CN101820926A - 用于流体的光催化处理的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于流体的光催化处理的反应器单元，该反应器单元包括催化剂装置(4)和接纳在该催化剂装置中心部分的辐射源(30)，该催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在该承载件内表面的至少一部分中的光催化材料，该承载件具有形成流体流动通道的大致管形的形状，该流动通道围绕并沿着流体流动路径延伸。该催化材料承载件包括壁部分和从该壁部分的内表面向该辐射源附近的末端延伸的多个锥形突起(8)，该锥形突起围绕辐射源并且沿着流体流动通道设置。

Description

用于流体的光催化处理的装置

技术领域

本发明涉及用于流体的光催化处理装置的领域，例如用于对诸如空气的气体进行清洁、除臭和灭菌的装置。

背景技术

已经公开过或者可以从市场上买到许多空气净化系统，这些空气净化系统的目的在于从空气中除去各种污染物，例如尘土、细小颗粒物、有害气体、过敏原和病原微生物。在已知的系统中，尘土和其他细小颗粒物通常利用过滤器从空气中除去。已经知道通过利用催化过程除去某些挥发性和反应性分子。还公开过利用紫外光照射使某些微生物失去活性。已经知道结合使用紫外光和光催化过程以加速降解有害颗粒物和破坏微生物。

在许多专利申请中，例如US 5,670,126、US 6,558,639、US2002/094298、US 6,358,374、US 2004/007453、JP 11226357、WO02/085989以及FR 2821558公开了在用于对空气进行除臭和净化的装置中使用光催化剂。用在这些已知系统中的最常用的光催化化合物是二氧化钛，原因是用紫外辐射照射时二氧化钛具有极好的光催化活性，并且它对人体组织无害。

光催化剂通常与粘结剂结合以形成光催化涂料。方便使用、很好地粘附在许多表面上并且可以施加于不能承受高温的物品上的光催化材料公开在WO 2006/010993中，该专利通过引用结合于此。在WO2006/010993中公开的光催化材料包括无机粘结剂、极性稀释剂以及元机半导体颗粒物，该无机粘结剂包括紫外光可透过的聚合物分子，特别是丙烯酸分子，该无机半导体颗粒物例如是硫化镉、硫化锌或二氧化钛。

在已知的系统中，光催化材料通常涂覆在用紫外光源照射的空气净化系统的过滤元件或其他表面上，该紫外光源通常是紫外灯。例如，EP 0978690和WO 96/37281公开一种系统，在该系统中空气穿过空气可透过的片材，该片材承载光催化材料并设置在紫外光源的附近。就除去某些空气传播的污染物、过敏原和病原体而论，这种系统通常只提供有限的空气清洁性能。

具有改进的空气清洁性能的系统被WO 2007/060520公开，在该系统中光催化材料涂覆在包含UV灯的管形空气导管的内侧表面上。多个间隔开的叶片设置在该空气导管的内侧表面上，以便增加在空气导管中的光催化材料的表面积，并且形成通过该导管的空气紊流。

EP 0470518公开一种构造成用于分解有机物质的系统，在该系统中流体通过包含紫外浸入灯的不锈钢反应容器。根据EP 0470518，挡板设置在不锈钢管的内表面上，以在该反应容器内表面上的液体流中引起紊流。

然而这些已知的系统的确存在许多缺点。例如，已知的系统通常比较复杂并且制造和/或保养成本高。而且，已知的系统或者不能有效地处理通过装置的所有空气，和/或对通过的空气引起过大的阻力，其结果是增大噪声并且对于给定的空气流量需要采用功率更大的风扇。

目前还仍然需要可靠地并有效地除去、破坏空气传播的污染物、过敏原和病原体或使它们失去活性的空气净化系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于流体的光催化处理的装置，该装置能可靠的、有效地处理并且制造成本低。

有利的是提供一种反应器单元，该反应器单元能对空气进行可靠和有效地清洁、除臭和灭菌，并且制造成本低。

有利的是提供一种用于流体的光催化处理的设备，该设备对于给定的被处理流体的流量具有低的压力损失。

有利的是提供一种用于流体的光催化处理的设备，该设备发出的噪声小。

有利的是提供一种用于流体的光催化处理的设备，该设备容易使用并且是通用的。

有利的是提供一种用于流体的光催化处理的设备，该设备制造、保养和使用成本低。

有利的是提供一种能够方便并且有效地用于光催化处理大量流体的设备。

本发明的目的通过根据权利要求1的反应器单元来实现。

这里所公开的是一种用于流体的光催化处理的反应器单元，包括催化剂装置；和接纳在催化剂装置的中心部分中的辐射源，所述催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在承载件的内表面的至少一部分上的光催化材料，所述承载件具有限定流体流动通道的大致管形形状，所述流体流动通道围绕并沿着流体流动路径延伸。所述催化材料承载件包括壁部分和多个从壁部分的内表面延伸到邻近辐射源的末端的锥形突起，所述锥形突起围绕辐射源并且沿着流体流动通道设置。

