專利名稱：立式光催化空氣凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于空氣凈化器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多功能空氣凈化器的制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
室內(nèi)空氣污染的來源包括灰塵、纖維、異臭、異味及細(xì)菌、病毒等多種物質(zhì)，但對人體健康的危害主要在于室內(nèi)懸浮的可吸入顆粒物。這是因?yàn)樵斐扇梭w健康損害的細(xì)菌、螺旋體、病毒等微生物，盡管其尺寸僅在0.01到10微米之間，但它們在空氣中不能單獨(dú)存在，常在比它們大數(shù)倍的顆粒物表面吸附。傳統(tǒng)的空氣凈化器通過送風(fēng)機(jī)使空氣穿過多孔性濾材(無紡布、濾紙、纖維或泡棉濾材等材料)，從而將污染物從空氣中分離出來，達(dá)到凈化目的，或者通過電暈放電使空氣中污染物帶電荷，利用集塵裝置捕集帶電粒子達(dá)到凈化空氣目的。但是這類市場上利用物理過濾、吸附、靜電凝聚清除塵埃等單一功能或綜合功能的凈化器，盡管在一定程度上有效，但只是起到污染物的轉(zhuǎn)移，并不能對異臭異味、病原菌、病毒、微生物等造成的污染從根本上予以消除。
目前，空氣凈化器的第二代產(chǎn)品前三年已進(jìn)入市場，它是以臭氧、負(fù)離子為主要功能的空氣凈化器。臭氧具有消毒、殺菌、除臭去味和去顏料色素等功能。因此，利用臭氧與負(fù)離子的消煙除塵以及其他先進(jìn)的物理過濾或去除塵埃的方法結(jié)合，是當(dāng)今較理想的空氣凈化器。但是當(dāng)臭氧濃度達(dá)到0.15PPM時(shí)，就會(huì)對人體產(chǎn)生有害的影響，因此一般利用臭氧進(jìn)行室內(nèi)殺菌處理時(shí)，人員不宜在室內(nèi)活動(dòng)。
現(xiàn)在最先進(jìn)的空氣凈化器是一種集消煙、除塵、殺菌滅毒、除臭去味、分解有機(jī)污染物于一起的光催化空氣凈化器。此類空氣凈化器不同于第一代物理型空氣凈化器和第二代臭氧，負(fù)離子型空氣凈化器。其凈化結(jié)構(gòu)為殺菌光與脫臭殺菌過濾網(wǎng)，同時(shí)兼具殺菌、消毒、除味、除塵之功效，羥基自由基離子是直接殺菌、消毒的化學(xué)物質(zhì)，它對有機(jī)物直接分解，對細(xì)菌先破壞細(xì)胞膜，再分解菌內(nèi)有機(jī)物，對病毒直接凝固其蛋白質(zhì)，最終生成物均為CO2和H2O。納米光催化相對于普通光催化產(chǎn)品的優(yōu)越性在于可實(shí)現(xiàn)自行再生，還原率大為提高，而羥基自由基離子本身無毒，不分解，不溢出，更不會(huì)產(chǎn)生毒素。經(jīng)檢測，該技術(shù)可有效殺滅近十種常見病菌，對肺結(jié)核病毒、流感病毒、乙肝病毒及SARS病毒均有效。光催化是一種高科技的產(chǎn)物，具有分解有機(jī)污染物的功能，光催化與等離子除塵耦合，使得等離子除塵產(chǎn)生的少量臭氧進(jìn)入光催化反應(yīng)裝置，加快了光激作用下催化劑表面產(chǎn)生的電子一空穴對的分離，從而提高了凈化器分解有機(jī)污染物、滅菌和除臭等的效率。這樣再與一些物理的除塵去煙方法結(jié)合，從而成為一種全方位、多功能的空氣凈化器。
光催化空氣凈化基本原理基于半導(dǎo)體理論，TiO2是一種N型半導(dǎo)體材料，其帶隙能量為3.2ev，相當(dāng)于波長為380nm的光。當(dāng)波長小于380nm的紫外光照射到TiO2表面時(shí)，會(huì)在TiO2表面生成光致電子(eCB-)和空穴(hVR+)。電子和空穴可遷移到固體表面分別與其表面的溶解氧和吸附的水發(fā)生作用，生成具有高活性的自由基，·OH，·O2-，如圖1所示，·OH具有很強(qiáng)的氧化能力，其反應(yīng)能為120kcal/mol，高于各類化學(xué)鍵，如C-C(83kcal/mol)，C-H(99kcal/mol)，C-N(73kcal/mol)，C-O(84kcal/mol)，H-O(111kcal/mol)，N-H(93kcal/mol)，因而能完全分解各類有機(jī)物，最終生成CO2和H2O，達(dá)到殺滅細(xì)菌和病毒、消除室內(nèi)污染的目的。
