CN103925651B - 一种实验室空气净化机及基于该净化机的空气净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室空气净化机及基于该净化机的空气净化方法，包括开设进风口和出风口的机箱，且进风口设置在底部，出风口设置在顶部，在进风口上方设置有用于存放净化液的储液池，储液池与机箱侧壁之间留有空气通道，在该空气通道下方且正对进风口处设置有若干组光催化装置；储液池通过管路与过滤组件的输入端相连，在与过滤组件输出端相连通的管路上设置有若干雾化喷嘴，在储液池和雾化喷嘴之间设置有局部带孔和/或槽的隔水板，在出风口的后方设置有离心风机，离心风机和雾化喷嘴之间还设置有过滤板。该净化机能够清除医学和生命科学不同类型实验室内的特定空气污染物，同时还具备除尘杀菌、除臭加湿等多重功效，操作简单、环保高效。

Description

一种实验室空气净化机及基于该净化机的空气净化方法

技术领域

本发明属于医学科学、生命科学实验室设备技术领域，具体涉及一种实验室空气净化机及基于该净化机的空气净化方法。

背景技术

开放式的实验室若有空气净化需求，一般采用通用型的空气净化机。通用型空气净化机品牌很多，各种新概念层出不穷，但其净化空气方式不外乎有以下几种：

1、机械方法

机械方法就是采用过滤、拦截以及吸附的方法将空气中的悬浮物质及部分有害气体去除掉。近两年日本市场上出现的HEPA（High efficiency particulate air Filter）材料，能够对0.3μm以上的微粒实现99.97%的拦截，是目前世界上公认最好的空气净化滤材。2013年8月7日公开的实用新型专利“一种环保型空气净化棉”（CN203108338U）、2013年7月31日公开的实用新型专利“一种空气过滤净化装置”（CN203100020U）就是依靠机械方法净化空气。机械方法虽然可以有效地捕获空气中的悬浮颗粒，但是在吸附和过滤的过程中，滤材会逐步达到饱和、失效，从而影响产品的后续使用，同时增加了产品的维护成本。

2、物理方法

为了解决机械方法中滤材失效的问题，静电集尘、等离子体集尘就成了新的选择。松下电工的空净机采用等离子体集尘与HEPA过滤相结合的空气净化技术，达到了比单独使用HEPA技术高出数倍的集尘效率。除了采用静电技术实现集尘外，臭氧技术、负离子技术也被引入到了空净机中。臭氧具有很强的氧化性，可以有效地杀灭空气中的微生物，并能实现对有机大分子的氧化分解，达到对空气净化、除臭的目的。负离子的浓度含量则是空气质量高低的标志，提高空气中负离子含量，就能够创造一个模拟自然的清新环境。2013年8月21日公开的专利“一种简易空气净化干燥装置”（CN103256675A）采用了臭氧杀菌和负离子空气净化原理，2013年8月14日公开的专利“适用于医院候诊室空气净化的等离子体净化器”（CN203123108U），采用等离子除尘的原理。相对机械方法，物理方法不需要滤材，但静电仅吸附实质微粒，对气体分子无效；臭氧杀菌效果好，但又产生二次污染；负离子除菌、清新空气的功能尚可，但无分解空气污染物的作用。

3、化学方法

1998年，大金公司首先在其新品中采用了光触媒除臭技术，引发了利用光触媒的热潮。光触媒主要是一种含二氧化钛的特殊材料，当有机大分子到达其表面时，在光触媒的活化作用下发生分解，从而达到除臭目的。2013年8月21日公开的发明专利“一种空气过滤和杀菌装置”（CN103252142A），2013年8月14日公开的实用新型专利“光氢离子空气净化装置”（CN203131980U）等，就是采用了这种技术。光触媒及其后续衍生的冷触媒、纳米触媒、水触媒均属概念性技术，净化效果及是否产生二次污染物等问题尚未得到验证，且从理论上讲，只对空气中的有机分子具有分解作用。

4、生物方法

生物酵素是新开发的一种人工酵素，在前置过滤器上作染色加工，实现对硫化氢、硫化甲醛、甲硫醇等成分的去除。夏普公司首先采用这种技术，并利用其能够去除硫化氢等生活垃圾产物的特点，将净化范围推广到工业除臭领域。2011年11月7日公开的实用新型专利“一种采用植物-微生物结合净化空气的方法”（CN102233237A），2009年7月29日公开的专利“有机废弃物处理设备”（CN201280518）就是采用这种原理。这种除臭技术一般用在工业领域，很难小型化，且生物酵素是活菌制剂，对环境的要求较高，不易界定是否达到饱和吸收，需要定期更换菌群及其培养基。

