CN101474955B - 车内空气净化系统 - Google Patents
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Abstract
车内空气净化系统，属于空气净化器领域，尤其涉及一种集纳米光催化空气净化技术、低温等离子体技术及活性炭吸附技术于一体的车载空气净化净化系统。它包括有将污染气体引入净化系统中的风扇，在净化系统内布置等离子体电极结构与催化剂膜5，在平行放置的等离子体电极结构与催化剂膜5的中间布置紫外灯4，在净化系统外部布置与电极结构两极及紫外灯相连接的变压器3和镇流器7。本发明将纳米光催化技术，低温等离子技术，活性炭吸附技术相结合应用于车内空气净化系统内，三种技术的协同作用会克服各自的局限性，达到高效去除污染物的效果。
Description
技术领域
本发明属于环保领域，尤其涉及一种用于汽车室内的空气净化系统。
背景技术
从车辆的生产到使用开始，其一系列的过程都伴随着污染物的产生，产生过程主要有以下面途径：1)车辆在生产时，车内饰件要使用大量的塑料制品和粘合剂，其主要成分包括甲醛、苯、二甲苯、丙酮等，这些都是产生车内环境污染的罪魁祸首；2)发动机长时间运转之后，其产生的热量会增加车内污染物的挥发；车内的空调如果长时间不进行清洗护理，就会在其内部附着大量污垢，所产生的胺、烟碱、细菌等有害物质弥漫在车内狭小的空间里，导致车内空气质量差甚至缺氧；3)摆放车内一些劣质的毛绒玩具、靠垫等装饰物，会增加车内“甲醛”的释放源。另外一些人喜欢在车里喷洒香水，很多香水是化学合成物，其本身也含有害物质，这样只会加重污染；4)人们呼吸过程以及有些车内抽烟现象的存在，给车内的空气品质造成严重的影响。净化汽车内空气，提高车内空气品质越来越受到人们的关注。去除这些污染物有许多方法，其中：
(1)纳米光催化(photocatalysis)空气净化技术是利用纳米TiO2的纳米特性，使其在特定波长的光照条件下，产生光致电子(eCB -)和空穴(hVB +)。电子和空穴通过与催化剂表面吸附的氧和水发生反应生成具有高活性的自由基，·OH，·O2 -，·OH具有很强的氧化能力，其反应能为120kcal/mol，高于各类化学键，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)，因而能完全分解各类有机物，最终生成CO2和H2O，达到去除污染物和杀灭细菌、病毒的目的。但是，由于光催化反应是表面反应，低浓度污染物能否与催化剂表面充分接触、光源发出的光子能否激发催化剂产生更多的电子(eCB -)和空穴(hVB +)，都是影响着光催化空气净化器效率的主要问题。
(2)活性碳是物理法去除污染气体重要吸附剂，它具有的较大的比表面，对污染气体中所含的有害气体具有很强的吸附作用，但由于为物理吸附，只起到了污染物的转移，并没有达到污染气体的氧化分解，故使用一段时期后会出现吸附饱和的现象，需要定期清洗或更换滤芯。
(3)低温等离子体技术(non-thermal plasma)，通过直流电晕放电，(a)其中包含电子和正负离子，在高压电场梯度作用下，这些粒子首先与空气中的颗粒污染物发生非弹性碰撞，从而附载在其上面，使之成为荷电离子，然后在电场作用下沉积，这是其中的一个物理过程；(b)非平衡态等离子高能电子、离子等与污染物分子发生弹性碰撞，这些活性离子的平均动能高于污染物分子的健能，污染物分子在这些高能电子轰击下，电离和解离，使复杂大分子污染物转变为简单小分子物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒有害物质，从而使污染物得以降解；(c)对电子亲和力强的一些分子，例如O2和H2O，一部分通过碰撞激发产生大量·OH，·HO2，·O等自由基，这些自由基具有强氧化性，可将污染物氧化分解，达到提高空气品质的目的。但这种方式的净化效率不是很高。
由于各种技术的有各自的局限性，要达到高效去除污染物的目的，目前还没有有效的手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集纳米光催化技术、低温等离子体技术及活性碳吸附技术于一体的车内空气净化系统，该系统可同时实现污染气体的高效去除及病菌、病毒的杀灭目的，提高车内空气品质，改善生活环境。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：提供一种集纳米光催化技术、低温等离子体技术及活性碳吸附技术于一体的车载空气净化净化系统。它包括有将污染气体引入净化系统中的风扇，在净化系统内布置等离子体电极结构与催化剂膜，在平行放置的等离子体电极结构与催化剂膜5的中间布置紫外灯4，在净化系统外部布置与电极结构两极及紫外灯相连接的变压器3和镇流器7。
紫外灯4可以为365nm波长的黑光灯，也可以为254nm波长的石英灯。
