(57)【要約】内燃機関からの排気ガス、及び工業プロセス及び燃焼からの排出ガスのような排出ガスのプラズマアシスト処理用反応器（１００）。該反応器は、内燃機関からの炭素系燃焼生成物のような排出物の有害成分のプラズマアシストプロセス段階を含む。ダイバータバルブ（１１９）は、例えばある段階が未処理の炭素系燃焼生成物によってブロックされる場合、少なくともその段階を迂回することを提供する。反応器の特定の形態において、処理段階は形式的にモジュラーである。
2004508499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガス、又は工業プロセス又はそれからの有害な燃焼生成物の排出を低減する燃焼からの排出ガスのような排出ガスのプラズマアシスト処理用反応器であって、排出ガス源との接続に適した反応器チャンバーを備え、少なくともその一部がガス透過性である中心軸方向ダクトと、必要に応じてそれを介して通過するガスから炭素系燃焼生成物を除去することを含む第１段階処理の実行に適した材料の第１ガス透過性床と、ここで前記第１ガス透過性床は中心ダクトのガス透過性領域を取り囲むものであり、第１ガス透過性床の穴のガス中に非熱プラズマを発生させ、かつ、またそれを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つガス透過性床で軸方向ダクトを取り囲む手段と、及び最初にガスを中心ダクトを取り囲む活性材料の第１領域を介して通過させ、次いで中心ダクトを取り囲む活性材料の少なくとももう１つの領域を介して通過させる１つの状態及びガスを直接反応器の中心ダクトを介して通過させる第２状態に適した分流器とを含む前記反応器。
【請求項２】
それを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つのガス透過性床が活性材料の第１ガス透過性床上に半径方向に重ね合わせられた、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
活性材料の前記第１ガス透過性床が中心ダクトの周りに規則的に配置され、電気的に並列に接合された複数の軸方向に引き伸ばされるモジュールによって提供される、請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
さらに、それを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つのガス透過性床が形式的にモジュラーであり、各モジュールがプラズマ活性化ガス透過性床のモジュールと結合している、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
それを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つのガス透過性床が前記第１ガス透過性床に対して軸方向に移動する、請求項１に記載の反応器。
【請求項６】
第１ガス透過性床の穴のガス中に非熱プラズマを発生させる手段が並列に接合された内部金属被覆セラミックチューブの少なくとも１つのリニアアレイを含み、該チューブは誘電体障壁プラズマ発生器の単一の高圧電極として作用するように間隔が空いており、第１ガス透過性床の閉じ込めはプラズマ発生器の接地電極として作用するのに適している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項７】
第１ガス透過性床の穴のガス中に非熱プラズマを発生させる手段が第１ガス透過性床の材料に埋め込まれた少なくとも１つのガス透過性電極と、その電極に前記ガス中に非熱プラズマを発生させるのに十分な電圧を印加する手段とを含み、第１ガス透過性床の閉じ込めは接地電極として作用するのに適している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項８】
ガス透過性接地電極によって分離された少なくとも２つの高圧電極が存在する請求項６又は７に記載の反応器。
【請求項９】
活性材料の第１床の穴のガス中に非熱プラズマを発生させる手段が中心ダクトの周囲に規則的に配置され、活性材料の第１床に埋め込まれた軸方向に配向した複数の誘電体障壁プラズマ発生器を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１０】
個々の高圧電源ユニットが前記複数の各プラズマ発生器に備わっている、請求項９に記載の反応器。
【請求項１１】
分流器が第１ガス透過性床とそれを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つのガス透過性床との間に配置され、閉じた場合に、ガスを最初に活性材料の前記第１床を介して通過させ、次いで活性材料の少なくとももう１つのそのような床を介して通過させるために適している、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１２】
