JP2004239257A

JP2004239257A - Exhaust emission control device

Info

Publication number: JP2004239257A
Application number: JP2004005953A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Hirata; 裕人平田; Masaru Kakihana; 大垣花; Hideo Yahagi; 秀夫矢作
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for removing exhaust emission from an internal combustion engine or the like, in particular, for removing particulate emitted from a diesel engine. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device includes electrodes (20 and 30) and an insulating honeycomb structural body (10), and collects and burns particulate. In the exhaust emission control device, the electrodes (20 and 30) form the electric field (60) which is not parallel with the direction of gas flow (50) flowing in the honeycomb structural body (10) within the honeycomb structural body (10). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関等からの排気ガスの浄化装置に関するものであって、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレート：以下「ＰＭ」という。）を除去するための排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to a device for purifying exhaust gas from an internal combustion engine or the like, and in particular, to an exhaust gas purifying device for removing particulate matter (particulates: hereinafter referred to as “PM”) discharged from a diesel engine. About.

ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されているが、近年特にその排気ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、ＰＭの排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にＰＭを低減する技術開発とともに、排気ガス中のＰＭを効率的に除去するための技術の確立が望まれている。 2. Description of the Related Art Diesel engines are often used in automobiles, especially large vehicles. In recent years, it has been strongly desired to reduce PM emissions, particularly along with nitrogen oxides, carbon monoxide, and hydrocarbons in the exhaust gas. . Therefore, it is desired to develop a technology for fundamentally reducing PM by improving an engine or optimizing combustion conditions, and to establish a technology for efficiently removing PM in exhaust gas.

排気ガス中のＰＭの除去のためには一般に、セラミックハニカム製フィルター、合金製フィルター及びセラミック繊維製フィルターが用いられている。しかしながらこれらの手法では使用時間が経過するにつれ、捕集された粒状物質によりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。また、ナノサイズＰＭは基材連通孔での物理的衝突捕集を逃れて捕集されない確率が高い。また、従来のフィルターでＰＭを捕集した場合であっても、排気熱のみの作用によってはＰＭの充分な酸化除去は期待できない。 Generally, a filter made of a ceramic honeycomb, a filter made of an alloy, and a filter made of a ceramic fiber are used for removing PM in exhaust gas. However, with these approaches, as the time of use elapses, the trapped particulate matter causes the filter to become clogged, resulting in increased airflow resistance and strain on the engine. In addition, there is a high probability that the nano-sized PM escapes the physical collision collection in the base material communication hole and is not collected. Further, even when PM is collected by a conventional filter, sufficient oxidative removal of PM cannot be expected only by the action of exhaust heat.

更にディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として、従来から放電を利用した装置が知られている。例えば特許文献１には、ニードル電極と偏向電極とを囲んで配置した捕集電極を備え、電極間の放電によりディーゼルエンジン排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを捕集電極に捕集する装置が開示されている。しかし、この装置は、ＰＭの捕集を行うのみであって、ＰＭを積極的に燃焼除去する装置ではなく、捕集したＰＭの処理が別途必要であり、この装置にＰＭの燃焼除去効果を期待することはできない。これは、金属捕集電極上にＰＭを堆積させた場合には、捕集部自体の高い導電性によりＰＭに電流が流れず、ＰＭを通電燃焼させることができないからである。 Further, as an exhaust gas purifying device for a diesel engine, a device utilizing discharge has been conventionally known. For example, Patent Literature 1 discloses a device that includes a collection electrode disposed so as to surround a needle electrode and a deflection electrode, and that charges PM in exhaust gas of a diesel engine by discharge between the electrodes to collect the PM on the collection electrode. Is disclosed. However, this device only captures PM, and is not a device that actively burns and removes PM. Rather, it requires separate treatment of the collected PM. I can't expect it. This is because, when PM is deposited on the metal collecting electrode, no current flows through the PM due to the high conductivity of the collecting portion itself, and the PM cannot be energized and burned.

また同様に、例えば特許文献２では、電極間に絶縁性のペレットを配置した装置も開示されている。しかしこの装置では、単に安全性のために反応炉ヘッドと電源装置とを近接させ、好ましくはアースした導電室に納めることを意図しているのみであり、電界の方向と排気ガスの流通方向との関係による効果、及び排ガスを流通させる絶縁体の形状による効果を認識していない。 Similarly, for example, Patent Document 2 discloses an apparatus in which insulating pellets are arranged between electrodes. However, this device merely intends to place the reactor head and the power supply unit close to each other for safety, and to store the reactor head in a conductive room which is preferably grounded. And the effect of the shape of the insulator through which the exhaust gas flows are not recognized.

特許２６９８８０４号公報Japanese Patent No. 2698804 特公表２００１−５１１４９３号公報JP 2001-511493 A

すなわち、従来公知の放電を利用した排気ガス浄化装置は、ＰＭの捕集のための電界の利用について充分には認識しておらず、又はＰＭの燃焼除去に関してはきわめて不充分である。従ってディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭの捕集効率及び燃焼除去効率を高める必要があった。 That is, the exhaust gas purifying apparatus using a conventionally known discharge does not sufficiently recognize the use of an electric field for trapping PM, or is extremely insufficient with respect to burning and removing PM. Therefore, there is a need to increase the efficiency of collecting and burning out PM in exhaust gas discharged from a diesel engine or the like.

本発明は、上記問題点を解決して排気ガス中のＰＭの捕集及び燃焼除去を実現するための排気ガス浄化装置であって、電極及び絶縁性ハニカム構造体を含む、ＰＭの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置である。ここでこの排気ガス浄化装置は、電極が、絶縁性ハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に非平行の電界、特にハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の電界、より特にハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に対して垂直な電界をこのハニカム構造体内に作ることを特徴とする。 The present invention is directed to an exhaust gas purifying apparatus for solving the above-mentioned problems and realizing the collection and combustion removal of PM in exhaust gas, including an electrode and an insulating honeycomb structure. It is an exhaust gas purification device that performs combustion. Here, in this exhaust gas purifying apparatus, the electrode has an electric field non-parallel to the direction of the gas flow flowing through the insulating honeycomb structure, in particular, 45 ° or 60 ° with respect to the direction of the gas flow flowing through the honeycomb structure. It is characterized in that an electric field having an angle larger than °, more particularly an electric field perpendicular to the direction of gas flow flowing through the honeycomb structure, is generated in the honeycomb structure.

