排气净化装置的制作方法

专利名称：排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对内燃机排放的废气进行净化的装置，特别是对柴油机排放的PM(微粒排放物)进行净化的装置。
背景技术：
柴油机一般用于汽车上，特别是大型汽车上。最近，柴油机要求减少氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物以及PM的排放。因此，可以通过改善发动机的性能或优化燃烧条件来控制PM的产生，并对废气中产生的PM进行净化。
为了消除废气中的PM，一般是用具有多个栅格通道的陶瓷蜂窝式过滤器、金属过滤器和陶瓷纤维过滤器来捕集废气中的PM。但是，在使用这种过滤器的情况下，过滤器中的PM会越积越多，从而使对过滤器造成堵塞，进一步会使废气排放不畅通，加重发动机的负荷。另外，毫微级的PM不会被这种过滤器所捕集。在使用这种过滤器来收集废气中的PM的情况下，仅靠废气的热能很难充分使过滤器中所收集的PM燃烧。
众所周知，可以使用一种能够提供电子放电的装置来对柴油机的废气进行净化。例如，日本专利2698804号公开了一种装置，其包括一个针状电极，一个偏转电极和一个包围针状电极和偏转电极的捕集电极。这种装置通过电极之间的放电使柴油机废气中的PM带电，从而将PM捕获到捕集电极上。但是，这种装置是为了将PM捕集而不是将捕集的PM燃烧来设计的，因此，这种装置不能使PM充分燃烧，而需要借助另一种特殊的装置来完成。这是因为电流是从金属捕集电极中流过，而不是从沉积于电极上的PM中流过，因此，是不可能用这种电流来使PM燃烧的。
此外，日本国家公开2001-511493号描述了一种在电极之间具有绝缘片的排气净化装置。但是，这种装置的设计是在接近反应表面的地方提供电力，特别是将电力供应到接地的导电管道中。因此，该文献没有透露电场角度与废气流动方向的重要性，也没有透露废气流过的绝缘体的重要性。
尚未审查的日本专利公开60-235620号描述了一种柴油机废气PM的过滤器，这种过滤器承载铂系金属元素和碱土金属氧化物的混合物，用于燃烧过滤器中捕集的PM。但是，该文献没有说明在过滤器中提供电场，以及将电场与铂系金属元素和碱土金属氧化物的混合物结合使用。
因此，在现有技术中的排气净化装置没有充分地使用电场来捕集PM，或没有充分地对捕集的PM进行燃烧。

发明内容
本发明涉及一种捕集PM和燃烧PM的排气净化装置。该装置包括电极和一个具有多个栅格通道的绝缘蜂窝结构。该装置的特征在于电极在蜂窝式结构中产生电场，该电场不是平行的，而是特别地与蜂窝式结构的栅格通道至少成45度或60度，更特别地大致垂至于蜂窝式结构的栅格通道。
根据本发明，废气中的PM在通过蜂窝式结构的栅格通道时，受与蜂窝式结构的栅格通道方向不平行的电场与其之间的库仑力的作用，沉积于栅格通道的侧壁上。此外，使用废气中的热能与流过这些沉积PM而不是流过绝缘的蜂窝式结构的电流，使沉积于蜂窝式结构的PM燃烧。
虽然PM不需任何特殊处理就自然地有些带电，但也可以使用任何合适的方法来使PM带电，例如利用蜂窝式结构上游的放电电极，和/或蜂窝式结构中的电场。
在本发明涉及的装置的一方面，所述电极包括一个中心电极和一个包围中心电极的外围电极，蜂窝式结构位于中心电极与外围电极之间。
根据这一方面，废气中的PM在通过蜂窝式结构时，受中心电极和外围电极之间的电场与其之间的库仑力作用，被迫径向地向中心电极和/或外围电极而沉积于栅格通道的侧壁上。
在本发明涉及的装置的另一方面，所述电极包括一个在蜂窝式结构上游端的网状电极，和一个在蜂窝式结构圆周表面周围的外围电极。
根据这一方面，废气中的PM在通过蜂窝式结构的时候，与网状电极的接触和受蜂窝式结构中的电场的作用而使之充电，然后受网状电极与外围电极之间产生的电场与其之间的库仑力作用而沉积于蜂窝式结构的栅格通道的侧壁上。
在这一方面，电极可进一步包括位于蜂窝式结构下游端的第二网状电极，该第二网状电极在电气上与外围电极相连。
在本发明涉及的装置的另一方面，电极包括一个中心电极和一个包围中心电极的外围电极；蜂窝式结构位于中心电极与外围电极之间；中心电极延伸超过蜂窝式结构的上游端；蜂窝式结构的径向向内区域比径向向外的区域具有更低的气流阻力。
在这一方面，径向向内的区域可以是穿过蜂窝式结构的孔道。
根据这一方面，具有更低气流阻力的径向向内区域减小了通过蜂窝式结构的压降，而通过蜂窝式结构的废气中的PM受中心电极和外围电极之间的电场与PM之间的库仑力作用，被迫使朝外围电极流动并沉积于蜂窝式结构的径向向外的区域中。
在上述的各个方面，外围电极可以接地，以防止向外界放电。
在本发明涉及的装置的另一个方面，蜂窝式结构具有相对的外侧表面，电极包括一对平板电极，分别位于这两个相对的外侧表面上。
根据这一方面，废气中的PM在通过蜂窝式结构的栅格通道时，受这对平板电极之间产生的电场与PM自身之间的库仑力作用，而被迫使朝着任一平板电极流动并沉积于栅格通道的侧壁上。
在这一方面，本装置可以包括两个或更多组的蜂窝式结构，和分别位于这些蜂窝式结构相对外侧表面上的一对平板电极。因此，每组蜂窝式结构和每对平板电极可以调整成平行与一组或更多组放置。在这种情况下，位于蜂窝式结构之间的平板电极可以在相邻组中被剪切。
根据这一方面，平板电极之间的距离可以变窄，这样就可以用比较低的电压产生一个比较强的电场。具体地说，电场的强度与电极之间的电压成正比，并与电极之间的距离成反比。因此，如果电极之间的距离减半，就可以用一半的电压大小产生期望的电场强度。
此外，在这一方面，平板电极可以用交流电进行供电。
根据这一方面，废气中的带正电荷或带负电荷的PM被迫使向着不同的方向流动，以便使PM均匀地沉积于蜂窝式结构的栅格通道的侧壁上。也就是说，在这一方面，废气流中的PM沉积于一个侧壁上，而沉积的PM则在另一个侧壁上燃烧。这样就可以防止沉积的PM对蜂窝式结构造成堵塞。
本发明所涉及的装置的另一方面，蜂窝式结构具有两对相对的外围表面，特别地形成一个长方体的形状；电极包括两对相对的平板电极，每对相对平板电极分别位于每对相对的外围表面上，特别地，位于与蜂窝式结构栅格通道平行方向上的相对的外围表面上，这样，两对相对的平板电极可以在两个不平行的不同方向上产生交变电场，特别地与蜂窝式结构栅格通道的方向成至少45度或60度，更特别地，垂直于蜂窝式结构栅格通道的方向。
根据这一方面，在两个不同方向上的交变电场可以交替地变换PM沉积的侧壁，从而使PM可以均匀地沉积于蜂窝式结构栅格通道的侧壁上。
在这一方面，平板电极可以用交流电来供电。
根据这一方面，废气流中的带正电荷或带负电荷的PM被迫使向着不同的方向流动，以便均匀地沉积于蜂窝式结构栅格通道的侧壁上。也就是说，在这一方面，废气流中的PM沉积于一个侧壁上，而同时，沉积的PM在另一个侧壁上燃烧。这样可以防止沉积的PM对蜂窝式结构造成堵塞。
在上述任一方面，排气净化装置可以具有一个位于蜂窝式结构上游的放电电极，以便促进PM充电并受库仑力的作用沉积于蜂窝式结构上。
放电电极可以与在蜂窝式结构中提供电场的电极，例如外围电极或中心电极，在电气上相连。也就是说，放电电极可以是中心电极的一部分，其中这一部分向外延伸超过蜂窝式结构的上游端。该放电电极可以具有天线状的电极，特别是针状电极，以便促进放电并使PM充电。
本发明涉及一种捕集PM并使之燃烧的排气净化装置，这种装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构。该装置的特征在于，电极在蜂窝式结构中产生电场，蜂窝式结构载有从包括碱金属或碱土金属的一族中所选的至少一种金属。
