CN115450546A - 一种具有空气净化功能的液流窗 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提出一种具有空气净化功能的液流窗，包括第一玻璃板和第二玻璃板，第一玻璃板包括第一面和第二面，第二玻璃板包括第三面和第四面；第一玻璃板和第二玻璃板相对设置；包括密封胶，设置于第一玻璃板的第二面及第二玻璃板的第三面之间的四周区域，密封胶与第一玻璃板及第二玻璃板围合形成第一密闭空腔，第一密闭空腔内设有第一流体；其中，第一面或第四面表面设有光催化层，光催化层为纳米TiO2薄膜。本发明将光催化技术与液流窗技术相结合，一方面，可以在满足液流窗对太阳能光热利用的同时实现净化分解室内以甲醛为代表的污染有害气体，另一方面，提升对太阳能全光谱的吸收率与窗体的综合利用率。

Description

一种具有空气净化功能的液流窗
技术领域
本发明属于太阳能光热利用与空气净化技术领域，具体的，是关于一种具有空气净化功能的液流窗。
背景技术
随着我国经济的不断发展，人们的生活水平也有了较大程度的提升，对室内环境尤其是空气品质的要求日益提升，但是与之对应的是大部分新建、改建或新装修等建筑室内的空气质量较差，空气污染较为严重。据统计，人的一生中约有70％以上的时间在室内度过，因此室内空气质量的好坏将直接影响人们的居住舒适度以及身体健康。
液流窗是一种新型节能太阳能光热利用的窗体，在太阳能建筑一体化领域有着很大的应用潜力，可以将太阳能转化成热能供用户使用，甚至还可以通过功能性玻璃的应用而实现对太阳能发电等的利用，但是现有液流窗与空气净化技术的结合还尚未有相关研究。且现有液流窗对太阳光的利用效率有限，很难实现对太阳光的全光谱高效利用，如紫外光。与此同时，紫外光还是一种对人体健康和器件使用寿命有害的辐射。对于窗户而言，较强的光照入射进来，有时也会造成室内眩光问题，而通过在玻璃镀膜，减弱其透光性，就可以减缓眩光效应。
中国专利(202210078845.7)提出了一种光伏节能液流窗，该光伏节能液流窗将薄膜光伏技术与液流窗技术相结合，同时实现了对太阳能的热利用与光伏发电，并且很好的规避了现阶段太阳能吸收率较低以及光伏电池随着电池温度升高而造成的转化效率降低的缺点。但是此种液流窗并未实现对太阳光全光谱的高效利用，对于光伏组件而言，其对于紫外光以及可见光的利用率约为20％左右，意味着尚有很大一部分紫外光未被利用。
中国专利(201520123736.8)提出了一种自清洁光伏组件，通过在光伏组件的盖板玻璃上方设置具有光催化与光致亲水性的TiO2薄膜，可以改善光伏组件在使用过程中遇积灰及污染物的情况下发电效率降低的问题，提高了光伏组件长时间工作下盖板玻璃的清洁性与透光性。但是对于现有液流窗而言，尚未有相关方面的研究，仍需人工进行清洁维护，且无法完成对有害空气的净化。
因此，需要一种技术方案，能够将光催化技术与液流窗技术相结合，实现对太阳光的全光谱积极利用并完成室内空气净化功能。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出一种具有空气净化功能的液流窗。该液流窗采纳现有液流窗技术实现光热利用以及光催化技术实现室内空气净化的优点，改善了现有液流窗技术无法对太阳光进行全光谱高效分级利用的以及利用方式单一的缺点。该液流窗可以通过光催化氧化技术有效分解室内VOC并将其转化成无毒无害的二氧化碳和水，实现对室内污染气体的净化分解。通过在液流窗玻璃板表面涂覆光催化层也可以减少室内眩光，提高室内紫外光舒适度，适用但不限于新建、改建建筑及新装修建筑等。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种具有空气净化功能的液流窗，包括:
第一玻璃板和第二玻璃板，第一玻璃板包括第一面和第二面，第二玻璃板包括第三面和第四面；第一玻璃板和第二玻璃板相对设置；
密封胶，设置于第一玻璃板的第二面及第二玻璃板的第三面之间的四周区域，密封胶与第一玻璃板及第二玻璃板围合形成第一密闭空腔，第一密闭空腔内设有第一流体；
浸没式换热器，浸没式换热器设于密封胶内，浸没于第一流体内，浸没式换热器内通过呈单向流动的第二流体，第一流体和第二流体通过浸没式换热器实现换热；
其中，第一面和/或第四面表面设有光催化层，光催化层为纳米TiO2薄膜。
作为优选的技术方案，纳米TiO2薄膜为锐钛矿型结构的纳米TiO2薄膜，锐钛矿型结构的纳米TiO2薄膜为以溶胶-凝胶法制成的薄膜。
作为优选的技术方案，第二玻璃板为中空玻璃、真空玻璃、光伏玻璃或智能玻璃；第二玻璃板为中空玻璃时，中空玻璃内填充空气或惰性气体；第二玻璃板为真空玻璃时，真空玻璃中设有真空支撑柱。
