KLINKENBERG, Ernst-Dieter (Siegfried-Witte-Str. 3, Rostock, 18055, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur chemischen Aktivierung eines Arbeitsgases in einem abgeschlossenen Volumen (16), insbesondere zur Verringerung der Keimanzahl oder Sterilisierung, mittels der folgenden Schritte: - es wird ein abgeschlossenes Volumen (16) bereitgestellt, das mit mindestens einer dielektrischen Begrenzung (2) versehen ist und in dem ein Sauerstoff enthaltendes Arbeitsgas vorliegt; es wird an der vom Volumen (16) abgewandten Außenseite der dielektrischen Begrenzung (2) eine DBE-Quelle (13) angeordnet und aktiviert, so dass innerhalb des Volumens (16) eine Plasmaentladung erzeugt wird, mittels der in dem abgeschlossenen Volumen Ozon erzeugt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Begrenzung (2) eine Kunststofffolie ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Begrenzung (2) stoffschlüssig mit einem Behälter (1 ) verbunden wird, insbesondere verklebt oder verschweißt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DBE-Quelle (13) von außen derart auf die dielektrische Begrenzung (2) aufgesetzt wird, dass sie das dielektrische Material flächig berührt. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Begrenzung (2) an die DBE-Quelle (13) angesaugt wird, bevor diese aktiviert wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufsetzen der DBE-Quelle (13) ein dielektrisches Fluid (17), insbesondere ein Gel, auf die dielektrische Begrenzung (2) aufgebracht wird. 7. Vorrichtung zur Verringerung der Keimanzahl innerhalb eines mittels einer dielektrischen Begrenzung (2) abgeschlossenen Volumens (16), wobei die Vorrichtung eine DBE-Quelle (13) enthält, die auf die dielektrische Begrenzung (2) temporär aufgesetzt werden kann. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die DBE- Quelle (13) Elektroden (15) enthält, zwischen denen durch einen Plasmagenerator (6) ein elektrisches Hochspannungswechselfeld (8) erzeugt werden kann, welches sich durch die Abdeckung (2) hindurch in das Volumen erstreckt und dort eine Plasmaentladung (8) bewirken kann. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass eine Vakuumquelle (10, 12) vorhanden ist, mit der die dielektrische - Begrenzung (2) unmittelbar an die Elektroden der DBE-Quelle (13) angesaugt werden kann. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die felderzeugenden Elektroden (15) der DBE-Quelle (1 3) in indirektem, durch ein isolierendes Material (5) vermittelten Kontakt zur Außenseite der dielektrischen Abdeckung (2) stehen können. 1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die felderzeugenden Elektroden (15) der DBE-Quelle (13) in indirektem, durch ein dielektrisches nicht festes Medium wie ein Gel oder eine Flüssigkeit (17) vermittelten Kontakt zur Außenseite der dielektrischen Abdeckung (2) stehen können. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass der direkte oder indirekte Kontakt der DBE-Quelle (13) zur Außenseite der dielektrischen Abdeckung (2) eine kühlende Funktion hat und die in der Entladung freiwerdende Wärme nach außen abführt. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zündung der dielekrischen Entladung (8) eine sinuidale, gepulst bipolare oder gepulst unipolare Spannung mit variabler Form und variablem Tastverhältnis verwendet wird. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsteuerung dazu verwendet wird, die erzeugte Menge des aktivierten Gases zu kontrollieren. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuerung dazu verwendet wird, die in der Entladung umgesetzte Leistung und damit die Temperaturbelastung der Materialien, die dem Entladungsplasma (8) ausgesetzt sind, zu kontrollieren. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Aktivierung von Arbeitsgasen in einem abgeschlossenen Volumen, ohne dass mechanisch in das Innere des Volumens eingegriffen werden muss.
Erfindungsgemäß wird dabei die Wirkung der chemischen Aktivität des Arbeitsgases ausgenutzt, und zwar zum einen auf die inneren Flächen, die das Volumen abgrenzen, und zum anderen auf im Volumen enthaltene Gegenstände, insbesondere auf die die Oberflächen dieser Gegenstände. Unter der chemischen Aktivierung von Arbeitsgasen im Sinne dieser Patentanmeldung wird die chemische reaktive Veränderung von Gasen, insbesondere die Bildung von Ozon in einem Gasgemisch, das Sauerstoff enthält, verstanden. Diese reaktive Veränderung kann dauerhaft oder auch vorübergehend sein. Die Aktivierung erfolgt dabei durch eine außerhalb des Volumens initiierte dielektrisch behinderte Entladung.
