CN101296711A - 空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气净化装置，包括气体过滤部分和微粒过滤部分。气体过滤部分包括用于俘获气体污染物的气体吸收或吸附单元以及用于产生活性氧化物质(ROS)的发生器，所述活性氧化物质适于氧化所述气体污染物。微粒过滤部分包括沉降单元，配置成从通过空气中吸引带电微粒，并且(ROS)发生器配置成在所述微粒沉降之前使它们带电。因此，(ROS)发生器执行了双重功能。

Description

空气净化装置
技术领域
本发明涉及一种空气净化装置，尤其涉及用于从室内空气中清除气体(和伴随的异味)的空气净化装置。
背景技术
此类空气净化装置是已知的。这些已知的装置使用吸收剂或吸收性材料，诸如活性碳(AC)、沸石或某种其他能够俘获大量气体的多孔材料。该装置可以进一步包括微粒过滤器，诸如纸过滤器、HEPA(高效微粒捕获)过滤器或驻极体(electrete)过滤器(特征为静电带电纤维)，用于从空气中清除灰尘和其他微粒，以防止这些微粒堵塞或干扰吸收剂或吸收性材料。
这些已知装置的问题是，在使用期间，吸收材料变得充满俘获的气体，因此必须定期清洁或替换。这很不方便并且耗时。在WO03/093734中，已经提出，通过为空气净化装置提供电离单元或臭氧产生单元来解决此问题。此类单元产生氧化气氛，其使得被俘获在吸收材料的小孔中的气体被氧化成为水分子(H2O)和二氧化碳分子(CO2)，从而清空所述小孔。
该已知方案的劣势是用于产生氧化气氛的单元增加了该装置的总成本，在文中将该单元称作ROS(活性氧化物质)发生器。
发明内容
因此，本发明的目的是更有效地使用所述ROS发生器，以便进一步改善该空气净化装置的净化性能，从而使用于ROS发生器的额外成本是值得的。为了该目的，根据本发明的装置通过权利要求1的特征来表征。
在根据本发明的空气净化装置中，ROS发生器执行双重功能。一方面，与现有技术中类似，ROS发生器产生氧化气氛，该氧化气氛可以使吸收材料再生，即，使俘获气体离开吸收材料的小孔。另一方面，ROS发生器将静电电荷赋予微粒，该微粒是悬浮在空气中将要被净化的微粒。因此，借助沉降单元可以很容易地从空气中清除这些微粒。此类沉降单元可以包括多个元件，这些元件带有与微粒相反的电荷，因此这些元件充当吸引微粒的“磁体”。
因此，ROS发生器与沉降单元协作以形成静电沉降(ESP)过滤器。此类过滤器可以代替上述(机械的)微粒过滤器，并具有若干优势。例如，ESP过滤器上的压力降远低于利用机械过滤器的压力降，这归功于ESP过滤器相对开放的结构。因此，将需要更小的功率来强迫空气通过ESP过滤器，这使得节省了能量并且可以进一步支持更安静的操作。
应该指出，ESP过滤器本身是已知的。此类过滤器已知的缺点是在它们使将要被过滤的微粒带电的同时生成了臭氧。臭氧可以危害健康，这就是通常试图最小化此类臭氧生成的原因。然而，通过将ESP过滤器与使用臭氧来“净化”吸收单元小孔的气体吸收单元组合，本申请人已经利用发明性观点来使上述缺点转变为优势。因此正相反，不需要最小化臭氧的生成。
根据本发明的一个方面，例如，ROS发生器可以包括离子发生器、臭氧发生器、特别地是羟基(OH)的自由基(radical)发生器或任何其他活性氧化气体发生器。此类发生器可以是标准的、商业上可获得的组件，并且例如可以依靠电晕放电技术。当然，ROS发生器可以包括其他技术，例如基于化学和/或辐射来产生氧化气氛。
当ROS发生器依靠电晕放电技术时，根据权利要求4的特征，用于生成此类电晕放电的装置优选地包括一系列电晕丝。此类电晕丝可以在气体吸收单元上产生非常均质的ROS分布，这可以有助于吸收材料的有控的均质再生。
出于类似原因，根据权利要求5的特征，ROS发生器优选地相对于气体吸收单元布置，并距离其有一定的距离。此距离可以帮助使气体吸收单元暴露到甚至更均质分布的ROS气氛中，从而得到上述优势。
而且，根据权利要求6的特征，ROS发生器的尺寸优选地选择为与气体吸收单元的尺寸匹配，以便生成的ROS气体覆盖整个气体吸收单元。这将确保气体吸收单元的每个部分都可以适当地再生。
根据本发明的优选实施方式，根据权利要求7的特征，气体吸收单元可以包括一种或多种非氧化抑制(non-ox disable)多孔材料。每种材料将具有针对特定气体的特定吸收亲和性的特征(这可以通过平衡吸附等温线来说明)。因此，对于将要从空气中清除的每种气体来说，可以选择最合适的吸收材料或材料组合。
根据本发明的另一个优选的方面，可以根据权利要求8的特征使该吸收材料成形。由于此类颗粒形状，可以增强吸收过程的动力学和/或该材料的可接近性，从而获得改进的吸收性能。
根据本发明的空气净化装置的其他优选实施方式在附属权利要求中陈述。
