CN110657509B - 一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，包括新风处理模块和回风处理模块，其中，新风处理模块包括复合光催化模块、鼓泡光催化模块、填料杀菌模块和水洗除雾模块，回风处理模块包括回风鼓泡模块和回风喷雾换热模块，室外空气经过新风处理模块处理后进入室内，室内的回风通过回风处理模块处理后通入室外。本发明系统将传统的新风与回风之间的“气‑气”换热转换为“气‑纳米流体‑气”换热，协同利用TiO2纳米粒子的光催化降解有机污染物作用和Ag纳米粒子强烈的杀菌作用，通过室内净化模式和新风净化模式的切换，获得同时适用于室内空气污染和室外空气污染的净化系统。

Description

一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统
技术领域
本发明涉及一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，属于空气净化技术领域。
背景技术
良好的空气品质有利于提高环境的舒适度和保证公众的身心健康，因而高质量的新风供应显得尤为重要。目前国内外空气净化装置主要是基于活性炭的固体吸附，不具备对挥发性有机污染物的降解和杀菌功能，针对严重空气污染时其耗材消耗大，且容易滋生细菌，造成二次污染。
另一方面，关于纳米流体的研究已经开展20余年，但是目前纳米流体的应用依然还处于实验和理论阶段，最大的挑战便是纳米流体无法长期保持其分散稳定性，也就是存在一定的保质期。随着纳米流体技术的快速发展，纳米流体的成本现在已经较低。纳米流体在其保质期内作为净化空气的消耗性产品是其应用前景的一个较为理想的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，该系统将传统的新风与回风之间的“气-气”换热转换为“气-纳米流体-气”换热，协同利用TiO2纳米粒子的光催化降解有机污染物作用和Ag纳米粒子强烈的杀菌作用，通过室内净化模式和新风净化模式的切换，获得同时适用于室内空气污染和室外空气污染的净化系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，包括新风处理模块和回风处理模块，其中，新风处理模块包括复合光催化模块、鼓泡光催化模块、填料杀菌模块和水洗除雾模块，回风处理模块包括回风鼓泡模块和回风喷雾换热模块，室外空气经过新风处理模块处理后进入室内，室内的回风通过回风处理模块处理后通入室外。
其中，复合光催化模块内设有TiO2纳米流体I，TiO2纳米流体I内放置有沉浸紫外灯，TiO2纳米流体I上方悬挂有悬空紫外灯，复合光催化模块的底部和顶部分别设有鼓泡气石I和喷嘴I，连接管道I104将室外空气排入鼓泡气石I中，复合光催化模块还包括TiO2纳米流体I排出口1c和处理后空气排出口1b，TiO2纳米流体I排出口1c通过连接管道II与复合光催化模块顶部的喷嘴I连接，处理后空气排出口1b通过连接管道III与鼓泡光催化模块连接。
其中，鼓泡光催化模块内含有TiO2纳米流体II，处理后空气排出口1b通过连接管道III接入鼓泡光催化模块底部的鼓泡气石II中，复合光催化模块中的沉浸紫外灯也伸入鼓泡光催化模块的TiO2纳米流体II中。
其中，填料杀菌模块包括填料板以及位于填料板下方的Ag纳米流体，Ag纳米流体通过连接管道IV提升至填料板的上方，并流经填料板，鼓泡光催化模块处理后的空气直接进入填料杀菌模块中，与流经填料板的Ag纳米流体进行接触。
其中，水洗除雾模块包括水洗除雾网和除雾网；填料杀菌模块处理后的空气通过排出口3b进入水洗除雾模块中，空气在水洗除雾模块中经过水洗除雾网初步水洗除雾，然后通过除雾网进行再一次水洗除雾，最后通过连接管道VI将完全处理后的空气中排入室内。
其中，回风鼓泡模块内含有纳米流体，室内的回流空气通过连接管道VII接入回风鼓泡模块底部的鼓泡气石III中，鼓泡后的空气与回风鼓泡模块中的纳米流体进行换热和除尘杀菌。