Stand der Technik
Die Behandlung von Gegenständen in abgeschlossenen Volumina ohne weitere technische Vorrichtungen innerhalb dieser Volumina besitzt einen großen technologischen Reiz, da der Status des Gegenstandes, unabhängig von den Bedingungen außerhalb des betrachteten Volumens, definiert beeinflusst werden kann.
Die Behandlung/Einwirkung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass sich im geschlossenen Volumen befindliche Arbeitsgase aktiviert werden und deren dann chemisch aktive Spezies durch chemische Reaktionen die gewünschte Wirkung hervorrufen. Die Aktivierung des jeweiligen Arbeitsgases erfolgt durch Energiezufuhr in geeigneter Weise. Insbesondere durch Licht und elektrische Felder lässt sich Energie in geschlossene Volumina einbringen, wenn die physikalischen Eigenschaften der Begrenzungsmaterialien des Volumens dieses gestatten. Um durch Licht oder elektrische Felder eine Aktivierung eines Arbeitsgases zu erreichen, muss die Photonenenergie oder die aus dem elektrischen Feld zu beziehende Energie so groß sein, dass die Aktivierungsenergie für den angestrebten Anregungszustand mindestens erreicht bzw. überschritten wird.
Technologische Bedeutung haben dabei plasmaphysikalische Verfahren gewonnen, die durch geschickte Nutzung von mittel- und hochfrequenten elektrischen Feldern eine elektrische Entladung in einem Arbeitsgas zur Anregung der chemisch aktiven Spezies des Arbeitsgases nutzen.
Die Steuerung einer derartigen Entladung ist unter anderem Gegenstand der Plasmaphysik und hat zu verschiedenen technisch physikalischen Ausführungen von derartigen Entladungen geführt. Insbesondere kann dabei unterschieden werden, ob die Entladung durch einen direkten Strom, einen induzierten Strom, einen Verschiebestrom oder durch einen Verschiebestrom an einer dielektrischen Barriere aufrecht erhalten wird.
Um eine Entladung durch einen direkten Strom aufrecht zu erhalten, ist in einem abgeschlossenen Volumen ein nach außen zur Energiequelle kontaktiertes Elektrodenpaar zu realisieren. Diese Schwierigkeit wird durch feldinduzierte Entladungen vermieden, wenn die Begrenzungen des abgeschlossenen Volumens einen Felddurchtritt ins Innere gestatten. Zum Beispiel können im Inneren einer umschließenden HF-Spule oder in einem teilweise umschließenden Kondensator Entladungen aufrechterhalten werden. Die Zündungsparameter derartiger Entladungen sind von den geometrischen Bedingungen, von den benutzen Arbeitsgasen und vom Arbeitsdruck der Gase abhängig. Technologisch sind Entladungen bei Normaldruck besonders interessant, weil die gewöhnlich benutzte aufwendige Vakuumtechnik nicht benötigt wird.
Entladungen bei Normaldruck können durch hochfrequente elektrische Felder, Mikrowellenfelder oder als Entladungen mit dielektrischer Barriere realisiert werden. Will man Aktivierungen von Arbeitsgasen im abgeschlossenen Volumen erreichen, so muss man die Felder in diesem Volumen realisieren. Für hochfrequente Felder und Mikrowellenfelder sind dabei zwingend für den größten Teil der Oberfläche des zu begrenzenden Volumens dielektrische Materialien erforderlich, da leitende Materialien diese Felder abschirmen und Energie absorbieren. Die Energieabsorption durch leitende Materialien würde durch Erwärmung bis zur Selbstzerstörung der begrenzenden leitenden Materialien führen.
Die bekannte dielektrische Barrierenentladung müsste für den Fall der Anwendung auf ein geschlossenes Volumen derart modifiziert werden, dass sich die Elektroden direkt und unmittelbar dielektrischen Materialien gegenübersähen. Für diesen Fall könnte das weitere volumenbegrenzende Material auch aus leitenden Materialien bestehen.
So wird in WO 2009 040130 A1 das Plasma in einem abgeschlossenen Gefäß erzeugt, indem dieses Gefäß mit dem innen liegenden Material zwischen zwei Elektroden gebracht wird, an denen eine sehr hohe Spannung anliegt. Da der Elektrodenabstand relativ groß ist, muss das Plasma einerseits bei der Volumenentladung stabilisiert werden und andererseits muss versucht werden, die Zündspannung möglichst niedrig zu halten. Zu diesem Zweck wird ein Gasgemisch verwendet, das zu mindestens 80 % aus einem Inertgas besteht. Der Zweck der Plasmaeinwirkung in dieser- Erfindung besteht in der Minderung von vermehrungsfähigen Keimen durch das in der Entladung entstehende Ozon bis zur Sterilisation.
