尾气处理装置的制造方法

尾气处理装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种尾气处理装置。该尾气处理装置包括：腔体；被置于腔体中的电吸附部件，包括多个第一电极，所述多个第一电极中的至少一者被电连接至电源的正极，所述多个第一电极中的至少另一者被电连接至电源的负极；被置于腔体中的电氧化部件，包括导电液体和多个第二电极，所述多个第二电极中的部分第二电极被电连接至电源的正极，其余第二电极被电连接至电源的负极，所述多个第二电极彼此间通过导电液体电连接。应用本发明，能够结合静电除尘和电化学氧化较为彻底地去除尾气中的多种污染物，并且能避免现有三元催化器使用中出现的多种问题。本发明还具有节能环保的优势。
【专利说明】
尾气处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆尾气处理领域，具体地，涉及一种尾气处理装置。
【背景技术】
[0002] 车辆尾气的主要成分有C0、HC、NOx、固体颗粒物和少量的铅、磷、硫化合物等有害 物质，是造成空气污染的主要因素，尾气不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体 健康。
[0003] 目前采用的车辆尾气处理装置主要是三元催化器。三元催化器是安装在车辆排气 系统中最重要的机外净化装置，其外壳多为用双层不锈薄钢板制成筒状物，里面由减震垫、 载体和催化剂涂层组成。减震垫分为膨胀垫片和钢丝网垫两种；载体分为金属载体和蜂窝 陶瓷载体两种，主要作用是支持活性组分，可通过载体获得较高的比表面积，从而提高单位 质量活性组分的催化效率；催化剂涂层主要起催化作用，通常由贵金属铂、铑、钯制成。
[0004] 三元催化器工作原理是：当车辆尾气经过催化剂时，铂、钯催化剂可促使CO和HC 氧化成二氧化碳和水；铑催化剂可促使NO x还原为氮气。
[0005] 三元催化器的缺点如下：
[0006] a)三元催化技术所用部件制作成本较高，尤其是其催化剂铂、铑、钯等贵金属，使 用成本大而维护成本高，更是难以满足中低档车辆的使用要求；
[0007] b)常温下三元催化转化器不具备催化能力，通常三元催化剂的起燃温度是 250°C _300°C，理想转化温度为500°C _700°C左右，当温度超过1000°C时，其内涂层的催化 剂就会烧结坏死，同时也极易发生车辆自燃事故；
[0008] c)三元催化器因其蜂窝状结构很容易因为积碳或杂质堵塞，造成车辆排气不畅、 尾气超标、背压过高、油门沉闷、动力下降、超车无力、加速座车、油耗上升等现象.此时跑 高速便容易造成三元催化器高温烧结损坏；
[0009] d)三元催化剂只能除去C0、HC、NOx，而对含硫化合物和固体颗粒物不起作用；
[0010] e)催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑 油，这四种物质及其在发动机中燃烧后形成的氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催 化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的"中毒"现象；
[0011] f)当采用陶瓷元件作为载体时，安装有三元催化器的车子在拖底后，剧烈的磕碰 有可能使催化器的陶瓷芯破碎并报废。破碎的陶瓷可能会积留在排气包中，造成排气犯阻、 加速无力，并且当发动机急减速时，破碎的陶瓷粉末会随着排气压力的波动被倒吸入汽缸 内，造成发动机的严重磨损，严重的甚至会使发动机报废。
[0012] 基于三元催化器的上述缺陷，有人研究了一种用水冲洗车辆尾气再将经冲洗后的 尾气排出的尾气处理装置，但该装置只能除去固体颗粒物，而不能处理污染气体，难以满足 较高的尾气处理标准。

【发明内容】

[0013] 本发明的目的是提供一种尾气处理装置，该装置能在较宽的温度范围内工作，能 够去除车辆尾气中的固体颗粒物以及还原性污染气体，还具有制造成本低和节能环保的优 点。
[0014] 为了实现上述目的，本发明提供一种尾气处理装置，该尾气处理装置包括：腔体； 被置于腔体中的电吸附部件，包括多个第一电极，所述多个第一电极中的至少一者被电连 接至电源的一极，所述多个第一电极中的至少另一者被电连接至电源的另一极；被置于腔 体中的电氧化部件，包括导电液体和多个第二电极，所述多个第二电极中的部分第二电极 被电连接至电源的一极，其余第二电极被电连接至电源的另一极，所述多个第二电极中的 每一者部分地浸入导电液体。
[0015] 优选地，根据本发明的一些实施方式，所述腔体为U型腔体，所述电吸附部件被置 于所述U型腔体的左侧，所述电氧化部件被置于所述U型腔体的底部连通腔内。
[0016] 优选地，根据本发明的另一些实施方式，所述腔体为T型腔体，所述电吸附部件被 置于所述T型腔体左侧，所述电氧化部件被置于所述T型腔体中间的竖直腔内，其中所述导 电液体位于所述T型腔体的竖直腔向下突出的位置。
[0017] 优选地，该尾气处理装置还包括冷凝液化部件，所述冷凝液化部件被置于所述U 型腔体或者所述T型腔体的右侧。
[0018] 优选地，所述电吸附部件和所述电氧化部件中的至少一者由摩擦发电机供电。
