一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，包括：三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括三维多孔石墨烯、相变储热材料、尾气通道、尾气净化催化剂层；上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的微纳米结构层叠置相对应，并与三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构。

An integrated device for exhaust gas purification and double generation of graphene engine

The invention discloses a graphene type exhaust gas purification and double power integrated device including: porous graphene, exhaust gas purification and power generation complex; the three-dimensional porous graphene complex including exhaust gas purification and generating three-dimensional porous graphene collector and catalytic converter, the three-dimensional porous graphene asymmetric diffuser plate array micro nano structure layer, a retractable elastic exhaust the adiabatic cylinder; the three-dimensional porous graphene collector and catalytic converter including porous graphene, phase-change material, exhaust channel, exhaust gas purification catalyst layer; the upper three dimensional porous graphene exhaust assembly and power generation complex at the bottom layer and a lower layer of three-dimensional micro nano structure porous graphene exhaust gas purification and power generation complex top mounted micro nano structure stacked correspondingly, and three-dimensional porous graphene asymmetric diffuser The array plate and the telescopic elastic tail gas adiabatic cylinder together form a laminated friction nano generator structure.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置
本专利技术涉及发动机及尾气净化与尾气热电发电领域，更具体地说，涉及一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置。
技术介绍
目前，大多数汽车和船舶的发动机仍以内燃机驱动为主，发动机燃料燃烧所释放的能量只有一部分用于做机械功，其余的尾气能量都以一部分废热形式被冷却水吸收，另一部分通过排气管直接排到大气中，由此可见，发动机尾气的非控制性排放，即会造成发动机尾气废热能量的浪费，也会造成尾气中有害物质对环境污染问题。当前发动机尾气净化催化剂的使用，可以改善尾气对大气的污染，但是还存在系列技术问题有待解决，例如：(1)发动机冷启动问题：当前大多数催化剂高温活性较好，低温活性较差，发动机尾气中60％-80％的有毒气体是在冷启动2分钟内产生的，因此带来了发动机冷启动问题；(2)催化剂热失效问题：催化剂热老化是指在高温作用下发生烧结和晶粒长大，中间层和贵金属晶体表面积都会缩小，导致活性下降。如何进一步提高尾气催化剂的工作热稳定性和催化剂净化效果，如何解决由于发动机冷启动带来的污染，如何进一步增强尾气热量发电效率等，这些都极待人们去解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，包括三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、半导体热电装置、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒、冷却循环水通道、导热绝缘层；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括：三维多孔石墨烯、尾气通道、尾气净化催化剂层，所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述尾气通道；所述尾气通道表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板装配在所述尾气通道中，并固定在所述尾气通道侧面；所述半导体热电装置，包括：半导体热电片、半导体热电片电流控制器；所述半导体热电装置装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部、底部或侧面；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部或底部的半导体热电装置的热端通过所述导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯集热与催化器上端或下端相连接，其冷端通过导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的侧面的半导体热电装置的热端通过顶端导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板相连接，其冷端通过所述导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；所述可伸缩弹性尾气绝热筒，包括：可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒，并分别对应装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的两侧端面；所述微纳米结构层装配在三维多孔石墨烯集热与催化器的底部或顶部；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的所述微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的微纳米结构层叠置相对应，并与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构；装置整体构成具有石墨烯型发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效果的一体化结构。上述方案中，所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板形态包括：三维多孔石墨烯非对称性扰流平面型阵列板、三维多孔石墨烯非对称性扰流曲面型阵列板或三维多孔石墨烯非对称性扰流波浪型阵列板；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体和下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体分别采用不同形态的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，以便强化尾气气流所形成的非对称性振动或摩擦移动，达到增强摩擦式纳米发电效率。上述方案中，所述三维多孔石墨烯集热与催化器中的三维多孔石墨烯包括：三维多孔石墨烯海绵、三维多孔石墨烯水凝胶、三维多孔石墨烯气凝胶、三维多孔石墨烯泡沫或三维多孔氧化石墨烯组装体，并向其中添加石墨烯纳米片、纳米碳管或纳米材料构成导热加强型三维多孔石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯组装相变储热材料方式包括：针对三维多孔石墨烯表面及孔洞进行物理或化学修饰，以及采用的组装方法包括：吸附法、真空浸渍法、分子灌注法、电沉积法、溶剂水热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、原位聚合法、氧化石墨烯包覆法、定向流动组装法、气液界面自组装法或冷冻干燥法。