KR20010113714A - 기체 상태 매체의 플라즈마 이용 처리 - Google Patents

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KR20010113714A
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Abstract

본 발명은 실질적으로 균일하게 이격된 대향면을 갖는 한 쌍의 전극(1, 2)과, 이들 전극 사이에 위치되어 상기 전극 사이의 공간을 지나 연장하는 다수의 가스 통로(6)를 한정하는 유전체로 이루어진 본체(5)를 포함하는, 기체상태의 매체를 플라즈마-이용 처리하기 위한 반응기에 대한 것이다.

Description

기체 상태 매체의 플라즈마 이용 처리{Plasma-assisted processing of gaseous media}
내연기관을 개발 및 사용하는 것과 관련한 주요 문제점 중의 하나는 이러한 엔진에서 나오는 유해 배기가스이다. 가장 해로운 물질 중의 두 가지는, 특히 디젤 엔진에서, 분진 물질(주로 탄소)과 질소 산화물(NOX)이다. 갈수록 엄격해지는 배기가스 억제 법규는 내연기관 및 차량 제조업자가 이러한 물질, 특히 내연기관 배기가스로부터의 물질을 제거하는 효율적인 방법을 찾게 하고 있다. 불행히도, 실제로는, 내연기관 배기가스의 상술한 요소 중의 하나에 대한 상황을 개선하는 연소 조절(combustion modification) 기술이 다른 요소에 대한 상황을 악화시키는 경향이 있음이 밝혀졌다. 내연기관 배기가스로부터 분진 방출을 포집(trapping)하기 위한다양한 시스템이, 특히 이러한 배기가스 분진 트랩(particulate emission trap)이 분진 물질로 포화되었을 때, 이들을 재생할 수 있게 하는 것과 관련하여 연구되었다.
이러한 매연여과장치(diesel exhaust particulate filter)의 예들은 유럽 특허 출원 EP 0 010 384호; 미국 특허 제 4,505,107호, 제 4,485,622호, 제 4,427,418호 및 제 4,276,066호; EP 0 244 061호; EP 0 112 634호 및 EP 0 132 166호에서 찾을 수 있다.
상기 모든 건에서, 다공성, 통상 세라믹제인, 필터 본체의 작은 틈새(interstice)에 분진 물질을 단순히 물리적으로 포집한 다음, 포집된 매연 분진이 소진되는 온도로 필터 본체를 가열하여 재생되어 매연으로부터 분질 물질이 제거된다. 비록 EP 010 384호는 세라믹 비드(ceramic bead), 와이어 메시(wire mesh) 또는 금속 스크린(metal screen)을 사용하는 것도 언급하지만, 대부분의 경우에, 필터 본체는 모노리스(monolithic)이다. 미국 특허 제 4,427,418호는 세라믹 코팅된 와이어 또는 세라믹 섬유를 사용하는 것을 공개한다.
보다 넓게는, 정전기력에 의해 대전된, 분진 물질을 침전(precipitation)하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 경우에, 침전은 정상적으로는 금속 스크린의 넓은 평면 전극 상에서 일어난다.
영국 특허 제 2,274,412호는 내연 기관 배기가스로부터 분진과 다른 오염물질을 제거하는 방법 및 장치를 공개하며, 이 배기가스는 양호하게는 높은 유전상수를 갖는 강유전체인 물질로 이루어진 대전된 펠릿의 층(bed)을 지나간다. 산화, 특히 방전 이용 산화(electric discharge assisted oxidation)에 의해 분진을 제거하는 것에 부가하여, NOX감소를 촉진하도록 적용되는 펠릿을 사용하여 NOX가스를 질소로 환원하는 것이 공개되어 있다.
또한, 미국 특허 제 3 983 021호, 제 5 147 516호 및 제 5 284 556호는 질소 산화물의 촉매 환원을 공개한다. 그러나, 미국 특허 제 3 983 021호는 사일런트 글로우 방전(silent glow discharge)시 NO를 N으로 환원하는 것에만 관한 것이며, 상기 방전시의 온도는 N 또는 NO가 보다 고급 산화물(higher oxide)로 산화되지 않는 값 이하로 유지된다. 이 명세서에는 탄화수소를 동시에 제거하는 것에 대해서는 어떠한 언급도 없다.
미국 특허 제 5 284 556호는 내연기관 배기가스로부터 탄화수소를 제거하는 것을 공개한다. 관련한 공정은 소위 "사일런트' 타입의 방전, 즉 그 전극 중 하나가 절연된 두 전극 사이에서 일어나는 방전시의 해리(dissociation) 과정이다. 공개된 장치는 개방형 방전 챔버이다. 전극 중의 하나에서 NOX-환원 촉매(reducing catalyst)의 퇴적이 이루어질 수 있음이 언급되어 있다.
미국 특허 제 5,284,556호 명세서에 공개된 것과 같은 종래의 유전체 배리어(dielectric barrier) 플라즈마-보조 가스 반응기는 두 전극 사이에 위치하는 플라즈마 체적을 포함하며, 이 두 전극 중의 적어도 하나는 그 내부 표면에 두꺼운 절연매체 층 형태의 유전체 배리어를 가진다.
