DE19525749A1 - Exhaust gas purifier comprising cylindrical reactor with periodic central and peripheral electrode structures - exposes gases to fluctuating and alternating field strength between dielectrically-impeded electrodes formed as repeating sharp edged discs and rings - Google Patents

Exhaust gas purifier comprising cylindrical reactor with periodic central and peripheral electrode structures - exposes gases to fluctuating and alternating field strength between dielectrically-impeded electrodes formed as repeating sharp edged discs and rings

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Abstract

The appts. promotes chemical decomposition and/or destruction of waste, esp. exhaust gases from internal combustion engines, or other fossil fuel-driven machinery. The gases pass through a reactor with a dielectrically-impeded discharge path. The electrode structure comprises a dielectric-coated electrode with second, opposing electrode, between which, at discharge gaps of set spacing, a high potential is applied at set frequency, to excite the discharge. The reactor volume is divided into alternating zones, with- and without discharge. The reactor (10) establishes repeated excess field at the discharge zones, along the direction of gas flow.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur plasma­ chemischen Zersetzung und/oder Vernichtung von Schadstoffen, insbesondere zur Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren oder anderer mit fossilem Treibstoff betriebenen Maschinen, bei der die Schadstoffe im Abgasstrom eine mit dielektrisch be­ hinderten ("stillen") Entladungen beaufschlagte Strecke in einem Reaktor mit vorgegebenem Reaktorvolumen durchlaufen, mit einer Elektrodenanordnung aus wenigstens einer ersten dielektrisch beschichteten Elektrode und einer zweiten Elek­ trode als Gegenelektrode, zwischen denen bei vorgegebenem Ab­ stand ("Schlagweite") eine Hochspannung vorgebbarer Frequenz zur Aktivierung von Entladungen anlegbar ist.The invention relates to a device for plasma chemical decomposition and / or destruction of pollutants, especially for exhaust gas cleaning of internal combustion engines or other fossil fuel powered machines one of the pollutants in the exhaust gas flow with dielectric prevented ("silent") discharges on the route pass through a reactor with a predetermined reactor volume, with an electrode arrangement from at least a first dielectric coated electrode and a second elec trode as counter electrode, between which at a given Ab stood ("striking distance") a high voltage predeterminable frequency can be applied to activate discharges.

Die direkte Abgasnachbehandlung in dielektrisch behinderten Gasentladungen, die auch als Barriereentladungen bezeichnet werden, ist ein vielversprechender Weg zum Bau von Schad­ stoffminderungselementen, welche eine Verminderung der Emis­ sion gesundheitsschädlicher Abgase erlauben. Dabei können die Abgase sowohl von stationären Anlagen, wie beispielsweise Kraftwerken, als auch von mobil betriebenen Verbrennungs­ kraftmaschinen, beispielsweise Ottomotoren, Dieselmotoren, Zweitaktmotoren, emittiert werden. Ein solches Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung ist aus der DE-A-42 31 581 vorbe­ kannt.Direct exhaust aftertreatment in dielectrically handicapped Gas discharges, also known as barrier discharges is a promising way to build harm reducing elements which reduce the emissions allow sion of harmful emissions. The Exhaust gases from both stationary plants, such as Power plants, as well as mobile combustion engines, for example gasoline engines, diesel engines, Two-stroke engines are emitted. Such a process and an associated device is from DE-A-42 31 581 knows.

Der Betrieb eines Abgasminderungselementes im Abgasstrang eines mobilen Fahrzeuges erfordert zusätzliche Leistung, wel­ che von der Kraftmaschine aufgebracht werden muß. Die zusätz­ lich benötigte Leistung führt zu einem zusätzlichen Kraft­ stoffverbrauch. Operation of an exhaust gas reduction element in the exhaust line a mobile vehicle requires additional power, wel che must be applied by the engine. The additional The required power leads to an additional power fabric consumption.  

Beim mobilen Einsatz bieten speziell Dieselmotoren gegenüber Ottomotoren den Vorteil eines um 10 bis 15% geringeren Kraftstoffverbrauches pro abgegebener mechanischer Kilowatt­ stunde. Allerdings erlauben Dieselmotoren nicht den Einsatz geregelter Dreiwegekatalysatoren wie beim Ottomotor, wodurch sie einen gegenüber Ottomotoren mit Katalysator deutlich höheren Ausstoß an NOX haben. Die Nachbehandlung dieses NOX- Anteils muß daher beim Dieselmotor energetisch so effizient vorgenommen werden, daß der Vorteil im Kraftstoffverbrauch möglichst wenig geschmälert wird. Dies bedeutet, daß bei Ver­ wendung von Abgasminderungselementen nach dem Prinzip der Barriereentladung der Wirkungsgrad deutlich verbessert werden muß, wozu die verfahrenstechnischen Parameter einerseits und die apparativen Parameter andererseits veränderbar sein müs­ sen.For mobile use, diesel engines in particular offer the advantage of a 10 to 15% lower fuel consumption per mechanical kilowatt hour delivered than petrol engines. However, diesel engines do not allow the use of regulated three-way catalytic converters as in gasoline engines, which means that they have significantly higher NO X emissions than gasoline engines with catalytic converters. The aftertreatment of this NOX portion must therefore be carried out so efficiently in terms of energy in the diesel engine that the advantage in fuel consumption is reduced as little as possible. This means that when using exhaust gas reduction elements according to the principle of barrier discharge, the efficiency must be significantly improved, for which purpose the process parameters on the one hand and the apparatus parameters on the other hand must be changeable.

