專利名稱：一種光催化活性劑發(fā)生裝置及采用該裝置的空氣凈化器和發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光催化活性劑發(fā)生裝置及采用該裝置的空氣凈 化器和發(fā)動機，該光催化活性劑發(fā)生裝置包括光催化網(wǎng)和紫外線燈。
背景技術：
光催化凈化技術作為空氣凈化技術，近年來得到迅速發(fā)展。國內(nèi)生 產(chǎn)的納米二氧化鈦光催化劑已達到令人滿意的水平。現(xiàn)有光催化空氣凈
化的主流方案是在多孔材料如泡沫鎳網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、蜂窩狀活性炭網(wǎng) 等基材的表面以噴涂、浸泡等方式加載納米二氧化鈦光催化劑，制成光 催化網(wǎng)；以波長小于400腦的紫外線燈(如254腦殺菌燈)、LED紫外線 發(fā)光二極管等作為光源。當光源發(fā)出的光子"轟擊"光催化網(wǎng)上的二氧 化鈦時，二氧化鈦內(nèi)部的電子產(chǎn)生躍遷從而產(chǎn)生"電子——空穴'，對。 電子和空穴分別與氧分子和水分子發(fā)生還原反應和氧化反應(簡稱光催 化反應)分別生成具有強氧化能力的物質一一活性氧(02—)和羥基( OH), 在這里，將光催化所產(chǎn)生的活性氧和羥基統(tǒng)稱為活性劑。活性劑能快速 分解空氣中的污染物(微生物和有害氣體)，最終生成水和二氧化碳或其 它對人體無害的無機物?，F(xiàn)有光催化空氣凈化器就是應用上述原理，由
循環(huán)風機帶動空氣流經(jīng)光催化網(wǎng)，凈化空氣中的污染物。產(chǎn)生活性劑的"量"以及單位時間內(nèi)空氣污染物與活性劑相互作用的"量"決定凈化 效率。為了獲得更多的活性劑，通常是采用大比表面積的基材(如更小 孔徑的泡沫鎳網(wǎng))作為光催化劑的載體，結果是風阻大幅度提高，由于 空氣凈化器內(nèi)的氣流通道是唯一的，在不加大風機功率的情況下，流經(jīng) 光催化網(wǎng)的空氣流量明顯減少，凈化效率得不到應有的提高。同時，也 增大了空氣凈化器的噪聲，另一方面，還加速了灰塵在光催化網(wǎng)上積聚， 大大縮短光催化網(wǎng)的使用壽命。
2007年10月3日公告的、公告號為CN200954261Y的中國專利公開 了 一種封閉結構的光催化空氣凈化裝置，主要由光催化網(wǎng)和紫外線燈管 構成，光催化網(wǎng)覆蓋在設定形狀的支架表面，形成一個封閉的空間結構， 紫外線燈管設置在所述的空間結構內(nèi)部。該光催化網(wǎng)僅僅由一層涂附有 二氧化鈦光催化劑的泡沫鎳構成，電子和空穴的復合率較高，影響凈化 效率。另外，所需處理的空氣完全經(jīng)過封閉的光催化網(wǎng)，風阻較大，為 了提高空氣透過率，則需加大風機的功率，這樣會造成更大的噪聲。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種能降低電子與空穴的復合 率以提高空氣凈化效率的一種光催化活性劑發(fā)生裝置，本實用新型還提 供一種采用該光催化活性劑發(fā)生裝置的空氣凈化器，本實用新型還提供 一種釆用該光催化活性劑發(fā)生裝置的發(fā)動機。
為解決上述問題，本實用新型提供一種光催化活性劑發(fā)生裝置，包 括光催化網(wǎng)和紫外線燈，其特征在于，所述光催化網(wǎng)由靠近紫外線燈的至少 一層多孔基材和外層遠離紫外線燈的空白的多孔金屬網(wǎng)充分接觸、 層疊復合而成，所述基材上載有光催化劑。
