具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种除湿和光热催化协同的空气净化系统。

参照图1和图2，一种除湿和光热催化协同的空气净化系统包括用于供待净化气体通过的净化管道1，净化管道1沿其长度方向依次包括输入端16、光催化段11、热催化段12以及输出端19，光催化段11内设有光催化装置111，热催化段12内设有热催化装置(图中未示出)。光催化装置111用于促使待净化空气发生光催化反应，热催化装置用于促使待净化空气发生热催化反应。

本发明实施例旨在通过设置光催化段11和热催化段12，并且待净化的空气先经过光催化段11发生光催化反应，以降解空气中的大分子VOC物质，如甲苯、二甲苯等；然后空气通入热催化段12发生热催化反应，经过光催化反应产生的如甲醛、乙醛等小分子副产物，连同空气中原有的小分子VOC在热催化反应过程中降解、除去；因此，相较于单独的光催化反应、热催化反应，上述的空气净化过程能够有效提高空气中VOC的净化效果。

参照图2和图3，净化管道1的内腔可以是圆管，可以是方管，也可以是截面不规则的其他管件，本发明实施例中净化管道1的内腔为圆管。净化管道1还包括防尘过滤段13、除湿段14和预热段15，空气经净化管道1的输入端16通入后，依次经过防尘过滤段13、除湿段14和预热段15，再经过后续的光催化段11和热催化段12。防尘过滤段13中安装有高效过滤器131，高效过滤器131一般采用超细玻璃纤维纸作滤料，并以镀锌板、不锈钢板或铝合金型材作为外框，高效过滤器131的外形尺寸与净化管道1的内径适配。高效过滤器131通常能够捕集0.3μm以上的颗粒、粉尘和各种悬浮物，尽可能避免外界的颗粒物或其他悬浮物滞留在净化管道1中，进而避免对空气的净化效果产生影响。

参照图2和图4，除湿段14设有用于对空气降温的第一冷却装置141(见图3)，除湿段14内壁左右对称设置有交错排列的针状凸起结构144，其尖端靠近管截面中心线，用于增大管内对流换热面积，增强降温除湿效果。除湿段14内部的底壁安装有凝水盘142，凝水盘142整体呈弧形，凝水盘142上开设有贯穿净化管道1的排水孔143。由于我国大部分地区夏季高温高湿，导致室内VOC散发强度显著增加，高湿环境下水蒸气不仅影响光催化设备(如UV灯)的使用寿命，还会因为水分子竞争吸附导致催化反应效率下降的问题，通过设置除湿段14能够有效解决上述问题。预热段15设有第一加热装置151(见图3)，用于对经过除湿段14的空气预热、升温，使得空气能够恢复至常温状态。本发明实施例中，光催化装置111为常规的紫外线光源，通常当空气处于常温状态下，紫外光对空气中甲苯等大分子VOC的降解效果较好。因此，预热段15能够提高空气的温度，从而提高对VOC的净化效果。

参照图2和图3，除湿段14和预热段15设置有至少两组半导体制冷模块2，每组制冷模块由4块半导体制冷片(采用常规半导体制冷片，型号TEC-12706)并排、串联组成，半导体制冷模块2包括制冷端和制热端，工作电压为直流36V。半导体制冷模块2是一种采用半导体材料的制冷装置，基于帕尔贴效应，当半导体制冷模块2通电时，其内部的热量发生转移，从而形成制冷端和制热端。本发明实施例中，半导体制冷模块2的制冷端为第一冷却装置141，制热端为第一加热装置151，使得半导体制冷模块2同时对除湿段14的空气降温除湿、对预热段15的空气加热升温。两组半导体制冷模块2均安装于净化管道1上，且分别位于除湿段14的两侧，半导体制冷模块2的制冷端朝向除湿段14，制热端背向除湿段14。两组半导体制冷模块2的外侧分别设置有两个铝片21，使得半导体制冷模块2的制热端抵接于铝片21的内侧，铝片21可以通过螺栓或铆钉等紧固件进行固定。每个铝片21靠近光催化段11的一端连接有热管22，热管22的第一端嵌设于铝片21中，第二端延伸至净化管道1的预热段15中，从而将半导体制热端的热量导入至预热段15中。每根热管22的第二端上设有若干个翅片23，并且热管22上还安装有散热风扇24，从而将热管22中的能量快速导出至预热段15中。

