DE60103647T2 - Gasreaktoren mit plasmaunterstützung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Reaktoren für die plasmagestützte Verarbeitung von gasförmigen Medien und insbesondere solche Reaktoren für die Behandlung der Emissionen von einem oder mehreren von Stickoxiden, teilchenförmigem Material einschließlich kohlenstoffhaltiger Teilchen, Kohlenwasserstoffen einschließlich polyaromatischer Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und anderen Produkten einer geregelten oder ungeregelten Verbrennung aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren.
  • Eines der Hauptprobleme, die mit der Entwicklung und dem Gebrauch von Verbrennungsmotoren verbunden sind, sind die schädlichen Abgasemissionen aus solchen Motoren. Zwei der gesundheitschädlichsten Materialien, insbesondere im Fall von Dieselmotoren, sind teilchenförmiges Material (hauptsächlich Kohlenstoff) und Oxide von Stickstoff wie Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid, oft als NOx bezeichnet. Übermäßige Mengen an NOx werden auch durch Ottomotoren erzeugt, die in der als 'abgemagerte Verbrennung' bekannten Betriebsart betrieben werden, bei der das Verhältnis von Luft zu Brennstoff höher als dasjenige ist, das für eine stöchiometrische Verbrennung erforderlich ist. Man ist sich auch darüber im klaren, dass alternative Kraftstoffe und beispielsweise Hybrid-Verbrennungsmotoren, die Dieselkraftstoff und/oder Erdgas verbrennen können, ein ähnliches Problem aufwerfen können. Zunehmend strenge Vorschriften zur Emissionskontrolle zwingen die Hersteller von Verbrennungsmotoren und Fahrzeugen dazu, wirksamere Methoden zur Entfernung dieser Materialien, insbesondere aus den Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren, zu finden.
  • Eine der Methoden, mit denen Emissionen verringert werden, besteht im Modifizieren des Verbrennungsprozesses im Motor. Modifikationen umfassen das Ändern der Einspritzeinstellung, die Motorkonstruktion, Common Rail Systeme und Abgasrückführung (EGR = exhaust gas recirculation), alle unterliegen jedoch bestimmten Beschränkungen für den praktischen Motorbetrieb. Es wurde jedoch in der Praxis gefunden, dass Verbrennungstechniken, die die Situation mit Bezug auf eine der vorstehend erwähnten Komponenten der Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren verbessern, dazu neigen, die Situation mit Bezug auf die anderen zu verschlechtern.
  • Es werden jedoch zahlreiche Nachbehandlungstechniken entwickelt, um NOx-Emissionen aus Abgasen aus den Auspuffanlagen von Verbrennungsmotoren sowie anderen Quellen von Abgas zu entfernen. Eine solche Nachbehandlungstechnik umfasst nichtthermische Plasmen, oft mit Katalysatoren kombiniert. Eine Form des Reaktors für die plasmagestützte Verarbeitung von gasförmigen Medien umfasst ein Reaktorbett aus gaspermeablem, dielektrischen Material, durch das das gasförmige Medium hindurchtreten muss. Das Reaktorbett ist zwischen zwei Elektroden enthalten, mittels derer über das Reaktorbett ein Potential angelegt werden kann, das ausreicht, um in dem gasförmigen Medium ein Plasma in den Zwischenräumen innerhalb des Reaktorbettmaterials anzuregen. Solche Reaktoren sind in unseren früheren Patenten GB 2 274 412, EP 1 017 477 B und den US-Patenten 3,983,021, 4,954,320 und 5,609,736 beschrieben. Wenn das Reaktorbettmaterial ein ferroelektrisches Material wie Bariumtitanat enthält, kann es durch die in WO 00/78691 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ein weiterer Typ des Reaktors für die plasmagestützte Verarbeitung von gasförmigen Medien ist der dielektrische Sperrschicht- oder Koronaentladungsreaktor, bei dem die Elektroden durch mindestens eine Schicht eines dielektrischen Materials getrennt sind und bei dem der Raum zwischen den Elektroden mit einem Bett aus dielektrischem, gaspermeablen Material gefüllt sein kann. Die Elektroden bei einem dielektrischen Sperrschichtreaktor können planar, kugelförmig oder in Form von konzentrischen Zylindern vorliegen. Beispiele der dielektrischen Sperrschichtreaktoren sind in WO 00/71866 und WO 00/51744 beschrieben.
