SE507155C2 - Anordning och förfarande för reducering av kväveoxidföreningar - Google Patents

Description

507 155 2 blandning. Om villkoret avseende stökiometri inte uppfylls ges å andra sidan en begränsad reningsförmåga hos katalysatorn, i synnerhet vad gäller kväveoxidföreningar i aVgaSeIna .

I vissa typer av förbränningsprocesser, t.ex. i samband med dieselmotorer och vid s.k. "lean burn"-processer, sker förbränningen med ett relativt stort syreöverskott i syfte Detta villkoret avseende stökiometri inte uppfylls och rening av att minska bränsleförbrukningen. innebär att skadliga utsläpp inte kan ske på ett effektivt vis med en konventionell trevägskatalysator. När det gäller utsläpp av HC- och CO-föreningar kan visserligen dessa reduceras med hjälp av en oxidationskatalysator, men utsläppen av NO;- föreningar utgör fortfarande ett problem. Av denna anledning finns det ett behov av anordningar och metoder för rening av NO¿-föreningar, i synnerhet vid förbrännings- processer där ett syreöverskott föreligger.

När det gäller de skadliga NO;föreningarna är det genom artikeln “Removal of NO in the presence of 02 using electrochemical cells", J. Nakatani, Second EU-Japan Workshop, Fundamental aspects of catalysis for clean combustion, Kyoto, Japan, 30-31 oktober 1995, förut känt en anordning med vars hjälp NO,-föreningar kan omvandlas till kvävgas. Anordningen innefattar ett rör av ett elektrolytiskt material med en katod som har formats på rörets utsida och en anod som har formats på rörets insida.

Helium bringas att strömma genom röret och förbi anoden under det att en provgas innefattande kväveoxid, syrgas och helium bringas att strömma förbi katoden. Genom att applicera en elektrisk potential kan kväveoxid omvandlas till kvävgas och syrgas vid katoden, varvid det joniserade syret pumpas genom elektrolyten till anoden.

Den kända anordningen är behäftad med en nackdel i det att cn ca ~q _.) (fl en 3 den inte förmår arbeta med avsedd effekt vid höga koncentrationer av syre i den gas där kväveoxidföreningar skall reduceras bort, eftersom den inte förmår särskilja NO;föreningar från syre i någon större utsträckning. Vid den kända anordningen krävs att syret pumpas bort innan omvandlingen av N0¿-föreningar börjar. Denna U kända anordning tillhandahåller en reduktion av NO;föreningar som är helt försumbar redan vid en syrekoncentration på c:a 2%. Eftersom anordningen således inte fungerar vid höga syrekoncentrationer kan den inte utnyttjas på ett effektivt sätt i samband med magra förbränningsprocesser, .d.v.s. processer med ett syreöverskott. Ett exempel på en sådan process är förbränning i dieselmotorer, vars avgaser har en syrehalt som uppgår till c:a 5-18%.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINN1NGEN= Ett huvudsakligt ändamål med den föreliggande uppfinningen är således att tillhandahålla en förbättrad anordning för reducering av kväveoxidföreningar i avgaserna från en förbränningsmotor som förmår arbeta i en miljö där ett överskott på syre eller luft föreligger och där således motorns luft/bränsleblandning innehåller mer luft än vad som gäller vid stökiometrisk blandning (d.v.s. Å>1). Detta uppnås med en anordning av i inledningen nämnt slag, vars särdrag framgår av patentkrav 1. Ändamålet uppnås också med ett förfarande av i inledningen nämnt slag, vars särdrag framgår av patentkrav 20.

Anordningen enligt uppfinningen, som innefattar ett syrejonledande substrat med en katod och en anod som är anslutna till en spänningskälla, baseras på principen att guld, till skillnad från vissa andra ämnen som t.ex. platina, har egenskapen att det i princip inte dissocierar syre. Guld är visserligen generellt sett inert, men har dock en viss katalytisk aktivitet, vilken är väsentligt större för exempelvis NO eller N02 än för syre. Således 507 155 4 utgörs i enlighet med uppfinningen åtminstone katoden huvudsakligen av guld, varvid kväveoxidföreningar sonlomger anordningen adsorberas och dissocieras vid katoden och ger upphov till en rekombination till kvävgas vid katoden under borttransport av syrejoner genom substratet från katoden till anoden. Uppfinningen ger således upphov till en syrejonström genom substratet från katoden till anoden samt en rekombination. av kvarblivet kväve till kvävgas vid katoden. Med hjälp av uppfinningen ges en god selektivitet för NO,-föreningar i syrerika gaser, d.v.s. uppfinningen är verksam även vid höga halter av syre i den gas där N0;- föreningar skall reduceras.

