DE10245312B4 - Plasmareaktor und Verfahren zur Herstellung eines solchen - Google Patents

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Abstract

Plasmareaktor mit einer Vielzahl von zusammengesetzten Plasmareaktorzellen, jeweils mit:einem ersten dielektrischen Element (21);einem zweiten dielektrischen Element (22), das dem ersten dielektrischen Element (21) gegenüberliegend angeordnet ist;einem Abstandhalter (23), der zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Element so angeordnet ist, dass ein Plasmabereich P dazwischen gebildet ist;ersten und zweiten Elektroden (24, 25), die jeweils an den ersten und zweiten dielektrischen Elementen (21, 22) zur Erzeugung einer Koronaentladung angeordnet sind; und mitersten und zweiten Leitungselementen (261, 262), die jeweils zur Übertragung von elektrischer Spannung mit den ersten und zweiten Elektroden verbunden sind, wobei erste und zweite Verbindungslöcher (271, 272) in gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten dielektrischen Elemente und dem Abstandhalter (23) derart ausgebildet sind, dass die ersten und zweiten Leitungselemente (261, 262) jeweils in die ersten und zweiten Verbindungslöcher einsteckbar sind und wobei jede Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) zum Kontakt mit schädlichem Gas mit einer Zwischenschicht und wenigstens einem Oxydations-Katalysator und/oder einemde-NOx-Katalysator beschichtet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmareaktor, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen und eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung eines Fahrzeuges. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Plasmareaktor zur Reduktion schädlicher Gase durch Verwendung einer Plasmareaktion, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Plasmareaktors und eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung zur Reduktion schädlicher Gase im Abgas eines Fahrzeuges durch Verwendung eines solchen Plasmareaktors.
  • Dieselmotoren sind wegen ihrer hohen Wärmeausnutzung und ihrem geringen Kraftstoffverbrauch gegenüber Benzinmotoren weit verbreitet und folglich steigt die Nachfrage nach solchen Dieselmotoren schnell an.
  • Aber Dieselmotor-Emissionen sind streng reguliert und deshalb werden viele Pläne zum Reduzieren von Luftverunreinigungen durch Dieselmotore erforscht.
  • Ein Plan, der eine Plasmareaktion verwendet, wird erforscht und ist als eine wichtige neue Technologie erkannt worden, weil oxydierter Stickstoff (NOx) und Dieselfeststoffe (PM) gleichzeitig reduziert werden können.
  • Wenn eine Streamer-Koronareaktion abläuft, indem man eine Hochspannung anlegt, um ein Plasma zu erzeugen, wird leicht ein Funken an dem Streamer erzeugt, und deshalb ist ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten des erzeugten Streamers erforderlich.
  • Gleichzeitig ist die Verringerung von PM und NOx beim Stand der Technik, der eine Plasmareaktion verwendet, nicht befriedigend und deshalb werden Verbesserungen gebraucht.
  • Außerdem sind einige Arten von Korona-erzeugenden Vorrichtungen zur Bildung von Plasma in der Forschung, aber sie sind noch nicht reif für eine praktische Verwendung. Weiterhin verbrauchen solche Korona-erzeugenden Vorrichtungen des Standes der Technik zu viel Energie, um in ein Fahrzeug eingebaut zu werden, und die Wirkung der Koronaentladung scheitert, wenn eine Elektrode, z. B. durch Ruß verunreinigt wird.
  • Die DE 199 03 533 A1 betrifft ein Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen und offenbart in diesem Zusammenhang einen Plasmareaktor zur Erzeugung einer Corona-Entladung, der aus zwei gegenüberliegenden dielektrischen Elementen gebildet ist. Auf den dielektrischen Elementen befinden sich metallische Elektroden, die mit einer Wechselspannungsquelle über Leitungselemente verbunden sind.
  • In der DE 196 35 232 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur plasmachemischen Zersetzung und/oder Vernichtung von Schadstoffen beschrieben. Beschrieben ist auch ein Plasmareaktor, der zur Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren dienen soll.
  • Der Anlass für die vorliegende Erfindung besteht darin, unbegrenzte Vorteile zur Reduktion schädlicher Stoffe wie PM und NOx gleichzeitig vorzusehen, den Energieverbrauch zu senken und den Funkenübergang eines Plasmareaktors zu verhindern und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Plasmareaktors anzugeben und eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung für solch einen Plasmareaktor bereitzustellen.
