CN101444634B - 一种室内空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种室内空气净化装置，包括机壳、控制系统，引风系统、吸附系统和催化燃烧系统。通过引风系统将含有有害物质的空气在常温下通过吸附系统，实现室内空气净化。加热吸附材料，从吸附材料上脱附出来的有害物质经过催化燃烧系统的催化剂的作用下将室内的有害物质一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水。其可多次重复循环工作，吸附材料通过加热的方式实现原位再生。它与传统的吸附法相比，不用更换任何消耗品，在甲醛浓度为1.4mg/m3的50m3的房间运行此装置24小时后，用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3。低于中国标准中所规定的0.10mg/m3。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内空气净化装置，具体是一种可以有效消除室内空气中有机污染物的空气净化装置。
背景技术
目前实际应用于室内空气净化器有：机械过滤式室内空气净化器、活性炭吸附式室内空气净化器和空气负离子式室内空气净化器。机械过滤式室内空气净化器只能过滤空气中的颗粒物，对于有害气体的净化几乎不起作用；活性碳吸附式室内空气净化器可以将污染物有效除去，获得洁净的空气，但是需要经常更换吸附剂，更换掉的吸附剂对环境将产生污染；空气负离子式室内空气净化器虽然可以清新空气，然而对于空气中的甲醛，苯等有机污染物的消除效果并不明显，这是现有技术的缺陷。(参考文献《室内空气净化装置研究》，洁净与空调技术CC&AC 2007年第3期)
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种室内空气净化装置。这种装置将吸附与催化过程有机地结合在一起，能将空气中的有害物质(如一氧化碳、甲醛、乙酸乙酯、苯等)完全转化为二氧化碳和水。是一种高效，环保的空气净化装置，
本发明的目的是通过下述实施方案来实现：
见图1，本发明的一种室内空气净化装置包括机壳1、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳1的上部，吸附系统x置于机壳1的内部并通过金属框固定在机壳1上，控制系统k和引风系统y均置于机壳1的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳1的进气口4、5连接；
所述的机壳1有进气风口4、进气口5和气流通道14；进气口4与大风机2连接，进气口5与小风机3连接，在进气口4与5之间装有一可转动的挡板6，该挡板6以轴60在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机2不启动时，挡板6处于水平位置，进气口4关闭；大风机2启动时，挡板6被吹起旋转至垂直方向使进气口4打开，同时使进气口5关闭；小风机3启动时，挡板6被吹落至水平位置使进气口4关闭，进气口5打开；大风机2采用大风量低噪音离心风机，优选其风量为100m3/h-1000m3/h，小风机3采用低噪音高转速轴流风机，优选其风量为10m3/h-100m3/h，小风机的风量为不超过大风机风量的1/10；
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机2和小风机3连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置13并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷10的孔道11内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别控制加热套15和加热板8温度的范围；当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，每一个循环从大风机2工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热带15和加热板8同时加热，加热带15的加热速率为25℃/min，加热带15设定温度为250-350℃；加热板8的加热速率为20℃/min，加热板8设定温度为160-260℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、9吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层7和9及1个加热板8构成，其中，吸附外层7和9的材料为活性炭毡，加热板8是由内部带电阻丝的云母板构成。吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，空隙的距离优选为0.6cm，保证空气顺畅流通，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡。吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金属框架20和机壳1固定；
所述的催化燃烧系统c(见图3)位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷10(图3)，陶瓷外壁均匀环绕电阻丝17，最外层为圆形石棉套16，其中圆形石棉套16和电阻丝17一起被称为加热套15；蜂窝陶瓷10中间的孔道11保证气流通过顺畅，孔道11的设置为400孔/平方英寸；蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有催化剂；催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为：每立方米空间用陶瓷2-10ml；
所述的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al2O3或TiO2和Al2O3的复合载体上，其中，TiO2∶Al2O3摩尔配比为：为0-2.5，助催化剂为MnO2、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、V2O5、MoO3、WO3中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助催化剂的含量以载体质量计为0.1-5％；为了提高的分散度，浸渍液中加入柠檬酸，柠檬酸的量为Pt金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。
所述的催化剂的制备方法如下：
1)所述的二氧化钛和氧化铝复合载体的的制备
按配比，将二氧化钛和三氧化二铝混合，加水球磨，球磨时间为4～10小时，取出烘干，焙烧，得到粉状载体；所述的烘干温度为110℃，焙烧温度为300～600℃。焙烧时间为1-6小时。
2)所述的活性组分制备
