DE4338995B4

DE4338995B4 - Vorrichtung zur Reinigung von Gasen unter Einsatz von Plasma und Katalysator

Info

Publication number: DE4338995B4
Application number: DE4338995A
Authority: DE
Inventors: Yuji Kawasaki Hayashi; Noboru Kawasaki Wakatsuki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-16
Also published as: JPH06262032A; JPH0822367B2; US5474747A; DE4338995A1

Abstract

Vorrichtung zur Reinigung von Gasen unter Einsatz von Plasma und Katalysator, bestehend aus
a) einem Gehäuse (12) mit wenigstens einer Gaseintritts- und einer Gasaustrittsöffnung (18,20),
b) wenigstens einem Paar magnetisch empfindlicher Zungen (14,16) mit gegenüberliegenden Kontakten (14a, 16a),
c) einer Antriebsspule (22),
d) einer Kontaktlastspule (30) und
e) einem in Kontaktnähe angeordneten Katalysator (26,28).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Gasen unter Einsatz von Plasma und Katalysator nach dem Anspruch 1 und dem Anspruch 2.
Aus der DE 35 15 143 A1 ist ein Verfahren zur Umsetzung und zum Entfernen von ausgewählten gasförmigen Verunreinigungen eines Abgases bekannt, das durch ein Verbrennungsgerät erzeugt wird, indem die gasförmigen Verunreinigungen in nicht gasförmige Produkte umgesetzt werden. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird ein Umsetzungsreaktor in dem Weg des Abgases derart angeordnet, daß das erzeugte Abgas durch den Reaktor zirkuliert, wobei der Reaktor elektronische Anodeneinrichtungen und Kathodeneinrichtungen umfaßt, die von den Anodeneinrichtungen einen Abstand aufweisen, und wobei die Kathode und die Anode innerhalb des Reaktors angeordnet sind, um einen wesentlichen Kontakt mit dem Abgas zu bewirken, das dort hindurch zirkuliert wird. Es wird an die Kathodeneinrichtungen und die Anodeneinrichtungen ein vorbestimmtes Gleichspannungspotential angelegt, um dadurch eine gleichförmige stabile Glimmentladung in dem Abgas zu erzeugen, wodurch die ausgewählten gasförmigen Verunreinigungen durch selektive elektronische Aktivierung und Reaktion umgesetzt werden, und wobei eine chemische Modifikation der gasför migen Verunreinigungen zu einem thermodynamisch stabilen festen Produkt bewirkt wird, das entfernt und beseitigt werden kann.
Aus der DE 27 00 435 A1 ist ein Verfahren zur Reduktion von No_x mittels N-Atomen bekannt, wobei das Wesentliche dieses bekannten Verfahrens darin besteht, daß man durch Zuführen von Stickstoff in einen Plasma-Brenner einen N-Atome enthaltenden Plasmastrahl erzeugt, der mit No_x-haltigem Gas gemischt wird.
Die Luftverschmutzungssteuerung ist ein ernstes soziales Problem. Verschmutzende Gase, die toxische Komponenten wie COx, CmHn, NOx und SOx enthalten, werden in großen Mengen von Betrieben und Autos ausgestoßen, und es ist wichtig, solche verschmutzenden Gase zu reinigen. Auch in einer Raumstation ist es notwendig, ein spezifisches Gas, wie Methylgas, zu reinigen.
Für die Luftverschmutzungssteuerung sind in einem Betrieb große Gasreiniger installiert, wie ein Zentrifugalreiniger, ein Entladungsreiniger, ein Entschwefler und andere. Eine Auspuffemissionssteueranordnung, bei der ein Katalysator verwendet wird, ist in einem Auto montiert. Diese herkömmlichen Gasreiniger reinigen Gase auf der Grundlage einer einfachen physikalischen oder chemischen Wirkung und haben somit eine begrenzte Reinigungseffektivität.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 62-33527 offenbart einen Gasreiniger mit einem Entladungsbereich und einen katalytischen Reaktionsbereich, der stromabwärts von dem Entladungsbereich angeordnet ist. Gemäß dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird Abgas zuerst zu dem Entladungsbereich geleitet und zu einem Plasmagas ionisiert. Das Plasmagas wird dann zu dem stromabwärtigen katalytischen Reaktionsbereich geleitet. Ferner offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr.63-242323 einen Gasreiniger, in dem Gas durch eine Entladung behandelt wird und dann das Gas durch Katalysatoren hindurchgeleitet wird.
In der oben beschriebenen japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 62-33527 enthält der Entladungsbereich Nadelelektroden, denen eine Spannung von einigen tausend Volt bis zu einigen zehntausend Volt zugeführt wird. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 63-242323 werden Maschenelektroden oder Stabelektroden und ein Hochspannungsgenerator verwendet. Auf diese Weise kombiniert der herkömmliche Gasreiniger die Wirkung eines Plasmas und die Wirkung eines Katalysators, benötigt aber eine Hochspannungsenergiequelle, um ein Plasma zu erzeugen.
