专利名称：一种光催化活性剂发生装置及采用该装置的空气净化器和发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光催化活性剂发生装置及采用该装置的空气净 化器和发动机，该光催化活性剂发生装置包括光催化网和紫外线灯。
背景技术：
光催化净化技术作为空气净化技术，近年来得到迅速发展。国内生 产的纳米二氧化钛光催化剂已达到令人满意的水平。现有光催化空气净
化的主流方案是在多孔材料如泡沫镍网、不锈钢网、蜂窝状活性炭网 等基材的表面以喷涂、浸泡等方式加载纳米二氧化钛光催化剂，制成光 催化网；以波长小于400腦的紫外线灯(如254腦杀菌灯)、LED紫外线 发光二极管等作为光源。当光源发出的光子"轰击"光催化网上的二氧 化钛时，二氧化钛内部的电子产生跃迁从而产生"电子——空穴'，对。 电子和空穴分别与氧分子和水分子发生还原反应和氧化反应(简称光催 化反应)分别生成具有强氧化能力的物质一一活性氧(02—)和羟基( OH), 在这里，将光催化所产生的活性氧和羟基统称为活性剂。活性剂能快速 分解空气中的污染物(微生物和有害气体)，最终生成水和二氧化碳或其 它对人体无害的无机物。现有光催化空气净化器就是应用上述原理，由
循环风机带动空气流经光催化网，净化空气中的污染物。产生活性剂的"量"以及单位时间内空气污染物与活性剂相互作用的"量"决定净化 效率。为了获得更多的活性剂，通常是采用大比表面积的基材(如更小 孔径的泡沫镍网)作为光催化剂的载体，结果是风阻大幅度提高，由于 空气净化器内的气流通道是唯一的，在不加大风机功率的情况下，流经 光催化网的空气流量明显减少，净化效率得不到应有的提高。同时，也 增大了空气净化器的噪声，另一方面，还加速了灰尘在光催化网上积聚， 大大缩短光催化网的使用寿命。
2007年10月3日公告的、公告号为CN200954261Y的中国专利公开 了 一种封闭结构的光催化空气净化装置，主要由光催化网和紫外线灯管 构成，光催化网覆盖在设定形状的支架表面，形成一个封闭的空间结构， 紫外线灯管设置在所述的空间结构内部。该光催化网仅仅由一层涂附有 二氧化钛光催化剂的泡沫镍构成，电子和空穴的复合率较高，影响净化 效率。另外，所需处理的空气完全经过封闭的光催化网，风阻较大，为 了提高空气透过率，则需加大风机的功率，这样会造成更大的噪声。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能降低电子与空穴的复合 率以提高空气净化效率的一种光催化活性剂发生装置，本实用新型还提 供一种采用该光催化活性剂发生装置的空气净化器，本实用新型还提供 一种釆用该光催化活性剂发生装置的发动机。
为解决上述问题，本实用新型提供一种光催化活性剂发生装置，包 括光催化网和紫外线灯，其特征在于，所述光催化网由靠近紫外线灯的至少 一层多孔基材和外层远离紫外线灯的空白的多孔金属网充分接触、 层叠复合而成，所述基材上载有光催化剂。
所述基材为三维网状结构泡沫金属、或金属丝网、或蜂窝状活性碳
网、或为上述三种多孔基材的任意组合；外层为空白金属丝网。
所述光催化网的基材为一层三维网状结构泡沫镍，外层为空白的不
4秀钢丝网。
所述装置还包括支座，所述光催化网弯曲成拱形，底端敞口，并以 底端的两边安装在支座上，拱形光催化网的两端也敞口，为进气口端和 出气口端，所述紫外线灯连接在支座上，并置于光催化网的拱形空间内。
所述光催化网弯曲成U形或弧形；所述支座包括两个灯座，以及连 接在两个灯座之间的反光灯罩；所述光催化网底端的两边连接在灯罩的
两侧边。
所述光催化网的出气口端外侧间隔设有阻挡气流直线通过的挡板。 所述挡板的形状和大小与所述出气口端截面相适应；所述挡板的下 端连接在支座上。
所述紫外线灯为波长小于400腿的紫外线灯，或者为LED紫外线发 光二极管，所述波长小于400nm的紫外线灯采用"罗耶"电路结构的电 子镇流器。
所述空气净化器的气流通道上设有所述光催化活性剂发生装置。 所述发动机的空气过滤器的气流通道上设有所述光催化活性剂发生装置。
本实用新型的有益效果在于，由于采用了至少两层多孔材料网充分
6接触、层叠复合而成的光催化网，外层的多孔金属网拓广了光催化网上 电子迁移的途径，降低电子和空穴的复合率，增大了产生的活性剂的量， 因此提高了空气净化的效率。同时，复合还提高了光催化网的整体强度。