[0019] 优选地，所述电吸附部件由位于所述腔体左侧的所述摩擦发电机供电，并且所述 电氧化部件由位于所述腔体右侧的所述摩擦发电机供电；或者所述电吸附部件和所述电氧 化部件由同一所述摩擦发电机发电，所述摩擦发电机位于所述腔体的左侧或右侧。
[0020] 优选地，所述摩擦发电机位于所述腔体内接近所述腔体的气体入口和/或气体出 口的位置。
[0021] 优选地，在所述腔体为U型腔体的情况下，所述U型腔体包括设置在左侧竖直腔顶 部和/或右侧竖直腔顶部的向外伸展的水平腔，位于所述U型腔体左侧和/或右侧的所述 摩擦发电机被置于相应的水平腔内。
[0022] 优选地，所述摩擦发电机包括以串联和/或并联形式组合的多个摩擦发电单元。
[0023] 优选地，根据本发明的一些实施方式，所述摩擦发电单元包括两端固定在一起并 且依次排列的第一电极层、第一摩擦层和第二电极层，所述第一电极层为柔性导体薄膜，所 述第一摩擦层由半导体材料或绝缘材料构成，所述第二电极层由导体材料构成，在流动气 体作用下，所述第一电极层和所述第一摩擦层接触/分离和/或相对摩擦，并通过所述第一 电极层和所述第二电极层输出电信号。
[0024] 优选地，根据本发明的另一些实施方式，，所述摩擦发电单元包括至少一端固定在 一起并且依次排列的第一摩擦层、第一电极层、绝缘隔离层和第二电极层，所述第一摩擦层 和所述绝缘隔离层由柔性绝缘材料构成，所述绝缘隔离层用于防止所述第一电极层和所述 第二电极层短路，在流动气体作用下，所述第一摩擦层和所述第一电极层发生接触/分离 和/或相对摩擦，并通过所述第一电极层和所述第二电极层输出电信号。
[0025] 优选地，上述任意实施方式中，在所述第一电极层和第一摩擦层彼此接触的表面 中的至少一者上具有纳米结构。
[0026] 优选地，该尾气处理装置还包括沉淀池部件，所述沉淀池部件被置于所述电氧化 部件的下方。
[0027] 优选地，所述沉淀池部件具有排污口，所述排污口被设置在所述沉淀池部件侧壁 的底部或者所述沉淀池部件的下壁上。
[0028] 优选地，所述沉淀池部件是可拆卸的。
[0029] 优选地，在所述电氧化部件和所述沉淀池间设置有导流板，所述导流板具有从上 到下的坡度，并且在所述导流板上设置有孔洞。
[0030] 优选地，该尾气处理装置还包括与所述腔体分离设置的储水部件，用于向所述电 氧化部件补充液体。
[0031] 优选地，当所述尾气处理装置包括冷凝液化部件时，所述储水部件还为所述冷凝 液化部件提供循环冷凝水。
[0032] 优选地，根据本发明的一些实施方式，所述多个第一电极为具有相同圆心不同半 径的多个圆形筒状电极，其中仅最内圈的所述第一电极和最外圈的所述第一电极分别电连 接至电源的两极，或者所述多个第一电极交错地电连接至电源的两极。优选地，用于安装所 述第一电极的支撑结构包括：支撑架，包括中心圆孔和从所述中心圆孔向外伸出的多个支 撑臂，所述支撑臂的外端被固定至所述腔体的内壁上；支撑杆，支撑杆的两端嵌在两个所述 支撑架的所述中心圆孔内；固定夹；其中，所述多个第一电极安装在两个所述支撑架之间， 最内圈的所述第一电极与所述支撑杆贴合并且两端紧密卡合在所述支撑杆和所述支撑架 的所述中心圆孔的内壁之间，其他所述第一电极的两端通过固定卡固定至所述支撑架的所 述支撑臂上。
[0033] 优选地，根据本发明的另一些实施方式，所述多个第一电极为平行正对布置的多 个电极板，仅两侧的两个所述电极板分别电连接至电源的两极，或者所述多个电极板交错 地电连接至电源的两极。
[0034] 优选地，所述第一电极的材料为金属或合金。
[0035] 优选地，所述第一电极的结构为片状或网状。
[0036] 优选地，所述第一电极的表面经过了微纳处理和/或改性修饰。
[0037] 优选地，所述第一电极的厚度取值范围为lOOnm-lOmm。
[0038] 优选地，所述多个第二电极安装在可拆卸密封盖上，所述腔体壁上具有与所述可 拆卸密封盖相匹配的开口，当将所述可拆卸密封盖安装至所述开口时，所述多个第二电极 中的每一者都部分地浸入所述导电液体。
[0039] 优选地，所述多个第二电极为梳齿状电极。
[0040] 优选地，根据本发明的一些实施方式，所述多个第二电极被布置成按圆形排列，其 中：排列在一侧的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在另一侧的所述第二电极电连 接至电源的另一极；或者排列在不同的圆上的所述第二电极交错地电连接至电源的两极； 或者排列在内侧的圆上的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在外侧的圆上的所述第 二电极电连接至电源的另一极。
[0041] 优选地，根据本发明的另一些实施方式，所述多个第二电极被布置成按行和列排 列，其中：排列在一侧的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在另一侧的所述第二电极 电连接至电源的另一极；或者排列在不同行上的所述第二电极交错地电连接至电源的两 极；或者排列在不同列上的所述第二电极交错地电连接至电源的两极。
[0042] 优选地，单个所述第二电极为棒状、螺旋状或条状。
[0043] 优选地，所述第二电极的材料为惰性导体材料。
[0044] 优选地，所述第二电极的材料为石墨、碳或铂。