  • Im Allgemeinen gibt es einen optimalen Wert für das elektrische Feld innerhalb des Reaktorbetts für jeden gegebenen Typ des Reaktorbetts und/oder gasförmigen Mediums, das zu verarbeiten ist. Wenn die Elektroden jedoch eine zylindrische Geometrie aufweisen, wobei sie koaxial sind und eine innerhalb der anderen liegt, ist die radiale Verteilung des elektrischen Felds nicht gleichmäßig, wobei es umgekehrt mit der Entfernung von der Achse des Reaktors variiert, so dass einige Bereiche des Reaktorbetts elektrische Felder unterhalb des optimalen Werts haben, während andere Bereiche elektrische Felder oberhalb des optimalen Bereichs haben. Wenn die Ungleichmäßigkeiten in dem Gasstrommuster auch in Betracht gezogen werden, kann die Wirksamkeit eines Reaktors in der Praxis auf weniger als ein Viertel seines Maximalwerts verringert sein.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Form des Reaktors mit einer zylindrischen Geometrie für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums zu schaffen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Reaktor für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums zur Verfügung gestellt, wobei der Reaktor ein Reaktorbett aus einem gaspermeablen, dielektrischen Material umfasst, das zwischen zwei konzentrischen, zylindrischen Elektroden enthalten ist, durch die man ein Potential über das Reaktorbett anlegen kann, das ausreicht, ein Plasma im gasförmigen Medium in den Zwischenräumen innerhalb des Reaktorbetts zu erzeugen, wobei die Zusammensetzung des Materials und seine Verteilung innerhalb des Betts so angeordnet ist, dass bei einer Abnahme der radialen Positionierung eine Zunahme der effektiven Dielektrizitätskonstante zumindest für einen Teil des Betts zur Verfügung gestellt wird, um dadurch radiale Schwankungen im elektrischen Feld in diesem Teil des Betts zu verringern; außerdem wird eine Vielzahl sich radial erstreckender Vorsprünge zur Verfügung gestellt, hergestellt aus einem dielektrischen Material, dessen Dielektrizitätskonstante sich von der effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbetts unterscheidet, wobei die Konfiguration der sich radial erstreckenden Vorsprünge so ist, dass die radialen Schwankungen im elektrischen Feld in der Nähe der inneren Elektrode verringert werden.
  • Unter effektiver Dielektrizitätskonstante verstehen wir die Dielektrizitätskonstante, die sich aus der Kombination des dielektrischen Materials in dem Bett und der zugehörigen Zwischenräume ergibt.
  • Um ein genau gleichmäßiges elektrisches Feld über der radialen Ausdehnung des Betts zu erhalten, müssten die Zusammensetzung des Materials und seine Verteilung so sein, dass sie umgekehrt proportional zum Radius variieren.
  • Des weiteren kann das Material des Reaktorbetts in eine Vielzahl von radialen Zonen abgestuft sein, wobei jede Zone bis auf die innerste Zone eine effektive Dielektrizitätskonstante hat, die niedriger als die der benachbarten Zone mit kleinerem Radius ist und bis auf die äußerste Zone höher als die der benachbarten Zone mit größerem Radius ist.
  • Für ein Bett einer gegebenen radialen Ausdehnung ist es mit größerer Anzahl der Zonen um so leichter möglich, annäherungsweise ein gleichmäßiges elektrisches Feld über der radialen Ausdehnung des Betts zu erhalten.
