CN101137425A - 气体处理吸附-氧化体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体处理模块和气体处理方法，该模块包括当气流输入部分中污染物浓度暂时超过阈值浓度时合作控制气流输出部分中污染物浓度的第一气体净化器和第二气体净化器。一种示例性的气体处理模块，所述模块包括当浓度大于或等于阈值浓度时暂时保留至少一部分气流中的污染物的吸附介质，随后当浓度小于阈值浓度时，吸附介质释放所保留的污染物到气流输出部分或光催化剂中。一种示例性的气体处理方法包括当气流输入部分中污染物的浓度暂时超过阈值浓度时控制气流输出部分中污染物的浓度。

Description

气体处理吸附-氧化体系
发明背景
本发明涉及空气处理模块，且更详细地讲，涉及具有两个合作控制来自空气处理模块的输出气流中污染物浓度的气体净化器的空气处理模块。
空气处理模块通常用于汽车、工业和住宅供暖、通风和空气调节(HVAC)体系中以净化循环气流。典型的空气处理模块利用空气净化器自循环气流除去污染物，例如挥发性有机化合物(VOC)。例如，空气净化器通常包括过滤器、吸附介质、光催化剂、等离子反应堆或其他除去、处理、净化或化学转化污染物的工具中的一种。
如本发明者用实验方法所发现，当进入空气净化器的VOC浓度暂时高于正常VOC浓度时，已知的空气净化器可能不能充分地控制循环气流中的VOC浓度。例如当存在某些食物或饮料时，当使用基于醇的手纸帕时，或当含VOC的产品漏出时，可能出现暂时超常的VOC浓度。
已知的空气净化器能够除去或处理正常VOC浓度水平(即，不存在过量的食物或饮料，在使用无醇或基于少量醇的手纸帕时和在没有漏出的情况下)且可能不会完全地处理具有超常VOC浓度的循环空气流。例如，吸附介质不能足够快速地吸附VOC以跟上VOC的来源速率。同样，光催化剂可能不能足够快速地捕获且完全化学转化VOC以跟上VOC的来源速率。因此，VOC可能仍以超常的VOC浓度保留在循环气流中或者可能转化成同样不合乎需要的中间体VOC产物。VOC和/或中间体VOC产物可能随后继续在循环气流中产生气味或其他不合乎需要的情况。
已经提议设计较大能力的空气净化器，例如具有附加吸附部位的吸附介质或能够更快速地捕获和处理VOC的光催化剂，然而这些设计可能需要空气净化器的尺寸和费用大大增加。
希望设计和开发一种在VOC浓度超常时更有效且经济地控制循环气流中污染物浓度的空气处理模块。
发明概述
气体处理模块包括当气流输入部分中污染物浓度暂时等于或大于阈值浓度时，合作控制气流输出部分中污染物浓度的第一气体净化器和第二气体净化器。在一个实施例中，第一气体净化器和第二气体净化器维持输出部分中污染物的浓度在所选浓度范围内，但第一气体净化器或第二气体净化器中的每一个不能单独维持该浓度在所选浓度范围内。
另一实施例包括根据气流中污染物的浓度吸附和脱附气流中的污染物的吸附介质。当浓度大于或等于阈值浓度时，吸附介质主要吸附污染物。当浓度低于阈值浓度时，吸附介质主要脱附污染物到气流输出部分或光催化剂中。
一种示例性的气体处理方法包括当气流输入部分中污染物的浓度暂时超过阈值浓度时，控制气流输出部分中污染物的浓度。
本领域的技术人员自当前优选实施方案的以下详细描述将显而易见本发明的各种特征和优势。随附的发明详述的附图可如以下简短描述。
附图简述
图1为包括加热、通风和空气调节体系的示例性结构的示意性截面图。
图2为示例性空气处理模块的示意性截面图。
图3为示例性吸附介质床和光催化剂的剖视图。
图4为另一示例性空气处理模块的示意性截面图。
图5为示例性集成气体净化器的透视图。
优选实施方案的详细说明