이러한 장치에서 플라즈마를 생성하기 위해, 플라즈마가 점화하기 전에 전극사이의 공간 내의 전위가 임계값에 도달해야 한다. 주 플라즈마 체적에 걸쳐 나타나는 전위는 유전체 층의 용량 대 플라즈마 체적의 용량의 비에 의존하며, 이는 이들 두 항목이 용량성 분압기(capacitive potential divider)를 생성하기 때문이다. 플라즈마 체적에 걸친 전위는 그 용량에 역비례한다. 즉 플라즈마 체적의 용량이 높을수록, 이에 걸친 전위차가 낮아진다. 이러한 효과는 플라즈마 체적이, 바륨 티탄염(barium titanate) 펠릿과 같은 높은 유전 상수를 갖는 가스 침투성 재료로 충전(充塡)되면, 공급전압이 유전체 배리어 또는 전원공급장치(power supply)의 다른 고전압 구성요소의 안전한 작동 전압을 초과할 수 있는 수십 킬로볼트(kV) 정도로 매우 높지 않으면, 이러한 반응기 층(reactor bed)에 걸친 전위차가 플라즈마가 점화할 임계값에 도달하지 않을 수 있기 때문에, 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명은 기체 상태 매체의 플라즈마 이용 처리, 특히 하나 이상의 질소 산화물, 탄소질 분진(carbonaceous particulate)을 포함하는 분진, 다핵방향족 탄화수소(polyaromatic hydrocarbon)를 포함하는 탄화수소, 일산화탄소와 내연기관의 배기가스로부터의 규제되거나 또는 규제되지 않는 연소 생성물의 방출을 감소시키는 것에 대한 것이다.
도 1은 기체상태 매체의 플라즈마-이용 처리를 위해 본 발명을 실시하는 반응기의 작동 부분의 사시도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 횡단면도.
본 발명의 목적은 기체상태 매체의 플라즈마-이용 처리를 위한 개선된 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따라, 대향면(facing surface)을 갖는 한 쌍의 전극과, 유전체 재료로 이루어진 본체(body of dielectric material)를 포함하는 기체상태 매체의 플라즈마-이용 처리를 위한 반응기가 제공되며, 상기 대향면은 실질적으로 균일하게 이격되어 그 사이에 공간을 한정하며, 상기 유전체 재료로 이루어진 본체는 상기 전극 사이에 위치되어 그 사이의 공간을 다수의 가스 통로로 분할하며, 이 가스 통로의 길이는 전극의 대향면 사이에서 연장하고, 이 가스 통로는 상기 대향면에 대해 횡방향으로 서로에 대해 이격되어 전극 사이의 공간에 걸쳐 실질적으로 균일하게 전기장이 분포된다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 전극 사이의 공간에 걸쳐 연장하는 유전체 재료로 이루어진 본체에 전극이 심어지고, 유전체 재료로 이루어진 본체의 길이방향으로 연장하는 다수의 가스 통로를 포함하여 전극 사이의 공간에 걸쳐 연속하여 연장하는 다수의 전기적으로 등가인 플라즈마 체적을 제공하는 반응기가 제공된다.
양호하게는, 전극 사이의 유전체 매체 내의 가스통로 매트릭스(matrix)는 전극 사이의 공간에 걸쳐 공급전압의 반과 동일한 전위차를 제공하도록 적용된다. 이 공간에 걸친 전위차는 가스 유동, 온도 및 가스 조성에 따라 변하므로, 배기 시스템 내의 반응기의 전체 사이즈, 형상 및 위치(position of location)는 이러한 최적 조건으로부터의 편차가 최소화됨을 보장하도록 선택된다.
가스 통로의 표면은 코팅, 함침 또는 일반적으로는 예를 들어, 이온 교환 또는 반응기에서 실시되는 가스 및/또는 분진 처리 반응에 관해 촉매적으로 활성화되는 물질로 도핑되어 처리되거나, 또는 가스 통로는 이러한 물질로 이루어진 가스 침투성 폼(form)으로 충전될 수 있다. 그 다음에, 가스 통로 또는 유전체일 수 있는 가스 침투성 충전재의 형상이 촉매 재료의 용량 효과를 무효화(negation)하도록 적용된다. 다르게는, 반응기의 유전체 재료 자체는 반응기에서 실시되는 가스 및/또는 분진 처리 반응에 대해 촉매이도록 선택될 수 있다. 통로를 충전하는 가스 침투성 물질은, 비록 촉매적으로 활성인 물질이 반응기에 포함된 비촉매적인 유전체 재료의 표면에 코팅으로서 존재하거나 또는 예를 들어 이온 교환 또는 도핑에 의해재료를 일반적으로 처리하여 가스 침투성 물질 내에 또는 그 위에 존재할 수 있지만, 기체상태 매체의 처리에 대해 촉매적으로 활성이거나 또는 촉매적으로는 비활성이지만 열적으로 활성일 수 있다.
