JP2006200520A - Purifying device, purifying method and exhaust emission control system - Google Patents

Purifying device, purifying method and exhaust emission control system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a purifying device enabling removal of diesel particulates included in exhaust gas and capable of efficiently performing such purification. <P>SOLUTION: A solid electrode 1 having oxygen ion electrical conductivity and an impressing means 2 impressing voltage between both faces of the solid electrode 1 are provided. The impressing means 2 impresses voltage such that one face 10 side of the solid electrode 1 on which diesel particulates are accumulated is an anode side. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、燃焼器から排出される未燃焼微粒子(ディーゼル微粒子)や窒素酸化物の浄化を行う浄化装置、浄化方法、及び、ディーゼル微粒子及び窒素酸化物を含む排出ガスを浄化する排出ガス浄化システムに関する。   The present invention relates to a purification device, a purification method for purifying unburned fine particles (diesel fine particles) and nitrogen oxides discharged from a combustor, and an exhaust gas purification system for purifying exhaust gas containing diesel fine particles and nitrogen oxides. About.

現在、国民の生活や企業活動を支えている物流の主役は、トラックによる輸送とされており、トラックは経済活動にとって不可欠なものとなっている。トラックの動力となるディーゼルエンジンは他の熱機関に比べて熱効率が高く、省エネルギーや地球温暖化に有効である。しかしディーゼルエンジンは窒素酸化物(NOx)や微粒子状物質(PM)といった大気汚染物質を大量に排出しており、環境問題においてトラックが少なからず影響を与えている。そこで、環境負荷の小さいディーゼルエンジン及びその周辺機器を普及させ、経済活動を維持し、さらに発展させていく取り組みが必要とされている。   Currently, the main role of logistics that supports people's lives and corporate activities is transported by truck, which is indispensable for economic activities. The diesel engine that powers the truck has higher thermal efficiency than other heat engines, and is effective for energy saving and global warming. However, diesel engines emit large amounts of air pollutants such as nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM), and trucks have a considerable impact on environmental issues. Therefore, there is a need for efforts to disseminate diesel engines with low environmental impact and peripheral equipment, maintain economic activities, and further develop them.

現在、ディーゼルエンジンから排出されるNOxやPMを浄化させる浄化方法として知られるものに、フィルターを用いるPM浄化方法や触媒によるNOx浄化方法がある。
また、固体電解質を用いた排出ガス浄化システムとして、固体電解質の両面に触媒を含む電極を積層させ、その固体電解質のカソード側に窒素酸化物を含む燃焼ガスを供給し、窒素酸化物の分解過程で生じる活性酸素を、固体電解質を通して強制的に排除することにより、窒素酸化物の分解除去を可能とする方法がある。しかし、これはPMを浄化するものではない。
Currently, there are a PM purification method using a filter and a NOx purification method using a catalyst as known purification methods for purifying NOx and PM discharged from a diesel engine.
Also, as an exhaust gas purification system using a solid electrolyte, an electrode containing a catalyst is laminated on both sides of the solid electrolyte, and combustion gas containing nitrogen oxide is supplied to the cathode side of the solid electrolyte, so that the decomposition process of nitrogen oxide There is a method in which the nitrogen oxides can be decomposed and removed by forcibly removing the active oxygen generated in step 1 through the solid electrolyte. However, this does not purify PM.

従来のPM浄化方法はフィルターに堆積した微粒子をいかにして除去し、再生させるかが課題とされている。連続再生型システムの1つである連続再生式トラップは排出ガス中のNOをNOに酸化させ、このNOによりフィルターに捕集した微粒子を酸化させるものがある。しかし、排出ガス温度が250℃に達しない場合は微粒子の酸化が起こらないほか、別途NOの浄化装置が必要となる。また、DPNR(Diesel Particulate‐NOx Reduction system)は多孔質セラミックフィルターにNOx吸蔵還元触媒を担持させたものであり、NOx吸蔵時に生成する酸素ラジカルによりPMを酸化させ、定期的かつ瞬間的に燃料噴射量を増加させ、その際に排出されるCO、HCにより吸着させたNOxを還元する方法がある。しかし、この方法は繊細かつ正確な燃料噴射制御が求められ、耐久性悪化、コスト高、燃費の悪化等の問題点を有している。
さらに、今後制定されるディーゼルエンジンの排出ガス基準を満たすためには、従来知られている浄化方法では不十分である。
The conventional PM purification method has a problem of how to remove and regenerate the fine particles accumulated on the filter. There is a continuous regeneration type trap that is one of the continuous regeneration type systems that oxidizes NO in exhaust gas to NO 2 and oxidizes fine particles collected on the filter by this NO 2 . However, when the exhaust gas temperature does not reach 250 ° C., fine particles are not oxidized, and a separate NO purifier is required. DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction System) is a porous ceramic filter that supports a NOx occlusion reduction catalyst, which oxidizes PM by oxygen radicals generated during NOx occlusion and periodically and instantaneously injects fuel. There is a method of increasing the amount and reducing NOx adsorbed by CO and HC discharged at that time. However, this method requires delicate and accurate fuel injection control, and has problems such as deterioration of durability, high cost, and deterioration of fuel consumption.
Furthermore, conventionally known purification methods are insufficient to meet the exhaust gas standards of diesel engines that will be established in the future.

この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、排出ガスに含まれる微粒子状物質、窒素酸化物の浄化が可能であり、効率良く浄化が行われる浄化装置、浄化方法を提供し、さらに、排出ガス中の微粒子状物質及び窒素酸化物の両者の浄化を可能とする排出ガス浄化システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a purification device and a purification method that can purify particulate matter and nitrogen oxides contained in exhaust gas, and perform purification efficiently. Furthermore, it aims at providing the exhaust gas purification system which enables purification | cleaning of both the particulate matter and nitrogen oxide in exhaust gas.

前記目的を達成するためのこの発明の浄化装置は、酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうちディーゼル微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段とを備えたことを特徴としている。このような構成の浄化装置によれば、固体電解質の両面間に印加手段により電圧を印加させることにより、酸素イオンをカソード側からアノード側へ固体電解質を通して供給させることができ、アノード側に堆積させたディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができる。例えば、固体電解質のカソード側の面を大気側(大気開放側)とさせ、アノード側の固体電解質の面をディーゼル微粒子を含む排出ガス側とさせることにより排出ガスの浄化を行うことができる。   In order to achieve the above object, the purification apparatus of the present invention comprises a solid electrolyte having oxygen ion conductivity and a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that one side of the solid electrolyte on which diesel particulates are deposited is the anode side. And an applying means for applying. According to the purification apparatus having such a configuration, by applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte by an application means, oxygen ions can be supplied from the cathode side to the anode side through the solid electrolyte and deposited on the anode side. The solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles can be oxidized to form carbon oxides. For example, it is possible to purify the exhaust gas by setting the cathode side surface of the solid electrolyte to the atmosphere side (atmosphere release side) and the anode side solid electrolyte surface to the exhaust gas side containing diesel particulates.

また、前記固体電解質は他面側にカソード側とされる電極が設けられ、前記固体電解質の一面側にディーゼル微粒子が堆積すると当該ディーゼル微粒子に前記印加手段により通電がされて当該ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子自体をアノードとさせるのが好ましい。この構成によれば、固体電解質の一面側に一定量のディーゼル微粒子が堆積すると、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子は導電性を有するため、通電が開始されてカソード側から酸素イオンの供給が開始される。これにより、固体電解質の一面側の固形炭素質微粒子を含むディーゼル微粒子の浄化が自動的に開始される。従って、固体電解質のアノード側とされる面に電極を不要とできコストダウンが可能となる。さらに、ディーゼル微粒子が一定量堆積した状態となって浄化が必要な際に自動的に通電がされるためランニングコストの低減が図れる。   Further, the solid electrolyte is provided with an electrode on the other side of the cathode, and when diesel particulates are deposited on one side of the solid electrolyte, the diesel particulates are energized by the application means, and the solid particles in the diesel particulates are energized. The carbonaceous fine particles themselves are preferably used as the anode. According to this configuration, when a certain amount of diesel particulates accumulates on one side of the solid electrolyte, the solid carbonaceous particulates in the diesel particulates are conductive, so energization is started and oxygen ion supply starts from the cathode side. Is done. Thereby, purification of diesel particulates including solid carbonaceous particulates on one side of the solid electrolyte is automatically started. Therefore, no electrode is required on the surface of the solid electrolyte that is on the anode side, and the cost can be reduced. Furthermore, since a certain amount of diesel particulates is deposited and is automatically energized when purification is required, the running cost can be reduced.

さらにこの発明の浄化装置は、酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうちディーゼル微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段と、前記固体電解質の一面側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材と、前記固体電解質の一面側に設けられた酸化触媒とを備えたものである。
このような構成の浄化装置によれば、固体電解質の両面間に印加手段により電圧を印加させることにより、酸素イオンをカソード側からアノード側へ固体電解質を通して供給させることができ、アノード側に堆積させたディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させ、一酸化炭素を含む炭素酸化物とすることができる。さらに、酸化触媒により排出ガスに含まれる一酸化窒素を酸化させて二酸化窒素とすることができ、さらに、この二酸化窒素を吸着材に吸着させることができる。そして、吸着材に吸着された二酸化窒素を前記ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて得た一酸化炭素により還元させて窒素ガスとし、その一酸化炭素を二酸化炭素とすることができる。従って、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子と窒素酸化物との両者を同時に浄化させることが可能となる。例えば、固体電解質のカソード側の面を大気側(大気開放側)とさせ、アノード側の固体電解質の面をディーゼル微粒子を含む排出ガス側とさせることにより排出ガスの浄化を行うことができる。
Further, the purifying device of the present invention comprises a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and an application means for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that one side of the solid electrolyte on which diesel particulates are deposited is the anode side. And an adsorbent provided on one side of the solid electrolyte for adsorbing nitrogen oxides and an oxidation catalyst provided on the one side of the solid electrolyte.
According to the purification apparatus having such a configuration, by applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte by an application means, oxygen ions can be supplied from the cathode side to the anode side through the solid electrolyte and deposited on the anode side. The solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles can be oxidized to form carbon oxides containing carbon monoxide. Furthermore, the nitric oxide contained in the exhaust gas can be oxidized into nitrogen dioxide by the oxidation catalyst, and this nitrogen dioxide can be adsorbed by the adsorbent. The nitrogen dioxide adsorbed on the adsorbent can be reduced with carbon monoxide obtained by oxidizing the solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles to form nitrogen gas, and the carbon monoxide can be converted to carbon dioxide. Accordingly, it is possible to simultaneously purify both the solid carbonaceous fine particles and the nitrogen oxide in the diesel fine particles. For example, it is possible to purify the exhaust gas by setting the cathode side surface of the solid electrolyte to the atmosphere side (atmosphere release side) and the anode side solid electrolyte surface to the exhaust gas side containing diesel particulates.

さらにこの場合において、前記印加手段は、印加電圧の極性を周期的に反転させる切り換え手段を有しているのが好ましい。この構成によれば、極性を反転させて固体電解質の他面側(大気側)をアノード側とさせることにより、排出ガスに含まれる一酸化窒素を吸着材に吸着させる際に生ずる活性酸素のうち過剰な活性酸素をカソード側へ移動させることができる。これにより、浄化を意図する側となる固体電解質の一面側において、吸着材に吸着させた二酸化窒素を還元させて得た前記窒素ガスを、再度活性酸素により窒素酸化物とさせるのを抑えることが可能となる。   Furthermore, in this case, it is preferable that the applying means has switching means for periodically inverting the polarity of the applied voltage. According to this configuration, by reversing the polarity so that the other surface side (atmosphere side) of the solid electrolyte is the anode side, among the active oxygen generated when the nitrogen monoxide contained in the exhaust gas is adsorbed by the adsorbent Excess active oxygen can be moved to the cathode side. As a result, it is possible to prevent the nitrogen gas obtained by reducing the nitrogen dioxide adsorbed on the adsorbent on the one side of the solid electrolyte that is intended for purification from being again converted into nitrogen oxides by active oxygen. It becomes possible.

また、本発明の浄化装置は、酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうち、燃焼器から排出される未燃焼微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段とを備えたことを特徴としている。
このような構成の浄化装置によれば、固体電解質の両面間に印加手段により電圧を印加させることにより、酸素イオンをカソード側からアノード側へ固体電解質を通して供給させることができ、アノード側に堆積させた微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができる。例えば、固体電解質のカソード側の面を大気側(大気開放側)とさせ、アノード側の固体電解質の面を微粒子を含む排出ガス側とさせることにより排出ガスの浄化を行うことができる。なお、燃焼器から排出される未燃焼微粒子は、例えば、ディーゼル機関、ガソリン機関(直噴式のガソリン機関)、ボイラーや工業炉から排出されるものがある。
Further, the purification apparatus of the present invention comprises a solid electrolyte having oxygen ion conductivity and both sides of the solid electrolyte such that one side of the solid electrolyte on which unburned fine particles discharged from the combustor are deposited is the anode side. And an applying means for applying a voltage between them.
According to the purification apparatus having such a configuration, by applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte by an application means, oxygen ions can be supplied from the cathode side to the anode side through the solid electrolyte and deposited on the anode side. The solid carbonaceous fine particles in the fine particles can be oxidized to form carbon oxides. For example, the exhaust gas can be purified by setting the cathode side surface of the solid electrolyte to the atmosphere side (atmosphere release side) and the anode side solid electrolyte surface to the exhaust gas side containing fine particles. The unburned fine particles discharged from the combustor include, for example, those discharged from a diesel engine, a gasoline engine (direct injection type gasoline engine), a boiler or an industrial furnace.

また、本発明の浄化装置は、イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る固体電解質と、この固体電解質の一面側と他面側にそれぞれ設けられた第1電極と第2電極とを有する浄化構造体を備え、この浄化構造体は、燃焼器から排出される未燃焼微粒子を含む排出ガスを前記第1電極側から前記第2電極側へ通すことによって当該微粒子を当該第1電極側に捕集することができる多孔質とされ、前記第1電極側は、捕集した前記微粒子を、前記固体電解質によって当該第1電極側へ与えられた酸素イオンにより酸化させる酸化部とされていることを特徴としている。
この構成によれば、浄化構造体が多孔質とされているため、未燃焼微粒子を含む排出ガスをこの浄化構造体に通すことによって、当該微粒子を第1電極側に捕集することができる(フィルタリングすることができる)。そして、第1電極側において、捕集された前記微粒子中の固形炭素質微粒子を、固体電解質によって与えられた酸素イオンにより酸化させて炭素酸化物とすることができる。
Moreover, the purification apparatus of the present invention includes a solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one side, and a first electrode and a second electrode provided on one side and the other side of the solid electrolyte, respectively. The purification structure has a structure in which exhaust gas containing unburned fine particles discharged from a combustor is passed from the first electrode side to the second electrode side to pass the fine particles to the first electrode. The first electrode side is an oxidation part that oxidizes the collected fine particles with oxygen ions given to the first electrode side by the solid electrolyte. It is characterized by having.
According to this configuration, since the purification structure is made porous, the fine particles can be collected on the first electrode side by passing the exhaust gas containing unburned fine particles through the purification structure ( Can be filtered). Then, on the first electrode side, the solid carbonaceous fine particles in the collected fine particles can be oxidized with oxygen ions provided by the solid electrolyte to form a carbon oxide.

