СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕАКЦИИ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ И ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ЭТО УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК A61L9/20 F24F3/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для выполнения реакции фотокаталитического окисления, в частности к способу и устройству для регулировки влажности фотохимического катализатора во время реакции фотокаталитического окисления. Настоящее изобретение дополнительно относится к воздухоочистителю, который использует это устройство для выполнения реакции фотокаталитического окисления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Качество воздуха в помещении получило огромное внимание начиная с начала 1990-х годов, частично благодаря исследованиям, показавшим, что уровень загрязнения в помещениях фактически является более высоким, чем на открытом воздухе. В дополнение к этому, люди обычно проводят более 80% времени в закрытом помещении, что создает более высокий риск от ингаляции загрязняющих веществ, чем пребывание на улице. В 1995 г. USEPA (американское Управление по охране окружающей среды) идентифицировало, что загрязнение воздуха в помещении представляет собой один из главных экологических рисков. Загрязнители воздуха в помещении могут быть категоризированы на три группы:

Газообразные загрязняющие вещества и пары, которые включают в себя летучие органические соединения (VOC) и неорганические соединения, и т.д.

Твердые примеси в атмосфере, которые включают в себя радиоактивные частицы и табачный дым, и т.д. и

биологические загрязнители, которые включают в себя бактерии, грибы, вирусы и т.д.

Общепринятые методики управления загрязнением воздуха в помещении включают в себя контроль источников загрязнения, увеличение скорости воздухообмена и использование воздухоочистителей. В настоящее время использование воздухоочистителей становится все более популярным для удаления загрязнителей воздуха в помещении. Традиционные воздухоочистители используют фильтры для удаления твердых примесей, находящихся в атмосфере, или используют сорбенты для того, чтобы адсорбировать газы или запахи. Однако эти методики только переносят загрязняющие вещества в другую фазу, вместо того, чтобы удалить их, и после очистки воздуха дополнительно требуются шаги по их удалению или обработке. Например, когда для того, чтобы удалить газообразные загрязняющие вещества, используется фильтр из активированного угля, этот фильтр должен заменяться достаточно часто, что является дорогостоящим и неудобным для потребителей. Альтернативной технологией восстановления воздуха, которая предлагает много преимуществ по сравнению с обычными технологиями, является использование гетерогенного фотокаталитического окисления (PCO). Реакция фотокаталитического окисления может разлагать различные летучие органические загрязняющие вещества на безвредные продукты, такие как CO₂ и H₂O с более низким потреблением энергии.

Принцип фотокаталитического окисления иллюстрируется на Фиг. 1. Фотокаталитическое окисление обычно использует полупроводниковые фотохимические катализаторы и ультрафиолетовый (UV) свет для того, чтобы расщепить органические соединения на неопасные и не имеющие запаха составные части, такие как водяной пар (H₂O) и двуокись углерода (CO₂). Когда фотохимический катализатор облучается ультрафиолетовым светом, электрон в валентной области (VB) возбуждается и переходит в свободную зону проводимости (CB), производя положительную дырку (h⁺) в валентной области. Уравнение активации может быть записано как:

TiO₂+hν → h⁺⁺e^- (1)

Положительные дырки (h⁺) и электроны (e^-) являются сильными окислителями и восстановителями, соответственно. Они эффективно производят OH⋅ (гидроксильный радикал) и O₂^- посредством следующих реакций:

Реакция окисления: h⁺+OH^- → OH⋅ (2)

Реакция восстановления: e^-+O_2ads → O^-_2ads (3)

OH⋅ является очень сильным окислителем. Он получается путем окисления адсорбированной воды или адсорбированного ОH^-. Когда OH⋅ сталкивается с летучими органическими веществами в воздухе, происходит следующая реакция разложения:

OH⋅+VOC+O₂ → nCO₂+mH₂O (4)

Главные лимитирующие факторы фотокаталитического окисления включают неполное окисление и медленную скорость реакции, причем оба этих фактора будут приводить к различным побочным продуктам, некоторые из которых могут быть токсичными. Исследования показали, что существует оптимальный диапазон влажности для того, чтобы достичь наилучшего результата фотокаталитического окисления. Когда влажность является слишком низкой, может оказаться недостаточно молекул воды для производства радикалов гидроксила; когда влажность является слишком высокой, водяной пар конкурирует с TiO₂ за места адсорбции, что уменьшает скорость фотокаталитического окисления. Для того, чтобы улучшить скорость реакции и минимизировать образование промежуточных продуктов неполного окисления, уровень влажности на поверхности фотохимических катализаторов должен поддерживаться в оптимальном диапазоне. Например, оптимальный диапазон влажности для удаления толуола и формальдегида с помощью фотокаталитического окисления может составлять приблизительно от 1000 частей на миллион по объему до 4000 частей на миллион по объему при использовании TiO₂ в качестве катализатора фотокаталитического окисления.

