光触媒反应组件及其应用方法与流程

本发明涉及一种光触媒处理部件，可以应用于空气净化杀菌除臭等技术领域，本发明还涉及该光触媒处理部件的应用方法。

背景技术：

光触媒是一类以二氧化钛为代表的，在光的照射下自身不起变化，却可以促进化学反应，具有催化功能的半导体材料的总称。二氧化钛作为一种光触媒，在吸收太阳光或照明光源中的紫外线后，在紫外线能量的激发下发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基和超氧阴离子自由基，可把空气中游离的有害物质(各种有机化合物和部分无机物)及微生物分解成无害的二氧化钛和水，从而达到净化空气、杀菌、除臭等目的，这即为光催化技术，它目前被广泛应用在空气净化领域，是一项较为优越的空气净化技术。

一般来说，光触媒必须在紫外线的照射下才能发挥作用。如果不能获得太阳光照，若想激活光触媒，则必须另外加上紫外灯。当然，目前还有一些新型的复合催化剂，即在二氧化钛中加入一些铜、银等金属元素增加其活性，在自然光作用下也可发生催化反应。但在空气净化器中应用光催化技术时，其所采用的光触媒无论是传统的二氧化钛还是新型的复合催化剂，都需要配备紫外光源或可见光源，其光催化净化过程是靠风机带动空气不断循环通过有光源照射的光触媒反应层来实现的。

一般地，在应用同样光触媒的情况下，光触媒反应层与空气接触的面积越大、光触媒反应层与空气接触的时间越长、紫外光源辐照强度(或可见光源光照强度)越高，光催化的净化效果就越好。因此在考虑提升空气净化器的光催化净化效果时，也多是从这几个方面入手的，即：增大光触媒层的反应面积、延长气流通过光触媒层的时间、提高紫外光源辐照强度(或可见光源光照强度)；当然，通过改良光催化剂的活性也是可以提高净化效果的。

其中，为提升光催化净化效果而应用较为广泛的方法是：选用一些好的光催化剂载体来增大光触媒层的反应面积，如金属蜂窝网、泡沫金属网、活性炭纤维网等，但它们在应用的结构形式上都存在一些不足。金属蜂窝网光触媒反应层多是板式结构且有一定厚度，使用单个光源照射时会覆盖不均匀，这就会削弱一些反应层的作用，甚至会导致有些反应层完全不参与反应。若想覆盖均匀，可以增加光源数量或增大光源与光触媒反应层之间的距离，但这会带来功耗增加或结构尺寸增大的问题。在不增加功耗的情况下，可以考虑将一个强光源分成多个弱光源，但又会带来削弱辐照强度(或光照强度)的问题。

得益于泡沫金属网和活性炭纤维网的结构和材料特性，以它们作为载体的光触媒反应层可以做成筒状包围在光源四周，这样就基本不存在照射覆盖不均匀的情况。现有技术中公开的文献可以参考专利号为ZL201320346375.4的中国实用新型专利《一种空气净化装置》(授权公告号为CN203329590U)。类似的还可以参考专利号为ZL201520327349.6的中国实用新型专利《空气净化器的光触媒组件》(授权公告号为CN204952662U)。

但这些反应层使用时做不了太厚，因为光由内层透射到外层时，辐照强度(或光照强度)由于折射作用在不断被削弱，反应层太厚时，外层基本发挥不上作用。同时这些光触媒反应层的内部孔隙是相互贯通的，风机在带动空气通过这些反应层时，气流是沿着最小阻力路径走的，反应层中一定存在无气流通过的部分，即存在流通气流分布不均的问题；由于光触媒反应层不参与截留颗粒物，反应层的内部阻力特性基本不会改变，所以反应层中那些无气流通过的部分则会一直无法发挥作用。