  • Die radialen Vorsprünge können radial orientierte Längsflügel oder eine Reihe von regelmäßig beabstandeten Scheiben sein. Vorzugsweise ist die Dicke der radialen Vorsprünge umgekehrt proportional zu der radialen Entfernung von der Außenfläche der inneren Elektrode. Ein verbessertes elektrostatisches Einfangen des teilchenförmigen Materials, wie kohlenstoffhaltiger Teilchen, kann aufgrund des Vorhandenseins der radialen Vorsprünge auftreten.
  • Das Bett des gaspermeablen, dielektrischen Materials kann katalytische Eigenschaften aufweisen oder katalytische Eigenschaften im Plasmabereich entwickeln, um kohlenstoffhaltige Teilchen beispielsweise durch Oxidation oder Verringerung der Stickoxide beispielsweise durch selektive katalytische Reduktion zu entfernen.
  • Spezifische Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums zeigt;
  • 2 zeigt, wie das radiale elektrische Feld mit dem Radius für den plasmagestützten Gasreaktor von 1 schwankt;
  • 3 eine Form der Feldverteilungsvorrichtung zeigt, die die Erfindung verkörpert;
  • 4 bis 8 Schwankungskurven für das elektrische Feld für verschiedene Formen der Feldverteilungsvorrichtung von 3 zeigen;
  • 9 ein Längsschnitt durch einen Teil eines Reaktors für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums ist, bei dem eine zweite Ausführungsform der Erfindung enthalten ist;
  • 10 Schwankungskurven für das elektrische Feld für zwei Formen der zweiten Feldverteilungsvorrichtung zeigt;
  • 11 eine schematische Darstellung eines Reaktorbetts ist, das in fünf getrennte Zonen unterteilt ist; und
  • 12 eine schematische Darstellung der radialen Schwankung des elektrischen Felds für das in 11 gezeigte Reaktorbett im Vergleich zu der radialen Schwankung des elektrischen Felds in einem Reaktorbett mit gleichmäßiger Dielektrizitätskonstante ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen umfasst eine Reaktoranordnung 1 zur Behandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren ein Reaktorbett 2, das aus einem Bett 3 mit Pellets 4 aus einem keramischen, dielektrischen Material besteht, wie dies in unserem früheren Patent GB 2 274 412 oder EP 1 017 477 B beschrieben ist, das zwischen inneren und äußeren perforierten Elektroden 5 bzw. 6 aus nichtrostendem Stahl enthalten ist. Die Form des dielektrischen Materials ist nicht auf Pellets beschränkt; es kann auch in Form von Kügelchen, Extrudaten, Fasern, Blechen, Wafern, Fritten, Gittern, Spulen, Schäumen, Membranen, keramischen Wabenmonolithen oder Körnchen oder als Beschichtung auf einem Material oder in einem Material enthalten vorliegen, wie in PCT/GBO1/00442, eingereicht am 2. Februar 2001, mit der UK Priorität vom 30. Juni 2000, beschrieben ist. Die innere Elektrode 5 ist durch einen Fingerhut 7 aus rostfreiem Stahl abgeschlossen, der direkt mit einer Hochspannungsquelle 8 verbunden ist. Ein geeignetes Potential für das Anregen des Plasmas liegt in der Größenordnung von Kilovolt bis einigen zig Kilovolt und Wiederholungsfrequenzen im Bereich von 50 bis 5000 Hz, obgleich höhere Frequenzen in der Größenordnung von einigen zig Kilohertz verwendet werden können. Ein gepulster Gleichstrom ist für die Verwendung bei Automobilen geeignet, aber auch Wechselpotentiale, beispielsweise dreieckige oder Sinuswellen gleicher oder ähnlicher Charakteristika können verwendet werden. Die Enden des Reaktorbetts 