JP4329466B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関等からの排気の浄化装置に関するものであって、特に、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(パティキュレート:以下「PM」という。)を除去するための排気浄化装置に関する。 The present invention relates to a purification device for exhaust gas from an internal combustion engine or the like, and more particularly to an exhaust gas purification device for removing particulate matter (particulate: hereinafter referred to as “PM”) discharged from a diesel engine. .
ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されているが、近年特にその排気中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、PMの排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にPMを低減する技術開発とともに、排気中のPMを効率的に除去するための技術の確立が望まれている。 Diesel engines are often installed in automobiles, particularly large vehicles. Recently, it has been strongly desired to reduce PM emissions together with nitrogen oxides, carbon monoxide, hydrocarbons, and the like in the exhaust gas in recent years. Therefore, it is desired to establish a technique for efficiently removing PM in the exhaust gas as well as technical development for fundamentally reducing PM by improving the engine or optimizing combustion conditions.
排気中のPMの除去のためには一般に、セラミックハニカムフィルター、合金フィルター及びセラミック繊維フィルターが用いられている。しかしながらこれらの手法では使用時間が経過するにつれ、捕集された粒状物質によりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。また、ナノサイズPMは基材連通孔での物理的衝突捕集を逃れて捕集されない確率が高い。また、従来のフィルターでPMを捕集した場合であっても、排気熱のみの作用によってはPMの充分な酸化除去は期待できない。 Generally, a ceramic honeycomb filter, an alloy filter, and a ceramic fiber filter are used for removing PM in the exhaust gas. However, with these methods, as the usage time elapses, the trapped particulate matter causes the filter to become clogged, increasing the airflow resistance, resulting in a burden on the engine. In addition, the nano-sized PM has a high probability that it will not be collected by escaping the physical collision collection in the base material communication hole. Further, even when PM is collected by a conventional filter, sufficient oxidation removal of PM cannot be expected by the action of exhaust heat alone.
ディーゼルエンジンの排気浄化装置としては、放電を利用した装置が知られている。例えば特許文献1で示すように、ニードル電極と偏向電極とを囲んで配置した捕集電極を備え、電極間の放電によりディーゼルエンジン排気中のPMを帯電させて、PMを捕集電極に捕集する排気浄化装置が提案されている。しかしながら、この装置は、PMの捕集を行うのみであって、PMを積極的に燃焼除去する装置ではなく、捕集したPMの処理が別途必要であり、この装置にPMの燃焼除去効果を期待することはできない。また、メタルハニカム表面に排気浄化活性のある触媒をコーティングしても、これは剥離する傾向がある。
As an exhaust gas purification device for a diesel engine, a device using discharge is known. For example, as shown in
放電を利用する排気浄化装置としては、図3に示すようなものを考慮することもできる。この図3(a)はこの排気浄化装置30の斜視図であり、図3(b)はこの排気浄化装置30の断面図ある。図3において、排気浄化装置30は、絶縁性ハニカム構造体32、絶縁性ハニカム構造体32の外周に配置されたメッシュ電極のような外周電極36、及びハニカム構造体の中心軸上に配置された棒状電極34を有し、これらの電極34と36との間に、電源18によって電圧を印加する。
As an exhaust purification device using discharge, the one shown in FIG. 3 can be considered. FIG. 3A is a perspective view of the
この図3の排気浄化装置によれば、外周電極36及び棒状電極34との間の電界によって排気流れ中のPMをハニカム構造体に堆積させ、且つこれらの電極間で発生する放電プラズマ及びハニカム構造体上の触媒によって、堆積したPMの燃焼除去を促進できる。
According to the exhaust gas purification apparatus of FIG. 3, PM in the exhaust gas flow is deposited on the honeycomb structure by the electric field between the outer
しかしながらこの排気浄化装置30では、棒状電極34の近傍にしか高電場を発生させることができないので、ハニカム構造体の外周側ではPM捕集効率が低下し、排気清浄化能力も低下する。
However, in this
すなわち、従来公知の放電を利用した排気浄化装置は、PMの捕集及び燃焼除去に関しては必ずしも充分ではない。従ってディーゼルエンジン等から排出される排気中のPMの燃焼除去効率及び捕集効率を高める必要がある。 That is, a conventionally known exhaust purification device using discharge is not necessarily sufficient for PM collection and combustion removal. Therefore, it is necessary to increase the combustion removal efficiency and collection efficiency of PM in the exhaust discharged from a diesel engine or the like.