所述基材為三維網(wǎng)狀結構泡沫金屬、或金屬絲網(wǎng)、或蜂窩狀活性碳
網(wǎng)、或為上述三種多孔基材的任意組合；外層為空白金屬絲網(wǎng)。
所述光催化網(wǎng)的基材為一層三維網(wǎng)狀結構泡沫鎳，外層為空白的不
4秀鋼絲網(wǎng)。
所述裝置還包括支座，所述光催化網(wǎng)彎曲成拱形，底端敞口，并以 底端的兩邊安裝在支座上，拱形光催化網(wǎng)的兩端也敞口，為進氣口端和 出氣口端，所述紫外線燈連接在支座上，并置于光催化網(wǎng)的拱形空間內(nèi)。
所述光催化網(wǎng)彎曲成U形或弧形；所述支座包括兩個燈座，以及連 接在兩個燈座之間的反光燈罩；所述光催化網(wǎng)底端的兩邊連接在燈罩的
兩側邊。
所述光催化網(wǎng)的出氣口端外側間隔設有阻擋氣流直線通過的擋板。 所述擋板的形狀和大小與所述出氣口端截面相適應；所述擋板的下 端連接在支座上。
所述紫外線燈為波長小于400腿的紫外線燈，或者為LED紫外線發(fā) 光二極管，所述波長小于400nm的紫外線燈采用"羅耶"電路結構的電 子鎮(zhèn)流器。
所述空氣凈化器的氣流通道上設有所述光催化活性劑發(fā)生裝置。 所述發(fā)動機的空氣過濾器的氣流通道上設有所述光催化活性劑發(fā)生裝置。
本實用新型的有益效果在于，由于采用了至少兩層多孔材料網(wǎng)充分
6接觸、層疊復合而成的光催化網(wǎng)，外層的多孔金屬網(wǎng)拓廣了光催化網(wǎng)上 電子遷移的途徑，降低電子和空穴的復合率，增大了產(chǎn)生的活性劑的量， 因此提高了空氣凈化的效率。同時，復合還提高了光催化網(wǎng)的整體強度。
當采用內(nèi)層涂附有光催化劑的三維網(wǎng)狀結構泡沫鎳和外層的空白不 銹鋼網(wǎng)組成光催化網(wǎng)，成本較低。
進一步技術方案中，提供了將光源和光催化網(wǎng)集成化的方案，使空 氣凈化器的開發(fā)和生產(chǎn)模塊化，并容易實現(xiàn)產(chǎn)品系列化，既經(jīng)濟又實用。 光催化網(wǎng)兩端敞口，風阻減小，循環(huán)風量增加，單位時間內(nèi)空氣污染物
與活性劑相互作用的量相應增加；空氣流量加大，不必采用大功率風機， 避免了大的噪音，也有利于空氣凈化器的產(chǎn)品小型化；同時，減緩了灰
塵在光催化網(wǎng)上的聚積，延長了光催化網(wǎng)的4吏用壽命。
在該裝置的光催化網(wǎng)出氣口端間隔一定距離設置一個擋板，該擋板 阻擋氣流自光催化網(wǎng)的進氣口向出氣口方向直線通過，擋板改變了空氣 流經(jīng)光催化網(wǎng)的方式，調(diào)節(jié)氣流通道各處的壓力和控制流量，促使氣流 更多地透過光催化網(wǎng)，盡量多地產(chǎn)生活性劑，以進一步提高凈化效率。
采用本實用新型的光催化活性劑發(fā)生裝置的空氣凈化器，相應具有 上述有益效果，實驗證明，在相同紫外線燈功率、相同光催化網(wǎng)面積、 相同風機的條件下，本實用新型的空氣凈化器凈化效率提升顯著，是背
景技術的空氣凈化器的3倍以上，光催化網(wǎng)使用壽命延長4倍。
對于采用該光催化活性劑發(fā)生裝置的發(fā)動機而言，由于空氣過濾器 內(nèi)更多活性氧的產(chǎn)生，燃料燃燒速度變快，做功能力提高，燃燒徹底， 燃油的利用率提高，尾氣有害成分的排放減少，因而提高了發(fā)動機的效率，還減少了環(huán)境污染。實驗結果表明，將該光催化活性劑發(fā)生裝置應
