用于处理流体的放电装置和方法与流程

本发明涉及使用公知的电晕放电原理进行流体的分子重组的装置和方法。

背景技术：

电晕放电是由带电导体周围的流体的电离引起的放电。利用电晕放电原理进行气体的分子重组的装置在本领域中是公知的，并且主要用于生成臭氧。

用于产生臭氧的已知电晕放电装置包括有时称为等离子体单元的放电单元，放电单元包括两个电极，在这两个电极之间施加高电压以产生放电。在电极之间布置至少一个介电层，通常是玻璃层，以在整个放电单元的区域上中扩散放电，从而产生电晕放电。通过有时称为等离子场的放电场馈给含氧气体，以通过氧分子的分子重组将氧转化为臭氧(2o2→o3+o)。

通常，电晕放电装置的放电单元具有圆柱形管形状。例如，wo93/16001公开了一种具有外部电极和由圆柱形介电管包围的内部电极的圆柱形放电单元。

与已知电晕放电装置相关的一个挑战是：要进行分子重组的气体(馈给气体)中的水分使性能恶化并降低装置的寿命。另一个挑战是：在使用电晕放电装置期间难以提供对电极和放电单元的其他部件的有效冷却。这些挑战使得大多数商业上可获得的电晕放电装置不适合在温暖和高湿度的环境条件下例如在热带气候下使用。

为了防止馈给气体中的水分腐蚀电极并对放电单元的性能和寿命产生不利影响，已经建议借助于介于电极之间的限定用于馈给流体的气体流动通道的两个间隔开的介电层将馈给气体与电极分开。

例如，us5516493公开了一种用于臭氧生成的放电单元，其中，第一玻璃管和内玻璃管同心地布置在外玻璃管内部，以便在内玻璃圆筒与外玻璃圆筒之间形成的环形通道中形成用于馈给气体的气体流动通道。第一电极被布置在内玻璃管内部并且第二电极被布置在外玻璃管外部，以在气体流动通道中产生等离子场。内玻璃管和外玻璃管由抗紫外线和臭氧的pvc端盖形式的间隔装置支承并间隔开，该pvc端盖借助于密封剂在放电单元相对端附接至内玻璃管和外玻璃管。电晕放电装置还包括馈给气体供应装置，馈给气体供应装置包括例如空气压缩机或瓶装氧气、空气冷却器和空气干燥器。cn2666885y还公开了一种背景技术的放电装置，更具体地是一种背景技术的具有端盖的双壁介电管。

与这种和类似的电晕放电装置相关的一个问题是：系统的复杂性和灵敏度以及对压缩机、冷却器和干燥器的需求。另一个问题是：构成放电单元的各种零件的繁琐组装。还有一个问题是：端盖和密封剂不能防止加压馈给气体中的水分或灰尘泄漏到容纳电极的区域中的风险。

因此，期望提供一种消除或至少偏离上面提到的问题中的一些或全部的电晕放电装置。

电晕放电装置也可以用于从空调系统中的空气中去除不需要的颗粒，以及从大气中去除不需要的挥发性有机物，例如化学杀虫剂、溶剂或化学武器剂。另外，us2003/0180199提出了一种用于交通工具中的排放控制以减少交通工具的废气中包含的有毒气体的电晕放电装置(等离子体反应器)。

然而，不同的应用领域对电晕放电装置提出了不同的要求，并且因此，进一步希望提供一种比根据现有技术的电晕放电装置更通用的可以用于不同的应用领域的装置。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决或至少减轻与现有技术相关的上面提到的问题中的一些问题。

特别地，本发明的一个目的是提供一种用于流体的分子重组的放电装置，就放电单元的零件数量而言，与现有技术相比，该放电装置的复杂程度较低。

本发明的另一个目的是提供一种用于流体的分子重组的放电装置，该放电装置使得能够在使用期间有效冷却装置。

本发明的另一个目的是提供一种用于流体的分子重组的放电装置，该放电装置对要重组的馈给流体中的水分不敏感。

本发明的又一个目的是提供一种通用的放电装置，通过该放电装置的最小调整，该放电装置可以用于不同流体的分子重组和/或不同的应用领域。

根据下文的详细描述将变得明显的这些和其他目的通过如在所附权利要求中阐述的用于流体的分子重组的放电装置和方法来实现。

本公开内容的放电装置包括放电单元，该放电单元具有由构成用于要进行分子重组的馈给流体的流动通道的间隙间隔开的第一介电层和第二介电层。介电层和流动通道被布置在第一电极与第二电极之间，以当在电极之间施加高电压时通过流动通道产生放电，通常称为电晕放电。介电层被布置成使得通过将流体与电极物理分离使流体不会与放电单元的任何电极接触。

因此，防止了流体中的水分和其他腐蚀物质与电极的材料发生反应，从而增加了放电装置的寿命。另外，通过防止馈给流体中的水分和灰尘到达电极，降低了放电单元中发生电弧和短路的风险。

上面提到的效果使得放电装置特别适合在高湿度和高污染环境中使用。

根据本公开内容的一个方面，放电单元包括单件式双壁介电管，即由介电材料优选地由单一介电材料例如玻璃一体形成的双壁管状部件。双壁介电管包括由内介电管形成的圆柱形内壁和由外介电管形成的外壁。内介电管和外介电管在管的两端处聚在一起以形成两端封闭或部分封闭的双壁结构。

双壁管的内壁和外壁构成放电单元的介电层，并且在它们之间形成的空间构成了用于要重组的流体的流动通道。第一电极和第二电极被布置在介电管的双壁结构的相对侧，以跨壁之间的流动通道产生放电，这意味着内电极被布置在双壁介电管的内壁的内部，并且外电极被布置在双壁介质管的外壁的外部。因此，第一电极和第二电极构成放电单元的内电极和外电极。