I synnerhet kan uppfinningen utnyttjas i samband med ett motorfordon, och kan exempelvis utnyttjas som ett komplement till en oxidationskatalysator som är avsedd för rening av HC- och CO-föreningar.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen enligt uppfinningen medel för mätning av den i anordningen uppkomna syrejonströmmen. Värden som utgör mått på strömmen kan då utnyttjas vid styrning av nämnda spänningskälla, eller t.ex. för reglering av en. EGR-ventil, d.v.s. en ventil för styrning av återcirkulation av avgaser till motorn (EGR Exhaust gas recirculation).

Enligt ytterligare en utförings form innefattar uppfinningen medel för uppvärmning av densamma till en lämplig arbetstemperatur. Detta ger en stabil och jämn funktion i samband med reducering av Nofföreningar.

Ytterl-gare fördelaktiga utföringsformer framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i anslut- 507 1.55 ning till föredragna utföringsexempel samt de bifogade figurerna, där figur 1 är en schematisk perspektivvy av en anordning enligt den föreliggande uppfinningen, figur 2 är en schematisk perspektivvy som visar anord- ningen enligt uppfinningen enligt en alternativ utföringsform, figur 3 visar en kväveoxidreducerande enhet som kan anordnas i anslutning till en förbränningsmotor, figur 4 är en något förstorad detaljvy av den kväveoxidreducerande enheten enligt figur 3, figur 5 är en detaljvy av en alternativt utformad kväveoxidreducerande enhet, och figur 6 visar schematiskt en kvävoxidreducerande enhet enligt en ytterligare utföringsform.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRnmR= I figur 1 visas en perspektivvy av en anordning enligt uppfinningen, som enligt en föredragen utföringsform är avsedd att utnyttjas för reducering av kväveoxidföreningar.

Närmare bestämt är uppfinningen främst avsedd för reducering av kväveoxid (NO) och kvävedioxid (N02), genom omvandling av dessa båda skadliga ämnen till kvävgas (Ng.

Anordningen innefattar ett kväveoxidreducerande element 1 vilket är uppbyggt kring ett substrat som är utformat som en huvudsakligen rörformig komponent 2 som är tillverkad av en fast elektrolyt, lämpligen zirkoniumdioxid. Detta material har egenskapen att det är en god ledare av syrejoner. Zirkoniumdioxiden är lämpligen stabiliserad, d.v.s. "fixerad" i en viss kristallstruktur som är gynnsam 507 155 6 med avseende på dess förmåga att leda syrejoner. Som stabilisator kan exempelvis utnyttjas yttrium.

Substratet 2 är på utsidan belagt med ett yttre poröst skikt 3, vilket utgör anod, samt är på insidan belagt med ett inre poröst skikt 4, vilket utgör katod. Det faktum att skikten 3, 4 är porösa, d.v.s att de innefattar porer, innebär att de är genomsläppliga för de aktuella gaserna.

Det inre skiktet 4 består huvudsakligen av ett tunt skikt av guld, medan det yttre skiktet 3 företrädesvis utgörs av guld, men som också kan utgöras av någon annan metall, t.ex. platina, palladium eller rodium, enligt vad som kommer att framgå mer i detalj nedan. Företrädesvis har skikten 3, 4 en tjocklek som är av storleksordningen 1000- 2000 Å, men även andra dimensioner kan förekomma.

Elementet 1 är särskilt lämpat att anordnas i ett motor- fordon, närmare bestämt så att en viss mängd avgaser från fordonets motor (visas ej) leds genom elementet 1, d.v.s. i den riktning som indikeras med en pil 5. Företrädesvis kan ett stort antal element 1 anordnas tillsammans, t.ex. intill varandra och parallellt, i ett paket som placeras i ett avgasflöde i ett motorfordon. I figur 1 visas dock för tydlighets skull endast ett sådant element 1.