반응기용 가스 침투성 유전체 충전 물질은 구(球), 펠릿, 압출물(extrudate), 막, 세라믹 허니콤 모노리스(ceramic honeycomb monolith) 또는 미립자(granule)의 형태이거나 또는 상기 형태 중의 임의의 하나 상의 코팅 또는 세라믹 폼(foam) 또는 세라믹 허니콤 모노리스 상의 코팅일 수 있다. 플라즈마 방전 및 가스 처리 특성을 최적화하는 것에 부가하여, 이들의 하나 이상의 조합이 불균일한 표면 영역 및 다공성, 예를 들어 국제출원 PCT/GB00/00079호에 설명된 바와 같이 배기가스, 특히 분진을 함유하는 배기가스에 노출되었을 때 일정한 다공성(graded porosity)을 갖는 필터 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 반응기 내측에 위치될 수 있는 가스 침투성 유전체 충전 물질은 반응기의 플라즈마 영역 외측에 수용되어 기체상태의 매체가 플라즈마 영역으로 들어가기 전에 이 물질을 지나가거나 또는 플라즈마 영역을 통과한 후에 이 물질을 지나갈 수 있다. 반응기 외측에 위치되면, 유전체 충전 물질은 유전체 충전 물질에 대해 상술한 것과 동일한 형태의 세라믹, 중합체 또는 금속 물질로 대체될 수 있다. 유전체 충전 물질은 본 출원인의 다른 출원 명세서 GB 99 24999.7호 및 GB 99 29771.5호 각각에 설명된 바와 같은 선택성 필터(selective filter)로서 작용할 수 있다. 유전체 물질 또는 플라즈마 내에서 이 물질에 포집된 종(species)은 플라즈마 또는 유전체 물질 또는 포집된 종 단독으도 본 출원인의 다른 출원 명세서 GB 99 24771.5호에 설명된촉매 특성을 가질 필요가 없지만 가스 처리 반응에 대해 촉매 표면으로서 작용할 수 있다.
기체상태 매체가 연소 연료가 공급되는 내연기관으로부터 유도된 탄소함유 분진과 같은 분진 물질과 질소함유 산화물(nitrogenous oxide)을 함유하는 배기 가스를 포함하면, 배기가스는 연료 연소로부터 유도되어 잔류하거나 또는 개별적으로 첨가되는 탄화수소를 포함할 수 있다. 배기가스는 연료에 처음부터 있거나 또는 배기가스에 개별적으로 첨가되는 탄소 연소 촉매로서 작용하는 화학 첨가제를 함유할 수 있으며, 이 첨가제의 기능은 연소 온도를 낮추거나 또는 탄소함유 물질의 제거율을 증가시키는 것이다. 탄소 연소 촉매는 연료 연소 중에 또는 그 직후 화학적으로 분해되어 첨가제를 연료 또는 배기가스에 방출하는 비산 첨가제(fugitive additive)로 씌워지거나(encapsulated) 결합(bound)될 수 있다. 탄소 연소 촉매의 예로는, 비록 이러한 탄소 연소 촉매가 상술한 유전체 충전 물질의 모두 또는 일부를 구성할 수도 있지만, GB 2 232 613B에 설명된 리튬 질산염과 같은 알칼리 금속 염, 세륨 산화물, 알칼리 금속 도핑된 란탄 산화물-바나듐 산화물, La0.9K0.1CoO3과 같은 페로브스카이트(perovskite)와 적층된 페로브스카이트 및 바나듐산염(vanadate) 또는 이러한 물질의 조합이 있다. 이러한 촉매의 작동 모드는 본 출원인의 다른 출원 PCT/GB00/00079호에 설명되어 있다. 탄소 연소 촉매를 사용하면 탄소함유 분진을 처리하기 위한 플라즈마 반응기에 대한 동력 요구치를 감소할 수 있고 활성 물질의 량을 감소할 수 있다.
제올라이트(zeolite)가 특히 유용한 물질인, 질소 함유 물질 감소에 대해,플라즈마는 본 출원인의 다른 출원공보 WO99/12638호에 설명된 바와 같이 배기가스에서 탄화수소 환원제로부터 활성화 탄화수소를 생성할 수 있고 WO99/12638호 및 PCT/GB00/00079호에 설명된 바와 같이 질소함유 산화물을 이산화질소로 변환할 수 있다. 플라즈마에 노출되지 않았을 때 질소함유 물질의 환원에 대해 촉매가 아닌 물질이, 예를 들어 O원자 또는 다른 플라즈마-발생 유리 라디칼(plasma-generated free radical)에 의한 활성화 또는 활성화된 탄화수소 및/또는 이산화질소와 같은 플라즈마-생성 종에 의한 활성화로 인해, 플라즈마에 노출되었을 때 이러한 환원에 대해 촉매 특성을 발현할 수 있다. 유전체 충전 물질은 WO99/12638호에 설명된 바와 같이 다수의 첨가제 분사 포트를 구비하는 반응기 외측 및 플라즈마 영역 외측에 위치될 수도 있다. 플라즈마 영역 내의 또는 이에 인접한 전기장 또는 다른 대전된 종(species)에 의해 촉매 특성이 더 증가될 수 있다. 탄화수소 이외의 환원제(reductant)가 특히 암모니아, 요소 또는 시아누르 산(cyanuric acid)과 같은 질소를 함유하는 종에 사용될 수 있다. 질소를 함유하는 종(species)이 질소함유 산화물 환원에 대해 환원제로서 사용되면, 바나듐 오산화물-티타늄 이산화물이 특히 유용한 촉매이다. 질소를 함유하는 환원제를 사용할 때, 유출물(effluent)이 촉매와 접촉하기 전에 반응기의 플라즈마 영역을 지나간 후에 이러한 종(species)이 유출물과 혼합될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예로 설명된다.