正如在本申请中所用的，术语“邻近”是指在0(即接触)到小于辐射源表面与催化剂装置壁部分的内表面的分开距离的50％的距离的范围。锥形突起的末端可以设置在在0(即接触辐射源的表面)到小于50％，优选小于30％的辐射源表面与催化剂装置壁部分的内表面的分开距离的范围内的位置处。例如，一个或多个锥形突起末端的顶点可以设置在距辐射源的外表面0到20mm，优选0到10mm，更优选2到5mm的范围内的距离处。

有利地，提供具有从催化材料承载件的壁部分延伸到邻近辐射源的末端的多个锥形突起的管形催化材料承载件不仅在反应器单元内提供显著增加的光催化材料的表面积，而且也增加催化剂装置的被涂覆的内表面的比例，该涂覆的内表面暴露在来自辐射源的直射紫外光。

围绕大致管形承载件的内周边并且沿着流体总体流动方向的长度设置的多个锥形突起还提供流体流动的多个曲折路径，因此增加与光催化材料接触的流体量。而且，在反应器单元内延伸到邻近辐射源的末端的多个锥形突起的布置形成一定量的紊流，以进一步增加流过反应器单元的空气与光催化材料的接触，同时对流过系统的空气保持低压力损失(低阻力)。

优选地，锥形突起从催化材料承载件的壁部分朝着辐射源基本上垂直地延伸。

有利地，使锥形突起在反应器内围绕反应器的内表面朝着辐射源的中心轴线基本垂直地延伸能够使催化材料承载件上的光催化材料的表面积最大化，该表面积暴露于来自辐射源的直射紫外辐射。

优选地，多个锥形突起可以围绕催化材料承载件的内表面以连续行的方式设置，每行相对于前一行偏移一定的角度。这样，锥形突起的这种阶梯式(角度偏移)设置有利地提供流过反应器单元的空气的有效混合。

有利地，锥形突起的平均高度对最大基部直径的比为6∶1到1∶1，优选为4∶1到2∶1。以这种方式，可以优化催化材料承载件的表面积和辐射源与光催化材料之间的距离，用于有效的和可靠的处理。

锥形突起的基部可以具有任何合适的截面形状，例如圆形、卵形、六边形、八边形、长菱形或三角形。为了使暴露于直射UV光辐射的光催化材料的表面积最大化，锥形突起优选具有带扁平或圆形表面的外形。有利地锥形突起可以具有圆锥形式。

有利地，根据本发明的反应器单元的形式允许高空气流量，例如，20到100M³/h，同时保持低压力损失，例如小于300Pa。

根据本发明的具体特征，催化材料承载件用单片柔性材料形成。锥形突起用柔性片材一体地形成，并且折叠该片材以形成管形形状。

催化材料承载件有利地用柔性塑料片形成，例如：聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯乙烯、聚乙稀、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯，但是也可以用金属(例如钢、铝)片材或矿物片材、植物片材和塑料纤维片材形成。有利地，例如锥形部分可以通过模制或热成型由柔性塑料片材容易并且经济地一体形成。因此，生产催化剂装置不需要复杂的工具和工艺。

有利地，光催化材料可以在催化材料承载件被折叠形成管子之前施加于催化材料承载件。例如，光催化材料可以在折叠承载件以形成管子之前涂刷或喷射在催化材料承载件片材的表面上。有利地，光催化材料可以通过机械喷射系统基本上仅仅喷射到照射区域而喷射在催化材料承载件片材上，因此减少浪费。喷射系统可以自动喷射系统，使得光催化材料施加于反应器单元非常简单并且经济。

光催化材料可以是已知的光催化材料。有利地，光催化材料可以包括无机粘结剂、极性稀释剂以及无机半导体颗粒物，该无机粘结剂包括能透过紫外光的聚合物分子，无机半导体颗粒物的重量比稀释剂和粘结剂两者的重量少二至二十倍。无机半导体颗粒物例如是例如硫化镉、硫化锌和/或二氧化钛。优选地，光催化材料包括二氧化钛。聚合物的分子可以包括丙烯酸分子。有利地，可以用如WO 2007/060520中所公开的光催化凝胶，WO 2007/060520通过引用结合于此。