Ein weiteres Verfahren zur Keimminderung mittels Ozon, das in einer Barriereentladung in einem abgeschlossenen Gefäß erzeugt wird, wird in DE 102004049783 B4 offenbart. Hier wird statt einer Volumen- eine Oberflächenentladung verwendet. Das verwendete System erfordert, dass eine Innenelektrode und zwei Außenelektroden fest mit der Hülle des abgeschlossenen Systems verbunden werden. Die innere Elektrode ist hierbei kapazitiv mit den beiden äußeren Elektroden gekoppelt. Durch Anlegen einer geeigneten Wechselspannung an den äußeren Elektroden wird an den Rändern der inneren Elektrode eine Spannung induziert, die eine Oberflächenentladung mit Ozonbildung auf der Innenseite zur Folge hat, Eine Keimminderung erfolgt durch Ozoneinwirkung im verschlossenen Gefäß, einer Verpackung. In vielen Fällen ist allerdings die Anwesenheit zusätzlicher Materialien wie der Innenelektrode im Innenraum eines Volumens unerwünscht.
EP 1455843 B1 offenbart ein Sterilisier- Verfahren in einer versiegelten Sterilisationskammer, bei dem der zu sterilisierende Artikel sich im Vakuum befindet und Wasser sowie ein ozonenthaltendes Gas in die Kammer gegeben werden. Es sind ein oder mehrere Lüftungs-Zyklen notwendig, um das verbleibende Ozon und die Feuchtigkeit aus der Sterilisationskammer zu entfernen.
Die bereits bekannten Verfahren der chemischen Aktivierung von Arbeitsgasen in abgeschlossenen Volumina sind alle, wie aufgezeigt, mit schwerwiegenden technologischen Einschränkungen behaftet, die ihre praktische Anwendung stark behindern.
Ein Verfahren zur plasmatechnischen chemischen Aktivierung von Arbeitsgasen in abgeschlossenen Volumina, das technologisch beherrschbar ist und keine besonderen Anforderungen an die materialtechnische Ausführung der Begrenzung des abgeschlossenen Volumens stellt bzw. lediglich Anforderungen stellt, die sich gut in normalen technologischen Abläufen realisieren lassen, steht derzeit nicht zur Verfügung.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein Arbeitsgas, das sich in einem abgeschlossenen Volumen befindet, durch äußere Energiezufuhr und ohne zusätzliche technische Vorrichtungen im Inneren des Volumens chemisch aktiviert werden kann. Der Zweck der Aktivierung ist die chemische Wirkung der aktivierten Spezies des Arbeitsgases auf die inneren Oberflächen der volumenbegrenzenden Materialien und die chemische Wirkung auf die Oberflächen der sich im Inneren des Volumens befindlichen Güter und Gegenstände. Dabei sollen keine wesentlichen Beschränkungen für die volumenbegrenzenden Materialien bestehen. Der besondere Nutzen der aktivierten Spezies eines sauerstoffhaltigen Arbeitsgases besteht in der keimabtötenden Wirkung von Ozon, das in der Entladung aus dem Sauerstoff erzeugt wird. Dieses Ozon kann zur Keimminderung auf der Oberfläche von Gütern und Gegenständen genutzt werden, die in dem abgeschlossenen Volumen enthalten sind, wie beispielsweise Lebensmitteln, chirurgischen Instrumenten oder medizinischen Implantaten. In gleicher Weise wirkt das Ozon auf der Innenfläche der Wände, die das Volumen abschließen, beispielsweise de Wände eines Behälters. Die Keimminderung kann bis zur Sterilisation entsprechend den Vorschriften erfolgen. Bei Lebensmitteln bedeutet eine Verminderung der Keimanzahl, dass eine Lagerung des Lebensmittels über einen im Vergleich zu nicht keimreduzierten Lebensmitteln längeren Zeitraum möglich ist. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur chemischen Aktivierung eines Arbeitsgases in einem abgeschlossenen gasdichten Volumen vorgesehen, bei dem ein abgeschlossenes gasdichtes Volumen bereitgestellt wird, das mindestens über einen flächigen Bereich mit einer dielektrischen Begrenzung versehen ist und in dem ein zu aktivierendes Arbeitsgas vorliegt, insbesondere ein sauerstoffhaltiges Arbeitsgas. An der vom Volumen abgewandten Außenseite der dielektrischen Begrenzung wird eine DBE-Quelle so angeordnet und aktiviert, dass innerhalb des Volumens eine Plasmaentladung erzeugt wird, mittels der in dem abgeschlossenen Volumen bei sauerstoffhaltigem Arbeitsgas Ozon erzeugt wird. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass keine unmittelbare Einwirkung in das abgeschlossene Volumen, beispielsweise im Inneren eines Behälters, nötig ist, so dass dieses verschlossen bleiben kann und dass der Behälter nur im Kontaktbereich mit der DBE-Quelle dielektrische Eigenschaften aufweisen muss. Das Plasma, mit dem das Ozon im Inneren des Volumens generiert wird, wird durch die geschlossene dielektrische Volumenbegrenzung hindurch erzeugt, ohne dass weitere technische Hilfsmittel zur Plasmaerzeugung in das Innere des Volumens eingebracht werden müssen.
