CN101520202A

CN101520202A - 适用于上排式油烟机的油烟净化处理器

Info

Publication number: CN101520202A
Application number: CN200910066785A
Authority: CN
Inventors: 韩炜; 纪红; 张大伟; 吕丽; 张典; 李永平; 韩健
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: CN101520202B

Abstract

本发明属于饮食业油烟净化技术领域，具体涉及一种适用于上排式油烟机的油烟净化处理器。由箱体、设置于箱体内的催化装置和安装在箱体上的加热装置组成，催化装置由前后两个金属管捆绑装置和涂覆催化剂的多根金属管组成，金属管上涂覆的催化剂为氧化铜、氧化铬、氧化锰、氧化镍中的一种或几种，以及金属银和钯。本发明所述的处理器采用金属管作为催化剂的载体，有利于油烟气体的流通，可以使油烟顺利排放到户外；同时，金属管易于加热，可以使催化剂迅速达到反应所需的温度；利用化学催化方法把油烟气体转化为水蒸汽和二氧化碳气体，起到了“标本兼治”的效果，更加的环保、彻底。

Description

适用于上排式油烟机的油烟净化处理器

技术领域

本发明属于饮食业油烟净化技术领域，具体涉及一种适用于上排式油烟机的油烟净化处理器。

技术背景

随着我国改革开放，餐饮业蓬勃发展。各餐厅、食堂、饭店所排放的油烟污染周围的空气，尤其在大的城市或者餐饮业密集区，这些气体已经严重危害了居民的身体健康，已经引起了国家的高度重视，并颁发了饮食业油烟排放标准，可见，加强饮食业油烟治理势在必行。

目前已有油烟的净化技术包括惯性分离、静电沉降、织物过滤、液体洗涤等，几乎都是以物理方法处理油烟，油烟的危害依然存在。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种设备简单的适用于上排式抽/吸油烟机的油烟净化处理器，其能够彻底解决油烟的二次污染问题，达到标本兼治的效果。

本发明所述的油烟净化处理器是一种可以适合于现有油烟机的油烟净化处理器，采用化学催化的方法，把油烟转化成二氧化碳和水，彻底消除油烟的毒害。本发明利用催化剂将油烟中的有害成分醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香族化合物、酯、杂环化合物等完全转化为洁净气体，其反应机理就是将这些碳的化合物最终形成二氧化碳和水：

随着经济发展和产业结构的调整，以及居民的环境保护意识的提高，高效低耗、便于维护的油烟雾处理设备将是环保产业市场的一个潜在的需求，本发明创造正符合此要求。

如图1、2、3、4所示，本发明所述的油烟净化处理器由箱体、设置于箱体内的催化装置和安装在箱体上的加热装置组成。

如图1所示，箱体11通过箱体固定连接装置12安装在油烟机的集烟罩100和排烟管道101之间，箱体11具有进气口13和出气口15，油烟从进气口13进入箱体11，从出气口15排出箱体11；在箱体11内设置有连接固定装置14、14’，连接固定装置14、14’用来把催化装置固定在箱体11内；箱体11是内径为30～100厘米、厚度为4～8毫米、长度为30～100厘米的不锈钢材料；

如图1、2和4所示，在箱体11的进气口和出气口上分别设置一对箱体连接固定装置12、12’，其为中间带有圆孔的三角形不锈钢结构，每对箱体连接固定装置12、12’成180度角设置，箱体连接固定装置12、12’与油烟净化处理器的箱体11固定焊接在一起，再通过螺丝把油烟净化处理器安装在油烟机集烟罩100和烟道101中间；

