本發(fā)明的第一實(shí)施例的冷等離子體產(chǎn)生器裝置的縱截面的示意圖；
[0108]■圖2展示圖1的裝置的實(shí)施例變體的縱截面的示意圖；
[0109]■圖3展示并入圖1的裝置的反應(yīng)器的縱截面的示意圖；
[0110]■圖4展示并入一對(duì)產(chǎn)生器裝置的反應(yīng)器的縱截面的示意圖，每一產(chǎn)生器裝置是根據(jù)圖1的實(shí)施例而實(shí)施；
[0111]■圖5展示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的并入冷等離子體產(chǎn)生器裝置的反應(yīng)器的縱截面的示意圖，所述反應(yīng)器在第一操作模式中表示；
[0112]■圖6展示在第二操作模式中表示的圖5的反應(yīng)器的縱截面的示意圖；
[0113]■圖7展示并入圖5的裝置的第一實(shí)施例變體的反應(yīng)器的縱截面的示意圖；
[0114]■圖8展示并入圖5的裝置的第二實(shí)施例變體的反應(yīng)器的縱截面的示意圖；
[0115]■圖8A展示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的冷等離子體產(chǎn)生器裝置或反應(yīng)器的縱截面的示意圖；
[0116]■圖SB展示根據(jù)本發(fā)明的額外實(shí)施例的冷等離子體產(chǎn)生器裝置或反應(yīng)器的縱截面的不意圖；
[0117]■圖9展示圖5的反應(yīng)器的示意性正視圖；
[0118]■圖10展示并入一對(duì)產(chǎn)生器裝置的反應(yīng)器的示意性正視圖，每一產(chǎn)生器裝置是根據(jù)圖5的實(shí)施例而實(shí)施；
[0119]■圖11展示的是第一實(shí)施例的示意框圖，該示意框圖包含并入根據(jù)前面圖中的任一者的冷等離子體產(chǎn)生器裝置和/或相關(guān)反應(yīng)器的化學(xué)設(shè)備或設(shè)備
[0120]■圖12展示并入圖4的反應(yīng)器的變體中的圖11的設(shè)備；
[0121]■圖13展示的是第二實(shí)施例的示意框，該示意框包含并入根據(jù)圖1到10中的任一者的冷等離子體產(chǎn)生器裝置和/或相關(guān)反應(yīng)器的化學(xué)設(shè)備或設(shè)備；
[0122]■圖14展示的是第三實(shí)施例的示意框，該示意框包含并入根據(jù)圖1到10中的任一者的冷等離子體產(chǎn)生器裝置和/或相關(guān)反應(yīng)器的化學(xué)設(shè)備或設(shè)備;及
[0123]■圖15展示的是第五實(shí)施例的示意框，該示意框包含并入根據(jù)圖1到10中的任一者的冷等離子體產(chǎn)生器裝置和/或相關(guān)反應(yīng)器的化學(xué)設(shè)備或設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0124]將在下文描述本發(fā)明的產(chǎn)生器裝置、反應(yīng)器、設(shè)備及方法或過程的各種實(shí)施例及變體，且此參考上文所提到的圖。
[0125]使用相同參考數(shù)字在不同圖中標(biāo)示類似的組件。
[0126]在以下詳細(xì)描述中，相對(duì)于已經(jīng)在相同描述中論述的實(shí)施例及變體的額外實(shí)施例及變體將說明為限于相對(duì)于已經(jīng)說明的內(nèi)容的差異。
[0127]此外，在兼容的情況下，對(duì)下文描述的不同實(shí)施例及變體進(jìn)行組合使用。
[0128]氺氺氺
[0129]首先通過參看圖1，使用101整體地標(biāo)示根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的冷等離子體產(chǎn)生器裝置。裝置101適合于在化工方法中、尤其在用于產(chǎn)生硝酸或硫酸的化學(xué)設(shè)備中使用。