[0045] 优选地，所述第二电极的表面经过了微纳处理或者涂覆有能加快电化学氧化反应 的催化剂。
[0046] 优选地，所述导电液体为纯净水、食盐水或氯化钾溶液。
[0047] 通过上述技术方案，本发明结合静电除尘和电化学氧化除污染性气体的技术，能 够较为彻底地去除尾气中的多种污染物。应用本发明可避免现有三元催化器使用中可能出 现的催化剂易中毒、蜂窝状结构易赌塞、需要较高的反应温度、成本昂贵等问题。此外由于 本发明可采用在被排出的尾气的风力作用下产生电能的摩擦发电机作为电源，使得整个尾 气处理装置无需外来电源，从而具有节能环保的优势。因此，本发明具有广阔的应用前景。
[0048] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0049] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0050] 图1是根据本发明第一优选实施方式的尾气处理装置的剖面示意图。
[0051] 图2示出了本发明第一优选实施方式中电吸附部件的俯视示意图。
[0052] 图3示出了本发明第一优选实施方式中电吸附部件的电路结构示意图。
[0053] 图4示出了本发明第一优选实施方式的电氧化部件的电极结构的仰视示意图。
[0054] 图5示出了本发明第一优选实施方式的电氧化部件的电路结构示意图。
[0055] 图6是根据本发明第二优选实施方式的尾气处理装置的剖面示意图。
[0056] 图7示出了根据本发明第二优选实施方式的电路结构示意图。
[0057] 图8是根据本发明一个优选实施方式的摩擦发电单元的结构示意图。
[0058] 图9是根据本发明另一优选实施方式的摩擦发电单元的结构示意图。
[0059] 附图标记说明
[0060] 101、摩擦发电机 102、电吸附部件
[0061] 103、电氧化部件 104、沉淀池部件
[0062] 105、冷凝液化部件 106、储水部件
[0063] 107、外壳 108、导流板
[0064] 109、阀门 110、添液口
[0065] 111、栗 112、排污口
[0066] 113、用于电吸附部件的电极 114、用于电氧化部件的电极
[0067] 115、孔洞 116、支撑架
[0068] 117、支撑杆 118、固定夹
[0069] 119、可拆卸密封盖
【具体实施方式】
[0070] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0071] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如"上、下、左、右"是指附图 中所示的方向；当两物体间绝缘时，可以指其中至少一者由绝缘材料构成，也可以指虽然两 者都为导体但这两者间通过绝缘材料连接在一起；所提到的U型可包括长大于宽的U型、宽 大于长的U型或者标准U型的简单变形（诸如在U型的一个或两个竖直腔的开口处设置水 平腔等）。
[0072] 本发明提供一种尾气处理装置，该尾气处理装置包括：腔体；被置于腔体中的电 吸附部件，包括多个第一电极，所述多个第一电极中的至少一者被电连接至电源的一极，所 述多个第一电极中的至少另一者被电连接至电源的另一极；被置于腔体中的电氧化部件， 包括导电液体和多个第二电极，所述多个第二电极中的部分第二电极被电连接至电源的一 极，其余第二电极被电连接至电源的另一极，所述多个第二电极中每一者部分地浸入导电 液体。本发明可采用摩擦发电机和储能电池作为电源为电吸附部件和电氧化部件供电。优 选地，可采用摩擦发电机供电，使得根据本发明的尾气处理装置能利用排出尾气的风能自 驱动，而不需要外接电源。
[0073] 图1是根据本发明第一优选实施方式的尾气处理装置的剖面示意图。该尾气处理 装置的主体部分安装在一个U型腔体内，该腔体的外壳107可由双层不锈薄钢板等制成。尾 气可从U型腔体左侧的气体入口进入，先通过置于U型装置的左侧竖直腔内的电吸附部件 102以除去颗粒物，再通过被置于U型腔体的底部连通腔内的电氧化部件103以除去还原性 物质，而净化后的气体从U型腔体右侧的气体出口排出。优选地，U型腔体可包括在右侧竖 直腔顶部的水平向外伸展的水平腔，以便于气体排出。
[0074] 在本实施方式中，能够利用气流排出时的风力发电的摩擦发电机101被用于为电 吸附部件102和电氧化部件103供电。如图所示，该U型腔体可包括在左、右两个竖直腔的 上方分别设置的向外伸展的水平腔，摩擦发电机101可被置于该水平腔内，例如，可使用粘 性物质将摩擦发电机101固定在水平腔的内壁上。优选地，水平腔可通过诸如法兰等本领 域技术人员已知的方法可拆卸地安装在竖直腔的顶部。因为通常车辆尾气是水平排出的， 因此将摩擦发电机101置于水平腔内，能充分利用较大的气流以提高发电输出。但可以理 解的是，本领域技术人员可根据需要将摩擦发电机101置于腔体中气流流过的其他位置， 例如摩擦发电机101也可被置于竖直腔内。此外，本领域技术人员应该理解，如果摩擦发电 机101产生的是交流电信号，则摩擦发电机101中还可设置有整流电路，用于将交流电信号 转化为直流电信号后再提供给电吸附部件102和电氧化部件103。根据本发明的另一实施 方式，可仅设置一个摩擦发电机101，该摩擦发电机101同时为电吸附部件102和电氧化部 件103供电。根据本发明的又一实施方式，可采用现有的诸如锂离子电池、铅蓄电池、太阳 能电池等储能电池作为尾气处理装置的电源，储能电池的安装位置可根据需要设置。根据 本发明的又一实施方式，电吸附部件102和电氧化部件103中的一者可由摩擦发电机来供 电，另一者由储能电池来供电。
