EP1663454A1 - Vorrichtung und verfahren zur plasmagest tzten abgasreinigung und behandlung von abluft - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur plasmagest tzten abgasreinigung und behandlung von abluft

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Publication number
EP1663454A1
EP1663454A1 EP04786969A EP04786969A EP1663454A1 EP 1663454 A1 EP1663454 A1 EP 1663454A1 EP 04786969 A EP04786969 A EP 04786969A EP 04786969 A EP04786969 A EP 04786969A EP 1663454 A1 EP1663454 A1 EP 1663454A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
structured
electrode
exhaust
gas
exhaust air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP04786969A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Grundmann
Siegfried Müller
Wolfgang Reich
Rolf-Jürgen ZAHN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Institut fuer Plasmaforschung und Technologie eV
Original Assignee
Institut fur Niedertemperatur-Plasmaphysik Ev
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut fur Niedertemperatur-Plasmaphysik Ev filed Critical Institut fur Niedertemperatur-Plasmaphysik Ev
Publication of EP1663454A1 publication Critical patent/EP1663454A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892—Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/20—Non-catalytic reduction devices
    • F23J2219/201—Reducing species generators, e.g. plasma, corona

Definitions

  • the invention relates to the field of exhaust gas purification, in particular a device for decomposing soot from exhaust gases from combustion processes, the soot being subjected to a plasma treatment with a device which works on the principle of dielectric barrier discharge.
  • the invention is also suitable for decomposing toxic or environmentally harmful gaseous exhaust gas components. It can also be used for the plasma treatment of exhaust air mixed with aerosols.
  • DBE dielectric barrier discharge
  • This form of discharge is characterized by the fact that it can be operated in a wide pressure range and ranges from a few 10 mbar to a few bar.
  • the electrode spacing is in the range from tenths of a mm to a few mm.
  • Dielectrically impeded discharges are characterized in that at least one of the conductive electrodes is provided with a dielectric, which then forms an insulated electrode, or that this dielectric is arranged between the conductive electrodes.
  • the shape of such arrangements can take many forms. Depending on this form and the other parameters, specific properties of the DBE are often achieved.
  • the DBE can be operated with sinusoidal or rectangular AC voltages in the range from a few Hz to several 100 kHz. Due to the insulation and the charge carriers deposited on it, the discharge is limited automatically after the breakdown and the discharge duration is usually only a fraction of the half-period of the applied maintenance voltage. This simplifies control. There is also no major gas heating.
  • Various designs of the DBE in the gas space that forms the discharge space are known from the form of the discharge. Frequently with large-area electrodes, numerous small to a few tenths of a millimeter thick discharge filaments, also called filaments, are usually formed in a statistically distributed manner. The filaments form widenings in the transition area to the insulated electrodes, which often merge into surface sliding discharges with numerous other thin discharge channels.
  • Such sliding discharge phenomena can be dominant in special arrangements, so-called coplanar or surface discharge arrangements. It is also known that homogeneous, non-filamented discharge structures can be formed in particular in gas fillings with noble gases or their mixtures. Most of the time, the discharge tends to filament. In addition, various combinations and transitional forms of discharge training are possible. Some of the special arrangements in the literature are also given specific names in order to emphasize special discharge properties. Examples of this are the surface discharge arrangements and coplanar discharge arrangements already mentioned, but also sliding discharges or surface sliding discharges. The distance between the electrodes is then Discharge path resulting from gas. Here the term DBE is also intended to include such special arrangements or characteristic discharge properties. Regardless of the type of training, the term DBE is used here as a generic term for the various types of training.
  • DBE DBE
  • G. J. Pietsch and M. Haacke Some properties of different types of dielectric barrier discharges for ozone production, Int. Sympos. on High Pressure Low Temperature Plasma Chem., Greifswald / Germ., Sep. 10-13, 2000, Contributed Papers Vol. 2, pp. 299-303, and U. Kogelschatz, B. Eliasson, W. Egli, Dielectric Barrier Discharge's Principle and Applications, Invited Plenary Lecture, XXIII ICPIG, July 17-22 ., 1997, Toulouse / France, J. Phys. IV, France 7 (1997) 04-47.
  • DE-OS 195 25 754 A1 and DE-OS 195 25 749 A1 have also been proposed, for example in DE-OS 195 25 754 A1 and DE-OS 195 25 749 A1, to divide the reactor volume into spatially periodic structures, so that discharge zones and discharge-free zones arise in the direction of flow.
  • the shape has means for increasing the field in the area of the discharge zones.
  • DE-OS 195 25 749 A1 also provides for the introduction of chemically active materials in the area of the surfaces of the structures.
  • DE-OS 195 34 950 A1 describes a reactor which consists of several modules with a plurality of parallel and spatially separated channels in a dielectric body with electrodes inserted therein. A similar structure results from DE 100 27 409 C1. It specifies a plasma reactor in which a Plasma is formed in a penetration section between the profiles of two components, the cores of which consist of differently shaped sheet metal layers. The penetration section for the plasma generation is located between two components, in which channels are then formed. The components also have channel structures.
  • At least one electrode consists of a voltage-excited plasma.
  • the exhaust gas stream to be treated flows longitudinally to the electrode surfaces running parallel to one another through the discharge space. It enters one end of the discharge space formed by the electrodes and exits the other end.
  • soot-laden exhaust gas such as diesel exhaust gas
  • the soot particles would largely pass the system freely because of the relatively open structure of such reactors, without the soot particles being completely converted to CO or CO2 or otherwise bound.
  • the linear expansion in the direction of flow must be dimensioned so that even in the worst case there is a complete decomposition. Under practical conditions, an inadequate length extension of the treatment room would be necessary. This also increases energy consumption.
  • Electrodes insulated on both sides are proposed which, in the direction of flow, consist of waves with constant electrode spacing, of waves with repetitive changes in the electrode spacing or of fold patterns. Soot is separated by inertial forces and supported by electrical fields.
  • the degree of separation of such an arrangement is inadequate due to the flow, in particular for small particles. Furthermore, a voltage-resistant coating of the electrodes is necessary, which is complex. Spacers between the electrodes are also required.
  • DE 197 17 890 C1 has also already proposed collecting soot on a porous filter element and exposing it to the plasma of a DBE.
  • a similar principle is given in DE 100 57 862 C1.
  • the object of the invention is to provide a freely flowable filter system with regeneration by a plasma, in which the plasma is formed with a DBE, in which there is also sufficient space for the intermediate storage of soot and a reservoir for Ash deposits are present and where the filter medium is accessible and can be exposed to the plasma at all points.
  • the invention should be suitable for the plasma treatment of exhaust air which is mixed with aerosols.
  • the structure of the system should be compact and technologically simple to manufacture and inexpensive.
  • the device according to the invention contains, as an essential element, a coherent form, structured in all spatial directions, made of an electrically conductive material, which on the one hand serves as an electrode and in this case represents an electrode structured in all spatial directions, hereinafter also structured Designated electrode.
  • an insulating material is in contact with the insulating material. This insulating material forms a delimiting surface for the structured electrode.
  • the structured electrode also acts as a spacer.
  • a structured gas space with partial gas spaces hereinafter called structured gas space with partial gas spaces 1
  • Another electrode is also attached to the insulating material.
  • the structured gas space with partial gas spaces forms the gas space for discharges.
  • the structured electrode is formed by a wire mesh, coherent bodies or structures or individual bodies lying one against the other made of an electrically conductive material, these forming an orderly filling of one or two layers.
  • the structured electrode can also consist of a sheet of sheet metal, perforated sheet metal, porous sheet metal material or thin wire fibers (metal fleece) which forms such sheets or approximates these sheets.
  • the structured gas space formed by the structured electrode and the insulating material with partial gas spaces has an open structure on two opposite end faces for the inflow and outflow of exhaust gas.
  • the structured electrode practically also functions as a filter element.
  • the open structure for the lateral inflow and outflow of soot-containing exhaust gas is designed in such a way that there are numerous deflections of the gas flow between the inlet and outlet and thus good separation of particles. With this arrangement, only a small flow back pressure is generated. Furthermore, the dwell time of the exhaust gas in the discharge configuration is lengthened by the numerous deflections of the gas flow and enlargement of the flow cross section. This increases the efficiency for the deposition and direct oxidation of particles suspended in the gas space by means of a plasma.
  • the shape of the electrode structure according to the invention is essential. From the point of view of optimal plasma generation, the electrode structure is chosen in such a way that there is no concentration of the discharge at the tips or sharp edges. Rather, as flat or rounded surfaces as possible are provided for the structure of the electrodes.
  • the shape of the electrode structure ensures that the surfaces free towards the structured gas space with partial gas spaces are included in the discharge process, provided that a suitable alternating voltage is applied for the ignition.
  • an optimal discharge path will always be set, which corresponds to the minimum in dependence of the ignition voltage on the product of gas space thickness d and gas pressure p. In other words, a discharge is initially initiated in the immediate vicinity of the contact area of the dielectric and the protruding area of the material structures or structured electrode, because the optimal electrode spacings (gas space thicknesses) are available for ignition.
  • the discharge current is distributed over a larger section of the half-cycle of the applied AC voltage, which represents a great relief for the control, since maximum power does not have to be delivered in the shortest possible time.
  • the plasma can also directly include the surfaces of the structured electrode functioning as a filter element in the oxidation of the particles deposited there.
  • the structured gas space with the partial gas spaces results in a substantially increased storage capacity for soot particles and in particular for slag products resulting from the regeneration. This significantly extends the service life compared to conventional small-pore filter systems with plasma regeneration.
  • the structured electrode can be shaped differently. It can be shaped as a mirror-symmetrical or asymmetrical structure to the insulating material boundary (s) covering it, or the electrode structure is, seen from an insulating material boundary, identical to the other viewing direction as a negative structure (i.e. spatially offset), as is the case with a structured sheet metal layer or wire mesh shape.
  • a negative structure i.e. spatially offset
  • mountain and valley structures are preferred for the structured electrode, an offset to the previous order being provided in the direction of inflow, so that the gas flow can be deflected on the way between inlet and outlet. Optimal particle separation is thus achieved, while the throughflow is largely retained. Due to the mountain and valley structure of the structured electrode, a well-distributed plasma formation is also achieved over the surface.
  • a stacked construction can easily be realized by simply alternating a sequence of the described elements structured electrode and insulating material. Even non-structured electrodes, as usually used in the prior art, hereinafter also referred to as smooth electrodes, can be included in the sequence, as explained in more detail in the exemplary embodiments.
  • the electrodes are alternately combined into two groups. One electrode group is preferably grounded and the other electrode group is supplied with a suitable AC voltage.
  • the device according to the invention contains, as an essential element, a coherent shape, which is structured in all spatial directions and is made of an electrically non-conductive material
  • the structured insulating material acts simultaneously as a dielectric and as a spacer.
  • the functioning with regard to deposition and oxidation corresponds to the principle already described above.
  • Further advantageous configurations, operating modes and combinations with other methods are also possible, as shown in the description of exemplary embodiments and operating modes. ⁇ /tech-solution> ⁇ /disclosure>
  • FIG. 1 shows schematically the principle of a device in a three-dimensional exploded view
  • FIG. 2a shows a sectional view of the basic structure with a structured electrode consisting of spherical shapes
  • FIG. 2b a 3-dimensional representation of a structured electrode consisting of spherical shapes corresponding to FIG. 2a
  • FIG. 1 shows schematically the principle of a device in a three-dimensional exploded view
  • FIG. 2a shows a sectional view of the basic structure with a structured electrode consisting of spherical shapes
  • FIG. 2b shows a 3-dimensional representation of a structured electrode consisting of spherical shapes corresponding to FIG. 2a
  • FIG. 2a shows schematically the principle of a device in a three-dimensional exploded view
  • FIG. 2a shows a sectional view of the basic structure with a structured electrode consisting of spherical shapes
  • FIG. 2b shows a 3-dimensional representation of a structured electrode consisting of spherical shapes corresponding to FIG.
