WO2020216831A1 - Vorrichtung zur behandlung einer luftströmung mit einem nichtthermischen plasma - Google Patents

Vorrichtung zur behandlung einer luftströmung mit einem nichtthermischen plasma Download PDF

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Manfred H. Langner
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Langner Manfred H
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Definitions

  • the invention relates to a device for treating an air flow with a non-thermal plasma, the device having two devices arranged at a distance from one another
  • Permittivity is arranged as air, and wherein an alternating voltage can be applied to the two electrodes, so that between the two electrodes
  • non-thermal plasma can be generated through which the air flow can flow. It has been shown that with the help of a non-thermal plasma an effective treatment and cleaning of a
  • Air flow is possible.
  • molecules located in an exhaust air flow in particular molecules of odorous substances and volatile organic compounds, can be broken down and converted into other molecular compounds which pollute the environment less or less.
  • an air flow used as supply air for rooms or processes is treated and conditioned with the aid of a non-thermal plasma, for example in order to enrich the air flow with ozone for medical treatment.
  • Various devices are known from practice with which a non-thermal plasma is generated and a
  • air flow usually flowing through the device can be treated with the non-thermal plasma. It is often tried to work with a
  • Such devices are, inter alia, both for
  • Construction and low-maintenance and safe operation of such a device are particularly advantageous.
  • the aim is often to adapt the non-thermal plasma to the exhaust air to be cleaned in order to be able to remove or convert the contaminants contained in the exhaust air in a targeted and as effectively as possible with the device.
  • the arrangement is one
  • Plasma formation which is generated by a dielectrically impeded discharge, the air flow is treated.
  • at least one of the two electrodes is provided with a second coating with the catalyst material.
  • Catalyst materials are known with which a significant increase in the treatment effect or the efficiency can be achieved depending on the treatment of the air flow that is desired in each case.
  • Electrodes are arranged directly in the area in which a plasma is formed by the dielectrically impeded discharge.
  • Coating material and the second coating material combined therewith it can be expedient to use the two electrodes with a similar one
  • Coating arrangement or to be provided with a different coating arrangement are Coating arrangement or to be provided with a different coating arrangement.
  • a first electrode only has the first coating made of the dielectric solid-state material and that a second electrode only has the second coating with a catalyst material.
  • Each electrode is only one coating
  • Electrodes The arrangement of only one at a time
  • Coating electrode is on each of the electrodes
  • At least one of the two Electrodes has a first coating made of the dielectric solid-state material and a second coating arranged on the first coating, which has a
  • the odorous substances and volatile organic compounds contained in the air flow flowing past the electrodes can be converted more quickly and more effectively into less polluting compounds
  • a coating of an electrode can be produced inexpensively with various coating materials. Numerous methods and processes are known from practice with which a coating material can be arranged and fixed on a surface of an electrode. It is also possible that at least the first Coating by converting a
  • Electrode material is generated on a surface of the electrode in question. It can also be one in one
  • coating material arranged on the electrode in the preceding manufacturing step can be subsequently treated and specifically modified in order to produce the first coating or subsequently the second coating.
  • both electrodes have a first coating of the dielectric
  • the two electrodes can, for example, have the same shape, which increases the manufacturing cost for the inventive
  • Device can reduce.
  • the respective material of the first coating made of the dielectric solid-state material can differ for the two electrodes. It is also possible that the respective material of the second coating with the catalyst material can differentiate between the two electrodes.
  • the second coating is optionally provided that the second coating
  • Aluminum oxide has further material components. It is also possible to use a different catalyst material for the second coating instead of aluminum oxide
  • Catalyst material of the second coating is to be provided with the air flow flowing past it
  • Coating has a mesoporous or microporous surface.
  • average pore size of less than 50 nm with a mesoporous surface, or less than 2 nm with a microporous surface produced with a
  • Electrodes a large contact area of the porous second coating with the surrounding air flow.
  • a porous or open-pored surface of the second coating can be achieved with a suitable coating method
  • a thickness of the second coating can be less than 1 mm and preferably less than 0.1 mm.
  • the second coating has a first catalyst material and a doping with a second catalyst material.
  • Catalyst material can, for example, add a noble metal which additionally promotes catalysis to the first
  • Catalyst material are introduced and stored. It Other second catalyst materials are also conceivable, depending on the reaction processes aimed at with the plasma treatment in the air flow to be treated. The proportion by weight or volume of the second catalyst material relative to the first
  • Catalyst material can also advantageously be adapted and specified.
  • Coating of at least one electrode is optionally provided so that the first coating is produced with the aid of a plasma-electrolytic oxidation process.
  • the first coating can be produced by appropriately influencing the surface of the electrode material.
  • a plasma acts on the surface of the electrode and generates an oxide layer with the help of an electrochemical process. This oxide layer can grow outward onto the surface of the electrode as well as inwardly into the
  • the coating is therefore firmly bonded to the
  • Electrode material connected. A separate application of the first coating is not necessary in the plasma electrolytic oxidation process.
  • the first coating has an aluminum-magnesium alloy.
  • the first coating has an aluminum-magnesium alloy.
