CN108176510B - 一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备及其除尘检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备及其除尘检测方法。该设备包括除尘设备及热电转换器。除尘设备包括存有介质颗粒的除尘腔体。除尘腔体的相对两端设置有用于向除尘腔体内引入含有废物颗粒的进气气流的进气管道及用于从除尘腔体内排出排气气流的排气管道。除尘腔体两端还设有分别用于检测进气气流及排气气流组分参数的进气检测器及排气检测器。电磁线圈环绕设置在除尘腔体外表面。除尘腔体内还设置有用于吸附电离及偏转后的废物颗粒的圆筒电极。热电转换器环绕设置在除尘腔体外表面。热电转换器包括环形散热器及位于除尘腔体与环形散热器之间并用于将两者之间温差转化为电能并为电磁线圈、进气检测器及排气检测器供电的热电器件。

Description

一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备及其除尘检测方法
技术领域
本发明涉及热电器件与除尘领域，更具体而言，涉及一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备，本发明还涉及一种摩擦电热电自驱动除尘检测方法。
背景技术
工业餐饮业废气、废液、废渣的直接排放，在浪费热能的同时，又使得环境中微纳颗粒浓度不断增加，且随着空气流动在城市热岛上空弥散，给人类健康、工商业发展带来了严重影响。目前，通过采用静电除尘、颗粒床过滤除尘、喷淋除尘，辅之检测设备进行达标排放取得了一定成效。
然而，上述除尘与检测设备部分程度上存在除尘效果差、除尘与检测两分离等问题。
发明内容
本发明实施方式提供一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)。所述摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)包括除尘设备及热电转换器(30)。
所述除尘设备包括除尘腔体(201)、进气管道(101)、排气管道(109)、进气检测器(104)、电磁线圈(106)、排气检测器(108)及圆筒电极(204)，所述除尘腔体(201)内存有介质颗粒(206)，所述进气管道(101)与所述排气管道(109)设置在所述除尘腔体(201)的相对两端，所述进气管道(101)用于向所述除尘腔体(201)内引入含有废物颗粒(205)的进气气流(202)，所述排气管道(109)用于从所述除尘腔体(201)内排出排气气流(207)，所述电磁线圈(106)环绕设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面，所述圆筒电极(204)间隔设置在所述除尘腔体(201)内并用于吸附电离及偏转后的所述废物颗粒(205)，所述进气检测器(104)设置在所述除尘腔体(201)的设有所述进气管道(101)的一端并用于检测所述进气气流(202)的组分参数，所述排气检测器(108)设置在所述除尘腔体(201)的设有所述排气管道(109)的一端并用于检测所述排气气流(207)的组分参数。
所述热电转换器(30)包括环绕设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的热电器件(301)及环绕设置在所述热电器件(301)上的环形散热器(300)，所述热电器件(301)位于所述除尘腔体(201)与所述环形散热器(300)之间，所述热电器件(301)用于将所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面与所述环形散热器(300)之间的温差转化为电能并为所述电磁线圈(106)、所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)供电。
在某些实施方式中，所述电磁线圈(106)的材质为镀镍铜芯高耐火绝缘导线。
在某些实施方式中，所述除尘设备包括设置在所述进气管道(101)下游的扇形圆筒滤网(102)，所述扇形圆筒滤网(102)设置在所述除尘腔体(201)内。
在某些实施方式中，所述除尘设备包括金属梁(203)，所述圆筒电极(204)通过所述金属梁(203)相互固定，相邻所述圆筒电极(204)之间留有一定间隙。
在某些实施方式中，所述金属梁(203)及所述圆筒电极(204)的材质均为金、铅、铂、铝、碳、镍或钛。
在某些实施方式中，所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)分别设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的相背的两侧，所述进气检测探头(105)及所述排气检测探头(107)分别插入所述除尘腔体(201)的内部相对的两个底端。
在某些实施方式中，所述进气检测探头(105)与所述排气检测探头(107)相同，是温度湿度检测仪、化学组分分析检测仪及微纳颗粒尺寸检测仪中的一种或多种。
在某些实施方式中，在沿所述环形散热器(300)至所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的方向上，所述热电器件(301)包括依次叠层设置的第一导热基底(302)、第一电极层(303)、p型热电腿(304)、n型热电腿(305)、第二电极层(306)及第二导热基底(307)，所述p型热电腿(304)和所述n型热电腿(305)交错设置并且分别通过所述第一电极层(303)及所述第二电极层(306)与相邻的所述p型热电腿(304)或所述n型热电腿(305)连接。
在某些实施方式中，所述热电器件(301)的数量为多个，多个所述热电器件(301)串联、并联或串并联的方式结合。