预热段15和除湿段14之间设有过渡腔室3，用于将预热段15和除湿段14隔开。过渡腔室3中设有两组折流板组31，每组折流板组31包括两块沿净化管道1长度方向间隔设置的折流板311。本发明实施例中，折流板311由一段优弧和一条直边围绕形成的大半圆板，折流板311的弧形部分贴合连接于净化管道1的内壁。同一组折流板组31中的折流板311，其中一块折流板311安装在净化管道1的内顶壁，另一块折流板311安装在净化管道1的内底壁，并且两块折流板311的直边平行设置。现有技术中，管道中也设置有常见的折流板311，折流板311主要用于对管道中的管束进行横向冲刷，而本发明实施例中的折流板311对气流起阻碍作用，增加了空气在过渡腔室3中的流动路径，从而抑制除湿段14和预热段15的热量传递。可以理解的是，折流板组31至少设置一组，可以是两组，可以是三组，也可以是四组等等。

光催化装置111为常见的、呈圆柱状的UV灯，光催化段11中设有若干块肋片112，肋片112环绕光催化装置111的周向等间距排布，肋片112的第一端连接于光催化装置111的外壁，肋片112的第二端连接于净化管道1的内壁，从而光催化装置111被多个肋片112支撑、固定在净化管道1的轴线位置。所有肋片112上涂覆有光催化剂，光催化剂可以是较为常用、价格低廉的纳米二氧化钛，也可以是添加了铂、钯等贵金属元素的贵金属催化剂，本发明实施例中采用纳米二氧化钛作为光催化剂。

净化管道1还包括混合段17和冷却段18，混合段17设置于光催化段11和热催化段12之间，冷却段18设置于热催化段12与净化管道1的输出端19之间。本发明实施例中，净化管道1的冷却段18和除湿段14均采用薄铝合金加工而成，净化管道1其余部分的材料不作具体限制，且净化管道1的外壁需要进行保温处理，如包覆常用的岩棉。冷却段18设有用于对空气降温的第二冷却装置181，冷却段18内壁同样设置有左右对称、交错排列的针状凸起结构144(见图4)，其尖端靠近管截面中心线，用于增强降温除湿效果。类似于除湿段14和预热段15，冷却段18同样设置有两组半导体制冷模块2，半导体制冷模块2的制冷端朝向冷却段18，制热端背向冷却段18。冷却段18的外侧设置有铝片21，铝片21可以通过螺栓、铆钉等紧固件进行固定，半导体制冷模块2的制热端抵触于铝片21的内侧，从而将半导体制冷模块2的热量传递给铝片21。铝片21靠近混合段17的一端连接有热管22，热管22的第一端嵌设于铝片21中，热管22的第二端延伸至混合段17中，且靠近热催化段12设置。冷却段18底壁亦安装一个凝水盘142，其上同样开有一贯穿管道的排水孔143。

热管22的第二端设置有若干个翅片23，并且还安装有散热风扇24，翅片23利于加快导热，散热风扇24将热量通入至热催化段12中，从而对空气起到再热的作用。半导体制冷模块2与净化管道1之间、半导体制冷模块2与铝片21之间均涂覆有导热硅脂，从而保证半导体制冷模块2与净化管道1、铝片21之间接触良好，提高换热效果。

热催化段12设有两组沿净化管道1的长度方向连续设置的导流板组123，每组导流板组123包括三块沿净化管道1的轴向螺旋排布的导流板1231，每块导流板1231呈扇形且两条直边的夹角为120°，因此，三块导流板1231沿轴向投影至净化管道1任一横截面的图形为一个整圆。可以理解的是，同一导流板组123至少包括三块导流板1231，可以是四块，每块导流板1231的两条直边的夹角为90°，也可以是五块，每块导流板1231的两条直边的夹角为72°，以此类推；导流板组123的数量至少为一个，可以是两个，可以是三个，也可以是四个等，并且导流板组123的数量可以不为整数，只需要满足导流板1231的数量为整数即可。相邻的两导流板1231之间连接有呈矩形的阻流板1232，阻流板1232的两端分别连接两导流板1231相邻的两直边，从而导流板1231与阻流板1232组合形成阶梯状，导流板1231、阻流板1232与净化管道1的内壁之间形成用于供空气单向流通的螺旋通道，导流板1231与阻流板1232上均涂覆有热催化剂。

