CN203507800U - 电光复合催化气体转化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要公开了一种电光复合催化气体转化装置，包括壳体，在壳体内轴向设置有紫外线灯管，在紫外线灯管表面设置有与灯管轴线为中心，呈放射状排布的催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列。两电极阵列同心穿插在一起。催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列分别连接独立的电极。在壳体两端分别设置进风口和出风口。在催化电极叶片表面有催化剂涂层。本实用新型可以高效地氧化并除去周围空气中的挥发性有机气体，将之最终转化为无害的二氧化碳和水。

Description

电光复合催化气体转化装置

技术领域

本实用新型涉及常温下的气体催化氧化技术，尤其涉及对毒、废、有害和可燃性气体的转化和处理技术，特别是关于一种光电复合催化气体转化装置。

背景技术

随着房地产的大量开发和人们对住房要求的不断提高，越来越多的人造材料进入人们的日常生活和工作环境中，如涂料，复合材料制成的家具及装饰材料，塑料制成的各类电器外壳等等。这些人造材料绝大多数经过了化学处理，或在制备过程中采用了某些化学制剂，如溶剂等。这些化学制剂或多或少对人体的健康有危害作用。虽然厂家通常会在售前进行一定的处理，但是从产品中完全排除这些化学品往往需要极长的时间。即使鼻子完全闻不出来，人们在不知不觉中还是处于多种化学气体/蒸汽的包围之中。

现有的空气净化产品，往往以过滤固体粉尘为主，不具备对化学气体的处理能力。其它一些如活性炭吸附型净化器，由于吸附的选择性和受容量限制，往往缺乏广谱的净化能力，并且使用成本较高。近些年，随着等离子氧化，光催化氧化等技术的发展，一些新兴的空气净化设备开始具备处理有害气体的能力。这些技术具有广谱性气体处理能力。然而，由于受氧化技术，单机功耗和体积等条件的限制，这些产品的气体转化效率往往较低。本发明人针对这种现状，设计出一种光电复合催化气体转化装置，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光电复合催化气体转化装置，可以高效地氧化并除去周围空气中的挥发性有机气体，将之最终转化为无害的二氧化碳和水。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

光电复合催化气体转化装置，包括壳体，在壳体内轴向设置有紫外线灯管，在紫外线灯管表面设置有与灯管轴线为中心，呈放射状排布的催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列，两电极阵列同心穿插在一起，催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列分别连接独立的电极；在壳体两端分别设置进风口和出风口；在催化电极叶片表面有催化剂涂层。

所述的壳体包括中空的柱状体，以及覆盖在柱状体两端的配气腔盖和集气腔盖，在配气腔盖和集气腔盖的外侧分别设置密封盖；壳体的内表面上设置有若干与轴线平行用于固定催化电极叶片阵列或对电极叶片的刻槽。

所述的配气腔盖和其一侧的密封盖上开设有供紫外线灯管插入的圆孔，在集气腔盖内侧具有用于固定紫外线灯管底部的凹槽。

所述的对电极叶片阵列由独立金属片构成，其两端均有突出部分，分别套接在绝缘的固定环上。

所述的催化电极叶片阵列由独立金属片构成，其两端均有突出部分，分别连接绝缘的定位环上。

所述的定位环内圈套在紫外线灯管上，外圈供催化电极叶片的突起部插固；所述的固定环内圈套在催化电极叶片的突起部，外圈供对电极叶片的突起部插固。

所述催化电极叶片由金属铝、锌、钒、钛、铜或其它金属或合金制成的叶片，其表面的催化剂涂层为半导体或陶瓷涂层；涂层成份可包括氧化物、金属微粒，或两者的混合物。

所述的氧化物包括二氧化钛、氧化锌、四氧化三铁、氧化铝等；所述的金属包括铂、金、铜，钴，镍等。涂层可以通过粉末涂覆并烧结，或溶胶凝胶法烧结。

所述的对电极叶片由铝或不锈钢制成，表面涂敷反光层。

所述的配气腔盖内部有一圈气体分散孔，配气腔盖一侧的密封盖上有用于连接外部气路的进气孔。

所述的集气腔盖内部有一圈气体收集孔，集气腔盖一侧的密封盖上有用于连接外部气路的出气孔。

采用上述技术方案后，在紫外线光照的同时，施加辅助电场，产生自由电子和空穴分别向电场两端运动，其复合的概率因此可以降低，平均存活寿命增加。有效电荷可以移动并聚集在催化剂表面，增加与流体介质的接触概率，因此催化转化效率可以大幅提高。

本实用新型不仅可以用于室内空气质量控制，也可用于商用建筑和工业厂房空气质量控制，某些民用或工业用废气处理，以及某些特殊环境的可燃性气体的防爆处理，如煤矿中的瓦斯气和石油化工中乙烯等气体。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例外部结构示意图一；

图2为本实用新型较佳实施例外部结构示意图二；

图3为本实用新型较佳实施例内部分解示意图；

图4为本实用新型较佳实施例催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列的排布截面示意图；

图5为本实用新型较佳实施例催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列的相互脱离排布示意图；

图6为本实用新型较佳实施例应用的整个的系统示意图。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型较佳实施例做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型较佳实施例首先由两片弧形片20、21拼成中空的柱状体，在该柱状体的两端设置有配气腔盖31和集气腔盖11，同时在两者的外侧分别装上密封盖30、10。气体从配气腔盖31一端流入，从集气腔盖11一端流出。

本实用新型中的柱状体可采用单一圆筒结构也可采用多片组合式，类似于本实施例中所举。壳体可由塑料，陶瓷或其它合成绝缘材料制成，壳体内表面上有刻槽211，用于固定催化电极叶片阵列23和对电极叶片阵列24。

参见图3，在中空柱状体内部，同轴设置有紫外线灯管25。紫外灯管的电源接头部分处于壳体之外。同时在柱状体内部有以柱轴为中心的重叠在一起两个呈放射状的电极叶片阵列，结合图4。其一是催化电极叶片阵列23。另一个是对电极叶片阵列24。两电极阵列同心穿插在一起，也就是说相邻两片叶片为不同电机的叶片。

结合图5，催化电极叶片阵列23是由独立金属片组成，在其两端均有突出部分，分别连接定位环15和33。定位环15和33由塑料或陶瓷等绝缘材料制成，其内圈套在紫外线灯管25上，其外圈也有相应刻槽，用于固定催化电极叶片阵列23中叶片两端的突起部分。同时催化电极叶片阵列23靠近配气腔盖31的突出部分还与环状的催化电极32连接。

催化电极叶片阵列23的叶片可由金属铝、锌、钒、钛、铜或其它金属或合金制成。在叶片表面设有一层半导体或陶瓷催化剂涂层233。涂层成分可包括氧化物，如二氧化钛、氧化锌、四氧化三铁、氧化铝等，或金属，如铂、金、铜等，以及上述几种的混合物。涂层可以通过粉末涂覆并烧结、溶胶凝胶法烧结或自然氧化烧结等方法制成。

对电极叶片阵列24由独立金属片组成。其两端也有突出部分，分别连接固定环14、34。固定环14、34由塑料或陶瓷等绝缘材料制成，其内圈套在催化电极叶片阵列23的突出部分之外，其外圈同样具有相应刻槽，用于固定对电极叶片阵列24中叶片两端的突起部分。对电极叶片阵列24靠近集气腔盖11的突出部分还与环状的对电极13连接。对电极叶片阵列24可由铝或不锈钢等材料制成。表面可涂敷反光层，亦可不涂只做表面光洁处理，增强反光能力。

如图4、图5错误！未找到引用源。所示，催化电极叶片阵列23和对电极叶片阵列24的所有叶片之间无接触，可独立分开。

本实施例中进气端一侧的配气腔盖31，其内部有一圈圆周排列的气体分散孔311。配气腔盖31外侧的密封盖30中心有一个圆孔302。更换紫外线灯管25时，紫外线灯管25可由此圆孔302插入，而电源接头部分留在密封盖30的表面。密封盖30上另有一个进气孔301，可用于连接外部气路。

本实施例中出气端一侧的集气腔盖11，其内部有一圈集气孔111。集气腔盖11中心有一圆形的凹槽112，可用来固定紫外线灯管25的底端。集气腔盖11外侧的密封盖10上有一个出气孔101，可用于连接外部气路。

本实用新型实际工作时，在整个过滤系统中包括过滤单元1、风扇/气泵单元2、光电复合催化气体转化单元/组3（其内可包括本实用新型的光电复合催化气体转化装置一个或者多个组合），以及中心控制/显示单元4，如图6所示。

