WO2022029079A1 - Gas purification device and method for purifying a gas - Google Patents

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WO2022029079A1
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PCT/EP2021/071570
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Manfred Krukenberg
Dirk Wandke
Ronny Lettke
Jan-Hendrik Hellmold
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Cinogy Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a gas purification device which has at least one catalyst arrangement. According to a further aspect, the invention relates to a method for cleaning a gas.
  • Gases are used or generated in a wide variety of technical applications. Depending on the determination of the gas in question, it may be useful or even necessary to clean the gas.
  • Purification of the gas is understood in particular to mean that certain undesirable molecules, but also biological contaminants such as bacteria, viruses, allergens or the like, are removed from the gas or at least their quantity is reduced.
  • Undesirable molecules can be toxic or harmful substances, such as formaldehyde, but also odorous substances or other harmless but disruptive substances.
  • An application to which this invention also relates in particular is the purification of air, for example room air.
  • air for example room air.
  • the air in the room must be free of pathogenic germs such as viruses, bacteria, or fungi and their spores are cleaned to prevent infection of the patient or his environment.
  • filters such as the so-called suspended matter or HEPA filters. These are able to filter out pathogens, but partly form a basis for filtered out bacteria, which can then colonize the filter membranes and possibly secrete substances that are hazardous to health. However, they are not able to filter gaseous molecules, in particular volatile organic compounds (VOC), from the air.
  • VOC volatile organic compounds
  • catalysts are used for gas cleaning, for example in exhaust gas cleaning systems. It is also known, for example, to use the photocatalytic activity of titanium dioxide to purify air.
  • a disadvantage of this technology is the energy consumption for the commonly used UV radiation source and the fact that particulate contaminants can hardly be removed.
  • plasma is also used for air purification.
  • the high temperatures associated with conventional plasma generation limit its applicability.
  • the object of the present invention is to provide more efficient cleaning of a gas, in particular air.
  • the invention solves the problem set by a gas cleaning device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that it a) has a plasma generating device for generating a plasma, the plasma generating device having at least two electrodes, between which at least one gap is formed, in which the plasma generation takes place, and b) the plasma generation device and the at least one catalyst arrangement are arranged and set up in such a way that the gas to be cleaned flows through the gap and the at least one catalyst arrangement during operation of the gas cleaning device and the at least one catalyst device flows upstream and in the flow direction of the gas to be cleaned /or is arranged behind the plasma generating device and/or is designed as part of the plasma generating device.
  • the applicant has found that a combination of plasma cleaning with catalytic cleaning of the gas to be cleaned enables surprisingly good and significantly better cleaning properties than catalyst or plasma treatment alone. Purification therefore takes place according to the invention in at least two stages. Before, after and/or during the plasma treatment of the gas to be cleaned, the gas is additionally cleaned by means of the catalyst arrangement. In the flow direction of the gas, for example, two cleaning stages with different effects are therefore connected in series.
  • Both technologies also have different effective spectra. For example, plasma technology is more effective against particulate contaminants, whereas catalyst technology is sometimes more effective against gaseous contaminants. In this respect, the combination of the two technologies also leads to a broadening of the effective spectrum of the gas purification device. There the different technologies have different principles of action, but they complement each other even with contaminants of the same type, so that their removal from the gas is improved.
  • the gas cleaning device is designed, for example, as an insert or module for a ventilation system, for example a building ventilation system. It can be used both for new buildings and as a retrofit part. According to a further aspect, the gas cleaning device can also be designed as a free-standing or suspended system for cleaning a gas, in particular room air.
  • the gas cleaning device is preferably designed as a tabletop device which can be placed on a table in restaurants or offices, for example, in order to clean the room air and in particular to reduce or even completely prevent the transmission of pathogens from one person to another.
  • the catalytic converter arrangement has at least one catalytic converter which is present in particular in powder form.
  • the at least one catalyst is preferably arranged on a support, for example coated on it.
  • the carrier is preferably designed so that the gas can flow through it, for example as a grating or expanded metal.
  • the carrier preferably has a honeycomb structure.
  • the carrier is particularly preferably a metal sheet folded or bent to form a honeycomb structure, for example made of aluminum or another material that is as little reactive as possible.
  • the honeycombs preferably have a flow-through length of at least 0.5 cm, in particular at least 1 cm, particularly preferably at least 2 cm. The length that can be flowed through is preferably at most 20 cm, in particular at most 10 cm.
  • the gas cleaning device preferably has a housing through which the gas to be cleaned flows.
  • the housing has at least one inlet opening through which the gas flows into the gas purification device.
  • the gas purification device it is preferred, but not necessary, for the gas purification device to have a suction device, for example a fan or a ventilator, which sucks gas into the housing through the at least one inlet opening.
  • a suction device for example a fan or a ventilator
  • a flow rate of the gas through the gas cleaning device can be regulated by means of the suction device and can preferably be set by means of an electronic control device assigned to the gas cleaning device. In this way, a flow rate of the gas to be cleaned that is useful or optimal for the function can be set.
  • the plasma generating device is arranged in the flow path of the gas.
  • the gas flows through the at least one gap formed between the electrodes.
  • the gas in the gap is partially ionized by the plasma discharge and thus converted into the plasma state.
  • the plasma generating device can also have a housing in which the electrodes are arranged.
  • the gas flows into the housing through an opening and is swirled there, preferably by means of a grid arranged inside the housing and in front of the electrodes in the direction of flow.
  • one electrode completely surrounds the other electrode, forming a circumferential gap, for example with an annular cross section.
  • the plasma generating device is designed to generate a dielectrically impeded plasma discharge and at least one of the electrodes has a dielectric at least on its surface facing the gap.
  • a housing surrounding the electrodes can preferably be dispensed with. This applies in particular when both electrodes are completely embedded in a dielectric.
  • the dielectric is used to implement a dielectric barrier plasma discharge, which is also referred to as DBD (Dielectric Barrier Discharge).
  • DBD Dielectric Barrier Discharge
  • the dielectrically impeded plasma discharge is particularly advantageous because a cold plasma is generated in the process and the thermal load on the environment and the associated necessary insulation and design of the components for a hot plasma can therefore be dispensed with.
  • the dielectric ensures in particular that the electrode does not pose any direct danger to the user due to the high voltage used.
  • one of the electrodes is in the form of a ground electrode, ie in particular grounded or at least has a lower electrical potential than the other electrode, preferably only the other electrode has a dielectric.
  • This other electrode to which an alternating voltage is applied during operation and which is also referred to as a high-voltage electrode, is preferably completely embedded in the dielectric.
  • the ground electrode does not necessarily need a dielectric, since it does not have any dangerous potential even during operation. It is of course still possible that the ground electrode is also embedded in a dielectric. This makes sense, for example, in order to only have to keep one type of electrode available.
  • the fact that an electrode is completely embedded in a dielectric does not, of course, preclude necessary openings through the dielectric, for example for electrical contacting.
  • the dielectric is preferably perforated exclusively for the purpose of bringing in an electrical line or because of a connection for such a line, for example a connection socket or the like.
  • At least one catalyst arrangement is located upstream and/or downstream of the plasma generating device in the direction of flow.
  • exactly one catalyst arrangement is located upstream of the plasma generation device in the direction of flow and exactly one catalyst arrangement is located behind it.
  • the at least one catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, for example tungsten oxide or zinc oxide, in particular titanium dioxide TiC. Photoactivatable catalysts are also referred to as photocatalysts.
  • Photoactivatable catalysts are activated in their catalytic property in particular by UV radiation, ie radiation with a wavelength of about 100 nm up to 400 nm, and are then also referred to as photocatalysts which can be activated by UV radiation. In other words, without the presence of UV radiation, such a photocatalyst which can be activated by UV radiation is catalytically only slightly active, in particular not at all active.
  • Photoactivatable catalysts are usually semiconductors that are photochemically excited. Radicals are then formed on the surface of the photocatalyst, for example from water provided by atmospheric moisture or from molecular oxygen. The radicals then in turn react with the particularly organic and biological contaminants and decompose them. However, inorganic contaminants, such as nitrogen oxides, can also be converted with a photocatalyst, for example to form nitrate, and thereby preferably be detoxified.
  • At least one UV light source in particular a lamp or a lamp array, is present, for example, to activate the photoactivatable catalyst. This generates UV radiation and radiates it onto the at least one catalyst arrangement.
  • the at least one catalyst arrangement is preferably arranged spatially in relation to the gap in such a way that at least part of the UV radiation produced during the plasma discharge impinges on the at least one catalyst arrangement and activates the photoactivatable catalyst.
  • UV radiation is inevitably produced, which has a small share in the disinfecting effect of a plasma, but apart from that it is more likely to be regarded as a waste product during plasma generation.
  • the at least one catalyst arrangement is spatially arranged in relation to the gap in such a way that at least part of the UV radiation generated during plasma generation radiates directly onto the at least one catalyst arrangement.
  • the plasma generating device is preferably sufficient to activate the photoactivatable catalyst or at least to support this significantly. At least 10%, in particular at least 25%, of the UV radiation produced during plasma generation preferably radiates directly onto the at least one catalyst arrangement.
  • light-guiding devices and/or reflectors which alternatively or additionally direct UV radiation onto the at least one catalytic converter arrangement.
  • This consequently does not radiate, or not only directly, onto the at least one catalytic converter arrangement, but is diverted onto them via the light guide devices and/or reflectors.
  • the at least one catalyst arrangement is in particular also arranged in such a way that at least part of the UV radiation produced during the plasma discharge impinges on the at least one catalyst arrangement and activates the photoactivatable catalyst when no direct UV radiation from the plasma generated impinges on the catalyst arrangement, but the UV radiation is directed onto them exclusively via devices such as light guide devices and/or reflectors.
  • the catalyst arrangements can be designed differently and for example not all to have a photoactivatable catalyst. It is of course possible, but not necessary, for those catalyst arrangements which do not have a photoactivatable catalyst to also be irradiated with UV radiation.
  • an additional UV radiation source can be dimensioned smaller or can even be omitted entirely.
  • At least one electrode of the plasma generating device is preferably arranged on the support of the at least one catalyst arrangement and/or is designed as part of the support.
  • the respective catalyst arrangement is designed as part of the plasma generating device, since its carrier provides at least one electrode. In this way, it is consequently possible for the wearer to have two tasks accomplished at the same time.
  • it On the one hand, it carries the at least one catalyst and, on the other hand, provides at least one electrode.
  • the carrier is preferably designed entirely as an electrode.
  • the electrode arranged on the carrier or in particular formed by the carrier is provided and designed as a ground electrode.
  • it is preferably not embedded in a dielectric.
  • the electrode is not embedded in a dielectric, although it is connected to an AC voltage source and is therefore not intended as a ground electrode. It is then preferably ensured by a housing and/or the geometry of the carrier that contact between the electrode and a person during operation is ruled out or at least made sufficiently difficult.
  • the electrode arranged on the carrier or in particular formed by the carrier is embedded in a dielectric and connected to an AC voltage source. If the electrode is formed by the carrier itself, the at least one catalyst is applied to the dielectric.
  • the carrier has through openings through which the gas to be cleaned flows during operation.
  • the central electrode extends at least in regions into the through-openings.
  • the central electrode preferably has projections that extend into the through-openings.
  • the through-openings are preferably configured in a honeycomb shape. This makes it possible for the plasma to form in the passage opening of the at least one carrier designed as an electrode.
  • the gap is then formed particularly continuously between the wall of the through-holes on the one hand and the respective projection.
  • the catalytic and plasmatic treatment of the gas to be cleaned consequently takes place at least partially simultaneously.
  • the gas purification device preferably has no additional light source set up to activate the photoactivatable catalyst.
  • the gas purification device has no additional UV radiation source.
  • the photoactivatable catalyst is therefore activated in particular completely by means of the UV radiation produced during plasma generation. Naturally, small amounts of UV light incident from outside are unaffected by this.
  • the at least one catalyst arrangement preferably has a low-temperature catalyst, for example nickel oxide or cerium oxide, in particular manganese monoxide MnO and/or an adsorbent, for example activated carbon or activated coke, in particular a zeolite. These are preferably in powder form.
  • a low-temperature catalyst for example nickel oxide or cerium oxide, in particular manganese monoxide MnO and/or an adsorbent, for example activated carbon or activated coke, in particular a zeolite.
  • a low-temperature catalytic converter is a catalytic converter that is already catalytically active at low temperatures.
  • a low-temperature catalyst preferably already exhibits its catalytic activity at temperatures below 100.degree. C., preferably below 50.degree. C., particularly preferably even at room temperature, ie 20.degree. In particular, however, it cannot be ruled out that the catalytic activity of a low-temperature catalyst increases as the temperature rises.
  • the manganese monoxide MnO is preferably at most 10% by weight, more preferably at most 5%, particularly preferably at most 1% by weight with manganese dioxide MnO2 contaminated. In the best case, the manganese monoxide is completely free of manganese dioxide MnÜ2.
  • the zeolite is preferably a hydrophilic zeolite, in particular of type A and/or Y.
  • the zeolite is preferably produced synthetically.
  • the electrodes are preferably designed as plate electrodes or as electrodes which mesh with one another.
  • the electrodes are spaced apart so that a gap is formed between them.
  • This gap is preferably homogeneous, so that the electrodes always have the same distance from one another, which always means the minimum distance between the electrodes. However, this is not necessary.
  • the distance and thus in particular the thickness of the gap is preferably at least 2 mm, in particular at least 5 mm, particularly preferably at least 10 mm.
  • the gap preferably has a thickness of at most 20 mm, in particular at most 15 mm.
  • the plate electrodes are preferably parallel to one another and thus form a homogeneous gap.
  • Plate electrodes are not necessarily entirely plate-shaped. It is also possible and preferred that the electrode has a more complex geometry and forms an electrode plate only at one end, which then delimits the gap on one side.
  • the electrode can have an electrode plate, on the back of which a rod-shaped part of the electrode is arranged, via which the electrode is preferably electrically contacted.
  • the intermeshing electrodes form a meandering gap, which is delimited on both sides by an electrode.
  • the electrodes thus interlock but do not touch.
  • both electrodes are configured in a comb-like manner, for example in the plan view, ie they each have projections protruding forwards. Every two projections of one electrode form an intermediate space in between, into which a projection of the other electrode extends.
  • the projections are preferably plate-shaped.
  • These electrodes are preferably designed and arranged in such a way that that the meandering gap always has the same thickness, that is, the electrodes always have the same distance from one another. With this type of electrode, a large contact area between gas and electrodes can be provided in the gap in a relatively compact space.
  • the thickness of the gap in the case of the electrodes which engage in one another in a meshing manner can therefore preferably be selected to be smaller than in the case of plate electrodes for the same installation space.
  • the electrode material is, for example, a metal or preferably an electrically conductive, doped silicone.
  • the dielectric is preferably a silicone that is not doped and is therefore electrically insulating.
  • the dielectric can also be a ceramic material or a plastic.
  • At least one of the electrodes is connected to an AC voltage source, which is preferably part of the gas purification device. If only one electrode is connected to an AC voltage source, the other electrode is preferably designed as a ground electrode. The ground electrode is therefore in particular grounded or at least has a lower electrical potential than the other electrode, which can also be referred to as the high-voltage electrode.
  • both electrodes can be connected to an AC voltage source and to have an AC voltage applied to them simultaneously during operation.
  • the AC voltage applied to one electrode then preferably has a phase shift of 180° in relation to the AC voltage applied to the other electrode.
  • the AC voltage source is set up in particular to provide voltage and frequency in such a way that a plasma is generated in the gap for a given electrode geometry and thickness of the gap.
  • Gas baffle plates are preferably arranged upstream of the plasma generating device in the direction of flow, which narrow the cross section that can be flowed through and direct the gas to the plasma generating device.
  • the gas baffles narrow the cross-section that can be flowed through and direct the gas to be cleaned to the plasma generating device. This preferably does not extend over the entire cross section of the housing, but only over part of it.
  • the dimensions of the narrowed cross section are preferably matched to the size of the plasma generating device.
  • the gas baffle plates form an inflow opening which, in particular, has the full cross section of the housing. They then run in such a way that they narrow the cross section through which flow can take place.
  • the gas guide plates form an outflow opening which, for example, has a smaller cross section than the inflow opening. This is particularly the case when the plasma generating device does not extend over the entire cross section of the housing. It is also possible and the subject of a further embodiment that the inflow opening and the outflow opening have the same cross section, ie there is no constriction. This is particularly advantageous when the plasma generating device extends over an area that already corresponds to the cross section of the inflow opening, so that no constriction is necessary.
