CN104676695A - 一种智能环保油烟净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种智能环保油烟净化器，涉及油烟净化技术领域，主要包括初级腔、热交换腔、次级腔、催化反应腔和加热及加热控制单元；初级腔、热交换腔、次级腔和催化反应腔依次连接；初级隔板将初级腔隔成进气腔和出气腔；热交换腔装有换热板和换热导流板；换热板将热交换腔隔成狭窄区；换热导流板安装于狭窄区；次级隔板将次级腔隔成反应出口腔和反应入口腔；催化反应腔安装有反应区隔板、催化剂板定位条和催化剂板；催化剂板包含载体、催化剂膜和催化剂；反应区隔板将催化反应腔分隔成两个反应区；加热及加热控制单元包含电磁加热元件和温控开关；本发明可提高厨房油烟净化率，避免厨房排出气体的二次污染，减少维护次数，降低能耗和维护成本。

Description

一种智能环保油烟净化器
技术领域
本发明涉及环境保护技术应用领域，尤其涉及油烟降解净化技术领域。
背景技术
厨房油烟是一种气、液、固三相混合的气溶胶，主要含有烷烃、烯烃、有机酸、醛、酮类化合物及环芳烃，组分中包括多种有毒、有害及致病成分。目前，厨房油烟的排放已经占到大城市PM2.5的10％以上。
在新的环保要求下，如何降低厨房油烟排放已经越来越受到人们的重视。现今的厨房、餐饮业油烟净化处理技术中，主要形成了以下几种方法：
(1)机械分离法，主要是利用惯性碰撞原理或旋风分离原理对油烟进行分离。缺点是，挡板滤网容易破裂，需要定期保养和维护，且机械分离法净化效率不高。
(2)活性炭吸附法，主要采用粒状活性炭或活性炭纤维毡吸附油烟中的污染物粒子。这种设备的特点与过滤净化设备相似，但去除油烟异味分子的效果较好。缺点是需要经常换活性炭，成本较高，且会产生二次污染。
(3)过滤法，将油烟废气首先经过一定数目的金属格栅，大颗粒污染物被阻截；然后经过纤维垫等滤料，颗粒物由于被扩散、截留而被脱除。通常选用的滤料材料为吸油性能高的高分子复合材料。这种设备投资少、维修管理方便；净化效率一般在80％～90％。缺点是由于滤料阻力很大，且滤料需经常更换，更换下来废料处理难控制。
(4)喷淋处理法，主要采用水或其他洗涤剂，以喷头喷洒的方式形成水膜，水雾来吸收油烟。油烟粒子与喷嘴喷出的水雾、水膜相接触，油烟随水滴流下，从而使油烟粒子从气流中分离出来。这种设备结构简单、投资少、占地小、运行费用低、维修管理方便。但存在阻力大、对亚微米级颗粒物的净化率很低、产生油污水的二次污染。
(5)静电处理法，主要是电场在外加高压的作用下，负极的金属丝释放电子，与气体分子碰撞并离子化。油烟废气通过这个高压电场时，油烟粒子在极短的时间内因碰撞俘获气体离子而导致荷电，受电场力作用向正极集尘板运动，从而达到分离效果。这种设备的投资少、占地小、无二次污染、运行费用低。由于易于捕捉粒径较小的粉尘，净化效率高，可达85％～95％；缺点是需要经常清理油污和保养。
(6)热氧化法或催化氧化法，是利用高温燃烧所产生的热量进行氧化反应，把油烟废气中的污染物质转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化目的。在燃烧过程中，若让油烟废气通过自净化催化剂，催化剂的催化反应有利于污染物的转化。一般采用陶瓷或其他氧化物载体进行氧化催化。目前催化燃烧净化设备的开发还不十分成熟。
(7)光催化分解法，利用特制的高能紫外线光束照射油烟，破坏油脂的分子结构，使高分子化合物降解成低分子化合物。高能紫外线光束还能分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对油烟及其气味有很强的清除作用。臭氧还能对油烟分子进行光解氧化反应，使其转化成水和二氧化碳，并通过排烟管道排出室外；缺点是需要经常清洁维护维持紫外光效率。
发明内容
本发明的目的是为了提高厨房油烟净化率，解决气体二次污染，降低能耗，减少设备维护次数，进而降低处理设备的维护成本而提出一种智能环保油烟净化器。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明为一种智能环保油烟净化器：包括进气接口、出气接口、初级腔、热交换腔、次级腔、催化反应腔和加热及加热控制单元；