도 1을 참조하면, 기체상태 매체의 플라즈마-이용 처리를 위한 반응기의 작동 부분은 두 개의 편평한 전극(1, 2; planar electrode)을 포함하며, 이들 중 하나에 고전압 공급 케이블(3)이 접속된다. 다른 전극은 케이블(4)이 연결되며, 이 케이블에 의해 적절한 접지점에 접속될 수 있다. 전극(1, 2)은 유전체 물질로 이루어진 본체(5)에 의해 둘러싸이고 이격되며, 이 본체는 전극의 대향면이 실질적으로 균일하게 이격되도록 전극을 지지한다. 유전체 물질은 일정 범위의 배기가스 온도에 걸쳐 열적 안정성을 유지할 것이 요구되며, 알파 및 감마 알루미나, 알루미노 규산염 세라믹(alumino silicate ceramic), 코디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드, 멀라이트(mullite)와 같은 물질 또는 본 출원인의 다른 특허 명세서 WO99/20373호에 설명된 바와 같은 운모함유 유리(micaceous glass) MICATHERM과 같은 성형가능한 유전체 세라믹 물질로부터 선택된다. 다수의 동등한 가스 통로(6)는 상기 대향면에 대해 횡방향으로 서로에 대해 이격되며 전극(1, 2)에 대해 평행한 유전체 물질로 이루어진 본체(5)를 통해 연장하여 전극 사이의 공간에 걸쳐 전기장이 균일하게 분포된다.
가스 통로(6)는 유전체 매체로 이루어진 영역(7)에 의해 구분되며, 이 영역은 전극(1, 2)과 평행하며 동일한 두께를 가져, 전극(1, 2) 사이에 분포된 유전체 배리어를 형성한다.
가스 통로(6)를 서로에 대해 절연시키면, 플라즈마가 전극(1, 2) 사이에 단락을 형성하는 것이 방지된다. 또한, 플라즈마 체적에 걸친 전압차(potential drop)가 공급 전압의 반이면, 전극(1, 2) 사이의 플라즈마 체적에 최대의 동력이 커플링될 수 있다. 이는 적절한 개수 및 단면의 가스 통로(6)를 선택하여 이루어질 수 있다. 본 출원인의 다른 특허 공보 WO99/05400호 및 다른 출원 명세서 PCT/GB00/00108호에 설명된 바와 같이 반응기에 인접한 공진 전원(resonant power supply)으로부터 공급 전압이 도입될 수 있다.
원한다면, 가스 채널(6)은 반응기에서 실시되는 가스 또는 분진 처리 반응에 촉매이거나 촉매가 아닌 절연 물질로 이루어진 가스 침투성 본체로 채워질 수 있다. 다르게는, 가스 통로(6) 또는 가스 침투성 충전 물질의 표면은 이러한 촉매 물질로 코팅되거나, 또는 전체 유전체 본체가 이러한 물질로 이루어질 수 있다. 플라즈마가 있거나 없을 때 그 자체가 촉매이거나 촉매가 아닐 수 있는 재료의 선택은 상술한 질소함유 산화물 또는 분진 물질 및 다른 배기가스를 처리하는 요구조건에 의존한다. 유전체 물질 또는 플라즈마 내의 유전체 물질에 포집된 종(species)은, 플라즈마 또는 유전체 물질 또는 포집된 종 단독으로는 촉매 특성을 가질 필요가 없지만 가스 처리 반응에 대한 촉매 표면으로서 작용하도록 될 수 있다. 반응기 내측에 위치될 수 있는 가스 침투성 유전체 충전 물질은 반응기의 플라즈마 영역의 외측에 수용되어 기체상태 매체가 플라즈마 영역으로 들어가기 전에 이러한 물질을지나가거나 또는 플라즈마 영역을 통과한 후에 이러한 물질을 지나갈 수 있다. 플라즈마 영역 외측과 동일한 물질이 플라즈마 영역 내에 사용되거나 또는 상이한 물질의 조합이 플라즈마 영역 내 및 외측에 사용될 수 있고 배기가스 및/또는 분진 처리 반응이 플라즈마 영역 내 또는 외측에서 동일한 또는 상이한 물질의 조합에 의해 실시될 수 있다.