用在長安牌SC6331A汽車發(fā)動機上，車輛才是速顯著改善，0~80公里/小 時之間發(fā)動機輸出扭矩增加10% ~30%，綜合油耗由7.7升/100公里降 為7. 1升/100公里，尾氣有害成分降低10%左右。
另外，本實用新型的光催化活性劑發(fā)生裝置不涉及活動零部件、不 涉及在空氣中高壓放電，可靠性高、不產(chǎn)生臭氧。其使用壽命視紫外線 燈的使用壽命而定，國產(chǎn)冷陰極石英管紫外線燈的使用壽命已可達2萬 小時，所以，該光催化活性劑發(fā)生裝置安全、可靠、使用壽命長，成本 低廉，經(jīng)濟實用。應用集成化的光催化活性劑發(fā)生裝置在空氣凈化器上， 不僅可提升空氣凈化器的整體性能，還對縮短空氣凈化器的開發(fā)和生產(chǎn) 周期，以及產(chǎn)品標準化，降低生產(chǎn)成本有積極的現(xiàn)實意義。發(fā)動機采用 該光催化活性劑發(fā)生裝置時，無需改變發(fā)動機原有的結構。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明
圖l是光催化活性劑發(fā)生裝置的外形主視圖。
圖2是光催化活性劑發(fā)生裝置的外形左視圖。
圖3是


圖1的A-A剖視圖。
圖4是圖2的B-B剖視圖。
圖5是
圖1的C-C剖視圖。
圖6是光催化活性劑發(fā)生裝置的部件分解立體圖。 圖7是紫外線燈電子鎮(zhèn)流器的電路圖。
8圖8是光催化活性劑發(fā)生裝置用于空氣凈化器上的示意圖。 圖9是光催化活性劑發(fā)生裝置用于發(fā)動機的示意圖。
具體實施方式
如
圖1 ~ 6所示是本實用新型的光催化活性劑發(fā)生裝置100，包括光 催化網(wǎng)10,紫外線燈20,燈罩30，燈座40、 60,擋板50，所述燈罩30 和燈座40、 60構成支座。對于不同的應用場合，支座結構將作相應改變， 以滿足安裝要求。
本實施例的光催化網(wǎng)10為兩層多孔材料網(wǎng)層疊復合而成，內(nèi)層，即 靠近紫外線燈的一層是三維網(wǎng)狀結構泡沫鎳12,作為基材，其上載有二 氧化鈦光催化劑；外層，即遠離紫外線燈的是空白的不銹鋼絲網(wǎng)11,所 謂"空白"，是指沒有加載光催化劑。不銹鋼絲網(wǎng)復合在泡沫鎳的背光面， 二者彎曲成型，兩網(wǎng)之間接觸良好、充分，以有效拓廣光催化網(wǎng)上電子 遷移的途徑、降低電子和空穴的復合率，將光催化網(wǎng)彎曲成拱形，特別 是U形或弧形，更能保證充分接觸。所述靠近紫外線燈的多孔材料基材， 可以是泡沫鎳、泡沫鋁，還可以是蜂窩狀活性碳網(wǎng)，還可以是金屬絲網(wǎng)。 外層的金屬網(wǎng)可以是不銹鋼、鈦、鉑金等金屬絲網(wǎng)。該光催化網(wǎng)的基材 可以由兩層以上的上述多孔材料網(wǎng)層疊復合而成，其上均載有二氧化鈦 光催化劑。對于小功率活性劑發(fā)生裝置而言，所用光催化劑為二氧化鈦 光催化劑，是二氧化鈦含量2% ~ 3%、粒徑5 ~ 20薩、PH值不大于3的溶 膠，基材的孔徑為90~ 110ppi、厚度為1. 2 ~ 2. Omm、Ni含量不低于99. 5%， 用噴涂法將光催化劑加載到基材上，光催化劑成膜后全面覆蓋基材表面而且不出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，膜與基材結合牢靠，用在外層的所述金屬絲網(wǎng)的 孔數(shù)為80 ~ 100目。大功率活性劑發(fā)生裝置用的光催化劑、基材和金屬 絲網(wǎng)的參數(shù)根據(jù)實際使用要求進行調(diào)整。本實用新型所用光催化劑優(yōu)選 為二氧化鈦光催化劑。
