《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》是海爾集團公司、青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司於2013年10月16日申請的專利，該專利的公布號為CN104556032A，授權公布日為2015年4月29日，發明人是鄭濤、曹冠忠、童紅利、顏超。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》屬於燃氣淨化領域，具體涉及一種CO淨化器，所述淨化器包括蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層，所述催化劑層包括催化劑載體和分散於載體內的活性組分顆粒；所述的活性組分由貴金屬中一種或多種構成。所述的CO淨化器具有機械強度高、熱膨脹係數小、耐高溫、熱穩定性好、淨化一氧化碳的效果好、使用壽命長等優點。該發明還提供了一種設定有該CO淨化器的燃氣熱水器。
2020年7月14日，《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器
- 申請人：海爾集團公司、青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司
- 申請日：2013年10月16日
- 申請號：2013104827076
- 公布號：CN104556032A
- 公布日：2015年4月29日
- 發明人：鄭濤、曹冠忠、童紅利、顏超
- 地址：山東省青島市嶗山區高科園海爾路1號海爾工業園
- Int. Cl.：C01B31/18(2006.01)I
- 代理機構：北京元中智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：王明霞
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著時代的進步及生活形態的轉變，熱水器已是一般居家生活不可或缺的必要裝置，就使用的能源而言，可分為燃氣熱水器、電熱水器及太陽能熱水器等，基於使用方便性及能源成本等因素考量，燃氣熱水器最廣為一般大眾所採用。
可是在天冷的天氣，大家習慣把門窗緊閉以隔絕凍人的寒意，此時室內若使用燃氣熱水器，容易因緊閉的屋內氧氣量不夠，使得燃氣不完全燃燒釋放出一氧化碳而造成中毒。因為一氧化碳是一種無色、無味、無臭、無刺激性的氣體，它的產生並沒有特殊警示訊號，進入人體後與血紅蛋白的親和力比氧高300倍，使血紅蛋白喪失了攜帶氧的能力和作用，對全身的組織細胞均有毒性作用，尤其對大腦皮質的影響最為嚴重，當人們意識到已一氧化碳中毒時，往往已為時已晚，因為支配人體運動的大腦皮質最先受到麻痹損害，使人無法實現有目的的自主運動，此時中毒者頭腦中仍有清醒的意識，可手腳已不聽使喚，所以，一氧化碳中毒者往往無法進行有效的自救；每年都有因中毒太深而喪失生命或產生腦部永久的損傷的新聞報導，另外有部分病人在恢復意識後，經過一段時間（一周至一月），卻又發生遲發性腦病變，而有智慧減退、大小便失禁、步態不穩、行為退化等症狀出現。發生時間全年都有，但以每年冬天的12、1、2月、雨天或颱風天為好發的時間。
燃氣熱水器中一般都裝有一氧化碳淨化器，但是，熱水器在使用時CO淨化器處於一個高溫的環境中，熱水器在高溫時發生熱脹，穩定性差，容易出現裂紋，隨著使用時間的增長淨化一氧化碳的效果差，另外，還存在淨化器的壽命短等問題，安全係數不夠高，尤其在密閉的室內環境下，當一氧化碳的排放超標時，用戶的生命安全完全無保障。
發明內容
專利目的
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》的第一個目的在於提供一種CO淨化器，所述的CO淨化器具有機械強度高、熱膨脹係數小、耐高溫、熱穩定性好、淨化一氧化碳的效果好、使用壽命長等優點。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》的第二個目的在於提供一種設有所述CO淨化器的燃氣熱水器。
技術方案
為了實現《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》的目的，特採用以下技術方案：
