(57)【要約】【課題】ガス状媒体の処理のための非熱的プラズマ反応器を提供する。【解決手段】本発明によるガス状媒体の処理のための非熱的プラズマ反応器は、スタックの複数の両面フィルタ素子を備え、素子は、高電圧及びアースに交互に接続可能であり、かつ連続するフィルタ素子間に誘電体バリアが設けられ、ガス状媒体は、フィルタ素子に流れ込むように拘束されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状媒体の処理のための非熱的プラズマ反応器であって、
高電圧及びアースに交互に接続可能であり、かつ連続的なフィルタ素子間に誘電体バリアが設けられている、積み重ねられた複数の両面フィルタ素子を備え、
前記ガス状媒体は、前記フィルタ素子に流れ込むように拘束されることを特徴とする非熱的プラズマ反応器。
【請求項２】
前記フィルタ素子は、環状であることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記フィルタ素子は、中空であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器を備えている車両、船舶又は発電装置。
【請求項５】
微粒子を除去するためにガス状媒体を処理する方法であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器の中を、ガス状媒体を通過させる段階と、及び
断続的又は連続的に前記反応器でプラズマを生成する段階と
を具備することを特徴とする方法。
【請求項６】
ガス状媒体からの微粒子の除去のために請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスからの炭素質微粒子又は煤（すす）を含んでいる微粒子の除去のための、そして特に内燃機関からの排気ガスのようなガス状媒体の処理のためのフィルタ素子を備えている非熱的プラズマ反応器に関する。係る生成物は、内燃機関の排気及び焼却からの排ガス又は製薬産業、食品加工業、塗料製造業、染料生産業、繊維産業及び印刷工業からのようなその他の産業プロセスで直面する。石炭火力発電所及びガス・タービンもこの方法で処理することができる排ガスを生成する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス流から微粒子を捕捉しかつ除去する改良された方法に対する要求が存在する。米国特許第５，８５３，４３７号公報及び第６，０６３，１５０号公報は、微粒子がフィルタで捕捉されるシステムを開示する。フィルタは、微粒子を燃焼させるためにフィルタを加熱することによって次いで再生される。米国特許第６，５１７、７８６号公報は、フィルタを再生するためにプラズマが用いられる反応器を開示する。ガス流からの微粒子のかなり効率的な濾過による主要な挑戦の一つは、フィルタが詰まる前に、フィルタを成功裏に再生することによって、微粒子の蓄積によってもたらされるフィルタにわたる関連圧力降下を最小化することである。フィルタが非熱的プラズマ反応器に組み込まれる場合、プラズマは、再生が要求される場合に連続的に又は断続的に生成されうる。特定のトラップとして動作する基板（例えば、フィルタ物質）とのプラズマの組合せが知られている。
【０００３】
米国特許第６，５１７，７８６号公報は、反応器に入ってくるガスの流れの方向に沿って配列された多孔質（多孔性）電極を備えている汚染物質の分解のための非熱的プラズマ反応器を開示する。反応器で処理された排ガス（廃ガス）は、ガス状の成分に対して透過性を有するが煤粒子に対してフィルタのように動作するように設計される多孔質電極を通り抜けるように拘束される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の反応器は、ガス状媒体に存在する微粒子汚染物質の量におけるかなりの低減を供給する可能性を有している。しかしながら、実際にはこの種の反応器は、主に反応器の容積毎の低い表面領域による背圧の諸問題を欠点としている。反応器が、例えば、自動車からの排ガスの全てを処理することができるようにするために、米国特許第６，５１７，７８６号公報に開示された種類の反応器は、多孔性電極の十分に大きな表面領域を供給するために大きくなければならない。これは、実際に用いるにはあまりにも大きい反応器を典型的に結果としてもたらす。
【０００５】