물론 실제로는, 반응기의 작동 부분은 유입구 및 유출구 스터브(inlet and outlet stub)를 포함하는 덮개(envelope)에 포함되며, 그 배관(pipework)을 통해 처리될 기체상태 매체가 유동하게 되는 배관과, 모든 상기 기체상태 매체가 가스 통로(6)를 지나는 것을 보장하는 수단이 이 덮개에 통합될 수 있다.
비록 본 발명이 도 1에 도시된 바와 같은 편평한 기하학적 형상에 대해 설명되었지만, 도 2에 도시된 바와 같은 원통형 형상에도 동일하게 적용될 수 있으며, 이 경우에는 가스 통로의 반경방향 두께는 균일한 반경방향 전위차를 얻기 위해 변화되어야 한다. 이러한 예에서 설명되는 반응기 실시예는 촉매 요소를 포함하거나 또는 촉매를 채용하는 배기가스 제어 시스템 또는 내연기관으로부터의 배기가스의 플라즈마-이용 처리를 위한 다른 배기가스 제어 장치의 일부로서 설치될 수 있다. 이러한 다른 배기가스 제어장치는 점화 타이밍, 연료 분사 타이밍 및 연료 분사 펄스율 쉐이핑(fuel injection pulse rate shaping)을 변화시키는 것, 배기가스 재순환(EGR)을 포함한다. 이러한 예의 반응기는 본 출원인의 다른 출원 PCT/GB00/(출원정보는 우선권 GB99 04069.3, Ref:15367 LgCm으로 대기중)에 설명된 바와 같이 전원공급장치 및 엔진 제어 시스템과 연계하여 사용될 수 있다. 1998년 4월호 '유럽자동차 설계' 페이지 24 내지 26의 기사 '스탑 고 시스템이 공식허가를 받다(Stop go systems get the green light)'는 스타터 발전기 댐퍼 통합 시스템(ISAD)의 일례를 공개한다. 이러한 ISAD는 본원에 설명한 반응기를 포함하는 플라즈마-보조 배기가스 제어 시스템에 동력을 공급하기 위한 동력 공급 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 또한, 연료 셀, 가스 터빈, 태양 전지 및 열교환기와 같은 다른 동력원이, 반응기를 위한 동력 공급 시스템에 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 전기생성-동력원의 주요 또는 일부 공급 장치로서 사용될 수 있으나, 이들에 제한되지는 않는다.
도 2를 참조하면, 원통형 반응기 본체(20)는 두 개의 원통형 전극(21, 22)을 포함하며, 이들 전극은 온도 저항성(temperature resistant) 유전체 물질로 이루어지는 원통형 본체(23)에 동축적으로 심어져 있다. 전극(21, 22) 사이에는 반경방향 지지용 웨브(25; radial supporting web)에 의해 구분된 원통 형태의 일련의 동심 가스 통로(24)가 존재한다. 가스 통로(24)는 이렇게 배치되어 반경방향으로 중첩되고 각각의 그룹의 가스 통로(24)가 본 발명의 도 1의 실시예의 일련의 가스 통로(6)에 대응한다(도면에는 두 개의 가스 통로 링(ring of gas passage)만이 도시되었지만 본 발명은 이들 두 개의 링만을 사용하는 것으로 제한되지 않는다).
본 발명의 도 1의 실시예와 다르게, 가스 통로(24)의 반경방향 폭은 동일하지 않고, 내측 전극(22)으로부터 가스 통로(24)의 중심까지의 거리의 함수이다. 이는 전극(21, 22) 사이의 전기장의 반경방향 분포 또한 내측 전극(22)의 표면으로부터 반경방향 거리의 함수이기 때문이다. 가스 통로(24)에 대한 반경방향 폭을 적절하게 선택하여, 이러한 두 영향이 상쇄되어 각각의 가스 통로(24)에서 실질적으로 동일한 반경방향 전기장을 얻을 수 있다.
이러한 경우, 내측 전극(22)은 고전압 전극으로서 배치된다.
이러한 반응기에 대한 특별한 용도는 내연기관의 배기가스로부터의 하나 이상의 질소함유 산화물, 탄소함유 분진을 포함하는 분진, 다핵방향족 탄화수소를 포함하는 탄화수소, 일산화탄소 및, 다른 규제되거나 또는 규제되지 않는 연소 생성물의 방출을 감소시키는 것이다. 이러한 경우, 본체(5)에 대해 적절한 유전체 물질은 알파 및 감마 알루미나, 코리에라이트, 멀라이트, 알루미노 규산염 세라믹, 실리콘 카바이드, MICATHERM과 같은 성형가능한 운모함유 세라믹 또는 이들의 혼합물이다. 가스 채널(6)의 표면을 코팅하기 위해 사용거나 또는 유전체 충전 물질로서 사용되거나 또는 예를 들어 코팅으로서 유전체 충전 물질 상에 피복(depositing)될 수 있는 적절한 촉매 물질은 다이팩(DYPAC), 콘디어 중공 압출물(Condea hollow extrudates), CT 530, LD 350과 같은 알루미나와, T-60 알루미나, T-162 알루미나 코디어라이트, α, γ 및 χ 알루미나, 이들 상이 혼합되어 함유된 알루미나, 티탄염 특히 바륨 티탄염; 티타니아(titania) 특히 아나타스 상(anatase phase)의 티타니아; 지르코니아, 바나디아, 은 알루민산염(silver aluminate), 페브로스카이트, 첨정석(spinel); 코발트 산화물 도핑된 알루미나, 바나듐산염(vanadate), 파이로-바나듐산염(pyrovanadate)과 같은 금속 도핑 및 금속 산화물 도핑된 산화물 및 금속 도핑된 제올라이트이다. 제올라이트의 예로는 ZSM-5, Y, 베타, 모더나이트(mordenite)로 알려진 것이 있으며, 이들 모두는 세륨과 란탄과 같이 양이온(cation)을 촉진(promoting)하는 부가적인 촉매와 함께 또는 이러한 촉매 없이 철, 코발트 또는 구리를 포함할 수 있다. 다른 제올라이트의 예로는 질소함유 산화물 처리시 특히 유용한 제올라이트, 특히 나트륨-Y 제올라이트를 함유하는 알칼리 금속이다. 페브로스카이트의 예로는 적층된 페브로스카이트, La2CuO4, La1.9K0.1Cu0.95V0.05O4및 La0.9K0.1CoO3이 있다. 바나듐산염의 예로는 포타슘 메타바나데이트(potassium metavanadate), 세슘 메타바나데이트(caesium metavanadate), 포타슘 파이로바나데이트(potassium pyrovanadate) 및 세슘 파이로바나데이트(caesium pyrovanadate)가 있다. 이들 화합물의 혼합물이 사용될 수도 있다.
반응기용 가스 침투성 유전체 충전 물질은 구(球), 펠릿, 압출물, 섬유, 시트, 웨이퍼, 프릿(frit), 메시(mesh), 코일, 폼(foam), 막, 세라믹 허니콤 모노리스 또는 미립자의 형태이거나 또는 세라믹 폼(foam) 또는 세라믹 허니콤 모노리스 상의 코팅일 수 있다. 상술한 것의 하나 이상의 조합이 불균일한 표면 영역 및 다공성, 예를 들어 배기가스에 노출되었을 때 일정한 다공성을 갖는 필터 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있고, 충전 물질이 반응기의 플라즈마 영역의 외측에 위치될 수도 있다.
제올라이트 물질은 질소함유 산화물의 처리에 특히 유용한 반면, 페로브스카이트와 바나듐산염은 탄소함유 분진의 처리에 특히 유용하다. 페로브스카이트는 질소함유 산화물과 분진 물질을 함께 제거하는데에도 특히 유용할 수 있다.
그러므로, 연료 연소로부터 유도되어 잔류하거나 또는 개별적으로 첨가된 탄화수소 환원제를 함유하거나 질소함유 산화물을 감소하기 위해 질소를 함유하는 환원제를 함유하거나 또는 상술한 탄소 연소 촉매를 함유한 배기가스가, 기체 처리 반응에 대해 촉매적으로 활성인 유전체 재료를 포함하는 플라즈마 반응기의 플라즈마 영역을 지나거나 또는, 플라즈마 영역으로 들어가기 전에 이러한 물질을 지나거나 또는, 플라즈마 영역을 지난 후에 이러한 물질을 지난다. 질소를 함유하는 환원제가 사용될 때, 환원제는 반응기의 플라즈마 영역을 떠나고 촉매적으로 활성인 유전체 물질 위를 통과하기 전에 배기가스에 첨가될 수 있다.
또한, 비록 수십 킬로헤르츠(kHz) 정도의 높은 주파수가 사용될 수 있지만, 50 내지 5000 Hz 범위의 반복 주파수(repetition frequencies)와 수 내지 수십 킬로볼트(kV)의 전위를 갖는 펄스를 생산하도록 적용되는 전원공급장치로부터 적절한 공급 전압이 얻어진다. 맥동 직류 전류(pulsed direct current)는 자동차에 사용하기 편리하지만, 교류 전위(alternating potential) 예를 들어 동일하거나 유사한 특성의 사인 파 또는 삼각 파가 사용될 수 있다.