  • a catalyst arrangement is preferably arranged between the gas baffle plates. If the gas baffle plates narrow the cross section through which flow can take place, the catalytic converter arrangement is preferably arranged where the cross section through which flow can take place is smallest. In addition, the catalyst arrangement is preferably arranged as close as possible to the outflow opening, so that the distance between the plasma generating device and the catalyst arrangement is as small as possible. This is advantageous when the catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, which then reaches as much of the UV radiation produced during plasma generation as possible due to the physical proximity. In one embodiment, behind the outflow opening and in particular behind the plasma generating device, the cross section through which the flow can pass is enlarged again, in particular identical to the cross section in the direction of flow in front of the gas baffle plates.
  • Behind the plasma generation device there is preferably an additional catalytic converter arrangement which extends in particular over the entire cross-section through which flow can take place.
  • a pre-filter is arranged upstream of the at least one catalyst arrangement and the plasma generation device and/or a post-filter is arranged downstream of the at least one catalyst arrangement and the plasma generation device.
  • the pre-filter can be, for example, a particularly replaceable particle filter, which frees the gas to be cleaned from the smallest particles, but also at least partially from biological contaminants such as bacteria or viruses. In this way, at least coarse contaminants, which could otherwise possibly exceed the cleaning capacity of the device or damage components, can be filtered out.
  • the pre-filter is designed in such a way that it largely allows biological contaminants such as bacteria and viruses to pass through and only retains larger particulate contaminants. In this way, it is possible to largely or almost completely not catch the biological contaminants in the pre-filter, but to direct them to destruction by the catalyst and/or plasma.
  • the pre-filter is preferably arranged in front of the other components, ie in particular the catalytic converter arrangements, the plasma generation device and, if necessary, the intake device.
  • the pre-filter can be assigned to the inlet opening in the gas purification device.
  • an after-filter is preferably present, which is arranged behind all catalytic converter arrangements and the plasma generating device. This is designed, for example, as an activated carbon filter and is still in the gas to remove any impurities present. These can, for example, be degradation products as a result of the catalytic or plasma-caused degradation of other contaminants.
  • the invention achieves the object by a method for cleaning a gas using a gas cleaning device according to one of the preceding claims, with the steps: a) applying an AC voltage to at least one of the two electrodes of the plasma generating device, so that a plasma is generated in the gap and b) passing the gas through the gap of the plasma generating device and the at least one catalyst assembly.
  • the gas to be cleaned in particular air, is partially ionized in the plasma generating device and converted into the plasma state.
  • impurities in the gas are at least partially broken down.
  • the gas to be cleaned also flows along a catalyst arrangement, in particular through it, so that impurities in the gas to be cleaned are catalytically decomposed.
  • the cleaned gas is then preferably put to use. If it is air, for example, it is sent to a room with special requirements for the quality of indoor air. Such rooms can be, for example, operating theaters or rooms in which many people are in a small space, for example in airplanes or the like.
  • the air in quarantine stations or in quarantine units can also be treated by means of the device according to the invention and the method according to the invention and can thus be supplied to the environment without or only with a significantly lower risk of infection.
  • the device according to the invention and the method according to the invention also expressly relate to the removal of the so-called coronavirus Sars-CoV-2 from the air.
  • the at least one catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, for example tungsten oxide or zinc oxide, in particular titanium dioxide TiC, and at least part of the UV radiation produced during plasma generation is directed to the at least one catalyst arrangement, so that the photoactivatable catalyst is activated .
  • a photoactivatable catalyst for example tungsten oxide or zinc oxide, in particular titanium dioxide TiC
  • the UV radiation produced during plasma generation can be put to meaningful use. It is therefore possible to provide fewer separate UV radiation sources. Preferably, no separate UV radiation source is necessary or present at all.
  • the at least one catalyst arrangement is preferably arranged spatially in relation to the gap in such a way that the UV radiation reaches the at least one catalyst arrangement directly.
  • Figure 1 shows a sectional view of a first embodiment of the gas cleaning device
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1,
  • Figure 3 shows another sectional view of the first embodiment
  • FIG. 4 shows an enlarged detail from FIG. 3,
  • Figure 5 is a perspective view of the first embodiment
  • FIG. 6 shows a sectional view of a second embodiment of the gas purification device
  • FIG. 7 shows a sectional illustration of a third embodiment of the gas purification device
  • FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a further sectional illustration of the third embodiment
  • FIG. 10 shows an enlarged detail from FIG. 9,
  • Figure 11 is a perspective view of the third embodiment
  • Figure 12 is a perspective view of a fourth embodiment of the
  • FIG. 13 shows a sectional view of a fifth embodiment of the gas purification device
  • FIG. 14 shows an enlarged detail from FIG. 13
  • FIG. 15 shows a sectional illustration of a sixth embodiment of the gas purification device
  • FIG. 16 shows an enlarged detail from FIG. 15,
  • FIG. 17 shows a sectional illustration of a seventh embodiment of the gas purification device
  • FIG. 18 shows an enlarged detail from FIG. 17,
  • FIG. 19 shows a sectional illustration of an eighth embodiment of the gas purification device.
  • Figure 20 shows an enlarged detail from Figure 19.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section along the section plane A-A shown in FIG. 3 through a first embodiment of the gas purification device 2.
  • This has a plasma generating device 4 with two electrodes 6, between which a gap 8 (not visible in FIG. 1) is formed.
  • Both electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 which almost completely encloses the electrodes 6 .
  • the dielectric 10 is preferably only interrupted where the electrode 6 is electrically contacted or has a connection for such contacting.
  • the surface of this electrode 6 facing the gap 8 is accordingly completely covered by the dielectric 10 .
  • the dielectric 10 is preferably an electrically non-conductive silicone.
  • the electrodes 6 are designed as intermeshing electrodes, which can be seen more clearly in FIGS.
  • a first catalytic converter arrangement 12 is arranged upstream of the plasma generating device 4 in the direction of flow S of the gas to be cleaned.
  • a second catalytic converter arrangement 12 is arranged downstream of the plasma generating device 4 in the direction of flow S.
  • the catalyst assemblies 12 preferably have a carrier 13, not designated separately, which can be, for example, an aluminum sheet in the form of a honeycomb, on which at least one catalyst is located.
  • the gas to be cleaned can flow through the honeycomb along the at least one catalytic converter, so that impurities in the gas are catalytically broken down.
  • the first catalyst arrangement 12 is arranged between gas baffles 14, which narrow the flow-through cross-section Baren.
  • the gas baffle plates 14 are arranged to form a hood and form an inflow opening 16 and an outflow opening 18 which has a smaller cross section than the inflow opening 16 .
  • the cross section of the inflow opening 16 essentially corresponds to the cross section of the housing 20 of the gas purification device 4. However, this is not absolutely necessary.
  • a pre-filter 22 and an intake device 24 in the form of a fan are arranged upstream of the plasma generating device 4 and the catalytic converter arrangements 12 in the direction of flow S.
  • the pre-filter 22 which is preferably a filter for suspended matter, serves in particular to remove or reduce particulate contaminants.
  • the suction device 24 serves to suck a gas to be cleaned along the flow direction S into the gas cleaning device 2 and to let it flow through it.
  • the gas enters the gas purification device 4 through at least one inlet opening 26 , flows through it in the direction of flow S and exits it again through at least one outlet opening 28 . It flows through the catalyst arrangements 12 and the gap 8 of the plasma generating device.
  • pick up impurities It is designed, for example, as an activated carbon filter.
  • each electrode 6 is assigned an AC voltage source 32, which in the present case is designed as a component. These are each connected to the electrodes 6 via electrical lines 34 .
  • FIG. 1 the course of the voltage over time is indicated. It can be seen that these are 180° out of phase with each other, which is preferred.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1, which is indicated there by the circle labeled A. If the following features are the same as previous figures, no repetitions are made and reference is made to the previous statements on the respective features.
  • the electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 .
  • the catalyst arrangements 12 are arranged spatially close to the plasma generating device 4, which is particularly advantageous when at least one, in particular both, catalyst arrangements have a photoactivatable catalyst.
  • the UV radiation produced during plasma generation can then radiate directly onto the catalyst arrangements and activate the photoactivatable catalyst there. It is possible, but preferably not necessary, for additional light sources to be present to activate the photoactivatable catalyst.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional representation along the sectional plane B-B shown in FIG.
  • the electrodes 6 of the plasma generation device 4 mesh with one another. However, they do not touch, but rather form a gap 8 that runs in a meandering pattern.
  • the gas baffles 14 can be seen, which form the outflow opening 18 below the plasma generating device 4 . Gas is conducted through this to the plasma generating device 4 and through the gap 8 during operation. During operation, the gas is then partially ionized in the gap 8 as a result of the alternating voltage present and is thus converted into the plasma state.
  • FIG. 4 shows an enlarged detail from FIG. 3, which is indicated there by the circle labeled B.
  • the two electrodes 6 form a meandering gap 8 and are each embedded in a dielectric 10 .
  • the two electrodes 6 are preferably of identical design, with at least one electrode 6, in particular both electrodes 6, being provided with a dielectric 10 which, in the mounted state, covers the surface facing the gap 8.
  • FIG. 5 shows a perspective and schematic view of the gas cleaning device 2 according to FIGS. 1 to 4.
  • the front side of the housing 20 has not been shown in the illustration in order to see the interior of the gas cleaning device 2 .
  • the front and/or one or more other sides are preferably removable, so that maintenance or repair work is easily possible.
  • the first catalytic converter arrangement 12 which is therefore not visible in FIG. 5, is arranged inside this.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the gas purification device 2, which differs from the first embodiment shown in FIGS
  • the electrode 6 shown on the left is provided as a ground electrode and is connected to ground 36 via an electrical line 34 . It is therefore grounded or at least has a lower electrical potential than the electrode 6 connected to the AC voltage source 32, which is also referred to as the high-voltage electrode can be.
  • the high-voltage electrode can be.
  • both electrodes 6 to be embedded in a dielectric 10 since the electrodes are preferably of identical design and therefore only one type of electrode has to be used and kept available.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional illustration along the sectional plane A-A shown in FIG. 9 of a third embodiment of the gas purification device 2, in which the electrodes 6 are designed as plate electrodes. As can be seen, however, this does not mean that the electrodes 6 are completely plate-shaped. Rather, the electrodes 6 are rod-shaped and have a plate-shaped extension at their ends facing the gap 8 . The electrodes 6 are each almost completely embedded in a dielectric 10 so that both electrodes 6 have a dielectric 10 on their surfaces facing the gap 8 .
  • the cross section of the outflow opening 18 is smaller than in the embodiments according to FIGS. In this way it is ensured that the largest possible proportion of the gas to be cleaned is actually passed through the gap 8 in order to subject it to cleaning by the plasma generation.
  • both electrodes 6 are supplied with an AC voltage from an AC voltage source 32 via electrical lines 34 . This is, as preferred and also previously described, phase-shifted by 180° between the two electrodes 6 .
  • the voltage to be applied is preferably dependent, among other things, on the thickness of the gap 8, the electrical den 6, the dielectric 10 used and the gas to be cleaned are selected in such a way that the gas flowing through the gap is converted into the plasma state.
  • FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 7, which is indicated there by the circle labeled A.
  • the electrodes 6 designed as plate electrodes can be seen, which are each embedded in a dielectric 10 .
  • the catalyst arrangements 12 are arranged spatially close to the plasma generating device 4, which is particularly advantageous if at least one, in particular both, catalyst arrangements 12 have a photoactivatable catalyst.
  • the UV radiation produced during plasma generation can then radiate directly onto the catalyst arrangements 12 and activate the photoactivatable catalyst there. It is possible, but preferably not necessary, for additional light sources to be present to activate the photoactivatable catalyst.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional representation along the sectional plane B-B shown in FIG.
  • the electrodes 6 embodied as plate electrodes are arranged above the outflow opening 18 (not designated) of the gas baffles 14 . During operation, the gas thus flows almost completely through the gap 8 formed by the two electrodes 6 .
  • FIG. 10 shows an enlarged detail from FIG. 9, which is indicated there by the circle labeled B.
  • FIG. 11 is a perspective and schematic view of the gas cleaning device 2 according to FIGS.
  • the front and/or one or more other sides are preferably removable, so that maintenance or repair work is easily possible. It is easy to see that the gas baffles 14 form a hood.
  • the first catalytic converter arrangement 12, which is therefore not visible in FIG. 11, is arranged inside this.
  • the electrodes 6 shown are each embedded in a non-designated dielectric 10 and are supplied with alternating voltage via electrical lines 34 .
  • the dielectric 10 is interrupted and, for example, pierced through a connection socket.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment of the gas cleaning device 2, which differs from the third embodiment shown in FIGS
  • the electrode 6 shown on the left is provided as a ground electrode and is connected to ground 36 via an electrical line 34 . It is therefore grounded or at least has a lower electrical potential than the electrode 6 connected to the AC voltage source 32, which can also be referred to as the high-voltage electrode.
  • FIG. 13 shows a fifth embodiment of the gas cleaning device 2 in which the catalyst arrangements 12 are designed as part of the plasma generating device 4 . They each have a carrier 13 which is designed as an electrode 6 of the plasma cleaning device 4 .
  • the carrier 13 and thus the respective electrode 6 can each be flowed through in the flow direction S and are in the present case designed in a honeycomb manner.
  • the supports 13 are each coated with at least one catalyst, in particular a mixture of a photoactivatable catalyst, a low-temperature catalyst and an adsorbent.
  • a further electrode 6 also referred to as the middle electrode, of the plasma generating device 4 is arranged in the direction of flow S between the catalyst arrangements 12 . This is also designed so that it can be flowed through in the flow direction S and is designed, for example, in the form of a grid, in particular as a perforated plate or as expanded metal.
  • the supports 13 embodied as electrodes 6 are provided as ground electrodes in the present case and are connected to ground 36 via an electrical line 34 . Therefore, the carriers 13 designed as electrodes 6 are not embedded in a dielectric 10 in the present case. However, this is not mandatory.
  • the middle electrode 6 is embedded in a dielectric and connected to an AC voltage source 32 via an electrical line 34 . Both can be seen more clearly in FIG.
  • the plasma generating device 4 and the catalyst arrangements 12 extend over the entire cross section of the housing 20 and insofar as no separate gas baffles 14 are present. According to an alternative embodiment, however, they do not extend over the entire cross section and corresponding gas baffle plates 14 are present.
  • FIG. 14 shows an enlarged detail from FIG. 13, which is indicated there by the circle labeled A.
  • the carriers 13 are in the form of electrodes 6 , which are not embedded in a dielectric 10 .
  • the supports 13 form a plurality of passage openings 38 through which the gas to be cleaned flows during operation along the at least one catalytic converter.
  • FIG. 15 shows an embodiment of the gas purification device 2 which essentially corresponds to the embodiment from FIG. However, both carriers 13 designed as electrodes 6 are each connected to an AC voltage source 32, the AC voltages being phase-shifted by 180°, as is preferred and indicated in FIG. Correspondingly, the carriers 13 are embedded in a dielectric 10 . However, this is not absolutely necessary and can be omitted in particular if a housing and/or the geometry ensures that no contact with a person is possible during operation or that this is at least made sufficiently difficult.
  • the at least one catalyst in particular the mixture of a photoactivatable catalyst, a low-temperature catalyst and an adsorbent, is not applied directly to the carrier 13, but rather to the dielectric 10 embedding it.
  • FIG. 16 shows an enlarged detail from FIG. 15, which is indicated there by the circle labeled B. It can be seen more clearly that all electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 .
  • FIG. 17 shows a further embodiment of the gas purification device 2, in which the central electrode 6 extends in some areas into the through-openings 38 of the supports 13 designed as electrodes 6.
  • the supports 13 designed as electrodes 6 are provided as ground electrodes, as in the embodiment according to FIG. 13, and are therefore not embedded in a dielectric 10, as is preferred.
  • the middle electrode is connected to an AC voltage source 32 and embedded in a dielectric 10 .
  • FIG. 18 shows an enlarged detail from FIG. 17, which is indicated there by the circle labeled C. It can be seen that the middle electrode 6 has rod-shaped projections 42 which extend into the through-openings 38 . It can be seen that the electrodes 6 terminate flush with the carriers 13, as is preferred. Only the embedding dielectric 10 protrudes beyond the carrier 13 . Protrusions 42 can also be seen in FIG. which are offset to the projections 42 lying in the plane of the paper behind the plane of the paper and extend into through-openings 38 there. As a result, a circumferential gap 8 is formed in the through openings 38 between the carrier 13 and the projections 42, in which a plasma is generated during operation.
  • the middle electrode 6 also has passage openings 40 through which flow can take place in the direction of flow S, but these are not shown in FIG. These are in front of and behind the plane of the paper.
  • FIG. 19 shows an embodiment of the gas purification device 2 which essentially corresponds to the embodiment from FIG.
