專利名稱：封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以監(jiān)測(cè)封閉空間(如裝修的居室或汽車)內(nèi)空氣質(zhì)量(甲醛、氧氣等)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行基于光觸媒作用的空氣治理的裝置。
背景技術(shù)：
以光觸媒原理進(jìn)行室內(nèi)空氣治理是一個(gè)非常重要的空氣凈化技術(shù)，目前已有較多的專利報(bào)道和產(chǎn)品，光觸媒方式通常采用金屬、塑料等材料，結(jié)構(gòu)為薄板狀、濾網(wǎng)狀，光觸媒通過(guò)顆粒、噴涂等方式形成具有大比表面積的光觸媒結(jié)構(gòu)，然后在紫外燈的作用下產(chǎn)生光觸媒作用對(duì)空氣進(jìn)行治理，可以進(jìn)行有機(jī)氣體如甲醛、苯的降解。黃嘉宏等人提出的一種光觸媒空氣凈化設(shè)備，包括風(fēng)扇及光觸媒凈化模塊，風(fēng)扇提供氣流，光觸媒凈化模塊包括多個(gè)光源、多個(gè)第一光觸媒濾網(wǎng)、以及多個(gè)第二光觸媒濾網(wǎng)，第一光觸媒濾網(wǎng)平行設(shè)置于光源的周圍，并與氣流方向垂直，而多個(gè)第二光觸媒濾網(wǎng)以垂直于第一光觸媒濾網(wǎng)的方式設(shè)置于該光源的周圍，并與該氣流方向平行(中國(guó)專利文獻(xiàn)“200710002295.6”)。龔楚清等人則給出了一種3 IOnm TiO2納米晶光觸媒涂料的制備方法，該方法可以獲得3-10nm 二氧化鈦納米晶光觸媒涂料，但并沒(méi)有給出如何在薄板或其他結(jié)構(gòu)上形成穩(wěn)定納米薄膜的方法(中國(guó)專利文獻(xiàn)“200410013303.3”)。平R純治等人發(fā)明了一種光觸媒體凈化裝置，其光觸媒由氧化鈦組成，呈多孔，由反應(yīng)濺射制備，氧化鈦由成膜速度、濺射壓力、基板溫度、氧分壓等參數(shù)確定(中國(guó)專利文獻(xiàn)“02821432.3”)。而林明耀則采用在各種膜片上面，單面，雙面涂覆膠粘物固定氧化鈦顆粒材料，形成光觸媒殺菌膜片(中國(guó)專利文獻(xiàn)“3141920.8”)。其構(gòu)造簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，但涂膠會(huì)降低納米薄膜質(zhì)量的一致性，切膠的老化及對(duì)氧化鈦表面的覆蓋作用均會(huì)降低光觸媒空氣過(guò)濾的效果O在目前的相關(guān)的光觸媒結(jié)構(gòu)制備方法中，均以顆粒狀的方式通過(guò)一定的涂層沉積方法，形成表面涂層，如膠粘的方式。而氧化鈦顆粒則通過(guò)機(jī)械方式形成，尺度在亞微米級(jí)，其比表面積還可以進(jìn)一步提高。如果能夠降低顆粒度，將可明顯提高光觸媒結(jié)構(gòu)的比表面積，從而提聞光觸媒的轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)有的室內(nèi)空氣凈化裝置均是單獨(dú)的空氣凈化裝置，裝置的工作與否與空氣中的有毒有害氣體的濃度并不相關(guān)，也就是說(shuō)，即使空氣中的甲醛超過(guò)已經(jīng)設(shè)定的最高值，進(jìn)入危險(xiǎn)的狀態(tài)，裝置除正常工作外，并沒(méi)有提醒使用者采取進(jìn)一步的措施；另一方面，即使空氣中有毒有害氣體濃度非常低，凈化裝置的紫外燈與風(fēng)扇仍在工作，這時(shí)會(huì)無(wú)謂地消耗能量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪音。在被檢測(cè)及治理的空氣中，兩種氣體濃度對(duì)人的健康至關(guān)重要，一種是典型的有害氣體-甲醛，另一種是氧氣。對(duì)甲醛來(lái)說(shuō)，使其濃度越小越好，而氧氣濃度越大越好，這將保證室內(nèi)的無(wú)害與舒適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種居室或汽車內(nèi)空氣監(jiān)控裝置，特別是根據(jù)甲醛濃度的監(jiān)測(cè)值自動(dòng)啟動(dòng)凈化控制部分是否工作，從而節(jié)約裝置的電源消耗、減小裝置的噪音；同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低甲醛濃度，相對(duì)提高氧氣濃度。