气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气体净化装置，包括：在待净化气体的流动方向上依次层叠设置的摩擦发电层和净化层，以及连接摩擦发电层与净化层的整流电路，其中，摩擦发电层，包括至少一组相邻设置的正极发电组件和负极发电组件，正极发电组件和负极发电组件之间形成气流通道，在待净化气体的吹动下，正极发电组件和负极发电组件相互接触摩擦产生交流电场；整流电路，将交流电场转换为直流电场；净化层，在直流电场的作用下过滤待净化气体。本实用新型还公开了一种应用该气体净化装置的车辆空气净化系统。本实用新型的气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统设备简单、价格低廉、净化效率高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种净化装置，尤其涉及一种利用摩擦发电原理提高空气过滤效 果的气体净化装置，以及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统。 气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统
【背景技术】
[0002] 随着经济的不断发展，人类生存环境也在逐渐恶劣。近些年，世界各地都出现了环 境问题，尤其是空气污染问题，例如日益严重的PM2. 5污染。
[0003] 单就车辆内部的环境污染而言，一方面是由于车辆处于空调外循环状态时进入车 内的外界空气。外界空气要进入车内，首先要通过车内的空调滤清器，但现有普通的空调滤 清器只能过滤颗粒大小大于5微米直径的灰尘以及花粉，对于PM2. 5则无能为力。因此，面 对日益严重的PM2. 5污染，现有的车内空气净化系统仅仅依靠单纯的空调滤清器已经不能 满足车内清新环境的需要。
[0004] 针对上述情况，目前多数汽车采用车内空气质量控制系统，其是通过车外的空气 质量传感器，感知车外空气质量，控制车辆内外循环，如当车外空气质量较差的时候，空气 质量控制系统会关闭外循环进风口，把空调系统切换到内循环状态。
[0005] 但造成车辆内部环境污染的另一方面则是由于车厢内的各种装饰材料和内部织 物会散发有机物污染，其主要成分是烃类、齒代烃、氧烃和氮烃，包括：苯系物、有机氯化物、 氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。由此，如车辆长时间处于空调内 循环状态，便会导致车厢内空气不流通，车厢内部有毒气体不能排除的状况，同样对人体身 体健康不利。
[0006] 基于目前车辆的空气循环系统存在的上述问题，有人提出了使用驻极体材料来提 升车辆内部的空气净化能力，如中国实用新型专利申请"201210106165. 8利用材料驻极体 特性集尘的空气净化装置和空气净化方法"。其中，驻极体是指那些能够长期储存空间电荷 和偶极电荷的电介质材料。驻极体纤维通常带有几百至上千伏电压，而纤维的间隙很小，从 而形成无数个无源电极。电极间电场通常达到几十Mv/m甚至更高，等效面电荷密度高达 90nC/cm，因此驻极体空气过滤材料除原有的机械阻挡作用外，还能够依靠静电力直接吸引 空气中的带电颗粒并将其捕获，或诱导空气中的中性微粒产生极性再将其捕获，从而更有 效地过滤空气中的亚微米粒子，在不增加空气阻力的情况下显著提高过滤效率。
[0007] 驻极体材料具有优异的过滤效果，其原因在于驻极体材料中存在较高的电荷密度 和较稳定的电荷稳定性，这些静电作用能直接吸引空气中的带电颗粒并将其捕获，或诱导 空气中的中性微粒产生极性再将其捕获，因此采用驻极体材料进行过滤的过程中首先要对 驻极体材料进行静电驻极。目前的静电驻极方法主要采用电晕放电法，电晕放电法是利用 非均匀电场引起空气的局部击穿的电晕放电产生的粒子束轰击电介质使之带电。这就需要 在材料制备过程中使用专用设备对材料进行驻极改性，由此使得材料加工工艺复杂，而且 驻极体材料的电荷保存周期不稳定，存在用作空气过滤材料时空气过滤效率低的缺点。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种制作工艺简单、价格低廉、过滤效率高的气体净 化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型的一种气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆 空气净化系统的具体技术方案为：
[0010] 一种气体净化装置，包括：在待净化气体的流动方向上依次层叠设置的摩擦发电 层和净化层，以及连接摩擦发电层与净化层的整流电路，其中，摩擦发电层，包括至少一组 相邻设置的正极发电组件和负极发电组件，正极发电组件和负极发电组件之间形成气流通 道，在待净化气体的吹动下，正极发电组件和负极发电组件相互接触摩擦产生交流电场；整 流电路，将交流电场转换为直流电场；净化层，在直流电场的作用下过滤待净化气体。
[0011] 一种车辆空气净化系统，包括车辆空调装置和上述的气体净化装置，气体净化装 置设置在车辆空调装置的进风口处和/或出风口处。