  • both carriers 13 designed as electrodes 6 are each connected to an AC voltage source 32, the AC voltages being phase-shifted by 180°, as is preferred and indicated in FIG.
  • the carriers 13 are embedded in a dielectric 10 .
  • this is not absolutely necessary and can be omitted in particular if a housing and/or the geometry ensures that no contact with a person is possible during operation or that this is at least made sufficiently difficult.
  • FIG. 20 shows an enlarged detail from FIG. 19, which is indicated there by the circle labeled D. This shows more clearly that all electrodes 6 are embedded in a dielectric 10 . In this embodiment, therefore, the projections 42 are preferably flush with the carriers 13 .

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Abstract

The invention relates to a gas purification device (2) for purifying a gas, comprising at least one catalytic converter assembly (12), wherein the gas purification device has a) a plasma generating device (4) for generating a plasma, said plasma generating device (4) having at least two electrodes (6), between which at least one gap (8) is formed where the plasma is generated, and b) the plasma generating device (4) and the at least one catalytic converter assembly (12) are arranged and designed such that gas to be purified flows through the gap (8) and the at least one catalytic converter assembly (12) during the operation of the gas purification device (2), and the at least one catalytic converter device is arranged upstream and/or downstream of the plasma generating device (4) in the flow direction (S) of the gas to be purified and/or is formed as part of the plasma generating device (4).

Description

Gasreinigungsvorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Gases Gas cleaning device and method for cleaning a gas
Die Erfindung betrifft eine Gasreinigungsvorrichtung, die zumindest eine Katalysatoranordnung aufweist. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen eines Gases. The invention relates to a gas purification device which has at least one catalyst arrangement. According to a further aspect, the invention relates to a method for cleaning a gas.
In den unterschiedlichsten technischen Anwendungen werden Gase verwendet oder erzeugt. Je nach Bestimmung des entsprechenden Gases kann es sinnvoll oder sogar notwendig sein, das Gas zu reinigen. Gases are used or generated in a wide variety of technical applications. Depending on the determination of the gas in question, it may be useful or even necessary to clean the gas.
Unter Reinigung des Gases wird insbesondere verstanden, dass bestimmte unerwünschte Moleküle, aber auch biologische Verunreinigungen wie Bakterien, Viren, Allergene oder dergleichen aus dem Gas entfernt werden oder zumindest deren Menge verringert wird. Purification of the gas is understood in particular to mean that certain undesirable molecules, but also biological contaminants such as bacteria, viruses, allergens or the like, are removed from the gas or at least their quantity is reduced.
Unerwünschte Moleküle können giftige oder gesundheitsschädliche Substanzen, wie beispielsweise Formaldehyd sein, aber auch Geruchsstoffe oder andere gesundheitlich unbedenkliche, jedoch störende Substanzen. Undesirable molecules can be toxic or harmful substances, such as formaldehyde, but also odorous substances or other harmless but disruptive substances.
Ein Anwendungsfall, auf den sich diese Erfindung insbesondere auch bezieht, ist die Reinigung von Luft, beispielsweise Raumluft. Ein Bedarf zur Reinigung der Raumluft besteht sowohl in normalen Haushalten als auch insbesondere in sensiblen Bereichen, wie Krankenhäusern, Arztpraxen, Laboratorien, Reinräumen oder dergleichen. Weitere Möglichkeiten der Anwendung sind beispielsweise öffentliche Gebäude, Restaurants oder dergleichen. An application to which this invention also relates in particular is the purification of air, for example room air. There is a need to clean the room air both in normal households and in particular in sensitive areas such as hospitals, medical practices, laboratories, clean rooms or the like. Further possible uses are, for example, public buildings, restaurants or the like.
In Krankenhäusern, beispielsweise in Operationssälen oder in Isoliereinheiten für bestimmte Patienten, muss die Raumluft von pathogenen Keimen wie Viren, Bakterien, oder Pilzen und deren Sporen gereinigt werden, um einer Infektion des Patienten o- der von dessen Umgebung vorzubeugen. In hospitals, for example in operating theaters or in isolation units for certain patients, the air in the room must be free of pathogenic germs such as viruses, bacteria, or fungi and their spores are cleaned to prevent infection of the patient or his environment.
Eine Möglichkeit der Reinigung besteht in Filtern, wie beispielsweise den sogenannten Schwebstoff- oder HEPA-Filtern. Diese sind in der Lage Krankheitserreger herauszufiltern, bilden jedoch teilweise eine Grundlage für herausgefilterte Bakterien, die dann die Filtermembranen besiedeln und möglicherwiese gesundheitsgefährdende Stoffe sezernieren können. Sie vermögen jedoch keine gasförmigen Moleküle, insbesondere flüchtige organische Verbindungen (VOC; volatile organic compounds), aus der Luft zu filtern. One way of cleaning is by using filters, such as the so-called suspended matter or HEPA filters. These are able to filter out pathogens, but partly form a basis for filtered out bacteria, which can then colonize the filter membranes and possibly secrete substances that are hazardous to health. However, they are not able to filter gaseous molecules, in particular volatile organic compounds (VOC), from the air.
Daneben werden zur Gasreinigung Katalysatoren, beispielswiese in Abgasreinigungssystemen, eingesetzt. Zudem ist es beispielsweise bekannt, die photokatalytische Aktivität von Titandioxid zu nutzen, um Luft zu reinigen. Ein Nachteil dieser Technologie ist der Energieverbrauch für die üblicherweise eingesetzte UV-Strah- lungsquelle sowie die Tatsache, dass partikuläre Verunreinigungen nahezu nicht entfernt werden können. In bestimmten speziellen Anwendungsfällen wird auch Plasma zur Luftreinigung verwendet. Die bei der herkömmlichen Plasmaerzeugung entstehenden hohen Temperaturen begrenzen jedoch die Anwendbarkeit. In addition, catalysts are used for gas cleaning, for example in exhaust gas cleaning systems. It is also known, for example, to use the photocatalytic activity of titanium dioxide to purify air. A disadvantage of this technology is the energy consumption for the commonly used UV radiation source and the fact that particulate contaminants can hardly be removed. In certain special applications, plasma is also used for air purification. However, the high temperatures associated with conventional plasma generation limit its applicability.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effizientere Reinigung eines Gases, insbesondere Luft, bereitzustellen. The object of the present invention is to provide more efficient cleaning of a gas, in particular air.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Gasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, dass sie a) eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas aufweist, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung zumindest zwei Elektroden aufweist, zwischen denen zumindest ein Spalt ausgebildet ist, in dem die Plasmaerzeugung stattfindet, und b) die Plasmaerzeugungsvorrichtung und die zumindest eine Katalysatoranordnung derart angeordnet und eingerichtet sind, dass das zu reinigende Gas im Betrieb der Gasreinigungsvorrichtung durch den Spalt und die zumindest eine Katalysatoranordnung strömt und die zumindest eine Katalysatoreinrichtung in Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases vor und/oder hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung angeordnet und/oder als Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Anmelderin hat festgestellt, dass eine Kombination aus Plasmareinigung mit einer katalytischen Reinigung des zu reinigenden Gases überraschend gute und deutlich bessere Reinigungseigenschaften ermöglicht, als die Katalysator- oder Plasmabehandlung alleine. Erfindungsgemäß erfolgt die Reinigung daher zumindest zweistufig. Vor, nach und/oder während der Plasmabehandlung des zu reinigenden Gases wird das Gas zusätzlich mittels der Katalysatoranordnung gereinigt. In Strömungsrichtung des Gases sind folglich beispielsweise zwei unterschiedlich wirkende Reinigungsstufen hintereinander geschaltet. The invention solves the problem set by a gas cleaning device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that it a) has a plasma generating device for generating a plasma, the plasma generating device having at least two electrodes, between which at least one gap is formed, in which the plasma generation takes place, and b) the plasma generation device and the at least one catalyst arrangement are arranged and set up in such a way that the gas to be cleaned flows through the gap and the at least one catalyst arrangement during operation of the gas cleaning device and the at least one catalyst device flows upstream and in the flow direction of the gas to be cleaned /or is arranged behind the plasma generating device and/or is designed as part of the plasma generating device. The applicant has found that a combination of plasma cleaning with catalytic cleaning of the gas to be cleaned enables surprisingly good and significantly better cleaning properties than catalyst or plasma treatment alone. Purification therefore takes place according to the invention in at least two stages. Before, after and/or during the plasma treatment of the gas to be cleaned, the gas is additionally cleaned by means of the catalyst arrangement. In the flow direction of the gas, for example, two cleaning stages with different effects are therefore connected in series.
Durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Reinigungsstufen wird die Menge an Verunreinigungen in dem zu reinigenden Gas von einer Stufe zu der in Strömungsrichtung dahinterliegenden verringert, sodass insbesondere die Reinigungskapazität nicht überschritten wird und eine effizientere Reinigung möglich ist. By connecting several cleaning stages in series, the amount of impurities in the gas to be cleaned is reduced from one stage to the one behind it in the direction of flow, so that in particular the cleaning capacity is not exceeded and more efficient cleaning is possible.
Zudem gibt es organische Substanzen, die sich weder durch plasmatischen noch durch katalytischen Abbau alleine vollständig zerstören lassen, insbesondere mineralisieren, also zu Kohlendioxid und Wasser umsetzen. So erzeugt beispielsweise die katalytische Reinigung bei solchen Substanzen ein Abbauprodukt, welches ebenfalls unerwünscht ist und dann erst durch das Plasma zerstört wird oder umgekehrt. Zudem werden manche Abbauprodukte, die bei einer ersten, der Plasmabehandlung vorgelagerten katalytischen Reinigung entstehen, dann wiederum nicht vollständig in der Plasmabehandlung abgebaut werden. Die dabei entstehenden Abbauprodukte der Abbauprodukte werden dann in einer nachgelagerten zweiten katalytischen Reinigung weiter oder sogar vollständig abgebaut. Durch die Kombination der beiden unterschiedlichen Reinigungsverfahren können also insbesondere auch solche Abbauprodukte in dem gereinigten Gas synergistisch verringert oder sogar vollständig zerstört werden, die durch die einzelnen Stufen alleine nicht zerstörbar wären. In addition, there are organic substances that cannot be completely destroyed by either plasmatic or catalytic degradation alone, in particular mineralize them, i.e. convert them to carbon dioxide and water. For example, the catalytic purification of such substances produces a degradation product which is also undesirable and is only then destroyed by the plasma, or vice versa. In addition, some degradation products that are produced during a first catalytic cleaning step before the plasma treatment are then in turn not completely degraded in the plasma treatment. The resulting degradation products of the degradation products are then further or even completely degraded in a downstream second catalytic purification. The combination of the two different cleaning processes can also synergistically reduce or even completely destroy in particular those degradation products in the cleaned gas that could not be destroyed by the individual stages alone.
Auch weisen beide Technologien unterschiedliche Wirkspektren auf. So wirkt bei- spielswiese die Plasmatechnologie stärker gegenüber partikulären Verunreinigungen, wohingegen die Katalysatortechnologie teilweise stärker gegenüber gasförmigen Verunreinigungen wirkt. Insofern führt die Kombination der beiden Technologien auch zu einer Verbreiterung des Wirkspektrums der Gasreinigungsvorrichtung. Da die unterschiedlichen Technologien unterschiedliche Wirkprinzipien aufweisen, ergänzen sie sich jedoch auch bei gleichartigen Verunreinigungen, sodass deren Entfernung aus dem Gas verbessert wird. Both technologies also have different effective spectra. For example, plasma technology is more effective against particulate contaminants, whereas catalyst technology is sometimes more effective against gaseous contaminants. In this respect, the combination of the two technologies also leads to a broadening of the effective spectrum of the gas purification device. There the different technologies have different principles of action, but they complement each other even with contaminants of the same type, so that their removal from the gas is improved.
Zudem können durch die Kombination weniger Reinigungsstufen eingesetzt werden, um zu einem guten Reinigungsergebnis zu gelangen, sodass auch die Bauweise kompakter und kleiner gewählt werden kann. In addition, due to the combination, fewer cleaning stages can be used in order to achieve a good cleaning result, so that the design can also be chosen to be more compact and smaller.
Die Gasreinigungsvorrichtung ist beispielsweise als Einsatz oder Modul für eine Lüftungsanlage, beispielswiese eine Gebäudelüftungsanlage ausgebildet. Sie kann dazu sowohl für Neubauten als auch als Nachrüstteil verwendet werden. Die Gasreinigungsvorrichtung kann gemäß einem weiteren Aspekt auch als freistehende oder hängende Anlage zur Reinigung eines Gases, insbesondere von Raumluft ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Gasreinigungsvorrichtung als Tischgerät ausgebildet, welches beispielsweise in Restaurants oder Büros auf einem Tisch platziert werden kann, um die Raumluft zu reinigen und insbesondere die Übertragung von Krankheitserregern von einer Person auf eine andere zu verringern oder sogar vollständig zu verhindern. The gas cleaning device is designed, for example, as an insert or module for a ventilation system, for example a building ventilation system. It can be used both for new buildings and as a retrofit part. According to a further aspect, the gas cleaning device can also be designed as a free-standing or suspended system for cleaning a gas, in particular room air. The gas cleaning device is preferably designed as a tabletop device which can be placed on a table in restaurants or offices, for example, in order to clean the room air and in particular to reduce or even completely prevent the transmission of pathogens from one person to another.
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, dass mehrere Katalysatoranordnungen und/oder mehrere Plasmaerzeugungsvorrichtungen in einer Gasreinigungsvorrichtung vorhanden sind. It is possible within the scope of the invention for a plurality of catalytic converter arrangements and/or a plurality of plasma generating devices to be present in a gas purification device.
Die Katalysatoranordnung weist zumindest einen Katalysator auf, der insbesondere in Pulverform vorliegt. Bevorzugt ist der zumindest eine Katalysator auf einem Träger angeordnet, beispielswiese auf diesen beschichtet. Der Träger ist bevorzugt von dem Gas durchströmbar ausgebildet, beispielsweise als Gitterrost oder Streckmetall. Bevorzugt weist der Träger eine Wabenstruktur auf. Besonders bevorzugt ist der Träger ein zu einer Wabenstruktur gefaltetes oder gebogenes Blech, beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen, möglichst wenig reaktiven Material. Die Waben haben dabei bevorzugt eine durchströmbare Länge von zumindest 0,5 cm, insbesondere zumindest 1 cm, besonders bevorzugt zumindest 2 cm. Die durchströmbare Länge beträgt bevorzugt höchstens 20 cm, insbesondere höchstens 10 cm. Die Gasreinigungsvorrichtung weist bevorzugt ein Gehäuse auf, durch das das zu reinigende Gas strömt. Dazu weist das Gehäuse zumindest eine Zuleitungsöffnung auf, durch die das Gas in die Gasreinigungsvorrichtung einströmt. Es ist bevorzugt, nicht aber notwendig, dass die Gasreinigungsvorrichtung eine Ansaugvorrichtung, beispielweise einen Lüfter oder einen Ventilator aufweist, die Gas durch die zumindest eine Zuleitungsöffnung in das Gehäuse einsaugt. Mittels einer solchen Ansaugvorrichtung kann insbesondere ein stehendes Gas, beispielswiese Raum lüft, überhaupt in nennenswerten Mengen in die Gasreinigungsvorrichtung eingebracht werden. Gleichzeitig kann auch eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Gasreinigungsvorrichtung mittels der Ansaugvorrichtung reguliert und bevorzugt mittels einer der Gasreinigungsvorrichtung zugeordneten elektronischen Steuereinrichtung eingestellt werden. Auf diese Weise kann eine für die Funktion nützliche oder optimale Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases eingestellt werden. The catalytic converter arrangement has at least one catalytic converter which is present in particular in powder form. The at least one catalyst is preferably arranged on a support, for example coated on it. The carrier is preferably designed so that the gas can flow through it, for example as a grating or expanded metal. The carrier preferably has a honeycomb structure. The carrier is particularly preferably a metal sheet folded or bent to form a honeycomb structure, for example made of aluminum or another material that is as little reactive as possible. The honeycombs preferably have a flow-through length of at least 0.5 cm, in particular at least 1 cm, particularly preferably at least 2 cm. The length that can be flowed through is preferably at most 20 cm, in particular at most 10 cm. The gas cleaning device preferably has a housing through which the gas to be cleaned flows. For this purpose, the housing has at least one inlet opening through which the gas flows into the gas purification device. It is preferred, but not necessary, for the gas purification device to have a suction device, for example a fan or a ventilator, which sucks gas into the housing through the at least one inlet opening. By means of such a suction device, in particular a stagnant gas, for example room air, can be introduced into the gas cleaning device in any appreciable quantities. At the same time, a flow rate of the gas through the gas cleaning device can be regulated by means of the suction device and can preferably be set by means of an electronic control device assigned to the gas cleaning device. In this way, a flow rate of the gas to be cleaned that is useful or optimal for the function can be set.
