技術領域本發明涉及環保領域,尤其是空氣檢測與凈化領域,特別是房屋、汽車、娛樂場所、倉庫的室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置。它由氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀、直流與/或交流互用電源、控制電路、報警電路和利用紫外線催化光觸媒凈化裝置、硅窗換氣裝置組成;能夠在室內自動監測有一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛等毒氣和可燃氣體,并由活性炭凈化、吸附空氣霧霾中吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,由硅窗置換出新鮮空氣;當濃度達到極限時報警。從而達到室內空氣安全的目的;并且設有蔽屏罩,能防止紫外線傷害。
背景技術:
由于工業發展過快、尾氣排放量急劇增加,氣候變暖等原因,空氣嚴重污染現象非常突出,霧霾嚴重威脅了人們的身體健康和生命安全。毋庸諱言,目前市場上確實存在一些空氣檢測設備和空氣凈化設備,但是比較單一,只檢測不凈化,或者只凈化不檢測(如“可燃氣體報警器”電路,電子愛好者進階讀本,福建科學技術出版社,isbn7-5335-2001-7/tn·264,p:863-864)。“空氣凈化器”主要由馬達、風扇、空氣過濾網等系統組成,其工作原理為:機器內的馬達和風扇使室內空氣循環流動,污染的空氣通過機內的空氣過濾網后將各種污染物清除或吸附,將空氣不斷電離,產生大量負離子,被微風扇送出,形成負離子氣流,達到清潔、凈化空氣的目的(請見:空氣凈化器,360百科,互聯網)。而且,這些凈化器對于甲醛等有毒氣體,應當采用最為先進的光觸媒技術,但是由于紫外線對人體有害,而都未采用光觸媒技術,因而它們的凈化效果不高,尤其甲醛不能被凈化。目前,“空氣凈化器”的專利也不少,大多采用過濾紙、過濾芯、過濾網技術或靜電、臭氧、正負離子技術凈化,由于污染的空氣,尤其是霧霾中含有pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物和有毒、可燃氣體,汽車室內也有甲醛等有毒氣體,而且量大、混雜,僅僅依靠過濾、靜電、臭氧技術,是不能達到全面凈化的目的,同時臭氧、正負離子有毒,靜電有危險,用臭氧、正負離子、靜電凈化空氣時反而對人體有傷害。因而,這些專利技術都很單一,不能根據可燃氣體、有毒氣體濃度梯級自動檢測、凈化、換氣,當有毒氣體、可燃氣體超過爆炸極限,也不能被檢測和報警。本發明依據霧霾含有氮、硫、顆粒物以及多環芳烴碳氫化合物成份,根據氣敏傳感器原理、光觸媒技術,以及多環芳烴知識,采用了氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀三種傳感器對一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛進行檢測,同時根據一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、多環芳烴碳氫化合物、甲醛的化學知識,采用了稀釋、加熱、吸附、光觸媒(光催化氧化)技術,降解、凈化一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、多環芳烴(碳氫化合物)、甲醛,和有毒、可燃氣體,并且利用經石灰水處理的活性炭吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物;同時采用硅窗(硅橡膠薄膜----具有交換氣體能力的聚二甲基硅氧烷基橡膠膜)對氧氣、二氧化碳和氮氣有選擇性的滲透技術,進一步凈化、置換出新鮮空氣(其中:氣敏傳感器、霧霾的成份、多環芳烴、光觸媒、活性炭活性炭、硅窗知識,請見360綜合搜索、百度搜索,互聯網)。
技術實現要素:
本發明的目的是克服現有氣體檢測設備和空氣凈化設備與“空氣凈化器”相關專利技術單一的,只檢測不凈化,或者只凈化不檢測,更不能置換出新鮮空氣,一些凈化甲醛等有毒氣體的凈化裝置應當采用光觸媒技術,而未采用光觸媒技術;由于光觸媒技術需要紫外線照射,但是紫外線對人體有毒,而且一些汽車采用了直流電,沒有220v交流電,光觸媒技術的紫外線燈也無法安裝,都阻礙了光觸媒凈化技術的運用,甲醛無法完全凈化,更不能全面凈化氮、硫氧化物和有毒、可燃氣體的嚴重缺陷。本發明采用了設有交流降壓、整流變直流,和直流逆變交流技術,能直流、交流互用,適用于房屋、汽車、娛樂場所、倉庫內的空氣檢測、凈化;在光觸媒的二氧化鈦涂層的內膽前口設有紫外線蔽屏,能有效防止紫外線傷害,凈化了甲醛,并且利用經石灰水處理的活性炭吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,讓污染的空氣得到全面凈化,并由硅窗置換出新鮮空氣。同時,對于可燃氣體檢測儀檢測出濃度超過爆炸極限的有毒氣體、可燃氣體時,自動切斷光觸媒和加熱電路,并報警,讓室內人員逃離,報專業人員處理,避免危險的發生。在凈化空氣的同時,有效地保護人們的身體健康和生命安全,比背景的單一的檢測、凈化裝備更加全面、更具有優越性。