[0012] 本实用新型的气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统具有以 下优点：
[0013] 本实用新型的气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统在使用 过程中可随时通过摩擦发电层产生的电场吸附空气中的带电微粒，同时还可对过滤材料进 行静电驻极，并诱导空气中的中性微粒产生极性，能够使气体净化装置一直保持较高的过 滤效率。
[0014] 本实用新型的气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统中的摩 擦发电层在产生电能时会形成高压电场，进而能够将待净化气体中的部分中性粒子强制带 电，可为后续静电过滤层的直接吸附创造条件。
[0015] 本实用新型的气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统设备简 单、价格低廉、净化效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的气体净化装置的第一实施例的结构示意图；
[0017] 图2为图1中的摩擦发电层框架的第一实施例的结构示意图；
[0018] 图3为图1中的摩擦发电层框架的第二实施例的结构示意图；
[0019]图4为本实用新型的气体净化装置的第二实施例的结构示意图；
[0020] 图5为本实用新型的气体净化装置的第三实施例的结构示意图；
[0021] 图6为本实用新型的气体净化装置的第四实施例的结构示意图；
[0022] 图7为本实用新型中的基于摩擦发电的PM2. 5滤膜的第一实施例的结构示意图；
[0023] 图8为本实用新型中的基于摩擦发电的PM2. 5滤膜的第二实施例的结构示意图；
[0024] 图9为本实用新型中的多孔过滤纤维膜层的结构示意图；
[0025] 图10为本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电组件的第一实施 例的结构不意图；
[0026] 图11为本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电组件的第二实施 例的结构不意图；
[0027] 图12为本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电组件的第三实施 例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的 一种气体净化装置及应用该气体净化装置的车辆空气净化系统做进一步详细的描述。
[0029] 如图1至图6所示，本实用新型的气体净化装置包括：在待净化气体的流动方向上 依次层叠设置的摩擦发电层和净化层，以及连接摩擦发电层与净化层的整流电路。其中，摩 擦发电层包括至少一组相邻设置的正极发电组件和负极发电组件，正极发电组件和负极发 电组件之间形成气流通道，在待净化气体的吹动下，正极发电组件和负极发电组件相互接 触摩擦产生交流电场；整流电路将摩擦发电层产生的交流电场转换为直流电场；净化层在 整流电路转换的直流电场的作用下过滤待净化气体。
[0030] 进一步，如图1所示，其为本实用新型的气体净化装置的第一实施例的结构示意 图。本实施例中，气体净化装置100包括摩擦发电层110和净化层120,摩擦发电层110和 净化层120通过整流电路（图中未示）连接。其中，摩擦发电层110和净化层120固定设置 在外框架130内部，并位于进风口 140和出风口 150之间，且摩擦发电层110靠近进风口 140设置，净化层120靠近出风口 150设置。
[0031] 进一步，本实施例中的摩擦发电层110包括多组相邻设置的正极发电组件111和 负极发电组件112,且正极发电组件111和负极发电组件112固定设置在摩擦发电层框架 160上。其中，如图2和图3所示，本实施例中的摩擦发电层框架160包括边框161和设置 在边框161内部的多根发电组件悬挂臂162。多根发电组件悬挂臂162平行设置，且相邻的 发电组件悬挂臂162之间形成风道163,由气体净化装置的进风口 140进入的待净化气体可 通过风道163进入气体净化装置内部。
[0032] 进一步，如图1所示，每根发电组件悬挂臂162上都设置有一个正极发电组件111 或负极发电组件112,且相邻的两根发电组件悬挂臂162上设置的分别为正极发电组件111 和负极发电组件112,由此，每个风道163的两侧分别为正极发电组件111和负极发电组件 112。本实施例中的正极发电组件111和负极发电组件112为薄膜式发电组件，且正极发电 组件111和负极发电组件112的长度延伸方向与待净化气体的流动方向相同。此外，多组 相邻设置的正极发电组件111和负极发电组件112在与待净化气体的流动方向相垂直的方 向上呈阵列布置。