分流器が、閉じた場合に、ガスを最初に活性材料の前記第１床を介して通過させ、次いで活性材料の前記少なくとももう１つの床を介して放射状に通過させるのに適している、請求項２〜４又は６〜１１のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項１３】
焼却炉からの排出物及び製薬工業、食品加工業、塗料製造業、染料製造業、繊維工業及び印刷業からの排出物の処理のための請求項１に記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はガス状媒体のプラズマアシスト処理用反応器に関し、特に１種以上の窒素酸化物、炭素系粒子状物質を含む粒子状物質、ポリ芳香族炭化水素化合物を含む炭化水素化合物、一酸化炭素、硫黄酸化物、ダイオキシン、フラン及びその他の規制された、又は規制されていない燃焼生成物の排出の低減に関する。そのような生成物は内燃機関の排気ガス、又は焼却又はその他の工業プロセス、例えば医薬産業、食品加工業、塗料製造業、染料製造業、繊維工業、印刷業及び焼却業からの排出ガス中で発生する。
内燃機関の発達及び使用に関連した主な問題の１つはそのような機関からの有害な排出物である。特にディーゼル機関の場合、最も有害な物質の２つは粒子状物質（主にカーボン）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）である。また、過剰なＮＯｘ濃度は空気／燃料比が化学量論的燃焼で要求されるよりも大きい‘希薄混合気燃焼’方式として知られているもので稼動している火花点火機関によって生成される。ますます厳しくなる排出物規制は内燃機関及び自動車製造業者に、特に内燃機関の排出物からこれらの物質を除去するより効果的な方法を見つけるよう要求する。残念ながら、実際には、内燃機関の排出物の上記成分の１つに関して状況を改善する燃焼制御技術はその他の成分に関して状況を悪くする傾向にあるようである。
【０００２】
内燃機関の排気ガスからの粒子状物質を捕捉するための種々のシステムが、特に粒子状物質で飽和した場合に再利用できるそのような粒子状の排出物のトラップを製造することに関して研究されている。
そのようなディーゼル排気粒子状物質フィルターの例としては、欧州特許出願ＥＰ００１０３８４、米国特許第４，５０５，１０７号、第４，４８５，６２２号、第４，４２７，４１８号及び第４，２７６，０６６号、ＥＰ０２４４０６１、ＥＰ０１１２６３４及びＥＰ０１３２１６６に示されるものが挙げられる。より広い状況においては、また、静電気力によって荷電粒子状物質の析出が知られている。しかし、この場合には、通常析出は大きな平面電極又は金属スクリーン上に生じる。
英国特許第２，２７４，４１２号には、内燃機関の排気ガスから粒子状物質及びその他の汚染物質を除去する方法及び装置が開示されている。放電を利用した酸化によって、例えば非熱プラズマの使用によって粒子状物質を除去する以外に、ＮＯｘの還元を触媒するのに適したペレットの床を使用したＮＯｘガスの窒素への還元が開示されている。
しかし、現在まで、内燃機関排気ガスから排出物、例えば炭素系及び窒素系燃焼生成物を除去することについて完全に効果的であると考えられる物質はなく、興味は２段階システムに向かっている。
【０００３】
米国特許第４，９０２，４８７号及びＣｏｏｐｅｒ及びＴｈｏｓｓによる論文’Ｒｏｌｅ ｏｆ ＮＯ ｉｎ Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ’， ＳＡＥ ８９０４０４， １９８９には、ディーゼル排気ガスが、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する酸化触媒、Ｐｔを横切る２段階システムが記載されている（その後ＮＯ２はフィルターに捕捉される排気ガス流中の炭素系粒子状物質と反応する）。ＮＯ２は堆積されるカーボン粒子を効果的に消費し、こうして還元され、この反応の生成物はＮＯ、Ｎ２、ＣＯ及びＣＯ２である。フィルター上の燃焼触媒、例えば酸化ランタン、酸化セシウムがドープされた五酸化バナジウムが使用されて、炭素／ＮＯ２反応の燃焼温度を約２６５℃に低下させる。
【０００４】
多段階システムは全体的な熱触媒の使用から非熱プラズマ及びディーゼル排気ガスのＮＯｘ成分の処理用触媒の組み合わせに及ぶ。英国特許出願公開第２，２７０，０１３号には、内燃機関からの排出物が低温プラズマにさらされ、次いでプラズマの下流にある触媒を横切る２段階システムが記載されている。英国特許出願公開第２，２７０，０１３号には特に明記されていないが、当然のことながら排出物は窒素酸化物を含み得る。米国特許第５，７１１，１４７号には、非熱プラズマがガス流中のＮＯをＮＯ２に酸化し、次いで後者をＣ３Ｈ６の存在下でγ−Ａｌ２Ｏ３触媒によりＮ２に選択触媒還元する２段階システムが記載されている。該システムはディーゼル機関及び希薄混合気燃焼機関からの酸素を豊富に含む排気ガスと共に使用するためのものである。記載されるシステムにおいて、ディーゼル燃料のような炭化水素はコロナ放電によってより単純な炭化水素に分解され、ＮＯｘが除去されるべき酸素を豊富に含む排気ガスと混合される。