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:一種封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，包括由多塊納米氧化鈦金屬薄板組成光觸媒模塊、置于光觸媒模塊上側(cè)面上方的紫外光模塊、置于光觸媒模塊右側(cè)面或左側(cè)面的風(fēng)扇，其特征在于，所述光觸媒模塊置于相互平行的前板與后板之間，光觸媒模塊的前面相對(duì)前板的里面，光觸媒模塊的后面相對(duì)后板的里面，所述紫外光模塊、風(fēng)扇與一個(gè)監(jiān)測(cè)與控制模塊的控制輸出端相連接，該監(jiān)測(cè)與控制模塊的輸入端則與一個(gè)空氣探測(cè)模塊相連接，該空氣探測(cè)模塊由安裝在后板里面的氣體傳感器組成，氣體傳感器至少包括兩個(gè)，分別用于探測(cè)甲醛、氧氣的濃度；前板外面設(shè)有顯示器與監(jiān)測(cè)與控制模塊的顯示輸出端相連接，所述監(jiān)測(cè)與控制模塊置于光觸媒模塊與后板之間。上述方案中，所述光觸媒模塊由多層具有納米TiO2涂層的金屬薄板相互平行疊落連接而成，金屬薄板面與面之間留有縫隙，使得每層金屬薄板表面都能被紫外光模塊發(fā)出的紫外線照射到，同時(shí)使空氣能夠在每層金屬薄板表面流動(dòng)和交換。所述金屬薄板上納米TiO2涂層為幾十納米厚的氧化鈦顆粒薄膜，通過(guò)溶膠-凝膠制備工藝沉積而成，其氧化鈦顆粒粒徑不超過(guò)30納米。所述監(jiān)測(cè)與控制模塊包括單片機(jī)、兩路濾波放大及A/D轉(zhuǎn)換電路，甲醛氣體傳感器、氧氣傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)分別通過(guò)一路濾波放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路輸出顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)給顯示器；同時(shí)單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化，通過(guò)一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路輸出光控制信號(hào)至紫外光模塊；并通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路輸出風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)與終止。單片機(jī)還可以通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，在被監(jiān)測(cè)甲醛濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。所述紫外光模塊為一個(gè)管式紫外燈，長(zhǎng)度與光觸媒模塊的邊長(zhǎng)相匹配，其發(fā)出的紫外線波長(zhǎng)為358-400納米。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)合室內(nèi)氣體監(jiān)測(cè)與室內(nèi)氣體治理為一體，能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)氣體的情況，進(jìn)行空氣治理裝置功耗元件的開(kāi)啟與關(guān)閉，使室內(nèi)的甲醛、氧氣等氣體濃度始終保持在安全的領(lǐng)域。如果空氣治理部分已超出了氣體治理能力，則給出監(jiān)測(cè)與控制警報(bào)，提醒使用者采取其他室內(nèi)氣體改善的措施。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:1、后板；2、監(jiān)測(cè)與控制模塊；3、紫外光模塊；4、光觸媒模塊；5、前板；6、顯不器；7、氣體傳感器；8、風(fēng)扇。圖2為圖1裝置的電路原理框圖；圖3為圖1裝置中的光觸媒模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3光觸媒模塊中的單片光觸媒金屬薄板板上氧化鈦顆粒排列的顯微照片;圖5為圖1裝置中監(jiān)測(cè)與控制模塊的電路原理框圖。