また、この浄化装置において、前記浄化構造体の前記第2電極側は、当該浄化構造体を透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元する還元部とされている。これにより、固体電解質中においてイオンを移動させることにより、前記第1電極側である酸化部においては、未燃焼微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができると同時に、この還元部において、排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元して窒素ガスとすることができる。このように、排出ガス中の固形炭素質微粒子と窒素酸化物の同時浄化(同時分解)が可能となる。   Moreover, in this purification apparatus, the second electrode side of the purification structure is a reducing unit that reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has permeated the purification structure. Thereby, by moving ions in the solid electrolyte, in the oxidation part on the first electrode side, the solid carbonaceous fine particles in the unburned fine particles can be oxidized into carbon oxides, In this reducing section, nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be reduced to nitrogen gas. Thus, simultaneous purification (simultaneous decomposition) of solid carbonaceous fine particles and nitrogen oxides in the exhaust gas becomes possible.

さらに、前記浄化構造体の第2電極側に、前記窒素酸化物を吸着させる吸着材が設けられているのが好ましい。これにより、浄化構造体を通過した排出ガスに含まれる窒素酸化物が第2電極側に吸着される。そして、固体電解質によりイオンを第2電極側から第1電極側へ移動させることによって、この窒素酸化物を還元することができる。   Furthermore, it is preferable that an adsorbent for adsorbing the nitrogen oxide is provided on the second electrode side of the purification structure. Thereby, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas that has passed through the purification structure is adsorbed on the second electrode side. And this nitrogen oxide can be reduce | restored by moving ion from the 2nd electrode side to the 1st electrode side with a solid electrolyte.

または、前記浄化構造体の第2電極側に、セリア又はセリア酸化物が設けられているのが好ましい。これにより、浄化構造体を通過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を、第2電極側において還元することができる。   Alternatively, it is preferable that ceria or ceria oxide is provided on the second electrode side of the purification structure. Thereby, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas that has passed through the purification structure can be reduced on the second electrode side.

また、前記浄化構造体は、前記第1電極側がアノード側となるよう両電極間に電圧を印加させている状態と、両電極間において印加を止めて閉回路を構成している状態とに切り換え可能な制御手段と接続されているのが好ましい。
この構成によれば、排出ガスの温度が高い場合、第1電極側において捕集された固形炭素質微粒子が燃焼されることによって、浄化構造体(固体電解質)を燃料電池として動作させることができる。このため、両電極間において印加を止めて閉回路を構成する状態とすることにより、電気エネルギーを浄化構造体に供給することなく、イオンの移動が可能となり、固形炭素質微粒子及び窒素酸化物の浄化処理を行わせることができる。そして、排出ガスの温度が低い場合、両電極間に電圧を印加してイオンを移動させることで、第1電極側では酸素イオンが与えられて固形炭素質微粒子の酸化が行われ、第2電極側では窒素酸化物の還元が行われる。
The purification structure is switched between a state in which a voltage is applied between both electrodes so that the first electrode side is the anode side, and a state in which the application is stopped between both electrodes to form a closed circuit. It is preferably connected to possible control means.
According to this configuration, when the temperature of the exhaust gas is high, the purification structure (solid electrolyte) can be operated as a fuel cell by burning the solid carbonaceous fine particles collected on the first electrode side. . For this reason, by stopping application between the two electrodes to form a closed circuit, ions can be transferred without supplying electric energy to the purification structure, and solid carbonaceous fine particles and nitrogen oxides A purification process can be performed. When the temperature of the exhaust gas is low, a voltage is applied between the electrodes to move the ions, so that oxygen ions are given on the first electrode side to oxidize the solid carbonaceous fine particles, and the second electrode On the side, nitrogen oxides are reduced.

さらにこの発明の浄化方法は、酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面間に電圧を印加させ、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給し、この酸素イオンにより前記固体電解質のアノード側に存在するディーゼル微粒子を酸化させることを特徴としている。このような構成の浄化方法によれば、固体電解質の両面間に電圧を印加させることにより、アノード側に堆積するディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができる。例えば、固体電解質のカソード側の面を大気側(大気開放側)とさせ、アノード側の固体電解質の面をディーゼル微粒子を含む排出ガス側とさせることにより排出ガスの浄化を行うことができる。   Further, in the purification method of the present invention, a voltage is applied between both surfaces of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, oxygen ions are supplied from the cathode side to the anode side, and the oxygen ions are present on the anode side of the solid electrolyte. It is characterized by oxidizing diesel particulates. According to the purification method having such a configuration, by applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte, the solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles deposited on the anode side can be oxidized to form a carbon oxide. For example, it is possible to purify the exhaust gas by setting the cathode side surface of the solid electrolyte to the atmosphere side (atmosphere release side) and the anode side solid electrolyte surface to the exhaust gas side containing diesel particulates.

さらにこの発明の浄化方法は、酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面間に電圧を印加させ、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給し、この酸化イオンにより前記固体電解質のアノード側に存在するディーゼル微粒子を酸化させて一酸化炭素を含む炭素酸化物とし、前記ディーゼル微粒子と共に排出ガス中に存在していた一酸化窒素を前記固体電解質のアノード側において酸化触媒を用いて酸化させて二酸化窒素とし、この二酸化窒素を前記アノード側において吸着させ、吸着させた二酸化窒素を前記一酸化炭素によって還元することを特徴としている。   Further, in the purification method of the present invention, a voltage is applied between both surfaces of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, oxygen ions are supplied from the cathode side to the anode side, and the oxide ions exist on the anode side of the solid electrolyte. The diesel particulates are oxidized to form carbon oxides containing carbon monoxide, and the nitric oxide present in the exhaust gas together with the diesel particulates is oxidized on the anode side of the solid electrolyte using an oxidation catalyst to form nitrogen dioxide. The nitrogen dioxide is adsorbed on the anode side, and the adsorbed nitrogen dioxide is reduced by the carbon monoxide.

このような構成の浄化方法によれば、固体電解質の両面間電圧を印加させることにより、アノード側に堆積させたディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができる。つまり例えば一酸化炭素とすることができる。さらに、排出ガス中に含まれる一酸化窒素と酸素とにより酸化触媒がその一酸化窒素の酸化を促進させ、得られた二酸化窒素を吸着させることができる。そして、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて得た前記一酸化炭素により、吸着させた窒素酸化物を還元させて窒素ガスとすることができる。従って、ディーゼル微粒子と窒素酸化物との両者を同時に浄化させることが可能となる。   According to the purification method having such a configuration, by applying a voltage across the solid electrolyte, the solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles deposited on the anode side can be oxidized into carbon oxides. That is, for example, carbon monoxide can be used. Furthermore, the oxidation catalyst can promote the oxidation of the nitric oxide by nitrogen monoxide and oxygen contained in the exhaust gas, and the obtained nitrogen dioxide can be adsorbed. The adsorbed nitrogen oxide can be reduced to nitrogen gas by the carbon monoxide obtained by oxidizing the solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles. Therefore, it is possible to simultaneously purify both diesel particulates and nitrogen oxides.

また、この発明の浄化方法は、イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る多孔質からなる固体電解質の当該一面側から他面側へ未燃焼微粒子を含む排出ガスを通すことにより、当該微粒子を当該一面側に捕集し、捕集したこの微粒子を、前記固体電解質によって前記一面側に与えられた前記酸素イオンにより酸化させることを特徴としている。
この方法によれば、未燃焼微粒子を含む排出ガスを、多孔質とされている固体電解質に通すことによって、当該微粒子をその一面側に捕集することができる。そして、捕集された微粒子中の固形炭素質微粒子を一面側において酸化させて炭素酸化物とすることができる。
Further, the purification method of the present invention allows the exhaust gas containing unburned fine particles to pass from the one side to the other side of the porous solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one side. The fine particles are collected on the one surface side, and the collected fine particles are oxidized by the oxygen ions given to the one surface side by the solid electrolyte.
According to this method, the exhaust gas containing unburned fine particles is passed through the porous solid electrolyte so that the fine particles can be collected on the one surface side. Then, the solid carbonaceous fine particles in the collected fine particles can be oxidized on one side to form a carbon oxide.

また、この場合において、前記固体電解質の他面側に透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を、当該他面側で還元することができる。従って、固体電解質中においてイオンを移動させることにより、固体電解質の一面側で未燃焼微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて炭素酸化物とすることができると同時に、他面側では、排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元して窒素ガスとすることができる。つまり、排出ガス中の固形炭素質微粒子と窒素酸化物の同時浄化が行われる。   Moreover, in this case, nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has permeated to the other surface side of the solid electrolyte can be reduced on the other surface side. Therefore, by moving ions in the solid electrolyte, the solid carbonaceous fine particles in the unburned fine particles can be oxidized on one side of the solid electrolyte to form carbon oxides, and at the same time, the exhaust gas is emitted on the other side. The nitrogen oxides contained in can be reduced to nitrogen gas. That is, simultaneous purification of solid carbonaceous fine particles and nitrogen oxides in the exhaust gas is performed.

さらにこの発明の排出ガス浄化システムは、ディーゼル微粒子及び窒素酸化物を含む排出ガスを通過させる排気流路と、この排気流路の一部に設けられている排出ガス浄化装置とを備えた排出ガス浄化システムであって、前記排出ガス浄化装置は、一面側が前記排気流路からの排出ガスと接触するよう設けられかつ他面側が大気中に設けられると共に酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固定電解質の前記一面側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材と、前記固体電解質の一面側に設けられた酸化触媒と、前記固体電解質の前記一面側をアノード側としてかつ前記他面側をカソード側とさせるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段とを備えたことを特徴としている。   Furthermore, an exhaust gas purification system of the present invention includes an exhaust passage that allows exhaust gas containing diesel particulates and nitrogen oxides to pass through, and an exhaust gas purification device that is provided in a part of the exhaust passage. In the purification system, the exhaust gas purification device is provided with a solid electrolyte having one surface side in contact with the exhaust gas from the exhaust passage and the other surface side in the atmosphere and having oxygen ion conductivity, An adsorbent provided on the one surface side of the fixed electrolyte to adsorb nitrogen oxides, an oxidation catalyst provided on one surface side of the solid electrolyte, and the one surface side of the solid electrolyte as an anode side and the other surface side And an applying means for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that the cathode is on the cathode side.

このような構成の排出ガス浄化システムによれば、排気流路を流れる排出ガス中に含まれるディーゼル微粒子と窒素酸化物との両者を同時に浄化させ、これらの低減が可能となる。つまり、排出ガス浄化装置において、固体電解質の両面間に電圧を印加させることにより、アノード側に堆積させたディーゼル微粒子中に含まれる固形炭素質微粒子を酸化させ一酸化炭素を含む炭素酸化物とすることができる。さらに、排出ガス中に含まれる一酸化窒素と酸素とにより酸化触媒が一酸化窒素の酸化を促進させ、得られた二酸化窒素を吸着させることができる。そして、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子を酸化させて得た前記一酸化炭素により、吸着させた窒素酸化物を還元させて窒素ガスとすることができる。   According to the exhaust gas purification system having such a configuration, it is possible to simultaneously purify both diesel particulates and nitrogen oxides contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and to reduce them. In other words, in the exhaust gas purifying device, by applying a voltage across the solid electrolyte, the solid carbonaceous fine particles contained in the diesel fine particles deposited on the anode side are oxidized to form a carbon oxide containing carbon monoxide. be able to. Furthermore, the oxidation catalyst can promote the oxidation of nitric oxide by nitrogen monoxide and oxygen contained in the exhaust gas, and the obtained nitrogen dioxide can be adsorbed. The adsorbed nitrogen oxide can be reduced to nitrogen gas by the carbon monoxide obtained by oxidizing the solid carbonaceous fine particles in the diesel fine particles.

また、この発明の排出ガス浄化システムは、燃焼器から排出される未燃焼微粒子及び窒素酸化物を含む排出ガスを通過させる排気流路と、この排気流路の一部に設けられている排出ガス浄化装置と、を備えた排出ガス浄化システムであって、前記排出ガス浄化装置は、イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る固体電解質と、この固体電解質の一面側と他面側にそれぞれ設けられた第1電極と第2電極と、を有する浄化構造体を備え、この浄化構造体は、前記排気流路からの排出ガスを前記第1電極側から前記第2電極側へ通すことによって前記微粒子を当該第1電極側に捕集することができる多孔質とされ、前記第1電極側は、捕集された当該微粒子を、前記固体電解質によって当該第1電極側へ与えられた酸素イオンにより酸化させる酸化部とされ、かつ、前記第2電極側は、前記浄化構造体を透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元する還元部とされていることを特徴としている。   Further, the exhaust gas purification system of the present invention includes an exhaust passage through which exhaust gas containing unburned particulates and nitrogen oxides discharged from a combustor passes, and an exhaust gas provided in a part of the exhaust passage. An exhaust gas purification system comprising a purification device, the exhaust gas purification device comprising: a solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one side; and one side and the other side of the solid electrolyte And a purification structure having a first electrode and a second electrode respectively provided on the side, wherein the purification structure allows exhaust gas from the exhaust flow path to flow from the first electrode side to the second electrode side. The fine particles can be collected on the first electrode side by passing through, and the collected fine particles are applied to the first electrode side by the solid electrolyte on the first electrode side. Acid by oxygen ions It is an oxidized portion for, and the second electrode side is characterized in that there is a reduced section for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas having passed through the purifier structure.

この構成によれば、排気流路を流れる排出ガス中に含まれる未燃焼微粒子と窒素酸化物との両者をそれぞれ浄化構造体の一面側と他面側とにおいて同時に浄化させることができ、これらの低減が可能となる。排出ガス浄化装置に流れてくる排出ガスを、多孔質からなる浄化構造体を通すことで、未燃焼微粒子を浄化構造体の第1電極側において自動的に捕集することができる。つまり、流れてくる排出ガスを浄化構造体においてフィルタリングすることで未燃焼微粒子を捕集できるため、当該微粒子を捕集するための別のエネルギー源を不要とできる。そして、浄化構造体の第1電極側において、捕集した未燃焼微粒子中に含まれる固形炭素質微粒子を酸化させ二酸化炭素とすることができる。さらに、第2電極側において、浄化構造体を透過した排出ガス中に含まれる窒素酸化物を窒素ガスに還元できる。   According to this configuration, both unburned particulates and nitrogen oxides contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage can be simultaneously purified on one side and the other side of the purification structure, respectively. Reduction is possible. By passing the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device through the porous purification structure, unburned particulates can be automatically collected on the first electrode side of the purification structure. That is, since unburned fine particles can be collected by filtering the flowing exhaust gas in the purification structure, a separate energy source for collecting the fine particles can be eliminated. Then, on the first electrode side of the purification structure, the solid carbonaceous fine particles contained in the collected unburned fine particles can be oxidized to carbon dioxide. Furthermore, on the second electrode side, nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has passed through the purification structure can be reduced to nitrogen gas.

本発明によれば、極めて微小なエネルギーの注入により効率的にディーゼル微粒子の酸化、窒素酸化物の還元、これら同時の処理を行うことが可能であり、高いレベルでの排出ガスの浄化を達成できる。従って、この浄化装置、浄化方法、排出ガス浄化システムをディーゼル機関の排出ガスの浄化に適用すれば、ディーゼル機関の高い熱効率を維持させたまま排気の浄化が可能となり、環境保護に役立つことができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently perform oxidation of diesel particulates, reduction of nitrogen oxides, and simultaneous treatment of these by injection of extremely minute energy, and it is possible to achieve purification of exhaust gas at a high level. . Therefore, if this purification device, purification method, and exhaust gas purification system are applied to purification of exhaust gas from a diesel engine, exhaust gas can be purified while maintaining high thermal efficiency of the diesel engine, which can be useful for environmental protection. .