Außerdem sind der Entladungsbereich und der katalytische Reaktionsbereich als separate Stufen vorgesehen, und es ergibt sich ein Problem dahingehend, daß in dem Entladungsbereich das Gas zu Plasma wird, das Gas enthält, aber der Gehalt an Plasma in dem Gas abnimmt, bevor das Gas den nächsten Bereich der katalytischen Reaktion erreicht, und der kombinierte Effekt einer Wirkung des Plasmas und einer Wirkung des Katalysators ist nicht so hoch wie erwartet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gasreiniger vorzusehen, der relativ kompakt ist, der eine Glimmentladung mit der Anwendung von relativ niedriger Spannung in duzieren kann, und durch den die Wirkung des Plasmas und die Wirkung des Katalysators synergistisch kombiniert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch die im Anspruch 1 und andererseits durch die im Anspruch 2 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A und 2B Ansichten sind, die Verbindungen der Antriebsspule und der Kontaktlastspule von 1 zeigen;
3 eine Ansicht ist, die die Entladung zeigt, die auftritt, wenn die Kontakte geöffnet sind;
4 eine Ansicht ist, die eine kaskadierte Glimmentladung zeigt;
5 eine Querschnittsansicht ist, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Querschnittsansicht ist, die die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Querschnittsansicht ist, die die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A und 8B Ansichten sind, die Verbindungen der Antriebsspule und der Kontaktlastspule von 7 zeigen;
9A eine Draufsicht auf den Kontakt der Zunge gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9B eine Querschnittsansicht des Kontaktes der Zunge von 9A ist;
10 eine grafische Darstellung ist, die die Abgasreinigungseffektivität bezüglich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zeigt;
11 eine Querschnittsansicht ist, die die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine Querschnittsansicht ist, die die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine Querschnittsansicht ist, die die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine Querschnittsansicht ist, die die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 eine Ansicht ist, die das Innere der in 14 gezeigten Ausführungsform zeigt;
16 eine Ansicht ist, die ein Auto mit einer Abgasreinigungsanordnung zeigt;
17 eine Ansicht ist, die die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die in dem Auspuffsystem von 16 installiert ist;
18 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Operation der Ausführungsform von 17 zeigt;
19 eine Querschnittsansicht ist, die die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 eine Ansicht des rechten Endes von 19 ist;
21 eine Querschnittsansicht ist, die die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 eine Ansicht ist, die eine Glimmentladung zeigt, die durch eine Wechselstromsteuerschaltung der Ausführungsform von 21 induziert wird;
23 eine grafische Darstellung ist, die die Gasrei nigungseffektivität des Reinigers der vorliegenden Erfindung mit der Gleichstromsteuerung und der Wechselstromsteuerung zeigt;
24 eine Querschnittsansicht ist, die die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 eine Querschnittsansicht längs der Linie XXV-XXV von 24 ist;
26 eine Querschnittsansicht ist, die die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 eine Querschnittsansicht ist, die die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 eine schematische Ansicht ist, die die sechzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
29 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Gasreinigers von 28 ist;
30 eine Querschnittsansicht ist, die die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
31 eine Ansicht ist, die eine Variante der Ausführungsform von 30 zeigt.
1 zeigt einen Gasreiniger gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Gasreiniger 10 umfaßt ein Gehäuse 12 und ein Paar von magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16, die in dem Gahäuse 12 als Elektroden angeordnet sind. Das Gehäuse 12 enthält zwei Öffnungen 18 und 20, die als Einlaß und Auslaß für Gas dienen, so daß Gas auf eine Weise strömt, wie zum Beispiel durch den Pfeil G angegeben. In 1 dient die Öffnung 18 als Einlaß für Gas und die Öffnung 20 dient als Auslaß für Gas, aber es ist nicht notwendig, die Öffnungen 18 und 20 als den Einlaß und den Auslaß für Gas zu spezifizieren. Das Gehäuse 12 besteht aus Metall oder Glas, das durch zu reinigendes Gas nicht korrodiert.
Die Zungen 14 und 16 erstrecken sich durch das Gehäuse 12 in entgegengesetzten Richtungen von der Außenseite des Gehäuses 12 zu der Innenseite des Gehäuses 12 und haben an ihren freien Enden Kontakte 14a und 16a, die einander gegenüberliegen, wobei sich zwischen ihnen eine kleine Lücke befindet. Wenn das Gehäuse 12 aus Metall besteht, ist eine Isolierschicht (nicht gezeigt) zwischen den Zungen 14 und 16 und dem Gehäuse 12 angeordnet. Diese Zungen 14 und 16 sind aus magnetisch empfindlichem Material, wie Permalloy.
Eine Antriebsspule 22 ist rings um das Gehäuse 12 gewickelt. Die Antriebsspule 22 hat Anschlüsse "a" und "b". Wie in 2A gezeigt, ist ein Anschluß "a" der Antriebsspule 22 zum Beispiel mit einer Energiezuführung von 5 bis 12 Volt verbunden. Der andere Anschluß "b" der Antriebsspule 22 ist mit einem Impulsgenerator 24 verbunden. Der Impulsgenerator 24 erzeugt zum Beispiel Rechteckimpulse. Wenn der Impulsgenerator 24 Impulse erzeugt, wird die Antriebsspule 22 erregt, so daß die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 geschlossen werden, wie ein Magnetzungenschalter schließt. Deshalb fließt ein Strom zwischen den Zungen 14 und 16. wenn der Impulsgenerator 24 keine Impulse erzeugt, wird die Antriebsspule 22 nicht erregt und die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 sind offen. Dann ist der Strom zwischen den Zungen 14 und 16 ausgeschaltet.
Die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 haben Katalysatorschichten 26 und 28, die auf ihnen plattiert sind. Die Katalysatorschichten 26 und 28 sind aus Metallen ausgewählt, die eine Katalyse haben, (zum Beispiel 21 Arten von Übergangsmetallen d; Hf, Ta, Zr, Nb, W, Ti, V, Mn, Cr, Mo, Re, Ni, Co, Tc, Os, Ir, Ru, Pt, Rh und Pd). Vorzugsweise umfassen die Katalysatorschichten 26 und 28 wenigstens eines von einer Edelmetallgruppe, die Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und Ruthenium (Ru) umfaßt. Die Zungen 14 und 16, die aus Permalloy bestehen, werden mit Gold plattiert, und dann wird die Katalysatorschicht 26 oder 28 auf der mit Gold plattierten Zunge plattiert.
In 1 ist eine Kontaktlastspule 30 rings um die Antriebsspule 22 gewickelt. Wie in 2B gezeigt, ist ein Ende "c" der Kontaktlastspule 30 mit einer Gleichstromenergiezuführung von zum Beispiel 12 bis 24 Volt verbunden. Das andere Ende "d" der Kontaktlastspule 30 ist mit einem Schalter S verbunden, der die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 umfaßt. Die Kontaktlastspule 30 hat eine Induktivität L, und somit sind die Zungen 14 und 16 mit einer Schaltung verbunden, die die Induktivität L hat.
Wenn die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 durch das Abschalten von Impulsen geöffnet werden, wird an den Kontakten 14a und 16a auf Grund des Vorsehens der Induktivität L eine gegenelektromotorische Kraft "e" (e = L(di/dt)) induziert. Die Erfinder fanden heraus, daß das Vorhandensein der gegenelektromotorischen Kraft "e" bewirkt, daß eine Glimmentladung unmittelbar nach dem Öffnen der Kontakte auftritt, wie in 3 gezeigt. In diesem Fall wird eine Glimmentladung mit einer relativ niedrigen zugeführten Spannung erreicht. Die Erfinder fanden auch heraus, daß eine Glimmentladungsspannung und eine Glimmdauerzeit tg in Abhängigkeit von dem Wert der Induktivität L und der Art von Gas in dem Gehäuse 12 schwanken. Deshalb wird vorgezogen, in Abhängigkeit von dem zu reinigenden Gastyp den Wert einer Zuführungsspannung und den Wert der Induktivität L der Kontaktlastspule 30 zu bestimmen und ein Material für die katalytischen Schichten 26 und 28 auszuwählen.