提供双壁单件式介电管的形式的放电单元的介电层的优点在于降低了放电单元的复杂性和部件数量。

另一个优点是通过将流体流动通道的限制壁形成为整体件，有效地降低了由于水分和灰尘渗入到容纳放电单元的电极的区域中而造成腐蚀、电弧和短路的风险。

又一个优点是便于改善放电单元的冷却。通过双壁管的内壁和外壁在两端处聚在一起而将双壁管形成为一体形成的整体件，双壁结构的内壁和外壁被它们自己支承并彼此保持固定的空间关系。因此，消除了对现有技术中所需的端盖或其他支承和保持装置的需要。这反过来使冷却介质例如空气能够流动通过沿着放电单元的中心轴线从放电单元的一端延伸至另一端的通过通道，从而有效地冷却放电单元的内电极。因此，在使用期间，放电单元优选地安装在放电装置中，而不使用防止冷却介质流自由地流动通过沿着放电单元的中心轴线的通过通道的端盖或任何其他部件。

另一个优点是便于容易地安装放电单元的电极。可以通过双壁介电管的开口端容易地插入内电极，而放电单元的外电极可以被容易地安装在双壁管的外壁的外部。

优选但非必要地，双壁介电管是双壁圆柱形管，其具有形成第一半径的内圆柱形管的内壁、形成稍微更大的第二半径的外圆柱形管的外壁、以及在两端处连接内圆筒和外圆筒以形成单件式双壁介电管的侧壁。在这种情况下，内电极优选地是具有略小于双壁圆柱形管的内圆柱形壁的半径的圆柱形电极，而外电极可以是具有略大于双壁圆柱形管的外圆柱形壁的半径的圆柱形电极。在一个示例性实施方式中，内电极和外电极由不锈钢箔形成，不锈钢箔可以分别缠绕在内圆柱形壁的内表面和外圆柱壁的外表面上。

双壁介电管包括：至少一个入口，用于将馈给流体接收到内壁与外壁之间的构成流动通道的空间中；以及至少一个出口，用于排出在通过放电单元时已经进行了分子重组的流体，在下文中称为“劣解流体”。第一电极和第二电极沿双壁管的轴线方向被设置在入口与出口之间。当以圆柱形双壁介电管的形式实现时，双壁结构内的流动通道构成入口与出口之间的环形流动通道。

入口和出口通常被布置在双壁介电管的相对端中或附近。在一个示例性实施方式中，入口和出口中的至少一个并且优选地两者都形成在双壁介电管的包络面上，即，形成在双壁介电管的外壁中。这是有利的，因为入口和出口可以做得足够大以允许每单位时间大量流体通过放电单元。这还是有利的，因为它便于用于馈给流体和裂解流体的管连接至双壁介电管的入口和出口。

在另一示例性实施方式中，至少一个入口和/或至少一个出口形成在介电管的双壁结构的侧壁上，即形成在双壁结构的内壁和外壁彼此连接的侧壁上。例如，入口和出口两者都可以由双壁结构的相应侧壁中的多个孔形成。

优选地，双壁介电管由单一介电材料例如玻璃、陶瓷、石英或云母形成。在一个示例性实施方式中，介电材料是玻璃，例如硼硅酸盐玻璃。双壁且整体形成的介电管优选地通过成型工艺例如模型吹塑工艺一体地制成。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于流体的分子重组的方法，包括以下步骤：

-在放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加电压，该放电单元还包括布置在第一电极与第二电极之间的两个介电层，第一介电层和第二介电层限定用于要重组的流体的流动通道并防止流体与第一电极和第二电极流体连通，以及

-将要重组的流体馈给通过放电单元的流动通道。

在放电单元中，将要重组的馈给流体的分子裂解以产生具有与馈给流体不同的分子组成的所得流体。为了有效的裂解，诸如放电装置的驱动电路的驱动频率以及放电单元的尺寸和材料的设计参数应该小心地适应于要进行分子重组的流体。

如先前提到的，要进行分子重组的馈给流体可以是气体，例如被馈给通过放电单元以产生臭氧的含氧气体。然而，本公开内容的放电装置也可以用于除气体之外的流体的分子重组。特别地，例如出于净化、精炼和/或活化液体的目的，放电装置也可以有利地用于液体的分子重组。

例如，实验已经表明放电装置可以有利地用于燃料精炼处理。特别地，已经表明，通过使植物油通过放电单元，放电装置可以用于从植物油(生物油)如麻风树油、棕榈油或菜籽油产生生物柴油。

还已经表明，通过使燃料在由燃烧发动机燃烧之前通过放电单元，放电装置可以有利地用于提高基于生物燃料的交通工具和基于化石燃料的交通工具二者特别是柴油驱动交通工具的燃烧发动机中的燃烧效率。

因此，根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于液体的分子重组的方法，包括以下步骤：

-在放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加电压，该放电单元还包括布置在第一电极与第二电极之间的两个介电层，第一介电层和第二介电层限定用于要重组的流体的流动通道并防止流体与第一电极和第二电极流体连通，以及

-将要重组的液体馈给通过放电单元的流动通道。

从上面可以清楚的是，液体可以是植物油例如麻风树油，其被馈给通过放电单元，以在流体流动通道中的放电(电晕放电)将植物油分子裂解成较轻且更有价值(从燃烧效率的角度)的分子的过程中产生生物柴油。液体也可以是燃料例如柴油，其被馈给通过车载放电装置的放电单元以通过在注入到交通工具的燃烧发动机之前裂解燃料分子来产生燃烧效率更高的燃料。

