DE69724890T2

DE69724890T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Zerstören von Schadstoffen mit Vielfach-Elektrodenkoronaentladung

Info

Publication number: DE69724890T2
Application number: DE69724890T
Authority: DE
Inventors: Nelson William Sorbo; Franklin A. Reseda Dolezal; John H.S. Rancho Palos Verdes Wang; Weldon S. Malibu Williamson
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: EP0825691A3; DE69724890D1; US5753087A; JPH10156133A; EP0825691B1; KR19980018760A; JP3062130B2; US5927069A; EP0825691A2; KR100304235B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koronaentladungsreaktorkammer zur Schadstoffzerstörung mit mehreren inneren Elektroden, und betrifft ein damit in Beziehung stehendes Verfahren zur Schadstoffzerstörung.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Hindurchtretenlassen eines schadstofftragenden Gases durch eine Koronaentladungsstelle ist ein bekanntes Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen von dem Gas. Ein allgemeiner Überblick über diese Technik wird in Puchkarev et al., „Toxic Gas Decomposition by Surface Discharge", Proceedings of the 1994 International Conf. on Plasma Science, 6.–8. Juni 1994, Santa Fe, New Mexico, Paper Nr. 1E6, Seite 88, gegeben. Eine Korona-Schadstoffzerstörung ist ebenso für Flüssigkeiten vorgeschlagen worden, wie in dir Anmeldung mit der Serial Nr. 08/295,959, eingereicht am 25. August 1994, „Koronaquelle zum Erzeugen einer Koronaentladung und Abwasserbehandlung mit Koronaentladung", offenbart, und die auf Hughes Aircraft Company übertragen wurde, die nunmehr als Hughes Electronics geschäftstätig ist.
In einem in Yamamoto et al., „Decomposition of Volatile Organic Compounts by a Packed Bed Reactor and a Pulsed-Corona Plasma Reactor", Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control, NATO ASI Series Band G34 Teil B, herausgegeben von B. M. Penetrante und S. E. Schultheis, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1993, Seiten 87–89, beschriebenen System, werden kurze Hochspannungspulse von etwa 120–130 Nanosekunden Dauer auf den Mittelleiter eines koaxialen Koronareaktors gegeben, durch den Gas strömt. Jeder Puls erzeugt eine Koronaentladung, die von dem Mitteldraht ausgeht und das Innenvolumen des Reaktors mit energetischen Elektronen von etwa 5–10 keV flutet. Ein ähnliches System ist im Patent Nr. 4,695,358 beschrieben, bei dem Pulse einer positiven Gleichspannung einer Gleichvorspannung überlagert werden, um eine Strahlkorona zum Entfernen von SO_x und NO_x von einem Gasstrom zu erzeugen. Bei den ausgewählten Reaktorgeometrien ist es notwendig, sehr kurze Pulse zu übermitteln, um eine Unterbrechung des Lichtbogens zwischen den Elektroden und demzufolge eine Beschädigung zu vermeiden. Die pulsbildende Schaltung verliert etwa die Hälfte der von einer Hochspannungsversorgung kommenden Leistung in einem Dämpfungswiderstand, und zusätzliche Energie wird in einer doppelten Funkenstrecke vergeudet. Darüber hinaus muss die kapazitive Last des koaxialen Koronareaktors geladen werden. Diese Ladungsenergie ist typischerweise viel größer als die Energie, die tatsächlich in der Koronareaktion gebraucht wird, und zerfällt nach jedem Puls einfach in Wärme ohne Beitrag zu der Schadstoffzerstörung.
Eine einzelne koaxiale innere Elektrode, die entlang der Kammer zentriert ist, ist in der Lage, radial elektrische Feldlinien zu erzeugen, die auf den inneren Oberflächen des Dielek trikums relativ gleichmäßig Ladungen induzieren. Ein Nachteil der koaxialen inneren Elektrode ist jedoch, dass sie innerhalb der Kammer strukturell nicht gehalten ist und von den Enden der Kammer her aufgehängt werden muss. Darüber hinaus wird, wenn die innere Elektrode mit einer elektrischen Hochspannungsenergie beaufschlagt wird, eine große Menge an Wärme erzeugt. Die koaxiale innere Elektrode ist nur von einem Abgas umgeben und kann somit überhitzt werden und nach einer längeren Aussetzung einer hohen Temperatur ausbrennen.