[0033] 进一步，如图1所示，本实施例中的正极发电组件111和负极发电组件112的一端 悬挂设置在发电组件悬挂臂162上；另一端为悬空自由设置。也即，正极发电组件111和负 极发电组件112远离净化层120的一端为固定端，靠近净化层120的一端为自由端。由此， 当待净化气体由进风口 140进入到风道163中时，设置在风道163两侧的正极发电组件111 和负极发电组件112的自由端在待净化气体的吹动下可相互接触摩擦，进而产生电能。
[0034] 进一步，应注意的是，本实用新型中的正极发电组件111和负极发电组件112也可 为两端都是固定设置，即正极发电组件111和负极发电组件112的远离净化层120的一端 和靠近净化层120的一端都为固定端，以减小因正极发电组件111和负极发电组件112的 振荡而产生的噪音，但此时应保证正极发电组件111和负极发电组件112的两固定端之间 的部分在待净化气体的吹动下可充分地相互接触摩擦，以便于电能的产生。
[0035] 进一步，本实施例中的多个正极发电组件111可通过导线或其他方式电连接在一 起组成正极输出端；多个负极发电组件112可通过导线或其他方式电连接在一起组成负极 输出端。由正极发电组件111组成的正极输出端和由负极发电组件112组成的负极输出端 分别与整流电路（图中未示）相连，整流电路可将摩擦发电层产生的交流电转换为直流电， 并进一步传输给净化层120,以便于净化层120在直流电场的辅助下过滤待净化气体。应注 意的是，本实用新型中的整流电路可采用本领域中常用的交流转直流式电路的结构形式， 此处不再详述。
[0036] 进一步，如图1所示，本实施例中的净化层120包括层叠设置的第一电极板121、过 滤层122和第二电极板123。其中，第一电极板121与整流电路的正极输出端相连，第二电 极板123与整流电路的负极输出端相连，第一电极板121和第二电极板123之间形成直流 电场。由此，第一电极板121和第二电极板123之间的过滤层122可在形成的直流电场的 辅助下吸附、过滤待净化气体中的尘埃粒子。应注意的是，本实施例中的第一电极板121和 第二电极板123可为多孔结构电极板，过滤层122可为驻极体纤维层，且第一电极板121、过 滤层122和第二电极板123的长度延伸方向与待净化气体的流动方向相垂直。
[0037] 进一步，本实施例中的气体净化装置100的工作过程及原理为：1)待净化气体由 进风口 140送入，并通过风道163进入气体净化装置100的内部；2)待净化气体通过风道 163时，会吹动相邻的正极发电组件111和负极发电组件112相互接触摩擦，以产生电能； 3)正极发电组件111和负极发电组件112产生的电能输送给整流电路，由整流电路将正极 发电组件111和负极发电组件112产生的交流电转换为直流电；4)整流电路将转换后的 直流电通过正极输出端和负极输出端传递给第一电极板121和第二电极板123,由此，第一 电极板121和第二电极板123之间会形成直流电场；5)第一电极板121和第二电极板123 之间形成的直流电场会导向待净化气体中的带电粒子，并给第一电极板121和第二电极板 123之间的过滤层122 (驻极体纤维层）充电，驻极体纤维层带电后可吸附待净化气体中的 带电尘埃粒子，以达到除尘的效果。
[0038] 此外，本实施例中的正极发电组件111和负极发电组件112在产生电能时也会形 成高压电场，进而能够将待净化气体中的部分中性粒子强制带电，以为后续驻极体纤维层 的直接吸附创造条件。
[0039] 进一步，如图4所示，其为本实用新型的气体净化装置的第二实施例的结构示意 图。本实施例与第一实施例的区别在于净化层的设置形式不同。具体来说，第一实施例的 净化层中的第一电极板121、过滤层122和第二电极板123的长度延伸方向与待净化气体的 流动方向相垂直；而本实施例中，第一电极板221、过滤层222和第二电极板223的长度延 伸方向与待净化气体的流动方向相同，且在与待净化气体的流动方向相垂直的方向上阵列 设置有多组第一电极板221、过滤层222和第二电极板223。本实施例的具体工作过程及原 理与第一实施例类同，不再详述。
[0040] 进一步，如图5所示，其为本实用新型的气体净化装置的第三实施例的结构示意 图。本实施例与第一实施例的区别在于净化层的设置形式不同。具体来说，本实施例中，净 化层320包括相邻设置的电极板321和绝缘基板324,电极板321和绝缘基板324的两侧分 别设置有过滤层322,电极板321和绝缘基板324的长度延伸方向与待净化气体的流动方 向相同，且在与待净化气体的流动方向相垂直的方向上阵列设置有多组电极板321和绝缘 基板324。此外，本实施例中的电极板321都是与整流电路的正极输出端或负极输出端相 连，由此，相邻设置的电极板321和绝缘基板324之间会形成单极电场。应注意的是，本实 施例中的电极板321可为普通电极板，过滤层322可为活性炭层，绝缘基板324可为普通绝 缘板。
[0041] 进一步，本实施例中的气体净化装置300的工作过程及原理为：1)待净化气体吹 动相邻的正极发电组件311和负极发电组件312相互接触摩擦，以产生电能；2)正极发电 组件311和负极发电组件312产生的电能输送给整流电路，由整流电路将正极发电组件311 和负极发电组件312产生的交流电转换为直流电；3)整流电路将转换后的直流电通过正极 输出端或负极输出端输送给电极板321，由此，相邻的电极板321和绝缘基板324之间会形 成单极电场；4)待净化气体流过相邻的电极板321和绝缘基板324之间时，待净化气体中 的带电粒子会在单极电场的导向作用下运动至过滤层322 (活性碳层）并被其捕获，达到除 尘效果。