本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去させる。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。 According to the features of the present invention, by making the flow direction of exhaust gas different from the direction in which PM is attracted by Coulomb force due to the effect of an electric field, deposition of PM on the honeycomb wall surface is promoted, and the honeycomb structure is formed. By using an insulator, the current flows preferentially to the deposited PM rather than to the honeycomb structure, and the deposited PM is burned and removed by conduction and exhaust heat. That is, by using the electric field in a particular direction and the use of the insulating honeycomb structure, the benefits of high trapping efficiency and the benefit of low ventilation resistance and PM combustion are obtained. The PM may be charged by any means before reaching the honeycomb structure, or may be charged by an electric field in the honeycomb structure, or may be charged without using any special means. Can be performed, for example, by discharging.

本発明の１つの実施形態では、電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、且つハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されている。この実施形態によれば、線状電極とこの線状電極の周囲に配置された外周電極との間で作られた電界によってＰＭは円周方向外側及び／又は内側に引き寄せられ、これによってハニカム壁面へのＰＭの堆積が促進される。 In one embodiment of the present invention, the electrode includes a linear electrode and a peripheral electrode disposed around the linear electrode, and the honeycomb structure is disposed between the linear electrode and the peripheral electrode. ing. According to this embodiment, the electric field created between the linear electrode and the outer peripheral electrode arranged around the linear electrode draws the PM outward and / or inward in the circumferential direction, whereby the honeycomb wall surface is formed. The deposition of PM on the surface is promoted.

また本発明の１つの実施形態では、電極が、絶縁性ハニカム構造体の前端面に配置されたメッシュ状電極、及び絶縁性ハニカム構造体の外周面に配置された外周電極を含む。この実施形態によれば前面端のメッシュ状電極及びハニカム構造体内の電界によりＰＭを帯電させ、このメッシュ状電極と外周電極との電界効果によりクーロン力でＰＭをハニカム構造体のハニカム壁面に引き寄せて堆積させることができる。また、この実施形態ではハニカム構造体の後端面に配置されたメッシュ状電極であって、外周電極と電気的に接続されたものを更に有することができる。 In one embodiment of the present invention, the electrodes include a mesh electrode arranged on the front end face of the insulating honeycomb structure and an outer peripheral electrode arranged on the outer peripheral surface of the insulating honeycomb structure. According to this embodiment, PM is charged by the electric field in the mesh electrode at the front end and the honeycomb structure, and the PM is attracted to the honeycomb wall surface of the honeycomb structure by Coulomb force by the electric field effect between the mesh electrode and the outer peripheral electrode. Can be deposited. Further, in this embodiment, it is possible to further include a mesh-shaped electrode arranged on the rear end face of the honeycomb structure, which is electrically connected to the outer peripheral electrode.

また本発明の１つの実施形態では、電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されており、線状電極が、ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向にハニカム構造体から出て延びており、且つハニカム構造体の中心部に、ハニカム構造体の外側部分に比較してガス流れに対する通気抵抗が小さい領域が存在する。ここでこの中心部の比較的通気抵抗が小さい領域は例えば貫通孔である。この実施形態では、この比較的通気抵抗が小さい領域の存在により圧力損失を小さく維持できる一方で、外周電極と線状電極とが作る電界の存在によりＰＭはクーロン力でハニカム構造体の外側部分に引き寄せられ、それによってハニカム構造体内で捕集される。これらの実施形態において、外側電極をアースすることによって、安全性を考慮した形態とすることができる。 Further, in one embodiment of the present invention, the electrode includes a linear electrode and an outer peripheral electrode disposed around the linear electrode, and the honeycomb structure is disposed between the linear electrode and the outer peripheral electrode. A linear electrode extends out of the honeycomb structure in the upstream direction of the gas flow flowing through the honeycomb structure, and has a gas at the center of the honeycomb structure as compared to the outer portion of the honeycomb structure. There are regions where the flow resistance to flow is small. Here, the region of the central portion having a relatively small airflow resistance is, for example, a through hole. In this embodiment, while the pressure loss can be kept small by the presence of the region having a relatively small airflow resistance, the PM is generated by the Coulomb force on the outer portion of the honeycomb structure due to the presence of the electric field created by the outer peripheral electrode and the linear electrode. It is drawn and thereby collected in the honeycomb structure. In these embodiments, by grounding the outer electrode, a form in which safety is considered can be obtained.

また本発明の１つの実施形態では、ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う放電電極が配置されている。この実施形態によれば、放電電極への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、ハニカム構造体による捕集効率を更に高めることができる。ここでこの放電電極は、ハニカム構造体中内に電界を作る電極、すなわち線状電極又は円筒状電極と電気的に接続されていてよく、例えば線状電極をガス流れの上流方向に延ばしたものでよい。またこの放電電極はアンテナ状電極、特に針状電極を有してＰＭの効率的な帯電を促進することができる。 Further, in one embodiment of the present invention, a discharge electrode for performing discharge is arranged in an upstream direction of a gas flow flowing in the honeycomb structure. According to this embodiment, a discharge is generated by applying a high voltage to the discharge electrode, whereby the PM is charged in advance, and the collection efficiency of the honeycomb structure can be further increased. Here, this discharge electrode may be electrically connected to an electrode that creates an electric field in the honeycomb structure, that is, a linear electrode or a cylindrical electrode, for example, a linear electrode extending in the upstream direction of the gas flow. Is fine. This discharge electrode has an antenna-like electrode, particularly a needle-like electrode, and can promote efficient charging of PM.

本発明で使用する絶縁性ハニカム構造体は、ハニカム壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されていてよい。ここでこの触媒としては、ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃を挙げることができる。このように絶縁性ハニカム構造体のハニカム壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されることによって、ＰＭがハニカム壁面上に堆積したときに、ＰＭの通電燃焼が促進される。 In the insulating honeycomb structure used in the present invention, a catalyst for burning PM may be supported on the honeycomb wall surface. Here, examples of the catalyst include CeO ₂ , Fe / CeO ₂ , Pt / CeO ₂ , and Pt / Al ₂ O ₃ . By carrying the catalyst for burning PM on the honeycomb wall surface of the insulating honeycomb structure as described above, when PM is deposited on the honeycomb wall surface, the energized combustion of PM is promoted.