在某些实施方式中，所述p型热电腿(304)的材质是高温段的p型SiGe基材料、p型CoSb3基材料、p型SnSe基材料、p型PbSe基材料、p型Cu2Se基材料、p型BiCuSeO基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu(In,Ga)Te2材料、p型FeSi2基材料、CrSi2、MnSi1.73、CoSi、p型Cu1.8S基材料、或p型氧化物材料；或者
所述p型热电腿(304)的材质是中温段的p型PbTe基材料、p型CoSb3基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu1.8S基材料、或p型AgSbTe2基材料；或者
所述p型热电腿(304)的材质是低温段的p型Bi2Te3基材料、p型Sb2Se3基材料、或p型Sb2Te3基材料。
在某些实施方式中，所述n型热电腿(305)的材质是高温段的n型SiGe基材料、n型CoSb3基材料、n型SnSe基材料、n型SnTe基材料、n型Cu2Se基材料、n型Half-Heusler材料、或n型氧化物材料；或者
所述n型热电腿(305)的材质是中温段的n型PbTe基材料、n型PbS基材料、n型CoSb3基材料、n型Mg2Si基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型InSb基材料、n型Half-Heusler材料、n型氧化物材料、或n型AgSbTe2基材料；或者
所述n型热电腿(305)的材质是低温段的n型Bi2Te3基材料、n型BiSb基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型Mg3Sb2基材料、n型Bi2Se3基材料、或n型Sb2Se3基材料。
在某些实施方式中，所述第一导热基底(302)、第二导热基底(307)的材质均为氧化铝陶瓷或聚酰亚胺(Polyimide,PI)复合材料。
在某些实施方式中，所述环形散热器(300)设置在所述第一导热基底(302)的外表面以将所述热电器件(301)与所述除尘腔体(201)夹持固定，所述环形散热器(300)包括至少两片散热翅片(300a)。
在某些实施方式中，所述摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)包括固定支架(103)，所述固定支架(103)分别设置在除尘腔体(201)的相对的两端，所述进气管道(101)与所述排气管道(109)分别通过所述固定支架(103)设置在所述除尘腔体(201)上。
在某些实施方式中，所述除尘腔体(201)的材质为绝缘高分子材料、绝缘胶木或绝缘陶瓷，所述进气管道(101)及所述排气管道(109)的材质为均不锈钢或金属铜。
在某些实施方式中，所述介质颗粒(206)为绝缘体，所述介质颗粒(206)是电负性高于电极材料电负性的聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)或氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylene,FEP)，或者是电负性低于电极材料电负性的石英、玻璃或硅酸盐材料。
在某些实施方式中，所述环形散热器(300)为石墨散热器、铜散热器、铝合金散热器、或热管。
本发明实施方式还提供一种利用上述任一项所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)的摩擦电热电自驱动除尘检测方法。所述方法包括：
通过所述进气管道(101)向所述除尘腔体(201)内引入含有所述废物颗粒(205)的所述进气气流(202)；
所述废物颗粒(205)与所述除尘腔体(201)内的所述介质颗粒(206)摩擦产生高压电场和/或所述废物颗粒(205)与所述除尘腔体(201)内的所述圆筒电极(204)摩擦产生高压电场以电离所述废物颗粒(205)；
通过所述热电器件(301)将所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面与所述环形散热器(300)之间的温差转化为电能并为所述电磁线圈(106)、所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)供电；
所述电磁线圈(106)的磁场偏转电离后的所述废物颗粒(205)及所述圆筒电极(204)吸附电离及偏转后的所述废物颗粒(205)以使所述进气气流(202)转换为排气气流(207)；及
通过排气检测器(108)检测所述排气气流(207)的组分参数。
本发明所依据的原理是：带有一定热量的进气气流(202)通过进气管道(101)与扇形圆筒滤网(102)扩散到除尘腔体(201)。进气气流(202)中的废物颗粒(205)同除尘腔体(201)中的介质颗粒(206)摩擦作用带电形成高压电场，和/或废物颗粒(205)与除尘腔体(201)内的圆筒电极(204)摩擦产生高压电场，同时热电转换器(30)通过热电器件(301)将除尘腔体(201)环形侧壁表面与环形散热器(300)之间的温差转化为电能并为电磁线圈(106)、进气检测器(104)与排气检测器(108)供电。在电磁线圈(106)的磁场的作用下，除尘腔体(201)内高压电场将废物颗粒(205)深度电离并偏转通过圆筒电极(204)吸附，排气管道(109)下端的排气检测器(108)将排气气流(207)组分参数与进气检测器(104)的进气气流(202)组分参数进行对比，直至达标后将除尘腔体(201)内的排气气流(207)排出。
本发明提供的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)通过采用介电材料、热电材料、电磁线圈(106)包络磁场偏转，有效突破了传统除尘与检测设备存在价格高昂、除尘效果差、易造成二次污染、除尘检测两分离、可循环性不强等关键技术瓶颈，同时较大程度地提升了除尘与检测效率，具有静电吸附物理吸附与实时同步检测、无二次污染、可循环性强、工作稳定性好等特点，可长时间稳定工作于半导体工业、餐饮服务、家居净化、大气治理等重要领域，进一步满足了除尘需求的环保、高效、便携、普适。与现有技术相比，主要有益效果如下：