Aus der DE-A-43 17 964 ist weiterhin eine Einrichtung zur plasmachemischen Bearbeitung von Schadstoffen bekannt, bei der bei Durchlaufen eines Schadstoffstromes durch die Bar­ riereentladung das Produkt p·d an die Aktivierungsenergie der gewünschten chemischen Reaktionen anpaßbar ist und räumlich und/oder zeitlich unterschiedliche Werte annimmt, wobei p der Gasdruck im Reaktorvolumen und d die sogenannte Schlagweite ist. Konkret bedeutet dies für eine diesbezügliche Vorrich­ tung, daß die Elektroden und/oder der dielektrische Körper ein Entladungsgefäß mit lokalen unterschiedlichen Schlagwei­ ten bilden.From DE-A-43 17 964 is a device for known plasma chemical processing of pollutants when a pollutant flow passes through the bar discharge the product p · d to the activation energy of the desired chemical reactions is adaptable and spatially and / or assumes different values over time, p being the Gas pressure in the reactor volume and d the so-called stroke distance is. Specifically, this means for a related person tion that the electrodes and / or the dielectric body a discharge vessel with local different headers form.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Maßnahmen für die Praxis vorzuschlagen, mit denen der Energieeinsatz, insbeson­ dere für die Zersetzung eines NO-Moleküls, deutlich reduziert werden kann.In contrast, the object of the invention is to take measures for the Propose practice with which the use of energy, in particular for the decomposition of an NO molecule, significantly reduced can be.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Be­ treiben der Entladung in einer räumlichen Struktur das ge­ samte Reaktorvolumen sich wiederholend in Entladungszonen einerseits und in entladungsfreie Zonen andererseits unter­ teilt ist, wozu der Reaktor Mittel zur sich in Flußrichtung des Abgasstromes wiederholenden Feldüberhöhung im Bereich der Entladungszonen aufweist.The object is achieved in that for loading drive the discharge in a spatial structure The entire reactor volume is repeated in discharge zones  on the one hand and in discharge-free zones on the other divides is what the reactor means to flow in repetitive field increase in the area of the exhaust gas flow Has discharge zones.

Vorzugsweise sind die Mittel zur sich wiederholenden Feld­ überhöhung eine periodische Elektrodenstruktur in Längsrich­ tung des Reaktors. Die Mittel zur sich wiederholenden Feld­ überhöhung können zusätzliche periodische Elemente in Längs­ richtung des Reaktors aufweisen. Es ist auch möglich, die Mittel zur sich wiederholenden Feldüberhöhung durch periodi­ sche dielektrische Strukturen in Längsrichtung des Reaktors auszubilden. Letztere Maßnahmen können einzeln oder in Kombi­ nation realisiert werden. Immer beträgt aber der Abstand der Strukturen und/oder Elemente wenigstens das Zweifache der ge­ ringsten Schlagweite im Reaktor.Preferably the means are for repetitive field increase a periodic electrode structure in the longitudinal direction tion of the reactor. The means of repetitive field can add additional periodic elements in length have direction of the reactor. It is also possible that Means for repetitive field elevation by periodi dielectric structures in the longitudinal direction of the reactor to train. The latter measures can be taken individually or in combination nation can be realized. But the distance is always the Structures and / or elements at least twice the ge shortest stroke distance in the reactor.

Die Erfindung geht von der Erfahrung aus, daß Feldstärkeer­ höhungen für eine effiziente Schadstoffzersetzung förderlich sind. Sie beruht auf der Überlegung, daß die Geometrie der felderzeugenden Strukturen für stille Entladungen zu Abgas­ entladungen so ausgelegt sein muß, daß die Feldstärkeerhöhun­ gen hinreichend groß sind und entlang der Strömung des zu be­ handelnden Gases hinreichend stark variiert. Dabei ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, chemisch wirksame Materia­ lien so in den Entladungsreaktor einzubringen, daß sie eine möglichst große Oberfläche für plasmaaktivierte, gegebenen­ falls katalytische Reaktionen bereitstellen, dabei aber die Feldstärkeerhöhung an den Elektrodenstrukturen und deren lokale Variation nicht beeinträchtigen.The invention is based on the experience that field intensifiers increases are conducive to efficient decomposition of pollutants are. It is based on the consideration that the geometry of the field-generating structures for silent discharges to exhaust gas discharges must be designed so that the field strength increases genes are sufficiently large and along the flow of the be acting gas varied sufficiently. Here results there is also the possibility of chemically active materia lien in the discharge reactor so that they have a The largest possible surface for plasma-activated, given if catalytic reactions provide, but the Field strength increase on the electrode structures and their do not affect local variation.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei­ spielen. Es zeigen Further details and advantages of the invention emerge from the following description of the figures of the embodiment play. Show it  