以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図1はこの発明の実施の一形態に係る浄化装置を示すモデル図である。この浄化装置は、例えば排出ガスに含まれるディーゼル微粒子を浄化するためのものであり、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子(微粒子状物質:Particulate Matter)Mを浄化することができ、固形炭素質微粒子Mに含まれる炭素を酸化させて浄化を行う装置である。さらにこの装置は、このディーゼル微粒子中の炭化水素質微粒子の処理も行える。
図1に示している装置は、酸素イオン導電性を有する固体電解質1と、この固体電解質1の両面間に電圧を印加させる印加手段2とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a model diagram showing a purification device according to an embodiment of the present invention. This purification device is for purifying diesel particulates contained in, for example, exhaust gas, and can purify solid carbonaceous particulates (particulate matter) M in diesel particulates, and solid carbonaceous particulates. It is an apparatus for purifying by oxidizing carbon contained in M. Furthermore, this apparatus can also process hydrocarbon fine particles in the diesel fine particles.
The apparatus shown in FIG. 1 includes a solid electrolyte 1 having oxygen ion conductivity and application means 2 for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte 1.

図1に示す固体電解質1はパネル状とされており、その一面10に第1電極3を積層させ、その他面11に第2電極4を積層させている。固体電解質1は例えば燃料電池に用いられているものが適用でき、固体電解質1の両端側に電位差を与えることで酸素イオンを移動させることができる。また、第1電極3、第2電極4は通常電極として用いられる材質により板状とされているが、第1電極3、および第2の電極4のいずれも酸素の透過性を有するよう多孔質電極とされている。   The solid electrolyte 1 shown in FIG. 1 has a panel shape, and the first electrode 3 is laminated on one surface 10 and the second electrode 4 is laminated on the other surface 11. As the solid electrolyte 1, for example, one used in a fuel cell can be applied, and oxygen ions can be moved by applying a potential difference to both ends of the solid electrolyte 1. In addition, the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed into a plate shape by a material used as a normal electrode, but both the first electrode 3 and the second electrode 4 are porous so as to have oxygen permeability. It is an electrode.

印加手段2は通常用いられている直流電源とすることができ、電圧を可変とするものが好ましい。印加手段2は、固体電解質1の一面10側に設けた第1電極3がアノードとなり、他面11側に設けた第2電極4がカソードとなるよう固体電解質1の両面間に電圧を印加させる。印加手段2により印加される電圧は固体電解質1の電気特性、及び雰囲気温度による。例えばイットリウム安定化ジルコニアの場合、雰囲気温度350℃のもと10ボルト以下である。   The applying means 2 can be a commonly used DC power supply, and preferably has a variable voltage. The applying means 2 applies a voltage between both surfaces of the solid electrolyte 1 so that the first electrode 3 provided on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 serves as an anode and the second electrode 4 provided on the other surface 11 side serves as a cathode. . The voltage applied by the applying means 2 depends on the electrical characteristics of the solid electrolyte 1 and the ambient temperature. For example, in the case of yttrium-stabilized zirconia, it is 10 volts or less at an atmospheric temperature of 350 ° C.

この浄化装置は例えばディーゼル機関から排出される排出ガスを流すための排気流路(図示せず)に設けることができ、固体電解質1の一面10側がこの排気流路内に面するよう設けられてこの一面10側が排出ガス側Gとされる。そして、固体電解質1の他面11側が大気側(大気開放側)Aに面するよう固体電解質1は設けられる。
そして、固体電解質1のアノード側となる一面10側にはディーゼル微粒子を堆積させる堆積面12が形成されており、図1においては第1電極3の外面が堆積面12とされている。なお、第1電極3の外面とは固体電解質1との接面の反対側の面である。
This purification device can be provided in an exhaust passage (not shown) for flowing exhaust gas discharged from a diesel engine, for example, and is provided so that one surface 10 side of the solid electrolyte 1 faces the exhaust passage. The one surface 10 side is an exhaust gas side G. The solid electrolyte 1 is provided so that the other surface 11 side of the solid electrolyte 1 faces the atmosphere side (atmosphere release side) A.
A deposition surface 12 on which diesel particulates are deposited is formed on the one surface 10 side which is the anode side of the solid electrolyte 1, and the outer surface of the first electrode 3 is a deposition surface 12 in FIG. 1. The outer surface of the first electrode 3 is the surface opposite to the contact surface with the solid electrolyte 1.

そして、この浄化装置による浄化方法は、固体電解質1の一面10側の堆積面12にディーゼル微粒子を堆積させ、印加手段2により所定の電圧を固体電解質1の両面間に印加させることにより、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給させる。そして、この酸素イオンによりアノード側の堆積面12に存在するディーゼル微粒子を酸化させることにより行われる。つまり、カソード側である大気側Aに含まれる酸素をアノード側である排出ガス側Gへ酸素イオンとして供給する。これにより、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mに含まれる炭素が一酸化炭素、二酸化炭素に連続的に酸化(C+O→CO、2C+O→2CO)され、固形炭素質微粒子Mが浄化(分解)される。なお、固体電解質1中の矢印は酸素イオンの移動方向を示している。 In the purification method using this purification device, diesel particulates are deposited on the deposition surface 12 on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1, and a predetermined voltage is applied between both surfaces of the solid electrolyte 1 by the applying means 2, whereby the cathode side Oxygen ions are supplied from the anode to the anode side. The oxygen ions are used to oxidize diesel particulates present on the deposition surface 12 on the anode side. That is, oxygen contained in the atmosphere side A that is the cathode side is supplied as oxygen ions to the exhaust gas side G that is the anode side. Thereby, carbon contained in the solid carbonaceous fine particles M in the diesel fine particles is continuously oxidized to carbon monoxide and carbon dioxide (C + O 2 → CO 2 , 2C + O 2 → 2CO), and the solid carbonaceous fine particles M are purified ( Disassembled). In addition, the arrow in the solid electrolyte 1 has shown the moving direction of oxygen ion.

図2に示す浄化装置は、図1の浄化装置の第1電極3を省略したものであり、その他の構成は同様である。つまり、固体電解質1の他面11側にのみカソード側とされる電極4が設けられている。この浄化装置はディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mが導電性を有することを利用したものであり、固体電解質1の一面10を直接、ディーゼル微粒子に含まれる固形炭素質微粒子Mの堆積面12としたものであり、一定量のディーゼル微粒子(固形炭素質微粒子M)が固体電解質1の一面10に堆積し印加手段2により通電が開始されることにより、大気側Aのカソード側から排出ガス側Gのアノード側へ酸素イオンの供給が行われる。   The purification device shown in FIG. 2 is obtained by omitting the first electrode 3 of the purification device of FIG. 1, and the other configurations are the same. That is, the electrode 4 that is the cathode side is provided only on the other surface 11 side of the solid electrolyte 1. This purification device utilizes the fact that the solid carbonaceous fine particles M in the diesel fine particles have conductivity, and the surface 10 of the solid electrolyte 1 is directly attached to the deposition surface 12 of the solid carbonaceous fine particles M contained in the diesel fine particles. When a certain amount of diesel particulates (solid carbonaceous particulates M) are deposited on one surface 10 of the solid electrolyte 1 and energization is started by the applying means 2, the cathode side of the atmosphere side A to the exhaust gas side G Oxygen ions are supplied to the anode side.

つまり、この浄化装置は、印加手段2と接続されるリード線13が固体電解質1の一面10側に接続されている。そして、固体電解質1の一面10側にディーゼル微粒子が堆積し、堆積したディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mとリード線13とが接触すると、印加手段2により電圧の印加が開始されて通電がされ固形炭素質微粒子M自体をアノードとさせる。これにより固体電解質1の両面間に所定の電位差を生じさせ酸素イオンの供給が行われる。つまり、一定量のディーゼル微粒子が堆積面12に堆積すると、その浄化が自動的に開始される。そして、リード線13は固体電解質1の一面10側にリング状や網目状等に設けられ、これにより固体電解質1の一面10側の堆積面12に部分的に堆積したディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mをこのリード線13に接触させて浄化が行われるようできる。   That is, in this purification device, the lead wire 13 connected to the applying means 2 is connected to the one surface 10 side of the solid electrolyte 1. When diesel particulates are deposited on the surface 10 side of the solid electrolyte 1 and the solid carbonaceous particulates M in the deposited diesel particulates come into contact with the lead wires 13, voltage application is started by the applying means 2 and energization is performed. The solid carbonaceous fine particles M themselves are used as anodes. As a result, a predetermined potential difference is generated between both surfaces of the solid electrolyte 1 to supply oxygen ions. That is, when a certain amount of diesel particulate is deposited on the deposition surface 12, the purification is automatically started. The lead wire 13 is provided in a ring shape or a mesh shape on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1, thereby solid carbonaceous matter in the diesel particulates partially deposited on the deposition surface 12 on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1. Purification can be performed by bringing the fine particles M into contact with the lead wires 13.

図3に示す浄化装置は、図1(図2)に示す浄化装置によるディーゼル微粒子の処理と、酸化触媒を用いた窒素酸化物の処理とを同時に連続して行うものである。処理する窒素酸化物はディーゼル微粒子と共に排出ガスに含まれている。この浄化装置は、図1に示す浄化装置の固体電解質1の一面10側に吸着材5と酸化触媒6とを設けたものである。つまり、この装置は、酸素イオン導電性を有する固体電解質1と、固体電解質1の両面間に電圧を印加させる印加手段2と、固体電解質1の一面10側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材5と、固体電解質1の一面10側に設けられる酸化触媒6とを備えている。   The purifying apparatus shown in FIG. 3 performs the treatment of diesel particulates by the purifying apparatus shown in FIG. 1 (FIG. 2) and the treatment of nitrogen oxides using an oxidation catalyst simultaneously and continuously. The nitrogen oxide to be treated is contained in the exhaust gas together with diesel particulates. In this purification device, an adsorbent 5 and an oxidation catalyst 6 are provided on one surface 10 side of the solid electrolyte 1 of the purification device shown in FIG. That is, this apparatus is provided with a solid electrolyte 1 having oxygen ion conductivity, an application means 2 for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte 1, and one surface 10 side of the solid electrolyte 1 to adsorb nitrogen oxides. An adsorbent 5 and an oxidation catalyst 6 provided on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 are provided.

固体電解質1は図1に示すものと同様であり、印加手段2は、固体電解質1のうちディーゼル微粒子が堆積される一面10側がアノード側となるよう電圧を印加させるものである。この装置においては、固体電解質1の一面10側に設けられる第1電極3を、酸化触媒6を含む多孔質電極により構成させるのがよい。例えば第1電極3を多孔質にされた白金とすることができる。つまり、第1電極3を酸化触媒6として併用している。そして、図3において、この第1電極3(酸化触媒6)の上に網状に窒素化合物の吸着材5を積層させている。なお、吸着材5としてはバリウムを含むものとできる。図3に示す吸着材5は層状に形成されている。   The solid electrolyte 1 is the same as that shown in FIG. 1, and the applying means 2 applies a voltage so that the surface 10 side on which diesel particulates are deposited of the solid electrolyte 1 is the anode side. In this apparatus, the first electrode 3 provided on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 is preferably composed of a porous electrode including the oxidation catalyst 6. For example, the first electrode 3 can be porous platinum. That is, the first electrode 3 is used in combination as the oxidation catalyst 6. In FIG. 3, a nitrogen compound adsorbent 5 is laminated on the first electrode 3 (oxidation catalyst 6) in a net shape. Note that the adsorbent 5 can include barium. The adsorbent 5 shown in FIG. 3 is formed in layers.

図3に示すこの浄化装置による浄化方法は次のとおりである。まず、図1(図2)と同様に、固体電解質1の両面間に印加手段2により電圧を印加させ、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給する。そして、この酸化イオンにより固体電解質1のアノード側の堆積面12に存在するディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mを酸化(2C+O→2CO)させて一酸化炭素を含む炭素酸化物とする(矢印a)。この固形炭素質微粒子Mを有するディーゼル微粒子は排出ガス中に含まれるものであり、固体電解質1の一面10側の堆積面12に堆積される。なお、この堆積面12は酸化触媒6を有する第1電極3の外面及び吸着材5の外面となる。 The purification method by this purification apparatus shown in FIG. 3 is as follows. First, similarly to FIG. 1 (FIG. 2), a voltage is applied between both surfaces of the solid electrolyte 1 by the applying means 2 to supply oxygen ions from the cathode side to the anode side. Then, the solid carbonaceous fine particles M in the diesel fine particles present on the anode-side deposition surface 12 of the solid electrolyte 1 are oxidized (2C + O 2 → 2CO) by the oxidized ions to form carbon oxides containing carbon monoxide (arrows). a). The diesel particulates having the solid carbonaceous particulates M are contained in the exhaust gas, and are deposited on the deposition surface 12 on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1. The deposition surface 12 becomes the outer surface of the first electrode 3 having the oxidation catalyst 6 and the outer surface of the adsorbent 5.

そして、ディーゼル微粒子と共に排出ガス中に含まれる一酸化窒素を固体電解質1のアノード側において酸化触媒6により酸化(NO+O→NO+O*)させて二酸化窒素とする(矢印b‐1と矢印b‐2)。この酸化の際に利用される酸素は主に排出ガス中に含まれる酸素である。そして、この二酸化窒素を吸着材5に吸着させる。さらに、吸着させた二酸化窒素を、固形炭素質微粒子Mを酸化させて得た一酸化炭素によって還元(2NO+4CO→N+4CO)して、二酸化窒素を窒素としかつ一酸化炭素を二酸化炭素とさせる(矢印c)。以上のように、排出ガス中に含まれるディーゼル微粒子(固形炭素質微粒子M)と窒素酸化物(一酸化窒素)が窒素と二酸化炭素とに連続的に浄化される。 The nitric oxide contained in the exhaust gas together with the diesel particulates is oxidized (NO + O 2 → NO 2 + O * ) by the oxidation catalyst 6 on the anode side of the solid electrolyte 1 to form nitrogen dioxide (arrows b-1 and b). -2). The oxygen used in the oxidation is mainly oxygen contained in the exhaust gas. The nitrogen dioxide is adsorbed on the adsorbent 5. Further, the adsorbed nitrogen dioxide is reduced (2NO 2 + 4CO → N 2 + 4CO 2 ) with carbon monoxide obtained by oxidizing the solid carbonaceous fine particles M, so that nitrogen dioxide is nitrogen and carbon monoxide is carbon dioxide. (Arrow c). As described above, diesel particulates (solid carbonaceous particulates M) and nitrogen oxides (nitrogen monoxide) contained in the exhaust gas are continuously purified into nitrogen and carbon dioxide.

また、ディーゼル微粒子の堆積面12に存在する酸化触媒6によりディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mの酸化が促進される。また、一酸化窒素が二酸化窒素へ酸化(NO+O→NO+O*)される際に(矢印b‐1)生成される活性酸素(O*)により固形炭素質微粒子Mの酸化が促進される。 Further, oxidation of the solid carbonaceous fine particles M in the diesel fine particles is promoted by the oxidation catalyst 6 present on the deposition surface 12 of the diesel fine particles. Further, oxidation of solid carbonaceous fine particles M is promoted by active oxygen (O * ) generated when nitrogen monoxide is oxidized to nitrogen dioxide (NO + O 2 → NO 2 + O * ) (arrow b-1). .