本発明は、この問題を取り扱うことを目的とするものでありかつに反応器の所与の容積に対してフィルタのより大きい表面領域を有する非熱的プラズマ反応器を提供することを求める。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、高電圧とアースに交互に接続可能であり、かつ連続するフィルタ素子間に誘電体バリアが設けられた、積み重ねられた複数の両面フィルタ素子を備え、ガス状媒体は、前記フィルタ素子に流れ込むように拘束されることを特徴とする、ガス状媒体の処理のための非熱的プラズマ反応器を提供する。
【０００７】
反応器は、２、３、４、５又はそれ以上のフィルタ素子のような、複数のフィルタ素子を備えている。好適には、反応器は、１０、１５、２０、３０又はそれ以上のフィルタ素子のような、複数のフィルタ素子を備えている。特定の反応器で要求されるフィルタ素子の数は、素子の大きさ、反応器の大きさにおける空間制限、フィルタの再生の頻度及び処理されるガス状媒体の種類により変化する。
【０００８】
フィルタ素子は、反応器のプラズマ容積におけるフィルタの表面領域を最大化するために両面構造である。反応器は、プラズマが可能な限り大きなフィルタ領域の割合にわたり形成されるように典型的に配置される。一実施形態では、スタックのいずれかの終端におけるフィルタは、片面構造でかつこれらのフィルタの外側面は、フィルタ素子のこれらの面がプラズマによって矯正(remediate)されないように固体である。
【０００９】
フィルタ素子は、導電性材料を備えている。フィルタ素子は、非熱的プラズマ反応器の電極として動作し、かつ素子は、全体として導体である。好適な実施形態では、フィルタ素子の全ての構成要素は、導体である。フィルタ素子は、微粒子を捕捉するがガスに対して透過性であるフィルタ材料を備えている。典型的には、フィルタ素子の可能な限り大きな割合は、フィルタ材料で作られる。しかしながら、フィルタ素子の部分は、全体として素子に必要な剛性を供給するために固体でありうる。フィルタ素子の部分は、フィルタ素子を互いに又は反応器に接続するために用いられうる。例えば、環状フィルタ素子は、ハブと呼ばれうる中央部分又はリングを備えうる。フィルタ素子は、金網フィルタクロス、金属繊維、焼結金属繊維材料又は焼結金属粉末材料を備えうる。金網フィルタクロスの一例は、G Bopp & Co.によって製造されるものである。焼結金属繊維材料の例は、Porvair Filtration Group Limited から入手可能なものである−ステンレス鋼で作られたMicrofiltrex (Fareham, UK)及びBekhaert (Belgium) Monel, Inconel, Hastelloy及びFecralloy。焼結金属粉末で作られたステンレス鋼ディスクは、Dynapore SPMの名称の下で売られているMartin Kurz & Co. Inc.及びPorvair Filtration Group Limited - Microfiltrexから入手可能である。ステンレス鋼は、一般に、フィルタに対して好適な金属である。Hastelloy及びFecralloyは、特に好適な材料である。ＷＯ９８/５２６７１号公報に記述されているようなフィルタは、本発明における使用に適する。
【００１０】
好適な実施形態では、フィルタ素子は、中空である。
【００１１】
フィルタ素子は、典型的には実質的にフラット（平坦）である。好適な実施形態では、フィルタは、環状であり、好適にはフィルタは、フラットでかつ環状である。別の実施形態では、フィルタは、長方形、正方形、四辺形又は、五角形又は六角形のような別の多角形の形状である。
【００１２】
フィルタ素子は、各フィルタ素子の内部の空間が反応器の外側である空間とだけ連絡するような方法で反応器の構造体に取り付けられる。このようにしてフィルタ素子の内部の空間に移行するガスは、反応器を出ることができる。
【００１３】
例えば、フィルタ素子が形状が環状である場合には、反応器の外側カンは、典型的に円筒形である。ガス状媒体は、反応器に入りかつフィルタ素子に流れ込む。フィルタ素子は、各フィルタ素子の内側の空間が、反応器空間から分割される反応器の中心の円筒形チャンバと連絡するように一緒に接続されうる。それゆえに、ガス状媒体は、中心円筒形チャンバを通って反応器を出るためにフィルタ素子に流れ込まなければならない。
【００１４】