Claims (27)

  1. 전극의 대향면이 실질적으로 균일하게 이격되며 그 대향면 사이에 소정의 공간을 한정하는 대향면을 갖는 한 쌍의 전극(1, 2; 21, 22)을 포함하는 기체상태 매체를 플라즈마-이용 처리하기 위한 반응기에 있어서,
    유전체로 이루어진 본체(5; 23)가 전극(1, 2; 21, 22) 사이에 위치되어 이 전극 사이의 상기 공간을 다수의 가스 통로(6; 24)로 분할하며, 이 가스 통로의 길이는 전극(1, 2; 21, 22)의 대향면 사이에서 연장하며, 가스 통로는 상기 대향면에 대해 횡방향에서 서로에 대해 이격되어 전극(1, 2; 21, 22) 사이의 공간에 걸쳐 실질적으로 균일하게 전기장이 분포되는 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전극(1, 2; 21, 22)이 유전체 물질로 이루어지는 본체(5; 23)에 매입되며(embedded), 이 본체는 전극(1, 2; 21, 22) 사이의 공간에 걸쳐 연장하고 유전체로 이루어진 본체(5; 23)의 길이방향으로 연장하는 다수의 가스 통로(6; 24)를 포함하여 전극(1, 2; 21, 22) 사이의 공간에 걸쳐 연속적으로 연장하는 다수의 전기적으로 등가인 플라즈마 체적을 제공하는 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유전체 물질이 알파 또는 감마 알루미나, 코디어라이트, 멀라이트, 알루미노규산염 세라믹, 실리콘 카바이드, 운모함유 유리 또는 이들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 반응기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가스 통로(6; 24)가 이 통로를 지나가는 기체상태 매체에 대해 촉매적으로 활성인 표면을 제공하도록 적용되는 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    가스 통로(6; 24)의 표면이 촉매적으로 활성인 물질로 도핑되거나 또는 이온 교환되어 처리되거나 함침 또는 코팅되는 반응기.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 촉매적으로 활성인 표면은 내연기관의 배기가스로부터 일산화탄소, 다핵방향족 탄화수소를 포함하는 탄화수소, 탄소함유 분진을 포함하는 분진, 질소함유 산화물 및 다른 규제되거나 또는 규제되지 않는 연소 생성물 중의 하나 이상의 방출을 감소시키도록 촉매적으로 활성인 반응기.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매적으로 활성인 표면은 알파 및 감마 알루미나와 이들 상의 혼합물과, 바륨 티탄염을 포함하는 티탄염과 같은 강유전체 물질과; 아나타스 상의 티타니아를 포함하는 티타니아(titania)와; 지르코니아, 바나디아, 은 알루민산염(silver aluminate)과, 적층된 페브로스카이트, La2CuO4, La1.9K0.1Cu0.95V0.05O4및 La0.9K0.1CoO3을 포함하는 페브로스카이트와, 첨정석(spinel)과; 코발트 산화물 도핑된 알루미나와; 포타슘 메타바나데이트, 세슘 메타바나데이트를 포함하는 바나듐산염(vanadate)과, 포타슘 파이로바나데이트 및 세슘 파이로바나데이트를 포함하는 파이로-바나듐산염과, ZSM-5, Y, 베타, 모더나이트(mordenite)와 같은 금속 도핑된 제올라이트와, 제올라이트, 특히 나트륨-Y 제올라이트를 함유하는 알칼리 금속 및 이들 물질과의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되며, 이들 모든 제올라이트는 세륨과 란탄과 같이 양이온(cation)을 촉진하는 부가적인 촉매를 구비하거나 또는 구비하지 않는 철, 코발트 또는 구리를 포함할 수 있는 반응기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가스 통로(6; 24)는 절연 충전 물질로 이루어진 가스 침투성 본체를 포함하는 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연 충전 물질은 유전체 물질을 포함하는 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유전체 물질은 촉매적으로 활성인 반응기.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 유전체 물질은 촉매적으로 활성인 물질로 함침, 코팅 또는 다른 방식으로 처리되는 반응기.
  12. 제 9 항에 있어서,
    유전체 물질은 가스 통로(6; 24) 내의 플라즈마에 노출되어 촉매적으로 활성인 특성을 발현하는 반응기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    전극(1, 2; 21, 22)이 편평(planar)하고, 가스 통로(6; 24)는 주요 가로방향 치수(transverse dimension)가 상기 전극(1, 2; 21, 22)의 대향면의 치수에 평행한 일반적으로 직사각형인 단면을 갖는 반응기.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    전극(21, 22)은 두 개의 동심(concentric) 원통 형태이고, 가스 통로(24)는 규칙적으로 이격된 다수의 원통 형태의 슬롯(slot)을 포함하는 반응기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가스 통로(6; 24)는 전극 사이의 공간에 걸친 전압차가 반응기에 인가되는 전압의 절반이되도록 배치되는 반응기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    반응기용 전원공급장치는 스타터 발전기 댐퍼 통합 시스템(integrated starter alternator damper system)으로 구비되는 반응기.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    연료 전지, 가스 터빈, 태양 전지 또는 열교환기가 반응기용 전기를 생성하는 주요 또는 보조 동력 공급장치로 사용되는 반응기.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    배기가스 제어 시스템의 일부로 통합되는 반응기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 배기가스 제어 시스템은 엔진 제어 시스템과 연계하여 사용되는 반응기.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 배기가스 제어 시스템은 가스 통로(6, 24)에 연속하여 반응기의 플라즈마 영역 외측의 부가적인 가스 통로를 포함하며, 상기 부가적인 가스 통로는 촉매적으로 활성인 가스 침투성 물질을 포함하는 반응기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 부가적인 가스 통로 내의 촉매적으로 활성인 물질은 유전체 물질을 포함하는 반응기.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 부가적인 가스 통로 내의 촉매적으로 활성인 물질은 중합체 또는 금속 물질을 포함하는 반응기.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 부가적인 가스 통로 내의 촉매적으로 활성인 가스 침투성 물질은 구(球), 펠릿, 압출물(extrudate), 섬유, 시트(sheet), 웨이퍼, 프릿(frit), 메시(mesh), 코일, 폼(foam), 막, 세라믹 허니콤 모노리스(ceramic honeycomb monolith) 또는 미립자(granule)의 형태이거나 또는 세라믹 폼(foam) 또는 세라믹 허니콤 모노리스 상의 코팅인 반응기.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중의 어느 한 항에 따른 반응기를 사용하여 기체 상태의 매체를 플라즈마-이용 처리하는 방법에 있어서,