將光催化技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化是近年來人們在空氣凈化技術(shù)上的一個(gè)創(chuàng)新，目前公開的專利多以小型臺式的光催化空氣凈化器為主，處理空氣量小，污染物處理效率有限。專利01276442.6公開了一種立式的納米光催化靜電空氣凈化機(jī)，它是將高壓靜電除塵技術(shù)與光催化技術(shù)集成在一起，實(shí)現(xiàn)空氣凈化。該凈化機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在以下幾個(gè)問題(1)凈化器相同體積下污染物過風(fēng)面積較??；(2)高壓靜電除塵器會(huì)產(chǎn)生臭氧，對人體有害；(3)光催化腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜；(4)無活性炭過濾層，經(jīng)靜電-光催化層后未處理干凈的氣體不能一次消除。另外，由于光催化反應(yīng)是壁面反應(yīng)，污染物能否與催化劑表面充分接觸、光源發(fā)出的光子能否被充分利等問題都直接影響著光催化凈化效率，而這些都與凈化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著直接的因果關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對目前光催化空氣凈化器存在的以上問題，設(shè)計(jì)了一種大型的立式光催化空氣凈化器，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了污染物的處理風(fēng)量及凈化效率。本實(shí)用新型是一種集各種凈化技術(shù)于一起的立式多功能光催化空氣凈化器，占地面積小，處理風(fēng)量大，適用的建筑面積大、空氣凈化效率高。它包括一立式機(jī)殼、安裝在機(jī)殼下側(cè)可靈活拆裝的進(jìn)風(fēng)門、進(jìn)風(fēng)門內(nèi)側(cè)槽中的可靈活拆裝的初級過濾網(wǎng)、安裝在初級濾網(wǎng)后方的風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)窩殼、窩殼上部有導(dǎo)流板，傾斜放置的中效過濾網(wǎng)、等離子除塵器、至少兩層以上的光催化蜂窩濾網(wǎng)和一個(gè)紫外燈、開設(shè)在機(jī)殼上部的出風(fēng)口、布置在機(jī)殼內(nèi)部出風(fēng)口附近的負(fù)離子發(fā)生器、電路控制板。
本實(shí)用新型的技術(shù)特征參見圖2、圖3，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的立式光催化空氣凈化器，包括機(jī)殼1、安裝在機(jī)殼下部的從前向后依次布置的進(jìn)風(fēng)門11、初級過濾網(wǎng)12、貫流風(fēng)扇3、風(fēng)機(jī)電機(jī)2及風(fēng)流導(dǎo)向窩殼4，在機(jī)殼的上部布置有出風(fēng)口14及設(shè)置控制凈化器工作的電路板15，其特征在于它還含有位于窩殼4上部的、固定于機(jī)殼1內(nèi)的、且與水平面有一小于90°傾角的中效過濾網(wǎng)6；一側(cè)固定于窩殼4的上端面，另一側(cè)位于且垂直于中效過濾網(wǎng)6正面方向的導(dǎo)流板5；位于中效過濾網(wǎng)6之上的等離子除塵器7；位于等離子除塵器7之上的、由至少兩個(gè)光催化蜂窩濾網(wǎng)8和一個(gè)紫外燈9組成的光催化凈化單元，其中所述的紫外燈9放置在兩塊濾網(wǎng)8中間，且二者都固定在機(jī)殼1內(nèi)；位于光催化蜂窩濾網(wǎng)8上方的且固定于機(jī)殼1內(nèi)側(cè)的活性炭過濾網(wǎng)10；固定于機(jī)殼1上且位于出風(fēng)口14一側(cè)的負(fù)離子發(fā)生器13。
本實(shí)用新型中的光催化蜂窩凈化濾網(wǎng)8呈蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，孔形為三角形、方形、多邊形、圓形或瓦楞形中的任何一種，蜂窩材料為鋁材、紙、陶瓷、塑料、纖維及無紡布中的任何一種。光催化蜂窩濾網(wǎng)8的每一個(gè)方形孔邊長小于5mm，濾網(wǎng)厚度與孔邊長之比小于8。
本實(shí)用新型中的紫外燈9的主波長在230～420nm之間，紫外燈9距相鄰的光催化蜂窩濾網(wǎng)8的距離為10mm～60mm。
本實(shí)用新型中的中效過濾網(wǎng)6與水平面夾角呈20°～80°角。
立式光催化空氣凈化器傾斜的放置方式增大了氣流與催化劑的接觸表面積，延長了濾網(wǎng)使用時(shí)間，增大了污染物處理量，提高了凈化效率，該凈化器對于甲醛、氮氧化物、二氧化硫等污染物都有很好的去除效果。


圖1為光催化空氣凈化原理；
圖2為本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器去掉前面板后的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；1-機(jī)殼，2-風(fēng)機(jī)電機(jī)，3-貫流風(fēng)扇，4-窩殼，5-導(dǎo)流板，6-中效過濾網(wǎng)，7-等離子除塵器，8-光催化蜂窩濾網(wǎng)，9-紫外燈，10-活性炭濾網(wǎng)，11-進(jìn)風(fēng)門，12-初效濾網(wǎng)，13-負(fù)離子發(fā)生器，14-出風(fēng)口，15-電路控制板。