图1说明结构10，例如为住宅、工业或车辆结构，其包括内部空间12，例如房间、办公室或车辆舱室。加热、通风和空气调节(HVAC)体系14基于使用者输入HVAC体系14的信号选择性地加热或冷却内部空间12。空气移动单元15(例如风扇、鼓风机和/或压缩机)使空气自结构10的内部空间12经输入路径16移动到HVAC体系14中，且通风部分17使空气在HVAC体系14和外部大气之间传输。
HVAC体系14包括净化所接受空气的空气处理模块18。空气移动单元15随后使净化的空气经输出路径20返回内部空间12。用于本说明书中的术语“净化”、“净化的”和其变体是指除去、净化、化学转化和其他使空气不含污染物(例如灰尘、挥发性有机化合物(VOC)、生物化合物或其他污染物)的方式。
图2为图1的HVAC体系14的示例性空气处理模块1 8的示意性截面图。空气处理模块18包括与输入路径16(图1)流体连通的第一气体净化器30和第二气体净化器32，使得第一气体净化器30和第二气体净化器32经输入路径16自内部空间12接受呈气流34形式的空气。
一种示例性的气流34的输入部分38中包括一定浓度的污染物36。污染物36的来源为内部空间12中的短期情况，例如醇漏出或存在食品和饮料。第一气体净化器30和第二气体净化器32合作控制污染物36的浓度使得气流34的输出部分40中污染物36的浓度维持在所选浓度范围内。
在一个实施例中，污染物36的浓度等于或大于阈值浓度，使得第一气体净化器30或第二气体净化器32两者都不能单独维持气流34的输出部分40中污染物的浓度在所选浓度范围内。然而，第一气体净化器30和第二气体净化器32能合作控制输出部分40中的浓度在所选范围内。
在先前已知的空气处理体系中，当污染物36的浓度因短期事件(例如醇漏出)而暂时超过阈值浓度时，气流输出部分中污染物36的浓度可能急剧增加。然而，第一气体净化器30和第二气体净化器32的合作可减轻或消除这种浓度急剧增加。
在图3说明的一个实施例中，第一气体净化器30包括与第二气体净化器32串联布置的吸附介质床50，第二气体净化器32包括已知的光催化剂52。吸附介质床50自气流34吸附污染物。一种示例性的吸附介质床50包括在第一筛网56和第二筛网58之间的吸附介质54。光催化剂52使污染物36(例如)化学转化成环境上更可接受的化合物。
一种示例性的已知光催化剂52包括承载在蜂窝结构63上的二氧化钛催化剂62和照射且活化催化剂62以化学转化污染物36的紫外光源64。光催化剂接受流过蜂窝结构63的气流34和污染物36。当紫外光源64照射催化剂62时，紫外光的光子被二氧化钛所吸收以推动电子从价带到达导带且因此在价带中产生空穴。所推动的电子与氧反应，且保留在价带中的空穴与水反应，形成反应性羟基。当气流34中的污染物36流过蜂窝结构63且被吸附到二氧化钛催化剂62上时，羟基攻击且将污染物36氧化为水、二氧化碳或其他物质。
在另一个示例性的吸附介质床50中，在气流34通过吸附介质54时，吸附介质54吸附来自气流34的污染物36。简而言之，吸附介质54通过将污染物36吸附性地捕获在吸附介质54的表面60上而保留来自气流34的污染物。
在吸附介质54的一个实例中，吸附介质54的类型选自沸石、活性碳、含铝的介质或含钛的介质。
如所知，吸附介质54根据气流34中污染物36的浓度相对于表面60上污染物36的平衡浓度而吸附或脱附污染物36。当污染物36浓度高于平衡浓度时，污染物将吸附到表面60上。反之，当污染物36浓度低于平衡浓度时，污染物将自表面60脱附。
污染物36的吸附或脱附速率与污染物36的浓度与平衡浓度之差成比例且取决于(例如)温度和污染物36的浓度与平衡浓度之差的大小。吸附介质54的吸附及脱附过程随污染物36的浓度与平衡浓度之差的大小不断变化。污染物被吸附介质54吸附的速率或自吸附介质54脱附的速率尤其取决于例如温度、气相中污染物36的浓度相对于介质54的表面60上污染物36的平衡浓度之差的大小和相对正负号(+或-)。