Wenn zum Beispiel Gas zu reinigen ist, daß eine Stickstoffkomponente enthält, beträgt die Zuführspannung für die Kontaktlastspule 30 12 V, die Induktivität L beträgt 1 Henry, und Rhodium wird als Material für die Katalysatorschichten 26 und 28 ausgewählt. In diesem Fall wird angenom men, daß die folgenden Reaktionen durch die Wirkung des Plasmas gefördert werden, das aus der Glimmentladung resultiert: e + 2NO - N₂ + O₂ + e 2e + 2NO₂ - N₂ + 2O₂ + 2e
Zusätzlich zu der obigen Plasmawirkung tritt, wenn das Gas die katalytischen Schichten 26 und 28 kontaktiert, die zum Beispiel aus Rhodium bestehen, eine weitere Gasreinigungswirkung auf eine Weise auf, die bei einer herkömmlichen Auspuffemissionssteueranordnung für ein Auto bekannt ist. Diese zwei Typen von Gasreinigung laufen gleichzeitig ab, um einen synergistischen Reinigungseffekt vorzusehen, und eine ausgezeichnete Gasreinigungsleistung wird erhalten.
5 und 6 zeigen die zweiten bzw. dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In 5 und 6 sind zwei Gehäuse 12, die jeweils ein Paar Zungen 14 und 16 haben, wie in 1 gezeigt, in einem äußeren Gehäuse 32 untergebracht. Das äußere Gehäuse 32 hat einen Einlaß 34 und einen Auslaß 36 für Gas. Spulen ähnlich der obengenannten Antriebsspule 22 und der Kontaktlastspule 30 sind rings um das äußere Gehäuse 32 gewickelt.
In 5 sind zwei Paare von Antriebsspulen 22a und Kontaktlastspulen 30a Seite an Seite an dem äußeren Gehäuse 32 angeordnet. An der Mitte des Gehäuses 32 befindet sich keine Spule, und die Glimmentladung, die an den Kontakten 14a und 16a der Zungen 14 und 16 (besonders am negativen Kontakt) auftritt, kann gesehen werden, falls das äußere Gehäuse 32 aus Glas besteht.
In 6 ist die Kontaktlastspule 30 rings um die Antriebsspule 22 auf ähnliche Weise wie bei 1 gewickelt. Die anderen Merkmale zwischen den Ausführungsformen von 5 und 6 sind identisch. Die folgende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 5.
In 5 erstrecken sich die Zungen 14 und 16 durch die Gehäuse 12 zu der Innenseite des Gehäuses 12. Eine Vielzahl von Zungen 14 oder 16, die sich zu der Außenseite der Gehäuse 12 erstrecken und dieselbe Polarität haben, sind an einer gemeinsamen Stützplatte 38 innerhalb des äußeren Gehäuses 32 angebracht. Stabartige Anschlußglieder 40 sind an den gemeinsamen Stützplatten 38 angebracht und erstrecken sich durch das äußere Gehäuse 32 zu der Außenseite des äußeren Gehäuses 32. Die II-förmigen Baugruppen der Anschlußglieder 40 und die gemeinsamen Stützplatten 38 stützen mechanisch zwei Gehäuse 12. Die gemeinsamen Stützplatten 38 sind leitend, und die Kontaktlastspule 30a ist somit mit den Zungen 14 und 16 über die Anschlußglieder 40 und die gemeinsamen Stützplatten 38 verbunden. Eines von jedem Paar von Anschlußgiiedern 40 kann nichtleitend sein. Es ist möglich, ein einzelnes Anschlußglied 40 anzuordnen.
Bei den Ausführungsformen von 5 und 6 wird auf der Grundlage einer Plasmawirkung und einer Katalysatorwirkung ähnlich wie bei der Ausführungsform von 1 eine Gasreinigung erreicht. Da eine Vielzahl von Gehäusen 12 in dem äußeren Gehäuse 32 installiert ist, ist es möglich, die Zungen 14 und 16 nicht nur so zu konstruieren, daß glatte Schaltoperationen gewährleistet werden, um eine Glimmentladung zu induzieren, sondern auch um eine große Menge an Gas behandeln zu können.
Die Glimmdauerzeit tg in 3 ist tatsächlich sehr kurz. Deshalb ist es möglich, zum Beispiel drei Paare von Zungen 14 und 16 anzuordnen, so daß kaskadierte Glimmentladungen zwischen Paaren von Zungen 14 und 16 mit einer Zeitverzögerung von t₁ auftreten (Glimmen 1, Glimmen 2 und Glimmen 3), wie in 4 gezeigt. Die Gesamtzeit der Glimmentladungsdauer wird dann länger, und die Gasreinigungseffektivität wird verbessert. Zu diesem Zweck ist es möglich, drei Gehäuse 12 in dem äußeren Gehäuse 32 in 5 anzuordnen, und die Antriebsspule 22 wird für jedes Gehäuse 12 angeordnet. Alternativ ist es möglich, drei Paare von Zungen 14 und 16 in dem Gehäuse 1 in 1 anzuordnen, und die Paare von Zungen 14 und 16 werden dann mit einer Zeitverzögerung zwischen den Zungenpaaren gesteuert.
7 zeigt die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind drei Gehäuse 32a, 32b und 32c, die eine Vielzahl von Gehäusen 12 mit Zungen 14 bzw. 16 auf eine in 5 und 6 gezeigte Weise aufnehmen, seriell angeordnet. Genauer gesagt, im Hinblick auf die Gasströmung ist der Gasauslaß 36a des ersten äußeren Gehäuses 32a mit dem Gaseinlaß 34b des zweiten äußeren Gehäuses 32b verbunden, und der Gasauslaß 36b des zweiten äußeren Gehäuses 32b ist mit dem Gaseinlaß 34c des dritten äußeren Gehäuses 32c verbunden.