所述初级腔、热交换腔、次级腔和催化反应腔水平方向依次连接；
所述初级腔包括水平设置的初级隔板；所述初级隔板将初级腔分隔成位于上方的进气腔和位于下方的出气腔；
所述进气接口、出气接口分别与进气腔、出气腔连接；
所述热交换腔安装有换热板和换热导流板；
所述次级腔包括水平设置的次级隔板；所述次级隔板将次级腔分隔成位于上方的反应出口腔和位于下方的反应入口腔；
所述催化反应腔安装有水平设置的反应区隔板、催化反应腔顶端和底端设置有催化剂板定位条，并且催化反应腔内安装有垂直放置的催化剂板；所述催化剂反应腔的两侧面还设有催化剂板装卸口；所述反应区隔板与次级隔板共平面，将催化反应腔分隔成上下两个反应区；所述催化剂板通过催化剂板定位条分别固定于两个反应区；
所述加热及加热控制单元包含电磁加热元件和温控开关；所述电磁加热元件安装于两个反应区内；所述温控开关与电磁加热元件相连接。
较优地，所述初级隔板、次级隔板和反应区隔板三者共平面。
较优地，所述换热板将热交换腔隔成若干狭窄区域；所述换热导流板安装于狭长区，换热导流板将每两个相邻狭窄区分隔成不相联通的换热区，形成每个狭窄区域相隔连通。
较优地，所述电磁加热元件至少有两个，且呈同心圆状，电磁加热元件均匀排布于两个反应区边沿，用于均匀加热。
较优地，所述换热板、换热导流板及催化剂板可以是平板状结构，也可以设计成冲压规则或不规则的波纹状或褶皱状。
较优地，所述催化剂板由多个催化剂板组件构成，相邻的催化剂板组件间隔5～20mm。
较优地，所述催化剂板安装时，相邻两个催化剂板间隔5～20mm。
一种智能环保油烟净化器用催化剂板，其特征在于：包含板状或褶皱状的载体、催化剂膜和催化剂；所述板状或褶皱状的载体用于承载催化剂膜和催化剂；所述催化剂附于催化剂膜上；所述催化剂膜是通过浸渍法附于板状或褶皱状的载体上，再将催化剂通过浸渍法附着于催化剂膜。
较优地，所述催化剂可以是Pt、Pd贵金属催化剂，也可以是过渡金属氧化物催化剂或者过渡金属复合氧化物催化剂或者钙钛矿型催化剂。
较优地，所述催化剂板可以是先在金属板上附上一层金属氧化物如γ-Al2O3、SiO2、CeO2、Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3或者附上Y、HY、SY、SY-A、ZSM-5、SAPO-5、硅酸Y型分子筛(SY-A)作为催化剂的载体膜，并在载体膜上负载Pt、Pd贵金属催化剂；或负载一层过渡金属氧化物催化剂及其复合氧化物催化剂或钙钛矿催化剂，如BaTiO3、SrPdO3、La1-xSrxCo1-yMnyO3、La1-xSrxCrO3、La1-xSrxFeO3、La1-xSrxCo1-yFeyO3、La1-xSrxCo1-yNiyO3、La1-xCexCoO3；也可以采用AB2O4复合氧化物催化剂，包括Cu-Cr-O，Cu-Mn-O，Mn-Co-O及Cr-Co-O；或者铝酸盐及取代型六铝酸盐催化剂，基本形式为AAl12O19，其中A为碱金属、碱土金属或稀土金属。
本发明的有益效果：
采用多个均匀排布的电磁加热单元结构，可以均匀且迅速将油烟气体加热到燃烧温度，仅需2～10分钟即可加热到催化燃烧反应温度，有利于提高厨房油烟净化率。
热交换单元换热板和换热导流板采用平板状结构，或冲压规则或不规则的波纹状或褶皱状，有利于提高换热气体与换热板的接触面积，热交换效率超过90％，极大的提高了热交换效率。
整个体系可以实现将厨房排放的油烟转化为二氧化碳和水，经过该发明处理的油烟，其排放的气体中，油烟浓度小于等于2mg/m3。
附图说明
图1为本发明一种智能环保油烟净化器轴侧示意图
图2为本发明一种智能环保油烟净化器主视示意图；
图3为本发明一种智能环保油烟净化器截面示意图；
图4为本发明一种智能环保油烟净化器左视示意图；
图5为本发明一种智能环保油烟净化器俯视示意图；
图6为本发明一种智能环保油烟净化器换热板三视图；
