CN104941425A - 空气净化装置和空气净化方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空气净化领域，具体提供了一种空气净化装置，所述空气净化装置包括在空气流动方向上依次布置的预过滤网、除湿单元和净化单元，所述预过滤网用于捕集空气中的颗粒物，所述除湿单元用于除去空气中的湿气，所述净化单元用于净化经过所述除湿单元的空气；且所述除湿单元的上游侧布置有引导空气流动的风机。本发明还提供了一种空气净化方法及其应用，包括：除去待净化空气中的颗粒物；将去除颗粒物的空气进行除湿；在加热条件下，将除湿后的空气进行净化以将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳。本发明的方法，由于除湿—催化净化的耦合作用，极大提升了催化剂的催化效果以及使用寿命，从而实现了运行及维护成本的降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气净化装置和一种空气净化方法及其在具有空气净化功能的家用电器中的应用。
背景技术
封闭空间如室内以及机动车内存在的一氧化碳会对封闭空间环境以及人体健康造成巨大负面影响。如北方冬季干燥且室内生炉子烤火，燃气热水器不完全燃烧产生的一氧化碳，汽车尾气中存在的一氧化碳，且舰艇等封闭空间也会产生一氧化碳。目前的市场以及产品功能对一氧化碳的危害没有引起重视。采用过滤网对一氧化碳几乎无效果，活性炭网对一氧化碳吸附效果不佳并且容易吸附饱和，造成二次污染。因此可以采用催化氧化法的方法将一氧化碳氧化为二氧化碳。
然而以氧化物为主的催化剂在催化氧化过程中对湿度的敏感性制约了催化剂的寿命，即高湿度情况下催化剂失效严重，一氧化碳转化为二氧化碳的转化率降低。
发明内容
本发明的目的在于解决高湿度情况下净化催化剂失效严重的问题，提供一种空气净化装置和一种空气净化方法。
为实现前述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种空气净化装置，所述空气净化装置包括在空气流动方向上依次布置的预过滤网、除湿单元和净化单元，其中，所述预过滤网用于捕集空气中的颗粒物，所述除湿单元用于除去空气中的湿气，所述净化单元用于净化经过所述除湿单元的空气；且所述除湿单元的上游侧布置有引导空气流动的风机。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种空气净化方法，该方法包括：
(1)除去待净化空气中的颗粒物；
(2)将去除颗粒物的空气进行除湿；
(3)在加热条件下，将除湿后的空气进行净化以将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳和水；
(4)可选的，将净化后的空气进行加湿。
根据本发明的第三方面，本发明提供了本发明的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用。
本发明的装置，在净化单元之前布置除湿单元，采用除湿的方式，提高净化单元催化剂的活性，由此解决了净化用催化剂失效的问题。
本发明主要具有以下有益效果：
(1)本发明将除湿与催化净化相结合，克服了高浓度水汽对催化净化层的催化效率的影响，既提高了催化净化层的催化效率，又延长了催化净化层的使用寿命；
(2)本发明的优选实施方式中，净化单元前的除湿单元为蒸发器，利用工作介质由液体变为气体的汽化过程，从外界吸收热量实现空气气流中水汽的去除，与除湿药剂除湿相比，既提高了除湿性能，同时不需要更换除湿剂，降低使用以及操作成本；
(3)本发明优选的实施方式中，设置有辅助加热单元，辅助加热单元为冷凝器，利用工作介质由气体转化为液体的冷凝过程，向外界释放热量实现净化单元的催化净化层的加热功能；
(4)本发明优选的实施方式中，利用蒸发器与冷凝器的作用提供热量，不需要另外附加加热功能，提高了余热利用能力，间接降低使用成本；
(5)本发明优选的实施方式中，设置除湿单元和辅助加热单元，通过除湿功能以及辅助加热功能，催化净化层能够使用价格较低的金属氧化物催化剂，相比使用贵金属催化剂极大的降低成本；
(6)本发明的空气净化方法，采用除湿—辅助加热—催化净化—可选加湿功能，既保证封闭空间的一氧化碳等污染物的彻底净化，利用冷凝器与蒸发器又节省了使用以及操作成本，降低能耗，提高热量利用率，从而实现空气湿度调节作用；
总的来说，本发明涉及的除湿与净化耦合的空气净化方法，催化净化一氧化碳等污染物的效果提升，同时由于除湿—催化净化的耦合作用，极大提升了催化剂的催化效果以及使用寿命，从而实现运行及维护成本的降低。
本发明的其他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
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是一种使用本发明的空气净化装置的空气净化方法的流程示意图。
具体实施方式
以下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。