将上述活性组分的金属盐按给出的配比配制成水溶液，然后浸渍于载体上；然后烘干，焙烧。烘干温度为110℃，焙烧温度为300～600℃。焙烧时间为1-6小时。Pt盐为氯铂酸、二亚硝基二氨铂、硝酸铂；助催化剂的金属盐为相应的金属氧化物的硝酸盐；为了提高的分散度，浸渍液中加入柠檬酸，柠檬酸的量为金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。
净化方法的步骤如下：
接通电源，控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
在控制系统k的指令下，每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机(2)将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道(11)流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机(2)开始工作，挡板(6)把进气口(4)关闭；
温度控制器指令把加热带(15)和加热板(8)同时加热，加热(15)的加热速率为25℃/min，加热带(15)设定温度为250-350℃；加热板(8)的加热速率为20℃/min，加热板(8)设定温度为160-260℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层(7、9)吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机(2)按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机(3)将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷(10)的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个空气净化循环；或重复进行多个空气净化循环，达到室内空气净化。
有益效果：本发明提供的一种室内空气净化装置突破了传统的采用更换吸附剂的方式净化室内空气的模式。本发明将吸附系统和催化燃烧系统有机结合在一起，将有害物质转化为无害的CO2和H2O，形成有效的空气净化。吸附材料通过加热的方式实现原位再生，循环使用。它与传统的吸附法相比，具有不用更换任何消耗品，因此其使用非常方便。由于不需要更换吸附剂，本项发明具有操作成本低，以及具有随时开机，随时工作，具有操作灵活的特点。在一个甲醛浓度为1.4mg/m3的50m3的房间运行此装置24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3。低于国家室内空气污染物容许浓度标准(GB18883-2002)中所规定的0.10mg/m3
附图说明
图1为一种室内空气净化装置的构成示意图。
图2为一种室内空气净化装置的吸附系统x的构成示意图。
图3为一种室内空气净化装置的催化燃烧系统c的构成的示意图。
具体实施方式
实施例1
见图1，本发明的一种室内空气净化装置包括机壳1、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳1的上部，吸附系统x置于机壳1的内部并通过金属框固定在机壳1上，控制系统k和引风系统y均置于机壳1的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳1的进气口4、5连接；
所述的机壳1有进气风口4、进气口5和气流通道14；进气口4与大风机2连接，进气口5与小风机3连接，在进气口4与5之间装有一可转动的挡板6，该挡板6以轴60在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机2不启动时，挡板6处于水平位置，进气口4关闭；大风机2启动时，挡板6被吹起旋转至垂直方向使进气口4打开，同时使进气口5关闭；小风机3启动时，挡板6被吹落至水平位置使进气口4关闭，进气口5打开；大风机2采用大风量低噪音离心风机，优选其风量为200m3/h，小风机3采用低噪音高转速轴流风机，优选其风量为20m3/h。
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机2和小风机3连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置13并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷10的孔道11内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别控制加热带15和加热板8温度的范围，当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，每一个循环从大风机2工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热套15和加热板8同时加热，加热套15的加热速率为25℃/min，加热套15设定温度为300℃；加热板8的加热速率为20℃/min，加热板8设定温度为250℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、9吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的吸附系统x由12个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层7和9及1个加热板8构成，每一个单元之间留有空隙，空隙的距离优选为0.6cm，保证空气顺畅流通，吸附床单元的活性炭毡的总质量为300克。吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金属框架20和机壳1固定；
所述的催化燃烧系统c(见图3)位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷10(图3)，其直径为5厘米，高为5厘米，400孔/平方英寸。陶瓷外壁均匀环绕电阻丝17，功率为200W，最外层为圆形石棉套16，最外层为圆形石棉套16，其中16和17一起被称为加热套15；蜂窝陶瓷10中间的孔道11保证气流通过顺畅，蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有高效的催化剂；所述的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al2O3或TiO2和Al2O3的复合载体上，其中，TiO2∶Al2O3摩尔配比为：为0-2.5，助剂为MnO2、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、V2O5、MoO3、WO3中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助剂的含量以载体质量计为0.1-5％；
所述的催化剂的制备方法如下：
称取25克氧化铝，20克氧化钛，100克水，球磨10小时，取出，110℃烘干，500℃焙烧5小时，研磨成粉状，得到氧化钛和氧化铝的复合氧化物载体。
