DE69016440T2

DE69016440T2 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von gas.

Info

Publication number: DE69016440T2
Application number: DE69016440T
Authority: DE
Inventors: James David Willis
Original assignee: ADVANCED ENERGY SYST MARKETING
Current assignee: ADVANCED ENERGY SYST MARKETING
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2010-08-24
Also published as: AU633623B2; JPH05503243A; ATE117582T1; GB8919440D0; DE69016440D1; KR920703182A; EP0489073A1; WO1991002581A1; AU6286390A; EP0489073B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Gas, insbesondere von Gasströmen oder - Strömungen.
Die effiziente Zerstörung oder Zersetzung von Gas- und Dampfmolekülen von Schadstoffverbindungen und die effiziente Vernichtung von in der Luft schwebenden Bakterien sind von größter Wichtigkeit für die Bevölkerung und die Umwelt.
Beispielsweise emittieren Industrieanlagen und Vorrichtungen, deren Betrieb von einem Verbrennungsprozeß abhängt als eine Konsequenz dieses Verbrennungsprozesses sowohl gasförmige als auch Dampfphasenverbindungen von oder durch ein Auslaßsystem, üblicherweise in die Atmosphäre. Viele, wenn nicht alle dieser emittierten Verbindungen sind dafür bekannt, daß sie der Gesundheit der Bevölkerung schaden und umweltschädlich sind. Als ein weiteres Beispiels emittieren Kraftfahrzeuge Verbindungen in Gas- und Dampfform aus ihren Auspuffsystemen, die Verbindungen wie Kohlenstoffoxyde, Stickstoffoxyde und kurzkettige und langkettige Kohlenwasserstoffe enthalten, sowohl gasförmig als auch in Form von Dampf. Derartige Verbindungen sind sowohl für die Gesundheit der Bevölkerung als auch allgemein für die Umwelt schädlich.
Bestehende Gasbehandlungsverfahren weisen zahlreiche Nachteile auf, beispielsweise die Bildung von Reaktorschlacken, die eine Lagerung erfordern. In der U.S.-A-4 650 555 ist ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen einschließlich Schwefeldioxyd und/oder Stickoxyden von ausströmenden Gasen beschrieben, das, obwohl es Koronaentladungen als Anreicherungs- oder Verstärkungsschritt verwendet, Techniken wie beispielsweise den Zusatz von alkalischen Substanzen zur Neutralisation einsetzt. In der EP-A-0 212 379 ist die Verwendung von elektrisch leitenden Fasern zur Verwendung in einheitlich ionisierenden Gasen in einer Verbrennungsanlage beschrieben.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu mildern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Gas zum Entfernen gasförmiger Verunreinigungssubstanzen hieraus bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:
a) ein Gas einer genügend hohen Gleichspannung aussetzen, um das Gas zu destabilisieren;
b) Ionisieren des Gases und
c) das Gas einem Hochfrequenzwechselspannungs- oder gepulsten Gleichspannungskraftfeld unterwerfen, um so Komponenten mit einer relativ komplexen Molekularstruktur in eine einfachere Struktur umzuwandeln.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens bereitgestellt mit einer ersten Einrichtung, die dazu dient, das Gas einer Gleichspannung auszusetzen, die ausreicht, das Gas zu destabilisieren, einer zweiten Einrichtung zum Ionisieren des stromabwärts von der ersten Einrichtung befindlichen Gases und, stromabwärts von der zweiten Einrichtung, einer dritten Einrichtung, die dazu geeignet ist, das Gas einem gepulsten elektrischen Kraftfeld zu unterwerfen, wobei die Anordnung so ausgeführt ist, daß die Einrichtungen derart angeordnet sind, daß ein zu behandelndes Gas sequentiell von einer Stelle stromaufwärts der ersten Einrichtung zu einer Stelle stromabwärts der dritten Einrichtung durch die Vorrichtung strömt, wodurch Bestandteile oder Komponenten mit einer relativ komplexen Molekularstruktur zu einer relativ einfacheren Struktur umgewandelt werden.
Die Einrichtungen können in einem rohrförmigen Gehäuse untergebracht sein mit einem Gaseinlaß stromaufwärts von der dritten Einrichtung und einem Gasauslaß stromabwärts von der zweiten Einrichtung.
Der Einlaß und der Auslaß können jeweils für eine Verbindung mit einer Leitung ausgelegt sein, durch die das Gas im Gebrauchsfall fließt.
Der Einlaß kann für einen Anschluß an eine Leitung geeignet sein, durch die das Gas im Gebrauchsfall fließt.
Es können Mittel für die Zugabe von Luft oder Sauerstoff zu dem Gas, vorzugsweise zwischen dem Einlaß und der dritten Einrichtung vorgesehen sein.
Die Mittel können ein Rohr umfassen, das durch die Wand des Gehäuses ragt.