一種CO淨化器，其特徵在於，所述淨化器包括蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層，所述催化劑層包括催化劑載體和分散於載體內的活性組分顆粒；所述的活性組分由貴金屬中一種或多種構成。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》提供的CO淨化器由蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層構成，蜂窩陶瓷基體作為CO淨化器的骨架，賦予了CO淨化器優良的抗壓強度和耐高溫性能，並且蜂窩陶瓷基體的熱膨脹係數小，在高溫的環境中穩定性強，極大地提高了CO淨化器的使用壽命；另外，燃氣在不完全燃燒釋的過程中放出一氧化碳，一氧化碳在通過CO淨化器的過程中在活性成分貴金屬的作用下與O2發生氧化還原反應，生成CO2並釋放出熱量，從而達到淨化CO的目的，該發明採用貴金屬為催化劑的活性成分，具有使用溫度低，脫除率高的特點，該發明提供的CO淨化器出口處CO濃度小於50ppm，淨化一氧化碳的效果非常好。
所述的蜂窩陶瓷基體的原料組分包括堇青石、Al2O3、尖晶石、和富鋁紅柱石和粘結劑。優選的，按重量份計，所述的蜂窩陶瓷基體的原料組分包括85-95份堇青石、1-5份Al2O3、1-5份的尖晶石、1-5份的富鋁紅柱石、3-10份粘結劑。
所述的粘合劑為該領域製備蜂窩陶瓷中常用的粘合劑，其選用不需要付出創造性的勞動。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》提供的蜂窩陶瓷基體以堇青石為主要組分，以Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石為輔加組分，該陶瓷的基本配方為以堇青石為主的Al2O3-MgO-SiO2體系，並含有微量的Na、K、Ca、Fe、Mn元素，該體系具有較低的燒結溫度，並能賦予陶瓷材料優異的燒結性能和顯微結構，使得該蜂窩陶瓷基體具有優良的抗熱震性能、良好的吸附性能、較高的耐火度和理想的機械強度，特別是熱膨脹吸收小，是一種性能優異的一氧化碳淨化氣基體材料。
優選的，所述的蜂窩陶瓷基體的原料組分還包括氧化鈉、氧化鉀、和氧化鈣。更優選的，按重量份計，所述的蜂窩陶瓷基體的原料組分包括85-95份堇青石、1-5份Al2O3、1-5份的尖晶石、1-5份的富鋁紅柱石、3-10份粘結劑、0.1-0.5份氧化鈉、0.1-0.5份氧化鉀、和0.1-0.5份氧化鈣。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》提供的陶瓷的配方中添加了氧化鈉、氧化鉀、和氧化鈣，氧化鈉、氧化鉀、和氧化鈣一是能降低燒結溫度，二是能賦予陶瓷材料優異的燒結性能和顯微結構，使蜂窩陶瓷基體具有優異的理化綜合性能。
所述蜂窩陶瓷基體的孔洞為1.3～1.8毫米×1.3～1.8毫米方孔或邊長為1.3-1.8毫米的六邊形孔。
所述蜂窩陶瓷基體的壁厚為0.2-0.8毫米，優選的，所述蜂窩陶瓷基體的壁厚為0.3-0.4毫米。
所述催化劑載體的組分包括γ-Al2O3和稀土氧化物。優選的，按重量份計，所述催化劑載體的組分包括90-99份的γ-Al2O3和1-10份的稀土氧化物。γ-Al2O3具有高比表面、耐高溫的惰性，高活性、和多孔性，並且硬度高、尺寸穩定性好，吸附能力強，能夠牢固地負載更多的活性組分，提高催化一氧化碳的效率，提高催化劑層的耐磨性能和使用壽命。催化劑載體γ-Al2O3中摻雜稀土氧化物，起提高活性組分分散度以及助催化的作用，使活性組分分布均勻，催化效率更高。
優選的，所述的稀土氧化物包括CeO2、ZrO2、Ga2O3、Y2O3、La2O3、Nd2O3、Sm2O3中的一種或多種混合。
優選的，所述的稀土氧化物的粒徑不超過50微米，優選不超過20微米。當稀土氧化物的粒徑不超過50微米時，稀土氧化物的表面效應增強了其分散作用和助催化作用，製備的催化劑層活性成分分布非常均勻，淨化效率顯著提高。
所述的貴金屬為金、銀或鉑族金屬中的一種或多種混合，所述的鉑族金屬為釕、銠、鈀、鋨、銥或鉑；優選的，所述的貴金屬為鉑和鈀中的一種或多種混合。