依次称取硝酸铁5.2克，硝酸钴2.3克，柠檬酸2克；按铂质量0.225克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载体，110℃烘干，500℃焙烧2小时。
在一个甲醛浓度为1.4mg/m3的50m3的房间运行此装置如下：
接通电源，大风机2开始工作，挡板6处于垂直状态进气口5被关闭，进气口4打开，空气在常温条件下以200m3/h的风量通过吸附系统6小时.大风机2停止工作；加热装置8开始对吸附材料7和9加热达到250℃，污染物完全从吸附材料7和9上脱附；同时加热套15已经对蜂窝陶瓷10进行加热达到300℃并保持此温度；小风机3启动，挡板6处于水平位置进气口5被打开，进气口4被关闭，吸附材料上脱附出来的污染物被小风机以20m3/h的风量通过加热的蜂窝陶瓷10，并在加热的催化剂上完全转化为无害的CO2和H2O，20min后，加热套15和加热板8停止加热，再次启动大引风机，空气净化器进入下一个循环。
24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3。低于国家室内空气污染物容许浓度标准(GB18883-2002)中所规定的0.10mg/m3
净化装置的参数：
对50m3空间，
引风速度为200m3/h，
吸附系统中吸附材料的质量为300克，
吸附系统加热功率为400W，
催化燃烧系统的加热功率为200W，
催化燃烧系统的催化剂质量为5.6克。
Claims (3)
1.一种室内空气净化装置，其特征在于， 其包括机壳(1)、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳(1)的上部，吸附系统x置于机壳(1)的内部并通过金属框架(20)固定在机壳(1)上，控制系统k和引风系统y均置于机壳(1)的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳(1)的第一进气口(4)、第二进气口(5)连接；
所述的第一进气口(4)、第二进气口(5)和气流通道(14)连接；第一进气口(4)与大风机(2)连接，第二进气口(5)与小风机(3)连接，在第一进气口(4)与第二进气口(5)之间装有一可转动的挡板(6)，该挡板(6)以轴(60)在水平方向与向上垂直方向可以来回转动，大风机(2)不启动时，挡板(6)处于水平位置，第一进气口(4)关闭；大风机(2)启动时，挡板(6)被吹起旋转至垂直方向使第一进气口(4)打开，同时使第二进气口(5)关闭；小风机(3)启动时，挡板(6)被吹落至水平位置使第一进气口(4)关闭，第二进气口(5)打开；大风机(2)采用大风量低噪音离心风机，小风机(3)采用低噪音高转速轴流风机，小风机(3)的风量为不超过大风机(2)风量的1/10；
所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层(7、9)及1个加热板(8)构成，其中，外吸附层(7、9)的材料为活性炭毡，加热板(8)是由内部带第一电阻丝的云母板构成，外吸附层(7、9)与云母板胶结，每一个吸附床单元之间留有空隙，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡，吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽(31)的金属框架(20)中，金属框架(20)和机壳(1)固定；
所述的催化燃烧系统c位于吸附系统x的上方的出气口处，该催化燃烧系统c为一圆柱形蜂窝陶瓷(10)，陶瓷外壁均匀环绕第二电阻丝(17)，最外层为圆形石棉套(16)，其中圆形石棉套(16)和第二电阻丝(17)一起被称为加热带(15)；圆柱形蜂窝陶瓷(10)中间的孔道(11)保证气流通过顺畅，孔道(11)的设置为400孔/平方英寸；圆柱形蜂窝陶瓷(10)内表面上涂覆有催化剂，催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为：每立方米空间用陶瓷2-10ml；
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机(2)和小风机(3)连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
一个所述的温度传感器置于吸附系统x的吸附床单元之间的位置(13)并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于圆柱形蜂窝陶瓷(10)的孔道(11)内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别控制加热带(15)和加热板(8)温度的范围；当所述的温度传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热带(15)和加热板(8)保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机(2)将室内空气引入吸附系统x，把有害物质吸附富集，空气被净化，净化空气通过所述的孔道(11)流回室内；
大风机(2)按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机(3)开始工作，挡板(6)把第一进气口(4)关闭；
温度控制器指令把加热带(15)和加热板(8)加热，加热带(15)的加热速率为25℃/min，加热带(15)设定温度为250-350℃；加热板(8)的加热速率为20℃/min，加热板(8)设定温度为160-260℃；达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层(7、9)吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机(3)按设定的工作时间运行后，由小风机(3)将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的圆柱形蜂窝陶瓷(10)的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al2O3的载体或TiO2和Al2O3的复合载体上，其中，TiO2：Al2O3摩尔配比为：为0-2.5，助催化剂为MnO2、Fe2O3、CoO、NiO、CuO、V2O5、MoO3、WO3中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助催化剂的含量以载体质量计为0.1-5％。
2.如权利要求1所述的一种室内空气净化装置，其特征在于，所述的吸附系统x每一个吸附床单元之间留有空隙为0.6cm。
3.如权利要求1所述的一种室内空气净化装置，其特征在于，所述的大风机(2)采用大风量低噪音离心风机，风量为100m3/h-1000m3/h，小风机(3)采用低噪音高转速轴流风机，风量为10m3/h-100m3/h。
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