作为优选的技术方案，第一玻璃板或第二玻璃板为单玻结构、双玻单腔结构、三玻双腔结构或四玻三腔结构。
作为优选的技术方案，浸没式换热器包括设置于第一密闭空腔外的入口侧水平连接管和出口侧水平连接管、入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管以及设置于第一密闭空腔内的主体换热水平管；入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管分别穿过密封胶上设有的第一开孔和第二开孔；入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的外端分别连通入口侧水平连接管和出口侧水平连接管，入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的内端分别连通主体换热水平管的两端。
作为优选的技术方案，第一流体的液位线位于浸没式换热器的主体换热水平管之上。
作为优选的技术方案，密封胶上部还设有第三开孔，第三开孔上设有可拆卸的密封软塞。
作为优选的技术方案，入口侧的水平连接管和出口侧的水平连接管设有保温棉进行保温。
作为优选的技术方案，第一玻璃板和/或第二玻璃板设有low-e镀膜或减反射镀膜。
作为优选的技术方案，第一流体为水、防冻液或纳米流体；第二流体为市政供水或其他温度低于第一流体的液体。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：(1)将光催化技术与液流窗技术相结合，一方面，可以在满足液流窗对太阳能光热利用的同时实现净化分解室内以甲醛为代表的污染有害气体，另一方面，提升对太阳能全光谱的吸收率与窗体的综合利用率；(2)以纳米TiO2作为光催化剂，具有良好的光催化活性以及光致亲水性，通过在玻璃基体上镀覆纳米TiO2薄膜，可以在实现空气净化的同时实现对表面灰尘、油渍等污染物的自清洁，节省了人工清洁维护成本，提升了经济效益；(2)以锐钛矿型纳米TiO2作为光催化剂，由于其能带间隙为3.2eV，在紫外光照射后会产生光催化效应，从而实现室内空气净化，而紫外光是对人体以及器件有害的辐射，因此可以提高用户紫外光舒适度以及延长窗体使用寿命。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明内容，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例所提供的一种具有空气净化功能的液流窗的正视图；
图2为本发明实施例所提供的一种具有空气净化功能的液流窗的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种具有空气净化功能的液流窗沿剖线A-A’的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种具有空气净化功能的液流窗的浸没式换热器的结构示意图；
附图标记说明：
101-第一窗框；102-第二窗框；103-第三窗框；104-第四窗框；201-第一玻璃板；202-第一密闭空腔；203-第一流体；204-第二玻璃板；205-密封胶；206-第二流体；207-第一开孔；208-第二开孔；209-第三开孔；210-软塞；300-浸没式换热器；301-水平连接管；302-第一竖直连接管；303-水平管；304-第二竖直连接管；305-水平连接管；306-第一固定圈；307-第二固定圈；400-液位线；500-光催化层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明的“内表面”、“外表面”仅指相对于室内和室外而言的位置关系，用于在描述上进行区分，并没有特殊的含义。
实施例
如图1、图3和图4所示，提供一种具有空气净化功能的液流窗，包括第一玻璃板201和第二玻璃板204，第一玻璃板201包括第一面和第二面，第二玻璃板204包括第三面和第四面，在第一面和/或第四面的表面涂覆有光催化层500。第一玻璃板201与第二玻璃板204相对设置；还包括固定窗框，用于固定第一玻璃板201和第二玻璃板204；固定窗框通常由四个窗框边组成，包括位于上侧的第一窗框101、位于左侧的第二窗框102、位于下侧的第三窗框103和位于右侧的第四窗框104。
包括密封胶205，设置于第一玻璃板201的第二面及第二玻璃板204的第三面之间的四周区域，密封胶205与第一玻璃板201及第二玻璃板204围合形成第一密闭空腔202，第一密闭空腔202中设置有第一流体203。