[0075] 电吸附部件102可被置于U型腔体左侧的竖直腔内。电吸附部件102包括多个 (至少两个）分别电连接至左侧摩擦发电机101的正极和负极的电极113,极性不同的电极 113间可产生静电场以用于吸附带电颗粒物。尾气进入电吸附部件102后，在静电场的诱导 以及颗粒间的相互摩擦作用下，尾气中的颗粒物分别带上正电荷或负电荷。在库仑力作用 下，带有正电荷或负电荷的颗粒物分别向带有正电或负电的电极113移动并被吸附在电极 113上，从而可除去尾气中的颗粒物。优选地，电吸附部件102可被可拆卸地安装在左侧竖 直腔内。本实施方式中电吸附部件102的具体结构可参见图2和相关描述。
[0076] 回到图1，电氧化部件103可位于U型腔体的底部连通腔内。电氧化部件103包括 多个分别电连接至右侧摩擦发电机101的两极的电极114,还包括导电液体。每个电极114 的一部分浸入导电液体中，电极114间通过导电液体彼此电连接。在气流的驱动下，尾气通 过电吸附部件102后进入U型腔体的底部连通腔。一部分尾气流过导电液体上方，在水蒸 气氛围中与电极114接触，尾气中诸如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等还原 性物质发生电化学氧化反应；另一部分尾气进入溶液当中，在液相氛围中与电极114接触 并发生电化学氧化。经电化学氧化后上述还原性物质转换成可溶性物质溶解在导电液体 中，同时污染气体中的未被电吸附部件102完全除去的颗粒物也可在导电液体中沉淀。具 体地，处理一氧化碳时发生以下反应：
[0077] 阳极：OHH2O 一 C02+2H++2e ;
[0079] 总反应：2C0+02- 2C0 2;
[0080] 处理二氧化硫时发生以下反应：
[0081] 阳极：S02+2H20 一 4H++S042 +2e ;
[0084] 处理氮氧化合物时发生以下反应：
[0085] 阳极：NxOy+ (3x_y) H2O - XNO3 + (6x_2y) H++ (5x_2y) e ;
[0088] 处理碳氢化物时发生以下反应：
[0089] 阳极：CxHy+2xH20 - xC02+(4x+y) H++ye ;
[0092] 优选地，用于此处的导电液体可以为纯净水、食盐水、氯化钾溶液等电解质，优选 为食盐水。
[0093] 优选地，为了使导电液体不在尾气的冲量作用下冲出U型腔体，液相部分（即导电 液体）的深度Ll占整个底部连通腔深度L的1/3 (三分之一）~2/3 (三分之二），进一步 优选为1/2 (二分之一）。
[0094] 优选地，电极114被可拆卸地置于底部连通腔内。例如，如图1所示电极114可以 以本领域技术人员已知的任意技术手段绝缘地安装（例如，可经由法兰等，法兰可以采用 螺纹式、卡槽式、镶嵌式等）在可拆卸密封盖119上，并且在底部连通腔的上壁上设置与密 封盖119匹配的开口。可取下密封盖119和安装在其上的电极114,来对电极114进行清洁 和/或更换，而当密封盖119被安装至U型腔体的底部连通腔上壁的开口处时，可防止导电 液体从该开口中派出。
[0095] 本实施方式中电氧化部件103的具体结构可参见图4和相关描述。
[0096] 回到图1，如图所示，可在电氧化部件103下方设置沉淀池部件104,导电液体中沉 淀的颗粒物可沉积在沉淀池部件104中。优选地，沉淀池部件104是可拆卸的，以便于对沉 淀池部件104的内部进行清理。优选地，可给沉淀池部件104设置能够被打开和关闭的排 污口 112,以便于排出沉积的颗粒物。如图所示，排污口 112可设置在沉淀池部件104侧壁 的底部。根据本发明的另一实施方式，排污口 112也可被设置在沉淀池部件104的下壁上。
[0097] 优选地，可在电氧化部件103和沉淀池部件104间设置导流板108,导流板108可 以为由上到下具有一定坡度的结构，例如，如图所示，导流板108可以为由上至下逐渐减小 的漏斗状，以引导浑浊沉淀物流入沉淀池部件104。优选地，可以在导流板108上设置孔洞 115,使得流入沉淀池部件104的液体在压力作用下经由孔洞115流回电氧化部件103。
[0098] 根据本优选实施方式，可在U型腔体右侧的竖直腔内设置冷凝液化部件105。冷 凝液化部件105可以是内有冷凝水的冷凝管。通过电氧化部件103的气体到达冷凝管105 处，与冷凝管管壁发生热交换，使得气体温度降低，其中的水蒸气变成小液滴携带部分污染 物再次回到电氧化部件103,经过二次电化学氧化和颗粒物沉淀以进一步净化尾气。设置 冷凝管105时，应该考虑使冷凝管105与气体的接触面积尽可能大，以及使尽可能多的气体 与冷凝管接触后再从U型腔体的右侧的气体出口被排出，因此优选地，冷凝管可被设置为U 型、蛇形、梯形等形状。
[0099] 优选地，可设置与尾气处理装置的主体部分分离的储水部件106。储水部件106具 有用于添加液体的添液口 110。储水部件106可通过阀门109(例如单向导通阀门）与电氧 化部件103中的导电液体连通。当电氧化部件103中的液体减少时，可打开阀门109以将 储水部件106中的液体补充到电氧化部件103中。
