JP2008539055A - 液体、固体または気体物質の精製及び殺菌のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は液体、気体もしくは固体相、またはそれらの混合物を含む媒体の殺菌及び精製のための装置に関し、前記装置は：中心電極（１）、前記電極（１）に隣接した誘電層（２，２０）、前記誘電層（２）に隣接した第一領域（３，３０）、及び前記第一領域中に第一媒体を導入する手段、前記第一領域に隣接した第二領域（５，５０）、及び前記第二領域中に第二媒体を導入する手段、前記第一媒体が第一領域内に存在している間に、前記第一電極（１）と第二電極の間に電圧を印加することにより、前記第一媒体内にプラズマを作るための手段、第二媒体と混合されるために、第二領域（５）中に前記プラズマを注入するための手段、を含む。本発明はまた、本発明の装置で実施される方法に関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体及び／または気体の処理のための大気プラズマ及び化学光触媒作用技術の使用に関する。本発明は飲料水及び工業廃水の殺菌及び精製、工業冷却水システムの防汚、汚染された表面及び地下水用地の改善、水耕栽培を含むバイオ農業、及び例えばスイミングプール、シャワー及びジャグジー、泉水等のような家庭用及びレクリエーションの水システムの浄化及び殺菌の分野に関係する。

更に、本発明は家庭用及び工業用空調及び空気処理システムにおける例えば空気のような気体の殺菌、浄化及び精製のために適用されることができる。

プラズマ技術はある期間にわたって例えば水のような液体の処理のために研究されている（Ｈｏｅｂｅｎ，２０００；Ｌｅｅ ＆ Ｌｅｅ，２００３；Ｙａｍａｂｅ ｅｔ ａｌ．，２００４；Ｇｒａｂｏｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ．，２００４；Ｌａｍｂｅｒｔ ＆ Ｋｒｅｓｎｙａｋ，２０００；Ｊｏｈｎｓｏｎ，１９９６，Ｊｏｈｎｓｏｎ，１９９７；Ｄｅｎｅｓ，２００４；Ａｎｐｉｌｏｖ ｅｔ ａｌ．，２００４）。通常、液体相の層内または層上に十分な表面積を持つ均質な誘電バリヤー放電プラズマを生成することが問題である。通常、ストリーマーとも称されるアークの発生と関連している処理は均質な誘電バリヤー放電プラズマ処理よりむしろコロナ処理として言及される。コロナ技術はこれらの工程中に起こる化学反応の酸化性を強化するためにオゾンまたはＵＶ処理と組合せて空気環境内で使用されることが多い。これらの放電工程時のＵＶ光、ラジカル、一重項酸素、過酸化物及び酸化された種の発生は液体相の殺菌及び精製の基礎となっている。しかし、これらの活性種と処理される液体相との十分な混合を達成することはしばしば問題である。

ＵＶ光触媒作用はまた、水のような液体中のミクロ汚染物質の殺菌及び除去のために使用される。この目的のために、多孔性膜または粒状体がＴｉＯ_２のような触媒で充填または被覆されることができる。ＵＶまたは可視光の影響下で、触媒酸化反応が担体の表面上で起こりうる。かかる反応の生成物は強い殺菌潜在能力を持つ。

幾つかの有毒有機化合物はコロナ処理またはＵＶ光触媒作用のいずれかを用いて破壊されることができるが、広い種類の残留ミクロ汚染物質種はこれらの技術を用いて排除されることができない。

最も普通には、水は塩素または殺生物剤のような化学添加剤を用いて殺菌される。既知の欠点は、かかる薬剤が非細菌種を殺すそれらの効率を妨げられることが多いこと、または例えば水中の有機物と塩素の相互作用を通して吸収を受けた有機ハロゲン（ＡＯＸ）のような望ましくない副生物の形成を起こすことである。更に、塩素及び殺生物剤は飲料水の品質に負の影響力を持つ。また、幾らかの残留化学的酸素要求量（ＣＯＤ）がある範囲で細菌の後成長を起こすことができ、装置及びユーティリティの汚染及び付着を導くかもしれない。

例えば水のような液体及び例えば空気のような気体の殺菌及び精製を目的とした水中プラズマ技術の使用に関して多数の技術問題が確認されている。第一の問題は液体相中に沈められたまたは液体相により取り囲まれた気体相中に誘電バリヤー放電（ＤＢＤ）プラズマをどのように発生するかである。

電極の形状寸法及び配置、並びに両相が互いに混合される方法及び条件は混合相内に均質な誘電バリヤー放電プラズマを得るためには重要である。

コロナ放電プラズマよりむしろ均質な誘電バリヤー放電プラズマを用いることの重要性は処理の効率及び効能、エネルギー消費及びプラズマ反応器中の電極の摩耗に対して明らかである。