在箱体11内，在距进气口3～5cm处和在距出气口3～5cm处各设置一对连接固定装置14、14’，上面焊接有螺丝杆，每对连接固定装置14、14’都成180度角设置；在箱体11内的催化装置由前后两个金属管捆绑装置31、31’和涂覆催化剂的多根金属管32组成；两个金属管捆绑装置31、31’由焊接在一起的具有一定宽度的两个半圆形铁皮组成，如图4中的黑点所示，为将两个半圆形铁皮焊接在一起的焊点33、33’，该装置用来把多根金属管32捆绑在一起，从而将催化装置通过连接固定装置14、14’固定安装在箱体11内；在金属管捆绑装置31、31’的上面各焊接有一对成180度角设置的中间带有圆孔的三角形固定装置34、34’，把连接固定装置14、14’上面的固定螺丝杆穿过34、34’上面的圆孔，用螺丝拧紧，就可以把催化装置固定在箱体11内部；多根金属管32平行于油烟机的烟道方向放置，这样可以使油烟气体流通顺畅；

金属管32可以是单质金属，例如铁；二元合金，例如镍铬合金(镍80％、铬20％)载体；不锈钢等，长度为25～95厘米，内径为0.8～10厘米，臂厚为2～8毫米；

加热装置由两组电磁加热线圈21、22和电源组成，两组电磁加热线圈21、22套在箱体11的外面且靠近进、出气口两端的位置，电磁加热线圈21、22由密集缠绕的绝缘导线制成，并联后与电源组成串联回路；用绝热材料把电磁加热线圈21、22和箱体11隔开，电源通入220V交流电后，利用电磁感应原理加热金属管32，电磁加热有加热时间短的优点，可以使金属管32快速达到220～250℃。绝热材料为玻璃棉、玻璃纤维等比较软的、易于填充的的材料。

电磁加热线圈采用漆包线制成，单层平铺；匝数为30～50之间，每根漆包线的直径2～6mm；

进一步地，还可以在上述加热装置中增加具有控温功能的热敏电阻4，热敏电阻4位于金属管32后端1～2cm处(油烟净化处理器的出气口位置)，与电磁加热线圈21、22和电源组成串联回路，用于对电磁加热线圈21、22的加热过程进行控制；当箱体11内金属管32的温度低于220～250℃时，热敏电阻4的阻值很小(5～500欧姆)而且保持恒定不变，串联回路连通，电磁加热线圈21、22处于加热状态，进而加热金属管32；当金属管32的温度到达220～250℃时，热敏电阻4的阻值会瞬间变得很大(800～3000欧姆)，串联回路中的电流几乎是0，电磁加热线圈21、22就停止对金属管32的加热。安装控温装置主要是因为本发明所述油烟净化处理器是利用化学催化去除油烟，该化学过程是放热过程，一旦反应进行时，完全可以利用自身化学反应所放的热来加热催化剂，进而维持反应的进行，从而可以起到节省能源的作用。

