利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器的製作方法

2023-06-12 04:50:06 1

專利名稱：利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，特別是一種在太陽光照 射下，利用光催化作用降解空氣中有毒有害氣體，並具有滅菌和除臭作用，進行空 氣淨化的光催化空氣淨化器，屬於空氣淨化領域。
背景技術：
據統計，城市居民平均每天在室內的工作和生活時間佔全天的92%以上，因此 室內空氣品質對人體健康的影響非常重要。然而隨著大氣汙染的增加，室內裝飾材 料的使用，特別是冬季通風不足或者空調和暖氣使用中的密閉房間內，室內空氣質 量令人嚴重擔憂。來自於居室裝飾以及人類自身生活產生的甲醛等揮發性有機物以 及細菌、病毒等微生物是主要的室內空氣汙染源，這些汙染物將破壞人體免疫系統， 對身體健康的危害是顯著的，甚至可能威脅生命安全。
隨著人們對生活質量的提高和對自身保健的關注，家用空氣淨化器具有廣闊的 市場。目前國內外常用的空氣淨化器主要採用活性炭吸附、臭氧淨化、紫外光殺菌、 高壓靜電和負離子除塵等技術。這些技術能夠部分轉移或破壞汙染物，卻效率較低 而且存在二次汙染等問題。光催化技術利用具有光催化作用的半導體光催化材料， 如Ti02，在紫外光照下產生電子激發，形成強氧化能力的空穴和強還原能力的電子， 作用於有機汙染物上而引起的一系列化學反應，將甲醛等有機汙染物降解成二氧化 碳和水，不產生二次汙染，從而徹底淨化空氣。利用光催化技術進行空氣淨化處理 具有明顯的優勢，成為一個新的發展趨勢。
儘管一些光催化空氣淨化器進入市場，然而目前使用的光催化空氣淨化器結構 比較複雜，光催化組件的效果不佳，據文獻《北京工業大學學報》2005， 31 (1)， 58-62，"幾種光催化空氣淨化器的性能測試分析"記載，研究表明幾種光催化空氣 淨化器的性能均存在嚴重的問題，光催化部分沒有發揮主要淨化作用。另一方面， 目前商品化或者專利中涉及的光催化空氣淨化器，均採用負載普通的Ti02作為光催 化元件，需要在紫外光下激發發生效用。所以空氣淨化器中通常使用紫外燈作為光 源，增加了能耗和運行費用，也使得淨化器結構相對比較複雜。而太陽光能量主要
3集中在400-700 nm的可見光範圍，利用太陽光的光催化技術能夠提高太陽能利用效 率，在化石能源價格持續上漲的今天，更是具有特別重要的實際意義。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種利用太陽能的窗式光催化空 氣淨化器，利用太陽能進行室內空氣淨化，實現低運行成本、高淨化效率。
為實現上述目的，本發明將空氣淨化器的機體設計為一個梯形箱體，機體內部 的光催化反應腔設置光催化組件，所述光催化組件由若干片負載可見光響應的光催 化劑的反應片間隔排列組成，機體內側貼反射膜，以保證箱體內實現完全的陽光照 明。機體室外的受光斜側面開有光學窗口，機體面向室內的一側安裝進風口和出風 口，進風口處安裝空氣過濾網並設有導流板，進風口內側安裝風機。依靠機體底部 和外側的太陽能電池供電，或者直接採用市電供電。
本發明的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器具體結構為包括進風口、風機、 過濾網、導流板、光催化反應腔、機體、光學窗口、反射膜、光催化組件、出風口。 各部件連接方式為整個機體為一個梯形箱體，機體內部的光催化反應腔設置光催 化組件，所述光催化組件由若干片負載可見光響應的光催化劑的反應片間隔排列組 成，機體的內側貼反射膜，機體室外的受光斜側面開有光學窗口，機體面向室內的 一側安裝進風口和出風口，進風口處安裝空氣過濾網並設有導流板，進風口內側安 裝風機。
本發明中，所述光學窗口為半球形光學窗口，設置一個或多個，可以採用高強 度透明塑料製成。
本發明中的光催化組件採用若干片負載可見光響應的光催化劑的反應片，以間 隔排列方式組成，反應片為一種多孔狀載體，如可以採用梯形不鏽鋼網，經預處理 後塗敷活性碳、無機膠黏劑和可見光響應的催化劑。
本發明中的光催化組件可以採用泡沫金屬、陶瓷、蜂窩陶瓷、多孔耐水紙、塑 料或者樹脂、玻璃絲、金屬絲網等作為載體，以活性炭和無機矽化合物的混合溶液 為粘結劑，利用溶膠凝膠、浸漬刷塗、磁控濺射、噴塗等方法，將具有可見光活性
的非金屬摻雜Ti02、鈷或鎳的氧化物負載的釩酸鉍以及其它可見光響應的光催化劑
負載於載體的表面，得到自然光下活性高、不易脫落、耐久性好的光催化部件。 本發明的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器工作時，氣體在風機作用下，通