[0130]裝置101包括內(nèi)部電極I及外部電極2，這樣的布置以使得第二者包圍第一者。
[0131]在本實(shí)例中，內(nèi)部電極I大體上軸桿形狀，尤其具有縱向軸線L且優(yōu)選為圓柱形幾何形狀。內(nèi)部電極I例如可以實(shí)施為管狀形狀，或從車床加工獲得的大體上圓柱形條。
[0132]內(nèi)部電極I可圍繞旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸在本實(shí)例中與縱向軸線L一致。
[0133]仍然在本實(shí)例中，外部電極2的布置與內(nèi)部電極I，是同軸地，其中其縱向軸線與電極I自身的縱向軸線L重合。
[0134]外部電極2具有大體上管狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有圓柱形幾何形狀。
[0135]電極I及2隨后根據(jù)此共同縱向軸線L大體上居中。
[0136]整個(gè)布置使得在兩個(gè)電極I及2之間界定區(qū)121，其出于將在下文解釋將被界定為等離子體產(chǎn)生的原因。在本實(shí)例中，此區(qū)121具有大體上環(huán)面形狀。
[0137]優(yōu)選地，電極I及2是由金屬制成。具體金屬材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)。
[0138]在優(yōu)選的配置中，外部電極2的有用(內(nèi)部)橫截面面積比內(nèi)部電極I的橫截面面積大大約25到100倍。具體來說，由于在本實(shí)例中，內(nèi)部電極I及外部電極2兩者具有圓形或大體上圓形橫截面，所以內(nèi)部電極I的(最大)直徑及外部電極2的(最小)直徑優(yōu)選處于的比率大約1/10與大約1/5之間。
[0139]優(yōu)選地，內(nèi)部電極I的直徑包括在大約20到200mm的范圍內(nèi)。
[0140]優(yōu)選地，內(nèi)部電極I和/或外部電極2具有從200mm開始且直到數(shù)米的長(zhǎng)度。
[0141]—般來說，如將基于以下描述，優(yōu)選包括電極I及2的特定大小及相關(guān)比例取決于產(chǎn)生器裝置101的功率還取決于將在區(qū)121中處理的氣流的特征。
[0142]基于實(shí)施例變體，外部電極2(也)可以是可旋轉(zhuǎn)的。在旋轉(zhuǎn)兩個(gè)電極I及2的情況下，它們將優(yōu)選圍繞相同的軸在相反方向上移動(dòng)。
[0143]優(yōu)選地，外部電極2在頂部通過元件6閉合，所述的元件6允許電極I通過且是電絕緣的。
[0144]在具體實(shí)施例中，閉合元件6是氣密蓋，其使用墊圈、凸緣或其它機(jī)械系統(tǒng)固定在外部電極2上。
[0145]此外，在本實(shí)例中，裝置1I提供在內(nèi)部電極I與外部電極2之間插入的中間支撐件7。此支撐件7實(shí)際上保證內(nèi)部電極I的居中及支撐以及電極I及2之間的電氣絕緣。
[0146]在具體實(shí)施例實(shí)例中，中間支撐件7使用隱藏螺桿或其它機(jī)械系統(tǒng)固定在外部電極2上。
[0147]優(yōu)選地，閉合元件6和/或中間支撐件7是由塑料材料制成。特定塑料材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)、過程溫度及兩個(gè)電極之間施加的電壓的值，不久將對(duì)其進(jìn)行敘述。
[0148]為了允許內(nèi)部電極I的旋轉(zhuǎn)，閉合元件6及中間支撐件7兩者都設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)軸承，所述軸承可在允許電極I自身通過的一個(gè)其自身的支座處，例如由塑料材料制成的軸承，或由具有非常低的摩擦系數(shù)的特殊聚合物制成的襯套。
