通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的方法，其中，對(duì)位 于液體容積中的電極設(shè)備施加高壓脈沖。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的裝置，其中，所 述裝置包括具有至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)與陰極有一定距離地布置的陽極的電極設(shè)備以 及用于產(chǎn)生高壓脈沖的高壓?jiǎn)卧?，其中，所述高壓?jiǎn)卧c所述電極設(shè)備相連，以對(duì)至少一個(gè) 陽極施加高壓脈沖，并且其中，所述電極設(shè)備被設(shè)計(jì)用于在至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽極 之間的空間中容納要處理的液體。
【背景技術(shù)】
[0003] 為了對(duì)液體、特別是飲用水、工業(yè)用水和廢水進(jìn)行清潔、消毒和/或凈化，已知使 用等離子體處理。在此，等離子體不僅可以在液體容積外部以氣態(tài)相被產(chǎn)生，然后與氣體一 起被引入液體容積中。而是，可以在液體容積本身中通過產(chǎn)生電暈放電來產(chǎn)生用于液體處 理的等離子體。
[0004] M.A.Malik,Y.Minamitani，S.Xiao,J.F.Kolb和Κ·H.Schoenbach:Streamersin WaterFilledWire-CylinderandPacked-BedReactors,in:IEEETransactionson PlasmaScience，Vol. 33,No. 2,April2005，第 490-491 頁公開了電暈放電在水體積中的 產(chǎn)生。在此，描述了在高達(dá)90千伏的高壓下具有500納秒（FWHM)的脈沖持續(xù)時(shí)間的高壓 脈沖，其具有80至150納秒的脈沖上升時(shí)間和400納秒的脈沖下降時(shí)間。在等離子體通道 中，產(chǎn)生諸如過氧化氫和氫氧化物的活性種，但是由于其短暫的壽命而不能在液體容積中 充分地與要處理的污染物相互作用。通過用具有3至5mm的直徑的硅膠珠（硅膠球）填充 液體容積，在反應(yīng)器體積中獲得更均勻的等離子體分布。
[0005] 從M.A.Malik:WaterPurificationbyPlasmas:WhichReactorsareMost EnergyEfficient?，in:PlasmaChemPlasmaProcess(2010)30:21_31 中已知，其中以氣 相形成等離子體并且噴灑要處理的液體溶液的脈沖驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)器非常有效。
[0006] Z.Machala,B.Tarabova,M.Pilach,K.Hensel,M.Jander,E.Spetlikova, P.Lukes：PlasmaAgentsinWaterandSurfaceDecontamination,in:NATO AdvancedResearchWorkshop,PlasmaforBio-Decontamination,MedicineandFood Security,Jasna,Slovakia,March15-18,2011，Ed.KarolHensel和ZdenkoMachala,第 45-46頁描述了在大氣壓力下用高壓放電對(duì)水和表面的生物凈化。將要處理的水噴射到由 此產(chǎn)生的冷等離子體中。被污染的水直接流過空心的針形電極，由此流過等離子體活性區(qū)。 該冷的大氣壓等離子體利用具有納秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間的重復(fù)脈沖產(chǎn)生。
[0007] 從W0 97/37938A1中已知，在液體容積外部產(chǎn)生氧化的氣態(tài)等離子體，并且作為 等離子體氣體流引入要處理的液體容積中。
[0008] W0 2009/006993A2公開了一種通過高壓脈沖技術(shù)對(duì)被細(xì)菌污染的液體進(jìn)行消毒 的反應(yīng)器和其方法。在能夠施加高壓電勢(shì)的電極上有一陶瓷層。在此，使用具有大于100 納秒的脈沖持續(xù)時(shí)間、優(yōu)選200至300納秒的脈沖持續(xù)時(shí)間的高壓脈沖，其中，高壓脈沖的 上升時(shí)間小于100納秒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]由此出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放 電來處理液體的改進(jìn)的方法和改進(jìn)的裝置，其中，對(duì)位于液體容積中的電極設(shè)備施加高壓 脈沖。
[0010] 上述技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求7的特征的裝置 來解決。在從屬權(quán)利要求中描述了有利實(shí)施方式。