这里还公开用于流体的光催化处理的反应器单元，例如，用于对空气进行清洁和除臭的反应器单元，该反应器单元包括：催化剂装置，该催化剂装置包括具有形成空气导管的大致管形形状的催化材料承载件和涂覆在承载件内表面的至少一部分上的光催化材料；具有管形主体的壳体，该主体具有用于接纳催化剂装置的空腔；接纳在该催化剂装置中心部分的辐射源；空气进口组件；空气出口组件；以及安装在流体进口组件和空气出口组件至少其中之一的过滤器，该过滤器包括具有流体净化活性的一种或多种金属成分。

该金属可以是具有杀菌活性的金属，例如铜、银或锌，或具有用于将有害化学物质转换成对人体组织无害的化合物的活性的反应性金属，例如，这种金属能够用于将一氧化碳转换成二氧化碳，例如是金、铂、钯、铑或锆。

有利地，过滤器可以具有例如用塑料或金属材料形成的泡沫形式，其上涂覆有具有空气净化活性的一种或多种金属成分。

过滤器成分可以有利地进一步增强反应器单元的流体净化性能，例如，关于诸如细菌的某种病原体和关于除去诸如一氧化碳的某些有害化合物。

这里还公开一种用于流体的催化处理的反应器单元，例如，用于对空气进行清洁和除臭的反应器单元，该反应器单元包括催化剂装置、接纳在该催化剂装置中心部分的辐射源、流体进口组件和流体出口组件，该催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在催化材料承载件内表面的至少一部分上光催化材料，该催化材料承载件具有形成空气导管的大致管形的形状，其中该流体进口组件和流体出口组件至少其中之一包括具有多个流体流动通道的辐照挡板。

该辐照挡板可以有利地包括多个同心的S形的叶片，该叶片从进口和/或出口组件的轴向内表面延伸到其外表面。

该辐照挡板用来防止由辐射源发射的紫外光在反应器单元的流体进口组件和流体出口组件的外部可见。有利地，辐照挡板有效地减小或消除由辐射源发射的紫外光直接辐射到反应器的外面。因此反应器单元可以用在任何环境种而不需要附加的罩或外壳，使反应器单元容易并安全使用。

本发明的目的还通过根据权利22的用于对空气进行清洁和除臭的设备来实现。

提供一种用于流体的光催化处理的设备，例如用于对空气进行清洁和除臭的设备，该设备包括这里公开的反应器单元和该反应器单元可拆卸地与其连接的驱动单元。该驱动单元包括用于为辐射源提供电能的电源和用于推进或拉动流体通过反应器单元的流体流动系统。

有利地，反应器单元和驱动单元之间的电连接由驱动单元和反应器单元上的补充的直角回转型电连接器提供。

因此反应器单元可以容易并方便地连接于驱动单元以及从其拆卸，使得它们在设备的寿命期间可以容易并方便地更换。利用反应器单元上的直角回转型连接器能够简单并容易将反应器单元连接于流体净化系统。

还公开一种用于对大量气态流体进行清洁并除臭的设备，该设备包括在单个单元或壳体中组合在一起的多个反应器单元。

有利地，根据本发明的反应器单元和设备提供有效的并且效率高的流体的光催化处理，例如空气的清洁和除臭。

有利地，反应器单元的所有部件可以简单地经济地制造意味着反应器单元可以容易地并经济地更换。容易并经济地更换反应器单元的能力能够使设备具有很长的工作寿命，同时以经济的方式确保连续有效的清洁和除臭性能。

反应器单元的紧凑和模块化性质使它能够根据要被处理的流体量容易结合到具有单个反应器单元或具有多个反应器单元的流体处理设备中。反应器单元可以在各种环境(例如家庭、办公室、工厂和医院)中有利地用于空气的净化处理。反应器单元的特别紧凑的设置和高效并且有效的运行以及它的轻量化还使它能够有利地用在飞机和汽车中，用于对空气进行清洁、消毒和除臭。

反应器单元还可以在各种工业应用中用于光催化处理许多其他气体或气体混合物，例如，用于食品和饮料行业的氮气或二氧化碳净化、废水废气的除臭、电子和医药无尘间的超净空气处理。