次いで、混合された炭化水素及び排気ガスはコロナ放電の他の領域を介して通過し、該領域は粒子状物質のトラップとしてシリカビーズを含んでいてもよい。この領域において、ＮＯｘはＮＯ２に酸化される。ＮＯ２と過剰の炭化水素は、ＮＯ２をＯ２及びＮ２に還元し、炭化水素をＣＯ２及びＨ２Ｏに酸化するために機能する触媒の床を介して通過する。還元段階においてプラズマは必要としない。触媒がＮＯ還元よりもＮＯ２還元により効果的であるため、米国特許第５，７１１，１４７号においては、選択触媒還元の前にＮＯのＮＯ２への変換の前処理が行われる。さらに、十分な炭化水素が、ＮＯのＮＯ２へのプラズマ酸化を促進し、ＮＯ２のＮ２への還元の還元剤として機能するために存在しなければならない。国際公開第００／１８４９４号には、ＮＯ及び炭化水素を含むガス流がプラズマを介して通過し、次いで微小孔性物質、特にＮＯｘの窒素への還元をゼオライトを含む触媒を通過する方法及び装置が記載されている。国際公開第００／１８４８４号に示される結果は、ＮＯｘ還元率が７７％の高さであるが、１００〜３００℃の範囲の温度で使用される触媒に依存して４％の低さでもあり得た。
国際公開第００／４３１０２号及び米国特許第６，０３８，８５４号には、非熱プラズマが排気ガスのＮＯ成分をＮＯ２に酸化し、その後第２段階でＮＯ２が排出物中のカーボン微粒子を酸化する装置が記載されている。
【０００５】
本発明の目的は内燃機関からの排出物、又は工業プロセスからの排出ガス及びその中にある有害成分の排出を低減する焼却からの排出ガスの多段階処理用の実施可能な反応器を提供することである。特に、本発明の目的は、内燃機関の場合、そこからの炭素系及び窒素酸化物燃焼生成物の排出を低減することである。
本発明に基づいて、内燃機関からの排気ガス、又は工業プロセス又はそれからの有害な燃焼生成物の排出を低減する燃焼からの排出ガスのような排出ガスのプラズマアシスト処理用反応器であって、排出ガス源との接続に適した反応器チャンバーを備え、少なくともその一部がガス透過性である中心軸方向ダクトと、必要に応じてそれを介して通過するガスから炭素系燃焼生成物を除去することを含む第１段階処理の実行に適した材料の第１ガス透過性床と、ここで前記第１ガス透過性床は中心ダクトのガス透過性領域を取り囲むものであり、第１ガス透過性床の穴のガス中に非熱プラズマを発生させ、かつ、またそれを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適した材料の少なくとももう１つのガス透過性床で軸方向ダクトを取り囲む手段と、及びガスを、最初に中心ダクトを取り囲む活性材料の第１領域を介して通過させ、次いで中心ダクトを取り囲む活性材料の少なくとももう１つの領域を介して通過させる１つの状態及びガスを直接反応器の中心ダクトを介して通過させる第２状態に適した分流器とを含む前記反応器を提供することである。
【０００６】
それを介して通過するガス中の窒素酸化物の還元を触媒するのに適したガス透過性材料の少なくとももう１つの床は前記第１領域を取り囲んでもよく、又は軸方向のその下流に位置してもよい。
好ましくは、活性材料の前記第１ガス透過性床は中心ダクトの周囲に規則的に配置され、かつ、並列に電気的に結合される複数のモジュールによって提供され、モジュールの数はガスの流速、排出物の濃度、反応器を収容することができる幾何学的空間及び要求される汚染除去の程度によって決定される。
また、前記少なくとももう１つのガス透過性活性材料の床は形式上モジュラーであってもよく、各モジュールは活性材料の前記第１ガス透過性床のモジュールと結合している。
【０００７】
活性材料の第１床の穴で非熱プラズマを発生させる手段は、電解析出可能であり、銀、ニッケル又は銅のような（しかし、これらに限定されない）適した導電性材料で構成される金属被覆層で本質的に被覆され、高圧電源と並列に結合される誘電体チューブのアレイを備えていてもよく、該チューブはあたかもそれらが共に単一の誘電体被覆電極を備えているように、効率的に機能するために十分に接している。また、焼成工程が続く銀ペーストを塗ること又は印刷することは金属被覆で使用されてもよい。金属被覆層の調製は国際公開第００／７１８６６号に記載されている。あるいは、活性材料の第１床の穴で非熱プラズマを発生させる手段は、活性材料の第１床に埋め込まれる１つ以上の円筒型ガス透過性電極を備えていてもよい。
【０００８】
分流器はよく配列されたバタフライ弁又はゲートバルブ備えることができ、それが閉じている場合、排気ガスは少なくとも流れの半径方向成分により活性材料の床を介して透過させ、それが開いている場合、排気ガスは反応器チャンバーの中心ダクトを介して直接通過できる。
活性材料の第１床に適した材料は誘電体、好ましくは我々の特許第２２７４４１２号又は同時継続出願国際公開第９９／１２６３８号に開示されるもののような強誘電体材料である。活性材料の第１床に適したその他の材料は国際公開第９９／３８６０３号及び２００１年２月２日に出願されたＰＣＴ／ＧＢ０１／００４４２に記載されるバナデート及びペロブスカイト、国際公開第００／４３１０２号に記載されるアルカリ金属をドープした酸化ランタン−酸化バナジウム及び酸化セリウムである。
