一种自发电的教室用空气加湿净化装置的制作方法

本发明涉及校园空气调节技术领域，具体地，涉及一种自发电的教室用空气加湿净化装置。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，城镇化程度越来越高。与此同时，我们的环境污染也随之加重，最明显的变化就是我们空气质量日趋恶化，粉尘污染和雾霾不断困扰着我们。室外的空气质量恶化的同时，我们的室内空气质量也不容乐观，特别是现在的室内装修越来越华丽，通常存在过度装修的情况。教室的环境比较封闭，教室内学生较多，如果是使用传统的粉笔进行教学，加上学生的频繁活动，容易导致教室内的粉尘长时间漂浮在教室狭窄的空间内。现有的空气净化器功率都比较小，净化的区域有限，也无法应付由于频繁使用粉笔造成的二次漂浮粉尘。由于教室的空气每天均需要长时间调节，一般的装置需要消耗较多的电能，造成能源浪费，同时也会增加学校的负担。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种自发电的教室用空气加湿净化装置，以解决上述技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种自发电的教室用空气加湿净化装置，包括中央控制器、供电装置、监控装置、加湿装置和过滤模块；所述供电装置、监控装置、加湿装置和过滤模块均与中央控制器电联接；所述监控装置包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器；所述温度传感器和湿度传感器均与加湿装置连接，所述空气质量传感器与过滤模块连接；所述中央控制器还包括LED显示屏和控制面板。

优选地，所述加湿装置包括水箱和雾化喷头，雾化加湿喷头包括进水口和出水口，所述水箱设置有进水开关，所述水箱内部设置有高压水泵，高压水泵通过管路与所述雾化喷头连接；所述水箱设置2-4个，所述雾化喷头数量为4-10个，所述雾化喷头通过固件分散固定在教室内。

优选地，所述过滤模块包括箱体，还包括单片机，进气泵，出气泵，鼓风机，过滤层组，所述箱体顶部设置有开口，开口设置有箱盖；所述箱体底部设置有品字形排列的3个万向轮；所述进气泵设置在箱体顶部外侧；所述出气泵和鼓风机设置在箱体底部外侧，鼓风机和出气泵相连接；所述过滤层组可拆卸；所述控制器和进气泵，出气泵，鼓风机，过滤层；所述进气泵为电动控制，所述出气泵为电动控制；所述过滤层组为3～5个过滤网，包括一个或多个海绵过滤网，包括一个或多个，包括一个或多个活性炭过滤网和微孔膜过滤网。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

1、本发明利用微生物太阳能电池作为能源的来源，节约能源，减少学校的成本开支。

2、本发明同时设置了净化装置和加湿装置，同时设置与其连接的多个传感器，可以实时调节教室内环境的空气质量以及空气湿度。

3、本发明的供电来源是微生物太阳能电池，白天有太阳时候可以直接使用，晚上没有阳光，但电池中的微生物模块可以继续工作，所以晚上该装置也可以正常工作。

4、本发明结构简单，占用室内面积小，且购买成本低，使用过程基本是0花费，适合在广大中小学中推广使用。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明的结构示意图。

图2是微生物太阳能电池的结构示意图。

其中，30-阴极，40-电解质，50-光阳极，51-微生物阳极，52-隔热层，53-防紫外层，60-阳极控制开关。

图3是微生物太阳能电池的阴极结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

一种自发电的教室用空气加湿净化装置，包括中央控制器、供电装置、监控装置、加湿装置和过滤模块；所述供电装置、监控装置、加湿装置和过滤模块均与中央控制器电联接；所述监控装置包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器；所述温度传感器和湿度传感器均与加湿装置连接，所述空气质量传感器与过滤模块连接；所述中央控制器还包括LED显示屏和控制面板。

优选地，所述加湿装置包括水箱和雾化喷头，雾化加湿喷头包括进水口和出水口，所述水箱设置有进水开关，所述水箱内部设置有高压水泵，高压水泵通过管路与所述雾化喷头连接；所述水箱设置2-4个，所述雾化喷头数量为4-10个，所述雾化喷头通过固件分散固定在教室内。

优选地，所述过滤模块包括箱体，还包括单片机，进气泵，出气泵，鼓风机，过滤层组，所述箱体顶部设置有开口，开口设置有箱盖；所述进气泵设置在箱体顶部外侧；所述出气泵和鼓风机设置在箱体底部外侧，鼓风机和出气泵相连接；所述过滤层组可拆卸；所述控制器和进气泵，出气泵，鼓风机，过滤层；所述进气泵为电动控制，所述出气泵为电动控制；所述过滤层组为3～5个过滤网，包括一个或多个海绵过滤网，包括一个或多个，包括一个或多个活性炭过滤网和微孔膜过滤网。

优选地，所述供电装置包括支架、微生物太阳能发电板、逆变器以及蓄电装置，所述微生物太阳能发电板设置在所述支架上，所述微生物太阳能发电板与逆变器及蓄电装置连接，所述蓄电装置与中央控制器连接，所述微生物太阳能电池板是由微生物太阳能电池构成。

以下将详细介绍以上所述的微生物太阳能电池的组成结构。

作为本发明的一部分，该微生物太阳能电池能够提供电能，所述太阳能电池为染料敏化太阳能电池，具有制作简单、成本低的优点，在各种光照下，染料敏化剂均能够达到饱和状态，具有较强的环境适应性，并且该太阳能电池工作温度范围较宽，适应性强。

如图2所示，该微生物太阳能电池基于染料敏化太阳能电池，同时增加微生物阳极部分，作为优选实施例，该微生物太阳能电池包括阴极、与阴极对置的阳极和保持在两极之间的电介质层，所述阳极包括光阳极和微生物阳极，光阳极和微生物阳极均与阳极控制开关的一端连接，阳极控制开关另一端与阴极连接。

