JP4717755B2 - 窒素酸化物処理装置および方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、排気ガスのもつ熱エネルギーを再利用して、熱電発電により電解質に電界をかけるようにし、排気ガスの熱エネルギーを有効に使って排気ガス中のNOxを効果的に還元できるようにした窒素酸化物処理装置を提供することにある。
内燃機関の排気ガスに含まれるNOxを電気化学的還元反応により分解する窒素酸化物処理装置であって、
電界下で酸素イオンが移動する固体電解質からなり、排気ガスが導入される排気ガス通路を形成するとともに、前記排気ガス通路を形成する高温側の面に排気ガス中のNOxを還元する還元領域を形成する電解質体と、
前記電解質体の内外の温度差により、前記固体電解質を電界下におくための電圧を発生し、前記電解質体に一体的に組み込まれた熱電素子部と、を有し、
前記熱電素子部は、p型熱電素子からなり、それぞれアノード、カソードとなり固体電解質を挟む2枚の触媒金属の間に、前記p型熱電素子を挟み込んだことを特徴とするものである。
第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態による窒素酸化物処理装置を示す。図1において、参照番号10はガス中のNOxを還元する電解質体を示す。
この実施形態では、電解質体10は、例えば、ZrO2(二酸化ジルコニウム)、YSZ(Y2O2安定化ジルコニア)などの固体電解質を材料として、管状体に成形されている。この種の固体電解質は、電界をかけると、酸素イオンが電解質中を移動する性質があり、その性質を利用して、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス中に含まれるNOxを還元する。
この図2において、熱電素子は、p型熱電素子14とn型熱電素子15との組み合わせから構成されている。この場合、前記のように、電解質体10の内周面は高温側、熱電素子の外側は低温側になっている。この内外の温度差が与えられることにより、p型熱電素子14とn型熱電素子15では熱起電力が発生するが、電圧は反対符号となる、そこで、p型熱電素子14とn型熱電素子15とを直接に交互に接続して電解質体10の外周部に配設することにより、それぞれの素子の電圧が加算されて電界を発生する電圧を高くすることができる。
図1において、矢印で示すように、NOxを含有する排気ガスが電解質体10の排気ガス通路12に導かれると、内外の温度差により、p型熱電素子14とn型熱電素子15には電圧が発生し、電解質体10の電解質は電界の下におかれる。そして、電解質体10の内周面側の触媒金属17はカソード、外周面側の触媒金属はアノードとなり、電解質の内部では酸素イオンがカソード側からアノード側に向かって移動し、電子はアノード側から熱電素子の配列を流れてカソードに移動する。
他方、アノード側では、酸素イオンが電子を放出し、酸素ガスを発生する。
次に、図3は、本発明の第2実施形態による窒素酸化物処理装置を示す。図2の第1実施形態では、熱電素子部をn型熱電素子とp型熱電素子とを交互に直接に配列していたの対して、図3の第2実施形態では、熱電素子部をp型熱電素子20だけで構成するようにしている。
他方、アノード側では、酸素イオンが電子を放出し、酸素ガスを発生する。
図4は、本発明の第3実施形態による窒素酸化物処理装置を示す。上述した第1実施形態および第2実施形態は、ともに電解質とは別に熱電素子を用いた形態であるが、この第3実施形態では、電解質体10の電解質そのものをp型熱電素子として動作させるようにしている。
次に、本発明の第4実施形態による窒素酸化物処理装置について、図5を参照して説明する。この第4実施形態は、複数の排気ガス通路32が仕切られたハニカム構造体30に第2実施形態を応用した実施形態である。この第4実施形態では、ハニカム構造体30の外周部および排気ガス通路32を区画する隔壁は固体電解質から形成されている。そして、外周部の外側面にある触媒金属33と、隔壁33の表面の触媒金属34との間で固体電解質が挟まれる構造になっている。また、p型熱電素子35も触媒金属33、34に挟み込まれており、ハニカム構造体の外周部が低温側。排気ガス通路32側が高温側になり、この温度差によりp型熱電素子35に電圧が発生し、固体電解質が電界下におかれるようになっている。
次に、図6は、本発明の第5実施形態による窒素酸化物処理装置を示す。これまで説明した第1実施形態乃至第4実施形態は、いずれも電解質体は熱電素子部と一体構造になっている実施形態であるのに対して、この第5実施形態は、発電素子を利用した熱電発電ユニット40を電解質体41とは分離させた独立形式のユニットとした実施形態である。
12 排気ガス通路
14 p型熱電素子
15 n型熱電素子
16、17 触媒金属
20 p型熱電素子
21、22 触媒金属
30 ハニカム構造体
35 p型熱電素子
40 熱電発電ユニット
41 電解質体
42 導入口
43 排出口
44 ケース
Claims (2)
- 内燃機関の排気ガスに含まれるNOxを電気化学的還元反応により分解する窒素酸化物処理装置であって、
電界下で酸素イオンが移動する固体電解質からなり、排気ガスが導入される排気ガス通路を形成するとともに、前記排気ガス通路を形成する高温側の面に排気ガス中のNOxを還元する還元領域を形成する電解質体と、
前記電解質体の内外の温度差により、前記固体電解質を電界下におくための電圧を発生し、前記電解質体に一体的に組み込まれた熱電素子部と、を有し、
前記熱電素子部は、p型熱電素子からなり、それぞれアノード、カソードとなり固体電解質を挟む2枚の触媒金属の間に、前記p型熱電素子を挟み込んだことを特徴とする窒素酸化物処理装置。 - 前記電解質体、熱電素子部およびこれらを挟み込む触媒金属により、複数の排気ガス通路が仕切られたハニカム構造体を構成したことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物処理装置。
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