圖3為本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器帶剖正視圖；圖4為本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物甲醛的降解效果；圖5為本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物SO2的降解效果；圖6為本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物NOx的降解效果。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案的實(shí)施具體參見圖2、圖3。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上的特征是窩殼4上部有導(dǎo)流板5，通過導(dǎo)流板5的氣流方向與傾斜放置的中效過濾網(wǎng)6垂直，中效過濾網(wǎng)6、等離子除塵器7、光催化蜂窩濾網(wǎng)8與水平面呈45度的夾角，提高了污染物與催化劑的接觸面積。在氣流出口附近布置負(fù)離子發(fā)生器13，以提高空氣中負(fù)離子濃度。圖2中的光催化凈化單元包括三個(gè)光催化蜂窩濾網(wǎng)8和兩排4個(gè)紫外燈9，所述的紫外燈9平行地放置于光催化蜂窩濾網(wǎng)8中央位置。本實(shí)施例中為了提高凈化效率，可以增加光催化蜂窩濾網(wǎng)8及紫外燈9的數(shù)量，光催化蜂窩濾網(wǎng)8與光源9可以為兩組以上平行排列。光催化蜂窩濾網(wǎng)8是以蜂窩鋁材、蜂窩紙和蜂窩陶瓷及無紡布等為基材，催化劑與基材的結(jié)合可以是物理方法、化學(xué)方法或物理方法與化學(xué)方法的結(jié)合。另外，本實(shí)用新型的活性炭濾網(wǎng)10還可與水平面垂直地放置在出口14的內(nèi)側(cè)，并固定在機(jī)殼1上，同時(shí)中效過濾網(wǎng)6，等離子除塵器7，光催化凈化單元，及活性炭濾網(wǎng)10的空間位置可以互換。
本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器的工作過程為，在貫流風(fēng)扇3的作用下，氣體首先通過初級過濾網(wǎng)12過濾后，通過窩殼4在導(dǎo)流板5的作用下流過中效過濾網(wǎng)6，等離子除塵網(wǎng)7除去90％以上的灰塵，除塵后的污染氣體在光催化蜂窩濾網(wǎng)8和紫外燈的9的作用下被光催化降解，少量沒有被光催化氧化的污染氣體在出口處被活性碳濾網(wǎng)10吸附，從而得到干凈的氣體。
本實(shí)用新型集成了過濾、等離子除塵、光催化氧化、吸附技術(shù)于一體，傾斜的放置方式增大了氣流與催化劑的接觸表面積，使氣流與催化劑表面充分接觸，且增大了污染物的接觸面積，延長了濾網(wǎng)使用時(shí)間、增大了污染物處理量、提高了凈化效率。采用物理涂膜、化學(xué)涂膜或物理涂膜與化學(xué)涂膜相結(jié)合的涂膜方式得到的光催化涂層，既保證了催化劑的活性，又保證了催化劑膜具有一定的牢固性。本實(shí)用新型對甲醛、氮氧化物、二氧化硫等污染物有很好的去除效果，詳細(xì)說明如下圖4表示的是本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物甲醛的降解效果。將本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器放入一個(gè)4立方米的玻璃密封倉內(nèi)，向密封倉內(nèi)通入一定濃度的甲醛污染氣體，當(dāng)污染物吸附平衡后開啟凈化器得到污染物光催化去除效果，從圖4可見，30分鐘內(nèi)50％以上的甲醛污染物被去除了。
圖5表示的是本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物SO2的降解效果。將本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器放入一個(gè)4立方米的玻璃密封倉內(nèi)，向密封倉內(nèi)通入一定濃度的二氧化硫污染氣體，當(dāng)污染物吸附平衡后開啟凈化器，得到污染物的光催化去除效果，從圖5可見，25分鐘內(nèi)98％以上多的二氧化硫被去除了。
圖6表示的是本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器對污染物NOx的降解效果。將本實(shí)用新型的光催化空氣凈化器放入一個(gè)4立方米的玻璃密封倉內(nèi)，向密封倉內(nèi)通入一定濃度的氮氧化物氣體，當(dāng)污染物吸附平衡后開啟凈化器，得到污染物的光催化去除效果，從圖6可見，30分鐘內(nèi)氮氧化物中的各個(gè)成分都不同程度地被去除了。