根据本发明，加速了在蜂窝式结构中所捕集的PM的燃烧。这是因为蜂窝式结构载有碱金属和/或碱土金属吸附废气中的NOx以生成硝酸盐，从而通过下列的方式加速PM的燃烧(1)硝酸盐通电之后放出的具有氧化作用的化学物质，如NO2，(2)硝酸盐与废气中的水汽反应产生硝酸盐离子，和/或(3)具有较低熔点的硝酸盐，其在废气中的热能下熔化，从而更好地与PM接触。
本发明涉及一种捕集PM并使之燃烧的排气净化装置，这种装置包括电极和绝缘蜂窝式结构。该装置的特征在于，电极在蜂窝式结构中产生电场，蜂窝式结构载有一种通电后产生氧基的物质，如12CaO·7Al2O3。
根据本发明，加速了蜂窝式结构中所捕集的PM的燃烧。这是因为氧基具有很强的氧化能力，从而加速PM的烧尽。
本发明涉及一种捕集PM并使之燃烧的排气净化装置，这种装置包括电极和绝缘蜂窝式结构。该装置的特征在于，电极在所述的蜂窝式结构中产生电场，且蜂窝式结构载有二氧化锰(MnO2)。
根据本发明，加速了蜂窝式结构中所捕集的PM的燃烧。这是因为在蜂窝式结构中的电场放电产生臭氧，使MnO2分解产生氧基。该氧基具有很强的氧化能力，从而加速PM的烧尽。
本发明涉及一种捕集PM并使之燃烧的排气净化装置，这种装置包括电极和绝缘蜂窝式结构。该装置的特征在于，电极在所述蜂窝式结构中产生电场，且蜂窝式结构载有一种具有高介电常数的物质，即铁电材料，如钛酸钡和钛酸锶。
术语“一种具有高介电常数的物质”是指一种在本装置的工作温度下(例如，250摄氏度下)具有比蜂窝式结构材料高至少10倍的静态(即恒电压下)单位介电常数。通常用作绝缘蜂窝式结构材料的堇青石具有低于10的单位介电常数，特别是4到6。具有高介电常数的材料可以是在上述温度下具有高于100的静态单位介电常数的材料，特别是高于500，更特别是高于1000。
根据本发明，加速了蜂窝式结构中PM的捕集。这是因为蜂窝式结构所载的高介电常数的材料使蜂窝式结构具有更强的充电能力，从而提高蜂窝式结构对PM的捕集能力。
在上述的各个方面，蜂窝式结构可以载有PM氧化催化剂，使沉积于蜂窝式结构的PM燃烧。这种催化剂包括CeO2、Fe/CeO2、Pt/CeO2、Pt/Al2O3和它们的化合物。
本发明的排气净化装置中的上述特性可以随意地组合。例如，本装置的任何一种都包括一个蜂窝式结构，该蜂窝式结构载有至少从包括碱金属或碱土金属的一族中所选的至少一种金属；至少一种通电后能产生氧基的材料；二氧化锰；具有高介电常数的材料；和/或PM氧化催化剂。
在本装置用于产生放电作用的情况下，可以蜂窝式结构中捕集PM，此外，产生强氧化性的化学物质，如活性氧，臭氧，NOx，氧基，氮氧(NOx)基，从而使PM的燃烧加速。
此外，还可以通过高电压产生等离子体来促进PM的捕集和燃烧。
具有一般技能的本领域技术人员在配合附图阅读下面详细的说明书后，将明白本发明的这和或其他的目的、特性和优点。


图1a和1b分别是根据本发明第一个实施例的排气净化装置的透视图和剖视图。
图2a和2b分别是根据本发明第二个实施例的排气净化装置的透视图和剖视图。
图3a和3b分别是根据本发明第三个实施例的排气净化装置的透视图和剖视图。
图4a至4c是作为例子使用的排气净化装置的剖视图。
图5是根据本发明第四个实施例的排气净化装置的透视图。
图6a和6b是图5所示装置的上游末端的正视图。
图7是根据本发明第五个实施例的排气净化装置的透视图。
图8a至8d是图7所示装置的上游末端的正视图。
图9a和9b是图7所示装置的栅格通道的放大正视图。
图10a和10b是作为例子使用的排气净化装置的透视图。
具体实施例方式
本发明通过实施例和图例进行说明，这些实施例和图例并不意在限定权利要求所述的本发明的范围。
本排气净化装置的第一个实施例说明如下。图1a是本装置的第一个实施例的透视图，图1b是侧面剖视图。
在图1a和图1b中，10表示具有多个栅格通道的直流型绝缘蜂窝式结构，14表示中心电极，16表示外围电极，18表示在中心电极14上的针状电极，110表示电源。绝缘蜂窝式结构10位于中心电极14和外围电极16之间，从而使这些电极在电气上绝缘。含有PM的废气从左侧流向右侧，如图1a和图1b中的箭头100所示，并通过由外围电极16包围的蜂窝式结构10的栅格通道。
在使用如图1a和图1b所示的排气净化装置的情况下，电源110在中心电极14和外围电极16之间施加电压并在蜂窝式结构10中产生一个径向电场121。也就是说，在蜂窝式结构10中产生一个横穿于栅格通道的电场121。电场121迫使废气中的PM沉积于蜂窝式结构10的栅格通道的侧壁上，从而促进对PM的捕集。
图1a和图1b所示排气净化装置的各个部件将在以下的内容以35个细节进行说明。
绝缘蜂窝式结构10可以用陶瓷材料制造，如堇青石。蜂窝式结构可以是直流型(即，蜂窝式结构中的栅格通道基本上是直通的)或壁流型(即，蜂窝式结构中的栅格通道是交替堵塞的，也就是所谓的“柴油机微粒过滤器”)。根据这一实施例，直流型的蜂窝式结构适宜用来阻碍气流，以达到充分捕集PM的目的。此外，壁流型蜂窝式结构适宜用来产生PM通道，然后利用流过的电流使捕集的PM燃烧。该绝缘蜂窝式结构的导电性能应该比微粒的导电性能足够差，以保证电流不流过蜂窝式结构本身，而是流过沉积的PM并使之烧尽。
中心电极14由合适的材料制造，从而可以在中心电极14和外围电极16之间施加电压。这种材料可以是导电材料或半导电材料等，特别地，可以是如Cu、W、不锈钢、Fe、Pt和Al的一种金属，不锈钢因为它的耐久性和低成本显得尤为适宜。中心电极14一般是金属导线，但也可以是空心的金属棒。
外围电极16由合适的材料制造，从而可以在中心电极14和外围电极16之间施加电压。这种材料可以是导电材料或半导电材料等，特别地，可以是如Cu、W、不锈钢、Fe、Pt和Al的一种金属，不锈钢因为它的耐久性和低成本显得尤为适宜。外围电极16可以通过在蜂窝式结构10周围的材料上包围一层网丝或箔片而制成，或通过在蜂窝式结构10的圆周表面上加上导电性胶而制成。
电源110可以提供脉冲或恒定直流电(DC)，或交流电(AC)的电压。施加在中心电极14和外围电极16之间的电压通常应高于1千伏，优选地高于1万伏。所施加的电压的脉冲周期优选为小于1ms(毫秒)，更优选地小于1μs(微秒)。中心电极14可以是阴极或阳极。优选地，中心电极14是阳极，外围电极16是阴极。外围电极16可以与在中心电极14上施加相反电压的电源110电气地相连，虽然在图1a和1b中所示外围电极16是接地的。
在蜂窝式结构10的上游，如图1a和1b所示的排气净化装置具有放电用的针状电极18。一旦电源110给针状电极供电，针状电极就会促进从其上放电并使PM带上电荷。这进一步改进了蜂窝式结构10中捕获PM。针状电极18用一种材料制成，该材料可以在针状电极18和外围电极16之间稳定地产生放电。这种材料可以是导电材料、半导电材料等，特别可以是如Cu、W、不锈钢、Fe、Pt和Al的一种金属，不锈钢因为它的耐久性和低成本显得尤为适宜。针状电极18指向外围电极16。如果针状电极18的数目太少，就难以在针状电极18和外围电极16之间维持均匀的放电。因此，需要非常大量的针状电极。针状电极的最佳数目可以这样确定，使废气中的PM最好地带电(充电)。电源110在针状电极18和外围电极16之间施加电压来产生放电。
电源110可以在电极间提供直流电压、交流电压或具有周期性波形的电压等。优选地使用直流脉冲电压，因为它可以产生稳定的电晕放电。交流脉冲电压的外加电压、脉冲宽度和脉冲周期可以随意，只要能够产生电晕放电就可以。优选地，外加电压和脉冲周期分别围高压和短周期，以便产生电晕放电，即使这些参数可能会因装置的设计、如经济利益等所限制。