  • the first coating is produced using a plasma electrolytic oxidation process
  • the electrode and the first coating can have an aluminum-magnesium alloy
  • the first coating represents a subsequently generated oxidation layer of the electrode material. It has been shown that, for example, the aluminum-magnesium alloy AlMg3 has advantageous properties both as an electrode material for the production of the electrode cores and as
  • At least one or both of the electrodes can be any one or both of the electrodes.
  • the two electrodes can be longitudinal or transverse to the
  • first electrode and the second electrode are each rod-shaped or wire-shaped and are arranged at least in sections parallel to and spaced from one another.
  • a rod-shaped or wire-shaped electrode can either have a straight course or a curved course
  • a cross-sectional area of the rod-shaped or wire-shaped electrode can be, for example, circular, oval, square or rectangular.
  • the rod-shaped or wire-shaped electrode can be produced, for example, by rolling or wire drawing or with the aid of another suitable cold-forming process.
  • the first electrode and the second electrode are each designed to be helically coiled. It has been shown that with two helically coiled electrodes, which are arranged parallel to one another along the coiled course, a particularly efficient treatment of the air flow preferably flowing along the electrodes along a longitudinal axis is possible.
  • the two electrodes can have an identical shape and can be arranged offset from one another in the longitudinal direction.
  • the first electrode has a smaller coil diameter than the second electrode and runs at a constant radial distance from the second electrode.
  • the air flow can then be in the longitudinal direction of the two
  • Electrodes flow through between the internally arranged first electrode and the second electrode surrounding the first electrode, in particular between the two
  • the first and the second electrode can, for example, be two
  • the first and the second electrode can also each be wound into a tightly coiled helix and this tightly coiled helix in turn can be wound into a helix with a larger radius.
  • Each of the two electrodes then has a course also referred to as a double helix.
  • the two electrodes designed as a double helix can be used in
  • first electrode and the second electrode run at a sufficiently small distance from one another to be able to generate a non-thermal plasma.
  • an alternating voltage of about 800 volts with a frequency of about 20 kHz can be applied to the two electrodes.
  • Activation energy can be changed so that the catalytically supported treatment of the air flow can be influenced and, for example, controlled or regulated by the targeted change in the alternating voltage.
  • Figure 1 is a sectional view through an electrode designed according to the invention
  • Figure 2 is a side view of an inventive
  • Electrodes flows past and is treated by the non-thermal plasma generated between the two electrodes,
  • FIG. 3 shows a sectional view through the in FIG.
  • FIG. 4 shows a sectional view through two electrodes arranged next to one another with a different one
  • FIG. 5 shows a sectional view according to FIG. 5, two electrodes arranged next to one another having a coating arrangement that differs from FIG.
  • An electrode 1 shown schematically in a sectional view in FIG. 1 has a rod-shaped one
  • Electrode core 2 made of a suitable electrode material.
  • the electrode core 2 can for example be made of aluminum or an aluminum compound and its shape and in particular its at least
  • the electrode 1 has on a surface 3 of the
  • Electrode core 2 has a first coating 4 made of a dielectric solid material. The first
  • Coating 4 can be an oxidized aluminum-magnesium alloy, the first coating 4
  • the first coating 4 envelops the
  • Electrode core 2 completely, so that the surface 3 of the electrode core 2 is completely covered by the first coating 4.
  • the electrode 1 also has a second coating 5 which envelops the first coating 4
  • the catalyst material 6 can for example consist of aluminum oxide or
  • Catalyst material 6 have a doping with a second catalyst material, for example with a noble metal.
  • the first catalyst material 6 and in particular an admixture of a second catalyst material can be selected and specified as a function of the desired reaction processes which are to be brought about with the device in the air flow.
  • the device 7 for treating an air flow has a first and a second electrode 8, 9 each helically coiled.
  • Each of the two electrodes 8, 9 is designed like the electrode 1 shown schematically in FIG. 1 and has an electrode core 2, each of which is completely encased by the first coating 4 and the second coating 5.
  • the first helically coiled electrode 8 has a somewhat smaller one
  • the first electrode 8 is arranged within the second electrode 9 surrounding the first electrode 8 in such a way that the two electrodes 8, 9 are arranged essentially parallel to one another over their entire course and have a consistently small distance from one another.
  • a gap 10 is formed between the two electrodes 8, 9, which is shown in the form of a ring in the sectional view shown in FIG. 3, but one with the
  • the two electrodes 8, 9 can have an alternating voltage applied to them with the aid of an alternating voltage supply device not shown in detail. As soon as the alternating voltage has an ignition voltage predetermined by the design and arrangement of the two electrodes 8, 9
  • Design of the two electrodes 8, 9 can be with a
  • a non-thermal plasma can be generated and maintained from around 800 volts.
  • an air flow 11 is used in a longitudinal direction of the two
  • Electrodes 8, 9 for example in one of the two
  • Housing of the device 7 can be arranged. It is also conceivable that the air flow 11 through suitable
  • Flow guiding devices is passed through the two electrodes 8, 9 or past the two electrodes 8, 9.
  • odorous substances or volatile organic compounds in no longer polluting compounds or at least in less polluting others
  • Electrodes 8, 9 supported and accelerated with the catalyst material 6. In this way, an efficient treatment of the flow of pleasure 11 flowing through takes place, which in comparison with an exclusively through the
  • nonthermal plasma treatment is significantly more efficient and has a significantly higher proportion
  • FIGS. 4 and 5 further exemplary embodiments for two rod-shaped and optionally also coiled electrodes 8, 9 are shown by way of example and schematically.
