一种光电催化空气净化空调

1.本实用新型属于空气净化技术领域，更具体地，涉及一种光电催化空气净化空调。


背景技术：

2.空气净化器是指能够通过物理化学作用将空气中的污染物(包括pm
2.5
、粉尘、烟尘、细菌、vocs等)去除分解，提高空气质量的产品。目前市场上空气净化器按照原理可分为物理净化器和化学净化器，市场调查显示，绝大多数的空气进化器采用的是物理式过滤吸附技术，而去除挥发新有机物(vocs)的吸附技术在净化室内空气中需要经常更换滤网及活性炭吸附剂，并且吸附饱和的活性炭容易引发二次污染。除了吸附技术以外，近年来光催化技术也被用于室内空气净化。光催化空气净化技术相对传统的空气净化器具有以下优点：(1)短时间内无需更换净化组件；(2)净化更为彻底，不会产生二次污染；(3)使用成本低；(4)可以矿化空气中的vocs 分子。然而，目前的光催化技术效率仍然不高，难以完全替代吸附技术。
3.最近，为了提高气相光催化反应的效率，一种气相光电催化反应系统 (gpec)被开发出来，gpec系统直接向具有良好的光生载流子迁移性能的光电极同时施加外部电压和光照来降解空气中的有机污染组分。在被光照后，偏压导致光电极产生光电子与空穴快速分离，加速光电子向外部电路的转移，并在光电极中保留更多的光生空穴以进行光催化氧化反应。 gpec克服了传统pec对电解质(包括液体和固体)的依赖，可显著提高去除vocs性能。
4.另一方面，为了不用在室内空间中额外放置独立的空气净化器，具有温度调节和空气净化双功能的空气净化空调应运而生。这种空气净化空调将空气净化模块集成到空调装置中，使其具有原有温度调节功能的同时还有空气净化性能，其中的空气净化模块以过滤吸附、负离子净化和光催化为主。然而，这种空调一般是将空气净化模块与空调换热蒸发器串联布置，必须额外添加空气净化组件并且改变空调机原有的风道、蒸发器布置等结构，结构复杂。并且受体积限制，这种布置方式只能应用于中央空调或者空调柜机中，难以应用于使用最广泛的室内挂壁机中。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种光电催化空气净化空调，其目的在于将换热-气相光电催化双功能翅片直接替换空调蒸发器中部分原有的金属换热翅片，然后再集成紫外光源和直流稳压电源构建气相光电催化体系，在不改变空调机原有结构的情况下赋予其vocs 降解性能。由此解决目前空气净化装置结构复杂、体积庞大的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种光电催化空气净化空调，包括蒸发器、紫外光源和外偏压电源；所述蒸发器包括固定在换热管上的换热翅片和双功能换热翅片；所述双功能换热翅片表面原位生长有光催化材料，所述外偏压电源通过导线与双功能换热翅片连接，所述紫外光源面向双功能换热翅片设置。
7.优选地，所述双功能换热翅片占换热翅片的面积比例为15％-50％。
8.优选地，所述双功能换热翅片为表面原位生长有tio2纳米管基材料的 ti金属片；所述换热翅片为铜合金翅片。优选地，所述tio2纳米管基材料为缺陷态wo3纳米颗粒负载的tio2纳米管。
9.优选地，所述换热管为蛇形换热管，包括与换热翅片连接的第一换热管、与双功能换热翅片连接的第二换热管；所述第一换热管与第二换热管之间通过第一绝缘连接件进行连通。
10.优选地，所述第二换热管包括互相平行的平行管和位于端部的弯管，所述弯管与平行管之间通过第二绝缘连接件进行连通。
11.优选地，所述外偏压电源通过导线与第二换热管上相隔距离最远的两根平行管分别进行连接。
12.优选地，所述紫外光源为波长为300nm-400nm的荧光灯管。
13.优选地，所述外偏压电源为直流稳压电源。
14.优选地，还包括空调壳体和风轮，所述空调壳体包括进风口、下壳体、上壳体和出风口，所述风轮包括风轮叶片和电机。
15.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
16.(1)本实用新型提供的双功能翅片能够直接集成在原室内空调挂壁机中的蒸发器上，除了部分原来的换热翅片被更换为兼具换热功能的光电双功能翅片以外，空调机的外观及内部构造未发生任何变化。在不改变空调机外观及内部构造情况下赋予空调机非吸附式去除甲醛的功能，具有重大的实际意义和商用前景。
17.(2)本实用新型中外偏压电源通过导线与第二换热管上相隔距离最远的两根平行管分别进行连接，不通电是以光催化模式去除vocs，通电时以气相光电协同催化模式除vocs。
18.(3)本实用新型利用的气相光电催化原理与传统光催化和液相光电催化反应器不同，在极大地提升光催化效率的同时还避免了电解质溶液的引入。
19.(4)本实用新型提供的空气净化空调，结构简单，组装简便，拆卸方便，便于使用过程中的修理与维护。