本発明の装置を使用して放電を行う場合、ＰＭをハニカム構造体上に捕集するだけでなく、放電によって排気ガス成分中に発生する活性酸素、オゾン、ＮＯ_x、酸素ラジカル、ＮＯ_xラジカル等の酸化力の強いガス成分の作用によって、捕集した排気ガス中のＰＭの燃焼を促進することができる。また高電圧によりプラズマを発生させてＰＭの捕集及び燃焼を促進することもできる。 When performing discharge using the apparatus of the present invention, not only PM is trapped on the honeycomb structure, but also active oxygen, ozone, NO _x , oxygen radicals, and NO _x radicals generated in the exhaust gas component by the discharge. By the action of a gas component having a strong oxidizing power such as the above, the combustion of PM in the collected exhaust gas can be promoted. In addition, plasma can be generated by a high voltage to promote collection and combustion of PM.

本発明の装置によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つ絶縁性ハニカム構造体内に作られた電界によって堆積させたＰＭを燃焼除去する。すなわち絶縁性ハニカム構造体を使用することによって小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受けつつ、排気ガスの流通方向とは異なる方向にＰＭを引き寄せることによって高い捕集効率の利益を受ける。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the apparatus of this invention, the accumulation | aggregation | deposition of PM on a honeycomb wall surface is promoted by making the flow direction of exhaust gas different from the direction where PM is attracted by the effect of an electric field, and it forms in an insulating honeycomb structure. The deposited PM is burned off by the applied electric field. That is, while using the insulating honeycomb structure, the benefits of low ventilation resistance and PM combustion are obtained, while the benefits of high collection efficiency are obtained by attracting PM in a direction different from the flow direction of the exhaust gas.

以下本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気ガス浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments shown in the drawings, but these drawings are diagrams schematically showing an exhaust gas purifying apparatus constituting the present invention, and the present invention is limited to these embodiments. It is not done.

本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。ここで図１は本発明の第１の実施形態の側面図であり、図１（ｂ）はこの第１の実施形態の断面図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a side view of the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the first embodiment.

図１において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２０は線状電極であり、３０は外周電極であり、４０は電圧発生器である。線状電極２０と筒状外周電極３０とは、絶縁性ハニカム構造体１０がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。 In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a straight-flow type insulating honeycomb structure, reference numeral 20 denotes a linear electrode, reference numeral 30 denotes an outer peripheral electrode, and reference numeral 40 denotes a voltage generator. The linear electrode 20 and the cylindrical outer peripheral electrode 30 are electrically insulated by disposing the insulating honeycomb structure 10 between these electrodes. The exhaust gas containing PM flows from left to right in the figure as shown by the arrow 50, and passes through the flow path in the insulating honeycomb structure 10 surrounded by the outer peripheral electrode 30.

図１で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより線状電極２０と筒状外周電極３０との間に配置されたハニカム構造体１０内に半径方向の電界６０を作る。すなわち、ハニカム構造体１０の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界６０を作る。この電界６０によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。 In the use of the exhaust gas purifying apparatus shown in FIG. 1, the electric field 60 in the radial direction is formed in the honeycomb structure 10 disposed between the linear electrode 20 and the cylindrical outer peripheral electrode 30 by operating the voltage generator 40. make. That is, the electric field 60 is generated in a direction transverse to the flow direction of the exhaust gas flowing in the flow channel of the honeycomb structure 10. The PM is pressed against the honeycomb wall surface of the honeycomb structure 10 by the electric field 60, and the collection of PM is promoted.

以下に、図１に示した本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。 Hereinafter, each component of the exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described more specifically.

絶縁性ハニカム構造体１０は、セラミックハニカム構造体、例えばコージェライト製ハニカム構造体でよい。またハニカム構造体はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、通気抵抗の観点からはストレートフロー型が好ましく、ストレートフロー型のハニカム構造体を使用しても良好な捕集効率を達成できる。ここでこのハニカム構造体１０は十分な絶縁性を有し、それによってＰＭよりも導電性が低いようにし、電圧を印加したときにＰＭ自体に電流が流れてＰＭが通電燃焼されることを確実にすべきである。 The insulating honeycomb structure 10 may be a ceramic honeycomb structure, for example, a cordierite honeycomb structure. The honeycomb structure may be a straight flow type or a wall flow type, but from the viewpoint of airflow resistance, a straight flow type is preferable, and even if a straight flow type honeycomb structure is used, good collection is possible. Efficiency can be achieved. Here, the honeycomb structure 10 has a sufficient insulating property so that the conductivity is lower than that of the PM, and when a voltage is applied, a current flows through the PM itself to ensure that the PM is energized and burned. Should be.

線状電極２０は、この線状電極２０と筒状外周電極３０との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、なかでも金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。本発明で使用できる線状電極２０は、金属性ワイヤが一般的であるが、中空の線状電極を使用することもできる。 The linear electrode 20 can be manufactured from a material to which a voltage can be applied between the linear electrode 20 and the cylindrical outer peripheral electrode 30. As the material, a conductive material or a material such as a semiconductor can be used, and among them, a metal material is preferable. As the metal material, specifically, Cu, W, stainless steel, Fe, Pt, Al or the like can be used, and stainless steel is particularly preferable in terms of cost and durability. The linear electrode 20 that can be used in the present invention is generally a metal wire, but a hollow linear electrode can also be used.

筒状外周電極３０は、この筒状外周電極３０と線状電極２０との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。そのような材料として、導電性の材料や半導体等の公知の材料を用いることができるが、金属材料が好ましく、Ｃｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、アルミニウム等が特に好ましい。外周電極３０は、これらの材料を金属メッシュ又は金属箔としてハニカム構造体１０に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストをハニカム構造体１０に適用して作ることができる。 The cylindrical outer peripheral electrode 30 can be manufactured from a material to which a voltage can be applied between the cylindrical outer peripheral electrode 30 and the linear electrode 20. As such a material, a known material such as a conductive material and a semiconductor can be used, but a metal material is preferable, and Cu, W, stainless steel, Fe, and aluminum are particularly preferable. The outer peripheral electrode 30 can be formed by winding these materials as a metal mesh or a metal foil around the honeycomb structure 10, or can be formed by applying a conductive paste to the honeycomb structure 10.