圖中:10、11、傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)(分別為甲醛、氧氣兩個(gè)傳感器)；12、紫外燈控制信號(hào)；13、顯示器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；14、風(fēng)扇及其它附件驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，以室內(nèi)(包括典型的裝修居室)空氣監(jiān)測(cè)與控制需求為例，一種空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，主要功能模塊有四部分:一部分包括光觸媒模塊4，由多塊納米氧化鈦金屬薄板組成；一部分是紫外光模塊3 ;—部分是監(jiān)測(cè)與控制模塊2 ;最后一部分為空氣探測(cè)模塊，由安裝在后板I里面的氣體傳感器7組成，氣體傳感器7至少包括兩個(gè)(分別用于探測(cè)甲醛、氧氣)。光觸媒模塊4置于相互平行的前板5與后板I之間，前板5外面安裝有顯示器6(LCD顯示屏)連接監(jiān)測(cè)與控制模塊。光觸媒模塊的前面相對(duì)前板5的里面；光觸媒模塊的后面相對(duì)后板I的里面。監(jiān)測(cè)與控制模塊置于光觸媒模塊與后板之間。紫外光模塊3置于光觸媒模塊上側(cè)面的上方，保證紫外光能照射到光觸媒模塊每一塊金屬薄板的氧化鈦顆粒面上。除上述的基本模塊外，該裝置還帶有風(fēng)扇8置于光觸媒模塊4的右側(cè)面(或左側(cè)面)，風(fēng)扇配合紫外光模塊的工作，當(dāng)紫外光模塊開(kāi)始工作時(shí)，風(fēng)扇工作，使空氣能夠進(jìn)入到光觸媒反應(yīng)的表面上，以保證光觸媒模塊氧化鈦金屬薄板縫隙間的空氣流動(dòng)和交換。如圖2所示，圖1裝置的工作原理是這樣的，空氣探測(cè)模塊用來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣中的甲醛、氧氣的含量及變化情況，可以由甲醛氣體傳感器與氧氣傳感器監(jiān)測(cè)，傳感器均采用低功耗的電化學(xué)氣體傳感器，的濃度范圍能夠覆蓋室內(nèi)、車內(nèi)氣體變化的需求，可根據(jù)要求作調(diào)整。氣體傳感器為單電源供電，通過(guò)線纜與監(jiān)測(cè)與控制模塊連接，在監(jiān)測(cè)與控制模塊中通過(guò)濾波、放大電路后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化模塊變成數(shù)字信號(hào)。監(jiān)測(cè)與控制模塊由單片機(jī)、輔助電路等組成，具有顯示、報(bào)警功能，它通過(guò)驅(qū)動(dòng)顯示器6可實(shí)時(shí)顯示環(huán)境中氣體濃度及變化。當(dāng)甲醛氣體濃度超過(guò)預(yù)定值，可發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)紫外光模塊和風(fēng)扇。紫外光模塊為一個(gè)管式紫外燈，原理為冷陰極紫外線發(fā)射器，長(zhǎng)度與光觸媒模塊的邊長(zhǎng)匹配，可以發(fā)出波長(zhǎng)覆蓋358-400納米的紫外線，管式紫外燈通過(guò)安裝位置的設(shè)計(jì)，使發(fā)射出的光線能夠照射到光觸媒模塊的每個(gè)金屬板上。管式紫外燈由監(jiān)測(cè)與控制模塊提供的信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。當(dāng)空氣中的甲醛達(dá)到控制范圍的下限時(shí)，關(guān)閉紫外燈，以降低功耗。光觸媒模塊則是一個(gè)可以在紫外線作用下能夠?qū)崿F(xiàn)空氣中的有機(jī)氣體(甲醛及其他TVOC氣體)進(jìn)行分解，其分解能力與照射到納米氧化鈦金屬薄板面的紫外線強(qiáng)度密切相關(guān)，有機(jī)毒氣分解后，則甲醛及其它TVOC氣體濃度發(fā)生變化，當(dāng)降低到預(yù)定值后，可發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉紫外光模塊和風(fēng)扇。