8A und 8B zeigen die Verbindungen der Antriebsspulen 22-1, 22-2 und 22-3 und der Kontaktlastspulen 30-1, 30-2 und 30-3 in der Anordnung von 7. Die Untergliederungen der Bezugszeichen 22 und 30 in 8A und 8B bezeichnen eines von drei Elementen in 7. Die Antriebsspulen 22-1, 22-2 und 22-3 sind seriell miteinander verbunden, während die Kontaktlastspulen 30-1, 30-2 und 30-3 parallel miteinander verbunden sind.
Außerdem sind die Materialen der Katalysatorschichten 26 und 28 der Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 bei den äußeren Gehäusen 32a, 32b und 32c verändert. Platin wird bei dem ersten äußeren Gehäuse 32a verwendet, Rhodium wird bei dem zweiten äußeren Gehäuse 32b verwendet, und Palladium wird bei dem dritten äußeren Gehäuse 32c verwendet. Dies sieht nicht nur die Wirkung des Plasmas sondern auch die Wirkung des Katalysators auf identische Weise wie bei einem Dreiwegekatalysator vor, der in einem Auto vorgesehen ist. Es ist auch möglich, die Vergiftungswirkung von Rhodium abzuschwächen.
9 zeigt die fünfte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. Bei dieser Ausführungsform besteht die Katalysatorschicht 26 oder 28 auf dem Kontakt 14a oder 16a der Zunge 14 oder 16 aus einer oberflächlichen Rhodiumschicht 26a, und einer Platin- oder Palladiumschicht 26b, die unter der Rhodiumschicht 26a liegt und von der Rhodiumschicht 26a teilweise exponiert ist. Die Zungen 14 und 16 bestehen aus Permalloy und sind mit Gold plattiert, und sind ferner mit den katalytischen Schichten 26a und 26b plattiert, die übereinanderliegen. Ceroxid (CeO₂) 26c ist auf dem Kontakt 14a oder 16a angrenzend an die katalytische Schicht 26 aufgetragen.
Durch diese Anordnung ist es möglich, eine Gasreinigung auf der Grundlage der Wirkung des Plasmas und der Wirkung des Dreiwegekatalysators auszuführen.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Abgasreinigungseffektivität eines Dreiwegekatalysators in einem Auto zeigt. Es ist bekannt, daß der Dreiwegekatalysator in dem schraffierten Bereich in 10 gut arbeitet, der ein ideales Luft-Brennstoff-Verhältnis (14,7) enthält, und weniger effektiv wird, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis nicht in diesem Bereich liegt. Das Ceroxid 26c, das an die katalytische Schicht 26 angrenzt, absorbiert Sauerstoff, falls das Abgas reich ist, und gibt Sauerstoff ab, falls das Abgas arm ist. Diese Eigenschaft des Ceroxids hält ein Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einem Idealwert. Die Merkmale von 10 sind besonders für einen Reiniger für ein Auspuffsystem in einem Auto geeignet.
11 zeigt die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 12 mit Zungen 14 und 16 ähnlich zu der Ausführungsform von 5 in dem äußeren Gehäuse 32 untergebracht. Das Gehäuse 12 hat Öffnungen 18 und 20 in der Nähe der Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16; das heißt, in der Nähe der Mitte des Gehäuses 12. Wenn die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 geöffnet sind, tritt in der Nähe der Öffnungen 18 und 20 eine Glimmentladung auf.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Katalysator 41 auf der äußeren Peripherie des Gehäuses 12 getragen. Der Katalysator 41 ist an dem Gehäuse 12 angeordnet, das die Öffnungen 18 und 20 enthält. Der Katalysator 41 ist in der Form einer Schraubenfeder oder als Ringe rings um das Gehäuse 12 gewickelt. Diese Struktur ermöglicht es, den Katalysator 41 in einem breiten Bereich anzuordnen, der den Bereich enthält, in dem eine Glimmentladung auftritt. Dies führt zu einer verbesserten Gasreinigungseffektivität. Selbstverständlich kann der Katalysator an den Kontakten 14a und 16a der Zungen 14 und 16 angebracht werden.
12 zeigt die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 12 mit Zungen 14 und 16 ähnlich wie die Ausführungsform von 11 in dem äußeren Gehäuse 32 untergebracht. Das Gehäuse 12 hat Öffnungen 18 und 20 in der Nähe der Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16; das heißt, in der Nähe der Mitte des Gehäuses 12. Ein Katalysator 41 wird durch das Gehäuse 12 auf seiner äußeren Peripherie getragen. Bei dieser Ausführungsform sind die Zungen 14 und 16 durch Anschlußglieder 42 gestützt, die eine Hohlstruktur haben. Die hohlen Anschlußglieder 42 haben Öffnungen ins Innere des äußeren Gehäuses 32, die als Gaseinlaß und -auslaß 34 bzw. 36 dienen. Diese Struktur vereinfacht die maschinelle Herstellung des äußeren Gehäuses 32.
13 zeigt die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 12 mit Zungen 14 und 16 in dem äußeren Gehäuse 32 untergebracht. Ein Katalysator (nicht gezeigt) wird von den Kontakten 14a und 16a der Zungen 14 und 16 getragen. Es ist auch möglich, den Katalysator an dem Umfang des Gehäuses 12 anzuordnen, ähnlich wie bei der vorhergehenden Ausführungs form. Bei dieser Ausführungsform haben die Zungen 14 und 16 selbst eine Hohlstruktur und sehen Öffnungen 18 und 20 für das Gehäuse 12 vor. Die Kontakte 14a und 16a oder die distalen Teile der Zungen 14 bzw. 16 sind jeweils flach, so daß sie sich flexibel deformieren können, um eine Schaltaktion auszuführen. Die Zungen 14 und 16 erstrecken sich mit ihrer gesamten Hohlstruktur zu der Außenseite des äußeren Gehäuses 32. Deshalb sehen die Zungen 14 und 16 auch den obengenannten Gaseinlaß und -auslaß 34 und 36 vor. Zwei Öffnungen 44 und 46 in dem äußeren Gehäuse 32 sind dazu bestimmt, das äußere Gehäuse 32 zu kühlen.