  • FIG. 3 a sectional representation of the basic structure with two structured electrodes consisting of spherical shapes and three smooth electrodes
  • FIG. 4 a 3-dimensional one 5 shows a 3-dimensional exploded view of a stacked arrangement with three electrodes made of wire mesh
  • FIG. 6 shows a 3-dimensional view of a structured electrode with flat sections from a formed sheet metal layer
  • FIG. 7 a 3-dimensional representation g of a structured electrode made of a formed sheet metal layer
  • FIG. 8 schematic representation of the inflow side with a porous three-dimensionally structured electrode and with a closure of one of the structured gas spaces with partial gas spaces
  • 9 is a 3-dimensional exploded view of a stack arrangement with three structured dielectrics.
  • FIG. 1 schematically illustrates the basic structure of a device in a 3-dimensional exploded view. In the figure, only the elements important for the function are shown.
  • the arrangement includes a coherent form, structured in all spatial directions, made of an electrically conductive material.
  • This element serves as an electrode in one function and in this case represents an electrode structured in all spatial directions, hereinafter always referred to as structured electrode 2.
  • a plate made of insulating material 3 is attached to this structured electrode 2.
  • the areas of the coherent structure made of conductive material or structured electrode 2 protruding toward the insulating material 3 are in contact with the plate of insulating material 3.
  • This insulating material 3 forms a delimiting surface for the structured electrode 2.
  • structured gas space with partial gas spaces 1 a gas space structured in all spatial directions with partial gas spaces, hereinafter referred to as structured gas space with partial gas spaces 1, is formed between the structured electrode 2 and the plate made of insulating material 3.
  • a flat, smooth electrode 4 is also attached to the insulating material 3.
  • the structured gas space with partial gas spaces 1 now forms the gas space for discharges in the arrangement according to the invention.
  • the embodiment variant shown does not require any spacers, since the structured electrode 2 also fulfills this function.
  • the structured gas space with partial gas spaces 1 formed by the structured electrode 2 and the insulating material 3 is for the delimiting surface made of insulating material 3 open.
  • the arrangement according to the invention has an open structure for the inflow and outflow of exhaust gas between two opposite sides. The other two sides are each closed by a suitable side seal.
  • the open structure for the lateral inflow and outflow of exhaust gas is shaped so that there are numerous deflections of the gas flow between the inlet and outlet.
  • the shape of the structured electrode 2 and the structured Gas space with partial gas spaces 1 for the deflection of the gas flow between inlet and outlet in the inflow direction is designed such that an offset to the previous order of the conical structures is formed, so that a direct rectilinear flow is prevented.
  • the exhaust gas to be treated in particular also soot-laden exhaust gas, can flow relatively freely through the structured gas space with partial gas spaces 1 between an inlet side and an outlet side, and furthermore a good separation of particles on the structured electrode 2 can be achieved.
  • the structured electrode 2 thus also functions as a filter element which can be flowed through relatively freely.
  • the dwell time of the exhaust gas and thus of the particles in the discharge configuration is extended by the numerous deflections of the gas flow and enlargement of the flow cross section. This increases the efficiency for treatment with a plasma.
  • the shapes of the structured electrode 2 and the three-dimensionally structured gas space with partial gas spaces 1 allow a substantially increased storage capacity for soot particles or slag products resulting from the plasma treatment without a noticeable increase in the exhaust gas back pressure.
  • the shape of the structured electrode 2 is essential for the overall function. In addition to the aspects of flow, filtering and storage, optimal plasma generation also plays an important role.
  • the structured electrode 2 in the embodiment according to Fig. 1 is designed in a shape in which conical structures rise from a plate.
  • the proposed device now enables an additional advantageous control for the exhaust gas treatment, in particular the soot reduction.
  • the voltage applied across the structured gas space with partial gas spaces 1 is selected such that only partial areas of the structured electrode 2 and also of the structured gas space with partial gas spaces 1 and the insulating material 3 are included in the discharge. The amplitude of the applied voltage thus corresponds to the minimum of the ignition voltage for this partial gas space.
  • the device according to the invention is thus also suitable, depending on the space available, to be placed at different points in the vehicle with an effective method of working. This can be close to the engine or away from the engine, since you do not have to rely on certain temperature ranges for the functionality.
  • Suitable materials for designing the device according to the invention are those known for conventional DBE configurations.
  • the conductive electrodes are preferably made of metallic materials. Materials such as ceramics, glass, Mica or ferroelectrics can be used. Other materials are also possible, provided they are suitable as a dielectric.
  • the structured electrode 2 or the insulating material 3 can also be constructed from a catalytically active material or be coated with it.
  • the geometrical dimensions of the reactor configuration are adapted to the volume to be treated and the soot loading of the exhaust gas.
  • the devices described above can be operated in flow with several in parallel.
  • the inflow side is then wider than the outflow side.
  • the device then either has a trapezoidal shape, or the shape of the elements forming the discharge configuration consists of annular disks.
  • the exhaust gas is supplied in a suitable manner on the outer ring and removed on the inner ring.
  • the device is mounted in a suitable housing for holding the device elements and channeling the exhaust gas flow.
  • the device elements themselves or parts thereof can also form the housing.
  • the housing is provided with a corresponding voltage feedthrough.
  • ambient air can also be added to it by assigning a suitable device for admixtures to the device.
  • the shape of the structured electrode 2 is not tied to the embodiment according to FIG. 1.
  • the electrode structure is selected in such a way that the discharge cannot concentrate at the tips or sharp edges.
  • the surfaces are as flat or rounded as possible provided for the structured electrode 2, as is also made clear by the other exemplary embodiments.
  • the structured electrode 2 has an asymmetrical structure, so that the gas space with partial gas spaces 1 is formed only on one side. It is now advantageously also possible to form two gas spaces with partial gas spaces 1 with a structured electrode 2. Such an example is illustrated in FIGS. 2a) and 2b).
  • FIG. 2 a shows a sectional view of the principle of, in FIG. 2 b) a 3-dimensional representation of the structured electrode consisting of spherical shapes.
  • the structured electrode 2 is designed as a coherent structured form of adjacent balls made of an electrically conductive material.
  • This spherical structure lies between two plates made of insulating material 3, whereby two structured gas spaces with partial gas spaces 1 are now formed.
  • Suitable flat smooth electrodes 4 are in turn attached to the plates made of insulating material 3. These can be vapor-deposited as a conductive layer or they can be designed in another way, e.g. as plates or flat lattice structures.
  • the structured gas spaces with partial gas spaces 1 formed by the structured electrode 2 and the two plates made of insulating material 3 are again open towards the delimiting surface made of insulating material 3.
  • the two gas spaces 1 formed by the structured electrode 2 also have connections to one another, so that further deflections are present for the gas to flow through.
  • a change of gas flows from one structured gas space to another can also take place. As a result, the flow is advantageous
  • the duration of the exhaust gas in the plasma is extended and the degree of separation of particles is increased.
  • suitable alternating voltages are applied between the structured electrode 2 and the smooth electrodes 4.
  • the two outer smooth electrodes 4 are preferably grounded, while the high-voltage side lies on the structured electrode 2. This also provides good protection against contact with the high-voltage electrode.
  • discharges are initially initiated in the immediate vicinity of the contact area of insulating material 3 and the elevations of the structured electrode 2.
  • the structured electrode 2 here forms hemispherical structures practically symmetrically on both sides, so that in this case discharges can be generated on both sides of the structured electrode 2 in the two gas spaces with partial gas spaces 1.
  • discharges can be generated on both sides of the structured electrode 2 in the two gas spaces with partial gas spaces 1.
  • further areas of the structured electrode 2 and volume segments of the structured gas spaces with partial gas spaces 1 can be included in the discharge process again after the ignition phase in the course of the further voltage rise.
  • a load and operating point-dependent voltage amplitude control can also be carried out in the plasma treatment of exhaust gases from diesel engines by using differently sized partial areas of the structured electrode 2, the plates made of insulating material 3 and the structured gas space with partial gas spaces 1 for plasma formation. This in turn enables the soot to be stored appropriately.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of the basic structure with two structured electrodes consisting of spherical shapes and three smooth electrodes. It is a simple stacked construction of the elements structured electrode 2, plate made of insulating material 3 and smooth electrode 4. A smooth electrode 4 lying between two plates made of insulating material 3 forms the common electrode to two adjacent structured electrodes 2. This principle can be used for larger orders will be continued accordingly.
  • the structured gas spaces with partial gas spaces 1 are then formed between the structured electrodes 2 and the plates made of insulating material.
  • the AC voltage supply is designed such that one electrode group is acted upon with one potential and the second electrode group with the other. It is preferably provided that all smooth electrodes 4 are grounded and the structured electrodes 2 form the high-voltage side. Even with larger stack arrangements, the electrodes on the outside are preferably grounded because of the high-voltage protection.
  • the arrangement preferably consists of an odd number of smooth electrodes 4 and an even number of structured electrodes 2 with the plates of insulating material 3 lying between them.
  • FIG. 4 a 3-dimensional exploded view of the basic structure of an arrangement with a structured electrode 2 consisting of wire mesh is shown schematically.
  • the wire mesh can be realized simply and cheaply with a suitable wire mesh, for example with a wire thickness of 0.5 mm and a mesh size of 0.8 mm.
  • Two structured gas spaces with partial gas spaces 1 are formed between two plates made of insulating material 3 and the structured electrode 2 made of wire mesh, similar to the spherical structure described above.
  • the structure given by the wire mesh advantageously enables numerous deflections of the Gas flow, good soot separation and intermediate storage for soot and slag products with low back pressure.
  • the surface areas of the structured electrode 2 that are free toward the structured gas spaces with partial gas spaces 1 can also be included in the discharges and plasma formations from both sides of the gas spaces with partial gas spaces 1.
  • the smooth electrode 4 can also be largely dispensed with.
  • the core for the representation of the principle consists of an alternating element sequence of four plates made of insulating material 3 and three structured electrodes 2. For larger arrangements and volume flows, this sequence can be continued accordingly. Different potentials are alternately applied to the structured electrodes. In the case of larger stack arrangements, every second of the structured electrodes 2 is preferably grounded again, while the others are acted upon by the high-voltage potential. Two opposing structured electrodes 2 thus form the electrodes for DBE in the two structured gas spaces 1 formed between the two structured electrodes 2 and the plate made of insulating material 3. It is very easy to design a device according to the invention in a stacked arrangement because only one for the core area Sequence of structured electrodes 2 and plates made of insulating material 3 is required. A smooth electrode 4 is preferably used at the beginning and end of such an arrangement, so that no areas arise without the possibility of plasma formation, as would occur with a symmetrical structured electrode 2 on the respective outer sides.
  • such shapes are layers of sheet metal which form or approximate these shapes, perforated sheet, porous sheet-like material (e.g. sintered metal sheets) or thin wire fibers possible.
  • Fig. 6 shows a 3-dimensional representation of a structured electrode with flat sheet metal sections from a formed sheet metal layer.
  • this is arranged as structured electrode 2 in the device.
  • two structured gas spaces with partial gas spaces 1 are formed with a structured electrode 2 between two plates made of insulating material 3.
  • the structure enables numerous deflections of the gas flow, wherein it is preferably again provided that an offset to the previous order structure is formed for the deflection of the gas flow between the inlet and outlet in the direction of inflow.
  • the discharge sequences on the conical structure are similar to those described in FIGS. 1 and 2.
  • a special feature here is that a plasma cannot be formed on all surface areas of the structured electrode 2.
  • This system can be used particularly close to the engine because of the higher exhaust gas temperatures that occur.
  • FIG. 7 shows a 3-dimensional representation of a structured electrode made of a formed sheet metal layer. Corresponding negative structures are formed on both sides of the cone-shaped sheet metal layer on the other side. The conical structure is designed so that there are mountain and valley structures alternate. The discharge can be formed as in the cone structure described above. The surface areas of the structured electrode 2 that are free toward the structured gas spaces with partial gas spaces 1 can thus be included in the discharges and plasma formations from both sides of the gas spaces with partial gas spaces 1.
