CN114259868B - 一种压电净化装置及电器设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种压电净化装置及电器设备，其中，压电净化装置包括循环组件和净化滤芯；循环组件包括循环水路以及设置在循环水路上的储液箱，储液箱具有可供外界气流通过的气流入口和气流出口，气流入口和气流出口之间形成气流流通路径；净化滤芯包括压电材料，净化滤芯设置在储液箱内且位于气流流通路径和循环水路的水流路径上；当来自循环水路的水流流经净化滤芯，水流与压电材料碰撞以使压电材料产生活性物质，活性物质至少用于对外界气流中的污染物质进行净化。本申请实施例的压电净化装置可以提高净化效果。

Description

一种压电净化装置及电器设备

技术领域

本申请涉及电器设备技术领域，尤其涉及一种压电净化装置及电器设备。

背景技术

相关技术中，用作室内环境净化的净化装置一般采用吸附净化、过滤净化、催化净化等方式对空气中的污染物进行净化，但是，上述净化方式存在一定的局限性，由此导致净化装置的净化效果相对较差。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种可以提高净化效果的压电净化装置及电器设备。

为达到上述目的，本申请一实施例提供了一种压电净化装置，包括：

循环组件，所述循环组件包括循环水路以及设置在所述循环水路上的储液箱，所述储液箱具有可供外界气流通过的气流入口和气流出口，所述气流入口和所述气流出口之间形成气流流通路径；

净化滤芯，所述净化滤芯包括压电材料，所述净化滤芯设置在所述储液箱内且位于所述气流流通路径和所述循环水路的水流路径上；当来自所述循环水路的水流流经所述净化滤芯，所述水流与所述压电材料碰撞以使所述压电材料产生活性物质，所述活性物质至少用于对外界气流中的污染物质进行净化。

一种实施方式中，所述净化滤芯还可以包括催化材料，所述催化材料用于对外界气流中的污染物质进行净化，所述活性物质还用于活化所述催化材料的活性位点。

一种实施方式中，所述压电材料和所述催化材料混合设置或分层设置。

一种实施方式中，所述压电材料包括无机压电材料、有机压电材料和复合压电材料；和/或，

所述催化材料包括过渡金属氧化物、稀土金属氧化物和贵金属化合物中的一种或多种。

一种实施方式中，所述净化滤芯还包括支撑件，所述压电材料和所述催化材料设置在所述支撑件上。

一种实施方式中，所述净化滤芯呈折叠状，所述气流流通路径沿所述净化滤芯的折叠方向经过所述净化滤芯。

一种实施方式中，所述压电净化装置还包括止挡件，所述止挡件设置在所述储液箱内以支撑所述净化滤芯。

一种实施方式中，所述循环组件还包括高压水泵，所述高压水泵设置在所述循环水路上。

一种实施方式中，所述循环组件还包括雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在所述循环水路沿水流流动方向的末端，且所述雾化喷嘴的出水端朝向所述净化滤芯。

一种实施方式中，所述压电净化装置还包括水流预过滤件；

所述水流预过滤件设置在所述储液箱内且位于所述净化滤芯沿水流流动方向的上游；或，

所述循环组件还包括雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在所述循环水路沿水流流动方向的末端，且所述雾化喷嘴的出水端朝向所述净化滤芯，所述水流预过滤件设置在所述雾化喷嘴中。

一种实施方式中，所述压电净化装置还包括气流预过滤件，所述气流预过滤件设置在所述储液箱内且位于所述净化滤芯沿气流流动方向的上游。

本申请另一实施例提供了一种电器设备，包括上述所述的压电净化装置。

本申请实施例提供了一种压电净化装置及电器设备，压电净化装置设置了循环组件和净化滤芯，通过利用来自循环水路的水流与压电材料撞击，可以使压电材料生成·OH和·O^2-等活性物质，由此，可以利用压电材料产生的活性物质对流经净化滤芯的外界气流进行净化，从而可以有效地提高净化效果。

附图说明

图1为本申请实施例的一种压电净化装置的结构简图，图中循环水路内的箭头表示水流的流动方向，雾化喷嘴处多个带虚线的箭头表示微小液滴喷洒的方向，储液箱两侧的空心箭头表示外界气流的流动方向。