2 sind durch zwei keramische Endplatten 9 bzw. 10 geschlossen, die auch als Trägerplatten dienen. Die Endplatte 9, die sich am gleichen Ende des Reaktorbetts 2 wie der Fingerhut 7 befindet, weist eine Reihe von axialen Löchern 11 um ihre Peripherie herum auf. An den Enden der Elektroden 5 und 6 befinden sich auch Ringe 12, 13 und 14 aus nichtrostendem Stahl, die so gestaltet sind, dass sie soweit wie praktikabel eine Lichtbogenbildung zwischen den Enden der Elektroden 5 und 6 und ihren jeweiligen Endplatten 9 und 10 verringern. Die gesamte Anordnung ist in einer gasdichten Kammer 15 aus nichtrostendem Stahl enthalten. Eine Wärmeausdehnung des Reaktorbetts 2 wird durch Expansionsringe 16 aufgenommen, die zwischen den Trägern 9 und 10 und jeweiligen Widerlagern 17 und 18 angeordnet sind, die Teil der Kammer 15 bilden. Die Energieversorgung 8 ist innerhalb der Kammer 15 mit Hilfe von perforierten Platten oder kreuzförmigen Körpern 19 angeordnet und ist mit einer thermischen Sperrschichtoberflächenbeschichtung geschützt. Die Kammer 15 weist Einlass- und Auslassdüsen 20 bzw. 21 auf, mittels derer sie mit dem übrigen Teil eines Auspuffsystems eines Verbrennungsmotors verbunden werden kann, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
  • Die Energieversorgung 8, die an dem kühleren Ende der Reaktoranordnung 1 angeordnet ist, umfasst einen Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstromeingangs 22 aus der Energieversorgung eines Fahrzeug zu einer gepulsten oder alternierenden Form und zum Transformieren für die innere Elektrode 5 des Reaktorbetts 2. Die Energieversorgung liegt bei diesem Beispiel in der Nähe des Reaktors wie in WO99/05400 beschrieben.
  • 2 zeigt, wie die radiale Komponente des elektrischen Felds in dem Reaktorbett 2 schwankt. Die nichtlineare Natur der umgekehrten Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und der Entfernung von der Achse der Reaktorkammer 1 ist leicht ersichtlich. Wie in der Einleitung zu dieser Beschreibung erklärt, kann diese Schwankung des radialen elektrischen Felds beträchtliche Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Reaktors haben. Wenn die Reaktion, die beispielsweise mit dem gasförmigen Medium durchzuführen ist, das Vorhandensein eines elektrischen Felds im Reaktorbett 2 erfordert, das größer als etwa 0,5 MV m–1 ist, dann ist aus 2 ersichtlich, dass mehr als 60% des Volumens des Reaktorbetts 2 einem elektrischen Feld von weniger als diesem Wert ausgesetzt wird. Als Folge davon nehmen weniger als 40% des Volumens des Reaktorbetts 2 an der Verarbeitung des gasförmigen Mediums teil. Des weiteren ist die Wirksamkeit der Verarbeitung des gasförmigen Mediums eine Funktion der Durchgangszeit des gasförmigen Mediums durch den Reaktor 1. Da die gesamte Massenstromrate in dem in 1 gezeigten Reaktor konstant ist, variiert die Geschwindigkeit ebenfalls umgekehrt mit der Entfernung von der Achse des Reaktors. (Tatsächlich ist sie an der inneren Elektrode 5 fast doppelt so hoch wie an der äußeren Elektrode 6). Folglich könnte die Wirksamkeit der Verarbeitung des gasförmigen Mediums etwa um weitere 40% abnehmen. Die Folge ist, dass die Wirksamkeit des Reaktors insgesamt auf weniger als 20% des Soilwerts abnehmen könnte.
  • Natürlich hätte die Erhöhung der elektrischen Feldstärke in den äußeren Bereichen des Reaktorbetts 2 eine sehr nützliche Wirkung.