[0149]電極I及2連接或可連接到高壓或頻率電源，其適合于使它們處于不同電壓。在圖1中，此源通常通過兩個(gè)端子15及16表示，所述兩個(gè)端子分別連接到內(nèi)部電極I及外部電極2。
[0150]裝置I進(jìn)一步包括布置在等離子體產(chǎn)生區(qū)121處的在兩個(gè)電極I及2之間的放電的觸發(fā)構(gòu)件。在本實(shí)例中，觸發(fā)構(gòu)件與內(nèi)部旋轉(zhuǎn)電極I成一體。仍然在本實(shí)例中，觸發(fā)構(gòu)件是基于尖端效應(yīng)且其尤其包括大體上梳狀的元件3。
[0151]優(yōu)選地，梳狀元件3是由金屬材料制成。具體金屬材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)。
[0152]在具體實(shí)施例中，梳狀元件3是由單一金屬塊構(gòu)成，所述金屬塊從預(yù)先構(gòu)成的電線或梳狀物獲得的。在此實(shí)例中:
[0153]-梳狀物齒的高度可從Imm直到大約IOOmm變化，
[0154]-單一齒的厚度可從Imm直到大約5mm變化，
[0155]-齒的軸間距可從Imm直到大約1mm變化，和/或
[0156]-梳狀物的總高度可從1mm直到大約數(shù)米變化。
[0157]在圖2的變體中，觸發(fā)構(gòu)件還包括使用3a標(biāo)示且優(yōu)選具有類似于已經(jīng)描述的結(jié)構(gòu)的梳狀結(jié)構(gòu)的額外觸發(fā)元件。同樣地元件3a布置在區(qū)121處。元件3a與外部電極2成一體以便(周期性地)面對(duì)上述第一元件3。
[0158]在此變體中，使用102整體地標(biāo)示產(chǎn)生器裝置。
[0159]歸功于所描述的布置，在兩個(gè)電極I及2之間產(chǎn)生電場(chǎng)，所述電場(chǎng)電離及激發(fā)在等離子體產(chǎn)生區(qū)121中存在或傳遞的氣體顆粒，從而允許獲得從區(qū)域121排出的等離子氣體。
[0160]裝置101進(jìn)一步包括等離子體產(chǎn)生區(qū)121內(nèi)的進(jìn)氣構(gòu)件，進(jìn)氣尤其是空氣。在本實(shí)例中，此進(jìn)氣構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子或葉輪4，其與內(nèi)部電極I一體地旋轉(zhuǎn)且安裝在相對(duì)于區(qū)121的氣流的上游。在本實(shí)例中，葉輪4為軸向葉輪。葉輪4布置在氣體入口 8附近，不久將對(duì)其進(jìn)行論述。
[0161]優(yōu)選地，葉輪4至少部分是由塑料材料制成。塑料材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)及過程溫度。
[0162]優(yōu)選地，葉輪4的直徑在外部電極2的內(nèi)徑的大約7O%到95 %的范圍、更優(yōu)選大約60%到90%的范圍。
[0163]外部電極2尤其在自身的基底處的布置一個(gè)前述提及的氣體入口8，所述基底在相對(duì)于實(shí)際上由葉輪4加合為進(jìn)氣的氣流的等離子體產(chǎn)生區(qū)121的上游。氣體入口 8界定葉輪4的抽吸區(qū)段。
[0164]外部電極2還具有使用5標(biāo)示的用于氣體再循環(huán)的多個(gè)出口端口，且將在下文解釋其功能。優(yōu)選地，端口 5布置在電極2的側(cè)壁、在本實(shí)例中的側(cè)部裙座處。端口 5仍然布置在相對(duì)于進(jìn)入氣體流動(dòng)等離子體產(chǎn)生區(qū)121的下游，使得已在此區(qū)121中形成的等離子氣體的一部分穿過此區(qū)121而流出。參考數(shù)字9實(shí)際上標(biāo)示從端口 5排出的等離子氣體流動(dòng)的方向。
[0165]仍然基于優(yōu)選實(shí)施例，由再循環(huán)端口5界定的氣體排出區(qū)域大體上等于或大于外部電極2的有用(內(nèi)部)橫截面區(qū)域。
