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CN101076396A - 光催化剂保护 - Google Patents

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CN101076396A
CN101076396A CNA2005800426408A CN200580042640A CN101076396A CN 101076396 A CN101076396 A CN 101076396A CN A2005800426408 A CNA2005800426408 A CN A2005800426408A CN 200580042640 A CN200580042640 A CN 200580042640A CN 101076396 A CN101076396 A CN 101076396A
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Abstract

一种空气处理系统包括协作以便净化流经空气处理系统的空气流并保护光催化剂不受特定污染物的钝化的过滤器及加热元件、等离子装置以及光催化剂和紫外光。空气处理系统以两种不同模式操作。在第一种模式中，空气处理系统主要从空间抽取并返回空气，并且加热元件和等离子装置选择性关断。在第二种模式中，空气处理系统使用加热元件选择性加热过滤器并释放吸收的污染物而再生过滤器。等离子装置选择性开启并将释放的污染物化学转化成固态污染物产品。固态污染物产品沉积在等离子装置的偏置电极上。紫外光关闭以便确保在污染物的释放和转化过程中光催化剂不起作用。一旦沉积，基本稳定和惰性的固态污染物产品不可能损坏光催化剂。

Description

光催化剂保护
背景技术
本发明涉及空气处理模块，并且更具体涉及使用冠状放电装置从空气调节气流中去除污染物来保护空气处理模块中的光催化剂。
空气处理模块通常用于汽车、商业以及住宅加热、通风以及空调(HVAC)系统以便移动并净化空气。通常，流经空气处理模块的空气流包括痕量污染物，例如生物物种(biospecies)、灰尘、微粒、气味、一氧化碳、臭氧、半挥发性有机化合物(SVOC)、挥发性有机化合物(VOC)，例如甲醛、乙醛、甲苯、丙醇、丁烯以及含硅VOC。
通常，过滤器和光催化剂用于通过去除和/或破坏污染物来净化空气流。典型的过滤器包括从空气流物理分离污染物的过滤介质。典型的光催化剂包括涂覆二氧化钛的整料(monolith)，例如蜂巢，以及紫外光源。二氧化钛作为光催化剂进行操作以便在被紫外光照射时破坏污染物。紫外光的光子被二氧化钛吸收，并且激发电子从价带到导带，因而在价带产生空穴并在导带增加电子。激发的电子与氧气反应，而剩余在价带的空穴与水反应，形成活性羟基(hydroxylradical)。当空气流中的污染物流经蜂巢并吸附到二氧化钛覆层上时，羟基攻击并将污染物氧化成水、二氧化碳以及其它物质。紫外光还可以杀死被辐射的气流中生物物种。
不利的是，典型的空气处理模块过滤器的污染物容量有限。一旦达到污染物容量，过滤器不会从空气流物理分离附加污染物。那么，空气流中的污染物流经过滤器并被光催化剂氧化。当光催化剂氧化含硅VOC或SVOC以便在光催化剂表面上形成硅基玻璃时是特别麻烦的。硅基玻璃可以将二氧化钛与通过的空气流隔离，由此钝化二氧化钛。在严重情况下，在达到过滤器的污染物容量两周内光催化剂的大部分催化活性消失。为了防止光催化剂钝化，可以在达到污染物容量之前更换过滤器或者使用附加过滤器来物理分离更大量的污染物，然而在短时间间隔内更换过滤器以及持续监测过滤器所需的维护是高成本并且不方便的。
因而，需要更有效保护光催化剂不受钝化污染物影响的空气处理模块。
发明内容
概括说来，本发明是一种用于保护空气处理系统中的光催化剂不受由特定污染物氧化引起的钝化的系统和方法。
在一个实例中，空气处理模块包括协作以便净化流经空气处理模块的空气流的过滤器及加热元件、等离子装置以及光催化剂和UV光。空气处理模块以两种不同模式操作。在第一种模式中，空气处理模块主要从空间抽取并返回空气，并且加热元件和等离子装置关断。在第二种模式中，空气处理模块使用加热元件加热过滤器而再生过滤器并释放吸收的污染物。等离子装置选择性开启并将释放的污染物化学转化成固态污染物产品，该固态污染物产品沉积在等离子装置的偏置电极上。UV光关闭以便确保在污染物的释放和转化过程中光催化剂不起作用。一旦沉积，基本稳定和惰性的固态污染物产品不可能损坏光催化剂