[0100] 优选地，如图所示，当尾气处理装置具有冷凝液化部件105时，可设置与储水部件 106连接的栗111，用于为冷凝液化部件105提供循环冷凝水。优选地，储水部件106可具 有使其中的液体降温的设备，或者可将储水部件106安装在能与外界进行充分的热交换的 位置，以使其内部的液体尽快冷却。
[0101] 图2示出了本发明第一优选实施方式中电吸附部件的俯视示意图。如图所示，电 吸附部件包括多个具有相同圆心不同半径的圆形筒状电极113。这些圆形筒状电极113可 被安装在两个支撑架116之间。支撑架116包括中心圆孔以及从圆孔壁向外伸出的多个支 撑臂（例如，图中呈十字形布置的4个支撑臂），支撑臂的外端可被固定（例如，可拆卸地固 定）至U型腔体左侧竖直腔的内壁上。支撑杆117的两端嵌在上、下支撑架116的中心圆 孔内。最内圈的电极113与支撑杆117贴合，其两端紧密卡合在支撑杆117和支撑架116 的中心圆孔内壁之间。除最内圈电极113外，其他电极113的两端与所述支撑架接触的位 置都通过固定夹118固定至支撑架116的支撑臂上。支撑架116、支撑杆117和固定夹118 的材料优选为环氧树脂。
[0102] 电吸附部件中的多个电极包括至少一个电连接至电源（诸如摩擦发电机或储能 电池）正极的电极和至少一个电连接至电源负极的电极。本实施方式中，多个筒状电极113 交错地电连接至电源的两极，即任意相邻的两个圆形筒状113分别电连接至摩擦发电机的 两极，用以吸附相邻极板间的带电颗粒物。根据本发明的另一实施方式，也可仅将最内圈电 极和最外圈电极113分别电连接至电源的两极，而其他电极不与电源电连接，这些电极在 最内圈电极和最外圈电极的感应下在各自的表面生成感应电荷，从而可吸附带电颗粒物。 根据本发明的又一实施方式，也可仅设置分别电连接至电源的两极极的最内圈电极113和 最外圈电极113,而不设置中间电极。
[0103] 根据本发明的另一实施方式，电吸附部件所包括的多个电极113可以是平行正对 布置的多个电极板（例如矩形电极板）。这些电极板可交错地电连接至电源的两极，或者仅 将两侧的两个电极板分别电连接至电源的两极。
[0104] 除了本实施方式中采用的圆形筒状电极和上述提到的平行正对的电极板，本领域 技术人员也可采用其他形状的电极，只要通过将电极中的部分或全部分别电连接至电源的 两极从而使得在电极间产生电场以驱动带电颗粒物分别向不同电极移动进而被吸附，都属 于本发明的保护范围。
[0105] 优选地，可采用铜、铝、银、铂等金属或其合金制成电极。
[0106] 电极可采用网状、片状等结构，以尽可能增加吸附面积。优选地，电极可采用网状 结构，例如，大于4目并且优选为400目左右的网状结构。
[0107] 优选地，可对电极的表面进行微纳处理，以通过在电极113表面设置微米级和/或 纳米级的结构来增加吸附面积。
[0108] 优选地，可对电极的表面进行改性修饰，即通过在电极表面设置官能团来提高电 极表面的吸附能力。
[0109] 优选地，电极（诸如筒状电极和板状电极等）的厚度可以为lOOnm-lOmm，优选为 5mm 〇
[0110] 图3示出了本发明第一优选实施方式中电吸附部件的电路结构示意图。如图所 示，电极113a和113c电连接至摩擦发电机101的正极，电极113b和113d电连接至摩擦发 电机101的负极。根据本发明的另一实施方式，可仅使电极113a和电极113d分别电连接 至摩擦发电机101的正极和负极，而电极113c和电极113d可不与电源电连接。根据本发 明的又一实施方式，电吸附部件可仅包括分别电连接至电源的正极和负极的电极113a和 113d，而不在其间设置电极113b和113c〇
[0111] 图4是根据本发明第一优选实施方式的电氧化部件的电极结构的仰视示意图。如 图所示，电氧化部件中的电极为被布置成按圆形排列的梳齿状电极114。电极114的一端绝 缘地安装（例如通过法兰安装）在可拆卸密封盖119上。图4仅作为示例性示意，不用于 限定活性密封盖119的形状。
[0112] 电氧化部件中的部分电极114电连接至摩擦发电机的正极，其他电极114电连接 至摩擦发电机的负极，每个电极114部分地浸入导电液体，以在极性不同的电极114间形成 导通回路。优选地，为了使导电液体中的电流具有规律的方向以提高电化学氧化效率，如图 所示，可使位于左侧区的电极114(用方格填充来表示的电极）都电连接至摩擦发电机的一 个电极（例如正极），使位于右侧区的电极114(用黑色填充来表示的电极）都电连接至摩 擦发电机的另一个电极（例如负极）。根据本发明的另一实施方式，也可按不同的圆交错地 电连接至电源的两极，即将排列在同一个圆（即半径相同）上的电极114电连接至电源的 一极，而将排列在与该圆相邻的圆上的电极114电连接至电源的另一极，在相邻的圆间形 成规律的电流。根据本发明的又一实施方式，可将排列在内侧的若干个圆（即半径较小的 若干个圆）上的电极114电连接至电源的一极，而将排列在外侧的若干个圆（即半径较大 的若干个圆）上的电极114电连接至电源的另一极，以形成从内向外或者从外向内的规律 电流。根据本发明的另一实施方式，梳齿状电极可以按行和列的形式排列，在这种情况下， 电极可按照行或列交错地电连接至电源的两极，或者一侧（例如左侧或上侧）的电极电连 接至电源的一极，另一侧的电极（例如右侧或下侧等）的电极电连接至电源的另一极。本 领域技术人员也可根据需要将电极布置为其他形状。