電圧発生器４０は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。線状電極２０と筒状外周電極３０との間の印加電圧としては、一般的には１ｋＶ以上、好ましくは１０ｋＶ以上の電圧を使用する。印加電圧のパルス周期は、１ｍｓ以下、１μｓ以下が好ましい。電圧を線状電極２０と筒状外周電極３０との間に印加する場合に、線状電極２０をカソードとすることも、またアノードとすることもできるが、線状電極２０をアノード、筒状外周電極３０をカソードとすることが好ましい。また図１では外周電極３０はアースされているが、電圧発生器４０に接続されて線状電極２０と反対の電圧を印加されるようにしてもよい。 The voltage generator 40 may generate a pulsed or steady DC or AC voltage. As an applied voltage between the linear electrode 20 and the cylindrical outer peripheral electrode 30, a voltage of generally 1 kV or more, preferably 10 kV or more is used. The pulse period of the applied voltage is preferably 1 ms or less and 1 μs or less. When a voltage is applied between the linear electrode 20 and the cylindrical outer peripheral electrode 30, the linear electrode 20 may be used as a cathode or an anode. It is preferable that the outer electrode 30 be a cathode. Although the outer peripheral electrode 30 is grounded in FIG. 1, the outer peripheral electrode 30 may be connected to the voltage generator 40 to apply a voltage opposite to that of the linear electrode 20.

またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う針状電極７０が配置されている。これによれば、針状電極７０への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、ハニカム構造体１０による捕集効率を更に高めることができる。この針状電極７０は、筒状外周電極３０との間に電圧を印加したときに安定して放電を起こすことができる導電性材料や半導体材料等で作ることができるが、Ｃｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属材料で作ることが好ましく、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。針状電極７０は、その針状部分の先端部を筒状外周電極３０に向けて配置される。針状電極７０の針状部の数が少ないと筒状外周電極３０との間で、均一な放電を起こさせることが難しくなるため、針状電極７０の針状部の数はある程度以上必要である。しかしながら、排気ガス中のＰＭを最も良好に帯電させるように、最適化した数を実験により定めることができる。針状電極７０と筒状外周電極３０との間で放電を起こさせるため、電圧発生器４０によって、これらの電極間に電圧を印加する。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。 Further, in this embodiment, a needle-like electrode 70 for performing discharge is arranged in the upstream direction of the gas flow flowing in the insulating honeycomb structure 10. According to this, discharge is caused by application of a high voltage to the needle-shaped electrode 70, whereby PM is charged in advance, and the collection efficiency of the honeycomb structure 10 can be further increased. The needle electrode 70 can be made of a conductive material, a semiconductor material, or the like that can stably generate a discharge when a voltage is applied between the needle electrode 70 and the cylindrical outer peripheral electrode 30. , Fe, Pt, Al or the like, and is preferably made of stainless steel, and stainless steel is particularly preferred in terms of cost and durability. The needle-like electrode 70 is arranged with the tip of the needle-like portion facing the cylindrical outer peripheral electrode 30. If the number of the needle-shaped portions of the needle-shaped electrode 70 is small, it is difficult to cause a uniform discharge between the needle-shaped electrode 70 and the cylindrical outer peripheral electrode 30. is there. However, an optimized number can be determined experimentally to best charge the PM in the exhaust gas. In order to cause a discharge between the needle electrode 70 and the cylindrical outer peripheral electrode 30, a voltage is applied between these electrodes by the voltage generator 40. A DC voltage, an AC voltage, a voltage having a periodic waveform, or the like can be applied between the two electrodes. A DC pulse voltage is particularly preferable because corona discharge can be favorably generated. When a DC pulse voltage is used, the applied voltage, the pulse width, and the pulse period can be arbitrarily selected within a range in which corona discharge can be generated between both electrodes. The applied voltage and the like may be subject to certain restrictions due to the design of the apparatus, economy, and the like. However, a high voltage and a voltage with a short pulse cycle are desirable from the viewpoint of favorably generating corona discharge.

またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されていてよい。ここでこの触媒としては、ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／ＣｅＯ₂、又はＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃を挙げることができる。これらの金属酸化物の１種又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。この金属酸化物をハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に担持するために、例えばウォッシュコート等の公知の方法を使用することができる。ハニカム構造体１０に担持する金属酸化物の量は、担持することができる範囲内で任意に選択できる。ウォッシュコートによりハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に金属酸化物を担持した場合は、その後ハニカム構造体１０を焼成することが好ましい。焼成する時の条件は、当業者により公知の条件が使用できるが、例えば４５０〜５５０℃が好ましい。金属酸化物を担持した後に焼成した場合は、金属酸化物を担持し焼成していない場合と比較してＰＭ燃焼効率が向上するという効果が得られる。 In this embodiment, a catalyst for burning PM may be supported on the wall surface of the insulating honeycomb structure 10. Here, examples of the catalyst include CeO ₂ , Fe / CeO ₂ , Pt / CeO ₂ , and Pt / Al ₂ O ₃ . One or more of these metal oxides can be used in combination. In order to support the metal oxide on the surface of the exhaust gas flow channel of the honeycomb structure 10, a known method such as wash coating can be used. The amount of the metal oxide supported on the honeycomb structure 10 can be arbitrarily selected within a range in which the metal oxide can be supported. When a metal oxide is carried on the exhaust gas flow channel surface of the honeycomb structure 10 by wash coating, it is preferable that the honeycomb structure 10 is thereafter fired. Conditions for baking can be those known by those skilled in the art, but for example, 450 to 550 ° C. is preferable. In the case where firing is performed after the metal oxide is supported, an effect of improving the PM combustion efficiency is obtained as compared with the case where the metal oxide is supported and not fired.

本発明の第２の実施形態を図２を用いて説明する。ここで図２（ａ）は本発明の第２の実施形態の側面図であり、図２（ｂ）はこの第２の実施形態の断面図である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2A is a side view of the second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the second embodiment.