  • the treatment room can also be enlarged by winding the elements forming the device according to the invention.
  • a winding design comprises either a sequence of the device elements insulating material 3, structured electrode 2, insulating material 3 and structured electrode 2, or a sequence of insulating material 3, structured electrode 2, insulating material 3 and smooth electrode 4.
  • the elements must be flexible or at least have this property in the assembly phase or have such shapes formed.
  • the structured electrode 2 the designs with wire mesh, layers of sheet metal, perforated sheet metal, porous sheet-like material (sintered metal sheets) or thin wire fibers meet this requirement in particular.
  • the insulating material e.g. thermally stable plastic films are suitable.
  • the smooth electrode 4 can consist of a metal foil.
  • the insulating material 3 can also be a carrier of the smooth electrode 4, in that a metal layer has been vapor-deposited, glued on or applied in some other way.
  • a winding design creates a very compact device which is particularly suitable for small installation spaces. It is also advantageous that you only have two electrodes. The outside lying electrode is preferably grounded again, so that only a high voltage lead is required.
  • a particularly high degree of purity of the treated exhaust gas is to be achieved, it can also be combined with conventional filter processes.
  • an arrangement is suitable, for example, in which the exhaust gas is treated with partial gas spaces 1 in a structured gas space according to the invention and at the same time can flow through a porous, structured electrode 2.
  • a porous, structured electrode 2 This consists, for example, of a molded layer of a porous sintered metal sheet or thin wire fiber braid.
  • a shape of the structured electrode 2 is used, where two structured gas spaces with partial gas spaces 1 are formed by two plates made of insulating material 3.
  • one of the structured gas spaces with partial gas spaces 1 is sealed against an inflow by a closure 6, as shown schematically in FIG. 8. 8 shows only a sectional view of the upstream side schematically.
  • the other structured gas space with partial gas spaces 1 is sealed by a closure 6, so that exhaust gas can flow into one of the structured gas spaces with partial gas spaces 1, through which porous, structured electrode 2 flows further into the other structured gas space with partial gas spaces 1, and then flows out through the gas outlet.
  • exhaust gas treatment takes place analogously to the principle described above.
  • particles are deposited on the structured electrode 2 when flowing through and decomposed in the plasma. Thereafter, the exhaust gas can be further treated in the downstream structured gas space with partial gas spaces 1.
  • one of the arrangements according to the invention can advantageously be combined with a conventional particle filter connected downstream.
  • a conventional particle filter connected downstream.
  • the arrangement according to the invention which can be made smaller than when used alone, a large part of soot is already decomposed.
  • the soot particles that have not decomposed are then collected in the conventionally constructed particle filter.
  • the long-lived species such as nitrogen dioxide or ozone generated in the arrangement according to the invention can then regenerate the downstream, conventionally constructed particle filter at corresponding exhaust gas temperatures.
  • the pre-cleaning carried out with the device according to the invention means that the downstream conventional particle filter is less loaded with soot and slag. This significantly increases the service life. Furthermore, with the proposed combination of ozone generated in the arrangement according to the invention, soot decomposition and in particular regeneration of a conventional particle filter with low electrical power is possible at low exhaust gas temperatures below 200 ° C.
  • the structured gas space was generated by the structuring of the electrodes. It has now been shown that under certain conditions it is possible to reverse the previously described arrangements with regard to shape and sequence by interchanging the shape of the conductive electrode and dielectric. Such an example is illustrated in FIG. 9.
  • a dielectric structured in all spatial directions hereinafter referred to as structured dielectric 3a, lies between the smooth electrodes 4. Both form the structured gas space with partial gas spaces 1. This in turn forms a treatment room for the production of dielectrically impeded discharges, one being the structured dielectric 3a almost covering plasma can be generated.
  • the structured dielectric 3a also acts as a spacer.
  • the smooth electrodes are preferably covered with an insulating material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur plasmagestützten Abgasreinigung und Behandlung von Abluft, umfassend mindestens einen Behandlungsraum zur Erzeugung von dielektrisch behinderten Entladungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum als strukturierter Gasraum mit Teilgasräumen (1) zwischen mindestens einer leitfähigen strukturierten Elektrode (2) und mindestens einem auf den Strukturerhebungen der strukturierten Elektrode (2) liegenden und eine begrenzende Fläche bildenden Isolierstoff (3) ausgebildet ist, wobei die begrenzende Fläche aus Isolierstoff (3) entweder Teil einer isolierten Elektrode ist oder die leitfähige strukturierte Elektrode (2) von einer anderen glatten oder strukturierten leitfähigen Elektrode trennt. Unter bestimmten Bedingungen ist es vorteilhaft, die Formgebung von leitfähiger Elektrode und Isolierstoff bzw. Dielektrikum zu vertauschen und ein strukturiertes Dielektrikum anzuordnen.

Description

<description id="desc">Beschreibung <invention-title id="invt">
Vorrichtung und Verfahren zur plasmagestützten Abgasreinigung und Behandlung von Abluft
</invention-title>
<technicai-fieid id="tec fid">Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Abgasreinigung, insbesondere eine Vorrichtung zur Zersetzung von Ruß aus Abgasen von Verbrennungsprozessen, wobei der Ruß einer Plasmabehandlung mit einer Vorrichtung, die nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung arbeitet, unterworfen wird. Die Erfindung ist auch geeignet, giftige oder für die Umwelt schädliche gasförmige Abgaskomponenten zu zersetzen. Sie kann ferner für die Plasmabehandlung von Abluft, die mit Aerosolen versetzt ist, benutzt werden.
</technical-field>
<bac ground-art id="bart">Stand der Technik
[0002] Vor dem Hintergrund weiterer Bemühungen zur Reduzierung von Umweltbelastungen sind Grenzwerte für die Schadstoffemissionen von Verbrennungsprozessen avisiert, die weit über den Stand der Technik hinausgehen. Weitere Fortschritte bei der Reduzierung der Partikel- und NOx-Emissionen lassen sich nach derzeitigem Erkenntnisstand nur mit Abgasnachbehandlung erreichen. Dies gilt insbesondere bei der Rußemission von Dieselmotoren.
[0003] Zur Lösung des Emissionsproblems werden verschiedene Wege beschriften. Bereits seit längerem wurde der Einsatz von Partikelfiltern vorgeschlagen. Während die Filtration der Partikel weitgehend unkritisch ist, bereitet die Regeneration der Filter verschiedene Probleme. Ruß lagert sich im Filter ab und muss mit Sauerstoff zur Reaktion gebracht werden. Dafür sind Abgastemperaturen von mehr als 550 °C erforderlich. Bei Fahrzeugen erreicht das Abgas im Stadtzyklus aber oft nur Temperaturen unterhalb von 200 °C. Zur nachträglichen Aufheizung des Abgases sind deshalb verschiedene thermische Verfahren vorgeschlagen worden. Dies führt aber zu einer unangemessenen Erhöhung des Kraftstoffverbrauches. Teilweise können lokale Überhitzungen auch zu einer Zerstörung des Filterelementes führen.
[0004] Verschiedene andere Verfahren versuchen deshalb, die Rußoxidationstemperatur zu senken, etwa durch Additive oder Beschichtung des Filters mit einem Katalysator. Additive führen zu einer zusätzlichen irreversiblen Ascheablagerung des Filters und beschränken damit die Lebensdauer sehr stark. Bei Beschichtungen kommt es durch Schwefel zu Vergiftungen und zusätzlichen Sulfatascheablagerungen. Oft wird auch trotz solcher Maßnahmen die nötige Oxidationstemperatur nicht erreicht.
[0005] Es sind ferner auch Kombinationslösungen der genannten Verfahren oder elektrostatische Filter bekannt, die aber die aufgezeigten Probleme nicht grundsätzlich lösen.
[0006] Neben den obigen traditionellen Verfahren zur Beseitigung von giftigen Stoffen und von Ruß aus Verbrennungsprozessen ist auch bereits vorgeschlagen oder untersucht worden, Abgase in einem Plasma zu behandeln. Bekannt ist, dass mit Plasmen verschiedenste chemische Reaktionen initiiert werden können, die vor allem über sehr reaktive Spezies, sogenannte Radikale, ablaufen. Dies hat man auch im Hinblick auf die Behandlung von Abgasen oder allgemein für plasmachemische Reaktoren untersucht und genutzt. Darunter sind auch Lösungen vorgeschlagen, die eine dielektrisch behinderte Entladung zur Generierung geeigneter Plasmen ausnutzen.
[0007] Das Phänomen der dielektrisch behinderten Entladung (nachfolgend auch DBE), oft auch als stille Entladung, Glimmentladung bei Normaldruck oder Wechselspannungsentladung zwischen isolierten Elektroden bezeichnet, ist seit längerem bekannt. Diese Entladungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sie in einem weiten Druckbereich betrieben werden kann und reicht von einigen 10 mbar bis zu einigen bar. Der Elektrodenabstand liegt im Bereich von zehntel mm bis einigen mm. Dielektrisch behinderte Entladungen sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der leitfähigen Elektroden mit einem Dielektrikum versehen ist, welche dann eine isolierte Elektrode bildet, oder dass dieses Dielektrikum zwischen den leitfähigen Elektroden angeordnet ist. Die Form solcher Anordnungen kann vielgestaltig sein. Abhängig von dieser Form und den übrigen Parametern werden dann oft spezifische Eigenschaften der DBE erreicht.
[0008] Generell kann die DBE mit sinus- oder rechteckförmigen Wechselspannungen im Bereich von einigen Hz bis zu mehreren 100 kHz betrieben werden. Durch die Isolation und den darauf abgeschiedenen Ladungsträgern begrenzt sich die Entladung nach dem Durchbruch selbständig und die Entladungsdauer beträgt in der Regel nur Bruchteile der Halbperiodendauer der angelegten Unterhaltsspannung. Das vereinfacht die Ansteuerung. Femer kommt es zu keiner großen Gasauf heizung. Von der Entladungsform her sind verschiedene Ausbildungen der DBE im Gasraum, der den Entladungsraum bildet, bekannt. Häufig werden bei großflächigen Elektroden zumeist statistisch verteilt zahlreiche kleine bis zu wenigen zehntel mm dicke Entladungsfäden, auch Filamente genannt, ausgebildet. Die Filamente bilden im Übergangsbereich zu den isolierten Elektroden Aufweitungen aus, die häufig in Oberflächengleitentladungen mit zahlreichen weiteren dünnen Entladungskanälen übergehen.
[0009] Solche Gleitentladungsphänomene können in speziellen Anordnungen, sogenannten koplanaren oder Oberflächenentladungsanordnungen dominant sein. Bekannt ist auch, dass insbesondere in Gasfüllungen mit Edelgasen bzw. ihren Gemischen homogene, nicht filamentierte Entladungsstrukturen ausgebildet werden können. Zumeist neigt die Entladung aber zur Filamentierung. Daneben sind verschiedene Kombinationen und Übergangsformen von Entladungsausbildungen möglich. Teilweise werden in der Literatur solche speziellen Anordnungen auch mit spezifischen Bezeichnungen versehen, um spezielle Entladungseigenschaften hervorzuheben. Beispiele dafür sind die bereits erwähnten Oberflächenentladungsanordnungen und koplanaren Entladungsanordnungen, aber auch Gleitentladungen oder Oberflächengleitentladungen. Als Elektrodenabstand ist dann die sich im Gas ergebende Entladungsstrecke gemeint. Hier soll der Begriff DBE auch solche speziellen Anordnungen oder charakteristische Entladungseigenschaften einschließen. Unabhängig von der jeweiligen Ausbildungsform wird der Begriff DBE hier als Oberbegriff für die verschiedenen Ausbildungsformen benutzt.