一种实例方法包括当光催化剂处于打开状态时，将污染物保持在气流路径中，当光催化剂处于关闭状态时将污染物释放到气流路径中，并且将污染物化学转化成不同的化学转化污染物。
通过目前优选实施例的后续详细描述，本发明的各种特征和优点对本领域技术人员显而易见。下文将简要描述伴随详细描述的附图。
附图说明
图1是包括空气处理模块的HVAC系统。
图2是实例空气处理模块的透视图。
图3是实例过滤器、等离子装置以及光催化剂的示意图。
图4是图3的过滤器的另一个实例的示意图。
图5是包括臭氧破坏材料的实例空气处理模块的示意图。
图6是包括第二等离子装置的另一个空气处理模块结构的示意图。
具体实施方式
图1显示了包括内部空间12(例如房间、办公室或车厢)的住宅、商用、车用或其它结构10。HVAC系统14加热或冷却内部空间12。内部空间12内的空气经入口路径16抽入HVAC系统14。HVAC系统14改变温度，并使用空气处理模块18净化抽入的空气。随后，净化的温度改变的空气经出口路径20返回内部空间12。
图2显示了实例空气处理模块18的透视图。空气处理模块18包括用于抽取并返回空气的压缩机30。从内部空间12抽入的空气在空气流32内流入过滤室34，其形成贯穿空气处理模块18的空气流路。过滤室34封闭有协作以便净化空气流32的过滤器36、等离子装置38以及光催化剂40。空气流32继续通过过滤室到达线圈42。线圈42依据所希望的内部空间12的温度加热或冷却空气流32。在加热或冷却后，压缩机30经出口路径20将空气流32返回内部空间12。要理解，所示的空气处理模块18仅是一个实例，并且本发明并不局限于这种结构。
图3显示了实例过滤器36、等离子装置38和光催化剂40的示意图。过滤器36接收空气流32并从空气流32吸附污染物。过滤器36包括夹持在纤维栅网层44之间的公知活性碳过滤介质。在一个实例中，对公知活性碳进行改性、浸渍或孔隙控制。如所公知的，例如高锰酸钾的改性剂或其它改性剂可以浸渍在活性碳内以便对活性碳的吸附属性进行改性。活性碳的孔隙容量也可以控制在所希望的范围内，以便对吸附属性进行改性。这些特征可以提供的优点是将过滤器36设计成优先吸收特定污染物，例如甲醛、乙醛、甲苯、丙醇、丁烯、含硅VOC或其它VOC。
在另一实例中，过滤器36可以附加利用在纤维栅网层44之间与活性碳混合的沸石和/或其他类型的过滤介质以便获得某些污染物的优先吸收。作为备选方案，可以通过将活性碳包覆到制成纤维栅网44的纤维上而将活性碳过滤介质与纤维栅网44集成。
如图4所示，在另一实例中，在第一层46内提供活性碳过滤介质并且可以在相邻第二层48内提供沸石介质和/或其它过滤介质。
下文更详细讨论的加热元件50包围过滤器36并可以在打开和关闭状态之间选择性操作。
在一个实例中，等离子装置40通常位于过滤器36的下游并可以在打开和关闭状态之间选择性操作。等离子装置38优选是产生等离子辉光放电的冠状放电装置。更优选的，等离子装置38包括偏置电极54，例如金属丝阴极(wire cathode)。
在一个实例中，光催化剂40位于等离子装置38的下游。光催化剂40优选是涂覆二氧化钛的整料，例如蜂巢，其作为光催化剂进行操作以便当被紫外(UV)光56照射时破坏污染物。要理解，可以采用除二氧化钛以外的光催化剂材料以及除所示以外的结构(例如，将光催化剂40与过滤器36集成在单个一体式纤维或蜂巢结构中)。
UV光56可以在光催化剂40操作以便破坏污染物的打开状态和光催化剂40不起作用的关闭状态之间选择性操作。在一个实例中，UV光56以UV-C范围的波长照射光催化剂40，然而依据光催化剂的类型和/或空气处理模块18的空气净化需要可以采用其它的UV波长范围。
操作性地，示范性空气处理模块18以两个不同模式起作用。在第一模式中，空气处理模块18起到的主要作用是从内部空间12移动并返回空气，并且净化空气。在第一模式中，加热元件50选择性关闭，等离子装置38选择性关闭，并且UV光56选择性开启。因而，过滤器36从空气流32俘获、限制和吸收某些污染物，例如VOC和SVOC，并且光催化剂40操作以便破坏通过过滤器36的其它污染物。加热元件50和等离子装置38在第一模式中不起作用，然而在其它实例中，同时操作具有过滤和移动空气功能的加热元件50和等离子装置38是有利的。
