CN103977444A - 光催化消毒反应器及应用该反应器的空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光催化消毒反应器及应用该反应器的空气净化装置，该空气净化装置包括：外壳、设于外壳内的过滤器、电路系统、光催化消毒反应器、及风机，空气进气口依次经过过滤器、光催化消毒反应器，再由风机送至出气口；光催化消毒反应器包括：数片平行设置的催化板、连接在催化板两侧的数片连接板、设于催化板中的紫外灯、及电器盒，每一催化板上设有开孔，紫外灯穿过开孔贯设于催化板中，连接板间隔固定连接在平行的催化板两侧，垂直于催化板。本发明提供的光催化消毒反应器，采用数片涂有光触媒层的催化板平行设置，加大与紫外光进行反应消毒面积及空气流动，提高消毒效率；本发明还提供应用上述光催化消毒反应器的空气净化装置，不需特别工具即可拆装光催化消毒反应器，简便快捷，且消毒净化空气更加有效，使用方便。

Description

光催化消毒反应器及应用该反应器的空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气消毒净化装置领域，尤其涉及一种利用紫外线与光触媒材料进行消毒的光催化消毒反应器及应用该反应器的空气净化装置。

背景技术

在人们的居住环境及车辆的空气里，存在大量空气污染物，如尘埃粒子，过敏原(例如花粉、宠物皮屑、尘螨粪便、霉菌孢子)，以及细菌、菌孢、霉菌或霉菌孢子，病毒和挥发性有机化合物(VOC)等。因此，发明可以除掉各种污染物的设备和方法有很大的意义。

目前使用的一种方法是使用空气过滤器，如高效空气(HEPA)过滤器，虽可过滤去除空气中污染微粒，但是其仍然允许一些更小的粒子通过，如直径为0.3微米或以下的粒子。因此，有必要开发第二种方法，如光催化过滤方法。该方法通常产生的氢氧基和大量超氧化离子微粒暴露在紫外线下，这些氢氧基和超氧化离子，可与空气中的污染物进行氧化反应，将污染物分解成简单的分子，如二氧化碳和水，中和生物能力(即杀菌)比如任何活的空降孢子，细菌，霉菌或病毒。此外，也可以减少和消除非过敏性的生物和过敏原。

目前在市场上的一些紫外线光催化空气净化器，虽然有效，但这些设备往往在安装和维护上存在很大的问题。比如，紫外线光源，电子组件和光催化过滤器等设备的寿命是有限的(通常是一年或以下)，而这些组件的维护和更换是非技术用户难以完成的。如果进行更换的话，必须使用工具拆卸空气净化器，将紫外线光源及其电子组件取出，以更换新的组件，然后再重装整个机器。因此，对于非技术和非专业人士的使用有诸多不便。

且现有在市场上的紫外线光催化空气净化器，通过采用复杂的催化网结构，限制了空气流动的速度，进而降低其空气净化率。而大多数空气净化器是使用空气循环来进行净化。其原理是，将室内未净化的空气部分进行净化后再排至室内，净化后的空气与未净化的空气混合一起，这样，不断进行净化与排出。如果催化网或组件的结果复杂并且阻挡空气流通的，会导致紫外线光催化空气消毒净化器，很难达到应有的效率。

因此，在紫外线光催化空气净化装置设计方面仍有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种光催化消毒反应器，其光催化反应面积大，可提高空气流动速度，提高消毒效率，更加有效消毒净化空气。

本发明的又一目的是提供一种应用上述反应器的空气净化装置，拆装简单快捷，不需利用工具进行拆装，使用更加方便。

为实现上述目的，本发明提供一种光催化消毒反应器，包括：数片平行设置的催化板、连接在催化板两侧的数片连接板、设于催化板中的紫外灯、及电器盒，每一催化板上设有开孔，紫外灯穿过开孔贯设于催化板中，连接板间隔固定连接在平行的催化板两侧，垂直于催化板。