[0010] Allgemeine Darstellungen zu DBE sind z.B. enthalten in: G. J. Pietsch and M. Haacke, Some properties of different types of dielectric barrier discharges for ozone production, Int. Sympos. on High Pressure Low Temperature Plasma Chem., Greifswald/Germ., Sep. 10-13, 2000, Contributed Papers Vol. 2, pp.299- 303, und U. Kogelschatz, B. Eliasson, W. Egli, Dielectric Barrier Discharges Principle and Applications, Invited Plenary Lecture, XXIII ICPIG, July 17.-22., 1997, Toulouse/France, J. Phys. IV, France 7 (1997) 04-47.
[0011] Insbesondere für gasförmige Medien wurden verschiedenste Konfigurationen vorgeschlagen, die nach dem Prinzip einer herkömmlich aufgebauten DBE-Anordnung arbeiten. Eine entsprechende Vorrichtung ist z.B. in der DE-OS 37 08 508 beschrieben.
[0012] Es wurde auch vorgeschlagen, beispielsweise in DE-OS 195 25 754 A1 und DE-OS 195 25 749 A1 , das Reaktorvolumen in räumlich periodische Strukturen zu unterteilen, so dass in Flussrichtung Entladungszonen und entladungsfreie Zonen entstehen. Die Formgebung weist dabei im Bereich der Entladungszonen Mittel zur Feldüberhöhung auf. In DE-OS 195 25 749 A1 ist dabei ferner vorgesehen, chemisch wirksame Materialien im Bereich der Oberflächen der Strukturen einzubringen.
[0013] In der DE-OS 195 34 950 A1 wird ein Reaktor beschrieben, der aus mehreren Modulen mit einer Vielzahl von parallelen und räumlich voneinander getrennten Kanälen in einem dielektrischen Körper mit darin eingebrachten Elektroden besteht. Eine ähnliche Struktur ergibt sich nach DE 100 27 409 C1. Darin ist ein Plasmareaktor angegeben, bei dem ein Plasma in einem Durchdringungsabschnitt zwischen den Profilen zweier Komponenten, deren Kerne aus unterschiedlich geformten Blechlagen bestehen, ausgebildet wird. Der Durchdringungsabschnitt für die Plasmaerzeugung befindet sich zwischen zwei Komponenten, in dem dann Kanäle ausgebildet sind. Auch die Komponenten weisen Kanalstrukturen auf.
[0014] Eine prinzipiell ähnliche Anordnung ist auch in dem Beitrag von K. Muraoka et al., Treatments of Environmentally Hazardous Materials by Combinations of Barrier Discharges with Densification by Adsorption/Trapping, ICPIG XXVI, Greifswald 20003, Proc. Vol. 3, S. 201- 202 dargestellt. Ziel ist insbesondere die Behandlung von VOC. Dabei sind jeweils zwischen isolierten Elektroden wellenförmige Zeolithe angeordnet, so dass sich eine Wabenstruktur ergibt. Die Durchströmung erfolgt längs in den ausgebildeten Kanälen.
[0015] Eine weitere Version für den Aufbau einer dielektrisch behinderten Entladung ist in der Patentschrift DE 43 02 456 C1 vorgesehen. Dabei besteht mindestens eine Elektrode aus einem spannungsangeregten Plasma.
[0016] Zur Beeinflussung der plasmachemischen Reaktionsabläufe wurde ferner vorgeschlagen, dem zu behandelnden Abgas bestimmte Additive zuzuführen. So wird beispielsweise in der DE 42 31 581 A1 einer Vorrichtung zur Abgasreinigung eine Zuführung für Beimischungen zugeordnet.
[0017] Bei diesen nach dem Stand der Technik aufgebauten Reaktoren strömt der zu behandelnde Abgasstrom längs zu den parallel zueinander verlaufenden Elektrodenflächen durch den Entladungsraum. Er tritt an einem Ende des durch die Elektroden gebildeten Entladungsraumes ein und am anderen Ende aus. Bei Einströmung von stark rußbeladenem Abgas, wie Dieselabgas, würden wegen der relativ offenen Struktur solcher Reaktoren die Rußpartikel das System weitgehend frei passieren, ohne dass die Rußpartikel komplett zu CO oder CO2 umgesetzt oder anderweitig gebunden sind. Bei wechselnder Last, Strömungsgeschwindigkeit und letztlich unterschiedlicher Beladung des Abgases mit Ruß, muss die Längenausdehnung in Strömungsrichtung so bemessen sein, dass auch im ungünstigsten Fall eine komplette Zersetzung erfolgt. Unter Praxisbedingungen wäre eine unangemessene Längenausdehnung des Behandlungsraumes erforderlich. Dadurch erhöht sich ferner der Energieverbrauch.
[0018] Dies trifft auch auf eine Anordnung zu, wie sie in Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 24, No. 1 (1991)P100-105 zum Zersetzen von in den Gasraum einer DBE eingebrachter Probenträger mit Ruß benutzt wurde.
[0019] Bei Lösungen nach DE 100 27 409 C1 kommt hinzu, dass die einströmseitig angeordnete Komponente keine Plasmaregeneration enthält und bei engen Kanälen auch verstopfen könnte.
[0020] Eine etwas abgewandelte Form einer Anordnung mit gegenüberliegenden Elektrodenflächen ist in DE 100 07 130 C1 offenbart. Dabei werden beidseitig isolierte Elektroden vorgeschlagen, die in Strömungsrichtung aus Wellen mit konstantem Elektrodenabstand, aus Wellen mit sich wiederholenden Änderungen des Elektrodenabstandes oder aus Faltenmustern bestehen. Die Abscheidung von Ruß erfolgt durch Trägheitskräfte und die Unterstützung durch elektrische Felder.
[0021] Der Abscheidegrad einer solchen Anordnung ist strömungsbedingt insbesondere für kleine Partikel unzureichend. Ferner ist eine spannungsfeste Beschichtung der Elektroden notwendig, was aufwendig ist. Zusätzlich sind Abstandshalter zwischen den Elektroden erforderlich.
[0022] Eine andere Möglichkeit des Reaktoraufbaus wird in der US-PS 4 954 320 benannt. Die Vorrichtung enthält metallische Elektroden, zwischen die eine lose Schüttung von dielektrischen Isolationskörpern, z. B. Keramikkugeln, eingebracht ist. Eine vergleichbare Variante stellt die Vorrichtung nach DE 44 16 676 C2 dar. Bei dieser ist der Raum zwischen plattenförmigen Elektroden mit Isolierstoffkörpern ausgefüllt, die auf ihrem gesamten Querschnitt von Kanälen durchzogen sind oder Poren enthalten. [0023] Im Fall von in den Entladungsraum eingebrachten Schüttungen von Isolierstoffkörpern können hohe Rußabscheidegrade erreicht werden, es bestehen aber bei der Regeneration und im Betrieb verschiedene Probleme. Einerseits erfordern Schüttungen oder Faserverbünde im Gasraum höhere Spannungsamplituden zur Generierung eines Plasmas im verbleibenden Gasraum, was für die Ansteuerung aufwendiger ist. Andererseits kommt es zu einem erhöhten Staudruck und es besteht ferner die Gefahr der Verstopfung mit Ruß und Schlacke.
[0024] Für eine effektive Behandlung von Ruß wurde in DE 197 17 890 C1 ferner bereits vorgeschlagen, Ruß auf einem porösen Filterelement zu sammeln und dem Plasma einer DBE auszusetzen. Ein ähnliches Prinzip ist in DE 100 57 862 C1 angegeben.
[0025] Auch bei diesen nach dem Stand der Technik aufgebauten Filtersystemen mit Plasmaregeneration bleibt das Problem der Ascheablagerung und Verstopfung bestehen. Bei kleinporigen Filterelementen erfolgt die Ablagerung von Ruß vor allem auf der Oberfläche, was mit zunehmender Betriebsdauer eine Erhöhung des Gegendruckes durch abgelagerte Asche nach sich zieht. Im Fall von größeren Poren muss eine dickere Wandstärke des porösen Filterelementes für eine effektive Filterung gewählt werden. Dann hätte man eine Kombination von Oberflächen- und Tiefenfiltration. In der Tiefe abgeschiedene Partikel können dabei nicht mehr direkt dem Plasma ausgesetzt werden, so dass der Rußabbau dort nur über hohe Temperaturen, stabile Reaktionsprodukte oder Abgasbestandteile erfolgen kann, was den verfügbaren Arbeitsbereich und Einsatzort einschränkt.
</background-art>
<disciosure id="disc">Offenbarung der Erfindung
<tec -probiem id="tprob">Technische Aufgabe
[0026] Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst frei durchströmbares Filtersystem mit Regeneration durch ein Plasma anzugeben, bei dem das Plasma mit einer DBE ausgebildet wird, bei dem ferner ausreichend Platz für die Zwischenspeicherung von Ruß und ein Reservoir für Ascheablagerungen vorhanden ist, und wo das Filtermedium an allen Stellen dem Plasma zugänglich ist und ausgesetzt werden kann.
[0027] Gleichermaßen soll die Erfindung für die Plasmabehandlung von Abluft, die mit Aerosolen versetzt ist, geeignet sein.
[0028] Ferner soll der Aufbau des Systems kompakt und technologisch einfach in der Herstellung sowie preiswert sein.
</tech-problem>
<tech-soiution id="tsoi">Technische Lösung
[0029] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 - 3 und 15 gelöst. Die anderen Ansprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen an.
[0030] Einerseits hat sich gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen in einem zwischen einem Isolierstoff (Dielektrikum) und einer leitfähigen, erfindungsgemäß strukturierten Elektrode ausgebildeten Gasraum ein die leitfähige Elektrode nahezu bedeckendes Plasma in dem Gasraum erzeugt werden kann. Gegenüber Anordnungen nach dem Stand der Technik beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein wesentliches Element eine zusammenhängende, in alle Raumrichtungen strukturierte Form aus einem elektrisch leitfähigen Material, das einerseits als eine Elektrode dient und in diesem Fall eine in alle Raumrichtungen strukturierte Elektrode darstellt, nachfolgend mit strukturierte Elektrode bezeichnet .
[0031] Auf den Erhebungen der strukturierten Elektrode liegt ein Isolierstoff mit Kontakt am Isolierstoff an. Dieser Isolierstoff bildet für die strukturierte Elektrode eine begrenzende Fläche. Die strukturierte Elektrode fungiert so auch gleichzeitig als Abstandshalter.
[0032] Auf diese Weise ist ein in alle Raumrichtungen strukturierter Gasraum mit Teilgasräumen, nachfolgend strukturierter Gasraum mit Teilgasräumen 1 genannt, zwischen der strukturierten Elektrode und der Fläche des Isolierstoffes ausgebildet. Auf dem Isolierstoff ist ferner eine weitere Elektrode angebracht. Auf diese Weise bildet der strukturierte Gasraum mit Teilgasräumen den Gasraum für Entladungen. [0033] Die Ausbildung der strukturierten Elektrode erfolgt durch ein Drahtgeflecht, zusammenhängende Körper bzw. Gebilde oder einzelne aneinander liegende Körper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei diese eine geordnete Füllung von ein oder zwei Lagen bilden. Die strukturierte Elektrode kann auch aus einer solche Formen ausbildenden oder diesen Formen angenäherten Lage aus Blech, perforiertem Blech, porösem blechförmigem Material oder dünnen Drahtfasern (Metallvlies) bestehen.
[0034] Der durch die strukturierte Elektrode und den Isolierstoff ausgebildete strukturierte Gasraum mit Teilgasräumen weist an zwei gegenüber liegenden Stirnseiten eine offene Struktur für das Ein- und Ausströmen von Abgas auf. Die strukturierte Elektrode fungiert damit andererseits praktisch auch als Filterelement. Die offene Struktur für das seitliche Ein- und Ausströmen von rußhaltigem Abgas ist dabei so gestaltet, dass sich zwischen Ein- und Auslaß zahlreiche Umlenkungen des Gasstromes und damit eine gute Abscheidung von Partikeln ergeben. Durch diese Anordnung wird nur ein geringer Strömungsgegendruck erzeugt. Ferner wird durch die zahlreichen Umlenkungen des Gasstromes und Vergrößerung des Strömungsquerschnittes die Verweilzeit des Abgases in der Entladungskonfiguration verlängert. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad für eine Abscheidung und direkte Oxidation von im Gasraum schwebenden Partikeln durch ein Plasma.