微生物阳极产生电流的原理：微生物阳极中的产电微生物在厌氧条件下将有机物或无机物氧化为代谢产物，同时产生质子和电子，电子传递到电极表面，再经外电路传导到阴极，同时质子通过阳离子交换膜迁移到阴极。在阴极中，电子受体得到电子被还原，阳极室中产生的电子被不断传递、消耗，从而形成闭合回路产生持续电流，实现了消耗有机质的同时产生电流。

所述微生物阳极是一个中空腔体，腔体四周设有气孔，腔体设置有进液口和出液孔，由于该中空腔体是微生物的载体，所述该中空腔体底部内置有一层生物膜，该生物膜有利于微生物均匀排列生长。

所述光阳极和微生物阳极均与阴极连通，但是白天有阳光时候，只需要光阳极工作产生的电流就足够本设置需要；白天时候微生物阳极中的微生物也需要在阳光下进行自养合成生长所需有机物，即微生物阳极只在晚上或者没有阳光时候工作。

优选地，在两个阳极之间设置阳极控制开关，所述阳极控制开关是一个定时开关，可以根据季节变化和日落日出控制两个阳极的各自工作时段。

优选地，所述微生物阳极中的微生物为光能自养微生物。

更优选地，所述光能自养微生物为光合细菌，所述光合细菌为紫硫细菌、红硫细菌、绿硫细菌、真核藻或原核藻中的一种或者多种。

由于光合微生物具有一定的最适生长温度，如果温度过高或者太低，都不利于微生物生长。为了提供微生物一个较适合的生长环境，本装置设置一个遮阴降温模块。

优选地，所述微生物阳极远离电介质层设置有隔热层，所述隔热层为玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐制成。或者选自气凝胶毡、真空板等。

优选地，所述光阳极由接近电解质层由近及远的顺序，该光阳极包括光阳极膜和透明基板，所述光阳极膜可以为承载有敏化染料的半导体多孔膜，所述承载有敏化染料的半导体多孔膜中半导体材料可以为TiO₂、In₂O₃；所述透明基板可以为FTO导电玻璃。

优选地，所述电解质层为溶解有氧化还原系统的电解液，其中该氧化还原系统引起至少一种可逆的氧化还原状态变化，例如，氧化还原对可以是I^-/I₃^-、Br^-/Br₂等卤素类、铜(I)离子/铜(II)离子等。

所述阴极主要是用来收集电子，此外，阴极还起到催化作用，以加速电解质层中碘离子与阴极之间的电子交换，这就需要对阴极进行修饰，以提高其催化性能。由于铂是常用的催化剂，其成为一种常用的染料敏化太阳能电池阴极材料，但是由于铂金属为一种贵金属，采用铂金属成本较高，在现有技术中，人们正在寻找性能更高、更稳定、制作成本更低的可替代材料。

图3为本发明所述微生物太阳能电池阴极的一个示例的结构示意图，作为本发明的优选实施例，本发明所述的阴极为一种复合阴极，具体包括：阴极基板21、形成于所述阴极基板21上的氧化铜纳米棒薄膜、和填充于所述氧化铜纳米棒薄膜上的氮化钛纳米颗粒薄膜23。

所述阴极基板21可为铜箔、铜板或者其合金。

由于氧化铜是一种窄禁带半导体材料，其具有良好的光电和催化性能，并且成本低廉，是一种优良的阴极替换材料；氮化钛具有类似贵金属的电子结构，表现良好的催化性能，同时，氮化钛具有良好的导电性和抗腐蚀性能，能够有效防止电解质层中电解液对于阴极材料的腐蚀，以延长阴极的使用寿命。

本发明的阴极采用氧化铜纳米棒薄膜结合氮化钛纳米颗粒薄膜，该氮化钛纳米颗粒能够有效填充于氧化铜纳米棒之间的孔隙，有效提高了阴极的表面积，同时能够有效减小氧化铜纳米棒之间的阻抗，提高导电性，这对于该太阳能电池的光电转化率的提高具有积极意义；从电解液的腐蚀方面，该氮化钛纳米颗粒薄膜能够有效阻滞电解液对于氧化铜纳米棒的腐蚀。

作为一种更优选地实施例，接下来将介绍阴极的制备过程，包括以下步骤：

S1.裁剪合适大小的铜箔作为阴极基板21，经过盐酸清洗，然后将铜箔放入pH为12.5的氨水和氢氧化钠的水溶液中，20天后在铜箔表面生成氧化铜纳米棒，用去离子水冲洗后晾干，在铜箔表面得到氧化铜纳米棒薄膜22；

S2.取纳米二氧化钛颗粒和碳黑混合，其中两者物质的量之比为7:1，然后将该混合物与适量蒸馏水混合，超声处理2h，得到分散良好的二氧化钛胶体，然后利用刮涂法将二氧化钛胶体涂覆在上步生长有氧化铜纳米棒薄膜的铜箔表面，二氧化钛胶体厚度为30μm；

S3.经过干燥后，将该铜箔置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为850摄氏度的条件下氮化5h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜23，进而得到阴极。

为了避免阳光中的紫外线对电池中的燃料破坏，在所述阳极远离电解质层一侧设有防紫外线层。

所述防紫外线层设在光电极表面，具体为具有防紫外线功能的玻璃，其对可见光透过率为89％，波长为320nm的光线透过率为0％，波长为350nm的光线透过率为30％，能够有效防止阳光中紫外线对于所述太阳能电池中染料的破坏作用，从而延长该太阳能电池的使用寿命。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。