CN101464029A - 利用太阳能的窗式光催化空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用太阳能的窗式光催化空气净化器，包括：进风口，风机，过滤网，导流板，光催化反应腔，机体，光学窗口，反射膜，光催化组件，出风口。整个机体为一个梯形箱体，机体内部的光催化反应腔设置光催化组件，所述光催化组件由若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片间隔排列组成，机体内侧贴反射膜，以保证箱体内实现完全的阳光照明。机体室外的受光斜侧面开有光学窗口，机体面向室内的一侧安装进风口和出风口，进风口处安装空气过滤网并设有导流板，进风口内侧安装风机。依靠机体底部和外侧的太阳能电池供电，或者直接采用市电供电。本发明在阳光明媚的白天，能有效净化室内空气。

Description

利用太阳能的窗式光催化空气净化器

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的窗式光催化空气净化器，特别是一种在太阳光照射下，利用光催化作用降解空气中有毒有害气体，并具有灭菌和除臭作用，进行空气净化的光催化空气净化器，属于空气净化领域。

背景技术

据统计，城市居民平均每天在室内的工作和生活时间占全天的92％以上，因此室内空气质量对人体健康的影响非常重要。然而随着大气污染的增加，室内装饰材料的使用，特别是冬季通风不足或者空调和暖气使用中的密闭房间内，室内空气质量令人严重担忧。来自于居室装饰以及人类自身生活产生的甲醛等挥发性有机物以及细菌、病毒等微生物是主要的室内空气污染源，这些污染物将破坏人体免疫系统，对身体健康的危害是显著的，甚至可能威胁生命安全。

随着人们对生活质量的提高和对自身保健的关注，家用空气净化器具有广阔的市场。目前国内外常用的空气净化器主要采用活性炭吸附、臭氧净化、紫外光杀菌、高压静电和负离子除尘等技术。这些技术能够部分转移或破坏污染物，却效率较低而且存在二次污染等问题。光催化技术利用具有光催化作用的半导体光催化材料，如TiO2，在紫外光照下产生电子激发，形成强氧化能力的空穴和强还原能力的电子，作用于有机污染物上而引起的一系列化学反应，将甲醛等有机污染物降解成二氧化碳和水，不产生二次污染，从而彻底净化空气。利用光催化技术进行空气净化处理具有明显的优势，成为一个新的发展趋势。

尽管一些光催化空气净化器进入市场，然而目前使用的光催化空气净化器结构比较复杂，光催化组件的效果不佳，据文献《北京工业大学学报》2005，31(1)，58-62，“几种光催化空气净化器的性能测试分析”记载，研究表明几种光催化空气净化器的性能均存在严重的问题，光催化部分没有发挥主要净化作用。另一方面，目前商品化或者专利中涉及的光催化空气净化器，均采用负载普通的TiO₂作为光催化元件，需要在紫外光下激发发生效用。所以空气净化器中通常使用紫外灯作为光源，增加了能耗和运行费用，也使得净化器结构相对比较复杂。而太阳光能量主要集中在400-700nm的可见光范围，利用太阳光的光催化技术能够提高太阳能利用效率，在化石能源价格持续上涨的今天，更是具有特别重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用太阳能的窗式光催化空气净化器，利用太阳能进行室内空气净化，实现低运行成本、高净化效率。

为实现上述目的，本发明将空气净化器的机体设计为一个梯形箱体，机体内部的光催化反应腔设置光催化组件，所述光催化组件由若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片间隔排列组成，机体内侧贴反射膜，以保证箱体内实现完全的阳光照明。机体室外的受光斜侧面开有光学窗口，机体面向室内的一侧安装进风口和出风口，进风口处安装空气过滤网并设有导流板，进风口内侧安装风机。依靠机体底部和外侧的太阳能电池供电，或者直接采用市电供电。

本发明的利用太阳能的窗式光催化空气净化器具体结构为：包括进风口、风机、过滤网、导流板、光催化反应腔、机体、光学窗口、反射膜、光催化组件、出风口。各部件连接方式为：整个机体为一个梯形箱体，机体内部的光催化反应腔设置光催化组件，所述光催化组件由若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片间隔排列组成，机体的内侧贴反射膜，机体室外的受光斜侧面开有光学窗口，机体面向室内的一侧安装进风口和出风口，进风口处安装空气过滤网并设有导流板，进风口内侧安装风机。

本发明中，所述光学窗口为半球形光学窗口，设置一个或多个，可以采用高强度透明塑料制成。

本发明中的光催化组件采用若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片，以间隔排列方式组成，反应片为一种多孔状载体，如可以采用梯形不锈钢网，经预处理后涂敷活性碳、无机胶黏剂和可见光响应的催化剂。