本発明の排気浄化装置は、導電性ハニカム電極と対電極とを有し、この導電性ハニカム電極が、導電性材料のコーティングを有するセラミックハニカム基材であり、対電極が、導電性ハニカム電極の排気流れ上流側に配置されており、且つ対電極が複数の針状電極部分を有し、この針状電極部分が導電性ハニカム電極の各セル内に配置されている。 Exhaust purification system of the present invention includes a conductive honeycomb electrode and the counter electrode, the conductive honeycomb electrode, a ceramic honeycomb substrate der having a coating of conductive material is, counter electrode, a conductive honeycomb electrode The counter electrode has a plurality of acicular electrode portions, and the acicular electrode portions are disposed in each cell of the conductive honeycomb electrode .
本発明の排気浄化装置によれば、排気を流通させるハニカム自体が電極として作用するので、帯電したPMの導電性ハニカム電極への堆積をクーロン力によって促進することができる。またセラミックハニカム基材が多孔質であるので、コーティングの剥離が起こりにくい。 According to the exhaust emission control device of the present invention, since the honeycomb itself through which the exhaust gas circulates functions as an electrode, deposition of charged PM on the conductive honeycomb electrode can be promoted by Coulomb force. Further, since the ceramic honeycomb substrate is porous, the coating is hardly peeled off.
また、本発明の排気浄化装置によれば、対電極が、導電性ハニカム電極の排気流れ上流側に配置されており、それによって導電性ハニカム電極に達する前にPMを帯電させることができるので、導電性ハニカム電極でのクーロン力によるPMの捕集を促進することができる。 Further , according to the exhaust emission control device of the present invention, the counter electrode is disposed on the upstream side of the exhaust flow of the conductive honeycomb electrode , whereby PM can be charged before reaching the conductive honeycomb electrode. It is possible to promote the collection of PM by the Coulomb force at the conductive honeycomb electrode.
また更に、本発明の排気浄化装置によれば、対電極が複数の針状電極部分を有し、この針状電極部分が導電性ハニカム電極の各セル内に配置されており、それによって針状電極部分と、電極として作用する導電性ハニカム電極のセル壁との距離が近く、強電場を得ることができるので、排気成分の浄化、並びにPMの捕集及び燃焼除去を改良することができる。 Furthermore, according to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the counter electrode has a plurality of needle-like electrode portion, and the needle-like electrode portion is disposed within each cell of the conductive honeycomb electrode, whereby acicular Since the distance between the electrode portion and the cell wall of the conductive honeycomb electrode acting as an electrode is close and a strong electric field can be obtained, purification of exhaust components, and collection and combustion removal of PM can be improved.
本発明の排気浄化装置の1つの態様では、導電性材料のコーティングが多孔質コーティングである。これによれば、排気中のPMの堆積及び浄化のために利用できる表面積を大きくすることができる。 In one aspect of the exhaust purification device of the present invention, the coating of the conductive material is a porous coating. According to this, the surface area which can be utilized for accumulation and purification of PM in the exhaust gas can be increased.
本発明の排気浄化装置の1つの態様では、導電性材料が触媒活性を有する。これによれば、捕集したPMの燃焼除去を、導電性材料のコーティング自身が有する触媒活性によって促進できる。 In one aspect of the exhaust emission control device of the present invention, the conductive material has catalytic activity. According to this, combustion removal of the collected PM can be promoted by the catalytic activity of the conductive material coating itself.
本発明の排気浄化装置の1つの態様では、導電性材料がセラミックである。これによれば、コーティングと基材とが共にセラミックであることによって、熱膨張率の差によるコーティングの剥離を抑制することができる。 In one aspect of the exhaust emission control device of the present invention, the conductive material is ceramic. According to this, since both the coating and the base material are ceramic, peeling of the coating due to a difference in thermal expansion coefficient can be suppressed.
本発明の排気浄化装置の1つの態様では、導電性材料がFe2O3である。これによれば、Fe2O3の導電性及び触媒活性によって、PMの捕集及び捕集したPMの燃焼除去を促進できる。 In one aspect of the exhaust emission control device of the present invention, the conductive material is Fe 2 O 3 . According to this, collection of PM and combustion removal of the collected PM can be promoted by the conductivity and catalytic activity of Fe 2 O 3 .