液体または気体媒体の殺菌及び精製に向けられたプラズマ技術の使用に関係した第二の問題は工業的生産能力に対する要求に提起されることが多い。従来の処理装置を用いると、実際の限界が基体となる液体または気体の流れの流速で観察されることが多い。結果として、能力要求に合致する操作のエネルギー費用及び拡大費用は高いかもしれない。

光触媒作用によるミクロ汚染物質除去工程と関連した問題は使用される触媒の退化である。これは触媒の再生、またはあるときには置換さえも必要とし、それは停止時間及び触媒の置換のための臨時費用を含む。文献ＵＳ ５８７６６６３及びＵＳ ６５５８６３８は上述の多数の問題を被る。特に、ＵＳ ６５５８６３８文献はプラズマが水中で生成されるシステムを記載する。このシステムでは、誘電材料から作られかつ多数のリング電極により取り囲まれたチューブが設けられている。この装置は処理される液体、通常水中に沈められている。空気が誘電チューブを通してポンプ輸送され、穴を通して誘電チューブ内の水に入る。プラズマ放電帯域は連続リング電極間に存在する。すなわちプラズマは水内及び／または水に入る空気泡内のチューブ容積の外側に作られる。一つの電極は誘電チューブの中心に延びる長い部分を持つことができるが、これは本質的な要素ではない。この中心部分は単に（チューブの外側の）第一内部電極隙間のキャパシタンスを減らし、それにより前記第一隙間に電圧の最大部分を置き、かつ次いで一連の連続崩壊（「スリッピング表面」放電）を起こすのを助ける。この技術は多数の欠点を持ち、主要な一つは水中の電流の存在のための電力の損失である。このシステムはまた、装置を通した液体の流れがかなりの流量制限を受け、それが処理される可能な流速を制限するということを被る。このシステムはまた、その特別な形状寸法のために拡大するのが困難であり、更に電界は処理された液体の流動方向に共軸的である。

本発明は従来技術システムの欠点を被らない方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は添付請求項に記載されたような装置及び方法に関する。この装置及び方法は大気圧多相制御注入型放電（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｍｕｌｔｉ−ｐｈａｓｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）（ＡＭＰＣＩＤ）プラズマ技術の使用を採用し、この技術は殺菌及び精製に、すなわち例えば水及び空気のような媒体中の残留ミクロ汚染物質の除去に、相乗的効果を達成するために光触媒作用と組合せることができる。本発明の方法によれば、プラズマは、好ましくは気体相である。第一相内で発生され、この相はその後例えば液体相のような第二相と混合される。ＵＶ光及び／または可視光がプラズマ自身と一緒に共生成されることができ、かつ第二相に輸送された後に光触媒作用を誘発させることができる。本発明の主な焦点は水及び／または空気処理にあるけれども、その応用範囲はこれらの好適媒体に限定されず、例えば油及び炭化水素含有液体、有機相と水溶液の混合物のような有機媒体、及び例えば水素、窒素、酸素、オゾン、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等のような空気以外の気体、並びにそれらの混合物も含む。

本発明は多相原理を採用し、それにより液体及び気体相の両者の高能力処理が流速制限により妨げられない。更に、多相概念はモジュラーであり、より高い能力要求に合致するように容易に拡大されることができる。

本発明は光触媒作用と組合せたプラズマ技術の使用を可能にし、それにより触媒の再生並びに全体エネルギー消費に関して両工程間の相乗作用の最適使用を行なう。化学的に活性化された種及びラジカルがプラズマ内に生成され、それらは光誘発触媒作用反応により直接的または間接的に消費される。触媒作用反応は発生したプラズマの近くに露出された表面上で直接的に、または発生したプラズマからある距離で間接的に行われることができる。処理の効率及び効能は後者の場合において、一方では形成された化学種の寿命及びそれらが触媒帯域に到達するために移動するのに必要な距離に依存されるであろうし、他方では発生したプラズマのスペクトル特性及びその出所と触媒帯域の間の通路で出会う母材による光の吸光度に依存されるであろう。

多相間のＵＶ及び／または可視光透明相分離器を採用することにより、本発明は更に、プラズマ発生と光触媒作用の組合せ使用の相乗効果を活用することができる。誘電プラズマ放電時に生成したＵＶ及び可視光は直接的に殺菌及び精製のためまたは間接的に光触媒を発生するためのいずれかで使用されることができる。