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Entladungsreaktors zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse und die Fig. 1 shows the basic structure of a discharge reactor to explain the geometric relationships and the

Fig. 2 bis 9 unterschiedliche Alternativen des Entladungs­ reaktors gemäß Fig. 1. Fig. 2 to 9 different alternatives of the discharge reactor of FIG. 1.

In den Figuren sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Be­ zugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben. Bei den Beispielen ist als Ausgangspunkt zwar jeweils eine koaxiale Struktur gewählt. Es sind jedoch ebenso planare oder andere geometrische Auslegungsformen möglich. Insbesondere sind die in den einzelnen Figuren jeweils teil­ weise abgeänderten geometrischen Strukturen beliebig kombi­ nierbar, so daß sich eine Vielzahl von Variationen ergibt.In the figures are functionally identical parts with the same loading provide traction marks. The figures are partly common described. In the examples is a starting point a coaxial structure was chosen. However, it is the same planar or other geometric design forms possible. In particular, those in the individual figures are each part wise modified geometric structures any combination nable, so that there are a variety of variations.

In den Fig. 1 bis 9 bedeuten jeweils 1 eine zylindrische metallische Innenelektrode in der Achse eines metallischen Hohlzylinders 2, welcher ein Reaktorvolumen umschließt. Der Hohlzylinder 2 ist auf der Innenseite mit einer dielektri­ schen Schicht 3 versehen und bildet so die Gegenelektrode für eine sogenannte "stille" Entladung, die auch als Barriereent­ ladung oder dielektrisch behinderte Entladung bezeichnet wird. An die Elektroden 1 und 2 wird mittels einer externen Spannungsquelle 5 eine Hochspannung HV vorgebbarer Frequenz angelegt, mittels derer Barriereentladungen aktiviert werden, die zur Schadstoffzersetzung herangezogen werden.In FIGS. 1 to 9, a cylindrical metallic inner electrode in each case 1 mean in the axis of a hollow metal cylinder 2, which encloses a reactor volume. The hollow cylinder 2 is provided on the inside with a dielectric layer 3 and thus forms the counter electrode for a so-called "silent" discharge, which is also referred to as barrier discharge or dielectric discharge. A high voltage HV of a predeterminable frequency is applied to the electrodes 1 and 2 by means of an external voltage source 5 , by means of which barrier discharges are activated, which are used to decompose pollutants.

In Fig. 1 sind auf dem inneren Metallzylinder 1 kreisförmige Scheiben 11, 12,. . . im im wesentlichen periodischen Abstand angebracht, die den inneren Zylinder 1 zu einer Elektrode 10 komplettieren.In Fig. 1, on the inner metal cylinder 1 circular discs 11, 12 ,. . . attached at a substantially periodic distance, which complete the inner cylinder 1 to an electrode 10 .

Bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 ist die Geometrie wesent­ lich für den gewünschten Effekt einer effizienten Schadstoff­ zersetzung. Mit einer geeigneten Geometrie kann eine erhöhte mittlere Elektronenenergie in der Gasentladung und eine hin­ reichende zeitliche Trennung zwischen zwei Entladungen im gleichen mit der mittleren Geschwindigkeit v durch den Reak­ tor strömenden Gasvolumen erreicht werden. Die erhöhte Elek­ tronenenergie wird im wesentlichen durch Feldstärkeüberhöhun­ gen an scharfkantigen, metallischen oder dielektrischen Strukturen erreicht. Die Geometrie ist gegeben durchIn an arrangement according to FIG. 1, the geometry is essential for the desired effect of an efficient pollutant decomposition. With a suitable geometry, an increased average electron energy in the gas discharge and a sufficient temporal separation between two discharges can be achieved in the same gas volume flowing through the reactor with the average velocity v. The increased electron energy is essentially achieved by increasing the field strength on sharp-edged, metallic or dielectric structures. The geometry is given by

  • - den Abstand dG zwischen Scheibenrand und dielektrischer Barriere, der sogenannten Schlagweite- The distance d G between the edge of the pane and the dielectric barrier, the so-called pitch
  • - die Dicke dD und die relative Permittivität εr des als dielektrische Barriere dienenden Isolierstoffes- The thickness d D and the relative permittivity ε r of the insulating material serving as a dielectric barrier
  • - den Abstand dZ der Scheiben 11, 12,. . . und- The distance d Z of the disks 11 , 12 ,. . . and
  • - den Abstand dR vom äußeren Rand der Scheiben 11, 12,. . . zu dem die Scheiben 11, 12,. . . aufnehmenden Zylinder l.- The distance d R from the outer edge of the disks 11 , 12 ,. . . to which the disks 11 , 12 ,. . . receiving cylinder l.