本発明の排気浄化装置の1つの態様では、導電性材料が金属である。これによれば、導電性ハニカム電極の導電性を確実にすることができる。 In one aspect of the exhaust emission control device of the present invention, the conductive material is a metal. According to this, the conductivity of the conductive honeycomb electrode can be ensured.
本発明の排気浄化装置によれば、ディーゼルエンジン等から排出される排気中のPMの燃焼除去効率及び捕集効率を高めることができる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, it is possible to improve the combustion removal efficiency and collection efficiency of PM in exhaust gas discharged from a diesel engine or the like.
以下では本発明を図2に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、図2は本発明を構成する排気浄化装置の例を示す図であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the embodiment shown in FIG. 2 , but FIG. 2 is a diagram showing an example of an exhaust emission control device constituting the present invention, and the present invention is limited to this embodiment. It is not something.
参考例の排ガス浄化装置について図1を用いて説明する。ここで図1(a)は参考例の排ガス浄化装置の側面図であり、図1(b)はこの参考例の排ガス浄化装置の断面図である。 An exhaust gas purification apparatus of a reference example will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 (a) is a side view of the exhaust gas purifying apparatus of the reference example, FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of the exhaust gas purifying apparatus of this embodiment.
参考例の排気浄化装置10は、接地されている導電性ハニカム電極12と、電源18に電気的に接続されているメッシュ状対電極14とを有する。矢印19はPMを含有する排気の流れる方向を示している。
The exhaust
図1で示す参考例の排気浄化装置の使用においては、電源18を作用させることにより、導電性ハニカム電極12と、メッシュ状対電極14との間に電界を作る。排気流れに含有されるPMは、メッシュ状電極14と導電性ハニカム電極12との間で帯電し、それによってクーロン力による導電性ハニカム電極12へのPMの堆積が促進される。
In the use of the exhaust purification apparatus of the reference example shown in FIG. 1, an electric field is created between the
本発明の実施形態について図2を用いて説明する。ここで図2(a)は本発明の実施形態の側面図であり、図2(b)はこの実施形態の断面図である。 For implementation of the invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 (a) is a side view of the implementation of the invention, a cross-sectional view of the implementation form shown in FIG. 2 (b) Yoko.
本発明の実施形態の排気浄化装置20は、接地されている導電性ハニカム電極12と、電源18に電気的に接続されている対電極24を有する。この対電極24は、メッシュ状電極部分23と、このメッシュ状電極部分23に電気的に接続され、且つ導電性ハニカム電極12の各セル内にまで延びている複数の針状電極部分25から構成されている。また矢印19はPMを含有する排気流れの方向を示している。
図2で示す排気浄化装置20の使用においては、電源18を作用させることにより、導電性ハニカム電極12と、対電極24との間に電界を作る。排気流れに含有されるPMは、メッシュ状電極23と導電性ハニカム電極12との間で帯電し、それによってクーロン力による導電性ハニカム電極12へのPMの堆積が促進される。また導電性セラミック電極12の各セルのセル壁と、導電性ハニカム電極12のセル内の針状電極部分25と距離が近いことによって、これらの電極12と25との間には強力な電界が作られている。この強力な電界はPMの堆積を促進する。
In the use of the exhaust
尚、参考例及び本発明の実施形態の排気浄化装置10及び20のいずれにおいても、導電性ハニカム電極12が接地されており、対電極14又は24が電源18に接続されているが、これは逆にすることもでき、またそれぞれの電極を電源18の反対の極に電気的に接続することもできる。但し、導電性ハニカム電極を接地することは、導電性ハニカム電極とこれを保持するケースとの間の誤放電を抑制するために好ましい。また導電性ハニカム電極は、電気的な接触を確実にするために、図3の外周電極36のような導電体を有することもできる。
Incidentally, in any of the reference examples and the implementation form of the exhaust gas purifying
また、導電性材料のコーティングはそれ自身が排気浄化触媒活性を有することができるが、排気浄化活性を有する追加の触媒を、導電性材料のコーティングに担持させることもできる。この追加の触媒としては、PMの燃焼除去に対する触媒活性を有する触媒、例えばCeO2、Fe/CeO2、Pt/CeO2、Pt/Al2O3を挙げることができる。 Also, although the coating of conductive material can itself have exhaust purification catalytic activity, an additional catalyst having exhaust purification activity can also be supported on the conductive material coating. Examples of the additional catalyst include catalysts having catalytic activity for PM combustion removal, such as CeO 2 , Fe / CeO 2 , Pt / CeO 2 , and Pt / Al 2 O 3 .