本發明的目的是這樣實現的:室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置分電源、檢測、報警、凈化、換氣五部分;由直流與/或交流互用電源、氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀、控制電路、報警電路、電扇、電熱、光觸媒、活性炭、硅窗、接電盒、裝置外殼、二氧化鈦涂層的內膽組裝而成。用于檢測的氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀并聯直流與/或交流互用電源;氣敏傳感器混聯電阻、二極管、電容、放大器后,與甲醛氣體感應器并聯接電磁閥、led燈、電扇;可燃氣體檢測儀接串聯電磁閥和用于報警的揚聲器;用導線將控制主件的電鍵、電磁閥與電阻、電容、放大器、二極管、led燈混聯分別連接電扇、電熱片、逆變器、光觸媒組成控制電路;其中:直流與/或交流互用電源包括直流和交流兩部分,直流電源的蓄電池由交流220v市電通過變壓器降壓、整流器整流充電而成;交流電源由220v市電與/或通過蓄電池和逆變器后升壓而成,組裝在裝置外殼上方的接電盒中,用導線連接;氣敏傳感器、甲醛氣體感應器組裝在露出進氣口的紫外線屏蔽蓋上,用前蓋旋緊;可燃氣體檢測儀組裝在裝置外殼上方的接電盒中;用于凈化的光觸媒和電熱的電熱片電路均組裝在二氧化鈦涂層的內膽中,電扇安裝在裝置外殼內的電扇固定鋼架上,紫外線由紫外線屏蔽蓋蔽屏;經石灰水處理的活性炭和硅窗用于換氣,凈化后的顆粒物和二氧化碳氣體通過經石灰水處理的活性炭吸附后,再通過硅窗換氣;經石灰水處理的活性炭和硅窗組裝在裝置外殼后方,用后蓋旋緊;前蓋、紫外線屏蔽蓋、電扇固定鋼架均有進氣孔;后蓋上有出氣孔;接電盒上設有led燈孔和氣孔;電鍵與電阻、電容、放大器、電磁閥、二極管、led燈混聯組裝在接電盒中的電路版上;電鍵從裝置外殼外控制。
根據光觸技術:光觸媒在光的照射下,會產生類似光合作用的光催化反應,產生出氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧,具有很強的光氧化還原功能,可氧化分解各種有機化合物和部分無機物,能破壞細菌的細胞膜和固化病毒的蛋白質,可殺滅細菌和分解有機污染物,把有機污染物分解成無污染的水(h2o)和二氧化碳(co2),因而具有極強的殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣功能。光觸媒對中低分子的不穩定化合物及絕大部分病菌有很好的降解和殺滅作用,其中包括甲醛。(請見:光觸媒,360百科,互聯網)。
根據光催化氧化技術:光催化氧化反應是以半導體及空氣為催化劑,以光為能量,將有機物降解為co2和h2o。采用的半導體目前反應效率最高的納米tio2光催化劑,經蜂窩陶瓷載附特殊處理后使用,達到理想效果。在光催化氧化反應中,通過紫外光照射在納米tio2光催化劑上產生電子空穴對,與表面吸附的水份(h2o)和氧氣(o2)反應生成氧化性很活潑的羥基自由基(·oh-)和超氧陰離子自由基(·o2-)。能夠把各種廢臭氣體如醛類、苯類、氨類、氮氧化物、硫化物及其它voc類有機物、無機物在光催化氧化的作用下還原成二氧化碳(co2)、水(h2o)以及其它無毒無害物質,同時具有除臭、消毒、殺菌的功效,由于在光催化氧化反應過程中無任何添加劑,所以不會產生二次污染。納米光催化觸媒材料(gc-100)是一種吸收光能后,能在其表面產生催化反應的物質,當特定納米波長的紫外光照射光催化觸媒材料(gc-100)時,其表面發生光催化氧化還原反應。光催化觸媒材料(gc-100)吸收光子后在其表面產生電子(e-)和空穴(h+),將吸收的光能轉化成化學能,即具有光催化作用。當光催化觸媒材料(gc-100)與空氣中的水接觸時,表面就吸附h2o、o2、oh-,h2o、oh-被空穴(h+)所氧化,o2被電子(e-)還原,oh-基團的氧化能力較強,使有機物氧化,最終分解為h2o和co2(請見:光催化氧化廢氣凈化設備,豆丁網,上傳時間:2014年3月27日)。其中:“gc-100”光觸媒劑是以nm-tio2(a)為主要成份,參雜某些金屬或金屬氧化物制成的納米級粉體。光觸媒劑在波長小于400nm的光照射下,價帶電子被激發到導帶,形成了電子和空穴,與吸附于其表面的o2和h2o作用,生成超氧化物陰離子自由基·o2-,o2和羥基自由基·oh-,其自由基具有很強的氧化分解能力,能破壞有機物中的c-c鍵、c-h鍵、c-n鍵、c-o鍵、o-h鍵、n-h鍵并殺死細菌,可廣泛應用于空氣凈化和污水處理等領域。該產品具有光催化分解有害氣體、有機污染物和光催化抗菌的功能。產品成本低、穩定性好,光催化活性高,吸收光波長范圍較寬。(請見:gc-100光觸媒劑,首頁>納米產品>產品介紹,江蘇河海納米科技股份有限公司,互聯網)。
