DE60320090T2

DE60320090T2 - Reaktor zur plasmabehandlung eines gasstroms insbesondere von abgasen aus einem verbrennungsmotor eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60320090T2
Application number: DE60320090T
Authority: DE
Inventors: Sabine Calvo; Frederic Dionnet; Stephane Eymerie; Yvane Lendresse; Lionel Robin; Pierre Vervisch
Original assignee: Renault SA; Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Renault SA; PSA Automobiles SA
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: FR2836397A1; EP1478455A2; US20050106085A1; FR2836397B1; EP1478455B1; JP2005518492A; WO2003072239A2; ES2304506T3; DE60320090D1; WO2003072239A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor, bestimmt zur Behandlung eines Gasstroms durch Plasma, insbesondere zur Behandlung von Abgasen erzeugt von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Die Regelungen zu Kraftfahrzeugemissionen betreffen im Wesentlichen vier Schadstoffe und zwar HC (unverbrannte Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid), NO_x (Stickoxide) und Feststoffteilchen.
Bei einem Verbrennungsmotor, der mit Sauerstoffüberschuss arbeitet (Magermotor oder Dieselmotor), werden die HC- und CO-Emissionen durch einen Oxidationskatalysator verringert, der bei hohen Temperaturen arbeitet und mit dem sie so gut wie vollständig in Kohlendioxid (CO₂) umgewandelt werden können.
Die NO_x-Emissionen können in einem Katalysator, einem so genannten "No_x-Katalysator" eingefangen und angesammelt werden, der in regelmäßigen Abständen mit einer zeitweiligen Erhöhung des Gehalts des Brennstoffgemischs regeneriert werden muss.
Darüber hinaus erfolgt auch die Behandlung der Partikel, die vor allem von Dieselmotoren erzeugt werden, in einem Katalysator, der regeneriert werden muss. Die Regeneration erfolgt durch Oxidation der angesammelten (Ruß-)Partikel mit Hilfe des im Überschuss vorhandenen Sauerstoffs. Die Starttemperatur für die entsprechende Reaktion ist verhältnismäßig hoch (> 600°C), sodass eine Hilfsstrategie durch die Motorsteuerung (Bsp.: Nacheinspritzung, versetzte Einspritzung) erforderlich ist, um unabhängig von den Betriebsbedingungen eine Regeneration zu ermöglichen.
Eine alternative Lösung besteht darin, die Hilfsstrategie durch die Motorsteuerung mit der Zugabe von katalytischen Additiven in den Kraftstoff zu verbinden, um die Verbrennungstemperatur um etwa hundert Grad unter 600°C zu senken. Eine weitere alternative Lösung zu der vorhergehenden besteht in der Verwendung eines Partikelfilters, der mit einer katalytischen Phase imprägniert ist.
Diese herkömmlichen Verfahren zur Behandlung von Emissionen sind komplex und verursachen erhebliche Mehrkosten der Abgasanlage und ihre Leistung ist zudem je nach den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs veränderlich.
Um diesen Nachteilen abzuhelfen, ist es bereits bekannt, die Technologie der so genannten nichtthermischen Plasmen einzusetzen, die darin besteht, durch den Zusammenstoß zwischen Gasmolekülen und sehr energiereichen Elektronen, die durch eine elektrische Entladung erzeugt werden, ohne Erhöhung der Temperatur des gasförmigen Mediums metastabile Spezies, freie Radikale und sehr reaktionsfreudige Ionen zu bilden.
Die Entladung kann erreicht werden, indem zwischen Elektroden ein Potenzialunterschied von mehreren Kilovolt angelegt wird, womit je nach Anregungsmodus elektrische Impulse von unterschiedlicher Stärke erzeugt werden (beispielsweise von ungefähr hundert Mikroampere bis einigen hundert Ampere). Die Entladungen bewirken die Bildung einer großen Zahl von Molekülen und Spezies wie NO₂, Ozon (O₃), Radikalen, teilweise oxidierten Kohlenwasserstoffen, aktivierten festen kohlenstoffhaltigen Spezies wie Ruß usw. Diese Moleküle und Spezies, die reaktionsfreudiger sind als die unbehandelten Produkte, die in die Abgasanlage abgegeben wurden, können mit einer geeigneten Behandlung (Beispiel: Durchführung durch einen Katalysator) in umweltfreundliche Spezies umgewandelt werden.