Anhand von numerischen Berechnungen konnte gezeigt werden, daß die Feldstärkeerhöhung an den schneidenförmig ausgelegten Scheibenrändern der Scheiben 11, 12,. . . nicht nur von der Geometrie jeder Scheibe selbst und vom Entladungsspalt ab­ hängt, sondern auch vom Abstand der Scheiben 11, 12,. . . zu­ einander. Bei zu kleinen Scheibenabständen führt die Über­ lagerung der Feldanteile von benachbarten Scheiben zu weniger ausgeprägten Feldstärkeerhöhungen, d. h. jeweils das Feldstär­ kemaximum an der Schneide und die Variation der Feldstärke in axialer Richtung fällt schwächer aus. Gerade die Variation in axialer Richtung ist aber dafür erforderlich, daß Entladungen bei zwei im zeitlichen Abstand T/2=1/2 f mit f als Betriebs­ frequenz aufeinanderfolgenden elektrischen Impulsen nicht im gleichen, durch die Strömung um die Strecke Δz=v·T/2 aus der Schneidenebene in Richtung Scheibenzwischenraum bewegten Volumenelement zünden, das noch eine die Zündung erleichtern­ den Restdichte von geladenen Teilchen wie positive und/oder negative Ionen hat, sondern in einem neuen, jetzt in die Schneidenebene hineingebrachten Volumenelement. Wie Feld­ stärkeberechnungen gezeigt haben, sollte der Abstand dz zweier Schneiden 11 und 12 untereinander mindestens etwa zweimal so groß sein wie die Schlagweite dG. Using numerical calculations it could be shown that the increase in field strength at the cutting edge-shaped disc edges of discs 11 , 12 ,. . . not only depends on the geometry of each disc itself and the discharge gap, but also on the spacing of the discs 11 , 12,. . . to each other. If the disc spacing is too small, the overlaying of the field components of neighboring discs leads to less pronounced increases in field strength, ie the field strength maximum at the cutting edge and the variation of the field strength in the axial direction are weaker. However, it is precisely the variation in the axial direction which is necessary to ensure that discharges in the case of two electrical impulses consecutive as operating frequency t / 2 = 1/2 f with f as the operating frequency are not the same, due to the flow by the distance Δz = v · T / Ignite 2 volume element moved from the cutting plane in the direction of the space between the disks, which still has an ignition function that makes the residual density of charged particles such as positive and / or negative ions easier, but in a new volume element that has now been introduced into the cutting plane. As field strength calculations have shown, the distance dz between two cutting edges 11 and 12 should be at least about twice as large as the stroke distance d G.

Letztere Vorschrift bedeutet konkret bei der Geometrie der Fig. 1 mit äquidistanten zylindrischen Scheiben 11, 12,. . . als innerer Elektrode und einem dielektrisch beschichteten Hohlzylinder als äußere Elektrode, daß der axiale Abstand dz der Scheiben 11, 12,. . . durch die Beziehung
dZ ≳ 2·(dG+dD/εr)
und der freie Abstand dR von der Schneide zum Innenzylinder 1 durch die Beziehung
dR ≳ dG+dD/εr
gegeben ist, wobei dD die Dicke der dielektrischen Schicht und er dessen relative Permittivität (Dielektrizitätskon­ stante) bedeuten. Damit ist die allgemeine Bedingung, daß der Abstand der Scheiben 11, 12,. . . größer als das Zweifache der minimalen Schlagweite beträgt, modifiziert. Beispielsweise ergibt sich daraus, daß bei einer Schlagweite dD = 6 mm der Abstand der Scheiben dG 12 mm betragen sollte.The latter rule means concretely in the geometry of FIG. 1 with equidistant cylindrical disks 11 , 12 ,. . . as the inner electrode and a dielectrically coated hollow cylinder as the outer electrode, that the axial distance dz of the disks 11 , 12 ,. . . through the relationship
d Z ≳ 2 · (d G + d D / ε r )
and the free distance d R from the cutting edge to the inner cylinder 1 by the relationship
d R ≳ d G + d D / ε r
is given, where d D is the thickness of the dielectric layer and he its relative permittivity (dielectric constant). The general condition is that the distance between the disks 11 , 12,. . . is greater than twice the minimum stroke distance, modified. For example, this means that the distance between the disks d G should be 12 mm at a stroke distance d D = 6 mm.