Ein ähnlicher Ansatz, jedoch mit einer unterschiedlichen Reaktorgeometrie, ist in Rosocha et al., „Treatment of Hazardous Organic Wastes Using Silent-Discharge Plasmas", Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control, NATO ASI Series Band G34 Teil B, herausgegeben von B. M. Penetrante und S. E. Schultheis, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1993, Seiten 79–80, eingeschlagen worden, bei dem die Koronaentladung zwischen parallelen Platten erfolgt. Dieses System leidet ebenso an einer schwachen spezifischen Energie auf Grund einer ineffizienten Pulsbildung und fehlender Wiedergewinnung der Reaktorladungsenergie.
Ein Blockschaltbild einer generischen Koronaentladungsvorrichtung zur Schadstoffzerstörung ist in 1 dargestellt. Ein Koronaentladungsreaktor 102 nimmt schadstofftragendes Abgas 112 von einem Motor 106 durch eine Einlassleitung 108 auf, behandelt das Abgas und entlädt das behandelte Abgas 114 durch eine Auslassleitung 110. Die hauptsächlichen Schadstoffe in dem Abgas 112 von dem Motor 106 umfassen typischerweise verschiedene Formen von Stickstoffoxiden (NO_x), Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO). HC und CO werden als Schadstoffe mit hohem Energieniveau betrachtet, die oxidiert werden können, um Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) zu erzeugen. NO_x-Verbindungen werden als Schadstoffe mit niedrigem Energieniveau betrachtet und müssen Energie absorbieren, um zu harmlosen zweiatomigen Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) reduziert zu werden. Wenn eine Spannungsquelle 104 den Koronaentladungsreaktor 102 mit Hochspannungspulsen versorgt, werden HC's oxidiert, um zu H₂O und CO₂ zu werden, während CO oxidiert wird, um zu CO₂ zu werden. An jedem Spannungspeak wird eine Koronaentladung innerhalb des Reaktors 102 emittiert, die freie Radikale erzeugt, die HC oxidieren, um CO₂ und H₂O zu erzeugen, und CO, um CO₂ zu erzeugen. Allgemein sind Hochspannungspulse im Bereich von etwa 10–15 kV sehr effektiv bei der Zerstörung von HC und CO, wogegen Niederspannungspulse für die Reduktion von NO_x besser geeignet sind.
EP-A-0578863 offenbart einen Koronaentladungsreaktor zur Schadstoffzerstörung, mit:
einem Dielektrikum, das eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, die eine Reaktorkammer definiert;
einer sich bezüglich der inneren Oberfläche des Dielektrikums außerhalb befindlichen äußeren Elektrode;
einer Mehrzahl von inneren Elektroden innerhalb der Reaktorkammer; und
einer Spannungsquelle, die so verbunden ist, dass jede innere Elektrode mit elektrischer Energie versorgt ist, um Koronaentladungen mit zeitlich sich ändernden elektrischen Feldlinienbildern innerhalb der Reaktorkammer zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen Koronaentladungsreaktor zur Schadstoffzerstörung wie hiernach im Anspruch 1 beansprucht bereit.