Ein Reaktor, der auf der Grundlage dieser Technologie arbeitet, ist beispielsweise in dem Dokument WO 00/51714 beschrieben. In diesem Fall umfasst der Reaktor einen hohlen walzenförmigen Körper aus einem dielektrischen Material, in dem Durchgänge für die zu behandelnden Gase eingearbeitet sind. Diese Durchgänge sind in einem mittleren Bereich des dielektrischen Körpers vorgesehen, während die Elektroden jeweils an der Umfangsfläche und der Fläche einer inneren axialen Bohrung vorgesehen sind. Diese Anordnung weist im Wesentlichen den Nachteil auf, dass die Elektroden sehr weit voneinander entfernt sind, sodass die anzulegende Spannung sehr hoch sein muss. Da der Raum zwischen den Elektroden ungleichmäßig von keramischem Material und von Kanälen, durch die die behandelten Gase strömen, eingenommen wird, kann zudem die anregende Wirkung des elektrischen Felds ebenfalls nicht einheitlich sein.
Eine Lösung, mit der dieser Nachteil beseitigt werden kann, ist in dem weiteren Dokument WO 00/49278 beschrieben. In diesem Fall umfasst der Reaktor eine walzenförmige Hülle, in der in Achsrichtung die zu behandelnden Gase durch ein Netz aus übereinander liegenden Betten von Drahtelektroden, die abwechselnd positiv und negativ sind, strömen können, wobei die Hochspannung jeweils an den Elektrodenbetten angelegt wird, um zwischen ihnen entsprechende elektrische Felder zu erzeugen.
Jede Elektrode wird durch eine Reihe von in Achsrichtung ausgerichteten, walzenförmigen Pinnen geführt, wobei benachbarte Pinne in derselben radialen Ebene mit einem Stützgitter, das in der Hülle befestigt ist, verstrebt sind.
Zwar bringt diese Anordnung eine größere Gleichmäßigkeit des elektrischen Felds mit sich und Elektroden entgegengesetzter Polarität liegen näher beieinander, mit der unmittelbaren Folge, dass die Spannung verringert werden kann, jedoch ist sie äußerst komplex und empfindlich, sodass sie erhebliche Mehrkosten bei der Montage verursacht und die Gefahr der Verschlechterung während des Gebrauchs birgt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor des genannten allgemeinen Typs bereitzustellen, der jedoch frei ist von den Nachteilen des Stands der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es folglich, ein Reaktor bereitzustellen, bestimmt zur Behandlung eines Gasstroms durch Plasma, insbesondere zur Behandlung von Abgasen erzeugt von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Reaktorkörper von im Allgemeinen länglicher Form, realisiert aus einem dielektrischen Material und durchlaufen von einer Mehrzahl von parallelen Kanälen, die sich longitudinal in dem Körper erstrecken, Eintrittsmittel und Austrittsmittel zum Leiten des zu behandelnden Gasstroms durch den Körper, und Elektroden, bestimmt zum Erzeugen von Corona-Entladungen in dem Körper, um dort die Behandlung des Gasstroms zu stimulieren, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elektroden in einem Kanal angeordnet ist, der Teil der Mehrzahl von Kanälen ist, und sich über zumindest einen Teil der Länge des zugehörigen Kanals erstreckt.
Dank dieser Merkmale wird ein Reaktor erhalten, der einen robusten und kompakten Aufbau aufweist, in dem ein homogenes elektrisches Feld erzeugt werden kann, das eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Entladungen begünstigt und eine homogene Behandlung der zu behandelnden Gase ermöglicht. Zudem ermöglicht die Erfindung ohne größere Änderungen die Verwendung der Monolithkonstruktionen, die herkömmlicherweise bei der Technologie der Abgasbehandlung verwendet werden.