4過進風口進入室內，首先經過過濾網去除進氣中的灰塵和顆粒物質後，經過導流板 的作用均勻進入，在光催化反應腔與光催化組件充分接觸反應後由出風口排出。進 風可以從左下部或者右下部進入，從右上部或者左上部吹出。為充分利用機體內部 的光催化反應腔，在進風口設置導流板使得風旋流進入腔內。機體內部可以交錯安 置紫外燈管作為備用光源，而光催化組件則可以交錯套置在燈管上或者布置在燈管 旁，或者不設置紫外燈管，直接安裝光催化組件。另外還可以在機體內不同位置設 置擋流板，用以保證氣流折流均勻通過光催化反應腔，同時以這種交錯網絡結構保 證入射的太陽光能夠直接照射或者通過反射間接照射到光催化組件上，使得光催化 劑表面得到充分的光照，同時能與空氣良好接觸。
本發明的光催化組件採用寬譜響應高效長效的幾種摻雜Ti02或其它新型複合 金屬氧化物光催化劑。這些光催化劑在太陽光或自然光下具有強光催化活性，能夠 被激發形成電子空穴對降解吸附在表面的有機氣體分子，從而淨化空氣。
本發明具有實質性特點和顯著進步。本發明的典型特點是採用強化的太陽光導 入系統和反射系統保證在白天反應器內具有充足的太陽光光源，採用太陽光下具有 強活性的光催化劑組成光催化元件，通過窗式結構的光學設計引入充足的太陽光， 照射在可見光響應的光催化材料上，淨化器內的空氣中揮發性有機物在與光催化材 料接觸時將其降解消除，從而淨化空氣。本發明可以用於密閉房間、地下室等空氣 不暢環境中的室內空氣淨化，也適用於密閉的室內空調房和供暖房內的空氣淨化。 本發明也可安裝在工業廢氣的出風口，通過廢氣在反應腔體內停留一定時間，以較 低的能耗將廢氣除臭和淨化。


圖1是窗式光催化空氣淨化器的立體結構圖。
圖1中，l為進風口， 2為風機，6為機體，7為光學窗口， 8為反射膜，9為 光催化組件，IO為出風口。
圖2是窗式光催化空氣淨化器去除頂蓋後的俯視結構圖。
圖2中，l為進風口， 2為風機，3為過濾網，4為導流板，5為光催化反應腔， 6為機體，7為光學窗口， 8為反射膜，9為光催化組件，IO為出風口。
圖3是本發明中進風口部分的結構示意圖。
圖3中，l為進風口， 2為風機，3為過濾網，4為導流板。圖4是窗式光催化空氣淨化器半球光學窗口的側視結構示意圖。 圖4中，6為機體，7為光學窗口。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明，但是以下實施例並不用於限定本 發明的範圍。
圖1為本發明利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器的結構示意圖，圖2為與圖
1對應的淨化器俯視結構示意圖。本發明的一個實施例如圖1圖2所示，包括進
風口l，風機2,過濾網3，導流板4，光催化反應腔5，機體6，光學窗口7，反射 膜8，光催化組件9，出風口 10。機體6為一個梯形箱體，機體6內部的光催化反 應腔5設置光催化組件9，所述光催化組件9由若干片負載可見光響應的光催化劑 的反應片間隔排列組成，機體6的內側貼反射膜8，機體6室外的受光斜側面開有 光學窗口7，機體6面向室內的一側安裝進風口 l和出風口 10，進風口 l處安裝空 氣過濾網3並設有導流板4 (圖1中未畫出)，進風口 1內側安裝風機2。在此實施 例中沒有設置備用的紫外燈光源，風機直接採用市電驅動運行。
高強度透明塑料製成的半球形光學窗口7和機體內側的反射膜8組成整個空氣 淨化器中的光學系統，光學窗口7面向室外受光一側採光，反射膜8通過光的反射 充分利用進入光催化反應腔5的光線以保證各個部位有充足的光強度。氣體流動中， 氣體在風機2的作用下由進風口 l進入室內，首先通過空氣過濾網3，部分顆粒和 易吸附的物質被截留，然後通過導流板4將進風旋流式進入光催化反應腔5，在光 催化反應腔5中，與光催化組件9反應片表面的光催化材料接觸並完成光催化降解， 在太陽光或者自然光照下，空氣中的揮發性有機物質，被氧化還原去除，淨化後的 空氣從出風口 IO循環進入室內。通過窗式空氣淨化器的反覆循環運行，在白天陽 光充足的環境下，以較低的能耗下將室內空氣完全淨化。
光催化組件9由幾片與光催化反應腔5側面尺寸相同的梯形不鏽鋼網組成，不 鏽鋼網經過鹽酸預處理後塗敷活性碳、膠黏劑和鈷氧化物負載的催化劑，每平方米 有10g左右的光催化劑。光催化組件總面積為2m2，在光照下，室內空氣中的有機 物被有效降解。
本發明進風口處各部件布置如圖3所示，進風口 1處安裝空氣過濾網3並設有 導流板4，進風口 1內側安裝風機2。圖4給出了所述光學窗口的結構示意。如圖4所示，機體6室外的受光斜側面 開有光學窗口7，光學窗口7為半球形。