図面の簡略説明
図１は本発明によるチューブ状反応器の断面図を示す。
図２は図１の反応器の側面図である。

図３から５は本発明によるチューブ状反応器の他の実施態様を示す。

図６及び７は本発明によるパネル形状反応器の図を示す。

図８及び９は本発明による非対称パネル形状反応器の図を示す。

本発明は液体、気体または固体相、またはそれらの混合物を含む媒体の殺菌及び精製のための装置、及び前記装置により実施される方法に関し、そこではプラズマは、好ましくは例えば空気のような気体相である第一媒体中で大気圧条件下で発生され、それは次いで、好ましくは例えば水のような液体相である第二媒体中への注入により、第一と第二媒体の間の混合流が確立されかつプラズマが第一及び／または第二媒体を殺菌及び精製するために利用されるような方式で、導入される。

図１はチューブ状形状を持つ本発明の装置（以下、反応器とも呼ばれる）の第一実施態様の断面を示す。しかし、図６〜９に示された平坦な（平坦パネル）形状のような他の形状も同様に可能である。図１〜６の形状は対称的であり、以下に述べられる多数の領域により取り囲まれた中心の丸いまたは平坦な電極を含む。図８〜９は同様にこの説明で更に述べられる非対称実施態様を示す。

しかし、我々は今や図１及び２に示されたチューブ状反応器の第一実施態様に言及する。以下の一般的説明は適用された言葉使いから明らかであるように、装置特徴と方法特徴の両方を含む。本発明によるチューブ状装置の主な特徴は、それが少なくとも一つの中心電極１を含み、それがこの電極と接触した誘電層２により取り囲まれていることである。電極１及び誘電バリヤー層２は領域３の中心に置かれており、この領域３には第一媒体、好ましくは気体相が導入されている（上部または領域３の矢印参照）。領域３の気体相はプラズマ発生容器に含まれており、その境界は相分離器として作用する透過性分離壁４として作用し、第一媒体の取り囲み領域５中への（細孔または穴を通っての）通過を可能とし、この取り囲み領域５は第二媒体、好ましくは液体相を含むように配置され、かつ外部バリヤー帯域７により取り囲まれている。図２の実施態様の液体相は領域５（矢印参照）を通して流れ、かつ前記流れ時に処理される。他の構成では、第二媒体は固定された容積の媒体を領域５中に導入し、前記容積を処理することによるバッチ態様で処理されることができる。特別な構成では、反応器はまた、相分離器なしに操作することができる（図８及び９の実施態様に関して更に説明される）。

図２の好適実施態様によれば、唯一の実際の電極１があるが、領域５内の液体は十分に電導性であり、好ましくは接地された第二電極の役目を果たす。例えば、もし処理される液体が公共配水網からの水であるなら、この水流は接地されており、それが領域５内に存在するとき、それはカウンター電極として作用するであろう。その場合、水と接触している部分４または７に対しては電導性である必要はない。もし液体自身が接地されていないかまたは適当なリファレンスに連結されていないなら、相分離器４は好ましくは電導性材料から作られ、かつ図２に示されるように、接地されるかまたは前記リファレンスに連結されることができる。この構成では、相分離器及び領域５内の液体は反応器の操作時に第二電極として作用する。この装置は更に、領域３内に存在する第一媒体内にプラズマを作るために、主電極１と「液体」電極の間に適当な電圧を印加する手段を含む。本発明の方法によれば、このプラズマは次いで、相分離器によりまたはよらずに領域５内の液体に注入され、前記液体を精製する。

液体が第二電極として使用されることができるかどうかの問題は前記液体の導電率に依存する。水はこの役目を果たすためにほとんど十分に電導性である。しかし、液体が不十分に電導性である場合、第二の物理的な、好ましくは接地された、電極８がバリヤー帯域７の周りに適用されることができ（図３及び４参照）またはそれが外部バリヤー帯域７に取って代わることができかつ領域５内の液体と直接接触して配置されることができる（図５）。これはまた、領域５内の気体相／液体相帯域内に追加のプラズマを補強しかつ発生するのを助ける。図５の場合、領域５内の液体はまた、電導性であることができ、かつ第二電極の役目（電極８と一緒に）を果たすことができる。相分離器４はそのとき電導性であってもそうでなくてもよい。

もし相分離器４が使用されるなら、それは多孔性膜、例えばセラミック膜、または毛管膜、または多孔性であるかまたは毛管を含むガラスまたは石英チューブのような非電導性材料から作られることができる。これに代えて、相分離器４はセラミック、ガラス、石英、またはポリマーのような非電導性材料から作られることができ、それらの中にあるパターンに従って相分離器４の不連続領域または全表面に渡って良く規定された形状の穴が導入され、室３から、好ましくは液体相であるが気体または固体相、またはそれらの混合物であることができる第二媒体を含む領域５中への気体の制御された流入を可能とする。