【０００９】
活性材料のその他の床に適した材料は銀又はモリブデンのようなそれに含まれる触媒活性金属を有する、又は有しない活性アルミナである。そのような材料は２００１年４月５日に出願された我々の同時継続出願ＰＣＴ／ＧＢ００／０１５７１に開示されている。その他の床に適したその他の材料はゼオライト材料、ゼオライトＺＳＭ−５、Ｙ、β、モルデナイト等の金属をドープしたアルミナであり、そのすべては鉄、コバルト又は銅を含んでいてもよく、セリウム及びランタンのような補助触媒促進陽イオンを有していてもよく、又は有していなくてもよい。ゼオライトのその他の例としては、フェリエライト（ｆｅｒｒｉｅｒｉｔｅｓ）と同様に窒素酸化物の処理に特に有用なナトリウム−Ｙゼオライトのようなアルカリ金属含有ゼオライト及び窒素酸化物の除去に特に有用な材料である１０重量％までの銀を含む銀含有フェリエライトが挙げられる。
好ましくは、第１床に含まれる材料はこれが材料と高圧プラズマ励起電極との間の電気的に密接な接触を促進するため、特に球形、ペレット、押出成形体（ｅｘｔｒｕｄａｔｅｓ）、シート、ウエハ、フリット、メッシュ、コイル、細粒又はこれらの形状の組み合わせの形態である。
また、その他の床の材料は粒子状の形態であってもよいが、球形、ペレット、押出成形体、シート、ウエハ、フリット、メッシュ、コイル、細粒、膜、泡、セラミックハニカムモノリス又はこれらの形状のいずれかに被覆したもの又はこれらの形状の組み合わせの形態であってもよい。
【００１０】
以下、添付図面を参考にして、本発明を説明する。
図面の図１を参照すると、炭素系燃焼生成物及びそれからの窒素酸化物を除去するための内燃機関、特にディーゼル機関からの排気ガスの処理用反応器は、吸気及び排気スタブ（ｓｔｕｂ）１０２及び１０３を有する円筒型反応器チャンバー１００を具備し、それらによって、内燃機関の排気システムに組み込むことができる。チャンバー１００は密閉フランジ１０６、１０７及び位置決めネジ１０８によって一緒に接合される２つの部分１０４、１０５を有する。
反応器チャンバー１００の内部には、３つの規則的に間隔の開いたプラズマ／触媒モジュール１１０及び架橋部分１１１によって形成される中心ダクト１０９がある。アセンブリは２つの支持部材１１２、１１３によって所定の位置に保持される。支持部材１１２は中央開口部１１４を有するが、それ以外は気密性である。支持部材１１３は軸方向開口部１１６を有する中央軸孔（ｂｏｓｓ）１１５を有する。また、支持部材１１３はプラズマ／触媒モジュール１１０が取り付けられる一連のくぼみ（ｒｅｃｅｓｓｅｓ）１１７及び図面では見ることができない複数の周辺部スロット１１８を有する。軸孔１１５の取り付けはバタフライ弁１１９の形の分流器バルブで行われる。バタフライ弁１１９の操作軸１２０は反応器チャンバー１００の部分１０５の壁部を貫通するスリーブ１２１によって保護される。気密性シールはグロメット１２２によって提供される。支持部材１１３、ダイバータバルブアセンブリ及びシーリンググロメット１２２は、反応器を介して通過する排気ガスの作用温度に耐えることができる材料、例えばステンレス鋼で形成される。
【００１１】
各プラズマ／触媒モジュール１１０は、穴の開いた２つの対向壁部１２４、１２５を有するステンレス鋼エンベロープ１２３、及び穴の開いていない２つの半円筒型端面１２６、１２７を有するプラズマ部分からなる。エンベロープ１２３の縦軸に沿った位置合わせはセラミック材料、例えばアルミナで形成される９つのチューブ１２８で行われる。チューブ１２８の内部は高導電性材料、例えば銀で被覆される。チューブ１２８は約１０ｍｍの間隙を介して互いに一列に並べられ、その間のガス状媒体の通過を可能にする。このようにして、チューブ１２８は共に十分に近接し、誘電体障壁放電反応器の１つの電極を効果的に形成し、そのもう１つの電極はプラズマ／触媒モジュール１１０のプラズマ部分のエンベロープ１２３によって形成され、該モジュールは図示されない接地点と接合される。セラミックチューブ１２８の上流端部は絶縁供給口（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｆｅｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）１３０を介して密閉部材１２９を突き抜け、シュラウド１３２によって覆われる供給ケーブル１３１を介して、図示されない高圧電源と並列に接合される。プラズマ／触媒モジュール１１０のプラズマ部分は、強誘電体材料、例えばチタネート又はジルコネート（ｚｉｒｃｏｎａｔｅ）又は我々の英国特許第２，２７４，４１２号又は同時継続出願国際公開第９９／１２６３８号に開示されているその他の材料を包含する誘電体材料で構成されるビーズ又はペレット１３２ａで満たされている。その他の適した材料はバナデート、ペロブスカイト及びその他のカーボン燃焼触媒、例えばアルカリ金属がドープされた酸化ランタン−酸化バナジウム及びこれらの材料の組み合わせである。プラズマ／触媒モジュール１１０のプラズマ部分の外側の穴の開いた部分１２５はプラズマ／触媒モジュール１１０の扇型触媒部分の内壁を形成する。また、プラズマ／触媒モジュール１１０の触媒部分の外側のアーチ形壁部１３３は穴の開いたステンレス鋼で構成される。