催化剂膜8为负载于活性炭网上的纳米TiO2膜，活性炭网可以为蜂窝状活性炭网，也可以为活性炭纤维网，还可以为将活性炭颗粒粘附于其他载体表面形成的活性炭颗粒网。
等离子体电极结构可以为线-板结构，也可以为线-线结构，也可以为针-板结构，电极结构为正极放电，负极接地。电极结构正极与负极之间均由绝缘材料来支撑。纳米TiO2膜催化剂膜8放置在等离子体电极结构正负极之间，以充分利用等离子体电极结构所产生的高能粒子能量。
等离子体线-板电极结构中的负极板可以为平面多孔板，还可以为网状金属板。
为适合于车载，变压器3电源可以为12V电源，若为其他空间空气净化，变压器电源可以为220V等其他电压下的电源。
也可以利用汽车现有的风道和点火线圈的高压作为风道结构和等离子体电极结构的高压电源。
风道在车舱内可以设置一个，也可以设置三个或四个。一个的将风道设置在车舱前部中间的仪表盘下面；三个的在车舱后部两侧各增设置一个风道；四个的再把前部的风道增加为两个，分别设置在车舱前部的两侧。
本发明的有益效果是：将活性炭吸附技术与光催化技术相结合，利用活性炭的吸附作用可以在催化剂表面形成局部高浓度，提高污染物的光催化去除效率，同时光催化的氧化作用可以将吸附在活性炭表面的污染物氧化分解，达到活性炭吸附再生的目的，既提高了污染气体的去除效率，又延长了活性炭的使用寿命。将低温等离子体技术与光催化技术相结合，高能等离子体除了可以将污染物氧化分解外，还可激发催化剂表面产生羟基官能团，提高污染气体的彻底氧化分解能力。
附图说明
图1.垂直来流方向布置净化单元的空气净化系统局部剖面结构示意图
图2.线-板等离子体电极结构与催化剂膜两侧的结构示意图；
图3.线-线等离子体电极结构与催化剂膜两侧的结构示意图；
图4.针-板等离子体电极结构与催化剂膜两侧的结构示意图；
图5.可代替电极结构中多孔板电极结构金属网状及平面金属板示意图；
图6.垂直来流方向布置多组净化单元的空气净化系统的结构示意图；
图7.倾斜于来流方向布置净化单元的空气净化系统的结构示意图；
图8.倾斜于来流方向布置多组净化单元的空气净化系统的结构示意图；
图9.改变来流方向的空气净化系统结构示意图。
图中，1、风道，2、引气风扇，3、变压器，4、紫外灯，5、等离子体电极结构与催化剂膜，6、净化单元，7、镇流器，8、催化剂膜，9、等离子体电极结构中的正极板，10、等离子体电极结构中的负极板，11绝缘支撑框架，12、正极引线，13、负极引线，14、锚固件，15、绝缘线。
具体实施方式
实施方案1.
如图1所示为车内空气净化系统中风道1及净化单元6的结构示意图，风道1的横截面为矩形，污染气体经引气风扇2引入净化单元6内部，净化单元6的结构为：平行布置2块等离子体电极结构与催化剂膜5，在2块等离子体电极结构与催化剂膜5之间布置2～4支紫外灯4，变压器3的作用是将原边电压(汽车使用的12V的直流电源)转变为能激发等离子体结构产生高能等离子体的高压。同时镇流器7通过12V直流电源可为紫外灯4直接供电；变压器3和镇流器7布置在风道1外部。污染的气体经净化单元6后，在活性炭的吸附作用下，富集在催化剂TiO2表面，在高能等离子体及光催化的作用下将污染气体予以分解去除，达到彻底去除污染气体的目的。
净化单元6中的等离子体电极结构与催化剂膜5，是在两个电极板(等离子体电极结构中的正极板9和负极板10)间夹催化剂膜8构成，通过锚固件14将三者结合在一起，再通过绝缘材料制作的支撑框架11固定在风道中。其中的等离子体电极结构可以有多种形式：图2为线-板结构的电极，其中正极板为线结构(如图中的a)，通过引线12接高压电源的正极，负极板为孔板结构(如图中的b)，通过引线13接高压电源的负极(地)。图3为线-线结构的电极，线-线等离子体电极结构正负电极两侧结构相同。其中正极板为线结构(如图中的a)，通过引线12接高压电源的正极，负极板也为线结构(如图中的b)，通过引线13接高压电源的负极(地)。图4为针-板结构的电极，其中正极板为均匀布置在绝缘线15上的平行针，针尖指向负极板(如图中的a及c)，通过引线12接高压电源的正极，即利用针的尖端进行放电，采用绝缘线上布置放电针，是为了充分利用正极侧紫外光源的能量；负极板为孔板结构(如图中的b)，通过引线13接高压电源的负极(地)。以上各极板除了图2、图4中的金属孔板结构，也可以制成如图5所示的网状金属板。
含有净化单元6的风道1可以在车舱内设置一个，也可以设置多个。只有一个风道的情况可以将风道设置在车舱前部中间的仪表盘下面。也可以在车舱后部的两侧座椅下面再增设两个风道。还可以把前部的风道也增设为两个，安置在前部的两侧，净化风道设置越多，净化效果越明显。为了不影响车舱的空间及美观，可以利用车内现有的风道，将净化单元6放置在现有的风道中即可，只是安装、拆卸较麻烦。还可以利用汽车本身点火线圈的高电压作为等离子体电极结构的高压电源，可以省去产生高压电的变压器3。
实施方案2.