因此，根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于从植物油(生物油)例如麻风树油产生生物柴油的方法，包括以下步骤：

-在放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加电压，该放电单元还包括布置在第一电极与第二电极之间的两个介电层，第一介电层和第二介电层限定用于要进行分子重组的流体的流动通道并且防止流体与第一电极和第二电极流体连通，以及

-将植物油馈给通过放电单元的流动通道以产生生物柴油。

根据本公开内容的又一方面，提供了一种用于在交通工具的燃烧发动机中燃烧燃料之前精炼燃料的方法，包括以下步骤：

-在布置在交通工具的燃料流动通道中的在燃烧发动机上游的放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加电压，放电单元还包括两个介电层，两个介电层布置在第一电极与第二电极之间并且限定用于要进行分子重组的流体的流动通道，从而防止流体与第一电极和第二电极流体连通；

-将馈给燃料馈给通过放电单元的流动通道；

-在放电单元中裂解馈给燃料的分子以产生具有不同于馈给燃料的其他分子组成的精炼燃料，以及

-将精炼燃料馈给到燃烧发动机中。

在例如us2008/0257258和jp62195449中之前已经提出了在燃烧发动机中使用放电装置以提高燃烧效率并减少燃料消耗和/或减少产生诸如nox的废气。

例如，在us2008/0257258中，电晕放电臭氧生成器被设置在进气歧管中以生成臭氧，臭氧用于活化被吸入到进气歧管中的空气燃料混合物中的氧气。

在jp62195449中，电离装置牢固地粘附在现有的燃料软管周围，以通过负电晕放电使燃料带电。另一用于正电晕放电的电离装置用于使与燃料混合的空气中所含的氮和氧带正电。带正电的气体分子更有效地与带负电的燃料分子反应，从而提高燃烧效率。这与所提出的引导燃料通过放电装置的方法不同，该放电装置被配置成用于燃料的分子重组，即将燃料分子裂解成更轻且燃烧效率更高的分子。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于处理废水的方法，包括以下步骤：

-在放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加高电压，该放电单元还包括布置在第一电极与第二电极之间的两个介电层，第一介电层和第二介电层限定用于要进行分子重组的流体的流动通道并防止流体与第一电极和第二电极流体连通，以及

-将含氧气体和过氧化氢的混合物馈给通过放电单元，以产生包含臭氧和羟基自由基的反应混合物，以及

-将反应混合物添加到大量的废水中以进行废水净化。

反应混合物中的羟基自由基具有高度反应性，并与臭氧结合来提供臭氧单独无法解释的洗涤剂效果。

根据本公开内容的又一方面，提供了一种用于处理工业生产用水的方法，包括以下步骤：

-收集工业生产用水；

-在放电装置的放电单元的第一电极与第二电极之间施加高电压，该放电单元还包括布置在第一电极与第二电极之间的两个介电层，第一介电层和第二介电层限定用于要进行分子重组的流体的流动通道并防止流体与第一电极和第二电极流体连通，以及

-将工业生产用水馈给通过放电单元。

已经发现使工业生产用水经受电晕放电是有利的，因为它消除了工业生产用水中的杂质并提高了随后的重金属沉淀。

所有上面提到的用于流体的分子重组的方法可以有利地使用如上描述的配备有双壁介电管的放电装置来执行，由此流体——流体可以是液体或气体——被馈给通过由双壁介电管的内壁和外壁限定的流动通道。

用于流体的分子重组的放电装置和方法的更多有利特征将在下文中的详细描述中进行描述。

附图说明

当结合下面简要描述的附图考虑时，通过参考以下详细描述将获得并更好地理解本文中公开的本发明的更完整的理解，在附图中相同的附图标记用于表示相应的功能元件。

图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于流体的分子重组的放电装置。

图2示意性地示出了放电装置的放电单元的示例性实施方式。

图3a至图3e示出了根据示例性实施方式的放电单元的侧视图、顶视图和截面图。

图4a至图4b示出了根据另一示例性实施方式的放电单元的截面图。

图5示出了根据又一实施方式的放电单元的透视图。

图6是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于流体的分子重组的方法的流程图。

图7a和图7b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于废水净化的系统和方法。

图8a和图8b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于产生和/或精炼生物燃料的系统和方法。

图9a和图9b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于在交通工具的燃烧发动机中燃烧燃料之前在交通工具中精炼燃料的系统和方法。

图10a和图10b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于处理工业生产用水的系统和方法。

具体实施方式

图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于流体的分子重组的放电装置1。

放电装置1是电晕放电装置，其被配置成通过使流体经受电晕放电来裂解流体分子。为此，放电装置1包括用于电晕放电的放电单元2，以及用于在放电单元的电极之间施加高电压以产生电晕放电的驱动电路3。驱动电路3包括连接至变压器5的转换器4。转换器4还连接至电源6，例如用于输送50hz或60hz的大约230v交流电(ac)的主要电力供应装置、12v直流(dc)汽车电池或者24v或48vdc电池。变压器5包括初级绕组7，初级绕组7经由变压器芯9耦合至次级绕组8。次级绕组9经由第一线缆10连接至放电单元的第一电极，并经由第二线缆11连接至放电单元的第二电极。

