一种具有催化涂层的电加热装置及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电器类技术领域，具体地，涉及一种具有催化涂层的电加热装置及其 制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 空调器、空气净化器等家用电器已逐步成为最常用的空气品质调节电器，一方面， 空气品质调节电器内装的电加热装置在气温较低时可以实现空气温度的调高，从而提升用 户体验；另一方面，一般采用催化氧化的方法，即在催化剂作用下，可以将空气中的气态污 染物转化为无毒无害的二氧化碳和水，实现空气净化。然而，对于一些高沸点、结构复杂的 气态污染物，如苯系物（二甲苯、甲苯、苯）、多环芳烃等，催化氧化的方法在常温下很难实 现，往往需要通过提高温度来促进其降解转化过程，因此在常温下去除上述气态污染物是 一大技术难题。
[0003] 为了解决这一技术难题，现有的方法是将催化剂负载固定在空气品质调节电器的 发热组件上，形成由催化剂负载层和发热组件（2)构成的电加热装置，利用电加热装置释 放的热，提升催化剂的温度，当含有气态污染物的气流通过前述负载固定在空气品质调节 电器的电加热装置上的催化剂时，在热以及催化剂的作用下被降解为水和二氧化碳等无害 物质，同时实现气流温度的升高。然而，在现有的空气品质调节电器产品中，在高低温频繁 交替、湿度差异变化大、产品中的机械振动以及大风量过风等实际情况因素作用下，往往会 使得催化剂负载层的催化剂催化活性较低、催化剂负载层容易从电加热装置剥离脱落，从 而导致催化剂负载层的使用寿命有限，严重制约着催化剂涂覆技术的发展和相应产品的实 用化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种具有催化涂层的电加热 装置及其制备方法和应用。本发明的电加热装置的催化涂层兼具高结合强度和高催化活性 的特性，在恶劣工况下仍能够长期运行，使用寿命得到明显延长。
[0005] 本发明的发明人在长期的研究实践中，经过理论分析和实验验证获得如下认知： 在将催化剂负载固定在空气品质调节电器的电加热装置上时，催化剂与电加热装置之间的 结合强度是影响空气品质调节电器（尤其是空气品质调节电器的催化剂负载层）在恶劣工 况（如高低温频繁交替、湿度差异变化大、机械振动以及大风量过风等情况）下能否长期无 故障运行的重要因素，因此，在设计电加热装置时需要求催化剂与空气品质调节电器的电 加热装置之间的负载粘结具有一定的致密度和结合强度。同时，为了保证气态污染物与催 化剂之间充分接触，提高表面接触程度和催化剂的催化活性，负载固定的催化剂还要具有 一定的厚度和疏松度。进一步地，本发明的发明人在研究中意外发现，在内部具有空腔结构 的绝缘导热组件的外表面上设置催化涂层，并将发热组件设置在绝缘导热组件的空腔内， 由此得到的包括发热组件、内部具有空腔结构的绝缘导热组件和催化涂层的电加热装置， 其催化涂层兼具高结合强度和高催化活性的特性，在恶劣工况下仍能够长期运行，使用寿 命得到明显延长。
[0006] 因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有催化涂层的电加热装 置，所述电加热装置包括发热组件、内部具有空腔结构的绝缘导热组件和催化涂层，所述发 热组件设置在所述绝缘导热组件的空腔内，所述催化涂层设置在所述绝缘导热组件的外表 面上。
[0007] 第二方面，本发明提供了上述具有催化涂层的电加热装置的制备方法，所述方法 包括以下步骤：
[0008] (1)将催化涂料涂覆在内部具有空腔结构的绝缘导热组件的外表面；
[0009] (2)将发热组件设置在外表面涂覆有催化涂料的绝缘导热组件的空腔内；
[0010] ⑶将所述发热组件通电加热，以使催化涂料在所述绝缘导热组件的外表面上形 成催化涂层。
[0011] 第三方面，本发明提供了本发明的上述电加热装置作为空气品质调节电器用电加 热装置的应用。
[0012] 本发明的具有催化涂层的电加热装置，其催化涂层兼具高结合强度和高催化活性 的特性，在恶劣工况（如高低温频繁交替、湿度差异变化大、机械振动以及大风量过风等情 况）下仍能够长期运行，无剥落现象，使用寿命得到明显延长。另外，将发热组件设置在内 部具有空腔结构的绝缘导热组件的空腔内，绝缘导热组件在起催化载体作用的同时还具有 绝缘保护作用，使得空气品质调节电器使用安全，操作方便。根据本发明的一种的优选的实 施方式，通过特定的脉冲快速升降温的通电加热方式，使得形成在绝缘导热组件外表面上 的催化涂层为由致密结构层向疏松结构层过渡的梯度涂层，且致密结构层与绝缘导热组件 的外表面结合，其中，致密结构层保证催化涂层与绝缘导热组件之间具有高的结合强度，疏 松结构层保证催化涂层与气流中的气态污染物充分接触，增强传质、传热过程，有助于提高 催化剂的催化活性。