绝缘蜂窝式结构10可以载有任何对PM进行捕集和/或燃烧的材料。这种材料包括从包括碱金属或碱土金属的一族中所选的至少一种金属；至少一种通电后能产生氧基的材料；二氧化锰(MnO2)；具有高介电常数的材料；和/或PM氧化催化剂，如Pt、CeO2、Fe/CeO2、Pt/CeO2和Pt/Al2O3以及它们的混合物。
蜂窝式结构可以通过任意一种工艺来带有这些材料的一种或多种，如侵蚀涂层工艺(wash coating process)。蜂窝式结构可以带有任意量的这些材料。一旦使用侵蚀涂层的工艺来使蜂窝式结构带有金属氧化催化剂，蜂窝式结构最好应焙烧而成。本领域普通技术人员都应熟知焙烧的条件，优选地，焙烧温度是450到500摄氏度。通过焙烧工艺来使蜂窝式结构带有PM氧化催化剂可以改善PM燃烧的效果。
本排气净化装置的第二个实施例说明如下。图2a是本装置的第二个实施例的透视图，图2b是它的侧向剖视图。
在图2a和图2b中，20表示具有多个栅格通道的直流型绝缘蜂窝式结构，24表示一个上游网状电极，26表示一个外围电极，27表示一个下游网状电极，110表示电源。外围电极26与下游网状电极27在电气上相连。位于其间的绝缘蜂窝式结构20使上游网状电极24在电气上与外围电极26、下游网状电极27绝缘。含有PM的废气如图2a和2b上箭头100所示的方向从左侧流向右侧，然后通过被外围电极26包围的蜂窝式结构20的栅格通道。
在使用如图2a和2b所示的排气净化装置时，电源110在上游网状电极24和外围电极26、下游网状电极27之间施加电压，从而在位于其间的蜂窝式结构中产生一个电场12。如图2b所示，电场122从上游网状电极24一直到达外围电极26和下游网状电极27。电场122迫使废气中的PM沉积于蜂窝式结构20的栅格通道的侧壁上，从而促进PM的捕集。可以在上游网状电极24与外围电极26、下游网状电极27之间产生放电而使PM充电，来改善蜂窝式结构20中PM的捕集效果。
如图2a和2b所示排气净化装置的各个部件将在以下详细说明。
上游网状电极24、外围电极26和下游网状电极27可以用以上所述的材料制造，如用于制造图1a和1b所示中心电极14的材料。也就是说，外围电极26可以通过在蜂窝式结构20周围的金属材料上包围一层网丝或箔片而制成，或通过在蜂窝式结构20的圆周表面上加上导电性胶而制成。绝缘蜂窝式结构20、电源110和蜂窝式结构所载有的材料与如图1a和1b所述的相似。
本排气净化装置的第三个实施例说明如下。图3a是本装置第三个实施例的透视图，图3b是相应的侧向剖视图。
在图3a和3b中，30表示具有多个栅格通道的壁流型绝缘蜂窝式结构，31是蜂窝式结构30径向向内区域中的孔道，34是中心电极，36是外围电极，38是中心电极34上的针状电极，111时直流电源。位于其间的绝缘蜂窝式结构30使中心电极34在电气上与外围电极36绝缘。含有PM的废气如图3a和3b上箭头100所示的方向从左侧流向右侧，然后通过被外围电极36所包围的蜂窝式结构30的栅格通道和孔道31。
使用如图3a和3b所示的排气净化装置时，电源111在中心电极34和外围电极36之间施加电压，以便在蜂窝式结构30的、栅格通道和孔道31和其上游产生一个电场123。在蜂窝式结构30上游位置的电场123迫使废气中的PM通过蜂窝式结构30的径向向外侧的栅格通道，而不是通过孔道31。蜂窝式结构30借助于电场123促进对PM的捕集。根据这种机理，当主要含有PM的废气从栅格通道通过，而含有较少量PM的废气则从蜂窝式结构30的径向向内区域中的孔道31中通过，可以用更低的气流阻力来充分捕集PM。
如图3a和3b所示排气净化装置的各个部件将在以下详细说明。
绝缘蜂窝式结构30可以用如图1a和1b所示装置相同的材料制造。蜂窝式结构30可以是直流型或壁流型。由于孔道31的作用，壁流型虽然具有更大的气流阻力，但也是可以接受并优选用作PM的捕集。孔道31的直径可以任意，例如，蜂窝式结构30的直径与它的直径之比可以是10∶1或2∶1。直流电源111可以是任何一种合适的电源，其提供电压、脉冲周期等，并适合于迫使PM朝径向向外的方向通过栅格通道。中心电极34和外围电极36可以用如图1a和1b所述的方法制成。蜂窝式结构30所带有的材料与如图1a和1b所述的相似。
本排气净化装置的第四个实施例如下所述。图5至6b分别是该装置上游末端的透视图和正视图。
在图5至6b中，50表示具有多个栅格通道的直流型绝缘蜂窝式结构，54至58是网状平板电极，110是电源，125和126表示说明蜂窝式结构50中电场方向的箭头。在平板电极54至58中，平板电极55和57与电源110相连，平板电极54、56和58接地。平板电极54至58中相邻的电极在电气上被位于其中的绝缘蜂窝式结构50相互隔绝。含有PM的废气从夹于平板电极54至58中的绝缘蜂窝式结构50的栅格通道中通过，如箭头100所示。
如图5至6b所示的装置包括四组蜂窝式结构以及位于其相对外围表面的平板电极。但是，当该装置仅包含一组蜂窝式结构以及位于其相对外围表面的平板电极时，该装置可以是包含一个与电源110相连的平板电极55、一个接地的平板电极54和一个位于其中的绝缘蜂窝式结构50。
在使用如图5至6b所示的排气净化装置时，电源110在平板电极54、56、58与相邻电极55、57之间施加一个电压，从而在蜂窝式结构50中产生电场125或126。例如，为了产生如图6a箭头125所示方向的电场，应将平板电极55和57当作阳极，而电极54、56和58当作阴极。如果阳极和阴极相互调换，则将在蜂窝式结构50中产生如图6b箭头126所示方向的电场。不管哪种情况，电场将穿过废气所流通的蜂窝式结构的栅格通道。电场125或126迫使废气中的PM受库仑力的作用而沉积于蜂窝式结构50栅格通道的侧壁上，以改善PM的捕集效果。
如图5至6b所示排气净化装置的各个部件将在以下详细说明。
平板电极54至58可以用如图1a和1b所述中心电极14和外围电极16的材料制造。尽管在图5至6b中所示装置中的平板电极54至58是网状电极，它们也可以由这些材料做成金属箔片或实心板，并可以通过在蜂窝式结构50表面上涂上一层导电性胶来制成。绝缘蜂窝式结构50、电源110和蜂窝式结构50所带有的材料与如图1a和1b所述装置的相似。

本排气净化装置的第五个实施例如下所述。图7是该装置的透视图，图8a至8d是该装置的前面正视图，图9a和9b是该装置中蜂窝式结构的栅格通道的放大正视图。
在图7至8d中，70表示具有多个栅格通道的直流型绝缘蜂窝式结构，74至77是网状平板电极，111和112是电源。平板电极74至77被位于其中的绝缘蜂窝式结构70相互隔绝。在平板电极74至77中，平板电极74和76分别与电源111和112相连，另外的平板电极75和77接地。含有PM的废气从被平板电极74至77所包围的绝缘蜂窝式结构70的栅格通道中通过，如图上箭头100所示。在图9a和9b中，98表示蜂窝式结构70中栅格通道的侧壁，99表示沉积于侧壁上的PM。
在使用如图7至9b所示的排气净化装置时，电源111在相对的平板电极74和75之间施加电压并在其间产生一个电场，同时电源112在相对的平板电极76和77之间施加电压并在其间产生一个电场。例如，为了在蜂窝式结构70中产生一个如图8a箭头281所示方向的电场，应将平板电极74用作阳极，而平板电极75用作阴极。此外，为了在蜂窝式结构70中产生一个如图8c箭头283所示方向的电场，应将平板电极76用作阳极，而平板电极77用作阴极。如果这些阳极和阴极相互调换，产生的电场方向将分别如图8b中的箭头282和8d中的箭头284所示。不管哪种情况，电场都将穿过废气所流通的蜂窝式结构70的栅格通道。利用库仑力的作用，电场迫使废气中的PM沉积于蜂窝式结构栅格通道的侧壁上，以改善PM的捕集效果。