14 und 15 zeigen die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform beruht auf dem in 1 gezeigten Prinzip und nutzt die Anwendung eines Relais. Ein Gasreiniger 10 enthält, wie in 14 gezeigt, ein Gehäuse 12 mit Röhren 18a und 20a, die zwei Öffnungen bilden. 15 zeigt das Gehäuse 12, wobei dessen oberer Teil entfernt ist. Der Gasreiniger 10 enthält bewegliche Kontaktzungen 14 und stationäre Zungen 16. Wenigstens ein Paar von den Kontakten der beweglichen Kontaktzungen 14 und stationären Zungen 16 ist mit Katalysator (nicht gezeigt) versehen, der aus einer Platingruppe besteht.
Der Gasreiniger 10 enthält ferner eine Antriebsspule 22, die bewirkt, daß ein Paar der Kontakte der Zungen 14 und 16 öffnet und schließt, und eine Kontaktlastspule 30, die mit einem Paar der Zungen 14 und 16 verbunden ist, wobei die Antriebsspule 22 und die Kontaktlastspule 30 auf doppelschichtige Weise gewickelt sind. Die Antriebsspule 22 wendet auf Polstücke 50, die sich nahe der Kontakte der beweglichen Kontaktzungen 14 befinden, magnetische Anziehungskraft an, wodurch verursacht wird, daß sich die beweglichen Kontaktzungen 14 von den stationären Zungen 16 öffnen. Der Gasreiniger 10 hat dieselben Grundkomponenten wie einer in 1 und kann auf der Grundlage der Wirkung des Plasmas und der Wirkung des Katalysators eine Gasreinigung erreichen.
16 und 17 zeigen die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 16 gezeigt, ist eine Auspuffemissionssteueranordnung 54 in einem Auspuffsystem eines Autos 52 montiert.
Wie in 17 gezeigt, umfaßt die Auspuffemissionssteueranordnung 54 einen Gasreiniger 10, der dem entspricht, der unter Bezugnahme auf 1 und andere Figuren beschrieben wurde, in Reihe mit einem herkömmlichen katalytischen Abgasreiniger 56 für ein Auto. Der herkömmliche katalytische Abgasreiniger 56 enthält einen Dreiwegekatalysator, der durch einen Träger in der Form von Pellets oder eines porösen Stützglieds getragen wird.
Bei einem bevorzugten Modus wird der Gasreiniger 10 nur aktiviert, wenn das Auto gestartet wird, das heißt, die Antriebsspule 22 wird erregt.
In 18 arbeitet der Gasreiniger 10 effektiv, bald nachdem das Auto gestartet ist, wie durch die unterbrochene Linie CPR angegeben. Im Gegensatz dazu wird der herkömmliche katalytische Abgasreiniger 56 effektiv, nachdem die Temperatur des Motors auf ein gewisses Niveau ansteigt, wie durch die durchgehende Linie C angegeben. Deshalb wird gemäß der Anordnung in 17 die Abgasreinigung erreicht, unmittelbar nachdem der Motor gestartet ist.
19 und 20 zeigen die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger 10 ist für die Auspuffemissionssteueranordnung 54 in 17 geeignet.
In 19 und 20 enthält der Gasreiniger 10 eine äußere Metallröhre 60. Eine Vielzahl von Gehäusen 12, die jeweils ein Paar von Zungen 14 und 16 haben und einen Katalysator darin tragen, sind mit einem Abstandshalter 62 vereinigt, der zwischen ihnen und rings um sie herum liegt, und in der äußeren Metallröhre 60 untergebracht. Ein Katalysator 41 ist an dem äußeren Umfang von jedem Gehäuse 12 angebracht. Eine Antriebsspule 22 und eine Kontaktlastspule 30 sind rings um die Gehäuse 12 gewickelt.
Ein Impulsgenerator 24 ist an dem äußeren Umfang der äußeren Metallröhre 60 montiert. Ein poröser Zylinder 66, der mit einem Edelmetall plattiert ist, befindet sich innerhalb der äußeren Metallröhre 60. Der poröse Zylinder 66 ist an der äußeren Metallröhre 60 durch einen Stützring 68 befestigt. Die Gehäuse 12 befinden sich innerhalb des porösen Zylinders 66. Anschlußkopplungsglieder 70, die mit einem Isoliermaterial beschichtet sind und als gemeinsame Stützglieder 38 und Anschlußglieder 40 in 5 dienen, dringen von der äußeren Metallröhre 60 durch den porösen Zylinder 66 hindurch. Die zwei Anschlußkopplungsglieder 70 sind in axialer Richtung voneinander getrennt und mit den Zungen 14 bzw. 16 verbunden. Infolge der Anschlußkopplungsglieder 70 sind die Gehäuse 12, die die Zungen 14 und 16 enthalten, an der äußeren Metallröhre 60 befestigt. Die äußeren Ende der Anschlußkopplungsglieder 70 sind mit einer elektrischen Vorrichtung 72 verbunden.
Ein Maschenglied 74, das mit einem Edelmetall plattiert ist, ist vor den Gehäusen 12 in der äußeren Metallröhre 60 angeordnet. Der Pfeil G gibt die Richtung der Gasströmung an. Das Maschenglied 74 ist so angeordnet, daß seine zurückgesetzte Oberfläche der Quelle des Gasstroms zugewandt ist. Ein Flansch zum Verbinden des Gasreinigers mit einem Auspuffrohr ist bei den Zeichnungen weggelassen. Somit kann ein neuer Gasreiniger für ein Auto erhalten werden.
Bei den obengenannten Ausführungsformen sind die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 mit der Gleichstromenergiezuführung verbunden, und eine Glimmentladung wird durch die gegenelektromotorische Kraft "e" induziert, die durch die Induktivität L der Kontaktlastspule 30 erzeugt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Glimmentladung ferner unter Verwendung von Wechselstrom induziert werden. Die Wechselstromsteuerung wird unten beschrieben.
21 zeigt die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger 10 dieser Ausführungsform enthält eine Wechselstromenergiezuführung 80, enthält aber keine Kontaktlastspule 30. Außer diesem Punkt hat der Gasreiniger 10 von dieser Ausführungsform fast dieselben Komponentenglieder wie jene von 1 bis 8.