När en gas som innehåller NO;föreningar strömmar genom elementet 1 kommer dessa föreningar att adsorberas på det inre skiktet 4, som utgör katod. Därigenom sker en selektiv dissociation av NO¿-föreningar, d.v.s. en sönderdelning, så att negativa syrejoner, Oz, bildas vid katoden 4. Vidare gäller att anoden 3 och katoden 4 är elektriskt anslutna till en första spänningskälla 6. På så vis kan syrejonerna pumpas bort genom det syrejonledande substratet 2 med hjälp av den av spänningskällan 6 pålagda spänningen El, under det att kvarblivna kväveatomer rekombinerar till.molekylärt kväve, NU och återgår till gasfasen. Vid anoden 3 7 rekombinerar också syrejonerna till molekylärt syre, ON och återgår till gasfasen.

Spänningen E, utnyttjas således för att pumpa bort syrejoner från katoden 4, genom substratet 2, till anoden 3. På så vis kan NQ;föreningar i en gas som strömmar genom elementet 1 reduceras till kvävgas.

Elektroderna 3, 4 enligt uppfinningen kan utformas på olika sätt, t.ex. som tunna, huvudsakligen heltäckande, porösa skikt som företrädesvis anordnas på ömse sidor av substratet 2, men även andra sätt att utforma elektroderna 3, 4 är tänkbara. För att transporten av syrejoner skall ske på ett optimalt vis utformas anoden 3 respektive katoden 4 med en stor utsträckning över substratets 2 yta.

I den elektriska krets som består av substratet 2, anoden 3 och katoden 4 samt den första spänningskällan 6 kan en strömmätningsanordning 7 anordnas för mätning av den i kretsen uppkommna syrejonströmmen I. Den uppmätta strömmen I utgör härvid ett. mått på halten av NO,-föreningar i elementets l omgivning. Mätningen av strömmen I beskrivs i sig i svensk patentansökan nr. SE 9303664-8, inlämnad den 8 november 1993 av samma sökande som den föreliggande ansökan.

Elementet 1 ger en reduktion av NQ;föreningar som i mycket hög grad är selektiv, d.v.s. de syrejoner som ger upphov till syrejonströmmen I härstammar främst från NO¿- föreningar (och inte från eventuellt molekylärt syre) som förekommer i den gas som omger elementet 1. Exempelvis dieselavgaser innehåller 5-18% syre, vilket kan adsorbera, dissociera och joniseras på ytan och "stjäla" stor effekt vid bortpumpning av syrejonerna, men på grund av guldets höga selektivitet för N0¿-föreningar är det, molekylära syrets (Ch) bidrag till jonströmmen I av relativt liten 5Û7 155 8 storlek. Selektiviteten hos uppfinningen beror på arrangemanget av elektroderna 3, 4, varav åtminstone katoden 4 är av guld. Enligt en tänkbar utföringsform är båda elektroderna 3, 4 av guld. Anledningen till den förhöjda selektiviteten är, enligt vad som tidigare nämnts, att guld huvudsakligen inte dissocierar syre (till skillnad från t.ex. platina) samt har en katalytisk aktivitet som är betydligt större för NO,-föreningar än för syre. På så vis är elementet l inrättat för en dissociation av NO¿- föreningar som är betydligt större än.dissociationsförmågan för syre. Detta gör att de skadliga NO;íöreningarna i avgaserna omvandlas till kvävgas, medan eventuellt syre i avgaserna bara i mycket ringa grad bidrar till den ovannämnda syrejonströmmen och därmed inte "stjäl" effekt, varvid en hög verkningsgrad för NO;æeduktion säkerställs.

Detta medför i sin tur att uppfinningen är särskilt lämplig vid reducering av NO;föreningar i gaser med högt, eller varierande, syreinnehåll.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen kan katoden 4, alternativt både katoden 4 och anoden 3, utgöras huvudsakligen av guld tillsammans med en liten mängd stabiliserande material, t.ex. platina. Detta gör att guldet stabiliseras utan att dess egenskaper förstörs.

Mängden platina väljes så att den utgör en relativt liten mängd i förhållande till mängden guld hos respektive elektrod, vilket gör att guldets selektiva egenskaper inte nämnvärt påverkas.

Vidare kan ett tunt stabiliseringsskikt av exempelvis magnesiumoxid eller någon metall (t.ex. platina) anordnas mellan anoden 3 respektive katoden 4 och substratet 2 för att förbättra vidhäftningen av guldet mot substratet 2.