在两个不同方向上的交替电场将实现以下的作用。在图9a和9b中，98表示蜂窝式结构栅格通道的侧壁，99表示沉积于侧壁98上的PM。当在蜂窝式结构70中产生电场281或282时，即向下或向上的电场，废气流中的PM将优先沉积于如图9a所示侧壁的下或上表面。在这期间，在侧壁垂直表面上的PM将被废气中的热能与流过其中的电流燃烧。当在蜂窝式结构70中产生电场283或284时，即向右或向左的电场，废气流中的PM将优先沉积于如图9b所示侧壁的右或左表面。在这期间，在侧壁水平表面上的PM将被废气中的热能与流过其中的电流燃烧。
由于蜂窝式结构中电场的方向可以转换，因此废气流中的PM可以均匀地沉积在蜂窝式结构中栅格通道的侧壁上。此外，如果希望PM带上正电或负电并沉积于侧壁上和下表面或右和左表面上，那么通过如图8a和8b或图8c和8d所示的方向转换电场方向，能够使PM均匀地沉积在侧壁上。
如图7至9b所示的排气净化装置的各个部件将在以下详细说明。
平板电极74至77可以用如图1a和1b所述的中心电极14和外围电极16的材料制造。绝缘蜂窝式结构70、电源110和蜂窝式结构70所带有的材料与如图1a和1b所述装置的相似。
本发明的效果将结合以下的例子来进行说明，但这些例子并不能旨在限制如权利要求所述的本发明的范围。
例子1根据如图1a和1b所示的本发明第一个实施例提供一个排气净化装置。即，在直流型堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25μm(微米))的圆周表面上，有一个用不锈钢网(宽度40毫米，SUS 304，300个网格)被包围而形成的外围电极。在蜂窝式结构的中心轴线上装有一个针状电极的中心电极(棒状电极)。用于该例子进行说明的排气净化装置如图4a所示。
例子2用于该例子的排气净化装置与例子1的相同，除了它是用壁流型的堇青石蜂窝式结构(栅格密度300个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)而不是例子1中的直流型的堇青石蜂窝之外。
例子3该例子的排气净化装置基本与例子1的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克CeO2粉末和Pt(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；用二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子4该例子的排气净化装置基本与例子1的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克CeO2粉末和Fe(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；用Fe(NO3)3水溶液浸透蜂窝式结构，然后对蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Fe。
例子5该例子的排气净化装置基本与例子1的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克Al2O3粉末和Pt(重量是Al2O3粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
性能评定PM捕集例子1至5中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入一个内径为37毫米的石英管中。中心电极与电源电气地相连，外围电极接地。对排气净化装置，从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中，并施加4千伏电压(输入功率约为3瓦)。在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由该装置上游和下游部位的PM含量差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子1至5的蜂窝式结构中使PM充分沉积后，在一个干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所获得的重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的石英管中(大气空气中)，对中心电极施加15千伏的电压15分钟。然后将所得蜂窝式结构在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明PM的氧化性能越好。若仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表1

表1中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果，而在同样的电能下，直流型和壁流型的蜂窝式结构具有相似的PM捕集效果。表1中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，而PM氧化催化剂进一步减小所需PM氧化能。
例子6根据如图2a和2b所示本发明第二个实施例提供排气净化装置。即，在直流型堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)的上游和下游末端上，固定有圆形的不锈钢网(直径25毫米，SUS 304，30个网格)，分别形成上游网状电极和下游网状电极。此外，在蜂窝式结构的圆周表面周围，有一个用不锈钢网(宽度30毫米，SUS 304，300个网格)被包围而形成的外围电极。用于该例子的排气净化装置如图4b所示。
例子7该例子的排气净化装置基本与例子6的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克CeO2粉末和Pt(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子8该例子的排气净化装置基本与例子6的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克CeO2粉末和Fe(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；用Fe(NO3)3水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Fe。
例子9该例子的排气净化装置基本与例子6的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克Al2O3粉末和Pt(重量是Al2O3粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