  • the first electrode 8 has the first coating 4 made of a dielectric solid material.
  • the second electrode 9, however, is with the second coating 5 with the
  • Electrodes and a nonthermal plasma adjacent thereto The catalyst material 6, which is arranged in the second coating 5 of the second electrode 9, is used to treat one of the two electrodes 8,
  • the first electrode 8 has only one coating and in this exemplary embodiment the first
  • Coating 4 made of the dielectric solid material as well as the second coating 5 with the
  • Has catalyst material 6 The material of the first coating 4 of the second electrode 9 can differ from the material of the first coating 4 of the first electrode 8.

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Abstract

Eine Vorrichtung (7) zur Behandlung einer Luftströmung (11) mit einem nichtthermischen Plasma weist zwei beabstandet zueinander angeordnete Elektroden (8, 9) auf, wobei an die zwei Elektroden (8, 9) eine Wechselspannung angelegt werden kann, sodass zwischen den beiden Elektroden (8, 9) eine dielektrisch behinderte Entladung bewirkt und ein nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann. Mindestens eine und vorzugsweise beide Elektroden (8, 9) weisen eine erste Beschichtung (4) aus einem dielektrischen Festkörpermaterial sowie eine auf der ersten Beschichtung (4) angeordnete zweite Beschichtung (5) auf, die ein Katalysatormaterial (6) enthält, welches eine Katalyse einer von dem nichtthermischen Plasma ausgelösten Reaktion in der Luftströmung (11) unterstützt. Die zweite Beschichtung (5) kann Aluminiumoxid als Katalysatormaterial (6) aufweisen. Die zweite Beschichtung (5) kann eine mesoporöse oder mikroporöse Oberfläche aufweisen. Die zweite Beschichtung (5) kann ein erstes Katalysatormaterial (6) sowie eine Dotierung mit einem zweiten Katalysatormaterial aufweisen. Die erste Elektrode (8) und die zweite Elektrode (9) können jeweils schraubenförmig gewendelt ausgebildet sein, wobei die erste Elektrode (8) einen geringeren Windungsdurchmesser als die zweite Elektrode (9) aufweist und in einem konstanten radialen Abstand zu der zweiten Elektrode (9) verläuft.

Description

Vorrichtung zur Behandlung einer Luftströmung mit einem nichtthermischen Plasma
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Luftströmung mit einem nichtthermischen Plasma, wobei die Vorrichtung zwei beabstandet zueinander angeordnete
Elektroden aufweist und zwischen den beiden Elektroden ein dielektrisches Festkörpermaterial mit einer größeren
Permittivität als Luft angeordnet ist, und wobei an die beiden Elektroden eine Wechselspannung angelegt werden kann, sodass zwischen den beiden Elektroden eine
dielektrisch behinderte Entladung bewirkt und ein
nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann, durch welches die Luftströmung hindurchströmen kann. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe eines nichtthermischen Plasmas eine effektive Behandlung und Reinigung einer
Luftströmung möglich ist. Durch das nichtthermische Plasma können beispielsweise in einer Abluftströmung befindliche Moleküle, insbesondere Moleküle von Geruchsstoffen und flüchtigen organischen Verbindungen zerlegt und in andere Molekülverbindungen umgewandelt werden, welche die Umwelt weniger oder nicht mehr belasten. Es ist ebenso denkbar, dass mit Hilfe eines nichtthermischen Plasmas eine als Zuluft für Räume oder Prozesse verwendete Luftströmung behandelt und konditioniert wird, um beispielsweise Ozon für eine medizinische Behandlung in der Luftströmung anzureichern . Aus der Praxis sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, mit denen ein nichtthermisches Plasma erzeugt und eine
üblicherweise durch die Vorrichtung hindurch strömende Luftströmung mit dem nichtthermischen Plasma behandelt werden kann. Dabei wird oftmals versucht, mit einem
möglichst geringen Energieaufwand das nichtthermische
Plasma möglichst betriebssicher zu erzeugen und die
Luftströmung möglichst effizient zu behandeln. Derartige Vorrichtungen werden unter anderem sowohl für die
Behandlung von großen Mengen an industrieller Abluft als auch für die Behandlung von Abluft in Haushalten
eingesetzt, beispielsweise als Bestandteil einer
Ablufthaube zur Reinigung von Kochdünsten, die bei dem Betrieb einer Kochstelle entstehen. Insbesondere bei der Verwendung in Haushalten sind ein möglichst kompakter
Aufbau sowie ein wartungsarmer und ungefährlicher Betrieb einer solchen Vorrichtung besonders vorteilhaft. Bei der Verwendung zur Behandlung von industrieller Abluft wird oftmals eine Anpassung des nichtthermischen Plasmas an die zu reinigende Abluft angestrebt, um die in der Abluft enthaltenen Verunreinigungen gezielt und möglichst effektiv mit der Vorrichtung entfernen oder umwandeln zu können.