基于对国内外现有室内空气净化技术的分析，可以看到目前尚无一种针对医学和生命科学实验室特定污染源的空气净化技术和设备。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种实验室空气净化机及基于该净化机的空气净化方法，该净化机能够清除医学和生命科学不同类型实验室内的特定空气污染物，同时还具备除尘杀菌、除臭加湿等多重功效，基于该净化机的净化方法操作简单、环保高效，最大限度地减少滤材的更换周期，减少后续使用成本。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种实验室空气净化机，包括开设进风口和出风口的机箱，且进风口设置在底部，出风口设置在顶部，在进风口上方设置有用于存放净化液的储液池，储液池与机箱侧壁之间留有空气通道，在该空气通道下方且正对进风口处设置有若干组光催化装置；储液池通过管路与过滤组件的输入端相连，在与过滤组件输出端相连通的管路上设置有若干雾化喷嘴，在储液池和雾化喷嘴之间设置有局部带孔和/或槽的隔水板，在出风口的后方设置有离心风机，离心风机和雾化喷嘴之间还设置有过滤板。

所述光催化组件包括高压汞灯及套设在高压汞灯外部的光催化滤筒，光催化滤筒固定在控制底座上。

在储液池与过滤组件相连的管路上还设置有循环水泵。

所述过滤组件包括通过管路相连的一级过滤器和二级过滤器，且一级过滤器内填充PP滤芯，二级过滤器内填充活性炭。

所述蓄水池的宽度为机箱宽度的1/2～2/3。

储液池底部设置有出水管，出水管通过三通阀连通进水端和出水端；储液池侧壁上方还设置有溢水口，溢水口通过管路与设置在机箱外部的蓄水盒相连。

所述过滤板由上层活性炭滤板和下层防水滤板组成。

所述进风口处还设置有用于过滤杂物和阻拦水雾的粗滤网。

进风口与机箱底边相距50～200mm，储液池与雾化喷嘴之间相距500～1000mm，雾化喷嘴和过滤板之间相距50～200mm。

一种实验室空气净化机的空气净化方法，包括以下步骤：

1）被处理的实验室空气由机箱的进风口进入机箱内部，通过光催化组件被分解处理，得到经过光催化的气体；

2）经过光催化的气体通过隔水板开设的孔和/或槽进入喷雾区域，与雾化喷嘴喷出的净化液融合，气体中的污染物被净化液吸收，气流则继续上升；

其中，吸收了气体污染物的净化液经隔水板开设的孔和/或槽返回至储液池中，经过与储液池相连的过滤组件进行过滤，污染物最终被吸附在过滤组件中的滤材内；

3）上升的气流经过过滤板的终极过滤，得到洁净的空气，洁净的空气由离心风机带动从出风口排出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明实验室空气净化机通过顶部风机设置的离心风机的作用，使被处理空气由设备下部进入、上部排出，实验室内空气经过光催化组件的光催化分解，与雾化喷嘴喷出的净化液融合，气体经过滤板的物理吸附的作用被彻底净化，吸收了污染物的净化液经过滤组件吸收后循环利用，仅需要定期更换滤材即可。本发明能够清除医学和生命科学不同类型实验室内的特定空气污染物，同时还具备除尘、杀菌、除臭、除臭氧、加湿等多重功效，使实验室空气质量达到GB/T18883-2002标准，保证实验人员健康，维护精密仪器不够侵蚀。

本发明方法采用了纳米半导体光催化、气液扰流变相、循环液污染物固化等三大核心技术，最终达到清除特定污染物、净化室内空气的效果。本发明方法操作简单、环保高效，并且最大限度地减少滤材的更换周期，减少后续使用成本。