1、本发明采用介质颗粒(206)同废物颗粒(205)相互摩擦产生高压静电，和/或圆筒电极(204)同废物颗粒(205)相互摩擦产生高压电场，在静电吸附与物理吸附的双重作用下实现废气中废物颗粒(205)的有效处理，能够对通过电场中的微纳米尺度颗粒物进行高效快速过滤。
2、本发明采用热电器件(301)回收利用废气的热能，为电磁线圈(106)供电产生磁场，实现高压电场下废物颗粒(205)的深度电离与偏转收集，提高除尘效果；为进气检测器(104)及排气检测器(108)供电，实现废弃处理与检测实时同步进行，达到高标准排放。
3、本发明可通过将多个热电器件(301)进行串联、并联或串并联相结合，组成摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，应用于工业餐饮业废气处理与粉尘气固分离，可单独使用也可同其他除尘设备级联使用，实现高效除尘与达标排放。
本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的结构示意图；
图2为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的进气端轴向截面图；
图3为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的排气端轴向截面图；
图4为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的工作原理示意图；
图5为本发明实施方式的基于Seebeck效应的热电器件工作原理示意图；
图6为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的应用事例描述图；
图7为装配有本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的汽车示意图；
图8为装配有本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备的工厂示意图。
主要元件符号说明：
1-摩擦电热电自驱动除尘检测设备，101-进气管道，102-扇形圆筒滤网，103-固定支架，104-进气检测器，105-进气检测探头，106-电磁线圈，107-排气检测探头，108-排气检测器，109-排气管道，110-电磁线圈电流触发装置；
201-除尘腔体，202-进气气流，203-金属梁，204-圆筒电极，205-废物颗粒，206-介质颗粒，207-排气气流；
30-热电转换器，300-环形散热器，300a-散热翅片，301-热电器件，302-第一导热基底，303-第一电极层，304-p型热电腿，305-n型热电腿，306-第二电极层，307-第二导热基底；
4-应用实物，401-尾气参数显示器，402-尾气参数存储器，41-汽车，42-工厂。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1包括除尘设备及热电转换器30。
除尘设备包括除尘腔体201、进气管道101、排气管道109、进气检测器104、电磁线圈106、排气检测器108及圆筒电极204。除尘腔体201内存有介质颗粒206。进气管道101与排气管道109设置在除尘腔体201的相对两端。进气管道101用于向除尘腔体201内引入含有废物颗粒205的进气气流202，排气管道109用于从除尘腔体201内排出排气气流207。电磁线圈106环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面。圆筒电极204间隔设置在除尘腔体201内并用于吸附电离及偏转后的废物颗粒205。进气检测器104设置在除尘腔体201的设有进气管道101的一端并用于检测进气气流202的组分参数，排气检测器108设置在除尘腔体201的设有排气管道109的一端并用于检测排气气流207的组分参数。
热电转换器30包括环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面的热电器件301及环绕设置在热电器件301上的环形散热器300。热电器件301位于除尘腔体201与环形散热器300之间。热电器件301用于将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转化为电能并为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电。
本发明实施方式还提供利用上述任一项的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的摩擦电热电自驱动除尘检测方法。该方法具体包括以下步骤：
先通过进气管道101向除尘腔体201内引入含有废物颗粒205的进气气流202。然后，废物颗粒205在除尘腔体201的内部扩散并与除尘腔体201内的介质颗粒206和/或圆筒电极204摩擦产生高压电场以电离废物颗粒205。接着，热电转换器30通过热电器件301将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转化为电能并为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电。电磁线圈106的磁场偏转电离后的废物颗粒205及圆筒电极204吸附电离及偏转后的废物颗粒205以使进气气流202转换为排气气流207。最后，通过排气检测器108检测排气气流207的组分参数。