附图说明

从权利要求和结合附图对本发明的实施例的详细描述中本发明的其他目的和有利方面将是很清楚的，其中：

图1是根据本发明实施例的用于气态流体的光催化处理的反应器单元的剖视图；

图2是根据本发明实施例的用于气态流体的光催化处理的反应器单元的透视分解图；

图3a是根据本发明实施例的催化剂装置的透视图；

图3b是根据本发明上述实施例的催化剂装置的剖视图；

图3c是根据本发明另一实施例的催化剂装置的剖视图；

图4a是根据本发明实施例的由柔性片材形成的催化材料承载件在未折叠状态的透视图；

图4b是图4a所示的催化材料承载件的一部分的详细透视图；

图5是根据本发明实施例的锥形突起的示意图；

图6a是根据本发明的辐照挡板的示意图；

图6b是根据本发明的辐照挡板的剖切透视图；

图7a是根据本发明实施例的反应器和连接器元件的透视图；

图7b是根据本发明实施例的反应器元件的透视图；

图8a至8c是根据本发明又一些实施例的用于气态流体的光催化处理设备的透视图。

具体实施方式

参考附图，特别是图1和图2，根据本发明的用于气态流体的光催化处理的反应器单元1包括壳体2、可拆卸地安装在壳体中的催化剂装置4、居中地接纳在该催化剂装置中的紫外辐射源、流体进口组件10和流体出口组件20。应当理解，根据流体流过反应器单元的方向，流体进口组件和流体出口组件可以颠倒。

催化剂装置4包括催化材料承载件6，该催化材料承载件6具有形成流体流动通道的管形形状，该流体流动通道围绕并沿着流体流动路径延伸。在所示的实施例中，催化剂材料承载件和壳体具有大致圆筒形的形状。但是，根据紫外辐射源的设置和其上的UV辐照的突出情况，催化材料承载件和壳体可以具有任何其他管形轮廓，例如椭圆形或多边形。催化剂装置的管形形状优选沿着所示实施例中所示的大体线性的总体流体流动方向F延伸，但是也可以以大致弯曲或非线性方式延伸。

在图1和图2所示的实施例中，流体进口组件和流体出口组件包括相同功能的单元：辐照挡板12、金属过滤器18和过滤器承载件24。该流体出口单元20还包括可以用作印刷电路承载件(print support)的盖件26。

参考图1、图3a-3c，催化材料承载件6包括壁部分7和多个锥形突起8。该锥形突起在催化材料承载件的壁部分的内表面21上具有基部5和靠近辐射源30的末端3。

辐射源优选沿着催化剂装置的中心轴线设置。紫外辐射源适宜地可以是一个或多个UV灯，例如低压或中压水银灯、白炽灯或荧光灯。它可以具有圆柱形形状、气泡形状或任何其他形状。适宜地，辐射源可以是一个或多个单管UV灯或多管UV灯。在所示的实施例中，辐射源是双管UV灯，该灯对于比较短的辐射源的长度具有提供高水平UV照射的优点，并且能够用于单点电连接。

有利地，紫外辐射源产生波长在180和420nm之间的光，优选在240和390nm之间，例如250nm至260nm。优选地，紫外辐射源产生波长为254nm的光。已经发现利用波长为254nm的紫外光能够提供特别有效的杀菌和光催化活性性能。利用具有254nm波长的紫外光有利地能够避免臭氧的产生。

锥形突起的末端可以设置在0(接触辐射源的表面)到小于50％(优选小于30％)的辐射源30的表面31和催化剂装置壁部分的内表面21的分开距离的距离范围内的位置。该锥形突起的末端从催化材料承载件7的内表面延伸到靠近或接触该辐射源30的位置。一些或所有锥形突起的末端可以邻接辐射源的外表面。例如，一个或多个锥形突起末端的顶点可以设置在距辐射源的外表面0到20mm的范围内的距离处，优选在0到10mm的范围内，更优选在2到5mm的范围内。提供从催化剂装置的内壁延伸到靠近或接触辐射源的位置的锥形部分有利地用来提供流动通过反应器单元的流体的曲折的非直线的流动路径，确保流体的充分混合，并且确保流过反应器单元的所有流体与光催化材料接触并且暴露于来自辐射源的UV辐射。

优选地，锥形突起从壁部分的内表面21朝着居中地设置在催化剂装置中的辐射源30基本垂直地延伸，以便避免或者最小化催化材料承载件的内表面的任何区域被遮挡而不能直接暴露于来自辐射源的UV辐射。有利地，锥形突起从壁部分朝着辐射源的中心轴线基本垂直地延伸。以这种方式，直接暴露于来自紫外辐射源的紫外辐射的催化材料承载件的表面积可以最大。在辐射源为多个UV辐射源(例如，多管紫外灯)形式的情况下，围绕催化剂装置的内表面设置的锥形突起可以指向辐射源设置的中心轴线。