図２において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２２は上流側メッシュ状電極であり、３０は外周電極であり、３２は下流側メッシュ状電極であり、且つ４０は電圧発生器である。外周電極３０と下流側メッシュ状電極３２は電気的に接続されており、また上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２とは、絶縁性ハニカム構造体１０がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。 In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a straight flow type insulating honeycomb structure, 22 denotes an upstream mesh electrode, 30 denotes an outer peripheral electrode, 32 denotes a downstream mesh electrode, and 40 denotes a voltage generation electrode. It is a vessel. The outer peripheral electrode 30 and the downstream mesh electrode 32 are electrically connected, and the upstream mesh electrode 22 and the outer peripheral electrode 30 and the downstream mesh electrode 32 are connected to each other by the insulating honeycomb structure 10. It is electrically insulated by being arranged between the electrodes. The exhaust gas containing PM flows from left to right in the figure as shown by the arrow 50, and passes through the flow path in the insulating honeycomb structure 10 surrounded by the outer peripheral electrode 30.

図２で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２との間に配置されたハニカム構造体１０内に電界を作る。すなわちこれらの電極配置から理解されるように、ハニカム構造体１０内に上流側メッシュ状電極２２から外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２に向かう電界６２を作る。この電界６２によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。この実施形態においては、上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２との間で放電を行わせ、それによってＰＭを帯電させて、ハニカム構造体１０による捕集効率を更に高めることができる。 In the use of the exhaust gas purifying apparatus shown in FIG. 2, the honeycomb structure disposed between the upstream mesh electrode 22 and the outer peripheral electrode 30 and the downstream mesh electrode 32 by operating the voltage generator 40. An electric field is created in 10. That is, as understood from these electrode arrangements, an electric field 62 is generated in the honeycomb structure 10 from the upstream mesh electrode 22 to the outer peripheral electrode 30 and the downstream mesh electrode 32. The PM is pressed against the honeycomb wall surface of the honeycomb structure 10 by the electric field 62, and the collection of PM is promoted. In this embodiment, a discharge is performed between the upstream mesh electrode 22 and the outer peripheral electrode 30 and the downstream mesh electrode 32, thereby charging the PM, thereby improving the collection efficiency of the honeycomb structure 10. Can be even higher.

以下に、図２に示した本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部についてさらに具体的に説明する。 Hereinafter, each component of the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described more specifically.

上流側メッシュ状電極２２、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２は、第１の実施形態において線状電極２０及び外周電極３０に関して示したのと同様な材料で製造できる。従って外周電極３０は、金属を金属メッシュ又は金属箔として絶縁性ハニカム構造体１０に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁性ハニカム構造体１０に適用して作ることができる。絶縁性ハニカム構造体１０、電圧発生器４０、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。 The upstream mesh electrode 22, the outer peripheral electrode 30, and the downstream mesh electrode 32 can be manufactured using the same materials as those described for the linear electrode 20 and the outer peripheral electrode 30 in the first embodiment. Therefore, the peripheral electrode 30 can be formed by winding a metal around the insulating honeycomb structure 10 as a metal mesh or a metal foil, or by applying a conductive paste to the insulating honeycomb structure 10. The insulating honeycomb structure 10, the voltage generator 40, and the catalyst on the wall surface of the insulating honeycomb structure 10 are the same as those described in the first embodiment.

本発明の第３の実施形態を図３を用いて説明する。ここで図３（ａ）は本発明の第３の実施形態の側面図であり、図３（ｂ）はこの第３の実施形態の断面図である。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3A is a side view of a third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the third embodiment.

図３において、１１はウォールフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、１３はこの絶縁体ハニカム構造体１１の中心部の貫通孔であり、２０は線状電極であり、３０は外周電極であり、且つ４３は直流電圧発生器である。線状電極２０と外周電極３０とは、絶縁性ハニカム構造体１１がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１１及び貫通孔１３の流路を通過する。 In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a wall-flow-type insulating honeycomb structure, 13 denotes a through hole at the center of the insulating honeycomb structure 11, 20 denotes a linear electrode, and 30 denotes an outer peripheral electrode. , And 43 are DC voltage generators. The linear electrode 20 and the outer peripheral electrode 30 are electrically insulated by disposing the insulating honeycomb structure 11 between these electrodes. Exhaust gas containing PM flows from the left to the right in the figure as indicated by an arrow 50 and passes through the flow path of the insulating honeycomb structure 11 and the through-hole 13 surrounded by the outer peripheral electrode 30.

図３で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４３を作用させることにより、ハニカム構造体１１及び貫通孔１３内、並びにハニカム構造体１１の上流側の排ガス流路に電界６３を作る。すなわちハニカム構造体１０の上流側の排ガス流路にＰＭを外周方向に向ける電界６３を作り、それによってＰＭが貫通孔１３ではなく、ハニカム構造体１１の外側部分のハニカム構造部分を通過するようにする。このようにしてハニカム構造部分を通過するＰＭは、ハニカム構造内に作られた電界６３によってハニカム構造体のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。この構造によれば、ＰＭの実質的な部分をハニカム構造体１１のハニカム構造部分に通過させ、ＰＭ含有量が比較的少ない排気ガスをハニカム構造体１１の中央部の貫通孔に通過させるので、非常に小さい排気ガス通気抵抗の利益を得つつ、ＰＭの捕集を実質的に行うことができる。 In the use of the exhaust gas purifying apparatus shown in FIG. 3, the electric field 63 is generated in the exhaust gas passage in the honeycomb structure 11 and the through hole 13 and in the upstream side of the honeycomb structure 11 by operating the voltage generator 43. . That is, an electric field 63 is formed in the exhaust gas flow path on the upstream side of the honeycomb structure 10 so as to direct the PM in the outer peripheral direction, so that the PM passes not through the through-hole 13 but through the honeycomb structure portion outside the honeycomb structure 11. I do. In this way, the PM passing through the honeycomb structure portion is pressed against the honeycomb wall surface of the honeycomb structure by the electric field 63 created in the honeycomb structure, and the collection of PM is promoted. According to this structure, a substantial portion of the PM is passed through the honeycomb structure portion of the honeycomb structure 11, and the exhaust gas having a relatively low PM content is passed through the central through-hole of the honeycomb structure 11. The collection of PM can be performed substantially, with the benefit of very low exhaust gas flow resistance.

以下に、図３に示した本発明の第３の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部についてさらに具体的に説明する。 Hereinafter, each component of the exhaust gas purifying apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described more specifically.