Die räumliche Struktur der Fig. 1 kann in weiteren Ausfüh­ rungsbeispielen variiert werden. Insbesondere kann das Mate­ rial der dielektrischen Beschichtung ebenfalls sich in Rich­ tung des Abgasstromes wiederholende bzw. in Axialrichtung des Reaktors periodische Strukturen realisieren. Gemeinsam ist dabei bei allen Beispielen, daß sich in bestimmten Gebieten des Reaktors, z. B. in der Nähe der Elektroden oder der di­ elektrischen Strukturen, immer ein gegenüber dem Durchschnitt stark erhöhtes elektrisches Feld ausbildet. Dadurch wechseln sich in Flußrichtung des zu behandelnden Abgas es Regionen hoher elektrischer Feldstärke mit Regionen niedriger elektri­ scher Feldstärke so ab, daß bei den verwendeten Spannungen und Frequenzen Gasentladungen nur in den Regionen hoher Feld­ stärke zünden können.The spatial structure of FIG. 1 can be varied in other exemplary embodiments. In particular, the material of the dielectric coating can also realize repetitive structures in the direction of the exhaust gas flow or periodic structures in the axial direction of the reactor. It is common in all examples that in certain areas of the reactor, for. B. in the vicinity of the electrodes or the di electrical structures, always forms a strongly increased electrical field compared to the average. As a result, regions of high electrical field strength alternate with regions of low electrical field strength in the flow direction of the exhaust gas to be treated so that gas discharges can ignite only in regions of high field strength at the voltages and frequencies used.

Bei letzteren Alternativen ist wesentlich, daß sich auf den Dielektrika, den Elektroden oder weiteren in den Entladungs­ reaktor eingebrachten Materialien möglichst große Oberflächen für Gasentladungs- und/oder strahlungsinduzierte heterogene Reaktionen zur Verfügung stehen, die den Schadstoffabbau för­ dern. Bei solchen Reaktionen kann es sich um katalytische Reaktionen an Zeolithen, Metalloxiden oder anderen Materia­ lien unter Beteiligung von Radikalen handeln, die in der Gas­ entladung oder durch die von der Gasentladung ausgehenden Ultraviolett-Strahlung entweder aus den Komponenten des Ab­ gases selbst oder aus dem Abgas zugesetzten Substanzen gebil­ det werden. Es kann sich aber auch um nichtkatalytische Reak­ tionen mit einem reduzierend wirkenden Material, z. B. modifi­ ziertem Kohlefaserfilz, handeln, bei denen der Materialver­ brauch nur gering ist. Diese Oberflächen müssen wegen der endlichen Lebensdauer der Radikale bzw. wegen der endlichen Reichweite der UV-Strahlung bevorzugt in unmittelbarer Nähe der von Gasentladungen beaufschlagten Regionen, insbesondere strömungsmäßig direkt dahinter, liegen.With the latter alternatives it is essential that the Dielectrics, the electrodes or others in the discharge materials introduced into the reactor with the largest possible surfaces for gas discharge and / or radiation-induced heterogeneous  Reactions are available that promote pollutant degradation other. Such reactions can be catalytic Reactions on zeolites, metal oxides or other materia act with the participation of radicals operating in the gas discharge or by the gas discharge Ultraviolet radiation either from the components of the Ab gases themselves or substances added from the exhaust gas be det. But it can also be a non-catalytic reac tion with a reducing material, e.g. B. Modifi adorned carbon fiber felt, act where the material ver need is low. Because of the finite lifetime of the radicals or because of the finite Range of UV radiation preferably in the immediate vicinity regions affected by gas discharges, in particular in terms of flow directly behind it.

In Fig. 2 ist die Geometrie der Fig. 1 derart modifiziert, daß der die Scheiben 11, 12,. . . aufnehmende Zylinder 1 zu­ sätzlich von einem massiven Dielektrikum 19 bedeckt ist. Es kann ein faserartiges oder in anderer Weise porös es Material vorhanden sein, das bevorzugt eine katalytische oder eine reduzierende Wirkung hat. Für die geometrische Abhängigkeit gilt entsprechendes wie bei Figur l.In Fig. 2, the geometry of Fig. 1 is modified such that the disks 11 , 12 ,. . . receiving cylinder 1 is additionally covered by a solid dielectric 19 . A fibrous or otherwise porous material may be present, which preferably has a catalytic or a reducing effect. The same applies to the geometric dependency as in FIG.

In Fig. 3 ist bei einer Geometrie von Fig. 2 ein kataly­ tisch oder reduzierend wirkendes Material 34 so in den Zwi­ schenraum der Scheiben 11, 12,. . . eingebracht ist, daß die lokale Feldstärkeerhöhung in der Scheibenebene und die axiale Variation der Feldstärke nicht gestört werden, gleichzeitig aber die reaktionswirksame Oberfläche des dielektrischen Materials 34 maximiert wird. Dies wird durch eine Kontur erreicht, bei der sich das Dielektrikum 34 asymptotisch an die Scheiben 11, 12,. . . anschmiegt, wobei die Spitzen selbst frei vom Material sind. In Fig. 3 is in a geometry of FIG. 2, a catalytically or reducing material 34 so in the inter mediate space of the disks 11 , 12 ,. . . is introduced that the local field strength increase in the wafer plane and the axial variation of the field strength are not disturbed, but at the same time the reactive surface of the dielectric material 34 is maximized. This is achieved by a contour in which the dielectric 34 asymptotically attaches to the disks 11 , 12,. . . hugs, the tips themselves are free of the material.