如前所述，本发明提供了一种空气净化装置，如图1所示，所述空气净化装置包括在空气流动方向上依次布置的预过滤网2、除湿单元4和净化单元1，其中，所述预过滤网2用于捕集空气中的颗粒物，所述除湿单元4用于除去空气中的湿气，所述净化单元1用于净化经过所述除湿单元4的空气；且所述除湿单元4的上游侧布置有引导空气流动的风机3。
根据本发明的空气净化装置，其中，该空气净化装置还包括：在所述净化单元1的下游侧布置的辅助所述净化单元1加热的辅助加热单元5。通过所述辅助加热单元5可以对所述净化单元1进行加热，由此可以灵活的调整净化所需温度。
根据本发明的空气净化装置，优选沿空气流动方向，所述辅助加热单元5与所述净化单元1的距离为0-5cm。
根据本发明的一种优选实施方式，所述辅助加热单元5为冷凝器。冷凝器利用工作介质由气体转化为液体的冷凝过程，向外界释放热量实现催化净化单元的加热。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选该空气净化装置还包括：加湿单元6，所述加湿单元6用于对净化单元1净化的空气加湿。本发明中通过设置加湿单元，由此可以依据需要对净化单元1净化的空气加湿，从而可以合理的控制清洁空气的所需湿度。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选空气净化装置包括所述辅助加热单元5，所述加湿单元6布置在所述辅助加热单元5的下游侧，且通过冷凝水加湿。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，该空气净化装置还包括：压缩单元7，所述压缩单元7连接所述除湿单元4和辅助加热单元5。通过使所述压缩单元7连接所述除湿单元4和辅助加热单元5，能够良好的实现冷凝、加热等余热利用功能。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选所述辅助加热单元5为冷凝器，所述除湿单元4为蒸发器，所述压缩单元7为压缩机。如此设置，利用冷凝器与蒸发器的耦合作用，分别为气态污染物的净化提供低湿度(除湿单元)以及高温度(辅助加热单元)，有利于提高污染物降解效率。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，该空气净化装置还包括：冷凝单元8，所述冷凝单元8连接所述除湿单元4和所述加湿单元6。通过设置冷凝单元将除湿单元空气中冷凝出的水利用起来进行后续的加湿单元6的加湿功能，从而不需要人工加水。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，所述除湿单元4为蒸发器。蒸发器利用工作介质由液体变为气体的汽化过程，从外界吸收热量实现空气气流中水汽的去除，与除湿药剂除湿相比，既提高了除湿性能，同时不需要更换除湿剂，降低使用以及操作成本。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，所述净化单元1配置为能在25-100℃，优选35-45℃温度下将气态污染物氧化为二氧化碳和水。由此使得净化单元1能够在较宽的温度范围且能够在较低的温度条件下进行空气净化。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，所述净化单元1为吸附催化剂颗粒模块，所述吸附催化剂颗粒可以为本领域常规的吸附催化剂，例如一般含有载体和催化活性成分，针对本发明，优选所述载体为耐热无机氧化物，所述催化活性成分为过渡金属氧化物；更优选所述催化活性成分与载体的质量比为(0.5-10):100；进一步优选所述载体为分子筛、氧化铝和活性炭中的一种或多种，所述催化活性成分为CuO、MnO2、Mn3O4、MnO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O4和NiO中的一种或多种。本发明中通过设置除湿单元4和辅助加热单元5，通过除湿功能以及辅助加热功能，催化净化单元1能够使用前述价格较低的金属氧化物催化剂，相比使用贵金属催化剂极大的降低成本。
根据本发明的空气净化装置，其中，优选，该空气净化装置还包括：在预过滤网2的上游侧布置的空气组成和空气湿度的检测器，以及在净化单元1的下游侧布置的用于对净化单元1净化的空气组成和空气湿度的检测器。通过设置所述检测器，可以对待净化空气以及净化单元净化后的清洁空气进行组成和湿度的灵活检测，其中检测器在图1中未示出。
如前所述，本发明提供了一种空气净化方法，该方法包括：
(1)除去待净化空气中的颗粒物；
(2)将去除颗粒物的空气进行除湿；
(3)在加热条件下，将除湿后的空气进行净化以将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳和水；
(4)可选的，将净化后的空气进行加湿。
本发明中，通过在净化前进行除湿，克服了高浓度水汽对催化净化层的催化效率的影响，既提高了催化净化层的催化效率，又延长了催化净化层的使用寿命。