Gemäß weiterer vorteilhafter Besonderheiten der Erfindung:

– sind die Kanäle in dem Reaktorkörper nebeneinander gemäß überlagerten longitudinalen Ebenen angeordnet, wobei die Elektroden in mindestens zwei parallelen Elektrodenbetten angeordnet sind, von denen eines Elektroden umfasst, bestimmt zum Anschließen an einen der Pole einer Hochspannungsquelle, und von denen das andere Elektroden umfasst, bestimmt um angeordnet zu werden für ein Anschließen an den anderen Pol der Hochspannungsquelle, wobei die Elektrodenbetten voneinander um einen vorbestimmten Abstand entfernt sind;
– sind die Enden der Elektroden eines selben Elektrodenbetts, die auf einer selben Vorderseite des Reaktorkörpers angeordnet sind, gemeinsam mit einem elektrisch leitfähigen und an dem entsprechenden Pol der Hochspannungsquelle angeschlossenen Balken verbunden;
– ist der Verbindungsbalken in einer in eine Endfläche des Reaktorkörpers eingearbeiteten Nut angeordnet;
– ist die den Verbindungsbalken aufnehmende Nut durch ein dielektrisches Material verschlossen;
– ist das dem Verbindungsbalken gegenüberliegende Ende jeder Elektrode in ein dielektrisches Material eingebettet, welches den diese Elektrode aufnehmenden Kanal an dem zugehörigen Ende verschließt;
– sind mindestens drei Elektrodenbetten vorgesehen und das oder die mit einem der Pole der Hochspannungsquelle verbundene(n) Elektrodenbett(en) ist/sind zwischen zwei Elektrodenbetten angeordnet, die mit dem anderen Pol der Hochspannungsquelle verbunden sind;
– sind die Elektroden von zwei nebeneinander überlagerten Elektrodenbetten in Kanälen angeordnet, die in zu diesen Elektrodenbetten senkrechten Ebenen ausgerichtet sind;
– sind die Elektroden von zwei nebeneinander überlagerten Elektrodenbetten in jeweilige Kanäle eingesetzt, die zueinander versetzt angeordnet sind;
– sind die Elektroden durch Stangen gebildet, vorzugsweise von im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt;
– sind die Stangen zumindest einiger der Elektroden mit Unebenheiten oder Reliefs versehen;
– erstrecken sich die Unebenheiten oder die Reliefs der Elektroden gemäß einem schraubenförmigen Profil entlang der Länge dieser;
– ist der Reaktorkörper aus Keramik, wie Cordierit, realisiert.

Aufgabe der Erfindung ist ebenfalls ein Partikelfilter, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Reaktor wie den zuvor definierten umfasst und wobei die Kanäle des Reaktorkörpers ohne die Elektroden alternativ auf der einen oder auf der anderen Seite des Körpers verschlossen sind.
Bei diesem Partikelfilter können in zwei parallelen benachbarten Ebenen in dem Reaktorkörper angeordnete Kanäle jeweils auf der einen oder auf der anderen Seite des Körpers verschlossen sein. Es ist jedoch auch möglich, vorzusehen, dass in einer selben Ebene des Reaktorkörpers angeordnete benachbarte Kanäle alternativ auf der einen und auf der anderen Seite des Körpers verschlossen sind. Darüber hinaus können die Wände der Kanäle mit einem katalytischen Material beschichtet sein.