本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1及摩擦电热电自驱动除尘检测方法通过在除尘腔体201内设置有圆筒电极204及介质颗粒206并在除尘腔体201的环形侧壁外表面设置电磁线圈106，通电的电磁线圈106产生磁场，废物颗粒205与介质颗粒206和/或圆筒电极204相互摩擦产生高压静电，带电的废物颗粒205在电磁线圈106的磁场中偏转并在高压电场作用下吸附到圆筒电极204上。如此，在静电吸附与物理吸附的双重作用下实现废气中废物颗粒205的收集，除尘效果好。同时，通过热电器件301将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转换为电能，回收利用废气的热能，从而为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电，节约能源，更加环保。另外，通过在除尘腔体201的进气管道101和排气管道109设置进气检测器104和排气检测器108，实现废物颗粒205的吸附与实时检测同步进行，不会造成二次污染，从而实现了高标准排放。
请一并参阅图1、图2及图3，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1包括除尘设备和热电转换器30。摩擦电热电自驱动除尘检测设备1呈圆柱状。图1为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的沿母线截面的结构示意图。图2及图3分别为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的进气端轴向截面图及排气端轴向截面图。
除尘设备包括进气管道101、固定支架103、进气检测器104、进气检测探头105、电磁线圈106、排气检测探头107、排气检测器108、排气管道109、除尘腔体201、金属梁203及圆筒电极204。
进气管道101用于向除尘腔体201内引入含有废物颗粒205的进气气流202，排气管道109用于从除尘腔体201内排出排气气流207。固定支架103分别设置在除尘腔体201的相对的两端。进气管道101与排气管道109分别通过固定支架103固定在除尘腔体201上。
除尘腔体201内存有介质颗粒206。电磁线圈106环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面。圆筒电极204通过金属梁203相互固定在除尘腔体201内并用于吸附电离及偏转后的废物颗粒205，相邻圆筒电极204之间留有一定间隙。
进气检测器104设置在除尘腔体201的设有进气管道101的一端并用于检测进气气流202的组分参数，排气检测器108设置在除尘腔体201的设有排气管道109的一端并用于检测排气气流207的组分参数。进气检测器104及排气检测器108分别设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面的相背的两侧，进气检测探头105及排气检测探头107分别插入除尘腔体201的环形侧壁外表面上相对的底部两端。进气检测探头105及排气检测探头107设置在圆筒电极204与除尘腔体201的环形侧壁内表面之间，也可以设置在圆筒电极204内侧。进气检测探头105用于检测进气气流202的组分参数，排气检测探头107用于检测排气气流207的组分参数。
热电转换器30包括环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面上的热电器件301及环绕设置在热电器件301上的环形散热器300。热电器件301位于除尘腔体201与环形散热器300之间。热电器件301用于将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转化为电能并为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电。
可以理解，热电转换器30环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面。热电转换器30包括热电器件301及环形散热器300。热电器件301位于除尘腔体201与环形散热器300之间。热电器件301通过导线与电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108电连接。具体地，在沿环形散热器300至除尘腔体201的环形侧壁外表面的方向上，热电器件301包括依次叠层设置的第一导热基底302、第一电极层303、p型热电腿304、n型热电腿305、第二电极层306及第二导热基底307。p型热电腿304和n型热电腿305交错设置并且分别通过第一电极层303及第二电极层306与相邻的p型热电腿304或n型热电腿305连接。热电器件301利用第二导热基底307得到除尘腔体201的环形侧壁外表面的温度值，利用第一导热基底302得到环形散热器300的温度值。然后热电器件301将将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转化为电能从而为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电。在其他实施方式中，热电器件301的数量为多个(两个或两个以上)。多个热电器件301为串联、并联或串并联的方式结合。
环形散热器300环绕设置在第一导热基底302的外表面以将热电器件301与除尘腔体201夹持固定。环形散热器300包括至少两片散热翅片300a。
本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1及摩擦电热电自驱动除尘检测方法通过在除尘腔体201内设置有圆筒电极204及介质颗粒206并在除尘腔体201的环形侧壁外表面设置电磁线圈106，通电的电磁线圈106产生磁场，废物颗粒205与除介质颗粒206摩擦产生高压静电，和/或废物颗粒205与圆筒电极204摩擦产生高压静电，带电的废物颗粒205在磁场的作用下发生偏转并在静电的作用下吸附到圆筒电极204上。如此，在静电吸附与物理吸附的双重作用下实现废气中废物颗粒205的收集，除尘效果好。同时，通过热电器件301将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转换为电能，回收利用废气的热能，从而为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电，节约能源，更加环保。另外，通过在除尘腔体201的进气管道101和排气管道109设置进气检测器104和排气检测器108，实现废物颗粒205的吸附与实时检测同步进行，不会造成二次污染，从而实现了高标准排放。
