[发明专利]使液体更具有反应性的方法和装置

说明书

技术领域

总的来说，本发明涉及了通过在液体的至少一个表面内和/或与该表面并置产生能量场，来影响、控制和/或指导与各种不同液体(例如水)或在这些不同液体中的各种不同反应的新方法。本发明的重要方面涉及等离子体的产生，其中等离子体产生在位于液体表面上方的至少一个电极与液体表面本身的至少一部分之间，后者的功能是作为至少一个第二电极。为了使液体表面的至少一部分能够有效发挥第二电极的作用，典型情况下至少一个额外的导电电极被放置在该液体中(例如至少部分浸没在该液体中)。等离子体在该液体中导致了液体的重构和/或至少一种活性形式的存在。

背景技术

许多技术已经被用于使液体例如水更具有反应性。这些技术包括在液体中加入各种不同的化学物质、在该液体中和/或周围产生电场和/或磁场、各种不同的压力条件、在该液体表面的周围产生各种不同的等离子体，等等。这些技术都以某种希望的方式努力改变液体的性质。具体来说，许多商业上和工业上重要的过程都依赖各种不同组成的液体来实现所需的结果。

例如，改变水的反应性质受到了极大的关注。水是人类已知的最重要也是最复杂的结构之一。尽管对于单个水分子的了解很多，但是对于水的二聚体、三聚体、低聚体、集簇(例如微集簇和大集簇)、聚合物以及大尺度结构的了解很少，而所有这些都影响了水在生物学、化学和物理学过程中的性能。在本技术领域中已知有许多方法能够产生臭氧，例如在液体(例如水)的表面上或附近产生等离子体；然后将产生的臭氧混合或溶解在液体中。

一般来说，等离子体涵盖了大范围的电压和电流强度条件。用于产生等离子体的电压和电流强度的量通常来说确定了产生的等离子体的类型。就此而言，图1概括显示了几种不同的等离子体命名法，用于描述用于形成不同等离子体的电压和电流强度的不同组合。具体来说，图1显示了管中典型的直流电中压放电的经典的电压-电流特征。尽管所有注意到的放电都可以用于影响固体和/或液体，但许多已知的“电晕放电”或“辉光放电”通常与液体例如水中或附近臭氧的产生有关，被用于将臭氧溶解在水中。

此外，等离子体由直流电源、射频源(“RF”)以及交流电源供应动力(或产生)。不同的术语或专门名词被用于描述不同的等离子体，这些术语通常反映了对这些等离子体的重要物理/化学/热学性质和特征的了解。例如，真正的“电晕”或“电晕放电”或“电晕弧”或“电晕等离子体”是在强电场下通过使用例如尖端或细导线作为至少一个电极而产生的。真正的电晕放电或电晕等离子体的可见部分发生在从尖端或导线辐射的临界半径内的区域中；其中产生的电场等于或大于尖端或电极周围的介质(例如气体或液体)的击穿电场。

真正的电晕放电一般发生在气相中。真正的电晕放电不在两个平行的光滑平板之间产生，真正的电晕放电也不在产生某种类型的等离子体的导体上存在有绝缘外层的情况下发生。具体来说，介质阻挡放电通常与电晕弧放电混淆。就此而言，介质阻挡放电通常发生在例如使用平行平板电极或环状圆柱电极的时候，其中至少一个电极用介质阻挡绝缘，以防止真正的电流从放电体积流向电极或电源。在约1个大气压下进行的介质阻挡放电在历史上可以追溯到19世纪。具体来说，介质阻挡放电一般发生在两个电极之间的空间中，其中至少一个电极被绝缘的介质涂层所覆盖。直流电源、交流电源或脉冲高电压可被施加在电极对上，以刺激电子从电极上和电极之间发射。而电晕弧放电与介质阻挡放电不同。

具体来说，正如上面表述的那样，电晕放电一般产生在尖端、细导线、金属片的边缘等周围的高电场区域中。就此而言，示例性的大气压下的电晕弧放电显示在图2中。具体来说，图2显示了在例如导线末端上的尖端与第二电极或接地结构之间产生的大气压下的电晕弧放电的顶视图。具体来说，来自高压电源的高电压导致在例如细导线的尖端与电极或接地结构之间产生了相互作用的活性半径。活性区域或活性体积是径向电场降低到气体的击穿电场的水平的地方。换句话说，活性体积是电离作用、激发和活性成分的产生将会发生的区域。依赖于电流和电压来源，活性区域可以产生可以使用肉眼看见的可见的电磁能量以及可以听见的声音。这些类型的电晕放电一般涉及从几千伏特到几十千伏的电压以及从1到100mA/m之间变化的电流。实际的或真正的电晕放电很少在大于1千瓦的功率水平下进行。当通过例如交流电源产生电晕放电时，正的和负的热化离子的连续的发散波将从源电极散播出去。