Die inneren Elektroden sind räumlich voneinander getrennt und vorzugsweise gleichmäßig entlang der inneren Oberfläche eines Dielektrikums angeordnet, das die Reaktorkammer definiert. Dies erleichtert einen schnellen zyklischen Umlauf der Koronaentladung durch die Kammer hindurch und das Erzeugen relativ gleichmäßig verteilter Koronaentladungen. In einer Ausgestaltung werden zwei innere Elektroden mit jeweiligen außerphasigen gepulsten sinusförmigen Spannungs-Wellenformen betrieben, um eine relativ gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes über jeden Zyklus zu erhalten. In einer weiteren Ausgestaltung werden die Spannungspulse nacheinander zu jeder der inneren Elektroden übertragen, derart, dass zu jedem Zeitpunkt nur eine innere Elektrode geladen ist. Alle inneren Elektroden werden sequenziell innerhalb jeder Pulswiederholungsperiode geladen, um elektrische Felder mit hoher Intensität zu erzeugen, die relativ gleichmäßig in dem Gesamtvolumen der Reaktorkammer verteilt sind.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ersichtlich, in der:
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1, wie bereits oben beschrieben wurde, ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Koronaentladungsvorrichtung zur Schadstoffzerstörung ist;
2a eine Schnittansicht eines Koronaentladungsreaktors ist, der zwei gegenüberliegende innere Elektroden aufweist, mit einem Spannungsmaximum an der ersten Elektrode und einer Spannungsnull an der zweiten Elektrode;
2b eine Schnittansicht desselben Reaktors wie in 2a ist, jedoch mit einem Spannungsmaximum an der zweiten inneren Elektrode und einer Spannungsnull an der ersten;
3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für eine typische Spannungs-Wellenform ist, die von der Puls-Spannungs-Quelle in 2a und 2b erzeugt wird;
4a eine Schnittansicht eines Koronaentladungsreaktors ist, der drei innere Elektroden aufweist, die voneinander gleich beabstandet sind, wobei nur die erste Elektrode mit einem Puls beaufschlagt ist;
4b eine Schnittansicht desselben Reaktors wie in 4a ist, wobei jedoch die zweite Elektrode über eine Pulsverzögerungsschaltung mit einem Puls beaufschlagt ist;
4c eine Schnittansicht desselben Reaktors wie in 4a ist, wobei jedoch die dritte Elektrode über zwei Puls verzögerungsschaltungen in Reihe mit einem Puls beaufschlagt ist;
5 eine Schnittansicht eines Koronaentladungsreaktors mit zwei inneren Elektroden in einer kreisförmigen Reaktorkammer ist;
6 eine Schnittansicht eines Reaktors ähnlich zu 5 ist, jedoch mit drei inneren Elektroden; und
7 ein Blockschaltbild eines Automobils ist, das einen Reaktor mit mehreren inneren Elektroden in Übereinstimmung mit der Erfindung aufweist, um Motorenabgase zu behandeln.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die mehreren Nachteile der oben beschriebenen koaxialen inneren Elektrode können vermindert werden, indem eine außerachsige paraxiale innere Drahtelektrode in Berührung mit einer inneren Oberfläche des Dielektrikums angeordnet wird, wie in EP-A-0744802, entsprechend USSN 08/450,449, eingereicht am 25. Mai 1995, „Vorrichtung zur Zerstörung gasförmiger Schadstoffe und Verfahren, das eigenresonante Koronaentladung verwendet", beschrieben wird, und die auf Hughes Aircraft Company übertragen wurde, die nunmehr als Hughes Electronics geschäftstätig ist. Während die außerachsige innere Elektrode mit einer mechanischen Halterung und Wärmedissipation durch das Dielektrikum versehen ist, sind die elektrischen Feldlinien, die von der inneren Elektrode ausgehen, ungleichmäßig innerhalb der Reaktorkammer beabstandet, was eine ungleichmäßige Verteilung der induzierten elektrischen Ladungen auf der inneren di elektrischen Oberfläche verursacht. Da das Laden mit unterschiedlichen Intensitätsgraden innerhalb der Reaktorkammer erfolgt, werden die Schadstoffe in einem Abgas, das durch die Kammer hindurchtritt, nicht gleichmäßig behandelt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Koronaentladungsreaktor zur Schadstoffzerstörung mit zwei oder mehr inneren Elektroden bereit, um elektrische Felder von unterschiedlichen inneren Elektroden aus zu erzeugen, was in einer relativ gleichmäßigen Erzeugung von Koronaentladungen