これに代えて、相分離器４は細孔、毛管または穴を含む、例えばステンレス鋼のような電導性材料からなることができる。

第二媒体が液体または気体相である場合、それは更に、担体物質として作用する多孔性または固体であることができる、固体、またはゾルゲル相を含むことができ、それは光触媒部分を、または例えばＴｉＯ_２，ＣａＢｉ_２Ｏ_４またはＰｂＢｉ_２Ｎｂ_２Ｏ_９のような光触媒部分を含むナノ粒子を、配合されまたはそれらで被覆されることができる。触媒活性は相分離器４の近くにまたは隣接して置かれることができる帯域６（図１参照）内の透過性網またはバスケット内の領域５内に含まれることができ、またはそれは次いで多孔性担体物質で充填される全領域５内に含まれることができ、またはこれに代えてそれは相分離器４中にまたはその上に及び／または外部バリヤー帯域７上に被覆されることができる。全ての場合において担体物質を含む固体または多孔性相は光及び／またはプラズマからの活性化された化学種の通過を可能とするべきである。触媒が設けられる担体の表面積は、一方では触媒作用を与える遠いプラズマからのＵＶ及び反応性種との、及び他方では処理されかつ酸化性触媒作用のための基材としての役目をする第二媒体との、相互作用を増大するように大きいことが好ましい。

これに代えて、触媒は相分離器４の材料自身の毛管または細孔内に供給されることができる。毛管力のため、液体相は多孔性または毛管相分離器材料中に吸収される。しかし、第二媒体が液体相である場合、気体と液体相の間に比較的大きな圧力差が付与されない限り、それは細孔または毛管を通して第一気体相中に通過することができない。細孔または毛管の内容物は気体相中の圧力を臨界圧力値以上に脈動することによりプラズマ発生と同調した態様で周期的にパージされることができる。

相分離器４の材料はいずれの場合にも触媒帯域内で発生される反応生成物に対してプラズマ及び化学的の両者で適合性があるべきである。更に、プラズマにより間接的に発生されたＵＶ及び可視光に対し光触媒作用反応の変換収率を最大にするために沈められた状態下で担体物質が透明であることが望ましい。かかる物質は多孔性石英または多孔性酸化アルミニウムであることができ、一直線に並んだ貫通平行細孔または非直線状に分岐した貫通細孔の両者を含むことができる。

第二媒体が固体相である場合、それは、多孔性または固体であることができかつ光触媒部分を配合されまたはそれで被覆されることができる別の固体またはゾルゲル相を更に含むことができる。触媒活性は全領域５内に、または部分的にそれの部分内に含まれることができるかのいずれかであり、全ての場合においてプラズマからの光及び／または活性化された化学種の通過を可能にし、またはそれは相分離器４中にまたはその上に及び／または外部バリヤー帯域７上に被覆されることができる。

既述のように、全システムは、接地されることができるカウンター電極８により囲まれることができる。電極８と第二媒体を含む領域５の間には外部バリヤー帯域７が存在することができる。外部バリヤー帯域７は用いられる材料に依存して誘電バリヤー層として機能することができるか、またはそれは単に装置の外部境界だけを決定することができるかのいずれかである。いずれの場合でもかつ全ての構成で、システムは、電極の増大した摩耗をもたらすストリーミングプラズマを防ぐために誘電バリヤー帯域により取り囲まれた少なくとも一つの電極を含むべきである。プラズマは最初、連続またはパルス態様で領域３内の気体相である第一媒体内で発生され、次いで第二媒体中に導入される。第二媒体が流体である場合、液体または気体相は閉鎖システム内でバッチ式に処理されることができるか、またはそれは第一媒体、すなわち（好ましくは）気体相を含む流れに関して平行または交差流態様で反応器中にポンプ輸送されることができるかのいずれかである。第二媒体のバッチ式処理と内部循環との組合せもまた可能である。

