CN106949561A - 一种一体化复合式空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，尤其是一种一体化复合式空气净化装置。它包括出风网筒、插套于出风网筒内的臭氧催化网筒、插套于臭氧催化网筒内的收尘网筒、穿设于收尘网筒内的光催化电极及出射光线照射于光催化电极上的紫外光光源，出风网筒与臭氧催化网筒所形成的缝隙空间内填充有活性炭颗粒，收尘网筒接地，光催化电极上加载有负高压电压。本发明将等离子体除尘、等离子体VOCs分解、光催化VOCs分解及臭氧分解等净化技术在工艺结构上整合为一体并采用负高压进行放电，不但可以增强整个净化装置的净化能力、降低有害物质的产生，而且极大减少了需要更换的耗材的使用量和长期使用的维护成本，真正实现了对污染物由传统的收集转移技术到净化降解技术的转变。

Description

一种一体化复合式空气净化装置
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其是一种一体化复合式空气净化装置。
背景技术
随着空气质量的恶化，雾霾天气现象出现增多(如在我国北方地区的雾霾天气已经呈现出日渐加重的现象)，直接危害到人们的身体健康，如何保证人们能生活在一个空气质量较好的环境中，是目前亟待解决的重要问题；而空气净化器作为净化空气的主要设备，已经越来越受到人们的青睐。目前，空气净化器所针对的目标污染物主要有两类：一类是具有一定粒径的颗粒物，主要包括PM10、PM2.5、花粉、扬尘、灰尘等等；另一类是以分子大小存在的气态污染物，其中，最受到人们重视的是装修材料或家具中所散发的甲醛，同时，还有一些气态的无机氧化物和其他成分的VOCs等。在行业内，一般是以对以PM2.5为代表的颗粒物和对以甲醛为代表的气态污染为的净化效果为指标对一台净化器的性能进行定量评价。
在现有技术中，针对颗粒物所采取的净化方式主要有过滤式和电净式两种。
其中，过滤式即是以粗滤、精滤、超滤HEPA膜等组成的颗粒物拦截系统；而电净式即是指利用静电除尘设备对颗粒物进行吸附拦截。采用过滤式的净化器一般存在滤网需要定期更换的缺陷，其长期使用成本较高。而采用电净式的净化器一般都是采用正高压放电技术和负高压放电技术，在采用正高压放电技术时，净化器的高压电源的工作电压一般不能超过9KV，这就导致针对颗粒物的净化性能不够理想，即：颗粒物CADR值不高；同时，正高压放电还有一个更为明显的缺陷在于：正高压放电中产生的正离子会随着空气的流通而溢出，而溢出的正离子对人体的健康是有危害的。与正高压放电的净化器相比，负高压放电的净化器虽然不会存在上述缺陷，但负高压放电的过程中，其臭氧产量会比正高压放电的臭氧产量高很多，臭氧含量过高依然会对人体的健康造成危害。
针对气态污染物所采取的净化方式主要有吸附式、等离子体净化式、光催化式三种。
其中，吸附式的净化器主要以活性炭为吸附剂，一般需要配置活性炭滤网或滤芯，气态污染物的去除主要依赖活性炭吸附性能，活性炭的吸附效果一方面取决于自身的吸附能力，另一方面会因为活性炭所处在的环境因素不一样，目标吸附污染物在环境体系中的浓度、分压也会影响活性炭对该污染物的吸附平衡浓度，当活性炭的吸附平衡浓度达到一定程度时即不再对污染物进行吸附，但当环境污染物浓度因其他影响因素降低时，活性炭对目标污染物平衡浓度会自动下降，活性炭会自发的向环境释放被吸附的污染物。因此，活性炭既是室内空气污染物的吸附剂，也有可能成为洁净室内环境的污染源。由于净化器内活性炭的数量有限，因此需要在净化器的整个生命周期内进行多次的滤膜、滤网和活性炭更换，对整个设备的结构提出了较高的要求，且增加了净化器损坏的风险和长期使用成本。