  • Die Erfindung schafft einen Plasmareaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Die beigefügten Zeichnungen, die zur Beschreibung gehören und einen Teil davon bilden, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung des Wesens der Erfindung:
    • 1a ist eine Querschnittsansicht eines Plasmareaktors nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 1b ist eine Querschnittsansicht eines Plasmareaktors nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Zelle eines Plasmareaktors nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Plasmareaktors nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 5 ist ein Blockdiagramm einer Stromversorgungseinheit einer Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt; und
    • 6 ist eine Detailansicht einer Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden im Detail unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in den 1a, 1b und 2 gezeigt, wird ein Plasmareaktor 20 nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet, indem man eine Vielzahl von Plasmareaktorzellen (oder Schichten) vereinigt, wobei jede Plasmareaktorzelle aufweist: ein erstes dielektrisches Element 21; ein zweites dielektrisches Element 22, das dem ersten dielektrischen Element 21 gegenüberliegt; einen Abstandhalter 23, der zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Elementen 21 und 22 derart angeordnet ist, dass ein Plasmabereich „(P)“ dazwischen gebildet ist; erste und zweite Elektroden 24 und 25, die jeweils an den ersten und zweiten dielektrischen Elementen 21 und 22 angeordnet sind, um eine Koronaentladung zu erzeugen; und erste und zweite Leitungselemente 261 und 262, die jeweils mit den ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 derart verbunden sind, dass die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 jeweils eine elektrische Spannung von den ersten und zweiten Leitungselementen 261 und 262 erhalten.
  • Erste und zweite Verbindungslöcher 271 und 272 sind an gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 und an dem Abstandhalter 23 derart vorgesehen, dass die ersten und zweiten Leitungselemente 261 und 262 jeweils in die ersten und zweiten Verbindungslöcher 271 und 272 einsetzbar sind.
  • Jede Kontaktoberflache der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 ist zum Kontakt mit schädlichem Gas (oder Abgas eines Motors) mit einer Zwischenschicht und wenigstens einem Oxydationskatalysator und/oder einem de-NOx-Katalysator beschichtet.
  • Auch die Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 sind rau, zum Beispiel sind sie jeweils mit vielen Erhebungen 211 und 221 versehen, so dass die Stromungsgeschwindigkeit des schädlichen Gases reduziert wird und folglich die Plasmareaktion leicht erreicht werden kann.
  • Die Dicke des Abstandhalters 23 liegt zwischen dem zwei- bis fünffachen der Dicke der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22, um Funken zwischen der ersten Elektrode 24 und dem zweiten Leitungselement 262 oder zwischen der zweiten Elektrode 25 und dem ersten Leitungselement 261 zu verhindern.
  • Folglich beträgt der Abstand zwischen den ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 mindestens viermal die Dicke des ersten bzw. des zweiten dielektrischen Elementes 21 und 22.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 werden entweder durch Beschichtung der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 mit Ag (argentum oder Silber), Cu (cuprum oder Kupfer) oder einer Ag-Cu-Legierung gebildet oder sie bestehen aus Cu-Platten einer bestimmten Dicke.
  • Der bevorzugte Dickenbereich des Abstandhalters 23 wird aufgrund von Versuchen ermittelt, bei denen der Energieverbrauch reduziert wird, während Funke dazwischen verhindert werden.
  • Genauer gesagt wird die Dicke des Abstandhalters 23 mit einer größeren Emphasis unter Beibehaltung einer bevorzugten Entfernung zwischen den ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 bestimmt, wobei dann ein Funke zwischen den Leitungselementen 261 und 262 und den Elektroden 24 und 25 verhindert wird.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 sind jeweils zweibis fünfmal soweit von den zweiten und ersten Leitungselementen 262 und 261 entfernt wie die Entfernung zwischen den Elektroden 24 und 25, so dass eine Funkenbildung dazwischen verhindert wird.