  • 3 ist ein schematischer Schnitt durch einen Reaktor ähnlich demjenigen von 1, jedoch einschließlich einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung für das elektrische Feld. Unter Bezugnahme auf 2 sind diejenigen Komponenten, die den entsprechenden Komponenten des Reaktors von 1 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Pellets 4 aus dielektrischem Material wurden jedoch weggelassen. Sechzehn regelmäßig beabstandete und radial orientierte Flügel 201 sind an der inneren Elektrode 5 angebracht. Die F1ügel 201, die sich entlang der Länge des Reaktorbetts 2 erstrecken, sind aus einem Material hergestellt, das eine höhere Dielektrizitätskonstante als die effektive Dielektrizitätskonstante des Reaktorbetts 2 aufweist (d. h. die Dielektrizitätskonstante, die sich aus der Kombination der dielektrischen Pellets 4 und den Zwischenräumen dazwischen ergibt).
  • 4 zeigt die radialen Schwankungen im dielektrischen Feld in der Mitte des Bereichs zwischen einem beliebigen Paar von Flügeln 201 für unterschiedliche Radien der Flügel 201 mit Bezug auf die Achse des Reaktors 1. Das Verhältnis zwischen der effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbetts 3 und der Dielektrizitätskonstante der Flügel 201 ist in allen Fällen 5 und die Flügel 201 haben eine konstante azimutale Winkelbreite. (In der Praxis bedeutet dies, dass sich die tatsächliche Breite der Flügel 201 von ihren Wurzeln aus bis zu ihren Spitzen hin erhöht).
  • Es ist ersichtlich, dass das elektrische Feld in dem Bereich zwischen zwei beliebigen Flügeln 201 verringert ist und dass es im äußeren Bereich des Reaktorbetts 2 erhöht ist. Jedoch treten noch beträchtliche Schwankungen des elektrischen Felds auf, insbesondere an den Spitzen der Flügel 201. Dieser Effekt kann durch Verjüngung der Flügel 201 verringert werden, und 5, 6 und 7 zeigen die radiale Schwankung des elektrischen Felds für die Flügel 201 mit unterschiedlichen Radien und Verjüngungen bezogen auf den Azimutwinkel. Physikalisch gesehen sind die optimalen Abmessungen der Flügel 201 für ein Reaktorbett 2, das einen Innenradius von 35 mm und einen Außenradius von 75 mm aufweist: Länge 25,5 mm, Breite der Spitze 1,6 mm, Breite der Wurzel 3,6 mm.
  • Das Verhältnis zwischen der effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbetts 2 und der Dielektrizitätskonstante der Flügel 201 beeinflusst auch die Form der Verteilung des radialen elektrischen Felds, und 8 zeigt Schwankungen des radialen elektrischen Felds für eine Reihe von Flügeln 201 mit den gleichen Querschnitten, aber unterschiedlichen Verhältnissen der Dielektrizitätskonstanten. Es ist ersichtlich, dass das elektrische Feld für diese bestimmte Geometrie fortschreitend gleichmäßiger wird, wenn sich das Verhältnis 5 nähert. Für eine unterschiedliche Geometrie würde ein unterschiedliches optimales Verhältnis erhalten werden.
  • 9 zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Reaktors für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums, bei dem eine zweite Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Wiederum sind die Pellets 4, die das Reaktorbett 2 bilden, nicht gezeigt. In diesem Fall weist die innere Elektrode 5 eine Reihe von regelmäßig beabstandeten Scheiben 301 auf, die daran angebracht sind, um die radialen Vorsprünge zu bilden.
  • 10 zeigt die Schwankungen in dem radialen elektrischen Feld für Scheiben 301 mit zwei unterschiedlichen Dicken und Radien und auch für zwei unterschiedliche Typen von sich verjüngenden Scheiben 301. Es ist ersichtlich, dass die Wirkung der Scheiben 301 ähnlich derjenigen der Flügel 201 ist. Obgleich keine Kurven gezeigt sind, hat das Verhältnis der effektiven Dielektrizitätskonstante des Betts zu der Dielektrizitätskonstante der Flügel eine ähnliche Wirkung.