本實施例的燈座40、 60為兩個，起支撐紫外線燈20和燈罩30的作 用，
圖1 ~6所示的燈座結構適合在空氣凈化器中使用。燈罩30材質為 以鋁合金制成的槽狀的反光燈罩，既保證有足夠的強度又有較高的紫外 線反射率，可以提高紫外線光的利用率。對反光面進行拋光處理或在反 光面在貼鏡面鋁箔能進一步提高光的利用率。每個燈座40、 60上設有連 接孔41、 61，所述燈罩30兩端設有可折彎的連接邊31，所述連接邊伸 入所述燈座的連接孔41、 61中，然后折彎，使得燈罩30連接在兩個燈 座40、 60之間。所述光催化網(wǎng)未彎曲之前為方形，彎曲后為底端敞口的 拱形，底端的兩邊15安裝在所述燈罩的兩側邊，以第一螺釘70緊固， 拱形光催化網(wǎng)的兩端也敞口，為進氣口端13和出氣口端14。在所述光催 化網(wǎng)的出氣口端14的外側設有擋板50,所述擋板下端用第二螺釘80連 接在燈座60上，該擋板與出氣口端間隔一定距離，高度達到光催化網(wǎng)的 高度，外形可采用與出氣口端的截面相適應的形狀，它可阻擋氣流自進 氣口端直線通過出氣口端，起調(diào)節(jié)壓力和控制流量的作用，當實際應用 場合有結構件可以代替擋板時，擋板被省去。且在某些場合，如有的發(fā) 動機，擋板被省去(圖中未示出)。
所述紫外線燈20為波長小于400皿的紫外線燈，或者為LED紫外線 發(fā)光二極管，紫外線燈用熱熔膠或環(huán)氧樹脂連接在燈座40、 60上，置于
10燈罩30和光催化網(wǎng)IO之間。紫外線光功率直接影響活性劑的產(chǎn)出率。 在要求活性劑產(chǎn)量大的情況下，除增大光催化網(wǎng)基材的比表面積、加大 光催化網(wǎng)的面積外，還需有足夠高的紫外線光功率。燈的數(shù)量由所需紫 外線光功率和單支燈的紫外線光功率確定。 -
圖1~6、 8中示出的是使用一支U型冷陰極石英管紫外線殺菌燈的 情形，電子鎮(zhèn)流器(圖中未示出)是保證紫外線燈正常工作的重要器件， 直接影響燈的輸出功率、光衰減和燈的使用壽命。該紫外線殺菌燈配有 采用"羅耶，，電路結構的電子鎮(zhèn)流器，電路如圖7所示， 一個變壓器T 的初級線圏由線圈N2、 N3串聯(lián)而成，線圈N2、 N3之間連接著電感L的 一端，電感L的另一端與電源正極電連接，線圈N2、 N3的兩端則并聯(lián)著 一個電容Cl,電容C1與線圏N2的連接點之間連接著三極管VT2的集電 極，電容C1與線圏N3的連接點之間連接著三極管VT3的集電極，這兩 個三極管的基極串聯(lián)在一個線圈N4的兩端，而這兩個三^L管的發(fā)射^l電 連接，然后連接在一個二極管VD (型號IN1004 )的陽極，該二極管的陰 極連接在電源的負極，所述三極管VT3的基極與線圏N4的連接點與電源 正極之間電連接一個電阻R2,所述變壓器的次級線圈Nl與電容C2、紫 外線燈串聯(lián)。當采用2W紫外線殺菌燈時，可采用如下參數(shù)，輸入電壓為 直流12V,變壓器T為臥式的EE19型，電感L為10(￥H，電阻R2為1. 8K Q ， 線圈Nl匝數(shù)為720匝，線圈N2、 N3匝數(shù)分別為10匝，線圈N4匝數(shù)為3 匝，電容C1為0. 039樣t法，電容C2為22皮法。