本発明の排気浄化装置の電極間で放電を行う場合、PMを導電性ハニカム電極上に捕集するためのPMの帯電を促進するだけでなく、放電によって排気成分中に発生する活性酸素、オゾン、NOx、酸素ラジカル、NOxラジカル等の酸化力の強いガス成分の作用によって、捕集した排気中のPMの燃焼を促進することができる。また高電圧によりプラズマを発生させてPMの捕集及び燃焼を促進することもできる。 When discharging between the electrodes of the exhaust emission control device of the present invention, not only the charging of PM for collecting PM on the conductive honeycomb electrode is promoted, but also active oxygen and ozone generated in the exhaust component by the discharge. Combustion of PM in the collected exhaust gas can be promoted by the action of gas components having strong oxidizing power such as NO x , oxygen radicals, and NO x radicals. Moreover, plasma can be generated by a high voltage to promote PM collection and combustion.
以下では、本発明の排気浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。 Below, each part which comprises the exhaust gas purification apparatus of this invention is demonstrated more concretely.
導電性材料でコーティングされて本発明の導電性ハニカム電極を構成するセラミックハニカム基材は、例えばコージェライト製ハニカム構造体でよい。またセラミックハニカム基材はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、通気抵抗の観点からはストレートフロー型が好ましく、ストレートフロー型のセラミックハニカム基材を使用しても良好な捕集効率を達成できる。 The ceramic honeycomb substrate coated with a conductive material and constituting the conductive honeycomb electrode of the present invention may be, for example, a cordierite honeycomb structure. The ceramic honeycomb substrate may be a straight flow type or a wall flow type, but from the viewpoint of ventilation resistance, a straight flow type is preferable, and a straight flow type ceramic honeycomb substrate may be used. Collection efficiency can be achieved.
セラミックハニカム基材への導電性材料のコーティングは、任意の方法で行うことができる。例えばセラミックハニカム基材へのセラミックのコーティングは、一般的なウォッシュコート法、すなわち所望の組成のセラミック材料微粉末の提供、このセラミック材料微粉末を含有するスラリーでの基材のコーティング、並びに得られるコーティングの乾燥及び焼結により行うことができる。本発明で使用される導電性セラミックの例としては、SiC、鉄族酸化物、バナジウム酸化物、SnO2等を挙げることができるが、Fe2O3は触媒活性も有する点で好ましい。この導電性セラミックコーティング厚さは、通常の触媒担持層に一般的な厚さ、例えば1000μm以下、特に500μm以下でよいが、所望の導電性及び/又は耐久性を有するコーティングが得られるように決定することもできる。 The coating of the conductive material on the ceramic honeycomb substrate can be performed by any method. For example, a ceramic coating on a ceramic honeycomb substrate is obtained by a general washcoat method, i.e. providing a ceramic material fine powder of the desired composition, coating the substrate with a slurry containing this ceramic material fine powder, as well as This can be done by drying and sintering the coating. Examples of the conductive ceramic used in the present invention include SiC, iron group oxide, vanadium oxide, SnO 2 and the like. Fe 2 O 3 is preferable in that it also has catalytic activity. The thickness of the conductive ceramic coating may be a typical thickness for a normal catalyst support layer, for example, 1000 μm or less, particularly 500 μm or less, but is determined so as to obtain a coating having a desired conductivity and / or durability. You can also
またセラミックハニカム基材への金属のコーティングは、金属粉末の焼結、溶融金属への浸漬、又は無電解メッキ等により行うことができる。本発明で使用される金属の例としては、Cu、W、ステンレス、Fe、Pt、Alを挙げることができる。この金属コーティング厚さは、例えば1000μm以下、特に500μm以下でよいが、所望の導電性及び/又は耐久性を有するコーティングが得られるように決定することもできる。 The metal coating on the ceramic honeycomb substrate can be performed by sintering metal powder, dipping in molten metal, electroless plating, or the like. Examples of the metal used in the present invention include Cu, W, stainless steel, Fe, Pt, and Al. The metal coating thickness can be, for example, 1000 μm or less, in particular 500 μm or less, but can also be determined so as to obtain a coating having the desired conductivity and / or durability.