In dem Strömungsweg des Gases ist die Plasmaerzeugungsvorrichtung angeordnet. Das Gas strömt durch den zumindest einen Spalt, der zwischen den Elektroden ausgebildet ist, hindurch. Durch die Plasmaentladung wird das Gas in dem Spalt teilweise ionisiert und damit in den Plasmazustand überführt. The plasma generating device is arranged in the flow path of the gas. The gas flows through the at least one gap formed between the electrodes. The gas in the gap is partially ionized by the plasma discharge and thus converted into the plasma state.
Die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann zudem ein Gehäuse aufweisen, in dem die Elektroden angeordnet sind. Das Gas strömt durch eine Öffnung in das Gehäuse ein und wird dort bevorzugt mittels eines innerhalb des Gehäuses und in Strömungsrichtung vor den Elektroden angeordneten Gitters verwirbelt. Gemäß einer Ausführungsform umgibt die eine Elektrode die andere Elektrode vollständig, unter Ausbildung eines um laufenden Spalts, beispielsweise mit einem ringförmigen Querschnitt. The plasma generating device can also have a housing in which the electrodes are arranged. The gas flows into the housing through an opening and is swirled there, preferably by means of a grid arranged inside the housing and in front of the electrodes in the direction of flow. According to one embodiment, one electrode completely surrounds the other electrode, forming a circumferential gap, for example with an annular cross section.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Plasmaerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung ausgebildet und zumindest eine der Elektroden weist zumindest an ihrer dem Spalt zugewandten Oberfläche ein Dielektrikum auf. Bei einer solchen Ausführungsform kann bevorzugt auf ein die Elektroden umgebendes Gehäuse verzichtet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn beide Elektroden vollständig in einem Dielektrikum eingebettet sind. Das Dielektrikum dient dazu, eine dielektrisch behinderte Plasmaentladung, die auch als DBD (Dielectric Barrier Discharge) bezeichnet wird, zu realisieren. Die dielektrisch behinderte Plasmaentladung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da dabei ein kaltes Plasma erzeugt wird und somit die thermische Belastung der Umgebung und die damit einhergehende notwendige Isolierung und Auslegung der Komponenten auf ein heißes Plasma entfallen kann. Zudem sorgt das Dielektrikum insbesondere dafür, dass von der Elektrode keine direkte Gefahr für Benutzer aufgrund der verwendeten Hochspannung ausgeht. According to a preferred embodiment, the plasma generating device is designed to generate a dielectrically impeded plasma discharge and at least one of the electrodes has a dielectric at least on its surface facing the gap. In such an embodiment, a housing surrounding the electrodes can preferably be dispensed with. This applies in particular when both electrodes are completely embedded in a dielectric. The dielectric is used to implement a dielectric barrier plasma discharge, which is also referred to as DBD (Dielectric Barrier Discharge). The dielectrically impeded plasma discharge is particularly advantageous because a cold plasma is generated in the process and the thermal load on the environment and the associated necessary insulation and design of the components for a hot plasma can therefore be dispensed with. In addition, the dielectric ensures in particular that the electrode does not pose any direct danger to the user due to the high voltage used.
Wenn, was einer Ausführungsform der Erfindung entspricht, eine der Elektroden als Masseelektrode ausgebildet, also insbesondere geerdet ist oder zumindest ein niedrigeres elektrisches Potential aufweist als die andere Elektrode, weist bevorzugt nur die andere Elektrode ein Dielektrikum aus. Bevorzugt ist diese andere Elektrode, an die im Betrieb eine Wechselspannung angelegt wird und die auch als Hochspannungselektrode bezeichnet wird, vollständig in das Dielektrikum eingebettet. Die Masseelektrode benötigt nicht zwingend ein Dielektrikum, da sie ja selbst im Betrieb kein gefährliches Potential aufweist. Es ist selbstverständlich dennoch möglich, dass auch die Masseelektrode in ein Dielektrikum eingebettet ist. Dies ist beispielsweise sinnvoll, um nur einen Elektrodentyp vorhalten zu müssen. If, which corresponds to one embodiment of the invention, one of the electrodes is in the form of a ground electrode, ie in particular grounded or at least has a lower electrical potential than the other electrode, preferably only the other electrode has a dielectric. This other electrode, to which an alternating voltage is applied during operation and which is also referred to as a high-voltage electrode, is preferably completely embedded in the dielectric. The ground electrode does not necessarily need a dielectric, since it does not have any dangerous potential even during operation. It is of course still possible that the ground electrode is also embedded in a dielectric. This makes sense, for example, in order to only have to keep one type of electrode available.
Dass eine Elektrode vollständig in ein Dielektrikum eingebettet ist, schließt selbstverständlich notwendige Durchbrüche durch das Dielektrikum, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung, nicht aus. Bevorzugt ist das Dielektrikum ausschließlich zur Heranführung einer elektrischen Leitung oder aufgrund eines Anschlusses für eine solche, beispielsweise einer Anschlussbuchse oder dergleichen, durchbrochen. The fact that an electrode is completely embedded in a dielectric does not, of course, preclude necessary openings through the dielectric, for example for electrical contacting. The dielectric is preferably perforated exclusively for the purpose of bringing in an electrical line or because of a connection for such a line, for example a connection socket or the like.
In Strömungsrichtung vor und/oder hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung befindet sich gemäß einer Ausführungsform zumindest eine Katalysatoranordnung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich genau eine Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung vor der Plasmaerzeugungsvorrichtung und genau eine Katalysatoranordnung dahinter. Alternativ oder zusätzlich ist es in einer Ausführungsform möglich, dass eine, mehrere oder alle Katalysatoranordnungen Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung sind. Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine Katalysatoranordnung einen photoaktivierbaren Katalysator, beispielsweise Wolframoxid oder Zinkoxid, insbesondere Titandioxid TiC , auf. Photoaktivierbare Katalysatoren werden auch als Photokatalysatoren bezeichnet. Photoaktivierbarer Katalysatoren werden insbesondere durch UV-Strahlung, also Strahlung einer Wellenlänge von etwa 100 nm bis zu 400 nm, in ihrer katalytischen Eigenschaft aktiviert und dann auch als UV-strahlungsakti- vierbare Photokatalysatoren bezeichnet. Ein solcher UV-strahlungsaktivierbarer Photokatalysator ist mit anderen Worten ohne das Vorhandensein von UV-Strahlung katalytisch nur wenig, insbesondere überhaupt nicht aktiv. Photoaktivierbare Katalysatoren sind üblicherweise Halbleiter, die photochemisch angeregt werden. An der Oberfläche des Photokatalysators werden dann Radikale gebildet, beispielsweise aus Wasser das durch Luftfeuchtigkeit bereitgestellt wird, oder aus molekularem Sauerstoff. Die Radikale reagieren dann wiederum mit den insbesondere organischen und biologischen Verunreinigungen und zersetzen diese. Aber auch anorganische Verunreinigungen, wie beispielsweise Stickoxide, können mit einem Photokatalysator, beispielsweise zu Nitrat, umgesetzt und dabei bevorzugt entgiftet werden. According to one embodiment, at least one catalyst arrangement is located upstream and/or downstream of the plasma generating device in the direction of flow. According to a preferred embodiment, exactly one catalyst arrangement is located upstream of the plasma generation device in the direction of flow and exactly one catalyst arrangement is located behind it. Alternatively or additionally, it is possible in one embodiment for one, several or all catalyst arrangements to be part of the plasma generating device. According to one development, the at least one catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, for example tungsten oxide or zinc oxide, in particular titanium dioxide TiC. Photoactivatable catalysts are also referred to as photocatalysts. Photoactivatable catalysts are activated in their catalytic property in particular by UV radiation, ie radiation with a wavelength of about 100 nm up to 400 nm, and are then also referred to as photocatalysts which can be activated by UV radiation. In other words, without the presence of UV radiation, such a photocatalyst which can be activated by UV radiation is catalytically only slightly active, in particular not at all active. Photoactivatable catalysts are usually semiconductors that are photochemically excited. Radicals are then formed on the surface of the photocatalyst, for example from water provided by atmospheric moisture or from molecular oxygen. The radicals then in turn react with the particularly organic and biological contaminants and decompose them. However, inorganic contaminants, such as nitrogen oxides, can also be converted with a photocatalyst, for example to form nitrate, and thereby preferably be detoxified.
Zur Aktivierung des photoaktivierbaren Katalysators ist beispielswiese zumindest eine UV-Lichtquelle vorhanden, insbesondere eine Lampe oder ein Lampenarray. Diese erzeugt UV-Strahlung und strahlt sie auf die zumindest eine Katalysatoranordnung. At least one UV light source, in particular a lamp or a lamp array, is present, for example, to activate the photoactivatable catalyst. This generates UV radiation and radiates it onto the at least one catalyst arrangement.
Bevorzugt ist die zumindest eine Katalysatoranordnung derart räumlich zu dem Spalt angeordnet, dass zumindest ein Teil einer bei der Plasmaentladung entstehenden UV-Strahlung auf die zumindest eine Katalysatoranordnung trifft und den photoaktivierbaren Katalysator aktiviert. The at least one catalyst arrangement is preferably arranged spatially in relation to the gap in such a way that at least part of the UV radiation produced during the plasma discharge impinges on the at least one catalyst arrangement and activates the photoactivatable catalyst.
Bei der Plasmaerzeugung entsteht zwangsläufig UV-Strahlung, welche zwar einen geringen Anteil an der desinfizierenden Wirkung eines Plasmas hat, davon abgesehen aber eher als ein Abfallprodukt bei der Plasmaerzeugung anzusehen ist. During plasma generation, UV radiation is inevitably produced, which has a small share in the disinfecting effect of a plasma, but apart from that it is more likely to be regarded as a waste product during plasma generation.
Dieses kann nun gemäß der Weiterbildung der Erfindung genutzt werden, um den photoaktivierbaren Katalysator zu aktivieren. Dazu ist die zumindest eine Katalysatoranordnung derart räumlich zu dem Spalt angeordnet, dass zumindest ein Teil der bei der Plasmaerzeugung entstehenden UV-Strahlung direkt auf die zumindest eine Katalysatoranordnung strahlt. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung reicht bevorzugt aus, um den photoaktivierbaren Katalysator zu aktivieren oder dies zumindest deutlich zu unterstützen. Bevorzugt strahlen zumindest 10 %, insbesondere zumindest 25 % der bei der Plasmaerzeugung entstehenden UV-Strahlung direkt auf die zumindest eine Katalysatoranordnung. According to the development of the invention, this can now be used to activate the photoactivatable catalyst. For this purpose, the at least one catalyst arrangement is spatially arranged in relation to the gap in such a way that at least part of the UV radiation generated during plasma generation radiates directly onto the at least one catalyst arrangement. The plasma generating device is preferably sufficient to activate the photoactivatable catalyst or at least to support this significantly. At least 10%, in particular at least 25%, of the UV radiation produced during plasma generation preferably radiates directly onto the at least one catalyst arrangement.
Es ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, dass Lichtleiteinrichtungen und/oder Reflektoren vorhanden sind, die UV-Strahlung alternativ oder zusätzlich auf die zumindest eine Katalysatoranordnung leiten. Diese strahlt folglich nicht oder nicht nur direkt auf die zumindest eine Katalysatoranordnung, sondern wird über die Lichtleiteinrichtungen und/oder Reflektoren auf diese umgeleitet. Die zumindest eine Katalysatoranordnung ist insbesondere auch dann derart angeordnet, dass zumindest ein Teil einer bei der Plasmaentladung entstehenden UV-Strahlung auf die zumindest eine Katalysatoranordnung trifft und den photoaktivierbaren Katalysator aktiviert, wenn keine direkte UV-Strahlung von dem erzeugten Plasma auf die Katalysatoranordnung trifft, sondern die UV-Strahlung ausschließlich über Einrichtungen wie Lichtleiteinrichtungen und/oder Reflektoren auf diese geleitet werden. It is also possible within the scope of the invention for light-guiding devices and/or reflectors to be present, which alternatively or additionally direct UV radiation onto the at least one catalytic converter arrangement. This consequently does not radiate, or not only directly, onto the at least one catalytic converter arrangement, but is diverted onto them via the light guide devices and/or reflectors. The at least one catalyst arrangement is in particular also arranged in such a way that at least part of the UV radiation produced during the plasma discharge impinges on the at least one catalyst arrangement and activates the photoactivatable catalyst when no direct UV radiation from the plasma generated impinges on the catalyst arrangement, but the UV radiation is directed onto them exclusively via devices such as light guide devices and/or reflectors.
Es ist selbstverständlich möglich, dass die Katalysatoranordnungen unterschiedlich ausgebildet sind und beispielsweise nicht alle einen photoaktivierbaren Katalysator aufweisen. Es ist natürlich möglich, aber nicht notwendig, dass auch solche Katalysatoranordnungen mit UV-Strahlung bestrahlt werden, die keinen photoaktivierbaren Katalysator aufweisen. It is of course possible for the catalyst arrangements to be designed differently and for example not all to have a photoactivatable catalyst. It is of course possible, but not necessary, for those catalyst arrangements which do not have a photoactivatable catalyst to also be irradiated with UV radiation.
Wenn die ohnehin bei der Plasmaerzeugung anfallende UV-Strahlung gleichzeitig zur Aktivierung des photoaktivierbaren Katalysators genutzt wird, kann eine zusätzliche UV-Strahlungsquelle kleiner dimensioniert werden oder sogar gänzlich entfallen. If the UV radiation that occurs anyway during plasma generation is used at the same time to activate the photoactivatable catalyst, an additional UV radiation source can be dimensioned smaller or can even be omitted entirely.
Bevorzugt ist zumindest eine Elektrode der Plasmaerzeugungsvorrichtung an dem Träger der zumindest einen Katalysatoranordnung angeordnet und/oder als Teil des Trägers ausgebildet. Dies bedeutet, dass die jeweilige Katalysatoranordnung als Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung ausgebildet ist, da ihr Träger zumindest eine Elektrode bereitstellt. Auf diese Weise ist es folglich möglich, dass der Träger zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllt. Er trägt einerseits den zumindest einen Katalysator und stellt andererseits zumindest eine Elektrode bereit. At least one electrode of the plasma generating device is preferably arranged on the support of the at least one catalyst arrangement and/or is designed as part of the support. This means that the respective catalyst arrangement is designed as part of the plasma generating device, since its carrier provides at least one electrode. In this way, it is consequently possible for the wearer to have two tasks accomplished at the same time. On the one hand, it carries the at least one catalyst and, on the other hand, provides at least one electrode.
Bevorzugt ist der Träger vollständig als Elektrode ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist die am Träger angeordnete oder insbesondere durch den Träger gebildete Elektrode als Masseelektrode vorgesehen und ausgebildet. Dazu ist sie bevorzugt nicht in ein Dielektrikum eingebettet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Elektrode nicht in ein Dielektrikum eingebettet ist, obwohl sie mit einer Wechselspannungsquelle verbunden und damit nicht als Masseelektrode vorgesehen ist. Dann ist bevorzugt durch ein Gehäuse und/oder die Geometrie des Trägers sichergestellt, dass ein Kontakt zwischen der Elektrode und einem Menschen im Betrieb ausgeschlossen oder zumindest hinreichend erschwert ist. The carrier is preferably designed entirely as an electrode. According to one embodiment, the electrode arranged on the carrier or in particular formed by the carrier is provided and designed as a ground electrode. For this purpose, it is preferably not embedded in a dielectric. However, it is also possible that the electrode is not embedded in a dielectric, although it is connected to an AC voltage source and is therefore not intended as a ground electrode. It is then preferably ensured by a housing and/or the geometry of the carrier that contact between the electrode and a person during operation is ruled out or at least made sufficiently difficult.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die am Träger angeordnete oder insbesondere durch den Träger gebildete Elektrode in ein Dielektrikum eingebettet und mit einer Wechselspannungsquelle verbunden. Wenn die Elektrode durch den Träger selbst gebildet wird, ist der zumindest eine Katalysator, auf das Dielektrikum aufgebracht. According to a further embodiment, the electrode arranged on the carrier or in particular formed by the carrier is embedded in a dielectric and connected to an AC voltage source. If the electrode is formed by the carrier itself, the at least one catalyst is applied to the dielectric.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Katalysatoranordnungen vorhanden, die beide Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung sind und bevorzugt beide einen Träger aufweisen, der als Elektrode ausgebildet ist. Bevorzugt befindet sich in Strömungsrichtung zwischen den beiden Katalysatoranordnungen zumindest eine weitere Elektrode, die auch als mittlere Elektrode bezeichnet wird. Zwischen dieser mittleren Elektrode und den beiden anderen Elektroden wird dann im Betrieb jeweils ein Plasma erzeugt. According to a preferred embodiment, there are two catalytic converter arrangements, both of which are part of the plasma generation device and preferably both have a carrier which is designed as an electrode. At least one further electrode, which is also referred to as the middle electrode, is preferably located in the direction of flow between the two catalyst arrangements. A plasma is then generated between this central electrode and the two other electrodes during operation.