[0113] 本实施方式中的单个电极114可以为棒状、螺旋状、条状等，优选为棒状，其粗细 可以根据需要设置。根据本发明的另一实施方式，用于电氧化部件的电极也可以是板状、圆 形筒状等其他形状，其形状和结构可与用于电吸附部件的电极相似。优选地，可对电极114 的表面进行微纳处理以增加反应面积。优选地，可在电极114的表面涂覆能加快电化学氧 化反应的催化剂。
[0114] 此外，由于车辆尾气中的还原性物质浓度较高，这些还原性物质发生电化学氧化 后会生成具有较强腐蚀性的酸性物质，因此，电极114的材质可以选择诸如石墨、碳、铂等 的惰性导体材料，优选为石墨。
[0115] 图5是根据本发明第一优选实施方式的电氧化部件的电路结构示意图。如图所 示，用于电氧化部件的电极114、114b、114c、114d可分别电连接至摩擦发电机101的正极 和负极。在另一些实施方式中，可仅在电氧化部件中设置电极114a和114d，而不设置电极 114b 和 114c。
[0116] 图6是根据本发明第二优选实施方式的尾气处理装置的结构示意图。如图所示， 该尾气处理装置的结构与图1所示的尾气处理装置基本相似，主要区别包括：
[0117] (1)该尾气处理装置仅包括1个被置于左侧水平腔的摩擦发电机101，摩擦发电机 101同时为电吸附部件102和电氧化部件103供电；在另一实施方式中，为电吸附部件102 和电氧化部件103供电的摩擦发电机101也可被置于右侧水平腔；
[0118] (2)用于电吸附部件102的电极113的剖面为L形，部分位于左侧竖直腔内，部分 位于左侧水平腔内；
[0119] (3)电氧化部件103中电连接至电源101正极（或负极）的电极114被安装（例 如固定）在底部水平腔的上壁上，而电连接至电源101负极（或正极）的电极114被安装 (例如固定）在底部水平腔的下壁上；
[0120] (4)未在电氧化部件103和沉淀池部件104间设置导流板；
[0121] (5)冷凝管105的形状不同。
[0122] 图7示出了根据本发明第二优选实施方式的电路结构示意图。如图所示，用于电 吸附部件的电极113a和113d分别电连接至电源的正、负极，用于电氧化部件的电极114a 和114b电连接至电源的正极，电极114c和114d电连接至电源的负极。
[0123] 如上文提到的，采用摩擦发电机作为尾气处理装置的电源，可充分利用尾气流动 产生的风能来发电，而不需依赖外来能源，使得根据本发明的尾气处理装置在节能、环保方 面更具优势。该摩擦发电机可包括一个或多个摩擦发电单元。例如，可将多个摩擦发电单 元串联，从而为电吸附部件提供较高电压；可将多个摩擦发电单元并联，从而为电氧化部件 提供较大电流。根据需要，本领域技术人员可以以串联和/或并联的方式将摩擦发电单元 的任意组合用作本发明中的电源。
[0124] 图8是根据本发明一个优选实施方式的摩擦发电单元的结构示意图。如图所示， 该拱形摩擦发电机包括两端固定（例如，用粘性物质固定）在一起并且依次排列的第一电 极层801、第一摩擦层802和第二电极层803,其中第一电极层801为柔性导体薄膜，在风力 作用下第一电极层801和第一摩擦层802之间可形成拱形空腔。本实施方式中，第一电极层 801既作为电极层又作为摩擦层。由于第一电极层801和第一摩擦层802的构成材料在摩 擦电序中的位置不同，当气体从左到右流动时，第一电极层801和第一摩擦层802彼此间接 触/分离和/或相对摩擦，可产生电信号，并通过第一电极层801和第二电极层803输出。
[0125] 第一电极层801和第二电极层803的构成材料为金属、合金等导体材料。第一摩 擦层802的构成材料为绝缘或半导体材料，例如，其构成材料可选自聚四氟乙烯、聚二甲基 硅氧烷、纤维素、聚酰亚胺等，优选为聚四氟乙烯。第一摩擦层802能防止第一电极层801 和第二电极层803短路。第二电极层803可与第一摩擦层802的下表面紧密接触，例如，第 二电极层803可以是第一摩擦层802下表面的金属镀层。
[0126] 优选地，可以在第一电极层801和第一摩擦层802的彼此接触的表面上设置纳米 结构，以增加其彼此接触和/或摩擦的面积，该纳米结构可选择下面一种或多种的组合：纳 米颗粒、纳米线或者纳米棒。
[0127] 图9是根据本发明另一优选实施方式的摩擦发电单元的结构示意图。如图所示， 该摩擦发电机包括至少一端固定（例如，用粘性物质固定）在一起并且依次排列的第一摩 擦层901、第一电极层902、绝缘隔离层903和第二电极层904,其中第一电极层902既作为 电极层又作为摩擦层。由于第一摩擦层901和第一电极层902的构成材料在摩擦电序中的 位置不同，在流动的气体作用下，第一摩擦层901和第一电极层902间彼此间接触/分离和 /或相对摩擦，可产生电信号，并通过第一电极层902和第二电极层904输出。各层的形状 可以为四边形，例如优选为矩形。