附图说明
为了更详细地解释本发明，将参考附图描述根据本发明的空气净化装置的示例性实施方式，其中
图1示意性地示出了根据本发明的空气净化装置；
图2在部件分解图中示出了根据图1的空气净化装置的实施方式；以及
图3示出了在根据本发明的空气净化装置中使用的ROS发生器的一个可能的实施方式。
具体实施方式
在本说明中，将术语ROS(活性氧化物质)理解为尤其包括带电离子、离子簇、自由基(尤其是羟基自由基(OH自由基))、臭氧或任何其他活性氧化气体。通常以电学方式生成ROS，但是可以以不同的方式生成，例如使用化学或辐射方式。因此，在本说明中，将术语ROS发生器理解为表示能够生成ROS(即，用于气体的氧化气氛)的每种设备、方法和/或化合物。而且，不论在此说明中何时使用术语“吸收”，都可以用“吸附”代替，反之亦然。
图1示意性地示出了根据本发明的空气净化装置1，其包括：微粒过滤部分I，用于从通过的空气中过滤诸如灰尘的微粒；以及气体过滤部分II，用于从通过的空气中过滤气体(和伴随的异味)。该装置1还包括：抽吸装置5，例如风扇5，用于迫使要被净化的空气通过所述各部分I、II；以及ROS发生器8，配置成产生ROS(活性氧化物质)并且使通过的空气中的微粒带电。应该指出，可以改变如图1所示的特定配置。例如，部分I、II可以(至少部分地)重叠。抽吸装置5和/或ROS发生器8可以定位在部分I、II之间或它们的上游或下游。可替换地，可以配置ROS发生器8以部分地围绕所述部分I、II。可以将部分I、II和组件5、8的总体封装在外壳3中，该外壳3具有入口区域4和出口区域6，以允许要被净化的空气进入装置1或从装置1中排出。
图2示出了根据图1的空气净化装置1的一个可能的实施方式。使用相应的附图标记表示相应的部分。
在此实施方式中，ROS发生器8包括装备有两个电晕丝12的框架11，其配置成使通过的空气中的微粒带电并且产生氧化气氛。除了此ROS发生器8之外，微粒过滤部分I进一步包括沉降单元10，该沉降单元10配备有多个收集器元件，例如电极和/或板极(图2中未示出)，该多个收集器元件被赋予与带电微粒相反的电荷。因此，当通过这些收集器元件时，微粒将被该收集器元件所吸引，并且因此将其从空气中清除。
微粒过滤部分I可以进一步包括机械预过滤器7，其优选地布置在入口区域4附近，或至少布置在沉降单元10的上游。将预过滤器7优选地配置成从空气中过滤相对大的微粒。因此，防止了所述相对大的微粒堵塞沉降单元10，这可以显著延长所述沉降单元10的使用寿命或至少延长单元10需要清洁前的时间。预过滤器7可以例如是(抛弃式)纸过滤器、驻极体过滤器(配备有静电带电纤维)或任何其他合适的微粒过滤器。当然，在可替换的实施方式中，可以使用多于一个的预过滤器。可替换地，可以省略该预过滤器7。
气体过滤部分II包括气体吸收单元15，在示出的实施方式中，该单元15被配置为褶皱过滤器，并以沸石小球填充。当然，可替换的实施方式是可能的，其中该过滤器例如可以被配置为具有蜂巢结构。而且，可以应用可替换的吸收材料，诸如活性氧化铝、微孔TiO2，或它们的混合物。
正如从图2可以最好看出的，在组装条件下，吸收单元15和ROS发生器8将基本上对齐。它们的尺寸使得ROS发生器生成的氧化气氛覆盖整个气体吸收单元15。可以进一步看到，气体吸收单元15和ROS发生器8将在空间上彼此相距一段距离。所有这些特征将有助于将气体吸收单元15暴露于基本均质的ROS分布中，这导致了吸收材料的均质再生。吸收单元15和ROS发生器8之间的空间可以用于安装风扇5和沉降单元10，如图2所示。
空气净化装置1进一步包括用于向ROS发生器8和沉降单元10提供适当电压的电压提供装置16。而且，可以提供控制电子设备18，用以控制指定的操作参数，诸如像风扇速度和/或提供给ROS发生器8和沉降单元10的电压电平。而且，可以提供用于测量沉降单元10中收集的微粒的量的装置。例如，这可以通过监测沉降单元10的收集器元件的电容器(condenser)电容来实现。电容量将随着更多微粒被收集而改变。当沉降单元10需要净化或替换时，测量的信息可以用于向用户告警。当然，可以为预过滤器7和/或吸收单元15提供相似的配置(如果，例如，随着时间，小孔被小微粒堵塞)。
上述空气净化装置1操作如下。一旦启动，风扇5就将经由入口区域4将周围空气吸入装置1。然后，空气将接续地通过预过滤器7、ROS发生器8、沉降单元10并最后通过气体吸收单元15，在预过滤器7中将从空气中分离出相对大的微粒，在ROS发生器8中以电学方式使剩余的微粒带电，在沉降单元10中将会在带有相反电荷的收集器元件处留下带电微粒，并且在气体吸收单元15中将从空气中分离出不希望气体，这些气体将会留在吸收材料的小孔中。在ROS发生器8产生的ROS的影响下，在此处气体将被氧化为水分子和二氧化碳分子。