さらに、この浄化装置の印加手段2は、印加電圧の極性を周期的に反転させる切り換え手段を有している。つまり、アノード側であった第1電極3をカソード側とし、カソード側であった第2電極4をアノード側に切り換え、この切り換えを連続して行わせている。図4は第1電極3がカソード側とされ第2電極4がアノード側とされた状態であり、これにより、排出ガス側Gである固体電解質1の一面10側で発生した活性酸素(O*)を強制的に大気側Aである固体電解質1の他面11側へ戻すよう作用させている。 Furthermore, the application means 2 of this purification device has switching means for periodically inverting the polarity of the applied voltage. That is, the first electrode 3 on the anode side is set as the cathode side, and the second electrode 4 on the cathode side is switched to the anode side, and this switching is performed continuously. FIG. 4 shows a state in which the first electrode 3 is on the cathode side and the second electrode 4 is on the anode side. As a result, the active oxygen (O *) generated on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 that is the exhaust gas side G is shown . ) Is forcibly returned to the other surface 11 side of the solid electrolyte 1 which is the atmosphere side A.

これは、活性酸素により窒素、一酸化窒素が再合成(N+2O*→2NO、NO+O*→NO)されるのを抑制するためであり、これによりディーゼル微粒子と一酸化窒素の同時浄化をバランスよく行わせることができる。つまり、ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mを酸素イオンにより酸化させて得た一酸化炭素により、吸着材5に吸着させた二酸化窒素を還元させて窒素に生成したにもかかわらず、生成した窒素を再度活性酸素により酸化させて窒素酸化物とさせることを抑制している。この印加手段2が有する切り換え手段は電気的な手段により構成させることができ、排出ガス側Gの活性酸素量に応じてその周波数及び切り換え時間を変更可能とさせることができる。 This is to suppress the recombination of nitrogen and nitric oxide (N 2 + 2O * → 2NO, NO + O * → NO 2 ) by active oxygen, thereby simultaneously purifying diesel particulates and nitric oxide. It can be done in a balanced manner. That is, the produced nitrogen is produced by reducing carbon dioxide adsorbed on the adsorbent 5 into nitrogen by carbon monoxide obtained by oxidizing solid carbonaceous fine particles M in diesel fine particles with oxygen ions. Is again oxidized with active oxygen to form nitrogen oxides. The switching means of the application means 2 can be constituted by electrical means, and the frequency and switching time can be changed according to the amount of active oxygen on the exhaust gas side G.

次に、図5はディーゼル機関からの排出ガスの浄化を行う浄化システムを示す模式図であり、この排出ガスにはディーゼル微粒子(固形炭素質微粒子M)及び窒素酸化物(一酸化窒素)が含まれる。この浄化システムは、ディーゼル機関(ディーゼルエンジン)15の排気口と接続されて排出ガスを排出させる排気流路7と、この排気流路7の一部に設けられる排出ガス浄化装置8とを備えている。また図5に示す排気流路7は排気管により構成されており、この排気管の途中に排出ガス浄化装置8が有する排出ガス浄化室16が設けられている。そして、この排出ガス浄化室16の内部に複数の固体電解質1が設けられている。固体電解質1は図3に示すものと同様とされる。   Next, FIG. 5 is a schematic diagram showing a purification system for purifying exhaust gas from a diesel engine. This exhaust gas contains diesel particulates (solid carbonaceous particulates M) and nitrogen oxides (nitrogen monoxide). It is. This purification system includes an exhaust passage 7 that is connected to an exhaust port of a diesel engine (diesel engine) 15 and exhausts exhaust gas, and an exhaust gas purification device 8 that is provided in a part of the exhaust passage 7. Yes. Moreover, the exhaust flow path 7 shown in FIG. 5 is comprised by the exhaust pipe, and the exhaust gas purification chamber 16 which the exhaust gas purification apparatus 8 has in the middle of this exhaust pipe is provided. A plurality of solid electrolytes 1 are provided inside the exhaust gas purification chamber 16. The solid electrolyte 1 is the same as that shown in FIG.

排出ガス浄化装置8は制御装置17と接続され、制御装置17は印加手段2及び印加手段2の印加電圧の極性を周期的に反転させる前記切り換え手段が設けられており、浄化装置8の動作を制御している。さらに浄化装置8は帯電装置18を有しており、帯電装置18は排出ガス中に含まれるディーゼル微粒子を帯電させ、ディーゼル微粒子を固体電解質1の堆積面12(図3参照)に堆積させる。   The exhaust gas purification device 8 is connected to the control device 17, and the control device 17 is provided with the switching means for periodically inverting the polarity of the applied voltage of the application means 2 and the application means 2, and the operation of the purification device 8 is controlled. I have control. Furthermore, the purification device 8 has a charging device 18 that charges diesel particulates contained in the exhaust gas and deposits the diesel particulates on the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1 (see FIG. 3).

この排出ガス浄化装置8は、複数の固体電解質1を備えており、各固体電解質1において、図3に示す浄化装置と同様に、固定電解質1の一面10側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材5と、固体電解質1の一面10側に設けられた酸化触媒6と、固体電解質1の両面間に電圧を印加させる印加手段2とを備えている。なお、印加手段2は複数の固体電解質1に対して共通化させている。各固体電解質1は酸素イオン導電性を有しており、一面10側が排気流路7からの排出ガスと接触するよう設けられかつ他面11側が大気中の酸素と接触するよう設けられる。印加手段2は、固体電解質1の一面10側に設けた第1電極3をアノード側としてかつ他面11側に設けた第2電極4をカソード側とさせるよう固体電解質1の両面間に電圧を印加させている。なお、排出ガス浄化装置8が有する固体電解質1、吸着材5、酸化触媒6、印加手段2は図1〜図4により説明したものと同様であり、例えば、印加手段2は印加電圧の極性を周期的に反転させる切り換え手段を有している。   This exhaust gas purification device 8 includes a plurality of solid electrolytes 1, and each solid electrolyte 1 is provided on one surface 10 side of the fixed electrolyte 1 and adsorbs nitrogen oxides, similarly to the purification device shown in FIG. 3. An adsorbent 5 to be applied, an oxidation catalyst 6 provided on one surface 10 side of the solid electrolyte 1, and an applying means 2 for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte 1. The application means 2 is shared by a plurality of solid electrolytes 1. Each solid electrolyte 1 has oxygen ion conductivity, and is provided so that one surface 10 side is in contact with exhaust gas from the exhaust flow path 7 and the other surface 11 side is in contact with oxygen in the atmosphere. The applying means 2 applies a voltage between both surfaces of the solid electrolyte 1 so that the first electrode 3 provided on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 is the anode side and the second electrode 4 provided on the other surface 11 side is the cathode side. Applied. The exhaust gas purification device 8 has the solid electrolyte 1, the adsorbent 5, the oxidation catalyst 6, and the applying means 2 that are the same as those described with reference to FIGS. 1 to 4. For example, the applying means 2 has the polarity of the applied voltage. Switching means for periodically inverting is provided.

図6は図5の浄化システムが備えている排出ガス浄化装置8の要部構成図であり、この浄化装置8は複数の固体電解質1を有する。図5と図6において、排気流路7に接続させた排出ガス浄化室16内に、複数枚(図6では7枚)の平板パネル状の固体電解質1が相互隙間を持って対面状となるよう重ねられて配設される。なお、固体電解質1は交互に裏返されて積層状とされ、隣り合う固体電解質1,1の一面10,10同士又は他面11,11同士が対面するよう配設される。そして、各隙間には棒状のスペーサ部材19が設けられており、これら複数枚の固体電解質1により固体電解質層20が形成されている。この固体電解質層20が排出ガス浄化室16内に設けられている。   FIG. 6 is a configuration diagram of a main part of an exhaust gas purification device 8 provided in the purification system of FIG. 5, and the purification device 8 has a plurality of solid electrolytes 1. 5 and 6, a plurality of (seven in FIG. 6) flat panel-shaped solid electrolytes 1 face each other with a mutual gap in the exhaust gas purification chamber 16 connected to the exhaust flow path 7. Are arranged so as to overlap each other. In addition, the solid electrolyte 1 is turned over alternately to form a laminated shape, and is disposed so that the one surfaces 10 and 10 of the adjacent solid electrolytes 1 and 1 or the other surfaces 11 and 11 face each other. A bar-shaped spacer member 19 is provided in each gap, and a solid electrolyte layer 20 is formed by the plurality of solid electrolytes 1. The solid electrolyte layer 20 is provided in the exhaust gas purification chamber 16.

そして複数枚の固体電解質20の各隙間においてスペーサ部材19,19間に排出ガス用流路21又は空気用流路22が形成される。つまり、固体電解質層20の積層方向の一方側(図6の下部)から順に、排出ガス用流路21と、空気用流路22とが交互に形成される。なお、隣り合う固体電解質1,1の一面10,10間が排出ガス用流路21とされ、隣り合う固体電解質1,1の他面11,11間が空気用流路22とされる。
また、排出ガス用流路21を構成する隙間のスペーサ部材19の向きと、空気用流路22を構成する隙間のスペーサ部材19の向きとは、同方向としたり(図示せず)又は所定の角度で向きを変えることができ、図6においては、空気用流路22を構成する隙間のスペーサ部材19が排出ガス用流路21のスペーサ部材19に対して90°向きを変えて設けられており、排出ガスの流れ方向(矢印g方向)に貫通する排出ガス用流路21と、排出ガスの流れ方向に直交する方向(矢印a方向)に貫通する空気用流路22とが交互に形成されている。そして、排気流路7から流れてきた排出ガスはそのまま直線的に排出ガス用流路21に送られ、空気用流路22を排出ガス浄化室16の外部の大気側Aと連通させ、空気が空気用流路22に送られる。これにより、排出ガス用流路21を排出ガスが通過することにより、排出ガス中に含まれるディーゼル微粒子が排出ガス用流路21に面する固体電解質1の一面10側の堆積面12に堆積されて酸化され、かつ排出ガス中の窒素酸化物が還元される。
An exhaust gas passage 21 or an air passage 22 is formed between the spacer members 19 and 19 in the gaps between the plurality of solid electrolytes 20. That is, the exhaust gas flow paths 21 and the air flow paths 22 are alternately formed in this order from the one side in the stacking direction of the solid electrolyte layer 20 (lower part in FIG. 6). In addition, between the one surfaces 10 and 10 of the adjacent solid electrolytes 1 and 1 is the exhaust gas flow path 21, and between the other surfaces 11 and 11 of the adjacent solid electrolytes 1 and 1 is the air flow path 22.
In addition, the direction of the spacer member 19 in the gap constituting the exhaust gas passage 21 and the direction of the spacer member 19 in the gap constituting the air passage 22 may be the same direction (not shown) or a predetermined direction. In FIG. 6, the spacer member 19 in the gap constituting the air flow path 22 is provided with a 90 ° direction changed with respect to the spacer member 19 of the exhaust gas flow path 21. The exhaust gas flow passage 21 penetrating in the exhaust gas flow direction (arrow g direction) and the air flow passage 22 penetrating in the direction orthogonal to the exhaust gas flow direction (arrow a direction) are alternately formed. Has been. The exhaust gas flowing from the exhaust flow path 7 is directly sent to the exhaust gas flow path 21 as it is, and the air flow path 22 is communicated with the atmosphere side A outside the exhaust gas purification chamber 16 so that the air flows. It is sent to the air flow path 22. As a result, when the exhaust gas passes through the exhaust gas passage 21, diesel particulates contained in the exhaust gas are deposited on the deposition surface 12 on the one surface 10 side of the solid electrolyte 1 facing the exhaust gas passage 21. It is oxidized and nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced.

図7は排出ガス浄化装置8の変形例であり、排気流路7内を流れてきた排出ガスの流れ方向(矢印g方向)に貫通する断面矩形の筒状の排出ガス浄化室16内に、筒状とされた固体電解質1が複数設けられている。固体電解質1は大気側Aとなる他面11側が内側面となるよう筒状として構成され、筒状とされた固体電解質1の外周面が排出ガス側Gとされる一面10側となり、かつ、堆積面12となる。そして、筒状の固体電解質1の軸方向が排出ガスの流れ方向(矢印g方向)に直交する方向(矢印a方向)とされ、これら固体電解質1は相互隙間を有するよう排出ガス浄化室16内に設けられている。
これにより、筒状の固体電解質1の内部が大気側Aと連通し、筒状の固体電解質1の内部に空気が通過可能となる。そして、排気流路7から流れてきた排出ガスが筒状の固体電解質1,1間の隙間を流れ、この隙間を通過する排出ガスに含まれるディーゼル微粒子が、筒状の固体電解質1の外周面側の堆積面12に堆積されて酸化され、かつ排出ガス中の窒素酸化物が還元される。
FIG. 7 shows a modified example of the exhaust gas purification device 8. In the exhaust gas purification chamber 16 having a rectangular cross section penetrating in the flow direction of the exhaust gas flowing in the exhaust flow path 7 (arrow g direction), A plurality of cylindrical solid electrolytes 1 are provided. The solid electrolyte 1 is configured as a cylinder so that the other surface 11 side that is the atmosphere side A is the inner surface, the outer peripheral surface of the cylindrical solid electrolyte 1 is the one surface 10 side that is the exhaust gas side G, and It becomes the deposition surface 12. The axial direction of the cylindrical solid electrolyte 1 is set to a direction (arrow a direction) perpendicular to the flow direction of the exhaust gas (arrow g direction), and the solid electrolyte 1 has a gap between each other in the exhaust gas purification chamber 16. Is provided.
Thereby, the inside of the cylindrical solid electrolyte 1 communicates with the atmosphere side A, and air can pass through the inside of the cylindrical solid electrolyte 1. The exhaust gas flowing from the exhaust passage 7 flows through the gap between the cylindrical solid electrolytes 1, 1, and the diesel particulates contained in the exhaust gas passing through the gap pass through the outer peripheral surface of the cylindrical solid electrolyte 1. It is deposited on the side deposition surface 12 and oxidized, and nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced.

図6と図7に示す排出ガス浄化装置8において、排出ガス浄化室16内に導入された排出ガス中のディーゼル微粒子を帯電装置18(図5参照)により帯電させ、固体電解質1の堆積面12にディーゼル微粒子を積極的に捕集させている。つまり、排出ガスが排出ガス浄化装置8に流入する上流部に帯電電極を設け、固体電解質1の堆積面12側の電極3(図3参照)をグランドレベルとさせることにより電界が形成されてディーゼル微粒子を帯電させ、帯電させたディーゼル微粒子を効率よく固体電解質1の堆積面12に集塵させている。   6 and 7, diesel particulates in the exhaust gas introduced into the exhaust gas purification chamber 16 are charged by the charging device 18 (see FIG. 5), and the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1 is charged. Is actively collecting diesel particulates. In other words, an electric field is formed by providing a charging electrode in the upstream portion where the exhaust gas flows into the exhaust gas purification device 8 and setting the electrode 3 (see FIG. 3) on the deposition surface 12 side of the solid electrolyte 1 to the ground level. The fine particles are charged, and the charged diesel fine particles are efficiently collected on the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1.