  • Die bevorzugte Entfernung der Elektroden 24 und 25 von den zugehörigen Leitungselementen 262 und 261 wird durch Versuche ermittelt.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 bestehen aus einem Drahtnetz oder sind poros, so dass eine Plasmareaktion leichter durchgeführt werden kann, weil solche Arten von Elektroden die Zündspannung der Koronareaktion verringern und die Koronaentladung verstärken.
  • Die ersten und zweiten Leitungselemente 261 und 262 bestehen aus Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung. Die Leitungselemente 261 und 262 können als Auftragsleitung oder in Schraubenform ausgebildet sein, so dass sie jeweils durch die Verbindungslocher 271 und 272 in die ersten und zweiten dielektrische Elemente 21 und 22 eingeschraubt werden können.
  • Ein Verbindungsraum 29 ist an einer der Verbindungsoffnungen 271 und 272 gebildet, welche die ersten und zweiten dielektrische Elemente 21 und 22 und den Abstandhalter 23 durchdringen.
  • Ein sphärisch geformtes Drahtnetz 281 ist in dem Verbindungsraum 29 angeordnet, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Leitungselement 261 und einem Spannungsstecker 40 verbessert werden kann.
  • Statt des Drahtnetzes 281 kann eine Feder 282 verwendet und an der Steckerelektrode 45 des Spannungssteckers 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet werden, wie in 1b gezeigt.
  • Folglich kann eine hohe Spannung an das erste Leitungselement 261 angelegt werden und das zweite Element 262 ist geerdet.
  • Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird bei Anlegen einer hohen Spannung an das erste Leitungselement 261 eine Koronaentladung im Plasmabereich „(P)“ erzeugt.
  • Elektronen in der gebildeten Korona haben eine hohe Energie, so dass sie Radikale beim Zusammenstoß mit Materialien wie Sauerstoff, Stickstoff und ahnlichen Gasen bilden und die so gebildeten Radikalen reagieren mit dem schädlichen Material, so dass sie in ein anderes Material umgewandelt werden und dadurch wird das schädliche Material entfernt.
  • Unter Hinweis auf die 1a, 1b, 2 und 3 wird eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Plasmareaktor im folgenden im Detail beschrieben.
  • Zuerst werden erste und zweite dielektrische Elemente 21 und 22 einer ebenen Form und eine Vielzahl von Abstandhaltern 23 in einem Schritt S110 so angeordnet, dass das zweite dielektrische Element 22 dem ersten dielektrischen Element 21 gegenüberliegt und der Abstandhalter 23 das erste dielektrische Element vom zweiten isolieren kann.
  • Anschließend werden im Schritt S120 erste und zweite Verbindungslocher 271 und 272 zur Aufnahme erster und zweiter Leitungselemente 261 und 262 an korrespondierenden Seiten der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 und in dem Abstandhalter 23 gebildet, so dass die Leitungselemente 261 und 262 elektrische Energie übertragen können.
  • Die Isolierung ist verbessert, da die Verbindungslocher 271 und 272 durch die dielektrischen Elemente 21 und 22 und den Abstandhalter 23 hindurchgehen.
  • Im Schritt S130 werden erste und zweite Elektroden 24 und 25 jeweils an den ersten und zweiten dielektrischen Elementen 21 und 22 gebildet, und die ersten und zweiten dielektrische Elemente 21 und 22 liegen einander durch den Abstandhalter 23 dazwischen gegenüber, so dass ein Plasmabereich „(P)“ gebildet wird, der ein Stromen des schädlichen Gases ermöglicht.
  • Als nächstes wird in Schritt S140 die Herstellung einer Plasmareaktorzelle (oder Schicht) durch das Einsetzen der ersten und zweiten Leitungselemente 261 und 262 in die ersten und zweiten Verbindungslöcher 271 und 272 derart, dass die Leitungselemente 261 und 262 mit den zugehörigen Elektroden in Kontakt kommen, abgeschlossen.
  • Als nächstes wird in Schritt S150 der Plasmareaktor 20 dadurch gebildet, dass eine Vielzahl von so hergestellten Plasmareaktorzellen zusammengesetzt werden und leitfähiges Material in die ersten und zweiten Verbindungslöcher 271 und 272 derart eingespritzt wird, dass eine Spannung an die Elektroden 24 und 25 der Vielzahl von Plasmareaktorzellen angelegt werden kann.