附图说明

图1为本发明的空气净化机的立体结构图；

图2为本发明的空气净化机的结构侧视图；

图3为光催化组件的结构示意图。

其中，1出水端；2为进风口；3为三通阀；4为光催化装置；5为储液池；6为进水端；7为隔水板；8为雾化喷嘴；9为过滤板；10为出风口；11为离心风机；12为蓄水盒；13为溢水口；14为循环水泵；15为一级过滤器；16为二级过滤器；17为高压汞灯；18为光催化滤筒；19为控制底座。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1和图2，本发明的一种实验室空气净化机，包括开设进风口2和出风口10的机箱，且进风口2设置在底部，出风口10设置在顶部，在进风口2处设置有用于过滤杂物和阻拦水雾的粗滤网；在进风口2上方设置有用于存放净化液的储液池5，储液池5与机箱侧壁之间留有空气通道，所述蓄水池5的宽度为机箱宽度的1/2～2/3；在该空气通道下方且正对进风口2处设置有若干组光催化装置4；储液池5通过管路与过滤组件的输入端相连，所述过滤组件包括通过管路相连的一级过滤器15和二级过滤器16，且一级过滤器15内填充PP滤芯，二级过滤器16内填充活性炭；在储液池5与过滤组件相连的管路上还设置有循环水泵14。在与过滤组件输出端相连通的管路上设置有若干雾化喷嘴8，在储液池5和雾化喷嘴8之间设置有局部带孔和/或槽的隔水板7，在出风口10的后方设置有离心风机11，离心风机11和雾化喷嘴8之间还设置有过滤板9，过滤板9由上层活性炭滤板和下层防水滤板组成。参见图3，光催化组件4包括高压汞灯17及套设在高压汞灯17外部的光催化滤筒18，光催化滤筒18固定在控制底座19上。储液池5底部设置有出水管，出水管通过三通阀3连通进水端6和出水端1；储液池5侧壁上方还设置有溢水口13，溢水口13通过管路与设置在机箱外部的蓄水盒12相连。

进风口2与机箱底边相距50～200mm，储液池5与雾化喷嘴8之间相距500～1000mm，雾化喷嘴8和过滤板9之间相距50～200mm。

一种实验室空气净化机的空气净化方法，包括以下步骤：

1）被处理的实验室空气由机箱的进风口进入机箱内部，通过光催化组件被分解处理，得到经过光催化的气体；

2）经过光催化的气体通过隔水板开设的孔和/或槽进入喷雾区域，与雾化喷嘴喷出的净化液融合，气体中的污染物被净化液吸收，气流则继续上升；

其中，吸收了气体污染物的净化液经隔水板开设的孔和/或槽返回至储液池中，经过与储液池相连的过滤组件进行过滤，污染物最终被吸附在过滤组件中的滤材内；

3）上升的气流经过过滤板的终极过滤，得到洁净的空气，洁净的空气由离心风机带动从出风口排出。

一、本发明的实验室空气净化机，在使用时：

如图1，设备外观呈长方体或圆柱体，通过顶部风机设置的离心风机的作用，使被处理空气由设备下部进入、上部排出。进风口2开于设备前面或侧面，底边高于设备底部50～200mm，以尼龙、纤维等材料的粗滤网遮挡。光催化组件4位于进风口正后方，净化液保留在储液池5中，储液池5底部侧方设置水管，与循环水泵14进水端连接，循环水泵14出水端连接一级过滤器15和二级过滤器16，过滤后的净化液通过管道输送到距离储液池5500-1000mm高度的雾化喷嘴8上，喷出的净化液经过隔水板7后回流入储液池5中重新循环。过滤板9位于雾化喷嘴8上方50-200mm处，其上方为离心风机11，将设备内垂直方向气体吸出，从设备前上方出风口10排出。

如图2，被处理空气经设备底部的进风口2进入，受到光催化组件4的分解处理，然后上上通过隔水板7前部的开孔进入喷雾区域，与雾化喷嘴8喷出的液体扰流融合，污染物及其分解产物被净化液吸收。气流继续上升，通过过滤板9的拦截，最终净化，由离心风机11带动，从出风口10送出。

二、下面对本发明的净化技术、系统构成和工作原理介绍如下：

（1）进风构成

进风口2开于设备前面或侧面，底边高于设备底部50～200mm，以尼龙、纤维等材料的粗滤网遮挡，起到空气初级过滤和阻拦水雾的作用。

（2）光催化模块和纳米半导体光催化技术

光催化组件4位于进风口正后方，一般为2组（但不限定2组），其构成为1支灯管造型的高压汞灯17，周围包裹圆筒状滤筒18，共同安装在控制底座19上。高压汞灯17的主波长为λ=254nm，185nm占5%；