在操作期间，转换器4生成直流电压，该直流电压借助于转换器4中的dc开关装置快速施加到变压器5的初级绕组7。将dc电压施加到初级绕组7生成激励变压器的次级绕组8的磁场。通过以放电装置的驱动频率f0快速接通和断开施加到初级绕组的dc电压，使第一电极和第二电极中的一个或两个通过放电单元进行放电的高电压被施加在放电单元的第一电极与第二电极之间。如本领域所熟知的并且在例如us2002/0058000中讨论的，施加至变压器5的初级绕组7的dc电压的驱动频率f0应当适应由变压器9的次级绕组8和放电单元2构成的单元电路的谐振频率。为了有效地操作放电装置，驱动频率可以例如被设定为近似等于单元电路的谐振频率，或者近似等于谐振频率的一半。谐振频率主要取决于变压器8的次级绕组8的电感和放电单元2的电容。放电单元2的电容又取决于例如电极之间的绝缘材料的材料和厚度，该绝缘材料在放电装置的操作期间包括要重组的流体。

为了使放电装置1有效地与包括气体和液体二者的不同流体一起使用，驱动电路3可以包括频率调制器12，频率调制器12用于使施加至初级绕组7的dc电压的驱动频率适于要重组的流体。从上面可以理解，这涉及使驱动频率f0适于单元电路的谐振频率，该谐振频率取决于要由放电单元重组的流体的类型。频率调制器12可以被配置成基于与要重组的流体有关的信息自动确定驱动频率，该信息可以经由装置的用户接口(未示出)手动输入到放电装置1，或者通过一个或更多个流体分析仪(未示出)获得并传送到频率调制器。可替选地，频率调制器12可以是使用户能够手动设置放电装置1的驱动频率的手动执行器。通常，驱动频率f0在0.1khz至50khz的范围内，这取决于放电单元2和要重组的流体的特性。在一些实施方式中，放电装置1可以适于驱动100hz至1000hz范围内的频率。在其他实施方式中，放电装置1可以适于使用1000hz或更高的驱动频率进行高频操作。电极电势即放电单元2的第一电极与第二电极之间的电势通常在5kv至25kv的范围内，并且优选在7kv至12kv的范围内。

图2示意性地示出了本公开内容的放电装置1的放电单元2。

放电单元2包括第一电极13a和第二电极13b，第一电极13a和第二电极13b被布置成彼此相距一定距离并连接至驱动电路3的变压器5，以在电极之间产生电势差。两个间隔开的介电层14a和14b插入在第一电极与第二电极之间。介电层14a和14b限定了用于要重组的流体通过放电单元2的流动通道15。介电层将流动通道15中的流体与第一电极13a和第二电极13b分开。第一介电层14a被布置成抵靠或靠近第一电极13a，并且第二介电层14b被布置成抵靠或靠近第二电极13b。除了将要重组的流体与电极13a、13b分开之外，介电层14a和14b用于在整个放电单元的区域中扩散来自第一电极13a和第二电极13b中的一个或两个的放电，以在流动通道15内产生基本均一的电晕放电。电极13a和13b可以是本领域已知的用于产生电晕放电的任何类型的电极，并且可以以不同的大小、形状和材料实现。介电层14a和14b可以由任何已知的绝缘材料例如玻璃、陶瓷、石英或云母形成。

图2中还示出了可选的催化剂层16a和16b。在一些应用中，特别是在放电装置1用于液体的分子重组时，已发现被布置在一个或两个电极与相邻介电层之间的包含镉和/或镍的金属催化剂层提高了放电装置1在其裂解能力方面的效率。特别地，已经发现含镉催化剂层在放电装置1用于生成或精炼燃料的应用中是有利的。这样的可选的催化剂层16a、16b可以布置在第一电极13a与第一介电层14a以及第二电极13b与第二介电层14b中的一者或两者之间。

如图1所示，放电装置1的放电单元2可以被成形为管状，并且优选地是圆柱形管状。现在将参照图3a至图3e描述圆柱形放电单元的示例性实施方式。

图3a和3b分别示出了圆柱形放电单元2的侧视图和顶视图。图3c至图3e分别是沿图3a和图3b中的线3c-3c、3d-3d和3e-3e截取的放电单元2的截面图。

如图3c和图3d最佳所示，放电单元2包括单件式双壁介电圆筒17，其具有与图2中的相应第一介电层14a和第二介电层14b相对应的圆柱形内壁17a和圆柱形外壁17b。内壁17a和外壁17b形成为内外同心布置的介电圆筒，内壁17a和外壁17b在两端处聚在一起以形成在两端处由侧壁17c封闭的中空圆柱形壳体。双壁介电圆筒17由介电材料一体成型。优选地，介电材料是耐热且不易碎的玻璃，例如硼硅酸盐玻璃。

双壁介电圆筒的内壁17a与外壁17b之间的环形空间形成用于要重组的流体的流动通道15。双壁圆筒17包括至少一个入口19和至少一个出口21，至少一个入口19用于将要重组的流体馈给至环形流动通道中，至少一个出口21用于排出已经重组的流体。在该示例性实施方式中，入口19和出口21在双壁介电圆筒17的相对端处形成在双壁圆筒17的包络表面上即形成在其外圆柱形壁17b中。入口19和出口21被设置有从外圆柱形壁17b突出的相应连接接头。入口接头被配置成用于连接至用于将要进行分子重组的流体馈给到放电单元2中的装置的软管或匹配连接器，并且出口接头被配置成用于连接至用于将裂解的流体从放电单元2输送出的装置的软管或匹配连接器。在图3c中，已经用黑色箭头表示要重组的流体流动通过放电单元2。

如图3c和图3e中最佳所示，与图2中的第一电极13a相对应的内电极23a被布置成围绕双壁圆筒17的内部、内壁17a的内部，并且与图2中的第二电极13b相对应的外电极23b被布置成围绕双壁圆筒17的外部、外壁17b的外部。如图1所示，内电极23a和外电极23b二者都耦接至变压器5，用于在电极之间生成高电压。