Es wird als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
angesehen, eine Vorrichtung zur Behandlung einer
Luftströmung so weiterzuentwickeln, dass die Luftströmung mit einem möglichst geringen konstruktiven Aufwand effektiv behandelt und insbesondere ein großer Anteil von in der Luftströmung enthaltenen Geruchsstoffen und flüchtigen organischen Verbindungen entfernt oder umgewandelt und damit aus der Luftströmung abgebaut werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der beiden Elektroden eine erste
Beschichtung aus dem dielektrischen Festkörpermaterial aufweist, und dass mindestens eine der beiden Elektroden eine zweite Beschichtung aufweist, die ein
Katalysatormaterial enthält, welches eine Katalyse einer von dem nichtthermischen Plasma ausgelösten Reaktion in der Luftströmung unterstützt. Für eine besonders effiziente Behandlung der Luftströmung ist die Anordnung eines
Katalysatormaterials in dem Bereich oder möglichst nahe zu dem Bereich vorteilhaft, in welchem durch die
Plasmabildung, welche durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugt wird, die Luftströmung behandelt wird. Um in einfacher Weise das Katalysatormaterial der Luftströmung und innerhalb oder nahe bei der Plasmabildung anordnen zu können wird mindestens eine der beiden Elektroden mit einer zweiten Beschichtung mit dem Katalysatormaterial versehen. Eine Elektrode mit einer Beschichtung zu versehen kann mit herkömmlich bekannten Methoden rasch und kostengünstig durchgeführt werden. Es sich zahlreiche verschiedene
Katalysatormaterialien bekannt, mit welchen in Abhängigkeit von der jeweils angestrebten Behandlung der Luftströmung eine deutliche Steigerung der Behandlungswirkung bzw. der Effizienz erzielt werden kann. Die Beschichtung der
Elektroden ist unmittelbar in dem Bereich angeordnet, in welchem sich durch die dielektrisch behinderte Entladung ein Plasma ausbildet.
In Abhängigkeit von dem jeweils gewählten ersten
Beschichtungsmaterial und von dem damit kombinierten zweiten Beschichtungsmaterial kann es zweckmäßig sein, die beiden Elektroden mit einer gleichartigen
Beschichtungsanordnung oder mit einer unterschiedlichen Beschichtungsanordnung zu versehen.
Gemäß einer als besonders vorteilhaft erachteten
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass eine erste Elektrode nur die erste Beschichtung aus dem dielektrischen Festkörpermaterial aufweist und dass eine zweite Elektrode nur die zweite Beschichtung mit einem Katalysatormaterial aufweist. Für jede der beiden
Elektroden ist dabei nur jeweils eine Beschichtung
vorgesehen und notwendig. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der einzelnen
Elektroden. Die Anordnung von jeweils nur einer
Beschichtung Elektrode auf jeder der Elektroden ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung keine ausreichende
Haftungseigenschaften miteinander aufweisen, und die jeweils später angeordnete Beschichtung auf der zuvor angeordneten Beschichtung keinen ausreichenden Halt findet. Während auf Grund von derartigen Materialeigenschaften einige Kombinationen von Beschichtungsmaterialien auf einer einzigen Elektrode unmöglich oder unpraktisch sind, bzw. gegebenenfalls nur mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand realisiert werden können, können bei zwei getrennten
Beschichtungen bzw. bei zwei Elektroden mit jeweils nur einer Beschichtung mehr Materialkombinationen verwirklicht und dadurch auch besonders vorteilhafte Eigenschaften für die Behandlung der Luftströmung vorgegeben werden.
In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch optional auch sehr vorteilhaft sein, dass mindestens eine der beiden Elektroden eine erste Beschichtung aus dem dielektrischen Festkörpermaterial sowie eine auf der ersten Beschichtung angeordnete zweite Beschichtung aufweist, die ein
Katalysatormaterial enthält, welches eine Katalyse einer von dem nichtthermischen Plasma ausgelösten Reaktion in der Luftströmung unterstützt. Durch die Anordnung eines geeigneten Katalysatormaterials unmittelbar auf mindestens einer Elektrode können die mit dem nichtthermischen Plasma verursachten Prozesse zur angestrebten Behandlung der
Luftströmung beschleunigt und damit effektiver durchgeführt werden. Erfahrungsgemäß ist es dabei zweckmäßig, dass die zweite Beschichtung mit dem Katalysatormaterial die
Elektrode und die darauf angebrachte erste Beschichtung umhüllt. Die in der an den Elektroden vorbeiströmenden Luftströmung enthaltenen Geruchsstoffe und flüchtigen organischen Verbindungen können bei einer schneller und effektiver in weniger umweltbelastende Verbindungen
umgewandelt werden.
Es ist ebenfalls möglich, die Verweildauer der Luftströmung in einem von dem nichtthermischen Plasma erfassten Bereich um die beiden Elektroden zu verkürzen und beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit oder die Menge der
Luftströmung zu erhöhen, die innerhalb eines Zeitraums mit der Vorrichtung behandelt wird.