Патентный документ WO97/09073A1 раскрывает способ и устройство для дезинфицирования потока воздуха, содержащего микроорганизмы. В частности, влажный воздух подается с определенной относительной влажностью, например, больше чем приблизительно 40%, с учетом того, что реакция фотокаталитического окисления требует, чтобы относительная влажность не была слишком низкой. Однако патентный документ WO97/09073 только упоминает в целом, что влажностью воздушного потока управляют, без каких-либо подробностей относительно реализации этого.

Патентный документ EP1980317A1 раскрывает устройство для получения функции дезодорирования, например на основе холодной плазмы. Однако патентный документ EP1980317A1 не относится к фотокаталитическому окислению летучих органических веществ, и не дает раскрытия того, как именно управляют влажностью потока воздуха.

Патентный документ WO2010/093796A1 раскрывает устройство обработки воздуха, основанное на ультрафиолетовом облучении. Хотя патентный документ WO2010/093796A1 упоминает о том, что реакция фотокаталитического окисления зависит от относительной влажности воздуха, он раскрывает лишь некоторое решение для проектирования устройства в соответствии с определенной относительной влажностью или регулирования параметров реакционной системы в соответствии с данной влажностью, вместо изменения собственно относительной влажности воздуха.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Влажность играет важную роль в разложении загрязняющих веществ посредством фотохимического катализа. В настоящее время, нет никакого эффективного решения для управления влажностью в реакторе фотокаталитического окисления.

Таким образом, было бы выгодным обеспечить способ и устройство для выполнения реакции фотокаталитического окисления, в которых влажность фотохимического катализатора могла бы настраиваться на желаемый диапазон.

С этой целью один вариант осуществления настоящего изобретения предлагает способ для выполнения реакции фотокаталитического окисления, содержащий следующие стадии: направление воздушного потока в реактор фотокаталитического окисления, содержащий фотохимический катализатор для реакции фотокаталитического окисления; разделение воздушного потока на первый поток и второй поток, причем количество первого потока меньше, чем количество второго потока; получение влажности фотохимического катализатора с использованием гигрометра; управление влажностью первого потока в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора; регулировка влажности фотохимического катализатора путем направления первого потока к поверхности фотохимического катализатора; направление второго потока через фотохимический катализатор; и освещение фотохимического катализатора светом.

За счет управления влажностью воздуха, проходящего через фотокаталитическое окисление, на основе полученной влажности фотохимического катализатора, реакция фотокаталитического окисления может быть выполнена эффективно. Воздушный поток разделяется, и только небольшая часть воздушного потока увлажняется/сушится при необходимости, так что влажность фотохимического катализатора может быть приведена к желаемому диапазону; кроме того, влажность выпускаемого воздуха может поддерживаться неизменной, или, по меньшей мере, не будет значительно изменяться.

В этом контексте фраза «управление влажностью первого потока» относится к функциям: увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной, или осушения первого потока. Следовательно, фраза «регулирование влажности фотохимического катализатора» также относится к функциям: увлажнения фотохимического катализатора, поддержания влажности фотохимического катализатора неизменной, или осушения фотохимического катализатора.

Предпочтительно стадия управления содержит модуляцию влажности первого потока к целевой влажности в соответствии с разностью между полученной влажностью фотохимического катализатора и заданной влажностью фотохимического катализатора.

Путем сравнения полученной влажности фотохимического катализатора с заданной влажностью фотохимического катализатора влажностью первого потока можно управлять в режиме прямой обратной связи. Таким образом, величина регулировки влажности для первого потока может уточняться автоматически.

Предпочтительно этот способ дополнительно содержит определение влажности воздушного потока; и стадия управления содержит модуляцию влажности первого потока к целевой влажности в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора, обнаруженной влажностью воздушного потока и заданной влажностью фотохимического катализатора.