また、図7に示す排出ガス浄化装置8は、筒状の固体電解質1の堆積面12となる外周面が
排出ガスを部分的に遮断するよう配設されているため、外周面に排出ガスが直接的に吹き付けられるため、排出ガス中のディーゼル微粒子はその慣性力により固体電解質1の外周面に効率よく捕集される。さらに、排出ガス浄化室16内に排出ガスを浄化可能とさせる固体電解質1しか存在しないため、ディーゼル微粒子が他の部分に堆積して流路を塞ぐおそれがなく、排出ガス中のディーゼル微粒子の濃度が高い場合に効果的である。
Further, the exhaust gas purifying device 8 shown in FIG. 7 is disposed so that the outer peripheral surface that becomes the deposition surface 12 of the cylindrical solid electrolyte 1 partially blocks the exhaust gas, so Since it is sprayed directly, diesel particulates in the exhaust gas are efficiently collected on the outer peripheral surface of the solid electrolyte 1 due to its inertial force. Furthermore, since there is only the solid electrolyte 1 that makes it possible to purify the exhaust gas in the exhaust gas purification chamber 16, there is no possibility that diesel particulates accumulate on other parts and block the flow path, and the concentration of diesel particulates in the exhaust gas It is effective when is high.

図8と図9は排出ガス浄化装置8のさらに別の変形例であり、この浄化装置8の固体電解質1は断面U字形に成形され、固体電解質1は開口部から奥部へ伸びる側壁23と奥部の突き当たり状の奥壁24とから構成されている。そして、側壁23が排気流路7から流れてきた排出ガスの流れ方向(矢印g方向)と平行となる向きとされて、奥壁24が排出ガスの流れ方向に直交する面を有するよう、複数の固体電解質1が排出ガス浄化室16内に設けられている。そして、断面U字形とされた固体電解質1はその内側面が図3に示した一面10側の堆積面12とされ、固体電解質1の外側面が大気側Aとなる。なお、断面U字形の固体電解質1は周状の側壁23と奥壁24とを有する有底円筒状に形成したものとできる。さらに、断面U字形とされた固体電解質1は隣り合う固体電解質1と連結壁部材25により連結されており、連結された固体電解質1により排出ガス浄化室16が排出ガス側Gの空間と大気側Aの空間とに区画されている。   8 and 9 show still another modified example of the exhaust gas purification device 8. The solid electrolyte 1 of the purification device 8 is formed in a U-shaped cross section, and the solid electrolyte 1 has a side wall 23 extending from the opening to the back. It is comprised from the back wall 24 of the abutting end shape. The side wall 23 is set in a direction parallel to the flow direction (arrow g direction) of the exhaust gas flowing from the exhaust flow path 7, and the back wall 24 has a surface orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. The solid electrolyte 1 is provided in the exhaust gas purification chamber 16. The inner surface of the solid electrolyte 1 having a U-shaped cross section is the deposition surface 12 on the side 10 shown in FIG. 3, and the outer surface of the solid electrolyte 1 is the atmosphere side A. The solid electrolyte 1 having a U-shaped cross section can be formed in a bottomed cylindrical shape having a circumferential side wall 23 and a back wall 24. Further, the solid electrolyte 1 having a U-shaped cross section is connected to the adjacent solid electrolyte 1 by a connecting wall member 25, and the exhaust gas purification chamber 16 is connected to the space on the exhaust gas side G and the atmosphere side by the connected solid electrolyte 1. It is partitioned into A space.

さらに、断面U字形とされた固体電解質1の内側にパイプ状の排気導管26が固体電解質1の内側面と隙間をもって挿入され、排気流路7から流れてきた排出ガスは排気導管26により固体電解質1の奥壁24側へ誘導される。誘導された排出ガスは固体電解質1の奥壁24に衝突し、その後、排気導管26の外周面と固体電解質1の側壁23内面との間を流れ、固体電解質1により浄化された排出ガスは排出ガス浄化室16の外部へと排出される。なお、連結された複数の固体電解質1により区画された排出ガス浄化室16の大気側Aの部分に、空気の吸入口27及びその排出口28が設けられている。   Further, a pipe-like exhaust conduit 26 is inserted inside the solid electrolyte 1 having a U-shaped cross section with a gap from the inner surface of the solid electrolyte 1, and the exhaust gas flowing from the exhaust passage 7 is exhausted by the exhaust conduit 26. 1 to the back wall 24 side. The induced exhaust gas collides with the back wall 24 of the solid electrolyte 1, and then flows between the outer peripheral surface of the exhaust conduit 26 and the inner surface of the side wall 23 of the solid electrolyte 1, and the exhaust gas purified by the solid electrolyte 1 is discharged. It is discharged to the outside of the gas purification chamber 16. Note that an air inlet 27 and its outlet 28 are provided in the portion on the atmosphere side A of the exhaust gas purification chamber 16 partitioned by a plurality of connected solid electrolytes 1.

さらにこの排出ガス浄化装置8においても図8に示すように、帯電装置18によりディーゼル微粒子を帯電させ、固体電解質1の堆積面12にディーゼル微粒子を捕集させている。この場合前記排気導管26を帯電電極とし、固体電解質1の堆積面12側の電極3(図3参照)をグランドレベルとすることにより、排気導管26の外周面と固体電解質1の内側面との間に電解を形成し、この間を排出ガスが通過する際に、排出ガス中のディーゼル微粒子が帯電され、帯電されたディーゼル微粒子は効率よく固体電解質1の堆積面12に集塵される。そして、堆積面12に堆積したディーゼル微粒子が浄化される。   Further, also in the exhaust gas purification device 8, as shown in FIG. 8, the diesel particulates are charged by the charging device 18, and the diesel particulates are collected on the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1. In this case, the exhaust conduit 26 is used as a charging electrode, and the electrode 3 (see FIG. 3) on the deposition surface 12 side of the solid electrolyte 1 is set to the ground level, so that the outer peripheral surface of the exhaust conduit 26 and the inner surface of the solid electrolyte 1 are connected. Electrolysis is formed between them, and when the exhaust gas passes between them, the diesel particulates in the exhaust gas are charged, and the charged diesel particulates are efficiently collected on the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1. And the diesel particulate deposited on the deposition surface 12 is purified.

図9に示す排出ガス浄化装置8による浄化方法について説明すると、排気流路7から流れてきた排出ガスはまず排気導管26内を流れる。排気導管26を通過した排出ガス中のディーゼル微粒子はその慣性力により固体電解質1の奥壁24における堆積面12に捕捉される。排出ガスはさらに排出導管26と固体電解質1との間を流れ、これらの間において帯電装置18により帯電されたディーゼル微粒子は、同じく帯電装置18により形成された電界により、固体電解質1の側壁23における堆積面12に捕集される。つまり、この排出ガス浄化装置8は、排出ガスの慣性力による固体電解質1の奥壁24における慣性捕集作用と、帯電装置18による電気捕集作用とを有している。そして、粒子径の大きなディーゼル微粒子は慣性捕集が効果的であり、粒子径が小さいものに対しては電気捕集が効果的となり、この2つの作用により様々な粒子径のディーゼル微粒子を効率よく捕集することができる。   Explaining the purification method by the exhaust gas purification device 8 shown in FIG. 9, the exhaust gas flowing from the exhaust passage 7 first flows in the exhaust conduit 26. Diesel particulates in the exhaust gas that has passed through the exhaust conduit 26 are trapped on the deposition surface 12 of the back wall 24 of the solid electrolyte 1 due to its inertial force. The exhaust gas further flows between the discharge conduit 26 and the solid electrolyte 1, and diesel particulates charged by the charging device 18 between them are also generated on the side wall 23 of the solid electrolyte 1 by the electric field formed by the charging device 18. It is collected on the deposition surface 12. That is, the exhaust gas purifying device 8 has an inertia collecting action on the back wall 24 of the solid electrolyte 1 due to an inertia force of the exhaust gas and an electric collecting action by the charging device 18. In addition, diesel particulates with large particle diameters are effective for inertia collection, and those with small particle diameters are effective for electric collection. These two actions effectively convert diesel particulates with various particle diameters efficiently. Can be collected.

次に、本発明に係る浄化装置のさらに別の実施形態について、図10により説明する。この浄化装置は図1〜図4に示した浄化装置の変形例である。
図10は浄化装置を示すモデル図であり、この装置においてもディーゼルエンジンから排出された排出ガスを浄化することができるものであり、排出ガスに含まれるディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子M、及び、窒素酸化物を浄化することができる。
この浄化装置は、イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る固体電解質1と、この固体電解質1の一面10側と他面11側にそれぞれ設けられた第1電極3と第2電極4とを有する浄化構造体30を備えている。
Next, still another embodiment of the purification apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. This purification device is a modification of the purification device shown in FIGS.
FIG. 10 is a model diagram showing a purification device, which is also capable of purifying exhaust gas discharged from a diesel engine. Solid carbonaceous fine particles M in diesel particulates contained in the exhaust gas, and Nitrogen oxide can be purified.
This purification apparatus has a solid electrolyte 1 having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one surface side, and a first electrode 3 and a second electrode provided on the one surface 10 side and the other surface 11 side, respectively, of the solid electrolyte 1. A purification structure 30 having an electrode 4 is provided.

固体電解質1はパネル状とされており、その一面10に第1電極3を積層させ、他面11に第2電極4を積層させて、浄化構造体30が構成されている。固体電解質1は例えば燃料電池に用いられているものが適用でき、固体電解質1の両端側に電位差が生じることによってイオンを移動させることができる。なお、この固体電解質1は、結果として第1電極3側へ酸素イオンを与えることができるものであれば、固体電解質1中を移動するイオンは酸素イオンに限らない。   The solid electrolyte 1 has a panel shape, and the purification structure 30 is configured by laminating the first electrode 3 on one surface 10 and laminating the second electrode 4 on the other surface 11. As the solid electrolyte 1, for example, one used in a fuel cell can be applied, and ions can be moved by generating a potential difference between both ends of the solid electrolyte 1. In addition, as long as this solid electrolyte 1 can give an oxygen ion to the 1st electrode 3 side as a result, the ion which moves in the solid electrolyte 1 is not restricted to an oxygen ion.

そして、この浄化構造体30は、浄化を行う排出ガスのうちディーゼル微粒子(固形炭素質微粒子M)を除き窒素酸化物を含むガスを透過させることができるように多孔質とされている。つまり、浄化構造体30のうちの固体電解質1が多孔質とされており、かつ、第1電極3と第2の電極4が多孔質電極とされている。浄化構造体30を多孔質とすることにより、ディーゼル微粒子を含む排出ガスを第1電極3側から第2電極4側へ通す(矢印F)ことによって、ディーゼル微粒子を第1電極3側に捕集する(フィルタリングする)ことができる。   And this purification | cleaning structure 30 is made porous so that the gas containing nitrogen oxides can be permeate | transmitted except the diesel particulates (solid carbonaceous particulate M) among the exhaust gas which performs purification | cleaning. That is, the solid electrolyte 1 in the purification structure 30 is porous, and the first electrode 3 and the second electrode 4 are porous electrodes. By making the purification structure 30 porous, exhaust gas containing diesel particulates is passed from the first electrode 3 side to the second electrode 4 side (arrow F), thereby collecting the diesel particulates on the first electrode 3 side. Can be filtered.

そして、図1に示した浄化装置と同様に、電位差が生じている固体電解質1によって第1電極3側へ与えられた酸素イオンにより、捕集されたディーゼル微粒子の固形炭素質微粒子Mを酸化させることができる。
また、浄化構造体30を透過した排出ガスには窒素酸化物が含まれており、この窒素酸化物は後述するが第2電極4側において還元されることとなる。つまり、この浄化構造体30において、第1電極3側が、固形炭素質微粒子Mを酸化させる酸化部とされており、固体電解質1を挟んで反対側(裏面側)である第2電極4側が、窒素酸化物を還元する還元部とされている。つまりこの浄化装置は、浄化構造体30の一面側において固形炭素質微粒子Mの浄化が可能であり、同時に他面側において窒素酸化物の浄化が可能となる。
Then, similarly to the purification device shown in FIG. 1, the solid carbonaceous fine particles M of the collected diesel fine particles are oxidized by oxygen ions given to the first electrode 3 side by the solid electrolyte 1 having a potential difference. be able to.
Further, the exhaust gas that has passed through the purification structure 30 contains nitrogen oxides, which will be reduced on the second electrode 4 side, as will be described later. That is, in the purification structure 30, the first electrode 3 side is an oxidation portion that oxidizes the solid carbonaceous fine particles M, and the second electrode 4 side that is the opposite side (back side) across the solid electrolyte 1 is The reducing part reduces nitrogen oxides. In other words, this purification device can purify the solid carbonaceous fine particles M on one surface side of the purification structure 30 and simultaneously purify nitrogen oxides on the other surface side.

浄化構造体30には、このような浄化処理を行わせるために設けられている制御手段31が接続されており、制御手段31は、図1の浄化装置に示したものと同様である印加手段2を有している。さらに説明すると、この制御手段31は、第1電極3側がアノード側となるよう電圧を印加させることができる前記印加手段2と、これと並列となるように抵抗器が設けられて全体として閉回路を構成することができるバイパス回路部34を備えている。さらに、制御手段31は、印加手段2により両電極3,4間に電圧を印加させている状態と、両電極3,4間において印加を止めて前記閉回路を構成している状態とに切り換え可能とする切換制御部35とを備えている。
つまり、ディーゼルエンジンの運転条件によって排出ガスの温度が異なるが、排出ガス温度が低い場合、印加手段2により第1電極3側がアノード側となるよう両電極3,4間に電圧を印加させることで、固体電解質1中においてイオンの移動が可能となり、前記同時浄化が可能である。
しかし、エンジンの負荷などが大きくなって排出ガス温度が高くなる場合、浄化構造体30の第1電極3側において固形炭素質微粒子Mの酸化が行われやすくなり、固体電解質1を燃料電池として動作させることができる。これにより、外部から(印加手段2により)電気エネルギーを供給することなく、固体電解質1内においてイオンの移動が可能となって前記同時浄化が行われる。つまり、排出ガス温度が高くなって固体電解質1内のイオン導電率が高い場合、前記切換制御部35が両電極3,4間をバイパス回路部34でつないだ状態として、固体電解質1を含み外部電圧を作用させていない閉回路を構成させることで、固体電解質1内においてイオンの移動を可能としている。
The purifying structure 30 is connected with a control means 31 provided for performing such a purifying process, and the control means 31 is the same as that shown in the purifying apparatus of FIG. 2 has. More specifically, the control means 31 is provided as a closed circuit as a whole with the application means 2 capable of applying a voltage so that the first electrode 3 side becomes the anode side and a resistor provided in parallel with the application means 2. The bypass circuit unit 34 can be configured. Further, the control means 31 switches between the state in which the voltage is applied between the electrodes 3 and 4 by the applying means 2 and the state in which the application is stopped between the electrodes 3 and 4 to form the closed circuit. The switching control unit 35 is provided.
That is, although the temperature of the exhaust gas varies depending on the operating conditions of the diesel engine, when the exhaust gas temperature is low, the voltage is applied between the electrodes 3 and 4 by the applying means 2 so that the first electrode 3 side becomes the anode side. The ions can move in the solid electrolyte 1, and the simultaneous purification is possible.
However, when the engine load increases and the exhaust gas temperature increases, the solid carbonaceous fine particles M are easily oxidized on the first electrode 3 side of the purification structure 30 and the solid electrolyte 1 operates as a fuel cell. Can be made. Thus, the ions can be moved in the solid electrolyte 1 without supplying electric energy from the outside (by the applying means 2), and the simultaneous purification is performed. In other words, when the exhaust gas temperature becomes high and the ionic conductivity in the solid electrolyte 1 is high, the switching control unit 35 includes the solid electrolyte 1 in the state where the electrodes 3 and 4 are connected by the bypass circuit unit 34. By configuring a closed circuit in which no voltage is applied, ions can be moved in the solid electrolyte 1.