优选的，光催化层500为锐钛矿型纳米TiO2薄膜，因为锐钛矿型TiO2的能带间隙为3.2eV，可以在紫外光的照射下，激发价带的电子跃迁至导带，从而在价带上形成正电荷空穴以及在导带上形成带负电的电子，形成电子-空穴对。其中带负电的电子(e-)与周围的氧气结合形成负氧离子(·O2 -)，带正电的空穴(h+)与空气中游离的水分子(H2O)和氢氧根离子(OH-)作用，产生羟基自由基(·OH)，而所产生的羟基自由基和负氧离子具有强氧化性和还原性，能将绝大多数的有机物氧化成最终产物CO2和H2O，从而可以将以甲醛为主要污染物的室内VOC分解，实现室内空气净化；与此同时，纳米TiO2薄膜在紫外光的照射下与水的接触角降低，可实现水在表面的完全浸润，在玻璃表面形成均匀的水膜，在重力的作用或雨水的冲刷下可实现表面自清洁，从而达到减少清洁维护成本并使液流窗始终保持一个良好的采光性能。
优选的，采用溶胶-凝胶法将锐钛矿型纳米TiO2薄膜涂覆在第一玻璃板201的第一面或第二玻璃板204的第四面，通过调控工艺参数，如控制镀膜次数、溶胶液浓度等相关因素控制纳米TiO2光催化薄膜的透光性，使其在满足采光的同时也能较好的实现光催化降解室内VOC。
优选的，当在需要保温隔热的环境中使用时，第二玻璃板204可以为中空玻璃、真空玻璃、光伏玻璃、智能玻璃等。当选用中空玻璃时，气体层可以为空气或者惰性气体；当选用真空玻璃时，为了抵抗负压，还应设置有真空支撑柱；当选用光伏玻璃时，光伏玻璃可以选用晶体硅光伏玻璃、非晶硅/碲化镉/铜铟镓硒等薄膜光伏玻璃等；当选用智能玻璃时，智能玻璃可以选用电致变色/热致变色/气致变色等智能玻璃。
在通常环境下使用时，第二玻璃板204可以选用普通玻璃。
如图3所示，优选的，在本实施例中采用浸没式换热器300进行第一流体203与第二流体206之间的换热。浸没式换热器300按照顺序包括入口侧的水平连接管301，入口侧的第一竖直连接管302，主体换热水平管303，出口侧的第二竖直连接管304和出口侧的水平连接管305。其中，入口侧的水平连接管301和出口侧的水平连接管305可采用保温棉进行适度保温，防止热损失。整个浸没式换热器300可采用铜等导热系数较高的材料制作，其中主体换热水平管303的两侧可采用环形肋片设计，加强换热。
优选的，第一窗框101以及周围区域的密封胶205上设有3个开孔，分别是第一开孔207用于通过浸没式换热器300的入口侧的第一竖直连接管302，第二开孔208用于通过浸没式换热器300的出口侧的第二竖直连接管304，第三开孔209用于利用虹吸效应对第一密闭空腔202进行充/放第一流体203。其中，第三开孔209用软塞210密封，保持常闭状态，防止第一流体203蒸发或氧化变质。通过在入口侧的第一竖直连接管302和出口侧的第二竖直连接管304上使用上端的第一固定圈306和下端的第二固定圈307，使整个浸没式换热器300固定于第一窗框101。
浸没式换热器300的主体换热水平管303和部分入口侧的第一竖直连接管302及部分出口侧的第二竖直连接管304浸没在位于第一密闭空腔202的第一流体203内。第一密闭空腔202内第一流体203的液位线400总是没过浸没式换热器300的主体换热水平管303，防止传热恶化。同时，浸没式换热器300完全被第一窗框101遮挡，不会影响窗体的美观和视野交互。
浸没式换热器300内设置有第二流体206，浸没式换热器300一侧浸没于第一流体203中，第一流体203可以是水、防冻液或纳米流体等可以增强传热的流体；或是具备特定颜色的稳定的染色料溶液，以满足用户对玻璃幕墙外观审美的需求。第二流体206可以是建筑内的市政供水或其他温度低于第一流体203的液体。第一流体203在太阳辐射作用下温度升高，在第一密闭空腔202内沿温度梯度向上流动，到达浸没式换热器300一侧进行放热，第一流体203降温后沿温度梯度向下流动，呈现自然环形流动。第二流体206在浸没式换热器300中单向流动，并吸收来自第一流体203放出的热量，从而温度升高，达到对太阳辐射的热利用。
本实施例中，提出的一种具有空气净化功能的液流窗，能够对太阳光实现分级利用，提高太阳光的利用率，使得液流窗在具备传统热利用功能的同时兼具空气净化功能，特别的，在本实施例中由于TiO2具备光致亲水性，还可以实现对液流窗玻璃板表面的自清洁，节约人工维护成本以及可以使液流窗保持一个良好的透光性。在太阳光的照射下，紫外光首先被第一玻璃板201外表面所涂覆的纳米TiO2薄膜部分吸收，由于纳米TiO2薄膜具有光致亲水性，在紫外光的照射下可以实现与水的完全浸润，在自身重力或雨水的冲刷下，可以实现液流窗表面的自清洁；剩余的太阳光一部分被第一流体吸收转化成热能，第一流体203通过直接的太阳辐射和间接的玻璃板传热两种方式得到热量，加热第二流体206，实现了太阳能热利用，对建筑内的热水系统起到了预热的作用，降低了建筑内热水系统的能耗；另一部分则传播到第二玻璃板204内表面，由于TiO2所具备的光催化性，紫外光激发价带中电子跃迁到导带形成电子-空穴对，与空气中的氧气以及水分子结合生成活性物质，从而通过氧化反应将室内污染气体降解净化；通过两次TiO2薄膜对紫外光的有效吸收，还可以有效减弱室内眩光，提高室内紫外光舒适度。