Tjockleken hos stabiliseringsskiktet väljes i beroende av materialvalet, men är företrädesvis relativt tunt och poröst, vilket medför att det inte hindrar transporten av 9 syrejoner mellan substratet och respektive elektrod.

I figur 2 visas en perspektivvy av ett element l' enligt en alternativ utföringsform, som innefattar en anod 3' och en katod 4' som båda är anordnade på insidan av ett huvud- sakligen rörformigt substrat 2. Anoden 3' och katoden 4' är elektriskt anslutna till spänningskällan 6, och i före- kommande fall även till strömmätningsorgan 7. Företrädesvis arrangeras anoden 3' respektive katoden 4' i form av en linje med ett antal tvärgående linjer som är anordnade så att de skjuter ut huvudsakligen vinkelrätt från den förstnämnda linjen och så att de skjuter in i varandra.

Vidare arrangeras ledningsbanorna 3', 4' företrädesvis så nära varandra och så tätt som möjligt. Detta arrangemang medför att den aktiva gränsytan mellan respektive elektrod 3', 4' och substratet 2 där rekombinationen till kvävgas och borttransport av negativa syrejoner sker blir maximalt stor, vilket bidrar till en hög syrejonström I och således en hög reducering av NO;föreningar.

Enligt en variant av utföringsformen som visas i figur 2 omges elementet 1' av ett rörformigt element 8 som utgör ett bärande stödrör som uppbär substratet 2 med dess elektroder 3', 4'. Det rörformiga elementet 8, vars innerdimensioner huvudsakligen överensstämmer med elementets 1' ytterdimensioner, kan vara försett med en uppvärmningsanordning 8, vilket i sin tur är försett med (ej visade) medel för uppvärmning av elementet l', t.ex. i form av en resistiv ledare i form av en värmetråd som är ansluten till en ytterligare (ej visad) spänningskälla.

Spänningen hos denna spänningskälla väljes så att substratet 2 till rätt arbetstemperatur, vid vilken substratet 2 leder syrejoner. värmetråden kan värma upp Detta möjliggör att ovannämnda ström I av syrejoner kan flyta mellan katoden 4' och anoden 3'. Elementets 1 normala arbetstemperatur är c:a 300-800°C. 507 155 Enligt en ytterligare variant kan en sådan värmetråd även vara innesluten i substratet 2 (visas ej i figuren).

Dessutom påpekas att uppvärmningsanordningen 8 även kan utnyttjas i samband med den utföringsform som visas i figur 1. Dessutom gäller att vid användning av uppfinningen i samband med förbränningsprocesser där avgaserna håller en mycket hög temperatur kan själva avgaserna utnyttjas till att värma upp substratet 2 till den temperatur där dess syrejonledningsförmåga är god. I detta fall behövs således inte någon särskild uppvärmningsanordning.

Anordningarna enligt figur l eller 2 är lämpliga att utnyttjas vid motorfordon, för reduktion av Nqfföreningar i avgaser från motorn. Avgaserna från fordonets motor leds då genom ett (ej visat) avgasrör och förbi elementet l (alternativt l'). Avgasröret kan även vara anslutet till en (ej visad) avgaskatalysator av konventionellt slag, vilken i så fall anordnas antingen uppströms eller nedströms elementet 1 (alternativt l'). Avgasröret kan även utgöras av en sidoledning för ett delflöde av avgaser från motorn.

Företrädesvis arrangeras ett stort antal NO;reducerande element 1 (l') parallellt med varandra, så att en hög reduktionsförmåga kan erhållas.

Figurerna 1 och 2 visar endast principen för reducering av NO;föreningar i avgaser. Det är uppenbart att exempelvis storleken hos anoden 3 och katoden 4 eller diametern hos röret 9 kan varieras för att på så vis erhålla en optimal reningsförmåga för respektive applikation där uppfinningen utnyttjas. Dessutom kan flera flöden parallell- eller seriekopplas för att ge en högre reningseffekt.

Enligt. en 'tänkbar utföringsforn\ kan. både anoden. 3 och katoden 4 utgöra huvudsakligen av guld, och den pålagda spänningen E, utgöras av en växelspänning. På så vis kan polariteten hos anoden 3 respektive katoden 4 växlas 507 155 ll periodiskt.