  • Die Plasmareaktorzellen sind abwechselnd so zusammengesetzt, dass die erste Elektrode 24 der einen Zelle die einer anderen trifft und dass die zweite Elektrode 25 der einen Zelle die einer anderen Zelle trifft.
  • Ein so gebildeter Plasmareaktor mit einer Vielzahl von Zellen ist in einem Gehäuse 30 untergebracht, das später im einzelnen beschieben wird.
  • Jede Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 ist zum Kontakt mit schädlichem Gas (oder Abgas eines Motors) mit einer Zwischenschicht und wenigstens einem Oxydationskatalysator und/oder einem de-NOx-Katalysator beschichtet.
  • Auch die Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 sind rau, zum Beispiel sind sie jeweils mit vielen Erhebungen 211 und 221 versehen, so dass die Stromungsgeschwindigkeit des schädlichen Gases reduziert wird und folglich die Plasmareaktion leicht erreicht werden kann. Die Dicke des Abstandhalters 23 liegt zwischen dem zwei- bis fünffachen der Dicke der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22, um Funken zwischen der ersten Elektrode 24 und dem zweiten Leitungselement 262 oder zwischen der zweiten Elektrode 25 und dem ersten Leitungselement 261 zu verhindern.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 werden entweder durch Beschichtung der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 mit Ag (argentum oder Silber), Cu (cuprum oder Kupfer) oder einer Ag-Cu-Legierung gebildet oder sie bestehen aus Cu-Platten einer bestimmten Dicke.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 sind jeweils zweibis fünfmal soweit von den zweiten und ersten Leitungselementen 262 und 261 entfernt wie die Entfernung zwischen den Elektroden 24 und 25, so dass eine Funkenbildung dazwischen verhindert wird.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 bestehen aus einem quadratischen Drahtnetz oder sind porös, so dass eine Plasmareaktion leichter durchgefuhrt werden kann, weil solche Arten von Elektroden die Zündspannung der Koronareaktion verringern und die Koronaentladung verstärken.
  • Warum und wie die numerische Einschränkung erreicht wird, ist schon in der Beschreibung der Ausführungsform des Plasmareaktors erläutert.
  • Die ersten und zweiten Leitungselemente 261 und 262 bestehen aus Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung. Die Leitungselemente 261 und 262 können als Auftragsleitung oder in Schraubenform ausgebildet sein, so dass sie jeweils durch die Verbindungslocher 271 und 272 in die ersten und zweiten dielektrische Elemente 21 und 22 eingeschraubt werden konnen.
  • Zwischen den Zellen kann eine zusätzliche Isolierung oder eine klebendes Material an den ersten und zweiten Elementen 21 und 22 angebracht werden.
  • Eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt , ist im folgenden im Detail unter Hinweis auf die 4 und 5 beschrieben.
  • Eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, die einen Plasmareaktor verwendet, der eine Koronaentladung verwendet, die von einer hohen Spannung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ausgelöst wird, und der in einem Abgas-System eines Benzin- oder Diesel-Motors anbringbar ist, reduziert Schadstoffe wie PM, NOx und HC (Kohlenwasserstoffe) im Abgas des Motors.
  • Eine Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung, die einen Plasmareaktor nach einer bevorzugten Ausführungsform verwendet weist auf: ein aus einem leitfähigen Material bestehendes Gehäuse 30 zur Ausnahme der Abgase eines Motors; einen Plasmareaktor 20 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Plasmareaktor 20 in dem Gehäuse 30 untergebracht ist; eine Matte 50, die zwischen dem Plasmareaktor 20 und dem Gehäuse 30 zum Schutz des Plasmareaktors 20 angebracht ist; eine Stromversorgungseinheit 10 zum Anlegen einer hoher Spannung an den Plasmareaktor 20, um eine Koronaentladung für eine Plasmareaktion zu bilden; und mindestens einen Hochspannungsstecker 40, der zwischen der Stromversorgungseinheit 10 und dem Plasmareaktor 20 zum Abgeben einer hohen Spannung von der Stromversorgungseinheit 10 an den Plasmareaktor 20 angeordnet ist.
  • Der Hochspannungsstecker 40 ist funkensicher gegenüber dem Gehäuse.