Unter „dielektrische Begrenzung" wird dabei ein Gegenstand aus einem dielektrischen Material verstanden, der eine gewisse Mindestfläche aufweist und als gasdichter Abschluss für ein Volumen dient. Die notwendige Mindestfläche ergibt sich daraus, dass eine ausreichende Fläche für den Kontakt mit den Elektroden zur Verfügung stehen muss. Die dielektrische Begrenzung kann beispielsweise der Deckel eines Behälters sein, eine Verschlussfolie auf einem Behälter, die Wand eines Kunststoffbeutels oder auch die Abdeckung über beispielsweise einer Wunde.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die dielektrische Volumenbegrenzung eine Kunststofffolie ist. Dabei kann es sich insbesondere um eine herkömmliche Folie z.B. aus PE (Polyethylen) oder PA (Polyamid) handeln, die kostengünstig zur Verfügung steht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften bekannt und bewährt ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die dielektrische Begrenzung mit einem Behälter stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere verklebt oder verschweißt. Anders ausgedrückt kann die dielektrische Begrenzung in herkömmlicher Weise als Abdeckung vorab mit dem Behälter, der als Verpackung dient, fest verbunden werden, nachdem die einzuschließenden Gegenstände in den Behälter eingelegt wurden. Anschließend können das Innere des Behälters und die darin eingeschlossenen Gegenstände durch die Erzeugung von Ozon sterilisiert oder wenigstens die Anzahl der dort vorhandenen Keim verringert werden, ohne dass der Behälter noch einmal geöffnet werden muss.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das erzeugte Ozon zur Entgiftung verwendet werden kann. Das Ozon zerstört durch Oxidation auch organische, teilweise toxische Gase (beispielsweise Formaldehyd), die aus "weichen" Produkten (Kleidung, Spielzeug, Plastikprodukte etc.) austreten können. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass mit dem Verfahren auch bereits verpackte Produkte behandelt werden können.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß auch eine Vorrichtung zum Verringern der Keimanzahl innerhalb eines mittels einer dielektrischen Begrenzung abgeschlossenen Volumens vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine DBE-Quelle enthält, die auf eine dielektrische Begrenzung temporär aufgesetzt werden kann. Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, mit geringem Aufwand das abgeschlossene Volumen, genauer gesagt die das Volumen abgrenzenden Innenflächen und/oder die im Volumen enthaltenen Gegenstände, durch die Abdeckung hindurch zu sterilisieren oder die Anzahl der dort vorhandenen Keime zu verringern. Die erfinderische Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine dielektrisch behinderte Entladung. Dabei wird die Quelle der dielektrischen Entladung (DBE- Quelle) so gestaltet, dass sich der Entladungsbereich ganz oder teilweise innerhalb des abgeschlossenen Volumens befindet (siehe Ausführungsbeispiele), das dazu notwendige elektrische Feld aber außerhalb des abgeschlossenen Volumens erzeugt wird. Die felderzeugenden Elektroden haben dabei einen engen oberflächlichen äußeren Kontakt zu dem dielektrischen volumenbegrenzenden Material. Dabei ist es nicht notwendig, dass die felderzeugenden Elektroden dauerhaft mit dem dielektrischen Material verbunden sind.
Die DBE-Quelle kann dabei sehr kompakt gestaltet werden (Ausführungsbeispiele 1 , 2 und 3), aber auch die Verwendung mehrerer Quellen oder von Quellen, die eine größere Fläche haben (Ausführungsbeispiel 4), ist möglich. Prinzipiell erlaubt die vorliegende erfinderische Lösung eine weitgehende Anpassung der Quelle an die konkreten Anforderungen der jeweiligen Aufgabe.