在第二种模式中，空气处理模块18起到的主要作用是再生过滤器36。也就是，活性碳或其它吸收剂过滤介质调节为解吸先前吸收的污染物。空气流32关断，使得在过滤室34中存在基本为零的气流。加热元件50选择性开启并将过滤器36加热到大约100℃，尽管也可以采用其它加热温度或加热曲线。过滤器36解吸并释放先前吸收的污染物。等离子装置38选择性开启并产生等离子，而UV光56优选关闭以便防止光催化剂40氧化释放的污染物。
过滤室34保持释放的污染物并基本作为等离子装置38的反应容器。释放的污染物，例如将过滤器36设计为吸收/释放的VOC、SVOC或其它污染物与等离子装置38产生的等离子接触。等离子将污染物化学转化成固态污染物产品并将固态污染物产品沉积在接收部分(偏置电极54)。一旦沉积，基本稳定并惰性的固态污染物产品不可能损坏光催化剂40。在一个实例中，等离子将固态污染物产品沉积到金属丝阴极上。在预定数量的沉积循环后，从等离子装置38取出金属丝阴极并丢弃或清洁。
在第二种模式时，加热元件50和等离子装置38操作选定的预定时间量。优选的，该时间足以i)从过滤器36释放大部分污染物，并因而再生过滤器36以及ii)将污染物转化成固态污染物产品。所需时间随温度、过滤介质的尺寸和类型、过滤室34的尺寸以及所使用的等离子装置38的尺寸和类型而变化。
优选的，UV光56在从第二模式切换到第一模式时保持关闭，以便保护光催化剂40不受没有转化成固态污染物产品的任何剩余污染物的影响。空气流32流经过滤室34预定时间量，以便在开启UV光56来操作光催化剂40之前吹洗剩余的释放污染物。
在另一实例中，污染物产品包括有机硅化合物，例如含硅VOC以及含硅SVOC。过滤器36在加热后释放有机硅化合物，并且由等离子装置38产生的等离子将有机硅化合物化学转化成二氧化硅或其它硅基玻璃。等离子将二氧化硅或其它硅基玻璃沉积在偏置电极54上。
在另一实例中，过滤器36包括折叠因数(pleating factor)约为8并且具有约100g活性碳过滤介质的单个折叠层。过滤器36吸附输入的空气流32中约90％的有机硅化合物并且在第一模式操作中花费大约十二个小时达到满容量。接近十二个小时，空气处理模块18采用例如控制器来主动切换到第二模式并且再生过滤器36。作为控制器备选或附加方案，操作者可以控制模式间的切换。
在图5所示的另一实例中，臭氧破坏材料58，例如公知金属氧化物催化剂包括在等离子装置38和光催化剂40之间。臭氧破坏材料58可以例如设置在蜂巢结构60上，并在UV光56开启之前从等离子装置38接收臭氧。臭氧破坏材料58将臭氧吸附到表面上并分解臭氧。这种特征可以提供的优点是使光催化剂40受到更少臭氧的影响，臭氧可以对光催化剂40钝化作出贡献。要理解，臭氧破坏材料58可以备选在过滤室34中定位在所示以外的其它位置。
图6显示了另一个空气处理模块18结构的示意图，其包括包围过滤器36的第二等离子装置138。第二等离子装置138包括偏置电极154并类似并结合等离子装置38操作以便将释放的污染物化学转化成固态污染物产品。利用第二等离子装置138的好处是完全化学转化从过滤器36释放的污染物的时间更短或者转化释放污染物的效率更大。同样，可以使用多个附加等离子装置。
尽管已经公开了本发明的优选实施例，本领域普通技术人员应意识到某些修改在本发明的范围内。为此，应研究后续权利要求以便确定本发明的真正范围和内容。

Claims (20)

1.一种用于处理包含污染物的气流的气体处理系统，包括：
设置在气流路径内的过滤器；
与所述过滤器流体连通的光催化剂；以及