金属管上面涂覆催化剂，催化剂包括氧化铜、氧化铬、氧化锰、氧化镍中的一种或几种，以及金属银和钯。

催化剂按占金属管载体的质量百分比为：氧化铜2～10％，氧化铬2～8％，氧化锰2～10％，氧化镍2～10％，银1～5％，钯0.1～0.4％。

在金属管载体上(以下简称为载体)涂覆上述催化剂的过程：

1、载体上涂覆玻璃涂层的过程：

1)首先将玻璃涂层中各物质的硝酸盐加蒸馏水配制成一定质量浓度的硝酸盐溶液：

硝酸钠(NaNO₃)： 5～50％

硝酸钾(KNO₃)： 5～25％

硝酸锂(LiNO₃)： 5～20％

九水硝酸铝(Al₂(NO₃)₃9H₂O)： 5～38％

四水硝酸钙(Ca(NO₃)₂4H₂O)： 5～30％

硝酸锶(Sr(NO₃)₂)： 5～30％

硝酸锆(Zr(NO₃)₂)： 5～20％

硝酸锌(Zn(NO₃)₂)： 5～25％

硝酸钯(Pb(NO₃)₂)： 5～15％

硝酸钡(Ba(NO₃)₂)： 5～24％

硝酸镁(Mg(NO₃)₂)： 5～50％

硝酸钼(Mo(NO₃)₆)： 5～20％

六水硝酸锰(Mn(NO₃)₂6H₂O)： 5～80％

六水硝酸镍(Ni(NO₃)₂6H₂O)： 5～50％

六水硝酸钴(Co(NO₃)₂6H₂O)： 5～50％

六水硝酸铈(Cr(NO₃)₃6H₂O)： 5～26％

三水硝酸铜(Cu(NO₃)₂3H₂O)： 5～55％

再配制质量浓度为5～20％的硼酸的蒸馏水溶液，然后将上述3～9种硝酸盐的混合溶液和硼酸溶液混合，在50℃～60℃温度下搅拌0.5～1小时，直到固体盐全部溶解；

2)称量10～20毫升的正硅酸乙酯溶液，然后将4～5毫升质量浓度为85％的乙醇，1～2毫升的蒸馏水和0.1～1毫升质量浓度为65％的硝酸混合均匀搅拌；然后以1～2.5ml/min的速度将配好的混合溶液倒入到正硅酸乙酯溶液中搅拌，最终形成透明的溶液；

3)将步骤1)得到的10～50ml硼酸和硝酸盐的混合溶液以1～2.5ml/min的速度倒入步骤2)的正硅酸乙酯混合溶液中，不断的搅拌0.5～3小时，最终形成的混合溶液即为玻璃涂层溶液；

配好玻璃涂层溶液以后，将金属管载体浸入其中，每次5～10分钟，反复涂覆3～5遍，每涂覆两遍间要用吹风机吹干，最后在空气中于室温下利用脱脂棉、滤纸等吸附材料使其阴干2～12小时，然后在烘干箱里于空气中在60℃～180℃温度下干燥2～4个小时，随炉冷却，取出，得到表面涂有玻璃涂层的金属管载体。

2.金属管的预处理：

首先，利用喷砂机对金属管进行喷砂处理；

其次，将喷过砂的金属管用质量浓度为10％的硝酸常温浸泡20～30分钟；

再次，将酸洗过的金属管用蒸馏水冲洗3～4遍，吹干。

3、在金属管载体上涂覆催化剂：

1)将非贵金属铜、铬、锰、镍的硝酸盐的蒸馏水溶液(先分别配制非贵金属硝酸盐的蒸馏水溶液，浓度为：硝酸镍5～50wt％、硝酸铜5～50wt％、硝酸锰5～70wt％、硝酸铬5～30wt％)的一种或者几种混合后浸渍金属管载体，每次浸入5～10分钟，反复涂覆3～5遍，每涂覆2遍间要用吹风机吹干，最后在空气中于室温下利用脱脂棉、滤纸等吸附材料使其阴干2～12小时，然后在烘干箱里于空气中在60℃～150℃温度下干燥2～4个小时，随炉冷却，取出；

2)再将贵金属银和钯的硝酸盐的蒸馏水溶液混合后浸渍上述载体(先配制贵金属硝酸盐的蒸馏水溶液，浓度为：硝酸银5～30wt％；硝酸钯1～10wt％)，每次浸入5～10分钟，反复涂覆3～5遍，每涂覆2遍间要用吹风机吹干，最后在空气中于室温下利用脱脂棉、滤纸等吸附材料使其阴干2～12小时，然后在烘干箱里于空气中在60℃～150℃温度下干燥2～4个小时，随炉冷却，取出；

3)最后，在高温炉中，随炉升温到300～750℃温度下再煅烧1～5个小时。随炉冷却，取出，从而在载体上制备出去除油烟的催化剂。

金属管的清洁：由于金属管上涂覆有催化剂，只要在烹饪结束以后，再继续让装有油烟净化器的抽油烟机继续工作20～30秒，附着在金属管上面的少量油就会继续被催化；长时间的使用可能会有少量的灰尘，可以采用水洗和擦拭的办法进行清洁，因为上面几乎没有油，灰尘很容易清除。