根据本发明的方法，优选步骤(2)中除湿后使得空气的相对湿度为0-10％。通过使空气的湿度控制在前述范围，能够最大化净化的效率和延长净化用催化剂的使用寿命。
本发明中，空气的相对湿度指的是水在空气中的蒸汽压与同温度同压强下水的饱和蒸汽压的比值。
根据本发明的方法，优选待净化的空气中含有：一氧化碳、臭氧、甲醛、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种，空气相对湿度为25-100％。
根据本发明的方法，优选步骤(3)中净化的温度为25-100℃，优选35-45℃。本发明的方法能够在较宽的温度范围且能够在较低的温度条件下进行空气净化。
根据本发明的方法，净化用催化剂可以为本领域常规的吸附催化剂，例如一般含有载体和催化活性成分，所述载体为耐热无机氧化物，所述催化活性成分为过渡金属氧化物，优选所述催化活性成分与载体的质量比为(0.5-10):100；更优选所述载体为分子筛、氧化铝和活性炭中的一种或多种，所述催化活性成分为CuO、MnO2、Mn3O4、MnO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O4和NiO中的一种或多种。本发明中，通过事先进行除湿，使得催化净化能够使用前述价格较低的金属氧化物催化剂，相比使用贵金属催化剂极大的降低成本。
根据本发明的一种优选的实施方式，该方法在一种空气净化装置中进行，所述空气净化装置为本发明所述的空气净化装置，该方法包括：
如图1所示，将待净化空气(图1中称为含颗粒物、气态污染物等的待处理空气)送入空气净化装置，其中，所述待净化空气通过所述风机3引导经过所述预过滤网2除去颗粒物，然后将去除颗粒物的空气经过所述除湿单元4进行除湿，将除湿单元4除湿后的空气经过净化单元1进行净化，然后依据需要将净化后的空气送入所述加湿单元6进行加湿，其中，所述净化单元1通过辅助加热单元5加热。
本发明提供了本发明的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用。
根据本发明的应用，所述家用电器为空气净化器、具有空气净化功能的空调器和除湿器中的一种或多种。
下面通过实施例对本发明作示例性说明，但本发明不局限于此。
实施例1
(1)待处理空气含有10mg/m3的一氧化碳，相对湿度为35％，所述待处理空气在风机3的作用下通过颗粒物预过滤网2去除颗粒物；
(2)去除颗粒物的空气经过除湿单元4，除湿单元4为蒸发器，空气中的水汽凝结在蒸发器上降低了空气的湿度，空气的相对湿度为5％；
(3)同时辅助加热单元5对净化单元1起加热作用，将净化单元1的温度提升到35℃，辅助加热单元5为冷凝器，辅助加热单元5与净化单元1的间距为5cm；
(4)除湿后的空气经过净化单元1，净化单元1的吸附催化剂颗粒载体为活性炭，载体表面负载的催化活性成分为2.0重量％的MnO2，载体表面负载的MnO2将污染物转化为二氧化碳，测试结果为一氧化碳的含量为0.02mg/m3，且长时间测试结果表明，所述催化剂的净化效率保持稳定，在30天内催化剂不失活；
(5)除湿单元4与辅助加热单元5通过压缩单元7(压缩机)连接，实现冷凝、加热等余热利用功能。
实施例2
(1)待处理空气含有2.5mg/m3的甲醛、15mg/m3的一氧化碳，相对湿度为25％，所述待处理空气在风机3的作用下通过颗粒物预过滤网2去除颗粒物；
(2)去除颗粒物的空气经过除湿单元4，除湿单元4为蒸发器，空气中的水汽凝结在蒸发器上降低了空气的湿度，空气的相对湿度为10％；
(3)同时辅助加热单元5对净化单元1起加热作用，将净化单元1的温度提升到45℃，辅助加热单元5为冷凝器，辅助加热单元5与净化单元1的间距为0cm，即辅助加热单元5与净化单元1无间距；
(4)除湿后的空气经过净化单元1，净化单元1的吸附催化剂颗粒载体为分子筛，载体表面负载的催化活性成分为2.0重量％的MnO2和8.0重量％的CuO，载体表面负载的MnO2和CuO将污染物转化为二氧化碳，测试结果为一氧化碳的含量为0.03mg/m3，且长时间测试结果表明，所述催化剂的净化效率保持稳定，在30天内催化剂不失活；
(5)除湿单元4与辅助加热单元5通过压缩单元7连接，实现冷凝、加热等余热利用功能。
(6)将净化后的空气送入加湿单元6进行加湿，加湿单元6采取风轮加湿，加湿水来自于上游除湿单元4的冷凝水，由此实现空气湿度可控调节。
实施例3
(1)待处理空气含有3.6mg/m3的甲醛、7.0mg/m3的一氧化碳，相对湿度为85％，所述待处理空气在风机3的作用下通过颗粒物预过滤网2去除颗粒物；
(2)去除颗粒物的空气经过除湿单元4，除湿单元4为蒸发器，空气中的水汽凝结在蒸发器上降低了空气的湿度，空气的相对湿度为7.5％；
(3)同时辅助加热单元5对净化单元1起加热作用，将净化单元1的温度提升到35℃，辅助加热单元5为冷凝器，辅助加热单元5与净化单元1的间距为2cm；