在该示例性实施方式中，内电极23a和外电极23b二者都由金属箔例如不锈钢箔构成。电极是圆柱形的并且相对于彼此和双壁介电圆筒17同心地布置。在入口19与出口21之间，内电极23a基本覆盖内壁17a的内表面，并且外电极23b基本覆盖外壁17b的外表面。根据图2所示的放电单元，放电单元2还包括含镉和/或镍的催化剂层16。在该实施方式中，催化剂层16被布置在外电极23b与双壁介电管17的外壁17b之间。

沿着双壁介电圆筒17的轴线方向从一端延伸至另一端的通过通道25被设置在内壁17a的内部。因此，双壁介电圆筒17的构造使冷却介质例如空气能够沿着其中心轴线穿过放电单元2的内部，如图3c中的白色箭头所示。为了使冷却介质自由地流动通过通过通道25，放电单元2优选地在不使用端盖或覆盖通过通道25的任何相对开口的任何其他部件的情况下安装在放电装置2中。

例如，放电单元2可以被安装在支架(未示出)中，该支架将放电单元2牢固地附接至基板、壁板或放电装置1的其他固定部件。参照图3a，这样的支架可以例如包括两个支承元件，这两个支承元件在一端牢固地固定至底板等上，并且在另一端在双壁介电圆筒17的相应端处或者接近其相应端牢固地固定至双壁介电圆筒17。例如，支承元件的面向管的端部可以借助于粘合剂附接至未由外电极23b覆盖的外壁17b的外表面。在该示例性场景中，通过双壁介电管17的外(包络)表面在靠近双壁圆筒17的相应端处粘附至支架的支承元件，双壁介电圆筒17因此可以附接至用于固定放电装置1中的放电单元2的支架。

放电装置1可以被配置成用于主动或被动冷却。再次参照图1，放电装置1可以例如包括用于将冷却介质流朝向放电单元2引导的冷却装置27。优选地，冷却装置27被配置成将冷却介质流朝向放电单元2的端部引导，使得冷却介质流入通过通道25以冷却放电单元2的内部，特别是内电极23a。冷却装置27优选地被配置成既生成冷却介质流又朝向放电单元2的端部引导流。在图1所示的实施方式中，冷却装置27是用于生成作为冷却介质的空气流的风扇或鼓风机。

双壁介电管17和放电单元2的其他部件的尺寸可以根据放电装置1的预期用途而显著不同。

在放电装置1特别旨在用于从含氧馈给气体生成臭氧但可以用于包括液体的任何流体的分子重组的示例性实施方式中，根据下面的规格设计并配置放电装置1。在该实施方式中，除了所示的放电单元设置有催化剂层16并且未按比例绘制之外，根据图3a至图3e中所示的放电单元配置放电单元2。

双壁介质管

介电材料：玻璃(硼硅酸盐)

长度：153mm

外管直径43mm

内管直径34mm

内壁厚度：3mm

外壁厚度：3mm

流动通道宽度：3mm

入口/出口内径：3mm

入口/出口外径：9mm

其他规格

内电极：圆柱形不锈钢箔

外电极：圆柱形不锈钢箔

驱动频率(f0)：～2,4khz

电极电势：～8.5kv

催化剂层的使用：无

催化剂材料：-

催化剂层厚度：-

冷却：主动或被动空气冷却

电源：～230v，50或60hz

如上面提到的，根据上面的规格设计并配置的放电装置可以用于气体和液体两者的分子重组。然而，为了进一步优化放电装置以与液体一起使用，由于由与用于臭氧生成的含氧气体相比液体的相对高的粘度和不同的分子组成而引起的单元电路的谐振频率的变化，通常需要调节驱动频率f0。另外，在根据上面的规格以其他方式配置时，放电单元2有利地设置有插入在外电极23b与介电管17的外壁17b之间和/或内电极23a与介电管17的内壁17a之间的含镉和/或镍的催化剂层，以优化用于与液体一起使用的放电装置1。

图4a示出了根据本公开内容的另一实施方式的放电单元2。放电单元2与图3a至图3e的放电单元相同，除了放电单元包括覆盖电极介电层27a、27b之外，覆盖电极介电层27a、27b覆盖内电极23a和外电极23b并且防止它们与环境空气和穿过双壁介电管17的通过通道25的冷却介质接触。这具有防止环境空气和/或冷却介质中的水分和灰尘腐蚀或以其他方式不利地影响电极功能的效果。

覆盖电极层27a、27b可以由任何介电材料制成，但是优选地由与双壁介电圆筒17相同的介电材料制成。因此，在一个示例性实施方式中，双壁介电圆筒17的内壁17a和外壁17b以及覆盖电极层27a、27b都由玻璃例如硼硅酸盐玻璃制成。优选地，覆盖电极层27a、27b形成双壁介电圆筒17的整体部分，并用于将内电极23a和外电极23b保持分别抵靠内壁17a的内表面和外壁17b的外表面。换句话说，内电极23a被密封在介电管17的由内壁17a和内覆盖电极层27a形成的内壁内，并且外电极23b被密封在介电管17的由外壁17b和外覆盖电极层27b形成的外壁内。以这种方式，包括介电层、电极和任何可选的催化剂层的整个放电单元2可以形成为单个整体部分。