[0128] 第一摩擦层901可以由诸如聚全氟乙丙烯、聚酰亚胺等柔性绝缘材料制成，优选 为聚酰亚胺；第一电极层902和第二电极层904由导体材料制成，优选地，第一电极层902 和第二电极层904为铝金属薄膜；绝缘隔离层903由绝缘材料（例如柔性绝缘材料）制成， 以防止第一电极层902和第二电极层904之间短路，优选地，绝缘隔离层903为光刻胶柔性 绝缘薄膜。第一电极层902和第二电极层904可以被镀在绝缘隔离层903的两侧。
[0129] 优选地，可以在第一摩擦层901和/或第一电极层902的彼此接触的表面上设置 纳米结构，以增加其彼此接触和/或摩擦的面积，该纳米结构可选择下面一种或多种的组 合：纳米颗粒、纳米线或者纳米棒。
[0130] 图1和图6所示的尾气处理装置的主体部分均安装在U型腔体内，但本发明不限 于此。例如，根据本发明的尾气处理装置的主体部分也可被安装在T型的腔体中，尾气从T 型腔体的左侧的气体入口进入，经过被置于T型腔体的左侧水平腔内的电吸附部件以除去 其中的颗粒物，然后再经过被置于T型腔体中间的竖直腔内的电氧化部件以除去其中的还 原性物质，最后经由T型腔体右侧的气体出口排出。液相部分（即导电液体）位于T型腔 的竖直腔内向下突出的位置。优选地，电吸附部件和电氧化部件中的至少一者可以由被置 于T型腔体内的储能电池（例如锂离子电池、铅蓄电池或太阳能电池等）或摩擦发电机供 电。例如，可由位于T型腔体左侧的气体入口处和右侧的气体出口处的两个摩擦发电机分 别为电吸附部件和电氧化部件供电，或者可由位于T型腔体左侧的气体入口处或右侧的气 体出口处的单个摩擦发电机同时为电吸附部件和电氧化部件供电，也可由同一个或不同的 储能电池为电吸附部件和电氧化部件供电。优选地，可在T型腔的右侧水平腔内设置冷凝 液化部件，此时，T型腔右侧水平腔的下壁可具有从左到右逐渐升高的坡度。
[0131] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简 单变型，例如可使尾气先经过电氧化部件以除去还原性污染物，再经过电吸附部件以除去 颗粒物。这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0132] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0133] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种尾气处理装置，该尾气处理装置包括： 腔体； 被置于腔体中的电吸附部件，包括多个第一电极，所述多个第一电极中的至少一者被 电连接至电源的一极，所述多个第一电极中的至少另一者被电连接至电源的另一极； 被置于腔体中的电氧化部件，包括导电液体和多个第二电极，所述多个第二电极中的 部分第二电极被电连接至电源的一极，其余第二电极被电连接至电源的另一极，所述多个 第二电极中的每一者部分地浸入导电液体。2. 根据权利要求1所述的尾气处理装置，其中，所述腔体为U型腔体，所述电吸附部件 被置于所述U型腔体的左侧，所述电氧化部件被置于所述U型腔体的底部连通腔内； 或者，所述腔体为T型腔体，所述电吸附部件被置于所述T型腔体左侧，所述电氧化部 件被置于所述T型腔体中间的竖直腔内，其中所述导电液体位于所述T型腔体的竖直腔向 下突出的位置。3. 根据权利要求2所述的尾气处理装置，该尾气处理装置还包括冷凝液化部件，所述 冷凝液化部件被置于所述U型腔体或者T型腔体的右侧。4. 根据权利要求1-3任一项所述的尾气处理装置，其中，所述电吸附部件和所述电氧 化部件中的至少一者由摩擦发电机供电。5. 根据权利要求4所述的尾气处理装置，其中，所述电吸附部件由位于所述腔体左侧 的所述摩擦发电机供电，并且所述电氧化部件由位于所述腔体右侧的所述摩擦发电机供 电；或者所述电吸附部件和所述电氧化部件由同一所述摩擦发电机发电，所述摩擦发电机 位于所述腔体的左侧或右侧。6. 根据权利要求4或5所述的尾气处理装置，其中，所述摩擦发电机位于所述腔体内所 述腔体的气体入口和/或气体出口的位置。7. 根据权利要求4-6中任一项所述的尾气处理装置，其中，在所述腔体为U型腔体的情 况下，所述U型腔体包括设置在左侧竖直腔顶部和/或右侧竖直腔顶部的向外伸展的水平 腔，位于所述U型腔体左侧和/或右侧的所述摩擦发电机被置于相应的水平腔内。8. 根据权利要求4-7中任一项所述的尾气处理装置，其中，所述摩擦发电机包括以串 联和/或并联形式组合的多个摩擦发电单元。9. 根据权利要求8所述的尾气处理装置，其中，所述摩擦发电单元包括两端固定在一 起并且依次排列的第一电极层、第一摩擦层和第二电极层，所述第一电极层为柔性导体薄 膜，所述第一摩擦层由半导体材料或绝缘材料构成，所述第二电极层由导体材料构成，在流 动气体作用下，所述第一电极层和所述第一摩擦层接触/分离和/或相对摩擦，并通过所述 第一电极层和所述第二电极层输出电信号。10. 根据权利要求8所述的空气净化系统，其中，所述摩擦发电单元包括至少一端固定 在一起并且依次排列的第一摩擦层、第一电极层、绝缘隔离层和第二电极层，所述第一摩擦 层和所述绝缘隔离层由柔性绝缘材料构成，所述绝缘隔离层用于防止所述第一电极层和所 述第二电极层短路，在流动气体作用下，所述第一摩擦层和所述第一电极层发生接触/分 离和/或相对摩擦，并通过所述第一电极层和所述第二电极层输出电信号。11. 根据权利要求9或10所述的尾气处理装置，其中，在所述第一电极层和第一摩擦层 彼此接触的表面中的至少一者上具有纳米结构。12. 