[0042] 进一步，如图6所示，其为本实用新型的气体净化装置的第四实施例的结构示意 图。本实施例与第三实施例的区别在于净化层中过滤层的设置形式不同。具体来说，本实 施例中，净化层420中相邻的电极板421和绝缘基板424之间的过滤层422包括两种材料， 分别为活性碳层4221和驻极体纤维层4222,由此可达到二级除尘的效果。本实施例的具体 工作过程及原理与第三实施例类同，不再详述。
[0043] 进一步，参考图10至图12,对本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极 发电组件的具体结构进行描述。
[0044] 如图10所示，其示出了本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电 组件的第一种结构。本实施例中，摩擦发电层中的正极发电组件包括第一电极层1，负极发 电组件包括层叠设置的第二电极层2和第二高分子聚合物绝缘层3。其中，正极发电组件中 的第一电极层1和负极发电组件中的第二高分子聚合物绝缘层3相对设置形成摩擦界面。
[0045] 其中，第二高分子聚合物绝缘层3为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲 醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素 薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维海绵 薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄 膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄 膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄 膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、 丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任意一种。
[0046] 其中，第一电极层1和第二电极层2所用材料分别选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳 米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钥、钨或钒； 合金是错合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、 镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金中的一种。
[0047] 下面具体介绍一下摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电组件的工作原理。当 待净化气体吹动摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电组件时，正极发电组件中的第一 电极层1和负极发电组件中的第二高分子聚合物绝缘层3之间的距离发生改变，进而正极 发电组件中的第一电极层1与负极发电组件中的第二高分子聚合物绝缘层3的表面相互接 触摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层1和第二电极层2之间出现电势差。由于第一电 极层1和第二电极层3之间电势差的存在，自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电 势高的一侧，从而在外电路中形成电流。当正极发电组件中的第一电极层1和负极发电组 件中的第二高分子聚合物绝缘层3恢复到原来状态时，形成在第一电极层1和第二电极层2 之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层1和第二电极层2之间将再次产生反向的电 势差，则自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成 周期性的交流电信号。
[0048] 另外，为了提高摩擦发电层的发电能力，正极发电组件和负极发电组件相对设置 的两个面中的至少一个面上可以进一步设置微纳结构4。因此，第一电极层1和第二高分子 聚合物绝缘层3的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极层1和第二电极层2处感 应出较多的电荷。