其中，回风喷雾换热模块顶部设有喷嘴II；回风鼓泡模块底部的流体排出口通过连接管道VIII与连通喷嘴II连接，回风喷雾换热模块通过连接管道IX将回风喷雾换热模块内的的回风空气排出室外。
其中，复合光催化模块和鼓泡光催化模块中所用的TiO2纳米流体的质量分数为5％，填料杀菌模块中所用的Ag纳米流体的浓度为100ppm。
其中，回风鼓泡模块与新风处理模块通过铜板隔开，铜板为波纹铜管，铜板的厚度为2～4mm。
本发明系统的工作过程为：待净化空气首先进入复合光催化模块先进行除尘杀菌处理，再通过水泵进入鼓泡光催化模块和填料杀菌模块进行进一步除尘杀菌，最后通过水洗除雾模块水洗除雾后送进室内。
有益效果：本发明协同利用了纳米流体的强化传热传质性能，液体的除尘作用，纳米流体中氧化钛纳米粒子的光催化和杀菌性能，Ag粒子的杀菌作用，可以是空气中的细菌、可挥发性有机物，以及PM粒子等进行全面的净化，同时具备了全热回收功能，实现了本发明系统节能和环保双重功能，本发明系统特别适用于某些高污染的特殊场合，例如化学分析化验室、病原体浓度较高的病房、化工、炼油和锻造车间等场所；
采用纳米流体液体换热器对新风和回风的全热回收式换热，有效利用了纳米流体的高传热传质性能，同时通过鼓泡和喷雾等手段极大强化了气液接触面积，相比传统“气-固-气”换热器具有更大的换热优势；
采用Ag纳米流体和TiO2纳米流体能有效增强流体的导热系数，且Ag纳米流体本身也具有强效的杀菌作用，而TiO2纳米粒子具有光催化降解有机污染物的效果，综合运用这两种纳米流体，能强化传热并增强杀菌效果；
本发明采用了沉浸和悬置紫外灯作为光催化光源，可同时对液体和气体中的有机物进行光催化降解，起到更好的效果。同时可同时对液体和气体中的细菌进行杀菌；
本发明的换热器内部同时设置了鼓泡和喷雾换热方式，通过泵将底部纳米流体带入喷嘴与空气进行换热，由于喷雾液滴具有极大的比表面积，再加上液体内部混合换热效率较好，这样可以极大地增强了流体与空气之间的换热，以及能对空气进一步进行除尘处理；
本发明采用Ag纳米流体和TiO2纳米流体进行空气净化，而两种纳米流体本身具有强烈的杀菌特性，可保证水质不滋生细菌；
本发明系统中采用的TiO2纳米流体质量分数为5％，所用的Ag纳米流体浓度为100ppm，采用高浓度的TiO2纳米流体可有效提高光催化效率同时，利用其较高液体粘度提高气体在液体中鼓泡滞留时间，提高气液传热传质效率，采用低浓度的Ag纳米流体可满足杀菌效果的同时还能减少Ag粒子进入气体的概率。
附图说明
图1为本发明系统的系统原理图：
图2为图1的A-A处截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作进一步描述。
如图1～2所示，本发明的基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，包括新风处理模块和回风处理模块，其中，新风处理模块包括复合光催化模块1、鼓泡光催化模块2、填料杀菌模块3和水洗除雾模块4，回风处理模块包括回风鼓泡模块5和回风喷雾换热模块6，室外空气经过新风处理模块处理后进入室内，室内的回风通过回风处理模块处理后通入室外。
其中，复合光催化模块1包括连接管道I104、水泵I103、连接管道II102、水泵II101、鼓泡气石I105、TiO2纳米流体I106、沉浸紫外灯107、TiO2纳米流体液位计108、悬空紫外灯109和喷嘴I110；水泵I103位于连接管道I104上，连接管道I104的入口连接室外空气，连接管道I104的出口与鼓泡气石I105相连；水泵II101位于连接管道II102上，连接管道II102的入口与TiO2纳米流体I106的出口1c连接，连接管道II102的出口与喷嘴I110相连；沉浸紫外灯107位于TiO2纳米流体液位计108的下方，也即位于TiO2纳米流体I106中；悬空紫外灯109位于TiO2纳米流体液位计108的上方。鼓泡气石I105和喷嘴I110分别位于复合光催化模块1的底部和顶部。