durch die Reaktorkammer hindurch resultiert. Eine Zeittrennung zum Laden jeder der inneren Elektroden in einer zyklischen Reihenfolge wird durch zumindest eine Zeitverzögerungsschaltung erreicht, die entweder eine Phasenverzögerungsschaltung oder eine Pulsverzögerungsschaltung sein kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit zwei inneren Elektroden ist in 2a und 2b dargestellt, die dieselbe Schnittansicht eines Reaktorsystems mit einer Phasenverzögerungsschaltung zeigen, jedoch mit unterschiedlichen elektrischen Feldlinienbildern zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Eine Hochspannungsquelle 34 steuert eine erste und zweite paraxiale innere Elektrode 36 und 38 mit einer typischen Spannungs-Wellenform an, die in 3 gezeigt ist. Es ist bevorzugt, wenn die Spannung eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform 40 aufweist, die durch im Wesentlichen rechteckige periodische Pulse 42 moduliert ist. Die Signaleigenschaften, die für die Erfindung am bedeutendsten sind, sind die Spannungsamplitude, die Pulsbreite t, die Pulswiederholungsperiode T und die Oszillationsfrequenz. Die Spannungsamplitude, die von der Puls-Spannungsquelle 34 erzeugt wird, ist vorzugsweise im Bereich von etwa 5–15 kV, um eine Koronaentladung zu erzeugen. Die mittlere Leistung der pulsmodulierten sinusförmigen Spannungs-Wellenform und entsprechend die mittlere Leistung der resultierenden Koronaentladung kann durch Änderung irgendeiner der relevanten Signaleigenschaften eingestellt werden, so wie t und T, deren Verhältnis zueinander als der Pulsarbeitszyklus definiert ist. Das in 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiel ist ebenso auf ein Koronaerzeugungssystem anwendbar, das eine kontinuierliche-Welle-Spannungsquelle verwendet.
Die inneren Elektroden sind auf der inneren Oberfläche 46 eines hohlförmigen Dielektrikums 48 angeordnet, das die Reaktorkammer 44 definiert. Die inneren Elektroden sind vorzugsweise an der inneren Oberfläche des Dielektrikums entweder durch Bonden oder durch Metalldampfabscheidung angebracht, um für eine Wärmedissipation und mechanische Halterung zu sorgen. Es ist bevorzugt, wenn die Reaktorkammer einen hexagonalen Querschnitt für eine starke strukturelle Integrität und für eine dichte Packung von ggf. mehreren Kammern aufweist. Die beiden inneren Elektroden 36, 38 sind vorzugsweise entlang gegenüberliegender Scheitel der Reaktorkammer 44 angeordnet. Das Dielektrikum 48 weist eine äußere Oberfläche 52 auf, die von einer leitenden Schicht eingeschlossen ist, die eine äußere Elektrode 50 bildet.
Der Masseknoten 54 der Puls-Spannungsquelle 34 ist mit der äußeren Elektrode 50 verbunden; ihr Spannung tragender Knoten 56 ist mit der ersten inneren Elektrode 36 direkt und mit der zweiten inneren Elektrode 38 über eine Verzögerungsschaltung 58 verbunden. In der Konfiguration mit zwei inneren Elektroden erzeugt die Verzögerungsschaltung 58 vorzugsweise eine Phasenverzögerung, so dass Spannungspeaks unterschiedliche innere Elektroden zu unterschiedlichen Zeiten erreichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Phasenverzögerung auf etwa entweder 90° oder 270° der Oszillationsfrequenz gesetzt. In 2a ist, wenn die erste innere Elektrode 36 mit der maximalen positiven Spannung der Spannungsquelle 34 angesteuert wird, die zweite innere Elektrode 38 auf Null-Spannung, wenn die Phasenverzögerungsschaltung 58 entweder eine 90°- oder eine 270°-Phasenverzögerung erzeugt. Das elektrische Feld zu dieser Zeit ist in 2a durch Feldlinien 51 dargestellt. Dieses elektrische Feldlinienbild induziert ungleichmäßig verteilte negative Oberflächenladungen 53 auf den inneren Oberflächen des Dielektrikums 48, wobei sich eine größere Ladungskonzentration näher bei der erregten inneren Elektrode 36 befindet.
In 2b, die das elektrische Feldlinienbild, dargestellt durch die Feldlinien 55 in der Reaktorkammer, ausgehend von 2a nach einem Zeitintervall zeigt, das zu etwa 90° für eine 90°-Phasenverzögerungsschaltung oder zu 270° für eine 270°-Phasenverzögerungsschaltung äquivalent ist, ist die Spannung an der ersten inneren Elektrode 36 Null, während die zweite innere Elektrode 38 die maximale positive Spannung erreicht hat.