[0049] 如图11所示，其示出了本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电 组件的第二种结构。本结构与第一种结构的区别在于：摩擦发电层中的正极发电组件包括 层叠设置的第一电极层1和第一高分子聚合物绝缘层5,第一高分子聚合物绝缘层5和第二 高分子聚合物绝缘层3相对设置形成摩擦界面，其中第一高分子聚合物绝缘层5的材料与 第一种结构中第二高分子聚合物的材料选取范围相同，但两者优选不同的材料。参考第一 种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本实施例的工作原理、其余结构设置方式、材料 选取等，此处不再赘述。
[0050] 如图12所示，其示出了本实用新型的摩擦发电层中的正极发电组件和负极发电 组件的第三种结构。本结构与第二种结构的区别在于，摩擦发电层中的负极发电组件进一 步包括居间薄膜层6,其层叠设置在第二高分子聚合物绝缘层3之上，其中居间薄膜层6的 材料与实施例二中第二高分子聚合物层的材料选取范围相同，但两者优选不同的材料。参 考第二种结构，本领域技术人员可以较容易地理解本结构的工作原理、其余结构设置方式、 材料选取等，此处不再赘述。
[0051] 进一步，本实用新型中的过滤层还可为基于摩擦发电的PM2. 5滤膜。如图7所示， 其为本实用新型中的基于摩擦发电的PM2. 5滤膜的第一实施例的结构示意图。本实施例 中，基于摩擦发电的PM2. 5滤膜10包括依次层叠设置的第一支撑层11、第一高分子聚合物 纤维层12、第二高分子聚合物纤维层13和第二支撑层14。其中，第一高分子聚合物纤维层 12和第二高分子聚合物纤维层13分别具有第一侧面和第二侧面。第一高分子聚合物纤维 层12形成在第一支撑层11上，第一高分子聚合物纤维层12与第一支撑层11接触的侧表 面为第一侧表面，而其另一表面为第二侧表面。第二高分子聚合物纤维层13形成在第二支 撑层14上，第二高分子聚合物纤维层13与第二支撑层14接触的侧表面为第一侧表面，而 其另一表面为第二侧表面。第一高分子聚合物纤维层12的第二侧表面和第二高分子聚合 物纤维层13的第二侧表面之间形成摩擦界面。
[0052] 进一步，第一高分子聚合物纤维层12和第二高分子聚合物纤维层13经静电纺丝 形成，第一高分子聚合物纤维层12和第二高分子聚合物纤维层13自身是带静电荷(称作第 一部分静电荷）的高分子聚合物纤维层。当基于摩擦发电的PM2. 5滤膜10受到外力时，第 一高分子聚合物纤维层12和第二高分子聚合物纤维层13形变(例如弯曲)进行摩擦以产生 静电荷(称作第二部分静电荷)，从而保持第一高分子聚合物纤维层12和第二高分子聚合物 纤维层13中的静电荷。
[0053] 进一步，本实施例中，第一高分子聚合物纤维层12所用材料选自聚丙烯(优选等 规聚丙烯)、聚乙烯(优选高密度聚乙烯)、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚四氟乙 烯或聚偏氟乙烯；第二高分子聚合物纤维层13所用材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6、聚 碳酸酯、乙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯或聚丙烯腈。由于需要摩擦，在材料选择上基本 为构成摩擦界面的两高分子聚合物纤维层在摩擦序列上一为易带正电材料，一为易带负电 材料。优选的为如下材料之间构成摩擦界面：聚二甲基硅氧烷与聚对苯二甲酸乙二酯，尼龙 6与聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏氟乙烯与聚丙烯腈。
[0054] 进一步，减小纤维的直径，增加纤维的密度可以增加过滤效率，但同时会增加通过 高分子聚合物纤维层的阻力，因此优选的，构成第一高分子聚合物纤维层12的纤维的直径 为0. 5-1 μ m ;构成第二高分子聚合物纤维层13的纤维的直径为1-3 μ m，第一高分子聚合物 纤维层12的密度大约是0. 7-0. 9g/cm2 (优选0. 78g/cm2)，第二高分子聚合物纤维层13的 密度大约是〇.9-1.28/(^2(优选1.088/(^ 2)，达到了最佳过滤效果。第一高分子聚合物纤 维层12的厚度为5-30 μ m ;第二高分子聚合物纤维层13的厚度为5-30 μ m。
[0055] 进一步，优选的是，构成第一高分子聚合物纤维层12和/或第二高分子聚合物纤 维层13的纤维中掺杂有活性碳粒子、ZnO粒子、金属银粒子或Ti02粒子。上述活性碳粒 子、ZnO粒子、金属银粒子或Ti0 2粒子为常规市售粒子，掺杂量为以高分子聚合物材料量为 100wt%计的5-10wt%，这些粒子的体积粒径为0. 1-0. 5 μ m。
[0056] 进一步，第一支撑层11和第二支撑层14所用材料可以是常规市售的静电绵或无 纺布，优选聚丙烯无纺布。优选的，第一支撑层11和第二支撑层14所用材料是等离子体处 理后的静电绵或无纺布。
