CN102026686A - 用于uv-pco空气净化器的控制系统 - Google Patents
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Abstract
紫外线光催化氧化(UV-PCO)空气净化系统(10)包括控制器(28)，其协调从空气中除去挥发性有机化合物的光催化反应器(18)的运行和除去吸附在UV-PCO系统(10)中的污染物的再生模式。控制器(28)协调再生模式和光催化反应器(18)的运行，从而当打开空气净化系统(10)时，所述再生模式在光催化反应器(18)被激活前开始运行。再生模式的初始运行使得吸附在UV-PCO系统(10)中的污染物能够在控制器(28)通过激活光催化反应器(18)开始正常运行模式以清洁空气之前被除去。
Description
背景技术
本发明一般地涉及空气净化系统中紫外光催化氧化(ultraviolet photocatalyticoxidation，UV-PCO)技术用于空气纯化的应用。更确切地，本发明涉及控制系统和方法，其用于空气净化器系统停用一段时间后第一次打开时协调该系统组件的运行。
一些建筑物利用空气净化系统从空气源除去空气传播的物质，如苯、甲醛和其它污染物。这些净化系统的一些包括利用含有光催化剂的基底或滤筒的光催化反应器。当被置于适当的光源下时(典型地为紫外线光源)，所述光催化剂与氧气和空气传播的水分子发生相互作用，以形成活性氧化物种如羟基自由基(hydroxyl radicals)。所述羟基自由基然后进攻污染物并引发氧化反应，所述氧化反应将污染物转化为低有害化合物如水和二氧化碳。进一步地认为氧、水蒸汽、适合能量的光子以及光催化剂的组合也产生活性氧化剂如过氧化氢。[W.Kubo和T.Tatsuma，Analytical Sciences，Vol.20，591-93(2004)]。
UV-PCO空气净化系统是具有吸引力的，因为它们将挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)转化为无害化合物。通过UV-PCO方法，最普通种类的VOC(其为纯烃)被转化成水和二氧化碳。典型的UV-PCO运行包括空气净化器周期性的而不是连续性的运行。所述空气净化器可以通过定时器或通过来自HVAC系统的控制信号打开。典型地，当UV-PCO空气净化器被打开时，所述光催化反应器开始清洁被污染的空气的流。
发明内容
本发明基于这样的认识：UV-PCO空气净化器在其打开前可能已经关闭了相当长的一段时间。在这段关闭时间期间，在反应器的光催化剂表面上，或者在上游过滤器上可能发生挥发性有机化合物的显著吸附。挥发性有机化合物的浓度可能过分地高。如果在光催化反应器的紫外线源打开时挥发性有机化合物的该浓度存在，则在催化剂表面上发生的反应可导致不完全的氧化或者导致高分子量化合物的产生，这些高分子量化合物牢固地吸附在光催化剂表面上并且阻止其它物种到达光催化剂。结果，光催化剂可能遭受活性损失，并且空气净化器将遭受降低的效力。
在一个实施方案中，光催化反应器的运行与风扇和照射催化剂的紫外线灯相协调，所述风扇用于移动空气通过所述空气净化系统。当所述空气净化系统在一段停用期后接到命令开始运行时，控制器协调风扇和光催化反应器的运行，从而所述风扇在所述光催化反应器被激活前运行一段时间。
在另一实施方案中，在最小的清洁空气流动下打开紫外线源，以快速除去烃如甲苯、二甲苯和乙苯。在两个实施方案中，在停用期间吸附的污染物，在所述光催化剂开始将空气流中的挥发性有机化合物转化成无害产物之前被从系统中除去。
附图说明
唯一的附图是示意性地示出光催化空气净化装置的框图。
具体实施方式
附图为空气净化器系统10的示意图，其采用紫外光催化氧化(UV-PCO)除去来自空气的污染物。空气净化器系统包括入口12、出口14、预滤器16、光催化反应器18(其包括基底20、光催化涂层22和紫外线源24)、风扇26以及控制器28。
空气流A经过预滤器16，然后经过光催化反应器18和风扇26到达出口14。预滤器16在它们到达光催化反应器18之前将灰尘和颗粒从空气流A中除去。预滤器16可以包含碳过滤器以从空气流A中除去VOC如挥发性含硅化合物(VSCC)。
当空气流A经过光催化反应器18时，其与光催化涂层22发生接触。在附图中，基底20被示意性地图示为平板。实际上，基底20可以采取许多不同的形式，其可以构造为使光催化涂层22位于其上的表面积最大化(并从而使其中光催化涂层22和空气流A之间能够发生接触的表面积最大化)。一个例子是蜂窝结构，在其上沉积光催化涂层22并且空气流A通过它。