絶縁性ハニカム構造体１１は第１の実施形態で示したものと同様な材料で作ることができる。ハニカム構造体１１はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、ＰＭの捕集を確実にするためにウォールフロー型を用いても、中央部の貫通孔１３の存在により、通気抵抗は許容できるものとなる。このハニカム構造体１１の中央部の貫通孔１３は任意の適当な大きさでよく、例えばハニカム構造体１１の直径と貫通孔１３の直径との比は、１０：１〜２：１でよい。また直流電圧発生器４３は、任意の適当な装置でよいが、ＰＭを外周方向に移動させ、外側のハニカム構造部分に入れるのに適当な電圧及びパルス周期等を有するものでなければならない。線状電極２０及び外周電極３０は、第１の実施形態において示したのと同様な材料で製造できる。従って外周電極３０は、金属を金属メッシュ又は金属箔として絶縁性ハニカム構造体１１に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁性ハニカム構造体１１に適用して作ることができる。ハニカム構造体１１内を流通するガス流れの上流方向の放電電極７０、及び絶縁性ハニカム構造体１１の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。 The insulating honeycomb structure 11 can be made of the same material as that described in the first embodiment. The honeycomb structure 11 may be a straight flow type or a wall flow type. However, even if a wall flow type is used to ensure PM collection, the honeycomb structure 11 may have The ventilation resistance will be acceptable. The through-hole 13 at the center of the honeycomb structure 11 may have any appropriate size. For example, the ratio of the diameter of the honeycomb structure 11 to the diameter of the through-hole 13 may be 10: 1 to 2: 1. The DC voltage generator 43 may be any appropriate device, but must have a voltage and a pulse period suitable for moving the PM in the outer peripheral direction and entering the outer honeycomb structure portion. The linear electrode 20 and the outer peripheral electrode 30 can be manufactured using the same materials as those described in the first embodiment. Therefore, the outer peripheral electrode 30 can be formed by winding a metal around the insulating honeycomb structure 11 as a metal mesh or a metal foil, or by applying a conductive paste to the insulating honeycomb structure 11. The discharge electrode 70 in the upstream direction of the gas flow flowing in the honeycomb structure 11 and the catalyst on the wall surface of the insulating honeycomb structure 11 are the same as those described in the first embodiment.

以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto.

〔実施例１〜５〕
実施例１
図１に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ａ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の外周部に、幅４０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製３００メッシュ）を巻きつけて、外周電極を形成した。このハニカムの中心にアンテナ電極付き棒状（線状）電極を固定し試験に使用した。詳細図を図４（ａ）に示す。 [Examples 1 to 5]
Example 1
An exhaust gas purifying apparatus of the present invention was prepared based on the embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4 (a), a straight flow type cordierite honeycomb having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm (cell density of 200 cells / square inch, porosity of 65%, average pore diameter of 25 μm) has an outer peripheral portion with a width. An outer peripheral electrode was formed by winding a 40 mm stainless steel mesh (300 mesh made of SUS304). A rod-shaped (linear) electrode with an antenna electrode was fixed to the center of the honeycomb and used for the test. A detailed view is shown in FIG.

実施例２
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の代わりに、ウォールフロー型コージェライト製ハニカム（交互に栓詰してあるハニカム、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）に用いられるもの、セル密度３００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）とした以外は、実施例１と同じである。 Example 2
Instead of the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 1 (cell density: 200 cells / in 2, porosity: 65%, average pore size: 25 μm), wall-flow type cordierite honeycomb (alternately plugged honeycomb, Example 1 is the same as Example 1 except that a diesel particulate filter (DPF) was used, the cell density was 300 cells / square inch, the porosity was 65%, and the average pore diameter was 25 μm.

実施例３
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。 Example 3
4.0 g of CeO ₂ powder was wash-coated on the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 1 and calcined at 450 ° C. for 2 hours. Then, Pt was absorbed with water using dinitrodiammine Pt aqueous solution (based on CeO ₂ powder). 2 wt%), dried, and baked at 450 ° C. for 2 hours.

実施例４
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。 Example 4
4.0 g of CeO ₂ powder was wash-coated on the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 1 and calcined at 450 ° C. for 2 hours, after which Fe was absorbed with water using an aqueous solution of Fe (NO ₃ ) ₃ (CeO ₂ powder). 2 wt%), dried and calcined at 450 ° C. for 2 hours.

実施例５
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。 Example 5
4.0 g of Al ₂ O ₃ powder was wash-coated on the straight-flow cordierite honeycomb of Example 1 and calcined at 450 ° C. for 2 hours, and then Pt was absorbed with water using an aqueous dinitrodiammine Pt solution (Al ₂ O _3). Example 2 is the same as Example 1 except that a substance dried at 2% by weight based on powder, dried and calcined at 450 ° C. for 2 hours was used.

性能評価ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例１〜５のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。棒状電極を高電圧発生器に接続し、外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＩｍｐａｃｔｏｒ）を用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。 Performance Evaluation PM Collection The honeycombs of Examples 1 to 5 were wound around an alumina mat and held inside a quartz tube having an inner diameter of 37 mm. The rod electrode was connected to a high voltage generator, and the outer electrode was connected to ground. Here, a part of exhaust gas (100 L / min) from a vehicle equipped with a direct injection diesel engine having a displacement of 2400 cc was drawn in by a pump, and a voltage of 4 kV was applied (input power of about 3 W). The concentration of PM upstream and downstream of the honeycomb is measured using ELPI (Electrical Low Pressure Impactor), and the difference is defined as the PM purification rate. The higher the value, the better the performance. The operating condition of the engine is an idling state (a rotational speed of 700 rpm).

性能評価ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１〜５のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、棒状電極に１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。 Performance Evaluation PM Oxidation The honeycombs of Examples 1 to 5 in which PM was sufficiently collected were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours using a drier, weighed, and used as an initial weight. These honeycombs were held inside a quartz tube as in the case of PM collection (the atmosphere was air), a voltage of 15 kV was applied to the rod-shaped electrodes for 15 minutes, the honeycombs were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours, and weighed. . This is defined as the weight after treatment. The amount of PM oxidation was calculated from the difference between the post-treatment weight and the initial weight, and the energy required for PM oxidation was calculated by dividing the input energy (voltage × current × time) by the amount of PM oxidation. The smaller the value, the better the performance. The input energy for oxidizing PM by heat is 290 kJ / g.