  • Im Allgemeinen erfordert die vorliegende Erfindung, dass das Verhältnis der Dielektrizitätskonstante des Flügels/der Scheibe zur effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbetts höher als 4 sein sollte.
  • Die radialen Vorsprünge an der inneren Elektrode 5 können auch andere Formen haben. Beispielsweise können sie regelmäßig beabstandete, schraubenförmige Flügel sein.
  • 11 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Segment eines Reaktorbetts, das in fünf getrennte Zonen 401 bis 405 zwischen der inneren Elektrode 5 und der äußeren Elektrode 6 aufgeteilt ist. Die effektive Dielektrizitätskonstante in jeder Zone ist abgestuft, beispielsweise durch Modifizieren der Zusammensetzung der Pellets oder einiger der Pellets und/oder ihrer Größe. Bei diesem Beispiel ist die effektive Dielektrizitätskonstante für jede Zone:
    3,87 in 401
    3,20 in 402
    2,73 in 403
    2,38 in 404
    2,11 in 405
  • Die Wirkung auf die radiale Schwankung des elektrischen Felds ist in 12 gezeigt, in der die Linie 406 die Schwankung des elektrischen Felds bei einem Radius für ein Bett gleichmäßiger Dielektrizitätskonstante zeigt und die Linie 407 die Schwankung des elektrischen Felds mit einem Radius für das Bett mit abgestufter Dielektrizitätskonstante in Zonen zeigt, wie dies in 11 gezeigt ist.
  • Es ist ersichtlich, dass die Gleichmäßigkeit des elektrischen Felds um so besser ist, je mehr Zonen verwendet werden, wobei es an der Grenze einer unendlichen Anzahl von Zonen und folglich bei einer kontinuierlichen radialen Schwankung der Dielektrizitätskonstante perfekt gleichmäßig ist.
  • Sich radial erstreckende Vorsprünge können auch bei Reaktoren mit dielektrischer Sperrschicht oder Koronaentladungsreaktoren verwendet werden, bei denen die Elektroden eine zylindrische oder kugelförmige Geometrie aufweisen. Die Ausführungsformen des Reaktors, die in diesen Beispielen beschrieben sind, können katalytische Komponenten enthalten, die die Zugabe von Zusatzstoffen, wie Oxidations- oder Reduktionszusatzstoffen, erfordern oder als Teil eines Emissionsregelungssystems eingebaut werden, das Katalysatoren oder andere Emissionsregelungsvorrichtungen für die plasmagestützte Behandlung der Abgase aus Verbrennungsmotoren, jedoch nicht auf diese beschränkt, beispielsweise für stationäre Turbinen, verwendet. Beispiele katalytischer Materialien für die Behandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien und Stickoxiden sind in WO 00/71866, WO 00/43102 beschrieben, in PCT/GBO1/00442, eingereicht am 2. Februar 2001, UK Priorität vom 30. Juni 2000, PCT/GB01/01571, eingereicht am 11. April 2001, UK Priorität 11. April und 18. August 2000, GB 00 20287.9, am 17. August 2000 im UK eingereicht, und EP 1 017 477B beschrieben. Dielektrisches Bettmaterial kann auch wirken, um eine vorbestimmte chemische Spezies wie in WO 01/30485 beschrieben einzufangen oder zu adsorbieren, während die Reaktorausführungsformen mit einem Fahrzeugenergieversorgungssystem, wie in WO 00/50746 beschrieben, kombiniert werden können. Andere Emissionsregelungsvorrichtungen können umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Abgasrückführung (EGR), Veränderungen der Zündzeiteinstellung, der Kraftstoffeinspritzzeiteinstellung und der Gestaltung der Kraftstoffeinspritzimpulsrate. Der Reaktor dieser Beispiele kann zusammen mit einem Energieversorgungs- und Motormanagementsystem, wie in der Beschreibung der Anmeldung WO 00/50746 beschrieben, verwendet werden. Ein Artikel 'Stop go systems get the green light' in European Automotive Design, April 1998, Seiten 24 bis 26, beschreibt ein Beispiel eines integrierten Anlasser-Lichtmaschinen-Dämpfer-Systems (ISAD). Ein solches ISAD kann als Teil eines Energieversorgungssystems verwendet werden, um ein plasmagestützten Emissionsregelungssystem mit Energie zu versorgen, von dem ein wie hier beschriebener Reaktor ein Teil ist. Des weiteren können andere Energiequellen wie Lichtmaschinentechnologien mit Einzel-/Mehrfachausgang 12/14 V, beispielsweise 14 V/42 V Kraftstoffzellen, Gasturbinen, Solarzellen und Wärmetauscher, die Haupt- oder teilweisen Lieferanten der stromerzeugenden Energiequelle sein, die auch verwendet werden können, um dem Energieversorgungssystem für den Reaktor Energie zuzuführen.