性能评定PM捕集例子6至9中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入一个内径为37毫米的石英管中。上游电极电极与电源电气地相连，下游网状电极和外围电极接地。对排气净化装置，从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中，供电4千伏(输入功率约为3瓦)。在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由装置上游和下游部位PM含量的差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子6至9的蜂窝式结构中充分沉积PM后，在一个干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所获得的重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的石英管中(大气空气中)，对中心电极施加15千伏的电压15分钟。然后将所得的蜂窝式结构在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得的重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明PM的氧化性能越好。若仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表2

表2中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果。表2中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，而PM氧化催化剂进一步减小所需PM氧化能。
在例子6至9中的排气净化装置没有使用外围电极的情况下，即，这些装置仅通过上游网状电极和下游电极进行供电来产生一个与蜂窝式结构栅格通道平行的电场时，PM的捕集不够充分，如只有约25％。这说明了与蜂窝式结构栅格通道方向不平行的电场的作用。
例子10根据如图3a和3b所示本发明第三个实施例提供排气净化装置。即，在壁流型堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)的中心区域中设有一个孔道(直径9毫米，长度50毫米)。此外，在蜂窝式结构的圆周表面上，有一个用不锈钢网(宽度40毫米，SUS 304，300个网格)被包围而形成的外围电极。在蜂窝式结构的中心轴线上，装有一个具有针状电极的中心电极(棒状电极)。用于该例子的排气净化装置如图4c所示。
例子11该例子的排气净化装置基本与例子10的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克Ce)2粉末和Pt(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子12该例子的排气净化装置基本与例子10的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克CeO2粉末和Fe(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；用Fe(NO3)3水溶液浸透该蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Fe。
例子13该例子的排气净化装置基本与例子10的相同，除了它的蜂窝式结构带有4.0克Al2O3粉末和Pt(重量是Al2O3粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
性能评定PM捕集例子10至13中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入一个内径为37毫米的石英管中。中心电极与电源相连，外围电极接地。对排气净化装置供电4千伏(输入功率约为3瓦)，同时从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中。在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由该装置上游和下游部位PM含量的差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子10至13的蜂窝式结构中充分沉积PM后，在一个干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，最后称重。所得重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的石英管中(大气空气中)，对中心电极施加15千伏的电压15分钟。然后将所得的蜂窝式结构在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明PM的氧化性能越好。若仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表3

表3中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果。表3中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，而PM氧化催化剂进一步减小所需PM氧化能。
例子14
根据如图5所示本发明第四个实施例提供排气净化装置。即，长方体形的直流型堇青石蜂窝式结构(栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米，高度15栅格，宽度5栅格，长度50毫米)夹在不锈钢网状电极(SUS 304，高度24毫米，长度45毫米，300或30个网格)之间。用于该例子的排气净化装置如图10a所示。
在该实验中，废气如图10a中箭头所示的方向通过排气净化装置。网状电极交替地与电源和地相连。与电源相连的电极为阳极，接地的电极是阴极。
例子15该例子的排气净化装置基本与例子14的相同，除了它的蜂窝式结构带有1.5克CeO2粉末和Fe(重量是CeO2粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有CeO2粉末；用Fe(NO3)3水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所获的蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Fe。
例子16该例子的排气净化装置基本与例子14的相同，除了它的蜂窝式结构是带有1.5克Al2O3粉末和Pt(重量是Al2O3粉末的2％)之外。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所获的蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子17该例子的排气净化装置基本与例子14的相同，除了所有网状电极具有300个网格，并且电源为交流电源，以便交替地转换蜂窝式结构中的电场方向。
例子18该例子的排气净化装置基本与例子17的相同，但该蜂窝式结构带有的是如例子15所述的Fe/CeO2。
例子19该例子的排气净化装置基本与例子17的相同，但该蜂窝式结构带有的是如例子16所述的Pt/Al2O3。
性能评定PM捕集例子14至19中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入在一个外形为34×48毫米的丙烯酸管(acrylic tube)中。对该装置，供电为4千伏、输入功率约为3瓦的直流电(例子14至16)或4千伏、60Hz的交流电(例子17至19)，同时从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中。