Die erfinderische Gestaltung der DBE-Quelle überwindet die Nachteile der aufgeführten Lösungen derart, dass keine zusätzlichen Elektroden oder andere technische Vorrichtungen (DE 102004049783 B4) bzw. zusätzliche Gase (WO 2009 040130 A1 ) innerhalb des Volumens erforderlich sind. Darüber hinaus gibt es kaum Einschränkungen für die Gestaltung der umschließenden Hülle des abgeschlossenen Volumens. Es ist lediglich erforderlich, dass ein geschlossener Bereich, der in der Größe mindestens der Elektrodenfläche der verwendeten DBE-Quelle entspricht, aus einem festen oder flexiblen dielektrischen Material besteht. Dadurch kann der Einsatzbereich der erfinderischen Lösung gegenüber anderen Verfahren erheblich erweitert werden, da z. B. auch die Verwendung von Metallgefäßen (u. a. Aluminiumfolienschalen) mit Polymerfoiienabdeckung im Gegensatz zu WO 2009 040130 A1 möglich ist.
Die Zündung der Entladung kann erfindungsgemäß durch eine sinuidale, gepulst bipolare oder gepulst unipolare Spannung mit variabler Form und variablem Tastverhältnis erfolgen. Durch die Steuerung der Spannung kann die Menge des aktivierten Gases in einem bestimmten Zeitraum eingestellt werden um so eine möglichst große Menge aktivierter Gase in einem möglichst kurzen Zeitraum zu erhalten.
Demgegenüber kann die Spannungsteuerung auch dazu verwendet werden, die Temperaturbelastung des dielektrischen Materials zu verringern, wobei sich unter Umständen die Menge des aktivierten Gases je Zeiteinheit verringert.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung geschlossener starrer oder halbstarrer Behälter beschränkt. Vielmehr können Gase in jedem abgeschlossenen, weitgehend gasdichten Volumen, das mindestens in einem ausreichend großen Bereich von einem Dielektrikum begrenzt wird, aktiviert werden. Im Anwendungsbeispiel 5 wird das abgeschlossene Volumen durch einen Beutel erzeugt, der den zu behandelnden Gegenstand vollständig gasdicht umhüllt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist die geschlossene Abdeckung eines Teilbereiches der Oberfläche größerer Objekte und die anschließende Aktivierung des eingeschlossenen Gases (Ausführungsbeispiel 6). Die geometrischen Ausdehnungen von DBE-Quelle und deren Versorgung gestatten, dass die DBE-Quelle transportabel vor Ort eingesetzt werden kann, was insbesondere bei größeren oder ortsgebundenen Objekten von Vorteil ist.
Bei der vorteilhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung soll sich der Entladungsbereich der dielektrischen Entladung möglichst vollständig innerhalb des abgeschlossen Volumens befinden. Insbesondere soll verhindert werden, dass zwischen der DBE-Quelle und dem dielektrischen Material ein Spalt entsteht.
Durch eine optimierte Gestaltung der DBE-Quelle wird erreicht, dass sich der dielektrische Bereich der Umhüllung spaltfrei an die Quelle anschmiegt (Ausführungsbeispiel 1 ) und so keine Entladungen an ungewünschter Stelle in Luft außerhalb des Arbeitsvolumens auftreten.
Durch Öffnungen in der DBE-Quelle, durch die ein Vakuum angelegt werden kann, wird diese Spaltfreiheit auch in Randbereichen zuverlässig erreicht (Ausführungsbeispiel 1 ). Der luftfreie Kontakt zwischen DBE-Quelle und dem dielektrischen Bereich der Umhüllung kann auch durch eine dielektrische Flüssigkeit (z.B. ein Gel), die zwischen die DBE-Quelle und den dielektrischen Bereich gebracht wird, erreicht werden (Ausführungsbeispiel 2). Die Handhabungssicherheit der DBE-Quelle kann verbessert werden, indem die Elektroden der DBE-Quelle mit einem geeigneten dielektrischen Material vollständig eingehüllt werden. Im Flächenkontaktbereich zum Arbeitsvolumen wird dieses Material so dünn gewählt, dass der Felddurchtritt ins Innere des Arbeitsvolumens trotz eines zusätzlichen, die Elektroden einhüllenden Dielektrikums gewährleistet ist. (Ausführungsbeispiel 3).
Diese Ausführungsform kann auch gewählt werden, wenn der direkte Kontakt des Elektrodenmaterials der DBE-Quelle mit dem dielektrischen Bereich der Umhüllung nicht erwünscht ist oder die vorliegende Erfindung in einer Umgebung angewandt wird, die für die Materialien der DBE-Quelle schädlich ist. Dabei kann die DBE-Quelle auch vollständig gekapselt sein.