当采用内层涂附有光催化剂的三维网状结构泡沫镍和外层的空白不 锈钢网组成光催化网，成本较低。
进一步技术方案中，提供了将光源和光催化网集成化的方案，使空 气净化器的开发和生产模块化，并容易实现产品系列化，既经济又实用。 光催化网两端敞口，风阻减小，循环风量增加，单位时间内空气污染物
与活性剂相互作用的量相应增加；空气流量加大，不必采用大功率风机， 避免了大的噪音，也有利于空气净化器的产品小型化；同时，减緩了灰
尘在光催化网上的聚积，延长了光催化网的4吏用寿命。
在该装置的光催化网出气口端间隔一定距离设置一个挡板，该挡板 阻挡气流自光催化网的进气口向出气口方向直线通过，挡板改变了空气 流经光催化网的方式，调节气流通道各处的压力和控制流量，促使气流 更多地透过光催化网，尽量多地产生活性剂，以进一步提高净化效率。
采用本实用新型的光催化活性剂发生装置的空气净化器，相应具有 上述有益效果，实验证明，在相同紫外线灯功率、相同光催化网面积、 相同风机的条件下，本实用新型的空气净化器净化效率提升显著，是背
景技术的空气净化器的3倍以上，光催化网使用寿命延长4倍。
对于采用该光催化活性剂发生装置的发动机而言，由于空气过滤器 内更多活性氧的产生，燃料燃烧速度变快，做功能力提高，燃烧彻底， 燃油的利用率提高，尾气有害成分的排放减少，因而提高了发动机的效率，还减少了环境污染。实验结果表明，将该光催化活性剂发生装置应
用在长安牌SC6331A汽车发动机上，车辆才是速显著改善，0~80公里/小 时之间发动机输出扭矩增加10% ~30%，综合油耗由7.7升/100公里降 为7. 1升/100公里，尾气有害成分降低10%左右。
另外，本实用新型的光催化活性剂发生装置不涉及活动零部件、不 涉及在空气中高压放电，可靠性高、不产生臭氧。其使用寿命视紫外线 灯的使用寿命而定，国产冷阴极石英管紫外线灯的使用寿命已可达2万 小时，所以，该光催化活性剂发生装置安全、可靠、使用寿命长，成本 低廉，经济实用。应用集成化的光催化活性剂发生装置在空气净化器上， 不仅可提升空气净化器的整体性能，还对缩短空气净化器的开发和生产 周期，以及产品标准化，降低生产成本有积极的现实意义。发动机采用 该光催化活性剂发生装置时，无需改变发动机原有的结构。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明
图l是光催化活性剂发生装置的外形主视图。
图2是光催化活性剂发生装置的外形左视图。
图3是
图1的A-A剖视图。
图4是图2的B-B剖视图。
图5是
图1的C-C剖视图。
图6是光催化活性剂发生装置的部件分解立体图。 图7是紫外线灯电子镇流器的电路图。
8图8是光催化活性剂发生装置用于空气净化器上的示意图。 图9是光催化活性剂发生装置用于发动机的示意图。
具体实施方式
如
图1 ~ 6所示是本实用新型的光催化活性剂发生装置100，包括光 催化网10,紫外线灯20,灯罩30，灯座40、 60,挡板50，所述灯罩30 和灯座40、 60构成支座。对于不同的应用场合，支座结构将作相应改变， 以满足安装要求。
本实施例的光催化网10为两层多孔材料网层叠复合而成，内层，即 靠近紫外线灯的一层是三维网状结构泡沫镍12,作为基材，其上载有二 氧化钛光催化剂；外层，即远离紫外线灯的是空白的不锈钢丝网11,所 谓"空白"，是指没有加载光催化剂。不锈钢丝网复合在泡沫镍的背光面， 二者弯曲成型，两网之间接触良好、充分，以有效拓广光催化网上电子 迁移的途径、降低电子和空穴的复合率，将光催化网弯曲成拱形，特别 是U形或弧形，更能保证充分接触。所述靠近紫外线灯的多孔材料基材， 可以是泡沫镍、泡沫铝，还可以是蜂窝状活性碳网，还可以是金属丝网。 外层的金属网可以是不锈钢、钛、铂金等金属丝网。该光催化网的基材 可以由两层以上的上述多孔材料网层叠复合而成，其上均载有二氧化钛 光催化剂。对于小功率活性剂发生装置而言，所用光催化剂为二氧化钛 光催化剂，是二氧化钛含量2% ~ 3%、粒径5 ~ 20薩、PH值不大于3的溶 胶，基材的孔径为90~ 110ppi、厚度为1. 2 ~ 2. Omm、Ni含量不低于99. 5%， 用喷涂法将光催化剂加载到基材上，光催化剂成膜后全面覆盖基材表面而且不出现粉化现象，膜与基材结合牢靠，用在外层的所述金属丝网的 孔数为80 ~ 100目。大功率活性剂发生装置用的光催化剂、基材和金属 丝网的参数根据实际使用要求进行调整。本实用新型所用光催化剂优选 为二氧化钛光催化剂。