工作原理如下（以空气净化为例），整个系统启动，风扇/气泵单元2启动，系统从周围环境中吸入空气。空气首先经过过滤单元1，将空气中的固体粉尘颗粒予以去除。净化后的空气，经气泵输送至光电复合催化气体转化单元/组3，净化后自光电复合催化气体转化单元/组3送还至周围环境中。

系统启动后，在光电复合催化气体转化装置内，紫外线灯管25点亮启动，同时在催化电极32和对电极13之间施加一静态直流电压。所施加的电压值可根据具体产品的型号的不同尺寸而改变。但是应处于不产生放电的安全值范围内。

由于紫外光源密闭在柱状体腔体内，光能的利用效率较高。紫外光经对电极13和催化电极32表面的多次反射和散射，最终被催化剂涂层233的半导体催化剂（如二氧化钛）吸收。吸收的紫外光子在催化剂内产生自由电荷，即电子和空穴。

所产生的电子和空穴在静电场的作用下朝向各自对应的电极移动。部分电荷在与对应电荷复合前到达催化电极的金属部分。所剩余的对应电荷在电场的作用下，到达并聚集在催化剂表面，与经过的气体分子发生氧化还原反应。

转换静电场的电压方向可有选择性地在催化剂表面得到高浓度的空穴（以氧化为目的）或是电子（以还原为目的）。

在一般的使用过程中，气体从进气孔301进入，经配气腔盖31中的分散孔311进入催化电极阵列23和对电极阵列24之间的空隙。并在此空隙中朝出气端移动。在移动过程中，由于吸附作用或直接碰撞在催化剂表面。部分空气中的物质，如水蒸汽，会与催化剂表面的空穴发生化学反应，产生极具氧化能力的氢氧自由基。氢氧自由基进而与邻近的气体中的有机分子发生反应，最终将之分解成无害无味的二氧化碳和水。空气最终从集气孔111聚集，最后从出气孔101中排出。在使用过程中，半导体催化剂无损耗。理论上，可无限次使用。

上述实施例仅用于解释说明本实用新型的实用新型构思，而非对本实用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.电光复合催化气体转化装置，其特征在于：包括壳体，在壳体内轴向设置有紫外线灯管，在紫外线灯管表面设置有与灯管轴线为中心，呈放射状排布的催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列，两电极阵列同心穿插在一起，催化电极叶片阵列和对电极叶片阵列分别连接独立的电极；在壳体两端分别设置进风口和出风口；在催化电极叶片表面有催化剂涂层。 

2.如权利要求1所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的壳体包括中空的柱状体，以及覆盖在柱状体两端的配气腔盖和集气腔盖，在配气腔盖和集气腔盖的外侧分别设置密封盖；壳体的内表面上设置有若干与轴线平行用于固定催化电极叶片阵列或对电极叶片的刻槽。 

3.如权利要求2所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的配气腔盖和其一侧的密封盖上开设有供紫外线灯管插入的圆孔，在集气腔盖内侧具有用于固定紫外线灯管底部的凹槽。 

4.如权利要求1所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的对电极叶片阵列由独立金属片构成，其两端均有突出部分，分别套接在绝缘的固定环上。 

5.如权利要求4所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的催化电极叶片阵列由独立金属片构成，其两端均有突出部分，分别连接绝缘的定位环上。 

6.如权利要求5所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在 于：所述的定位环内圈套在紫外线灯管上，外圈供催化电极叶片的突起部插固；所述的固定环内圈套在催化电极叶片的突起部，外圈供对电极叶片的突起部插固。 

7.如权利要求4所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述催化电极叶片由金属铝、锌、钒、钛、铜或其它金属或合金制成的叶片，其表面的催化剂涂层为半导体或陶瓷涂层；涂层成份可包括氧化物、金属微粒，或两者的混合物。 

8.如权利要求1所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的对电极叶片由铝或不锈钢制成，表面涂敷反光层。 

9.如权利要求2所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的配气腔盖内部有一圈气体分散孔，配气腔盖一侧的密封盖上有用于连接外部气路的进气孔。 

10.如权利要求2所述的电光复合催化气体转化装置，其特征在于：所述的集气腔盖内部有一圈气体收集孔，集气腔盖一侧的密封盖上有用于连接外部气路的出气孔。 

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