[0057] 进一步，第一高分子聚合物纤维层12和第二高分子聚合物纤维层13自身采用静 电纺丝的方式制成，已经带有电荷(第一部分静电荷)，从而也有一定的PM2. 5颗粒过滤效 果。然而该电荷会随着时间的增加而流逝，并不能保证对PM2. 5颗粒过滤的长时间有效。而 在有机械震动的环境下，例如待净化气体的吹动，第一高分子聚合物纤维层12表面和第二 高分子聚合物纤维层13表面相互摩擦产生静电荷(第二部分静电荷)，该静电荷的产生会保 持第一高分子聚合物纤维层和第二高分子聚合物纤维层中的电荷，从而使得本实施例中的 基于摩擦发电的PM2. 5滤膜10能够长时有效的过滤PM2. 5颗粒。
[0058] 进一步，如图8所示，其为本实用新型中的基于摩擦发电的PM2. 5滤膜的第二实施 例的结构示意图。本实施例中，基于摩擦发电的PM2. 5滤膜20包括依次层叠设置的第一支 撑层21、第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层23、第三高分子聚合物纤 维层24和第二支撑层25。其中，第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层23 和第三高分子聚合物纤维层24分别具有第一侧面和第二侧面。第一高分子聚合物纤维层 22设置在第一支撑层21上，第一高分子聚合物纤维层22与第一支撑层21接触的侧表面为 其第一侧表面，而其另一表面为第二侧表面。第三高分子聚合物纤维层24设置在第二支撑 层25上，第三高分子聚合物纤维层24与第二支撑层25接触的侧表面为其第一侧表面，而 其另一表面为第二侧表面。第一高分子聚合物纤维层22的第二侧表面和第二高分子聚合 物纤维层23的第二侧表面之间，以及第二高分子聚合物纤维层23的第一侧表面和第三高 分子聚合物纤维层24的第二侧表面之间形成摩擦界面。
[0059] 进一步，第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层23和第三高分子 聚合物纤维层24经静电纺丝形成，第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层 23和第三高分子聚合物纤维层24是带静电荷(第一部分静电荷）的高分子聚合物纤维层。 当基于摩擦发电的PM2. 5滤膜20受到外力作用时，第一高分子聚合物纤维层22、第二高分 子聚合物纤维层23和第三高分子聚合物纤维层24形变(例如弯曲），第一高分子聚合物纤 维层22和第二高分子聚合物纤维层23之间进行摩擦以及第二高分子聚合物纤维层23和 第三高分子聚合物纤维层24之间进行摩擦，以产生静电荷(第二部分静电荷)，从而保持第 一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层23和第三高分子聚合物纤维层24中 的静电荷。
[0060] 进一步，本实施例中，第一高分子聚合物纤维层22和第三高分子聚合物纤维层24 所用材料相同或不同，选自聚丙烯(优选等规聚丙烯)、聚乙烯(优选高密度聚乙烯)、聚氯乙 烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯；第二高分子聚合物纤维层23所 用材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙6、聚碳酸酯、乙酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯或聚丙 烯腈。由于需要摩擦，在材料选择上基本为构成摩擦界面的两高分子聚合物纤维层在摩擦 序列上一为易带正电材料，一为易带负电材料。优选的为如下材料之间构成摩擦界面：聚二 甲基硅氧烷与聚对苯二甲酸乙二酯，尼龙6与聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲 酯，聚偏氟乙烯与聚丙烯腈。
[0061] 进一步，减小纤维的直径，增加纤维的密度可以增加过滤效率，但同时会增加通过 高分子聚合物纤维层的阻力，因此优选的是，构成第一高分子聚合物纤维层22和第三高分 子聚合物纤维层24的纤维的直径为0. 5-1 μ m ;构成第二高分子聚合物纤维层23的纤维 的直径为1-3 μ m。第一高分子聚合物纤维层22和第三高分子聚合物纤维层24的厚度为 5-30 μ m ;第二高分子聚合物纤维层23的厚度为5-30 μ m。第一高分子聚合物纤维层22和 第三高分子聚合物纤维层24的密度大约是0. 7-0. 9g/cm2 (优选0. 78g/cm2)，第二高分子聚 合物纤维层23的密度大约是0· 9-1. 2g/cm2 (1. 08g/cm2)。
[0062] 进一步，优选的是，构成第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层 23和/或第三高分子聚合物纤维层24的纤维中掺杂有活性碳粒子、ZnO粒子、金属银粒子 或Ti02粒子。上述活性碳粒子、ZnO粒子、金属银粒子或Ti02粒子为常规市售粒子，掺杂 量为以高分子聚合物材料量为l〇〇wt%计的5-lOwt%，这些粒子的体积粒径为0. 1-0. 5 μ m。