图3b示出根据本发明的实施例的围绕催化剂装置4的内表面的圆周的锥形突起8的一种可能布置。在所示的实施例中，催化材料承载件6构造成沿着催化剂装置的中心轴线接纳双管UV灯。在图3b中，锥形突起8的末端指向催化剂装置的中心轴线，当双管UV灯插入催化剂装置中时，该催化剂装置的中心轴线也构成双管UV灯辐射源的中心轴线。还可以预期，锥形突起的末端可以指向每个UV管的中心轴线，即，如图3b中的附图标记32所示。

在一个催化剂装置内的锥形突起例如根据接纳在催化剂装置中的辐射源的形状可以具有不同的长度。

优选地辐射源和催化材料承载件的内壁部分的被辐照表面之间的距离为20mm到70mm之间，优选地在30mm到55mm之间，以优化对流过该催化材料承载件的流体的光催化活性的整体效果。

多个锥形突起可以围绕催化剂装置的内表面以规则布置的方式设置，例如以一系列规则间隔的行设置。优选地，锥形突起可以围绕催化材料承载件的内表面以阶梯行的方式设置，使得围绕催化剂装置圆周的每行中的锥形突起不与沿着流体流过反应器单元的方向的相邻圆周行的锥形突起对齐。换句话说，在沿着流体流动通道的不同位置的锥形突起围绕催化材料承载件的内表面以角度偏移的方式设置。根据优选实施例，在一行内的锥形突起等距离间隔开，并且各行沿着催化剂装置长度等距离间隔开。优选地，每行锥形突起相对于相邻行移动半个阶梯，因而，阶梯对应于一行中的相邻突起之间的距离。因此锥形突起的阶梯布置有利地对流过反应器单元的流体提供有效的混合。

优选地，锥形突起8具有圆锥形形状，这有利地使流过反应器单元的流体能够比较自然地流动，并且因此减少载荷损失。锥形突起的基部5优选具有基本圆形的形状，用于能够容易制造锥形突起。锥形突起基部的其他形状(例如，卵形、六边形、八边形或三角形)也是能够预期的。

锥形突起的末端可以具有例如尖点的、截头的或圆形的形状。锥形突起的末端优选具有小截面面积，以便是的被突起的末端遮挡的辐射源的表面积最小，因此确保来自辐射源的最大量辐射到达催化材料承载件的其余表面。

优选地锥形突起的平均高度h对平均最大基部直径d的比为6∶1到1∶1，优选为4∶1到2∶1。在这里，锥形突起的高度从末端的径向最里面的点到该基部的径向最外面的点测量。在这里最大基部直径被测量为跨过突起的基部截面的最大距离。

优选地锥形突起具有1至30°，优选1至15°，例如5至15°的内锥角α。因此，可以优化催化剂装置内的突起数量(提供光催化材料的大表面积与由UV辐射源充分直接照射催化材料承载件的表面这两者之间的平衡。

如图3c所示，能够以附加的方式提供从壁部分的内表面21向末端23延伸的一些另外的突起19，该末端23不靠近辐射源，使得催化装置的内表面既包括长的突起，又包括短的突起，考虑到增加被辐照的催化剂表面积并且在突起基部附近增加流体流与催化剂表面积的接触。

催化材料承载件的内表面的至少一部分用光催化材料涂覆。优选地，基本上被来自紫外辐射源的紫外光辐照的催化材料承载件的整个内表面用光催化材料涂覆。

光催化材料可以是任何已知的光催化材料。优选地，光催化材料包括无机半导体颗粒物，特别地，硫化镉、硫化锌和/或锐钛结晶形式的二氧化钛。考虑到在紫外光的情况下的有效催化活性、稳定性和对人体组织无害，优选地，光催化材料包括二氧化钛。

在本发明的具体实施例中，光催化材料包括具有能透过紫外光的聚合物分子的无机粘结剂、极性稀释剂以及无机半导体颗粒物。无机半导体颗粒物的重量比稀释剂和粘结剂两者的重量少二至二十倍(是后者的三分之一到二十一分之一)。该聚合物分子优选包括丙烯酸分子。有利地，可以用如WO 2007/060520中所公开的光催化凝胶。这种光催化凝胶材料对许多类型的材料具有很好的粘性，并且有利地可以在空气中干燥，而不需要高温处理，因此允许涂覆诸如塑料的不能承受高温的材料。