在另一实施例中，吸附介质54包括至少两种不同类型的吸附介质。与利用至少两种不同类型的吸附介质有关的一种可能的益处为使吸附介质床50产生所要吸附亲和力。用于本说明书中的术语“吸附亲和力”是指吸附介质54保留或释放特定类型污染物36的趋势。简而言之，对于特定类型污染物36(例如基于醇的污染物36)具有高吸附亲和力的吸附介质54在正常气流34情况(即通常恒流和通常恒定非升高的污染物浓度)下趋于有利地保留特定类型的污染物36而非释放污染物36。对于特定类型的污染物具有低吸附亲和力的吸附介质54趋于不保留大量该类型的污染物并且趋于容易地释放在正常气流34情况下所保留的量。
不同类型的吸附介质54对于不同类型的污染物36具有不同的吸附亲和力。在一个实施例中，沸石介质对于吸附水具有高亲和力且对于吸附烃具有较低亲和力。活性碳介质对于吸附烃具有高亲和力且对于吸附水具有较低亲和力。不同类型的吸附介质54(例如，沸石介质和活性碳介质)的混合物产生具有相应于不同类型吸附介质54在混合物中的比率的吸附亲和力的复合吸附介质54。沸石和活性碳吸附介质以1∶1比率配混的示例性混合物对于烃和水具有中等亲和力，该亲和力为吸附床50的一个示例性的所要的吸附亲和力。
其他实例可包括不同比率的其他类型的吸附介质54和/或两种以上不同类型的吸附介质54以实现其他所要的吸附亲和力，例如对于特殊类型的污染物36所选择的所要吸附亲和力。特殊类型的污染物可包括(例如)烃、水、醇或醛。当不同类型的污染物36(包括特殊污染物36)之间对于光催化剂52中的活性催化位点存在竞争时，这可提供控制气流34中特殊污染物36的浓度的益处。
在另一个实施例中，当气流34的输入部分38中污染物36的浓度等于或大于阈值浓度时，吸附介质54保留至少一部分污染物36。随后，当浓度小于阈值浓度时，吸附介质逐渐释放所保留的污染物到气流34的输出部分40中(当吸附介质床50布置在光催化剂52下游时)或者到用于化学转化的光催化剂52中(当吸附介质床50布置在光催化剂52上游时)。简而言之，高于阈值浓度时，吸附介质54主要吸附污染物36，低于阈值浓度时，吸附介质54主要脱附污染物36。
这种特征可有利地使得当输入部分中的浓度等于或大于阈值浓度时，吸附介质床50和光催化剂52合作控制气流34的输出部分40中污染物36的浓度。
在另一个实施例中，阈值浓度超过光催化剂52的气体净化能力。气体净化能力为高于光催化剂不能化学转化污染物36的浓度。或者，气体净化能力可与气体净化效率有关，气体净化效率为完全化学转化的污染物36占光催化剂52所接受的全部污染物36的百分数。在没有吸附介质床50的情况下，高于气体净化能力的过量的污染物36将穿过光催化剂52到输出气流40中，且在没有首先被化学转化的情况下回到内部空间12中。然而，在具有吸附介质床50的配置中，吸附介质床50通过在浓度超过阈值浓度期间在低于气体净化能力下保留至少一部分污染物36且维持光催化剂52所接受的污染物36的浓度而起缓冲器作用。当气流34中污染物36的浓度小于阈值浓度时，吸附介质床50随后逐渐释放所保留的污染物36到用于化学转化的光催化剂52中。
图4为图1的HVAC体系1 4的另一个示例性空气处理模块18的示意性截面图。空气处理模块18包括集成的第一和第二气体净化器74。简而言之，图2的第一气体净化器30和第二气体净化器32集成到单一结构中。
在图5中说明的一个示例性的集成的第一和第二气体净化器74中，吸附介质84和催化剂材料86沉积到蜂窝结构88上，使得气流34可流过蜂窝结构开口90且接触吸附介质84和催化剂材料86。除了上述的其他益处之外，集成的第一和第二气体净化器74还可提供尺寸更紧凑的空气处理模块18。
当输入气流38中污染物36的浓度暂时超过阈值浓度时，本实施例的空气处理模块18可控制输出气流40中污染物36的浓度。