等离子体净化式净化器可以同时净化颗粒物和气态污染物，对颗粒物的净化即广为人知的静电除尘技术，而对气态污染物的净化主要针对的目标污染物是VOCs，其净化原理实质上就是催化净化，一方面是在产生等离子体的过程中，高压放电产生瞬间高能量，打开某些有害气体分子的化学键，使其分解成无害分子；另一方面是等离子体中包含大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基等活性离子，这些活性离子的平均能量均高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生碰撞时，会打开气体分子的化学键，同时还会产生大量的·OH、·HO2、·O等自由基和氧化性极强的臭氧，这些氧化性物质与有害气体分子发生化学反应从而生成无害产物。
光催化式净化器则是通过光照射光催化剂引发和促进光催化氧化反应，实现有机物的分解，其主要包括四个反应过程：一、光致电子和空穴的产生；二、O2、H2O和有机物在催化剂表面附着；三、氧化剂的生成；四、有机物的催化分解。一般此类空气净化器上必须在光催化过程的前段配置颗粒物拦截滤网，以免光源或光催化剂表面被颗粒物污染，导致光催化失效。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种将等离子体除尘技术、等离子体分解净化技术、光催化技术和臭氧分解技术在结构上整合为一体的复合式空气净化器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种一体化复合式空气净化装置，它包括一底端开口且顶端封闭的出风网筒、一插套于出风网筒内并与出风网筒同轴分布的臭氧催化网筒、一插套于臭氧催化网筒内并与臭氧催化网筒同轴分布的收尘网筒、一沿收尘网筒的中轴线穿设于收尘网筒内的光催化电极以及一置于收尘网筒内且出射光线照射于光催化电极上的紫外光光源，所述出风网筒与臭氧催化网筒所形成的缝隙空间内填充有活性炭颗粒，所述收尘网筒接地，所述光催化电极上加载有负高压电压。
其中，优选方案为：所述光催化电极包括一沿收尘网筒的中轴线分布并加载有负高压电压的电极支撑杆、置于收尘网筒的顶端部内并将电极支撑杆的顶端与收尘网筒连为一体的上通风绝缘法兰、置于收尘网筒的底端部内并将电极支撑杆的底端与收尘网筒连为一体的下通风绝缘法兰以及若干片等间距地串接于电极支撑杆上并与电极支撑杆电连接的光催化电极片，所述紫外光光源的出射光线照射于光催化电极片上。
其中，优选方案为：所述电极支撑杆包括一内支撑杆、一等距套筒、一上绝缘子和一下绝缘子，所述内支撑杆贯穿于等距套筒分布，且所述内支撑杆的顶端通过上绝缘子插套于上通风绝缘法兰内、底端通过下绝缘子插套于下绝缘法兰内；所述等距套筒夹持于上绝缘子与下绝缘子之间，且所述内支撑杆上且位于上绝缘子与等距套筒之间还套装有一预压弹簧，若干片所述光催化电极片通过等距套筒串接为一体，且所述光催化电极片与等距套筒电连接。
其中，优选方案为：所述光催化电极片包括片状载体以及涂布于片状载体的表面上的光催化材料层，所述光催化材料层为二氧化钛或含有二氧化钛的光催化剂混合物。
其中，优选方案为：所述光催化电极片为周壁为光滑弧面的圆片状结构体或边缘带有芒刺的圆片状结构体，所述光催化电极片的各个放电点与收尘网筒的内壁之间所形成的异极间距均等，且所述异极间距为20mm-100mm。
其中，优选方案为：所述光催化电极片上开设有若干个相互间呈环形阵列分布的通风口，所述紫外光光源座设于下绝缘通风法兰上或装设于电极支撑杆的底端。
其中，优选方案为：所述臭氧催化网筒包括由碳纤维毡围合而成的承载筒以及负载于承载筒上的臭氧催化剂，所述臭氧催化剂为锰、钴、铜、铁、镍、银、钯、铑、铂及其氧化物中的一种或多种。
其中，优选方案为：所述收尘网筒由开孔率为20％-50％、孔径为1mm-3mm、厚度为0.5mm的304不锈钢板弯卷成型。
其中，优选方案为：它还包括一装设于出风网筒的底端口侧的进风机构，所述进风机构包括一顶端口与收尘网筒的底端口相连通且底端口内装设有过滤网的进风筒壳、置于过滤网的上方并与过滤网间隔分布的导流板、设置于导流板的轮廓边沿的进风孔、置于导流板上方的送风机以及置于进风筒壳内并与光催化电极电连接的负高压发生器。