鼓泡光催化模块2包括连接管道II1201、水泵III202、鼓泡气石II203和TiO2纳米流体II204；其中，水泵III202位于连接管道III201上，连接管道III201的入口与复合光催化模块1处理后空气排出口1b连接，空气排出口1b位于复合光催化模块1的顶部，连接管道III201的出口与鼓泡气石II203相连，鼓泡气石II203位于鼓泡光催化模块2的底部，复合光催化模块1中的沉浸紫外灯107穿过两个模块(复合光催化模块1和鼓泡光催化模块2)的隔板，沉浸紫外灯107一部分位于复合光催化模块1中，一部分位于鼓泡光催化模块2中。
填料杀菌模块3包括连接管道IV302、水泵IV301、Ag纳米流体液位计303、填料板304和Ag纳米流体305；其中，水泵IV301位于连接管道IV302上，连接管道IV302的入口位于Ag纳米流体305中，即连接管道IV302的入口与Ag纳米流体305的排出口3c连接，连接管道IV302的出口位于填料板304的上方，Ag纳米流体液位303位于填料板304的下方。
水洗除雾模块4包括连接管道V401、水泵V402、连接管道VI403、水泵VI404、除雾网405和水洗除雾网406；其中，水泵V402位于连接管道V401上，连接管道V401的入口与填料杀菌模块3处理结束的空气排出口3b连接，连接管道V401的入口位于填料杀菌模块3中填料板304的下方，Ag纳米流体305液位的上方，且其流向朝下，连接管道V401的出口位于水洗除雾模块4中水洗除雾网406的下方，除雾网405位于水洗除雾网406左侧，水泵VI404位于连接管道VI403上，空气在水洗除雾模块4中经过水洗除雾网406初步水洗除雾，然后通过除雾网405再进行一次水洗除雾，通过连接管道VI403将完全处理后的空气中排入室内。
回风鼓泡模块5包括连接管道VII501、水泵VII502、鼓泡气石III503和换热铜板504；其中，水泵VII502位于连接管道VII501上，连接管道VII501的入口接室内空气，连接管道VII501的出口与鼓泡气石1II503相连，鼓泡气石I1I503位于回风鼓泡模块5的底部，换热铜板504将新风处理模块和回风鼓泡模块5隔开。
回风喷雾换热模块6包括连接管道VIII602、水泵VIII601和喷嘴II603；其中，水泵VIII601位于连接管道VIII602上，连接管道VIII602的入口与回风鼓泡模5底部的流体排出口连接，连接管道VIII602的出口连通喷嘴II603，喷嘴II603位于回风喷雾换热模块6的顶部，回风喷雾换热模块6通过连接管道IX604将回风喷雾换热模块6上方的回风空气排出室外。
复合光催化模块1和鼓泡光催化模块2中所用的TiO2纳米流体的质量分数均为5％，填料杀菌模块3中所用的Ag纳米流体的浓度为100ppm，回风鼓泡模块5中所用的铜板为波纹铜管，厚度为2～4mm。
本发明基于纳米流体的全热回收式新风净化系统的工作流程如下：
待净化空气通过水泵I103作用，经过连接管道I104，进入鼓泡气石I105中，鼓泡气石I105将空气鼓泡进TiO2纳米流体I106中，同时沉浸紫外灯107在TiO2纳米流体I106里与纳米流体协同作用，对空气进行换热和杀菌除尘处理，TiO2纳米流体I106从出口1c流入连接管道II102中，在水泵II101作用下进入喷嘴I110中，喷淋下来的TiO2纳米流体和悬空紫外灯109协同作用对空气进一步进行换热和杀菌除尘处理。
在鼓泡光催化模块2内，复合光催化模块1处理后的空气从排出口1b经过水泵III202通入鼓泡气石II203内，经过鼓泡气石II203鼓泡进入TiO2纳米流体II204中，同时沉浸紫外灯107有一部分也在鼓泡光催化模块2中，紫外灯与纳米流体两者协同作用，空气在鼓泡光催化模块2内更进一步进行换热和杀菌除尘处理。
在填料杀菌模块3中，其底部的Ag纳米流体305通过连接管道IV302，从顶部的出口3流入填料上，通过填料再流回填料杀菌模块3底部，经过鼓泡光催化模块2处理后的空气直接通入填料杀菌模块3中，空气在通过填料板304时与流经填料板304的Ag纳米流体进行接触，从而进一步进行除尘杀菌处理。