虽然已经公开了本发明的优选实施方案，但是本领域的普通技术人员将认识到某些改变将归入本发明的范围内。据此，应该认为以下权利要求书确定了本发明的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种气体处理模块，所述模块包括：
彼此以流体连通方式布置的第一气体净化器和第二气体净化器，且当污染物的浓度大于或等于阈值浓度时第一气体净化器暂时保留至少一部分气流中的污染物，且随后当该浓度小于极限阈值时释放至少一部分所保留的污染物到第二气体净化器。
2.权利要求1的模块，其中在气流输入部分中污染物的浓度暂时超过阈值浓度期间，第一气体净化器和第二气体净化器维持气流输出部分中污染物的浓度在所选浓度范围内。
3.权利要求2的模块，其中第一气体净化器和第二气体净化器中的每一个不能单独维持气流输出部分中污染物的浓度在所选浓度范围内。
4.权利要求2的模块，其中当阈值浓度暂时大于气体净化能力时，第一气体净化器暂时维持气流中污染物的浓度低于第二气体净化器的气体净化能力以控制气流输出部分中的浓度。
5.权利要求1的模块，其中当浓度小于阈值浓度时，第一气体净化器逐渐释放所保留的污染物。
6.权利要求1的模块，其中第一气体净化器包括吸附介质，第二气体净化器包括氧化反应器，且所述吸附介质吸附污染物以保留污染物且脱附污染物以释放污染物到所述氧化反应器中。
7.权利要求1的模块，其中第一气体净化器包括催化剂，第二气体净化器包括吸附介质，且所述催化剂吸附至少一部分污染物在催化剂表面上且将吸附部分的污染物化学转化为其他化合物。
8.一种气体处理模块，所述气体处理模块包括：
吸附介质，当污染物浓度大于或等于阈值浓度时，吸附介质暂时保留至少一部分气流中的污染物，且随后当浓度小于阈值浓度时，吸附介质释放至少一部分所保留的污染物；
与所述吸附介质流体连通的反应器，所述吸附介质与所述反应器合作以控制气流输出部分中污染物的浓度。
9.权利要求8的模块，其中所述吸附介质包括多种不同类型的吸附介质。
10.权利要求9的模块，其中所述多种不同类型的吸附介质包括沸石、活性碳、基于钛的吸附介质、硅胶、活性粘土或基于铝的吸附介质中的至少一种。
11.权利要求8的模块，其中所述吸附介质和所述反应器集成在单一的整体结构中。
12.权利要求8的模块，其中所述反应器具有一定的气体净化能力且阈值浓度超过了所述气体净化能力。
13.权利要求8的模块，其中所述反应器包括接受所释放的污染物且使至少一部分所释放的污染物化学转化的催化剂。
14.权利要求8的模块，其中所述吸附介质布置在所述反应器下游，且所述吸附介质保留的所述保留的污染物接受自所述反应器。
15.权利要求8的模块，其中当浓度小于阈值浓度时，所述吸附介质逐渐释放所保留的污染物。
16.一种气体处理的方法，所述方法包括：
当气流输入部分中污染物的浓度暂时超过阈值浓度时，控制气流输出部分中污染物的浓度。
17.权利要求16的方法，所述方法包括当气流输入部分中的浓度暂时大于或等于阈值浓度时暂时保留污染物，当该浓度小于阈值浓度时释放所保留的污染物，并且维持输出部分中污染物的浓度在所选浓度范围内。
18.权利要求17的方法，所述方法包括逐渐释放所保留的污染物且在所释放的污染物进入气流输出部分之前使所释放的污染物化学转化。
19.权利要求16的方法，所述方法包括使污染物浓度的一部分化学转化，暂时保留污染物浓度的剩余部分，随后当浓度不超过阈值浓度时，释放剩余部分以维持输出部分中污染物的浓度在所选浓度范围内。
20.权利要求16的方法，所述方法包括当阈值浓度超过气流中的至少一个气体净化器的净化能力时，控制气流输出部分中污染物的浓度。
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