在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由该装置上游和下游部位PM含量的差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子14至19的蜂窝式结构中充分沉积PM后，在一个干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所得重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的丙烯酸管中(大气空气中)，施加10千伏的电压20分钟。然后将所得装置在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明PM的氧化性能越好。若仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表4

表4中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果。表4中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，而PM氧化催化剂进一步所需减小PM氧化能。
例子20根据如图7所示本发明第五个实施例提供排气净化装置。即，在长方体形的直流型堇青石蜂窝式结构(栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米，高度15栅格，宽度15栅格，长度50毫米)的表面上，有4个不锈钢网状电极(SUS 304，高度20毫米，长度40毫米，300或30个网格)在平行于蜂窝式结构栅格通道的方向上将其包围住。用于该例子的排气净化装置如图10b所示。
在该实验中，废气如图10b中箭头所示的方向通过排气净化装置。其中两个网状电极与直流电源相连，另外两个电极接地。与电源相连的电极为阳极，接地电极是阴极。
例子21该例子的排气净化装置基本与例子20的相同，除了所有网状电极都具有300个网格，并且使用交流电源，以便交替地转换蜂窝式结构中的电场方向。
性能评定PM捕集例子20和21中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入在一个外形为34×48毫米的丙烯酸管中。对于该装置， 施加10千伏、功率约为7.5瓦的直流电(例子20)或10千伏、60Hz的交流电(例子21)，同时从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中。电场的方向在如图10b所示的x和y方向之间每10秒变换一次。
在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由该装置上游和下游部位PM含量的差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子20和21的蜂窝式结构中对充分沉积PM后，在一个干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所得重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的丙烯酸管中(大气空气中)，并施加10千伏的电压20分钟。然后将所得装置在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明PM的氧化性能越好。若仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表5

表5中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果。表5中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，而PM氧化催化剂进一步减小所需PM氧化能。
例子22和23将说明在使用电流、并且在蜂窝式结构上带有碱金属或碱土金属时，这种结合使用减小所需的PM氧化能。为了对比，准备了一个控制例子A。在这些例子22、23和A中，在直流型堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)的圆周表面上，有一个用不锈钢网(宽度40毫米，SUS 304，300个网格)被包围而形成的外围电极。在蜂窝式结构的中心轴线上装有一个具有针状电极的中心电极(棒状电极)。用于这些例子进行说明的排气净化装置如图4a所示。
例子A在该例子中，该蜂窝式结构带有4.0克Al2O3粉末和Pt(重量是Al2O3粉末的2％)。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得的蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子22该例子的排气净化装置基本与例子A的相同，但蜂窝式结构还另外带有0.07摩尔/蜂窝式结构的K。其中，将乙酸钾水溶液浸透例子A中的蜂窝式结构(Pt/Al2O3)，然后对蜂窝式结构干燥并在550摄氏度下焙烧2小时来使之带有K。
例子23
该例子的排气净化装置基本与例子A的相同，但蜂窝式结构还另外带有0.07摩尔/蜂窝式结构的Ba。其中将乙酸钡水溶液浸透例子A中的蜂窝式结构(Pt/Al2O3)，然后对所得蜂窝式结构干燥并在550摄氏度下焙烧2小时来使之带有Ba。
性能评定PM捕集例子A、22和23中每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入一个内径为37毫米的石英管中。中心电极与电源电气地相连，外围电极接地。对排气净化装置，供电4千伏(输入功率约为3瓦)，同时从一个排量为2400cc的直喷柴油发动机将部分废气(100升/分钟)喷入其中。在该装置上游和下游部位的废气中PM含量将用ELPI来测定。而PM净化率由该装置上游和下游部位PM含量的差所决定。该值越大，就表明该装置的性能越好。在所有情况下，发动机均保持在怠速状态(700转/分钟)。
性能评定PM氧化效果在例子A、22和23的蜂窝式结构中使PM充分沉积后，在干燥器中在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所获的重量将作为初始重量。然后把每个装置嵌入如上所述的石英管中大气空气中。对中心电极施加15千伏电压15分钟，同时将该装置放入电炉中在250摄氏度下加热，并将含有10％的O2、1000ppm的NO、15％的CO2和10％的H2O的混合气体通过该蜂窝式结构。然后将所得装置在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。PM氧化能用PM氧化量除以输入电能(电压×电流×时间)来计算。该值越小，就说明对PM氧化性能越好。仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表6

表6中PM捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM捕集效果。表6中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，并且，蜂窝式结构中带有的碱金属或碱土金属(特别是K和Ba)进一步减小所需PM氧化能。
例子24和25将说明在使用电流、并且蜂窝式结构带有碱金属或碱土金属时，这种结合使用明显改善了PM的氧化。为了对比，准备了一个控制例子A’。