所述貴金屬顆粒的粒徑不超過50微米，優選為不超過10微米，更優選為不超過1微米。當貴金屬顆粒的粒徑不超過50微米時，CO淨化器出口出的CO濃度小於30ppm，當貴金屬顆粒的粒徑不超過10微米時，CO淨化器出口出的CO濃度小於15ppm，當貴金屬顆粒的粒徑為不超過1微米時，CO淨化器出口出的CO濃度小於8ppm，淨化一氧化碳的效果非常好。
所述活性組分的含量占催化劑層總質量的1-15%，優選為5-10%。
所述的蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.0～1.2×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.2～1.44×10牛／平方米、橫向抗壓強度為1.3～3.87×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.0～1.2×l0／℃（室溫-1000℃）。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》提供的CO淨化器，其蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層的熱膨脹係數均較小，隨著溫度的大範圍變化其體積變化非常微小，在使用過程中不會出現裂紋等情況，穩定性好，另外二者的熱膨脹係數非常接近，即隨著溫度的變化，二者的膨脹幅度幾乎相同，這就保證了催化劑層可以牢固地附著在蜂窩陶瓷基體表面，二者的結合度高，並且在溫度的變化過程中不會出現裂紋、剝離、脫落等現象，熱穩定性好，極大地提高了CO淨化器的使用壽命。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》還提供了一種燃氣熱水器，所述的燃氣熱水器設定有所述的CO淨化器。
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》提供的燃氣熱水器排放的一氧化碳濃度非常低、穩定性好、安全係數高，可在密閉的家庭環境中使用。
改善效果
（1）所述CO淨化器具有機械強度高、熱膨脹係數小、耐高溫、熱穩定性好、淨化一氧化碳的效果好、使用壽命長等優點。
（2）燃氣熱水器的一氧化碳排放濃度非常低、穩定性好、極大地提高了用戶的使用安全。
技術領域
《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》屬於燃氣淨化領域，具體涉及一種CO淨化器，以及設定有該CO淨化器的燃氣熱水器。
權利要求
1.一種CO淨化器，其特徵在於，所述淨化器包括蜂窩陶瓷基體和附著在蜂窩陶瓷基體表面的催化劑層，所述催化劑層包括催化劑載體和分散於載體內的活性組分顆粒；所述的活性組分由貴金屬中一種或多種構成。
2.根據權利要求1所述的CO淨化器，其特徵在於，按質量百分含量計，所述的蜂窩陶瓷基體的原料組分包括堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石和粘結劑；優選的，還包括氧化鈉、氧化鉀、和氧化鈣。
3.根據權利要求1或2所述的CO淨化器，其特徵在於，所述蜂窩陶瓷基體的孔洞為1.3～1.8毫米×1.3～1.8毫米方孔或邊長為1.3-1.8毫米的六邊形孔。
4.根據權利要求1或2所述的CO淨化器，其特徵在於，所述蜂窩陶瓷基體的壁厚為0.2-0.8毫米，優選的，所述蜂窩陶瓷基體的壁厚為0.3-0.4毫米。
5.根據權利要求1所述的CO淨化器，其特徵在於，所述催化劑載體的組分包括γ-Al2O3和稀土氧化物；優選的，按質量百分含量計，所述催化劑載體的組分包括90%-99%的γ-Al2O3和1-10%稀土氧化物。
6.根據權利要求5所述的CO淨化器，其特徵在於，所述的稀土氧化物包括CeO2、ZrO2、Ga2O3、Y2O3、La2O3、Nd2O3、Sm2O3中的一種或多種混合。
7.根據權利要求1所述的CO淨化器，其特徵在於，所述的貴金屬為金、銀或鉑族金屬中的一種或多種混合，所述的鉑族金屬為釕、銠、鈀、鋨、銥或鉑；優選的，所述的貴金屬為鉑和鈀中的一種或多種混合。
8.根據權利要求1或7所述的CO淨化器，其特徵在於，所述貴金屬顆粒的粒徑不超過50微米，優選為不超過10微米，更優選為不超過1微米。