本发明中的光催化组件可以采用泡沫金属、陶瓷、蜂窝陶瓷、多孔耐水纸、塑料或者树脂、玻璃丝、金属丝网等作为载体，以活性炭和无机硅化合物的混合溶液为粘结剂，利用溶胶凝胶、浸渍刷涂、磁控溅射、喷涂等方法，将具有可见光活性的非金属掺杂TiO₂、钴或镍的氧化物负载的钒酸铋以及其它可见光响应的光催化剂负载于载体的表面，得到自然光下活性高、不易脱落、耐久性好的光催化部件。

本发明的利用太阳能的窗式光催化空气净化器工作时，气体在风机作用下，通过进风口进入室内，首先经过过滤网去除进气中的灰尘和颗粒物质后，经过导流板的作用均匀进入，在光催化反应腔与光催化组件充分接触反应后由出风口排出。进风可以从左下部或者右下部进入，从右上部或者左上部吹出。为充分利用机体内部的光催化反应腔，在进风口设置导流板使得风旋流进入腔内。机体内部可以交错安置紫外灯管作为备用光源，而光催化组件则可以交错套置在灯管上或者布置在灯管旁，或者不设置紫外灯管，直接安装光催化组件。另外还可以在机体内不同位置设置挡流板，用以保证气流折流均匀通过光催化反应腔，同时以这种交错网络结构保证入射的太阳光能够直接照射或者通过反射间接照射到光催化组件上，使得光催化剂表面得到充分的光照，同时能与空气良好接触。

本发明的光催化组件采用宽谱响应高效长效的几种掺杂TiO₂或其它新型复合金属氧化物光催化剂。这些光催化剂在太阳光或自然光下具有强光催化活性，能够被激发形成电子空穴对降解吸附在表面的有机气体分子，从而净化空气。

本发明具有实质性特点和显著进步。本发明的典型特点是采用强化的太阳光导入系统和反射系统保证在白天反应器内具有充足的太阳光光源，采用太阳光下具有强活性的光催化剂组成光催化元件，通过窗式结构的光学设计引入充足的太阳光，照射在可见光响应的光催化材料上，净化器内的空气中挥发性有机物在与光催化材料接触时将其降解消除，从而净化空气。本发明可以用于密闭房间、地下室等空气不畅环境中的室内空气净化，也适用于密闭的室内空调房和供暖房内的空气净化。本发明也可安装在工业废气的出风口，通过废气在反应腔体内停留一定时间，以较低的能耗将废气除臭和净化。

附图说明

图1是窗式光催化空气净化器的立体结构图。

图1中，1为进风口，2为风机，6为机体，7为光学窗口，8为反射膜，9为光催化组件，10为出风口。

图2是窗式光催化空气净化器去除顶盖后的俯视结构图。

图2中，1为进风口，2为风机，3为过滤网，4为导流板，5为光催化反应腔，6为机体，7为光学窗口，8为反射膜，9为光催化组件，10为出风口。

图3是本发明中进风口部分的结构示意图。

图3中，1为进风口，2为风机，3为过滤网，4为导流板。

图4是窗式光催化空气净化器半球光学窗口的侧视结构示意图。

图4中，6为机体，7为光学窗口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明，但是以下实施例并不用于限定本发明的范围。

图1为本发明利用太阳能的窗式光催化空气净化器的结构示意图，图2为与图1对应的净化器俯视结构示意图。本发明的一个实施例如图1图2所示，包括：进风口1，风机2，过滤网3，导流板4，光催化反应腔5，机体6，光学窗口7，反射膜8，光催化组件9，出风口10。机体6为一个梯形箱体，机体6内部的光催化反应腔5设置光催化组件9，所述光催化组件9由若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片间隔排列组成，机体6的内侧贴反射膜8，机体6室外的受光斜侧面开有光学窗口7，机体6面向室内的一侧安装进风口1和出风口10，进风口1处安装空气过滤网3并设有导流板4(图1中未画出)，进风口1内侧安装风机2。在此实施例中没有设置备用的紫外灯光源，风机直接采用市电驱动运行。

高强度透明塑料制成的半球形光学窗口7和机体内侧的反射膜8组成整个空气净化器中的光学系统，光学窗口7面向室外受光一侧采光，反射膜8通过光的反射充分利用进入光催化反应腔5的光线以保证各个部位有充足的光强度。气体流动中，气体在风机2的作用下由进风口1进入室内，首先通过空气过滤网3，部分颗粒和易吸附的物质被截留，然后通过导流板4将进风旋流式进入光催化反应腔5，在光催化反应腔5中，与光催化组件9反应片表面的光催化材料接触并完成光催化降解，在太阳光或者自然光照下，空气中的挥发性有机物质，被氧化还原去除，净化后的空气从出风口10循环进入室内。通过窗式空气净化器的反复循环运行，在白天阳光充足的环境下，以较低的能耗下将室内空气完全净化。