In Fig. 4 ist die Geometrie gemäß Fig. 3 derart ergänzt, daß auch das äußere Dielektrikum periodische Strukturen 43 aufweist. Dadurch ergibt sich eine weitere lokale Feldstär­ keerhöhung in der Scheibenebene, wobei gleichermaßen die Oberflächen des gegebenenfalls wiederum katalytisch wirkenden Dielektrikums vergrößert sind. In diesem Fall sind die Werte für dD in den oben angegeben Beziehungen zu erhöhen.In FIG. 4 the geometry according to FIG. 3 is supplemented in such a way that the outer dielectric also has periodic structures 43 . This results in a further local field strength increase in the wafer plane, with the surfaces of the dielectric, which may in turn be catalytically active, being increased. In this case, the values for d D should be increased in the relationships given above.

In Fig. 5 wird in Abweichung zu den vorangehenden Beispielen eine Feldstärkeerhöhung gegenüber dem homogenen Fall zweier ineinander geschobener Zylinderelektroden allein durch Struk­ turierung eines beidseitig aufgebrachten Dielektrikums er­ reicht, wobei die Strukturen mit 53 und 54 bezeichnet sind. Eine solche periodische Strukturierung kann in bestimmten Fällen bereits ausreichend sein, so daß sich die Verwendung der metallischen Scheiben 11, 12,. . . erübrigt.In Fig. 5, in deviation from the preceding examples, an increase in field strength compared to the homogeneous case of two telescoping cylinder electrodes is achieved by structuring a dielectric applied on both sides, the structures being designated 53 and 54 . Such periodic structuring may already be sufficient in certain cases, so that the use of the metallic disks 11 , 12,. . . superfluous.

In den Fig. 6 bis 9 sind die Beispiele der Fig. 1 bis 4 derart abgewandelt, daß die die Feldüberhöhungen erzeugenden metallischen Strukturen auf der Innenseite des metallischen Hohlzylinders 2 angebracht sind. Statt der Scheiben 11, 12, . . . ergeben sich somit Scheibenringe 21, 22,. . . mit Schnei­ den auf dem inneren Umfang der einzelnen Ringe. Neben der für die dielektrisch behinderte Entladung wirksamen Schicht 3′ bzw. 93 sind beispielhaft die Materialien 74 und 84 ange­ geben, die sich hinsichtlich Dielektrizitätskonstanten ε₁, ε₂ und/oder Oberflächenausbildung unterscheiden.In Figs. 6 to 9, the examples of Figure 1 are. Modified such that the field peaks forming metallic structures are mounted on the inside of the metallic hollow cylinder 2 to 4. Instead of the disks 11 , 12,. . . disc rings 21 , 22,. . . with cuts on the inner circumference of the individual rings. In addition to the effective for the dielectric barrier discharge layer 3 'and 93 , the materials 74 and 84 are given as an example, which differ in terms of dielectric constants ε₁, ε₂ and / or surface formation.