所述数片催化板平行间隔设置，每一催化板表面上涂有光触媒层，为二氧化钛或其他光触媒材料。

所述催化板为矩形、三角形或多边形，催化板采用金属板或涂有金属涂层的塑料制成。

所述连接板垂直催化板，间隔交替固定在催化板的相对两侧，每一连接板连接数片催化板，将独立平行的催化板连接成一两侧端非完全封闭的柱状结构。

紫外灯穿插于数片催化板的开孔中，其两末端外露于两外侧端的催化板外，电器盒连接在一外侧端催化板上，其内设置有电路模块，电路模块包括镇流器及电源插头，紫外灯一末端容置电器盒中，与镇流器电性连接，相对电器盒的另一端的一外侧端的催化板上设有一壳体，紫外灯另一端容置壳体内。

所述电路模块采用交流电100V-240V，50Hz-60Hz。

本发明提供一种应用上述反应器的空气净化装置，包括：外壳、设于外壳内的过滤器、电路系统、光催化消毒反应器、及风机，外壳上设有进气口及出气口；空气从进气口进入依次经过过滤器、光催化消毒反应器，再由风机送至出气口。

过滤器为高效空气过滤器或其他过滤器，设于光催化消毒反应器的后方。风机设于光催化消毒反应器的前方，将经过光催化消毒反应器的空气送至出气口。

光催化消毒反应器包括：数片平行设置的催化板、连接在催化板两侧的数片连接板、设于催化板中的紫外灯、及电器盒，催化板上设有开孔，紫外灯穿过开孔贯设于催化板中，连接板间隔固定连接在平行的催化板两侧，垂直于催化板。

光催化消毒反应器还设有一面板，光催化消毒反应器通过固定件固定于面板上，固定件包括支板及置于支板上的夹件，光催化消毒反应器通过两端的电器盒及壳体固定于夹件上。

面板上设有至少一个通孔，风机正对通孔设于面板另一侧，将经过光催化消毒反应器的空气送至出气口。

本发明具有如下有益效果是：本发明提供的光催化消毒反应器，采用数片涂有光触媒层的催化板平行设置，加大与紫外光进行反应消毒面积及空气流动，提高消毒效率；本发明还提供应用上述光催化消毒反应器的空气净化装置，不需特别工具即可拆装光催化消毒反应器，简便快捷，且消毒净化空气更加有效，使用方便。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明一实施例光催化消毒反应器的立体示意图；

图2为图1的水平剖视图；

图3为图2的平面图；

图4为图1的一端局部图；

图5为图4的水平剖面图；

图6为图1的另一端水平剖视图；

图7为本发明的光催化消毒反应器固定于固定件上的结构图；

图8为图7固定于面板上的结构图；

图9为本发明的空气净化器的侧面结构图；

图10-11为本发明光催化消毒反应器中连接板连接方式不同对空气流动性的影响示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

如图1-6所示，为本发明一实施例的光催化消毒反应器100，包括：数片平行设置的催化板104、连接在催化板104两侧的数片连接板112、设于催化板104中的紫外灯108、及电器盒114，催化板104上设有开孔106，紫外灯108穿过开孔106贯设于催化板104中，连接板112间隔固定连接在平行的催化板104两侧，垂直于催化板104。

所述催化板104采用金属材料制成，如铝板或钢板，也可采用覆有金属涂层的塑料制成，催化板104可为矩形板、三角形板或多边形板，本实施例中，催化板104采用正方形板，尺寸为70毫米×70毫米×0.5毫米。催化板104表面涂布有光触媒层，优选二氧化钛，也可采用其他光触媒材料涂布。每一催化板104中间设有一开孔106，在本实施例中，开孔106直径为15毫米，数片催化板104平行设置，其间隔110距离可为1-20毫米，优选2-7毫米，本实施例采用5毫米。各个开孔106相对形成一通道，紫外灯108穿插开孔106中，其两末端外露于两外侧端的催化板104外，电器盒114连接在一外侧端催化板104上，其内设置有电路模块，电路模块包括镇流器202及与电源插头204，紫外灯108一末端容置电器盒114中，与镇流器202电性连接，相对电器盒114的另一端的一外侧端的催化板104上设有一壳体，紫外灯108另一端容置壳体206内，从而可保护紫外灯108末端免受损坏。通常紫外光的杀菌波长为100-280～300nm，在其波长的末段杀菌能力最大，而紫外光波长最大可达到385nm，本实施例中，采用紫外光波长为185-254nm的紫外灯。驱动紫外灯108的电路模块采用交流电可为100V-240V，50Hz-60Hz，低压低频率的设置，使该反应器可广泛使用于各种场所。连接板112以焊接或粘贴方式连接在催化板104的其中相对两侧，连接板112实质垂直于催化板104，每一连接板112垂直连接数片催化板104，催化板104两侧的连接板112交替间隔设置，从而与数片催化板104连接成一两侧端非完全封闭的柱状结构，这样，可利于两侧的空气流动，以不断进行消毒。

参阅图7-9，为本发明应用上述反应器的空气净化装置800，其包括：一外壳806、置于外壳内的过滤器802、电路系统(未示出)、光催化消毒反应器100、及风机804，外壳上设有进气口(未示出)及出气口(未示出)，空气自进气口沿箭头808进入，依次流经过滤器802、光催化消毒反应器100及风机804，风机804将净化后的空气送至出气口沿箭头810流出。

所述过滤器802采用高效空气过滤器，也可采用其他过滤器，过滤器802可安装于光催化消毒反应器的后方，风机804相应安装于光催化消毒反应器100的前方，光催化消毒反应器100还设有一面板700，通过固定件600固定在面板700上，该固定件600包括支板606及置于支板606上的夹件602、604，光催化消毒反应器100通过两端的电器盒114及外壳206分别固定于夹件602、604上，面板700上还设有至少一个通孔702，风机804正对通孔702设于面板700另一侧。值得一提的是，本发明的光催化消毒反应器100可直接插入该空气净化装置800中使用，更换时，可直接拨出进行更换，从而避免了用户更换时由于缺乏专业技术而造成的不便。

使用时，空气从进气口沿箭头808进入，先经过过滤器802的过滤作用，将空气中的微粒滤去，过滤后的空气流至光催化消毒反应器100中，其中催化板104上的光触媒层与紫外光进行反应，从而进行消毒净化，净化后的空气在风机804作用下流动从出气口沿箭头810送出。

特别地，本发明的光催化消毒反应器采用的为表面涂有光触媒层的数片催化板平行设置，较于现有的使用箱形的光催化结构，其光催化的面积大大增加。以尺寸为70毫米×70毫米×230毫米的箱形结构的光催化反应器为例说明，其进行光催化反应的总面积主要是其四壁的面积和，因此其总面积计算为70毫米×230毫米×4，乘积为64440平方毫米。而使用本发明光催化消毒反应器的光催化总面积为各片催化板的面积和，每一催化板的有效光催化区域为板面积减去其间的开孔面积，则为70毫米×70毫米×2-3.14×(15毫米/2)2，结果为9378平方毫米，而以230毫米的长度可放置44片催化板计，则得到的总面积为9378平方毫米×44，结果为412632平方毫米，该结果为上述结果64440的6.40倍，从而可知，本发明的光催化消毒反应器的催化面积远远大于现有的光催化反应器的催化面积。

本发明的光催化消毒反应器不仅催化面积大，且其阻碍空气的流动较于现有箱型的光催化反应器的更小。较于现有的70毫米×70毫米×230毫米的箱形结构的光催化反应器为例说明，忽略阻碍紫外光源的影响，其有效空气开放空间(即自由空气流动面积)仅为70毫米×70毫米(即顶部或底部的装置)，即其自由空气流动面积为4900平方毫米；而本发明的光催还消毒反应器的有效空气开放空间为70毫米×230毫米＝16100平方毫米，如果催化板以厚度0.5毫米计算，则再减去44(催化板数量)×70毫米×0.5毫米，所得出最后结果应为16100平方毫米-1540平方毫米＝14560平方毫米，即本发明的反应器的自由空气流动面积为14560平方毫米，远高于4900平方毫米。