Eine Beschichtung einer Elektrode kann mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien kostengünstig hergestellt werden. Aus der Praxis sind zahlreiche Methoden und Verfahren bekannt, mit denen ein Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche einer Elektrode angeordnet und festgelegt werden kann. Es ist ebenfalls möglich, dass zumindest die erste Beschichtung durch eine Umwandlung eines
Elektrodenmaterials an einer Oberfläche der betreffenden Elektrode erzeugt wird. Es kann auch ein in einem
vorausgehenden Herstellungsschritt auf der Elektrode angeordnetes Beschichtungsmaterial nachträglich behandelt und gezielt verändert werden, um die erste Beschichtung oder nachfolgend die zweite Beschichtung zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass beide Elektroden eine erste Beschichtung aus dem dielektrischen
Festkörpermaterial und eine auf der ersten Beschichtung angeordnete zweite Beschichtung mit einem
Katalysatormaterial aufweisen. Die beiden Elektroden können beispielsweise dieselbe Formgebung aufweisen, wodurch sich der Herstellungsaufwand für die erfindungsgemäße
Vorrichtung verringern lässt.
Das jeweilige Material der ersten Beschichtung aus dem dielektrischen Festkörpermaterial kann sich bei den beiden Elektroden unterscheiden. Es ist ebenso möglich, dass die das jeweilige Material der zweiten Beschichtung mit dem Katalysatormaterial bei den beiden Elektroden unterscheiden kann .
Im Hinblick auf eine möglichst effiziente Umwandlung von Geruchsstoffen und flüchtigen organischen Verbindungen ist optional vorgesehen, dass die zweite Beschichtung
Aluminiumoxid als Katalysatormaterial aufweist. Es hat sich gezeigt, dass Aluminiumoxid als Katalysatormaterial in Kombination mit dem nichtthermischen Plasma die von dem nichtthermischen Plasma angeregten Umwandlungsprozesse unterstützt und beschleunigt. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass das Katalysatormaterial zusätzlich zu
Aluminiumoxid weitere Materialkomponenten aufweist. Es ist ebenfalls möglich, anstelle von Aluminiumoxid ein anderes Katalysatormaterial für die zweite Beschichtung zu
verwenden oder der zweiten Beschichtung beizumengen.
Um eine möglichst große Kontaktfläche für das
Katalysatormaterial der zweiten Beschichtung mit der daran vorbeiströmenden Luftströmung bereitzustellen ist
erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass die zweite
Beschichtung eine mesoporöse oder mikroporöse Oberfläche aufweist. Eine offenporige Oberfläche mit einer
durchschnittlichen Porengröße von weniger als 50 nm bei einer mesoporösen Oberfläche, bzw. von weniger als 2 nm bei einer mikroporösen Oberfläche erzeugt bei einer
vorgegebenen Größe und Formgebung der beschichteten
Elektroden eine große Kontaktfläche der porösen zweiten Beschichtung mit der umgebenden Luftströmung. Eine poröse bzw. offenporige Oberfläche der zweiten Beschichtung lässt sich mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren
zuverlässig und kostengünstig hersteilen. Eine Dicke der zweiten Beschichtung kann weniger als 1 mm und vorzugsweise weniger als 0,1 mm betragen.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die zweite Beschichtung ein erstes Katalysatormaterial sowie eine Dotierung mit einem zweiten Katalysatormaterial aufweist. Als zweites
Katalysatormaterial kann beispielsweise ein die Katalyse zusätzlich förderndes Edelmetall in das erste
Katalysatormaterial eingebracht und eingelagert werden. Es sind in Abhängigkeit von den mit der Plasmabehandlung angestrebten Reaktionsprozessen in der zu behandelnden Luftströmung auch andere zweite Katalysatormaterialien denkbar. Der gewichts- oder volumenmäßige Anteil des zweiten Katalysatormaterials relativ zu dem ersten
Katalysatormaterial kann ebenfalls vorteilhaft angepasst und vorgegeben werden.
Im Hinblick auf eine möglichst zuverlässige erste
Beschichtung mindestens einer Elektrode ist optional vorgesehen, dass die erste Beschichtung mit Hilfe eines plasmaelektrolytischen Oxidationsverfahrens erzeugt wird. Bei der Auswahl eines geeigneten Elektrodenmaterials kann die erste Beschichtung durch eine geeignete Beeinflussung der Oberfläche des Elektrodenmaterials erzeugt werden. Bei dem plasmaelektrolytischen Oxidationsverfahren wirkt ein Plasma auf die Oberfläche der Elektrode ein und erzeugt mit Hilfe eines elektrochemischen Prozesses eine Oxidschicht. Diese Oxidschicht kann sowohl nach außen auf die Oberfläche der Elektrode aufwachsen als auch nach innen in die
Elektrode hineinwachsen. Die dadurch erzeugte erste
Beschichtung ist demzufolge stoffschlüssig mit dem
Elektrodenmaterial verbunden. Ein gesondertes Aufbringen der ersten Beschichtung ist bei dem plasmaelektrolytischen Oxidationsverfahren nicht erforderlich.
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die erste Beschichtung eine Aluminium- Magnesium-Legierung aufweist. Optional kann auch die
Elektrode aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung
hergestellt sein. Wenn die erste Beschichtung mit Hilfe eines plasmaelektrolytischen Oxidationsverfahrens erzeugt wird können die Elektrode sowie die erste Beschichtung eine Aluminium-Magnesium-Legierung aufweisen, wobei die erste Beschichtung eine nachträglich erzeugte Oxidationsschicht des Elektrodenmaterials darstellt. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise die Aluminium-Magnesium-Legierung AlMg3 vorteilhafte Eigenschaften sowohl als Elektrodenmaterial für die Herstellung der Elektrodenkerne als auch als
Ausgangsmaterial für das erste Beschichtungsmaterial aufweist .