光催化组件9由几片与光催化反应腔5侧面尺寸相同的梯形不锈钢网组成，不锈钢网经过盐酸预处理后涂敷活性碳、胶黏剂和钴氧化物负载的催化剂，每平方米有10g左右的光催化剂。光催化组件总面积为2m²，在光照下，室内空气中的有机物被有效降解。

本发明进风口处各部件布置如图3所示，进风口1处安装空气过滤网3并设有导流板4，进风口1内侧安装风机2。

图4给出了所述光学窗口的结构示意。如图4所示，机体6室外的受光斜侧面开有光学窗口7，光学窗口7为半球形。

本发明中，机体6内侧通过贴反射膜8，布置高效率的反射系统，也可添加局部的聚焦系统，以保证在机体内部全部实现1：1的照明，或者局部聚焦实现2-4倍光强。空气净化器可安装于朝南向阳的墙壁窗体上层，光学窗口7根据窗尺寸设置一个或多个半球形导光窗口，呈斜角30-90度安置，保证了在白天的任何时间都能较好收集阳光，包括杂散光的收集，也保证了阴天时有阳光进入机体6的箱体内内。同样结构的空气净化器也可安装在朝北背光的窗外或者地下室，但是需要通过屋顶的采集器和导光管完成太阳光的采集和导入。

以上只是本发明的一个具体实施例，在本发明中，风机2可以安装在进风口1或出风口10一侧，依靠机体6的底部和外侧的太阳能电池供电，或者直接采用市电供电。机体6的内部也可以交错安置紫外灯管，光催化组件交错套置在灯管上或者布置在灯管旁；还可以在箱体内不同位置设置挡流板，保证气流折流均匀通过箱内空间，同时以这种交错网络结构保证入射的太阳光能够直接照射或者通过反射间接照射到光催化组件9上，使得光催化剂表面得到充分的光照，同时能与空气良好接触。光催化反应腔5内可以集成高压静电、加湿、等离子装置等功能。

本发明的窗式光催化空气净化器可用于密闭室内、地下室等空气不畅环境中的空气净化，特别适用于密闭的室内空调房和供暖房内的空气净化，也可用于工业废气的净化处理。本发明在阳光明媚的白天，能够充分采集太阳光，并利用太阳光通过光催化作用，将室内的有机污染物降解去除，从而净化室内空气质量，提高居民生活水平。

Claims (7)

1、一种利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于包括：进风口(1)、风机(2)、过滤网(3)、导流板(4)、光催化反应腔(5)、机体(6)、光学窗口(7)、反射膜(8)、光催化组件(9)、出风口(10)，连接方式为：整个机体(6)为一个梯形箱体，机体(6)内部的光催化反应腔(5)设置光催化组件(9)，所述光催化组件(9)由若干片负载可见光响应的光催化剂的反应片间隔排列组成，机体(6)的内侧贴反射膜(8)，机体(6)室外的受光斜侧面开有光学窗口(7)，机体(6)面向室内的一侧安装进风口(1)和出风口(10)，进风口(1)处安装空气过滤网(3)并设有导流板(4)，进风口(1)内侧安装风机(2)。

2、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于所述光学窗口(7)为半球形光学窗口，设置一个或多个。

3、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于所述机体(6)内设置挡流板以保证气流均匀通过光催化反应腔(5)。

4、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于在所述机体(6)底部和外侧设置太阳能电池供电，或者直接采用市电供电。

5、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于所述机体(6)的内部交错安置紫外灯管作为备用电源，所述光催化组件(9)交错套置在灯管上或者布置在灯管旁。

6、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于所述构成光催化组件(9)的反应片为一种多孔状载体，经预处理后涂敷了活性碳、无机胶黏剂和可见光响应的光催化剂。

7、根据权利要求1所述的利用太阳能的窗式光催化空气净化器，其特征在于所述光催化组件(9)为采用泡沫金属、陶瓷、蜂窝陶瓷、多孔耐水纸、塑料、树脂、玻璃丝或金属丝网作为载体，以活性炭和无机硅化合物的混合溶液为粘结剂，利用溶胶凝胶、浸渍刷涂、磁控溅射或喷涂方法，将具有可见光活性的非金属掺杂TiO₂、钴或镍的氧化物负载的钒酸铋光催化剂负载于载体的表面得到的光催化组件。

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