由于采用了上述方案，本发明将等离子体除尘、等离子体VOCs分解、光催化VOCs分解及臭氧分解等净化技术在工艺结构上整合为一体并采用负高压进行放电，不但可以增强整个净化装置的净化能力、降低有害物质的产生，而且极大减少了需要更换的耗材的使用量和长期使用的维护成本，真正实现了对污染物由传统的收集转移技术到净化降解技术的转变。
附图说明
图1是本发明实施例的截面结构示意图；
图2是本发明实施例的光催化电极的结构装配示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种一体化复合式空气净化装置，它包括一底端开口且顶端封闭的出风网筒a、一插套于出风网筒a内并与出风网筒a同轴分布的臭氧催化网筒b、一插套于臭氧催化网筒b内并与臭氧催化网筒b同轴分布的收尘网筒c、一沿收尘网筒c的中轴线穿设于收尘网筒c内的光催化电极d以及一置于收尘网筒c内且出射光线照射于光催化电极d上的紫外光光源e，在出风网筒a与臭氧催化网筒b所形成的缝隙空间内填充有活性炭颗粒f，且收尘网筒c接地，而光催化电极d上则加载有负高压电压。
由此，通过在光催化电极d上加载诸如5kv-35kv的负高压电压并将收尘网筒c接地，可在收尘网筒c内形成不均匀地电晕电场，通过各个功能网筒之间的配合可对空气中的污染物成分形成多层或多个净化的结构机制，具体为：
被污染的空气将首先经由靠近光催化电极d的空间区域进入收尘网筒c内，在此区域内由于电晕电场的电晕放电效应会使得空气被电离，从而完成包含有臭氧的强氧化性自由基的生成、包含VOCs(即：挥发性有机物)气态污染物的电离及氧化降解、颗粒物的荷电等净化过程；荷电后的颗粒物会在气流及电晕电场的作用下朝收尘网筒c的方向运动，由于收尘网筒c与大地相连，对于充分荷电的颗粒物而言，收尘网筒c即为其正极，因此荷电颗粒物将会大量地沉积在收尘网筒c上，然后释放其所携带的负电荷，在此实现对颗粒物的大部分收集；与此同时，紫外光光源e射出的紫外光线经过收尘网筒c的内壁、光催化电极d以及空气中颗粒物的多次反射后会照射到光催化电极d上，以激发光催化电极d上的光催化剂，而气态污染物(尤其是VOCs气体，以下均以VOCs气体为例作说明描述)在未被电离的情况下会在净化装置的空间内自由运动，因会随机地与强氧化性物质发生碰撞而被分解(即：VOCs分子被打掉一个电子后呈带正电的状态)，这部分VOCs分子会向光催化电极d的方向运动，通过与光催化电极d表面上的光催化剂进行接触后发生降解，大部分会最终生成诸如二氧化碳、水等无害物质，少部分含有硫、氮的气体分子则会经由收尘网筒c进入到活性炭颗粒层中而被最终吸附；而残留的臭氧也会在臭氧催化网筒b的作用下而被有效降解。
同时，利用填充于出风网筒a与臭氧催化网筒b所形成的缝隙空间内的活性炭颗粒f可在收尘网筒c的外围形成一环形筒状的活性炭滤芯层，以对整个装置起到如下作用：1、起到对净化装置的内部反应空间进行一定程度的封闭的作用，避免紫外光、高能等离子体外泄，使空气的净化过程被完全限制在净化装置的内部，不必担心对外界环境造成影响；2、部分含氮、含硫类的VOCs污染物分解后的产物中会含有NOx、SO2等，活性炭可以对这些有害物质进行吸附，减少其对居室环境的危害；3、在净化过程中所产生的臭氧，虽然经过了臭氧催化网筒b的降解，但为了绝对保证臭氧影响被彻底消除，活性炭可以吸附残留的极微量的臭氧，被吸附的臭氧由于自身的不稳定性通常会在20-50分钟内被分解为氧气，不会产生任何二次污染。
基于本实施例的装置的结构，其将等离子体除尘净化技术、等离子体VOCs分解净化技术、光催化VOCs分解净化技术以及臭氧分解净化技术在工艺结构上整合为一体，通过采用负高压放电技术，不但可以有效增强整个净化装置的净化能力，最大限度地降低有害物质的产生，而且极大减少了需要更换的耗材的使用量和长期使用的维护成本，真正实现了对污染物由传统的收集转移技术到净化降解技术的转变。