Es sind weitere Abwandlungen möglich: Insbesondere muß die Zylindergeometrie nicht streng eingehalten werden. Daneben können die schneidenförmigen Kanten der Scheiben bzw. Scheibenringe strukturiert, beispielsweise gezähnt, sein. Wesentlich ist bei allen Ausführungsbeispielen, daß die Mittel zur elektrischen, sich wiederholenden Feldüberhöhung mit den Maßnahmen zur chemischen Beeinflussung durch geeig­ nete Oberflächenschichten kombinierbar sind.Further modifications are possible: In particular, the Cylinder geometry cannot be strictly adhered to. Besides the cutting edges of the discs or Disc rings structured, for example serrated. It is essential in all embodiments that the Means for repetitive electrical field repetition with the measures for chemical influencing by appro Nete surface layers can be combined.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur plasmachemischen Zersetzung und/oder Ver­ nichtung von Schadstoffen, insbesondere zur Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren oder anderer mit fossilem Treibstoff betriebenen Maschinen, bei der die Schadstoffe als Abgasstrom eine mit dielektrisch behinderten ("stillen") Entladungen be­ aufschlagte Strecke in einem Reaktor durchlaufen, mit einer Elektrodenanordnung aus wenigstens einer ersten dielektrisch beschichteten Elektrode und einer zweiten Elektrode als Gegenelektrode, zwischen denen bei vorgegebenem Abstand (Schlagweite) eine Hochspannung vorgebbarer Frequenz zur Aktivierung von Entladungen anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betreiben der Ent­ ladung in einer räumlichen Struktur, bei der das wirksame Reaktorvolumen sich wiederholend in Entladungszonen einer­ seits und in entladungsfreie Zonen andererseits unterteilt ist, der Reaktor Mittel (10, 20, 53, 54) zur sich in Fluß­ richtung des Abgasstromes wiederholenden Feldüberhöhung im Bereich der Entladungszone aufweist.1. Device for the plasma-chemical decomposition and / or destruction of pollutants, in particular for exhaust gas purification of internal combustion engines or other machines operated with fossil fuel, in which the pollutants as exhaust gas flow pass through a path impinged with dielectric ("silent") discharges in a reactor , With an electrode arrangement of at least a first dielectrically coated electrode and a second electrode as a counterelectrode, between which a high voltage of a predefinable frequency for activating discharges can be applied at a predetermined distance (pitch), characterized in that for operating the discharge in a spatial structure , in which the effective reactor volume is repeatedly divided into discharge zones on the one hand and discharge-free zones on the other hand, the reactor means ( 10 , 20 , 53 , 54 ) for repeating the flow of the exhaust gas flow repeating field increase in the area of E has discharge zone. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur sich in Fluß­ richtung des Abgasstromes wiederholenden Feldüberhöhung eine in Längsrichtung des Reaktors periodische Elektrodenstruktur ist.2. Device according to claim 1, characterized ge indicates that the means to flow Repetitive field exaggeration in the direction of the exhaust gas flow Periodic electrode structure in the longitudinal direction of the reactor is. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur sich in Flußrichtung des Abgasstromes wiederholenden Feldüberhöhung in Längsrichtung des Reaktors periodische Elemente aufweisen.3. Device according to claim 1 or claim 2, there characterized in that the means for repeating in the flow direction of the exhaust gas flow Periodic field elevation in the longitudinal direction of the reactor Have elements. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur sich in Flußrichtung des Abgasstromes wiederholenden Feldüberhöhung in Längsrichtung des Reaktors periodische dielektrische Strukturen aufweisen.4. Device according to one of claims 1 to 3, there characterized in that the means for repeating in the flow direction of the exhaust gas flow  Periodic field elevation in the longitudinal direction of the reactor have dielectric structures. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Perioden­ abstand (dz) der Elektrodenstruktur, der Elemente und/oder der dielektrischen Strukturen wenigstens etwa das Zweifache der Schlagweite (dG) beträgt.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the period distance (d z ) of the electrode structure, the elements and / or the dielectric structures is at least about twice the stroke distance (d G ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für den Periodenabstand in Abhängigkeit von der Schlagweite die Beziehung gilt
dz < 2 (dG + dD/εr)
wobei dD die die Dicke des Dielektrikums und εr dessen Permittivität ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the relationship applies to the period interval depending on the field distance
d z <2 (d G + d D / ε r )
where d D is the thickness of the dielectric and ε r its permittivity. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die periodischen Elektroden­ strukturen zur Feldüberhöhung durch metallische Kanten oder ähnliche metallische Feinstrukturen an den Elektroden ge­ bildet sind.7. The device according to claim 2, characterized ge indicates that the periodic electrodes structures for field elevation through metallic edges or similar metallic fine structures on the electrodes forms are. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei eine zylindersymmetrische Anordnung mit einer hohl­ zylinderartigen Außenelektrode und eine zylinderförmige Innenelektrode vorhanden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenelektrode (1) in axialer Richtung periodisch mit elektrisch leitfähigen scharfkanti­ gen, ggfs. an ihrem Umfang strukturierten, Scheiben (11, 12, . . .) besetzt ist und daß die Außenelektrode die dielektrisch behinderte Gegenelektrode (2, 3, 43, 53) bildet.8. The device according to claim 1 or one of claims 2 to 7, wherein a cylindrical symmetrical arrangement with a hollow cylindrical outer electrode and a cylindrical inner electrode is present, characterized in that the inner electrode ( 1 ) periodically in the axial direction with electrically conductive sharp edges gene, possibly structured on its periphery, disks ( 11 , 12 ,...) is occupied and that the outer electrode forms the dielectric barrier counter electrode ( 2 , 3 , 43 , 53 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei eine