  • Ein detailliertes Blockdiagramm der Stromversorgungseinheit 10 ist in 5 gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt weist die Stromversorgungseinheit 10 auf: eine Stromquelle 11 für elektrischen Strom; einen mit der Stromquelle 11 verbundenen Transformator 120 zum umwandeln des elektrischen Stroms der Stromquelle 11 in einen Wechselstrom mit 100 - 1000 Hz und 1 - 100 kV; und ein Elektrokabel 13 zur Abgabe des umgewandelten elektrischen Stroms an den Plasmareaktor 20.
  • Die Stromquelle 11 kann von einer Batterie eines Fahrzeuges, normalerweise 12V oder 24V, oder von einem ersten oder zweiten Wechselstromgenerator zur Erzeugung von Wechselstrom gebildet sein, der normalerweise in einem Fahrzeug als zusätzlicher Teil eines Motors angeordnet ist.
  • Der Transformator 120 weist auf: einen Empfänger 121 zum Aufnehmen des elektrischen Stroms von der Stromquelle 11; ein Steuergerät 122 zum Erzeugen eines Frequenz- und Spannungs-Steuer- und Regelsignals zum Erzeugen einer Koronaentladung, das auf einem Eingabesignal basiert; einen Arbeitsgenerator 123 zum Umwandeln des elektrischen Stroms in einen Strom mit einer Sinuswelle der Frequenz 100 - 1000 Hz in Abhängigkeit des Steuer- und Regelsignals des Steuergerates 122; ein Transformator 124 zum Transformieren der Spannung des elektrischen Stroms auf 1 - 100 kV in Abhängigkeit des Steuer- und Regelsignals des Steuergerätes 122; und ein Ausgabeteil 125 zur Abgabe des elektrischen Stroms, wobei der elektrische Strom im Arbeitsgenerator 123 transformiert und im Transformator 124 verstärkt wird.
  • Das Eingabesignal des Steuergerätes 122 kann das Ausgabesignal einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) 14 sein, die das Ausgabesignal basierend auf einer Vielzahl von Fahrzeugparametern, wie Motordrehzahl (RPM) und Drosselklappenstellung ausgibt.
  • Ein Filter (nicht gezeigt) kann an dem Empfanger 121 vorgesehen sein, damit der Empfanger 122 einen stabileren Wechselstrom empfangen kann.
  • Eine detailliertere Ansicht des Hochspannungssteckers 40 von 4 ist in 6 gezeigt.
  • Wie in 6 gezeigt, weist der Hochspannungsstecker 40 auf: einen äußeren Stecker 41 zur Verbindung mit dem Elektrokabel 13 der Stromversorgungseinheit 10; einen am unteren Ende des außeren Steckers 41 ausgebildeten Verbindungsteil 42 zum festen Verbinden des Hochspannungssteckers 40 mit der Gehäuse 30 derart, dass Abgas nicht durch die Verbindung dringen kann; einen keramischen Isolator 43, der am unteren Ende des Verbindungsteils 42 zur Isolierung ausgebildet ist, um Funken zu verhindern; einen inneren Stecker 44, der auf einer unteren Seite des keramischen Isolators 43 angeordnet ist, um dauerhaft elektrischen Strom zum Plasmareaktor 20 zu liefern; und eine Steckerelektrode 45, welche vom außeren Stecker 41 bis zum inneren Stecker 44 reicht derart, dass die Steckerelektrode 45 an dem einen Ende mit dem Elektrokabel 13 verbunden ist und an dem anderen Ende an der unteren Seite des inneren Steckers 44 befestigt ist.
  • Das Elektrokabel 13 kann in der gleichen Weise mit dem äußeren Stecker 41 des Hochspannungssteckers 20 verbunden sein wie ublicherweise eine Verbindung zwischen einer Zundkerze und einem Hochspannungskabel.
  • Das Verbindungsteil 42 kann als Außengewinde zum Eingriff mit einem Innengewinde an dem Gehause ausgebildet sein.
  • Der keramische Isolator 43 besteht aus einer Verbindung von Aluminiumoxid (Al203), so dass er mindestens das 1,5-fache der Ausgabespannung der Stromversorgungseinheit 10 aushalten kann. Eine ubermaßige Isolierungsstarke von mehr als dem 3,5-fachen der Ausgabespannung der Stromversorgungseinheit 10 ist nicht notwendig.