Dadurch, dass die zumindest eine Katalysatoranordnung Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung ist, ist eine räumlich besonders große Nähe zwischen dem zumindest einen Katalysator einerseits und dem im Spalt erzeugten Plasma andererseits möglich. Dies erleichtert oder verbessert die Aktivierung des bevorzugt vorhandenen photoaktivierbaren Katalysators durch die bei der Plasmaerzeugung entstehende Strahlung, insbesondere UV-Strahlung. Der Träger weist Durchgangsöffnungen auf, durch die im Betrieb das zu reinigende Gas strömt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die mittlere Elektrode zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnungen hinein. Dazu weist die mittlere Elektrode bevorzugt Vorsprünge auf, die sich in die Durchgangsöffnungen hinein erstrecken. Die Durchgangsöffnungen sind bevorzugt wabenförmig ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, dass die Plasmabildung in der Durchgangsöffnung des zumindest einen als Elektrode ausgebildeten Trägers stattfindet. Der Spalt wird dann insbesondere um laufend zwischen der Wandung der Durchgangslöcher einerseits und dem jeweiligen Vorsprung gebildet. In dieser Ausführungsform findet folglich die katalytische und die plasmatische Behandlung des zu reinigenden Gases zumindest teilweise gleichzeitig statt. Because the at least one catalyst arrangement is part of the plasma generating device, a spatially particularly close proximity between the at least one catalyst on the one hand and the plasma generated in the gap on the other hand is possible. This facilitates or improves the activation of the preferably present photoactivatable catalyst by the radiation produced during plasma generation, in particular UV radiation. The carrier has through openings through which the gas to be cleaned flows during operation. According to a preferred embodiment, the central electrode extends at least in regions into the through-openings. For this purpose, the central electrode preferably has projections that extend into the through-openings. The through-openings are preferably configured in a honeycomb shape. This makes it possible for the plasma to form in the passage opening of the at least one carrier designed as an electrode. The gap is then formed particularly continuously between the wall of the through-holes on the one hand and the respective projection. In this embodiment, the catalytic and plasmatic treatment of the gas to be cleaned consequently takes place at least partially simultaneously.
Bevorzugt weist die Gasreinigungsvorrichtung keine zusätzliche Lichtquelle auf, die eingerichtet ist, den photoaktivierbaren Katalysator zu aktivieren. Insbesondere weist die Gasreinigungsvorrichtung keine zusätzliche UV-Strahlungsquelle auf. Die Aktivierung des photoaktivierbaren Katalysators erfolgt daher insbesondere vollständig mittels der bei der Plasmaerzeugung entstehenden UV-Strahlung. Hiervon unberührt ist selbstverständlich möglicherweise in geringen Mengen von außen einfallendes UV- Licht. The gas purification device preferably has no additional light source set up to activate the photoactivatable catalyst. In particular, the gas purification device has no additional UV radiation source. The photoactivatable catalyst is therefore activated in particular completely by means of the UV radiation produced during plasma generation. Naturally, small amounts of UV light incident from outside are unaffected by this.
Bevorzugt weist die zumindest eine Katalysatoranordnung einen Niedrigtemperaturkatalysator, beispielsweise Nickeloxid oder Ceroxid, insbesondere Manganmonoxid MnO und/oder ein Adsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle oder Aktivkoks, insbesondere ein Zeolith, auf. Diese liegen bevorzugt in Pulverform vor. The at least one catalyst arrangement preferably has a low-temperature catalyst, for example nickel oxide or cerium oxide, in particular manganese monoxide MnO and/or an adsorbent, for example activated carbon or activated coke, in particular a zeolite. These are preferably in powder form.
Ein Niedrigtemperaturkatalysator ist ein Katalysator der bei niedrigen Temperaturen bereits katalytisch aktiv ist. Bevorzugt weist ein Niedrigtemperaturkatalysator seine katalytische Aktivität bereits bei Temperaturen unterhalb von 100 °C, bevorzugt unterhalb 50 °C, besonders bevorzugt bereits bei Raumtemperatur, also 20 °C auf. Es ist jedoch insbesondere nicht ausgeschlossen, dass die katalytische Aktivität eines Niedrigtemperaturkatalysators mit steigender Temperatur ansteigt. A low-temperature catalytic converter is a catalytic converter that is already catalytically active at low temperatures. A low-temperature catalyst preferably already exhibits its catalytic activity at temperatures below 100.degree. C., preferably below 50.degree. C., particularly preferably even at room temperature, ie 20.degree. In particular, however, it cannot be ruled out that the catalytic activity of a low-temperature catalyst increases as the temperature rises.
Das Manganmonoxid MnO ist bevorzugt höchstens zu 10 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 5 % besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.-% mit Mangandioxid MnÜ2 verunreinigt. Im Optimalfall ist das Manganmonoxid vollständig frei von Mangandioxid MnÜ2. The manganese monoxide MnO is preferably at most 10% by weight, more preferably at most 5%, particularly preferably at most 1% by weight with manganese dioxide MnO2 contaminated. In the best case, the manganese monoxide is completely free of manganese dioxide MnÜ2.
Bei dem Zeolith handelt es sich bevorzugt um ein hydrophiles Zeolith, insbesondere vom Typ A und/oder Y. Bevorzugt ist der Zeolith synthetisch hergestellt. The zeolite is preferably a hydrophilic zeolite, in particular of type A and/or Y. The zeolite is preferably produced synthetically.
Bevorzugt sind die Elektroden als Plattenelektroden oder als kämmend ineinander greifende Elektroden ausgebildet. The electrodes are preferably designed as plate electrodes or as electrodes which mesh with one another.
Die Elektroden sind zueinander beabstandet, sodass zwischen ihnen ein Spalt ausgebildet ist. Bevorzugt ist dieser Spalt homogen, sodass die Elektroden stets den gleichen Abstand zueinander aufweisen, womit stets der minimale Abstand zwischen den Elektroden gemeint ist. Dies ist jedoch nicht notwendig. Der Abstand und damit insbesondere die Dicke des Spalts beträgt bevorzugt zumindest 2 mm, insbesondere zumindest 5 mm, besonders bevorzugt zumindest 10 mm auf. Bevorzugt weist der Spalt höchstens eine Dicke von 20 mm, insbesondere höchstens 15 mm auf. The electrodes are spaced apart so that a gap is formed between them. This gap is preferably homogeneous, so that the electrodes always have the same distance from one another, which always means the minimum distance between the electrodes. However, this is not necessary. The distance and thus in particular the thickness of the gap is preferably at least 2 mm, in particular at least 5 mm, particularly preferably at least 10 mm. The gap preferably has a thickness of at most 20 mm, in particular at most 15 mm.
Im Falle der Plattenelektroden liegen diese bevorzugt parallel zueinander und bilden so einen homogenen Spalt aus. Plattenelektroden sind nicht notwendigerweise vollständig plattenförmig. Es ist ebenfalls möglich und bevorzugt, dass die Elektrode eine komplexere Geometrie aufweist und nur an einem Ende eine Elektrodenplatte ausbildet, die dann den Spalt einseitig begrenzt. So kann die Elektrode beispielsweise eine Elektrodenplatte aufweisen, an deren Rückseite sich ein stabförmiger Teil der Elektrode angeordnet ist, über den die Elektrode bevorzugt elektrisch kontaktiert wird. In the case of the plate electrodes, these are preferably parallel to one another and thus form a homogeneous gap. Plate electrodes are not necessarily entirely plate-shaped. It is also possible and preferred that the electrode has a more complex geometry and forms an electrode plate only at one end, which then delimits the gap on one side. For example, the electrode can have an electrode plate, on the back of which a rod-shaped part of the electrode is arranged, via which the electrode is preferably electrically contacted.
Die kämmend ineinandergreifenden Elektroden bilden einen mäanderförmigen Spalt aus, der auf beiden Seiten jeweils durch eine Elektrode begrenzt wird. Die Elektroden greifen also ineinander ein, berühren sich jedoch nicht. Beide Elektroden sind dazu, beispielweise in der Draufsicht, kammartig ausgestaltet, weisen also jeweils nach vorne ragende Vorsprünge auf. Jeweils zwei Vorsprünge einer Elektrode bilden einen dazwischen liegenden Zwischenraum aus, in welchen sich ein Vorsprung der anderen Elektrode hinein erstreckt. Die Vorsprünge sind bevorzugt plattenförmig ausgebildet. Bevorzugt sind diese Elektroden derart ausgebildet und angeordnet, dass der mäanderförmige Spalt stets dieselbe Dicke aufweist, die Elektroden also stets den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Durch diese Art der Elektroden kann auf einem relativ kompakten Bauraum eine große Kontaktfläche zwischen Gas und Elektroden in dem Spalt bereitgestellt werden. Gleichzeitig kann auch ein entsprechend großer Volumenstrom pro Zeiteinheit durch den Spalt strömen und gereinigt werden. Bevorzugt kann daher die Dicke des Spalts bei den kämmend ineinander greifenden Elektroden für denselben Bauraum kleiner gewählt werden als bei Plattenelektroden. The intermeshing electrodes form a meandering gap, which is delimited on both sides by an electrode. The electrodes thus interlock but do not touch. For this purpose, both electrodes are configured in a comb-like manner, for example in the plan view, ie they each have projections protruding forwards. Every two projections of one electrode form an intermediate space in between, into which a projection of the other electrode extends. The projections are preferably plate-shaped. These electrodes are preferably designed and arranged in such a way that that the meandering gap always has the same thickness, that is, the electrodes always have the same distance from one another. With this type of electrode, a large contact area between gas and electrodes can be provided in the gap in a relatively compact space. At the same time, a correspondingly large volume flow per unit of time can flow through the gap and be cleaned. The thickness of the gap in the case of the electrodes which engage in one another in a meshing manner can therefore preferably be selected to be smaller than in the case of plate electrodes for the same installation space.
Bei dem Elektrodenmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Metall oder bevorzugt um ein elektrisch leitfähiges, dotiertes Silikon. Das Dielektrikum ist bevorzugt ein Silikon, welches nicht dotiert und damit elektrisch isolierend ist. Alternativ kann das Dielektrikum auch ein Keramikwerkstoff oder ein Kunststoff sein. The electrode material is, for example, a metal or preferably an electrically conductive, doped silicone. The dielectric is preferably a silicone that is not doped and is therefore electrically insulating. Alternatively, the dielectric can also be a ceramic material or a plastic.
Zumindest eine der Elektroden ist mit einer Wechselspannungsquelle verbunden, die bevorzugt Teil der Gasreinigungsvorrichtung ist. Wenn nur eine Elektrode mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, ist die andere Elektrode bevorzugt als Masseelektrode ausgebildet. Die Masseelektrode ist also insbesondere geerdet oder weist zumindest ein niedrigeres elektrisches Potential auf als die andere Elektrode, die auch als Hochspannungselektrode bezeichnet werden kann. At least one of the electrodes is connected to an AC voltage source, which is preferably part of the gas purification device. If only one electrode is connected to an AC voltage source, the other electrode is preferably designed as a ground electrode. The ground electrode is therefore in particular grounded or at least has a lower electrical potential than the other electrode, which can also be referred to as the high-voltage electrode.
Es ist zudem möglich, dass beide Elektroden mit einer Wechselspannungsquelle verbunden und im Betrieb gleichzeitig mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Die an der einen Elektrode anliegende Wechselspannung weist dann bevorzugt eine Phasenverschiebung von 180 ° in Bezug auf die an der anderen Elektrode anliegende Wechselspannung auf. It is also possible for both electrodes to be connected to an AC voltage source and to have an AC voltage applied to them simultaneously during operation. The AC voltage applied to one electrode then preferably has a phase shift of 180° in relation to the AC voltage applied to the other electrode.
Die Wechselspannungsquelle ist insbesondere eingerichtet, Spannung und Frequenz derart bereitzustellen, dass bei gegebener Elektrodengeometrie und Dicke des Spalts ein Plasma in dem Spalt erzeugt wird. The AC voltage source is set up in particular to provide voltage and frequency in such a way that a plasma is generated in the gap for a given electrode geometry and thickness of the gap.
Bevorzugt sind in Strömungsrichtung vor der Plasmaerzeugungsvorrichtung Gasleitbleche angeordnet, die den durchström baren Querschnitt verengen und das Gas zu der Plasmaerzeugungsvorrichtung leiten. In dieser Ausführungsform ist vor den Gasleitblechen ein größerer, durchström barer Querschnitt vorhanden. Dieser kann beispielsweise lediglich durch die Wandung des Gehäuses vorgegeben sein. Die Gasleitbleche verengen den durchström baren Querschnitt und leiten das zu reinigende Gas auf die Plasmaerzeugungsvorrichtung. Diese erstreckt sich vorzugsweise nicht über den gesamten Querschnitt des Gehäuses, sondern nur über einen Teil. Die Abmessungen des verengten Querschnitts sind dazu vorzugsweise auf die Größe der Plasmaerzeugungsvorrichtung abgestimmt. Gas baffle plates are preferably arranged upstream of the plasma generating device in the direction of flow, which narrow the cross section that can be flowed through and direct the gas to the plasma generating device. In this embodiment, there is a larger cross-section through which flow can take place in front of the gas baffles. This can for example only be specified by the wall of the housing. The gas baffles narrow the cross-section that can be flowed through and direct the gas to be cleaned to the plasma generating device. This preferably does not extend over the entire cross section of the housing, but only over part of it. For this purpose, the dimensions of the narrowed cross section are preferably matched to the size of the plasma generating device.
Die Gasleitbleche bilden eine Einströmöffnung, die insbesondere den vollen Querschnitt des Gehäuses aufweist. Anschließend verlaufen sie derart, dass sie den durchström baren Querschnitt verengen. Auf der der Einströmöffnung gegenüber liegenden Seite bilden die Gasleitbleche eine Ausströmungsöffnung, welche beispielsweise einen kleineren Querschnitt als die Einströmöffnung aufweist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Plasmaerzeugungsvorrichtung sich nicht über den gesamten Querschnitt des Gehäuses erstreckt. Es ist ebenfalls möglich und Gegenstand einer weiteren Ausführungsform, dass Einströmöffnung und Ausströmungsöffnung den gleichen Querschnitt aufweisen, also keine Verengung erfolgt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Plasmaerzeugungsvorrichtung sich über eine Fläche erstreckt, die bereits dem Querschnitt der Einströmöffnung entspricht, sodass keine Verengung notwendig ist. The gas baffle plates form an inflow opening which, in particular, has the full cross section of the housing. They then run in such a way that they narrow the cross section through which flow can take place. On the side opposite the inflow opening, the gas guide plates form an outflow opening which, for example, has a smaller cross section than the inflow opening. This is particularly the case when the plasma generating device does not extend over the entire cross section of the housing. It is also possible and the subject of a further embodiment that the inflow opening and the outflow opening have the same cross section, ie there is no constriction. This is particularly advantageous when the plasma generating device extends over an area that already corresponds to the cross section of the inflow opening, so that no constriction is necessary.
Bevorzugt ist eine Katalysatoranordnung zwischen den Gasleitblechen angeordnet. Sofern die Gasleitbleche den durchströmbaren Querschnitt verengen, ist die Katalysatoranordnung bevorzugt dort angeordnet, wo der durchströmbare Querschnitt am kleinsten ist. Zudem ist die Katalysatoranordnung bevorzugt möglichst nah an der Ausströmungsöffnung angeordnet, sodass der Abstand zwischen der Plasmaerzeugungsvorrichtung und der Katalysatoranordnung möglichst gering ist. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Katalysatoranordnung einen photoaktivierbaren Katalysator aufweist, den dann aufgrund der räumlichen Nähe möglichst viel der bei der Plasmaerzeugung entstehenden UV-Strahlung erreicht. Hinter der Ausströmungsöffnung und insbesondere hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung ist der durchströmbare Querschnitt in einer Ausführungsform wieder vergrößert, insbesondere identisch zu dem Querschnitt in Strömungsrichtung vor den Gasleitblechen. A catalyst arrangement is preferably arranged between the gas baffle plates. If the gas baffle plates narrow the cross section through which flow can take place, the catalytic converter arrangement is preferably arranged where the cross section through which flow can take place is smallest. In addition, the catalyst arrangement is preferably arranged as close as possible to the outflow opening, so that the distance between the plasma generating device and the catalyst arrangement is as small as possible. This is advantageous when the catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, which then reaches as much of the UV radiation produced during plasma generation as possible due to the physical proximity. In one embodiment, behind the outflow opening and in particular behind the plasma generating device, the cross section through which the flow can pass is enlarged again, in particular identical to the cross section in the direction of flow in front of the gas baffle plates.
Hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung befindet sich bevorzugt zusätzlich eine Katalysatoranordnung, die sich insbesondere über den gesamten durchström baren Querschnitt erstreckt. Behind the plasma generation device there is preferably an additional catalytic converter arrangement which extends in particular over the entire cross-section through which flow can take place.
Gemäß einer Weiterbildung ist in Strömungsrichtung vor der zumindest einen Katalysatoranordnung und der Plasmaerzeugungsvorrichtung ein Vorfilter und/oder in Strömungsrichtung hinter der zumindest einen Katalysatoranordnung und der Plasmaerzeugungsvorrichtung ein Nachfilter angeordnet. According to a further development, a pre-filter is arranged upstream of the at least one catalyst arrangement and the plasma generation device and/or a post-filter is arranged downstream of the at least one catalyst arrangement and the plasma generation device.
Der Vorfilter kann beispielsweise ein, insbesondere auswechselbarer, Schwebstofffilter sein, der das zu reinigende Gas von kleinsten Partikeln aber auch zumindest teilweise von biologischen Verunreinigungen wie Bakterien oder Viren befreit. Auf diese Weise können zumindest gröbere Verunreinigungen, die ansonsten gegebenenfalls die Reinigungskapazität der Vorrichtung überschreiten könnten oder Bauteile beschädigen könnten, herausgefiltert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Vorfilter derart ausgebildet, dass er biologische Verunreinigungen wie Bakterien und Viren größtenteils passieren lässt und nur größere partikuläre Verunreinigungen zurückhält. Auf diese Weise ist es möglich, die biologischen Verunreinigungen größtenteils oder nahezu vollständig nicht in dem Vorfilter zu fangen, sondern sie der Zerstörung durch Katalysator und/oder Plasma zuzuführen. The pre-filter can be, for example, a particularly replaceable particle filter, which frees the gas to be cleaned from the smallest particles, but also at least partially from biological contaminants such as bacteria or viruses. In this way, at least coarse contaminants, which could otherwise possibly exceed the cleaning capacity of the device or damage components, can be filtered out. According to a preferred embodiment, the pre-filter is designed in such a way that it largely allows biological contaminants such as bacteria and viruses to pass through and only retains larger particulate contaminants. In this way, it is possible to largely or almost completely not catch the biological contaminants in the pre-filter, but to direct them to destruction by the catalyst and/or plasma.
Der Vorfilter ist bevorzugt vor den anderen Bauteilen, also insbesondere den Katalysatoranordnungen, der Plasmaerzeugungsvorrichtung und gegebenenfalls der Ansaugvorrichtung angeordnet. Der Vorfilter kann der Zuleitungsöffnung in die Gasreinigungsvorrichtung zugeordnet sein. The pre-filter is preferably arranged in front of the other components, ie in particular the catalytic converter arrangements, the plasma generation device and, if necessary, the intake device. The pre-filter can be assigned to the inlet opening in the gas purification device.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt ein Nachfilter vorhanden, der hinter allen Katalysatoranordnungen und der Plasmaerzeugungsvorrichtung angeordnet ist. Dieser ist beispielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet und dient dazu, noch in dem Gas befindliche Verunreinigungen zu entfernen. Diese können beispielsweise Abbauprodukte infolge des katalytischen oder durch das Plasma verursachten Abbaus von anderen Verunreinigungen sein. Alternatively or additionally, an after-filter is preferably present, which is arranged behind all catalytic converter arrangements and the plasma generating device. This is designed, for example, as an activated carbon filter and is still in the gas to remove any impurities present. These can, for example, be degradation products as a result of the catalytic or plasma-caused degradation of other contaminants.
Gemäß einem weiteren Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum Reinigen eines Gases mittels einer Gasreinigungsvorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Anlegen einer Wechselspannung an zumindest einer der beiden Elektroden der Plasmaerzeugungsvorrichtung, sodass in dem Spalt ein Plasma erzeugt wird, und b) Leiten des Gases durch den Spalt der Plasmaerzeugungsvorrichtung und die zumindest eine Katalysatoranordnung. According to a further aspect, the invention achieves the object by a method for cleaning a gas using a gas cleaning device according to one of the preceding claims, with the steps: a) applying an AC voltage to at least one of the two electrodes of the plasma generating device, so that a plasma is generated in the gap and b) passing the gas through the gap of the plasma generating device and the at least one catalyst assembly.
In der Plasmaerzeugungsvorrichtung wird folglich das zu reinigende Gas, insbesondere Luft, teilweise ionisiert und in den Plasmazustand überführt. Dadurch werden Verunreinigungen in dem Gas zumindest teilweise abgebaut. Vor und/oder hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung strömt das zu reinigende Gas zudem an einer Katalysatoranordnung entlang, insbesondere durch sie hindurch, sodass Verunreinigungen in dem zu reinigenden Gas katalytisch zersetzt werden. Consequently, the gas to be cleaned, in particular air, is partially ionized in the plasma generating device and converted into the plasma state. As a result, impurities in the gas are at least partially broken down. In front of and/or behind the plasma generating device, the gas to be cleaned also flows along a catalyst arrangement, in particular through it, so that impurities in the gas to be cleaned are catalytically decomposed.
Das gereinigte Gas wird dann bevorzugt einer Verwendung zugeführt. Wenn es sich um Luft handelt, wird sie beispielsweise in einen Raum mit besonderen Anforderungen an die Qualität der Raumluft geleitet. Solche Räume können beispielsweise OP- Säle sein oder aber Räume in denen sich viele Menschen auf engem Raum aufhalten, beispielsweise in Flugzeugen oder dergleichen. Auch kann die Luft auf Quarantänestationen oder in Quarantäneeinheiten mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens aufbereitet werden und so der Umgebung ohne oder nur mit einem deutlich geringeren Infektionsrisiko zugeführt werden. Gerade in der heutigen Zeit unter dem Eindruck der COVID-19-Pandemie ist es sinnvoll und wichtig, effektive Luftreinigungsvorrichtungen zu schaffen, einerseits die Raumluft in Räumen mit vielen Menschen oder viel Publikumsverkehr sicher zu reinigen, und andererseits die Luft aus Quarantäneeinheiten sicher zu reinigen, um diese dann bedenkenlos der Umgebung zuzuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ausdrücklich auch auf die Entfernung des sogenannten Coronavirus Sars-CoV-2 aus der Luft. Gemäß einer Weiterbildung weist die zumindest eine Katalysatoranordnung einen photoaktivierbaren Katalysator, beispielsweise Wolframoxid oder Zinkoxid, insbesondere Titandioxid TiC , auf und zumindest ein Teil der bei der Plasmaerzeugung ent- stehenden UV-Strahlung wird auf die zumindest eine Katalysatoranordnung geleitet, sodass der photoaktivierbare Katalysator aktiviert wird. The cleaned gas is then preferably put to use. If it is air, for example, it is sent to a room with special requirements for the quality of indoor air. Such rooms can be, for example, operating theaters or rooms in which many people are in a small space, for example in airplanes or the like. The air in quarantine stations or in quarantine units can also be treated by means of the device according to the invention and the method according to the invention and can thus be supplied to the environment without or only with a significantly lower risk of infection. Especially today, under the impression of the COVID-19 pandemic, it makes sense and is important to create effective air cleaning devices, on the one hand to clean the room air in rooms with many people or a lot of public traffic, and on the other hand to clean the air from quarantine units safely, in order to then feed them into the environment without hesitation. According to a further aspect, the device according to the invention and the method according to the invention also expressly relate to the removal of the so-called coronavirus Sars-CoV-2 from the air. According to one development, the at least one catalyst arrangement has a photoactivatable catalyst, for example tungsten oxide or zinc oxide, in particular titanium dioxide TiC, and at least part of the UV radiation produced during plasma generation is directed to the at least one catalyst arrangement, so that the photoactivatable catalyst is activated .
Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens kann die bei der Plasmaerzeugung entstehende UV-Strahlung einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden. Es ist daher möglich, weniger separate UV-Strahlungsquellen vorzusehen. Bevorzugt ist überhaupt keine separate UV-Strahlungsquelle notwendig und vorhanden. With this configuration of the method, the UV radiation produced during plasma generation can be put to meaningful use. It is therefore possible to provide fewer separate UV radiation sources. Preferably, no separate UV radiation source is necessary or present at all.
Bevorzugt ist die zumindest eine Katalysatoranordnung derart räumlich zu dem Spalt angeordnet, dass die UV-Strahlung die zumindest eine Katalysatoranordnung direkt erreicht. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, über Lichtleiteinrichtungen und/oder Reflektoren UV-Strahlung gezielt umzuleiten und dadurch erst auf die zumindest eine Katalysatoranordnung zu leiten. The at least one catalyst arrangement is preferably arranged spatially in relation to the gap in such a way that the UV radiation reaches the at least one catalyst arrangement directly. Alternatively or additionally, it is possible to redirect UV radiation in a targeted manner via light guide devices and/or reflectors and thereby direct it to the at least one catalytic converter arrangement.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, Figure 1 shows a sectional view of a first embodiment of the gas cleaning device,
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 , FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1,
Figur 3 eine weitere Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform, Figure 3 shows another sectional view of the first embodiment,
Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3, FIG. 4 shows an enlarged detail from FIG. 3,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform, Figure 5 is a perspective view of the first embodiment,
Figur 6 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, FIG. 6 shows a sectional view of a second embodiment of the gas purification device,
Figur 7 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, FIG. 7 shows a sectional illustration of a third embodiment of the gas purification device,
Figur 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 7, FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 7,
Figur 9 eine weitere Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform, FIG. 9 shows a further sectional illustration of the third embodiment,
Figur 10 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 9, FIG. 10 shows an enlarged detail from FIG. 9,
Figur 11 eine perspektivische Darstellung der dritten Ausführungsform, Figure 11 is a perspective view of the third embodiment,
Figur 12 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform derFigure 12 is a perspective view of a fourth embodiment of the
Gasreinigungsvorrichtung, gas purification device,
Figur 13 eine Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, Figur 14 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 13, FIG. 13 shows a sectional view of a fifth embodiment of the gas purification device, FIG. 14 shows an enlarged detail from FIG. 13,
Figur 15 eine Schnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, FIG. 15 shows a sectional illustration of a sixth embodiment of the gas purification device,
Figur 16 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 15, FIG. 16 shows an enlarged detail from FIG. 15,
Figur 17 eine Schnittdarstellung einer siebten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, FIG. 17 shows a sectional illustration of a seventh embodiment of the gas purification device,
Figur 18 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 17, FIG. 18 shows an enlarged detail from FIG. 17,
Figur 19 eine Schnittdarstellung einer achten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung, und FIG. 19 shows a sectional illustration of an eighth embodiment of the gas purification device, and
Figur 20 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 19. Figure 20 shows an enlarged detail from Figure 19.
Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der in Figur 3 dargestellten Schnittebene A-A durch eine erste Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2. Diese weist eine Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 mit zwei Elektroden 6 auf, zwischen denen ein in Figur 1 nicht sichtbarer Spalt 8 ausgebildet ist. Beide Elektroden 6 sind jeweils in ein Dielektrikum 10 eingebettet, welches die Elektroden 6 nahezu vollständig umschließt. Bevorzugt ist das Dielektrikum 10 nur da unterbrochen, wo die Elektrode 6 elektrisch kontaktiert ist oder einen Anschluss für eine solche Kontaktierung aufweist. Die dem Spalt 8 zugewandte Oberfläche dieser Elektrode 6 ist demnach vollständig von dem Dielektrikum 10 abgedeckt. Das Dielektrikum 10 ist bevorzugt ein elektrisch nicht leitfähiges Silikon. Die Elektroden 6 sind vorliegend als kämmend ineinander greifende Elektroden ausgebildet, was in den Figuren 3 und 4 deutlicher zu erkennen ist. 1 shows a schematic longitudinal section along the section plane A-A shown in FIG. 3 through a first embodiment of the gas purification device 2. This has a plasma generating device 4 with two electrodes 6, between which a gap 8 (not visible in FIG. 1) is formed. Both electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 which almost completely encloses the electrodes 6 . The dielectric 10 is preferably only interrupted where the electrode 6 is electrically contacted or has a connection for such contacting. The surface of this electrode 6 facing the gap 8 is accordingly completely covered by the dielectric 10 . The dielectric 10 is preferably an electrically non-conductive silicone. In the present case, the electrodes 6 are designed as intermeshing electrodes, which can be seen more clearly in FIGS.
In Strömungsrichtung S des zu reinigenden Gases vor der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 ist eine erste Katalysatoranordnung 12 angeordnet. In Strömungsrichtung S hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 ist eine zweite Katalysatoranordnung 12 angeordnet. Die Katalysatoranordnungen 12 weisen bevorzugt einen in Figur 1 nicht separat bezeichneten Träger 13 auf, der beispielsweise ein in Wabenform vorliegendes Aluminiumblech sein kann, auf dem sich zumindest ein Katalysator befindet. Durch die Waben kann das zu reinigende Gas, an dem zumindest einen Katalysator entlang, hindurchströmen, sodass Verunreinigungen in dem Gas katalytisch abgebaut werden. A first catalytic converter arrangement 12 is arranged upstream of the plasma generating device 4 in the direction of flow S of the gas to be cleaned. A second catalytic converter arrangement 12 is arranged downstream of the plasma generating device 4 in the direction of flow S. The catalyst assemblies 12 preferably have a carrier 13, not designated separately, which can be, for example, an aluminum sheet in the form of a honeycomb, on which at least one catalyst is located. The gas to be cleaned can flow through the honeycomb along the at least one catalytic converter, so that impurities in the gas are catalytically broken down.
Die erste Katalysatoranordnung 12 ist zwischen Gasleitblechen 14 angeordnet, die den durchström baren Querschnitt verengen. Die Gasleitbleche 14 sind vorliegend zu einer Haube angeordnet, und bilden eine Einströmöffnung 16 und eine Ausströmungsöffnung 18, die einen kleineren Querschnitt als die Einströmöffnung 16 aufweist, aus. The first catalyst arrangement 12 is arranged between gas baffles 14, which narrow the flow-through cross-section Baren. In the present case, the gas baffle plates 14 are arranged to form a hood and form an inflow opening 16 and an outflow opening 18 which has a smaller cross section than the inflow opening 16 .
Der Querschnitt der Einströmöffnung 16 entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt des Gehäuses 20 der Gasreinigungsvorrichtung 4. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. The cross section of the inflow opening 16 essentially corresponds to the cross section of the housing 20 of the gas purification device 4. However, this is not absolutely necessary.
In Strömungsrichtung S vor der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 und den Katalysatoranordnungen 12 sind ein Vorfilter 22 und eine Ansaugvorrichtung 24 in Form eines Lüfters angeordnet. A pre-filter 22 and an intake device 24 in the form of a fan are arranged upstream of the plasma generating device 4 and the catalytic converter arrangements 12 in the direction of flow S.
Der Vorfilter 22, der bevorzugt ein Schwebstofffilter ist, dient insbesondere der Entfernung oder Verminderung von partikulären Verunreinigungen. The pre-filter 22, which is preferably a filter for suspended matter, serves in particular to remove or reduce particulate contaminants.
Die Ansaugvorrichtung 24 dient dazu, ein zu reinigendes Gas entlang der Strömungsrichtung S in die Gasreinigungsvorrichtung 2 einzusaugen und es durch diese strömen zu lassen. Das Gas tritt durch zumindest eine Zuleitungsöffnung 26 in die Gasreinigungsvorrichtung 4 ein, durchströmt diese entlang der Strömungsrichtung S und tritt durch zumindest eine Ableitungsöffnung 28 wieder aus dieser aus. Dabei durchströmt es die Katalysatoranordnungen 12 und den Spalt 8 der Plasmaerzeugungsvorrichtung. The suction device 24 serves to suck a gas to be cleaned along the flow direction S into the gas cleaning device 2 and to let it flow through it. The gas enters the gas purification device 4 through at least one inlet opening 26 , flows through it in the direction of flow S and exits it again through at least one outlet opening 28 . It flows through the catalyst arrangements 12 and the gap 8 of the plasma generating device.