Die Einrichtung, die das Gas einer Gleichspannung aussetzt, kann ein Gitter von im wesentlichen parallel beabstandeten länglichen elektrischen Elementen umfassen, die in einer Richtung quer zur Längsachse des Gehäuses verlaufen.
Die Elemente können Drähte umfassen, die in einem elektrisch leitenden Halter montiert sind, der in das Gehäuse eingeschoben und gegenüber diesem durch Isolationsmittel elektrisch isoliert ist, so daß die Drähte im wesentlichen über den Innenquerschnitt des Gehäuses verlaufen, und es kann eine elektrische Verbindung zu einer Stromquelle außerhalb des Gehäuses vorgesehen sein.
Der Halter kann zwei beabstandete Metallstreifen umfassen, zwischen denen die Drähte verlaufen.
Die Einrichtung, die das Gas einem elektrischen Kraftfeld unterwirft, kann eine Vielzahl voneinander beabstandeter elektrisch leitender Plattenelemente umfassen, die im wesentlichen eben sein können, wobei sie so montiert sind, daß sie in im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses liegenden Ebenen liegen.
Nebeneinander liegende Plattenelemente können durch elektrisch isolierende Zwischenräume beabstandet sein, wobei die Zwischenräume zwischen jedem Paar von Plattenelementen im wesentlichen gleich sein können.
Jedes zweite Plattenelement kann mit einem entsprechenden gemeinsamen elektrischen Leiter elektrisch verbunden sein, wodurch zwei Sätze von Plattenelementen bereitgestellt werden, und jeder Leiter kann so ausgelegt sein, daß er mit einem elektrischen Schaltkreis außerhalb des Gehäuses verbunden werden kann.
Die Vorrichtung, die das Gas einem elektrischen Kraftfeld unterwirft, kann einen Einschub in das Gehäuse umfassen und es können Mittel vorgesehen sein, um den Einschub elektrisch von dem Gehäuse zu insulieren, wobei der Einschub elektrisch leitendes Material beinhaltet; der Einschub kann einen jeweiligen Einlaß und Auslaß für das Gas aufweisen.
Der Einschub kann eine elektrisch leitende Röhre umfassen, die im wesentlich koaxial mit dem Gehäuse verläuft.
Die Elektroden können innen durch den Einschub in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses verlaufen.
Die Elektroden können koaxial mit dem Gehäuse und dem Einschub verlaufen und das Material kann den die Elektroden umgebenden Einschub praktisch vollständig ausfüllen und kann vorzugsweise eine Vielzahl diskreter elektrisch leitender Elemente umfassen.
Die Elemente können unregelmäßig geformte Metallkörner sein.
Der Einlaß bzw. Auslaß kann eine perforierte Scheibe umfassen, die die Elektrode in dem Einschub an Ort und Stelle hält und die Körner in dem Einschub hält.
Der Einschub und die Elektrode können mit entsprechenden Elektroden verbunden sein, die dazu geeignet sind, mit einem elektrischen Schaltkreis außerhalb des Gehäuses verbunden zu werden.
Der elektrische Schaltkreis kann dazu ausgelegt sein, eine Hochfrequenzwechselspannung im Bereich von 100 Hertz bis 100 Megahertz zu erzeugen.
Der elektrische Schaltkreis ist dazu ausgelegt, eine hohe gepulste Gleichspannung zu erzeugen.
Die Spannung kann zwischen 500 und 50.000 Volt liegen.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung werden im folgenden beispielshaft beschrieben unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht in vergrößertem Maßstab eine Destabilisiereinheit, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht in größerem Maßstab ein Ionisationsgitter, das in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 4 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht in einem vergrößerten Maßstab eine Aufbringvorrichtung für ein elektrisches Feld oder einen Generator, der in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird; und
Fig. 5 zeigt schematisch in einem Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Unter Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung 1 mit einem Gehäuse A, das eine Röhre umfaßt, die eine Einlaßöffnung 10 und eine Auslaßöffnung 11 aufweist, die an den jeweiligen Enden angeordnet sind. Das Gehäuse A enthält separate Einheiten, um ein Gas oder eine gasförmige Strömung einem dreistufigen Prozeß zu unterziehen, mit einer Destabilisiereinheit B, einer Ionisiereinheit C und einer Feldapplikatoreinheit D. Das Gehäuse A umfaßt eine rohrförmige Struktur und ist dazu ausgelegt, in eine Leitung eingefügt zu werden, durch die die zu behandelnde gasförmige Strömung hindurchtritt. Die Einlaßöffnung 10 des Gehäuses A ist an der Leitung (nicht gezeigt) befestigt und seine Auslaßöffnung 11 ist an der Fortführung der leitung befestigt, die somit von rechts nach links verläuft, wie in Fig. 1 gezeigt.