За счет определения влажности воздушного потока корректирующее количество влажности для первого потока может быть вычислено на основе количества первого потока, так что фотохимический катализатор может получать подходящее количество влажности для того, чтобы достичь оптимальной влажности.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в стадии управления: первый поток увлажняется, если полученная влажность фотохимического катализатора меньше заданной влажности фотохимического катализатора; влажность первого потока сохраняется неизменной, если полученная влажность фотохимического катализатора равна заданной влажности фотохимического катализатора; и первый поток осушается, если полученная влажность фотохимического катализатора больше заданной влажности фотохимического катализатора.

Предпочтительно влажностью первого потока управляют путем направления первого потока через канал управления влажностью; канал управления влажностью содержит три параллельных канала, каждый из которых соответственно выполнен с возможностью: увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной, или осушения первого потока.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор фотокаталитического окисления содержит: внутреннюю трубу, которая содержит первое отверстие и второе отверстие; причем внутренняя труба является перфорированной; фотохимический катализатор располагается на внутренней поверхности внутренней трубы; внешнюю трубу, которая содержит третье отверстие и четвертое отверстие; внешняя труба охватывает внутреннюю трубу для того, чтобы сформировать рубашку, содержащую отверстие рубашки между первым отверстием и третьим отверстием; герметизирующую поверхность, которая проходит между вторым отверстием и четвертым отверстием; а также источник света, который располагается внутри внутренней трубы для освещения фотохимического катализатора.

Предпочтительно первый поток направляется в рубашку из отверстия рубашки после стадии управления; второй поток направляется во внутреннюю трубу из первого отверстия.

Настоящее изобретение также предлагает устройство для выполнения реакции фотокаталитического окисления, которое содержит: реактор фотокаталитического окисления, который содержит фотохимический катализатор для реакции фотокаталитического окисления; канал воздушного потока для направления воздушного потока для реакции фотокаталитического окисления; блок разделения воздуха для разделения воздушного потока на первый поток и второй поток, причем количество первого потока меньше, чем количество второго потока; гигрометр для получения влажности фотохимического катализатора; канал управления влажностью для управления влажностью первого потока и регулировки влажности фотохимического катализатора путем направления первого потока к поверхности фотохимического катализатора; а также канал основного потока для направления второго потока через фотохимический катализатор.

За счет разделения воздушного потока регулируется только влажность первого потока. Реакция фотокаталитического окисления может быть выполнена эффективно благодаря оптимальной влажности фотохимического катализатора. Кроме того, влажность выпускаемого воздуха может поддерживаться неизменной, или не будет значительно изменяться.

Предпочтительно влажностью первого потока управляют так, чтобы она равнялась целевой влажности, в соответствии с разностью между полученной влажностью фотохимического катализатора и заданной влажностью фотохимического катализатора.

Путем сравнения полученной влажности фотохимического катализатора с заданной влажностью фотохимического катализатора влажностью первого потока можно управлять в режиме прямой обратной связи. Таким образом, величина регулировки влажности для первого потока может уточняться автоматически.

Предпочтительно устройство дополнительно содержит датчик влажности для определения влажности воздушного потока; и влажностью первого потока управляют так, чтобы она была равна целевой влажности, в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора, определенной влажностью воздушного потока и заданной влажностью фотохимического катализатора.

За счет определения влажности воздушного потока корректирующее количество влажности для первого потока может быть вычислено на основе количества первого потока, так что фотохимический катализатор может получать подходящее количество влажности для того, чтобы достичь оптимальной влажности.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый поток увлажняется, если полученная влажность фотохимического катализатора меньше заданной влажности фотохимического катализатора; влажность первого потока сохраняется неизменной, если полученная влажность фотохимического катализатора равна заданной влажности фотохимического катализатора; и первый поток осушается, если полученная влажность фотохимического катализатора больше заданной влажности фотохимического катализатора.

Предпочтительно канал управления влажностью содержит три параллельных канала, каждый из которых соответственно выполнен с возможностью: увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной, или осушения первого потока.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор фотокаталитического окисления содержит: внутреннюю трубу, которая содержит первое отверстие и второе отверстие; причем внутренняя труба является перфорированной; фотохимический катализатор располагается на внутренней поверхности внутренней трубы; внешнюю трубу, которая содержит третье отверстие и четвертое отверстие; внешняя труба охватывает внутреннюю трубу для того, чтобы сформировать рубашку, содержащую отверстие рубашки между первым отверстием и третьим отверстием; герметизирующую поверхность, которая проходит между вторым отверстием и четвертым отверстием; а также источник света, который располагается внутри внутренней трубы.