(4)除湿后的空气经过净化单元1，净化单元1的吸附催化剂颗粒载体为分子筛，载体表面负载的催化活性成分为2.0重量％的NiO、2.0重量％的Co3O4和3.0重量％的CuO，载体表面负载的催化活性成分将污染物转化为二氧化碳，测试结果为一氧化碳的含量为0.03mg/m3，且长时间测试结果表明，所述催化剂的净化效率保持稳定，在30天内催化剂不失活。
(5)除湿单元4与辅助加热单元5通过压缩单元7(压缩机)连接，实现冷凝、加热等余热利用功能。
(6)将净化后的空气送入加湿单元6进行加湿，加湿单元6采取风轮加湿，加湿水来自于上游除湿单元4的冷凝水，由此实现空气湿度可控调节。
对比例1
按照实施例3的方法进行空气净化，不同的是，空气净化装置不包括除湿单元4，即空气净化方法不包括除湿的步骤，测试结果为一氧化碳的含量为1.2mg/m3，且长时间测试结果表明，所述催化剂的净化效率在催化剂使用12h内失活。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种空气净化装置，其特征在于，所述空气净化装置包括在空气流动方向上依次布置的预过滤网(2)、除湿单元(4)和净化单元(1)，其中，所述预过滤网(2)用于捕集空气中的颗粒物，所述除湿单元(4)用于除去空气中的湿气，所述净化单元(1)用于净化经过所述除湿单元(4)的空气；且所述除湿单元(4)的上游侧布置有引导空气流动的风机(3)。
2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其中，该空气净化装置还包括：在所述净化单元(1)的下游侧布置的辅助所述净化单元(1)加热的辅助加热单元(5)；优选沿空气流动方向，所述辅助加热单元(5)与所述净化单元(1)的距离为0-5cm；更优选所述辅助加热单元(5)为冷凝器。
3.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其中，该空气净化装置还包括：加湿单元(6)，所述加湿单元(6)用于对净化单元(1)净化的空气加湿；优选空气净化装置包括所述辅助加热单元(5)，所述加湿单元(6)布置在所述辅助加热单元(5)的下游侧，且通过冷凝水加湿。
4.根据权利要求2所述的空气净化装置，其中，该空气净化装置还包括：压缩单元(7)，所述压缩单元(7)连接所述除湿单元(4)和辅助加热单元(5)；优选所述辅助加热单元(5)为冷凝器，所述除湿单元(4)为蒸发器，所述压缩单元(7)为压缩机。
5.根据权利要求3所述的空气净化装置，其中，该空气净化装置还包括：冷凝单元(8)，所述冷凝单元(8)连接所述除湿单元(4)和所述加湿单元(6)。
6.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其中，所述除湿单元(4)为蒸发器。
7.根据权利要求1所述的空气净化装置，其中，所述净化单元(1)配置为能在25-100℃，优选35-45℃温度下将气态污染物氧化为二氧化碳和水：优选所述净化单元(1)为吸附催化剂颗粒模块，所述吸附催化剂颗粒含有载体和催化活性成分，所述载体为耐热无机氧化物，所述催化活性成分为过渡金属氧化物，所述催化活性成分与载体的质量比为(0.5-10):100；优选所述载体为分子筛、氧化铝和活性炭中的一种或多种，所述催化活性成分为CuO、MnO2、Mn3O4、MnO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O4和NiO中的一种或多种。
8.一种空气净化方法，其特征在于，该方法包括：
(1)除去待净化空气中的颗粒物；
(2)将去除颗粒物的空气进行除湿；
(3)在加热条件下，将除湿后的空气进行净化以将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳和水；
(4)可选的，将净化后的空气进行加湿。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(2)中除湿后使得空气的相对湿度为0-10％；其中，待净化的空气中含有：一氧化碳、臭氧、甲醛、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种，相对湿度为25-100％；步骤(3)中净化的温度为25-100℃，优选35-45℃；净化用催化剂含有载体和催化活性成分，所述载体为耐热无机氧化物，所述催化活性成分为过渡金属氧化物，所述催化活性成分与载体的质量比为(0.5-10):100；优选所述载体为分子筛、氧化铝和活性炭中的一种或多种，所述催化活性成分为CuO、MnO2、Mn3O4、MnO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O4和NiO中的一种或多种。
10.权利要求8或9所述的空气净化方法在具有空气净化功能的家用电器中的应用，优选所述家用电器为空气净化器、具有空气净化功能的空调器和除湿器中的一种或多种。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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