如图6所示，具体过程与实施方案1类似，只是在风道内布置了两个净化单元6，两个净化单元6布置为3块等离子体电极结构与催化剂膜5间布置2组紫外灯4。
实施方案3.
如图7所示，具体过程与实施方案1类似，只是在净化单元6内的2块电极结构与催化剂膜5以一定夹角对置，形成一个楔形面放置在风道中，以增加污染气体1与催化剂膜8的接触面积。
实施方案4.
如图8所示，具体过程与实施方案3类似，只是净化单元6为两个，两个净化单元6形成包围结构，增加紫外光源的利用程度。
实施方案5.
如图9所示，具体过程与实施方案1类似，只是在风道设置了90度拐角，改变污染气体的流动方向，加大来流气体的扰动，延长污染物的驻留时间和与催化剂的接触。
Claims (10)
1.车内空气净化系统，该系统包括设计在车舱内的风道结构，进风口处的进气风扇(2)，设置在风道(1)内的空气净化单元(6)及电源系统，其特征在于：所述的空气净化单元(6)由等离子体电极结构与催化剂膜(5)、紫外灯(4)构成：等离子体电极结构与催化剂膜(5)通过绝缘支撑框架安装在风道四壁上，等离子体电极结构与催化剂膜(5)两块作为一组，平行放置，其法向平行于风道轴向，或者与风道轴向有一定夹角，在两块等离子体电极结构与催化剂膜(5)之间放置紫外灯(4)2至4支，或者所述的等离子体电极结构与催化剂膜(5)两块作为一组，两块等离子体电极结构与催化剂膜(5)以一定夹角对置，形成一个楔形面放置在风道中，在两块等离子体电极结构与催化剂膜(5)之间放置紫外灯(4)2至4支，其中的等离子体电极结构与催化剂膜(5)的结构为孔、栅状的两个电极板之间夹具有强氧化性的催化剂膜(8)；所述的电源系统将汽车上的12V电瓶电源通过变压器(3)和镇流器(7)转化为接等离子体电极结构的两个电极板的高压电源和紫外灯(4)的电源，变压器(3)和镇流器(7)安装在风道(1)的外壁上。
2.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：所述的催化剂膜(8)为负载于活性炭网上的纳米TiO2膜。
3.根据权利要求2所述的车内空气净化系统，其特征在于：所述的活性炭网为蜂窝状活性炭网，或者为活性炭纤维网，或者为将活性炭颗粒粘附于其他载体表面形成的活性炭颗粒网。
4.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：所述的紫外灯(4)为365nm波长的黑光灯，或者为254nm波长的石英灯。
5.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：所述的等离子体电极结构与催化剂膜(5)中的等离子体电极结构为线-板结构，或者为线-线结构，或者为针-板结构，电极结构为正极放电，负极接地。
6.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：风道(1)可以是弯曲的风道。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的车内空气净化系统，其特征在于：在风道中可以放置两个以上的净化单元(6)。
8.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：车舱前部设置一个风道(1)，车舱后部两侧各设置一个风道(1)。
9.根据权利要求1所述的车内空气净化系统，其特征在于：车舱前部两侧各设置一个风道(1)，车舱后部两侧各设置一个风道(1)。
10.根据权利要求7所述的车内空气净化系统，其特征在于：风道为车内本身的风道；高压电源采用汽车本身点火线圈的输出。
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