Die Elektroden für die Felderzeugung können auch coplanar auf der Außenseite fest mit dem dielektrischen Material der umschließenden Hülle des Arbeitsvolumens verbunden sein. Die Verbindung muss so gestaltet sein, dass kein Luftspalt zwischen dem leitenden Material und dem Dielektrikum entsteht (Ausführungsbeispiel 5). Mögliche Verbindungsverfahren sind z. B. das Aufkleben von vorgefertigten Metallstrukturen, das Aufdrucken oder Aufdampfen von Elektrodenstrukturen. Weiterhin ist es notwendig, die Elektrodenstruktur auf der Außenseite ausreichend zu isolieren (5), um eine unerwünschte Entladung auf der Außenseite zu verhindern. Die Integration der Elektroden kann auch in eine stabile, druckfeste dielektrische Hülle derart erfolgen, dass der geometrische Abstand zum Inneren des Arbeitsvolumens den Felddurchtritt gestattet (Ausführungsbeispiel 6).
Eine vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die barriereentladungsbegründete Erzeugung von Ozon, eines toxischen Sauerstoffradikals, innerhalb eines abgeschlossenen Volumens, das Luft oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch enthält. Dieses Ozon führt durch chemische Reaktion zur Minderung vermehrungsfähiger Keime auf der Oberfläche von Objekten, die sich innerhalb des abgeschlossenen Volumens befinden. Die Keimminderung kann bis zur Sterilisation geführt werden. Die Sterilisation durch Ozon ist ein anerkanntes Verfahren und auch Gegenstand der Offenbarungen WO 2009 040130 A1 , DE 102004049783 B4 und EP 1455843 B1. Aktivierte Gase können mit der Zeit durch Rekombinationsvorgänge ihre chemische Aktivität verlieren. Dies ist oft vorteilhaft, da so nach einer Abklingzeit das abgeschlossene Volumen gefahrlos geöffnet werden kann. So rekombiniert zum Beispiel das toxische Ozon nach einer charakteristischen Zeit von 30 min zu unschädlichem molekularem Sauerstoff. Kann man bei dem gewählten Arbeitsgas mit einem derartigen Abklingverhalten rechnen, so ist jedoch auch möglich, die Aktivierung beliebig oft erneut durchzuführen, um z. B. die Einwirkung durch eine chemische Reaktion zu wiederholen und ein einstellbares zeitliches Verhalten der Einwirkung zu erreichen. Eine praktische Anwendung könnte die Resterilisation nach längerer Lagerzeit sein. Eine weitere vorteilhafte Anwendung hat das Ziel, unerwünschte Gase aus den abgeschlossenen Volumina zu entfernen. Mit Hilfe einer dielektrisch behinderten Entladung kann so Formaldehyd zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut werden, was an sich grundsätzlich bekannt ist (siehe Chang et. al. , Destruction of Formaldehyde with Dielectric Barrier Discharge Plasmas, Environ, Sei. Technol. , 1995, 29 (1 ), pp 181-186)) .
Im Ausführungsbeispiel 5 wird die vorliegende Erfindung zu diesem Zweck genutzt.
Um eine zu starke Erwärmung der DBE-Quelle und der Materialien im Entladungsbereich zu vermeiden, kann in die DBE-Quelle eine Kühlung integriert werden (Ausführungsbeispiel 1 ).
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigen:
Figur 1 Keimreduktion durch Ozoneinwirkung aus Entladung initiiert durch zentralsymmetrische DBE-Quelle,
Figur 2 Keimreduktion mit DBE-Quelle und Immersionsdielektrikum, Figur 3 Keimreduktion mit vollisolierter DBE-Quelle, Figur 4 Keimreduktion mit flächiger DBE-Quelle,
Figur 5 Formaldehydumwandlung mittels DBE realisiert durch aufgedruckte
DBE-Elektrodenstruktur, und Figur 6 Behandlung eines gasdicht randständig abgedichteten flächigen
Bereiches mit Ozon.
Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsbeispiel 1 : Keimreduktion mit zentralsymmetrischer DBE- Quelle In Figur 1 ist Behälter 1 gezeigt, hier eine Verpackungsschale 1 , in der sich ein Gut 3 befindet, das durch die Einwirkung von Ozon eine Keimreduktion erfahren soll. Die Verpackungsschale ist durch eine dielektrische Begrenzung 2 verschlossen, die hier durch eine dünne Folie 2 mit dielektrischen Eigenschaften gebildet ist. Die Abdeckung 2 ist über einen umlaufenden Verschlussbereich 14 gasdicht mit der Verpackungsschale 1 verbunden, so dass das Volumen 16 im Inneren des Behälters gasdicht verschlossen ist. Der Verschlussbereich 14 kann z. B. durch thermisches Schweißen hergestellt werden.
Im Volumen ist ein Arbeitsgas eingeschlossen, das Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gasgemisch sein kann. Die Ozongeneration erfolgt im Innenvolumen 16 der Verpackungsschale 1 mittels einer zentralsymmetrischen DBE-Quelle 13, die auf die Abdeckfolie 2 von außen derart aufgesetzt wird, dass sich die dielektrische Abdeckfolie im Aufsetzbereich eng an die DBE-Quelle anlegt. Das enge Anlegen wird durch ein Ansaugen der Abdeckfolie durch Öffnungen in den Elektroden mittels Vakuum 10, 12 unterstützt. Zwischen den Elektroden 15 der DBE-Quelle 13 wird durch einen Plasmagenerator 6 ein elektrisches Hochspannungswechselfeld 8 erzeugt, das sich aufgrund der konstruktiven Gestaltung der DBE-Quelle (dielektrisch behinderte Koplanarentladungen, engl, coplanar barrier discharges) durch die Abdeckfolie hindurch in das Innenvolumen der Verpackungsschale erstreckt und dort im Inneren eine Plasmaentladung bewirkt. Im Entladungsvolumen werden Sauerstoffatome des Arbeitsgases derart angeregt, dass sich Ozonmoleküle 9 bilden, die in das Volumen der Verpackungsschale diffundieren, dort chemisch aktiv sind und dadurch ihre keimmindernde Wirkung entfalten. Die in der Entladung freiwerdende Wärmeenergie, die die Abdeckfolie schädigen könnte, wird durch eine aktive Kühlung 4, 1 1 abgeführt. Ausführungsbeispiel 2: Keimreduktion mit DBE-Quelle und Immersionsdielektrikum
Im Ausführungsbeispiel 1 wird der innige Kontakt zwischen den Elektroden der DBE-Quelle und der dielektrischen Abdeckfolie, welche die dielektrische Begrenzung darstellt, durch Formschlüssigkeit und Ansaugen der Abdeckfolie hergestellt. Das ist deshalb nötig, damit keine parasitäre Entladung in Luft außerhalb der Verpackung erfolgt. In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der der innige Kontakt zwischen Elektroden und Abdeckfolie dadurch hergestellt wird, dass eine dielektrische, isolierende Flüssigkeit 17 den Raum zwischen Elektroden 15 und Abdeckfolie 2 derart ausfüllt, dass keinerlei Luft verbleibt. Vorteilhaft werden dadurch geometrische Abweichungen von der idealen Form der DBE-Quelle ausgeglichen und parasitäre Entladungen vermieden. Die Ozongeneration erfolgt somit vollständig im Entladungsbereich im Inneren der Verpackung. Alternativ kann ein dielektrisches Gel verwendet werden. Ausführungsbeispiel 3: Keimreduktion mit vollisolierter DBE-Quelle
Die in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 aufgezeigten Verfahren zur Ozonerzeugung in geschlossenen Volumina gehen von DBE-Quellen aus, die mit prinzipiell freiliegenden Elektroden arbeiten. In Figur 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Elektroden mit einer dünnen Isolatorschicht vollständig kapselt sind. Auch auf diese Weise kann die gewünschte Plasmaentladung im Inneren des Behälters 2 erzeugt werden. Hierfür notwendige Bedingung ist, dass sich das elektrische Feld trotz zusätzlichen geometrisch dünnen Isolators 5 vor den Elektroden noch in die Verpackung hinein in notwendiger Stärke aufbauen kann. Um parasitäre verpackungsäußere Entladungen in Luft zu vermeiden, kann zusätzlich noch mit einem Immersiondielektrikum gearbeitet werden, wie es von der zweiten Ausführungsform bekannt ist.
Ausführungsbeispiel 4: Keimreduktion mit flächiger DBE-Quelle In Figur 4 ist eine vierte Ausführungsform gezeigt, die sich von den vorhergehenden Ausführungsformen durch die Ausgestaltung der DBE-Quelle unterscheidet. Bei der vierten Ausführungsform erfolgt die Generation von Ozon durch eine flächige DBE-Quelle. Die beteiligten Elektroden 15 sind als sich flächig durchdringender Kamm und Fächer ausgebildet. Die initiierte Plasmaentladung 8 erstreckt sich über den Bereich zwischen den Elektroden. In mehrfacher Anordnung können damit große Flächen der abdeckenden Folie, die hier die dielektrische Begrenzung bilden, erfasst werden, wodurch eine sehr intensive Ozongeneration im Inneren der Verpackung erfolgen kann. Mit dieser Anordnung können auch unregelmäßige Flächenformen zur Ozongeneration realisiert werden.
Ausführungsbeispiel 5: Formaldehydumwandlung mittels DBE
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem Formaldehyd durch Ozoneinwirkung beseitigt wird. Dazu wird ein Gegenstand 3, der Formaldehyd von seiner Oberfläche in die ihn umgebende Verpackungsluft emittiert, in einem dielektrischen Verpackungsbeutel 18, der gasdicht verschlossen ist, betrachtet. Hier bildet der Verpackungsbeutel 18 die dielektrische Begrenzung.
Zur Erzeugung der dazu benötigten Entladung im Verpackungsinneren wird in diesem Beispiel die DBE-Quelle auf die Außenseite des Verpackungsbeutels aufgesetzt, so dass die Elektrodenstruktur 15 die Plasmaentladung erzeugten kann.
Ausführungsbeispiel 6: Behandlung eines gasdicht randständig abgedichteten flächigen Bereiches mit Ozon
In Figur 6 ist eine sechste Ausführungsform gezeigt, bei der ein Bereich 20 flächig an der Oberfläche unter Einwirkung von Ozon gestellt wird, das mit einer DBE-Quelle erzeugt wird, deren Elektroden coplanar vollständig so tief in einen Isolator eingelassen sind, dass das Feld 8, das durch sie erzeugt wird, im mit einer dielektrischen Folie randständig abgedichteten Volumenbereich (Abdichtungsbereich 19) wirksam ist. Das Ozon, das im Entladebereich aus dem sauerstoffhaltigen Arbeitsgas entsteht, diffundiert zum Flächenbereich 20 und reagiert oberflächlich derart gewünscht mit ihm, dass sich die Eigenschaften der sich in diesem Bereich befindlichen Stoffe chemisch verändern. Eine derartige Behandlung kann bei der Behandlung offener Wunden Anwendung finden und ist bei diskreter Ozonzufuhr diesbezüglich bekannt.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Folie über der Wunde die dielektrische Begrenzung, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel unter „gasdicht" eine Abdichtung dahingehend verstanden wird, dass das eingeschlossene Volumen für einen längeren Zeitraum nicht entweicht, so dass das erzeugte Ozon auf die Wunde einwirken kann. Eine Gasdichtigkeit im Sinne eines druckdichten Abschlusses ist nicht nötig.
Beschreibung weiterer Ausführungsformen Gemäß einer nicht dargestellen Ausführungsform kann die DBE-Quelle auch Teil einer Sterilisationsvorrichtung sein, mit der die jeweiligen Gegenstände automatisiert sterilisiert werden. Die Gegenstände können beispielsweise in einen abgeschlossenen Behälter verpackt zugeführt werden, beispielsweise mittels eines Förderbandes, dann mittels der DBE-Quelle behandelt und weitertransportiert werden, beispielsweise zu einer Verpackungsstation.
In ähnlicher Weise können automatisiert andere Produkte behandelt werden, so dass die Anzahl der vorhandenen Keime verringert und die Lagerfähigkeit gesteigert wird. So könnte beispielsweise abgepacktes Obst eine Maschine durchlaufen, in der mittels einer DBE-Quelle Ozon innerhalb der Verpackung erzeugt wird.
Bezugszeichenliste
1 - Verpackungsschale, Verpackungsblister
2 - dielektrische Begrenzung, flexibel oder fest
3 - Gut in der Verpackungsschale, im Verpackungsblister
4 - Kühlkanal in der Elektrode
5 - Isolator
6 - Plasmagenerator
7 - Arbeitsgas, z. B. Sauerstoff
8 - elektrische Feldlinien der Plasmaentladung
9 - Ozon-Molekül
10 - Vakuumkanal
1 1 - Wasserdurchflusskühlung
12 - Vakuumpumpe
13 - DBE-Quelle
14 - Verschlussbereich Abdeckfolie
15 - Elektrode
16 - Abgeschlossenes Volumen, Innenvolumen
17 - dielektrische Flüssigkeit
18 - dielektrischer Verpackungsbeutel
19 - Abdichtbereich
0 - Behandlungsbereich