[0013] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的具有催化涂层的电加热装置的结构示意图。
[0015] 图2是本发明的一种优选实施方式的电加热装置的催化涂层的结构示意图。
[0016] 附图标记说明
[0017] 1为绝缘导热组件；2为发热组件；3为催化涂层；31为致密结构层；
[0018] 32为疏松结构层；Dl为内径；D2为螺旋外径。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图1-2对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处 所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0020] 如图1所示，第一方面，本发明提供了一种具有催化涂层的电加热装置，所述电加 热装置包括发热组件2、内部具有空腔结构的绝缘导热组件1和催化涂层3,所述发热组件2 设置在所述绝缘导热组件1的空腔内，所述催化涂层3设置在所述绝缘导热组件1的外表 面上。
[0021] 本发明的电加热装置中，对于发热组件2没有特别的限定，可以为本领域常用的 各种用于通电加热的发热组件。优选情况下，发热组件2为电加热丝组件、PTC(Positive Temperature Coefficient，正的温度系数）加热组件或红外福射加热组件，为了操作方便， 进一步优选地，发热组件2为电加热丝组件。其中，电加热丝组件优选为Fe-Cr-Al电阻丝， PTC加热组件优选为PTC加热片，红外辐射加热组件优选为红外加热板。
[0022] 本发明的电加热装置中，对于发热组件2的大小和形状没有特别的限定，只要能 够将发热组件2设置于绝缘导热组件1的空腔内即可，本领域技术人员应该理解的是，为了 提高本发明电加热装置的催化涂层3与绝缘导热组件1的结合强度和提高催化涂层3的催 化剂的催化活性，本发明中以绝缘导热组件1的长或高计，在绝缘导热组件1的空腔内全部 设置发热组件2。且对于发热组件2的形状，如上所述，发热组件2可以为板状、片状和丝 状，优选情况下，发热组件2为丝状，具体为直线形或者螺旋形，发热组件2的外径或者螺旋 外径D2小于绝缘导热组件1的空腔的内径Dl。
[0023] 本发明的电加热装置中，对于绝缘导热组件1的材料没有特别的限定，只要为绝 缘材料且为导热材料即可，例如可以为氧化物陶瓷材料，具体可以为氧化铝陶瓷材料、氧化 铍陶瓷材料、二氧化钛陶瓷材料、尖晶石MgO · Al2O3陶瓷材料、莫来石3A1 203 · 2Si02陶瓷材 料、锆钛酸铅PZT陶瓷材料、镁铝硅酸盐Mg2Al4Si5O18材料等。优选情况下，绝缘导热组件1 的材料为镁铝硅酸盐Mg2Al4Si5O18材料。
[0024] 本发明的电加热装置中，对于绝缘导热组件1的大小和形状没有特别的限定，只 要能够以绝缘导热组件1的长或高计，在绝缘导热组件1的空腔内全部设置发热组件2即 可，为了操作方便，优选情况下，绝缘导热组件1为管状，即，绝缘导热组件1的内径D1大于 发热组件2的外径或者螺旋外径D2。
[0025] 本发明的电加热装置中，为了进一步提高电加热装置的催化涂层3与绝缘导热组 件1之间的结合强度以及进一步提高催化涂层3的催化剂的催化活性并延长使用寿命，优 选情况下，如图2所示，催化涂层3包括致密结构层31和疏松结构层32,且致密结构层31 与绝缘导热组件1的外表面结合；进一步优选地，催化涂层3为由致密结构层31向疏松结 构层32过渡的梯度涂层。本领域技术人员应该理解的是，催化涂层3为梯度涂层，其中，致 密结构层31能够保证催化涂层3与绝缘导热组件1之间具有高的结合强度，疏松结构层32 能够保证催化涂层3与气流中的气态污染物充分接触，增强传质、传热过程并提高催化剂 的催化活性。
[0026] 本发明的电加热装置中，对于催化涂层3没有特别的限定，可以为本领域常用的 各种催化涂层，优选情况下，催化涂层3含有无机粘结物质和催化剂，无机粘结物质进一步 优选为搪瓷涂料成分，更进一步优选地，搪瓷涂料成分选自硅氧化物、碱金属氧化物、钴氧 化物、硼氧化物、NiO和1102中的一种或多种，催化剂选自锰氧化物、铁氧化物、钴氧化物、 Al203、Si02、Pt和Pd中的一种或者多种。其中，对于作为搪瓷