来自紫外线源24的紫外线辐射被引导向光催化剂涂层22并被光催化剂涂层22吸收。紫外线辐射使光催化剂涂层22与空气传播的水分子发生相互作用以产生活性物种如羟基自由基、过氧化氢、过氧化氢自由基(hydrogen peroxideradicals)和超氧离子(super oxide ions)。这些活性物种与空气流A中的VOC相互作用以将VOC转化成无害的副产物如二氧化碳和水。因此，当空气流A通过出口14离开系统10时，与它通过入口12进入系统10时所含的相比，空气流A包含较少的污染物。
控制器28协调再生模式(regeneration mode)和光催化反应器18的运行。系统10典型地间歇或周期性地运行，而不是在连续基础上运行。控制器28，其可以例如是基于微处理器的控制器，可以从HVAC系统接收命令以启动空气净化器系统10的运行。或者，可以对控制器28编程以基于存储的运行安排或者基于传感的参数启动和终止系统10的运行。
当系统10通过控制器28接收的外部命令或作为控制器28做出的决定的结果而被开启时，在空气被净化或清洁之前运行再生模式一段时间。根据存在的污染物的种类可以使用不同的再生模式。例如，只含有氢、碳和氧原子的化合物通常仅引起可逆的损害。示例化合物包括烃如甲苯、二甲苯和乙苯。另一方面，含有杂原子如硅、氮、磷和/或硫的挥发性或者半挥发性有机化合物可以导致不可逆的钝化作用。
在一个实施方案中，再生模式使用风扇26以再生系统10中的表面。风扇26使气流从入口12经过系统10到达出口14。该气流使得可能在系统10关闭期间被吸附的VOC浓度在紫外线源24打开前和在光催化剂涂层22开始将VOC转化为无害产物之前移动通过系统10。
如果当系统10启动时立即打开紫外线源24，则在系统10停用期间可能已经积聚在预滤器16或光催化剂涂层22上的VOC浓度可能不利地影响系统10的运行。高浓度的VOC可导致不完全的氧化或高分子量化合物的产生，这导致光催化剂22具有降低的光催化活性。
在紫外线源24打开之前风扇26运行的时间可以为控制器28内部的编程的时间。典型性的时间量可以是例如约5分钟～约10分钟。
控制器28可以包括实时时钟或其它定时器电路来决定系统10在接收到命令启动之前停用多长时间。如果停用期相对短，可以减少风扇26和紫外线源24运行之间的时间延迟，或者在一些情况下可以取消。因此，可以取决于停用期(在该停用期期间VOC被允许在系统10中积聚)控制风扇26移动空气经过预滤器16和光催化反应器18所需的时间量。
当高浓度的VOC被吸附在光催化剂涂层22上时，通过不打开紫外线源24，显著地减少了光催化剂涂层22的钝化作用。风扇26和紫外线源24运行之间的时间延迟在从系统10从环境空气中除去污染物的能力方面并不显著地影响系统10的整个运行。
在另一实施方案中，当存在引起对光催化剂涂层22的可逆损坏的化合物时，再生模式使用紫外线源24再生光催化剂涂层22。例如，当光催化剂涂层22已经暴露于高浓度的烃(HC)时，所述烃占据一些或全部的催化剂活性位点，而仅用清洁的空气吹扫并不能将其有效和快速地从表面上除去。紫外光和最小的清洁空气流动将这些污染物从光催化剂涂层22除去。
高浓度的烃的例子包括当总烃浓度为每十亿份100份或更高时，或者当特定烃的浓度(例如甲苯浓度)为每十亿份50份或更高时。示例烃包括能够化学吸附(chemisorbing)到系统10的表面上的烃，如甲苯、二甲苯和乙苯。
所述最小的清洁空气流动是由紫外线源24局部加热空气引起的通过系统10的伴随的或天然的空气流动，并且所述清洁空气可以与在系统10运行期间流过系统10的空气来自相同来源。在流过系统10后，可以将所述清洁空气引导给建筑物空气源或者可以通过排气口排到外面。
在被污染的空气被许可进入反应器18中之前，紫外线源24伴随最小的清洁空气流动运行的时间可以为控制器28内的经编程的时间。典型的时间量可以是，例如约2至约8小时。
空气净化系统10也可以包括烃(HC)测量装置30，其位于光催化反应器18的上游，例如位于入口12。HC测量设备30测量空气流A的烃浓度。HC测量设备30可以测量空气流A的总的烃浓度，空气流A的特定的烃浓度，如甲苯浓度，或它们的任意组合。HC测量设备30可以利用重量、热、电阻、电子、磁、光解、光学或相关的传感策略，或它们的任意组合，作为测量烃浓度的手段。HC测量设备30可以发送信号S(其表示所测量的烃浓度)到控制器28从而决定在长期的停用期后系统10适当的运行程序。例如，当HC测量设备30测量到总烃浓度为每十亿份100份或更高时，或者当HC测量设备30测量到特定烃浓度例如甲苯浓度为每十亿份50份或更高时，所述控制器可以仅启动再生模式。
