CN1830573A - 空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高压静电除尘与光电催化及臭氧耦合杀菌等功能的新一代空气净化器。它包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，所述集尘电极内的风速小于1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为3000～7000伏，集尘电极长度与内径之比为2.3～3，针距与集尘电极内径之比为0.5～0.7。本发明具有成本低、效率高、结构简单等优点。采用上述结构的空气净化装置，在适当电压、管内径、管长度、针距、风速的条件下，光催化效能及集尘效果可达到最佳状态。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种对封闭空间进行空气净化的装置，尤其是一种具有高压静电除尘与光电催化及臭氧耦合杀菌等功能的新一代空气净化器。它能够去除挥发性化合物，烟尘之类的颗粒物，适用于室内空气净化、环境保护和医疗卫生等领域。
(二)背景技术
高压集尘是通过放电端使尘埃荷电，并通过电场库仑力吸附在集尘端。典型的高压集尘装置，放电端连接负极，产生大量的负离子，使尘埃荷上负电，集尘端通常连接正极或接地，可以吸附带有负电荷的尘埃物质，高压静电场能吸附尘埃杀灭细菌和病菌，但对于挥发性化合物无能为力。
目前市场上越来越多的使用光催化技术进行杀菌、分解VOCS(挥发性化合物的总称)。光催化技术是通过紫外光激活半导体催化剂产生电子——空穴对，空穴与表面吸附的H2O或OH-离子及反应形成具有强氧化性的活性烃基，电子则与表面吸附的氧分子反应形成超氧离子，超氧离子可与水进一步反应，生成烃基(.OOH)和双氧水(H2O2)活性烃基也可以互相合并生成双氧水，这些反应物具有强大的反应能量，可以迅速杀灭病菌、病毒，矿化有机物分子如苯、醛、氨类，使其无毒无害。通常的半导体光催化剂采用TiO2，紫外光源采用紫外灯管的形式，光催化剂采用涂附的方式附着于网状结构的基材上，网状结构可增大空气与光催化化剂的接触面积，提高光催化效率，由于半导体TiO2可在波长小于400NM的紫外光激活，紫外光源通常采用254～365NM的灯管，光催化的活性直接取决于半导体催化剂的纳米等级，由于目前技术的限制，光催化剂的活性不强，通常只在静态的环境下产生作用，用于空气净化产品的使用效率不高。
基于此，人们研究各种技术提升光催化活性的方法，光催化的活性主要取决于以下两个方面：1.空穴与电子对产生的数量；2.空穴-电子对存在的寿命。人们通过增加空穴-电子对产生的数量和阻止空穴-电子对复合的几率提高光催化活性的效率，CN01810959.4介绍了一种利用电场阻止空穴-电子对复合提高光催化活性的方法；CN200510011748.2介绍了一种利用不规则电极放电产生等离子体和紫外光进行催化的技术。——前者在一定程度上提高了光催化的活性，但由于结构的复杂性带来了应用上的困难，且采用的平板电极涂覆光催化面积小，与空气接触面积不大，难以产生好的效果，涂覆的工艺易造成光催化剂脱落，易造成二次污染，因集尘板需要定期清洗，也容易在清洗的过程中洗脱造成失效。——后者采用不规则电晕产生等离子体和紫外光进行催化，由于等离子体产生的紫外光辐射照度低于紫外灯管直接照射，并且由不规则电晕产生的紫外波源其波长难以固定，半导体光催化剂必须在符合其隙能波长的紫外光照射下才能产生空穴电子对，因此产生的空穴-电子对数量不高，此外，等离子体易与空穴电子对中和，减少活性，此外采用AB胶涂覆的工艺也同前者具有同样的缺陷。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化活性更好的空气净化装置。
为实现上述目的，本发明可采用以下的第一个技术方案：
一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，所述集尘电极内的风速小于1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为3000～7000伏，集尘电极长度与内径之比为2.3～3，针距与集尘电极内径之比为0.5～0.7。
或者，本发明还可采用以下的第二个技术方案：
一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，所述集尘电极内的风速为0.5～3米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为6000～15000伏，集尘电极长度与内径之比为2.5～3.2，针距与集尘电极内径之比为0.5～1。
或者，本发明还可采用以下的第三个技术方案：
一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，集尘电极内的风速为1～5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为8000～20000伏，集尘电极长度与内径之比为2.8～4，针距与集尘电极内径之比为0.8～1.2。
或者，本发明还可采用以下的第四个技术方案：
一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，集尘电极内的风速为2～8米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为10000～35000伏，集尘电极长度与内径之比为2.8～4.5，针距与集尘电极内径之比为0.8～1.8。
上述四个技术方案还可以通过以下技术措施作进一步改进。
所述放电电极表面覆盖有光触媒层。
所述放电电极与集尘电极之间的设有非导电介质。
所述非导电介质为盛装惰性气体的透明容器。
所述光触媒层是采用复合电泳沉积的方法电镀在集尘电极表面的。
所述光触媒层包括镍和二氧化钛，通过复合电泳沉积的方法，将镍和二氧化钛电镀在集尘电极上。
本发明具有成本低、效率高、结构简单等优点。
本发明采用的静电集尘技术可采用发明人以前申请两项中国专利(申请号为：200520053694.1，200520060743.4)此集尘装置具有风阻小，集尘面积大的优点。两极之间的高压可高达DC1KV～80KV，常规下采用1.0～3.0KV的电压，在高强电场的作用下，电子在负极的放电尖端被激发出来，穿过空气介质形成电子束，此时肉眼可看见放电尖端发出紫色的辉光，电子在空气中存活的时间很短，很快被空气中的小分子吸附，成为负离子，小的负离子聚集在一起形成负离子分子团，并吸附一些尘埃物，通过电场作用吸附与集尘筒璧，负离子产生的数量可高达数百万～数千万，高强电场激发的粒子运动产生强大的电磁波能作用于光催化，电磁波作用于半导体光催化剂产生空穴电子对。