そして制御手段31は、排出ガスの温度を測定する温度センサ(図示せず)と接続されており、温度センサの出力に応じて切換制御部35が切り換え動作するよう構成されている。つまり、排出ガスの温度が低い場合に両電極3,4間に電圧を印加させている状態とし、温度が高い場合に閉回路を構成している状態となるように自動的に切り換えている。これにより電力消費を抑えエネルギー効率を高めることができる。また、これら状態の切り換えは、温度センサによって排出ガスの温度を検出する手段によるもの以外であってもよく、固体電解質1が前記同時浄化を行わせることができる程度にイオン導電機能を有する燃料電池として作動できるか否かの検出によって行えばよい。   The control means 31 is connected to a temperature sensor (not shown) that measures the temperature of the exhaust gas, and the switching control unit 35 is configured to perform a switching operation according to the output of the temperature sensor. In other words, the voltage is applied between the electrodes 3 and 4 when the temperature of the exhaust gas is low, and is automatically switched so as to form a closed circuit when the temperature is high. Thereby, power consumption can be suppressed and energy efficiency can be improved. Further, the switching of these states may be other than by means for detecting the temperature of the exhaust gas by a temperature sensor, and the fuel cell having an ion conductive function to such an extent that the solid electrolyte 1 can perform the simultaneous purification. It may be performed by detecting whether or not it can be operated.

そして、この浄化装置により行われる排出ガスの浄化方法は、多孔質からなる固体電解質1の一面10側から他面11側へディーゼル微粒子を含む排出ガスを通すことにより、ディーゼル微粒子をその一面10側に捕集させる。そして、固体電解質1の両面間に所定の電位差が生じることによって、一面10側に酸素イオンを与えるように固体電解質1の他面11側から一面10側へイオンを移動させ、一面10側において捕集したディーゼル微粒子を、酸素イオンにより酸化させることにより行われる。図10においては、固体電解質1の他面11側に存在する酸素あるいは窒素酸化物中の酸素原子を、酸素イオンとして固体電解質1内で移動させ、その酸素イオンを一面10側である第1電極3側に供給している。これにより、捕集されたディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子Mに含まれる炭素が二酸化炭素に連続的に酸化(C+O→CO)され、固形炭素質微粒子Mが浄化(分解)される。そして、得られた二酸化炭素は、上流側から流れてくる排出ガスと共に浄化構造体30を透過して、下流側である第2電極4側へ流れ、浄化構造体30よりもさらに下流側へと排出される。 And the purification method of the exhaust gas performed by this purification apparatus is made to pass diesel particulates on the one side 10 side by letting exhaust gas containing diesel particulates pass from the one side 10 side to the other side 11 side of the porous solid electrolyte 1. To collect. Then, when a predetermined potential difference is generated between both surfaces of the solid electrolyte 1, ions are moved from the other surface 11 side of the solid electrolyte 1 to the one surface 10 side so as to give oxygen ions to the one surface 10 side, and captured on the one surface 10 side. The collected diesel particulates are oxidized by oxygen ions. In FIG. 10, oxygen present in the other surface 11 side of the solid electrolyte 1 or oxygen atoms in the nitrogen oxide is moved as oxygen ions in the solid electrolyte 1, and the oxygen ions are moved to the first electrode 10 on the first surface 10 side. 3 side is supplied. Thereby, the carbon contained in the solid carbonaceous fine particles M in the collected diesel fine particles is continuously oxidized (C + O 2 → CO 2 ) into carbon dioxide, and the solid carbonaceous fine particles M are purified (decomposed). Then, the obtained carbon dioxide permeates through the purification structure 30 together with the exhaust gas flowing from the upstream side, flows to the second electrode 4 side which is the downstream side, and further downstream from the purification structure 30. Discharged.

さらに、浄化構造体30を透過した排出ガスに含まれている窒素酸化物は、第2電極4側(還元部)において浄化処理される。
図11は、第2電極4側において窒素酸化物が浄化されるメカニズムを説明する図であり、浄化構造体30の第2電極4側(カソード側)にセリア又はセリア酸化物が担持されている。
この還元部において行われる浄化方法は次のとおりである。セリア(セリア酸化物)は希薄運転状態ではCeOが安定した状態となる(Ce+1/2O→2CeO:セリアによる酸素吸蔵効果)。しかし、印加手段2によって電圧を印加させることにより、第2電極4側では酸素を放出し希薄運転状態でCeを安定状態で保つことができる(2CeO+2e→Ce+O2−)。この際に酸素イオンが発生しており、この酸素イオンを固体電解質1によって第1電極3側へ移動させ、この酸素イオンは固形炭素質微粒子Mの酸化に用いられる。そして、セリアがこの状態で窒素酸化物(NO)を還元することができる(Ce+NO→2CeO+1/2N)。
Further, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has passed through the purification structure 30 are purified on the second electrode 4 side (reduction part).
FIG. 11 is a diagram for explaining a mechanism for purifying nitrogen oxides on the second electrode 4 side, and ceria or ceria oxide is supported on the second electrode 4 side (cathode side) of the purifying structure 30. .
The purification method performed in this reduction unit is as follows. Ceria (ceria oxide) becomes a stable state of CeO 2 in a lean operation state (Ce 2 O 3 + 1 / 2O 2 → 2CeO 2 : oxygen storage effect by ceria). However, by applying a voltage by the applying means 2, oxygen is released on the second electrode 4 side, and Ce 2 O 3 can be kept in a stable state in a lean operation state (2CeO 2 + 2e → Ce 2 O 3 + O). 2- ). At this time, oxygen ions are generated, and the oxygen ions are moved to the first electrode 3 side by the solid electrolyte 1, and the oxygen ions are used for oxidation of the solid carbonaceous fine particles M. Ceria can reduce nitrogen oxide (NO) in this state (Ce 2 O 3 + NO → 2CeO 2 + 1 / 2N 2 ).

図12は、第2電極4側において窒素酸化物が浄化される別のメカニズムを説明する図であり、浄化構造体30の第2電極4(カソード側)に、窒素酸化物を吸着させる吸着材5が担持されている。吸着材5は図3の浄化装置におけるものと同様でありアルカリ金属とされ、例えばカリウムやバリウムなどがある。さらに、第2電極4には、図3と同様に酸化触媒6が担持されている。酸化触媒6としては白金があり、また、多孔質からなる第2電極4自身を酸化触媒6とすることができる。
そして、吸着材5としての酸化バリウムは第2電極4側にある二酸化炭素との反応により安定した状態(炭酸バリウム)とされている(BaO+CO→BaCO)。
FIG. 12 is a diagram for explaining another mechanism for purifying nitrogen oxides on the second electrode 4 side, and an adsorbent for adsorbing nitrogen oxides on the second electrode 4 (cathode side) of the purifying structure 30. 5 is carried. The adsorbent 5 is the same as that in the purification apparatus of FIG. 3 and is made of an alkali metal, such as potassium or barium. Further, the oxidation catalyst 6 is supported on the second electrode 4 as in FIG. As the oxidation catalyst 6, there is platinum, and the porous second electrode 4 itself can be used as the oxidation catalyst 6.
The barium oxide as the adsorbent 5 is in a stable state (barium carbonate) by reaction with carbon dioxide on the second electrode 4 side (BaO + CO 2 → BaCO 3 ).

この還元部において行われる浄化方法は次のとおりである。浄化構造体30を透過した排出ガスには一酸化窒素と酸素が含まれており、第2電極4側において、一酸化窒素は酸化触媒6により酸化(NO+O→NO+O2−)されて二酸化窒素となる。この際に酸素イオンが発生しており、この酸素イオンを固体電解質1によって第1電極3側へ移動させ、この酸素イオンは固形炭素質微粒子Mの酸化に用いられる。
そして、この二酸化窒素及び排出ガス中に含まれていた二酸化窒素を吸着材5に吸着させ(BaCO+2NO+O→Ba(NO+CO)、印加手段2によって電圧を印加させることにより、二酸化窒素の還元が行われる(Ba(NO+2e→BaO+N+2O+O2−)。
なお、図11と図12の形態において、第2電極4側で生じた酸素イオンを固体電解質1によって第1電極3側へ強制的に移動させることができるため、還元して得た窒素が窒素酸化物へ再合成されるのを抑制することができる。
この浄化方法は、一酸化炭素などの還元物質を用いる方法ではなく、電気化学的に還元する方法である。
The purification method performed in this reduction unit is as follows. The exhaust gas that has passed through the purification structure 30 contains nitrogen monoxide and oxygen. On the second electrode 4 side, the nitric oxide is oxidized (NO + O 2 → NO 2 + O 2− ) by the oxidation catalyst 6. Nitrogen dioxide. At this time, oxygen ions are generated, and the oxygen ions are moved to the first electrode 3 side by the solid electrolyte 1, and the oxygen ions are used for oxidation of the solid carbonaceous fine particles M.
The nitrogen dioxide and nitrogen dioxide contained in the exhaust gas are adsorbed on the adsorbent 5 (BaCO 3 + 2NO 2 + O → Ba (NO 3 ) 2 + CO 2 ), and voltage is applied by the applying means 2. Nitrogen dioxide is reduced (Ba (NO 3 ) 2 + 2e → BaO + N 2 + 2O 2 + O 2− ).
11 and 12, the oxygen ions generated on the second electrode 4 side can be forcibly moved to the first electrode 3 side by the solid electrolyte 1, so that the nitrogen obtained by reduction is nitrogen. It can be suppressed from being re-synthesized into an oxide.
This purification method is not a method using a reducing substance such as carbon monoxide but an electrochemical reduction method.

また、それぞれの実施形態において、印加手段2による電圧の印加を常時一定電圧として作用させてもよいが、制御手段31の働きによって、電圧の印加状態を周期的に変化又は変動させてもよい。例えば、電圧を印加させている状態と印加させていない状態とに周期的に変化させることができる。つまり、浄化構造体30の第1電極側3にある程度の量の固形炭素質微粒子Mが堆積してから、所定時間だけ電圧を印加させて前記浄化処理を間欠的に行わせるようにしてもよい。   In each embodiment, the voltage application by the application unit 2 may be always applied as a constant voltage. However, the application state of the voltage may be periodically changed or changed by the operation of the control unit 31. For example, it can be changed periodically between a state where a voltage is applied and a state where a voltage is not applied. That is, after a certain amount of solid carbonaceous fine particles M is deposited on the first electrode side 3 of the purification structure 30, the voltage may be applied for a predetermined time to perform the purification process intermittently. .

以上のような本発明の浄化装置によれば、排出ガスの圧力により排出ガスを強制的に第1電極3側から流入させ第2電極4側へ排出させる。浄化構造体30は多孔質とされているために排出ガス中のディーゼル微粒子などの粒子状物質(固形炭素質微粒子M)は第1電極3側に捕集される。つまり、浄化構造体30のフィルタリング効果によって排出ガス中の微粒子は第1電極3側に自動的に捕集される。これにより、電気集塵機を用いて電極表面にディーゼル微粒子を集塵させる必要がなくなり、装置の低コスト化、小型化が図れる。そして、第1電極3側において微粒子が捕集除去された排出ガスは、浄化構造体30を透過し第2電極4側へ流出するが、例えば図12に示したようにアルカリ土類金属による窒素酸化物の吸蔵および、第2電極4での反応による窒素酸化物還元作用によって、排出ガスに含まれている窒素酸化物は吸蔵されて分解される。
この際に生じた酸素イオン(活性酸素)は、電圧が印加された固体電解質1を介して第1電極3側へ強制的に排除される。これにより、第2電極4側においてNOxの再合成が抑制されると共に、第1電極3側に捕集された微粒子の酸化を促進させ、窒素酸化物と固形炭素質微粒子Mの同時浄化が可能となる。
According to the purification apparatus of the present invention as described above, the exhaust gas is forced to flow in from the first electrode 3 side and discharged to the second electrode 4 side by the pressure of the exhaust gas. Since the purification structure 30 is porous, particulate matter (solid carbonaceous fine particles M) such as diesel particulates in the exhaust gas is collected on the first electrode 3 side. That is, the particulates in the exhaust gas are automatically collected on the first electrode 3 side by the filtering effect of the purification structure 30. Thereby, it is not necessary to collect diesel particulates on the electrode surface using an electric dust collector, and the cost and size of the apparatus can be reduced. The exhaust gas from which the fine particles have been collected and removed on the first electrode 3 side passes through the purification structure 30 and flows out to the second electrode 4 side. For example, as shown in FIG. Oxygen occlusion and nitrogen oxide reduction by the reaction at the second electrode 4 cause the nitrogen oxide contained in the exhaust gas to be occluded and decomposed.
Oxygen ions (active oxygen) generated at this time are forcibly excluded to the first electrode 3 side through the solid electrolyte 1 to which a voltage is applied. This suppresses NOx resynthesis on the second electrode 4 side, promotes oxidation of fine particles collected on the first electrode 3 side, and enables simultaneous purification of nitrogen oxides and solid carbonaceous fine particles M. It becomes.

なお、従来浄化装置として知られているDPNRは、セラミックフィルターにNOx吸蔵還元触媒を担持させたものであるが、通常NOxの排出量に対して固形炭素質微粒子Mの排出量が多くなる。そのため、還元剤を排出ガス中に添加させる必要があり、その添加装置を排気系に設けるなどの構成が別途必要となる。しかし、本発明の浄化装置によれば、固形炭素質微粒子MとNOxの浄化は、浄化構造体30の一面と他面のそれぞれにおいて独立して行わせるため、排出ガス中の固形炭素質微粒子MとNOxのバランスに依存せず、両者独立して処理することが可能であり、還元剤の添加は不要となる。従って、本発明の浄化装置は構成を簡素化かつコンパクトにできるため、既存の自動車への後付けも可能となる。   The DPNR known as a conventional purification device is a ceramic filter carrying a NOx occlusion reduction catalyst, but the discharge amount of the solid carbonaceous fine particles M is usually larger than the discharge amount of NOx. Therefore, it is necessary to add the reducing agent to the exhaust gas, and a configuration such as providing the addition device in the exhaust system is required separately. However, according to the purification apparatus of the present invention, the purification of the solid carbonaceous fine particles M and NOx is performed independently on each of the one side and the other side of the purification structure 30, so the solid carbonaceous fine particles M in the exhaust gas. It is possible to treat both independently without depending on the balance of NOx and NOx, and it is not necessary to add a reducing agent. Therefore, since the purification apparatus of the present invention can be simplified and compact in configuration, it can be retrofitted to an existing automobile.