Предпочтительно первый поток направляется в рубашку из отверстия рубашки после стадии управления; второй поток направляется во внутреннюю трубу из первого отверстия.

Также предлагается воздухоочиститель, содержащий устройство для выполнения реакции фотокаталитического окисления в соответствии с любым из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные далее в настоящем документе. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими примерными вариантами осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет теперь описано на основе различных вариантов осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

Фиг. 1 иллюстрирует принцип фотокаталитического окисления;

Фиг. 2 иллюстрирует принципиальную схему устройства для выполнения реакции фотокаталитического окисления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 3 иллюстрирует схематическую диаграмму принципа работы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет дана ссылка на варианты осуществления настоящего изобретения, один или более примеров которых проиллюстрированы на чертежах. Эти варианты осуществления приводятся лишь для объяснения настоящего изобретения, и не предназначаются для его ограничения. Например, функции, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы с другим вариантом осуществления для того, чтобы получить еще один вариант осуществления. Предполагается, что данное раскрытие охватывает эти и другие модификации и изменения, как находящиеся внутри области охвата и соответствующие духу настоящего изобретения.

Регулирование влажности фотохимического катализатора может быть достигнуто посредством относительно небольшой части воздушного потока, которая обрабатывается на основе полученной влажности фотохимического катализатора. Небольшой воздушный поток направляется к поверхности катализатора для оказания прямого воздействия на уровень влажности на поверхности катализатора.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ для выполнения реакции фотокаталитического окисления содержит: направление воздушного потока в реактор фотокаталитического окисления, содержащий фотохимический катализатор для реакции фотокаталитического окисления; разделение воздушного потока на первый поток и второй поток, причем количество первого потока меньше, чем количество второго потока; получение влажности фотохимического катализатора; управление влажностью первого потока в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора; регулировка влажности фотохимического катализатора путем направления первого потока к поверхности фотохимического катализатора; направление второго потока через фотохимический катализатор; и освещение фотохимического катализатора светом.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ может быть выполнен устройством для выполнения реакции фотокаталитического окисления, которое показано на Фиг. 2. Устройство 100 содержит: реактор 101 фотокаталитического окисления, который содержит фотохимический катализатор 102 для реакции фотокаталитического окисления; канал 103 воздушного потока для направления воздушного потока 104 для реакции фотокаталитического окисления; блок 105 разделения воздушного потока для разделения воздушного потока 104 на первый поток 106 и второй поток 107, причем количество первого потока 106 меньше, чем количество второго потока 107; блок 108 получения (например, гигрометр) для получения влажности фотохимического катализатора 102, являющийся гигрометром; канал 109 управления влажностью для управления влажностью первого потока 106 и регулировки влажности фотохимического катализатора 102 путем направления первого потока 106 к фотохимическому катализатору 102; а также канал 109ʹ основного потока для направления второго потока 107 через фотохимический катализатор 102.

В вариантах осуществления настоящего изобретения блок 108 получения может быть осуществлен любым из следующих способов:

гигрометр, который является смежным с поверхностью фотохимического катализатора 102 и выполнен с возможностью прямого определения влажности на поверхности фотохимического катализатора 102;

гигрометр, выполненный с возможностью определения влажности воздушного потока 104 или окружающего воздуха, причем определенная влажность рассматривается как влажность фотохимического катализатора;

модуль, который способен обмениваться информацией с внешним источником, от которого он получает оценку/прогноз влажности фотохимического катализатора (102).

Как правило, в одном варианте осуществления настоящего изобретения регулирование влажности фотохимического катализатора 102 осуществляется путем изменения локальной влажности на поверхности фотохимического катализатора. Как будет понятно специалисту в данной области техники, блок управления (например, реализуемый процессором или управляющим модулем) может быть интегрирован в канал 109 управления влажностью. Фиг. 3 иллюстрирует схематическую диаграмму принципа работы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Датчик влажности определяет (на стадии 201) влажность (H_catalyst) фотохимического катализатора и посылает (на стадии 202) результат блоку управления. Идеальное значение влажности (H_ideal) предопределяется заранее. Датчик влажности не обязан быть очень точным (например, 5%-ая погрешность является приемлемой). Как будет понятно специалисту в данной области техники, на стадии 201 влажность фотохимического катализатора также может быть выведена из некоторых соответствующих параметров. Например, влажность фотохимического катализатора также может быть выведена из влажности в реакторе фотокаталитического окисления.