Das Spannungsbild wird sich alle 360° für die Dauer des Pulses wiederholen. Wenn die Spannung an einer der beiden inneren Elektroden auf einem negativen anstatt auf einem positiven Maximum ist, ist die andere Elektrode auf Nullspannung. Die Richtungen der elektrischen Feldlinien 53 würden somit entgegengesetzt zu den in 2a und 2b gezeigten sein, was in positiven anstelle von negativen Oberflächenladungen auf der inneren dielektrischen Oberfläche 46 resultiert. Mit den alternierenden elektrischen Feldlinienbildern der 2a und 2b wird die zeitgemittelte Ladung innerhalb der Reaktorkammer 44 somit relativ gleichmäßig über jede sinusförmige Periode verteilt. Wenn ein schadstofftragendes Gas durch die Reaktorkammer fließt, werden unterschiedliche Teile des Gases einer relativ gleichmäßig verteilten Koronaentladung innerhalb jedes Ladungszyklus unterworfen, woraus eine gründlichere Behandlung der Schadstoffe resultiert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die durch die Verzögerungsschaltung 58 eingeführte Verzögerung länger als die Pulsbreite, so dass die Schaltung eher als Pulsverzögerungs- als als Phasenverzögerungsschaltung betrachtet werden kann. Das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen ist zumindest gleich und vorzugsweise größer als eine einzelne Pulsbreite, und die Verzögerung ist so gewählt, dass der verzögerte Puls innerhalb dieses Intervalls gesetzt wird, so dass ein Puls zu einer Zeit nur zu einer der inneren Elektroden 36, 38 in zyklischer Reihenfolge gesendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Pulsarbeitszyklus vorzugsweise nicht größer als 1/2. Die zeitgemittelten Ladungen würden relativ gleichmäßig über jede Pulswiederholungsperiode verteilt. Während das vorherige Ausführungsbeispiel mit einer Phasenverzögerungsschaltung auf Puls-modulierte oder kontinuierliche-Welle sinusförmige Spannungs-Wellenformen anwendbar ist, ist dieses Ausführungsbeispiel mit einer Pulsverzögerungsschaltung auf Puls-Wellenformen anwendbar als auch auf Puls-modulierte sinusförmige Wellenformen.
Der Reaktor kann mehr als zwei innere Elektroden verwenden, so wie der Reaktor in 4a–4c mit drei inneren Elektroden, bei denen Elektroden 62, 64 und 70 an alternierenden inneren Scheiteln einer hexagonalen Entladungskammer 74 vorgesehen sind. Es ist bevorzugt, wenn Pulsverzögerungsschaltungen verwendet werden, um Pulse zeitlich einzeln zu den drei inneren Elektroden zu senden. Eine Puls-Spannungsquelle 60 ist direkt mit der ersten Elektrode 62 und über eine erste Pulsverzögerungsschaltung 66 mit der zweiten inneren Elektrode 64 verbunden. Eine zweite Pulsverzögerungsschaltung 86 ist in Reihe mit der ersten Pulsverzögerungsschaltung 66 verbunden und führt Pulse von der Spannungsquelle 60 zu der dritten inneren Elektrode 70 zu; die äußere Elektrode 72 ist geerdet. Die Puls-Spannungsquelle erzeugt vorzugsweise eine Puls-modulierte sinusförmige Spannungs-Wellenform, wie in 3 gezeigt. Um die Pulse zeitlich zu trennen, so dass nur eine innere Elektrode zu einem Zeitpunkt erregt wird, sollte der Arbeitszyklus (t/T) nicht größer als 1/3 sein. Wenn der Arbeitszyklus auf etwa 1/3 gesetzt wird, sollten die Verzögerungsschaltungen 66, 68 jeweils eine Pulsverzögerung erzeugen, die gleich t ist, um die Ankunft jedes Pulses bei jeder der inneren Elektroden in sequenzieller Reihenfolge zeitlich genau abzustimmen. 4a veranschaulicht das elektrische Feldlinienbild, wenn ein erster Puls direkt zu der ersten Elektrode 62 gesendet wird. Da die erste und zweite Pulsverzögerungsschaltung 66, 68 die Ankunft des Pulses zu der zweiten und dritten inneren Elektrode 64, 70 jeweils verzögert, sind diese zu dieser Zeit auf der Spannung Null.