附图标记说明

循环组件10；循环水路11；储液箱12；气流入口12a；气流出口12b；循环泵13；高压水泵14；雾化喷嘴15；净化滤芯20；压电材料21；催化材料22；支撑件23；止挡件30；水流预过滤件40；气流预过滤件50。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

本申请一实施例提供了一种压电净化装置，请参阅图1，该压电净化装置包括循环组件10和净化滤芯20；循环组件10包括循环水路11以及设置在循环水路11上的储液箱12，储液箱12具有可供外界气流通过的气流入口12a和气流出口12b，气流入口12a和气流出口12b之间形成气流流通路径；净化滤芯20包括压电材料21，净化滤芯20设置在储液箱12内且位于气流流通路径和循环水路11的水流路径上；当来自循环水路11的水流流经净化滤芯20，水流与压电材料21碰撞以使压电材料21产生活性物质，活性物质至少用于对外界气流中的污染物质进行净化。。

本申请另一实施例还提供了一种电器设备，该电器设备包括本申请任一实施例所提供的压电净化装置。

本申请实施例所述的电器设备可以是空调器、净化器以及其它需要配置净化功能的电器设备。

外界气流中的污染物质主要是指挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)、异味分子和微生物等。

循环水路11是供水流流动的管路，水在循环水路11中循环流动，并流经储液箱12。请参阅图1，为了便于水在循环水路11中循环流动，循环水路11上一般设置有循环泵13，示例性地，循环泵13可以采用耐腐蚀水泵，流量0.01L/min-10L/min。

储液箱12具有可供外界气流通过的气流入口12a和气流出口12b是指外界气流可以从气流入口12a流入储液箱12内，并从气流出口12b流出。

净化滤芯20位于气流流通路径和循环水路11的水流路径上是指流入储液箱12内的外界气流需要穿过净化滤芯20，才能从气流出口12b流出，流经储液箱12的水流也需要穿过净化滤芯20，才能流回至循环水路11中。

压电材料21是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，压电材料21能够产生压电效应，压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料21受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料21在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。

压电材料21包括无机压电材料和有机压电材料，无机压电材料包括但不限于BaTiO₃、PbTiO₃、PZT(Lead Zirconate titanate，锆钛酸铅)、PMN-PT(lead magnesiumniobate-lead titanate，铌镁酸铅-钛酸铅)、BCT-BZT(barium calcium titanate-bariumzirconate titanate，无铅压电陶瓷)、ZnO、CuO、Al2O3、Fe3O4、TiO2、稀土氧化物等的各种形状的微米或者纳米级别的颗粒或者纤维材料；有机压电材料包括但不限于PTFE(Polytetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)、PVDF(Poly(vinylidene fluoride)，聚偏氟乙烯)、PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等的各种形状的微米或者纳米级别的颗粒或者纤维或者膜材料；除此之外，压电材料21也可以是以无机压电材料或有机压电材料为主体，并与其它物质共聚、共混、掺杂形成的复合压电材料。

压电材料21在受到微小的机械振动时，可以在压电材料21表面产生电荷，进而生成·OH和·O^2-等活性物质，这些活性物质可以分解外界气流中所含的挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)、异味分子和微生物等污染物，从而达到净化的目的。而当来自循环水路11的水流流经净化滤芯20时，水流通过与压电材料21发生碰撞，可以使压电材料21产生机械振动，由此，可以促使压电材料21生成·OH和·O^2-等活性物质。

也就是说，本申请实施例的压电净化装置通过设置循环组件10和净化滤芯20，可以利用来自循环水路11的水流与压电材料21撞击，以使压电材料21生成·OH和·O^2-等活性物质，由此，可以利用压电材料21产生的活性物质对流经净化滤芯20的外界气流进行净化，从而可以有效地提高净化效果。