如圖3、圖4所示，光觸媒模塊4包括多層具有納米Ti02涂層的方形金屬薄板，其相互平行疊落，四周由螺釘相互連接，金屬薄板面與面之間留有縫隙，這種層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用在于:提高Ti02涂層與空氣接觸的面積，從而提高空氣轉(zhuǎn)化的效率。需要指出的是:金屬薄板除了設(shè)計(jì)成上述方形塊狀疊落結(jié)構(gòu)，還可以設(shè)計(jì)成其他形狀的疊落結(jié)構(gòu)，如圓柱狀、園環(huán)狀等各種結(jié)構(gòu)。本發(fā)明金屬板上納米TiO2涂層，通過(guò)溶膠-凝膠法制備，制備過(guò)程中采用鈦酸四丁酯4.26ml溶于20ml的丁醇中，然后螯合1.284ml乙酰丙酮攪2h后，逐滴加入0.9021ml的水，得到黃色溶液，攪拌24h。之后通過(guò)津鍍方式在金屬鋁箔上沉積附著一層溶液，先90°C烘30min，后500°C烘2.5h，最后在金屬薄板上沉積幾十納米厚的納米氧化鈦顆粒的薄膜，顆粒粒徑在30納米左右(圖4)。在金屬薄膜堆棧上側(cè)面上方安裝紫外燈，其功率由單片機(jī)控制，紫外線入射金屬薄板表面的氧化鈦顆粒薄膜，該薄膜在紫外線照射作用下可對(duì)附著在其上的有機(jī)有害氣體分子進(jìn)行分解，從而達(dá)到降低毒氣的目的，同時(shí)也可殺死空氣中存在的細(xì)菌、病毒等。如圖5所示，監(jiān)測(cè)與控制模塊主要功能是把甲醛氣體傳感器、氧氣傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)10、11分別進(jìn)行濾波放大，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路輸出顯示器驅(qū)動(dòng)信號(hào)13給LCD顯示器。同時(shí)單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路輸出紫外燈控制信號(hào)12至紫外光模塊；并通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路輸出風(fēng)扇及其它附件(如蜂鳴器)驅(qū)動(dòng)信號(hào)14，控制風(fēng)扇、蜂鳴器等元件的啟動(dòng)與終止。本發(fā)明的其它附屬元件可包括蜂鳴器、發(fā)光二極管等聲光報(bào)警裝置，他們可固定在本裝置的合適位置上，蜂鳴器與發(fā)光二極管可在被監(jiān)測(cè)甲醛濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。本發(fā)明所采用的光觸媒材料為溶膠凝膠法在金屬薄板上形成具有20nm左右顆粒大小的薄層，與現(xiàn)有粘貼、噴涂、濺射等方法相比，薄膜與金屬薄板結(jié)合力更好，能夠進(jìn)行500° C以上的溫度處理，不僅有更大的比表面積、更良好和更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性，而且表面具有更良好的光觸媒作用能力，如表I所示。在空氣凈化裝置中常用的幾種光觸媒方法，溶膠凝膠法與濺射法可以達(dá)到20納米甚至更小的顆粒度，這兩種制備方法均可以制備比粘貼法、噴涂法更小顆粒度的表面，因此具有更大的比表面積。從光觸媒催化效率來(lái)看，在同樣比表面積條件下，這兩種方法均比表面粘貼法、黏貼法的效果要高的多。由表I可見(jiàn)，它們的效率在80%及以上，是粘貼法的1-2倍?？紤]到比表面積因素，效率實(shí)際上會(huì)更高。噴涂法所用的產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)很多光觸媒品牌受自身技術(shù)條件限制，采用的光觸媒顆粒高達(dá)20 150納米，大大減弱了光觸媒的使用效果。表I幾種典型光觸媒薄膜制備方法與性能
權(quán)利要求
1.一種封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，包括由多塊納米氧化鈦金屬薄板組成光觸媒模塊、置于光觸媒模塊上側(cè)面上方的紫外光模塊、置于光觸媒模塊右側(cè)面或左側(cè)面的風(fēng)扇，其特征在于，所述光觸媒模塊置于相互平行的前板與后板之間，光觸媒模塊的前面相對(duì)前板的里面，光觸媒模塊的后面相對(duì)后板的里面，所述紫外光模塊、風(fēng)扇與一個(gè)監(jiān)測(cè)與控制模塊的控制輸出端相連接，該監(jiān)測(cè)與控制模塊的輸入端則與一個(gè)空氣探測(cè)模塊相連接，該空氣探測(cè)模塊由安裝在后板里面的氣體傳感器組成，氣體傳感器至少包括兩個(gè)，分別用于探測(cè)甲醛、氧氣的濃度；前板外面設(shè)有顯示器與監(jiān)測(cè)與控制模塊的顯示輸出端相連接，所述監(jiān)測(cè)與控制模塊置于光觸媒模塊與后板之間。