现有技术中，管道中可能存在设置为螺旋状的导流板1231，主要目的在于对管道中的管束进行横向冲刷，而本发明实施例中，设置导流板1231和阻流板1232的目的在于增加空气的反应路径，促使空气中的VOC分子能够在较短的净化管道1中充分反应，有利于在缩短净化管道1长度的同时提高对空气的净化效果；由于阻流板1232的存在，空气只能沿单一的螺旋通道流动，相对于不设置阻流板1232的情况，上述方案所形成的螺旋通道更长，有利于增加空气的流动路径，并且能够涂覆更多的热催化剂，促进热催化反应充分进行。

热催化剂可以是负载贵金属的金属氧化物，也可以是负载非贵金属的金属氧化物。当选用负载贵金属的金属氧化物作为热催化剂时，热催化反应能够在较低温度下进行，但是催化剂的成本高，并且容易失活；当选用负载非贵金属的金属氧化物作为热催化剂时，热催化反应需要在较高温度下进行，具有节省成本、热催化剂活性高的优点。由于半导体制冷模块2的制热端存在温度上限，通常不超过90℃，若采用负载非贵金属的金属氧化物作为热催化剂，则该上限温度低于VOC分子的热催化反应温度，因此半导体制冷模块2的制热端无法完全提供热催化所需的能量。本发明实施例中，通过设置热催化装置，从而将热催化段12中的环境温度提升至反应温度，进而解决上述问题。

上述的导流板1231与阻流板1232共同构成热催化装置，热催化装置包括薄片状的金属板和嵌设于金属板内部的加热丝，金属板可以由铜或其他导热效果好的金属加工而成，本发明实施例对此不作具体限制。热催化段12中还设有温度检测模块122，温度检测模块122与热催化装置电连接，且为常见的热电偶温度传感器。当温度检测模块122监测到热催化段12中的温度低于热催化剂的最佳反应温度时，温度检测模块122向热催化装置发送信号，控制热催化装置工作，从而将温度提升至最佳反应温度。

经过光催化反应的空气进入混合段17，空气通过半导体制冷模块2的制热端再热升温，然后直接进入热催化段12，热催化装置对空气进一步加热升温，并且在热催化剂的催化作用下完成热催化反应过程；空气经过热催化反应后，继续流动至冷却段18，半导体制冷模块2的制冷端对净化完成的空气进行冷却降温，从而避免自输出端19排出的空气温度过高的情况。当热催化反应选用铂、金等贵金属催化剂时，VOC分子能够在较低温度下进行反应，热催化装置通常无需工作，净化后的空气温度较低且携带反应产生的水蒸气，空气经过冷却段18时温度再次降低，导致析出冷凝水，因此冷却段18也起到除湿的作用。通过设置温度检测模块122，从而实时监测热催化段12中的反应温度，当监测到的环境温度与反应的最佳温度存在偏差时，通过控制热催化装置将环境温度调节至最佳范围，从而提高热催化的反应效率。

为了便于理解，本发明实施例提供一种较为具体的实施场景。首先，待净化的空气由净化管道1的输入端16输入，空气先经过防尘过滤段13，使得空气中的颗粒物或其他悬浮物滞留在高效过滤器131中；接着空气进入除湿段14，半导体制冷模块2的制冷端将空气中的水分冷凝为液态水，液态水流入凝水盘142中，并从排水口排出；空气沿着过渡腔室3进入预热段15中，半导体制冷模块2的制热端的热量经过热管22和翅片23导入至预热段15中，空气经过预热段15后温度回升。

然后，空气进入光催化段11中，空气中的VOC分子与肋片112上的光催化剂充分接触，在紫外线的照射下进行光催化反应；接着，空气进入混合段17并混合在一起，半导体制冷模块2制热端的热量经热管22和翅片23导入混合段17中，热管22上的散热风扇24将空气和热量通入热催化段12中，空气在热催化段12中螺旋流动，空气与导流板1231、阻流板1232上的热催化剂充分接触并发生热催化反应。温度检测模块122能够实时监测热催化段12的反应温度，以便于将温度调整至合适范围。净化后的空气经过冷却段18，最终从净化通道的输出端19排出，半导体制冷模块2的制冷端用于对净化后的空气冷却降温，以免排出的空气温度过高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。