具体地，进气气流202从进气管道101进入除尘腔体201内部并在除尘腔体201的内部扩散。进气气流202中含有的废物颗粒205与除尘腔体201内的介质颗粒206和/或圆筒电极204发生摩擦，从而使废物颗粒205带电。由于摩擦作用，除尘腔体201的内部形成高压电场。此时，除尘腔体201的内部的温度升高。进气气流202本身也可携带热量。因此，除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间存在温差。热电转换器30通过热电器件301将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差转换为电能，从而为电磁线圈106、进气检测器104及排气检测器108供电，回收利用了废气的热能。
在高压电场作用下，废物颗粒205深度电离成带电离子并被除尘腔体201内部的圆筒电极204吸附。由于废物颗粒205的质量不同，带电量不同。本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1利用DC/DC升压模块对热电器件301进行电学输出管理，以更好匹配电磁线圈106的电压电流输入要求，使得不同带电量的废物颗粒205与介质颗粒206分别偏转并充分摩擦达到深度电离，同时增大圆筒电极204的静电感应电压。如此，不同带电量的废物颗粒205在高压电场的作用下仍能够被吸附到圆筒电极204上，实现了废物颗粒205的有效吸附。
另外，摩擦电热电自驱动除尘检测设备1还包括电磁线圈电流触发装置110，电磁线圈电流触发装置110与电磁线圈106电连接。进气检测器104对进气气流202的组分参数进行检测，排气检测器108对排气气流207的组分参数进行检测。通过对比进气气流202的组分参数与排气气流207的组分参数，并反馈电磁线圈电流触发装置110。如果排气气流207的组分参数还未达到标准，电磁线圈电流触发装置110触发电磁线圈106继续向除尘腔体201内部施加磁场，直至排气气流207的组分达到排放标准，才将排气气流207排出，从而做到无污染排放。
其中，进气检测探头105与排气检测探头107的类型相同。进气检测探头105与排气检测探头107可以是温度湿度检测仪、化学组分分析检测仪及微纳颗粒尺寸检测仪中的一种或多种。进气检测探头105与排气检测探头107可以用于检测温度湿度、化学组分及微纳颗粒尺寸中的一种或多种。
请再次参阅图1，在某些实施方式中，除尘设备包括设置在进气管道101下游的扇形圆筒滤网102。扇形圆筒滤网102设置在除尘腔体201内。
除尘设备为圆筒状，进气管道101也为圆筒状。进气管道101的一端设置在除尘腔体201的外部，另一端与扇形圆筒滤网102的上底连接。扇形圆筒滤网102的下底朝向除尘腔体201内部。上底的直径小于下底的直径。如此，当进气气流202沿着进气管道101进入除尘腔体201时，一方面，直径较大的废物颗粒205被扇形圆筒滤网102过滤，而不进入除尘腔体201，减小了进入除尘腔体201的内部的废物颗粒205的数量。另一方面，直径较小的废物颗粒205在扇形圆筒滤网102的导向下，进气气流202更容易在除尘腔体201扩散，从而使直径较小的废物颗粒205与介质颗粒206混合均匀。
其中，进气管道101、扇形圆筒滤网102、固定支架103、排气管道109的材质可相同，分别可以采用不锈钢(比如，304不锈钢)或金属铜制成。
除尘腔体201的材质为机械性能高的绝缘材料，比如绝缘高分子材料、绝缘胶木或绝缘陶瓷。由于废物颗粒205与介质颗粒206在除尘腔体201内部高速转动，除尘腔体201的机械性能要求高。另外，由于本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的除尘腔体201的内部设置有圆筒电极204，为避免除尘腔体201的内部及外部发生短路，除尘腔体201采用绝缘材料。
请一并参阅图1至图4，圆筒电极204在除尘腔体201的内部呈间隔设置。
圆筒电极204呈筒状并设置在除尘腔体201的内部，相邻两个的圆筒电极204之间留有一定间隙。圆筒电极204在静电感应下带正电。电磁线圈106在通电的情况下产生垂直于摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的轴向截面的磁场。废物颗粒205在与介质颗粒206和/或圆筒电极204的摩擦作用下带负电，介质颗粒206和/或圆筒电极204在与废物颗粒205的摩擦作用下带正电。
在圆筒电极204的静电作用下，带负电的废物颗粒205向圆筒电极204迁移。带负电的废物颗粒205以一定的速度向圆筒电极204迁移的过程中，带负电的废物颗粒205在电磁线圈106产生的磁场中受到洛伦兹力的作用发生偏转(图4所示)。偏转后的废物颗粒205继续向圆筒电极204迁移直至吸附在圆筒电极204上。如此，偏转后的废物颗粒205可以更加均匀地吸附在圆筒电极204上，避免了大量的废物颗粒205集中吸附在圆筒电极204的某一位置而影响后续的吸附过程，提高了吸附效率。如此，在静电吸附与物理吸附的双重作用下实现废气中废物颗粒205的收集，能够对通过电场中的微纳米尺度颗粒物进行高效快速过滤。
另外，在废物颗粒205与介质颗粒206和/或圆筒电极204的摩擦作用下，除尘腔体201的内部的温度升高。排气气流207本身也携带热量。因此，除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间存在温差ΔT。