Влажностью первого потока можно управлять путем пропускания первого потока через эксикатор/увлажнитель, если влажность первого потока должна быть изменена.

Когда H_catalyst=H_ideal (или находится в оптимальном диапазоне), влажность первого потока сохраняется неизменной (на стадии 203). В одном альтернативном варианте осуществления весь воздушный поток проходит через фотохимический катализатор без его разделения, и никакой предварительный процесс не нужен.

Когда H_catalyst < H_ideal, активируется режим увлажнения (на стадии 204). Основываясь на разности влажностей, блок управления вычисляет величину корректировки влажности в соответствии с количеством/скоростью первого потока, проходящего через канал реактора фотокаталитического окисления. Клапан к эксикатору закрывается. Клапан к увлажнителю соответственно открывается для прохождения воздуха. Возможны различные способы увлажнения для настоящего изобретения, например, пропускание через резервуар с водой, пьезоувлажнитель, нагревание водяного бака или распыление воды в воздушном потоке.

Когда H_catalyst > H_ideal, активируется режим осушения (на стадии 205). Основываясь на разности влажностей, блок управления вычисляет величину корректировки влажности в соответствии с количеством/скоростью первого потока, проходящего через канал реактора фотокаталитического окисления. Клапан к увлажнителю закрывается. Клапан к эксикатору соответственно открывается для прохождения воздуха. Различные способы осушения являются возможными для настоящего изобретения, но предпочтительным является прохождение воздушного потока через эксикатор.

Следует отметить, что величина корректировки влажности первого потока может регулироваться, если количество/скорость первого потока являются постоянными; количество/скорость первого потока (то есть, количественная пропорция между первым и вторым потоком) также может регулироваться, если величина корректировки влажности первого потока является постоянной; кроме того, величина корректировки влажности первого потока и количество/скорость первого потока могут регулироваться одновременно.

В этом контексте величина корректировки влажности относится к изменению влажности, вызванному регулированием влажности (то есть к степени изменения влажности, относящейся к первому потоку). Количество первого потока относительно воздушного потока таким образом может быть определено в соответствии с величиной корректировки влажности. Следовательно, количество первого потока может регулироваться так, чтобы оно было относительно малым, если величина корректировки влажности является большой.

За счет управления влажностью воздуха, проходящего через фотокаталитическое окисление, на основе полученной влажности фотохимического катализатора, реакция фотокаталитического окисления может быть выполнена эффективно. Воздушный поток разделяется, и только небольшая часть воздушного потока обрабатывается, так что влажность фотохимического катализатора может быть приведена к желаемому диапазону; кроме того, влажность выпускаемого воздуха может поддерживаться неизменной, или не будет значительно изменяться.

После разделения воздушного потока только небольшой части воздушного потока (то есть, первого потока) достаточно для того, чтобы достичь оптимальной влажности фотохимического катализатора. Радикалы гидроксила будут поглощаться массой воздуха, проходящего через фотохимический катализатор; и поглощенные радикалы гидроксила в конечном счете будут образовывать H₂O, которая в свою очередь может использоваться фотохимическим катализатором для последующей реакции фотокаталитического окисления, не выходя вместе с очищенным воздухом. Концентрация летучих органических веществ в воздухе обычно является очень низкой. Таким образом молекулы воды, образующиеся при их разложении, не должны значительно изменять влажность окружающей среды. Следовательно, выпускаемый воздух (и таким образом влажность окружающей среды) будет оставаться по существу неизменным.

Предпочтительно влажностью первого потока управляют так, чтобы она равнялась целевой влажности, в соответствии с разностью между полученной влажностью фотохимического катализатора и заданной влажностью фотохимического катализатора.

Путем сравнения полученной влажности фотохимического катализатора с заданной влажностью фотохимического катализатора влажностью первого потока можно управлять в режиме прямой обратной связи. Таким образом, величина регулировки влажности для первого потока может уточняться автоматически.

Предпочтительно устройство дополнительно содержит датчик влажности (не показан на Фиг. 2) для определения влажности воздушного потока; и влажностью первого потока управляют так, чтобы она была равна целевой влажности, в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора, определенной влажностью воздушного потока и заданной влажностью фотохимического катализатора.