本申请实施例的压电净化装置对甲醛、硫化氢、氨气等异味极性物质，以及含氮含硫的臭气、苯系等弱极性或非极性物质具有较好的去除效果。

一实施例中，请参阅图1，净化滤芯20还可以包括催化材料22，催化材料22用于对外界气流中的污染物质进行净化，活性物质还用于活化催化材料22的活性位点。

具体地，催化材料22主要利用催化作用来对外界气流中的污染物质进行净化，催化材料22包括但不限于是过渡金属氧化物、稀土金属氧化物和贵金属化合物中的一种或者两种以上的组合。

当净化滤芯20中设置有催化材料22时，压电材料21产生的一部分活性物质用于对外界气流中的污染物质进行净化，另一部分活性物质用于活化催化材料22的活性位点。

在催化过程中，催化材料22会与污染物质发生化学反应而导致催化材料22的活性位点被占据，由此，会导致催化材料22的催化性能下降，而压电材料21生成的·OH和·O^2-等活性物质可以激发催化材料22内部的电子移动，以起到活化催化材料22的活性位点的作用，由此，可以有效防止催化材料22的催化性能下降。另外，催化材料22在室温条件下对甲醛等还原性污染物的去除性能较好，但对VOCs等污染物的去除性能较差，因此，催化材料22与压电材料21配合，可以起到协同增效净化的作用，从而可以进一步提高净化效果。

压电材料21和催化材料22的设置方式有多种，比如，一实施例中，请参阅图1，压电材料21和催化材料22可以分层设置，也就是说，压电材料21形成压电材料层，催化材料22形成催化材料层。

压电材料层可以是由压电材料21形成的固体结构，催化材料层可以是由催化材料22形成的固体结构，压电材料层与催化材料层可以相互分离，也可以通过粘接等方式固定在一起。

需要说明的是，本申请所述的固体结构是指材料能够形成并保持一定的形状，比如，条形、球形、异形等，而不是指材料本身为固体。

在一些实施例中，压电材料21和催化材料22也可以混合设置，也就是说，压电材料21和催化材料22可以混合在一起形成混合物，比如粉末状的压电材料21与粉末状的催化材料22掺杂在一起形成混合物，或者，压电材料21和催化材料22共同形成不可以分离的固体结构。

在一些实施例中，也可以是压电材料21和催化材料22的其中之一形成固体结构，其中另一为粉末状。

为了便于固定压电材料21和催化材料22，一实施例中，请参阅图1，净化滤芯20还可以设置支撑件23，压电材料21和催化材料22设置在支撑件23上。

具体地，支撑件23的材质不限，示例性地，支撑件23的材质可以是塑料、玻璃、不锈钢、吸附材料等，只要水流能够从支撑件23通过即可。

固体结构的压电材料21和固体结构的催化材料22可以直接固定在支撑件23上，粉末状的压电材料21与粉末状的催化材料22可以分散到支撑件23上，压电材料21和催化材料22的其中之一为固体结构，其中另一为粉末状时，固体结构的材料可以直接固定在支撑件23上，粉末状的材料可以分散到支撑件23上。为了使压电材料21和催化材料22能够更好地固定和/或分散到支撑件23上，在一些场景下，根据需要，还可以添加辅助材料，比如胶粘剂、分散剂、稳定剂等。

在一些实施例中，当压电材料21和催化材料22均为固体结构时，也可以不设置支撑件23。

在一些实施例中，也可以只设置压电材料21，而不设置催化材料22。

另外，请参阅图1，储液箱12内还可以设置止挡件30，以用于支撑净化滤芯20，也就是说，止挡件30可以对净化滤芯20起到固定和限位的作用。

与支撑件23类似，止挡件30的材质也不限，只要水流能够从止挡件30通过即可。

一实施例中，请参阅图1，净化滤芯20呈折叠状，气流流通路径沿净化滤芯20的折叠方向经过净化滤芯20。

具体地，将净化滤芯20设置成折叠状，不仅可以增大净化滤芯20的面积，以便于设置更多的压电材料21和催化材料22，还可以减小外界气流从净化滤芯20穿过时的阻力，由此，可以进一步提高净化滤芯20的净化效果。