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，其特征在于，所述光觸媒模塊由多層具有納米TiO2涂層的金屬薄板相互平行疊落連接而成，金屬薄板面與面之間留有縫隙，使得每層金屬薄板表面都能被紫外光模塊發(fā)出的紫外線照射到，同時(shí)使空氣能夠在每層金屬薄板表面流動(dòng)和交換。
3.如權(quán)利要求2所述的封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，其特征在于，所述金屬薄板上納米TiO2涂層為幾十納米厚的氧化鈦顆粒薄膜，通過(guò)溶膠-凝膠制備工藝沉積而成，其氧化鈦顆粒粒徑不超過(guò)30納米。
4.如權(quán)利要求1所述的封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)與控制模塊包括單片機(jī)、兩路濾波放大及A/D轉(zhuǎn)換電路，甲醛氣體傳感器、氧氣傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)分別通過(guò)一路濾波放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路輸出顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)給顯示器；同時(shí)單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化，通過(guò)一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路輸出光控制信號(hào)至紫外光模塊；并通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路輸出風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)與終止。
5.如權(quán)利要求4所述的封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，其特征在于，單片機(jī)通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警裝置，在被監(jiān)測(cè)甲醛濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)目O
6.如權(quán)利要求1所述的封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，其特征在于，所述紫外光模塊為一個(gè)管式紫外燈，長(zhǎng)度與光觸媒模塊的邊長(zhǎng)相匹配，其發(fā)出的紫外線波長(zhǎng)為358-400 納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種封閉空間內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及凈化裝置，包括由光觸媒模塊、置于光觸媒模塊上側(cè)面上方的紫外光模塊、置于光觸媒模塊側(cè)面的風(fēng)扇，其特征在于，光觸媒模塊置于相互平行的前板與后板之間；紫外光模塊、風(fēng)扇與一個(gè)監(jiān)測(cè)與控制模塊的控制輸出端相連接，該監(jiān)測(cè)與控制模塊的輸入端則與一個(gè)空氣探測(cè)模塊相連接，空氣探測(cè)模塊由安裝在后板里面的氣體傳感器組成，氣體傳感器至少包括兩個(gè)，分別用于探測(cè)甲醛、氧氣的濃度；前板外面設(shè)有顯示器與監(jiān)測(cè)與控制模塊的顯示輸出端相連接，所述監(jiān)測(cè)與控制模塊置于光觸媒模塊與后板之間。
文檔編號(hào)B01D53/72GK103170240SQ201310061339
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者王海容, 孫全濤, 李劍, 陳敏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)