[0063] 进一步，第一支撑层21和第二支撑层25所用材料可以是常规市售的静电绵或无 纺布，优选聚丙烯无纺布。优选的，第一支撑层21和第二支撑层25所用材料是等离子体处 理后的静电绵或无纺布。
[0064] 进一步，第一高分子聚合物纤维层22、第二高分子聚合物纤维层23和第三高分子 聚合物纤维层24自身采用静电纺丝的方式制成，已经带有电荷，从而也有一定的PM2. 5颗 粒过滤效果。然而该电荷会随着时间的增加而流逝，并不能保证对PM2. 5颗粒过滤的长时 间有效。在有机械震动的环境下，例如待净化气体的下，第一高分子聚合物纤维层22表面 和第二高分子聚合物纤维层23表面，以及第二高分子聚合物纤维层23表面和第三高分子 聚合物纤维层24表面相互摩擦产生静电荷，该静电荷的产生会保持第一高分子聚合物纤 维层，第二高分子聚合物纤维层和第三高分子聚合物纤维层24中的电荷，从而使得基于摩 擦发电的PM2. 5滤膜20能够长时有效的过滤PM2. 5颗粒。
[0065] 进一步，本实用新型的净化层中的过滤层也可选用多孔过滤纤维膜层。如图9所 示，其为本实用新型中的多孔过滤纤维膜层的结构示意图。本实施例中，多孔过滤纤维膜层 30包括层叠设置的第一多孔过滤纤维膜31和第二多孔过滤纤维膜32。在外力的作用下(如 待净化气体的吹动下)，第一多孔过滤纤维膜31和第二多孔过滤纤维膜32相互接触摩擦产 生电能，且多孔过滤纤维膜层30在产生的电能的辅助下可吸附、过滤待净化气体中的尘埃 粒子。
[0066] 进一步，第一多孔过滤纤维膜31和第二多孔过滤纤维膜32的材料可选自：聚甲基 丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物、聚三氟乙烯、 聚丙烯(共混）及聚酯中的任意两种。
[0067] 进一步，第一多孔过滤纤维膜31和第二多孔过滤纤维膜32可以采用烧结法（适 用PTFE和PVC)、双向拉伸法、抽出法和电子射线刻蚀法来制作。其中，双向拉伸法为在配方 中加入高熔点的无机微小粒子，成型后加热拉伸，由于无机离子不变形而有机物质变形，从 而在两者之间形成孔隙，在PE及PP中，一般加氧化锌等。抽出法为在配方中加入可溶性物 质，成型后用适当溶剂将其溶去，即成为微孔结构，常用的可溶性物质有无机盐、硅微粉、金 属粉、有机化物膨润剂、增塑剂、界面活性剂、淀粉、氰甲基纤维素、聚乙烯醇等，溶剂依可溶 性物质不同而相应选择水、酸及碱等。电子射线刻蚀法为用电子线辐射薄膜，将辐射受伤部 分用适当刻蚀机处理即可留下细孔，如PC膜经辐射处理后，用氢氧化钠作蚀刻机，可制作 孔径0.03-8 μ m的多孔膜。
[0068] 进一步，优选的是，第一多孔过滤纤维膜31和第二多孔过滤纤维膜32的厚度为 50-500 μ m，孔隙率为50%-90%，纤维丝径分布在1-100 μ m，孔径小于2. 5 μ m。
[0069] 进一步，本实用新型中的多孔过滤纤维膜层还可仅包括一层多孔过滤纤维膜，该 多孔过滤纤维膜设置在多孔金属材质支撑层上，多孔金属材质支撑层可为由硬质材料制 成的过滤网，例如金属、合金等，多孔金属材质支撑层一方面起到支撑多孔过滤纤维膜的作 用，另一方面可起到过滤作用。在待净化气体的吹动下，该多孔过滤纤维膜可与多孔金属材 质支撑层相互接触摩擦产生电能，多孔过滤纤维膜层在产生的电能的辅助下可吸附、过滤 待净化气体中的尘埃粒子。
[0070] 进一步，本实用新型中的气体净化装置可用于现有的各种空气过滤装置中，如车 辆空气净化系统。具体来说，本实用新型提供了一种车辆空气净化系统，该车辆空气净化系 统包括车辆空调装置和上述气体净化装置，气体净化装置设置在车辆空调装置的进风口处 和/或出风口处，以增强现有车辆空气净化系统对尘埃粒子的吸附效果，达到净化空气的 目的。
[0071] 以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具 体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅 读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
【权利要求】
1. 一种气体净化装置，其特征在于，包括：在待净化气体的流动方向上依次层叠设置 的摩擦发电层和净化层，以及连接摩擦发电层与净化层的整流电路，其中， 摩擦发电层，包括至少一组相邻设置的正极发电组件和负极发电组件，正极发电组件 和负极发电组件之间形成气流通道，在待净化气体的吹动下，正极发电组件和负极发电组 件相互接触摩擦产生交流电场； 整流电路，将交流电场转换为直流电场； 净化层，在直流电场的作用下过滤待净化气体。
2. 根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征在于，摩擦发电层中的正极发电组件 和负极发电组件为薄膜状结构，正极发电组件和负极发电组件的长度延伸方向与待净化气 体的流动方向相同。
3. 根据权利要求2所述的气体净化装置，其特征在于，正极发电组件和负极发电组件 远离净化层的一端为固定端，靠近净化层的一端为自由端；待净化气体吹动摩擦发电层时， 正极发电组件和负极发电组件的自由端能够自由摆动，使正极发电组件和负极发电组件相 互接触摩擦产生交流电场。