为优化光催化电极d的结构，增强其拆装维护的便捷性以及装配后的结构牢固性和稳定性，本实施例的光催化电极d包括一沿收尘网筒c的中轴线分布并加载有负高压电压的电极支撑杆10、置于收尘网筒c的顶端部内并将电极支撑杆10的顶端与收尘网筒c连为一体的上通风绝缘法兰20、置于收尘网筒c的底端部内并将电极支撑杆10的底端与收尘网筒c连为一体的下通风绝缘法兰30以及若干片等间距地串接于电极支撑杆10上并与电极支撑杆10电连接的光催化电极片40，紫外光光源e的出射光线照射于光催化电极片40上。由此，可利用通风绝缘法兰20在不影响装置的空气流动效果的情况下将光催化电极d的主体稳固地装配于装置的内部，利用电极支撑杆10作为光催化电极片40的支撑及固定件来使用的同时，也可通过电极支撑杆10相光催化电极片加载负高压电压。
为进一步增强光催化电极d的结构紧凑性以及装配到装置内的结构稳定性，本实施例的电极支撑杆10包括一内支撑杆11、一等距套筒12以及由诸如聚四氟乙烯制成的一上绝缘子13和一下绝缘子14，内支撑杆11贯穿于等距套筒12分布，且内支撑杆11的顶端通过上绝缘子13插套于上通风绝缘法兰20内、底端通过下绝缘子14插套于下绝缘法兰30内；而等距套筒12则夹持于上绝缘子13与下绝缘子14之间，同时，在内支撑杆11上且位于上绝缘子13与等距套筒12之间还套装有一预压弹簧15，若干片光催化电极片40通过等距套筒12串接为一体，且光催化电极片40与等距套筒12电连接。由此，在利用绝缘子将内支撑杆11的两端分别固定于对应的通风绝缘法兰上后，通过上绝缘子13对预压弹簧15的向下施加的抵压作用，可保证各个组成部件能够紧固且稳定地结合为一体。
为保证光催化电极片40不会被颗粒污染物所污染，并同时保证其对气态污染物的有效降解效果，本实施例的光催化电极片40包括片状载体以及涂布于片状载体的表面上的光催化材料层，光催化材料层为二氧化钛或含有二氧化钛的光催化剂混合物。由此，在电极表面涂布光催化材料层的优势是：电极表面由于持续放电的特性，可以保证其不会被颗粒物污染，绝对洁净的环境是光催化材料层持续有效工作的前提；因此，在电极表面涂布的光催化剂完全不必单独考虑颗粒物对其可能产生的影响，可以有效提高整个净化装置对诸如VOCs等气态污染物的净化效果。
为实现最优的除尘效果以及降解效果，本实施例的光催化电极片40可根据具体情况采用周壁为光滑弧面的圆片状结构体或边缘带有芒刺的圆片状结构体，同时，光催化电极片40的各个放电点与收尘网筒c的内壁之间所形成的异极间距均等，且异极间距最好控制在20mm-100mm范围内(当然具体的异极间距可根据光催化电极片40的边缘性状、放电电压、净化性能、臭氧控制情况来确定)。由此，可使电晕电场放电效果、颗粒物以及气态污染物的净化效果更为显著。
为增强装置内空气的流动效果，使空气能够被充分净化，在光催化电极片40上开设有若干个相互间呈环形阵列分布的通风口41，而紫外光光源e则可根据具体情况选择座设于下绝缘通风法兰30上的安装方式或装设于电极支撑杆10的底端上的安装方式。由此，利用通风口41可最大限度地减小光催化电极片40对流动空气的遮挡和阻碍，保证装置内的空气能够顺畅地流动以在相应区域完成相应的净化效果；同时将紫外光光源e设置于整个装置的下方可以避免紫外光光线由装置的进风口侧泄漏而出，从而减小紫外光对装置外部环境的影响。
为能够对臭氧进行有效的降解，最大限度地消除装置的二次污染，本实施例的臭氧催化网筒b包括由碳纤维毡围合而成的承载筒以及负载于承载筒上的臭氧催化剂，臭氧催化剂可根据具体情况选用锰、钴、铜、铁、镍、银、钯、铑、铂及其氧化物中的一种或多种。由此，可利用炭毡作为臭氧催化剂的承载结构，利用臭氧催化剂对臭氧起到催化分解的作用，而经过臭氧催化网筒b的臭氧可被催化分解为氧气，从而有效避免因臭氧的外泄而容易出现二次污染的问题。
作为一个优选方案，本实施例的收尘网筒c由开孔率为20％-50％、孔径为1mm-3mm、厚度为0.5mm的304不锈钢板弯卷成型。由此，收尘网筒c上未开孔的部位即可作为收尘面来使用，开孔的部位则可作为通风面来使用，从而在保证收尘网筒c的收尘性能的同时，也为降低整个装置的制作及维护成本提供了有利的条件。