现有技术中提供了一种改进方案，见专利号为ZL200610028181.4的中国发明专利《薄板组合式光触媒载体结构》(授权公告号为CN101096014B),该专利包括数片薄板、紫外光源，将数片薄板沿紫外光源的垂直轴线方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源从数片薄板的中间部位穿过，每一片薄板的表面均载有光触媒，各薄板之间留有供流体流动的间隙，薄板为回转平面。光触媒载体结构能充分利用紫外光的直线传播特点，可以使该光触媒载体获得超大的紫外光照射比表面积，同时通过增加薄板的数目或拓展薄板的叶片尺寸，相应地调整薄板的排列位置，可以获得更大的紫外线照射比表面积，当该薄板组合式光触媒载体结构应用于污染物处理系统后，能获得更高的处理效率。该专利通过对薄板是回转平面的限制，来提高紫外线照射比表面积。但对于层与层之间的关系及薄板内径和外径的之间的限定没有提出建设性意见，而这些技术点同一方可以做到优化设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种在整体体积一定的情况下能最大限度提高紫外有效照射表面积的光触媒反应组件。

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种在整体体积一定的情况下能最大限度提高紫外有效照射表面积的光触媒反应组件的应用方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光触媒反应组件，包括反应板及紫外光源，前述的反应板为至少三片并沿紫外光源的长度方向呈叠层状组合于一起，每片反应板表面具有光触媒材料，相邻的反应板之间具有供空气流动的光通道，前述的紫外光源贯穿通过反应板的中部，其特征在于所述的反应板呈圆环状，所述的紫外光源呈柱状；所述紫外光源的有效长度大于或等于所述反应板的总高度；位于叠层底端边缘的反应板中部形成有出风口，所述的光通道沿径向分割成多个子通道，自出风口向上每层光通道内子通道的数量逐渐递减或一致。每层光通道沿径向平均分割形成的子通道数越多，光触媒反应层的面积就越大，这是有利的，但分割过多同样会影响到光源向外部的照射。

作为优选，所述的反应板采用金属铝合金板或亚克力板。

作为优选，每层光通道轴向高度自出风口向上逐渐递减或等高。

最靠近出风口的子通道数Y1满足：其中D2为反应板(1)的内圈直径，单位为mm，表示小于的最大整数值。子通道数量过多又会反过来影响光源向外部的照射。

所述反应板的内圈直径为100mm～120mm，外圈直径为140mm～220mm；所述反应板厚度为0.4mm～1.0mm；所述紫外光源的直径不超过25mm。这样的设计是基于以下考虑的：反应板过后会占用过多空间，但又要保证一定的强度且不易破裂；在不削弱辐照强度(或光照强度)的情况下，光源灯管的直径越小越好。为了更好的光催化净化效果，气流通过反应层的时间越长越好，在风量一定的情况下，这需要反应层通道长度增加，但过长的反应通道会带来结构尺寸和内部损耗的增加。

所述紫外光源的有效长度不超过300mm，为避免环形通道间隙值过小影响到光源向外部的照射，所述光通道的轴向高度不低于5mm。

一种光触媒反应组件的应用方法，其特征在于该反应组件的进风流量Q不超过6m³/min。

该反应组件的进风流量Q不超过2m³/min，所述反应板的总高度为15mm～(50Q+5)mm，所述光通道数量不超过10，并且，光通道数量随反应板的总高度的增加而升高。

该反应组件的进风流量Q满足：2m³/min<Q≤5m^3/min，反应板的总高度(50Q+5)mm～(50Q+20)mm，所述光通道数量不超过15，并且，光通道)数量随反应板(1)的总高度的增加而升高。

该反应组件的进风流量Q满足：5m³/min<Q≤6m^3/min，所述反应板的总高度270mm～300mm，所述光通道数量不超过17，并且，光通道数量随反应板的总高度的增加而升高。

在规定风量范围内，控制反应板高度和光通道数量可以防止空气从进入到流出时风速变化过于急促引起内部紊流带来噪声问题。

所述的紫外光源呈柱状，直径不超过25mm；所述紫外光源的有效长度大于或等于所述反应板的总高度，所述紫外光源的有效长度不超过300mm；

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对反应板厚度，内圈和外圈直径大小等限定及子通道数量的合理布置，避免了光源的浪费，减小了因紊流而形成的噪音、延长了气流在光通道内的反应时间及增加光通道内的反应面积。