4. 根据权利要求2所述的气体净化装置，其特征在于，正极发电组件和负极发电组件 的远离净化层的一端和靠近净化层的一端都为固定端，两固定端之间的部分在待净化气体 的吹动下能够摆动，使正极发电组件和负极发电组件相互接触摩擦产生交流电场。
5. 根据权利要求3或4所述的气体净化装置，其特征在于，摩擦发电层包括多组相邻设 置的正极发电组件和负极发电组件，多组相邻设置的正极发电组件和负极发电组件在与待 净化气体的流动方向相垂直的方向上呈阵列布置。
6. 根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征在于，摩擦发电层中的正极发电组件 包括第一电极层，负极发电组件包括依次层叠设置的第二电极层和第二高分子聚合物绝缘 层，其中，第二高分子聚合物绝缘层与第一电极层相对设置； 或正极发电组件包括依次层叠设置的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，负极发 电组件包括第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层，其中，第一高分子聚合物绝缘层与第 二高分子聚合物绝缘层相对设置； 或正极发电组件包括第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，负极发电组件包括依次 层叠设置的第二电极层、第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层，其中，居间薄膜层与第一 高分子聚合物绝缘层相对设置。
7. 根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征在于，净化层包括：层叠设置的第一电 极板和第二电极板，其中， 第一电极板，与整流电路的正极输出端相连； 第二电极板，与整流电路的负极输出端相连； 第一电极板和第二电机板之间形成直流电场，过滤待净化气体中的尘埃粒子。
8. 根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征在于，净化层包括：层叠设置的电极板 和绝缘基板，其中， 电极板，与整流电路的正极输出端或负极输出端相连； 电极板和绝缘基板之间形成单极电场，过滤待净化气体中的尘埃粒子。
9. 根据权利要求7或8所述的气体净化装置，其特征在于，直流电场或单极电场中设置 有过滤层，其中， 过滤层为驻极体纤维层、活性炭层、基于摩擦发电机的PM2. 5滤膜或多孔过滤纤维膜 层中的一种或多种的组合。
10. 根据权利要求9所述的气体净化装置，其特征在于，基于摩擦发电的PM2. 5滤膜 包括依次层叠设置的第一支撑层、第一高分子聚合物纤维层、第二高分子聚合物纤维层和 第二支撑层；第一高分子聚合物纤维层设置在第一支撑层上，第二高分子聚合物纤维层设 置在第二支撑层上，第一高分子聚合物纤维层和第二高分子聚合物纤维层之间形成摩擦界 面； 第一高分子聚合物纤维层和第二高分子聚合物纤维层经静电纺丝形成，第一高分子聚 合物纤维层和第二高分子聚合物纤维层是带静电荷的高分子聚合物纤维层； 当基于摩擦发电的PM2. 5滤膜受到外力作用时，第一高分子聚合物纤维层和第二高分 子聚合物纤维层形变进行摩擦，以产生静电荷，从而保持第一高分子聚合物纤维层和第二 高分子聚合物纤维层中的静电荷量。
11. 根据权利要求10所述的气体净化装置，其特征在于，第二高分子聚合物纤维层和 第二支撑层之间设置有第三高分子聚合物纤维层，第三高分子聚合物纤维层设置在第二支 撑层上，第二高分子聚合物纤维层和第三高分子聚合物纤维层之间形成摩擦界面； 第三高分子聚合物纤维层经静电纺丝形成，第三高分子聚合物纤维层是带静电荷的高 分子聚合物纤维层； 当基于摩擦发电的PM2. 5滤膜受到外力作用时，第二高分子聚合物纤维层和第三高分 子聚合物纤维层形变进行摩擦，以产生静电荷，从而保持第三高分子聚合物纤维层中的静 电荷量。
12. 根据权利要求9所述的气体净化装置，其特征在于，多孔过滤纤维膜层包括层叠设 置的第一多孔过滤纤维膜和第二多孔过滤纤维膜，第一多孔过滤纤维膜和第二多孔过滤纤 维膜相互接触摩擦能够产生电能，多孔过滤纤维膜层在产生的电能的辅助下吸附、过滤待 净化气体中的尘埃粒子。
13. 根据权利要求9所述的气体净化装置，其特征在于，多孔过滤纤维膜层包括多孔过 滤纤维膜和多孔金属材质支撑层，多孔过滤纤维膜设置在多孔金属材质支撑层上，多孔过 滤纤维膜和多孔金属材质支撑层相互接触摩擦能够产生电能，多孔过滤纤维膜层在产生的 电能的辅助下吸附、过滤待净化气体中的尘埃粒子。
14. 一种车辆空气净化系统，其特征在于，包括车辆空调装置和上述任一权利要求中所 述的气体净化装置，气体净化装置设置在车辆空调装置的进风口处和/或出风口处。
【文档编号】B60H3/06GK203874622SQ201420181405
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】徐传毅, 王珊, 叶柏盈, 刘文骞, 赵军伟 申请人:纳米新能源（唐山）有限责任公司