光催化材料施加在光催化材料承载件的内表面上，以便利用其光催化性质处理气体，例如对空气进行清洁和除臭。为了容易施加于催化材料承载件上，有利地光催化材料可以是液体或凝胶形式。通过将凝胶或液体喷射或涂刷在承载件的表面上，或将承载件浸入包含光催化材料的容器中，光催化材料可以方便地施加于催化材料承载件。

催化材料承载件有利地用塑料形成，该塑料例如为聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯乙烯、聚乙稀、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯。催化材料承载件的锥形部分和壁部分可以例如通过注射成形或挤压成形分开制造，并且粘结、焊接、胶接或以其他方式固定在一起，但是优选地锥形突起与壁部分一体形成。

特别参考图4a，根据本发明的具体特征，催化材料承载件6可以用单个柔性片材形成。

锥形突起通过热成型或模铸或通过其他常用的方法用柔性塑料片材能够容易并经济地一体形成。柔性塑料可以是例如：聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯乙烯、聚乙稀、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

具有一体地形成的锥形突起的柔性片材然后被弯曲成管形形状，并且可以沿着其接缝焊接、卷边、粘接或通过机械夹紧装置保持在一起以形成管子，或简单地保持在外承载件管中而不必沿着其接缝保持在一起。该片材可以设有凹槽或凹洞9，如图4b所示，这容易将片材弯曲成管形形状，并且改进管形形状的可再现能力。

优选用单个片材形成催化装置，但是在本发明的范围内，也能够用彼此焊接、粘接或通过机械方法(例如铆接或夹紧)沿着其边缘固定在一起的两个或更多个片材形成催化装置。两个或更多个片材也能够组装在反应器单元的管形壳体中而不是粘结在一起，该管形壳体定位并支撑件片材使得它们围绕辐射源共同形成管子。

有利地，光催化材料可以在承载件被折叠以形成管子之前施加于催化材料承载件上。例如光催化材料可以在催化材料承载件片材被折叠以形成管子之前涂刷或喷射在催化材料承载件片材上。有利地，光催化材料可以用机械喷射系统(例如自动喷射系统)喷射在催化材料承载件片材上，使得光催化材料非常简单和经济地施加在反应器单元上。

在催化材料承载件用单个柔性片材制造的情况下，锥形突起应当间隔足够远，以使片材能够弯曲以形成管子。需要的间隔(在许多因素中)取决于催化剂装置的直径和突起的相对尺寸。

在锥形突起用诸如热成型的方法用柔性片材一体地形成的情况下，需要基部突起包围足够量的塑料，以能够形成锥形突起。优选地，突起的平均高度h对平均最大基部直径的比为4∶1至2∶1。

根据本发明的催化材料承载件因此能够做成特别轻量化，同时由于锥形突起的高活性辐照表面和有效的空气动力学原因，提供效率非常高的处理。这有利地使根据本发明的反应器单元能够用于移动用途，例如飞机或汽车中，或用于轻便的或甚至便携式的流体处理设备。

反应器单元还可以包括在流体进口组件10和流体出口组件20至少其中之一的辐照挡板，以便防止从反应器单元的外面看见紫外辐射源。

在图1和图2所示的实施例中，流体入口组件10和流体出口组件20包括具有多个流体流动通道的辐照挡板12。参考图6a和6b，辐照挡板可以有利地包括多个同心的S形的叶片15。

辐照挡板可以设置为单个单元。可选地，辐照挡板可以制造成分离的单元，其然后可以在流体入口组件和/或流体出口组件中安装或连接在一起。在所示的实施例中，辐照挡板由两个分开的挡板单元13和14构成，所述挡板单元可以用诸如喷射成形的普通方法例如用塑料简单并经济地制造。

辐照挡板可以用塑料方便地制造，所述塑料例如为聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙稀、玻璃纤维矿物质或纤维素型聚合物。

有利地，辐照挡板有效地减少或消除由辐射源发射的紫外光直接辐射到反射器单元的外面。因此，反应器单元可以用于任何环境中而不需要附加的罩或外壳，使反应器单元容易并且方便使用。

在所示的实施例中，在流体进口组件10中的辐照挡板12也用作过滤器，以除去虫子、大颗粒物和尘土。可选地，反应器单元可以包括分离的过滤器作为其进口。

在图1和图2所示的实施例中，流体进口组件10和流体出口组件20包括金属过滤器18，以提供进一步改进的流体净化。

过滤器包括具有流体净化活性的一种或多种金属成分。该金属可以是具有灭菌活性的金属，例如铜、银或锌，或可以是具有用于将有害化学物质转换成对人体组织无害的化合物的活性的反应性金属，例如，该反应性金属能够反应将一氧化碳转换成二氧化碳，例如金、铂、钯、铑或锆。