[0166]優(yōu)選地，再循環(huán)端口5中的每一個(gè)具有大體上圓形輪廓。
[0167]優(yōu)選地，再循環(huán)端口5的中點(diǎn)與閉合元件6之間的距離或再循環(huán)端口 5與的中點(diǎn)一般外部電極2的上部邊緣的距離大約在50mm與500mm之間變化，該變化獨(dú)立于電極2自身的長(zhǎng)度。
[0168]實(shí)施例變體可提供一個(gè)單一再循環(huán)端口5。
[0169]外部電極2于是具有布置在再循環(huán)端口5的下游的使用10標(biāo)示的用于排出氣體的額外端口。
[0170]正如將在下文更好地解釋，等離子氣體從排出端口10流出，在實(shí)施化學(xué)方法中有用。
[0171]從端口10排出的等離子氣體的數(shù)量相對(duì)于通過端口 5再循環(huán)的數(shù)量與裝置101內(nèi)產(chǎn)生的過壓有關(guān)、更一般來說且與并入裝置101的反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的過壓有關(guān)。
[0172]也可將產(chǎn)生器裝置101作為組合件的一部分，該組合件包括連接或可連接到兩個(gè)電極I及2的上述能量源或產(chǎn)生器15、16。
[0173]此外，此組合件同樣地包括電動(dòng)機(jī)或內(nèi)部電極I和/或葉輪4的其它驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，優(yōu)選適合于使葉輪產(chǎn)生大約2800轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度的選擇取決于產(chǎn)生器裝置101的大小及所施加的電壓及頻率。
[0174]氺氺氺
[0175]現(xiàn)在參看圖3，上文描述的產(chǎn)生器裝置101展示為反應(yīng)器201的一部分。
[0176]反應(yīng)器201具有界定槽區(qū)180的外部殼體或箱體11，其在使用中容納導(dǎo)電液體，優(yōu)選為水。導(dǎo)電液體的自由表面使用18標(biāo)示。優(yōu)選地，殼體11的上部部分具有大體上圓柱形幾何形狀及對(duì)應(yīng)于區(qū)180的下部部分，所述下部部分大體上是盆或燈泡形狀。
[0177]在殼體11處，且尤其在其槽區(qū)180處，獲得液體的入口13及液體的出口 14。優(yōu)選地，所述入口及出口 13和14布置在殼體11的側(cè)部裙座處。
[0178]此外，設(shè)置有下部液體出口17以在操作結(jié)束時(shí)排空反應(yīng)器201或用于維護(hù)。
[0179]優(yōu)選地，提供用于調(diào)整槽區(qū)180中的導(dǎo)電液體的水平的自動(dòng)或手動(dòng)構(gòu)件。
[0180]殼體11此外具有氣體、通常為空氣的入口12。在本實(shí)例中所考慮的布置中，反應(yīng)器201的氣體入口 12在相對(duì)于液體入口 13的相對(duì)側(cè)上，液體入口 13仍然在殼體11的側(cè)部裙座處。
[0181 ]在本實(shí)例中，位于殼體11的上部閉合元件60，其大體上類似于上述描述產(chǎn)生器裝置101中的描述的閉合元件6。
[0182]產(chǎn)生器裝置101至少部分接納在反應(yīng)器201的殼體11內(nèi)。在本實(shí)例中所考慮的布置中，裝置101的等尚子氣體出口 10的布置在殼體11外部，而再循環(huán)出口5布置在殼體內(nèi)，實(shí)際上在殼體11內(nèi)獲得氣體再循環(huán)。
[0183]仍然在本實(shí)例中，產(chǎn)生器裝置101及殼體11大體上沿著裝置101的軸L同軸布置，所述軸在本實(shí)例中是垂直或大體上垂直的。于是內(nèi)部電極I大體上正交于導(dǎo)電液體的自由表面18。