为最大限度地优化整个装置的结构、增强真个装置的实用性能，本实施例的装置还包括一装设于出风网筒c的底端口侧的进风机构，进风机构包括一顶端口与收尘网筒c的底端口相连通且底端口内装设有过滤网50的进风筒壳60、置于过滤网50的上方并与过滤网50间隔分布的导流板70、设置于导流板70的轮廓边沿的进风孔80、置于导流板70上方的送风机90以及置于进风筒壳60内并与光催化电极d电连接的负高压发生器100。由此，通过对过滤网50与导流板70的布置关系的设置，可使得装置外部被污染的空气能够首先经过过滤网50的充分过滤后(即：完成前端初步过滤后)被送风机90输送至收尘网筒c内，以保证装置对被污染的空气的后续除尘净化效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种一体化复合式空气净化装置，其特征在于：它包括一底端开口且顶端封闭的出风网筒、一插套于出风网筒内并与出风网筒同轴分布的臭氧催化网筒、一插套于臭氧催化网筒内并与臭氧催化网筒同轴分布的收尘网筒、一沿收尘网筒的中轴线穿设于收尘网筒内的光催化电极以及一置于收尘网筒内且出射光线照射于光催化电极上的紫外光光源，所述出风网筒与臭氧催化网筒所形成的缝隙空间内填充有活性炭颗粒，所述收尘网筒接地，所述光催化电极上加载有负高压电压。
2.如权利要求1所述的一种一体化复合式空气净化装置，其特征在于：所述光催化电极包括一沿收尘网筒的中轴线分布并加载有负高压电压的电极支撑杆、置于收尘网筒的顶端部内并将电极支撑杆的顶端与收尘网筒连为一体的上通风绝缘法兰、置于收尘网筒的底端部内并将电极支撑杆的底端与收尘网筒连为一体的下通风绝缘法兰以及若干片等间距地串接于电极支撑杆上并与电极支撑杆电连接的光催化电极片，所述紫外光光源的出射光线照射于光催化电极片上。
3.如权利要求2所述的一种一体化复合式空气净化装置，其特征在于：所述电极支撑杆包括一内支撑杆、一等距套筒、一上绝缘子和一下绝缘子，所述内支撑杆贯穿于等距套筒分布，且所述内支撑杆的顶端通过上绝缘子插套于上通风绝缘法兰内、底端通过下绝缘子插套于下绝缘法兰内；所述等距套筒夹持于上绝缘子与下绝缘子之间，且所述内支撑杆上且位于上绝缘子与等距套筒之间还套装有一预压弹簧，若干片所述光催化电极片通过等距套筒串接为一体，且所述光催化电极片与等距套筒电连接。
4.如权利要求2所述的一种一体化复合式空气净化装置，其特征在于：所述光催化电极片包括片状载体以及涂布于片状载体的表面上的光催化材料层，所述光催化材料层为二氧化钛或含有二氧化钛的光催化剂混合物。
5.如权利要求2所述的一种一体化复合式空气净化装置，其特征在于：所述光催化电极片为周壁为光滑弧面的圆片状结构体或边缘带有芒刺的圆片状结构体，所述光催化电极片的各个放电点与收尘网筒的内壁之间所形成的异极间距均等，且所述异极间距为20mm-100mm。
6.如权利要求5所述的一种一体化复合式空气净化器，其特征在于：所述光催化电极片上开设有若干个相互间呈环形阵列分布的通风口，所述紫外光光源座设于下绝缘通风法兰上或装设于电极支撑杆的底端。
7.如权利要求1所述的一种一体化复合式空气净化器，其特征在于：所述臭氧催化网筒包括由碳纤维毡围合而成的承载筒以及负载于承载筒上的臭氧催化剂，所述臭氧催化剂为锰、钴、铜、铁、镍、银、钯、铑、铂及其氧化物中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的一种一体化复合式空气净化器，其特征在于：所述收尘网筒由开孔率为20％-50％、孔径为1mm-3mm、厚度为0.5mm的304不锈钢板弯卷成型。
9.如权利要求1-8中任一项所述的一种一体化复合式空气净化器，其特征在于：它还包括一装设于出风网筒的底端口侧的进风机构，所述进风机构包括一顶端口与收尘网筒的底端口相连通且底端口内装设有过滤网的进风筒壳、置于过滤网的上方并与过滤网间隔分布的导流板、设置于导流板的轮廓边沿的进风孔、置于导流板上方的送风机以及置于进风筒壳内并与光催化电极电连接的负高压发生器。
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