フィルタ素子が正方形、長方形又はその他の多角形板の形式である場合には、素子は、全て、反応器空間に流れ込んでいるガス状媒体が反応器のその壁を通って反応器を出るように反応器の一つの壁に接続されうる。
【００１５】
フィルタ素子は、適切な手段によってアース及び高電圧に接続可能である。一実施形態では、アース及び高電圧への接続は、フィルタ素子内、例えば、環状フィルタ素子のハブの内側にある。別の実施形態では、例えばアース接続のような、接続のあるものは、フィルタ素子を反応器の外側カンに接続することによって達成されうる。
【００１６】
誘電体バリアは、隣接するフィルタ素子間の空間にわたり電位を供給するために電源がフィルタ素子に接続される場合に、誘電体バリア型放電と呼ばれる種類の非熱的プラズマを供給するように配置された材料の層である。誘電体材料は、例えば、アルミナ又はシリカのようなセラミック材料又はその他のセラミック材料でありうる。石英（水晶）、ガラス、ガラス-セラミック及びMICATHERMのような雲母ガラスもまた可能な材料である。
【００１７】
典型的にはスタックの上部及び下部のフィルタ素子は、アースに接続される。
【００１８】
一実施形態では、フィルタ素子間の空間は、空である。ガス状媒体は、空間を通過するが、電極間の空間にそれが通り抜けるか又は通り越すための充填材料又は触媒物質が存在しない。
【００１９】
別の実施形態では、フィルタ素子間の空間のあるもの又は全ては、充填材料で充填される。充填材料は、反応器の性能を改良する材料である。反応器が動作している温度に耐えなければならない。充填材料は、誘電体材料である。適切な材料は、それらに限定されないが、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニアの酸化物、ガラス、ガラス-セラミックス、混合酸化物、複雑酸化物及び金属ドープ酸化物のような、セラミック材料を含む。後者の例は、銀-ドープ・アルミナである。充填は、球、ペレット、押出品、繊維、ブランケット、フェルト、シート、ウェーハ、フリット、コイル、フォーム、グレード・フォーム、膜、セラミック・ハニカム・モノリス又はグラニュールの形式でありうる。
【００２０】
充填材料は、更なるフィルタ材料として、又は触媒に対するサポートとして、又は触媒自体又はその混合物として、動作しうる。異なる触媒の組合せを用いることができる。メタバナジン酸、ピロバナジン酸のようなバナジン酸、及びペロブスカイトは、触媒の例である。ゼオライト及び金属含有ゼロライトは、触媒機能を有する。ゼオライトの例は、ＺＳＭ−５、Ｙ、β、モルデナイトであり、かつ金属ガン中ゼオライトで用いることができる金属の例は、銅、銀、鉄、コバルトである。セリウム及びランタン（ランサナム）のような促進陽イオン（カチオン）は、ゼオライト成分に存在しうる。好適な触媒は、銀ドープ・アルミナである。触媒は、充填材料について上記した形状のいずれか又は誘電体材料のコーティングとして又は誘電体材料内に含まれた形式でありうる。好適な充填材料は、例えば、ブランケット又は真空形成形状の形式の、Saffil(サフィル)（９５重量％アルミナ：５重量％シリカ）のような誘電体繊維材料である。
【００２１】
充填材料は、ガス状媒体の有害排ガスの処理を改良するためにＮＯ2へのＮＯ又はＮ2へのＮＯx（ＮＯ及びＮＯ2）の変換のための触媒のような触媒で被覆されうる。充填材料又はフィルタ素子は、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素への炭素の変換に対する触媒で被覆されうる。
【００２２】
ガス状媒体が反応器を通過すると同時に、プラズマは、連続的又は断続的に生成されうる。また、二つの反応器は、並列に接続されうるしかつ各反応器は、交代でガスをその中を通過させる。次いでプラズマは、例えば、処理のためのガス状媒体が他の反応器を通過している場合には断続的に、又は連続的に、各反応器で生成されうる。また、ガス状媒体は、同時に並列に二つの反応器を通過されうる。
【００２３】
また、本発明は、本発明による反応器を備えている自動車、バン、大型トラック又はタンク車のような車両も提供する。また、本発明は、本発明による反応器を備えている船舶も提供する。また、本発明は、本発明による反応器を備えている燃焼機関発電機、例えば、Ｇｅｎｓｅｔのような、発電装置も提供する。
【００２４】