众所周知紫外光是电磁波的一种，采用规则的电极及相对固定的电场和电压，使得电磁波的产生相对稳定，并且可以得到量化，通过选择放电级的材料使得电磁波的产生偏向于短波长的紫外光，目前采用的易导电的铜片或不锈钢片，也可选用一些合金材料，电磁波的波长越短越有利于激活半导体光催化剂产生空穴电子对。为产生更多的电子空穴对，本发明还可采用将纳米半导体材料负载在放电电极上，放电电极上的二氧化钛更容易在强电场和电磁波的作用下产生大量电子空穴对。为了产生更多的紫外光电磁波也可通过选用一些金属材料与光催化半导体材料复合电镀；为产生更多的紫外光电磁波也可在放电极与集尘电极之间增加非导电介质，如盛装惰性气体的透明容器等。
高强电场延长空穴-电子对的寿命。本发明采用固定直流高强电场，集尘筒端连接正极，直接俘获从光催化剂激发的光生电子，阻止空穴电子对复合提高光催化效率。
臭氧耦合技术延长空穴电子对的寿命。由于高压放电将O2电离为独立O原子，O原子与O2结合转变为O3，臭氧具有很强的氧化能力，使得捕获光生电子的能力增强，更有效的抑制了光生电子与空穴的重新结合，导致光催化过程的效率提高。臭氧产生的数量与电压、针距与管筒直径比有直接关系，臭氧本身的强氧化性能够杀菌、杀灭病毒，并对去除异味有特效。
采用上述结构的空气净化装置，此时产生的电磁波量、波长、及臭氧的浓度均在一个比较合适的范围(臭氧浓度如果过高，则会引起呼吸不适)，在适当电压、管内径、管长度、针距、风速的条件下，光催化效能及集尘效果可达到最佳状态。
由于负载光催化剂的集尘电极需要定期清洗，为防止光催化剂在反复清洗过程中脱落，可采用复合电泳沉积技术将纳米半导体材料和贵重金属(如镍或银)电镀在集尘电极或放电电极表面。纳米复合电镀或称纳米复合电沉积是在普通电镀液中加入一定浓度的纳米粒子，并使其与金属基体共沉积而得到复合镀层的一种技术。镍是复合镀中常用的金属基体，镍本身具有一定的杀菌作用，可以杀灭病菌、细菌。经复合电镀后的二氧化钛表面光滑，镀层牢固，可达到多次清洗使用的目的，达到保障光催化的使用效果及延长使用寿命的作用，复合电镀镍与TiO2的方法将光催化剂电镀在集尘筒上，由于光催化剂在激活状态下具有亲水性，因此也使得集尘筒易于清洗。还可采用其他的方法：表面涂层或沉积、表面自身纳米化以及二者的混合使用。包括复合镀、离子镀、物理和化学气相沉积、激光涂覆等。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视放大图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2所示的一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极1和圆筒状集尘电极2，放电电极1的放电尖端位于集尘电极2轴线上，集尘电极2表面覆盖有光触媒层21，所述放电电极1与集尘电极2之间在轴线上的距离为针距S，集尘电极长度为L，集尘电极内径为D。
所述放电电极1表面覆盖有光触媒层(图中未示出)。
所述放电电极1与集尘电极2之间的设有非导电介质。所述非导电介质为盛装惰性气体的透明容器(图中未示出)。
所述光触媒层是采用复合电泳沉积的方法电镀在集尘电极表面的。所述光触媒层包括镍和二氧化钛，通过复合电泳沉积的方法，将镍和二氧化钛电镀在集尘电极上。
空气净化器就循环风量可分为几个等级：
1.30m3/h以下
2.31～300m3/h
3.301～800m3/h
4.801m3/h以上
综合设计考虑，30m3/h以下的空气净化器，在集尘电极内的风速小于1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为3000～7000伏，集尘电极长度与内径之比为2.3～3，针距与集尘电极内径之比为0.5～0.7。
较佳的选择有：
1.集尘电极内的风速为0.1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为3000伏，集尘电极长度与内径之比为2.3，针距与集尘电极内径之比为0.5。
2.集尘电极内的风速为0.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为6000伏，集尘电极长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为0.6。
3.集尘电极内的风速为1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为7000伏，集尘电极长度与内径之比为3，针距与集尘电极内径之比为0.7。
31～300m3/h之间的空气净化器，在集尘电极内的风速为0.5～3米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为6000～15000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.5～3.2，针距与集尘电极内径之比为0.5～1。
较佳的选择有：
1.集尘电极内的风速为0.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为6000伏，集尘电极长度与内径之比为2.5，针距与集尘电极内径之比为0.5。
2.集尘电极内的风速为2米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为10000伏，集尘电极长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为0.8。
3.集尘电极内的风速为3米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为12000伏，集尘电极长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为1。
4.集尘电极内的风速为3米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为15000伏，集尘电极长度与内径之比为3.2，针距与集尘电极内径之比为1。
301～800m3/h之间的空气净化器在集尘电极内的风速为1～5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为8000～20000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8～4，针巨与集尘电极内径之比为0.8～1.2。
较佳的选择有：