Nach einer Zeitverzögerung von t erreicht der Puls die zweite innere Elektrode 74, nachdem er durch die erste Pulsverzögerungsschaltung 66 hindurchgetreten ist, was die zweite innere Elektrode 64 veranlasst, ein elektrisches Feldlinienbild wie in 4b dargestellt zu erzeugen. Zu dieser Zeit wird kein Puls zur ersten und auch nicht zur dritten inneren Elektrode 62 und 70 übertragen. Nach einer weiteren Zeitverzögerung t hat der Puls die erste und zweite Pulsverzögerungsschaltung 66, 68 durchlaufen und erreicht die dritte innere Elektrode 70, was diese veranlasst, ein elektrisches Feldlinienbild wie in 4c dargestellt zu erzeugen. Wenn der erste Puls aufgehört hat, die dritte innere Elektrode 70 anzusteuern, überträgt die Spannungsquelle 60 einen zweiten Puls zu der ersten inneren Elektrode 72, wodurch ein weiterer Zyklus einer Ansteuerung jeder der drei inneren Elektroden nacheinander startet. Daher sind die zeitgemittelten elektrischen Feldlinienbilder, die durch die drei inneren Elektroden 62, 64, 70 erzeugt werden, relativ gleichmäßig durch die Reaktorkammer 74 hindurch über eine einzelne Pulswiederholungsperiode T verteilt. Da die inneren Elektroden nur 120° voneinander beabstandet sind, würde die Koronaentladung innerhalb der Reaktorkammer gleichmäßiger als bei dem Reaktor mit zwei inneren Elektroden in 2a–2b über jede Pulswiederholungsperiode sein.
Für einen Koronaentladungsreaktor, der mehr als zwei innere Elektroden verwendet, können auch kürzere Verzögerungen verwendet werden, die es ermöglichen, dass mehr als eine Elektrode gleichzeitig mit Pulsen beaufschlagt wird. Jedoch werden Zeitpunkte existieren, an denen zwei oder mehr innere Elektroden nahezu die gleiche Spannung besitzen, was Oberflächen gleichen Potenzials erzeugt, die die elektrischen Feldintensitäten reduzieren. Nichtsdestoweniger kann die Phasenverzögerungsschaltung noch zyklische elektrische Feldlinienbilder erzeugen, die relativ gleichmäßige zeitgemittelte Koronaentladungen durch die Reaktorkammer hindurch erzeugen.
Die Konfiguration mit mehreren inneren Elektroden ist ebenso auf Reaktorkammern mit kreisförmigen Querschnitten anwendbar, wie in 5 und 6 dargestellt ist. In 5 sind zwei innere Elektroden 76 und 78 etwa 180° voneinander an der inneren Oberfläche 80 eines kreisförmigen dielektrischen Zylinders 82 angeordnet. Die inneren Elektroden 76 und 78 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander entlang der Länge des Zylinders 80. In 6 sind drei innere Elektroden 84, 86 und 88 um etwa 120° voneinander getrennt und verlaufen ebenso im Wesentlichen parallel. Zusätzliche innere Elektroden können ebenso auf der inneren dielektrischen Oberfläche vorgesehen sein, um die elektrischen Feldlinienbilder gleichmäßiger zu verteilen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Schadstoffbehandlung unter Verwendung von Koronaentladung in Automobilen anwendbar, um strenge Luftqualität-Standards zu erfüllen. In 7 weist ein Automobil 90 eine Verbrennungsmaschine 92 auf, die ein schadstofftragendes Abgas erzeugt, das durch eine Motorabgasleitung 96 zu einem Koronaentladungsreaktor 94 mit mehreren inneren Elektroden befördert wird, der die Schadstoffe in dem Abgas behandelt und das behandelte Gas an die Atmosphäre durch einen Auspuff 98 freigibt. Der Reaktor 94 kann irgendeine der in 2a–2b, 4a–4c, 5 und 6 gezeigten und oben beschriebenen Konfigurationen aufweisen.