本实施例的灯座40、 60为两个，起支撑紫外线灯20和灯罩30的作 用，
图1 ~6所示的灯座结构适合在空气净化器中使用。灯罩30材质为 以铝合金制成的槽状的反光灯罩，既保证有足够的强度又有较高的紫外 线反射率，可以提高紫外线光的利用率。对反光面进行抛光处理或在反 光面在贴镜面铝箔能进一步提高光的利用率。每个灯座40、 60上设有连 接孔41、 61，所述灯罩30两端设有可折弯的连接边31，所述连接边伸 入所述灯座的连接孔41、 61中，然后折弯，使得灯罩30连接在两个灯 座40、 60之间。所述光催化网未弯曲之前为方形，弯曲后为底端敞口的 拱形，底端的两边15安装在所述灯罩的两侧边，以第一螺钉70紧固， 拱形光催化网的两端也敞口，为进气口端13和出气口端14。在所述光催 化网的出气口端14的外侧设有挡板50,所述挡板下端用第二螺钉80连 接在灯座60上，该挡板与出气口端间隔一定距离，高度达到光催化网的 高度，外形可采用与出气口端的截面相适应的形状，它可阻挡气流自进 气口端直线通过出气口端，起调节压力和控制流量的作用，当实际应用 场合有结构件可以代替挡板时，挡板被省去。且在某些场合，如有的发 动机，挡板被省去(图中未示出)。
所述紫外线灯20为波长小于400皿的紫外线灯，或者为LED紫外线 发光二极管，紫外线灯用热熔胶或环氧树脂连接在灯座40、 60上，置于
10灯罩30和光催化网IO之间。紫外线光功率直接影响活性剂的产出率。 在要求活性剂产量大的情况下，除增大光催化网基材的比表面积、加大 光催化网的面积外，还需有足够高的紫外线光功率。灯的数量由所需紫 外线光功率和单支灯的紫外线光功率确定。 -
图1~6、 8中示出的是使用一支U型冷阴极石英管紫外线杀菌灯的 情形，电子镇流器(图中未示出)是保证紫外线灯正常工作的重要器件， 直接影响灯的输出功率、光衰減和灯的使用寿命。该紫外线杀菌灯配有 采用"罗耶，，电路结构的电子镇流器，电路如图7所示， 一个变压器T 的初级线圏由线圈N2、 N3串联而成，线圈N2、 N3之间连接着电感L的 一端，电感L的另一端与电源正极电连接，线圈N2、 N3的两端则并联着 一个电容Cl,电容C1与线圏N2的连接点之间连接着三极管VT2的集电 极，电容C1与线圏N3的连接点之间连接着三极管VT3的集电极，这两 个三极管的基极串联在一个线圈N4的两端，而这两个三^L管的发射^l电 连接，然后连接在一个二极管VD (型号IN1004 )的阳极，该二极管的阴 极连接在电源的负极，所述三极管VT3的基极与线圏N4的连接点与电源 正极之间电连接一个电阻R2,所述变压器的次级线圈Nl与电容C2、紫 外线灯串联。当采用2W紫外线杀菌灯时，可采用如下参数，输入电压为 直流12V,变压器T为卧式的EE19型，电感L为10(￥H，电阻R2为1. 8K Q ， 线圈Nl匝数为720匝，线圈N2、 N3匝数分别为10匝，线圈N4匝数为3 匝，电容C1为0. 039樣t法，电容C2为22皮法。
当使用LED紫外线发光二极管作光源时，(图中未示出，)电子镇流 器被省去，活性剂发生装置直接由直流电源供电。
图1 6所示的光催化活性剂发生装置100可适用于空气净化器200, 所述空气净化器200的壳体210内的气流通道400上设有所述光催化活 性剂发生装置IOO,如图8所示，空气净化器风机220设置在图示的进气 口端13外侧，该空气净化器的工作原理如下风机210向空气净化器的 工作腔施加压力PO,在压差(P0-Pl)驱动下，位于挡板50前的光催化 网IO的周围气流为Ql、 Q2、 Q3(气流方向参考图示箭头)。压差(P2-P3) 直接影响气流Q2的大小。通过合理的结构设计，包括调整挡板位置，使 得在满足有足够大小的Ql、 Q3的前提下，使P3尽可能接近Pl,使P2 尽可能接近PO,以获得最大的压差(P2-P3),使流经复合网的气流Q2 达到最大。由此可知，使用该光催化活性剂发生装置的空气净化器在获 得大的循环风量的同时，综合结果是流经复合网的气流量得到提高，单 位时间内的空气净化量大幅度增大。另一方面，由于惯性力的作用，降 低了灰尘在光催化网上积聚的机会，大大延长光催化网的使用寿命。若 风机置于挡板右侧，工作原理用类似的方法分析，此处不再赘述。