光催化滤筒18的加工工艺为：钛基或铝基滤网（不限定基质材料），经草酸刻蚀后，先用凝胶-溶胶法在滤网上负载TiO₂，在用乙酸锰作为前驱物，以浸渍法在滤网上涂覆MnO_x，最后将其做成圆筒状，即得到MnO_x-TiO₂复合光催化滤筒18。

（3）净化液循环和气液扰流变相技术

净化液保留在储液池5中，储液池5位于进风口上方，其宽度为设备总宽度的1/2到2/3，以留出风道。储液池5底部侧方设置有进出水管，通过三通阀3连接进水端6和出水端1，便于净化液的添加和释放。储液池5上部侧方设置有溢水口13，下接蓄水盒12，避免净化液添加过多溢出后可能导致的设备损坏。储液池5底部侧方设置水管，与循环水泵14进水端连接，循环水泵14出水端连接一级过滤器15和二级过滤器16。过滤后的净化液通过管道输送到与储液池5相距500-1000mm高度的雾化喷嘴8上，雾化喷嘴8不限定数量。喷出的净化液经过隔水板7后回流入储液池5中重新循环。为防止液体落入光催化组件4，隔水板7只在前1/3开槽或开孔。

该部分的工作原理为：经过光催化的气体通过隔水板7前段的开槽或开孔被导入净化系统中，形成向上的微涡旋干扰气流，增强气液混合的效果。同时，雾化的净化液体从喷嘴8自上向下散布，形成高密度水雾。气体与液体在气液扰流段进行约5秒的接触时间，以充分进行交换融合，将气体中的微细颗粒物质、可溶解以及微溶解的气体转载到液体中。然后通过污染物固化技术将循环液的颗粒物、溶解物质吸附、固化在滤材里，最终通过更换滤材的方式将原本实验室空气中存在的污染物彻底转移出去。

一级过滤器15采用由超细聚丙烯纤维热熔缠结制成的PP滤芯，丝径5-25微米，纤维呈现不规则多孔网状结构，平均直径径小于40微米，平均孔率大于75%，用以拦截液体中绝大多数固体颗粒物质；二级过滤器16采用以椰子壳为原料的活性炭，具有良好的吸附特性，固化剩余的盐类物质、有机溶解物、失活微生物残体等。该固化技术能够降低液体的浊度和溶解性总固体（TDS），一方面固化转载溶解于循环液体中的空气污染物，另一方面净化循环水，防止阻塞雾化喷嘴8。

（4）过滤和出风系统

过滤板9位于雾化喷嘴8上方50-200mm处，过滤板由两层结构复合而成：下层为防水滤板，上层为活性炭滤板，可防止水雾穿过滤板。过滤板9上方为离心风机11，将设备内垂直方向气体吸出，从设备前上方出风口10排出。

（5）设备内部气流通道

被处理空气经设备底部的进风口2进入，受到光催化模块4的分解处理，然后上上通过隔水板7前部的开孔进入喷雾区域，与雾化喷嘴8喷出的液体扰流融合，污染物及其分解产物被净化液吸收。气流继续上升，通过过滤板9的拦截，最终净化，清洁空气由离心风机11带动，从出风口10送出。

三、实验效果

以下是本发明与市场上某国外品牌高端空气净化机效果比较，对比机器被认为是目前最好的家用空气净化机。数据可见，本发明在除尘、除菌、除甲醛等通用功能上与高端家用空气净化机相当，但清除臭氧、氨、DEPC、二甲苯等实验室特殊污染物的能力远高于家用空气净化机。（见表1）

表1本发明的空气净化机与市场现有某品牌高端空气净化机净化效果对比

项目	本发明	某国外品牌高端机	备注
				极速噪音	77dB	80dB	实测
最大电量	90W	25W	标称
				耗水量	＜0.1升/小时	约1升/小时	后者可加湿
空气净化方式	光催化/雾化/过滤	过滤、nanoe
				滤网层数	2	3
滤网寿命	约1年	3个月清洗
				滤芯寿命	约2年	——
智能程度	气体传感器控制	人体感应控制	工用/家用
				净化功能	去除所有空气污染	除尘/除菌为主
除尘能力	＞99%	＞99%
				除菌能力	＞98%	＞99.9%
除甲醛	86.4%	84.2%	运行1h实测
				除臭氧	94.1%	65.1%	运行1h实测
除NH3	99.5%	56.6%	运行1h实测
				除H2S	92.1%	72.0%	运行1h实测