また、本発明は、ガス状媒体を本発明による反応器を通過させる段階と、断続的又は連続的に反応器でプラズマを生成する段階とを具備する微粒子を除去するためにガス状媒体を処理する方法も提供する。反応器のフィルタ素子は、プラズマによって再生される。そこで、プラズマは、フィルタ素子を再生するために必要な回数だけ生成される。
【００２５】
本発明は、ガス状媒体からの微粒子の除去のために本発明による反応器の使用を提供する。特に、本発明は、排出ガス又は排ガスが生成されるような車両、発電所又はその他の状況における本発明による反応器の使用を提供する。
【実施例】
【００２６】
ここで、例示により添付した図面を参照して本発明の実施形態である反応器の特定構造を説明する。
図１は、両面フィルタ素子３及び５が環状ディスクの形式である本発明の好適な実施形態による反応器を示す。反応器は、接地されるそれらのフィルタ素子３に対してアース接続２として動作する外側導電性カン１を備えている。反応器は、たった５個のフィルタ素子３，５が示されかつ接地されそして高電圧にそれぞれ接続される、必要により２１個、３１個又はそれ以上のフィルタ素子を備えている。フィルタ素子３は、フィルタ素子の円周（外周）の回りの点でタブ４により反応器２の外側カンに接続されている。介在（仲介）フィルタ素子５は、反応器の中心のスポーク７によって高電圧接続６に接続される。誘電体バリア８は、各連続フィルタ素子３、５の間に配置されている。誘電体バリア８、フィルタ３及び５、そして誘電体物質の輪９は、反応器の中心に中央円筒形空間１０を一緒に定義する。本発明の別に実施形態では、各誘電体バリア８及び隣接する輪９は、単一のコンポーネント（図示せず）を一緒に形成しうる。反応器へのガスの流れは、図１に矢印で示した経路を辿る。ガスは、フィルタ素子３、５及び誘電体バリア８の外側エッジの回りを通り、そしてフィルタ素子３、５と誘電体バリア８との間の空間へ移行する。プラズマは、反応器の動作中に空間１１で形成される。ガスの微粒子は、フィルタ表面で捕捉され、フィルタ表面でプラズマによって微粒子を矯正する(remediate)ことができる。ガスは、フィルタ素子３、５の内側の空間１４に移行する。空間１４から反応器の中心の中央空間１０に流れ込みそれから矢印の方向に反応器を出る。構造体１２及び１５（概略的に示す）は、反応器のいずれかの終端でバリアを形成しかつ反応器を通り抜ける場合にフィルタ素子を通って流れるようにガスを拘束する。高電圧接続６は、絶縁構造体１３によって反応器カン１から絶縁される。
高電圧に接続されたフィルタ５の終端１６と反応器２のカンとの間の距離は、アーク放電がこの空間にわたり形成されないようなものである。
【００２７】
図２は、図１の反応器で示したフィルタ５の平面図を示す。フィルタ５は、形状が環状である。フィルタは、輪の中心のスポーク７及び導体６を介して高電圧電源に接続される。
【００２８】
図３は、図１の反応器で示したアースに接続したフィルタ３の平面図を示す。アースへの接続は、反応器（図示せず）の外側カンに接続されるタブ４を介して行われる。
【００２９】
図４は、フィルタ素子２１、２２が、正方形、長方形又は別の正多角形又は任意形状の多角形の形状でありうる平板の形式である本発明の別の実施形態を示す。図４は、反応器を通る断面を示す。反応器は、５つのフィルタ素子２１、２２を備えている。フィルタ素子２１の３つは、反応器２６の外側カンに接続され、フィルタの一つの側面に取り付けられたタブ２５によって、接地される。残りの２つのフィルタ素子２２は、チャネル２８を通って高電圧接続（図示せず）に接続されている。各フィルタ素子は、誘電体バリア２３によって次のフィルタ素子から分離されている。誘電体バリア２３、絶縁ブロック２７及びフィルタ素子２１、２２が図の右手側に示した反応器の側面を構成する。反応器に移行するガスは、矢印によって示された経路を辿りかつフィルタ素子の終端の回りを回りそしてフィルタ素子２１、２２と誘電体バリア２３との間の空間２４へ移行する。反応器が使用中である場合にプラズマが空間２４に形成される。ガスはフィルタ素子へ移行しそしてチャネル２８を通って反応器を出る。
【００３０】
図１及び４は、本発明による反応器の二つの例を示すだけであるということが理解されるであろう。反応器は、より多くの又はより少ないフィルタ素子を含みうる。図１及び４に示した反応器は、アースに接続された上部及び下部のフィルタ素子を示す。しかしながら、これはアーク放電が発生することを防ぐために典型的にフィルタ素子と反応器のカン又は隣接する導体との間に大きな距離を必要とするが、上部及び/又は下部のフィルタ素子は、必要ならば高電圧に接続されうる。