Aufgabe der Erfindung ist auch ein Katalysator, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Reaktor wie den zuvor definierten umfasst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanäle des Reaktorkörpers ohne die Elektroden auf beiden Seiten des Reaktorkörpers offen sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung deutlich, die lediglich als Beispiel dient und auf die angehängten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
1 eine allgemeine perspektivische Außenansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors mit einem herausgelösten Teilstück ist;
2 eine Längsschnittdarstellung und Teilansicht eines erfindungsgemäßen Reaktorkörpers ist, der sich in der Hülle des Reaktors befindet, der in 1 dargestellt ist, wobei letzterer insbesondere einen Partikelfilter mit Regeneration darstellt;
2a eine perspektivische Darstellung eines Details einer Elektrode des Reaktors in vergrößertem Maßstab ist;
3 eine Längsschnittdarstellung und Teilansicht des Reaktorkörpers von 2 ist, wobei der Schnitt in einer Ebene der Elektroden von 90° zu der Ansicht von 2 erfolgt ist;
4 eine Schnittdarstellung eines Reaktorkörpers analog zu der von 3 ist, der insbesondere für die Verwendung als Katalysator bestimmt ist;
5 eine perspektivische Teilansicht eines Endes eines erfindungsgemäßen Reaktorkörpers ist, um ein Beispiel für die Anordnung und Form der Kanäle zu zeigen;
die 6 und 7 weitere mögliche Anordnungen der Elektroden in einem Reaktorkörper zeigen, der insbesondere für die Verwendung als Partikelfilter mit Regeneration bestimmt ist;
die 8 und 9 zwei mögliche Beispiele für das Verschließen der Kanäle des Reaktorkörpers zeigen, und
10 ein Beispiel für die Form eines Spannungsimpulses ist, der zwischen den Elektrodenbetten entgegengesetzter Polarität angelegt werden kann.
1 zeigt eine perspektivische Außenansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors, der entweder als Partikelfilter mit Regeneration oder als Katalysator dienen kann. Es ist bei diesem Reaktor eine Hülle 1 dargestellt, die hier walzenförmig und vorzugsweise aus einem Blech aus rostfreiem oder nicht rostfreiem Stahl gefertigt ist, das beispielsweise entlang einer Quetschverbindung 2 an zwei Kanten verbunden ist. Diese Hülle ist innen mit einer Beschichtung 3 versehen, die aus einem Isolierstoff wie beispielsweise Dämmwolle vom Typ INTERAM besteht. Die Hülle 1 ist an beiden Enden mit den Flanschen 4 und 5 verschlossen, die mit den entsprechenden Anschlüssen 6 und 7 für die Einbindung des Reaktors in eine Abgasanlage (nicht dargestellt) versehen sind. Es ist anzumerken, dass das Beispiel von 1 einen Reaktor mit einer im Allgemeinen walzenförmigen Form zeigt, die die Erfindung nicht einschränkt, da weitere allgemeine Formen denkbar sind, die den üblichen Formen für Reaktoren in der Automobilindustrie ähneln.
Es wird nun Bezug auf die 2, 3 und 5 genommen, die eine der möglichen bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Reaktorkörpers 8 zeigen, der dafür bestimmt ist, in der Hülle 1 des Reaktors innerhalb von der Beschichtung 3 platziert zu werden, die dann gleichzeitig für seine Dichtheit, Wärmeisolation und den Schutz vor den Vibrationen der Abgasanlage sorgt. Es handelt sich bei den 2 und 3 um Teilansichten in Längsschnittebenen, die um 90° zueinander versetzt sind. Mit dem so angeordneten Reaktorkörper 8 kann ein Partikelfilter mit Regeneration entworfen werden, wie nachfolgend ausführlicher erläutert ist.
Der Reaktorkörper 8 besteht aus einer Monolithkonstruktion 9 von im Allgemeinen länglicher Form, in der eine Mehrzahl von Kanälen 10 eingearbeitet ist, die sich alle parallel in der Längsrichtung des Körpers 8 erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen diese Kanäle 10 im Querschnitt der Konstruktion betrachtet ein Wabengitter auf, wobei der Querschnitt jedes Kanals 10 viereckig ist (siehe 5). Dieses Beispiel ist nicht einschränkend und es sind weitere Anordnungen der Kanäle zueinander und weitere Querschnitte der Kanäle denkbar, beispielsweise sechseckig.