使用的再生模式基于安装所述系统的环境。一些环境可能需要使用多个再生模式。例如，在一个系统中，每天实施通过运行风扇从而除去VOC实施的再生模式，而在周末实施通过使用紫外光源从而除去烃实施的再生模式。在另一实例中，在系统中连续地实施两个不同的再生方式，例如通过除去VOC再生表面，接着通过除去烃再生系统中相同或者不同的表面。
尽管已经参考优选实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到不背离本发明的主旨和范围可以进行形式和细节上的改变。
Claims (26)
1.空气净化系统，包括：
入口；
出口；
用于从空气中除去挥发性有机化合物(VOC)的光催化反应器；和
控制器，其用于协调所述系统的运行，从而当所述系统开始运行时，所述控制器使所述系统以再生模式运行一段时间，以在所述控制器通过激活所述光催化反应器启动正常运行模式以清洁所述空气之前，除去在所述系统未运行期间吸附的污染物。
2.权利要求1的空气净化系统，进一步包括风扇，其用于在所述再生模式期间使空气通过所述入口进入所述系统，移动通过所述光催化反应器，并且通过所述出口离开所述系统。
3.权利要求2的空气净化系统，其中所述一段时间为约5分钟至约10分钟。
4.权利要求2的空气净化系统，其中在所述再生模式期间，所述控制器使所述风扇运行取决于所述风扇开始运行之前所述光催化反应器停用持续时间的一段时间。
5.权利要求1的空气净化系统，其中在所述再生模式期间，所述控制器使紫外线源从所述空气净化系统的表面除去烃。
6.权利要求5的空气净化系统，其中所述一段时间为约2小时至约8小时。
7.权利要求5的净化系统，进一步包括用于测量烃浓度的烃测量设备，并且其中所述控制器根据所述烃浓度协调所述再生模式和所述正常运行模式的运行。
8.权利要求7的空气净化系统，其中所述烃浓度为总的烃浓度，并且其中当该总的烃浓度为每十亿份约100份或更高时，所述控制器使所述系统以再生模式运行。
9.权利要求7的空气净化系统，其中所述烃浓度为特定烃的浓度，并且其中当所述特定烃的浓度为每十亿份约50份或更高时，所述控制器使所述系统以再生模式运行。
10.权利要求9的空气净化系统，其中所述特定烃能够化学吸附在所述空气净化系统的表面上。
11.权利要求9的空气净化系统，其中所述特定烃选自由甲苯、二甲苯和乙苯组成的组。
12.从空气中除去挥发性有机化合物(VOC)的方法，所述方法包括：
在初始时间段再生空气净化系统的表面，以驱散在光催化反应器未运行期间积聚的污染物；和
在该初始时间段后激活所述光催化反应器。
13.权利要求12的方法，其中再生表面包括在初始时间段引导空气通过所述光催化反应器以驱散VOC。
14.权利要求13的方法，其中所述初始时间段为约5～约10分钟。
15.权利要求13的方法，其中所述初始时间段取决于所述光催化反应器停用持续时间。
16.权利要求12的方法，其中再生所述表面包括将所述表面暴露于紫外光，并引导清洁空气通过所述光催化反应器一段时间以驱散烃。
17.权利要求16的方法，进一步包括：
测量总的烃浓度；和
当测量的总的烃浓度为每十亿份大约100份或更高时再生所述表面。
18.权利要求16的方法，进一步包括：
测量特定的烃的浓度；和
当测量的特定的烃的浓度为每十亿份大约50份或更高时再生所述表面。
19.权利要求18的方法，其中所述特定的烃的浓度为能够化学吸附在所述空气净化系统的表面上的烃的浓度。
20.权利要求19的方法，其中所述烃选自由甲苯、二甲苯和乙苯组成的组。
21.空气净化系统，其包括：
入口；
出口；
用于从空气中除去挥发性有机化合物(VOC)的光催化反应器；
用于从所述空气中除去颗粒的预滤器，所述预滤器位于所述光催化反应器上游的位置；和
控制器，其用于协调所述系统的运行，从而当所述系统开始运行时，所述控制器使所述系统以再生模式运行一段时间，以在所述控制器通过激活所述光催化反应器启动正常运行模式以清洁空气之前，除去在所述系统的未运行期间吸附的污染物。
22.权利要求21的空气净化系统，进一步包括风扇，其用于在再生模式期间使空气通过所述入口进入所述系统，移动通过所述光催化反应器，并且通过所述出口离开所述系统。
23.权利要求22的空气净化系统，其中所述一段时间为约5分钟至约10分钟。
24.权利要求23的空气净化系统，其中在所述再生模式期间，所述控制器使所述风扇运行取决于所述风扇开始运行之前所述光催化反应器停用持续时间的一段时间。
25.权利要求21的空气净化系统，其中在所述再生模式期间所述控制器使紫外线源运行以从所述空气净化系统的表面除去烃(HC)。
26.权利要求25的空气净化系统，其中所述一段时间为约2小时至约8小时。
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