  • Die Zahl 1,5 erhält man wie folgt. Die Momentanspannung von Wechselstrom ist sinusförmig und ihr momentanes Maximum ist ungefähr das 2 − fache
    Figure DE000010245312B4_0001
    der mittleren Effektivspannung und die Große der Wechselstromspannung wird auf der Basis der mittleren Effektivspannung festgesetzt. Deshalb ist die Ausgabespannung der Stromversorgungseinheit 10 momentan etwas mehr als das 1,4-fache des mittleren Effektivwertes. Eine Schwankung beim Betrieb der Stromquelle 11 ist ebenfalls in dem Faktor 1,5 berücksichtigt.
  • Der keramische Isolator 43 hat einen kreisformigen Querschnitt um Funken zu verhindern und er ist innerhalb des Plasmareaktors 20 angeordnet.
  • Die isolierende keramische Verbindung von mehr als 90 % Aluminiumoxid ist dort eingesetzt, wo der Hochspannungsstecker 40 angeordnet ist. Der Hochspannungsstecker 40, der einen ähnliche Aufbau wie die Zündkerze eines Motors hat, ist nicht geerdet und übertragt folglich eine Hochspannung an das erste Leitungselement 261.
  • Unter Bezugnahme auf 4 weist das Gehause 30 wie vorgesehen auf: konische Rohre 311 und 312, die jeweils am vorderen und hinteren Ende des Plasmareaktors 20 angeordnet sind, um Abgase eines Motors aufzunehmen und auszustoßen; und Behälterteile 321 und 322, die jeweils an der oberen und unteren Seite des Plasmareaktors 20 angeordnet sind, um den Plasmareaktor 20 einzuschließen. Ein Verbindungsloch 325 zum Einsetzen des Hochspannungssteckers 40 ist in dem Behälterteil 321 ausgebildet. Dieses Gehause 30 besteht aus rostfreiem Stahl, der korrosionsfrei und von hoher Festigkeit ist.
  • Die Matte 50 besteht aus einer Verbindung mit mehr als 90 % Aluminiumoxid, so dass die Isolierung zwischen dem Plasmareaktor 20 und dem Gehäuse 30 verbessert wird. Die Dicke der Matte beträgt wegen einer besseren Anbringung des Plasmareaktors 20 in dem Gehäuse vorzugsweise 3 - 5 mm.
  • Die Dicke der Matte 50 wird auf einen Wert festgesetzt, der größer ist als zweimal der Abstand zwischen den Elektroden 24 und 25 im Plasmareaktor 20.
  • Außerdem sind eine Boden-Elektrode (nicht gezeigt) und ein keramischer Isolationsteller (nicht gezeigt) an den obersten und untersten Oberflächen des Plasmareaktors 20 derart angeordnet, dass eine Funkenbildung an dem Gehäuse 30 verhindert wird.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung wird im folgenden im Detail beschrieben.
  • Die Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung eines Fahrzeuges vermindert schädliches Material in einem aus einer Vielzahl von Zellen bestehenden Plasmareaktor 20 durch die Verwendung einer Koronaentladung.
  • Im Detail erhält die Stromversorgungseinheit 10 elektrischen Strom von der Stromquelle 11 und reguliert die Spannung zum Erzeugen einer Koronaentladung auf der Basis von Signalen die von der ECU 14 kommen, z. B. Drosselklappenstellung und Motordrehzahl (RPM).
  • Der Arbeitsgenerator 123 transformiert den erhaltenen elektrischen Strom in Abhängigkeit des Steuersignal des Steuergerätes 122 zu einem Strom mit einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 100 - 1000 Hz, und der Transformator 124 verstärkt die Spannung des elektrischen Stroms in Abhängigkeit des Steuersignal des Steuergerätes 122 auf einen Wert von 1 - 100 kV.
  • Die ECU 14 erzeugt und ubertragt ein Ausgabesignal, das auf einer Vielzahl von Fahrzeugparametern wie Motordrehzahl (RPM) und Drosselklappenstellung basiert, an das Steuergerät 122, und das Steuergerät 122 erzeugt und übertragt ein Frequenz- und-Spannungs-Steuer- und Regelsignal zum Arbeitsgenerator 123 und zum Transformator 124.