根据权利要求1-11中任一项所述的尾气处理装置，该尾气处理装置还包括沉淀池 部件，所述沉淀池部件被置于所述电氧化部件的下方。13. 根据权利要求12所述的尾气处理装置，其中，所述沉淀池部件具有排污口，所述排 污口被设置在所述沉淀池部件侧壁的底部或者所述沉淀池部件的下壁上。14. 根据权利要求12或13所述的尾气处理装置，其中，所述沉淀池部件是可拆卸的。15. 根据权利要求12-14中任一项所述的尾气处理装置，其中，在所述电氧化部件和所 述沉淀池间设置有导流板，所述导流板具有从上到下的坡度，并且在所述导流板上设置有 孔洞。16. 根据权利要求1-15中任一项所述的尾气处理装置，该尾气处理装置还包括与所述 腔体分离设置的储水部件，用于向所述电氧化部件补充液体。17. 根据权利要求16所述的尾气处理装置，其中，当所述尾气处理装置包括冷凝液化 部件时，所述储水部件还为所述冷凝液化部件提供循环冷凝水。18. 根据权利要求1-17中任一者所述的尾气处理装置，其中，所述多个第一电极为具 有相同圆心不同半径的多个圆形筒状电极，仅最内圈的所述第一电极和最外圈的所述第一 电极分别电连接至电源的两极，或者所述多个第一电极交错地电连接至电源的两极。19. 根据权利要求18所述的尾气处理装置，其中，用于安装所述第一电极的支撑结构 包括： 支撑架，包括中心圆孔和从所述中心圆孔向外伸出的多个支撑臂，所述支撑臂的外端 被固定至所述腔体的内壁上； 支撑杆，支撑杆的两端嵌在两个所述支撑架的所述中心圆孔内； 固定夹； 其中，所述多个第一电极安装在两个所述支撑架之间，最内圈的所述第一电极与所述 支撑杆贴合并且两端紧密卡合在所述支撑杆和所述支撑架的所述中心圆孔的内壁之间，其 他所述第一电极的两端通过固定卡固定至所述支撑架的所述支撑臂上。20. 根据权利要求1-19中任一者所述的尾气处理装置，其中，所述多个第一电极为平 行正对布置的多个电极板，仅两侧的两个所述电极板分别电连接至电源的两极，或者所述 多个电极板交错地电连接至电源的两极。21. 根据权利要求1-20中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述第一电极的材料为 金属或合金。22. 根据权利要求1-21中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述第一电极的结构为 片状或网状。23. 根据权利要求1-22中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述第一电极的表面经 过了微纳处理和/或改性修饰。24. 根据权利要求1-23中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述第一电极的厚度取 值范围为100nm-10mm〇25. 根据权利要求1-24中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述多个第二电极安装 在可拆卸密封盖上，所述腔体壁上具有与所述可拆卸密封盖相匹配的开口，当将所述可拆 卸密封盖安装至所述开口时，所述多个第二电极中的每一者都部分地浸入所述导电液体。26. 根据权利要求1-25中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述多个第二电极为梳 齿状电极。27. 根据权利要求26所述的尾气处理装置，其中，所述多个第二电极被布置成按圆形 排列，其中： 排列在一侧的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在另一侧的所述第二电极电连 接至电源的另一极；或者排列在不同的圆上的所述第二电极交错地电连接至电源的两极； 或者排列在内侧的圆上的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在外侧的圆上的所述第 二电极电连接至电源的另一极。28. 根据权利要求26所述的尾气处理装置，其中，所述多个第二电极被布置成按行和 列排列，其中： 排列在一侧的所述第二电极电连接至电源的一极，排列在另一侧的所述第二电极电连 接至电源的另一极；或者排列在不同行上的所述第二电极交错地电连接至电源的两极；或 者排列在不同列上的所述第二电极交错地电连接至电源的两极。29. 根据权利要求1-28中任一条所述的尾气处理装置，其中，单个所述第二电极为棒 状、螺旋状或条状。30. 根据权利要求1-29中任一条所述的尾气处理装置，其中，所述第二电极的材料为 惰性导体材料。31. 根据权利要求1-30所述的尾气处理装置，其中，所述第二电极的表面经过了微纳 处理或者涂覆有能加快电化学氧化反应的催化剂。32. 根据权利要求1-31所述的尾气处理装置，其中，所述导电液体为纯净水、食盐水或 氯化钾溶液。33. 根据权利要求1-32所述的尾气处理装置，其中，在所述腔体为U型腔体的情况下， 所述导电液体的深度占整个底部连通腔深度的1/3~2/3。
【文档编号】F01N3/01GK105986855SQ201510048382
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】曹霞, 王中林, 陈书文, 唐伟
【申请人】北京纳米能源与系统研究所