Die Monolithkonstruktion 9 ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine sehr geringe dielektrische Leitfähigkeit aufweist und mit dem bei hohen Temperaturen gearbeitet werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass ein keramischer Werkstoff, üblicherweise Cordierit, für diesen Zweck gut geeignet ist. Die Konstruktion 9 kann mit jedem Verfahren hergestellt werden, das in der Katalysator- und/oder Partikelfiltertechnologie bekannt ist. Die Wände der Kanäle 10 können gegebenenfalls mit einem katalytischen Material beschichtet sein.
Es handelt sich bei der Ausführungsform der 2 und 3 um einen Reaktorkörper 8 für einen Partikelfilter und die Kanäle 10 umfassen Verschlüsse 11a und 11b, die sich jeweils an den Enden des Reaktorkörpers befinden, wobei es sich versteht, dass ein bestimmter Kanal, beispielsweise der Kanal 10a (3), einen Verschluss 11a auf der Eintrittsseite (in den 2 und 3 links) des Reaktorkörpers 8 umfasst, während die benachbarten Kanäle von Kanal 10a, beispielsweise die Kanäle 10b, einen Verschluss 11b umfassen, der sich auf der Austrittsseite des Reaktorkörpers befindet (in den 2 und 3 rechts). Auf diese Weise werden die zu behandelnden Gase auf ihrem Weg vom Eingang zum Ausgang des Reaktorkörpers 8 dazu gezwungen, die Wände zu durchqueren, die die Kanäle voneinander trennen, damit die Partikel, die sie enthalten, festgehalten und durch Regeneration beseitigt werden können.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung umfasst der Reaktor eine Mehrzahl von Elektrodenbetten 12 beziehungsweise 13, wobei drei dieser Elektrodenbetten in 3 dargestellt sind.
Jedes Elektrodenbett 12 und 13 besteht aus einer Mehrzahl von Elektroden 14, die in den Kanälen 10 des Trägers 8 parallel zueinander angeordnet sind, wobei jede Elektrode aus einer Stange aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Durchmesser einer Elektrode vorzugsweise etwas geringer als die Seitenlänge des Querschnitts eines Kanals 10 der Konstruktion 9 gewählt, um die Wärmeausdehnung der Elektrode zu ermöglichen.
Die Elektroden 14 eines Elektrodenbetts 12 oder 13 sind über einen quer liegenden Verbindungsbalken 15 beziehungsweise 16, der sich an einem ihrer Enden befindet, elektrisch leitend miteinander verbunden. Jeder Verbindungsbalken 15 oder 16 kann einfach mit den jeweiligen Elektroden 12 oder 13 in Kontakt gebracht oder gegebenenfalls daran angeschweißt oder angelötet werden. Die quer liegenden Balken 15 und 16 befinden sich ihrerseits in elektrischem Kontakt mit den entsprechenden Kontaktstäben 17 beziehungsweise 18, die seitlich zum Reaktorkörper 8 liegen und über die, mithilfe geeigneter elektrischer Leiter, die in den Zeichnungen nicht dargestellt wurden, die Elektrodenbetten 12 und 13 mit dem positiven Pol 19 beziehungsweise dem negativen Pol 20 einer Hochspannungsquelle 21 verbunden sind.
Auf diese Weise bilden die Elektrodenbetten 12 bei dem dargestellten Beispiel die Anodenebenen des Reaktors, während die Elektrodenbetten 13 die Kathodenebenen bilden. Es ist zu erkennen, dass in 3 nur drei Elektrodenebenen dargestellt sind. Es versteht sich jedoch, dass diese Anzahl nicht einschränkend ist und ein Reaktorkörper 8 eine Mehrzahl von Elektrodenbetten umfassen kann, wobei es sich versteht, dass eine Kathodenebene immer zwischen zwei Anodenebenen liegt oder umgekehrt. Es ist ebenfalls denkbar, nur eine einzige Anodenebene vorzusehen, die mit einer einzigen Kathodenebene zusammenwirkt. Allgemein ausgedrückt, wird die Anzahl von Elektrodenebenen nach mehreren Kriterien ausgewählt, beispielsweise dem Wert der Hochspannung, dem Abstand, der zwischen zwei Elektrodenebenen entgegengesetzter Polarität bereitgestellt werden kann, wobei dieser Abstand selbst durch das Volumen des Reaktorkörpers bestimmt wird, usw.