根據氣敏傳感器的分類:一,半導氣體傳感器這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%,根據其機理分為電導型和非電導型,電導型中又分為表面型和容積控制型.(1)sno2半導體是典型的表面型氣敏元件,其傳感原理是sno2為n型半導體材料。當施加電壓時,半導體材料溫度升高,被吸附的氧接受了半導體中的電子形成了o2或在還原性氣體h2、co、ch4存在時,使半導體表面電阻下降,電導上升,電導變化與氣體濃度成比例。nio為p型半導體,氧化性氣體使電導下降,對o2敏感。zno半導體傳感器也屬于此種類型。半導體氣體傳感器a.電導型的傳感器元件分為表面敏感型和容積控制型,表面敏感型傳感材料為sno2+pd、zno+pt、ago、v2o5、金屬酞青、pt-sno2。表面敏感型氣體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體co、no2、氟利昂。傳感材料pt-sno2的氣體傳感器可檢測氣體為可燃性氣體co、h2、ch4。b.容積控制型傳感材料為fe2o8、la1-ssrxcoo8和tio2、coo-mgo-sno2體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體co、no2、氟利昂。傳感材料pt-sno2容積控制型半導體氣體傳感器可檢測氣體為液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐氣尾氣。(2)容積控制型的是晶格缺陷變化導致電導率變化,電導變化與氣體濃度成比例關系。fe2o8、tio2屬于此種,對可燃性氣體敏感。(3)熱線性傳感器,是利用熱導率變化的半導體傳感器,又稱熱線性半導體傳感器,是在pt絲線圈上涂敷sno2層,pt絲除起加熱作用外,還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱,表面吸氧,使自由電子濃度下降,可燃性氣體存在時,由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大,導熱率隨自由電子濃度增加而增大,散熱率相應增高,使pt絲溫度下降,阻值減小,pt絲阻值變化與氣體濃度為線性關系。這種傳感器體積小、穩定、抗毒,可檢測低濃度氣體,在可燃氣體檢測中有重要作用。(4)非電導型的fet場效應晶體管氣體傳感器,pd-fet.場效應晶體管傳感器,利用pd吸收hz并擴散達到半導體si和pd的界面,減少pd的功函,這種對h2、co敏感。非電導型fet場效應晶體管氣體傳感器體積小,便于集成化,多功能,是具有發展前途的氣體傳感器。二,固體電解質氣體傳感器這種傳感器元件為離子對固體電解質隔膜傳導,稱為電化學池,分為陽離子傳導和陰離子傳導,是選擇性強的傳感器,研究較多達到實用化的是氧化鋯固體電解質傳感器,其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩定的氧化鉻固體電解質傳感器已成功地應用于鋼水中氧的測定和發動機空燃比成分測量等。為彌補固體電解質導電的不足,近幾年來在固態電解質上鍍一層氣敏膜,把圍周環境中存在的氣體分子數量和介質中可移動的粒子數量聯系起來。三,接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣h2、co、ch4的檢測。可燃氣體接觸表面催化劑pt、pd時燃燒、破熱,燃燒熱與氣體濃富有關。這類傳感器的應用面廣、體積小、結構簡單、穩定性好,缺點是選擇性差。四,電化學氣體傳感器電化學方式的氣體傳感器常用的有兩種(1)恒電位電解式傳感器是將被測氣體在特定電場下電離,由流經的電解電流測出氣體濃度,這種傳感器靈敏度高,改變電位可選擇的檢洌氣體,對毒性氣體檢測有重要作用。(2)原電池式氣體傳感器在koh電解質溶液中,pt-pb或ag-pb電極構成電池,已成功用于檢測o2,其靈敏度高,缺點是透水逸散吸潮,電極易中毒。五,光學氣體傳感器(1)直接吸收式氣體傳感器紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學氣體傳感器,是根據氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分,非分散紅外吸收光譜對so2、co、co2、no等氣體具有較高的靈敏度。另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關分光、二次導數、自調制光吸收法對no、no2、so2、烴類(ch4)等氣體具有較高的靈敏度。(2)光反應氣體傳感器光反應氣體傳感器是利用氣體反應產生色變引起光強度吸收等光學特性改變,傳感元件是理想的,但是氣體光感變化受到限制,傳感器的自由度小。(3)氣體光學特性的新傳感器光導纖維溫度傳感器為這種類型,在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應、發熱。溫度改變,導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實用化程度,檢測氣體也是成功的。此外,利用其它物理量變化測量氣體成分的傳感器在不斷開發,如聲表面波傳感器檢測so2、no2、h2s、nh3、h2等氣體也有較高的靈敏度。(請見:氣敏傳感器的分類,百度知道,互聯網,2016年05月18日)。
將220v市電用導線聯結變壓器降壓,通過橋式整流器整流后,正極通過led燈接到蓄電池的正極,負極通過電鍵接到蓄電池的負極上,氣敏傳感器的加熱電阻絲輸入極與甲醛氣體感應器的加熱電阻絲輸入極并聯接正極,氣敏傳感器的輸出極和甲醛氣體感應器的輸出極分別接電阻后并聯負極,氣敏傳感器的陽極和甲醛氣體感應器的陽極并聯接正極,氣敏傳感器的陰極和甲醛氣體感應器的陰極分開,甲醛氣體感應器的陰極與串聯的電磁閥和led燈的導線以及串聯的led燈和電扇的導線兩路并聯后接負極;氣敏傳感器的陰極與串聯可變電阻、二極管的導線以及串聯電容的導線并聯后再接電阻,然后并聯電解電容的正極和放大器的基極,放大器集電極與甲醛氣體感應器的陰極并聯;電阻、二極管、電容與電解電容的負極均并聯接負極;放大器的發射極串聯電阻后再接負極;可燃氣體檢測儀的陽極與加熱電阻絲輸入極并聯接蓄電池正極,加熱電阻絲輸出極串聯電阻接蓄電池負極,可燃氣體檢測儀的陰極串聯揚聲器和電磁閥后接蓄電池負極;蓄電池正極與負極之間串聯逆變器,并由電磁閥選擇切斷或關閉電路;220v市電兩根導線與紫外線燈、加熱片并聯,也由電磁閥選擇切斷或關閉電路,紫外線燈與逆變器并聯。
將帶有220v市電、變壓器、橋式整流器、蓄電池、電鍵、逆變器、電磁閥、可燃氣體檢測儀、電阻、可變電阻、電容、電解電容、二極管、放大器、led燈的工作電路均組裝在電路版上,裝入接電盒中,用螺栓固定,并將led燈穿過led燈孔露在接電盒外面,保留氣孔暢通,再將接電盒用螺栓通過螺孔固定在裝置外殼上方。
將電扇置于有出氣孔的電扇固定鋼架上用螺栓通過螺孔固定,接通導線;在二氧化鈦涂層的內膽中裝入紫外線燈和電熱片,用螺栓通過螺孔將電熱片固定在有出氣孔的二氧化鈦涂層的內膽的后壁中間,接通導線;再將二氧化鈦涂層的內膽裝入裝置外殼中,通過螺孔用螺栓固定;然后將紫外線屏蔽蓋蓋在二氧化鈦涂層的內膽外口,通過絲牙旋緊;用螺栓將氣敏傳感器與甲醛氣體感應器的電路版固定在露出進氣孔的紫外線屏蔽蓋上,接通導線;再裝上有進氣孔的前蓋,并通過絲牙與裝置外殼旋緊。
在裝置外殼后方固定經石灰水處理的活性炭方塊后,再裝上硅窗;然后蓋上有出氣孔的后蓋,通過絲牙與裝置外殼旋緊。
本發明的電路中直流與/或交流互用電源同時設有逆變器和變壓器、橋式整流器,直流蓄電池與/或交流220v市電選擇互用,適用范圍廣、方便使用。當室內有220v市電時,切斷電鍵,讓220v市電工作;當室內沒有220v市電,讓蓄電池工作,其中的紫外線燈和電熱片需要的220v的電壓由逆變器提供;關閉220v市電和電鍵,停止工作;不關閉電鍵,同時在220v市電工作下,蓄電池由變壓器、橋式整流器整流對蓄電池充電,室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置正常工作,但是蓄電池電量飽和時,led燈熄滅,要人為及時關閉電鍵或者切斷220v市電。
本發明能夠在室內自動監測有一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛等毒氣和可燃氣體,并且設有二氧化鈦涂層的內膽和紫外線蔽屏蓋,能防止紫外線傷害。
依據霧霾的成份含有氮、硫、顆粒物以及多環芳烴碳氫化合物,根據氣敏傳感器原理以及多環芳烴知識,采用了氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀三種傳感器對一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛進行檢測,同時根據一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、多環芳烴碳氫化合物、甲醛的化學知識,采用了稀釋、加熱、吸附、光氧化技術、降解、凈化了一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、多環芳烴碳氫化合物、甲醛有毒、可燃氣體,并且利用石灰水處理的活性炭活性炭吸附pm2.5、pm10、顆粒物,以及采用硅窗(硅橡膠薄膜----具有交換氣體能力的聚二甲基硅氧烷基橡膠膜)對氧氣、二氧化碳和氮氣有選擇性的滲透技術,進一步凈化、置換出新鮮空氣。室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置能夠在室內自動監測有一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛等毒氣和可燃氣體。其中:室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置設有二氧化鈦涂層的內膽和紫外線蔽屏,防止紫外線傷害。當室內存在有毒氣體、可燃料氣體,但濃度不高時,氣敏傳感器與甲醛氣體感應器產生感應,led燈亮燈,電扇工作,讓空氣旋轉與經石灰水處理的活性炭方塊接觸,pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物等有毒氣體、可燃氣體被經石灰水處理的活性炭方塊吸附凈化,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出。當室內存在有毒氣體、可燃氣體,但濃度較高,超出安全標準,并有甲醛等有毒氣體時,電磁閥打開逆變器,開啟紫外線燈和電熱片,讓二氧化鈦涂層進行光觸媒作用,讓有毒氣體加熱氧化,分解成二氧氣化碳和水,然后通過被經石灰水處理的活性炭方塊吸附凈化,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出。當室內存在有毒氣體、可燃氣體,并且濃度很高超過爆炸極限時,可燃氣體檢測儀通過揚聲器報警,并通過電磁閥關閉已經打開的逆變器、紫外線燈、電熱片,切斷熱源,室內人員從室內緊急撤離,并向警方求助處理。從而達到室內空氣安全的目的。
開啟電源,本發明的室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置進入檢測、凈化、換氣與/或報警工作狀態:
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,但濃度不高小于500ppm,低于《室內空氣質量標準》gb/t18883-2002安全標準:甲醛hchomg/m30.101h均值,甲醛hchomg/m3≤0.08≤0.12;一氧化碳comg/m3101h均值、苯c6h6mg/m30.111h均值、可吸入顆粒pm10mg/m30.15日平均值時,氣敏傳感器與甲醛氣體感應器產生感應,氣敏傳感器的陽極、陰極與甲醛氣體感應器的陽極、陰極均產生電信號,通過放大器放大,led燈亮燈,電扇工作,讓旋轉的空氣與經石灰水處理的活性炭方塊接觸,有毒氣體、可燃氣體被經石灰水處理的活性炭方塊吸附凈化,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出。
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,但濃度較高,超出《室內空氣質量標準》gb/t18883-2002安全標準:甲醛hchomg/m30.101h均值,甲醛hchomg/m3≤0.08≤0.12;一氧化碳comg/m3101h均值、苯c6h6mg/m30.111h均值、可吸入顆粒pm10mg/m30.15日平均值,并有甲醛等有毒氣體時,甲醛氣體感應器產生感應,甲醛氣體感應器的陽極、陰極產生電信號,電磁閥接通逆變器,開啟紫外線燈和電熱片,讓二氧化鈦涂層的內膽中的二氧化鈦涂層進行光觸媒的光催化氧化作用,讓有毒氣體加熱氧化,分解成二氧化碳和水,然后通過經石灰水處理的活性炭方塊凈化、吸附,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出。
其中:甲醛反應式為,hcho+h2o→co2+4h++4e,o2+4h++4e→2h2o,hcho+h2o→co2+2h2o;納米tio2光催化高級氧化技術反應(光觸媒)的過程和反應方程式為,tio2+hv→h++e-,h++e-→e,h2o→h++oh-,h++oh-→·oh,h++h2o+o2-→·oh+h++·o2-,h++h2o→·oh+h+,e-+o2→·o2-,·o2-+h+→·ho2,2·ho2→o2+h2o2,h2o2+·o-2→·oh+oh+o2;(其中:·oh為羥基自由基,·o2-為超氧陰離子自由基,h2o2為過氧化氫,·ho2為超氧化氫自由基,hv為光子能量,h+為導帶上的光致空穴,e-為光致電子,e為化學能)。
經石灰水處理的活性炭方塊中的石灰反應式為:cao+h2o=ca(oh)2,cao+co2=caco3,ca(oh)2+co2=caco3+h2o,caco3δ=cao+co2。
可燃氣體與氧氣發生反應的反應式分別為:一氧化碳和煤氣反應式為,2co+o2=2co2;氫氣反應式為2h2+o2=2h2o;乙醇反應式為,c2h5oh+3o2=2co2+3h2o;苯反應式為,2c6h6+15o2=12co2+6h2o;多環芳烴(碳氫化合物)反應式為,hc+o2→co2+h2o;瓦斯和甲烷反應式,ch4+2o2=co2+2h2o。一氧化碳、瓦斯、煤氣、氫氣、乙醇、苯、多環芳烴(碳氫化合物)、甲烷ch4均能通過加熱、燃燒或者高溫氧化方式生成co2和h2o。
有毒氣體硫化氫反應式為:2h2s+3o2=2so2+2h2o,有毒氣體氮、硫氧化物的反應式為:so2+h2o=h2so3,h2so3+cao=h2o+caso3,4no2+2ca(oh)2=ca(no3)2+ca(no2)2+2h2o。反應中的caso3、ca(no3)2、ca(no2)2與空氣中的pm2.5、pm10、顆粒物均被經石灰水處理的活性炭方塊吸附。
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,并且濃度很高超過爆炸極限時,可燃氣體檢測儀的陽極a、陰極b產生電信號,通過揚聲器報警,并通過電磁閥關閉已經打開的逆變器、紫外線燈、電熱片,切斷熱源,室內人員從室內緊急撤離,并向警方求助,由專業人員處理危險。
當室內不存在有毒氣體、可燃氣體時,氣敏傳感器的陽極e、陰極f與甲醛氣體感應器的陽極k、陰極l,以及可燃氣體檢測儀的陽極和陰極之間均不產生電信號,led燈不亮,電扇、逆變器、紫外線燈、電熱片均不工作,室內人員關閉本發明的室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置的直流與/或交流互用電源,停止工作。
利用經石灰水處理的活性炭吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,視空氣污染情況和pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物的濃度,一段時間后發現經石灰水處理的活性炭被吸附的pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物污染嚴重時,旋下有出氣孔的后蓋和硅窗,將經石灰水處理的活性炭方塊取出予以更換,然后重新裝上,將后蓋通過絲牙與裝置外殼旋緊。
本發明根據有毒氣體、可燃氣體的濃度,分別由氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀檢測,分梯級凈化、換氣,或者報警,從而既凈化了空氣,又沒有紫外線傷害,更不會因可燃氣體超過爆炸極限而爆炸,保護人們的身體健康和生命安全,并且交流、直流互用,它廣泛適用于房屋、汽車、娛樂場所、倉庫內的空氣檢測、凈化和更換。比單一的氣體檢測設備和空氣凈化設備更全面、更為優越。
由于采用了上述方案,本發明能夠對室內有毒氣體、可燃料氣體檢測、凈化、置換與/或報警。開啟電鍵,讓蓄電池供電,當室內存在有毒氣體、可燃料氣體,但濃度不高時,氣敏傳感器與甲醛氣體感應器產生感應,led燈亮燈,電扇工作,讓旋轉的空氣與經石灰水處理的活性炭方塊接觸,有毒氣體、可燃料氣體被經石灰水處理的活性炭方塊凈化吸附,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出;當室內存在有毒氣體、可燃料氣體,但濃度較高,超出安全標準,并有甲醛等有毒氣體時,電磁閥打開逆變器,開啟紫外線燈和電熱片,讓二氧化鈦涂層進行光觸媒作用,讓有毒氣體加熱氧化,分解成二氧氣化碳和水,然后通過被經石灰水處理的活性炭方塊凈化吸附,然后通過硅窗置換出新鮮空氣,從出氣孔透出;當室內存在有毒氣體、可燃料氣體,并且濃度很高超過出爆炸極限時,可燃氣體檢測儀通過揚聲器報警,并通過電磁閥關閉已經打開的逆變器、紫外線燈、電熱片,切斷熱源,室內人員緊急撤離室內并向警方求助處理。本發明采用了氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀和光觸媒技術、活性炭凈化過濾技術、硅窗技術,將氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀三種檢測設備梯級檢測與/或報警,又采用了光觸媒、紫外線和屏蔽技術,有效地凈化甲醛有毒氣體,并且采用了電扇稀釋,電熱片加熱氧化技術,將一些可燃氣體氧化成二氧化碳、水和顆粒物,然后采用活性炭吸附和硅窗置換技術,尤其是利用經石灰水處理的活性炭吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,從而凈化并置換出新鮮空氣。同時,在可燃氣體檢測儀檢測出濃度超過爆炸極限的有毒氣體、可燃氣體時,切斷光觸媒和加熱電路,自動報警,讓室內人員逃離,由專業人員處理,讓室內人員逃離危險。采用了交流降壓、整流變直流,和直流逆變交流技術,能直流交流互用,適用于房屋、汽車、娛樂場所、倉庫內的空氣檢測、凈化;并且在光觸媒的二氧化鈦涂層的內膽前口設有紫外線蔽屏,能有效防止紫外線傷害;在凈化空氣的同時,有效地保護人們的身體健康和生命安全。本發明比現有的單一的只檢測不凈化、只凈化不檢測的氣體檢測設備、空氣凈化設備與“空氣凈化器”相關專利技術更為全面、更具有優越性。
附圖說明下面是對附圖的說明
圖1室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置功能方框圖
圖2室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置主件組成方框圖
圖3室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置電路圖
圖4室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置截面圖
圖5室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置具體部件組裝圖
1、導線2、變壓器3、橋式整流器4、蓄電池5、氣敏傳感器6、甲醛氣體感應器7、電阻8、電阻9、放大器10、led燈11、逆變器12、紫外線燈13、電磁閥14、電熱片15、led燈16、電扇17、電阻18、電解電容19、電容20、可變電阻21、二極管22、電阻23、電磁閥24、揚聲器25、電阻26、可燃氣體檢測儀27、電鍵28、前蓋29、裝置外殼30、螺栓31、電路版32、接電盒33、后蓋34、硅窗35、經石灰水處理的活性炭方塊36、電扇固定鋼架37、二氧化鈦涂層的內膽38、紫外線屏蔽蓋39、螺孔40、出氣孔41、螺栓42、螺栓43、螺孔44、出氣孔45、出氣孔46、螺孔47、螺栓48、進氣孔49、進氣孔50、螺栓51、氣孔52、led燈孔53、螺栓54、螺孔55、led燈56、電路版
具體實施方式選擇220v市電與/或蓄電池作直流與/或交流互用電源。選擇但不限于qm-n10型氣敏傳感器5與winsensormq138甲醛氣體感應器6,以及rj-mot200可燃氣體檢測儀26作為檢測;選擇電鍵27、電磁閥13和電磁閥23作為控制,選擇揚聲器24作為報警,選擇電扇、電熱、光觸媒、經石灰水處理的活性炭作為凈化,選擇硅窗作為換氣。(如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5)。
將220v市電用導線1聯結變壓器2降壓,通過橋式整流器3整流后,正極通過led燈55接到24v蓄電池4的正極,負極通過電鍵27接到24v蓄電池4的負極上,qm-n10型氣敏傳感器5的加熱電阻絲輸入極g與winsensormq138甲醛氣體感應器6的加熱電阻絲輸入極m并聯接正極,qm-n10型氣敏傳感器5的加熱電阻絲輸出極h接電阻22和winsensormq138甲醛氣體感應器6的加熱電阻絲輸出極n接電阻7后并聯負極,qm-n10型氣敏傳感器5的陽極e和winsensormq138甲醛氣體感應器6的陽極k并聯接正極,qm-n10型氣敏傳感器5的陰極f和winsensormq138甲醛氣體感應器6的陰極l分開,winsensormq138甲醛氣體感應器6的陰極l與串聯的電磁閥13和led燈15的導線以及串聯的led燈10和電扇16的導線1兩路并聯后接負極;qm-n10型氣敏傳感器5的陰極f與串聯10kω可變電阻20、二極管21的導線1以及串聯電容19的導線1并聯后再接1kω電阻8,然后并聯4.7uf電解電容18的正極和npn放大器9的基極,放大器9集電極與甲醛氣體感應器6的陰極l并聯;5.1ω電阻22、5.1ω電阻7、二極管21、電容19與電解電容18的負極均并聯接負極;放大器9的發射極串聯50ω電阻17后再接負極;rj-mot200可燃氣體檢測儀26的陽極a與加熱電阻絲輸入極c并聯接蓄電池4正極,rj-mot200可燃氣體檢測儀26的加熱電阻絲輸出極d串聯5.1ω電阻25接蓄電池4負極,rj-mot200可燃氣體檢測儀26的陰極b串聯揚聲器24和電磁閥23后接蓄電池4負極;蓄電池4正極與負極之間串聯逆變器11,并由電磁閥13與電磁閥23選擇切斷或關閉電路;220v市電兩根導線與紫外線燈12和加熱片14并聯,也由電磁閥13與電磁閥23選擇切斷或關閉電路,紫外線燈12與逆變器11并聯。(如圖3)。
將220v市電、變壓器2、橋式整流器3、蓄電池4、電鍵27、逆變器11、電磁閥13、電磁閥23、可燃氣體檢測儀26、電阻25、電阻22、電阻7、可變電阻20、電阻8、電阻17、電容19、電解電容18、二極管21、放大器9、led燈10、led燈15、led燈55的工作電路均組裝在電路版31上,裝入接電盒32中,用螺栓50固定,并將led燈10、led燈15、led燈55穿過led燈孔52露在接電盒32外面,保留氣孔51暢通,再將接電盒32用螺栓30通過螺孔39固定在裝置外殼29上方;電鍵27組裝在接電盒中,電鍵27從裝置外殼29外控制。(如圖3)。
將57bl55s02-212直流24v電機20w的電扇16置于有出氣孔44的電扇固定鋼架36上用螺栓42通過螺孔43固定,接通導線1;在二氧化鈦涂層的內膽37中裝入220v、365nm紫外線燈12和24v、100w電熱片14,用螺栓47通過螺孔46將電熱片14固定在有出氣孔45的二氧化鈦涂層的內膽37的后壁中間,接通導線1;再將二氧化鈦涂層的內膽37裝入裝置外殼29中,通過螺孔54用螺栓53固定;然后將有進氣孔48的紫外線屏蔽蓋38蓋在二氧化鈦涂層的內膽37外口,通過絲牙旋緊;用螺栓41將氣敏傳感器5與甲醛氣體感應器6的電路版56固定在露出進氣孔48的紫外線屏蔽蓋38上,接通導線1;再裝上有進氣孔49的前蓋28,并通過絲牙與裝置外殼29旋緊。(如圖4、圖5)。
在裝置外殼29后方固定經石灰水處理的活性炭方塊35后,再裝上硅窗34;然后蓋上有出氣孔40的后蓋33,通過絲牙與裝置外殼29旋緊。(如圖3、圖4、圖5)。
本發明的電路中直流與/或交流互用電源同時設有逆變器11和變壓器2、橋式整流器3,直流蓄電池4與/或交流220v市電,直流與/或交流選擇、互用,適用范圍廣、方便使用;當室內有220v市電時,切斷電鍵27,讓220v市電工作;當室內沒有220v市電,讓蓄電池4工作,其中的紫外線燈12和電熱片14需要的220v電壓由逆變器11提供;關閉220v市電和電鍵27,停止工作;不關閉電鍵27,同時在220v市電工作下,蓄電池4由變壓器2、橋式整流器3整流對蓄電池4充電,室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置正常工作,但是蓄電池4電量飽和時,led燈55熄滅,要人為及時關閉電鍵27或者切斷220v市電。
本發明能夠在室內自動監測有一氧化碳、瓦斯、煤氣、乙醇、甲醛等毒氣和可燃氣體,并且設有二氧化鈦涂層的內膽37和紫外線蔽屏蓋38,能防止紫外線傷害。
開啟電源,本發明的室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置進入檢測、凈化、換氣與/或報警工作狀態(圖1、圖3)。
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,但濃度不高,小于500ppm,低于《室內空氣質量標準》gb/t18883-2002安全標準:甲醛hchomg/m30.101h均值,甲醛hchomg/m3≤0.08≤0.12;一氧化碳comg/m3101h均值、苯c6h6mg/m30.111h均值、可吸入顆粒pm10mg/m30.15日平均值時,氣敏傳感器5與甲醛氣體感應器6產生感應,qm-n10型氣敏傳感器5的陽極e、陰極f與winsensormq138甲醛氣體感應器的6陽極k、陰極l均產生電信號,通過放大器9放大,led燈10、led燈15亮燈,電扇16工作,讓旋轉的空氣與經石灰水處理的活性炭方塊35接觸,有毒氣體、可燃氣體被經石灰水處理的活性炭方塊35吸附凈化,然后通過硅窗34置換出新鮮空氣,從出氣孔40透出。
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,但濃度較高,超出《室內空氣質量標準》gb/t18883-2002安全標準:甲醛hchomg/m30.101h均值,甲醛hchomg/m3≤0.08≤0.12;一氧化碳comg/m3101h均值、苯c6h6mg/m30.111h均值、可吸入顆粒pm10mg/m30.15日平均值,并有甲醛等有毒氣體時,甲醛氣體感應器6產生感應,winsensormq138甲醛氣體感應器6的陽極k、陰極l產生電信號,電磁閥13接通逆變器11,開啟紫外線燈12和電熱片14,讓二氧化鈦涂層的內膽37中的二氧化鈦涂層進行光觸媒的光催化氧化作用,讓有毒氣體加熱氧化,分解成二氧化碳和水,然后通過經石灰水處理的活性炭方塊35凈化、吸附,然后通過硅窗34置換出新鮮空氣,從出氣孔40透出。
其中反應式為:甲醛為hcho+h2o→co2+4h++4e,o2+4h++4e→2h2o,hcho+h2o→co2+2h2o;納米tio2光催化高級氧化技術反應(光觸媒)的過程和反應方程式為:tio2+hv→h++e-,h++e-→e,h2o→h++oh-,h++oh-→·oh,h++h2o+o2-→·oh+h++·o2-,h++h2o→·oh+h+,e-+o2→·o2-,·o2-+h+→·ho2,2·ho2→o2+h2o2,h2o2+·o-2→·oh+oh-+o2(其中:·oh為羥基自由基,·o2-為超氧陰離子自由基,h2o2為過氧化氫,·ho2為超氧化氫自由基,hv為光子能量,h+為導帶上的光致空穴,e-為光致電子,e為化學能)。
經石灰水處理的活性炭方塊35中的石灰反應式為:經石灰水處理的活性炭方塊中的石灰反應式為:cao+h2o=ca(oh)2,cao+co2=caco3,ca(oh)2+co2=caco3+h2o,caco3δ=cao+co2。
可燃氣體與氧氣發生反應的反應式分別為:一氧化碳和煤氣反應式為,2co+o2=2co2;氫氣反應式為2h2+o2=2h2o;乙醇反應式為,c2h5oh+3o2=2co2+3h2o;苯反應式為,2c6h6+15o2=12co2+6h2o;多環芳烴(碳氫化合物)反應式為,hc+o2→co2+h2o;瓦斯和甲烷反應式,ch4+2o2=co2+2h2o。一氧化碳、瓦斯、煤氣、氫氣、乙醇、苯、多環芳烴(碳氫化合物)、甲烷ch4均能通過加熱、燃燒或者高溫氧化方式生成co2和h2o。
有毒氣體硫化氫反應式為:2h2s+3o2=2so2+2h2o,有毒氣體氮、硫氧化物的反應式為:so2+h2o=h2so3,h2so3+cao=h2o+caso3,4no2+2ca(oh)2=ca(no3)2+ca(no2)2+2h2o。反應中的caso3、ca(no3)2、ca(no2)2與空氣中的pm2.5、pm10、顆粒物均被經石灰水處理的活性炭方塊吸附。
當室內存在有毒氣體、可燃氣體,并且濃度很高超過爆炸極限時,rj-mot200可燃氣體檢測儀26的陽極a、陰極b產生電信號,通過揚聲器24報警,并通過電磁閥23關閉已經打開的逆變器11、紫外線燈12、電熱片14,切斷熱源,室內人員從室內緊急撤離,并向警方求助,由專業人員處理危險。
當室內不存在有毒氣體、可燃氣體時,qm-n10型氣敏傳感器5的陽極e、陰極f與winsensormq138甲醛氣體感應器6的陽極k和陰極l,以及rj-mot200可燃氣體檢測儀26的陽極a和陰極b之間均不產生電信號,led燈10、led燈15不亮,電扇16、逆變器11、紫外線燈12、電熱片14均不工作,室內人員關閉本發明的室內有毒氣體自動檢測與凈化換氣裝置的直流與/或交流互用電源,停止工作。
利用經石灰水處理的活性炭35吸附pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物,視空氣污染情況和pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物的濃度,一段時間后發現經石灰水處理的活性炭35被吸附的pm2.5、pm10、顆粒物和氮、硫氧化物污染嚴重時,旋下有出氣孔40的后蓋33和硅窗34,將經石灰水處理的活性炭方塊35取出予以更換,然后重新裝上,將后蓋33通過絲牙與裝置外殼29旋緊。
本發明根據有毒氣體、可燃氣體的濃度,分別由氣敏傳感器、甲醛氣體感應器、可燃氣體檢測儀檢測,分梯級凈化、換氣,或者報警,從而既凈化了空氣,又沒有紫外線傷害,更不會因可燃氣體超過爆炸極限而爆炸,保護人們的身體健康和生命安全,并且交流、直流互用,它廣泛適用于房屋、汽車、娛樂場所、倉庫內的空氣檢測、凈化和更換。比單一的氣體檢測設備和空氣凈化設備更全面、更為優越。