9.根據權利要求1所述的CO淨化器，其特徵在於，所述活性組分的含量占催化劑層總質量的1-15%，優選為5-10%。
10.一種燃氣熱水器，設有權1-9任一項所述的CO淨化器。
實施方式
實施例1
將堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石、粘結劑分別打磨，過篩，備用。
取85份堇青石、5份Al2O3、1份的尖晶石、5份的富鋁紅柱石、3份羧甲基纖維素粘結劑，加入適量的水，混合均勻，得到混合的泥料，將泥料放入真空煉泥機中進行煉泥後，再放入擠壓成型機中擠壓成型，乾燥成乾坯，將蜂窩陶瓷體乾坯裝入鍛燒爐中，升溫至1500℃溫度下並保溫4小時進行鍛燒，空冷至常溫出爐，得蜂窩陶瓷基體。蜂窩陶瓷基體的孔洞為1.3毫米×1.3毫米的方孔，壁厚為0.2毫米。蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.2×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.2×10牛／平方米、橫向抗壓強度為1.3×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
取γ-Al2O390份、Ga2O310份、Au粉1.01份，其中Ga2O3的粒徑不超過50微米，Au粉的粒徑不超過100微米；再添加適量的水混合均勻後得塗覆液，塗覆在蜂窩陶瓷基體表面，乾燥，400℃焙燒，得CO淨化器。所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.2×l0／℃（室溫-1000℃）。
將該CO淨化器設定於燃氣熱水器的集煙罩內。
實施例2
將堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石、粘結劑分別打磨，過篩，備用。
取95份堇青石、1份Al2O3、5份的尖晶石、1份的富鋁紅柱石、7份羧甲基纖維素粘結劑，加入適量的水，混合均勻，得到混合的泥料，將泥料放入真空煉泥機中進行煉泥後，再放入擠壓成型機中擠壓成型，乾燥成乾坯，將蜂窩陶瓷體乾坯裝入鍛燒爐中，升溫至1500℃溫度下並保溫4小時進行鍛燒，空冷至常溫出爐，得蜂窩陶瓷基體。蜂窩陶瓷基體的孔洞為邊長為1.3毫米的六邊形孔，壁厚為0.3毫米。蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.44×10牛／平方米、橫向抗壓強度為3.87×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
取γ-Al2O399份、La2O31份、銠粉17.65份，其中La2O3的粒徑不超過20微米，銠粉的粒徑不超過50微米；再添加適量的水混合均勻後得塗覆液，塗覆在蜂窩陶瓷基體表面，乾燥，400℃焙燒，得CO淨化器。所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）。
將該CO淨化器設定於燃氣熱水器的集煙罩內。
實施例3
將堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石、粘結劑、氧化鈉、氧化鉀和氧化鈣分別打磨，過篩，備用。
取90份堇青石、3份Al2O3、2份尖晶石、3份富鋁紅柱石、0.5份氧化鈉、0.1份氧化鉀、0.5份氧化鈣和7份羧甲基纖維素粘結劑，加入適量的水，混合均勻，得到混合的泥料，將泥料放入真空煉泥機中進行煉泥後，再放入擠壓成型機中擠壓成型，乾燥成乾坯，將蜂窩陶瓷體乾坯裝入鍛燒爐中，升溫至1500℃溫度下並保溫4小時進行鍛燒，空冷至常溫出爐，得蜂窩陶瓷基體。蜂窩陶瓷基體的孔洞為1.5毫米×1.5毫米的方孔，壁厚為0.4毫米。蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.1×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.30×10牛／平方米、橫向抗壓強度為3.15×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