За счет определения влажности воздушного потока корректирующее количество влажности для первого потока может быть вычислено на основе количества первого потока, так что фотохимический катализатор может получать подходящее количество влажности для того, чтобы достичь оптимальной влажности.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первый поток увлажняется, если полученная влажность фотохимического катализатора меньше заданной влажности фотохимического катализатора; влажность первого потока сохраняется неизменной, если полученная влажность фотохимического катализатора равна заданной влажности фотохимического катализатора; и первый поток осушается, если полученная влажность фотохимического катализатора больше заданной влажности фотохимического катализатора.

При такой конфигурации влажность фотохимического катализатора может быть настроена на идеальное значение (или может поддерживаться в оптимальном диапазоне) без изменения структуры разделения воздушного потока. Тем не менее, как было описано выше, в одном альтернативном варианте осуществления весь воздушный поток может также проходить через фотохимический катализатор без его разделения.

Предпочтительно влажностью первого потока управляют путем направления первого потока через канал 109 управления влажностью; канал 109 управления влажностью содержит три параллельных канала, каждый из которых соответственно выполнен с возможностью: увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной, или осушения первого потока.

За счет организации таких трех каналов влажностью первого потока можно управлять в переключаемом режиме, который работает в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор фотокаталитического окисления содержит: внутреннюю трубу 110, которая содержит первое отверстие 111 и второе отверстие 112; причем внутренняя труба 110 является перфорированной; фотохимический катализатор 102 располагается на внутренней поверхности внутренней трубы 110; внешнюю трубу 113, которая содержит третье отверстие 114 и четвертое отверстие 115; внешняя труба 113 охватывает внутреннюю трубу 110 для того, чтобы сформировать рубашку 116, содержащую отверстие 117 рубашки между первым отверстием 111 и третьим отверстием 114; герметизирующую поверхность 118, которая проходит между вторым отверстием 112 и четвертым отверстием 115; а также источник света 119, который располагается внутри внутренней трубы 110 для освещения фотохимического катализатора 102.

Предпочтительно первый поток 106 направляется в рубашку 116 из отверстия 117 рубашки после управления влажностью первого потока 106; второй поток 107 направляется во внутреннюю трубу 110 из первого отверстия 111.

Этот вариант осуществления настоящего изобретения использует поступающий воздушный поток для регулирования влажности в непосредственной близости от поверхности фотохимического катализатора. Могут быть выбраны различные фотохимические катализаторы, например TiO₂, поверхностно модифицированный TiO₂, WO₃ или гибрид оксидов металлов. В дополнение к этому, внутренняя труба 110 является перфорированной для протекания первого потока. Когда второй поток 107 смешивается с первым потоком 106, выходящим из маленьких отверстий вблизи от фотохимического катализатора, влажность на поверхности фотохимического катализатора изменяется без значительного изменения общей влажности выпускаемого воздуха. Форма и структура реактора 101 фотокаталитического окисления также могут быть различными.

В вариантах осуществления настоящего изобретения имеются типичные пути, которые в конечном счете изменяют влажность для реакции фотокаталитического окисления, и которые будут дополнительно описаны ниже:

Выходная влажность увлажнителя/осушителя является управляемой.

В таком случае, чтобы не воздействовать на общую влажность окружающего воздуха, как было описано выше, количество первого потока 106 должно быть небольшим, например, 10% от воздушного потока 104. Если допустить, что целевой влажностью для реакции фотокаталитического окисления является 4000 частей на миллион по объему, а влажность всасываемого воздуха составляет 2000 частей на миллион по объему, первый поток 106 в этом случае нуждается в увлажнении. Если выходная влажность увлажнителя модулируется так, чтобы она составляла 4000 частей на миллион по объему, первый поток 106 может быть направлен к увлажнителю для увлажнения.

Выходная влажность увлажнителя/осушителя является относительно фиксированной.

То, что выходная влажность увлажнителя/осушителя является относительно фиксированной, означает, что независимо от того, насколько сухим/влажным является входящий воздух, после прохождения через увлажнитель/осушитель влажность воздуха всегда может соответствовать определенному значению или находиться внутри определенного диапазона.

Допуская, что расход полного воздушного потока 104 составляет 200 м³/час, большая часть воздушного потока (то есть второй поток) будет проходить через канал основного потока; и очень небольшое количество (например, <=20 м³/час) будет отделено от общего воздушного потока для того, чтобы сформировать первый поток 104. Предположим, что 20 м³/час представляет собой поток, направляемый к поверхности фотохимического катализатора 102, а оптимальная влажность H_ideal составляет 4000 частей на миллион по объему (заданная). Если определенная влажность (влажность окружающего воздуха) H_air составляет 16000 частей на миллион по объему, так как H_air > H_ideal, первый поток 106 нуждается в осушении. Следующие алгоритмы могут использоваться для определения того, сколько воздуха (то есть величина первого потока 104) необходимо высушить. Допустим, что влажность первого потока 104 после прохождения через эксикатор составляет 1000 частей на миллион по объему, тогда

X⋅1000+(20-X)⋅16000=20⋅4000, следовательно X=16 м³/час.