附图说明
20.图1是本实用新型提供的光电催化空气净化空调主视图；
21.图2是本实用新型提供的光电催化空气净化空调中双功能翅片结构示意图；
22.图3是本实用新型提供的光电催化空气净化空调中蒸发器一个视角下的结构示意图，
23.图4是本实用新型提供的光电催化空气净化空调中蒸发器另一个视角下的结构示意图；
24.图5是本实用新型提供的光电催化空气净化空调中与双功能翅片连接的换热管结构示意图；
25.图6是空气净化空调光催化模式和气相光电催化模式下的甲醛自然衰减和总衰减
曲线(3m3实验舱内)，
26.图7是衰减曲线指数拟合结果。
27.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
28.1-进风口；2-换热翅片；3-双功能换热翅片；4-紫外光源；5-导线； 6-外偏压电源；7-下壳体；8-电机；9-换热管；10-出风口；11-上壳体；
29.901-第一换热管；902-第二换热管；903-第一绝缘连接件；904-第二绝缘连接件；902a-平行管；902b-弯管；
具体实施方式
30.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
31.本实用新型实施例提供一种光电催化空气净化空调，参见图1-2，包括蒸发器、紫外光源4和外偏压电源6；所述蒸发器包括固定在换热管9上的换热翅片2和双功能换热翅片3；所述双功能换热翅片3表面原位生长有光催化材料，所述外偏压电源6通过导线5与双功能换热翅片3连接，所述紫外光源4面向双功能换热翅片3设置。
32.其中，所述双功能换热翅片3占换热翅片2的面积比例为15％-50％。从而可以在对vocs气体进行光催化或光电催化净化的同时，保证光电催化空气净化空调保持优良的换热效率。
33.在一种可行的方式中，所述双功能换热翅片3为表面原位生长有tio2纳米管基材料的ti金属片；所述换热翅片2为铜合金翅片。所述tio2纳米管基材料为缺陷态wo3纳米颗粒负载的tio2纳米管，是双功能换热翅片3 表面通过阳极氧化处理、电化学沉积和电化学还原制备得到的，也即双功能换热翅片3表面连接有光催化材料。
34.参见图3-图5，所述换热管9为蛇形换热管，包括与换热翅片2连接的第一换热管901、与双功能换热翅片3连接的第二换热管902；所述第一换热管901与第二换热管902之间通过第一绝缘连接件903进行连通。所述第二换热管902包括互相平行的平行管902a和位于端部的弯管902b，所述弯管902b与平行管902a之间通过第二绝缘连接件904进行连通。所述外偏压电源6通过导线5与第二换热管902上相隔距离最远的两根平行管902a 分别进行连接。
35.所述紫外光源4为波长为300nm-400nm的荧光灯管。作为优选，所述紫外光源为中心波长位于360nm的荧光灯管。
36.所述外偏压电源6为直流稳压电源，可向双功能翅片施加0.1v-10.0v 偏压。本实施例中对催化翅片施加的外偏压为1.5v/cm。
37.还包括空调壳体和风轮，所述空调壳体包括进风口1、下壳体7、上壳体11和出风口10，所述风轮包括风轮叶片和电机8。
38.对本实施例制造得到的双功能翅片和气相光电催化空气净化空调进行性能评价：以下提到的双功能翅片表面为通过阳极氧化处理、电化学沉积和电化学还原制备得到的缺陷态wo3纳米颗粒负载的tio2纳米管。该制备方法具体可以参见申请号为cn2018114573149
的专利文献。
39.ti金属表面生长有直径约为150nm的高度有序tio2纳米管阵列。tio2纳米管壁的厚度约为10nm，表面负载有wo3颗粒。
40.气相光电催化空气净化空调的洁净空气量(cadr)
41.在3m3实验舱进行甲醛衰减实验(参照《空气净化器》(gb/t 18801-2015))，参见图6和7结果，当原蒸发器上15％换热翅片替换为本实用新型实施例的双功能翅片时，也就是双功能换热翅片3占换热翅片2的数量比例为15％时，本实用新型所述的净化空调的光催化和1.5v/cm外偏压下的气相光电催化模式的洁净空气量(cadr)分别可达1.134和2.484 m3/h，气相光电催化模式具有更好的净化效果。空气净化空调具有换热功能同时，也具有良好的空气净化性能。
42.利用本实用新型气相光电催化空气净化空调进行室内vocs去除时，包括以下步骤：打开空气净化空调，开启制热或者制冷功能，风轮转动使室内空气通过蒸发器；接通紫外灯管电源，使空气净化空调以光催化模式去除室内vocs，然后再打开外偏压模块使空气净化空调以气相光电催化催化模式去除室内vocs。
43.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。