さらに、排出ガス中には硫黄が含まれているが、この硫黄は窒素酸化物の還元処理において悪影響を及ばすおそれがある。しかし、ディーゼル微粒子中にこの硫黄が含まれている場合、本発明の浄化装置は、硫黄を含んだディーゼル微粒子を浄化構造体30の第1電極3側に捕集し、その裏面側である第2電極4側において窒素酸化物の還元が行われるため、窒素酸化物の還元電極上には硫黄を含んだ微粒子が堆積することがなく、そのため硫黄による影響を抑えることができる。   Furthermore, although sulfur is contained in the exhaust gas, this sulfur may adversely affect the reduction treatment of nitrogen oxides. However, when this sulfur is contained in the diesel particulates, the purification device of the present invention collects the diesel particulates containing sulfur on the first electrode 3 side of the purification structure 30, and the first side which is the back side thereof. Since the nitrogen oxide is reduced on the two electrode 4 side, fine particles containing sulfur are not deposited on the nitrogen oxide reducing electrode, and the influence of sulfur can be suppressed.

以上図1〜図4に示した浄化装置に用いられている固体電解質1、及び、図10に示した浄化装置に用いられている多孔質からなる浄化構造体30についてさらに説明すると、使用される固体電解質1としては、従来知られているイットリウム安定化ジルコニア、セリア系固体電解質、又は溶融炭酸塩型のもの等があり、ジルコニアの場合350℃以上の高い排気温度においては十分な酸素イオンの供給が可能となる。そして、排気温度が高温(例えば350℃)の場合だけではなく、低い場合(例えば250℃〜300℃)や、250℃以下においても効果的に酸素イオンの供給によるディーゼル微粒子の酸化(燃焼)を行わせるために、固体電解質1の形状、厚さを変更することでイオン伝導度を向上させることができる。
なお、以上において説明した酸素イオン導電性を有する固体電解質1は、一般に高温で酸素イオン伝導度が高くなり酸素イオンの移動が容易となるが、逆に低温では困難となる。仮に低温の固体電解質1に強制的に高い印加電圧をかけると、固体電解質1中を構成する酸素が強制的に移動するため電解質1の劣化が生じてしまう。
そこで、固体電解質1を加熱して固体電解質1の温度を330℃〜370℃程度に保つよう構成したり、又は排出ガス側Gのガス温度を330℃〜370℃程度に保つよう構成してもよい。そして、本発明において印加手段2による印加電圧を1ボルト〜10ボルトと低くすることにより固体電解質1が劣化するのを防ぎ、かつ効率良く十分な速度で酸素イオンの供給を行う。
The solid electrolyte 1 used in the purification apparatus shown in FIGS. 1 to 4 and the porous purification structure 30 used in the purification apparatus shown in FIG. 10 will be described further. Examples of the solid electrolyte 1 include conventionally known yttrium-stabilized zirconia, ceria-based solid electrolyte, or molten carbonate type. In the case of zirconia, sufficient oxygen ions are supplied at a high exhaust temperature of 350 ° C. or higher. Is possible. And not only when the exhaust temperature is high (for example, 350 ° C.), but also when it is low (for example, 250 ° C. to 300 ° C.), or when the exhaust temperature is 250 ° C. or less, oxidation (combustion) of diesel particulates is effectively performed by supplying oxygen ions In order to make it perform, the ion conductivity can be improved by changing the shape and thickness of the solid electrolyte 1.
The above-described solid electrolyte 1 having oxygen ion conductivity generally has high oxygen ion conductivity at high temperatures and facilitates movement of oxygen ions, but conversely becomes difficult at low temperatures. If a high applied voltage is forcibly applied to the low-temperature solid electrolyte 1, the oxygen constituting the solid electrolyte 1 is forced to move, resulting in deterioration of the electrolyte 1.
Therefore, the solid electrolyte 1 may be heated to keep the temperature of the solid electrolyte 1 at about 330 ° C. to 370 ° C., or the gas temperature on the exhaust gas side G may be kept at about 330 ° C. to 370 ° C. Good. In the present invention, the applied voltage by the applying means 2 is lowered to 1 to 10 volts to prevent the solid electrolyte 1 from deteriorating, and oxygen ions are efficiently supplied at a sufficient rate.

次に、図10で示した浄化構造体30の具体的な仕様について説明すると、浄化構造体30は全体として、ディーゼル微粒子(固形炭素質微粒子M)を通さないでその一面側に捕集させる(フィルタリングする)ことができ、かつ、これを除く排出ガスを一面側から他面側へ透過させることができるように連続状の無数の孔からなる網目状組織の多孔質とされている。
ディーゼル微粒子の分解極となる第1電極3は、その厚さが1μm以上で5mm以下とするのがよく、好ましくは5μm以上で50μmである。この厚さが薄すぎるとディーゼル微粒子の捕集率が低下するおそれがあり、また、厚すぎると圧力損失が大きくなるおそれがある。多孔質とされている第1電極3における孔(空洞)の平均孔径は0.5μm以上で100μm以下とするのがよく、好ましくは1μm以上で10μmであり、気孔率は10%以上で80%以下とするのがよく、好ましくは40%以上で60%以下である。これらの値が小さすぎると圧力損失が大きくなるおそれがあり、大きすぎるとディーゼル微粒子の捕集率が低下するおそれがある。
固体電解質1は、その厚さが1μm以上で5mm以下とするのがよく、好ましくは10μm以上で500μmである。この厚さが厚すぎると圧力損失が大きくなるおそれがある。多孔質とされている固体電解質1における孔(空洞)の平均孔径は0.5μm以上で100μm以下とするのがよく、好ましくは1μm以上で30μmであり、気孔率は10%以上で80%以下とするのがよく、好ましくは40%以上で60%以下である。これらの値が小さすぎると圧力損失が大きくなるおそれがあり、大きすぎると単位面積あたりのイオン導電率が小さくなるおそれがある。
窒素酸化物の分解極となる第2電極4は、その厚さが1μm以上で5mm以下とするのがよく、好ましくは5μm以上で50μmである。この厚さが厚すぎると圧力損失が大きくなるおそれがある。多孔質とされている第2電極4における孔(空洞)の平均孔径は0.5μm以上で100μm以下とするのがよく、好ましくは1μm以上で30μmであり、気孔率は10%以上で80%以下とするのがよく、好ましくは40%以上で60%以下である。これらの値が小さすぎると圧力損失が大きくなるおそれがある。
また、第1電極3における平均孔径と気孔率の双方又は一方は、固体電解質1及び第2電極4よりも小さくなるようにしてもよい。つまり、第1電極3におけるディーゼル微粒子の捕集率を維持しつつ、固体電解質1と第2電極2において流れる排出ガスの圧力損失を小さくしている。
Next, the specific specifications of the purification structure 30 shown in FIG. 10 will be described. As a whole, the purification structure 30 collects diesel particulates (solid carbonaceous particulates M) on one side thereof without passing through the particulates (solid carbonaceous particulates M) ( And a porous network having a myriad of continuous pores so that the exhaust gas excluding this can be permeated from one side to the other side.
The thickness of the first electrode 3 serving as a decomposition electrode for diesel particulates is preferably 1 μm or more and 5 mm or less, and preferably 5 μm or more and 50 μm. If this thickness is too thin, the diesel particulate collection rate may decrease, and if it is too thick, pressure loss may increase. The average pore diameter of the pores (cavities) in the porous first electrode 3 is 0.5 μm or more and 100 μm or less, preferably 1 μm or more and 10 μm, and the porosity is 10% or more and 80%. It is preferable to set the content to 40% or less and preferably 60% or less. If these values are too small, the pressure loss may increase, and if they are too large, the diesel particulate collection rate may decrease.
The solid electrolyte 1 has a thickness of 1 μm or more and 5 mm or less, preferably 10 μm or more and 500 μm. If this thickness is too thick, the pressure loss may increase. The average pore diameter of the pores (cavities) in the solid electrolyte 1 that is made porous is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less, preferably 1 μm or more and 30 μm, and the porosity is 10% or more and 80% or less. Preferably, it is 40% or more and 60% or less. If these values are too small, the pressure loss may increase, and if it is too large, the ionic conductivity per unit area may decrease.
The thickness of the second electrode 4 serving as a nitrogen oxide decomposition electrode is preferably 1 μm or more and 5 mm or less, and preferably 5 μm or more and 50 μm. If this thickness is too thick, the pressure loss may increase. The average pore diameter of the pores (cavities) in the second electrode 4 that is made porous is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less, preferably 1 μm or more and 30 μm, and the porosity is 10% or more and 80%. It is preferable to set the content to 40% or less and preferably 60% or less. If these values are too small, the pressure loss may increase.
Further, both or one of the average pore diameter and the porosity of the first electrode 3 may be smaller than that of the solid electrolyte 1 and the second electrode 4. That is, the pressure loss of the exhaust gas flowing in the solid electrolyte 1 and the second electrode 2 is reduced while maintaining the diesel particulate collection rate in the first electrode 3.

浄化構造体30において、第1電極3側でディーゼル微粒子が捕集された排出ガスを効率よく透過させるために、当該浄化構造体30における圧力損失を小さくするのが好ましい。これは、圧力損失が大きいとエンジン出力の低下や燃費の悪化の原因となるからである。そして、本発明における浄化構造体30における圧力損失の適正値は、前記厚さ、平均孔径及び気孔率に依存する他、ディーゼル微粒子の堆積状態及び排出ガスの流量によって異なるが、ディーゼル微粒子が堆積していない状態(新品の状態)で20kPa以下であるのが好ましい。また、圧力損失を小さくするために前記気孔率等を大きくしすぎて第1電極3側でのディーゼル微粒子の捕集率を低下させることのない程度の多孔質とする必要があり、第1電極3側におけるディーゼル微粒子の捕集率は90%以上とすることができる多孔質とするのが好ましい。   In the purification structure 30, it is preferable to reduce the pressure loss in the purification structure 30 in order to efficiently transmit the exhaust gas in which diesel particulates are collected on the first electrode 3 side. This is because a large pressure loss causes a decrease in engine output and fuel consumption. The appropriate value of the pressure loss in the purification structure 30 according to the present invention depends on the thickness, average pore diameter, and porosity, and differs depending on the deposition state of diesel particulates and the flow rate of exhaust gas, but the diesel particulates are deposited. It is preferable that it is 20 kPa or less in a state where it is not (new state). Further, in order to reduce the pressure loss, it is necessary to make the porosity and the like so large that the porosity and the like do not decrease the collection rate of diesel particulates on the first electrode 3 side. The collection rate of diesel particulates on the third side is preferably porous which can be 90% or more.

この多孔質からなる浄化構造体30の製法について説明すると、固体電解質1及び電極を多孔質とする方法は従来知られている方法が適用でき、例えば、焼成の際に含有させておいた微小溶融材料(ペレット)を飛散させる方法や、発泡剤を用いる方法などがある。これにより得られる多孔質は、ディーゼル微粒子を除く排出ガスに対して透過性を有するように一面側から他面側へ連続している無数の孔(空洞)によって形成されている。   A method for producing the porous purification structure 30 will be described below. As a method for making the solid electrolyte 1 and the electrode porous, a conventionally known method can be applied. For example, a minute melt that has been contained during firing is used. There are a method of scattering materials (pellets) and a method of using a foaming agent. The porous material thus obtained is formed by countless holes (cavities) that are continuous from one surface side to the other surface side so as to be permeable to exhaust gas excluding diesel particulates.

図13は、ディーゼル機関からの排出ガスの浄化を行う浄化システムを示す模式図であり、図5に示した浄化システムと同様に、この浄化システムは、ディーゼル機関(ディーゼルエンジン)15の排気口と接続されて排出ガスを排出させる排気流路7と、この排気流路7の一部に設けられる排出ガス浄化装置8とを備えている。排気流路7は排気管により構成されており、この排気管の途中に排出ガス浄化装置8が有する筒状の排出ガス浄化室16が設けられている。この排出ガス浄化室16の内部に前記浄化構造体30が設けられている。   FIG. 13 is a schematic diagram showing a purification system for purifying exhaust gas from a diesel engine. Like the purification system shown in FIG. 5, this purification system includes an exhaust port of a diesel engine (diesel engine) 15 and An exhaust passage 7 that is connected and exhausts exhaust gas, and an exhaust gas purification device 8 provided in a part of the exhaust passage 7 are provided. The exhaust passage 7 is constituted by an exhaust pipe, and a cylindrical exhaust gas purification chamber 16 provided in the exhaust gas purification device 8 is provided in the middle of the exhaust pipe. The purification structure 30 is provided inside the exhaust gas purification chamber 16.

この排出ガス浄化装置8は図10に示した浄化装置とされており、この装置8が備えている浄化構造体30は、イオン導電性を有して一面10側に酸素イオンを与え得る固体電解質1と、この固体電解質1の一面10側と他面11側にそれぞれ設けられた第1電極3と第2電極4とを有している。浄化構造体30は、排気流路7からの排出ガスを第1電極3側から第2電極4側へ通すことによって排出ガス中のディーゼル微粒子を当該第1電極3側に捕集することができる多孔質とされている。浄化構造体30には、前記制御手段31が接続されている。
そして、前記説明したように、第1電極3側において捕集されたディーゼル微粒子を酸化させ、かつ、第2電極4側において浄化構造体30を透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元する。
The exhaust gas purifying device 8 is the purifying device shown in FIG. 10, and the purifying structure 30 provided in the device 8 has a solid electrolyte that has ionic conductivity and can supply oxygen ions to the surface 10 side. 1 and a first electrode 3 and a second electrode 4 provided on the one surface 10 side and the other surface 11 side of the solid electrolyte 1, respectively. The purification structure 30 can collect the diesel particulates in the exhaust gas on the first electrode 3 side by passing the exhaust gas from the exhaust passage 7 from the first electrode 3 side to the second electrode 4 side. It is assumed to be porous. The control means 31 is connected to the purification structure 30.
Then, as described above, the diesel particulates collected on the first electrode 3 side are oxidized, and the nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has permeated the purification structure 30 on the second electrode 4 side are reduced. .

浄化構造体30は、図14に示しているように、有底筒状に形成されている複数本の筒状部32と、この筒状部32の開口部を相互連結している板状部33とを有する構成とされている。板状部33は、排気流路7を流れてきた排出ガスに対して対面状となるように排出ガス浄化室16の内周面に壁状として取り付けられており、筒状部32は、パイプ状の排出ガス浄化室16の軸方向(排出ガスの流れ方向)が軸方向とされている。そして、筒状部32の内面(内周面と底面)と、この内面と連続している板状部33の表面とが第1電極3側とされており、その反対側の面である筒状部32の外面(外周面と端面)とこの外面と連続している板状部33の裏面とが第2電極4側とされている。これにより、排出ガス浄化室16に流入した排出ガスは、板状部33の表面及び筒状部32の内面からその反対側の面へ透過し、第1電極3側においてディーゼル微粒子が捕集されて固形炭素質微粒子Mの酸化が行われ、第2電極4側において窒素酸化物の還元が行われ、処理された排出ガスは、排出ガス浄化室16の下流側へ排出される。   As shown in FIG. 14, the purification structure 30 includes a plurality of cylindrical portions 32 formed in a bottomed cylindrical shape, and plate-like portions interconnecting openings of the cylindrical portions 32. 33. The plate-like portion 33 is attached as a wall shape to the inner peripheral surface of the exhaust gas purification chamber 16 so as to face the exhaust gas flowing through the exhaust passage 7. The axial direction (exhaust gas flow direction) of the exhaust gas purification chamber 16 is an axial direction. The inner surface (inner peripheral surface and bottom surface) of the cylindrical portion 32 and the surface of the plate-shaped portion 33 continuous with the inner surface are the first electrode 3 side, and the cylinder is the opposite surface. The outer surface (outer peripheral surface and end surface) of the shaped portion 32 and the back surface of the plate-like portion 33 that is continuous with the outer surface are the second electrode 4 side. As a result, the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification chamber 16 permeates from the surface of the plate-like portion 33 and the inner surface of the cylindrical portion 32 to the opposite surface, and diesel particulates are collected on the first electrode 3 side. Thus, the solid carbonaceous fine particles M are oxidized, nitrogen oxides are reduced on the second electrode 4 side, and the treated exhaust gas is discharged downstream of the exhaust gas purification chamber 16.