Das Gehäuse A kann einen größeren Querschnitt aufweisen als die Leitung und die Öffnungen 10 und 11, wie gezeigt, um die Einheiten B, C und D aufzunehmen. Das Gehäuse A ist typischerweise aus einem Inertmetall, wie beispielsweise Stahl, gefertigt oder irgendeinem anderen steifen Baumaterial, das im Betrieb die gasförmige Strömung nicht beeinträchtigt und von dieser nicht beeinträchtigt wird. In der Nähe der Einlaßöffnung 10 ist das Gehäuse A, stromaufwärts von der Stelle, an der sich der Destabilisator B befindet, mit einer weiteren Einlaßöffnung versehen, die ein Metallrohr E aufweist. Das Rohr E ist an ein elektrisch betriebenes Luftgebläse (nicht gezeigt) angeschlossen und dient dazu, Umgebungsluft kontinuierlich zu der Haupteinlaßöffnung 10 zu befördern. Dies ermöglicht es, daß Luft in erforderlichem Maße dem gasförmigen Strom zugefügt wird, wenn dieser in das Gehäuse A eintritt.
Die Einheiten B, C und D sind entlang der Länge des Gehäuses A etwa an den gezeigten Stellen angeordnet. Verunreinigte Luft oder ein anderer gasförmiger Strom tritt so durch die Einlaßöffnung 10 in das System ein und vermischt sich mit der Umgebungsluft, die durch das Einlaßrohr E geliefert wird. Die Gasströmung tritt dann durch den Destabilisator B, die Ionisiereinheit C und durch die Feldapplikatoreinheit D hindurch, wobei sie schließlich durch die Auslaßöffnung 11 aus dem Gehäuse A austritt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Destabilisatoreinrichtung B zwei oder mehr metallische Elektroden 12, jede in der Form von Platten, entweder voll mit einem elektrischen Isolator beschichtet oder in Form von freiliegendem blankem Metall, die parallel in einem elektrisch isolierten Hüllrohr 14 montiert sind.
Die Elektrodenplatten 12 sind voneinander durch elektrisch isolierende Trennelemente 15 getrennt, so daß zwischen zwei nebeneinanderliegenden Platten 12 ein Zwischenraum gebildet wird, durch den das Gas oder Luft frei hindurchtreten können. Jede zweite Platte 12 ist elektrisch durch Leiter 16 verbunden, so daß zwei separate Elektrodenanordnungen gebildet werden. Die mit jeder Elektrodenanordnung verbundenen Leiter 16 selbst sind zu Anschlußpunkten 17 und 18 außerhalb des Gehäuses A geführt. Diese Anschlußpunkte 17 und 18 sind wiederum mit einem elektrischen Schaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der dazu ausgelegt ist, eine hohe Gleichspannung zu produzieren, typischerweise im Bereich von 500 bis 50.000 Volt. Hierdurch wird der durch das Gehäuse A hindurchtretende gasförmige Strom einer elektrischen Entladung ausgesetzt, die zwischen den Elektrodenplattenanordnungen produziert wird, wenn die Gleichspannung angelegt ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Ionisiereinrichtung C ein Gitter 19, das in der Form von mehreren parallelen Drähten aufgebaut ist, die in der horizontalen oder vertikalen Ebene zwischen zwei Metallstreifen 20 montiert sind. Die Streifen 20 befinden sich im Inneren eines Hüllrohrs 21 in dem Gehäuse A und das zwischen diesen befestigte Gitter 19 ist somit innerhalb des Hüllrohrs 21 montiert, das bei 22 elektrisch isoliert ist und elektrisch verbunden ist mit einem Anschlußpunkt 24 außerhalb des Gehäuses A.
Der Anschlußpunkt 24 ist wiederum mit einem weiteren elektrischen Schaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der daszu ausgelegt ist, eine hohe Gleichspannung an das Gitter 19 zu liefern, typischerweise zwischen 500 und 50.000 Volt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Feldapplikatoreinrichtung D zwei oder mehr metallische Platten 25, die in der horizontalen Ebene parallel zueinander montiert sind, d. h. parallel zu der Längsachse des Gehäuses A. Elektrisch isolierende Abstände oder Separatoren 26 sind zwischen den Platten an jeder Seite des durch das Gehäuse A gebildeten Strömungskanals befestigt, um kontinuierliche Luftspalte 28 zwischen nebeneinanderliegenden Platten zu bilden. Die Platten 25 sind in der vertikalen Ebene gestapelt, so daß der Plattenstapel den Querschnitt des rohrförmigen Gehäuses A effektiv füllt. Jede zweite Platte ist durch einen Leiter 27 elektrisch miteinander verbunden, um einen von zwei elektrisch separaten Plattensätzen zu bilden. Die anderen Platten sind in gleicher Weise durch einen Leiter 28 verbunden, um den anderen Plattensatz zu bilden.