當使用LED紫外線發(fā)光二極管作光源時，(圖中未示出，)電子鎮(zhèn)流 器被省去，活性劑發(fā)生裝置直接由直流電源供電。
圖1 6所示的光催化活性劑發(fā)生裝置100可適用于空氣凈化器200, 所述空氣凈化器200的殼體210內(nèi)的氣流通道400上設有所述光催化活 性劑發(fā)生裝置IOO,如圖8所示，空氣凈化器風機220設置在圖示的進氣 口端13外側，該空氣凈化器的工作原理如下風機210向空氣凈化器的 工作腔施加壓力PO,在壓差(P0-Pl)驅動下，位于擋板50前的光催化 網(wǎng)IO的周圍氣流為Ql、 Q2、 Q3(氣流方向參考圖示箭頭)。壓差(P2-P3) 直接影響氣流Q2的大小。通過合理的結構設計，包括調(diào)整擋板位置，使 得在滿足有足夠大小的Ql、 Q3的前提下，使P3盡可能接近Pl,使P2 盡可能接近PO,以獲得最大的壓差(P2-P3),使流經(jīng)復合網(wǎng)的氣流Q2 達到最大。由此可知，使用該光催化活性劑發(fā)生裝置的空氣凈化器在獲 得大的循環(huán)風量的同時，綜合結果是流經(jīng)復合網(wǎng)的氣流量得到提高，單 位時間內(nèi)的空氣凈化量大幅度增大。另一方面，由于慣性力的作用，降 低了灰塵在光催化網(wǎng)上積聚的機會，大大延長光催化網(wǎng)的使用壽命。若 風機置于擋板右側，工作原理用類似的方法分析，此處不再贅述。
如圖9所示，本實用新型的光催化活性劑發(fā)生裝置IOO還可用于發(fā) 動機300,設置于發(fā)動機的空氣過濾器310的氣流通道400上，此處可以 設置擋板，也可以不設置擋板。發(fā)動機300的輸出功率和尾氣有害成分 排放量在很大程度上取決于燃料的燃燒狀態(tài)。燃料由燃油和空氣組成， 光催化活性劑發(fā)生裝置100是通過改變空氣的成分，提高燃料的燃燒效 率來達到環(huán)保節(jié)能的目的。
在空氣凈化器的開發(fā)過程中，做燃煙試驗時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)香煙過濾嘴被 整個燒完；在使用光催化空氣凈化器的環(huán)境中，可檢測到負離子含量提高。據(jù)此可以推斷，光催化能產(chǎn)生游離態(tài)的物質，并且是助燃的。由光 催化機理可知，二氧化鈦光催化反應生成的活性氧((V)能促進燃燒。
如圖9，流經(jīng)發(fā)動機的空氣過濾器310的空氣進入光催化活性劑發(fā)生 裝置100的腔室，腔室內(nèi)含有活性氧的空氣和燃油按一定比例混合成發(fā) 動機的燃料。由于活性氧的加入，燃料進入汽缸330后燃燒速度變快， 做功能力提高，燃燒徹底，燃油的利用率提高，尾氣有害成分的排放減 少。
權利要求1、一種光催化活性劑發(fā)生裝置，包括光催化網(wǎng)和紫外線燈，其特征在于，所述光催化網(wǎng)由靠近紫外線燈的至少一層多孔基材和外層遠離紫外線燈的空白的多孔金屬網(wǎng)充分接觸、層疊復合而成，所述基材上載有光催化劑。
2、 根據(jù)權利要求1所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于， 所述基材為三維網(wǎng)狀結構泡沫金屬、或金屬絲網(wǎng)、或蜂窩狀活性碳網(wǎng)、 或為上述三種多孔基材的任意組合；外層為空白金屬絲網(wǎng)。