[0035] Für die Gesamtfunktion ist die Form der erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur wesentlich. Unter dem Gesichtspunkt einer optimalen Plasmagenerierung ist die Elektrodenstruktur dabei so gewählt, dass keine Konzentration der Entladung an Spitzen oder scharfen Kanten entstehen kann. Vielmehr sind hier möglichst ebene oder rundliche Oberflächen für die Struktur der Elektroden vorgesehen. Durch die Form der Elektrodenstruktur wird erreicht, dass die zu dem strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen hin freien Oberflächen in das Entladungsgeschehen einbezogen werden, sofern eine geeignete Wechselspannung für die Zündung angelegt wird. [0036] Zunächst wird sich unabhängig vom Gasdruck stets eine optimale Entladungsstrecke einstellen, die dem Minimum in der Abhängigkeit der Zündspannung vom Produkt aus Gasraumdicke d und Gasdruck p entspricht. D.h. es wird zunächst in unmittelbarer Nachbarschaft des Kontaktbereiches von Dielektrikum und hervorstehendem Bereich der Materialstrukturen bzw. strukturierten Elektrode eine Entladung initiiert, weil hier für eine Zündung die optimalsten Elektrodenabstände (Gasraumdicken) vorliegen.
[0037] Nach der Zündphase werden dann im Verlauf des weiteren Spannungsanstieges weitere Flächen der strukturierten Elektrode und Volumensegmente der Teilgasräume in das Entladungsgeschehen einbezogen.
[0038] Bedingt durch den hier ausgeprägten räumlich-zeitlichen Zündablauf verteilt sich der Entladungsstrom über einen größeren Abschnitt der Halbperiode der angelegten Wechselspannung, was für die Ansteuerung eine starke Entlastung darstellt, da nicht in kürzester Zeit eine maximale Leistung geliefert werden muss.
[0039] Insgesamt ist vorteilhaft, dass ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad insbesondere für die Rußabreinigung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können alle Bereiche der Anordnung für eine Rußzersetzung genutzt werden. Neben verbesserten Reaktionsbedingungen im Gasraum durch die verlängerte Verweilzeit der Rußpartikel können ferner durch das Plasma direkt die Oberflächen der als Filterelement fungierenden strukturierten Elektrode in die Oxidation der dort abgeschiedenen Partikel einbezogen werden. Gegenüber kleinporigen Filtermedien, bei denen ein Teil der Partikel auch in der Tiefe abgeschieden wird und dort dem Plasma nicht mehr zugänglich ist, ist hier stets ein direkter Kontakt im Plasma möglich. Damit ist man nicht auf Reaktionen über stabile Reaktionsprodukte wie Ozon oder Stickstoffdioxid für die in der Tiefe abgeschiedenen Partikel angewiesen, die zudem auch erst bei höheren Temperaturen wirksam werden. [0040] Ferner ergibt sich durch den strukturierten Gasraum mit den Teilgasräumen eine wesentlich vergrößerte Speicherfähigkeit für Rußpartikel und insbesondere für aus der Regeneration resultierende Schlackeprodukte. Dadurch verlängert sich die Standzeit wesentlich gegenüber üblichen kleinporigen Filtersystemen mit Plasmaregeneration.
[0041] Generell kann die strukturierte Elektrode unterschiedlich ausgeformt werden. Sie kann als spiegelsymmetrisches oder unsymmetrisches Gebilde zu der oder den sie flächenhaft bedeckenden Isolierstoffbegrenzung(en) geformt sein, oder die Elektrodenstruktur ist von einer Isolierstoffbegrenzung her gesehen identisch zur anderen Blickrichtung als Negativstruktur ausgebildet (also räumlich versetzt), wie sich dies bei einer strukturierten Blechlage oder Maschendrahtform ergibt. Insgesamt werden Berg- und Talstrukturen für die strukturierte Elektrode bevorzugt, wobei in Einströmungsrichtung möglichst ein Versatz zur vorhergehenden Ordnung vorgesehen ist, damit auf dem Weg zwischen Ein- und Auslaß Umlenkungen des Gasstromes erfolgen können. Damit wird eine optimale Partikelabscheidung erreicht, wobei die Durchströmbarkeit weitgehend erhalten bleibt. Durch die Berg- und Talstruktur der strukturierten Elektrode wird ferner über der Oberfläche eine gut verteilte Plasmaausbildung erreicht.
[0042] Zur gezielten Beeinflussung chemischer Reaktionsabläufe können auch zusätzlich an sich vom Stand der Technik bekannte Mittel in die Ausgestaltung der Erfindung einbezogen werden. Gedacht ist hier insbesondere an die Nutzung katalytischer Materialien, die auf der strukturierten Elektrode und/oder Isolierstoffplatte aufgebracht sind. Auf diese Weise kann die Oxidation von Ruß wie auch die Zersetzung von NO, Abluft, die mit Aerosolen versetzt ist, und anderer gasförmiger Komponenten nach den bekannten Mechanismen unterstützt werden. Auf diese Weise kann die Oxidation von Ruß wie auch die Zersetzung von NO und anderer gasförmiger Komponenten nach den bekannten Mechanismen unterstützt werden. [0043] Für die Bewältigung größerer Abgasströme unter realen technischen Bedingungen hat sich ferner vorteilhaft eine leichte Skalierbarkeit herausgestellt. Einerseits kann leicht eine Stapelbauweise realisiert werden, indem einfach im Wechsel eine Abfolge der beschriebenen Elemente strukturierte Elektrode und Isolierstoff angeordnet wird. Auch nichtstrukturierte Elektroden, wie im Stand der Technik üblicherweise benutzt, nachfolgend auch als glatte Elektroden bezeichnet, können in die Abfolge einbezogen werden, wie in den Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Elektroden werden bei Stapelbauweise im Wechsel zu jeweils zwei Gruppen zusammengefasst. Eine Elektrodengruppe ist dabei bevorzugt geerdet und die andere Elektrodengruppe wird mit einer geeigneten Wechselspannung beaufschlagt.
[0044] Neben einer Stapelanordnung ist auch eine Anordnung durch Wicklung von den die erfindungsgemäße Vorrichtung ausbildenden Elemente möglich.
[0045] Insgesamt kann so eine kompakte Einrichtung mit einfachen Mitteln hergestellt werden. Das vereinfacht die Herstellung und verbilligt den Materialeinsatz.
[0046] Es hat sich ferner gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen eine Umkehrung der oben beschriebenen Anordnung bzgl. Formgebung und Abfolge möglich ist, indem die Formgebung von leitfähiger Elektrode und Dielektrikum vertauscht ist.
[0047] Dabei wird dann zwischen den leitfähigen Elektroden und einem erfindungsgemäß strukturierten Isolierstoff (Dielektrikum) ein Gasraum ausgebildet, in dem ein den dreidimensional strukturierten Isolierstoff nahezu bedeckendes Plasma erzeugt werden kann. Gegenüber Anordnungen nach dem Stand der Technik beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein wesentliches Element eine zusammenhängende, in alle Raumrichtungen strukturierte Form aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material
[0048] Wie im vorhergehenden Grundprinzip dargelegt, wirkt hier der strukturierte Isolierstoff gleichzeitig als Dielektrikum und als Abstandshalter. [0049] Die Funktionsweise bezüglich Abscheidung und Oxidation entspricht dem bereits oben beschriebenen Prinzip. [0050] Es sind auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Betriebsweisen und Kombinationen mit anderen Verfahren möglich, wie in der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Betriebsweisen dargestellt. </tech-solution> </disclosure>
<descιϊption-of-drawings id="desd">Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0051] Nachfolgend werden erfindungsgemäße Vorrichtungen oder Vorrichtungsteile mit weiteren Merkmalen anhand von Beschreibungen oder Figurenbeschreibungen näher erläutert. [0052] Dabei zeigen: [0053] Fig. 1 schematisch das Prinzip einer Vorrichtung in 3-dimensionaler Explosionsdarstellung, [0054] Fig. 2a) eine Schnittdarstellung des prinzipiellen Aufbaus mit einer aus Kugelformen bestehenden strukturierten Elektrode, [0055] Fig. 2b) eine 3-dimensionale Darstellung einer aus Kugelformen bestehenden strukturierten Elektrode entsprechend Fig. 2a), [0056] Fig. 3 eine Schnittdarstellung des prinzipiellen Aufbaus mit zwei aus Kugelformen bestehenden strukturierten Elektroden und drei glatten Elektroden, [0057] Fig. 4 eine 3-dimensionale Explosionsdarstellung des prinzipiellen Aufbaus mit aus Drahtgeflecht bestehender strukturierter Elektrode, [0058] Fig. 5 eine 3-dimensionale Explosionsdarstellung einer Stapelanordnung mit drei aus Drahtgeflecht bestehenden strukturierten Elektroden, [0059] Fig. 6 eine 3-dimensionale Darstellung von einer strukturierten Elektrode mit ebenen Abschnitten aus einer geformten Blechlage, [0060] Fig. 7 eine 3-dimensionale Darstellung von einer strukturierten Elektrode aus einer geformten Blechlage, [0061] Fig. 8 schematische Darstellung der Anströmseite mit einer porösen dreidimensional strukturierten Elektrode und mit einem Verschluss von einem der strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen, [0062] Fig. 9 eine 3-dimensionale Explosionsdarstellung einer Stapelanordnung mit drei strukturierten Dielektrika.
</description-of-drawings>
<mode-for-invention id=="mode">Ausführungsform(en) der Erfindung
[0063] Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung in 3-dimensionaler Explosionsdarstellung. In der Figur sind nur die für die Funktion wichtigen Elemente dargestellt.
[0064] Die Anordnung beinhaltet als ein wesentliches Element eine zusammenhängende, in alle Raumrichtungen strukturierte Form aus einem elektrisch leitfähigen Material. Dieses Element dient in einer Funktion als eine Elektrode und stellt in diesem Fall eine in alle Raumrichtungen strukturierte Elektrode dar, nachfolgend stets mit strukturierte Elektrode 2 bezeichnet. Auf dieser strukturierten Elektrode 2 ist eine Platte aus Isolierstoff 3 angebracht. Die zum Isolierstoff 3 hin hervorstehenden Bereiche der zusammenhängenden Struktur aus leitfähigem Material bzw. strukturierten Elektrode 2 liegen dabei mit Kontakt an der Platte von Isolierstoff 3 an. Dieser Isolierstoff 3 bildet für die strukturierte Elektrode 2 eine begrenzende Fläche.
[0065] Auf diese Weise ist ein in alle Raumrichtungen strukturierter Gasraum mit Teilgasräumen, nachfolgend wieder strukturierter Gasraum mit Teilgasräumen 1 genannt, zwischen der strukturierten Elektrode 2 und der Platte aus Isolierstoff 3 ausgebildet. Auf dem Isolierstoff 3 ist ferner eine flächige, glatte Elektrode 4 angebracht. Der strukturierte Gasraum mit Teilgasräumen 1 bildet in der erfindungsgemäßen Anordnung jetzt den Gasraum für Entladungen. Die dargestellte Ausführungsvariante benötigt keine Abstandshalter, da die strukturierte Elektrode 2 diese Funktion mit erfüllt.
[0066] Damit ist zunächst eine Anordnung für eine dielektrisch behinderte Entladung geschaffen, allerdings mit einer speziellen leitfähigen strukturierten Elektrode 2 und dem entsprechend ausgebildeten strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1.
[0067] Der durch die strukturierte Elektrode 2 und den Isolierstoff 3 ausgebildete strukturierte Gasraum mit Teilgasräumen 1 ist zur begrenzenden Fläche aus Isolierstoff 3 hin offen. Auch seitlich weist die erfindungsgemäße Anordnung zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eine offene Struktur für das Ein- und Ausströmen von Abgas auf. Die anderen beiden Seiten sind durch eine geeignete seitliche Dichtung jeweils verschlossen.