Genauer gesagt, der Gasreiniger 10 umfaßt magnetisch empfindliche Zungen 14 und 16, die in ein Gehäuse 12 eingefügt sind. Die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 sind mit Katalysatorschichten 26 und 28 versehen. Eine Vielzahl von Gehäusen 12 ist in einem äußeren Gehäuse 32 untergebracht. Die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 erstrecken sich über Anschlußglieder 40a zu der Außenseite des äußeren Gehäuses 32. Die Anschlußglieder 40 sind hohl, und dienen somit als hohle Zungen 14 und 16 in 13 und sehen die Öffnungen 18 und 20 für die Gehäuse 12 und die Gaseinlaß- und -auslaßöffnungen 34 und 36 für das äußere Gehäuse 32 vor. Eine Antriebsspule 22 ist rings um den äußeren Umfang des äußeren Gehäuses 32 gewickelt. Deshalb ist es möglich, so zu konstruieren, daß die in 1 bis 20 gezeigten Ausführungsformen durch Wechselstrom gesteuert werden, falls die Kontaktlastspule 30 dabei weggelassen wird. Ferner ist es möglich, den Gasreiniger 10 so zu konstruieren, daß die Ausführungsformen in 21 und die folgenden Ausführungsformen durch Gleichstrom gesteuert werden können, falls die Kontaktlastspule 30 vorgesehen wird.
In 21 sind die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 mit der Wechselstromenergiezuführung 80 verbunden. Es wurde herausgefunden, daß die Glimmentladung ohne eine Kontaktlastspule 30 induziert werden kann, da die Wechselstromenergiezuführung 80 eine Impedanz hat.
22 zeigt die Glimmentladung, die durch Wechsel stromsteuerung verursacht wird. In diesem Fall erzeugt die Wechselstromenergiezuführung 80 eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von 700 V bei 30 kHz. Zuerst wird der Antriebsspule 22 Spannung zugeführt, und die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 werden geschlossen, mit dem Resultat, daß zwischen den Kontakten 14 und 16 Strom fließt. Die Energiezuführung zu der Antriebsspule 22 wird dann abgeschaltet, die Kontakte 14a und 16a werden geöffnet, mit dem Resultat, daß eine Glimmentladung induziert wird, wie zuvor beschrieben.
Wenn die Glimmentladung einmal induziert ist, zündet die Glimmentladung die folgende Glimmentladung, wenn der absolute Wert der zugeführten Wechselstromspannung ein spezifizierter Entladungsspannungswert wird. Die Lücke zwischen den Kontakten 14a und 16a der Zungen 14 und 16 ist so klein, daß die Entladungsstartspannung zum Beispiel etwa 200 V betragen kann. Die Entladungsstartspannung schwankt in Abhängigkeit von dem Typ und der Konzentration des strömenden Gases. Fall die Glimmentladung durch eine Wechselstromenergiezuführung allein gestartet werden kann, kann die Antriebsspule 22 weggelassen werden. Die Glimmentladungen treten kontinuierlich auf, und es wird angenommen, daß die Kontakte 14a und 16a der Zungen 14 und 16 im wesentlichen nicht bewegt und mit einer gewissen winzigen Lücke zwischen ihnen gehalten werden.
23 zeigt die Effektivität der Gasreinigung, dargestellt durch die NOx-Konzentration, der Gleichstromsteuerung und der Wechselstromsteuerung. Je niedriger die NOx-Konzentration ist, desto höher ist die Gasreinigungseffektivität. Wie aus dieser grafischen Darstellung ersichtlich ist, ist die Effektivität der Gasreinigung unter Einsatz der Wechselstromsteuereung der Gleichstromsteuerung beträchtlich überlegen. Denn wenn die Gleichstromsteuerung eingesetzt wird, ist die Zeit der Glimmdauer tg tatsächlich sehr kurz, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Bei der Gleichstromsteuerung tritt die Glimmentladung einmal auf, jedes Mal, wenn die Antriebsspule 22 gesperrt wird, und die Betriebsfrequenz der Antriebsspule 22 kann nicht auf einen großen Wert eingestellt werden. Wenn die Wechselstromsteuerung eingesetzt wird, tritt die Glimmentladung jedoch zweimal bei jedem Wechselstromzyklus auf, und eine hohe Frequenz kann ohne weiteres verwendet werden. Deshalb kann gesagt werden, daß die Glimmentladungen in 22 im wesentlichen kontinuierlich auftreten. Falls Glimmentladungen kontinuierlich auftreten, ist es natürlich möglich, eine ausgezeichnete Gasreinigungseffektivität zu erhalten.
Bei der Wechselstromsteuerung kann Wechselstrom mit einer Frequenz in dem Bereich von 50 Hz bis 120 kHz verwendet werden. Hierbei liegt der vorzuziehende Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 50 kHz.
24 und 25 zeigen die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger 10 umfaßt magnetisch empfindliche Zungen 14 und 16, die in ein Gehäuse 12 eingefügt sind. Die Kontakte der magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 sind mit Katalysatorschichten (nicht gezeigt) versehen. Bei dieser Ausführungsform sind die vier Gehäuse 12 in einem äußeren Röhrengehäuse 32 untergebracht. Die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 sind mit hohlen Anschlußgliedern 40 verbunden. Die Anschlußglieder 40 sind an gemeinsamen Stützgliedern 38 befestigt. Die gemeinsamen Stützglieder 38 sind mit einer Energiezuführung verbunden, die nicht gezeigt ist. Das äußere Gehäuse 32 hat einen Gaseinlaß 34 und einen -auslaß 36. Eine Antriebsspule 22 ist rings um die vier Gehäuse 12 in dem äußeren Gehäuse 32 gewickelt. Die vier Gehäuse 12 und die Antriebsspule 22 sind in einem Raum angeordnet, der mit den gemeinsamen Stützgliedern 38 abgedichtet ist, so daß sie durch das zu reinigende Gas nicht kontaminiert werden. Die Operation dieser Ausführungsform ist mit jener der vorhergehenden Ausführungsform identisch.