在所示的实施例中，流体净化活性金属设置在单独的过滤器部件18上。还可以预期，金属成分可以设置在反应器单元的部件的表面上，例如作为辐照挡板12的表面上的涂层。

过滤器还可以用金属丝形成为例如金属丝网或玻璃纤维型结构。根据优选实施例，过滤器18可以具有开孔泡沫型结构，该开孔泡沫例如具有至少70％，优选80％的空间。有利地，这种泡沫型过滤器提供用于过滤的大表面积，用于与流过反应器单元的流体接触，同时使得充注损失最小。该过滤器可以用塑料或金属材料形成，其中具有流体净化活性的一种或多种金属成分涂覆在其表面上。

金属过滤器成分有利地提供反应器单元的进一步增强的流体净化性能，例如关于诸如细菌的某些病原体和关于除去诸如一氧化碳的某些有害化合物。

本发明的反应器单元可以容易并且方便地用在空气净化系统中。图8a至8c示出利用本发明的反应器单元的一些可能的空气净化系统50、60的示意图。该净化系统包括驱动单元，根据本发明的一个或多个反应器单元可拆卸地连接于该驱动单元。驱动单元包括：电连接器，用于为辐射源电连接器31提供电流；和用于推进或拉动空气通过反应器单元的流体流动系统。该驱动单元可以构造成用于连接于主电网，或可以是例如电池供电的。

例如，驱动单元可以包括具有插座连接器42的连接部件40，辐射源31的电插针连接器插入插座连接器42中。电连接可以通过将连接部件40插入反应器单元的流体进口组件10或流体出口组件中实现。有利地，反应器单元和驱动单元之间的可拆卸连接通过直角回转型电连接来提供，从而该连接部件被插入反应器单元中，并且旋转使插座连接器42中的电连接器与辐射源电插针连接器31接触。连接部件或反应器单元可以包括补充的锁紧装置44以限制连接部件40相对于反应器单元的转动和/或将反应器单元和连接部件保持在一起。

直角回转型电连接器用在反应器单元上有利地使反应器单元能够简单并容易地连接于流体净化系统。

图8c示出根据本发明的设备60，该设备构造成用于清洁和除臭大量的空气或其他气体，在该设备中多个反应器单元可以在单个壳体62中组合在一起。

反应器单元的紧凑和模块化性质使它能够容易集成到具有壳体51的流体处理设备50中，根据要处理的流体量，该壳体51接纳单个反应器单元1或多个反应器单元。该设备壳体可以包括空气进口格栅54和用户接口屏幕或显示器52，该接口屏幕或显示器提供关于该设备使用和维修需求的信息，例如需要更换反应器单元、辐射源和/或催化装置。

反应器单元可以有利地用于家庭、办公室、工厂和医院里对空气进行净化处理(清洁、杀菌、除臭)的设备中。反应器单元的特别紧凑的布置和高效并且有效的运行还能够使它有利地用在飞机和汽车中，用于对空气进行清洁、消毒和除臭。该反应器单元也可以用于各种用途的许多其他的气体或气体混合物的光催化处理。例如，为了食品保存，在食品和饮料行业中反应器单元可以用来净化诸如氮气或二氧化碳的气体、对气态流出物除臭，或用于电子和医药无尘间的超净空气处理。

Claims (28)

1.一种用于流体的光催化处理的反应器单元，包括：壳体；催化剂装置；和接纳在催化剂装置的中心部分中的辐射源，所述催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在承载件的内表面的至少一部分上的光催化材料，所述承载件具有限定流体流动通道的大致管形形状，所述流体流动通道围绕并沿着流体流动路径延伸，其中所述催化材料承载件包括壁部分和多个从壁部分的内表面延伸到末端的锥形突起，所述末端离辐射源的距离在壁部分的内表面与辐射源的分开距离的0到50％范围内，所述锥形突起围绕辐射源并且沿着流体流动通道设置。