上述方案中，所述微纳米结构层采用微纳米线、微纳米棒、微纳米管、微纳米球、微纳米颗粒、微纳米沟槽、微纳米锥、微纳米复合材料、微纳米结构图案、微纳米编织物或不同摩擦电极序微纳米聚合物形成。上述方案中，所述尾气净化催化剂层中的催化剂包括：RtRh催化剂、RtRhPd催化剂、全Pd(钯)催化剂、稀土CeO、La2O3催化剂或稀土复合型催化剂。上述方案中，所述半导体热电装置采用的材料，包括：金属硅化物型热电材料、纳米超晶格热电材料、电子晶体-声子玻璃热电材料、钴基氧化物热电材料、超晶格薄膜热电材料、Skuttellldite热电材料、Bi2Te3热电材料或PbTe中添加SrTe和Na热电材料。上述方案中，还包括：智能控制器、蓄电池、温度传感器；所述温度传感器、半导体热电片电流控制器、蓄电池均与所述智能控制器相连接。本专利技术提供的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置的工作过程如下：在智能控制器的启动工作指令下，半导体热电装置处于热电热泵供热工作状态，半导体热电片电流控制器向半导体热电装置的半导体热电片提供工作电流；三维多孔石墨烯集热与催化器和三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的温度升高；三维多孔石墨烯集热与催化器中组装的相变储热材料，储存半导体热电片提供热量，使装置所处温度升高后驱于稳定，克服了传统发电机由于低温启动带来的污染问题；温度传感器测定装置工作温度，并将温度信息传输给智能控制器；当装置工作温度达到催化剂所需工作温度时，智能控制器发出发动机尾气净化工作指令，半导体热电片电流控制器停止向半导体热电装置的半导体热电片提供工作电流；发动机开始启动运转工作，半导体热电装置转入半导体热电温差发电工作阶段；发动机进行运转时尾气进入三维多孔石墨烯集热与催化器的中空形态尾气通道；装配在中空形态尾气通道中的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，对发动机尾气产生非对称性扰流、集热和传热作用；装配在三维多孔石墨烯集热与催化器内表面的尾气净化催化剂层和三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的尾气净化催化剂层，对发动机尾气协同产生净化作用；由于装置中的三维多孔石墨烯具有良好的导热作用，能够将发动机尾气热量通过导热绝缘层传输给半导体热电装置的热端；半导体热电装置的冷端通过导热绝缘层与冷却循环水通道相连接；半导体热电装置开始进行半导体热电温差发电工作状态。当发动机开始运转工作时，发动机尾气分别通过上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体的中空形态尾气通道、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体的中空形态尾气通道，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，包括三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、半导体热电装置、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒、冷却循环水通道、导热绝缘层；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括：三维多孔石墨烯、尾气通道、尾气净化催化剂层，所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述尾气通道；所述尾气通道表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板装配在所述尾气通道中，并固定在所述尾气通道的侧面；所述半导体热电装置包括：半导体热电片、半导体热电片电流控制器；所述半导体热电装置装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部、底部或侧面；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部或底部的所述半导体热电装置的热端通过导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯集热与催化器上端或下端相连接，其冷端通过导热绝缘层与冷却循环水通道相连接；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的侧面的所述半导体热电装置热端通过所述导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板相连接，其冷端通过所述导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；所述可伸缩弹性尾气绝热筒包括：可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒，并分别对应装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的两侧端面；所述微纳米结构层装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的底部或顶部；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的所述微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的所述微纳米结构层叠置相对应，并与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，包括三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、半导体热电装置、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒、冷却循环水通道、导热绝缘层；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括：三维多孔石墨烯、尾气通道、尾气净化催化剂层，所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述尾气通道；所述尾气通道表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板装配在所述尾气通道中，并固定在所述尾气通道的侧面；所述半导体热电装置包括：半导体热电片、半导体热电片电流控制器；所述半导体热电装置装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部、底部或侧面；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部或底部的所述半导体热电装置的热端通过导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯集热与催化器上端或下端相连接，其冷端通过导热绝缘层与冷却循环水通道相连接；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的侧面的所述半导体热电装置热端通过所述导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板相连接，其冷端通过所述导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；所述可伸缩弹性尾气绝热筒包括：可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒，并分别对应装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的两侧端面；所述微纳米结构层装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的底部或顶部；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的所述微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的所述微纳米结构层叠置相对应，并与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构。2.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述三维多孔石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦明，袁一楠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42