Claims (9)

  1. Reaktor für die plasmagestützte Verarbeitung eines gasförmigen Mediums, wobei der Reaktor ein Reaktorbett aus einem gaspermeablen dielektrischen Material umfasst, das zwischen zwei konzentrischen zylindrischen Elektroden enthalten ist, durch die man ein Potential über das Reaktorbett anlegen kann, das ausreicht, ein Plasma im gasförmigen Medium in den Zwischenräumen innerhalb des Reaktorbettes zu erzeugen, wobei die Zusammensetzung des Materials und seine Verteilung innerhalb des Bettes so angeordnet ist, dass bei einer Abnahme der radialen Positionierung eine Zunahme der effektiven Dielektrizitätskonstante zumindest für einen Teil des Bettes zur Verfügung gestellt wird, um dadurch radiale Schwankungen im elektrischen Feld in diesem Teil des Bettes zu verringern; außerdem wird eine Vielzahl sich radial erstreckender Vorsprünge zur Verfügung gestellt, hergestellt aus einem dielektrischen Material, dessen Dielektrizitätskonstante sich von der effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbettes unterscheidet, wobei die Konfiguration der sich radial erstreckenden Vorsprünge so ist, dass die radialen Schwankungen im elektrischen Feld in der Nähe der inneren Elektrode verringert werden.
  2. Reaktor nach Anspruch 1, bei dem das Material des Reaktorbettes so angeordnet ist, das Stärken der effektiven Dielektrizitätskonstante zur Verfügung gestellt werden, die in einer Vielzahl radialer Zonen abgestuft sind, so dass jede Zone bis auf die innerste eine effektive Dielektrizitätskonstante hat, die niedriger ist als die der benachbarten Zone mit kleinerem Radius, und bis auf die äußerste Zone höher ist als die der benachbarten Zone mit größerem Radius.
  3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante des Materials, aus dem die radialen Vorsprünge bestehen, und der effektiven Dielektrizitätskonstante des Reaktorbettes mindestens 4 beträgt.
  4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Dicke der radialen Vorsprünge umgekehrt zum Abstand von der Längsachse des Reaktors schwankt.
  5. Reaktor nach Anspruch 4, bei dem die radialen Vorsprünge sich bei einem eingeschlossenen Halbwinkel von 2° 15' verjüngen.
  6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem sich die radialen Vorsprünge etwa über die Hälfte der radialen Breite des Reaktorbettes erstrecken.
  7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die radialen Vorsprünge eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, radial orientierten Längsflügeln umfassen.
  8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die radialen Vorsprünge eine Reihe von transversalen Scheiben umfassen, die gleichmäßig entlang der Länge des Reaktorbettes beabstandet sind.
  9. Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, der darauf ausgelegt ist, Teil des Auspuffsystems eines Verbrennungsmotors zu bilden.
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