2.根据权利要求1的反应器单元，其中所述锥形突起的末端在壁部分的内表面与辐射源的分开距离的0到30％范围内。

3.根据权利要求1或2的反应器单元，其中所述锥形突起从催化材料承载件的壁部分的内表面朝着辐射源的中心轴线大体垂直地延伸。

4.根据权利要求1、2或3的反应器单元，其中所述锥形突起的平均高度与平均基部直径的比为6∶1到1∶1。

5.根据权利要求1至4其中任何一项的反应器单元，其中所述锥形突起具有大致圆锥形形状。

6.根据任何一项前述权利要求的反应器单元，其中沿着流体流动通道位于不同位置的多个锥形突起围绕催化材料承载件的内表面以角度偏移方式设置。

7.根据任何一项前述权利要求的反应器单元，其中所述催化材料承载件由折叠的柔性片材形成以形成管形形状，并且所述锥形突起由柔性片材一体地形成。

8.根据权利要求7的反应器单元，其中所述催化材料承载件由塑料形成。

9.根据权利要求7或8的反应器单元，其中所述锥形突起由柔性片材通过模制、挤压或热成型形成。

10.根据任何一项前述权利要求的反应器单元，其中所述辐射源是一个或多个UV光管的形式。

11.根据任何一项前述权利要求的反应器单元，其中所述壳体包括大致管形的主体，该主体具有用于接纳催化剂装置的空腔。

12.根据任何一项前述权利要求的反应器单元，还包括流体进口组件、流体出口组件以及过滤器，该过滤器安装在流体进口组件和流体出口组件至少其中之一中并包含一种或多种活性金属成分。

13.一种用于流体的光催化处理的反应器单元，包括催化剂装置、接纳在催化剂装置的中心部分的辐射源、流体进口组件、流体出口组件以及过滤器，所述催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在承载件的内表面的至少一部分上的光催化材料，所述承载件具有形成流体导管的大致管形形状，所述过滤器安装在流体进口组件和流体出口组件至少其中之一中并包含一种或多种活性金属成分。

14.根据权利要求13的反应器单元，其中所述过滤器是具有开孔结构的塑料泡沫的形式，所述开孔结构涂覆有活性金属。

15.根据权利要求13或14的反应器单元，其中所述活性金属选自下面一组：银、铜、金、铂、锌、钯、铑或锆。

16.一种用于流体的光催化处理的反应器单元，该反应器单元包括：催化剂装置，该催化剂装置包括催化材料承载件和涂覆在承载件内表面的至少一部分上的光催化材料，所述承载件具有形成流体导管的大致管形形状；接纳在催化剂装置的中心部分中的辐射源；流体进口组件和流体出口组件，其中流体进口组件和流体出口组件至少其中之一包括和具有多个流体流动通道的辐照挡板。

17.根据权利要求16的反应器单元，其中辐照挡板的流体流动通道由多个同心的S形叶片形成，该叶片从进口组件和出口组件至少其中之一的轴向内表面延伸到其外表面。

18.根据权利要求13至17中的任何一项的反应器单元，其中催化材料承载件包括壁部分和多个从壁部分的内表面上的基部大体垂直延伸到邻近辐射源的末端的锥形突起。

19.根据权利要求18的反应器单元，还包括根据权利要求1至11其中任何一项的反应器单元的任何一个或多个附加特征。

20.一种催化剂装置，包括催化材料承载件和涂覆在承载件一侧的至少一部分上的光催化材料，所述承载件包括被折叠以形成大致管形形状或大致管形形状的一部分的单个柔性片材和多个从柔性片材的一面延伸并且由柔性片材一体地形成的锥形突起。

21.根据权利要求20的催化剂装置，其中催化材料承载件由塑料形成。

22.根据权利要求20或21的催化剂装置，其中所述锥形突起通过模制或热成型柔性片材形成。

23.一种用于流体的光催化处理的设备，例如用于对空气进行清洁和除臭的设备，包括权利要求1至19其中任何一项的反应器单元和所述反应器单元可拆卸地与其连接的驱动单元，所述驱动单元包括用于为辐射源提供电力的电源和用于推进或拉动流体通过反应器单元的流体流动系统。

24.根据权利要求23的用于流体的光催化处理的设备，其中反应器单元和驱动单元之间的可拆卸连接由补充的直角回转型电连接器提供。

25.根据权利要求23或24的用于流体的光催化处理的设备，包括安装在共用的支撑件上的多个驱动单元和连接于相应驱动单元的对应的多个反应器单元。

26.一种制造催化剂装置的方法，包括：从聚合物片材模制或热成型多个锥形突起；用光催化材料涂覆该片材一侧的至少一部分；以及由一个或多个所述聚合物片材形成大致管形形状。

27.根据权利要求26的方法，其中在承载件被折叠以形成管子之前将光催化材料施加于聚合物片材上。

28.根据权利要求27的方法，其中光催化材料通过自动喷射系统喷射到片材的表面上。

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