Eine Verbindung 29 und 30 ist zu jedem Plattensatz hergestellt und zu Anschlußpunkten 31 und 32 außerhalb des Gehäuses A geführt (Fig. 1). Die Anschlüsse 31 und 32 sind wiederum mit einem externen Schaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der dazu ausgelegt ist, einen Hochfrequenzwechselstrom- oder hohen gepulsten Gleichstrom zu erzeugen, typischerweise zwischen 500 und 50.000 Volt, in der gewünschten Frequenz im Bereich von 100 Hertz bis 100 Megahertz.
Bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung nach den Fig. 1 bis 4 findet typischerweise ein Ablauf gemäß dem folgenden Verfahren statt.
Ein zu behandelnder gasförmiger Strom, beispielsweise zum Entfernen von Substanzen, die (Umwelt-)Verschmutzung verursachen könnten oder zum Vernichten von Bakterien oder anderen unerwünschten Mikroorganismen, beispielsweise eine Mischung von Verbindungen in Gas oder dampfförmiger Form oder kontaminierte Luft, tritt in das Gehäuse A durch die Einlaßöffnung 10 ein und vermischt sich in einem vorbestimmten Verhältnis mit Umgebungsluft, die durch das Rohr E eintritt. Die durch das Einlaßrohr E dem gasförmigen Strom zugegebene Luft liefert Sauerstoff zur Unterstützung der Verbrennung und anderer Oxidationsreaktionen in dem Gehäuse A und führt zudem zur Bildung von atomarem Sauerstoff und Sauerstoffionen, die an verschiedenen Reaktionen teilnehmen, die in der Vorrichtung stattfinden.
In ähnlicher Weise stellt die Luftzufuhr Stickstoff in molekularer Form bereit und dies führt zur Produktion von atomarem Stickstoff und Stickstoffionen, die an einer Vielzahl von Reaktionen mit Bestandteilen des gasförmigen Stroms oder denjenigen Produkten teilnehmen, die erhalten werden, wenn einer oder mehrere derjenigen Schritte ausgeführt wird oder werden, die die Destabilisation, die Ionisation und die Feldapplikation beinhalten. Der derart ausgebildete gemischte Gasstrom tritt durch den Destabilisator B, wo er einer elektrischen Entladung ausgesetzt ist. Dies führt dazu, daß die Gas-, Dampf- und Luftmoleküle instabil werden.
Es wird angenommen, daß die Atome, aus denen diese Moleküle bestehen, erregt werden und daher der interne Energiepegel ansteigt, was dazu führt, daß die Elektronen höhere Orbits einnehmen. Als Ergebnis hieraus werden die Bindungskräfte zwischen den Atomen schwächer, was zu einer Reduktion der Strukturstabilität der Moleküle führt, die diese bilden.
Der destabilisierte Gasstrom tritt nunmehr durch die Ionisiereinrichtung C, wo sie einer hohen positiven oder negativen elektrischen Ladung ausgesetzt werden, die verursacht, daß die bereits geschwächten Verbindungen getrennt werden. Es wird angenommen, daß dies dadurch geschieht, daß die auf die Strömung aufgebrachte Ladung Elektronen von den diese bildenen Atomen abstreift, wobei die Kerne dieser Atome eine positive Nettoladung behalten und somit Ionen werden. Eine positive oder negative Ladung führt zur Produktion von negativen bzw. positiven Ionen.
Nach dem Durchtritt durch die Ionisiereinrichtung C ist die Mehrheit der Moleküle, die die ursprüngliche Gasströmung bildeten, zu einfacheren Molekülen aufgebrochen oder in freie Radikale mit hohem internen Energiepegel dissoziiert. Die Gasströmung tritt nun in den Feldapplikator D ein, wo sie einem Hochfrequenzwechselstrom- oder gepulsten Gleichstrom- Hochspannungskraftfeld ausgesetzt ist, das zwischen den Platten 25 des Applikators erzeugt wird. Dieses Kraftfeld synchronisiert abhängig von der Abstimmung der Einrichtung D effektiv mit den Resonanzfrequenzen von speziellen gebundenen Molekülen, die nur Elemente enthalten, beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff, die mit anderen Molekülararten eingeschlossen sind, zum Beispiel einfache organische Verbindungen in dem Gasstrom, nachdem dieser die ersten zwei Behandlungsschritte durchlaufen hat.
Das Kraftfeld dissoziiert solche Elementmoleküle weiter, um weitere freie Atome in einem höher erregten Zustand zu bilden. Diese Behandlung führt dazu, daß alle atomaren, molekularen und verbunden Arten, die in dem Gasstrom vorhanden sind, momentan in einen Zustand hoher innerer Energie gebracht werden, jedoch mit einer Ladung auf dem Kern jedes Atoms oder Ions, die mit seiner Masse und normalen Elektronenbesetzung konsistent ist.