プラズマ／触媒モジュールの触媒部分の放射状に配置された壁部１３４は穴の開いていないステンレス鋼で構成される。
【００１２】
プラズマ／触媒モジュール１１０の両部分の下流端部はステンレス鋼端部プレート１３５によって閉じられている。プラズマ／触媒モジュール１１０の触媒部分の上流端部はマウンティング／サポートブランケット１３７に接続し、また支持部材１１２に接続しているステンレス鋼端部プレート１３６によって閉じられている。プラズマ／触媒モジュール１１０の触媒部分は銀又はモリブデンを含む活性アルミナのような材料のペレットで満たされ、該ペレットはそのプラズマ部分からプラズマ／触媒モジュール１１０の触媒部分に送られる排気ガスを活性化するプラズマの存在下でＮＯｘのＮ２への還元を触媒する。銀又はモリブデンの濃度は窒素酸化物の窒素への触媒的還元を促進するのに十分であるが、窒素酸化物のような望ましくない生成物を回避するのに十分に低い。銀については、２％のＡｇが適切な濃度である。その他の触媒材料はゼオライト材料、ゼオライトＺＳＭ−５、Ｙ、β、モルデナイト等（そのすべては鉄、コバルト又は銅を含んでもよく、さらに触媒を促進する陽イオン、例えばセリウム及びランタンを有し、又は有さない）の金属がドープされたアルミナである。ゼオライトのその他の例はアルカリ金属含有ゼオライト、例えば窒素酸化物の処理に特に有用であるナトリウム−Ｙゼオライト、同様に、また窒素酸化物の除去に特に有用な材料であるフェリエライト（ｆｅｒｒｉｅｒｉｔｅｓ）及び１０重量％までの銀を含有する銀含有フェリエライトである。
インジウムがドープされたゼオライトは使用可能であり、イオン交換はゼオライトに金属を導入するために使用できる。
【００１３】
あるいは、触媒材料床は球、ペレット、押出成形体（ｅｘｔｒｕｄａｔｅｓ）、シート、ウエハ、フリット、メッシュ、コイル、細粒、膜、泡、セラミックハニカムモノリス又はこれらの形のいずれかを被覆したもののガス透過性モノリス体の形であってもよい。
反応器チャンバー１００の部分１０４には、凝縮液の反応器チャンバー１００からの除去のために排水コック１３８が設けられている。図示される反応器は縦に装着されるように意図されているために、排水コック１３８は反応器チャンバー１００の部分１０４の下部端部壁部に配置されている。水平に装着される反応器については、同様な排水コックは反応器チャンバー１００の壁部の円筒型部分に設けてられてもよい。
使用の際、図２に示されるように、最初にダイバータバルブ１１９が閉じられ、排気ガスはプラズマ／触媒モジュール１００のプラズマ部分を通って放射状に流れ、その中では非熱プラズマ状態に励起され、次いでプラズマ／触媒モジュール１１０の触媒部分を通り、周辺のスロットを通って支持部材１１３に送られ、反応器チャンバー１００から排気口１０３から出る。排出システムのバックプレッシャーが監視され、著しい上昇を示す場合、プラズマ／触媒モジュール１１０の少なくともプラズマ部分がプラズマ／触媒モジュール１１０のプラズマ部分で酸化されていない捕捉された粒子状炭素系燃焼生成物でブロックされるようになることを示し、次いでダイバータバルブ１１９が開けられ、排気ガスはプラズマ／触媒モジュール１１０を迂回でき、反応器１００が炭素系燃焼生成物の取り除かれる時間まで、機関はその全能力で作動する。
当然のことながら、プラズマ部分は炭素系粒子状物質だけでなく、内燃機関からの排気ガスのその他の有害成分をも除去することができ、排出がその他のプロセスから誘導される場合、追加の有害成分も除去できる。従って、焼却プロセスにおいて、ダイオキシン及びフランはプラズマによって除去される。
【００１４】
図３は８つのプラズマ／触媒モジュール１１０をもつ反応器の第２の形態を示す。対応する構成部分は同じ参照番号を有する。本発明のこの実施態様では、３つでなく８つのプラズマ／触媒モジュール１１０をもつが、その他の点では本発明の２つの実施態様は同じである。
上述の２つの装置において、内部金属被覆セラミックチューブ１２８のいずれかが機能しなくなった場合、もはや残りのモジュールは影響を受けるプラズマ／触媒モジュール１１０のプラズマ部分の外側エンベロープ１２３に準連続電極を提供せず、そのモジュールは機能しなくなるが、その他のモジュールの動作には影響しない。機能しなくなったモジュールの切断は残りのモジュールが動作できるようにする。
【００１５】
図４には、本発明の第３実施態様の縦断面図を示す。上述の本発明の実施態様の対応する構成部分と同様であるそれらの構成部分は同じ参照番号を有する。
この場合もやはり、内燃機関の排気システムと接続可能にする吸気及び排出スタブ１０２、１０３を有する反応器チャンバー１００が提供される。既に述べたように、反応器チャンバー１００には、フランジ１０６、１０７によって一緒に接合される２つの部分１０４、１０５が存在する。