I figur 3 visas en kväveoxidreducerande enhet 12 enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen, vilken kan utnyttjas för att konvertera N0;föreningar i avgaserna från en förbränningsmotor. Reduceringsenheten 12 är då anordnad i ett avgasrör 9 i anslutning till en (ej visad) förbränningsmotor i ett motorfordon. Avgasröret 9 kan också utgöras av en ledning för ett delflöde av avgaser.

Avgaserna från motorn strömmar genom avgasröret 9 i den riktning som indikeras med pilen 10. Reduceringsenheten 12 är uppbyggd av ett antal kanaler 13 genom vilka avgaserna strömmar. Kanalerna 13 har en utsträckning som är huvudsakligen parallell med avgasrörets 9 utsträckning.

Vidare avgränsas respektive kanal 13 av väggar 14 vilka utgörs av en syrejonledande keram av samma slag som substratet 2 enligt vad som anges ovan. Sett i tvärsnitt bildar väggarna 14 ett huvudsakligen rutformigt mönster med kvadratiska eller rektangulära sidor. Enligt utförings- formen är reduceringsenheten 12 dimensionerad med c:a 1-4 mm avstånd mellan två motstående väggar i en viss kanal 13.

Detta svarar mot en användning i samband med ett motor- fordon.

I princip svarar respektive kanal 13 i reduceringsenheten 12 mot elementet 1. respektive lf som visas j. figur 1 respektive 2. Det kan noteras att kanalerna 13 kan utformas med olika tvärsnitt, t.ex. kvadratiska, rektangulära, cirkulära eller triangulära.

I figur 4 visas i förstoring ett mindre avsnitt av reduceringsenheten 12 innefattande en viss kanal 13 samt ett antal ytterligare, angränsande kanaler 17 som ligger omedelbart intill den förstnämnda kanalen 13. Kanalen 13 avgränsas av fyra väggar vars insidor fungerar som katod . För detta ändamål utgörs katoden 15 av en beläggning på 507 155 12 insidan av kanalen 13, varvid väggen 14 helt eller delvis är belagd med guld. På motsvarande vis utgörs en anod 16 av insidorna hos de väggar som avgränsar respektive intillig- gande kanal 17. För detta ändamål utgörs anoden 16 av en beläggning i de väggar 14 som avgränsar respektive kanal 17, vilken beläggning utgörs av en metall, företrädesvis guld, platina eller annan lämplig metall.

Med hänvisning återigen till figur 3 framgår att reduceringsenheten 12 är uppbyggd av ett bärande substrat 14 med ett antal anoder 16 och katoder 15 som bildas av beläggningar i intilliggande kanaler. En viss kanal vars innerväggar utgör anod kommer att omges av fyra intilliggande kanaler (två i sidled och två i höjdled) vars innerväggar utgör katod, och vice versa.

På ett sätt som motsvarar vad som angivits ovan är respektive katod 15 och anod 16 försedda med anslutningar till en spänningskälla (visas ej i figur 4). På så vis kan syrejoner drivas genom väggarna 14, från katod 15 till anod 16, när avgaser innehållande NO,-föreningar passerar genom respektive kanal 13. Den samtidiga rekombinationen av kvarvarande kväve till N, vid katoden medför i sin tur en reducering av skadliga NO¿-föreningar i avgaserna.

Enligt en variant av utföringsformerna enligt figur 3 och 4 kan de respektive angränsande kanalerna 17 (d.v.s. de kanaler 17 vars innerväggar 16 utgör anoder) blockeras, så att inga avgaser tillåts att strömma genom dem. Eftersom syrejonströmmen uppstår i respektive kanal 13 (d.v.s. de kanaler 13 vars innerväggar 15 utgör katoder) och flyter i riktning från katod 15 till anod 16 ges en högre effektivitet hos reduceringsenheten 12 :nn inga. avgaser tillåts strömma genom de kanaler vars innerväggar 16 utgör anoder. 5G? 1.55 13 Enligt en ytterligare variant kan två reduceringsenheter 12 anordnas efter varandra, varvid kanalerna 13 (vars innerväggar 15 utgör katoder) hos den uppströms belägna reduceringsenheten är arrangerade i linje med kanalerna 17 (vars innerväggar 16 utgör anoder) hos den nedströms belägna reduceringsenheten, eller vice versa. På så vis kommer huvudsakligen hela den avgasmängd som strömmar genom avgasröret 9 att passera kanaler 13 som utgör katoder.

Detta ger i sin tur en förhöjd effektivitet vid NO;- reduktionen.