    질소함유 산화물 처리용 환원제가 상기 가스 통로(6, 24) 또는 상기 부가적인 가스 통로에 공급되는 플라즈마-이용 처리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 환원제는 탄화수소 또는 질소함유 화합물을 포함하는 플라즈마-이용 처리 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 환원제는 연료 연소시 유도되어 남게 되는 탄화수소를 포함하는 플라즈마-이용 처리 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    환원제는 암모니아, 요소 또는 시아누르 산(cyanuric acid)으로부터 선택된 질소를 함유하는 화합물을 포함하는 플라즈마-이용 처리 방법.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0020430D0 (en) * 2000-08-18 2000-10-04 Aea Technology Plc Plasma assisted gas reactors
US20040208804A1 (en) * 2001-08-25 2004-10-21 Hall Stephen Ivor Non-thermal plasma reactor
FR2836397B1 (fr) * 2002-02-27 2004-04-23 Renault Reacteur pour le traitement par plasma d'un flux gazeux, notamment des gaz d'echappement produit par le moteur a combustion interne d'un vehicule automobile
KR20030075472A (ko) 2002-03-19 2003-09-26 현대자동차주식회사 플라즈마 반응기 및 그 제조방법과 플라즈마 반응기가채용된 차량의 배기가스 저감장치
US20040042947A1 (en) * 2002-08-28 2004-03-04 John Hoard Method for NOx reduction
JP2004176703A (ja) * 2002-10-02 2004-06-24 Toshiba Corp ガス浄化装置およびガス浄化方法並びにガス浄化装置に使用する放電反応体
US7429761B2 (en) * 2003-12-19 2008-09-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High power diode utilizing secondary emission
DE102006023069B4 (de) * 2006-05-17 2008-09-18 Johannes Dipl.-Ing. Schedler Plasmareaktor und Verfahren zur Abreinigung von luftgetragenen Schadstoffen und Keimen, sowie Schüttgut zur Befüllung des Plasmareaktors
JP2009262098A (ja) 2008-04-28 2009-11-12 Ne Chemcat Corp 選択還元触媒を用いた排気ガス浄化方法
KR101182356B1 (ko) 2012-04-27 2012-09-20 한국기계연구원 유해 기체 제거용 플라즈마-촉매 반응기 및 이를 이용한 유해 기체 처리 방법
DE102012010342A1 (de) * 2012-05-25 2013-11-28 Al-Ko Kober Ag Luftreinigungsgerät
DE102014226923A1 (de) * 2014-12-23 2016-06-23 Technische Universität Clausthal Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Ammoniak aus Gas
LU92624B1 (de) * 2014-12-24 2016-06-27 Sc Concepts Sa Verfahren und eine vorrichtung für den abbau von schadstoffen aus abgassen
US10337105B2 (en) * 2016-01-13 2019-07-02 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for valve deposition cleaning and prevention by plasma discharge
US11745229B2 (en) 2020-08-11 2023-09-05 Mks Instruments, Inc. Endpoint detection of deposition cleaning in a pumping line and a processing chamber
US11664197B2 (en) 2021-08-02 2023-05-30 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for plasma generation

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US822981A (en) * 1904-01-25 1906-06-12 John B Timberlake Garment-hanger.
US4954320A (en) * 1988-04-22 1990-09-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Reactive bed plasma air purification
EP0366876B1 (en) * 1988-10-05 1993-05-12 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas treating apparatus
JPH0427414A (ja) * 1990-05-22 1992-01-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス処理装置
DE4416676C2 (de) 1994-05-11 2002-11-07 Siemens Ag Vorrichtung zur Entgiftung von Abgasen aus mobilen Anlagen
US5822981A (en) * 1996-08-19 1998-10-20 Hughes Electronics Corporation Automatic control system and method for corona discharge pollutant destruction apparatus
GB9803817D0 (en) * 1998-02-25 1998-04-22 Aea Technology Plc A component for gas treatment

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JP2002538361A (ja) 2002-11-12

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