用于制造放电单元2的示例性方法可以包括以下步骤：一体成型双壁介电圆筒17；沿着介电管17的轴向延伸部分将圆柱形内电极23a放置成抵靠或靠近内壁17a的内表面；沿着与内电极23a的轴向延伸交叠的介电管17的轴向延伸将圆柱形外电极23b放置成抵靠或靠近介电管17的外壁17b的外表面；以及将覆盖电极介电层27a、27b施加到内电极23a和外电极23b的不面向双壁介电管17的表面上。覆盖电极层27a、27b可以具有粘合特征并且可以被施加使得它们在电极23a、23b的相应轴向端粘附至内壁17a的内表面和外壁17b的外表面，从而使电极与介电管17保持固定的空间关系，同时防止电极与冷却介质和/或环境空气物理接触。在施加覆盖电极电介质27a、27b之前，线缆或线缆连接器可以连接至电极，以提供经由图1所示的第一线缆10和第二线缆11内电极23a和外电极23b与放电装置1的变压器5的可能后续连接。

如图4b中最佳所示，示出了图4a中的放电单元2沿着线4b-4b截取的截面图，覆盖电极层27a、27b构成放电单元2的最内部的介电圆筒和最外部的介电圆筒。因此，在该实施方式中，介电圆筒17实际上构成四壁介电圆筒，其包括至少沿着电极23a、23b的轴向延伸的同心布置的不同直径的四个圆柱形壁。按照增加直径的顺序，内电极23a被布置在由内覆盖电极介电层27a和双壁介电圆筒17的内壁17a形成的第一介电圆筒与第二介电圆筒之间，要重组的流体的环形流动通道15被布置在由双壁介电圆筒17的相应内壁17a和外壁17b形成的第二介电圆筒与第三介电圆筒之间，并且外电极23b被布置在由双壁介电圆筒17的外壁17b和外覆盖电极介电层27b形成的第三介电圆筒与第四介电圆筒之间。

图5示出了根据本公开内容的又一实施方式的放电单元2。在该实施方式中，用于馈给流体的入口和出口不位于双壁介电管17的包络面上。相反，放电单元2包括被布置在双壁介电管的侧壁17c上的用于馈给流体的至少一个入口19'，即被形成在基本与双壁介电管17的纵向延伸垂直的壁部分中并且连接内壁17a与外壁17b的入口19'。至少一个入口19'可以包括形成在侧壁17c中的多个孔。同样，流动通道15的至少一个出口21'由形成在双壁介电管17的相对端的侧壁17c中的多个孔构成。每个入口19'可以设置有连接器29，用于连接至用于将要重组的流体馈给到放电单元2中的装置31的软管或匹配连接器。同样，每个出口21'可以设置有连接器32，用于连接至用于将裂解的流体从放电单元2输送出的装置(未示出)的软管或匹配连接器。连接器29、32可以以从双壁管17的端壁17c突出并包围构成放电单元2的入口和出口的孔的连接接头的形式提供。

同时参照先前的附图，现在将参照图6至图9来描述根据本公开内容的各种实施方式的用于流体的分子重组的方法。该方法使用如图1所示的放电装置1来执行，放电装置1配备有如图2至图5中任一所示的放电单元2，并且优选地配备有如图3至图5中任一所示的放电单元2。

图6示出了用于流体的分子重组的一般方法。

在第一步骤s61中，在放电单元的电极之间施加电压，以在放电单元内的流动通道中产生电晕放电，如上面参照图1描述的。流动通道由布置在电极之间的两个间隔开的介电层形成，介电层防止流体与放电单元的电极物理接触。

在第二步骤s62中，将要进行分子重组的馈给流体馈给到流动通道中并经受电晕放电。结果，馈给流体被裂解成具有与馈给流体不同的其他分子组成的裂解流体。馈给流体被裂解意味着馈给流体的至少一些分子被裂解成可以或不可以组合成其他分子的较轻的分子，从而产生包含在馈给流体中未发现的分子的裂解流体。然后裂解流体从放电单元排出，通常用于随后在其他物理或化学处理中使用，例如用于净化废水或燃烧裂解流体以推进交通工具的处理。

馈给流体可以是例如被馈给通过放电单元以产生臭氧的含氧气体。然后臭氧可以在各种各样的应用中使用，例如用于净化包括饮用水和废水的污染水。在其他实施方式中，馈给流体是随后在其他物理或化学处理中使用裂解液体之前出于净化、精炼和/或活化液体的目的由放电装置裂解的液体。在其他实施方式中，馈给流体可以是在燃烧发动机中燃烧燃料之前通过裂解处理被精炼成反应性更高的燃料的燃料。该方法还可以用于从植物油例如麻风树油、棕榈油或菜籽油产生生物燃料。

图7a和图7b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于废水净化的系统33和方法。该方法基于通过引导含氧气体例如空气或氧气通过放电装置的放电单元而生成臭氧并将臭氧添加到废水储存器34中以净化废水的已知原理。放电单元是上面参照图2至图5中的任何一个描述的放电单元2，放电单元2形成如参照图1描述的放电装置1的一部分。为简单起见，图中仅示出了放电装置1的放电单元2。

在所提出的方法中，在放电单元2的上游将过氧化氢添加到含氧气体流中(步骤s71)。例如，可以将过氧化氢注入到用于含氧气体的馈给管道35中，馈给管道35连接至放电单元2的入口19。含氧气体和过氧化氢的混合物被馈给到放电单元2中并经受电晕放电(步骤s72)，由此产生包含臭氧和羟基自由基的反应混合物。然后经由连接至放电单元2的出口21的反应混合物馈给管线36将反应混合物馈给至废水储存器34，并将其添加至废水(步骤s73)。