Следовательно, необходимо высушить 16 м³/час полного воздушного потока. После сушки 16 м³/час полного воздушного потока могут быть смешаны с остальными необработанным воздухом (4 м³/час). Небольшой поток воздуха (4000 частей на миллион по объему, 20 м³/час) направляется к поверхности катализатора.

Опционально отношение между первым потоком и вторым потоком также может регулироваться в соответствии с результатом вычисления. Это означает, что после описанного выше вычисления поток с расходом 16 м³/час может быть отделен непосредственно от общего потока воздуха в качестве первого потока 106.

Также предлагается воздухоочиститель, содержащий устройство для выполнения реакции фотокаталитического окисления в соответствии с любым из вариантов осуществления настоящего изобретения. В одном воздухоочистителе может быть множество реакторов фотокаталитического окисления. Реакторы фотокаталитического окисления могут также быть соединены друг с другом.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что увлажнение/осушение катализатора 102, возможно, не должно повторяться слишком часто. В некоторых примерах регулирование влажности фотохимического катализатора, описанное в этом контексте, может повторяться один раз в час или каждые два часа, или в зависимости от фактических потребностей (например, когда вода на катализаторе улетучивается слишком быстро). Специалисты в данной области техники могут реализовать настоящее изобретение так, чтобы иметь дело с этими различными сценариями без каких-либо значительных дополнительных усилий.

В то время как настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в чертежах и предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и сделаны при осуществлении заявленного изобретения специалистами в данной области техники на основе изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слова «включающий в себя» не исключают других элементов или этапов, а неопределенный артикль «а» или «аn» не исключает множественного числа. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ осуществления реакции фотокаталитического окисления (PCO), устройство (100) для выполнения реакции фотокаталитического окисления (PCO), содержащее реактор (101) фотокаталитического окисления, который содержит фотохимический катализатор (102), канал (103) воздушного потока для направления воздушного потока (104) для реакции фотокаталитического окисления, гигрометр (108) для измерения влажности фотохимического катализатора (102), блок (105) разделения воздушного потока (104) на первый поток (106) и второй поток (107), канал (109) регулирования влажности для регулирования влажности первого потока (106) и регулирования влажности фотохимического катализатора (102) путем направления первого потока (106) к фотохимическому катализатору; и канал (109’) основного потока для направления второго потока (107) через фотохимический катализатор (102), а также воздухоочиститель, содержащий устройство (100). Группа изобретений позволяет обеспечить способ и устройство для эффективного выполнения реакции фотокаталитического окисления, в которой можно управлять влажностью фотохимического катализатора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Способ осуществления реакции фотокаталитического окисления (PCO), согласно которому:

направляют воздушный поток (104) в реактор (101) фотокаталитического окисления, содержащий фотохимический катализатор (102) для реакции фотокаталитического окисления;

измеряют влажность фотохимического катализатора (102) с использованием гигрометра;

разделяют воздушный поток (104) на первый поток (106) и второй поток (107), причем величина первого потока (106) меньше, чем величина второго потока (107);

регулируют влажность первого потока в соответствии с измеренной влажностью фотохимического катализатора (102);

регулируют влажность фотохимического катализатора путем направления первого потока (106) к фотохимическому катализатору (102);

направляют второй поток (107) через фотохимический катализатор (102) и

освещают фотохимический катализатор (102) светом.

2. Способ по п. 1, согласно которому при регулировании осуществляют модуляцию влажности первого потока (106) так, чтобы она равнялась целевой влажности, в соответствии с разностью между измеренной влажностью фотохимического катализатора (102) и заданной влажностью фотохимического катализатора (102).

3. Способ по п. 1, согласно которому дополнительно определяют влажность воздушного потока, причем при регулировании осуществляют модуляцию влажности первого потока к целевой влажности в соответствии с измеренной влажностью фотохимического катализатора, определяемой влажностью воздушного потока и заданной влажностью фотохимического катализатора.