一实施例中，请参阅图1，循环组件10还包括高压水泵14，高压水泵14设置在循环水路11上。

具体地，高压水泵14可以提供一定的高压，比如0.2Kg/cm²-10Kg/cm²的高压，高压水泵14可以连续地输出机械能量，也可以是间歇地输出机械能量。

在实际应用中，高压水泵14可以在电器设备开启净化功能之后在开始工作。

高压水泵14的主要作用是将电能转化成高压水泵14内的机械能，机械能传递至循环水路11内的水流中，以增加水流的动能。当增加了动能水流与压电材料21发生碰撞，可以起到增加压电材料21的形变的作用，由此可以使压电材料21内部的电荷更易产生畸变，也就是说，可以有利于提高压电材料21的电荷分离能力，进而可以产生更多的活性物质。

一实施例中，请参阅图1，循环组件10还包括雾化喷嘴15，雾化喷嘴15设置在循环水路11沿水流流动方向的末端，且雾化喷嘴15的出水端朝向净化滤芯20，也就是说，雾化喷嘴15可以将循环水路11中的水流雾化之后再喷向净化滤芯20。

雾化喷嘴15的主要特点是能持续均匀稳定地产生微小且具有较高动能的液滴，这些具有较高动能的微小液滴与压电材料21发生碰撞后，可以促使压电材料21产生活性物质。

也就是说，雾化喷嘴15可以将具有较高动能的微小液滴均匀地喷洒到净化滤芯20上，由此，可以使得水流能够充分与压电材料21进行碰撞，进而也可以便于产生更多的活性物质。

一实施例中，请参阅图1，压电净化装置还包括水流预过滤件40；水流预过滤件40设置在储液箱12内且位于净化滤芯20沿水流流动方向的上游，也就是说，水流在流经净化滤芯20之前，会先经过水流预过滤件40。

水流预过滤件40用于过滤水流中的颗粒物杂质，以防止颗粒物杂质沉积到净化滤芯20上而影响净化滤芯20的净化效果。

水流预过滤件40的材质可以是纤维材料，也可以是其它材料，只要能够对水流中的颗粒物杂质进行拦截即可。

在一些实施例中，当循环组件10设置有雾化喷嘴15时，水流预过滤件40也可以设置在雾化喷嘴15中，以减小水流的动能损失。

一实施例中，请参阅图1，压电净化装置还包括气流预过滤件50，气流预过滤件50设置在储液箱12内且位于净化滤芯20沿气流流动方向的上游，也就是说，外界气流在流经净化滤芯20之前，会先经过气流预过滤件50。

气流预过滤件50用于过滤外界气流中含有的颗粒物，以保持水流干净及循环水路11畅通。

气流预过滤件50可以选用具有一定比表面积的纤维或者吸附材料，也可以选用其它材料，只要能够对外界气流中含有的颗粒物进行过滤外即可。

为了说明压电净化装置的净化效果，本申请还提供了以下具体的实施例和对比例。

实施例1

实施例1中，压电净化装置设置有循环组件10、净化滤芯20、止挡件30、水流预过滤件40和气流预过滤件50。

循环组件10包括循环水路11、储液箱12、循环泵13、高压水泵14和雾化喷嘴15，其中，储液箱12由ABS材料通过注塑而成，其可以承受一定的水压。循环泵13采用220v、50Hz的电源输入，流量为0.5L/min-3L/min，可调节。高压水泵14在电器设备开启净化功能后开始工作，能提供最大11kg/cm²的压力，最大流量为7L/min，吸程高为1m。雾化喷嘴15的材质为不锈钢，其上有多个0.1μm孔径的孔。

净化滤芯20包括压电材料21、催化材料22和支撑件23，其中，压电材料21选用的是无机压电材料21中的纳米BaTiO₃及柱状(纤维状)的ZnO，负载在PET纤维支撑材料上。催化材料22由氧化锰和钯复合而成。支撑件23由具有较好挺度的聚酯纤维构成。