其中，金属梁203与圆筒电极204的材质可以为金属，比如金(Au)、铅(Pd)、铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)、或钛(Ti)，也可以为碳(C)。介质颗粒206为绝缘体。介质颗粒206为电负性高于电极材料电负性的聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)或氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylene,FEP)，或者为电负性低于电极材料电负性的石英、玻璃、或硅酸盐材料。摩擦电形成的高压电场能够直接静电吸附与物理吸附直径较小的废物颗粒205。电磁线圈106为耐高温致密电磁线圈，可以由镀镍铜芯高耐火绝缘导线(比如GN500镀镍铜芯高耐火绝缘导线)制成。
请一并参阅图1、图2及图3，热电转换器30环绕设置在除尘腔体201的环形侧壁外表面上。热电转换器30包括热电器件301及环形散热器300。在沿环形散热器300至除尘腔体201的环形侧壁外表面的方向上，依次设置第一导热基底302、第一电极层303、p型热电腿304、n型热电腿305、第二电极层306及第二导热基底307。
具体地，废物颗粒205与介质颗粒206摩擦带电从而使除尘腔体201的内部的温度升高。而排气气流207也可以携带热量并传导给第二导热基底307。第二导热基底307与除尘腔体201的环形侧壁外表面相接触，热量从除尘腔体201的环形侧壁内表面依次传导到环形侧壁外表面、第二导热基底307、第二电极层306、n型热电腿305和/或p型热电腿304、第一电极层303及第一导热基底302。此时，相当于对第二导热基底307输入热源。此时第二导热基底307的温度为T+ΔT。而第一导热基底302与环形散热器300相接触，环形散热器300将热量扩散到摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的周围的空气中。此时第一导热基底302的温度为T。因此，第一导热基底302与第二导热基底307之间存在温差ΔT，因此，p型热电腿304里的空穴由第二导热基底307向第一导热基底302迁移，n型热电腿305里的电子由第二导热基底307向第一导热基底302迁移(图5所示)。在第一导热基底302、第一电极层303、p型热电腿304、n型热电腿305、第二电极层306、及第二导热基底307的回路中，p型热电腿304与n型热电腿305之间产生电势差，从而使回路中产生电流。换言之，热电器件301通过将除尘腔体201的环形侧壁外表面与环形散热器300之间的温差ΔT转换为电能，回收了废气的热能。如此，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1在进行有效除尘检测的同时，节约了能源，更加环保。
其中，第一导热基底302及第二导热基底307的材质可相同，分别可为氧化铝陶瓷或聚酰亚胺(Polyimide,PI)复合材料。第一电极层303、第二电极层306、金属梁203、及圆筒电极204的材质可相同，可以为金属，比如金(Au)、铅(Pd)、铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)、或钛(Ti)，也可以为碳(C)。
p型热电腿304的材质是高温段的p型SiGe基材料、p型CoSb3基材料、p型SnSe基材料、p型PbSe基材料、p型Cu2Se基材料、p型BiCuSeO基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu(In,Ga)Te2材料、p型FeSi2基材料、CrSi2、MnSi1.73、CoSi、p型Cu1.8S基材料、或p型氧化物材料。p型热电腿304的材质也可以是中温段的p型PbTe基材料、p型CoSb3基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu1.8S基材料、或p型AgSbTe2基材料。p型热电腿304的材质还可以是低温段的p型Bi2Te3基材料、p型Sb2Se3基材料、或p型Sb2Te3基材料。
n型热电腿305的材质是高温段的n型SiGe基材料、n型CoSb3基材料、n型SnSe基材料、n型SnTe基材料、n型Cu2Se基材料、n型Half-Heusler材料、或n型氧化物材料。n型热电腿305的材质也可以是中温段的n型PbTe基材料、n型PbS基材料、n型CoSb3基材料、n型Mg2Si基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型InSb基材料、n型Half-Heusler材料、n型氧化物材料、或n型AgSbTe2基材料。n型热电腿305的材质还可以是低温段的n型Bi2Te3基材料、n型BiSb基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型Mg3Sb2基材料、n型Bi2Se3基材料、或n型Sb2Se3基材料。
环形散热器300由具有一定机械性能的高热导系数材料组成。比如，环形散热器300为石墨散热器、铜散热器、铝合金散热器、或热管。
根据实际工作环境的要求确定，摩擦电热电自驱动除尘检测设备1的参数可以进行调节。
例如，可调节进气管道101中扇形圆筒滤网102的形状与出口口径大小，可调节排气管道109形状与出口口径大小，可调节介质颗粒206的大小与数量，可调节圆筒电极204的厚度与数量，可调节固定支架103的尺寸，可调节耐高温致密电磁线圈106的匝数。
另外，根据具体参数要求，可选择热电器件301的中p型热电腿304、n型热电腿305的数量，选择串联、并联或串并联结合的方式组配热电器件301，可选择装配DC/DC升压模块进行热电器件301的电学输出管理；根据实际工作环境的要求，可确定环形散热器300的散热翅片300a的数量。
以下为本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1具体运用的实施例。