[0011] 借助于具有50至400納秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間的非常短的高壓脈沖，特別是借 助于1至40納秒范圍內(nèi)的高壓脈沖的非常短的脈沖上升時(shí)間，在幾乎整個(gè)流體體積中實(shí)現(xiàn) 了非常有效的液體處理。非常短的脈沖上升時(shí)間產(chǎn)生明顯更大的沖擊波，并且使能量快速 傳遞到電極，由此產(chǎn)生更有效的反應(yīng)化學(xué)過程。通過具有非常陡的邊沿的非常短的高壓脈 沖，減小了對(duì)陰極的電暈放電擊穿的危險(xiǎn)。此外，確保盡可能少的能量被浪費(fèi)用于等離子體 和液體的加熱。
[0012] 通過50至400納秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間中的1至40納秒范圍內(nèi)的非常短的 脈沖上升時(shí)間，在電暈放電中實(shí)現(xiàn)具有非常高的電流尖峰和明顯更短的脈沖時(shí)間的電流脈 沖。在大約250納秒（FWHM)的脈沖持續(xù)時(shí)間的情況下，例如獲得大約100納秒的電流周期， 其中，電流脈沖顯著衰減。由此，短高壓脈沖的陡峭的上升沿產(chǎn)生非常短并且尖銳的電流脈 沖，其結(jié)果是，液體容積中的液體處理非常有效。
[0013] 脈沖重復(fù)率優(yōu)選處于10至1000赫茲范圍內(nèi)。兩個(gè)連續(xù)的高壓脈沖之間的靜止時(shí) 間應(yīng)當(dāng)比高壓脈沖的脈沖長(zhǎng)度長(zhǎng)。由此確保所產(chǎn)生的等離子體最初逐漸消失。
[0014] 脈沖重復(fù)率優(yōu)選處于50至150赫茲范圍內(nèi)。
[0015] 高壓脈沖的電壓幅值應(yīng)當(dāng)大于50千伏，優(yōu)選處于50至200千伏的范圍內(nèi)，特別優(yōu) 選高達(dá)200千伏。在該范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)電暈放電，其能量基本上轉(zhuǎn)換到可用于處理液體的 化學(xué)和物理反應(yīng)中，而不會(huì)出現(xiàn)對(duì)陰極的電荷擊穿的顯著危險(xiǎn)，并且不會(huì)將能量無用地傳 遞到對(duì)液體的加熱中。但是在該范圍內(nèi)，也確保產(chǎn)生的電流脈沖具有足夠的幅值。
[0016] 特別有利的是，電極設(shè)備具有多個(gè)陽極，其中，交替地對(duì)陽極或陽極組施加高壓脈 沖。以這種方式，能夠確保電暈放電在液體容積中的大面積分布。在對(duì)一個(gè)陽極或一個(gè)陽 極組施加高壓脈沖之后，能夠利用衰減時(shí)間，以對(duì)另一個(gè)陽極或者另一個(gè)陽極組施加高壓 脈沖，而在那里形成的電暈放電不會(huì)被先前施加高壓脈沖的另一個(gè)陽極或陽極組的范圍內(nèi) 的衰減階段影響。由此，能夠非常有效地在小的時(shí)間窗內(nèi)利用電暈放電交替地一個(gè)接一個(gè) 地對(duì)液體容積的不同的空間范圍進(jìn)行處理。
[0017] 在這種類型的裝置中，為了執(zhí)行所述方法，設(shè)置為，高壓?jiǎn)卧粯?gòu)造為產(chǎn)生具有1 至40納秒范圍內(nèi)的脈沖上升時(shí)間并且具有50至400納秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間的高壓脈 沖。
[0018] 在此，還有利的是，高壓?jiǎn)卧粯?gòu)造為產(chǎn)生具有10至1000赫茲范圍內(nèi)、優(yōu)選50至 150赫茲范圍內(nèi)的脈沖重復(fù)率的高壓脈沖。
[0019] 此外，特別有利的是，高壓?jiǎn)卧粯?gòu)造為產(chǎn)生具有大于5千伏的電壓幅值、優(yōu)選具 有50至200千伏范圍內(nèi)、優(yōu)選50至200千伏范圍內(nèi)、特別優(yōu)選高達(dá)200千伏的電壓幅值的 高壓脈沖。
[0020] 特別有利的是，電極設(shè)備具有多個(gè)陽極。在此，高壓?jiǎn)卧B接到陽極，并且優(yōu)選被 構(gòu)造為對(duì)陽極或者選擇的陽極組交替地施加高壓脈沖。由此，能夠在時(shí)間上一個(gè)接一個(gè)地 對(duì)在空間上彼此間隔開的陽極進(jìn)行施加。以時(shí)間移位的方式交替地被施加的陽極或陽極組 在此優(yōu)選以在空間上彼此移位的方式布置為，同時(shí)被施加的陽極的電暈放電不被由于在先 前被施加的陽極上的先前的電暈放電的衰減行為影響。
[0021] 任選地可以想到，對(duì)多個(gè)陽極同步、即同時(shí)施加高壓脈沖。
[0022] 特別有利的是，電極設(shè)備的至少一個(gè)陽極被布置為能圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在此，設(shè)置 驅(qū)動(dòng)單元，