zylindersymmetrische Anordnung mit einer hohl­ zylinderartigen Außenelektrode und eine zylinderförmige Innenelektrode vorhanden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hohlzylinderartige Außenelektrode (2) in axialer Richtung periodisch mit elektrisch leitfähigen scharfkantigen, ggfs. auf ihrem inneren Rand strukturierten, Scheibenringen (21, 22,. . .) besetzt ist und daß die Innen­ elektrode die dielektrisch behinderte Gegenelektrode (1, 3′, 93) ist.9. The device according to claim 1 or one of claims 2 to 6, wherein a cylindrical symmetrical arrangement with a hollow cylindrical outer electrode and a cylindrical inner electrode is present, characterized in that the hollow cylindrical outer electrode ( 2 ) periodically in the axial direction with electrically conductive sharp-edged, if necessary. Structured on its inner edge, disc rings ( 21 , 22,... ) is occupied and that the inner electrode is the dielectric barrier counter electrode ( 1 , 3 ', 93 ). 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Gegenelek­ trode (1, 2) mit einer dielektrischen Schicht (3, 3′, 43, 53, 93) vorgegebener Dicke (dD) und vorgegebener, relativer Per­ mittivität (Dielektrizitätskonstante εr, ε₁) belegt ist.10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the respective counter-electrode ( 1 , 2 ) with a dielectric layer ( 3 , 3 ', 43 , 53 , 93 ) predetermined thickness (d D ) and predetermined relative permittivity (Dielectric constant ε r , ε₁) is occupied. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß auch die metallische Elektrode mit einem Material (19, 84) vorgegebe­ ner Dicke und vorgegebener Permittivität (ε₁) beschichtet ist.11. The device according to claim 8 or claim 9, characterized in that the metallic electrode is coated with a material ( 19 , 84 ) pregiven ner thickness and predetermined permittivity (ε₁). 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht und das Material auf der metallischen Elektrode die gleiche Permittivität haben.12. The apparatus of claim 10 and 11, characterized characterized in that the dielectric layer and the material on the metallic electrode is the same Have permittivity. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens das Material (34, 84) auf der Elektrode (1) mit den scharfkantigen metallischen Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringen (21, 22,. . .) in seiner Dicke periodisch variiert.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that at least the material ( 34 , 84 ) on the electrode ( 1 ) with the sharp-edged metallic discs ( 11 , 12, ... ) or disc rings ( 21 , 22, .... .) varies in thickness periodically. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material (34, 84) sich mit seiner Oberflächenkontur jeweils asymptotisch an die scharfkantigen Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringe (21, 22,. . .) anschmiegt. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the material ( 34 , 84 ) with its surface contour each asymptotically to the sharp-edged discs ( 11 , 12, ... ) or disc rings ( 21 , 22, ... ) hugs. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanten der scharfkantigen Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringe (21, 22,. . .) frei von dem die Elektrode bedeckenden Material (34, 84) sind.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the edges of the sharp-edged discs ( 11 , 12, ... ) or disc rings ( 21 , 22, ... ) free of the material covering the electrode ( 34 , 84 ) are. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringe (21, 22,. . .) an ihrem Umfang gezähnt sind.16. The apparatus according to claim 8 or claim 9, characterized in that discs ( 11 , 12, ... ) or disc rings ( 21 , 22, ... ) are serrated on their circumference. 17. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß auch die den Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringen (21, 22,. . .) gegenüberliegende dielektrische Schicht (43) auf der Gegen­ elektrode (2) in ihrer Dicke (dD) periodisch variiert.17. The apparatus according to claim 8 or claim 9, characterized in that the disks ( 11 , 12, ... ) or disk rings ( 21 , 22, ... ) opposite dielectric layer ( 43 ) on the counter electrode ( 2 ) varies in thickness (d D ) periodically. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Schicht (34) entsprechend der Periode der Scheiben (11, 12, . . . ) bzw. Scheibenringe (21, 22) variiert und jeweils an den Scheiben (11, 12,. . .) bzw. Scheibenringen (21, 22,. . .) ihr Maximum hat.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the thickness of the dielectric layer ( 34 ) according to the period of the discs ( 11 , 12 ,...) Or disc rings ( 21 , 22 ) varies and in each case on the discs ( 11 , 12,... ) Or disc rings ( 21 , 22, ... ) have their maximum. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (1, 2) von dielektrischen Schichten (53, 54) mit in Flußrichtung des Abgasstromes periodisch variierender Dicke (dD) und vorge­ gebener axialer Periodenlänge (dz) bedeckt sind, wobei die Periodizität der Dicke (dD) beider dielektrischer Schichten (53, 54) gleich ist.19. The apparatus of claim 1, 8 or 9, characterized in that both electrodes ( 1 , 2 ) of dielectric layers ( 53 , 54 ) with periodically varying thickness (d D ) in the flow direction of the exhaust gas flow and pre-given axial period length (d z ) are covered, the periodicity of the thickness (d D ) of both dielectric layers ( 53 , 54 ) being the same. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die axiale Periodenlänge (dz) der dielektrischen Schichten (53, 54) wenigstens das Zwei­ fache der Schlagweite (dG) beider Schichten (53, 54) am Maximum ist. 20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the axial period length (dz) of the dielectric layers ( 53 , 54 ) is at least twice the pitch (d G ) of both layers ( 53 , 54 ) at the maximum. 21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika (3, 43, 53, 54, 93) und/oder die weiteren im Reaktor befindlichen Materialien (74, 84) Oberflächenschich­ ten für gasentladungs- und/oder strahlungsinduzierte, hete­ rogene Reaktionen und/oder katalytische Reaktionen enthalten.21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectrics ( 3 , 43 , 53 , 54 , 93 ) and / or the other materials ( 74 , 84 ) in the reactor surface layers for gas discharge and / or radiation-induced, contain heterogeneous reactions and / or catalytic reactions.
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