如本领域所熟知的，通过放电单元2从过氧化氢产生的羟基自由基具有高反应性并且与许多污染物特别是许多挥发性有机化合物反应。通常通过羟基自由基从污染物中去除氢原子来分解污染物，从而形成水和烷基。通过放电单元2从含氧馈给中产生的羟基自由基和臭氧的组合对废水具有强大的洗涤剂效果。通过根据本公开内容的放电单元2的设计并且特别地通过防止馈给流体中的水分与放电单元的电极发生反应的介电管17的双壁结构，使得所提出的气体(含氧气体)和液体(过氧化氢)的混合物被馈给通过放电单元2的方法成为可能。

图8a和8b示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于产生和/或精炼生物燃料的系统37和方法。更具体地，图8a和图8b示出了用于从麻风树油产生生物柴油的系统和方法，尽管该方法也可用于其他植物油，例如棕榈油和菜籽油。通过该方法产生的生物柴油特别地旨在用于交通工具，即用于交通工具的兼容生物柴油的燃烧发动机中的燃烧。

如图8a所示，经由连接至放电装置的入口19的馈给管线将麻风树油馈给到放电单元2中。放电单元是上面参照图2至图5中的任何一个描述的放电单元2，放电单元2形成如参照图1描述的放电装置1的一部分。为简单起见，图中仅示出了放电装置1的放电单元2。

在放电单元2中，麻风树油穿过放电单元2的流动通道15，在放电单元2中麻风树油经受将麻风树油裂解成具有与麻风树油不同的分子组成的所得物质(“生成物”)的电晕放电。裂解能力以及因此放电单元2将麻风树油转化成有用的生物柴油的能力取决于放电单元内的电晕放电的强度和油经受电晕放电的时间。理论上，如果放电单元足够长，流体流动足够低，并且电晕放电强度足够高，则麻风树油单次通过放电单元就足以将麻风树油转化成生物柴油。然而，在实践中，已经发现难以从麻风树油单次通过单个放电单元2获得有用的生物柴油。此外，已经发现太长时间使麻风树油(和大多数其他流体)连续经受电晕放电可能带来负面影响，例如生成不希望的副产物。因此，优选地多次将麻风树油馈给通过放电单元2，或者馈给通过串联连接的多个放电单元。这将逐渐将麻风树油转化成有用的生物柴油，同时允许流体在每次通过电晕放电场之间停留。当从多次通过放电单元产生的物质表现出某些期望特性时，或者在已经通过放电单元2预定次数之后，该过程被中断并从该物质提取生物柴油。

在图8b中总结了由用于从麻风树油产生生物柴油的过程例示的用于从植物油生产生物燃料的上面的过程。

在第一步骤s81中，将麻风树油馈给通过放电单元2以产生所得物质。如果不能从所得物质中获得生物柴油，则该方法进行到步骤s82，由此再次将所得物质馈给通过放电单元或者馈给通过与所示放电单元串联连接的另一放电单元(未示出)。重复该过程直到从已经通过放电单元的所得物质中获得生物柴油，由此该方法进行到从所得物质获得生物柴油的步骤s83。

通常，应该将麻风树油馈给通过放电单元至少三次，更优选地在四次至六次的范围内，且更最优选地五次。为了使麻风树油最佳地裂解，在该过程期间，流体的温度应该保持在30至45摄氏度的范围内，更优选地在35至40摄氏度的范围内，且更优选地为约38摄氏度。因此，如果需要，该方法还可以包括在将流体馈给通过放电单元之前加热流体的步骤。

通常通过分离处理从所得物质提取生物柴油，在分离处理中所得物质被分离成主要包含甘油的第一物质和构成直接或在进一步精炼后可以用作生物柴油的液体的第二物质。

分离处理可以包括其中使甘油悬浮以沉淀出所得物质的沉淀处理。例如，从一次或更多次通过放电单元产生的物质可以收集在储存器38中，该物质在储存器38中存储一段时间，使甘油能够沉淀在储存器底部作为沉淀物。沉淀处理之后在甘油顶部发现的流体是生物柴油，生物柴油可以用于燃烧发动机中的燃烧，或用于其他目的。由重力引起的被动沉淀过程可能需要大约3至5天。

图9a和图9b示出了用于在交通工具的燃烧发动机41中燃烧燃料之前在交通工具39中精炼燃料的系统和方法。燃烧发动机通常是内燃机(ice)，并且燃料可以是化石燃料例如传统柴油，或者可再生燃料例如生物柴油。交通工具39可以是任何类型的交通工具，例如汽车、公共汽车、卡车或船舶。

交通工具39包括通常由附图标记40表示的燃料系统，该燃料系统包括燃料供应箱43和用于将燃料从燃料供应箱馈给至燃烧发动机41的燃料供应管线。交通工具还包括如上参照图1描述的放电装置1，放电装置1包括如参照图2至图5中任何一个更详细描述的放电单元2。为简单起见，在图中仅示出了放电装置1的放电单元2。

放电单元2安装在燃烧发动机41的上游，并形成燃料供应管线的整体部分。燃料经由燃料供应管线的连接至放电单元2的入口19的第一管道45a从燃料供应箱43馈给至放电单元2，燃料被馈给通过流动通道15，在流动通道15中燃料经受适于裂解燃料分子以产生具有不同且燃烧效率更高的分子组成的精炼燃料的电晕放电。应该注意的是，放电单元2未安装在燃料通过的燃料供应管道周围，而是以放电单元的介电层构成燃料供应管线的壁的意义构成燃料供应管线的整体部分。另外，应该强调的是，放电单元2被配置成通过使燃料经受具有有效裂解燃料分子的强度的电晕放电来改变燃料的分子组成。这与现有技术的解决方案形成对比，在现有技术的解决方案中，燃料经受仅用于使燃料带电以改善其在燃烧发动机中的燃烧的电磁场。