1.集尘电极内的风速为1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为8000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为0.8。
2.集尘电极内的风速为1.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为13000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为0.9。
3.集尘电极内的风速为2.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为15000伏，集尘电极的长度与内径之比为3.2，针距与集尘电极内径之比为1。
4.集尘电极内的风速为3.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为15000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为1.2。
5.集尘电极内的风速为4.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为18000伏，集尘电极的长度与内径之比为3.2，针距与集尘电极内径之比为1.2。
6.集尘电极内的风速为5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为20000伏，集尘电极的长度与内径之比为4，针距与集尘电极内径之比为1.2。
800m3/h以上的空气净化器在集尘电极内的风速为2～8米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为10000～35000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8～4.5，针距与集尘电极内径之比为0.8～1.8。
较佳的选择有：
1.集尘电极内的风速为2米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为10000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为0.8。
2.集尘电极内的风速为2米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为15000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为1。
3.集尘电极内的风速为3.5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为15000伏，集尘电极的长度与内径之比为3.2，针距与集尘电极内径之比为1。
4.集尘电极内的风速为5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为20000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8，针距与集尘电极内径之比为1。
5.集尘电极内的风速为6米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为25000伏，集尘电极的长度与内径之比为3.5，针距与集尘电极内径之比为1.5。
6.集尘电极内的风速为8米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为35000伏，集尘电极的长度与内径之比为4.5，针距与集尘电极内径之比为1.5。
7.集尘电极内的风速为8米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为35000伏，集尘电极的长度与内径之比为4.5，针距与集尘电极内径之比为1.8。
Claims (9)
1、一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，其特征在于：所述集尘电极内的风速小于1米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为3000～7000伏，集尘电极长度与内径之比为2.3～3，针距与集尘电极内径之比为0.5～0.7。
2、一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，其特征在于：所述集尘电极内的风速为0.5～3米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为6000～15000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.5～3.2，针距与集尘电极内径之比为0.5～1。
3、根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述放电电极表面覆盖有光触媒层。
4、根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述放电电极与集尘电极之间的设有非导电介质。
5、根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于：所述非导电介质为盛装惰性气体的透明容器。
6、根据权利要求2或3所述的空气净化装置，其特征在于：所述光触媒层是采用复合电泳沉积的方法电镀在集尘电极表面的。
7、根据权利要求6所述的空气净化装置，其特征在于：所述光触媒层包括镍和二氧化钛，通过复合电泳沉积的方法，将镍和二氧化钛电镀在集尘电极上。
8、一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，其特征在于：集尘电极内的风速为1～5米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为8000～20000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8～4，针距与集尘电极内径之比为0.8～1.2。
9、一种空气净化装置，包括至少一组具有放电尖端的放电电极和圆筒状集尘电极，放电电极的放电尖端位于集尘电极轴线上，集尘电极表面覆盖有光触媒层，所述放电电极与集尘电极之间在轴线上的距离为针距，其特征在于：集尘电极内的风速为2～8米/秒，放电电极与集尘电极之间的电压为10000～35000伏，集尘电极的长度与内径之比为2.8～4.5，针距与集尘电极内径之比为0.8～1.8。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |