專利名稱：薄板組合式光觸媒載體結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對污染物流體進行過濾處理的光觸媒處理器中的部件，更具體地指一種薄板組合式光觸媒載體結構。
背景技術：
光觸媒(如納米二氧化鈦)的光催化特性在1972年由日本藤嶼昭教授發現，至今已得到廣泛的研究和應用。光催化的基本原理是當半導體氧化物(如二氧化鈦)納米粒子受到大于禁帶寬度能量的光子(如紫外光)照射后，電子從價帶躍遷到導帶，產生了電子-空穴對，電子具有還原性，空穴具有氧化性，空穴與氧化物半導體納米粒子表面的OH-反應生成氧化性很高的OH自由基，活潑的OH自由基可以把許多難降解的有機物氧化為CO2和H20等無機物。
光觸媒應用中，最為有效的方式是直接利用紫外光源對光觸媒進行照射。因為紫外線本身對人體有傷害，因此，把光觸媒和紫外光源放置于一個具有一定體積的避免紫外線外泄的殼體中，是光觸媒技術應用的一種重要形式。而光觸媒一般是負載在一定的載體上，這樣，在一定體積的載體中，其能被紫外線照射而使光觸媒有效作用的紫外線照射比表面積的大小將成為光觸媒式污染物處理系統有效性的關鍵。
現有的光觸媒處理器中，常用的一些載體有泡沫金屬、多孔陶瓷材料、鋁蜂窩狀過濾網、金屬絲網、無紡布等，這些載體有很高的比表面積，但是，這些載體本身是有很多絲狀、條狀、塊狀、片裝的小支塊相互交錯組合在一起的，這些絲狀、條狀、塊狀、片裝的小枝塊相互重疊與阻隔，當利用紫外光線進行照射時，特別是在使用線(柱)狀光源(如直型的紫外線燈管)時，實際上由于光的直線傳播特點，只有最外側靠近光源的部分小支塊能被紫外光線照射到，而小支塊的背光面、以及很多在這些被紫外光線照射到的小支塊所形成的陰影中的其它小支塊的表面是無法被紫外光線照射到，從而其上面的光觸媒不能被有效激發而影響了系統的光催化效率，所以這些具有高比表面積光觸媒載體上的光觸媒被紫外線照射到的有效表面積卻是很小的。因此，在一定的體積下，上述的載體無法再提供更多有效的能被紫外線照射到的表面積，形成該光觸媒技術在實際應用中的一個難以突的瓶頸。
在已公開的一些技術及專利文獻中，光觸媒載體與紫外光源光源的布置方式主要有兩種(1)光觸媒載體11做成圓柱狀，紫外線燈管12布置在此圓柱載體的軸上，如圖1所示；(2)光觸媒載體11做成片狀，在這些片狀載體11的兩側布置紫外線燈管12，如圖2所示。在這些布置方式下，根據上述的分析，光觸媒載體的表面積是不可能被紫外光全部照射到的，同時，由于這些載體上存在孔隙，紫外光線可能穿透這些載體而浪費掉；因此，由于紫外光線的直線傳播特點的存在，利用高比表面積的光觸媒載體在這些布置方式下的效果依舊是相當于類似紫外線燈管照射于一個面上的效果，其有效照射面積與由這些載體所形成的實心形體的表面積很接近，即如圓柱體的內表面積，或矩形薄板的矩形面積。
因此，如何提高光觸媒載體的有效照射的比表面積一直是業界非常關注的，特別是光觸媒處理器的體積一定的情況下，提高光觸媒載體受紫外線照射的有效比表面積，則更為業界所關注。
發明內容
本實用新型的目的是針對傳統的光觸媒載體存在的有效照射的比表面積低的缺點，提供一種薄板組合式光觸媒載體結構，該光觸媒載體結構能在載體幾何實心形體的體積一定的情況下，有效照射的表面積卻大大提高，能為利用光觸媒進行污染物處理系統的處理效率的提高提供了技術保障。
為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種薄板組合式光觸媒載體結構，包括螺旋薄板、紫外光源，所述的螺旋薄板圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置，螺旋薄板的螺旋面沿紫外光源垂直軸線方向相互錯開有節距并形成供流體流動的間隙，紫外光源位于螺旋薄板的中央位置，螺旋薄板的螺旋面的表面均載有光觸媒。
所述的螺旋薄板的數目包括數片，各螺旋薄板并列圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置且螺旋薄板之間留有供流體流動的間隙。
所述的螺旋薄板的螺旋面之間節距可為等節距或不等節距。
所述的數片螺旋薄板之間供流體流動的間隙大小是可以調節的。
所述的螺旋薄板沿紫外光源的垂直軸方向的投影形狀為圓形、橢圓形、跑道形中的任一種形狀。
所述的螺旋薄板的螺旋面為正螺旋面，即螺旋面的母線為一直線，且與紫外光源的垂直軸線垂直；或所述的螺旋薄板的螺旋面為斜螺旋面，即螺旋面的母線為一直線，且與紫外光源的垂直軸線的夾角為銳角或鈍角。
所述的螺旋薄板的螺旋面的母線為直線、圓弧線、折彎線、波浪線中的任一種。
所述的螺旋薄板的螺旋面的母線為一變長度的直線或曲線。
所述的螺旋薄板為實心板或分布有小孔或條槽的板。
所述的紫外光源可以是點狀紫外光源、柱狀紫外光源、平面紫外光源，或是其它形狀的光源的組合光源。
在本實用新型的上述技術方案中，主要將螺旋薄板圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置，螺旋薄板的螺旋面沿紫外光源垂直軸線方向相互錯開有節距并形成供流體流動的間隙，紫外光源位于螺旋薄板的中央位置，螺旋薄板的螺旋面的表面均載有光觸媒。這種螺旋薄板組合式光觸媒載體結構布置方式能充分利用了紫外光的直線傳播特點，可以使該光觸媒載體獲得超大的紫外光照射比表面積，同時通過增加螺旋薄板的數目或增加螺旋薄板的螺旋面的數量或螺旋面的尺寸大小，可以獲得更大的紫外線照射比表面積，當該螺旋薄板組合式光觸媒載體結構應用于污染物處理系統后，能獲得更高的處理效率，為利用光觸媒進行污染物處理系統提供了技術保障。同時能減少處理系統的投資成本和使用成本，并可以節約資源和減少能源消耗。
圖1為傳統的光觸媒載體呈圓柱狀結構示意圖。
圖2為傳統的光觸媒載體呈片狀結構示意圖。
圖3為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例1的俯視示意圖。
圖4為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例1的正視示意圖。
圖5為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例1沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖6為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例2的俯視示意圖。
圖7為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例2的正視示意圖。
圖8為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例2沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖9為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例3的俯視示意圖。
圖10為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例3的正視示意圖。
圖11為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例3的沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖12為為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例4沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖13為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例5沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖14為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例6沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖15為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例7沿紫外光源的垂軸方向的剖視示意圖。
圖16為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例8的俯視示意圖。
圖17為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例9的俯視示意圖。
圖18為本實用新型的光觸媒載體結構的實施例10的俯視示意圖。
圖19為本實用新型的光觸媒載體結構的螺旋薄板的螺旋面結構舉例示意圖。
圖20至圖22為本實用新型的光觸媒載體結構中，對螺旋薄板布置位置與紫外光源照射的關系示意圖。
具體實施方式
為了能更好地理解本實用新型的上述技術方案，
以下結合附圖和實施例進行進一步地詳細描述。
請先參閱圖3-圖5所示，本實用新型的薄板組合式光觸媒載體結構包括螺旋薄板21、紫外光源22。
所述的螺旋薄板21圍繞紫外光源22的垂直軸Z呈螺旋狀布置，螺旋薄板21的螺旋面沿紫外光源22垂直軸Z方向相互錯開有節距并形成供流體流動的間隙，紫外光源21位于螺旋薄板21的中央位置，螺旋薄板21的螺旋面的表面均載有光觸媒。
在該實施例中，使用螺旋薄板21的數目為1片，螺旋薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板21的母線23為一直線。
當然所述的螺旋薄板21的數目也可以包括數片，其數量根據實際需要來選擇，各螺旋薄板21并列圍繞紫外光源22的垂直軸Z呈螺旋狀布置且螺旋薄板21之間留有供流體流動的間隙。
對此請繼續參圖6-圖8所示，在該實施例中，使用螺旋薄板21的數目為4片，這些螺旋薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板21的母線23為一直線，該螺旋面中，母線23與軸線相交成90度角，兩者垂直。因此，該螺旋面為正螺旋面。
上述的螺旋薄板21的螺旋面之間節距可為等節距或不等節距，同樣，上述的數片螺旋薄板21之間供流體流動的間隙大小是可以調節的。
從上述的介紹可以看出，本實用新型的薄板組合式光觸媒載體結構的優點是充分利用了紫外光的直線傳播特點，可以使該光觸媒載體獲得超大的紫外光照射比表面積，非常適用于光觸媒應用領域；同時通過增加螺旋薄板21的數目或增加螺旋薄板的螺旋面的數量或增加薄板21的螺旋面尺寸大小，相應地調整薄板的排列位置，可以獲得更大的紫外線照射比表面積。另一個優點是由本實用新型的光觸媒載體結構所形成的污染物處理系統將獲得更高的處理效率，可以減少系統的投資成本和使用成本，可以節約資源和減少能源消耗。
對此我們可以將本實用新型的薄板組合式光觸媒載體結構(可參閱圖3-圖5)與傳統的光觸媒載體布置方法(如圖1)進行其有效比表面積計算比較。圖3-圖5所示的結構中，R＝150mm，r＝40mm，Length＝1000mm，以薄片螺距取t＝4mm計算，螺旋數目N＝250，則紫外光有效照射的光觸媒表面積A1可估算為A1＝3.14159×(0.150×0.150-0.040×0.040)×2×250＝32.83平方米；而圖1所示載體結構中，同樣取R＝150mm，Length＝1000mm，則紫外光有效照射的光觸媒表面積A2可估算為A2＝2×3.14159×0.15×1.000＝0.942平方米，前者的有效照射光觸媒表面積與后者的有效照射光觸媒表面積相比為A1/A2＝34.8倍，兩者相差34.8倍。
所述的螺旋薄板21的螺旋面可為正螺旋面，此時，螺旋面的母線23為直線且與紫外光源22的垂直軸Z線垂直，例如，圖3-圖5，以及圖6-圖8所示的實施例的螺旋面中，直母線23與軸Z相交成90度角，因此，該直線螺旋面為正螺旋面，燈管位于該螺旋面的軸線上。
當然螺旋面的母線與紫外光源22的垂直軸Z線的夾角可為銳角或鈍角，如后面的圖9-圖14所示意的母線23與紫外光源22的垂直軸Z線則不垂直，為銳角。
當然，所述的螺旋薄板21的螺旋面的母線可以為直線、圓弧線、折彎線、波浪線中的任一種。
圖9、圖10和圖11所示的實施例中，薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板21的母線23為一直線，該螺旋面中，直母線23與軸Z相交所成的角度不等于90度，因此，該直線螺旋面為斜螺旋面，光源22位于該螺旋面的軸線上，該實施例使用螺旋薄板21的數目為1片。
圖12是本實用新型的另一個實施例的示意圖，在該實施例中，這些薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板的母線23為一弧線，因此，該螺旋面為一曲線螺旋面，同樣，紫外光源22位于該螺旋面的軸Z上。
圖13是本實用新型的另一個實施例的示意圖，在該實施例中，這些薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板21的母線23為一折線，因此，該螺旋面為一曲線螺旋面，同樣，紫外光源22位于該螺旋面的軸Z上。
圖14是本實用新型的另一個實施例的示意圖，在該實施例中，這些薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板的母線23為一波浪線，因此，該螺旋面為一曲線螺旋面，紫外光源22位于該螺旋面的軸線上。
從上述的描述可知，螺旋面的母線23可以是直線，也可以是曲線。若母線23為直線，則形成直線螺旋面；若母線23為曲線，則形成曲線螺旋面。在直線螺旋面中，若直母線23與軸Z相交成90°角，所得曲面稱為正螺旋面；若直母線始終與軸線所成的角度不等于90°，且夾角不變，則形成斜螺旋面。
此外，所述的螺旋薄板21的螺旋面的母線23還可以為一變長度的直線或曲線。對此請參閱圖15所示，它是本實用新型的另一個實施例，在該實施例中，這些薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，其中的螺旋薄板21的母線23為一直線且是變長度的，螺旋面組成的實體的外形為圓錐狀；紫外光源22位于該螺旋面的軸Z上。
圖16是本實用新型的再一個實施例，這些薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，紫外光源位于該螺旋面的軸Z上。薄板21距離紫外光源22的距離可以靈活進行調整，在該實施例中，薄板21與紫外光源22是直接相接的，也就是說，薄板21與紫外光源22的距離幾乎為零。
在本實用新型中，所述的螺旋薄板21沿紫外光源22的垂直軸Z方向的投影形狀可為圓形、橢圓形、跑道形中的任一種形狀；所述的紫外光源22可以是點狀紫外光源、柱狀紫外光源、平面紫外光源，或是其它形狀的光源的組合光源。
如圖17所示，在該實施例中，薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，螺旋薄板21沿紫外光源22的垂直軸Z方向的投影形狀為橢圓形，其中23為該螺旋薄板21的母線；紫外光源22為雙柱狀紫外光源。
如圖18所示，在該實施例中，薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，螺旋薄板21沿紫外光源22的垂直軸Z方向的投影形狀為跑道形，其中23為該螺旋薄板的母線，紫外光源22為平面紫外光源。
在本實用新型中，所述的螺旋薄板21可以是實心板，也可以規則或不規則地分布有一些小孔、或條槽等。
如圖19a1所示的薄板21為實心板，圖19a2中所示的薄板21上有小孔7，圖17a3中所示的薄板21上有小條槽8。
所述的薄板21的材料可以是玻璃、高分子材料、陶瓷、金屬，以及泡沫金屬材料，也可以是其它的剛性或柔性材料。
下面請再結合圖20至圖22，對螺旋薄板21布置位置與紫外光源22照射的關系進行說明，為能更清楚地說明問題，圖20至圖22中僅畫出了薄板21沿紫外光源22軸Z方向上的相鄰剖面母線23和光源22。
在圖20的b1至b3中，螺旋薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置；如圖20b1中，螺旋薄板21的相鄰兩螺旋面母線23的L、I、J位于同一直線上，即其中一條螺旋母線的兩端點與相鄰螺旋母線中部的凸點剛好處于同一個直線上，這樣其一側的紫外光源22發出的紫外線將全部照射到螺旋薄板21上而不會泄漏到另一側。如圖20b2中，薄板母線23的LJ段表面能被光源22中A點以上發出的紫外光照射到；如圖20b3中，薄板母線23的IK段表面能被光源22中B點以下發出的紫外光照射到，IH段的背光面不能被紫外光線照射到。
在圖21的c1至c4中，螺旋薄板21置于紫外光源22的外圍進行螺旋布置，如圖21c1中，螺旋薄板21的相鄰兩螺旋面母線23的L、I、J不位于同一直線上，這樣從光源A處發出的紫外光線經JI的線路照射到薄板21的M點，這樣其一側的紫外光源22發出的紫外線將全部照射到這些薄板21上而不會泄漏到另一側。如圖21c2中，薄板21的MJ段表面能被光源中A點以上發出的紫外光照射到；如圖21c3中，薄板KI段表面能被光源中B點一下發出的紫外光照射到，在此實施例中，IH段的背光面以及ML段不能被紫外光線照射到。
在圖22d1至d4中，螺旋薄板21置于紫外光源22的外圍側面進行螺旋布置，如圖21d1中，螺旋薄板21的相鄰兩螺旋面母線23的L、I、J不位于同一直線上，這樣從光源A處發出的紫外線經JI的線路將穿過空隙而不照射到薄板21上，這樣其一側的紫外光源22發出的紫外線將有部分不照射到這些薄板21上而泄漏到另一側。如圖22d2中，薄板LJ段表面能被光源22中A點以上發出的紫外光照射到；如圖22d3中，薄板21的IK段表面能被光源中B點以下發出的紫外光照射到；如圖22d4中，光源22中AB之間發出的紫外光將有部分會穿過薄板21間的空隙而泄漏到另一側，在此實施例中，IH段的背光面不能被紫外光線照射到。
采用本實用新型的薄板組合式光觸媒載體結構所形成的污染物處理系統，可以運用于各種光觸媒應用的環保系統中，用于對各種污染物的分解處理以及用于殺滅細菌和病毒。污染物流體在該處理系統中載有光觸媒并能被紫外光源有效照射的薄板所形成的間隙中流動，這些薄板組合形成超大的處理污染物的有效比表面積，以實現對污染物的高效處理。該污染物處理系統中，污染物流體的流動需要在該污染物處理系統的進出口側形成一定的壓力差，該壓力差可以用各種方法實現，如利用水泵、氣泵、風扇等機械設備形成一個壓力差，或者是利用一些流體在某種狀態下本身存在的自然壓力差，如水流、氣流等。
當然，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅用來說明本實用新型，而并非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型權利要求書的范圍內。
權利要求1.一種薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于該載體結構包括螺旋薄板、紫外光源，所述的螺旋薄板圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置，螺旋薄板的螺旋面沿紫外光源垂直軸線方向相互錯開有節距并形成供流體流動的間隙，紫外光源位于螺旋薄板的中央位置，螺旋薄板的螺旋面的表面均載有光觸媒。
2.如權利要求1所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板的數目包括數片，各螺旋薄板并列圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置且螺旋薄板之間留有供流體流動的間隙。
3.如權利要求1所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板的螺旋面之間節距可為等節距或不等節距。
4.如權利要求2所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的數片螺旋薄板之間供流體流動的間隙大小是可以調節的。
5.如權利要求1-4任一項所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板沿紫外光源的垂直軸方向的投影形狀為圓形、橢圓形、跑道形中的任一種形狀。
6.如權利要求5所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板的螺旋面為正螺旋面，即螺旋面的母線為一直線，且與紫外光源的垂直軸線垂直；或所述的螺旋薄板的螺旋面為斜螺旋面，即螺旋面的母線為一直線，且與紫外光源的垂直軸線的夾角為銳角或鈍角。
7.如權利要求5所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板的螺旋面的母線為直線、圓弧線、折彎線、波浪線中的任一種。
8.如權利要求5所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板的螺旋面的母線為一變長度的直線或曲線。
9.如權利要求5所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的螺旋薄板為實心板或分布有小孔或條槽的板。
10.如權利要求1所述的薄板組合式光觸媒載體結構，其特征在于所述的紫外光源可以是點狀紫外光源、柱狀紫外光源、平面紫外光源，或是其它形狀的光源的組合光源。
專利摘要本實用新型公開了一種薄板組合式光觸媒載體結構，主要將螺旋薄板圍繞紫外光源的垂直軸呈螺旋狀布置，螺旋薄板的螺旋面沿紫外光源垂直軸線方向相互錯開有節距并形成供流體流動的間隙，紫外光源位于螺旋薄板的中央位置，螺旋薄板的螺旋面的表面均載有光觸媒。這種螺旋薄板組合式光觸媒載體結構布置方式能充分利用了紫外光的直線傳播特點，可以使該光觸媒載體獲得超大的紫外光照射比表面積，同時通過增加螺旋薄板的數目或增加螺旋薄板的螺旋面的數量或螺旋面的尺寸大小，可以獲得更大的紫外線照射比表面積，當該螺旋薄板組合式光觸媒載體結構應用于污染物處理系統后，能獲得更高的處理效率，為利用光觸媒進行污染物處理系統提供了技術保障。
文檔編號A61L2/00GK2910201SQ20062004368
公開日2007年6月13日 申請日期2006年7月6日 優先權日2006年7月6日
發明者楊小明 申請人:楊小明