3、 根據(jù)權利要求2所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于，所 述光催化網(wǎng)的基材為一層三維網(wǎng)狀結構泡沫鎳，外層為空白的不銹鋼絲 網(wǎng)。
4、 根據(jù)權利要求l所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于，所 述裝置還包括支座，所述光催化網(wǎng)彎曲成拱形，底端敞口，并以底端的 兩邊安裝在支座上，拱形光催化網(wǎng)的兩端也敞口 ，為進氣口端和出氣口 端，所述紫外線燈連接在支座上，并置于光催化網(wǎng)的拱形空間內(nèi)。
5、 根據(jù)權利要求4所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于，所 述光催化網(wǎng)彎曲成U形或弧形；所述支座包括兩個燈座，以及連接在兩 個燈座之間的反光燈罩；所述光催化網(wǎng)底端的兩邊連接在燈罩的兩側邊。
6、 根據(jù)權利要求4或5所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于， 所述光催化網(wǎng)的出氣口端的外側間隔設有阻擋氣流直線通過的擋板。
7、 根據(jù)權利要求6所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特征在于，所述擋板的形狀和大小與所述出氣口端截面相適應；所述擋板的下端連接 在支座上。
8、 根據(jù)權利要求l ~5任一項所述的光催化活性劑發(fā)生裝置，其特 征在于，所述紫外線燈為波長小于400nm的紫外線燈，或者為LED紫外 線發(fā)光二極管，所述波長小于400nm的紫外線燈采用"羅耶"電路結構 的電子鎮(zhèn)流器。
9、 采用權利要求l所述的光催化活性劑發(fā)生裝置的空氣凈化器，其 特征在于，所述空氣凈化器(200 )的殼體(210)內(nèi)的氣流通道(400 ) 上設有所述光催化活性劑發(fā)生裝置(100 )。
10、 采用權利要求1所述的光催化活性劑發(fā)生裝置的發(fā)動機，其特 征在于，所述發(fā)動機(300 )的空氣過濾器(310)的氣流通道(400 )上 設有所述光催化活性劑發(fā)生裝置(100 )。
專利摘要一種光催化活性劑發(fā)生裝置，包括光催化網(wǎng)和紫外線燈，所述光催化網(wǎng)由靠近紫外線燈的至少一層多孔基材和外層遠離紫外線燈的空白的多孔金屬網(wǎng)充分接觸、層疊復合而成，所述基材上載有光催化劑。采用復合網(wǎng)，可降低電子和空穴的復合率，增大了產(chǎn)生的活性劑的量，因此提高了空氣凈化的效率。進一步采用兩端敞口的光催化網(wǎng)，循環(huán)風量的增加，加大了單位時間內(nèi)空氣污染物與活性劑相互作用的量，進一步提高空氣凈化的效率；集成化的光催化活性劑發(fā)生裝置，使空氣凈化器的開發(fā)和生產(chǎn)模塊化，并容易實現(xiàn)產(chǎn)品系列化，既經(jīng)濟又實用?？稍诳諝鈨艋饕约鞍l(fā)動機的空氣過濾器的氣流通道上設置所述光催化活性劑發(fā)生裝置。
文檔編號B01J19/08GK201263979SQ20082009461
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權日2008年6月10日
發(fā)明者馬驤彬 申請人:馬驤彬