本発明のこの実施態様において、中心ダクト１０９は、その長さの大部分にわたって穴が開けられたステンレス鋼で構成されるチューブ４０１である。チューブ４０１の下流端部に、既に述べたように、バタフライダイバータバルブ１１９が存在する。チューブ４０１は活性材料の３つの連続床４０２、４０３及び４０４によって取り囲まれ、各層はステンレス鋼チューブ４０５内部に収容され、その長さの大部分にわたって穴が開けられている。活性材料の１つの床の外側閉じ込めチューブは活性材料の次の床の内側閉じ込めチューブを形成する。
最も内側の閉じ込めチューブ４０５は、その長さの大部分にわたって、それと中心チューブ４０１との間のギャップ４０６ができるように成形加工される。容器１００の部分１０４の上流端部は、中心チューブ４０１から放射状に突き出て、閉じ込めチューブ１０５はそれと突き合わせられる。閉じ込めチューブ４０５の下流端部は突き合わせられて、アルミナウールパッキング４０６のディスクによって所定の位置に保持され、また最も外側の閉じ込めチューブ４０５の下流端部に形成されるフランジ４０８と接合される密閉蓋４０７によっても所定の位置に保持される。
第１及び第２（半径方向外向き）閉じ込めチューブ４０５は、床４０２内に配置される円筒型高電位グリッド４０９から等距離である２つの接地電位グリッドを提供するために接地される。高電位グリッド４０９は複数のセラミック絶縁性ピラー４１０によって所定の位置に保持され、その１つである４１１は高電圧フィードスルーとして作用するように適合される。
床４０２は、チタネート又はジルコネートのような強誘電体材料を包含し、粒子状炭素系燃焼生成物の燃焼用触媒である誘電体材料の球又はペレットで満たされる。外側床４０３、４０４は同じ材料で満たされてもよく、又は異なる活性材料又は活性材料の組み合わせで満たされてもよい。異なる活性材料が使用される場合、例えば床４０３はペロブスカイト又はバナデート材料又は金属がドープされたゼオライト材料で構成されてもよく、床４０４は銀又はモリブデンをドープされた活性アルミナ又は金属をドープされたゼオライト又は金属酸化物をドープされたアルミナで構成されてもよい。
また、床４０３、４０４は球、ペレット、押出成形体、シート、ウエハ、フリット、メッシュ、コイル、細粒、膜、泡、セラミックハニカムモノリス又はこれらの形状のいずれかを被覆するものの形態であってもよい。
既に述べたように、最初に反応器はダイバータバルブ１１９が閉じた状態で実施され、排気スタブ１０３を介して反応器チャンバー１００の外側に出る前に、排気ガスが活性材料の床４０２、４０３、４０４を介して放射状に通過するように制約され、次いでプラズマ床４０８が酸化されない炭素系燃焼生成物でいっぱいになるため、ダイバータバルブ１１９が開けられて、排気ガスが直接中心ダクト１０９を介して通過できるようにする。
【００１６】
図５は本発明を具体化する反応器の他の形態を示す。この場合もやはり、図５を参照すると、第１実施態様の同様の構成部分に対応する構成部分は同じ参照番号を有し、反応器チャンバー１００は吸気及び排出スタブ１０２及び１０３を有し、それによって内燃機関の排出システムに組み込まれる。チャンバー１００には、密閉フランジ１０６、１０７によって接合される２つの部分１０４、１０５が存在する。
吸気スタブ１０２は、バタフライダイバータバルブ１１９が取り付けられている領域５０４によって隔てられた２つの穴が開けられた部分５０２、５０３を有するステンレス鋼チューブ５０１によって形成される中心ダクト１０９と通じている。チューブ５０１の下流端部は、環状ウェブ５０５によって支持されている。内部及び外部の穴が開けられたステンレス鋼閉じ込めチューブ５０７、５０８からなるプラズマ床５０６は、バタフライ弁１１９の下流であり、中心チューブ５０１の穴が開けられた部分５０２に広がる。先の実施態様と同様に、内部閉じ込めチューブ５０７は下流端部にヘリを作り、それと中心チューブ５０１の間の空間を提供する。また、既に述べたように、プラズマ床５０６の上流端部は反応器チャンバー１００の部分１０４の上流端部壁部の平坦部分に対する接合点によって閉じられ、プラズマ床５０６の下流端部は環状端部壁部によって閉じられる。円筒型ステンレス鋼グリッド５０９はプラズマ床５０６の半径方向の厚さの約３分の２に置かれる。閉じ込めチューブ５０７、５０８及び中間グリッド５０９は、すべて接地点（図面には示していない）と接続し、接地電極を形成する。
床５０６の各部分の中心には、セラミック絶縁性材料で被覆された穴が開けられたステンレス鋼で構成される高圧グリッド５１０がある。各グリッド５１０はセラミック支持体５１１に取り付けられ、高圧フィードスルー５１２が設けられている。床５０６の各部分は強誘電体材料を包含する誘電体材料で満たされている。適した強誘電体材料はチタネート又はジルコネートである。このように、床５０６の部分は２つの連続した誘電体障壁反応器として作用する。