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されること、及び電圧を印加した場合にはストレートフロー型のハニカムでもウォールフロー型のハニカムでも同様な結果が得られることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。

From the PM trapping results, it can be seen that the PM trapping efficiency is improved by applying a voltage, and that when a voltage is applied, similar results can be obtained with a straight flow type honeycomb or a wall flow type honeycomb. I understand. From the results of PM oxidation, it can be seen that the PM oxidation energy can be reduced by using current and the PM oxidation energy can be further reduced by using a catalyst, as compared to PM oxidation using only heat.

〔実施例６〜９〕
実施例６
図２に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ｂ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の両方の端面に直径２５mmの円状に切り抜いたステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製３０メッシュ）を貼り付けた。また、外周部に幅３０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製３００メッシュ）を巻きつけて外周電極を形成した。電極の取り付け位置は図４（ｂ）参照。 [Examples 6 to 9]
Example 6
An exhaust gas purifying apparatus of the present invention was prepared based on the embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4B, both ends of a straight-flow type cordierite honeycomb having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm (cell density of 200 cells / square inch, porosity of 65%, average pore diameter of 25 μm) are used. A stainless steel mesh (30 mesh made of SUS304) cut out in a circular shape of 25 mm was attached. A 30 mm width stainless steel mesh (300 mesh made of SUS304) was wound around the outer periphery to form an outer periphery electrode. See FIG. 4B for the mounting position of the electrode.

実施例７
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。 Example 7
4.0 g of CeO ₂ powder was wash-coated on the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 6 and calcined at 450 ° C. for 2 hours, after which Pt was absorbed with water using dinitrodiammine Pt aqueous solution (based on CeO ₂ powder). 2 wt%), dried, and baked at 450 ° C. for 2 hours.

実施例８
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。 Example 8
4.0 g of CeO ₂ powder was wash-coated on the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 6 and calcined at 450 ° C. for 2 hours. Then, Fe was absorbed using an aqueous solution of Fe (NO ₃ ) ₃ (CeO ₂ powder). 2 wt%), dried, and baked at 450 ° C. for 2 hours.

実施例９
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。 Example 9
4.0 g of Al ₂ O ₃ powder was wash-coated on the straight-flow type cordierite honeycomb of Example 6 and calcined at 450 ° C. for 2 hours, after which Pt was absorbed with water using an aqueous dinitrodiammine Pt solution (Al ₂ O ₃ Example 6 is the same as Example 6, except that a substance which was dried and baked at 450 ° C. for 2 hours was used.

性能評価ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例６〜９のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。上流側のメッシュ電極を高電圧発生器に接続し、下流側のメッシュ電極と外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。 Performance evaluation PM collection The honeycombs of Examples 6 to 9 were wound around an alumina mat and held inside a quartz tube having an inner diameter of 37 mm. The mesh electrode on the upstream side was connected to a high voltage generator, and the mesh electrode on the downstream side and the outer peripheral electrode were connected to ground. Here, a part (100 L / min) of exhaust gas from a vehicle equipped with a direct injection diesel engine having a displacement of 2400 cc was drawn in by a pump, and a voltage of 4 kV was applied (input power of about 3 W). The PM concentration upstream and downstream of the honeycomb is measured using ELPI, and the difference is defined as the PM purification rate. The higher the value, the better the performance. The operating condition of the engine is an idling state (a rotational speed of 700 rpm).

性能評価ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例６〜９のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。 Performance Evaluation PM Oxidation The honeycombs of Examples 6 to 9 in which PM was sufficiently collected were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours using a drier, weighed, and used as an initial weight. These honeycombs were held inside a quartz tube (the atmosphere was air), and a voltage of 15 kV was applied for 15 minutes as in the case of PM collection. After that, the honeycombs were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours, and weighed. This is defined as the weight after treatment. The amount of PM oxidation was calculated from the difference between the post-treatment weight and the initial weight, and the energy required for PM oxidation was calculated by dividing the input energy (voltage × current × time) by the amount of PM oxidation. The smaller the value, the better the performance. The input energy for oxidizing PM by heat is 290 kJ / g.

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。またこの実施形態においては、外周電極に電圧を印加せずに、上流側メッシュ状電極と下流側メッシュ状電極との間のみに電圧を印加し、排気ガスの流通方向に平行な電界を作った実験も行った。この場合には捕集効率の改良は有意のものではなく、例えばＰＭ捕集効率は２５％程度であり、これにより排気ガスの流通方向と非平行の方向の電界を作ることの利益が明らかになった。

From the result of PM collection, it can be seen that the PM collection efficiency is improved by applying the voltage. From the results of PM oxidation, it can be seen that the PM oxidation energy can be reduced by using current and the PM oxidation energy can be further reduced by using a catalyst, as compared to PM oxidation using only heat. Further, in this embodiment, without applying a voltage to the outer peripheral electrode, a voltage was applied only between the upstream mesh electrode and the downstream mesh electrode, and an electric field parallel to the exhaust gas flow direction was created. Experiments were also performed. In this case, the improvement of the trapping efficiency is not significant, for example, the PM trapping efficiency is about 25%, which clearly shows the benefit of creating an electric field in a direction not parallel to the exhaust gas flow direction. became.

〔実施例１０〜１３〕
実施例１０
図３に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ｃ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのウォールフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の真中部分を直径９mm、長さ５０mmでくり貫き、外周部に幅４０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製３００メッシュ）を巻きつけて外周電極を形成した。このハニカムの中心にアンテナ電極付き棒状電極を固定し試験に使用した。詳細図を図４（ｃ）に示す。 [Examples 10 to 13]
Example 10
An exhaust gas purification device of the present invention was prepared based on the embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4 (c), the middle part of a wall flow type cordierite honeycomb having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm (cell density of 200 cells / square inch, porosity of 65%, average pore diameter of 25 μm) has a diameter of 9 mm. A stainless steel mesh (300 mesh made of SUS304) with a width of 40 mm was wound around the outer periphery to form an outer peripheral electrode. A rod-shaped electrode with an antenna electrode was fixed to the center of this honeycomb and used for the test. A detailed view is shown in FIG.