Zumindest eine oder die beiden Elektroden können
gitterförmig oder plattenförmig ausgebildet sein. Die beiden Elektroden können längs oder quer zu der
Strömungsrichtung der durch die Elektroden
hindurchströmenden oder an den Elektroden entlangströmenden Luftströmung angeordnet sein.
Optional ist vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils stabförmig oder drahtförmig ausgebildet sind und mindestens abschnittsweise parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind. Eine stabförmig oder drahtförmig ausgebildete Elektrode kann entweder einen gradlinigen Verlauf oder einen gekrümmten Verlauf
aufweisen. Eine Querschnittsfläche der stabförmig oder drahtförmig ausgebildeten Elektrode kann beispielsweise kreisrund, oval, quadratisch oder rechteckförmig sein. In Abhängigkeit von dem verwendeten Elektrodenmaterial kann die stabförmige oder drahtförmige Elektrode beispielsweise durch Walzen oder Drahtziehen oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Kaltumformverfahrens hergestellt werden. Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils schraubenförmig gewendelt ausgebildet sind. Es hat sich gezeigt, dass mit zwei schraubenförmig gewendelten Elektroden, die längs des gewendelten Verlaufs parallel zueinander angeordnet sind, eine besonders effiziente Behandlung der vorzugsweise entlang einer Längsachse der Elektroden an den Elektroden entlangströmenden Luftströmung möglich ist. Die beiden Elektroden können eine identische Formgebung aufweisen und in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein.
In vorteilhafter Weise ist optional vorgesehen, dass die erste Elektrode einen geringeren Windungsdurchmesser als die zweite Elektrode aufweist und in einem konstanten radialen Abstand zu der zweiten Elektrode verläuft. Die Luftströmung kann dann in Längsrichtung der beiden
Elektroden zwischen der innen angeordneten ersten Elektrode und der die erste Elektrode umgebenden zweiten Elektrode hindurchströmen, wobei vor allem zwischen den beiden
Elektroden ein nichtthermisches Plasma erzeugt und in der durch das nichtthermische Plasma hindurchströmenden
Luftströmung die angestrebten Reaktionsprozesse zum
Umwandeln der Geruchsstoffe oder der flüchtigen organischen Verbindungen angeregt und katalytisch beschleunigt werden.
Es ist ebenfalls optional möglich und im Hinblick auf eine stärkere Verwirbelung der Luftströmung vorteilhaft, wenn die erste Elektrode und die zweite Elektrode einen
doppelhelixartigen Verlauf aufweisen. Die erste und die zweite Elektrode können dabei beispielsweise zwei
umeinanderlaufende einfache Helices bilden, was auch als zweigängige Schraube bezeichnet werden kann. Die erste und die zweite Elektrode können auch jeweils zu einer eng gewendelten Helix gewunden sein und diese eng gewendelte Helix wiederum zu einer Helix mit größerem Radius gewunden sein. Jede der beiden Elektroden weist dann einen auch als Doppelwendel bezeichneten Verlauf auf. Die beiden als Doppelwendel ausgebildeten Elektroden können in
Längsrichtung oder in Querrichtung relativ zueinander versetzt angeordnet sein, sodass zumindest abschnittsweise die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem ausreichend geringen Abstand zueinander verlaufen, um ein nichtthermisches Plasma erzeugen zu können.
Für die Erzeugung des nichtthermischen Plasmas kann
beispielsweise eine Wechselspannung von etwa 800 Volt mit einer Frequenz von etwa 20 kHz an die beiden Elektroden angelegt werden. Durch eine Veränderung der Wechselspannung kann die Erzeugung bzw. das Aufrechterhalten des
nichtthermischen Plasmas beeinflusst werden. Dadurch kann insbesondere die durch das nichtthermische Plasma für die angestrebten Reaktionsprozesse bereitgestellte
Aktivierungsenergie verändert werden, sodass durch die gezielte Veränderung der Wechselspannung die katalytisch unterstützte Behandlung der Luftströmung beeinflusst und beispielsweise gesteuert oder geregelt werden kann.
Nachfolgend werden einige exemplarische
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher
erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt: Figur 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Elektrode,
Figur 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit zwei jeweils schraubenförmig gewendelten und ineinander angeordneten Elektroden, wobei eine
Luftströmung in einer Längsrichtung an den beiden
Elektroden vorbeiströmt und durch das zwischen den beiden Elektroden erzeugte nichtthermische Plasma behandelt wird,
Figur 3 eine Schnittansicht durch die in Figur 2
dargestellte Vorrichtung längs der Linie III-III in Figur
2,
Figur 4 eine Schnittansicht durch zwei nebeneinander angeordnete Elektroden mit einer unterschiedlichen
Beschichtung, und
Figur 5 eine Schnittansicht gemäß Figur 5, wobei zwei nebeneinander angeordnete Elektroden eine von Figur 4 abweichende Beschichtungsanordnung aufweisen.