[0184]整個(gè)布置使得在使用中內(nèi)部電極I的下部部分浸沒在導(dǎo)電液體中，優(yōu)選電極的大約一半長(zhǎng)度浸沒在導(dǎo)電液體中。
[0185]在下文說明并入其中的反應(yīng)器201及產(chǎn)生器裝置101的典型操作模式。
[0186]在已經(jīng)提到的外部電動(dòng)機(jī)的情況下或在等效的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的情況下及在具有高電氣絕緣的合適的傳輸?shù)那闆r下，內(nèi)部電極I以從每分鐘數(shù)轉(zhuǎn)到每分鐘2800轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)。
[0187]在此情況下，僅電極2供應(yīng)有高壓和/或高頻，而反應(yīng)器的殼體11接地。在此配置中，內(nèi)部電極I通過導(dǎo)電液體及殼體11將放電接地。在梳狀元件3的尖端與外部電極2之間包括的空間中，即在上文說明的等離子體產(chǎn)生區(qū)121中，觸發(fā)放電，尤其由于兩個(gè)導(dǎo)電部分之間的接近度及尖端效應(yīng)而可見的放電。
[0188]中央電極I的旋轉(zhuǎn)通過在電極I及2的整個(gè)圓柱形表面及區(qū)121的環(huán)面體積上均勻地分布觸發(fā)區(qū)域而連續(xù)地移動(dòng)觸發(fā)區(qū)域。
[0189]在觸發(fā)放電之后，在中央電極I與外部電極2之間產(chǎn)生同樣地涉及外部電極2的所有長(zhǎng)度的等離子體圓柱形區(qū)。
[0190]中央電極I的旋轉(zhuǎn)攜帶著葉輪4旋轉(zhuǎn)，從而從入口8抽吸氣體、尤其是空氣且使其氣體越過已產(chǎn)生的等離子體圓柱形區(qū)。如所述，所獲得的等離子氣體的一部分從再循環(huán)端口5流出。
[0191]除代表最佳旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)電接觸之外，將內(nèi)部電極I浸沒在導(dǎo)電液體中確定其冷卻。出于此原因，導(dǎo)電液體的一部分氣化且其連同在反應(yīng)器201的環(huán)境中再循環(huán)的氣體及從入口 12進(jìn)入的氣體一起由葉輪4抽吸。
[0192]抽吸的氣體及蒸氣隨后經(jīng)受寬冷等離子體區(qū)，特別為化工方法所關(guān)注。
[0193]從反應(yīng)器通過端口10流出且隨后變得可用于生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)的目的的氣體的速率與通過端口 5再循環(huán)的氣體的速率之間的平衡取決于特定操作需要且影響過程的整體性能。優(yōu)選地，此速率處于可在1:1且直到大約1:1O的范圍內(nèi)變化的比率。
[0194]圖4展示使用202標(biāo)示的反應(yīng)器的第二實(shí)施例，其包括多個(gè)、尤其是一對(duì)產(chǎn)生器裝置 101。
[0195]氺氺氺
[0196]現(xiàn)在參看圖5及9，使用111整體地標(biāo)示根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的冷等離子體產(chǎn)生器裝置。
[0197]同樣地裝置111適合于在化工方法中使用，尤其在用于產(chǎn)生硝酸或硫酸的化學(xué)設(shè)備中使用。
[0198]裝置111包括電極51，其在本實(shí)例中與旋轉(zhuǎn)軸桿501成一體，優(yōu)選在旋轉(zhuǎn)軸桿的中間區(qū)處。電極51及軸桿501具有縱向軸線L且優(yōu)選為圓柱形幾何形狀。電極51例如可以實(shí)施為管狀形狀，如圖5所示，或從車床加工的實(shí)心圓柱形條獲得。在后一種情況下，其可以插入軸桿501的縱向鄰近部分之間。
