio gaseoso al espacio de descarga (40).
13. Dispositivo (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el dispositivo (10) comprende una fuente de radiación UV (70) o un medio de conexión para una fuente de radiación UV (70), en donde la fuente de radiación UV (70) está situada o puede situarse mediante el medio de conexión de modo que la radiación UV incida sobre el líquido (12).
14. Dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el dispositivo (10) comprende al menos una abertura de salida (44) del espacio de descarga (40) desde la que el líquido (12) puede salir del dispositivo (10), en donde la al menos una abertura de salida (44) está formada como una boquilla de pulverización (48), o como un tubo de boquilla, o comprende un medio mediante el que el dispositivo (10) puede conectarse a una boquilla de pulverización o un tubo de boquilla.
15. Sistema para el tratamiento de un líquido con un plasma, caracterizado por que el sistema comprende al menos un primer y un segundo dispositivos (10) para el tratamiento de un líquido (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer dispositivo (10) está dispuesto en serie con el segundo dispositivo (10).
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