權(quán)利要求1.立式光催化空氣凈化器，包括機(jī)殼(1)、安裝在機(jī)殼下部的從前向后依次布置的進(jìn)風(fēng)門(11)、初級過濾網(wǎng)(12)、貫流風(fēng)扇(3)、風(fēng)機(jī)電機(jī)(2)及風(fēng)流導(dǎo)向窩殼(4)，在機(jī)殼的上部布置有出風(fēng)口(14)及設(shè)置控制凈化器工作的電路板(15)，其特征在于它還含有位于窩殼(4)上部的、固定于機(jī)殼(1)內(nèi)的、且與水平面有一小于90°傾角的中效過濾網(wǎng)(6)；一側(cè)固定于窩殼(4)的上端面，另一側(cè)位于且垂直于中效過濾網(wǎng)(6)正面方向的導(dǎo)流板(5)；位于中效過濾網(wǎng)(6)上方的等離子除塵器(7)；位于等離子除塵器(7)之上的、由至少兩個(gè)光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)和一個(gè)紫外燈(9)組成的光催化單元，其中所述的紫外燈(9)放置在兩塊濾網(wǎng)(8)中間，且二者都固定在機(jī)殼(1)內(nèi)；位于光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)上方的且固定于機(jī)殼(1)內(nèi)側(cè)的活性炭過濾網(wǎng)(10)；固定于機(jī)殼(1)上且位于出風(fēng)口(14)一側(cè)的負(fù)離子發(fā)生器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式光催化空氣凈化器，其特征在于所述的光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)呈蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，孔形為三角形、方形、多邊形、圓形或瓦楞形中的任何一種，蜂窩材料為鋁材、紙、陶瓷、塑料、纖維及無紡布中的任何一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立式光催化空氣凈化器，其特征在于所述的光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)的每一個(gè)方形孔邊長小于5mm，濾網(wǎng)厚度與孔邊長之比小于8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式光催化空氣凈化器，其特征在于所述的紫外燈(9)的主波長在230～420納米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的立式光催化空氣凈化器，其特征在于的紫外燈(9)距相鄰的光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)的距離為10mm～60mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式光催化空氣凈化器，其特征在于所述的中效過濾網(wǎng)(6)與水平面夾角呈20°～80°角。
專利摘要立式光催化空氣凈化器屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。包括有機(jī)殼(1)，機(jī)殼下部的進(jìn)風(fēng)門(11)，初級濾網(wǎng)(12)、貫流風(fēng)扇(3)、風(fēng)機(jī)電機(jī)(2)和風(fēng)流導(dǎo)向窩殼(4)，機(jī)殼上部的出風(fēng)口(14)和電路板(15)，特征在于它還含有窩殼上部的、與水平面呈小于90°傾角的中效過濾網(wǎng)(6)；固定于窩殼的上端面，另一側(cè)垂直于中效過濾網(wǎng)正面方向的導(dǎo)流板(5)；中效過濾網(wǎng)上方的等離子除塵器(7)；由光催化蜂窩濾網(wǎng)(8)和紫外燈(9)組成的光催化單元及位于其上方的活性炭過濾網(wǎng)(10)；位于出風(fēng)口一側(cè)的負(fù)離子發(fā)生器(13)。這種結(jié)構(gòu)將不同凈化技術(shù)集成在一起，發(fā)揮其協(xié)同作用原理，徹底將室內(nèi)各種污染物消除，達(dá)到凈化空氣的目的。
文檔編號F24F3/16GK2747497SQ20042011859
公開日2005年12月21日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者馬重芳, 鹿院衛(wèi), 吳玉庭, 王偉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)