Die quer liegenden Verbindungsbalken 15 und 16 liegen in den stirnseitigen Nuten 22, die in die Endflächen der Konstruktion 9 eingearbeitet sind. Nach dem Einsetzen jedes Elektrodenbetts werden diese Nuten 22 mit einem Pfropfen 23 aus einer keramischen Masse gefüllt, wie auch an ihrem entgegengesetzten Ende die Kanäle 10, die eine Elektrode aufnehmen, mit Pfropfen 24 ebenfalls aus einer keramischen Masse gefüllt werden. Es wird so in der zugehörigen Umgebung das Auftreten von störenden Entladungen vermieden, die auf die Spitzenwirkung zurückzuführen sind.
Die Elektroden 14 der Anoden- und/oder Kathodenbetten 12, 13 sind vorzugsweise, wie in der Detailansicht von 2a dargestellt ist, mit spiralförmigen Unebenheiten oder Reliefs 25 versehen, die ihre gesamte Länge entlang verlaufen. Bei dem dargestellten Beispiel sind zwei dieser spiralförmigen Unebenheiten um 180° zueinander versetzt, wenn der Querschnitt der Elektrode 14 betrachtet wird. Diese Unebenheiten sind dafür bestimmt, die Spitzenwirkung in den Bereichen des Reaktorkörpers 8 zu begünstigen, in denen die Gasbehandlung durchgeführt wird, das heißt dort, wo die Corona-Entladungen stattfinden sollen.
Das Material, aus dem die Verschlüsse 11a und 11b sowie die Pfropfen 23 und 24 hergestellt sind, weist vorzugsweise eine geringe dielektrische Leitfähigkeit auf. Vorteilhafterweise ist dieses Material dasselbe wie das der Konstruktion 9, wodurch Probleme bei der Wärmeausdehnung verhindert werden.
Die Hochspannungsquelle 21 kann ausgestaltet sein, um eine Gleichspannung zu liefern, die ständig zwischen den Anoden- und Kathodenbetten 12 und 13 angelegt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Gasbehandlung begünstigt werden kann und die übertragene Energie erhöht werden kann, wenn die Hochspannung der Quelle 21 impulsartig ist, wobei die Impulse vorzugsweise eine steile Vorderflanke aufweisen. Es kann beispielsweise ein Impuls verwendet werden, dessen Steigung zum Beispiel einige kV/Nanosekunde betragen kann. ist in 10 dargestellt. Im Vergleich zu einer kontinuierlich angelegten Spannung kann mit einem Impulsgenerator die Energie, die in den Reaktor eingebracht wird, optimiert werden, indem Spitzenspannungen ermöglicht werden, die höher sind als die der Konstruktion 9 eigenen Durchschlaggleichspannung. Der Impulsgenerator liefert üblicherweise eine Mindestspannung von 10 bis 40 kV, eine Impulsvorderflanke von unter 10 ns, eine möglichst geringe Impulsbreite (unter einigen Hundert ns) und eine Folgefrequenz von 1 Hz bis 1 kHz, wobei alle diese Werte lediglich beispielhaft sind. Die Leistung der Quelle 21 wird nach der Anzahl der Entladungen, die zwischen den Elektrodenbetten 12 und 13 zu erzeugen sind, der Anzahl der in jedem Bett vorgesehenen Elektroden, dem Abstand zwischen den Elektrodenbetten 12 und 13, den Eigenschaften des Nichtleiters, aus dem die Konstruktion 9 besteht, und nach der Dielektrizitätskonstante des gasförmigen Mediums gewählt, das in dem Filter strömt.