4. Способ по п. 2 или 3, согласно которому при регулировании:

увлажняют первый поток (106), если измеренная влажность фотохимического катализатора меньше, чем заданная влажность фотохимического катализатора;

сохраняют неизменной влажность первого потока, если полученная влажность фотохимического катализатора равна заданной влажности фотохимического катализатора и

просушивают первый поток (106), если полученная влажность фотохимического катализатора больше, чем заданная влажность фотохимического катализатора.

5. Способ по п. 1, согласно которому влажность первого потока регулируют путем направления первого потока по каналу (109) управления влажностью, причем канал (109) управления влажностью содержит три параллельных канала, каждый из которых соответственно выполнен с возможностью увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной или осушения первого потока.

6. Устройство (100) для выполнения реакции фотокаталитического окисления (PCO), содержащее:

реактор (101) фотокаталитического окисления, который содержит фотохимический катализатор (102) для реакции фотокаталитического окисления;

канал (103) воздушного потока для направления воздушного потока (104) для реакции фотокаталитического окисления;

гигрометр (108) для измерения влажности фотохимического катализатора (102);

блок (105) разделения воздушного потока для разделения воздушного потока (104) на первый поток (106) и второй поток (107), причем величина первого потока (106) меньше величины второго потока (107);

канал (109) регулирования влажности для регулирования влажности первого потока (106) и регулирования влажности фотохимического катализатора (102) путем направления первого потока (106) к фотохимическому катализатору и

канал (109’) основного потока для направления второго потока (107) через фотохимический катализатор (102).

7. Устройство (100) по п. 6, в котором канал (109) регулирования влажности выполнен таким образом, что влажность первого потока (106) регулируют так, чтобы она равнялась целевой влажности, в соответствии с разностью между измеренной влажностью фотохимического катализатора (102) и заданной влажностью фотохимического катализатора (102).

8. Устройство (100) по п. 6, которое дополнительно содержит датчик влажности для определения влажности воздушного потока (104), и влажность первого потока (106) регулируют так, чтобы она равнялась целевой влажности, в соответствии с полученной влажностью фотохимического катализатора (102), определяемой влажностью воздушного потока (104) и заданной влажностью фотохимического катализатора (102).

9. Устройство (100) по п. 7 или 8, в котором:

канал (109) регулирования влажности выполнен с возможностью увлажнения первого потока (106), если измеренная влажность фотохимического катализатора (102) меньше заданной влажности фотохимического катализатора (102);

канал (109) регулирования влажности выполнен с возможностью сохранения неизменной влажности первого потока (106), если измеренная влажность фотохимического катализатора (102) равна заданной влажности фотохимического катализатора (102), и

канал (109) регулирования влажности выполнен с возможностью осушения первого потока (106), если измеренная влажность фотохимического катализатора (102) больше, чем заданная влажность фотохимического катализатора (102).

10. Устройство (100) по п. 6, в котором канал (109) регулирования влажности содержит три параллельных канала, каждый из которых соответственно выполнен с возможностью увлажнения первого потока, поддержания влажности первого потока неизменной или осушения первого потока.

11. Устройство (100) по любому одному из пп. 6-8, в котором реактор (101) фотокаталитического окисления содержит:

внутреннюю трубу (110), которая содержит первое отверстие (111) и второе отверстие (112), причем внутренняя труба (110) является перфорированной, и фотохимический катализатор (102) расположен на внутренней поверхности внутренней трубы;

внешнюю трубу (113), которая содержит третье отверстие (114) и четвертое отверстие (115), причем внешняя труба (113) охватывает внутреннюю трубу (110) так, чтобы сформировать рубашку (116), содержащую отверстие (117) рубашки между первым отверстием (111) и третьим отверстием (114);

герметизирующую поверхность (118), которая проходит между вторым отверстием (112) и четвертым отверстием (115), и

источник (119) света, который располагается внутри внутренней трубы (110).

12. Устройство (100) по п. 11, в котором первый поток (106) направляется в рубашку (116) из отверстия (117) рубашки после регулирования, а второй поток (107) направляется во внутреннюю трубу (110) из первого отверстия (111).

13. Устройство (100) по п. 6, в котором блок (105) разделения воздуха делит воздушный поток (104) на первый поток (106) и второй поток (107) таким образом, что отношение между первым потоком (106) и вторым потоком (107) зависит от влажности фотохимического катализатора (102).

14. Воздухоочиститель, содержащий устройство (100) для выполнения реакции фотокаталитического окисления по п. 6.