In Strömungsrichtung S hinter der zweiten Katalysatoranordnung 12 ist ein NachfilterIn the direction of flow S behind the second catalytic converter arrangement 12 is an after-filter
30 angeordnet. Dieser dient dazu, etwaig verbliebene Verunreinigungen oder aber Abbauprodukte vormals vorhandener und katalytisch und/oder plasmatisch zerstörter30 arranged. This serves to remove any remaining impurities or Degradation products of previously existing and catalytically and/or plasmatically destroyed
Verunreinigungen aufzunehmen. Er ist beispielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet. pick up impurities. It is designed, for example, as an activated carbon filter.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist jeder Elektrode 6 eine Wechselspannungsquelle 32 zugeordnet, die vorliegend als ein Bauteil ausgebildet ist. Diese sind mit den Elektroden 6 jeweils über elektrische Leitungen 34 verbunden. In the embodiment shown in FIG. 1, each electrode 6 is assigned an AC voltage source 32, which in the present case is designed as a component. These are each connected to the electrodes 6 via electrical lines 34 .
In Figur 1 ist der Spannungsverlauf über die Zeit angedeutet. Es ist zu erkennen, dass diese, was bevorzugt ist, um 180° zueinander phasenverschoben sind. In FIG. 1, the course of the voltage over time is indicated. It can be seen that these are 180° out of phase with each other, which is preferred.
Figur 2 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 dar, der dort durch den mit A bezeichneten Kreis angedeutet ist. Sofern im Folgenden Merkmale zu vorherigen Figuren gleich sind, wird auf Wiederholungen verzichtet und auf die vorangegangenen Ausführungen zu den jeweiligen Merkmalen verwiesen. FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1, which is indicated there by the circle labeled A. If the following features are the same as previous figures, no repetitions are made and reference is made to the previous statements on the respective features.
In Figur 2 ist deutlicher zu erkennen, dass die Elektroden 6 jeweils in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. It can be seen more clearly in FIG. 2 that the electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 .
Die Katalysatoranordnungen 12 sind räumlich nah an der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 angeordnet, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn zumindest eine, insbesondere beide Katalysatoranordnungen einen photoaktivierbaren Katalysator aufweisen. Die bei der Plasmaerzeugung entstehende UV-Strahlung kann dann direkt auf die Katalysatoranordnungen strahlen und dort den photoaktivierbaren Katalysator aktivieren. Es ist möglich, bevorzugt aber nicht notwendig, dass zusätzliche Lichtquellen zur Aktivierung des photoaktivierbaren Katalysators vorhanden sind. The catalyst arrangements 12 are arranged spatially close to the plasma generating device 4, which is particularly advantageous when at least one, in particular both, catalyst arrangements have a photoactivatable catalyst. The UV radiation produced during plasma generation can then radiate directly onto the catalyst arrangements and activate the photoactivatable catalyst there. It is possible, but preferably not necessary, for additional light sources to be present to activate the photoactivatable catalyst.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der in Figur 1 dargestellten Schnittebene B-B. FIG. 3 shows a schematic sectional representation along the sectional plane B-B shown in FIG.
Es ist zu erkennen, dass die Elektroden 6 der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 kämmend ineinander eingreifen. Sie berühren sich jedoch nicht, sondern bilden einen Spalt 8 aus, der mäanderförmig verläuft. Zudem sind die Gasleitbleche 14 zu erkennen, die die Ausströmungsöffnung 18 unterhalb der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 ausbilden. Durch diese wird im Betrieb Gas zu der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 und durch den Spalt 8 geleitet. In dem Spalt 8 wird das Gas dann im Betrieb infolge der anliegenden Wechselspannung teilweise ionisiert und damit in den Plasmazustand überführt. It can be seen that the electrodes 6 of the plasma generation device 4 mesh with one another. However, they do not touch, but rather form a gap 8 that runs in a meandering pattern. In addition, the gas baffles 14 can be seen, which form the outflow opening 18 below the plasma generating device 4 . Gas is conducted through this to the plasma generating device 4 and through the gap 8 during operation. During operation, the gas is then partially ionized in the gap 8 as a result of the alternating voltage present and is thus converted into the plasma state.
Figur 4 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3 dar, der dort durch den mit B bezeichneten Kreis angedeutet ist. FIG. 4 shows an enlarged detail from FIG. 3, which is indicated there by the circle labeled B.
Es ist deutlicher zu erkennen, dass die beiden Elektroden 6 einen mäanderförmigen Spalt 8 ausbilden und jeweils in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. It can be seen more clearly that the two electrodes 6 form a meandering gap 8 and are each embedded in a dielectric 10 .
Bevorzugt sind die beiden Elektroden 6 identisch ausgebildet, wobei zumindest eine Elektrode 6, insbesondere beide Elektroden 6 mit einem Dielektrikum 10 versehen ist, welches im montierten Zustand die dem Spalt 8 zugewandte Oberfläche abdeckt. The two electrodes 6 are preferably of identical design, with at least one electrode 6, in particular both electrodes 6, being provided with a dielectric 10 which, in the mounted state, covers the surface facing the gap 8.
Figur 5 zeigt eine perspektivische und schematische Ansicht der Gasreinigungsvorrichtung 2 gemäß den Figuren 1 bis 4. In der Darstellung wurde die Vorderseite des Gehäuses 20 nicht dargestellt, um das Innere der Gasreinigungsvorrichtung 2 zu sehen. Bevorzugt sind die Vorderseite und/oder eine oder mehrere weitere Seiten abnehmbar, sodass Wartungs- oder Reparaturarbeiten einfach möglich sind. FIG. 5 shows a perspective and schematic view of the gas cleaning device 2 according to FIGS. 1 to 4. The front side of the housing 20 has not been shown in the illustration in order to see the interior of the gas cleaning device 2 . The front and/or one or more other sides are preferably removable, so that maintenance or repair work is easily possible.
Es ist gut zu erkennen, dass die Gasleitbleche 14 eine Haube ausbilden. Innerhalb dieser ist die erste Katalysatoranordnung 12 angeordnet, die daher in Figur 5 nicht sichtbar ist. It is easy to see that the gas baffles 14 form a hood. The first catalytic converter arrangement 12, which is therefore not visible in FIG. 5, is arranged inside this.
In Figur 6 ist eine zweite Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2 dargestellt, die sich von der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform nur darin unterscheidet, dass nicht beiden Elektroden 6 jeweils eine Wechselspannungsquelle 32 zugeordnet ist, sondern nur der rechts dargestellten Elektrode 6. Die links dargestellte Elektrode 6 ist als Masseelektrode vorgesehen und über eine elektrische Leitung 34 mit einer Erdung 36 verbunden. Sie ist somit geerdet oder weist zumindest ein niedrigeres elektrisches Potential auf als die mit der Wechselspannungsquelle 32 verbundene Elektrode 6, die auch als Hochspannungselektrode bezeichnet werden kann. In dieser Ausführungsform ist es insbesondere möglich, dass nur die eine, mit der Wechselstromquelle verbundene Elektrode 6 in ein Dielektrikum 10 eingebettet ist. Bei der Masseelektrode kann hierauf insbesondere verzichtet werden, da diese im Betrieb kein gefährliches Potential aufweist. Dennoch ist es auch in dieser Ausführungsform möglich, dass beide Elektroden 6 in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind, da die Elektroden bevorzugt identisch ausgebildet sind und somit nur eine Art Elektrode verwendet und vorgehalten werden muss. FIG. 6 shows a second embodiment of the gas purification device 2, which differs from the first embodiment shown in FIGS The electrode 6 shown on the left is provided as a ground electrode and is connected to ground 36 via an electrical line 34 . It is therefore grounded or at least has a lower electrical potential than the electrode 6 connected to the AC voltage source 32, which is also referred to as the high-voltage electrode can be. In this specific embodiment, it is possible in particular for only the one electrode 6 connected to the alternating current source to be embedded in a dielectric 10 . In particular, this can be dispensed with in the case of the ground electrode, since this does not have any dangerous potential during operation. Nevertheless, it is also possible in this embodiment for both electrodes 6 to be embedded in a dielectric 10 since the electrodes are preferably of identical design and therefore only one type of electrode has to be used and kept available.
In Figur 7 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der in Figur 9 dargestellten Schnittebene A-A einer dritten Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2 dargestellt, in der die Elektroden 6 als Plattenelektroden ausgebildet sind. Dies bedeutet, wie zu erkennen ist, jedoch nicht, dass die Elektroden 6 vollständig plattenförmig ausgebildet sind. Vielmehr sind die Elektroden 6 stabförmig ausgebildet und weisen eine plattenförmige Erweiterung an ihren, dem Spalt 8 zugewandten Enden auf. Die Elektroden 6 sind jeweils nahezu vollständig in ein Dielektrikum 10 eingebettet, sodass beide Elektroden 6 an ihren dem Spalt 8 zugewandten Oberflächen ein Dielektrikum 10 aufweisen. FIG. 7 shows a schematic sectional illustration along the sectional plane A-A shown in FIG. 9 of a third embodiment of the gas purification device 2, in which the electrodes 6 are designed as plate electrodes. As can be seen, however, this does not mean that the electrodes 6 are completely plate-shaped. Rather, the electrodes 6 are rod-shaped and have a plate-shaped extension at their ends facing the gap 8 . The electrodes 6 are each almost completely embedded in a dielectric 10 so that both electrodes 6 have a dielectric 10 on their surfaces facing the gap 8 .
Es ist zu erkennen, dass der Querschnitt der Ausströmungsöffnung 18 kleiner ist als in den Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 bis 6. Dies liegt daran, dass die Ausströmungsöffnung an die Abmessungen der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 und insbesondere an Größe und Verlaufs des Spalts 8 angepasst sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein möglichst großer Anteil des zu reinigenden Gases auch tatsächlich durch den Spalt 8 geleitet wird, um es der Reinigung durch die Plasmaerzeugung zu unterwerfen. It can be seen that the cross section of the outflow opening 18 is smaller than in the embodiments according to FIGS. In this way it is ensured that the largest possible proportion of the gas to be cleaned is actually passed through the gap 8 in order to subject it to cleaning by the plasma generation.
Beide Elektroden 6 werden in der vorliegenden Ausführungsform von einer Wechselspannungsquelle 32 über elektrische Leitungen 34 mit einer Wechselspannung versorgt. Diese ist, wie bevorzugt und auch zuvor beschrieben, zwischen den beiden Elektroden 6 um 180° phasenverschoben. In the present embodiment, both electrodes 6 are supplied with an AC voltage from an AC voltage source 32 via electrical lines 34 . This is, as preferred and also previously described, phase-shifted by 180° between the two electrodes 6 .
Die anzulegende Spannung wird, unabhängig von der Ausführungsform, bevorzugt unter anderem in Abhängigkeit von der Dicke des Spalts 8, der verwendeten Elektro- den 6, des verwendeten Dielektrikums 10 und des zu reinigenden Gases derart ausgewählt, dass das durch den Spalt strömende Gas in den Plasmazustand überführt wird. Regardless of the embodiment, the voltage to be applied is preferably dependent, among other things, on the thickness of the gap 8, the electrical den 6, the dielectric 10 used and the gas to be cleaned are selected in such a way that the gas flowing through the gap is converted into the plasma state.
Figur 8 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 7 dar, der dort durch den mit A bezeichneten Kreis angedeutet ist. FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 7, which is indicated there by the circle labeled A.
Es sind die als Plattenelektroden ausgebildeten Elektroden 6 zu erkennen, die in jeweils in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. The electrodes 6 designed as plate electrodes can be seen, which are each embedded in a dielectric 10 .
Die Katalysatoranordnungen 12 sind räumlich nah an der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 angeordnet, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn zumindest eine, insbesondere beide Katalysatoranordnungen 12 einen photoaktivierbaren Katalysator aufweisen. Die bei der Plasmaerzeugung entstehende UV-Strahlung kann dann direkt auf die Katalysatoranordnungen 12 strahlen und dort den photoaktivierbaren Katalysator aktivieren. Es ist möglich, bevorzugt aber nicht notwendig, dass zusätzliche Lichtquellen zur Aktivierung des photoaktivierbaren Katalysators vorhanden sind. The catalyst arrangements 12 are arranged spatially close to the plasma generating device 4, which is particularly advantageous if at least one, in particular both, catalyst arrangements 12 have a photoactivatable catalyst. The UV radiation produced during plasma generation can then radiate directly onto the catalyst arrangements 12 and activate the photoactivatable catalyst there. It is possible, but preferably not necessary, for additional light sources to be present to activate the photoactivatable catalyst.
Figur 9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der in Figur 7 dargestellten Schnittebene B-B. FIG. 9 shows a schematic sectional representation along the sectional plane B-B shown in FIG.
Die als Plattenelektroden ausgebildeten Elektroden 6 sind oberhalb der nicht bezeichneten Ausströmungsöffnung 18 der Gasleitbleche 14 angeordnet. Das Gas strömt im Betrieb somit nahezu vollständig durch den Spalt 8, den die beiden Elektroden 6 ausbilden. The electrodes 6 embodied as plate electrodes are arranged above the outflow opening 18 (not designated) of the gas baffles 14 . During operation, the gas thus flows almost completely through the gap 8 formed by the two electrodes 6 .
Figur 10 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 9 dar, der dort durch den mit B bezeichneten Kreis angedeutet ist. FIG. 10 shows an enlarged detail from FIG. 9, which is indicated there by the circle labeled B.
Figur 11 ist eine perspektivische und schematische Ansicht der Gasreinigungsvorrichtung 2 gemäß den Figuren 7 bis 10. In der Darstellung wurde die Vorderseite des Gehäuses 20 nicht dargestellt, um das Innere der Gasreinigungsvorrichtung 2 zu sehen. Bevorzugt sind die Vorderseite und/oder eine oder mehrere weitere Seiten abnehmbar, sodass Wartungs- oder Reparaturarbeiten einfach möglich sind. Es ist gut zu erkennen, dass die Gasleitbleche 14 eine Haube ausbilden. Innerhalb dieser ist die erste Katalysatoranordnung 12 angeordnet, die daher in Figur 11 nicht sichtbar ist. FIG. 11 is a perspective and schematic view of the gas cleaning device 2 according to FIGS. The front and/or one or more other sides are preferably removable, so that maintenance or repair work is easily possible. It is easy to see that the gas baffles 14 form a hood. The first catalytic converter arrangement 12, which is therefore not visible in FIG. 11, is arranged inside this.
Die dargestellten Elektroden 6 sind jeweils in ein nicht bezeichnetes Dielektrikum 10 eingebettet und werden über elektrische Leitungen 34 mit Wechselspannung versorgt. Zur elektrischen Kontaktierung ist das Dielektrikum 10 unterbrochen und bei- spielswiese durch eine Anschlussbuchse durchstoßen. The electrodes 6 shown are each embedded in a non-designated dielectric 10 and are supplied with alternating voltage via electrical lines 34 . For electrical contacting, the dielectric 10 is interrupted and, for example, pierced through a connection socket.
In Figur 12 ist eine vierte Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2 dargestellt, die sich von der in den Figuren 7 bis 11 dargestellten dritten Ausführungsform nur darin unterscheidet, dass nicht beiden Elektroden 6 jeweils eine Wechselspannungsquelle 32 zugeordnet ist, sondern nur der rechts dargestellten Elektrode 6. Die links dargestellte Elektrode 6 ist als Masseelektrode vorgesehen und über eine elektrische Leitung 34 mit einer Erdung 36 verbunden. Sie ist somit geerdet oder weist zumindest ein niedrigeres elektrisches Potential auf als die mit der Wechselspannungsquelle 32 verbundene Elektrode 6, die auch als Hochspannungselektrode bezeichnet werden kann. FIG. 12 shows a fourth embodiment of the gas cleaning device 2, which differs from the third embodiment shown in FIGS The electrode 6 shown on the left is provided as a ground electrode and is connected to ground 36 via an electrical line 34 . It is therefore grounded or at least has a lower electrical potential than the electrode 6 connected to the AC voltage source 32, which can also be referred to as the high-voltage electrode.
Entsprechend der Ausführungen zu Figur 6, ist es auch in dieser Ausführungsform möglich, nicht aber notwendig, auf die Einbettung der als Masseelektrode vorgesehenen Elektrode 6 in ein Dielektrikum 10 zu verzichten. In accordance with the statements relating to FIG. 6, it is also possible in this embodiment, but not necessary, to dispense with the embedding of the electrode 6 provided as the ground electrode in a dielectric 10.