好適実施態様では、第二媒体は液体相であり、それは接地されかつもしそれが電導性であるなら接地された電極として使用される。液体相は例えば領域３内に過圧を付与することによりかつ恐らく制御された寸法及び／または材料特性を持つ穴、毛管または細孔の使用と組合せて領域３に入るのを防がれる。電極の配置、電極の接地及び誘電バリヤーの存在または不存在、反応器の形状、第二媒体のイオン状態及び電気管理体制のような工程条件及び第一及び第二媒体の流速に依存して、第一気体相中のプラズマは生き続けることができ、またはそれが第二媒体中に注入されている時間の間、強化されることさえできる。後者の場合、持続した大気圧多相制御注入放電（ＡＭＰＣＩＤ）プラズマ発生と言うことができる。引続いて形成される気泡内ではプラズマからの非常に反応性の種はそれが第二媒体中に溶解している間に第一媒体と第二媒体の間の表面界面で第二媒体と反応するであろう（もし両媒体が互いに完全に溶解するなら恐らく最高の処理効率を得る）。

対称的な平坦パネル実施の原理の上面概略図が図６に示されている。第二の、好ましくは液体相が入口９を通して反応室中にポンプ輸送され、領域５に入り、そこでそれは、互いに連結されることができる室３と１０中に注入される第一媒体、好ましくは気体相に曝されかつそれと混合される。中心に置かれているのは誘電バリヤー層２により取り囲まれた電極１である。室３と１０内でプラズマが発生された第一の気体相は領域５内の第二の、好ましくは液体相中に、例えば領域５に関して室３と１０内に過圧を付与することにより注入される。処理された第二相は反応室を出口１１を通して出る。第二相のバッチ式閉回路処理のためには、システムの入口及び出口が弁（図示せず）により閉じられることができる。

同じ原理の平坦パネル実施の側面図が図７に示されている。第二の、好ましくは液体相が反応室中に入口９を通して領域５中にポンプ輸送される。入口９と出口１１は第二媒体のバッチ処理のために任意的にそれぞれ弁１２と１３により閉じられることができる。プラズマは第一の気体相内で発生され、前記活性種は第二媒体と混合される。第一の気体相は反応室中に入口１４を通して注入される。気体相は室３，１０及び１５から集められ、収集装置１６を通して出口１７中に案内される。入口１４と出口１７は気体相のバッチ処理のためにそれぞれ弁１８と１９により閉じられることができる。気体相が再使用され、ポンプ２０を用いて再循環され、気体相を出口１７から入口１４に再び輸送することで得られることができる、閉鎖システムが得られる。ポンプ２０はまた、領域３内の気体相に過圧を付与するための手段として作用し、従ってこの相内で作られたプラズマは領域５中に注入されることができる。プラズマを注入するためのかかる手段は本発明によるどの実施態様にも存在する。一般的に、本発明の装置内における「プラズマを注入するための手段」は少なくともかかるポンプ手段、及び恐らく相分離器４（もし存在するなら）を含むように理解される。

チューブ及び平坦パネル構成の両者のために、第一と第二相はプラズマ処理後に分離される。第一媒体と第二媒体の両者は、もしそれが流体であるなら、独立して閉鎖（バッチまたは閉回路）または開放（流通）システムで処理されることができる。閉鎖システムでは、液体及び／または気体媒体は連続的に再循環されかつ多相プラズマ処理装置にポンプ輸送されて戻される。開放流通構成では、反応器の単一通過が達成され、高流量処理法が実現されることができる。図８及び９は本発明の装置の別の実施態様の側面及び上面図を示し、それは−先の実施態様のように−電極１、及びこの電極に隣接しかつ接触した誘電層２０を含む非対称的実施態様である。しかし、この実施態様では、誘電層は電極の一方側にのみ存在する。第二媒体、好ましくは液体が存在する室（循環またはバッチ態様）は誘電層に直接隣接しているが、プラズマが作られる第一媒体、好ましくは気体を誘電体と液体との間の領域３０中にポンプ輸送するための手段が存在している。この実施態様では、領域３０と５０の間に分離壁は存在しない。気体は領域３０内に過圧を維持するために、図９に見ることができるように電極の両側から領域３０中にポンプ輸送され、従って別個の気体領域３０が装置の作動時に維持される。これらの条件下では、電圧が第一電極１と領域５０内の電導性液体により及び／または好ましくは装置の底の接地された第二電極（図示せず）を設けることにより形成された第二電極との間に印加される。この実施態様では、液体は好ましくは電導性であり、従って液体本体自身が実際に第二電極としての役目をし、プラズマがまず領域３０内に維持され、その後それは領域３０と５０の間の圧力差を通して領域５０中に注入される。気体相が再使用され、それを再度反応室に入口５１を通してポンプ輸送することにより再循環されることができる、閉鎖システムが得られる。最適な気体／液体混合のために障害物５２を存在させることができる。これらの障害物は、反応器を通る液体の非層流を起こし、従って前記最適混合を得るためにどのような適当な形も持つことができる。