在通过放电单元的流动通道15之后，经由燃料供应管线的连接至放电单元的出口21的第二管道45b将精炼燃料馈给到燃烧发动机。在燃烧发动机41中，裂解的燃料与氧化剂(通常是空气)混合，用于在发动机41的燃烧室中燃烧燃料氧气混合物。燃烧产生的废气通过排气管线47例如交通工具39的排气管排出放到大气中。除了提高燃烧效率之外，燃烧前燃料的裂解倾向于减少废气中的有害气体。

在一些实施方式中，燃料系统还可以包括燃料返回管线46，用于将已经通过放电单元2的一些裂解的燃料返回至位于放电单元2的上游的燃料系统40体中。这是有利的，因为可以在燃烧发动机41中燃烧燃料之前使燃料多次通过放电单元2，从而进一步提高燃烧效率并减少废气中的有害气体。在所示的实施方式中，燃料返回管线46被配置成将已经通过放电单元2的一些燃料返回至燃料供应箱43。这具有以下进一步的效果：使裂解的燃料在再次在放电单元2中经受电晕放电之前停留。

应该注意的是，通常形成图9a中的燃料系统的一部分的许多部件已经在附图中被省略，以使不必要的细节不会模糊附图。例如，燃料系统可以包括一个或更多个燃料泵、注射泵、燃料过滤器、压力计、注射喷嘴或通常在常规交通工具燃料系统中找到的任何其他部件。

在图9b中总结了用于在交通工具的燃烧发动机中燃烧燃料之前在交通工具中精炼燃料的方法。

在第一步骤s91中，将燃料从燃料供应箱43馈给至放电装置2。在第二步骤s92中，使燃料在放电单元2内经受电晕放电并且裂解成精炼且燃烧效率更高的燃料。在第三步骤s93中，将精炼的燃料馈给至燃烧发动机43以在燃烧室内燃烧。如上面讨论的，该方法还可以包括在将精炼燃料馈给至燃烧发动机之前至少第二次将精炼燃料中的一些馈给通过放电单元的步骤，以进一步提高燃烧效率。

图10a和图10b示出了用于处理工业生产用水即作为工业或商业活动的副产物产生的工业废水的系统49和方法。

图10a中的系统49包括用于从工业现场处例如工厂53中发生的工业过程收集工业生产用水的储存器51，工业生产用水包括化学废物组分。该系统还包括如上面参照图1描述的放电装置1，放电装置1包括如参照图2至图5中的任何一个更详细地描述的放电单元2。为简单起见，在图中仅示出了放电装置1的放电单元2。馈给管线55a连接在储存器51与放电单元2的入口19之间，以用于将收集的工业生产用水馈给至放电单元2中。然后工业生产用水通过放电单元2的流动通道15，在流动通道15中工业生产用水经受放电单元的电极之间的电晕放电场，该电晕放电场有效地将工业生产用水中的至少一些化学废物组分裂解成对环境害处或危害较小的成分。在通过放电单元2之后，如此处理的工业生产用水经由连接至放电单元2的出口21的用于处理过的工业生产用水的管线55b从放电单元2排出。在一些实施方式中，用于处理过的工业生产用水的管线55b可以连接至用于随后处理工业生产用水中的裂解的化学废物组分的子系统57。尽管未在图中示出，但系统49还可以包括布置在放电单元2的上游的用于预处理工业生产用水的一个或多个子系统。系统49还可以包括用于将已经通过放电单元2的处理过的工业生产用水中的一些或全部返回至储存器51的返回管线59，或者位于放电单元2上游的任何其他体。这在应该使工业生产用水多次通过放电单元2以进行最佳处理的情况下是有利的。

使工业生产用水通过放电单元2具有在工业生产用水中产生氧化剂的效果。它还具有将有毒化学组分裂解成更轻、反应性更高并更易分化或可分解的组分的效果。裂解的化学组分可以通过如此在工业生产用水本身中形成的氧化剂被分解，或者它们可以在工业生产用水已经通过放电单元2之后随后由子系统57对工业生产用水执行的常规的用于处理工业生产用水的处理中被分解。已经发现，放电单元2对工业生产用水中的化学成分的裂解有利于随后的处理中化学成分的分解。例如，已经表明，通过首先使工业生产用水通过放电单元2便于工业生产用水中的重金属的去除。可以用于随后去除工业生产用水中的重金属的常规技术可以包括：例如化学沉淀、浮选、吸附、离子交换和电化学沉积。因此应该理解，系统49可以包括用于随后处理已经通过放电单元2的工业生产用水的子系统57，该子系统57可以包括用于去除重金属的装置，包括但不限于已知的用于化学沉淀、浮选、吸附、离子交换和电化学沉积的装置。优选地，子系统57包括用于沉淀重金属的装置。

在图10b中总结了用于处理工业生产用水的方法。

在第一步骤s101中，收集工业生产用水。在第二步骤s102中，将工业生产用水馈给通过放电单元2，在放电单元2中，工业生产用水经受用于将工业生产用水中的化学组分裂解成反应性更高并可分解的化学组分的电晕放电。从上面清晰的是，该方法还可以包括例如通过重金属的沉淀如化学沉淀来去除已经通过放电单元2的工业生产用水中的重金属的可选的且随后的步骤s103。

参照图6至图10描述的上面提到的涉及流体的分子重组的全部方法可以使用具有布置在电极之间的两个间隔开的介电层的任何放电单元来执行，该介电层防止流体与放电单元的电极物理接触。然而，优选地，使用具有如图3至图5所示的双壁介电管17的放电单元来执行所述方法，从而可以是液体或气体的流体被馈给通过由双壁介电管的内壁17a和外壁17b限定的流动通道15。