Beim Durchtritt durch und Verlassen des Kraftfeldes verlieren alle Komponenten des Gasstroms schnell Energie an das Feld und fallen sofort auf ein niedriges Energieniveau. Als Ergebnis hiervon verbinden sich viele dieser Komponenten mit ähnlichen Molekularfragmenten, um einfache Moleküle zu bilden anstatt Verbund- oder Verbindungsmoleküle. Bei Bakterien und anderen Mikroorganismen, die in dem Gasstrom vorhanden sind, zerstört das Hochspannungs-Hochfrequenzfeld deren Zellstrukturen, was dazu führt, daß sie unschädlich oder zumindest weniger schädlich werden. Der gesamte Vorgang über die drei Stufen ist innerhalb der Zeitspanne zwischen dem Eintritt der Gasströmung in und dem Austritt aus dem Gehäuse A der Vorrichtung beendet. Das Verfahren kann bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten betrieben werden, typischerweise bis hin zu 50 Metern pro Sekunde.
Unter nunmehriger Bezugsnahme auf Fig. 5 zeigt die Vorrichtung 100 eine Ausführungsform, die einen Zylinder F mit offenem Ende von geeigneter Länge und innerem Durchmesser verwendet. Innerhalb eines Endes des Zylinders F ist ein Destabilisator B1 untergebracht, dem eine Ionisiereinrichtung C1 folgt, ähnlich wie in Fig. 1 - 4. Verbindungen 34, 35 und 36 sind wiederum zu Anschlußpunkten 37, 38 und 39 außerhalb des Zylinders F geführt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht die Destabilisatoreinheit B1 aus einem Stapel beabstandeter Plattenelektroden 12, wobei jede zweite mit einem oder dem anderen von zwei Leitern 16 verbunden ist und durch isolierende Separatoren 15 an Ort und Stelle gehalten wird. Die Leiter 16 sind mit entsprechenden Verbindungen 34, 35 verbunden, die isoliert durch die von dem Zylinder F gebildete Gehäusewand, zum Beispiel aus Stahl, zu den entsprechenden Anschlüssen 37, 38 verlaufen. In ähnlicher Weise ist das Gitter des Ionisierers C1 mittels der Verbindung 36 durch die Zylinderwand mit dem Anschluß 39 verbunden.
Eine Schicht oder ein Rohr aus Isoliermaterial 40 kleidet das Innere des Zylinders F in dem Bereich aus, der von den Einheiten B1 und C1 eingenommen wird. Zum Zwecke der Einfachheit ist in Fig. 5 ein Umgebungslufteinlaßrohr weggelassen, das dem Rohr E (Fig. 1) ähnlich ist, welches alternativ mit der Leitung verbunden werden kann, die den gasförmigen Strom an einen Punkt stromaufwärts des Einlaßendes des Zylinders F befördert. Dieses Lufteinlaßrohr dient dem gleichen Zweck wie das Rohr E, das in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Jenseits der Ionisiereinrichtung C1, stromabwärts in Richtung der Länge des Zylinders F, ist eine weitere Röhre oder ein Zylinder G vorgesehen, der von dem ersten Zylinder F mittels einer Isolierauskleidung 41 oder Ummantelung elektrisch isoliert ist. Die Röhre G ist aus Metall gefertigt, beispielsweise aus Stahl, und bildet eine Elektrode des Feldapplikators F. Innerhalb des zweiten Zylinders oder der Elektrode G findet sich eine weitere zylindrische Auskleidung 42, die aus elektrisch isolierendem Material aufgebaut ist, so daß sie die äußere Elektrode G innerhalb einer elektrisch isolierenden Kapselung einschließt.
Längs der gemeinsamen Mittelachse des Hauptzylinders F und der umkleideten Elektrode G verläuft eine weitere Elektrode H, die wiederum von einem elektrisch isolierenden Material 44 umkleidet ist. Somit wird ein elektrisch isolierter Hohlraum J von ringförmigem Querschnitt gebildet längs des Bereichs des Zylinders F stromabwärts des Abschnitts, der die Einheiten B1 und C1 aufnimmt. Jede Elektrode G und H ist durch Leiter 45 und 47 elektrisch mit Anschlußpunkten 47 und 48 außerhalb des Zylinders F verbunden.
An jedem Ende des isolierten Hohlraums J ist eine elektrisch isolierte perforierte Scheibe 49 angeordnet, durch die Gas und Dampf leicht hindurchtreten kann, wobei der Hohlraum J vollständig mit einem Material wie beispielsweise Körnern K einer Substanz gefüllt ist, die Elektrizität leitet. Solche Körner können einfach metallische Granulate sein oder Verbundgranulate, die verschiedenen Metalle beinhalten, die auf einem inerten Basismaterial wie beispiesweise einem Keramiksubstrat imprägniert sind. Dieser Hohlraum J mit der Granulatfüllung K umfaßt die Feldapplikatoreinheit D1 in dieser Ausführungsform.