[0199]電極51可圍繞旋轉(zhuǎn)軸A與軸桿501—體地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸A在本實(shí)例中與縱向軸線L一致。所述旋轉(zhuǎn)可以無(wú)關(guān)緊要地右旋或左旋。
[0200]旋轉(zhuǎn)軸桿501例如可以由電絕緣材料制成，例如塑膠或陶瓷。塑料材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)、過程溫度、所施加的電壓的值及所請(qǐng)求的機(jī)械電阻。
[0201]仍然在本實(shí)例中，提供主體52，其布置在電極51外部并且在代表的變體中與電極51自身同軸。優(yōu)選地，主體52的縱向軸線與電極51自身的縱向軸線L重合。電極51及主體52大體上沿著此共同縱向軸線L居中。
[0202]主體52具有大體上管狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有圓柱形幾何形狀。
[0203]優(yōu)選地，組件51及52是由金屬制成。具體金屬材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)。
[0204]在本實(shí)例中，縱向軸線L大體上水平地布置。
[0205]優(yōu)選地，電極51的長(zhǎng)度比主體52的長(zhǎng)度短并且最多是其一半。
[0206]在優(yōu)選的配置中，主體52的有用(內(nèi)部)橫截面面積比電極51的橫截面面積大大約25到100倍。具體來說，由于在本實(shí)例中，電極51及主體52兩者具有圓形或大體上圓形橫截面，所以電極51的(最大)直徑及主體52的(最小)直徑的比例優(yōu)選處于大約1/10與大約1/5之間。
[0207]優(yōu)選地，電極51的直徑包括在大約20到200mm的范圍內(nèi)。
[0208]優(yōu)選地，電極51和/或主體52具有從200mm開始且直到數(shù)米的長(zhǎng)度。
[0209]—般來說，如基于以下描述，組件51及52的具體大小及相關(guān)比例取決于產(chǎn)生器裝置111的功率及待處理的氣流的特征。
[0210]優(yōu)選地，主體52的頂部通過凸緣狀元件56閉合，從而使得軸桿501通過且是電絕緣的。在圖5中展示的實(shí)施例變體中，凸緣狀元件56是主體52的組成部分。
[0211]為了使得軸桿501旋轉(zhuǎn)，閉合元件56可在其自身的支座處具有一或多個(gè)軸承，該軸承允許通過軸桿501或軸承由具有非常低的摩擦系數(shù)的特殊聚合物制成的襯套。
[0212]裝置111進(jìn)一步包括用于電極51與第二電極之間的放電的觸發(fā)構(gòu)件的構(gòu)件，稍后將對(duì)其進(jìn)行敘述。此觸發(fā)構(gòu)件布置在等離子體產(chǎn)生區(qū)521處，也在稍后描述。
[0213]在本實(shí)例中，觸發(fā)構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)電極51成一體。仍然在本實(shí)例中，觸發(fā)構(gòu)件是基于尖端效應(yīng)且尤其包括大體上梳狀元件53。
[0214]優(yōu)選地，梳狀元件53是由金屬材料制成。具體金屬材料的選擇取決于想要觸發(fā)的反應(yīng)。梳狀元件53可以完全類似于上述圖1描述的梳狀元件，并且將不進(jìn)一步說明。
[0215]裝置111進(jìn)一步包括在等離子體產(chǎn)生區(qū)521內(nèi)的進(jìn)氣構(gòu)件，尤其是空氣。在本實(shí)例中，此進(jìn)氣構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子或葉輪54，所述轉(zhuǎn)子或葉輪54與電極51—體地旋轉(zhuǎn)且安裝在軸桿501上，或安裝在相對(duì)于區(qū)521的氣流的上游。葉輪54在本實(shí)例中