通过填料杀菌模块3处理后的空气通过排出口3b通过连接管道V401，通入水洗除雾模块4内，空气先经过水洗除雾网406的初步水洗除雾，再通过除雾网405进行再一次水洗除雾，最后处理完成的空气通过连接管道VI403通入室内。
在回风鼓泡模块5和回风喷雾换热模块6中，室内的回流空气先通过连接管道VII501进入鼓泡气石III503中，鼓泡后的空气与回风鼓泡模块5中的纳米流体进行换热和除尘杀菌；根据图2中的系统截面图A-A可以看出，回风鼓泡模块5和回风喷雾换热模块6是相连通的，因此鼓泡后的空气将直接进入回风喷雾换热模块6中，回风鼓泡模块5底部的流体通过连接管道VIII602进入喷嘴II603中，喷淋的流体与空气进行进一步的换热和除尘杀菌作用，接着流体再直接流入回风鼓泡模块5中，与原先回风鼓泡模块5中的流体混合。回风鼓泡模块5和新风处理模块用换热铜板504隔开，回风鼓泡模块5里的流体与上面四个新风处理模块进行换热，回风鼓泡模块5可对能量或者冷量进行回收，并且对室内排出的空气进行除尘杀菌处理，然后再通过连接管道IX604将室内空气排出室外，满足节能和环保的要求。

Claims (3)

1.一种基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，其特征在于：包括新风处理模块和回风处理模块，其中，新风处理模块包括复合光催化模块、鼓泡光催化模块、填料杀菌模块和水洗除雾模块，回风处理模块包括回风鼓泡模块和回风喷雾换热模块，室外空气经过新风处理模块处理后进入室内，室内的回风通过回风处理模块处理后通入室外；
其中，复合光催化模块内设有TiO2纳米流体I，TiO2纳米流体I内放置有沉浸紫外灯，TiO2纳米流体I上方悬挂有悬空紫外灯，复合光催化模块的底部和顶部分别设有鼓泡气石I和喷嘴I，连接管道I104将室外空气排入鼓泡气石I中，复合光催化模块还包括TiO2纳米流体I排出口1c和处理后空气排出口1b，TiO2纳米流体I排出口1c通过连接管道II与复合光催化模块顶部的喷嘴I连接，处理后空气排出口1b通过连接管道III与鼓泡光催化模块连接；
鼓泡光催化模块内含有TiO2纳米流体II，处理后空气排出口1b通过连接管道III接入鼓泡光催化模块底部的鼓泡气石II中，复合光催化模块中的沉浸紫外灯也伸入鼓泡光催化模块的TiO2纳米流体II中；填料杀菌模块包括填料板以及位于填料板下方的Ag纳米流体，Ag纳米流体通过连接管道IV提升至填料板的上方，并流经填料板，鼓泡光催化模块处理后的空气直接进入填料杀菌模块中，与流经填料板的Ag纳米流体进行接触；
回风鼓泡模块内含有纳米流体，室内的回流空气通过连接管道VII接入回风鼓泡模块底部的鼓泡气石III中，鼓泡后的空气与回风鼓泡模块中的纳米流体进行换热和除尘杀菌；回风喷雾换热模块顶部设有喷嘴II；回风鼓泡模块底部的流体排出口通过连接管道VIII与连通喷嘴II连接，回风喷雾换热模块通过连接管道IX将回风喷雾换热模块内的回风空气排出室外；回风鼓泡模块与新风处理模块通过铜板隔开，铜板为波纹铜管，铜板的厚度为2~4mm。
2.根据权利要求1所述的基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，其特征在于：水洗除雾模块包括水洗除雾网和除雾网；填料杀菌模块处理后的空气通过排出口3b进入水洗除雾模块中，空气在水洗除雾模块中经过水洗除雾网初步水洗除雾，然后通过除雾网进行再一次水洗除雾，最后通过连接管道VI将完全处理后的空气中排入室内。
3.根据权利要求1所述的基于纳米流体的全热回收式新风净化系统，其特征在于：复合光催化模块和鼓泡光催化模块中所用的TiO2纳米流体的质量分数为5%，填料杀菌模块中所用的Ag纳米流体的浓度为100ppm。
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