图7为本发明一种智能环保油烟净化器换热导流板及其局部剖视体示意图；
图8为本发明一种智能环保油烟净化器催化剂板三视图；
其中，进气接口11、出气接口12；初级腔1、进气腔101、出气腔102及初级隔板103；热交换腔2、换热板201和换热导流板202；次级腔3、反应出口腔301、反应入口腔302及次级隔板303；催化剂反应腔4、反应区隔板401、催化剂板定位条402、催化剂板403；反应加热及其控制单元5、电磁加热元件501、温控开关502；催化剂板装卸口6。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，现结合附图及具体实施例作进一步详细的说明。
如图1至图8所示，一种智能环保油烟净化器，该智能环保油烟净化器包括进气接口11、出气接口12、初级腔1、热交换腔2、次级腔3、催化剂反应腔4、反应加热及其控制单元5构成；初级腔1、热交换腔2、次级腔3和催化反应腔4依次安装连接；初级腔1包含进气腔101、出气腔102及初级隔板103；热交换腔2由换热板201和换热导流板202构成；次级腔3包含反应出口腔301、反应入口腔302及次级隔板303；催化剂反应腔4内设有反应区隔板401、催化剂板定位条402和催化剂板403；反应加热及其控制单元5由电磁加热元件501和温控开关502构成；其中，在图6中，A为换热板主视图，B为换热板俯视图，C为换热板左视图；图7中，A为换热导流板主视图，B为换热导流板局部剖视图；图8中，A为催化剂板主视图，B为催化剂板俯视图，C为催化剂板左视图。
具体地，水平设置的初级隔板103将初级腔1分隔成上下分布的进气腔101和出气腔102；水平设置的次级隔板303将次级腔3分隔成上下分布反应出口腔301和反应入口腔302；水平设置的反应区隔板401将催化剂反应腔4分隔成上下两个反应区；
具体地，热交换腔2为板状换热结构，通过换热板201将换热腔分隔成均匀分布的狭长区域，换热导流板202安装于换热板201形成的狭长区，形成狭长区相邻不相通，相隔相通的效果，可以提高换热效率；
具体地，换热板201可以平板状，也可以设计成冲压规则或不规则的波纹或褶皱，有利于将换热过程中的平流气体破坏成湍流，提高换热板201与气体的接触，进一步提高换热效率，在一定程度上实现整体设备更加紧凑。
催化剂板403由金属板覆盖一层催化剂载体膜并在催化剂载体膜上附着一层催化剂而成，催化剂板403垂直安装于催化反应腔4内的上下两个反应区，并通过位于催化反应腔4顶端和低端催化剂板定位条402进行固定。
具体地，金属板为板状结构或者褶皱的板状结构，金属板主要起到催化剂载体的作用，催化剂板403的制过程为：先对金属板进行喷砂表面处理，把金属板处理成哑光泽，然后在金属板上附上一层金属氧化物如γ-Al2O3、SiO2、CeO2、Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3或者附上Y、HY、SY、SY-A、ZSM-5、SAPO-5、硅酸Y型等分子筛(SY-A)作为催化剂的载体膜，并在载体膜上负载Pt、Pd等贵金属催化剂；或负载一层过渡金属氧化物催化剂及其复合氧化物和钙钛矿催化剂层，如BaTiO3、SrPdO3、La1-xSrxCo1-yMnyO3、La1-xSrxCrO3、La1-xSrxFeO3、La1-xSrxCo1-yFeyO3、La1-xSrxCo1-yNiyO3、La1-xCexCoO3等；复合氧化物如AB2O4复合氧化物，其主要体系为Cu-Cr-O，Cu-Mn-O，Mn-Co-O及Cr-Co-O；或者铝酸盐及取代型六铝酸盐催化剂，基本形式为AAl12O19，其中A为碱金属、碱土金属或稀土金属；另外，为增加催化剂比表面积，可以将催化剂板6设计成冲压规则或不规则的波纹或褶皱，增加催化剂与气体接触的面积，提高反应效率。
反应加热及其控制单元5中设有均匀排布的两排同心圆状的电磁加热元件501，电磁加热元件501分别安装于靠近两个催化剂装卸口6的内侧；同时反应加热及其控制单元5还设有温控开关502，温控开关502安装于反应区隔板401上，且温控开关502与电磁加热元件501通过导线连接。