本发明专利的有以下几个优点：

1.采用金属管作为催化剂的载体，有利于油烟气体的流通，可以使油烟顺利排放到户外。同时，金属管易于加热，可以使催化剂迅速达到反应所需的温度。

2.本装置利用化学催化方法把油烟气体转化为水蒸汽和二氧化碳气体，起到了“标本兼治”的效果，更加的环保、彻底。

3.由于化学催化过程是一个放热过程，一旦反应开始，完全可以利用反应自身放热来加热催化剂本身。此时，可停止加热装置的工作，可以节省能源。

附图说明

图1：本发明所述的油烟净化处理器的侧面剖视结构示意图；

图2：本发明所述的油烟净化处理器的主视结构示意图；

图3：本发明所述的油烟净化处理器的催化装置结构示意图；

图4：两根金属管捆绑装置结构示意图；

其中括号外的序号对应金属管捆绑装置31，括号外的序号对应金属管捆绑装置31’；

图5：油烟的浓度与吸光度的标准曲线；

图6：本发明所述的油烟净化评价活性装置示意图。

具体实施方式

实施例1：

红外分光光度法测量油烟的浓度：用红外分光光度计测定溶解于四氯化碳溶剂中油烟的含量，油烟的含量由波数分别为2930cm¹(CH₂基团中CH键的伸缩振动)、2960cm¹(CH₃基团中CH键的伸缩振动)和3030cm¹(芳香环中CH键的伸缩振动)谱带处的吸光度A₂₉₃₀、A₂₉₆₀和A₃₀₃₀进行计算。

实施例2：油烟浓度对吸光度的标准曲线，其步骤如下：

(1)在500ml三颈瓶中加入300ml的食用油，插入量程为500℃的温度计，当食用油温度120℃时，敞口加热30min，然后在三颈瓶正上方安装一空气冷凝管，升温至300℃，回流2h，在三颈瓶中制得标准油样品。

(2)在精度为十万分之一的天平上准确称取回流好的标准油样品1g于50ml容量瓶中，用重蒸(控制温度70～74℃)后的分析纯CCl₄稀释至刻度，得到高浓度标准溶液A。取A液1.00ml于50ml容量瓶中用上述CCl₄稀释至刻度，得到标准中间液B。分别移取0.25ml、0.5ml、1.0ml、1.5ml、2.0ml、2.5ml、3.0ml、3.5ml的B溶液于25ml容量瓶中，用CCl₄稀释至刻度配成浓度分别为4mg/l、8mg/l、16mg/l、24mg/l、32mg/l、40mg/l、48mg/l、56mg/l标准油样品系列浓度的溶液。

(3)在红外分光光度计上固定待测定波长，测得标准油样品系列浓度的溶液对应的透光率，计算出吸光度。

(4)以吸光度为横坐标，标准油样品的浓度为纵坐标，得出标准曲线，如图5所示。

实施例3：

油烟去除效率的公式：P＝(C_前-C_后)/C_前×100％。

其中：C_前油烟催化前的浓度；C_后油烟催化后的浓度；P油烟的催化效率。

如图6所示：601为空气压缩机，602为缓冲瓶，603为干燥塔，604为流量计，605为油烟发生装置，606为温度计，607为调压器，608为反应器，609为温度计，610为加热炉，611为控制器，612为吸收管，613为冰水混合物，614为转子流量计，a为油烟气管路，b为采样管路，c、d为气体排空管路；装置601、602、603用来提供高速、稳定、干燥的空气，相当于油烟机的风扇；装置604和614用来测量空气的流速；装置606和609用来测量反应装置内的温度；装置605和607用来加热标准油；装置608、610和611用来放置、加热催化剂，其中的608相当于油烟净化器的箱体(里面放入10根涂覆催化剂的金属管，金属管的处理及涂覆催化剂的内容见实施例4)，610相当于油烟净化器的加热装置，609和611相当于油烟净化器里控温装置；是油烟催化的装置；装置612用来采集油烟；装置613提供低温环境，减少四氯化碳的挥发。a、b、c、d标明了油烟气体的流通过程。

油烟的生成：打开空气压缩机，通入空气，流动的空气从油烟发生装置中通过，油烟发生装置是一个三颈瓶，通过调压装置改变作用在三颈瓶中的标准油的电压，实验时电压在20～30V范围内，油的温度为150～230℃；空气与油接触时形成油烟气体。