与所述光催化剂流体连通的等离子装置，所述等离子装置定位成处理所述气流路径中的污染物。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述等离子装置定位在所述光催化剂的上游。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述等离子装置定位在所述过滤器的下游。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：当所述光催化剂处于打开状态时，所述过滤器保持所述气流中的至少一部分污染物，并随后在所述光催化剂处于关闭状态时选择性释放所述污染物，并且所述等离子装置定位在所述过滤器附近以便化学转化所述过滤器释放的污染物。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述过滤器包括加热器，并且所述加热器加热所述过滤器以便选择性释放所述污染物。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：包括与所述等离子装置流体连通的臭氧破坏材料，所述臭氧破坏材料至少从所述等离子装置接收臭氧。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述过滤器至少包括从所述气流吸附所述污染物的活性碳以便在所述气流接触所述活性碳时保持所述污染物。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述等离子装置是与所述光催化剂流体连通的多个等离子装置中的一个。
9.一种用于处理包含污染物的气流的气体处理系统，包括：
彼此流体连通的第一和第二气体处理构件，并且各所述第一和第二气体处理构件可分别选择性控制在打开和关闭状态之间；
与所述第一和第二气体处理构件流体连通的第三气体处理构件，并且所述第三气体处理构件基于所述第一或第二气体处理构件中的至少一个的打开或关闭状态选择性保持或释放所述污染物。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：当所述第一或第二气体处理构件中的至少一个处于关闭状态时，所述第三气体处理构件释放所述污染物。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：处于关闭状态的所述第一或第二气体处理构件包括光催化剂和光源。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述第一或第二气体处理构件中处于关闭状态的另一个包括当所述第三气体处理构件释放所述污染物时处于打开状态并产生等离子的等离子装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述第三气体处理构件包括吸附过滤器和加热器，并且当所述加热器供热时，所述吸附过滤器释放污染物，而当所述加热器不供热时保持所述污染物。
14.一种防止气体处理构件接收气流路径中的选定污染物的方法，包括以下步骤：
(a)当所述气体处理构件处于第一状态时将所述污染物保持在所述气流路径中；
(b)当所述气体处理构件处于不同的第二状态时将所述污染物释放到所述气流路径；以及
(c)将所述污染物化学转化成不同的化学转化污染物。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述气体处理构件包括光催化剂和相关光源以便当所述相关光源打开或关闭时分别激活或去活所述光催化剂，并且所述第一状态包括所述光源打开，而所述第二状态包括所述光源关闭。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述步骤(b)包括当所述气流路径中的气流大约为零时释放所述污染物，而所述步骤(c)包括当所述气流路径中的气流大约为零时化学转化所述污染物。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述步骤(a)包括将所述污染物吸附到吸附介质上。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述步骤(b)包括加热所述吸附介质。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述步骤(c)包括产生等离子并使所述污染物受到所述等离子作用以便产生所述化学转化污染物。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述步骤(c)包括将所述化学转化污染物沉积在等离子装置的接收部分。
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