Eine in Figur 1 in einer Schnittansicht schematisch dargestellte Elektrode 1 weist eine stabförmigen
Elektrodenkern 2 aus einem geeigneten Elektrodenmaterial auf. Der Elektrodenkern 2 kann beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumverbindung hergestellt sein und seine Formgebung und insbesondere seine zumindest
näherungsweise kreisrunde Querschnittsfläche durch Walzen oder Drahtziehen erhalten haben. Die Elektrode 1 weist an einer Oberfläche 3 des
Elektrodenkerns 2 eine erste Beschichtung 4 aus einem dielektrischen Festkörpermaterial auf. Die erste
Beschichtung 4 kann eine oxidierte Aluminium-Magnesium- Legierung sein, wobei die erste Beschichtung 4
beispielsweise durch eine plasmaelektrolytische Oxidation der Oberfläche 3 des aus einer Aluminium-Magnesium- Legierung hergestellten Elektrodenkerns 2 erzeugt worden sein kann. Die erste Beschichtung 4 umhüllt den
Elektrodenkern 2 vollständig, sodass die Oberfläche 3 des Elektrodenkerns 2 von der ersten Beschichtung 4 vollständig bedeckt ist.
Die Elektrode 1 weist zudem eine die erste Beschichtung 4 umhüllende zweite Beschichtung 5 aus einem
Katalysatormaterial 6 auf. Das Katalysatormaterial 6 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen oder
Aluminiumoxid aufweisen. Zusätzlich kann das
Katalysatormaterial 6 eine Dotierung mit einem zweiten Katalysatormaterial, beispielsweise mit einem Edelmetall aufweisen. Das erste Katalysatormaterial 6 und insbesondere eine Beimengung eines zweiten Katalysatormaterials können in Abhängigkeit von den angestrebten Reaktionsprozessen ausgewählt und vorgegeben werden, die mit der Vorrichtung in der Luftströmung bewirkt werden sollen.
Eine in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellte
Vorrichtung 7 zur Behandlung einer Luftströmung weist eine erste und eine zweite jeweils schraubenförmig gewendelte Elektrode 8, 9 auf. Jede der beiden Elektroden 8, 9 ist wie die schematisch in Figur 1 gezeigte Elektrode 1 ausgebildet und weist einen Elektrodenkern 2 auf, der jeweils vollständig von der ersten Beschichtung 4 und der zweiten Beschichtung 5 ummantelt ist. Die erste schraubenförmig gewendelte Elektrode 8 weist einen etwas geringeren
Außendurchmesser als einen Innendurchmesser der zweiten, ebenfalls schraubenförmig gewendelten Elektrode 9 auf.
Die erste Elektrode 8 ist innerhalb der die erste Elektrode 8 umgebenden zweiten Elektrode 9 derart angeordnet, dass die beiden Elektroden 8, 9 über deren gesamten Verlauf im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und einen gleichbleibend geringen Abstand zueinander aufweisen.
Zwischen den beiden Elektroden 8, 9 ist ein Spalt 10 ausgebildet, der in der in Figur 3 gezeigten Schnittansicht ringförmig dargestellt ist, jedoch einen mit dem
schraubenförmig gewendelten Verlauf der beiden Elektroden 8, 9 übereinstimmenden Verlauf aufweist.
Die beiden Elektroden 8, 9 können mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Wechselspannungsversorgungseinrichtung mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Sobald die Wechselspannung eine durch die Ausgestaltung und Anordnung der beiden Elektroden 8, 9 vorgegebene Zündspannung
übersteigt, wird zwischen den beiden Elektroden 8, 9 und insbesondere in dem Spalt 10 eine dielektrisch behinderte Entladung erzwungen und ein nichtthermisches Plasma
erzeugt. Für die in den Figuren 2 und 3 dargestellte
Ausgestaltung der beiden Elektroden 8, 9 kann mit einer
Wechselspannung von etwa 20 kHz bereits ab etwa 800 Volt ein nichtthermisches Plasma erzeugt und aufrechterhalten werden. Zur Behandlung einer Luftströmung wird beispielsweise eine Luftströmung 11 in einer Längsrichtung der beiden
Elektroden 8, 9 durch die beiden Elektroden 8, 9
hindurchgeführt. Zu diesem Zweck können die beiden
Elektroden 8, 9 beispielsweise in einem die beiden
Elektroden 8, 9 umgebenden Strömungskanal oder in einem
Gehäuse der Vorrichtung 7 angeordnet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Luftströmung 11 durch geeignete
Strömungsführungseinrichtungen durch die beiden Elektroden 8, 9 hindurch oder an den beiden Elektroden 8, 9 vorbei geführt wird.