Der Betrieb der Ausführungsform, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, gleicht im wesentlichen derjenigen, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 beschrieben ist, mit Ausnahme des Feldapplikators, bei dem ein elektrisches Feld zwischen den zwei Elektroden G und H erzeugt wird, die von der Granulatfüllung K elektrisch vollständig isoliert sind. Da die Granulatfüllung K ein elektrischer Leiter ist, treten überall in den Körnern K induzierte Ladungen auf, die wegen der durch die Körner vorhandenen beträchtlichen Oberfläche zu einer Intensivierung des auf den eintretenden Gasstrom aufgebrachten Kraftfeldes führen.
Die Ergebnisse einer Versuchsreihe mit Vorrichtungen, die die Erfindung verwenden, mit Autoabgasen sind in der folgenden Tabelle gezeigt: % NOx REDUKTION AUTO AUSPUFF VERSUCHE JETTA CARLTON
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß schädliche Oxyde des Stickstoffs (NOx) bei einer Frequenz der Feldapplikation von 200 Hertz signifikant reduziert werden.
Durch Verwendung der Erfindung und ihrer Technologie in einer der beiden beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung werden ausgewählte Verbindungsmoleküle in dem Gasstrom aufgebrochen in die diese bildenden Elemente, die, durch Betrieb derselben Vorrichtung, sich wieder zusammenschließen, um einfache und elementare Moleküle zu bilden. Derartige Verbindungsmoleküle können in Form von Kohlenstoffoxyden, Stickoxyden, Schwefeloxyden, gasförmigen und dampfförmigen Phasen von Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen vorliegen, beispielsweise P.C.Bs. Die einfacheren und elementaren Moleküle, die aus dem die beschriebene Vorrichtung verwendenden Prozeß hervorgehen, schließen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlenstoffpartikel, Schwefelpartikel und andere Gase in reiner elementarer Form ein, die in P.C.B. Molekülen ursprünglich vorhanden sind
Die Technologie der Erfindung unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung kann effektiv eingesetzt werden, um Gas- und Dampfphasenreaktionen bei normaler Temperatur und normalem Druck zu katalysieren oder zu fördern, die ansonsten durch spezielle Katalysatoren bei verschiedenen, normalerweise erhöhten Temperaturen und Drücken eingeleitet werden müßten.
Darüberhinaus können in beiden Ausführungsbeispielen die elektrischen Eingänge zu den entsprechenden Einheiten B, B1, C, C1, D, D1 auf speziele Parameter eingestellt werden, d. h. die Vorrichtung kann effektiv abgestimmt werden, so daß Gas- und Dampfphasenreaktionen gesteuert werden können, damit Endprodukte erhalten werden, die bisher nur unter Verwendung spezieller Katalysatoren bei erhöhten Temperaturen und Drücken erhalten werden konnten.
Anders ausgedrückt, der Gasstrom wird zunächst bei B, B1 destabilisiert. Stromabwärts, bei C, C1, wird das Gas durch ein Gitter von Elektroden ionisiert und weiter stromabwärts wird eine hohe Gleichspannung angelegt, um eine Feldapplikation zu erreichen.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung basieren auf der Tatsache, daß Moleküle in gasförmigen und dampfförmigen Zuständen hochfrequente elektromagnetische Strahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren, abhängig von ihrer atomaren Struktur. Verbindungsmoleküle (Moleküle mit ungleichen Atomen) wie CO, CO&sub2;, NOx, CH&sub4; und niedermolekulargewichtige Kohlenwasserstoffe absorbieren Strahlung bei Wellenlängen zwischen 2 und 4 Mikrometern (infraroter Teil des Spektrums).
Die Absorption von Energie durch Gas- und Dampfmoleküle bei diesen Wellenlängen wird als Mittel verwendet, Verbindungsmoleküle elektronisch anstatt durch katalytische Konversion in elementare Moleküle oder Elementenmoleküle zu konvertieren. Anders ausgedrückt, Verbindungsmoleküle werden zu freien Atomen dissoziiert, die dann rekombinieren, um einfache elementare Moleküle zu bilden, da Radikalprodukte von Dissoziation das niedrigste Energieniveau bei der Rekombination suchen, um stabile elementare Moleküle zu bilden.