  • Der transformierte und verstarkte elektrische Strom wird zum Plasmareaktor 20 übertragen und bildet eine Koronaentladung zum Erzeugen einer Plasmareaktion. Das Hochspannungselektrokabel 13 wird verwendet, um die hohe Wechselstromspannung sicher an den Plasmareaktor 20 zu übertragen.
  • Die Leitungselemente 261 und 262 übersenden dauerhaft elektrischen Strom für die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 24 und 25 bestehen aus einem Netzaufbau oder sind derart porös, dass Plasmareaktion leichter erzeugt werden kann, da solche Arten von Elektroden die Auslösespannung der Koronaentladung verringern und die Koronaentladung verstarken.
  • Der Abstandhalter 23, der den Raum bildet, welcher ein Stromen des Abgases ermoglicht, verhindert Funken zwischen den Leitungselementen 261 und 262 und den Elektroden 24 und 25.
  • Wenn die Kontaktflӓchen der ersten und zweiten dielektrische Elemente 21 und 22 mit einem Oxydations-Katalysator beschichtet sind, wird CO (Kohlenstoff-Monoxid) weiter reduziert und wenn sie weiterhin mit einem de-NOx-Katalysator beschichtet sind, wird NOx weiter reduziert.
  • Die Rauhigkeit der Kontaktflächen der ersten und zweiten dielektrischen Elemente 21 und 22 ermoglicht eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des schädlichen Gases und folglich kann die Plasmareaktion leichter erzeugt werden.
  • Das Gehäuse 30 dient zum Schutz des Plasmareaktors 20 vor seiner Umgebung, und die keramische Matte 50 schützt das Plasma vor Erschütterungen und verhindert Funkenbildung zwischen dem Gehäuse 30 und dem Plasmareaktor 20.
  • Wie oben beschrieben reduziert die Emissions-Steuer- und Regelvorrichtung nach der bevorzugten Ausführungsform PM und schädliche Gase im Abgas, und deshalb kann sie in ein Auspuffsystem eines Fahrzeuges eingebaut werden, um die Emissions-Steuer- und Regeleffekte zu verbessern.
  • Zusätzlich wird nach den bevorzugten Ausführungsformen der Energieverbrauch reduziert und PM und schädliche Gase werden gleichzeitig durch die Verwendung der Koronaentladung reduziert.
  • Weiterhin wird eine Funkenbildung von der keramischen Matte verhindert, und die Haltbarkeit der Matte und des Plasmareaktors wird durch das Gehäuse verbessert.
  • Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform angesehen wird, ist verständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil auch verschiedene Modifikationen und gleichwertige Ausführungsformen umfassen soll, die innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims (22)

  1. Plasmareaktor mit einer Vielzahl von zusammengesetzten Plasmareaktorzellen, jeweils mit: einem ersten dielektrischen Element (21); einem zweiten dielektrischen Element (22), das dem ersten dielektrischen Element (21) gegenüberliegend angeordnet ist; einem Abstandhalter (23), der zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Element so angeordnet ist, dass ein Plasmabereich P dazwischen gebildet ist; ersten und zweiten Elektroden (24, 25), die jeweils an den ersten und zweiten dielektrischen Elementen (21, 22) zur Erzeugung einer Koronaentladung angeordnet sind; und mit ersten und zweiten Leitungselementen (261, 262), die jeweils zur Übertragung von elektrischer Spannung mit den ersten und zweiten Elektroden verbunden sind, wobei erste und zweite Verbindungslöcher (271, 272) in gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten dielektrischen Elemente und dem Abstandhalter (23) derart ausgebildet sind, dass die ersten und zweiten Leitungselemente (261, 262) jeweils in die ersten und zweiten Verbindungslöcher einsteckbar sind und wobei jede Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) zum Kontakt mit schädlichem Gas mit einer Zwischenschicht und wenigstens einem Oxydations-Katalysator und/oder einemde-NOx-Katalysator beschichtet sind.
  2. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei jede Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) zum Kontakt mit schädlichem Gas rau ausgebildet ist.
  3. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei der Abstandhalter (23) zwei- bis fünfmal so dick ist wie die ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22).
  4. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25) durch Beschichtung der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) mit Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung gebildet sind.