取γ-Al2O395份、CeO25份、鈀粉5.26份，其中CeO2的粒徑不超過20微米，鈀粉的粒徑不超過10微米；再添加適量的水混合均勻後得塗覆液，塗覆在蜂窩陶瓷基體表面，乾燥，400℃焙燒，得CO淨化器。所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）。
將該CO淨化器設定於燃氣熱水器的集煙罩內。
實施例4
將堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石、粘結劑、氧化鈉、氧化鉀和氧化鈣分別打磨，過篩，備用。
取90份堇青石、3份Al2O3、2份尖晶石、3份富鋁紅柱石、0.1份氧化鈉、0.5份氧化鉀、0.1份氧化鈣和7份羧甲基纖維素粘結劑，加入適量的水，混合均勻，得到混合的泥料，將泥料放入真空煉泥機中進行煉泥後，再放入擠壓成型機中擠壓成型，乾燥成乾坯，將蜂窩陶瓷體乾坯裝入鍛燒爐中，升溫至1500℃溫度下並保溫4小時進行鍛燒，空冷至常溫出爐，得蜂窩陶瓷基體。蜂窩陶瓷基體的孔洞為1.8毫米×1.8毫米的方孔，壁厚為0.8毫米。蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.40×10牛／平方米、橫向抗壓強度為3.80×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
取γ-Al2O395份、CeO22份、ZrO23份、鉑粉11.11份，其中ZrO2的粒徑不超過20微米，鉑粉的粒徑不超過1微米；再添加適量的水混合均勻後得塗覆液，塗覆在蜂窩陶瓷基體表面，乾燥，400℃焙燒，得CO淨化器。所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.1×l0／℃（室溫-1000℃）。
將該CO淨化器設定於燃氣熱水器的集煙罩內。
實施例5
將堇青石、Al2O3、尖晶石、富鋁紅柱石、粘結劑、氧化鈉、氧化鉀和氧化鈣分別打磨，過篩，備用。
取90份堇青石、3份Al2O3、2份尖晶石、3份富鋁紅柱石、0.1份氧化鈉、0.5份氧化鉀、0.1份氧化鈣和7份羧甲基纖維素粘結劑，加入適量的水，混合均勻，得到混合的泥料，將泥料放入真空煉泥機中進行煉泥後，再放入擠壓成型機中擠壓成型，乾燥成乾坯，將蜂窩陶瓷體乾坯裝入鍛燒爐中，升溫至1500℃溫度下並保溫4小時進行鍛燒，空冷至常溫出爐，得蜂窩陶瓷基體。蜂窩陶瓷基體的孔洞為邊長1.8毫米的六邊形孔，壁厚為0.35毫米。蜂窩陶瓷基體的耐熱溫度高於1450℃、孔壁密度高於1.6克／立方厘米；熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）、縱向抗壓強度為1.40×10牛／平方米、橫向抗壓強度為3.88×10牛／平方米、阻力降不超過600帕。
取γ-Al2O395份、Sm2O35份、鈀粉5份、鉑粉6.11份，其中Sm2O3的粒徑不超過20微米，鉑粉和鈀粉的粒徑不超過1微米；再添加適量的水混合均勻後得塗覆液，塗覆在蜂窩陶瓷基體表面，乾燥，400℃焙燒，得CO淨化器。所述的催化基層的耐熱溫度高於1500℃、熱膨脹係數為1.0×l0／℃（室溫-1000℃）。
將該CO淨化器設定於燃氣熱水器的集煙罩內。
實驗例1
該實驗例的目的在於檢測該發明提供的CO淨化器的除CO的效果。
將實施例1-5提供的燃氣熱水器與燃氣接通，點火，通過CO淨化器的煙氣的溫度為150℃，空速為54.9×10h，燃氣熱水器的煙氣出口處的CO的濃度分別為50ppm、30ppm、15ppm、8ppm、8ppm，淨化CO的效果非常好。
實驗例2
該實驗例檢測了該發明製備的CO淨化器的熱穩定性。
將實施例1-5製備的CO淨化器加熱至1000℃，自然冷卻至室溫，並重複上述加熱-冷卻的過程50次，檢查CO淨化器的外觀。
上述結果表面，該發明製備的CO淨化器的催化劑層和蜂窩陶瓷基體的結合度高、二者的熱膨脹係數非常接近，在溫度大幅度變化時能以幾乎相同的幅度變化，熱穩定性非常好，使用壽命長。
榮譽表彰
2020年7月14日，《CO淨化器及設有該CO淨化器的燃氣熱水器》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