【００３１】
高電圧に接続されたフィルタ素子１６、２２のエッジとアースに接続された外側カンとの間の距離は、アーク放電が空隙にわたり発生しないようなものである。必要な空隙は、典型的に、空気中の印加電圧１０ｋＶ毎に１インチ（０．０２５４ｍ）の範囲である。
【００３２】
フィルタ素子３及び５への電気的接続を形成する代替の方法を、参照がここでなされる図５及び６に示す。
【００３３】
図５は、環状フィルタ素子（図５には図示せず）のハブ５２を示す。ハブ５２は、２つの内向きに突出している導電性タブ５３を組み込んでいる。フィルタ素子は、絶縁誘電体板５６によってスタックで次のフィルタ素子から分離される。ロッド５４及び５５は、誘電体板５６を貫通する。また、ロッド５４は、タブ５３も貫通し、かつタブへの電気的接続を供給する。ロッド５４は、例えばスタックの一つの終端で、高電圧電源（図示せず）に接続されている。隣接フィルタ素子は、アース電位であるロッド５５に、突出している導電性タブ６３を更に通って接続することができる。それゆえに、代替のフィルタ素子は、高電圧及びアース電位である。
【００３４】
図６は、二つの隣接するフィルタ素子５７、６７のハブ５２、６２の切断斜視図を示す。ハブ５２、６２は、放射状の穴（ラジアル・ホール）５８によって穿孔されている。下方のフィルタ素子５７は、ロッド５４に接続された内向きに突出している導電性タブ５３を伴ったハブ５２を有する。上方のフィルタ素子６７は、ロッド５５に接続されたタブ６３を伴ったハブ６２を有する。誘電体板６６は、ハブ５２及び６２を互いに絶縁しかつフィルタ素子５７，６７の外径を越えて拡張する。ハブ５２の下は、更なる誘電体層５６である。この配置は、フィルタ素子のより大きなスタックを形成するために繰り返すことができる。ロッド５４は、高電圧に接続されかつロッド５５は、アースに接続されるか、逆もまた同様である。
【００３５】
使用において、排ガスは、図１に関して上述したのと同じような方法でフィルタ素子５７、６７に入り、そしてフィルタされた排ガスは、放射状の穴５８を通って反応器のハブ５２、６２に入る。次いで、排ガスは、反応器を出るためにハブのスタックに沿って流れる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による反応器の断面図である。
【図２】図１に示すフィルタ５の平面図である。
【図３】図１に示すフィルタ４の平面図である。
【図４】本発明による反応器の断面図である。
【図５】本発明で用いられる環状フィルタのハブの平面図である。
【図６】図５に示す環状フィルタのハブの切断図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月12日(2006.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状媒体の処理のための非熱的プラズマ反応器であって、
反応器の電極として動作しかつ高電圧及びアースに交互に接続可能であり、かつ連続的なフィルタ素子間に誘電体バリアが設けられている、積み重ねられた複数の両面フィルタ素子を備え、
前記ガス状媒体は、その両側を通って前記フィルタ素子に流れ込むように拘束されることを特徴とする非熱的プラズマ反応器。
【請求項２】
前記フィルタ素子は、環状であることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記フィルタ素子は、中空であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器を備えている車両、船舶又は発電装置。
【請求項５】
微粒子を除去するためにガス状媒体を処理する方法であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器の中を、ガス状媒体を通過させる段階と、及び
断続的又は連続的に前記反応器でプラズマを生成する段階と
を具備することを特徴とする方法。
【請求項６】
ガス状媒体からの微粒子の除去のために請求項１から３のいずれか一項に記載の反応器の使用。
【国際調査報告】
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2007528291.tif 000010