In Figur 13 ist eine fünfte Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2 dargestellt, in welcher die Katalysatoranordnungen 12 als Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 ausgebildet sind. Sie weisen jeweils einen Träger 13 auf, der als Elektrode 6 der Plasmareinigungsvorrichtung 4 ausgebildet ist. Die Träger 13 und damit die jeweilige Elektrode 6 sind jeweils in Strömungsrichtung S durchströmbar und vorliegend wabenförmig ausgebildet. Die Träger 13 sind jeweils mit zumindest einem Katalysator, insbesondere einer Mischung aus einem photoaktivierbaren Katalysator, einem Niedrigtemperaturkatalysator und einem Adsorptionsmittel, beschichtet. Zusätzlich ist in Strömungsrichtung S zwischen den Katalysatoranordnungen 12 eine weitere, auch als mittlere Elektrode bezeichnete Elektrode 6 der Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 angeordnet. Diese ist ebenfalls in Strömungsrichtung S durchströmbar ausgebildet und beispielswiese gitterförmig, insbesondere als Lochblech oder als Streckmetall, ausgebildet. FIG. 13 shows a fifth embodiment of the gas cleaning device 2 in which the catalyst arrangements 12 are designed as part of the plasma generating device 4 . They each have a carrier 13 which is designed as an electrode 6 of the plasma cleaning device 4 . The carrier 13 and thus the respective electrode 6 can each be flowed through in the flow direction S and are in the present case designed in a honeycomb manner. The supports 13 are each coated with at least one catalyst, in particular a mixture of a photoactivatable catalyst, a low-temperature catalyst and an adsorbent. In addition, a further electrode 6 , also referred to as the middle electrode, of the plasma generating device 4 is arranged in the direction of flow S between the catalyst arrangements 12 . This is also designed so that it can be flowed through in the flow direction S and is designed, for example, in the form of a grid, in particular as a perforated plate or as expanded metal.
Die als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13 sind vorliegend als Masseelektroden vorgesehen und über eine elektrische Leitung 34 mit einer Erdung 36 verbunden. Daher sind die als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13 vorliegend nicht in ein Dielektrikum 10 eingebettet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die mittlere Elektrode 6 ist in ein Dielektrikum eingebettet und über eine elektrische Leitung 34 mit einer Wechselspannungsquelle 32 verbunden. Beides ist in Figur 14 deutlicher zu erkennen. The supports 13 embodied as electrodes 6 are provided as ground electrodes in the present case and are connected to ground 36 via an electrical line 34 . Therefore, the carriers 13 designed as electrodes 6 are not embedded in a dielectric 10 in the present case. However, this is not mandatory. The middle electrode 6 is embedded in a dielectric and connected to an AC voltage source 32 via an electrical line 34 . Both can be seen more clearly in FIG.
In Figur 13 ist zudem zu erkennen, dass sich die Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 und die Katalysatoranordnungen 12 über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 20 erstrecken und insofern keine separaten Gasleitbleche 14 vorhanden sind. Gemäß einer alternativen Ausführungsform erstrecken sie sich jedoch nicht über den gesamten Querschnitt und es sind korrespondierende Gasleitbleche 14 vorhanden. It can also be seen in FIG. 13 that the plasma generating device 4 and the catalyst arrangements 12 extend over the entire cross section of the housing 20 and insofar as no separate gas baffles 14 are present. According to an alternative embodiment, however, they do not extend over the entire cross section and corresponding gas baffle plates 14 are present.
Figur 14 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 13 dar, der dort durch den mit A bezeichneten Kreis angedeutet ist. FIG. 14 shows an enlarged detail from FIG. 13, which is indicated there by the circle labeled A.
Es ist deutlicher zu erkennen, dass die Träger 13 als Elektroden 6 ausgebildet sind, wobei diese nicht in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. Die Träger 13 bilden mehrere Durchgangsöffnungen 38 aus, durch die im Betrieb das zu reinigende Gas an dem zumindest einen Katalysator entlang strömt. It can be seen more clearly that the carriers 13 are in the form of electrodes 6 , which are not embedded in a dielectric 10 . The supports 13 form a plurality of passage openings 38 through which the gas to be cleaned flows during operation along the at least one catalytic converter.
Auch die mittlere Elektrode 6, die in ein Dielektrikum 10 eingebettet ist, weist Durchgangsöffnungen 40 auf, durch die das zu reinigende Gas im Betrieb strömt. Jeweils zwischen den Trägem 13 und der mittleren Elektrode 6 wird dann im Betrieb das Plasma im Spalt 8 erzeugt. Figur 15 zeigt eine Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2, die im Wesentlichen der Ausführungsform aus Figur 13 entspricht. Allerdings sind beide als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13 jeweils mit einer Wechselspannungsquelle 32 verbunden, wobei die Wechselspannungen wie bevorzugt und in Figur 15 angedeutet, um 180° phasenverschoben sind. Entsprechend sind die Träger 13 in ein Dielektrikum 10 eingebettet. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig und kann insbesondere entfallen, wenn durch ein Gehäuse und/oder die Geometrie sichergestellt ist, dass im Betrieb kein Kontakt mit einem Menschen möglich ist oder dies zumindest hinreichend erschwert ist. The middle electrode 6, which is embedded in a dielectric 10, also has passage openings 40 through which the gas to be cleaned flows during operation. During operation, the plasma is then generated in the gap 8 in each case between the carriers 13 and the central electrode 6 . FIG. 15 shows an embodiment of the gas purification device 2 which essentially corresponds to the embodiment from FIG. However, both carriers 13 designed as electrodes 6 are each connected to an AC voltage source 32, the AC voltages being phase-shifted by 180°, as is preferred and indicated in FIG. Correspondingly, the carriers 13 are embedded in a dielectric 10 . However, this is not absolutely necessary and can be omitted in particular if a housing and/or the geometry ensures that no contact with a person is possible during operation or that this is at least made sufficiently difficult.
In dieser Ausführungsform ist der zumindest eine Katalysator, insbesondere die Mischung aus einem photoaktivierbaren Katalysator, einem Niedrigtemperaturkatalysator und einem Adsorptionsmittel, nicht direkt auf den Träger 13, sondern auf das diesen einbettende Dielektrikum 10 aufgebracht. In this embodiment, the at least one catalyst, in particular the mixture of a photoactivatable catalyst, a low-temperature catalyst and an adsorbent, is not applied directly to the carrier 13, but rather to the dielectric 10 embedding it.
Figur 16 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 15 dar, der dort durch den mit B bezeichneten Kreis angedeutet ist. Es ist deutlicher zu erkennen, dass alle Elektroden 6 jeweils in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. FIG. 16 shows an enlarged detail from FIG. 15, which is indicated there by the circle labeled B. It can be seen more clearly that all electrodes 6 are each embedded in a dielectric 10 .
Figur 17 stellt eine weitere Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2 dar, in der sich die mittlere Elektrode 6 bereichsweise in die Durchgangsöffnungen 38 der als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13 hineinerstreckt. In dieser Ausführungsform sind die als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13, wie auch in der Ausführungsform gemäß Figur 13, als Masseelektroden vorgesehen und daher, wie bevorzugt, nicht in ein Dielektrikum 10 eingebettet. Die mittlere Elektrode ist mit einer Wechselspannungsquelle 32 verbunden und in ein Dielektrikum 10 eingebettet. FIG. 17 shows a further embodiment of the gas purification device 2, in which the central electrode 6 extends in some areas into the through-openings 38 of the supports 13 designed as electrodes 6. In this embodiment, the supports 13 designed as electrodes 6 are provided as ground electrodes, as in the embodiment according to FIG. 13, and are therefore not embedded in a dielectric 10, as is preferred. The middle electrode is connected to an AC voltage source 32 and embedded in a dielectric 10 .
Figur 18 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 17 dar, der dort durch den mit C bezeichneten Kreis angedeutet ist. Es ist zu erkennen, dass die mittlere Elektrode 6 stabförmige Vorsprünge 42 aufweist, die sich in die Durchgangsöffnungen 38 hineinerstrecken. Es ist zu erkennen, dass die Elektroden 6, wie bevorzugt, bündig mit den Trägern 13 abschließen. Lediglich das einbettende Dielektrikum 10 steht über die Träger 13 über. In Figur 18 sind zudem angedeutete Vorsprünge 42 zu erkennen, die sich versetzt zu den in der papierebene liegenden Vorsprüngen 42 hinter der Papierebene befinden und sich in dortige Durchgangsöffnungen 38 hinein erstrecken. Hierdurch wird in den Durchgangsöffnungen 38 zwischen dem Träger 13 und den Vorsprüngen 42 ein umlaufender Spalt 8 ausgebildet, in dem im Betrieb ein Plasma erzeugt wird. FIG. 18 shows an enlarged detail from FIG. 17, which is indicated there by the circle labeled C. It can be seen that the middle electrode 6 has rod-shaped projections 42 which extend into the through-openings 38 . It can be seen that the electrodes 6 terminate flush with the carriers 13, as is preferred. Only the embedding dielectric 10 protrudes beyond the carrier 13 . Protrusions 42 can also be seen in FIG. which are offset to the projections 42 lying in the plane of the paper behind the plane of the paper and extend into through-openings 38 there. As a result, a circumferential gap 8 is formed in the through openings 38 between the carrier 13 and the projections 42, in which a plasma is generated during operation.
Die mittlere Elektrode 6 weist ebenfalls in Strömungsrichtung S durchströmbare Durchgangsöffnungen 40 auf, die jedoch in Figur 18 nicht dargestellt sind. Diese befinden sich vor und hinter der Papierebene. The middle electrode 6 also has passage openings 40 through which flow can take place in the direction of flow S, but these are not shown in FIG. These are in front of and behind the plane of the paper.
Figur 19 zeigt eine Ausführungsform der Gasreinigungsvorrichtung 2, die im Wesentlichen der Ausführungsform aus Figur 17 entspricht. Allerdings sind beide als Elektroden 6 ausgebildeten Träger 13 jeweils mit einer Wechselspannungsquelle 32 verbunden, wobei die Wechselspannungen wie bevorzugt und in Figur 19 angedeutet, um 180° phasenverschoben sind. Entsprechend sind die Träger 13 in ein Dielektrikum 10 eingebettet. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig und kann insbesondere entfallen, wenn durch ein Gehäuse und/oder die Geometrie sichergestellt ist, dass im Betrieb kein Kontakt mit einem Menschen möglich ist oder dies zumindest hinreichend erschwert ist. FIG. 19 shows an embodiment of the gas purification device 2 which essentially corresponds to the embodiment from FIG. However, both carriers 13 designed as electrodes 6 are each connected to an AC voltage source 32, the AC voltages being phase-shifted by 180°, as is preferred and indicated in FIG. Correspondingly, the carriers 13 are embedded in a dielectric 10 . However, this is not absolutely necessary and can be omitted in particular if a housing and/or the geometry ensures that no contact with a person is possible during operation or that this is at least made sufficiently difficult.
Figur 20 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 19 dar, der dort durch den mit D bezeichneten Kreis angedeutet ist. In diesem ist deutlicher zu erkennen, dass alle Elektroden 6 in ein Dielektrikum 10 eingebettet sind. Die Vorsprünge 42 schließen daher in dieser Ausführungsform bevorzugt bündig mit den Trägem 13 ab. FIG. 20 shows an enlarged detail from FIG. 19, which is indicated there by the circle labeled D. This shows more clearly that all electrodes 6 are embedded in a dielectric 10 . In this embodiment, therefore, the projections 42 are preferably flush with the carriers 13 .
Bezugszeichenliste Reference List
2 Gasreinigungsvorrichtung 2 gas cleaning device
4 Plasmaerzeugungsvorrichtung 4 plasma generating device
6 Elektrode 6 electrode
8 Spalt 8 column
10 Dielektrikum 10 dielectric
12 Katalysatoranordnung 12 Catalyst Assembly
13 Träger 13 carriers
14 Gasleitblech 14 gas baffle
16 Einströmöffnung 16 inflow opening
18 Ausströmungsöffnung 18 outflow opening
20 Gehäuse 20 housing
22 Vorfilter 22 pre-filters
24 Ansaugvorrichtung 24 suction device
26 Zuleitungsöffnung 26 inlet opening
28 Ableitungsöffnung 28 drain hole
30 Nachfilter 30 post filters
32 Wechselspannungsquelle 32 AC power source
34 Elektrische Leitung 34 electric line
36 Erdung 36 grounding
38 Durchgangsöffnung des Trägers 38 passage opening of the carrier
40 Durchgangsöffnung der mittleren Elektrode40 center electrode through hole
42 Vorsprung 42 projection

Claims

29 Patentansprüche: 29 patent claims:
1. Gasreinigungsvorrichtung (2) zum Reinigen eines Gases, mit zumindest einer Katalysatoranordnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungsvorrichtung a) eine Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Plasmas aufweist, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) zumindest zwei Elektroden (6) aufweist, zwischen denen zumindest ein Spalt (8) ausgebildet ist, in dem die Plasmaerzeugung stattfindet, und b) die Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) und die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass das zu reinigende Gas im Betrieb der Gasreinigungsvorrichtung (2) durch den Spalt (8) und die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) strömt und die zumindest eine Katalysatoreinrichtung in Strömungsrichtung (S) des zu reinigenden Gases vor und/oder hinter der Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) angeordnet und/oder als Teil der Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) ausgebildet ist. 1. Gas cleaning device (2) for cleaning a gas, with at least one catalyst arrangement (12), characterized in that the gas cleaning device has a) a plasma generating device (4) for generating a plasma, the plasma generating device (4) having at least two electrodes (6) between which at least one gap (8) is formed, in which the plasma generation takes place, and b) the plasma generating device (4) and the at least one catalyst arrangement (12) are arranged and set up in such a way that the gas to be cleaned during operation of the gas cleaning device (2) flows through the gap (8) and the at least one catalyst arrangement (12) and the at least one catalyst device is arranged upstream and/or downstream of the plasma generating device (4) in the direction of flow (S) of the gas to be cleaned and/or as part of the plasma generating device (4) is formed.
2. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) zum Erzeugen einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung ausgebildet ist und zumindest eine der Elektroden (6) zumindest an ihrer dem Spalt (8) zugewandten Oberfläche ein Dielektrikum (10) aufweist. 2. Gas cleaning device (2) according to claim 1, characterized in that the plasma generating device (4) is designed to generate a dielectric barrier plasma discharge and at least one of the electrodes (6) has a dielectric (10) at least on its surface facing the gap (8). having.
3. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) einen photoaktivierbaren Katalysator aufweist. 30 3. Gas purification device (2) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the at least one catalyst arrangement (12) has a photoactivatable catalyst. 30
4. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) derart räumlich zu dem Spalt (8) angeordnet ist, dass zumindest ein Teil einer bei der Plasmaentladung entstehenden UV-Strahlung auf die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) trifft und den photoaktivierbaren Katalysator aktiviert. 4. Gas cleaning device (2) according to claim 3, characterized in that the at least one catalyst arrangement (12) is arranged spatially to the gap (8) in such a way that at least part of the UV radiation produced during the plasma discharge is incident on the at least one catalyst arrangement ( 12) and activates the photoactivatable catalyst.
5. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode (6) an einem Träger (13) der zumindest einen Katalysatoranordnung (12) angeordnet und/oder als Teil des Trägers (13) ausgebildet ist. 5. Gas purification device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrode (6) is arranged on a carrier (13) of the at least one catalyst arrangement (12) and/or is designed as part of the carrier (13).
6. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine zusätzliche UV-Strahlungsquelle aufweist. 6. Gas cleaning device (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that it has no additional UV radiation source.
7. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) einen Niedrigtemperaturkatalysator und/oder ein Adsorptionsmittel aufweist. 7. Gas purification device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one catalyst arrangement (12) has a low-temperature catalyst and/or an adsorbent.
8. Gasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6) als Plattenelektroden oder als kämmend ineinander greifende Elektroden ausgebildet sind. 8. Gas purification device (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (6) are designed as plate electrodes or as intermeshing electrodes.
9. Verfahren zum Reinigen eines Gases mittels einer Gasreinigungsvorrichtung (2) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Anlegen einer Wechselspannung an zumindest einer der beiden Elektroden (6) der Plasmaerzeugungsvorrichtung (4), sodass in dem Spalt (8) ein Plasma erzeugt wird, und b) Leiten des Gases durch den Spalt (8) der Plasmaerzeugungsvorrichtung (4) und die zumindest eine Katalysatoranordnung (12). 9. Method for cleaning a gas by means of a gas cleaning device (2) according to one of the preceding claims, with the steps: a) applying an AC voltage to at least one of the two electrodes (6) of the plasma generating device (4), so that in the gap (8) a plasma is generated, and b) conducting the gas through the gap (8) of the plasma generating device (4) and the at least one catalyst arrangement (12).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) einen photoaktivierbaren Katalysator, insbesondere Titandioxid TiÜ2, aufweist und zumindest ein Teil der bei der Plasmaerzeugung entstehenden UV-Strahlung auf die zumindest eine Katalysatoranordnung (12) gelangt, sodass der UV-strahlungsaktivierbare Katalysator aktiviert wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the at least one catalyst arrangement (12) has a photoactivatable catalyst, in particular titanium dioxide TiÜ2, and at least a part of the plasma generation resulting UV radiation reaches the at least one catalyst arrangement (12), so that the UV-radiation-activatable catalyst is activated.
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