除DEPC	88.3%	60.1%	运行1h实测
				除二甲苯	86.1%	64.0%	运行1h实测
加湿	48%	25%	运行1h实测

注：实测值均为30m3密封舱内测量，温度20-24℃、初始湿度25%。

四、设备操作流程

（1）由进水端加入净化液，液面距离储液池约50mm；

（2）接通电源，开启总控制开关；

（3）分别接通循环水泵、离心风机和高压汞灯的开关；

（4）实验室空气被吸入设备内部，经过光催化模块，其中有机污染物被分解；

（5）气体进入喷雾区域，分解产物和可溶性污染物被吸收；

（6）气体通过过滤板，水汽被阻隔，残留污染物被再次拦截；

（7）净化后的空气从设备顶部排出；

（8）设备通过自检循环液TDS值，超标后报警，提示更换净化液；

（9）设备风速感应器报警，提示清洗或更换过滤板；

（10）设备长期关闭时，通过出水端释放净化液。

Claims (8)

1.一种实验室空气净化机，其特征在于，包括开设进风口(2)和出风口(10)的机箱，且进风口(2)设置在底部，出风口(10)设置在顶部，在进风口(2)上方设置有用于存放净化液的储液池(5)，储液池(5)与机箱侧壁之间留有空气通道，在该空气通道下方且正对进风口(2)处设置有若干组光催化组件(4)；储液池(5)通过管路与过滤组件的输入端相连，在与过滤组件输出端相连通的管路上设置有若干雾化喷嘴(8)，在储液池(5)和雾化喷嘴(8)之间设置有局部带孔和/或槽的隔水板(7)，在出风口(10)的后方设置有离心风机(11)，离心风机(11)和雾化喷嘴(8)之间还设置有过滤板(9)，过滤板(9)由上层活性炭滤板和下层防水滤板组成；

所述过滤组件包括通过管路相连的一级过滤器(15)和二级过滤器(16)，且一级过滤器(15)内填充PP滤芯，该PP滤芯由超细聚丙烯纤维热熔缠结制成，丝径5-25微米，纤维呈现不规则多孔网状结构，平均直径径小于40微米，平均孔率大于75％；二级过滤器(16)内填充以椰子壳为原料的活性炭。

2.根据权利要求1所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，所述光催化组件(4)包括高压汞灯(17)及套设在高压汞灯(17)外部的光催化滤筒(18)，光催化滤筒(18)固定在控制底座(19)上。

3.根据权利要求1所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，在储液池(5)与过滤组件相连的管路上还设置有循环水泵(14)。

4.根据权利要求1所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，所述储液池(5)的宽度为机箱宽度的1/2～2/3。

5.根据权利要求1或4所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，储液池(5)底部设置有出水管，出水管通过三通阀(3)连通进水端(6)和出水端(1)；储液池(5)侧壁上方还设置有溢水口(13)，溢水口(13)通过管路与设置在机箱外部的蓄水盒(12)相连。

6.根据权利要求1所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，所述进风口(2)处还设置有用于过滤杂物和阻拦水雾的粗滤网。

7.根据权利要求1所述的一种实验室空气净化机，其特征在于，进风口(2)与机箱底边相距50～200mm，储液池(5)与雾化喷嘴(8)之间相距500～1000mm，雾化喷嘴(8)和过滤板(9)之间相距50～200mm。

8.一种基于权利要求1～7中任意一项所述的实验室空气净化机的空气净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)被处理的实验室空气由机箱的进风口进入机箱内部，通过光催化组件被分解处理，得到经过光催化的气体；

2)经过光催化的气体通过隔水板开设的孔和/或槽进入喷雾区域，与雾化喷嘴喷出的净化液融合，气体中的污染物被净化液吸收，气流则继续上升；

其中，吸收了气体污染物的净化液经隔水板开设的孔和/或槽返回至储液池中，经过与储液池相连的过滤组件进行过滤，污染物最终被吸附在过滤组件中的滤材内；

3)上升的气流经过过滤板的终极过滤，得到洁净的空气，洁净的空气由离心风机带动从出风口排出。