附图说明

图1为实施例结构示意图。

图2为实施例立体剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2所示，光触媒反应组件包括反应板1及紫外光源2，反应板1为数片并沿紫外光源2的垂直轴线方向呈叠层状组合于一起，每片反应板1表面具有光触媒材料，相邻的反应板1之间具有供空气流动的光通道3，紫外光源2贯穿通过反应板1的中部，反应板1为呈圆环状，内圈直径为100mm～120mm，外圈直径为140mm～220mm；反应板1厚度为0.4mm～1.0mm。

紫外光源2呈柱状，直径不超过25mm；紫外光源2的有效长度等于反应板1的总高度，紫外光源2的有效长度不超过300mm；底端边缘的反应板1中部形成出风口4，

光通道3沿径向分割成多个子通道31，自出风口4向上每层光通道3内子通道31的数量逐渐递减或一致；光通道3的轴向高度不低于5mm。最靠近出风口的子通道数Y1满足：其中D2为反应板(1)的内圈直径，单位为mm，表示小于的最大整数值。子通道数量过多又会反过来影响光源向外部的照射。

反应板1采用铝合金板或亚克力板。每层光通道3轴向高度自出风口4向上逐渐递减或一致。

当进风流量Q不超过2m³/min时，反应板1的总高度为15mm～(50Q+5)mm，光通道3数量不超过10，并且，光通道3数量随反应板1的总高度的增加而升高。

当进风流量Q满足超过2m³/min<Q≤5m^3/min，反应板1的总高度(50Q+5)mm～(50Q+20)mm，光通道3数量不超过15，并且，光通道3数量随反应板1的总高度的增加而升高。

当进风流量Q满足超过5m³/min<Q≤6m^3/min，反应板1的总高度270mm～300mm，光通道3数量不超过17，并且，光通道3数量随反应板1的总高度的增加而升高。

实施例1，反应层总高度为H1、光源有效长度(未被遮挡的发光区域)为H2、整体结构外圈直径为D1、整体结构内圈直径(即光触媒结构出风区域直径)为D2、光源灯管直径为D3、反应层载体厚度为B1、整体结构在高度方向上形成的环形通道层数为X(其中每层环形通道的间隙值依次记为S1、S2、...、SX，最靠近出风区域的那层环形通道的间隙值为S1，由近及远类推)、每层环形通道沿径向平均分割形成的子通道31数依次为Y1、Y2、...、YX(Y1、Y2、...、YX皆为整数。

S1＝5mm、S2＝6mm、S3＝7mm、S4＝8mm、S5＝9mm、S6＝S7＝S8＝S9＝S10＝10mm。

Y1＝Y2＝Y3＝Y4＝Y5＝Y6＝Y7＝Y8＝Y9＝Y10＝12。

D1＝180mm、D2＝100mm、B1＝0.5mm、H1＝90.5mm。

反应板1采用铝合金板。

对比例1，浸渍涂覆二氧化钛的疏松纤维毡构成的筒状结构：

外径180mm、内径100mm、高度85mm。

对比例2，板状铝蜂窝结构：长108mm、宽100mm、厚40mm，其内部实际涂覆有光触媒层的表面面积和实施例1基本接近。

三种反应结构均涂覆同种二氧化钛光触媒，将同种紫外光源2分别与三种结构组合起来构成光触媒反应装置进行净化效果测试，以对甲醛的降解能力作为表征，测试时的净化风量控制一致。

试验步骤：

1、将装有光触媒反应装置的试验整体装置放入试验箱。

2、取一定量甲醛溶液放入烧杯，对其进行称重并记录下来(30.13g(含烧杯))，然后将烧杯放到试验箱中，接着密封试验箱。

3、通电启动循环风扇(不启动紫外灯)，4h后打开试验箱取出烧杯，接着再密封试验箱、关闭风机。

4、静置14h后，通电启动风机(循环净化风量为2m³/min)、紫外灯，5min后测定试验箱内甲醛浓度并记录下来作为试验初始浓度值，12h后测定试验箱内甲醛浓度并记录下来。

试验结果：

从上表可以看出采用实施例1的结构在单位时间内空气净化效果优于对比比例1和对比例2。