[0068] Die offene Struktur für das seitliche Ein- und Ausströmen von Abgas ist dabei so geformt, dass sich zwischen Ein- und Auslaß zahlreiche Umlenkungen des Gasstromes ergeben Bei der Anordnung wie nach Fig. 1 ist die Form der strukturierten Elektrode 2 und des strukturierten Gasraumes mit Teilgasräumen 1 für die Umlenkung des Gasstromes zwischen Ein- und Auslaß in Einströmungsrichtung so gestaltet, dass ein Versatz zur vorhergehenden Ordnung der kegelförmigen Strukturen ausgebildet ist, so dass eine direkte geradlinige Durchströmung unterbunden ist.
[0069] Auf diese Weise kann das zu behandelnde Abgas, insbesondere auch rußbeladenes Abgas, zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite relativ frei durch den strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 strömen und ferner eine gute Abscheidung von Partikeln auf der strukturierten Elektrode 2 erreicht werden.
[0070] Die strukturierte Elektrode 2 fungiert somit andererseits auch als ein relativ frei durchströmbares Filterelement.
[0071] Strömungsmäßig wird gegenüber porösen Filtermedien nur ein geringer Gegendruck erzeugt.
[0072] Ferner wird durch die zahlreichen Umlenkungen des Gasstromes und Vergrößerung des Strömungsquerschnittes die Verweilzeit des Abgases und damit der Partikel in der Entladungskonfiguration verlängert. Das erhöht den Wirkungsgrad für eine Behandlung durch ein Plasma.
[0073] Weiterhin ermöglichen die Formen der strukturierten Elektrode 2 und des dreidimensional strukturierten Gasraumes mit Teilgasräumen 1 eine wesentlich vergrößerte Speicherfähigkeit für Rußpartikel bzw. aus der Plasmabehandlung resultierender Schlackeprodukte ohne merklichen Anstieg des Abgasgegendruckes. [0074] Für die Gesamtfunktion ist die Form der strukturierten Elektrode 2 wesentlich. Neben den Gesichtspunkten der Strömung, Filterung und Speicherung spielt auch eine optimale Plasmagenerierung eine wesentliche Rolle. Dazu ist die strukturierte Elektrode 2 in der Ausführung nach Abb.1 in einer Form ausgebildet, bei der sich aus einer Platte kegelförmige Strukturen erheben.
[0075] Bei Anlegen einer geeigneten Wechselspannung zwischen der strukturierten Elektrode 2 und der glatten Elektrode 4 wird zunächst in unmittelbarer Nachbarschaft des Kontaktbereiches von Isolierstoff 3 und kegelförmiger Erhebung der strukturierten Elektrode 2 eine Entladung initiiert, weil hier die für eine Zündung der Entladung optimalsten Elektrodenabstände (Gasraumdicken) vorliegen. Dabei wird sich eine optimale Entladungsstrecke einstellen, die dem Minimum in der Abhängigkeit der Zündspannung vom Produkt aus Gasraumdicke d und Gasdruck p entspricht. Nach der Zündphase werden dann im Verlauf des weiteren Spannungsanstieges weitere Flächen der strukturierten Elektrode 2, des Isolierstoffes 3 und Volumensegmente des strukturierten Gasraumes mit Teilgasräumen 1 in das Entladungsgeschehen einbezogen. Es handelt sich hierbei vorrangig um einen geometrischen Effekt. Um auch größere ausgebildete Elektrodenabstände in die Entladung einzubeziehen, werden entsprechend hohe Wechselspannungen für eine sichere Zündung über dem strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 angelegt.
[0076] Für die sich aus der Struktur ergebenden kleineren Gasraumdicken liegt somit eine Überspannung über dessen Gasraum an. Bei einer DBE erfolgt in jeder Halbwelle der über dem Gasraum anliegenden Wechselspannung eine Neuzündung der Entladung, die zudem impulsförmig ist. Der Entladungszeitpunkt bei den kleineren Gasraumdicken tritt bei früheren Phasenlagen der Unterhaltsspannung auf, während die größten Teilgasraumstrecken erst bei Phasenlagen mit den höheren Spannungen zünden. Bedingt durch den hier ausgeprägten räumlich-zeitlichen Zündablauf verteilt sich der Entladungsstrom über einen größeren Abschnitt der Halbperiode der angelegten Wechselspannung. Das entlastet die Ansteuerung, da nicht in kürzester Zeit eine maximale elektrische Leistung geliefert werden muss.
[0077] Nun gibt es insbesondere bei Abgasen aus Dieselfahrzeugen im Fahrzyklus Bereiche mit hoher Abgastemperatur, so dass die Rußzersetzung entweder thermisch erfolgen könnte oder über in geeigneter Weise aus dem Stickstoffmonoxid gebildetem Stickstoffdioxid. Es hat sich ferner gezeigt, dass Ozon dafür ebenfalls gut geeignet ist, insbesondere in dem problematischen Temperaturbereich unterhalb von 200 °C. Insofern kann einerseits eine Zu- oder Abschaltung des Plasmas entsprechend der Temperatur des Abgases als eine Steuermöglichkeit in die Betriebsweise einbezogen werden. Das reduziert die nötige elektrische Leistung für die Plasmabehandlung. Durch ein Plasma kann andererseits Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid gewandelt und Ozon erzeugt werden. Stickstoffdioxid kann dann u.a. zur Rußzersetzung im mittleren Temperaturbereich eingesetzt werden, Ozon bei Temperaturen unterhalb von 200 °C.
[0078] Das setzt eine relativ kontinuierliche Bereitstellung von Stickstoffdioxid und Ozon voraus. Eine Möglichkeit besteht in der Wahl geeigneter Puls- Pausenverhältnisse für die Unterhaltsspannung, wobei die Pulszüge so lang sind, dass ausreichend Stickstoffdioxid und Ozon bereitgestellt werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht nun eine zusätzliche vorteilhafte Steuerung für die Abgasbehandlung, insbesondere den Rußabbau. Dazu wird die über dem strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 angelegte Spannung so gewählt, dass nur Teilbereiche der strukturierten Elektrode 2 wie auch des strukturierten Gasraumes mit Teilgasräumen 1 und des Isolierstoffes 3 in die Entladung einbezogen werden. Die Amplitude der angelegten Spannung entspricht also dem Minimum der Zündspannung für diesen Teilgasraum. Auf diese Weise wird nur im unmittelbaren Nachbarschaftsbereich des Kontaktes von Isolierstoff 3 und kegelförmiger Erhebung der strukturierten Elektrode 2 eine Entladung gezündet und ein Plasma erzeugt, weil hier wieder die kleinsten Elektrodenabstände vorliegen. Vorteilhaft ist, dass die Spannungen zum Zünden der Entladung wegen der kleinen Gasraumdicken niedrig sind. Der in diesem Bereich abgelagerte Ruß wird direkt dem Plasma ausgesetzt, so dass u.a. Reaktionen über reaktive Radikale erfolgen können. Da die Lebensdauer von im Plasma erzeugten und im Abgas strömenden Radikalen relativ kurz ist, werden Reaktionen über Radikale vorrangig im unmittelbaren Bereich der Plasmaausbildung erfolgen. Für nicht dem Plasma direkt ausgesetzte Bereiche von abgeschiedenem Ruß können jetzt die erwähnten Mechanismen in die Rußzersetzung einbezogen werden. Das ist zum Einen die Abreinigung bei hohen Temperaturen und zum Anderen die Nutzung relativ stabiler Reaktionsprodukte wie Stickstoffdioxid und Ozon aus der Plasmabehandlung in Teilbereichen der strukturierten Elektrode 2. Die nicht in die Plasmaausbildung einbezogenen Teilbereiche der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der strukturierten Elektrode 2, übernehmen eine Zwischenspeicherfunktion für Ruß, der dann bei den geeigneten Temperaturen nach den beschriebenen Mechanismen zersetzt wird. Wegen der weitgehend offenen Struktur der als Filter wirkenden Vorrichtung ist die Zwischenspeicherung von Ruß mit keinem nennenswerten Anstieg des Abgasgegendruckes verbunden.
[0079] Damit können alle Abbaumechanismen für Ruß effektiv genutzt werden, was insbesondere weniger elektrische Leistung erforderlich macht.
[0080] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit auch geeignet, je nach Raumangebot an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeuges mit einer effektiven Arbeitsweise platziert zu werden. Dies kann in der Nähe des Motors sein oder motorfern, da man nicht auf bestimmte Temperaturbereiche für die Funktionsweise angewiesen ist.
[0081] Als Materialien zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich die für herkömmliche DBE-Konfigurationen bekannten. Die leitfähigen Elektroden bestehen vorzugsweise aus metallischen Materialien. Für den Isolierstoff 3 können Materialien wie Keramik, Glas, Glimmer oder Ferroelektrika eingesetzt werden. Auch andere Materialien sind möglich, sofern sie als Dielektrikum geeignet sind.
[0082] Zur Unterstützung der Reaktionsabläufe bei der Zersetzung von Ruß oder Abbau von NO kann die strukturierte Elektrode 2 oder der Isolierstoff 3 auch aus einem katalytisch wirkenden Material aufgebaut sein oder mit diesem belegt sein.
[0083] Die geometrischen Abmessungen der Reaktorkonfiguration sind an die zu behandelnde Volumenmenge und Rußbeladung des Abgases angepasst. Bei hohem Gasdurchsatz kann die vorbeschriebene Vorrichtungen strömungsmäßig mit mehreren parallel betrieben werden.
[0084] Vorteilhaft ist auch, einströmseitig eine größere Behandlungsfläche zu haben als ausströmseitig, da einströmseitig die höhere Rußkonzentration vorliegt. In einer solchen Ausgestaltung ist die Einströmseite dann breiter als die Ausströmseite. Die Vorrichtung weist dann entweder eine Trapezform auf, oder die Form der die Entladungskonfiguration bildenden Elemente besteht aus ringförmigen Scheiben.
[0085] Bei einer Form aus ringförmigen Scheiben wird das Abgas in geeigneter Weise am äußeren Kreisring zugeführt und am inneren Kreisring abgeführt.
[0086] Für die Montage ist die Vorrichtung in einem geeignetem Gehäuse zur Halterung der Vorrichtungselemente und Kanalisierung des Abgasstromes angebracht. Es können aber auch die Vorrichtungselemente selbst oder Teile davon das Gehäuse bilden. Ferner ist das Gehäuse mit einer entsprechenden Spannungsdurchführung versehen.
[0087] Im Fall, dass der Sauerstoffanteil im Abgas zu gering ist, kann diesem auch Umgebungsluft beigegeben werden, indem der Vorrichtung eine geeignete Einrichtung für Beimischungen zugeordnet wird.
[0088] Die Form der strukturierten Elektrode 2 ist nicht an die Ausführung nach Fig. 1 gebunden. Allgemein ist die Elektrodenstruktur so gewählt, dass keine Konzentration der Entladung an Spitzen oder scharfen Kanten entstehen kann. Dabei sind möglichst ebene oder rundliche Oberflächen für die strukturierte Elektrode 2 vorgesehen, wie auch die anderen Ausführungsbeispiele verdeutlichen.
[0089] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die strukturierte Elektrode 2 eine unsymmetrische Struktur auf, so dass der Gasraum mit Teilgasräumen 1 nur zu einer Seite hin ausgebildet ist. Es ist nun vorteilhaft auch möglich, mit einer strukturierten Elektrode 2 zwei Gasräume mit Teilgasräumen 1 auszubilden. Ein solches Beispiel veranschaulichen Fig. 2a) und Fig. 2b).
[0090] In Fig. 2 a) ist dabei eine Schnittdarstellung des prinzipiellen Auf aus gegeben, in Fig. 2b) dazu eine 3-dimensionale Darstellung der aus Kugelformen bestehenden strukturierten Elektrode.