本発明の利点は以下の通りである：
− この多相プラズマ反応器コンセプトはモジュラーであり、（工業的な）より高い処理能力用途に拡大するのに適している。
− そのモジュール性のため、その用途及び処理される液体または気体媒体の種類に依存して異なる化学光触媒処方が容易に交換、試験及び使用されることができる。
− この多相プラズマ装置では、気体及び液体媒体の両者はいずれかのまたは両方の媒体のために連続またはバッチ態様の操作のいずれかを用いて殺菌または精製されることができる。
− この処理システムのプラズマ補助光触媒作用の基礎をなす方法は多くの制御可能なパラメーター及び特徴を持つ。例えば、異なる用途のために最適な結果を得るために、気体、液体または固体相、またはそれらの混合物を選ぶことができる；液体及び気体相の両者の流速は広いダイナミックレンジで変えられることができる；周波数、電位差、電力及び操作のパルスまたは連続モードのような電気的条件が変えられることができる；電極及び誘電バリヤー層並びに相分離器内の穴、毛管または細孔の形状及び配置はフレキシブルである；例えばＵＶ処理、オゾンまたは過酸化物処理、または例えばＡｇのような金属粒子による処理のような他の直交かつ通常の殺菌及び精製法と組合せた多相システムを操作することは反応器または工程を再構築または再設計する必要なしに可能である。
− 丈夫で簡単な設計は操作停止時間を最少にしながらメンテナンスを容易にし、かつ反応器の寿命を増やす。用いられる材料の選択に依存して、電極摩耗は最少にされることができ、材料交換のための費用は低く保たれることができる。例えば、アルミニウムストリップまたは密充填された金属粉からなる中心に置かれた電極１（図１）からなり、この電極が例えばセラミックのような誘電バリヤー層２により取り囲まれており、かつこの電極が例えば小さな貫通穴を備えた石英チューブ中に置かれているシステムは、操作時に丈夫であることができ、例えば石英またはガラスのような誘電材料７内に含まれているとき、二相の水−空気流処理のためにほとんどまたは全くメンテナンスを必要としない。
− ガラスまたは石英のような透明材料を用いる追加の利点は、プラズマ工程が可視であり、全システムを通して点検及び監視されることができることである。
− このコンセプトは、複数の異なる気体を含むことができる第一媒体の処理を可能にし、またはこれに代えて第二の、好ましくは液体相が複数の異なる気体により同時に処理されることができる。一例が図６に与えられており、そこでは第一の気体相は領域３と１０内にそれぞれ存在する二つの異なる気体を含む。この場合、二つの気体がそれぞれ拮抗または作用態様で選ばれかつ使用されるとき、二元活性化または失活システムが得られることができる。例えば第一の気体相が気体Ａ（領域３中に注入される）及び気体Ｂ（室１０中に注入される）を含み、気体Ａと気体Ｂが互いに、またはいずれかの気体と第二媒体の間に連続的に形成された中間物に対して、反応性であるとき、触媒反応が起こり、例えば図６の出口１１のような場所で互いには接触して混合する。複数の異なる気体を使用する原理はもちろんチューブ状形状に適用可能である。更に、並列処理システムの代わりに、直列処理システムを使用することもでき、そこでは複数の異なる気体が異なるプラズマ反応器の直列配列中に引き続いて導入される。
− このコンセプトはチューブ状並びに平坦パネル形状の使用を可能にする。チューブ状設計はシステムの製造、拡大及びエネルギー消費に関して利点を提供する。
− プラズマから発生されたエネルギー（光）及び化学反応種は連続的に再循環されかつ化学触媒作用工程で再生されることができる。この工程は環境及び全体的エネルギー消費に関して支持される。
− 殺菌及び精製工程は処理される第二の、好ましくは液体相への塩素または殺生物剤のような添加剤に頼らない。それはまた、この観点から支持されかつ環境的に優しい。
− 第二媒体が液体相である場合、気体相（単数または複数）は、例えばオゾンのような発生される化学種のより高い収率を指向する工程条件を可能にし液体相をより効果的に殺菌するために閉鎖システム内に含まれることができる。オゾンは気体として環境中に直接放出されないが、ある範囲まで液体相中に部分的に吸収されかつ溶解され、そこでそれは間接的な殺菌能力を持つであろう；気体相（単数または複数）の主画分は閉鎖システム内に再循環されかつ含まれることができる。
− 多相プラズマ処理装置では、固体相担体物質中に含まれた触媒部分を追加的に含むことができる液体相はまた、有機媒体、または無機及び有機媒体の混合物からなることができる。有機相または無機及び有機相の混合物はそのときプラズマ補助光触媒作用のための基材としての役目をすることができる。
− 残留及び持続有機汚染物（ＰＯＰ）に関しての本発明の効率、効能及び破壊力は例えばＵＶ−放射、ラジカル形成、強い酸化性を示す他の（誘導された）化学種の形成のような幾つかの貢献する補足的効果、局所化された加熱効果、パルスプラズマ誘発気泡を集中することによって生じる音響効果、及びプラズマ発生に連結された触媒変換工程のため、いずれの他の既知の従来技術に比べて優位であることができる。
− 本発明のシステムは、プラズマが液体自身の中ではなく、気体相中で作られ、その後プラズマが液体中に注入されるため、液体中の電流による電力損失を被らない。これはまた、従来技術のシステムに比べて本発明によるシステム内でより低い破壊電圧を観察させる（典型的にはチューブ状に対して０．１〜６ｋＶ及び平坦パネル形状に対して０．１〜２５ｋＶ）。
− ＵＳ ６５５８６３８のシステムと比べて、本発明の装置は処理される液体に対してほとんど流れ制限を持たない。
− 本発明の装置内に作られる電界は処理される液体の流れ方向に対して垂直である。これは装置を単に長くすることにより装置を拡大することを一層容易にする。