设以均等的紫外线流量计算，催化的效率则与催化表面积呈正比，与催化表面的自由空气流动量成正比，可得出催化效率＝催化面积×空气自由气流，而空气自由气流＝自由空气流通面积×自由空气流通速度，则得出催化效率＝催化面积×自由空气流通面积×自由空气流通速度，而以同等环境中比较则空气自由空气流通速度相等而抵消，为催化效率＝催化面积×自由空气流通面积。因此，现有的70毫米×70毫米×230毫米的箱形结构的光催化反应器的催化效率为：64440×4900＝315,756,000平方毫米光触媒*气流流通面积/平方毫米；而本发明的光催化消毒反应器的催化效率为：412632×14560＝6,007,921,920平方毫米催化剂*平方毫米光触媒*气流流通面积/平方毫米。从上述结果可知，本发明的催化效率与现有的催化效率比为19：1，因此，本发明的光催化消毒反应器的催化效率更高。

参阅图10-11，为光催化消毒反应器100中连接板112连接方式不同对空气流动性的影响，如图10所示，连接板112为间隔连接于催化板104上，使得光催化消毒反应器100两侧非完全封闭，这样，两侧的空气可进入其中，如箭头908所示，从而加强空气流动量，利于空气净化装置800中空气的流动净化，空气流动方向如箭头808、810所示；如图11所示，为连接板112连接在催化板104两侧，使光催化消毒反应器100两侧为封闭状态，这样，阻碍了两侧空气进入，如箭头910所示，进而阻碍空气的流动量，不利于空气净化装置800中空气的流动净化。因此，即使具有大面积的光催化区域，也需要确保空气的高度流动性，以更好的提高空气的净化效率。

本发明光催化消毒反应器的工作原理是：光触媒层二氧化钛在紫外光的作用下，分子运动加剧，成为激发状态，表层电子受激而逸出，在表层形成带正电的电子穴，从而可夺取空气中的氢气、水的电子，产生极强氧化作用的超氧离子和氢氧基，其能与有机化合物起氧化作用，使有机物分解，生成二氧化碳和水。因此，采用二氧化钛光触媒层和紫外光的作用，产生的极强氧化能力可破坏细菌等的细胞膜，使细菌等的细胞质流失而死亡；或使病毒的蛋白质凝固，抵制病毒的活性，杀菌能力可达99％以上。对于空气中存在的有害物质及异味物质，与激发的二氧化钛光触媒层碰撞，其能吸收一部分能量，也变为激发态，加剧了运动，且不稳定，而发生光离解反应，从而被氧化分解为无毒、无味的物质，净化了空气。

综上所述，本发明提供的光催化消毒反应器，采用数片涂有光触媒层的催化板平行设置，加大与紫外光进行反应消毒面积及空气流动，提高消毒效率；本发明还提供应用上述光催化消毒反应器的空气净化装置，不需特别工具即可拆装光催化消毒反应器，简便快捷，且消毒净化空气更加有效，使用方便。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种空气净化装置，其特征在于，包括：外壳、设于外壳内的过滤器、电路系统、光催化消毒反应器、及风机，外壳上设有进气口及出气口；空气从进气口进入依次经过过滤器、光催化消毒反应器，再由风机送至出气口；

过滤器为高效空气过滤器，设于光催化消毒反应器的后方；

光催化消毒反应器包括：数片平行设置的催化板、连接在催化板两侧的数片连接板、设于催化板中的紫外灯、及电器盒，催化板上设有开孔，紫外灯穿过开孔贯设于催化板中，连接板间隔固定连接在平行的催化板两侧，垂直于催化板；

风机设于光催化消毒反应器的前方，将经过光催化消毒反应器的空气送至出气口；光催化消毒反应器一侧还设有一面板，光催化消毒反应器通过固定件固定于面板上，固定件包括支板及置于支板上的夹件，光催化消毒反应器通过两端的电器盒及壳体固定于夹件上；面板上设有至少一个通孔，风机正对通孔设于面板另一侧，将经过光催化消毒反应器的空气送至出气口。