実施例１１
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。 Example 11
The CeO ₂ powder 4.0g washcoated on the wall-flow type cordierite honeycomb, was calcined for 2 hours at 450 ° C., (2 wt% relative to the CeO ₂ powder) water carrying with dinitrodiammine Pt aqueous Pt, It is the same as Example 10 except that it was dried and fired at 450 ° C. for 2 hours, and then processed into the same shape as the cordierite honeycomb of Example 10.

実施例１２
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。 Example 12
After 4.0 g of CeO ₂ powder was wash-coated on a wall flow type cordierite honeycomb and baked at 450 ° C. for 2 hours, Fe was absorbed using an aqueous solution of Fe (NO ₃ ) ₃ ( ₂ wt% of CeO ₂ powder). %), Dried and calcined at 450 ° C. for 2 hours, and then used in the same manner as in Example 10 except that it was processed into the same shape as the cordierite honeycomb of Example 10.

実施例１３
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。 Example 13
After wash-coating 4.0 g of Al ₂ O ₃ powder on a wall flow type cordierite honeycomb and baking at 450 ° C. for 2 hours, Pt was absorbed with water using an aqueous solution of dinitrodiammine Pt (based on Al ₂ O ₃ powder). 2 wt%), dried, calcined at 450 ° C. for 2 hours, and processed in the same manner as the cordierite honeycomb of Example 10 except that it was processed into the same shape.

性能評価ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例１０〜１３のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。棒状電極を高電圧発生器に接続し、外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。 Performance Evaluation PM Collection The honeycombs of Examples 10 to 13 were wound around an alumina mat and held inside a quartz tube having an inner diameter of 37 mm. The rod electrode was connected to a high voltage generator, and the outer electrode was connected to ground. Here, a part (100 L / min) of exhaust gas from a vehicle equipped with a direct injection diesel engine having a displacement of 2400 cc was drawn in by a pump, and a voltage of 4 kV was applied (input power of about 3 W). The PM concentration upstream and downstream of the honeycomb is measured using ELPI, and the difference is defined as the PM purification rate. The higher the value, the better the performance. The operating condition of the engine is an idling state (a rotational speed of 700 rpm).

性能評価ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１０〜１３のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、棒状電極に１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。 Performance Evaluation PM Oxidation The honeycombs of Examples 10 to 13 in which PM was sufficiently collected were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours using a dryer, weighed, and used as an initial weight. These honeycombs were held inside a quartz tube as in the case of PM collection (the atmosphere was air), a voltage of 15 kV was applied to the rod-shaped electrodes for 15 minutes, the honeycombs were taken out, dried at 120 ° C. for 24 hours, and weighed. . This is defined as the weight after treatment. The amount of PM oxidation was calculated from the difference between the post-treatment weight and the initial weight, and the energy required for PM oxidation was calculated by dividing the input energy (voltage × current × time) by the amount of PM oxidation. The smaller the value, the better the performance. The input energy for oxidizing PM by heat is 290 kJ / g.

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。

From the result of PM collection, it can be seen that the PM collection efficiency is improved by applying the voltage. From the results of PM oxidation, it can be seen that the PM oxidation energy can be reduced by using current and the PM oxidation energy can be further reduced by using a catalyst, as compared to PM oxidation using only heat.

本発明の第１の実施態様を表す側面図及び断面図である。1A and 1B are a side view and a cross-sectional view illustrating a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施態様を表す側面図及び断面図である。It is a side view and a sectional view showing a second embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施態様を表す側面図及び断面図である。It is a side view and a sectional view showing a third embodiment of the present invention. 実施例で使用した本発明の実施態様を表す側面図及び断面図である。It is the side view and sectional drawing showing the embodiment of this invention used by the Example.

符号の説明Explanation of reference numerals

１０…絶縁体ハニカム構造体
２０…線状電極
２２…上流側メッシュ状電極
３０…外周電極
３２…下流側メッシュ状電極
４０…電圧発生器
４３…直流電圧発生器
５０…ＰＭ含有排気ガス
６０、６２、６３…電界の方向
７０…針状電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Insulator honeycomb structure 20 ... Linear electrode 22 ... Upstream mesh electrode 30 ... Outer peripheral electrode 32 ... Downstream mesh electrode 40 ... Voltage generator 43 ... DC voltage generator 50 ... PM-containing exhaust gas 60, 62 , 63: Electric field direction 70: Needle electrode

Claims

電極及び絶縁性ハニカム構造体を含む、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、前記電極が、前記ハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に非平行の電界を、前記ハニカム構造体内に作ることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device that performs collection and combustion of particulates, including an electrode and an insulating honeycomb structure, wherein the electrode generates an electric field that is non-parallel to a direction of a gas flow flowing through the honeycomb structure. An exhaust gas purifying apparatus for collecting and burning particulates, wherein the exhaust gas purifying apparatus is formed in the honeycomb structure.

前記電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、且つ前記ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されている、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。 The electrode according to claim 1, wherein the electrode includes a linear electrode and an outer peripheral electrode disposed around the linear electrode, and the honeycomb structure is disposed between the linear electrode and the outer peripheral electrode. An exhaust gas purifying apparatus as described in the above.

前記電極が、前記ハニカム構造体の前端面に配置されたメッシュ状電極、及び前記ハニカム構造体の外周面に配置された外周電極を含む、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the electrodes include a mesh electrode disposed on a front end surface of the honeycomb structure and an outer peripheral electrode disposed on an outer peripheral surface of the honeycomb structure.

前記電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、前記ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されており、前記線状電極が、前記ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に前記ハニカム構造体から出て延びており、且つ前記ハニカム構造体の中心部に、前記ハニカム構造体の外側部分に比較してガス流れに対する通気抵抗が小さい領域が存在する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。 The electrode includes a linear electrode and a peripheral electrode disposed around the linear electrode, the honeycomb structure is disposed between the linear electrode and the peripheral electrode, and the linear electrode Extending out of the honeycomb structure in the upstream direction of the gas flow flowing through the honeycomb structure, and venting the gas flow at the center of the honeycomb structure as compared to the outer portion of the honeycomb structure. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein a region having a small resistance exists.

前記ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う放電電極が配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a discharge electrode for performing discharge is arranged in an upstream direction of a gas flow flowing through the honeycomb structure.

前記ハニカム構造体のハニカム壁面上に、パティキュレートを燃焼させるための触媒が担持されている、請求項１〜５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a catalyst for burning particulates is carried on a honeycomb wall surface of the honeycomb structure.