烟气的采集：吸收管中装有25ml的CCl₄，空速为200ml/min下分别吸收催化前后油烟气体各20分钟，各测4次。

烟气的测量：对以上8个样品，取等体积(10～20ml)在红外分光光度计测量油烟的吸光度A₂₉₃₀、A₂₉₆₀和A₃₀₃₀，通常我们取A₂₉₃₀得吸光度(因为它的吸光度比较明显)代到实施例2中的标准曲线中，可以求得油烟的浓度，测量4次取浓度的平均值。代入公式就可知道催化效率P。

实施例4：

首先取硝酸钾3克，硝酸钠10克，九水硝酸铝6克，四水硝酸钙3.5克，六水硝酸镍10克，六水硝酸钴10克，分别加入10毫升蒸馏水搅拌均匀；再取上述盐的水溶液：硝酸钾2.3克，硝酸钠4克，硝酸铝2.1克，硝酸钙2克，硝酸镍6克，硝酸钴2.4克混合均匀；再称量2克硼酸加入15毫升的水，两种溶液混合搅拌(50℃条件下40分钟)。

称量正硅酸乙酯溶液15毫升，然后将4毫升质量浓度为85％的乙醇、1毫升的水和0.2毫升质量浓度为65％的硝酸混合搅拌均匀，最后缓慢的将配好的混合溶液以每2分钟3毫升的速度倒入到正硅酸乙酯中搅拌，最终形成透明的溶液。

将上述的两种混合液均匀搅拌，制成一种成分的玻璃涂层溶液。

镍铬合金金属管10根，每根金属管长25厘米，内径8毫米，厚度2毫米，进行前文所述的预处理，然后将金属管浸入玻璃涂层溶液中，每次浸入10分钟，每次涂覆要用吹风机吹干，反复3次，最后在空气中常温阴干5小时，然后在烘箱中170度空气环境下烘干3小时，随炉冷却后取出，就得到涂覆玻璃涂层的金属管载体。载体上涂覆的涂层的成份(质量含量)为氧化钠(Na₂O)11％，氧化钾(K₂O)2％，二氧化三铝(Al₂O₃)3.0％，氧化钙(CaO)4％，三氧化二硼(B₂O₃)27.0％，二氧化硅(SiO₂)52％，氧化镍(NiO)0.5％，氧化钴(CoO)0.5％。

其次各取硝酸镍，硝酸铬，硝酸铜和硝酸锰的蒸馏水溶液100ml(硝酸镍32wt％、硝酸铜19wt％、硝酸锰11wt％、硝酸铬13wt％)混合后浸渍上述载体，每次浸入10分钟，反复涂覆4遍，每涂覆2遍间要用吹风机吹干，最后在空气中于室温下利用脱脂棉、滤纸等吸附材料使其阴干2小时，然后在烘干箱里于空气中在120℃温度下干燥2个小时，随炉冷却，取出；

然后各取硝酸银和硝酸钯的蒸馏水溶液100ml(硝酸银6wt％，硝酸钯0.2wt％)浸渍上述载体，每次浸入5分钟，反复涂覆5遍，每涂覆2遍间要用吹风机吹干，最后在空气中于室温下利用脱脂棉、滤纸等吸附材料使其阴干3小时，然后在烘干箱里于空气中在120℃温度下干燥4个小时，随炉冷却，取出；最后，在高温炉中，随炉升温到650℃温度下再煅烧3个小时，随炉冷却，取出。这样就在镍铬合金载体上制备得到了催化剂。载体上催化剂的含量分别为：银2.3wt％，钯0.2wt％，氧化镍8wt％，氧化锰5wt％，氧化铜6wt％。氧化铬3.5wt％。

表1是催化剂在190℃、250℃和300℃下，测量油烟在催化前后的浓度，计算得到的催化效率。

表1：油烟的转化效率

载体的温度(℃)	催化前油烟的浓度(mg/m³)	催化后油烟的浓度(mg/m³)	催化效率(％)
载体的温度(℃)	催化前油烟的浓度(mg/m³)	催化后油烟的浓度(mg/m³)	催化效率(％)	300	141.6	9.4	93.1
250	155.3	20.65	86.7	300	141.6	9.4	93.1
250	155.3	20.65	86.7	190	153.6	84.4	54.9