本発明を実行するための方式
本発明を実行する幾つかの方式がある。異なるコンセプトは殺菌及び精製能力に関して並びに全体的エネルギー消費及び材料摩耗に関して実現する相乗効果を持つ多相システムを採用する。本発明の操作方式はチューブ状または平坦パネル形状であることができる。既に上に言及した実施態様は更に以下詳細に述べられる。

第一好適実施態様では、原理はチューブ状形状に縮小される（図２）。図２ａと２ｂには、このシステムの上面図と側面図がそれぞれ示されている。中心に置かれた高電圧電極１は誘電バリヤーチューブ２により取り囲まれている。誘電バリヤー層は好ましくは非多孔性セラミック、ガラスまたは石英からなる。この要素は再度、より大きな直径を持つチューブ４の中心に置かれる。このチューブは好ましくはステンレス鋼のような電導性材料から作られ、接地された電極及び相分離器４としての役目をする。領域３中に気体が注入される。このチューブは下方底部に穴、毛管または細孔を含み、それを通して気体が領域５中にポンプ輸送され、その領域５は相分離器４を取り囲むより大きな直径を持つ誘電バリヤーチューブ７内に含まれている。水のような液体が、好ましくは領域３内に導入されるガス流に対して交差流態様で領域５内に注入される。これに代えて、液体の代わりに、気体または気体と液体の混合物がまた、領域５中に注入されることができる。プラズマが連続またはパルス方式で領域３内に発生される。領域５内にポンプ輸送された液体、気体、または液体／気体混合物は、発生されたプラズマを領域３から相分離器４を通して領域５中に注入することにより処理される。領域５は追加の帯域６を含むことができ、その中にＴｉＯ_２のような触媒、好ましくは光触媒が含められ、それは更に処理に貢献することができる（図２には示されていない）。

第二好適実施態様では、第二高電圧電極８は領域５内の気体相／液体相帯域内に追加のプラズマを補強しかつ発生するために第一好適実施態様で上述したようなシステム内に導入される（図３）。図３ａ及び３ｂには、このシステムの上面図と側面図がそれぞれ示されている。

第三好適実施態様では、第二高電圧電極８は、相分離器４が穴、毛管または細孔を含みかつ気体相が液体相中に注入される領域から幾らかの距離にわたって下流に置かれている（図４）。これは、気体相が液体相中に注入される相分離器４の穴、毛管または細孔に並んだ場所の領域５内でのプラズマストリーマー放電の形成を防ぐことができる。図４ａ及び４ｂには、このシステムの上面図と側面図がそれぞれ示されている。

第四好適実施態様では、そのシステムは、誘電バリヤー層７が省かれていることを除き、図４に示されたシステムと同様である（図５）、図５ａ及び５ｂには、このシステムの上面図と側面図がそれぞれ示されている。

本発明によるチューブ状反応器の断面図を示す。 図１の反応器の側面図である。 本発明によるチューブ状反応器の他の実施態様を示す。 本発明によるチューブ状反応器の他の実施態様を示す。 本発明によるチューブ状反応器の他の実施態様を示す。 本発明によるパネル形状反応器の図を示す。 本発明によるパネル形状反応器の図を示す。 本発明による非対称パネル形状反応器の図を示す。 本発明による非対称パネル形状反応器の図を示す。

Claims (23)