I figur 5 visas en en reduceringsenhet 12' enligt en ytterligare utföringsform, vilken i detta fall är uppbyggd av ett antal plattor 18 som är anordnade huvudsakligen parallellt med avgasrörets 9 längsriktning. På detta vis bildas kanaler eller spalter 19 genom vilka avgaser innehållande NO¿-föreningar kan strömma. Även här strömmar avgaserna i den riktning som visas med pilen 10. Plattorna 18 utgör ett flertal substrat som är uppbyggda av ett syrejonledande material, vilket motsvarar substratet 2 enligt vad som angivits ovan. På ömse sidor av respektive platta 18 finns en beläggning som bildar anod på ena sidan av respektive platta 18 och katod på andra sidan av respektive platta 18. Anoderna och katoderna kan arrangeras på två olika sätt. Antingen arrangeras de så att en anod från en viss platta är vänd mot en katod hos en intilliggande platta, eller så att en anod hos en viss platta är vänd mot en anod hos en intilliggande platta. På samma 'vis som angivits ovan. är anoderna och katoderna anslutna till en (ej visad) spänningskälla för bortpumpning av syrejoner från katoderna genom respektive platta 18.

Särskilt hög effektivitet fås om plattorna 18 arrangeras så att katoderna på två intilliggande plattor är vända mot varandra och anoderna på två intilliggande plattor är vända mot varandra, varvid inga avgaser tillåts att strömma genom 507 4 I 55 14 de mellanrum nämnda anoder. Detta tillhandahålles genom att blockera de kanaler som avgränsas som avgränsas av av anoder som är vända mot varandra.

Enligt en alternativ utföringsform kan två reducerings- enheter 12' anordnas efter varandra, varvid de mellanrum vars innerväggar utgör katoder hos den uppströms belägna reduceringsenheten är arrangerade i linje med de mellanrum vars innerväggar utgör anoder hos den nedströms belägna reduceringsenheten, eller vice versa. På så vis kommer hela avgasröret 9 att passera mellanrum som utgör katoder. huvudsakligen avgasmängden som strömmar genom I figur 6 visas en reduceringsenhet 21 enligt en ytter- ligare utföringsform av uppfinningen, som är inrättad att styra avgaserna från en motorn genom en korsflödesreaktor. Ändamålet med detta arrangemang är att tillhandahålla en snabb uppvärmning av avgaser genom att de passerar två gånger genom reduceringsenheten 21. Enligt utföringsformen bringas ett flöde av avgaser att strömma i en riktning som indikeras med pilen 22 och genom reduceringsenheten 21.

Därefter leds avgasströmmen genom en (ej visad) ledning och tillbaks 21 riktning som indikeras med pilen 23. Flödet i riktningen 22 mot reduceringsenheten i en ytterligare bringas att strömma förbi två plattliknande element 24, 25 (som utgör katod) medan flödet i riktningen 23 bringas att strömma förbi den motsatta sidan av elementet 24 samt ett ytterligare plattliknande element 26 , funktion som svarar mot plattorna 18 i figur 5. Elementen (som utgör anod).

Respektive element 24, 26 har en uppbyggnad och 24, 25, 26 fixeras i den visade strukturen med hjälp av två ytterligare element 27 respektive 28, vilka företrädesvis är vågformiga och är inrättade att ge stagda åt den kompletta strukturen. Även de vågformiga elementen 27, 28 kan beläggas med tunna anod- och katodskikt, enligt de principer som beskrivits ovan. Dessutom kan elementen 27, 507 155 28 arrangeras med sådan orientering så att något av flödena 22 eller 23 blockeras.

I det fall att reduceringsenheten 21 inte behöver värmas på ovan beskrivet sätt kan alternativt de kanaler som bildas av elementen 24 och 25, och som således utgör anod, vara blockerade så att inga avgaser strömmar genom dessa kanaler. Istället kan de då vara i kontakt med omgivande luft, vilket innebär att det flöde som indikeras med pilen 23 istället utgörs av luft.

Vid praktiska mätningar som har gjorts med anordningen enligt uppfinningen, vid en driftstemperatur på 500° C och en driftsspänning E, (jfr. figur 1) på 1,0 V, har en reduktion på mer än 90% av NO- och Nüfdnnehållet i en provgas erhållits. Vid dessa mätningar var syrekoncen- trationen 10% och NO-halten 1000 ppm. Av detta framgår att uppfinningen ger en betydligt högre reduktion av NO;- föreningar än tidigare kända system.