当催化剂温度是190℃时，我们可以看到油烟的催化效率是54.9％；当催化温度是250℃时，催化效率高达86.7％，已经满足应用的条件；当温度是300℃时，已经达到93.1％。

可见，本专利能够去除大部分油烟，有很好的环保效益，是未来油烟处理的发展方向。

Claims

1、适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，由箱体、设置于箱体内的催化装置和安装在箱体上的加热装置组成，其特征在于：

(1)箱体(11)通过箱体固定连接装置(12)安装在油烟机的集烟罩(100)和排烟管道(101)之间，箱体(11)具有进气口(13)和出气口(15)，油烟从进气口(13)进入箱体(11)，从出气口(15)排出箱体(11)；在箱体(11)内设置有连接固定装置(14、14’)，连接固定装置(14、14’)用来把催化装置固定在箱体(11)内；

(2)催化装置由前后两个金属管捆绑装置(31、31’)和涂覆催化剂的多根金属管(32)组成，金属管捆绑装置(31、31’)由焊接在一起的具有一定宽度的两个半圆形铁皮组成，用来把多根金属管(32)捆绑在一起，从而将催化装置通过连接固定装置(14、14′)固定安装在箱体(11)内；

(3)加热装置由两组电磁加热线圈(21、22)和电源(5)组成，两组电磁加热线圈(21、22)套在箱体(11)的外面且靠近进、出气口两端的位置，电磁加热线圈(21、22)由密集缠绕的绝缘导线制成，并联后与电源(5)组成串联回路；用绝热材料把电磁加热线圈(21、22)和箱体(11)隔开，利用电磁感应加热金属管(32)。

2、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：是在箱体(11)的进气口(13)和出气口(15)上分别设置一对箱体连接固定装置(12、12’)，其为中间带有圆孔的三角形不锈钢结构，每对箱体连接固定装置(12、12’)成180度角设置，箱体连接固定装置(12、12’)与油烟净化处理器的箱体(11)固定焊接在一起，再通过螺丝把油烟净化处理器安装在油烟机集烟罩(100)和烟道(101)之间。

3、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：箱体(11)的材料是内径为30～100厘米、厚度为4～8毫米、长度为30～100厘米的不锈钢。

4、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：是在箱体(11)内距进气口(13)和出气口(15)3～5cm处各设置一对连接固定装置(14、14’)，连接固定装置(14、14’)上面焊接有螺丝杆，每对连接固定装置(14、14’)成180度角设置。

5、如权利要求4所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：是在金属管捆绑装置(31、31’)的上面各焊接有一对成180度角设置的中间带有圆孔的三角形固定装置(34、34’)，把连接固定装置(14、14’)上面焊接的螺丝杆穿过(34、34’)上面的圆孔，用螺丝拧紧，就可以把催化装置固定在箱体(11)内部。

6、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：多根金属管(32)平行于油烟机的烟道方向放置。

7、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：金属管(32)是单质金属、二元合金或不锈钢；长度为25～95厘米，内径为1～10厘米，臂厚为2～8毫米。

8、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：在加热装置中增加具有控温功能的热敏电阻(4)，热敏电阻(4)位于金属管(32)后端1～2cm处，与电磁加热线圈(21、22)和电源(5)组成串联回路，用于对电磁加热线圈(21、22)的加热过程进行控制。

9、如权利要求1所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：金属管上涂覆的催化剂为氧化铜、氧化铬、氧化锰、氧化镍中的一种或几种，以及金属银和钯。

10、如权利要求9所述的适用于上排式油烟机的油烟净化处理器，其特征在于：催化剂按占金属管载体的质量百分比，为氧化铜2～10％，氧化铬2～8％，氧化锰2～10％，氧化镍2～10％，银1～5％，钯0.1～0.4％。