具体工作过程：厨房排出的烟气，先后经过进气接口11和进气腔101后到达热交换腔2，在热交换腔2中与从反应出口腔301排出的经过催化氧化反应的热气体进行热交换，获得热量后的烟气经过反应入口腔302进入催化剂反应腔4，在催化剂板403催化作用下，进行放热反应；反应产生的热量在随反应产物排出的过程中与冷油烟气体进行热量交换，而反应完全的烟气生成二氧化碳和水从反应出口腔301排出，进入热交换腔2，然后经过出气腔102排出。
如果催化反应过程中，催化反应腔4温度低于250℃，反应加热及其控制单元5中的温控开关502，即设置于反应区隔板401端处的热电偶输入(TC)自动接通电源给多个电磁加热元件501供电加热，达到250℃及以上时热电偶输入(TC)自动断开电源停止加热，从而实现对反应温度的自动控制或半自动控制，将反应温度控制在250℃及以上。
具体实施例：
一种智能环保油烟净化器，包括进气口11、出气口12，初级腔1、热交换腔2、次级腔3、催化剂反应腔4、反应加热及其控制单元5构成；初级腔1、热交换腔2、次级腔3和催化反应腔4依次安装连接；初级腔1被水平设置的初级隔板103分隔成进气腔101和出气腔102；热交换腔2被垂直设置的换热板201分隔成若干狭长形区域，换热导流板202安装于狭长区域内；次级腔3被水平设置的次级隔板303分隔成反应出口腔301和反应入口腔302；水平设置的反应区隔板401将催化剂反应腔4分隔成上下两个反应区，上下两个反应区同一端分别连接着次级腔3的反应出口301和反应入口302，另一端则上下两个反应区相连，形成通路；催化剂板403通过催化剂装卸口6垂直安装于上下两个反应区内侧，每个催化剂板403间隔为5～20mm，通过催化剂板定位条402固定；安装好催化剂板403后，在两个催化剂板装卸口6的内侧还安装电磁加热元件501，同时在反应隔板区401中间位置安装温控开关502，同时将电磁加热单元501与温控开关502连接。
紧接着，将本发明与厨房烟气排放管道安装连接，即可。
本实施例的催化剂板403，是钙钛矿型催化剂板，具体是采用铜金属作为催化剂的载体。
本实施例中，需要对金属载体进行预处理。即先喷砂表面处理，将铜金属表面处理成哑光泽；其次，用浓度为5％～15％的硝酸酸洗至铜金属呈哑光泽；再用蒸馏水冲洗并且干燥酸洗后的铜金属。经过预处理后的金属载体，可以改善催化剂涂层的表面结构，增加载体与涂层的结合强度，可以克服涂层龟裂、剥落现象；最后采用浸渍法制成本实施例的钙钛矿型La(Cu，Mn，Co)O3/LaAlO3-Al2O3催化剂板组件，待用。
将若干片制备好的钙钛矿型催化剂板组件进行组合成催化剂板403，确保每片催化剂板组件相隔5～20mm。
本实施例中，采用金属板作为催化剂载体，既可保持催化剂整体强度，保持催化活性，也可多次重新清理或者处理重新利用；使用板式催化剂载体和板式换热形式一体化的设计，保证整体净化设备阻力降在3～15kPa；多个电磁加热单元，可以保证2～10分钟内加热达到催化燃烧温度；热交换效率可以达到90％以上，经过处理排出的气体主要为二氧化碳和水，油烟气浓度含量小于等于2mg/m3。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列方法或产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种智能环保油烟净化器，其特征在于：包括进气接口(11)、出气接口(12)、初级腔(1)、热交换腔(2)、次级腔(3)、催化反应腔(4)和加热及加热控制单元(5)；
所述初级腔(1)、热交换腔(2)、次级腔(3)和催化反应腔(4)水平方向依次连接；
所述初级腔(1)包括水平设置的初级隔板(103)；所述初级隔板(103)将初级腔(1)分隔成位于上方的进气腔(101)和位于下方的出气腔(102)；
所述进气接口(11)、出气接口(12)分别与进气腔(101)、出气腔(102)连接；