4 zeigt in einer Ansicht analog zu der von 3 ein Beispiel für einen Reaktor, der als Katalysator dient. In diesem Fall sind die Kanäle ohne die Elektrodenbetten 12 und 13 von einem Ende zum anderen des Reaktorkörpers 8 offen, sodass die zu behandelnden Gase ungehindert den gesamten Reaktor durchströmen. Dafür sind die Kanäle, die mit Elektroden ausgestattet sind, an jedem Ende verschlossen, wie dies in Bezug auf die Ausführungsform der 2, 3 und 5 beschrieben wurde.
Bei den Ausführungsformen der 2, 3 und 5 einerseits und von 4 andererseits wird angenommen, dass in jedem Elektrodenbett 12 und 13 Elektroden in allen benachbarten Kanälen 10, die sich in derselben Ebene der Monolithkonstruktion 9 befinden, vorgesehen sind. Durch diese Anordnung kann eine maximale Dichte von Corona-Entladungen im Reaktorkörper 8 erreicht werden, jedoch benötigt sie eine hohe elektrische Leistung.
Die Abwandlung der Erfindung, die in 6 dargestellt ist, besteht in der Verringerung der Elektrodenanzahl je Elektrodenbett, indem nur jedes zweite Mal eine Elektrode in den benachbarten Kanälen vorgesehen ist, die zum Aufnehmen der Anoden- 12 beziehungsweise Kathodenbetten 13 bestimmt sind. Unter diesen Bedingungen ist die Dichte der Corona-Entladungen natürlich geringer, jedoch kann dies in einigen Fällen ausreichend sein, um eine zufriedenstellende Behandlung der Gase sicherzustellen, die den Reaktor durchströmen. Die punktierte Linie LB in der Figur versinnbildlicht eine Entladung.
Bei der Abwandlung von 7 kann die Dichte der Corona-Entladungen im Vergleich zu der erhöht werden, die bei der Anordnung von 6 erreicht werden kann, indem in zwei benachbarten Elektrodenbetten, dem Anodenbett 12 beziehungsweise dem Kathodenbett 13, die Elektroden in jedem zweiten Kanal vorgesehen sind, während die Elektroden in den beiden Betten versetzt angeordnet sind. Bei dieser Anordnung können Corona-Entladungen auf zwei bevorzugten Wegen, zum Beispiel zwischen zwei Elektroden von Bett 12 und einer einzelnen Elektrode von Bett 13, entstehen. Corona-Entladungen dieser Art sind mit den punktierten Linien LB1 und LB2 versinnbildlicht.
In den 6 bis 9 ist zu erkennen, dass bei einem Reaktor, der als Partikelfilter verwendet wird, zwei Möglichkeiten vorhanden sind, wie die Kanäle an einem ihrer Enden verschlossen werden können. In den 6, 7 und 8 wird angenommen, dass die Kanäle, die sich in derselben Ebene des Reaktorkörpers 8 befinden, mit den Verschlüssen 11a und 11b verschlossen sind, die sich abwechselnd auf einer Seite des Körpers und auf der anderen Seite befinden (dies ist ebenfalls so bei der Ausführungsform der 2 und 3.
Dafür sind bei der Abwandlung von 9 die Kanäle 10 in derselben Ebene P1 des Reaktorkörpers 8 alle auf derselben Seite des Körpers verschlossen, während die, die in einer benachbarten Ebene P2 liegen, auf der gegenüberliegenden Seite verschlossen sind.