対電極は、この対電極と導電性ハニカム電極との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、なかでも金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはCu、W、ステンレス、Fe、Pt、Al等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。 The counter electrode can be manufactured from a material capable of applying a voltage between the counter electrode and the conductive honeycomb electrode. As the material, a conductive material or a material such as a semiconductor can be used, and a metal material is particularly preferable. Specifically, Cu, W, stainless steel, Fe, Pt, Al or the like can be used as this metal material, and stainless steel is particularly preferable from the viewpoint of cost and durability.
本発明で使用できる対電極は、導電性ハニカム電極の上流側で排気を流通させるメッシュ状電極、特に金属メッシュ状電極であることが一般的であるが、対電極と導電性ハニカム電極との間に電圧を印加できるのであれば、特に形状は限定されない。 The counter electrode that can be used in the present invention is generally a mesh electrode that circulates exhaust gas upstream of the conductive honeycomb electrode, particularly a metal mesh electrode. The shape is not particularly limited as long as a voltage can be applied.
対電極が有することができる針状電極部分は、導電性ハニカム電極の全てのセル内に入るようにしても、一部のセル、例えば交互に1つおきのセル内に入るようにしてもよい。またこの針状電極部分は、導電性ハニカム電極のセル長さ全体に入るようにしても、途中までのみ入るようにしてもよい。 The acicular electrode portion that the counter electrode can have may be included in all the cells of the conductive honeycomb electrode, or may be included in some cells, for example, alternately in every other cell. . Further, the needle-like electrode portion may enter the entire cell length of the conductive honeycomb electrode, or may enter only partway.
導電性ハニカム電極の接地又は電源への電気的接続を確実にするために使用できる外周電極は、図3の外周電極36と同様なものでよい。この外周電極は、対電極に関して示したのと同様な材料を、金属メッシュ又は金属箔として導電性ハニカム電極に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを導電性ハニカム電極に適用して作ることができる。
The outer peripheral electrode that can be used to ensure electrical connection to the ground or power source of the conductive honeycomb electrode may be similar to the outer
電源は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧50kV及びパルス周期2,000Hzを使用できる。 The power source may generate a pulsed or steady DC or AC voltage. As the applied voltage and the pulse period, general values for generating plasma can be used. For example, a pulse voltage of 50 kV and a pulse period of 2,000 Hz can be used.
対電極と導電性ハニカム電極との間で放電を起こさせるために、直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。 In order to cause a discharge between the counter electrode and the conductive honeycomb electrode, a DC voltage, an AC voltage, a periodic waveform voltage, or the like can be applied between both electrodes. It is preferable because discharge can be caused satisfactorily. When a DC pulse voltage is used, the applied voltage, pulse width, and pulse period can be arbitrarily selected as long as corona discharge can occur between both electrodes. The voltage of the applied voltage may be subject to certain restrictions from the design of the device and economy, but a high voltage and a short pulse period voltage are desirable from the viewpoint of generating corona discharge satisfactorily. .
10…参考例の排気浄化装置
20…本発明の排気浄化装置
12…導電性ハニカム電極
14,24…対電極
18…電源
19…排気流れ方向
23…メッシュ状電極部分
25…針状電極部分
32…絶縁性ハニカム担体
34…棒状電極
36…外周電極
10: Exhaust gas purification device of reference example
2 0 ...
Claims (6)
前記導電性ハニカム電極が、導電性材料のコーティングを有するセラミックハニカム基材であり、
前記対電極が、導電性ハニカム電極の排気流れ上流側に配置されており、且つ
前記対電極が複数の針状電極部分を有し、この針状電極部分が前記導電性ハニカム電極の各セル内に配置されている、
排気浄化装置。 An exhaust purification device having a conductive honeycomb electrode and a counter electrode ,
Before Kishirube conductive honeycomb electrode, Ri ceramic honeycomb substrate der having a coating of electrically conductive material,
The counter electrode is disposed upstream of the exhaust flow of the conductive honeycomb electrode; and
The counter electrode has a plurality of needle-like electrode portions, and the needle-like electrode portions are disposed in each cell of the conductive honeycomb electrode.
Exhaust purification device.
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