所述热交换腔(2)安装有换热板(201)和换热导流板(202)；
所述次级腔(3)包括水平设置的次级隔板(303)；所述次级隔板(303)将次级腔(3)分隔成位于上方的反应出口腔(301)和位于下方的反应入口腔(302)；
所述催化反应腔(4)安装有水平设置的反应区隔板(401)、催化反应腔(4)顶端和底端设置有催化剂板定位条(402)，且催化反应腔内安装垂直放置的催化剂板(403)；所述催化剂反应腔(4)的两侧面还设有催化剂板装卸口(6)；所述反应区隔板(401)与次级隔板(302)共平面，该反应区隔板(401)将催化反应腔(4)分隔成上下两个反应区；所述催化剂板(403)通过催化剂板定位条(402)分别固定于两个反应区；
所述加热及加热控制单元(5)包含电磁加热元件(501)和温控开关(502)；所述电磁加热元件(501)安装于两个反应区内；所述温控开关(502)与电磁加热元件(501)相连接。
2.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述初级隔板(103)、次级隔板(303)和反应区隔板(401)三者共平面。
3.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述换热板(201)将热交换腔(2)隔成若干狭窄区域；所述换热导流板(202)安装于狭长区，换热导流板(202)将每两个相邻狭窄区分隔成不相联通的换热区，形成每个狭窄区域相隔连通。
4.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述进气腔(101)和出气腔(102)还分别连接进气接口和出气接口。
5.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述电磁加热元件(501)均匀排布于两个反应区边沿，用于均匀加热。
6.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述换热板(201)和换热导流板(202)可以是平板状结构，也可以设计成冲压规则或不规则的波纹状或褶皱状。
7.如权利要求1所述的智能环保油烟净化器，其特征在于：所述催化剂板(403)由多个催化剂板组件构成，相邻的催化剂板组件间隔5～20mm。
8.一种智能环保油烟净化器用催化剂板，其特征在于：包含板状或褶皱状的载体、催化剂膜和催化剂；所述板状或褶皱状的载体用于承载催化剂膜和催化剂；所述催化剂附于催化剂膜上；所述催化剂膜是通过浸渍法附于板状或褶皱状的载体上，再将催化剂通过浸渍法附着于催化剂膜。
9.如权利要求8所述一种智能环保油烟净化器用催化剂板，其特征在于：所述催化剂可以是Pt、Pd贵金属催化剂，也可以是过渡金属氧化物催化剂或者过渡金属复合氧化物催化剂或者钙钛矿型催化剂。
10.如权利要求8所述一种智能环保油烟净化器用催化剂板，其特征在于：所述催化剂板可以是先在金属板上附上一层金属氧化物如γ-Al2O3、SiO2、CeO2、Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3或者附上Y、HY、SY、SY-A、ZSM-5、SAPO-5、硅酸Y型分子筛(SY-A)作为催化剂的载体膜，并在载体膜上负载Pt、Pd贵金属催化剂；或负载一层过渡金属氧化物催化剂及其复合氧化物催化剂或钙钛矿催化剂，如BaTiO3、SrPdO3、La1-xSrxCo1-yMnyO3、La1-xSrxCrO3、La1-xSrxFeO3、La1-xSrxCo1-yFeyO3、La1-xSrxCo1-yNiyO3、La1-xCexCoO3；也可以采用AB2O4复合氧化物催化剂，包括Cu-Cr-O，Cu-Mn-O，Mn-Co-O及Cr-Co-O；或者铝酸盐及取代型六铝酸盐催化剂，基本形式为AAl12O19，其中A为碱金属、碱土金属或稀土金属。
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