Claims

Reaktor, bestimmt zur Behandlung eines Gasstroms durch Plasma, insbesondere zur Behandlung von Abgasen erzeugt von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Reaktorkörper (8) von im Allgemeinen länglicher Form, realisiert aus einem dielektrischen Material und durchlaufen von einer Mehrzahl von parallelen Kanälen (10), die sich longitudinal in dem Körper erstrecken, Eintrittsmittel und Austrittsmittel (6, 7) zum Leiten des zu behandelnden Gasstroms durch den Körper (8), und Elektroden (14), bestimmt zum Erzeugen von Corona-Entladungen in dem Körper, um dort die Behandlung des Gasstroms zu stimulieren, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elektroden (14) in einem Kanal (10) angeordnet ist, der Teil der Mehrzahl von Kanälen (10) ist, und sich über zumindest einen Teil der Länge des zugehörigen Kanals erstreckt, wobei die Kanäle in dem Reaktorkörper (8) nebeneinander gemäß überlagerten longitudinalen Ebenen angeordnet sind, wobei die Elektroden (14) in mindestens zwei parallelen Elektrodenbetten (12, 13) angeordnet sind, von denen eines Elektroden umfasst, bestimmt zum Anschließen an einen der Pole einer Hochspannungsquelle (21), und von denen das andere Elektroden umfasst, bestimmt um angeordnet zu werden für ein Anschließen an den anderen Pol der Hochspannungsquelle (21), und wobei die Elektrodenbetten (12, 13) voneinander um einen vorbestimmten Abstand entfernt sind.
Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Elektroden (14) eines selben Elektrodenbetts (12, 13), und die auf einer selben Vorderseite des Reaktorkörpers (8) angeordnet sind, gemeinsam mit einem elektrisch leitfähigen und an dem entsprechenden Pol der Hochspannungsquelle (21) angeschlossenen Balken (15, 16) verbunden sind.
Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbalken (15, 16) in einer in eine Endfläche des Reaktorkörpers (8) eingearbeiteten Nut (22) angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbindungsbalken (15, 16) aufnehmende Nut (22) durch ein dielektrisches Material (23) verschlossen ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Verbindungsbalken (15, 16) gegenüberliegende Ende jeder Elektrode (14) in ein dielektrisches Material (14) eingebettet ist, welches den diese Elektrode aufnehmenden Kanal (10) an dem zugehörigen Ende verschließt.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens drei Elektrodenbetten (12, 13) umfasst, und wobei das oder die mit einem der Pole der Hochspannungsquelle (21) verbundene(n) Elektrodenbett(en) zwischen zwei Elektrodenbetten angeordnet ist/sind, die mit dem anderen Pol der Hochspannungsquelle (21) verbunden sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (14) von zwei nebeneinander überlagerten Elektrodenbetten (12, 13) in Kanälen (10) angeordnet sind, die in zu den Elektrodenbetten senkrechten Ebenen ausgerichtet sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elektroden (14) von zwei nebeneinander überlagerten Elektrodenbetten (12, 13) in jeweilige Kanäle eingesetzt sind, die zueinander versetzt angeordnet sind.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (14) durch Stangen gebildet sind, vorzugsweise von im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt.
Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen zumindest einiger der Elektroden (14) mit Unebenheiten oder Reliefs (25) versehen sind.
Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unebenheiten (25) oder die Reliefs der Elektroden (14) sich gemäß einem schraubenförmigen Profil entlang der Länge dieser erstrecken.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorkörper (8) aus Keramik, wie Cordierit, realisiert ist.
Partikelfilter, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, und wobei die Kanäle (10) des Reaktorkörpers (8) ohne die Elektroden (14) alternativ auf der einen oder auf der anderen Seite des Körpers verschlossen (11a, 11b) sind.
Partikelfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei parallelen benachbarten Ebenen (P1, P2) in dem Reaktorkörper (8) angeordnete Kanäle jeweils auf der einen oder auf der anderen Seite des Körpers verschlossen (11a, 11b) sind.
Partikelfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer selben Ebene des Reaktorkörpers (8) angeordnete benachbarte Kanäle (10) alternativ auf der einen und auf der anderen Seite des Körpers verschlossen (11a, 11b) sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Kanäle mit einem katalytischen Material beschichtet sind.
Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) des Reaktorkörpers ohne die Elektroden auf beiden Seiten des Reaktorkörpers (8) offen sind.