仅通过说明的方式，给出由申请人所进行的测试的以下示例。给定的值决不应该作为对保护范围的限制。在根据图2的实施方式中，两个电晕丝11由钨制成，每个电晕丝具有0.08mm的直径。将电晕电压设置为7.9kV。这导致ROS的量在空气速度为2米每秒的情况下其范围是大约200到400微克臭氧每小时。而且，沉降单元10处的电压设置为4.7kV。这使得对于具有0.3μm大小的微粒，初始微粒俘获效率几乎是100％。气体吸收单元15配备有褶皱状颗粒沸石，其布置在长度为400mm、宽度为150mm以及厚度为10mm的底座上。当混合有甲苯(VOC：挥发性有机化合物)的空气通过此单元15时，观测到一次通过清除效率的范围是大约65％到80％，这对应于大约800μg/m3到92μg/m3的总浓度减少。
图3示出了ROS发生器108的可替换实施方式，适于在根据本发明的空气净化装置1中应用。在此实施方式中，ROS发生器108包括与接地网120有一些距离的基本上彼此平行延伸的一系列电晕丝111。箭头指示将要被净化的空气通过的方向。通过改变电晕丝和所述网之间的距离和/或每个电晕丝之间的距离，可以影响临界电晕电压。优选地，应用较高的电晕电压。这导致了较高的电晕电流，其依次使得更多气体分子分离，引起了更多的氧化气氛，在本发明中，这对于吸收单元15的再生当然是有益的。更优选的是使用负电晕。负电晕与正电晕同样有效地使微粒带电，可是产生了更多的氧化气氛。而且，使用相对较细的电晕丝是优选的，该电晕丝具有优选地小于100微米的直径，并且其优选地由钨制成，而不是例如由不锈钢制成。这对于产生更多的氧化气氛大有帮助。出于相同的理由，优选使用具有相对粗糙表面的电晕丝。最后，优选以如下的方式配置电晕部分，即使通过此部分的空气在电晕中暴露相对较长的时间。因此，将增强微粒的带电以及ROS的形成。
根据另一实施方式，ROS发生器可以包括离子风发生器。由此类发生器产生的离子风可以驱动空气通过该空气净化装置，从而提供可以不需要抽吸装置5(风扇)的优势。这使得可以极为安静地操作该空气净化装置。
在又一实施方式中，可以通过使用例如沸石浆的非氧化吸收剂层来覆盖沉降单元10的收集器板，将气体过滤部分和微粒过滤部分相结合。
无论如何本发明并不仅限于说明和附图中介绍的示例性实施方式。在此说明中示出并且描述的实施方式的所有组合应明确地理解为包括在本说明中并且应明确地理解为落在本发明的范围内。而且，在如由所附权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形都是可能的。

Claims (9)

1.一种空气净化装置，所述空气净化装置包括气体过滤部分和微粒过滤部分，所述气体过滤部分包括用于俘获气体污染物的气体吸收或吸附单元以及用于产生活性氧化物质(ROS)的发生器，所述活性氧化物质适于氧化所述气体污染物，其特征在于，所述微粒过滤部分包括沉降单元，被配置成从通过的空气中吸引带电微粒，并且所述ROS发生器被配置成使所述微粒带电。
2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其中所述ROS发生器包括以下列出的发生器中的至少一种发生器：离子发生器、尤其是羟基的自由基发生器、臭氧或任何其他活性氧化气体的发生器。
3.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其中所述ROS发生器包括用于生成电晕放电的装置。
4.根据权利要求3所述的空气净化装置，其中所述用于生成电晕放电的装置包括一系列电晕丝。
5.根据前述权利要求中任一项所述的空气净化装置，其中所述ROS发生器与所述气体吸收单元相对地布置，并距其一定距离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的空气净化装置，其中所述ROS发生器的尺寸被选择为使得所产生的ROS气氛基本上覆盖所述气体吸收单元的全部气体通道区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的空气净化装置，其中所述气体吸收单元包括非氧化抑制多孔材料，诸如自然的或合成的沸石、活性氧化铝、微孔TiO2。
8.根据权利要求7所述的空气净化装置，其中所述非氧化抑制多孔材料是颗粒状并且包含在合适的结构中，例如蜂巢结构。
9.根据前述权利要求中任一项所述的空气净化装置，进一步包括大量氧化材料，诸如活性碳，其布置在所述气体吸收单元的下游并配置成清除或中和残留的ROS。
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