1. 液体、気体もしくは固体相、またはそれらの混合物を含む媒体の殺菌及び精製のための装置において、前記装置が：
   − 中心電極（１）、
   − 前記電極（１）に隣接した誘電層（２，２０）、
   − 前記誘電層（２）に隣接した第一領域（３，３０）、及び第一媒体を前記第一領域中に導入するための手段、
   − 前記第一領域に隣接した第二領域（５，５０）、及び第二媒体を前記第二領域中に導入するための手段、
   − 前記第一媒体が第一領域内に存在している間に、前記第一電極（１）と第二電極との間に電圧を印加することにより、前記第一媒体内にプラズマを作るための手段、
   − 第二媒体と混合されるために、前記プラズマを第二領域（５）中に注入するための手段、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記誘電層（２）と前記第一領域（３）が前記電極（１）を取り囲んでおり、前記第二領域（５）が前記第一領域を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記プラズマを注入するための手段が前記二つの領域間内に分離壁（４）を含み、前記壁がその表面の少なくとも一部に穴を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第一領域（３）が、中心電極（１）が中心に置かれている反応容器により形成され、分離壁（４）が前記反応容器の外壁であり、第二領域が前記反応容器周りに配置されたバリヤー壁（７）により境界を定められていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記誘電層（２，２０）が前記電極（１）に隣接してかつ前記電極（１）と接触して配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
6. プラズマ放電を作るための前記手段が、前記第二媒体が第二領域（５，５０）内に存在し、前記第二媒体が第二電極として作用するときに、前記中心電極（１）と第二媒体の間にプラズマ放電を作るために配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の装置。
7. 第二領域に隣接した第二電極（８）を更に含み、プラズマ放電を作るための前記手段が中心電極（１）と前記第二電極（８）の間に前記放電を作るために配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記分離壁（４）が多孔性材料から作られ、前記穴が前記材料の細孔により形成されていることを特徴とする請求項３から７のいずれか一つに記載の装置。
9. 前記分離壁が非多孔性材料から作られ、穴が分離壁の表面の全体または一部の前記材料内に作られていることを特徴とする請求項３から７のいずれか一つに記載の装置。
10. 前記第二領域（５，５０）が光触媒活性を作ることができる担体材料を更に含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記担体材料が第二領域（５，５０）内に配置された網またはバスケット（６）内に含まれていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記担体材料が分離壁（４）の少なくとも一部の中にまたは少なくとも一部の上に被覆されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記装置がチューブ状形状を持つことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の装置。
14. 前記装置が平坦形状を持つことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の装置。
15. 前記装置が中心平坦電極（１）、及び前記電極の各側に隣接した二つの誘電層(２)を含む対称構造を持ち、第一領域（３）が前記誘電層に隣接した二つの副領域を含み、第二領域（５）が前記第一領域に隣接していることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記装置が平坦電極（１）、及び前記電極（１）に隣接した一つの誘電層（２０）、及び前記電極に隣接した第一領域（３０）、及び前記第一領域に隣接した第二領域（５０）を含む非対称構造を持つことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
17. 分離壁が第一と第二領域（３０，５０）の間に存在せず、プラズマを注入する手段が装置の操作時に第一領域（３０）を維持するために十分な圧力で前記第一媒体を前記第一領域（３０）中にポンプ輸送するための手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 液体、気体または固体相、またはそれらの混合物を含む媒体を処理するための方法において、次の段階：
    − 請求項１から１７のいずれか一つに記載の装置を準備する、
    − 第一媒体を前記装置の第一領域（３，３０）中に導入する、
    − 第二媒体を前記装置の第二領域（５，５０）中に導入する、
    − 前記第一媒体が第一領域（３，３０）内にある間に、プラズマを前記第一媒体内に作る、
    − 前記プラズマを第二領域（５）中に注入する、
    を含むことを特徴とする方法。
19. 前記第一媒体が気体媒体であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記プラズマが大気圧条件下で作られることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
21. 第二媒体が第二領域（５，５０）を通して流れ、前記流れ中に処理されることを特徴とする請求項１８から２０のいずれか一つに記載の方法。
22. 前記第二媒体がバッチ方式で処理され、前記第二媒体の一定容積が前記第二領域（５，５０）中に導入され、その後前記容積が処理されることを特徴とする請求項１８から２０のいずれか一つに記載の方法。
23. 分離壁が前記第一及び第二領域（３０，５０）の間に存在せず、前記第一媒体が前記プラズマの作成時に前記第一領域（３０）を維持するために十分な圧力で前記電極と前記第二領域（５０）の間の第一領域（３０）内に導入されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。