例子A’用于该例子的排气净化装置与例子A(Pt/Al2O3)的相同，除了它是用壁流型的堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)而不是直流型的堇青石蜂窝式结构之外。
例子24用于该例子的排气净化装置与例子22的相同，除了它是用壁流型的堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)而不是直流型的堇青石蜂窝式结构之外。
例子25用于该例子的排气净化装置与例子23的相同，除了它是用壁流型的堇青石蜂窝式结构(直径30毫米，长度50毫米，栅格密度200个/平方英寸，孔隙率65％，平均孔径25微米)而不是直流型的堇青石蜂窝式结构之外。
性能评定PM氧化效果在例子A’、24和25的蜂窝式结构中使PM充分沉积后，在干燥器内在120摄氏度下对该蜂窝式结构干燥24小时，然后称重。该所得重量将作为初始重量。然后把每个装置用氧化铝栅网包裹并嵌入一个内径为37毫米的石英管中。对中心电极施加15千伏的电压15分钟，或者不通电，同时将该装置放入电炉中在250摄氏度下加热，并将含有10％的O2、1000ppm的NO、15％的CO2和10％的H2O的混合气体通过该蜂窝式结构。然后将所得蜂窝式结构在120摄氏度下干燥24小时再称重。该所得重量将作为处理后重量。PM氧化量由初始重量与处理后重量的差得到。该值越大，就说明PM氧化性能越好。
表7

表7中PM氧化量的增加说明了在通电的情况下，使用Pt/Al2O3的控制例子A’其PM氧化量增加了0.08克，而分别使用碱金属和碱土金属(K和Ba)的例子24和25其PM氧化量分别增加了0.18克和0.16克(差不多是2倍)。这说明了，同时使用碱金属或碱土金属和电场可以明显地加速PM氧化。
例子26和27说明在通电情况下产生氧基的材料可以改善所需的PM氧化能。为了对比，准备了上述的控制例子A(Pt/Al2O3)。例子26和27所用的排气净化装置基本与图4a所示的控制例子A的相同，除了各自蜂窝式结构所带有的材料不同之外。
例子26在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克12CaO·7Al2O3粉末，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对该蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有12CaO·7Al2O3粉末。
例子27在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克12CaO·7Al2O3粉末和Pt(重量是12CaO·7Al2O3粉末的2％)。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有12CaO·7Al2O3粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
性能评定PM捕集和PM氧化PM捕集性能和PM氧化性能的评定如同例子22和23所述的进行。仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表8

表8中PM的捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果。表8中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流减小所需PM氧化能，并且，蜂窝式结构上单独带有在通电情况下产生氧基的材料(12CaO·7Al2O3)或同时带有该材料和Pt，进一步减少所需PM氧化能。
例子28和29说明蜂窝式结构所带有的MnO2减少所需的PM氧化能。为了对比，进行了上述控制例子A(Pt/Al2O3)。例子28和29所用的排气净化装置基本与图4a所示的控制例子A的相同，除了各自蜂窝式结构所带有的材料不同之外。
例子28在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克MnO2粉末，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有MnO2粉末。
例子29在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克MnO2粉末和Pt(重量是MnO2粉末的2％)。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有MnO2粉末；将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
性能评定PM捕集和PM氧化PM捕集性能和PM氧化性能的评定如同例子22和23所述的进行。仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表9

表9中PM捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM捕集效果。表9中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流能够减小所需PM氧化能，并且，蜂窝式结构单独带有MnO2粉末或同时带有该物质和Pt，能够进一步减少所需PM氧化能。
例子30和31说明具有高介电常数的材料对PM捕集性能的影响。为了对比，准备了上述控制例子A(Pt/Al2O3)。例子30和31所用的排气净化装置基本与图4a所示的控制例子A的相同，除了蜂窝式结构所带有的材料不同之外。
例子30在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克的Al2O3粉末和BaTiO3粉末为1∶1的混合物，和Pt(重量是BaTiO3粉末的2％)。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对该蜂窝式结构焙烧2小时来使之带有1∶1混合物；然后将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带有Pt。
例子31在该例子中，蜂窝式结构带有4.0克的Al2O3粉末和SrTiO3粉末为1∶1的混合物，和Pt(重量是SrTiO3粉末的2％)。其中，用侵蚀涂层的工艺并在450摄氏度下对蜂窝式结构焙烧2小时来使之带上1∶1混合物；然后将二硝基二胺铂复合物水溶液浸透蜂窝式结构，然后对所得蜂窝式结构干燥并在450摄氏度下焙烧2小时来使之带上Pt。
性能评定PM捕集和PM氧化PM捕集性能和PM氧化性能的评定如同例子22和23所述的进行。仅用加热的方法对PM进行氧化所需的输入能量大约为290千焦/克。
表10

表10中PM捕集性能说明了蜂窝式结构中的电场增强了PM的捕集效果，而且，在同时使用电场和具有高介电常数的材料(特别是BaTiO3或SrTiO3)的情况下进一步增强了PM的捕集效果。表10中的PM氧化性能说明了相对于用仅加热的方式，电流减少了所需PM氧化能。
虽然已经用各种例子和相关附图来对本发明进行了充分的描述，但是应该知道，各种变动和改造对于本领域中的专业人员来说是显而易见的。因此，可以在本发明所界定的范围内可以进行此类的变动和改造。
权利要求
1.一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，包括电极和一个具有多个栅格通道的绝缘蜂窝式结构，其特征在于，所述电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该电场的方向与所述蜂窝式结构的栅格通道的方向不平行。