  5. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die erste und zweiten Elektroden (24, 25) Cu-Platten einer vorherbestimmten Dicke sind.
  6. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die erste und zweiten Elektroden (24, 25) jeweils von den zweiten und ersten Leitungselementen (261, 262) über eine Entfernung beabstandet angeordnet sind, die zwei- bis fünfmal der Entfernung zwischen den Elektroden entspricht.
  7. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25) eine Maschenform aufweisen oder porös sind.
  8. Plasmareaktor von nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Leitungselemente (261, 262) aus Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung bestehen.
  9. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die Leitungselemente (261, 262) aus einer aufgetragenen Leitung bestehen.
  10. Plasmareaktor nach Anspruch 1, wobei die Leitungselemente (261, 262) mit den ersten und zweiten dielektrischen Elementen (21, 22) verschraubt sind.
  11. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin bestehend aus einem sphärisch geformten Drahtgeflecht (281) und einer Feder (282), die in einem durch die ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) und den Abstandhalter (23) ausgebildeten Verbindungsraum (29) angeordnet sind.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen erster und zweiter dielektrischer Elemente (21, 22) einer ebenen Form und einer Vielzahl von Abstandhaltern (23); b) Anordnen eines ersten und zweiten dielektrischen Elements (21, 22) sowie eines Abstandhalters (23) derart, dass das zweite dielektrische Element (22) dem ersten dielektrischen Element (21) gegenüberliegt, der Abstandhalter (23) das erste dielektrische Element (21) vom zweiten dielektrischen Element (22) isoliert und ein Plasmabereich (P) für das Strömen schädlicher Gase gebildet wird; c) Bilden erster und zweiter Verbindungslöcher (271, 272) zur Aufnahme jeweils erster und zweiter elektrische Energie übertragender Leitungselemente (261, 262) an korrespondierenden Seiten der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) und in dem Abstandhalter (23) derart, dass die Verbindungslöcher durch die dielektrischen Elemente (21, 22) und den Abstandhalter (23) hindurchgehen; d) Bilden einer Elektrode (24, 25) an jedem der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22); e) Herstellen einer Plasmareaktorzelle durch Hineinstecken der ersten und zweiten Leitungselemente (261, 262) jeweils in die ersten und zweiten Verbindungslöcher (271, 272) derart, dass die Leitungselemente (261, 262) die zugehörigen Elektroden (24, 25) kontaktieren; f) Zusammensetzen einer Vielzahl von gemäß den Schritten a) bis e) hergestellten Plasmareaktorzellen; und g) Beschichten jeder Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21,22) zum Kontakt mit schädlichem Gas mit einer Zwischenschicht und wenigstens einem Oxydations-Katalysator und/oder einem de-NOx-Katalysator.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, weiterhin bestehend aus dem folgenden Schritt: Einspritzen von leitfähigem Material in die ersten und zweiten Verbindungslöcher (271, 272) derart, dass eine Spannung an die Elektroden (24, 25) einer Vielzahl von Plasmareaktorzellen anlegbar ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei jede Kontaktoberfläche der ersten und zweiten dielektrischen Elemente zum Kontakt mit schädlichem Gas rau ausgebildet wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei der Abstandhalter (23) zwei- bis fünfmal so dick wie die ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) ausgebildet wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25)durch Beschichtung der ersten und zweiten dielektrischen Elemente (21, 22) mit Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung gebildet werden.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25) als Cu-Platten einer vorherbestimmten Dicke hergestellt werden.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25) jeweils entfernt von den zweiten und ersten Leitungselementen (261, 262) über eine Entfernung angeordnet werden, die zwei- bis fünfmal der Entfernung zwischen den Elektroden (24, 25) entspricht.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Elektroden (24, 25) mit einer Maschenform oder porös ausgebildet werden.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Leitungselemente (261, 262) aus Ag, Cu oder einer Ag-Cu-Legierung hergestellt werden.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die Leitungselemente (261, 262) aus aufgetragenen Leitungen hergestellt werden.
  22. Verfahren zur Herstellung eines Plasmareaktors nach Anspruch 12, wobei die Leitungselemente (261, 262) mit den ersten und zweiten dielektrischen Elementen (21, 22) verschraubt werden.
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