Uppfinningen är inte begränsad till vad som anges ovan, utan olika utföringsformer är möjliga inom ramen för patentkraven. Det inses t.ex. att elementen 1 respektive 1' kan tillverkas i form av ett cirkulärt eller kvadratiskt rör, eller i andra geometriska former. Även anoden 3 och katoden 4 kan utformas på olika sätt, t.ex. som två Vidare kan de båda elektroderna 3, 4 placeras på samma sida av substratet 2 spiralformiga ledningsmönster. eller på ömse sidor av substratet 2.

I det fall att katoden 4 och anoden 3 är anslutna till strömmätningsanordningen 7 (jfr. figur 1 och 2) kan strömmätningsanordningen 7 och den första spänningskällan 6 ingå som komponenter i en styrenhet, vars ändamål är att styra den första spänningskällan 6 i beroende av den i kretsen uppmätta strömmen I, vilken beror av aktiviteten 507 155 16 vid katoden 4. Härvid kan styrenheten vara inrättad att styra spänningen i den första spänningskällan 6 till ett värde som är avpassat efter hur mycket N0;föreningar som behöver reduceras bort. På så vis kan strömåtgången hos den första spänningskällan 6 minimeras.

I de utföringsformer som beskrivs i figur 3-5 ovan kan avgasröret 9 vara ansluten till en (ej visad) oxidations- katalysator för rening av HC- och CO-föreningar, vilken i så fall kan anordnas antingen uppströms eller nedströms reduceringsenheten 12 respektive 12'.

Vidare är det. möjligt att anordna elektroderna 15, 16 enligt figur 4 och 5 på samma sida av substratet 14, d.v.s. de behöver inte placeras på ömse sidor av substratet 14.

Vidare kan en viss kanal 13 (jfr. figur 3) ha innerväggar med åtskilda fält som utgör anod respektive katod. På så vis kan en reduceringsenhet 12 tillverkas så att alla kanalerna 13 utgörs av identiska komponenter.

Claims (22)

10 15 20 25 30 35 Cfi CD *J .a CH LH 17 PATENTKRAV:

1. Anordning (l; l'; 12; l2'; 21) för reducering av kväveoxidföreningar ingående i en gas, innefattande ett syrejonledande substrat (2; 14; 18; 24, 25, 26) på vilket finns anordnat åtminstone en anod (3; 3'; 16) och åtminstone en katod (4; 4'; 15), varvid anoden och katoden är anslutna till en spänningskälla (6), k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v , att åtminstone nämnda katod (4; 4'; 15) utgörs huvudsakligen av guld, varvid kväveoxidföreningar som omger anordningen (l; l'; 12; 12'; 21) adsorberas och dissocieras åtminstone vid katoden (4; 4'; 15) och ger upphov till en rekombination till kvävgas vid katoden (4; 4'; 15) under borttransport av syrejoner genom substratet (2; 14; 18) från katoden (4; 4'; 15) till anoden (3; 3'; 16).

2. Anordning (l; l'; 12; 12'; 21) enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den är inrättad för reducering av de i gasen ingående kväveoxidföreningar huvudsakligen oberoende av syrekoncentrationen i nämnda gas.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v , att anoden (3; 3'; 16) utgörs huvudsakligen av guld, platina, palladium, rodium eller material med motsvarande egenskaper.

4. Anordning enligt något av patentkrav 1-3, k ä n n e - tec knad d ä r a v , att katoden (4; 4'; 15), alternativt katoden (4; 4'; 15) och anoden (3; 3'; 16), även innefattar stabiliserande material. 10 15 20 25 30 35 507 155 18

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda stabiliserande material utgörs av platina.

6. Anordning (l; l'; 12; 12'; 21) enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att substratet (2; 14; 18; 24, 25, 26) utgörs av stabili- serad zirkoniumdioxid eller material med motsvarande syrejonledande egenskaper.

7. Anordning (l; 1'; 12; 12'; 21) enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den dessutom innefattar strömmätningsorgan (7) för mätning av strömmen (I), vilken utgör ett mått på borttransporten av syrejoner genom substratet (2; 14; 18; 24, 25, 26) och aktiviteten på katoden, samt styrorgan inrättade för styrning av nämnda spänningskälla (6) i beroende av uppmätta värden från nämnda strömmätningsorgan (7).