2.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述电场与所述蜂窝式结构栅格通道成至少为45度的角度。
3.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构是一个直流型蜂窝式结构。
4.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述电极包括一个位于所述蜂窝式结构上游的放电电极。
5.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构载有一种PM氧化催化剂。
6.根据权利要求5的排气净化装置，其特征在于，所述PM氧化催化剂从包括CeO2，Fe/CeO2，Pt/CeO2和Pt/Al2O3的一族和它们的混合物之中所选择。
7.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述电极包括一个中心电极和一个包围该中心电极的外围电极，所述蜂窝式结构位于该中心电极和该外围电极之间。
8.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述电极包括一个位于所述蜂窝式结构上游末端的网状电极和一个位于所述蜂窝式结构圆周表面周围的外围电极。
9.根据权利要求8的排气净化装置，其特征在于，所述电极进一步包括位于所述蜂窝式结构下游末端的第二个网状电极，所述第二个网状电极与外围电极在电气上相连。
10.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述电极包括一个中心电极和一个包围该中心电极的外围电极；所述蜂窝式结构位于所述中心电极和所述外围电极之间；所述中心电极延伸至所述蜂窝式结构上游末端之外；所述蜂窝式结构的径向向内区域比其外部区域具有更低的气流阻力。
11.根据权利要求10的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构的径向向内区域中具有一个贯穿于蜂窝式结构的孔道。
12.根据权利要求11的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构的直径与所述孔道的直径之比为10∶1到2∶1。
13.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构具有相对的外围表面，所述电极包括一对平板电极，该平板电极分别位于蜂窝式结构的所述相对表面上。
14.根据权利要求13的排气净化装置，其特征在于，该装置包括两组或多组所述蜂窝式结构和所述平板电极对。
15.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构具有两对相对的外围表面；所述电极包括两对相对的平板电极；每对相对的平板电极位于蜂窝式结构每对相对的外围表面上，从而所述两对相对的平板电极交替地产生两个不同方向的电场，该电场不平行于蜂窝式结构栅格通道的方向。
16.根据权利要求15的排气净化装置，其特征在于，所述蜂窝式结构是长方体形状，所述电极位于其四个与栅格通道方向平行的外围表面上。
17.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，蜂窝式结构载有从包括碱金属和碱土金属的一族中所选的至少一种金属。
18.根据权利要求17的排气净化装置，其特征在于，所述至少一种金属是钾或钡。
19.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，该蜂窝式结构载有一种在通电时可以产生氧基的材料。
20.根据权利要求19的排气净化装置，其特征在于，所述材料是12CaO·7Al2O3。
21.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，该蜂窝式结构载有二氧化锰。
22.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于，该蜂窝式结构载有一种具有高介电常数的材料。
23.根据权利要求22的排气净化装置，其特征在于，所述材料是一种在温度为250摄氏度下、静态单位介电常数高于100的材料。
24.根据权利要求22的排气净化装置，其特征在于，所述材料是钛酸钡或钛酸锶。
25.一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，该装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构，其特征在于，该电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该蜂窝式结构载有从包括碱金属和碱土金属的一族中所选的至少一种金属。
26.根据权利要求25的排气净化装置，其特征在于，所述至少一种金属是钾或钡。
27.一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，该装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构，其特征在于，该电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该蜂窝式结构载有一种在通电时产生氧基的材料。
28.根据权利要求27的排气净化装置，其特征在于，所述材料是12CaO·7Al2O3。
29.一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，该装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构，其特征在于，该电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该蜂窝式结构载有二氧化锰。
30.一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，该装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构，其特征在于，该电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该蜂窝式结构载有一种具有高介电常数的材料。
31.根据权利要求30的排气净化装置，其特征在于，所述材料是一种在温度为250摄氏度下、静态单位介电常数高于100的材料。
32.根据权利要求30的排气净化装置，其特征在于，所述材料是钛酸钡或钛酸锶。
全文摘要
本发明涉及一种捕集并燃烧PM的排气净化装置，该装置包括电极和一个绝缘蜂窝式结构。该装置的特征在于，所述电极在所述蜂窝式结构中产生一个电场，该电场与所述蜂窝式结构的栅格通道不平行。此外，该装置特征在于，该电极在蜂窝式结构中产生一个电场，该蜂窝式结构载有从包括碱金属和碱土金属的一族中所选的至少一种金属；一种在通电时产生氧基的材料；二氧化锰；和/或一种具有高介电常数的材料。
文档编号F01N3/027GK1517523SQ20041000222
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者平田裕人, 垣花大, 矢作秀夫, 夫 申请人:丰田自动车株式会社