如图9所示，本实用新型的光催化活性剂发生装置IOO还可用于发 动机300,设置于发动机的空气过滤器310的气流通道400上，此处可以 设置挡板，也可以不设置挡板。发动机300的输出功率和尾气有害成分 排放量在很大程度上取决于燃料的燃烧状态。燃料由燃油和空气组成， 光催化活性剂发生装置100是通过改变空气的成分，提高燃料的燃烧效 率来达到环保节能的目的。
在空气净化器的开发过程中，做燃烟试验时，经常发现香烟过滤嘴被 整个烧完；在使用光催化空气净化器的环境中，可检测到负离子含量提高。据此可以推断，光催化能产生游离态的物质，并且是助燃的。由光 催化机理可知，二氧化钛光催化反应生成的活性氧((V)能促进燃烧。
如图9，流经发动机的空气过滤器310的空气进入光催化活性剂发生 装置100的腔室，腔室内含有活性氧的空气和燃油按一定比例混合成发 动机的燃料。由于活性氧的加入，燃料进入汽缸330后燃烧速度变快， 做功能力提高，燃烧彻底，燃油的利用率提高，尾气有害成分的排放减 少。
权利要求1、一种光催化活性剂发生装置，包括光催化网和紫外线灯，其特征在于，所述光催化网由靠近紫外线灯的至少一层多孔基材和外层远离紫外线灯的空白的多孔金属网充分接触、层叠复合而成，所述基材上载有光催化剂。
2、 根据权利要求1所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于， 所述基材为三维网状结构泡沫金属、或金属丝网、或蜂窝状活性碳网、 或为上述三种多孔基材的任意组合；外层为空白金属丝网。
3、 根据权利要求2所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于，所 述光催化网的基材为一层三维网状结构泡沫镍，外层为空白的不锈钢丝 网。
4、 根据权利要求l所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于，所 述装置还包括支座，所述光催化网弯曲成拱形，底端敞口，并以底端的 两边安装在支座上，拱形光催化网的两端也敞口 ，为进气口端和出气口 端，所述紫外线灯连接在支座上，并置于光催化网的拱形空间内。
5、 根据权利要求4所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于，所 述光催化网弯曲成U形或弧形；所述支座包括两个灯座，以及连接在两 个灯座之间的反光灯罩；所述光催化网底端的两边连接在灯罩的两侧边。
6、 根据权利要求4或5所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于， 所述光催化网的出气口端的外侧间隔设有阻挡气流直线通过的挡板。
7、 根据权利要求6所述的光催化活性剂发生装置，其特征在于，所述挡板的形状和大小与所述出气口端截面相适应；所述挡板的下端连接 在支座上。
8、 根据权利要求l ~5任一项所述的光催化活性剂发生装置，其特 征在于，所述紫外线灯为波长小于400nm的紫外线灯，或者为LED紫外 线发光二极管，所述波长小于400nm的紫外线灯采用"罗耶"电路结构 的电子镇流器。
9、 采用权利要求l所述的光催化活性剂发生装置的空气净化器，其 特征在于，所述空气净化器(200 )的壳体(210)内的气流通道(400 ) 上设有所述光催化活性剂发生装置(100 )。
10、 采用权利要求1所述的光催化活性剂发生装置的发动机，其特 征在于，所述发动机(300 )的空气过滤器(310)的气流通道(400 )上 设有所述光催化活性剂发生装置(100 )。
专利摘要一种光催化活性剂发生装置，包括光催化网和紫外线灯，所述光催化网由靠近紫外线灯的至少一层多孔基材和外层远离紫外线灯的空白的多孔金属网充分接触、层叠复合而成，所述基材上载有光催化剂。采用复合网，可降低电子和空穴的复合率，增大了产生的活性剂的量，因此提高了空气净化的效率。进一步采用两端敞口的光催化网，循环风量的增加，加大了单位时间内空气污染物与活性剂相互作用的量，进一步提高空气净化的效率；集成化的光催化活性剂发生装置，使空气净化器的开发和生产模块化，并容易实现产品系列化，既经济又实用。可在空气净化器以及发动机的空气过滤器的气流通道上设置所述光催化活性剂发生装置。
文档编号B01J19/08GK201263979SQ20082009461
公开日2009年7月1日 申请日期2008年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者马骧彬 申请人:马骧彬