26 zeigt die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger 10 umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden Elektrodenfilmen 14 und 16, die in ein Gehäuse 12 eingefügt sind. Das Gehäuse 12 hat zwei Öffnungen 18 und 20, die als Gaseinlaß und -auslaß dienen. Die Elektrodenfilme 14 und 16 sind mit einer Wechselstromenergiezuführung (nicht gezeigt) verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektrodenfilme 14 und 16 in einer Wellenform geformt. Jedes Paar von Wellenscheiteln 14p und 16p der Welle liegt einander mit einer winzigen Lücke zwischen ihnen gegenüber. Die Glimmentladung tritt in der winzigen Lücke auf. Ferner sind die Elektrodenfilme 14 und 16 aus Katalysatorschichten aus Rhodium gebildet. Die Elektrodenfilme 14 und 16 sind durch Dampfabscheidung oder Sputtern von Rhodium auf die Innenwand des Gehäuses 12 hergestellt. Selbstverständlich kann Rhodium durch eines der obengenannten katalytischen Metalle ersetzt werden. Auf diese Weise sind die Elektrodenfilme 14 und 16 breite Elektroden, die sich im wesentlichen zwischen zwei Öffnungen 18 und 20 erstrecken.
27 zeigt die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger 10 umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden Elektrodenfilmen 14 und 16, die in ein Gehäuse 12 eingefügt sind. Das Gehäuse 12 hat zwei Öffnungen 18 und 20, die als Gaseinlaß und -auslaß dienen. Die Elektrodenfilme 14 und 16 sind mit einer Wechselstromenergiezuführung (nicht gezeigt) verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektrodenfilme 14 und 16 wie flache Platten gebildet und voneinander durch eine winzige Lücke zwischen ihnen getrennt. Die Glimmentladung tritt in der winzigen Lücke auf. Auch in diesem Fall sind die Elektrodenfilme 14 und 16 durch Dampfabscheidung oder Sputtern von Rhodium gebildet.
28 und 29 zeigen die sechzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gasreiniger hat, ähnlich wie jener in 5 gezeigt, ein Gehäuse 12, das in einem äußeren Gehäuse 32 untergebracht ist. Das Gehäuse 12 enthält ein Paar von gegenüberliegenden magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 und hat zwei Öffnungen 18 und 20, die als Gaseinlaß und -auslaß dienen. Beide Enden des äußeren Gehäuses 32 sind offen, um einen Einlaß 34 und einen Auslaß 36 zu bilden.
Wie in 28 gezeigt, ist der Gasreiniger 10 zwischen zwei Röhrenstützen 84 und 86 angeordnet, die auf dem oberen Ende eines Isolierstützglieds 82 montiert sind. Die Röhrenstützen 84 und 86 sind mit dem Einlaß 34 und dem Auslaß 36 an beiden Enden des äußeren Gehäuses 32 verbunden. Gas strömt zum Beispiel von der rechten Röhrenstütze 84 durch das äußere Gehäuse 32 und das Gehäuse 12 hinein und tritt aus der linken Röhrenstütze 86 aus. Jede der Röhrenstützen 84 und 86 hat ein Mittel zum Befestigen der magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 und ein Mittel zum Verbinden der magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 mit einer Energiezuführung (nicht gezeigt). Ein Strömungsgeschwindigkeitssteuerknopf 88 ist am Boden des Isolierstützglieds 82 gebildet. Ein Strömungsgeschwindigkeitssteuermittel (nicht gezeigt), das mit dem Strömungsgeschwindigkeitssteuerknopf 88 gekoppelt ist, steuert die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das von der rechten Stütze 84 durch das äußere Gehäuse 32 strömt. Die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 enthalten Spulenabschnitte 14c und 16c, die die Gehäuse 12 elastisch stützen. Selbstverständlich sind die magnetisch empfindlichen Zungen 14 und 16 mit einem Katalysator versehen.
30 zeigt die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die obengenannten Gasreiniger der Ausführungsformen können umweltfeindliche Gase wie COx, CmHn, NOx und SOx effektiv reinigen. In den letzten Jahren wurde besonders gefordert, NOx in Abgas eines Autos zu reinigen. NOx reagiert, wie oben erwähnt, gemäß der folgenden Formel und wird in unschädliches N₂ verwandelt. e + 2NO - N₂ + O₂ + e 2e + 2NO₂ - N₂ + 2O₂ + 2e
Die Erfinder haben ein Verfahren untersucht, durch das NOx ferner effektiv entfernt werden kann, und fanden heraus, daß das Vorhandensein einer Sauerstoffkomponente in Abgas eines Autos die Rückreaktion bezüglich der oben beschriebenen Formel auslöst und möglicherweise eine NOx-Reinigungseffektivität verschlechtert. Um dieses Hindernis zu überwinden, wird die Sauerstoffkomponente in Abgas eines Autos isoliert, und ein Anteil des Gases, der hauptsächlich eine NOx-Komponente enthält, strömt durch den Gasreiniger der obengenannten Ausführungsformen. Dieses Verfahren garantiert eine effektivere Reinigung von NOx. Die Beschreibung geht davon aus, daß das zu reinigende Gas NOx ist. Der, Inhalt der Beschreibung trifft auch auf COx, CmHn und SOx zu.
In 30 ist ein Gasseparierungsmembranmodul 90, der als Gasseparatormittel dient, stromaufwärts von dem obengenannten Gasreiniger der vorliegenden Erfindung angeordnet. In 30 ist der Gasseparierungsmembranmodul 90 mit der in 24 gezeigten Ausführungsform kombiniert. Selbstverständlich kann der Separierungsmembranmodul 90 in Kombination mit einer der obengenannten Ausführungsformen verwendet werden.
In 30 enthält der Gasseparierungsmembranmodul 90 Gasseparierungsmembranen 91. Die Gasseparierungsmembranen 91 sind in einem äußeren Zylinder 90a angeordnet. Der äußere Zylinder 90a hat einen Gaseinlaß 90b, einen ersten Gasauslaß 90c und einen zweiten Gasauslaß 90d. Die Gasseparierungsmembranen 91 bestehen aus einem hochpolymeren Material, das die Geschwindigkeit des Übertragens von Gasen in Abhängigkeit von dem Gastyp variieren kann. Zum Beispiel ist eine Sauerstoffanreicherungsmembran wohlbekannt. Die Gasseparierungsmembranen 91 in 30 sind von dem Typ, der als Hohltyp bezeichnet wird. Die Gasseparierungsmembranen 91 und der äußere Zylinder 90a sind als Modul vereinigt, der zum Beispiel durch die US Permea Inc. und Daido Oxygen Co., Ltd. in Japan vermarktet wurde.