ダイバータバルブ１１９の下流には、２つの層を成した（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ）触媒床５１３及び５１４がある。触媒床５１３及び５１４は中心チューブ５０１の穴が開けられた部分５０３に沿って広がり、チューブ５０１及び穴が開けられたステンレス鋼チューブ５１５及び５１６の間、及び端部プレート５１７及び５１８の間に収容される。
既に述べたように、触媒心５１３及び５１４は、共に窒素酸化物の還元を触媒する材料で満たされ、外側心５１４はペロブスカイト、又は排気ガス中のプラズマ励起種の存在下でより効率的であるインジウムがドープされたＺＳＭ５のような金属がドープされたゼオライトのような材料で満たされ、内側床は排気ガス中のプラズマ励起種の非存在下でより効率的である銀又はモリブデンがドープされたγアルミナのような材料で満たされる。既に述べたように、床５１３、５１４の材料は球、ペレット、押出成形体、シート、ウエハ、フリット、メッシュ、コイル、細粒、膜、泡、セラミックハニカムモノリス又はこれらの形状のいずれかを被覆するものの形態であってもよい。
最初に、ガスフローパターンが図示されるような場合、反応器はダイバータバルブ１１９が閉じられた状態で作動するが、必要が生じれば、ダイバータバルブ１１９は開けられて、排気ガスが中心ダクト１０９を形成するチューブ５０１を介して直接通過できるようにする。
【００１７】
内燃機関からの排気ガスの処理に関して、本発明を具体化する他の反応器の縦断面図及び横断面図を図６に示す。
図６に示される反応器は図５に示されるものと同じ形態を有し、触媒部分及び分流器バルブはそれ以上説明されない。この場合もやはり、同じ参照番号が対応する構成部分で使用される。
反応器のプラズマ部分には、穴が開けられたステンレス鋼チューブ６０３、６０４及び６０５、反応器チャンバー１００の１つの端部壁部６０６及び環状端部プレート６０７に収容される２つの同軸ガス透過性床６０１、６０２がある。既に述べたように、床６０１、６０２は強誘電体材料、例えばチタネート又はジルコネートを包含する誘電体材料で満たされている。この場合もやはり、最も内側の床閉じ込めチューブ６０３及び反応器の中心ダクト１０９を形成するチューブ５０１の穴が開けられた部分５０２の間にギャップがある。図５を参照して記載される実施態様にあるように、床閉じ込めチューブ６０３、６０４、６０５は接地電極として作用する。
しかし、本発明の既に記載された実施態様の高圧グリッド５１０は、その内側を導電性の高い金属で被覆された隣接するセラミックチューブの２つの環６０７、６０８によって置き換えられる。金属被覆セラミックチューブの２つの環６０７、６０８は、反応器チャンバー１００の部分１０４の端部壁部６０４と接合した保護エンドキャップ６１２を貫通する高圧フィードスルー６１１によって供給される２つの電源環６０９、６１０によって並列に一緒に接続される。本発明の第１実施態様にあるように、金属被覆セラミックチューブの環６０７、６０８は誘電体障壁プラズマ発生器の単一の電極として作用する。
ダイバータバルブ１１９が閉じられた状態及び開けられた状態のガスフローパターンは、本発明の先の実施態様に対するものと同じである。
【００１８】
内燃機関からの排気ガスの処理に関して、本発明を具体化する他の反応器の縦断面図及び横断面図を図７に示す。
この場合もやはり、反応器のレイアウトは図５及び６を参照して説明される実施態様のものと同様であり、相違する部分のみを説明する。
図７を参照すると、分流器バルブ１１９の反応器の上流のプラズマ部分は、並列に接続された１６の誘電体障壁プラズマ発生器７０１からなり、高圧電源環７０２及び反応器チャンバー１００の部分１０４の端部壁部７０５と接続したエンドキャップ７０４を貫通する高圧フィードスルー７０３を介して供給される。用いられる反応器の数はガス状媒体の流速、排出濃度、反応器の収容を可能にする幾何学的空間及び要求される汚染除去の程度によって決定されることに注意されたい。
各誘電体障壁プラズマ発生器７０１は、各端部で閉じられ、その内側を金属被覆されたセラミックチューブ７０６からなる。チューブ７０６の下流端部の終端はドーム型である。金属被覆セラミックチューブ７０６が準連続的電極を提供すべきことは本発明ではないので、それらは本発明の既に記載される実施態様で使用されるものよりも大きな直径のものである。
２つの接地された穴が開けられたステンレス鋼円筒７０７及び７０８は反応器の中心ダクト１０９と同軸であり、１つの壁部で反応器チャンバー１００の部分１０４の端部壁部７０５と接触し、他の壁部で環状支持部材７０９と接触する。チューブ７０５のドーム型端部を支え、配置する支持部材７０８は一連の凹部７０９を有する。閉じ込め円筒７０７及び７０８の間の空間は強誘電体材料を包含する誘電体材料のペレット又はビーズで満たされている。円筒７０７及び７０８は接地された電極として作用し、また円筒７０７の内側は中心ダクト１０９の壁部として作用する。
最初にダイバータバルブ１１９が閉じられた状態、次いで必要な場合に開けられた状態のガスフローパターンは本発明の先の２つの実施態様に対するものと同じである。