水流预过滤件40的材质为PP-PET纤维材料，重量在20gsm-40gsm。

该压电净化装置应用于空调器上，空调器的测试风量为600m³/h。

实施例1的测试结果如下：

1.1、VOCs去除性能

VOC种类	时间	去除率
			甲醛	30min	>99％
乙醛	60min	>97％
			乙硫醇	30min	>99％

1.2、抗菌性能

菌种	时间	灭菌率
			金黄色葡萄球菌	30min	>99％
大肠杆菌	30min	>99％

经过上述测试，常见室内异味醛酮、含氮含硫臭气等室内异味污染物去除率>97％，表现出良好的抗菌性能，30min抗菌率达到99％以上。

实施例2

实施例2中，净化滤芯20包括压电材料21、催化材料22，其中，压电材料21选用的是无机压电材料21中的粉末状PZT(Lead Zirconate titanate，锆钛酸铅)和PVDF(Poly(vinylidene fluoride)无机-有机压电复合压电材料，催化材料22由过渡金属铜、锰氧化物复合而成。支撑件23由具有较好挺度的聚酯纤维构成。其他实验和测试条件与实施例1相同。

实施例2的测试结果如下：

2.1、VOCs去除性能

VOCs种类	时间	去除率
			甲醛	30min	>99.5％
乙硫醇	30min	>99％
			壬醛	30min	>98.5％

2.2、抗菌性能

菌种	时间	灭菌率
			金黄色葡萄球菌	30min	>99％
大肠杆菌	30min	>99％

对比例

对比例包括对比例1和对比例2，对比例1是将实施例2中的净化滤芯20保留压电材料21，而不设置催化材料22，对比例2是将实施例2中的净化滤芯20保留催化材料22，而不设置压电材料21，对比例1和对比例2的其他实验和测试条件与实施例2相同。

对比例测试结果如下：

3.1、VOCs去除性能

3.2、抗菌性能

由此可见，压电材料21去除VOCs的效果比催化材料22好，但是抗菌性能比催化材料22差，但是，当净化滤芯20同时设置有压电材料21和催化材料22时，净化滤芯20去除VOCs的效果和抗菌性能都可以大幅提升，压电材料21和催化材料22协同增效净化的效果明显。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种压电净化装置，其特征在于，包括：

循环组件，所述循环组件包括循环水路以及设置在所述循环水路上的储液箱，所述储液箱具有可供外界气流通过的气流入口和气流出口，所述气流入口和所述气流出口之间形成气流流通路径；

净化滤芯，所述净化滤芯包括压电材料以及用于对外界气流中的污染物质进行净化的催化材料，所述净化滤芯设置在所述储液箱内且位于所述气流流通路径和所述循环水路的水流路径上；当来自所述循环水路的水流流经所述净化滤芯，所述水流与所述压电材料碰撞以使所述压电材料产生活性物质，所述活性物质至少用于对外界气流中的污染物质进行净化和活化所述催化材料的活性位点。

2.根据权利要求1所述的压电净化装置，其特征在于，所述压电材料和所述催化材料混合设置或分层设置。

3.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述压电材料包括无机压电材料、有机压电材料和复合压电材料；和/或，

所述催化材料包括过渡金属氧化物、稀土金属氧化物和贵金属化合物中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述净化滤芯还包括支撑件，所述压电材料和所述催化材料设置在所述支撑件上。

5.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述净化滤芯呈折叠状，所述气流流通路径沿所述净化滤芯的折叠方向经过所述净化滤芯。

6.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述压电净化装置还包括止挡件，所述止挡件设置在所述储液箱内以支撑所述净化滤芯。

7.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述循环组件还包括高压水泵，所述高压水泵设置在所述循环水路上。

8.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述循环组件还包括雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在所述循环水路沿水流流动方向的末端，且所述雾化喷嘴的出水端朝向所述净化滤芯。

9.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述压电净化装置还包括水流预过滤件；

所述水流预过滤件设置在所述储液箱内且位于所述净化滤芯沿水流流动方向的上游；或，

所述循环组件还包括雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在所述循环水路沿水流流动方向的末端，且所述雾化喷嘴的出水端朝向所述净化滤芯，所述水流预过滤件设置在所述雾化喷嘴中。

10.根据权利要求1或2所述的压电净化装置，其特征在于，所述压电净化装置还包括气流预过滤件，所述气流预过滤件设置在所述储液箱内且位于所述净化滤芯沿气流流动方向的上游。

11.一种电器设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的压电净化装置。

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