请一并参阅图1及图6，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1呈圆柱状。摩擦电热电自驱动除尘检测设备1可装配于应用实物4的内部或外部表面。进气检测器104对进气气流202的组分参数进行检测，排气检测器108对排气气流207的组分参数进行检测。摩擦电热电自驱动除尘检测设备1通过无线电将进气气流202的组分参数与排气气流207的组分参数发送至尾气参数显示器401及尾气参数存储器402。尾气参数显示器401进行评价分析，尾气参数存储器402进行存储记录。直至排气气流207的组分参数达到标准才进行排放。如此，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1实现高标准废污治理与排放。
其中，尾气参数显示器401可以是温度湿度显示器、化学组分显示器及微纳颗粒尺寸显示器中的一种或多种。尾气参数显示器401用于显示进气检测器104及排气检测器108检测到的温度湿度、化学组分、及微纳颗粒尺寸中的一种或多种。
请一并参阅图1及图7，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1可装配在汽车41上。具体地，摩擦电热电自驱动除尘检测设备1装配于汽车41的排气管道109位置。进气检测器104对进气气流202的组分参数进行检测，排气检测器108对排气气流207的组分参数进行检测。摩擦电热电自驱动除尘检测设备1通过无线电将进气气流202的组分参数与排气气流207的组分参数发送至尾气参数显示器401进行评价分析，实现汽车41的尾气废热回收与废气处理。
请一并参阅图1及图8，本发明实施方式的摩擦电热电自驱动除尘检测设备1可装配在工厂42上。具体地，摩擦电热电自驱动除尘检测设备1装配于工厂42的烟筒出口内部管道位置。进气检测器104对进气气流202的组分参数进行检测，排气检测器108对排气气流207的组分参数进行检测。摩擦电热电自驱动除尘检测设备1通过无线电将进气气流202的组分参数与排气气流207的组分参数发送至尾气参数显示器401进行评价分析，实现工厂42的尾气废热回收与废气处理。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)包括：
除尘设备，所述除尘设备包括除尘腔体(201)、进气管道(101)、排气管道(109)、进气检测器(104)、电磁线圈(106)、排气检测器(108)及圆筒电极(204)，所述除尘腔体(201)内存有介质颗粒(206)，所述进气管道(101)与所述排气管道(109)设置在所述除尘腔体(201)的相对两端，所述进气管道(101)用于向所述除尘腔体(201)内引入含有废物颗粒(205)的进气气流(202)，所述排气管道(109)用于从所述除尘腔体(201)内排出排气气流(207)，所述电磁线圈(106)环绕设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面，所述圆筒电极(204)间隔设置在所述除尘腔体(201)内并用于吸附电离及偏转后的所述废物颗粒(205)，所述进气检测器(104)设置在所述除尘腔体(201)的设有所述进气管道(101)的一端并用于检测所述进气气流(202)的组分参数，所述排气检测器(108)设置在所述除尘腔体(201)的设有所述排气管道(109)的一端并用于检测所述排气气流(207)的组分参数；及
热电转换器(30)，所述热电转换器(30)包括环绕设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的热电器件(301)及环绕设置在所述热电器件(301)上的环形散热器(300)，所述热电器件(301)位于所述除尘腔体(201)与所述环形散热器(300)之间，所述热电器件(301)用于将所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面与所述环形散热器(300)之间的温差转化为电能并为所述电磁线圈(106)、所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)供电；
所述除尘设备包括设置在所述进气管道(101)下游的扇形圆筒滤网(102)，所述扇形圆筒滤网(102)设置在所述除尘腔体(201)内；
所述除尘设备包括进气检测探头(105)和排气检测探头(107)，所述进气检测探头(105)连接所述进气检测器(104)，所述排气检测探头(107)连接所述排气检测器(108)，所述进气检测探头(105)和所述排气检测探头(107)分别插入所述圆筒电极(204)和所述除尘腔体(201)的内部相对的两个底端之间。
2.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述电磁线圈(106)的材质为镀镍铜芯高耐火绝缘导线。
3.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述除尘设备包括金属梁(203)，所述圆筒电极(204)通过所述金属梁(203)相互固定，相邻所述圆筒电极(204)之间留有一定间隙。
4.根据权利要求3所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述金属梁(203)及所述圆筒电极(204)的材质均为金、铅、铂、铝、碳、镍、或钛。
5.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)分别设置在所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的相背的两侧。