本發明中，機體6內側通過貼反射膜8，布置高效率的反射系統，也可添加局 部的聚焦系統，以保證在機體內部全部實現1: 1的照明，或者局部聚焦實現2-4 倍光強。空氣淨化器可安裝於朝南向陽的牆壁窗體上層，光學窗口7根據窗尺寸設 置一個或多個半球形導光窗口，呈斜角30-90度安置，保證了在白天的任何時間都 能較好收集陽光，包括雜散光的收集，也保證了陰天時有陽光進入機體6的箱體內 內。同樣結構的空氣淨化器也可安裝在朝北背光的窗外或者地下室，但是需要通過 屋頂的採集器和導光管完成太陽光的採集和導入。
以上只是本發明的一個具體實施例，在本發明中，風機2可以安裝在進風口1 或出風口 IO—側，依靠機體6的底部和外側的太陽能電池供電，或者直接採用市 電供電。機體6的內部也可以交錯安置紫外燈管，光催化組件交錯套置在燈管上或 者布置在燈管旁；還可以在箱體內不同位置設置擋流板，保證氣流折流均勻通過箱 內空間，同時以這種交錯網絡結構保證入射的太陽光能夠直接照射或者通過反射間 接照射到光催化組件9上，使得光催化劑表面得到充分的光照，同時能與空氣良好 接觸。光催化反應腔5內可以集成高壓靜電、加溼、等離子裝置等功能。
本發明的窗式光催化空氣淨化器可用於密閉室內、地下室等空氣不暢環境中的 空氣淨化，特別適用於密閉的室內空調房和供暖房內的空氣淨化，也可用於工業廢 氣的淨化處理。本發明在陽光明媚的白天，能夠充分採集太陽光，並利用太陽光通 過光催化作用，將室內的有機汙染物降解去除，從而淨化室內空氣品質，提高居民 生活水平。
權利要求
1、一種利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於包括進風口(1)、風機(2)、過濾網(3)、導流板(4)、光催化反應腔(5)、機體(6)、光學窗口(7)、反射膜(8)、光催化組件(9)、出風口(10)，連接方式為整個機體(6)為一個梯形箱體，機體(6)內部的光催化反應腔(5)設置光催化組件(9)，所述光催化組件(9)由若干片負載可見光響應的光催化劑的反應片間隔排列組成，機體(6)的內側貼反射膜(8)，機體(6)室外的受光斜側面開有光學窗口(7)，機體(6)面向室內的一側安裝進風口(1)和出風口(10)，進風口(1)處安裝空氣過濾網(3)並設有導流板(4)，進風口(1)內側安裝風機(2)。
2、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 所述光學窗口 (7)為半球形光學窗口，設置一個或多個。
3、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 所述機體(6)內設置擋流板以保證氣流均勻通過光催化反應腔(5)。
4、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 在所述機體(6)底部和外側設置太陽能電池供電，或者直接採用市電供電。
5、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 所述機體(6)的內部交錯安置紫外燈管作為備用電源，所述光催化組件(9)交錯 套置在燈管上或者布置在燈管旁。
6、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 所述構成光催化組件(9)的反應片為一種多孔狀載體，經預處理後塗敷了活性碳、 無機膠黏劑和可見光響應的光催化劑。
7、 根據權利要求1所述的利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，其特徵在於 所述光催化組件(9)為採用泡沫金屬、陶瓷、蜂窩陶瓷、多孔耐水紙、塑料、樹 脂、玻璃絲或金屬絲網作為載體，以活性炭和無機矽化合物的混合溶液為粘結劑， 利用溶膠凝膠、浸漬刷塗、磁控濺射或噴塗方法，將具有可見光活性的非金屬摻雜 Ti02、鈷或鎳的氧化物負載的釩酸鉍光催化劑負載於載體的表面得到的光催化組 件。
全文摘要
本發明涉及一種利用太陽能的窗式光催化空氣淨化器，包括進風口，風機，過濾網，導流板，光催化反應腔，機體，光學窗口，反射膜，光催化組件，出風口。整個機體為一個梯形箱體，機體內部的光催化反應腔設置光催化組件，所述光催化組件由若干片負載可見光響應的光催化劑的反應片間隔排列組成，機體內側貼反射膜，以保證箱體內實現完全的陽光照明。機體室外的受光斜側面開有光學窗口，機體面向室內的一側安裝進風口和出風口，進風口處安裝空氣過濾網並設有導流板，進風口內側安裝風機。依靠機體底部和外側的太陽能電池供電，或者直接採用市電供電。本發明在陽光明媚的白天，能有效淨化室內空氣。
文檔編號F24F3/16GK101464029SQ20091004541
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優先權日2009年1月15日
發明者蔡偉民, 超 陳, 龍明策 申請人:上海交通大學