其中，第一玻璃板201和第二玻璃板204可根据实际需求增加镀膜，如low-e镀膜，可以提升窗体的节能性；减反射镀膜，可以降低太阳光造成的光污染。
无需进一步详细说明，相信本领域技术人员可以使用本文描述最大程度地利用本发明。这里所描述的实施例应被解释为说明性的，而不是以任何方式限制本发明的其余部分。虽然已经示出和描述了实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和教导的情况下对其进行许多变化和修改。因此，保护范围不受上述说明的限制，而是仅受专利要求的限制，包括专利要求主题的所有等同物。

Claims (10)

1.一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，包括:
第一玻璃板和第二玻璃板，所述第一玻璃板包括第一面和第二面，所述第二玻璃板包括第三面和第四面；所述第一玻璃板和第二玻璃板相对设置；
密封胶，设置于所述第一玻璃板的第二面及第二玻璃板的第三面之间的四周区域，所述密封胶与所述第一玻璃板及第二玻璃板围合形成第一密闭空腔，所述第一密闭空腔内设有第一流体；
浸没式换热器，所述浸没式换热器设于所述密封胶内，浸没于所述第一流体内，所述浸没式换热器内通过呈单向流动的第二流体，所述第一流体和所述第二流体通过所述浸没式换热器实现换热；
其中，所述第一面和/或第四面表面设有光催化层，所述光催化层为纳米TiO2薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述纳米TiO2薄膜为锐钛矿型结构的纳米TiO2薄膜，所述锐钛矿型结构的纳米TiO2薄膜为以溶胶-凝胶法制成的薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述第二玻璃板为中空玻璃、真空玻璃、光伏玻璃或智能玻璃；所述第二玻璃板为中空玻璃时，所述中空玻璃内填充空气或惰性气体；所述第二玻璃板为真空玻璃时，所述真空玻璃中设有真空支撑柱。
4.根据权利要求3所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述第一玻璃板或第二玻璃板为单玻结构、双玻单腔结构、三玻双腔结构或四玻三腔结构。
5.根据权利要求1所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述浸没式换热器包括设置于所述第一密闭空腔外的入口侧水平连接管和出口侧水平连接管、入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管以及设置于所述第一密闭空腔内的主体换热水平管；所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管分别穿过所述密封胶上设有的第一开孔和第二开孔；所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的外端分别连通入口侧水平连接管和出口侧水平连接管，所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的内端分别连通所述主体换热水平管的两端。
6.根据权利要求5所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述第一流体的液位线位于所述浸没式换热器的主体换热水平管之上。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述密封胶上部还设有第三开孔，所述第三开孔上设有可拆卸的密封软塞。
8.根据权利要求6中所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述入口侧的水平连接管和出口侧的水平连接管设有保温棉进行保温。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述第一玻璃板和/或第二玻璃板设有low-e镀膜或减反射镀膜。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的一种具有空气净化功能的液流窗，其特征在于，所述第一流体为水、防冻液或纳米流体；所述第二流体为市政供水或其他温度低于所述第一流体的液体。
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