[0091] In diesem Fall ist die strukturierte Elektrode 2 als eine zusammenhängende strukturierte Form von aneinander liegenden Kugeln aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Diese Kugelstruktur liegt zwischen zwei Platten aus Isolierstoff 3, wodurch nun zwei strukturierte Gasräume mit Teilgasräumen 1 gebildet werden. Auf den Platten aus Isolierstoff 3 sind wiederum geeignete flächige glatte Elektroden 4 angebracht. Diese können als leitfähige Schicht aufgedampft sein, oder sie können anderweitig ausgebildet sein, z.B. als Platten oder flächige Gitterstrukturen.
[0092] Die durch die strukturierte Elektrode 2 und die zwei Platten aus Isolierstoff 3 ausgebildeten strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen 1 sind zu den begrenzenden Fläche aus Isolierstoff 3 hin wiederum offen. Auch seitlich ist wiederum zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eine offene Struktur für das Ein- und Ausströmen von Abgas vorhanden, während die anderen beiden Seiten durch eine geeignete seitliche Dichtung 5 jeweils verschlossen sind, wie in der Fig. 2a) dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die durch die strukturierte Elektrode 2 ausgebildeten beiden Gasräume 1 auch untereinander Verbindungen auf, so dass für das Durchströmen von Gas weitere Umlenkungen vorhanden sind. Für die Filterfunktion und Plasmabehandlung kann so zusätzlich ein Wechsel von Gasströmen von einem strukturierten Gasraum in einen anderen erfolgen. Dadurch wird bei Durchströmung vorteilhaft die Verweildauer des Abgases im Plasma verlängert und der Abscheidegrad von Partikeln vergrößert.
[0093] Zur Zündung von Gasentladungen in den beiden Gasräumen mit Teilgasräumen 1 werden geeignete Wechselspannungen zwischen der strukturierten Elektrode 2 und den glatten Elektroden 4 angelegt. Bevorzugt werden dabei die beiden außen liegenden glatten Elektroden 4 geerdet, während an der strukturierten Elektrode 2 die Hochspannungsseite liegt. Dadurch ist auch gleich ein guter Schutz gegen Berührung der Hochspannungselektrode gegeben.
[0094] Wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, werden zunächst in unmittelbarer Nachbarschaft des Kontaktbereiches von Isolierstoff 3 und den Erhebungen der strukturierten Elektrode 2 jeweils Entladungen initiiert. Die strukturierte Elektrode 2 bildet hier praktisch symmetrisch zu beiden Seiten halbkugelförmige Strukturen aus, so dass in diesem Fall auf beiden Seiten der strukturierten Elektrode 2 in den beiden Gasräumen mit Teilgasräumen 1 Entladungen erzeugt werden können. Bei geeignet hoher Spannungsamplitude können so wieder nach der Zündphase im Verlauf des weiteren Spannungsanstieges weitere Flächen der strukturierten Elektrode 2 und Volumensegmente der strukturierten Gasraume mit Teilgasräumen 1 in das Entladungsgeschehen einbezogen werden. Auf diese Weise kann auch wieder eine last- und betriebspunktabhängige Spannungsamplitudensteuerung bei der Plasmabehandlung von Abgasen aus Dieselmotoren erfolgen, indem dabei unterschiedlich große Teilbereiche der strukturierten Elektrode 2, der Platten aus Isolierstoff 3 und des strukturierten Gasraumes mit Teilgasräumen 1 für eine Plasmaausbildung genutzt werden. Dadurch wird wiederum eine entsprechende Zwischenspeicherung von Ruß ermöglicht.
[0095] Bei größeren Volumenströmen besteht wieder die Möglichkeit für den Parallelbetrieb von mehreren Systemen. Eine entsprechende Darstellung ist in Fig. 3) für eine zuvor nach Abb.2a) und 2b) beschriebene Vorrichtung gegeben. Die Fig. 3) zeigt eine Schnittdarstellung des prinzipiellen Aufbaus mit zwei aus Kugelformen bestehenden strukturierten Elektroden und drei glatten Elektroden. Es handelt sich um eine einfache Stapelbauweise aus den Elementen strukturierte Elektrode 2, Platte aus Isolierstoff 3 und glatte Elektrode 4. Dabei bildet eine zwischen zwei Platten aus Isolierstoff 3 liegende glatte Elektrode 4 die gemeinsame Elektrode zu zwei benachbarten strukturierten Elektroden 2. Dieses Prinzip kann für größere Anordnungen entsprechend fortgeführt werden. Zwischen den strukturierten Elektroden 2 und den Platten aus Isolierstoff sind dann jeweils die strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen 1 ausgebildet.
[0096] Die Wechselspannungszuführung ist so gestaltet, dass eine Elektrodengruppe mit dem einen Potential beaufschlagt wird und die zweite Elektrodengruppe mit dem anderen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass alle glatten Elektroden 4 geerdet werden und die strukturierten Elektroden 2 die Hochspannungsseite bilden. Auch bei größeren Stapelanordnungen werden die außen liegenden Elektroden bevorzugt wegen des Hochspannungsschutzes geerdet. Zu dem Zweck besteht die Anordnung bevorzugt aus einer ungeraden Anzahl von glatten Elektroden 4 und einer geraden Anzahl von strukturierten Elektroden 2 mit den jeweils dazwischen liegenden Platten aus Isolierstoff 3.
[0097] Es sind nun weitere Formen von strukturierten Elektroden wie auch einfache Stapelanordnungen möglich. Die Form eines Drahtgeflechtes ist beispielhaft eine weitere Möglichkeit für eine strukturierte Elektrode 2. Ein solches Beispiel zeigt Fig. 4. In Fig. 4 ist eine 3-dimensionale Explosionsdarstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Anordnung mit aus Drahtgeflecht bestehender strukturierter Elektrode 2 schematisch dargestellt. Das Drahtgeflecht lässt sich einfach und billig mit geeignetem Maschendraht, beispielsweise mit einer Drahtstärke von 0,5 mm und einer Maschenweite von 0,8 mm, realisieren. Zwischen zwei Platten aus Isolierstoff 3 und der strukturierten Elektrode 2 aus Drahtgeflecht werden ähnlich der zuvor beschriebenen Kugelstruktur jeweils zwei strukturierte Gasräume mit Teilgasräumen 1 ausgebildet. Die durch das Drahtgeflecht gegebene Struktur ermöglicht vorteilhaft zahlreiche Umlenkungen des Gasstromes, eine gute Rußabscheidung und Zwischenspeicherung für Ruß und Schlackeprodukte bei geringem Gegendruck. Es können auch wieder die zu den strukturierten Gasräumen mit Teilgasräumen 1 hin freien Flächenbereiche der strukturierten Elektrode 2 von beiden Seiten der Gasräume mit Teilgasräumen 1 jeweils in die Entladungen und Plasmaausbildungen einbezogen werden.
[0098] Insbesondere bei Stapelanordnungen hat sich gezeigt, dass in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch auf die glatte Elektrode 4 weitgehend verzichtet werden kann.
[0099] In der Stapelanordnung nach Fig. 5 besteht der Kern für die Darstellung des Prinzips aus einer im Wechsel angeordneten Elementabfolge von vier Platten aus Isolierstoff 3 und drei strukturierten Elektroden 2. Für größere Anordnungen und Volumenströme kann diese Abfolge entsprechend weitergeführt werden. Die strukturierten Elektroden werden abwechselnd mit unterschiedlichem Potential beaufschlagt. Bevorzugt ist bei größeren Stapelanordnungen wieder jede zweite der strukturierten Elektroden 2 geerdet, während die anderen mit dem Hochspannungspotential beaufschlagt sind. Damit bilden zwei gegenüberliegende strukturierte Elektroden 2 die Elektroden für DBE in den zwischen den beiden strukturierten Elektroden 2 und der Platte aus Isolierstoff 3 ausgebildeten beiden strukturierten Gasräumen 1. Es kann so sehr einfach eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Stapelanordnung ausgebildet werden, weil für den Kernbereich nur eine Abfolge von strukturierten Elektroden 2 und Platten aus Isolierstoff 3 benötigt wird. Am Anfang und Ende einer solchen Anordnung wird bevorzugt eine glatte Elektrode 4 eingesetzt, so dass keine Bereiche ohne Möglichkeit einer Plasmaausbildung entstehen, wie das bei einer symmetrischen strukturierten Elektrode 2 an den jeweils außen liegenden Seiten auftreten würde.
[00100] Neben den in den bisherigen Ausführungsbeispielen dargestellten kompakten Formen für die strukturierte Elektrode 2 sind auch solche Formen ausbildende oder diesen Formen angenäherte Lagen aus Blech, perforiertem Blech, porösem blechförmigem Material (z.B. Sintermetallbleche) oder dünnen Drahtfasern möglich.
[00101] Ausführungen mit diesen Formen haben den Vorteil, dass sie sehr dünn gemacht werden können, so dass entsprechend Gewicht eingespart wird.
[00102] Die Fig. 6 zeigt eine 3-dimensionale Darstellung von einer strukturierten Elektrode mit ebenen Blechabschnitten aus einer geformten Blechlage. Diese wird wie zuvor im Beispiel nach Fig. 4 und Fig. 5 als strukturierte Elektrode 2 in der Vorrichtung angeordnet. Dabei werden wieder mit einer strukturierten Elektrode 2 zwischen zwei Platten aus Isolierstoff 3 zwei strukturierte Gasräume mit Teilgasräumen 1 ausgebildet. Die Struktur ermöglicht zahlreiche Umlenkungen des Gasstromes, wobei bevorzugt wieder vorgesehen ist, dass für die Umlenkung des Gasstromes zwischen Ein- und Auslaß in Einströmungsrichtung ein Versatz zur vorhergehenden Ordnungsstruktur ausbildet ist. Die Entladungsabläufe an der kegelförmigen Struktur sind ähnlich den bei Fig.1 und Fig. 2 beschriebenen. Als Besonderheit tritt hier auf, dass nicht auf allen Flächenbereichen der strukturierten Elektrode 2 ein Plasma ausgebildet werden kann. Das betrifft ebene Blechabschnitte wie auch insbesondere die ausgebildeten Vertiefungen. Diese Flächenbereiche können vorteilhaft für eine Zwischenspeicherung von Ruß und als Schlackereservoir genutzt werden. Im Kegelbereich der Struktur kann eine relativ intensive Entladung betrieben werden, ohne dass die anderen Abschnitte der strukturierten Elektrode 2 einbezogen sind.
[00103] Dieses System kann insbesondere motornah wegen der auftretenden höheren Abgastemperaturen eingesetzt werden.
[00104] Mit geformten Blechlagen als strukturierte Elektrode 2 sind auch wieder die bereits diskutierten Steuerungsprinzipien möglich. Ein solches Beispiel gibt Fig. 7 wieder. Die Fig. 7 zeigt eine 3-dimensionale Darstellung von einer strukturierten Elektrode aus einer geformten Blechlage. Zu beiden Seiten der kegelartig geformten Blechlage sind entsprechende Negativstrukturen zur jeweils anderen Seite ausgebildet. Die kegelförmige Struktur ist dabei so gestaltet, dass sich Berg- und Talstrukturen abwechseln. Die Entladung kann wie bei der oben beschriebenen Kegelstruktur ausgebildet werden. Es können somit die zu den strukturierten Gasräumen mit Teilgasräumen 1 hin freien Flächenbereiche der strukturierten Elektrode 2 von beiden Seiten der Gasräume mit Teilgasräumen 1 jeweils in die Entladungen und Plasmaausbildungen einbezogen werden.
[00105] Mit der geformten Blechlage wird eine gute Rußabscheidung und Zwischenspeicherung für Ruß wie auch Schlackeablagerung bei geringem Gegendruck ermöglicht.
[00106] Für die Behandlung größerer Abgasströme kann wieder eine Parallelschaltung mehrerer Behandlungsräume aus strukturierten Gasräumen mit Teilgasräumen 1 erfolgen.
[00107] Prinzipiell kann auch eine Vergrößerung des Behandlungsraumes durch Wicklung von den die erfindungsgemäße Vorrichtung ausbildenden Elementen erfolgen.