Mischgase treten in den Gasseparierungsmembranmodul 90 über den Gaseinlaß 90b ein. Das Gas, das durch die Gasseparierungsmembranen 91 isoliert wird und hauptsächlich eine NOx-Komponente enthält, tritt aus dem ersten Gasauslaß 90c aus und strömt in den Einlaß 34 des äußeren Gehäuses 32 des Gasreinigers. Der Gasreinigier reinigt effektiv das zu reinigende Gas, das eine kleine Menge Sauerstoff und eine große Menge an umweltfeindlichen Komponenten enthält, infolge der synergistischen Plasma- und Katalysatorwirkung. Das Gas, das durch die Gasseparierungsmembranen 91 isoliert wurde und hauptsächlich Sauerstoff enthält, tritt aus dem zweiten Auslaß 90d aus, wobei es zu der Auspuffröhre (nicht gezeigt) stromabwärts von dem äußeren Gehäuse 32 das äußere Gehäuse 32 des Gasreinigers umgeht.
31 zeigt eine Variante der Ausführungsform von 30. Bei dieser Variante enthält ein Gasseparierungsmembranmodul 90 eine Gasseparierungsmembran 91. Die Gasseparierungsmembran 91 ist in einem äußeren Zylinder 90a angeordnet. Der äußere Zylinder 90a hat einen Gaseinlaß 90b, einen ersten Gasauslaß 90c und einen zweiten Gasauslaß 90d. Die gasselektive Separierungsmembran 91 besteht aus einem hochpolymeren Material, das die Geschwindigkeit des Übertragens von Gasen in Abhängigkeit von dem Gastyp variieren kann. Zum Beispiel ist eine Sauerstoffanreicherungsmembran wohlbekannt. Die Gasseparierungsmembran 91 in 31 ist ein Flachplattentyp. Bei dem Gasseparierungsmembranmodul 90 in 31 treten Mischgase ähnlich wie bei dem Gasseparierungsmembranmodul 90 in 30 in den Gasseparierungsmembranmodul 90 über den Gaseinlaß 90b ein. Das Gas, das durch die Gasseparierungsmembran 91 isoliert wird und hauptsächlich eine NOx-Komponente enthält, tritt aus dem ersten Gasauslaß 90c aus und strömt in den Einlaß 34 des äußeren Gehäuses 32 des Gasreinigers. Das Gas, daß durch die gasselektive Separierungsmembran 91 isoliert wird und hauptsächlich Sauerstoff enthält, tritt aus dem zweiten Gasauslaß 90d aus. Der Gasreiniger reinigt das zu reinigende Gas, das aus dem ersten Gasauslaß 90c herauskommt und wenig Sauerstoff und eine große Menge an umweltfeindlichen Komponenten enthält, infolge der synergistischen Plasma- und Katalysatorwirkung.
Wie beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung einen Gasreiniger vor, der relativ kompakt ist und eine Glimmentladung bei relativ niedriger Spannung induzieren kann, und durch den die Wirkung eines Plasmas und die Wirkung eines Katalysators synergistisch kombiniert werden. Deshalb ist es möglich, einen Gasreiniger vorzusehen, der verschiedene Gase behandeln kann.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung von Gasen unter Einsatz von Plasma und Katalysator, bestehend aus a) einem Gehäuse (12) mit wenigstens einer Gaseintritts- und einer Gasaustrittsöffnung (18,20), b) wenigstens einem Paar magnetisch empfindlicher Zungen (14,16) mit gegenüberliegenden Kontakten (14a, 16a), c) einer Antriebsspule (22), d) einer Kontaktlastspule (30) und e) einem in Kontaktnähe angeordneten Katalysator (26,28).
Vorrichtung zur Reinigung von Gasen unter Einsatz von Plasma und Katalysator, bestehend aus a) einem Gehäuse (12) mit wenigstens einer Gaseintritts- und einer Gasaustrittsöffnung (18,20), b) wenigstens einem Paar von sich gegenüberliegenden Kontakten (14a, 16a), c) einem in Kontaktnähe angeordneten Katalysator (26,28), und d) einer Wechselstromversorgungsquelle, die an das wenigstens ein Elektrodenpaar angeschlossen ist, um eine Glimmentladung an den Kontakten des wenigstens einen Kontaktpaares zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator an den Kontakten des Zungenpaares angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Öffnungen (18, 20) des Gehäuses (12) nahe der Kontakte (14a, 16a) des Zungenpaares (14,16) angeordnet sind, der Katalysator rings um das Gehäuse im Bereich dieser zwei Öffnungen angeordnet ist, und das gesamte Gehäuse (12) in einem äußeren Gehäuse (32) mit Öffnungen (34, 36) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Edelmetall besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator wenigstens aus zwei Metallen der Platingruppe besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusätzlich Ceroxid enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Kontaktpaar (14a, 16a) im wesentlichen parallel zueinander verlaufende, sich gegenüberliegende Kontaktflächen aufweist, die durch einen Spalt voneinander getrennt sind, und daß die sich gegenüberliegenden Kon taktflächen aus einem Katalysator gebildet sind, der ein Übergangsmetall enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Elektrodenpaar breite Elektrodenfilme umfaßt, die sich im wesentlichen zwischen den zwei Öffnungen erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Öffnungen (18, 20) des Gehäuses (12) nahe den Kontakten (14a, 16a) angeordnet sind, der Katalysator rings um das Gehäuse im Bereich dieser zwei Öffnungen angeordnet ist und das gesamte Gehäuse (12) in einem äußeren Gehäuse (32) mit Öffnungen (34, 36) untergebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 8 bis 10, gekennzeichnet durch ein Gasseparatormittel, das auf der stromaufwärtigen Seite des Gehäuses (12) angeordnet ist, das die genannten wenigstens zwei Öffnungen, das wenigstens eine Paar von sich gegenüberliegenden Kontakten und den Katalysator enthält, zum selektiven Separieren eines Gases, das zu reinigen ist, von einem Gas, das durch das Gehäuse (12) strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasseparatormittel auf der stromaufwärtigen Seite des äußeren Gehäuses (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasseparatormittel eine Gasseparierungsmembran enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasseparierungsmembran hauptsächlich Sauerstoff von Stickstoffverbindungen separiert und die separierte Stickstoffverbindung in das genannte Gehäuse geleitet wird.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Reinigung von Abgasen in Automobilen.