Dies wird bewirkt, indem ein Verbindungsmoleküle enthaltender Gasstrom einer hochfrequenten Strahlung innerhalb eines elektrischen Kraftfeldes ausgesetzt wird. Wenn die in der Strahlung enthaltene Energie eine bestimmte Größe hat, können die Verbindungsmoleküle dazu gebracht werden, überschüssige Energie von dem elektrischen Kraftfeld zu absorbieren, was ausreichend ist, eine vollständige molekulare Dissoziation zu verursachen sowie die Produktion von freien Atomen mit einer positiven Nettoladung.
Wenn diese freien Atome versuchen, Elektronen aufzunehmen und somit neutral zu werden, tun sie dies, indem sie sich mit anderen freien Atomen zusammenschließen, um Elektronen durch gemeinsame Bindungen zu teilen. Wenn dies im Zustand niedrigen Energieniveaus geschieht, assoziieren die meisten Atome mit gleichen Atomen anstatt mit ungleichen Atomen und bilden eher einfache Elementarmoleküle anstatt von Verbindungsmolekülen. Somit werden Verunreinigungen in einem Gas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eliminiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das auf der Verwendung einer derartigen Erfindung basierende Behandlungsverfahren können in einem weiten Bereich unterschiedlicher Zwecke angewandt werden, die auf verschiedene Art und Weise dazu dienen können, die Umgebung zu verbessern, in der die Vorrichtung verwendet wird, um die Umgebung nach einer Verschmutzung in einem verbesserten Zustand wiederherzustellen oder selbst um ansonsten auftretende Umweltverschmutzung zu minimieren oder substantiell zu verhindern.
Die Erfindung beinhaltet somit, wie vorstehend offenbart, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbrechen von Molekularstrukturen ausgewählter Verbindungen in den gas- -und dampfförmigen Phasen zum Zwecke der Reduzierung oder gar Eliminierung schädlicher Verbindungen aus gasförmigen Strömungen. Ein weiterer Zweck dieses Aspekts der Erfindung ist die Bildung von anderen Verbindungen aus den resultierenden Molekularfragmenten, die besser umweltverträglich sind oder aus anderen Gründen erwünscht sind. Die Erfindung beinhaltet zusätzlich verbesserte Verfahren der Gas- und Dampfphasenkatalyse und darüber hinaus verbesserte Verfahren zur Vernichtung von in der Luft schwebenden Bakterien, zusammen mit unterschiedlichen Formen von Vorrichtungen zum Ausführen dieser Verfahren.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Einsatz einer Technologie, bei der elektrische Energie und elektrische Felder eingesetzt werden, um Moleküle relativ komplexer Verbindungen in Gas- und Dampfform aufzubrechen und dann aus den daraus resultierenden Produkten und den darin enthaltenen Atomen Verbindungen abzuleiten, die eine einfachere Molekularstruktur haben.
Diese Moleküle enthalten lediglich Elemente, die nicht schädlich sind und sich in großem Umfang in unberührter Natur auf der Oberfläche der Erde befinden, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff, und Wasser, Elemente, von denen keines eine Bedrohung des Lebensraums der Menschen, Tiere und Pflanzen darstellt.
Ein potentielles Risiko bezüglich in der Luft schwebender Bakterien besteht beispielsweise dann, wenn Umgebungsluft in Heiz-, Kühl- oder Lüftungssystemen bewegt wird. In den Rohranordnungen, die in derartigen Systemen typischerweise vorhanden sind, können sich Bakterien konzentrieren und akkumulieren und so eine Bedrohung für Personen werden, die Luft ausgesetzt sind, in der derartige Bakterien übertragen werden. Die Erfindung beinhaltende Vorrichtungen, wie sie zuvor unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, können verwendet werden, um die Bakterienkonzentrationen zu vernichten oder wesentlich zu reduzieren und hierdurch die Bedrohung der dieser Luft ausgesetzten Personen reduzieren. Derartige Vorrichtungen können relativ leicht und einfach konstruiert werden und können leicht in Rohrsystemen der vorgenannten Art installiert werden.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß eine Behandlung gasförmiger Strömungen beschrieben ist, durch die in Abhängigkeit von dem speziellen gewünschten Endergebnis eine gasförmige Strömung einem elektrischen Kraftfeld unterworfen ist, wodurch in der gasförmigen Strömung vorhandene Molekülarten in dem gas- oder dampfförmigen Zustand eine Destabilisierung durchlaufen und wodurch Bakterien oder andere Mikroorganismen, die in der gasförmigen Strömung vorhanden sind, vernichtet werden. Verbindungs-Gas- und Dampfmoleküle werden dadurch aufgebrochen, indem sie weiter eine Abfolge einer elektrischen Entladung und einem elektrischen Kraftfeld innerhalb eines integrierten Systems ausgesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Gas, um gasförmige Verunreinigungen daraus zu entfernen, mit den folgenden Schritten:

a) ein Gas einer genügend hohen Gleichspannung aussetzen, um das Gas zu destabilisieren;

b) Ionisieren des Gases und

c) das Gas einem Hochfrequenzwechselspannungs- oder gepulsten Gleichspannungskraftfeld unterwerfen, um so Komponenten mit einer relativ komplexen Molekularstruktur in eine einfachere Struktur umzuwandeln.