各金属被覆チューブ７０６は個別に誘電体障壁プラズマ発生器の高圧電極として作用するため、１つのチューブ７０６が機能しなくなることが反応器のプラズマ部分の残りのチューブの動作には影響しないという意味では、本発明の実施態様はモジュラーである。
【００１９】
図４を参照して説明されるものと同様である本発明の他の実施態様の縦断面図及び横断面図を図８に示し、同様の参照番号が同様の構成部分に使用される。
図８を参照すると、図４を参照して記載される本発明の実施態様の高圧グリッド４０９は隙間なく内部に金属が被覆されたセラミックチューブ８０１の環によって置き換えられ、それは絶縁フィードスルー８０３を介して反応器ケーシング１００の部分１０４の上流端部壁部８０２を貫通する。チューブ８０１は高圧フィードスルー８０６を介してエンドキャップ８０５を貫通する高圧電源環８０４によって並列に一緒に接続される。
既に述べたように、チューブ８０１は十分に接近していて、誘電体障壁プラズマ発生器の単一の準連続的な高圧電極として作用し、その間をガスは流れることができる。
反応器の残りの構成部分及びその動作は図４を参照にして記載された反応器に対するものと同様である。
数十キロヘルツのオーダーの高周波数が使用できるが、反応器用の従来の電源装置は数キロボルトから数十キロボルトのオーダーの電圧及び５０〜５０００Ｈｚの範囲の繰り返し周波数を供給するのに適したものである。パルス状直流及び交互電位、例えば同じ又は同様の特性の三角波又は正弦波が使用できる。
【００２０】
本発明は前述の例の内容に制限されない。例えば、ある応用に関して、高圧電力をケーブル１３１を介して各プラズマ／触媒モジュールに供給する単一の電源ユニットの代わりに、各モジュールに対して個別の高圧電源ユニットを用意することは有利である場合がある。これは、１つのモジュールが機能しなくなる場合に、その他のモジュールが機能しなくなったモジュールの切断を特に条件とする必要もなく、作動し続けることを可能にするであろう。さらに、各モジュールに対して個別の電源ユニットについての複数の小さな空間が単一の電源ユニットについての単一の大きな空間よりもより容易に提供できる点で、空間的な制約がより容易に適応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施態様の横断面図及び縦断面図を示す。
【図２】
そのガスフローパターンを示す図１に図示される本発明の実施態様の部分３次元断面図である。
【図３】
本発明の第２実施態様の横断面図及び縦断面図である。
【図４】
本発明の第３実施態様の縦断面図である。
【図５】
本発明の第４実施態様の横断面図及び縦断面図である。
【図６】
本発明の第５実施態様の横断面図及び縦断面図である。
【図７】
本発明の第６実施態様の横断面図及び縦断面図である。
【図８】
本発明の第７実施態様の横断面図及び縦断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004508499.tif 000003
2004508499.tif 000004
2004508499.tif 000005
2004508499.tif 000006
2004508499.tif 000007
2004508499.tif 000008
2004508499.tif 000009
2004508499.tif 000010
2004508499.tif 000011
2004508499.tif 000012
2004508499.tif 000013
2004508499.tif 000014
2004508499.tif 000015
2004508499.tif 000016
2004508499.tif 000017
2004508499.tif 000018
2004508499.tif 000019
2004508499.tif 000020
2004508499.tif 000021
2004508499.tif 000022
2004508499.tif 000023
2004508499.tif 000024
2004508499.tif 000025
2004508499.tif 000026
2004508499.tif 000027
2004508499.tif 000028
2004508499.tif 000029
2004508499.tif 000030
2004508499.tif 000031
2004508499.tif 000032
2004508499.tif 000033
2004508499.tif 000034
2004508499.tif 000035
2004508499.tif 000036
2004508499.tif 000037
2004508499.tif 000038
2004508499.tif 000039
2004508499.tif 000040
2004508499.tif 000041
2004508499.tif 000042
【国際調査報告】
2004508499.tif 000043
2004508499.tif 000044