6.根据权利要求5所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述进气检测探头(105)与所述排气检测探头(107)相同，是温度湿度检测仪、化学组分分析检测仪及微纳颗粒尺寸检测仪中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，在沿所述环形散热器(300)至所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面的方向上，所述热电器件(301)包括依次叠层设置的第一导热基底(302)、第一电极层(303)、p型热电腿(304)、n型热电腿(305)、第二电极层(306)及第二导热基底(307)，所述p型热电腿(304)和所述n型热电腿(305)交错设置并且分别通过所述第一电极层(303)及所述第二电极层(306)与相邻的所述p型热电腿(304)或所述n型热电腿(305)连接。
8.根据权利要求7所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述热电器件(301)的数量为多个，多个所述热电器件(301)串联、并联或串并联的方式结合。
9.根据权利要求7所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述p型热电腿(304)的材质是高温段的p型SiGe基材料、p型CoSb3基材料、p型SnSe基材料、p型PbSe基材料、p型Cu2Se基材料、p型BiCuSeO基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu(In,Ga)Te2材料、p型FeSi2基材料、CrSi2、MnSi1.73、CoSi、p型Cu1.8S基材料、或p型氧化物材料；或者
所述p型热电腿(304)的材质是中温段的p型PbTe基材料、p型CoSb3基材料、p型Half-Heusler材料、p型Cu1.8S基材料、或p型AgSbTe2基材料；或者
所述p型热电腿(304)的材质是低温段的p型Bi2Te3基材料、p型Sb2Se3基材料、或p型Sb2Te3基材料。
10.根据权利要求7所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述n型热电腿(305)的材质是高温段的n型SiGe基材料、n型CoSb3基材料、n型SnSe基材料、n型SnTe基材料、n型Cu2Se基材料、n型Half-Heusler材料、或n型氧化物材料；或者
所述n型热电腿(305)的材质是中温段的n型PbTe基材料、n型PbS基材料、n型CoSb3基材料、n型Mg2Si基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型InSb基材料、n型Half-Heusler材料、n型氧化物材料、或n型AgSbTe2基材料；或者
所述n型热电腿(305)的材质是低温段的n型Bi2Te3基材料、n型BiSb基材料、n型Zn4Sb3基材料、n型Mg3Sb2基材料、n型Bi2Se3基材料、或n型Sb2Se3基材料。
11.根据权利要求7所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述第一导热基底(302)、第二导热基底(307)的材质均为氧化铝陶瓷或聚酰亚胺复合材料。
12.根据权利要求7所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述环形散热器(300)设置在所述第一导热基底(302)的外表面以将所述热电器件(301)与所述除尘腔体(201)夹持固定，所述环形散热器(300)包括至少两片散热翅片(300a)。
13.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)包括固定支架(103)，所述固定支架(103)分别设置在除尘腔体(201)的相对的两端，所述进气管道(101)与所述排气管道(109)分别通过所述固定支架(103)设置在所述除尘腔体(201)上。
14.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述除尘腔体(201)的材质为绝缘高分子材料、绝缘胶木或绝缘陶瓷，所述进气管道(101)及所述排气管道(109)的材质均为不锈钢或金属铜。
15.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述介质颗粒(206)为绝缘体，所述介质颗粒(206)是电负性高于电极材料电负性的聚四氟乙烯或氟化乙烯丙烯共聚物，或者是电负性低于电极材料电负性的石英、玻璃或硅酸盐材料。
16.根据权利要求1所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)，其特征在于，所述环形散热器(300)为石墨散热器、铜散热器、铝合金散热器、或热管。
17.一种利用权利要求1-16任意一项所述的摩擦电热电自驱动除尘检测设备(1)的摩擦电热电自驱动除尘检测方法，其特征在于，所述方法包括：
通过所述进气管道(101)向所述除尘腔体(201)内引入含有所述废物颗粒(205)的所述进气气流(202)；
所述废物颗粒(205)与所述除尘腔体(201)内的所述介质颗粒(206)摩擦产生高压电场和/或所述废物颗粒(205)与所述除尘腔体(201)内的所述圆筒电极(204)摩擦产生高压电场以电离所述废物颗粒(205)；
通过所述热电器件(301)将所述除尘腔体(201)的环形侧壁外表面与所述环形散热器(300)之间的温差转化为电能并为所述电磁线圈(106)、所述进气检测器(104)及所述排气检测器(108)供电；
所述电磁线圈(106)的磁场偏转电离后的所述废物颗粒(205)及所述圆筒电极(204)吸附电离及偏转后的所述废物颗粒(205)以使所述进气气流(202)转换为排气气流(207)；及
通过所述排气检测器(108)检测所述排气气流(207)的组分参数。
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