Während mehrere veranschaulichende Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden sich den Fachleuten zahlreiche Abwandlungen und alternative Ausführungsbeispiele erschließen. Solche Abwandlungen und alternative Ausführungsbeispiele sind beabsichtigt und können gemacht werden, ohne den Rahmen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Koronaentladungsreaktor zur Schadstoffzerstörung, mit: einem Dielektrikum (48), das eine äußere Oberfläche (52) und eine innere Oberfläche (46) aufweist, die eine Reaktorkammer (44) definiert; einer sich bezüglich der inneren Oberfläche (46) des Dielektrikums (48) außerhalb befindlichen äußeren Elektrode (50); einer Mehrzahl von inneren Elektroden (36, 38) innerhalb der Reaktorkammer (44); und einer Spannungsquelle (34), die so verbunden ist, dass jede innere Elektrode (36, 38) mit elektrischer Energie versorgt ist, um Koronaentladungen mit zeitlich sich ändernden elektrischen Feldlinienbildern innerhalb der Reaktorkammer (44) zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (34) mit den inneren Elektroden (36, 38) über zumindest eine Zeitverzögerungsschaltung (58) verbunden ist, die so verbunden ist, dass sie Spannungspeaks an unterschiedlichen inneren Elektroden (36, 38) zu unterschiedlichen Zeiten erzeugt.
Reaktor nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelle (34) eine sinusförmige Spannungswellenform erzeugt, und die zumindest eine Zeitverzögerungsschaltung (58) die Phase der Wellenform an zumindest einer der inneren Elektroden (36, 38) verzögert.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1–2, mit ersten und zweiten inneren Elektroden (36, 38), wobei die Zeitverzögerungsschaltung (58) so verbunden ist, dass sie die Spannungspeaks an der zweiten inneren Elektrode (38) relativ zu der ersten inneren Elektrode (36) verzögert.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Spannungsquelle (60) eine pulsmodulierte zeitveränderliche Spannung erzeugt, und die zumindest eine Zeitverzögerungsschaltung (66) zumindest eine Pultverzögerungsschaltung (66) aufweist, die so verbunden ist, dass sie Pulse zu zumindest einer der inneren Elektroden (62, 64, 70) um zumindest eine Pulsbreite verzögert.
Reaktor nach Anspruch 4, mit ersten, zweiten und dritten inneren Elektroden (62, 64, 70) und zwei Pulsverzögerungsschaltungen (66, 68), wobei eine der Pulsverzögerungsschaltungen (66) so verbunden ist, dass sie einen Puls zu der zweiten inneren Elektrode (64) relativ zu der ersten inneren Elektrode (62) verzögert, und wobei die andere der Pulsverzögerungsschaltungen (68) so verbunden ist, dass sie den Puls zu der dritten inneren Elektrode (40) relativ zu der zweiten inneren Elektrode (64) weiter verzögert.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die inneren Elektroden (36, 38) an im Wesentlichen gleichen Abständen auf der inneren Oberfläche (46) des Dielektrikums (48) angeordnet sind.
Verfahren zum Erzeugen einer verteilten Koronaentladung in einem Koronaentladungsreaktor zur Schadstoffzerstörung, mit: Bereitstellen einer Mehrzahl von inneren Elektroden (36, 38) innerhalb des Reaktors; Zuführen von zeitveränderlichen Spannungen zu den inneren Elektroden (36, 38); und Herstellen einer Veränderlichkeit zwischen den jeder der inneren Elektroden (36, 38) zugeführten Spannungen, um eine Koronaentladung innerhalb des Reaktors mit einem zeitveränderlichen elektrischen Feldlinienbild zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine gemeinsame zeitveränderliche Spannung mit einer im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform den inneren Elektroden (36, 38) zugeführt wird, und wobei die Veränderlichkeit durch Verschieben der Phase der Spannung unter den Elektroden (36, 38) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–8, wobei die zeitveränderliche Spannung pulsmoduliert wird und wobei die Veränderlichkeit durch Verzögern der Pulse zu zumindest einer der inneren Elektroden (36, 38) um zumindest eine Pulsdauer hergestellt wird.