2. Vorrichtung (1, 100) zum Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer ersten Einrichtung (B, B1), die dazu dient, das Gas einer Gleichspannung auszusetzen, die ausreicht, das Gas zu destabilisieren, einer zweiten Einrichtung (C, C1) zum Ionisieren des Gases, das sich stromabwärts von der ersten Einrichtung (B, B1) befindet, und einer dritten Einrichtung (D, D1) stromabwärts von der zweiten Einrichtung (C, C1), die dazu geeignet ist, das Gas einem gepulsten elektrischen Kraftfeld zu unterwerfen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (B, B1, C, C1, D, D1) in einem rohrförmigen Gehäuse (A, F) mit einem Gaseinlaß (10) stromaufwärts der Einrichtung (B, B1) und einem Gasauslaß (11) stromabwärts der Einrichtung (D, D1) untergebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (10) und der Auslaß (11) jeweils so ausgeführt sind, daß sie mit einer Leitung verbunden werden können, durch die das Gas bei seiner Verwendung fließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (10) so ausgeführt ist, daß er mit einer Leitung verbunden werden kann, durch die das Gas bei seiner Verwendung strömt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel (E) zur Zugabe von Luft oder Sauerstoff zu dem Gas.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (E) ein Rohr umfaßt, das durch die Wand des Gehäuses (A, F) vorsteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (C, C1) ein Gitter (19) von im wesentlichen parallel beabstandeten länglichen elektrischen Elementen (21), die in einer Richtung quer zur Längsachse des Gehäuses (A, F) verlaufen, umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (19) Drähte umfassen, die in einem elektrisch leitenden Halter (20) montiert sind, der in das Gehäuse (A, F) eingefügt ist und hiervon mittels einer Isoliereinrichtung (22) elektrisch isoliert ist, so daß die Drähte (19) sich im wesentlichen quer über den Innenquerschnitt des Gehäuses (A, F) erstrecken, und daß eine elektrische Verbindung (24) zu einer Stromquelle außerhalb des Gehäuses (A, F) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (20) zwei beabstandete Metallstreifen umfaßt, zwischen denen sich die Drähte erstrecken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (D) eine Vielzahl von voneinander beabstandeten elektrisch leitenden Plattenelementen (25) umfaßt, die so montiert sind, daß sie in Ebenen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses (A) liegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (25) im wesentlichen eben sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (25) mittels elektrisch isolierender Abstände (26) beabstandet sind, wodurch die Zwischenräume zwischen jedem Paar von Plattenelementen im wesentlichen identisch sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweite Plattenelement (25) mit einem entsprechenden gemeinsamen elektrischen Leiter (27, 28) elektrisch verbunden ist, wodurch zwei Plattensätze bereitgestellt werden, und daß jeder Leiter (27, 28) so ausgeführt ist, daß er bei (31, 32) mit einem elektrischen Schaltkreis des Gehäuses verbunden werden kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (D1) einen Einschub (G) in das Gehäuse (F) umfaßt, daß Mittel (41) vorgesehen sind, um den Einschub (G) elektrisch von dem Gehäuse (F) zu isolieren, daß der Einschub (G) elektrisch leitendes Material (K) enthält und daß der Einschub (G) jeweils einen Einlaß und einen Auslaß (49) für Gas aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschub (G) eine elektrisch leitende Röhre umfaßt, die im wesentlichen mit dem Gehäuse (F) koaxial ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (H) innen durch den Einschub (G) in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses (F) verläuft.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (H) koaxial mit dem Gehäuse (F) und dem Einschub (G) ist und daß das Material (K) den Einschub (G) um die Elektrode (H) herum praktisch vollständig ausfüllt und eine Vielzahl von diskreten elektrisch leitenden Elementen aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (K) unregelmäßig geformte Metallkörner sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Einlaß und Auslaß (49) eine perforierte Scheibe umfaßt, die die Elektrode (H) in dem Einschub (G) an Ort und Stelle hält und die Körner (K) in dem Einschub (G) hält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschub (G) und die Elektrode (H) mit entsprechenden Elektroden (48, 47) verbunden sind, die dazu geeignet sind, mit einem elektrischen Schaltkreis außerhalb des Gehäuses verbunden zu werden.

22. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schaltkreis dazu ausgelegt ist, eine Hochfrequenz-Wechselspannung im Bereich zwischen 100 Hertz und 100 Megahertz zu erzeugen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schaltkreis dazu ausgelegt ist, eine gepulste hohe Gleichspannung zu erzeugen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen 500 und 50.000 Volt liegt.