8. Anordning (l; l') enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den innefattar medel (8) för uppvärmning av substratet (2).

9. Anordning (l; l') enligt patentkrav 8, k ä n n e - tecknad därav,attnämndamedel (7, 8) innefattar en resistiv ledare anordnad i anslutning till substratet (2) samt en andra spänningskälla till vilken nämnda resistiva ledare är ansluten.

10. Anordning (l; l') enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att anoden (3; 3') respektive katoden (4; 4') är tillverkade av ett poröst material.

11. ll. Anordning (l; l') enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att anoden 10 15 20 25 30 35 19 (3') respektive katoden (4') är utformad som ett ledningsmönster med en rät linje med ett flertal tvärgående linjer vilka skjuter ut huvudsakligen vinkelrät från den räta linjen.

12. Anordning (12) enligt något av patentkrav 1-10, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att substratet (14) utgörs av väggelement som avgränsar intilliggande kanaler (13, 17) genom vilka nämnda gas kan bringas att strömma, varvid nämnda katod (15) och anod (16) utgörs av beläggningar hos åtminstone en innervägg hos nämnda kanaler (13, 17).

13. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v , att katoden (15) utgörs av en beläggning på åtminstone en innervägg hos åtminstone en första kanal (13) och anoden (16) utgörs av en beläggning hos åtminstone en innervägg hos åtminstone en andra kanal (17), varvid nämnda andra kanal (17) är anordnad omedelbart intill nämnda första kanal (13).

14. Anordning (l2') enligt något av patentkrav l-ll, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda substrat är utformat som plattor (18) anordnade på ett förutbestämt flertal längsgående kanaler (19) genom vilka nämnda gas kan avstånd till varandra och definierande ett strömma, varvid den ena sidan av respektive platta (18) uppbär ett ledningsmönster som utgör anod medan den andra sidan uppbär ett ledningsmönster som utgör katod.

15. Anordning (l2') enligt patentkrav 14, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v , att katoderna hos två intilliggande plattor (18) är vända mot varandra.

16. Anordning (12; 12') enligt något av patentkraven 14 eller 15, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att kanaler 10 15 20 25 30 35 507 155 20 (17) som uppbär ett ledningsmönster som utgör anoder (16) är utformade så att de är blockerade för passage av nämnda gas.

17. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda katod och nämnda anod är anordnade i form av kanaler i en korsflödes- reaktor (21) genom vilken nämnda gas kan ledas åtminstone två gånger.

18. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda anod är anordnad så att den står i kontakt med omgivande luft.

19. Användning av en anordning (1) enligt något av patentkraven 1-18, för reducering av kväveoxidföreningar i avgaser i ett avgasrör (9) hos ett fordon.

20. Förfarande för reducering av kväveoxidföreningar i en gas medelst ett element (l; l'; 12; 12'; 21) innefattande ett substrat (2; 14; 18; 24, 25, 26) bestående av en fast elektrolyt på vilket finns anordnat åtminstone en anod (3; 3'; 16) respektive katod (4; 4'; 15), k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v , att det innefattar: placering av elementet (1) längs gasens strömnings- väg, varvid kväveoxidföreningar som omger elementet (l; l'; 12; 12'; 21) adsorberas och dissocieras åtminstone vid katoden (4; 4'; 15), vilken huvudsakligen utgörs av guld; samt applicering av en spänning (El) över nämnda anod (3; 3'; 16) och katod (4; 4'; 15) för rekombination till kvävgas vid katoden (4; 4'; 15) samt borttransport av syrejoner genom substratet (2; 14; 18; 24, 25, 26) från katoden (4; 4'; 15) till anoden (3; 3'; 16).

21. Förfarande enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k - 10 21 n a t d ä r a v , att det innefattar: mätning av borttransporten av syrejoner med hjälp av strömmätningsorgan (6) som är anslutet till anoden (3; 3') och katoden (4; 4'), samt styrning av nämnda spänningskälla (6) i beroende av värden som utgör mått på strömmen (I).

22. Förfarande enligt något av patentkraven 20 eller 21, varvid både anoden (3; 3'; 16) och katoden (4; 4'; 15) utgörs huvudsakligen av guld, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda applicering av en spänning (El) görs med en växelspänning, varvid polariteten hos anoden (3; 3'; 16) respektive katoden (4; 4'; 15) växlas periodiskt.