また、以上の浄化装置によれば、排出ガス中のディーゼル微粒子にはハイドロカーボン(HC)も含まれており、このハイドロカーボンは固体電解質1による酸素の供給により水と二酸化炭素に酸化(CmHn+(m+n/4)O→mCO+n/2HO)させることができる。
さらに、本発明における浄化装置、浄化方法及び浄化システムは、ディーゼル機関から排出される排出ガスの浄化に留まらず化学合成や燃焼システム等広範囲にわたって適用することができる。また、本発明は図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、固体電解質1をパネル形状とする以外にも設置する部位に応じて円筒形状や波型等とすることができる。
Further, according to the above purification apparatus, the diesel particulates in the exhaust gas also contain hydrocarbon (HC), and this hydrocarbon is oxidized into water and carbon dioxide (CmHn + ( m + n / 4) O 2 → mCO 2 + n / 2H 2 O).
Furthermore, the purification device, the purification method, and the purification system according to the present invention can be applied not only to purification of exhaust gas discharged from a diesel engine but also to a wide range such as chemical synthesis and combustion systems. Further, the present invention is not limited to the illustrated form, and may be other forms within the scope of the present invention. Besides the solid electrolyte 1 having a panel shape, a cylindrical shape or a corrugated shape may be used depending on the site to be installed Etc.

そして、図1〜図4及び図10に示す浄化装置はこれ単独により機能させることはもちろん、従来知られている窒素酸化物の浄化装置や、微粒子浄化装置に追加的に付与することもできる。つまり、本発明の浄化システムは構造が簡単で装置をコンパクトにすることができるため、従来の装置ではディーゼル微粒子の酸化が不十分である場合に補助酸化システムとして付加することができる。
さらに、図1〜図4に示した前記浄化装置において、コロナ放電等による電気集塵機となる前記帯電装置を設け、排出ガス中に含まれるディーゼル微粒子を固体電解質1の堆積面12に効率よく堆積させるようしてもよい。
The purification apparatus shown in FIGS. 1 to 4 and 10 can be made to function alone, or can be additionally provided to a conventionally known nitrogen oxide purification apparatus or particulate purification apparatus. That is, since the purification system of the present invention has a simple structure and can make the apparatus compact, it can be added as an auxiliary oxidation system when oxidation of diesel particulates is insufficient with the conventional apparatus.
Furthermore, in the said purification apparatus shown in FIGS. 1-4, the said charging device used as an electrostatic precipitator by corona discharge etc. is provided, and the diesel particulate contained in exhaust gas is efficiently deposited on the deposition surface 12 of the solid electrolyte 1 You may do it.

以上の浄化装置、浄化方法、及び、排出ガス浄化システムは、ディーゼルエンジンから排出された排出ガスを浄化するものとして説明したが、排出ガスはディーゼルエンジンから排出されたものに限らず、ガソリン機関(直噴式ガソリン機関)、ボイラーや工業炉から排出されたものについても、本発明を適用することができる。   Although the above purification apparatus, purification method, and exhaust gas purification system have been described as purifying exhaust gas discharged from a diesel engine, the exhaust gas is not limited to that exhausted from a diesel engine, The present invention can also be applied to those discharged from a direct-injection gasoline engine), a boiler or an industrial furnace.

本発明の実施の一形態に係る浄化装置を示すモデル図である。It is a model figure which shows the purification apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 浄化装置の他の実施の形態を示すモデル図である。It is a model figure which shows other embodiment of the purification apparatus. 浄化装置の別の実施の形態を示すモデル図である。It is a model figure which shows another embodiment of the purification apparatus. 印加手段が有する印加電圧の極性を反転させる切り換え手段の作用を説明するモデル図である。It is a model figure explaining the effect | action of the switching means which reverses the polarity of the applied voltage which an application means has. 本発明の実施の一形態に係る排出ガス浄化システムの概略を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the outline of the exhaust gas purification system concerning one embodiment of the present invention. 排出ガス浄化装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of an exhaust-gas purification apparatus. 排出ガス浄化装置の変形例を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the modification of an exhaust-gas purification apparatus. 本発明の他の実施の形態に係る排出ガス浄化システムの概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the exhaust gas purification system which concerns on other embodiment of this invention. 図8の浄化システムが有する排出ガス浄化装置を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus which the purification system of FIG. 8 has. 浄化装置のさらに別の実施の形態を示すモデル図である。It is a model figure which shows another embodiment of the purification apparatus. 窒素酸化物の還元のメカニズムを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the reduction mechanism of a nitrogen oxide. 窒素酸化物の還元の他のメカニズムを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the other mechanism of a reduction | restoration of nitrogen oxides. 排出ガス浄化システムの他の実施形態の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of other embodiment of an exhaust gas purification system. 図13の浄化システムが有する排出ガス浄化装置を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus which the purification system of FIG. 13 has.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体電解質
2 印加手段
3 第1電極
4 第2電極
5 吸着材
6 酸化触媒
7 排気流路
8 排出ガス浄化装置
10 一面
11 他面
30 浄化構造体
31 制御手段
A 大気側
G 排出ガス側
M 固形炭素質微粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid electrolyte 2 Application means 3 1st electrode 4 2nd electrode 5 Adsorbent 6 Oxidation catalyst 7 Exhaust flow path 8 Exhaust gas purification apparatus 10 One side 11 Other side 30 Purification structure 31 Control means A Atmosphere side G Exhaust gas side M Solid Carbonaceous fine particles

Claims (16)

酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうちディーゼル微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段と、を備えたことを特徴とする浄化装置。   And a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and an application means for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that one side of the solid electrolyte on which diesel particulates are deposited is the anode side. Purification device to do. 前記固体電解質は他面側にカソード側とされる電極が設けられ、前記固体電解質の一面側にディーゼル微粒子が堆積すると当該ディーゼル微粒子に前記印加手段により通電がされて当該ディーゼル微粒子中の固形炭素質微粒子自体をアノードとさせる請求項1に記載の浄化装置。   The solid electrolyte is provided with an electrode on the other side of the cathode, and when diesel particulates are deposited on one side of the solid electrolyte, the diesel particulates are energized by the application means, and the solid carbonaceous matter in the diesel particulates The purification apparatus according to claim 1, wherein the fine particles themselves are used as anodes. 酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうちディーゼル微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段と、前記固体電解質の一面側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材と、前記固体電解質の一面側に設けられた酸化触媒と、を備えたことを特徴とする浄化装置。   A solid electrolyte having oxygen ion conductivity, application means for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that one side of the solid electrolyte on which diesel particulates are deposited is an anode side, and one side of the solid electrolyte A purification apparatus comprising: an adsorbent provided to adsorb nitrogen oxides; and an oxidation catalyst provided on one side of the solid electrolyte. 前記印加手段は、印加電圧の極性を周期的に反転させる切り換え手段を有している請求項3に記載の浄化装置。   The purification device according to claim 3, wherein the applying unit includes a switching unit that periodically reverses the polarity of the applied voltage. 酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固体電解質のうち、燃焼器から排出される未燃焼微粒子が堆積される一面側がアノード側となるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段と、を備えたことを特徴とする浄化装置。   A solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and an application means for applying a voltage between both surfaces of the solid electrolyte so that one side of the solid electrolyte on which unburned fine particles discharged from the combustor are deposited is the anode side A purification device comprising: イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る固体電解質と、この固体電解質の一面側と他面側にそれぞれ設けられた第1電極と第2電極と、を有する浄化構造体を備え、この浄化構造体は、燃焼器から排出される未燃焼微粒子を含む排出ガスを前記第1電極側から前記第2電極側へ通すことによって当該微粒子を当該第1電極側に捕集することができる多孔質とされ、前記第1電極側は、捕集した前記微粒子を、前記固体電解質によって当該第1電極側へ与えられた酸素イオンにより酸化させる酸化部とされていることを特徴とする浄化装置。   A solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one side, and a purification structure having a first electrode and a second electrode provided on one side and the other side of the solid electrolyte, respectively. The purification structure can collect the fine particles on the first electrode side by passing exhaust gas containing unburned fine particles discharged from the combustor from the first electrode side to the second electrode side. The purification is characterized in that the first electrode side is an oxidizing portion that oxidizes the collected fine particles by oxygen ions applied to the first electrode side by the solid electrolyte. apparatus. 前記浄化構造体の前記第2電極側は、当該浄化構造体を透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元する還元部とされている請求項6に記載の浄化装置。   The purification device according to claim 6, wherein the second electrode side of the purification structure is a reduction unit that reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has permeated the purification structure. 前記浄化構造体の第2電極側に、前記窒素酸化物を吸着させる吸着材が設けられている請求項7に記載の浄化装置。   The purification apparatus according to claim 7, wherein an adsorbent that adsorbs the nitrogen oxides is provided on the second electrode side of the purification structure. 前記浄化構造体の第2電極側に、セリア又はセリア酸化物が設けられている請求項7に記載の浄化装置。   The purification apparatus according to claim 7, wherein ceria or ceria oxide is provided on the second electrode side of the purification structure. 前記浄化構造体は、前記第1電極側がアノード側となるよう両電極間に電圧を印加させている状態と、両電極間において印加を止めて閉回路を構成している状態とに切り換え可能な制御手段と接続されている請求項6〜9のいずれか一項に記載の浄化装置。   The purification structure can be switched between a state in which a voltage is applied between both electrodes so that the first electrode side is the anode side, and a state in which the application is stopped between both electrodes to form a closed circuit. The purification apparatus as described in any one of Claims 6-9 connected with the control means. 酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面間に電圧を印加させ、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給し、この酸素イオンにより前記固体電解質のアノード側に存在するディーゼル微粒子を酸化させることを特徴とする浄化方法。   A voltage is applied between both surfaces of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, oxygen ions are supplied from the cathode side to the anode side, and diesel particulates present on the anode side of the solid electrolyte are oxidized by the oxygen ions. Purification method. 酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面間に電圧を印加させ、カソード側からアノード側へ酸素イオンを供給し、この酸化イオンにより前記固体電解質のアノード側に存在するディーゼル微粒子を酸化させて一酸化炭素を含む炭素酸化物とし、前記ディーゼル微粒子と共に排出ガス中に存在していた一酸化窒素を前記固体電解質のアノード側において酸化触媒を用いて酸化させて二酸化窒素とし、この二酸化窒素を前記アノード側において吸着させ、吸着させた二酸化窒素を前記一酸化炭素によって還元することを特徴とする浄化方法。   A voltage is applied across both surfaces of the solid electrolyte having oxygen ion conductivity, oxygen ions are supplied from the cathode side to the anode side, and the oxidized particulates oxidize the diesel particulates present on the anode side of the solid electrolyte to make a single oxidation. Carbon oxide containing carbon is used to oxidize nitrogen monoxide present in the exhaust gas together with the diesel particulates using an oxidation catalyst on the anode side of the solid electrolyte to form nitrogen dioxide. A purification method characterized in that the nitrogen dioxide adsorbed in the step is reduced by the carbon monoxide. イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る多孔質からなる固体電解質の当該一面側から他面側へ未燃焼微粒子を含む排出ガスを通すことにより、当該微粒子を当該一面側に捕集し、捕集したこの微粒子を、前記固体電解質によって前記一面側に与えられた前記酸素イオンにより酸化させることを特徴とする浄化方法。   By passing an exhaust gas containing unburned fine particles from one surface side to the other surface side of a porous solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one surface side, the fine particles are captured on the one surface side. A purification method characterized in that the collected and collected fine particles are oxidized by the oxygen ions given to the one surface side by the solid electrolyte. 前記固体電解質の他面側に透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を、当該他面側で還元する請求項13に記載の浄化方法。   The purification method according to claim 13, wherein nitrogen oxides contained in the exhaust gas permeated to the other surface side of the solid electrolyte are reduced on the other surface side. ディーゼル微粒子及び窒素酸化物を含む排出ガスを通過させる排気流路と、この排気流路の一部に設けられている排出ガス浄化装置と、を備えた排出ガス浄化システムであって、前記排出ガス浄化装置は、一面側が前記排気流路からの排出ガスと接触するよう設けられかつ他面側が大気中に設けられると共に酸素イオン導電性を有する固体電解質と、この固定電解質の前記一面側に設けられて窒素酸化物を吸着させる吸着材と、前記固体電解質の一面側に設けられた酸化触媒と、前記固体電解質の前記一面側をアノード側としてかつ前記他面側をカソード側とさせるよう当該固体電解質の両面間に電圧を印加させる印加手段と、を備えたことを特徴とする排出ガス浄化システム。   An exhaust gas purification system comprising an exhaust passage for passing exhaust gas containing diesel particulates and nitrogen oxides, and an exhaust gas purification device provided in a part of the exhaust passage, wherein the exhaust gas The purification device is provided on one surface side of the fixed electrolyte, and a solid electrolyte having one surface side in contact with the exhaust gas from the exhaust passage and the other surface in the atmosphere and having oxygen ion conductivity. An adsorbent that adsorbs nitrogen oxides, an oxidation catalyst provided on one side of the solid electrolyte, and the solid electrolyte so that the one side of the solid electrolyte is the anode side and the other side is the cathode side And an application means for applying a voltage between both surfaces of the exhaust gas purification system. 燃焼器から排出される未燃焼微粒子及び窒素酸化物を含む排出ガスを通過させる排気流路と、この排気流路の一部に設けられている排出ガス浄化装置と、を備えた排出ガス浄化システムであって、前記排出ガス浄化装置は、イオン導電性を有して一面側に酸素イオンを与え得る固体電解質と、この固体電解質の一面側と他面側にそれぞれ設けられた第1電極と第2電極と、を有する浄化構造体を備え、この浄化構造体は、前記排気流路からの排出ガスを前記第1電極側から前記第2電極側へ通すことによって前記微粒子を当該第1電極側に捕集することができる多孔質とされ、前記第1電極側は、捕集された当該微粒子を、前記固体電解質によって当該第1電極側へ与えられた酸素イオンにより酸化させる酸化部とされ、かつ、前記第2電極側は、前記浄化構造体を透過した排出ガスに含まれる窒素酸化物を還元する還元部とされていることを特徴とする排出ガス浄化システム。   An exhaust gas purification system comprising an exhaust passage for passing exhaust gas containing unburned particulates and nitrogen oxides discharged from a combustor, and an exhaust gas purification device provided in a part of the exhaust passage The exhaust gas purification device includes a solid electrolyte having ionic conductivity and capable of supplying oxygen ions to one side, a first electrode provided on each side and the other side of the solid electrolyte, and a first electrode A purification structure having two electrodes, and the purification structure passes the exhaust gas from the exhaust passage from the first electrode side to the second electrode side, thereby passing the particulates to the first electrode side. The first electrode side is an oxidation part that oxidizes the collected fine particles with oxygen ions given to the first electrode side by the solid electrolyte, And the second electrode It is the exhaust gas purification system, characterized in that there is a reduced section for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas having passed through the purifier structure.
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