Durch das insbesondere in dem Spalt 10 zwischen den beiden Elektroden 8, 9, aber auch in einem Bereich in der Umgebung der beiden Elektroden 8, 9 erzeugte nichtthermische Plasma werden Reaktionsprozesse in der hindurchströmenden
Luftströmung 11 in Gang gesetzt, durch welche
beispielsweise Geruchsstoffe oder flüchtige organische Verbindungen in nicht mehr umweltbelastende Verbindungen oder zumindest in weniger umweltbelastende andere
Verbindungen umgewandelt werden. Diese Reaktionsprozesse werden durch die zweite Beschichtung 5 der beiden
Elektroden 8, 9 mit dem Katalysatormaterial 6 unterstützt und beschleunigt. Auf diese Weise findet eine effiziente Behandlung der hindurchströmenden Lustströmung 11 statt, die im Vergleich mit einer ausschließlich durch das
nichtthermische Plasma bewirkten Behandlung deutlich effizienter ist und einen erheblich höheren Anteil an
Geruchsstoffen oder flüchtigen organischen Verbindungen umwandeln kann. In den Figuren 4 und 5 werden exemplarisch und schematisch weitere Ausführungsbeispiele für zwei stabförmige und gegebenenfalls auch gewendelte Elektroden 8, 9 gezeigt. Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die erste Elektrode 8 die erste Beschichtung 4 aus einem dielektrischen Festkörpermaterial auf. Die zweite Elektrode 9 ist dagegen mit der zweiten Beschichtung 5 mit dem
Katalysatormaterial 6 umhüllt. Durch die erste Beschichtung 4 zwischen den beiden Elektroden 8, 9 wird durch das
Anlegen einer geeigneten Wechselspannung eine dielektrisch behinderte Entladung zwischen den beiden Elektroden 8, 9 erzwungen und in einem Bereich zwischen den beiden
Elektroden und daran angrenzend ein nichtthermisches Plasma erzeugt. Durch das Katalysatormaterial 6, welches in der zweiten Beschichtung 5 der zweiten Elektrode 9 angeordnet ist, wird die Behandlung einer an den beiden Elektroden 8,
9 entlangströmenden Luftströmung mit dem Plasma katalytisch unterstützt und die Effizienz der Behandlung sowie
gegebenenfalls weitere Eigenschaften der Behandlung
vorteilhaft beeinflusst.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erste Elektrode 8 lediglich eine Beschichtung und in diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel die erste
Beschichtung 4 aus dem dielektrischen Festkörpermaterial auf, während die zweite Elektrode 9 sowohl die erste
Beschichtung 4 aus dem dielektrischen Festkörpermaterial als auch die zweite Beschichtung 5 mit dem
Katalysatormaterial 6 aufweist. Das Material der ersten Beschichtung 4 der zweiten Elektrode 9 kann sich von dem Material der ersten Beschichtung 4 der ersten Elektrode 8 unterscheiden .

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung (7) zur Behandlung einer Luftströmung (11) mit einem nichtthermischen Plasma, wobei die Vorrichtung
(7) zwei beabstandet zueinander angeordnete Elektroden (8,
9) aufweist und zwischen den beiden Elektroden (8, 9) ein dielektrisches Festkörpermaterial mit einer größeren
Permittivität als Luft angeordnet ist, und wobei an die zwei Elektroden (8, 9) eine Wechselspannung angelegt werden kann, sodass zwischen den beiden Elektroden (8, 9) eine dielektrisch behinderte Entladung bewirkt und ein
nichtthermisches Plasma erzeugt werden kann, durch welches die Luftströmung (11) hindurchströmen kann, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Elektroden (1, 8, 9) eine erste Beschichtung (4) aus dem
dielektrischen Festkörpermaterial aufweist, und dass mindestens eine der beiden Elektroden (1, 8, 9) eine zweite Beschichtung (5) aufweist, die ein Katalysatormaterial (6) enthält, welches eine Katalyse einer von dem
nichtthermischen Plasma ausgelösten Reaktion in der
Luftströmung (11) unterstützt.
2. Vorrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode (8) nur die erste Beschichtung (4) aus dem dielektrischen Festkörpermaterial aufweist und dass eine zweite Elektrode (9) nur die zweite Beschichtung (5) mit einem Katalysatormaterial (6) aufweist.
3. Vorrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode (8) die erste Beschichtung (4) aus dem dielektrischen Festkörpermaterial und die zweite Beschichtung (5) mit einem Katalysatormaterial (6)
aufweist, und dass eine zweite Elektrode (9) entweder nur die erste Beschichtung (4) aus dem dielektrischen
Festkörpermaterial oder nur die zweite Beschichtung (5) mit einem Katalysatormaterial (6) aufweist.
4. Vorrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (1, 8, 9) eine erste Beschichtung (4) aus dem dielektrischen Festkörpermaterial und eine auf der ersten Beschichtung (4) angeordnete zweite Beschichtung (5) mit einem Katalysatormaterial (6) aufweisen.
5. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung (5) Aluminiumoxid als Katalysatormaterial (6) aufweist.
6. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung (5) eine mesoporöse oder mikroporöse Oberfläche aufweist.
7. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung (5) ein erstes Katalysatormaterial (6) sowie eine Dotierung mit einem zweiten Katalysatormaterial aufweist.
8. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtung (4) mit Hilfe eines plasmaelektrolytischen Oxidationsverfahrens erzeugt wird.
9. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtung (4) eine Aluminium-Magnesium-Legierung aufweist.
10. Vorrichtung (7) nach einem der vorausgehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode
(8) und die zweite Elektrode (8) jeweils stabförmig oder drahtförmig ausgebildet sind und mindestens abschnittsweise parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind.
11. Vorrichtung (7) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (8) und die zweite Elektrode (9) jeweils schraubenförmig gewendelt ausgebildet sind .
12. Vorrichtung (7) nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (8) einen
geringeren Windungsdurchmesser als die zweite Elektrode (9) aufweist und in einem konstanten radialen Abstand zu der zweiten Elektrode (9) verläuft.
13. Vorrichtung (7) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (8) und die zweite Elektrode (9) einen doppelhelixartigen Verlauf aufweisen.
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