[00108] Eine Wicklungsausführung umfasst entweder eine Abfolge der Vorrichtungselemente Isolierstoff 3, strukturierte Elektrode 2, Isolierstoff 3 und strukturierte Elektrode 2, oder eine Abfolge Isolierstoff 3, strukturierte Elektrode 2, Isolierstoff 3 und glatte Elektrode 4. Dabei müssen die Elemente biegsam sein oder zumindest in der Montagephase diese Eigenschaft aufweisen oder solche Formen ausbilden lassen. Für die strukturierte Elektrode 2 erfüllen insbesondere die Ausführungen mit Drahtgeflecht, Lagen aus Blech, perforiertem Blech, porösem blechförmigem Material (Sintermetallbleche) oder dünnen Drahtfasern diese Anforderung. Für den Isolierstoff 3 sind z.B. thermisch stabile Folien aus Kunststoff geeignet. Die glatte Elektrode 4 kann aus einer Metallfolie bestehen. Der Isolierstoff 3 kann auch Träger der glatten Elektrode 4 sein, indem eine Metallschicht dort aufgedampft, aufgeklebt oder anderweitig angebracht wurde.
[00109] Durch eine Wicklungsausführung wird eine sehr kompakte Vorrichtung geschaffen, die insbesondere für kleine Bauräume gut geeignet ist. Vorteilhaft ist ferner, dass man so nur zwei Elektroden hat. Die außen liegende Elektrode wird vorzugsweise wiederum geerdet, so dass nur eine Hochspannungszuleitung erforderlich ist.
[00110] Es sind nun bei besonderen Anforderungen vorteilhaft auch Erweiterungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit anderen Prinzipien möglich. Soll ein besonders hoher Reinheitsgrad des behandelten Abgases erreicht werden, kann auch eine Kombination mit herkömmlichen Filterverfahren erfolgen. Dazu ist beispielsweise eine Anordnung geeignet, bei der das Abgas in einem erfindungsgemäßen strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 behandelt wird und gleichzeitig durch eine porös gestaltete, strukturierte Elektrode 2 strömen kann. Diese besteht beispielsweise aus einer ausgeformten Lage eines porösen Sintermetallbleches oder dünnen Drahtfasergeflechtes. Für eine erfindungsgemäße Betriebsweise wird eine Form der strukturierten Elektrode 2 eingesetzt, wo durch zwei Platten aus Isolierstoff 3 zwei strukturierte Gasräume mit Teilgasräumen 1 ausgebildet werden. Einströmseitig ist dabei einer der strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen 1 jeweils durch einen Verschluss 6 gegen eine Einströmung abgedichtet, wie in Fig. 8 schematisch dargestellt. Die Fig. 8 zeigt dabei nur eine Schnittdarstellung der Anströmseite schematisch. Ausströmseitig ist im Wechsel der andere strukturierte Gasraum mit Teilgasräumen 1 durch einen Verschluss 6 abgedichtet, so dass Abgas in einen der strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen 1 einströmen kann, durch die poröse, strukturierte Elektrode 2 weiter in den anderen strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 strömt, und dann dort über den Gasauslaß ausströmt. Im einlaßseitigen strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 erfolgt eine Abgasbehandlung analog zu dem oben beschriebenen Prinzip. Zusätzlich werden Partikel beim Durchströmen auf der strukturierten Elektrode 2 abgeschieden und im Plasma zersetzt. Danach kann eine Weiterbehandlung des Abgases im dahinter liegenden abströmseitigen strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 erfolgen.
[00111] Damit ist eine sehr intensive Behandlung des Abgases, insbesondere der Rußbestandteile, möglich. [00112] Für größere Volumenströme oder weitere Betriebsweisen sind wiederum die für die anderen Ausführungen beschriebenen Prinzipien geeignet.
[00113] In einer anderen Variante kann eine der erfindungsgemäßen Anordnungen mit einem nachgeschalteten herkömmlichen Partikelfilter vorteilhaft kombiniert werden. In der erfindungsgemäßen Anordnung, die kleiner ausgeführt sein kann als bei alleinigem Gebrauch, wird dabei bereits ein großer Teil von Ruß zersetzt. Die nicht zersetzten Rußpartikelanteile werden dann in dem herkömmlich aufgebauten Partikelfilter aufgefangen. Durch in der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugte langlebige Spezies wie Stickstoffdioxid oder Ozon kann dann der nachgeschaltete, herkömmlich aufgebaute Partikelfilter bei entsprechenden Abgastemperaturen regeneriert werden.
[00114] Vorteilhaft ist, dass durch die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Vorreinigung der nachgeschaltete herkömmliche Partikelfilter weniger mit Ruß und Schlacke beladen wird. Damit erhöht sich die Standzeit wesentlich. Ferner ist mit der vorgeschlagenen Kombination über in der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugtes Ozon bei niedrigen Abgastemperaturen unterhalb von 200 °C eine Rußzersetzung und insbesondere Regeneration eines herkömmlichen Partikelfilters bei geringer elektrischer Leistung möglich.
[00115] In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde der strukturierte Gasraum durch die Strukturierung der Elektroden erzeugt. Es hat sich nun gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen eine Umkehrung der zuvor beschriebenen Anordnungen bzgl. Formgebung und Abfolge möglich ist, indem die Formgebung von leitfähiger Elektrode und Dielektrikum vertauscht ist. Ein solches Beispiel verdeutlicht die Fig. 9. Dabei liegt ein in alle Raumrichtungen strukturiertes Dielektrikum, nachfolgend strukturiertes Dielektrikum 3a genannt, zwischen den glatten Elektroden 4. Beide bilden den strukturierten Gasraum mit Teilgasräumen 1 aus. Dadurch wird jetzt wiederum ein Behandlungsraum zur Erzeugung von dielektrisch behinderten Entladungen gebildet, wobei ein das strukturierte Dielektrikum 3a nahezu bedeckendes Plasma erzeugt werden kann. Das strukturierte Dielektrikum 3a fungiert gleichzeitig als Abstandshalter.
[00116] Die Funktionsweise bezüglich Abscheidung und Oxidation entspricht dem bereits oben beschriebenen Prinzip.
[00117] Es sind auch bei diesem Grundprinzip oben beschriebene Erweiterungen und Varianten möglich. Im Fall, dass ein poröses strukturiertes Dielektrikum eingesetzt wird, sind vorzugsweise die glatten Elektroden mit einem Isolierstoff bedeckt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft mit einer dielektrisch behinderten Entladung, dadurch gekennzeichnet, dass eine leitfähige in mehrere Raumrichtungen strukturierte Elektrode (2), wobei diese massiv, durchbrochen, zusammenhängend und/oder porös aufgebaut ist, zwischen zwei flächigen Begrenzungen aus Isolierstoff (3) angeordnet ist und der Isolierstoff (3) jeweils auf Strukturerhebungen der strukturierten Elektrode (2) aufliegt, so dass die strukturierte Elektrode (2) einen Abstandshalter bildet und dass in den Raum zwischen den beiden flächigen Begrenzungen aus Isolierstoffen (3), der den strukturierten Behandlungsraum mit den Teilgasräumen (1) bildet, einströmendes Abgas oder einströmende Abluft an der strukturierten Elektrode (2) in verschiedene Raumrichtungen mehrfach umgelenkt wird und/oder durchströmt, wobei Ruß sowie Aerosole sich abscheiden, und dass ferner die begrenzende Fläche aus Isolierstoff (3) die leitfähige strukturierte Elektrode (2) von einer anderen glatten oder strukturierten leitfähigen Elektrode trennt.
2. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft mit einer dielektrisch behinderten Entladung, dadurch gekennzeichnet, dass ein in mehrere Raumrichtungen strukturiertes Dielektrikum (3a), welches einen Gasraum in zwei Teilgasräume (1) trennt und elektrisch als Barriere wirkt, zwischen zwei flächigen Begrenzungen aus glatten Elektroden (4) angeordnet ist und die glatten Elektroden (4) jeweils auf Strukturerhebungen des in mehrere Raumrichtungen strukturierten Dielektrikums (3a) aufliegen, so dass das strukturierte Dielektrikum (3a) einen Abstandshalter bildet und dass in den Raum zwischen den beiden flächigen Begrenzungen aus glatten Elektroden (4), einströmendes Abgas oder einströmende Abluft an dem strukturierten Dielektrikum (3a) in verschiedene Raumrichtungen mehrfach umgelenkt wird und/oder durchströmt, wobei Ruß sowie Aerosole sich abscheiden, und dass ferner die begrenzende Fläche aus glatter Elektrode (4) das strukturierte Dielektrikum (3a) von einem anderen glatten oder strukturierten Dielektrikum trennt.
3. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige strukturierte Elektrode (2) oder das strukturierte Dielektrikum (3a) für den Durchtritt der Abgase eine poröse Ausbildung aufweist, wobei im Falle der Anordnung eines porösen strukturierten Dielektrikums (3a) die glatten auf den Strukturerhebungen des Dielektrikums (3a) liegenden Elektroden (4) mit einem Isolierstoff bedeckt sind.
4. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der elektrisch leitfähigen strukturierten Elektrode (2) durch ein Drahtgeflecht, zusammenhängende Körper bzw. Gebilde oder einzelne aneinander liegende Körper aus einem elektrisch leitfähigen Material erfolgt, wobei diese eine geordnete Füllung von ein oder zwei Lagen bilden, oder dass sie aus mindestens einer solche Formen ausbildenden oder diesen Formen angenäherten Lage aus Blech, perforiertem Blech, porösem blechförmigem Material, Drahtgeflecht aus dünnen Fasern oder Metallvlies besteht.
5. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige strukturierte Elektrode (2) oder das strukturierte Dielektrikum (3a) ebene und rundliche und/oder Berg- und Talstrukturen aufweist.
6. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der strukturierten Elektrode (2) oder des strukturierten Dielektrikums (3a) für die Umlenkung des Gasstromes zwischen Ein- und Auslaß in Einströmungsrichtung einen Versatz zur vorhergehenden Ordnung der räumlichen Struktur ausbildet.
7. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach Anspruch 4 und einem oder mehreren der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeformte Lage aus porösem blechförmigem Material, perforiertem Blech oder dünnen Drahtfasern mindestens zwei strukturierte Gasräume mit Teilgasräumen (1) zu beiden Seiten der strukturierten Elektrode (2) bildet, von denen mindestens einer als Behandlungsraum für Abgas dient, und dass einer der strukturierten Gasräume mit Teilgasräumen einströmseitig einen Verschluss (6) besitzt und der andere ausströmseitig.
8. Vorrichtung zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein herkömmlich aufgebauter Partikelfilter der Vorrichtung nachgeschaltet ist.
9. Verfahren zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas oder Abluft durch eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 geleitet wird und an der strukturierten Elektrode (2) in verschiedene Raumrichtungen mehrfach umgelenkt wird, dass die strukturierte Elektrode (2) bzw. das strukturierte Dielektrikum (3a) und/oder die begrenzende Fläche aus Isolierstoff (3) bzw. die glatte Elektrode (4) zur Abscheidung von Ruß dienen, dass bei porös aufgebauter strukturierter Elektrode (2) oder porösem strukturierten Isolierstoff (3a) eine Durchströmung dieser in einen zweiten strukturierten Gasraum (1) erfolgt, und dass ferner eine Plasmabehandlung der gasförmigen Bestandteile und der abgeschiedenen Partikel oder Aerosole erfolgt, wobei dieser Prozess durch katalytische Mittel unterstützt sein kann.
10. Verfahren zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durch Anlegen einer geeigneten Wechselspannung dielektrisch behinderte Entladungen unterschiedlicher Ausbildungsformen erzeugt werden und mit diesen Abgas und abgeschiedener Ruß bzw. Abluft und Aerosole zersetzt werden.
11. Verfahren zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Abschnitte und die Vertiefungen als Zwischenspeicher für Ruß und als Reservoir für Schlacke dienen.
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