CN103702690A - 利用电场再生的空气净化器 - Google Patents

Abstract

一种利用电场再生的空气净化器，包括一具有进气口（2）和排气口（3）的壳体（1），氧化剂发生器（4）、吸附式过滤器（5）、电场发生器（6）、及吸气单元（7）收容于所述壳体（1）内，所述吸气单元（7）用于产生气流以驱动周围环境中的空气污染物由所述进气口（2）进入所述利用电场再生的空气净化器，所述氧化剂发生器（4）用于释放氧化剂，所述吸附式过滤器（5）用于吸附所述空气污染物和氧化剂，由此所述氧化剂有效地分解所述空气污染物，所述电场发生器（6）用于产生穿过所述吸附式过滤器（5）的电场，由此再生所述吸附式过滤器（5）。本发明空气净化器能有效地去除气态污染物、避免二次污染、并使其吸附式过滤器可以再生。

Description

利用电场再生的空气净化器

技术领域

本发明涉及空气净化器技术领域，特别涉及一种利用电场再生的空气净化器。

背景技术

室内空气质量得以越来越多的关注，因为空气质量差是公认的导致人类生病，如“病楼”综合症的原因。主要的室内空气污染物有空气悬浮颗粒、细菌、病毒、气态污染物如甲苯、甲醛、甲乙酮、硫化氢、氨气。使用空气净化器是改善室内空气质量的常用方法。在市场上，有各种不同类型的空气净化技术，但他们都有自己的缺点和问题。

具有高效粒子空气过滤器的空气净化器，HEPA过滤器，包括随机排列的纤维垫，能有效地捕获空气悬浮颗粒、细菌、病毒，但不能除去气态污染物。

装备有吸附式过滤器如活性炭的空气净化器用于吸附气态污染物，但是，在使用一段时间之后，很容易吸附气态污染物达到饱和，导致性能劣化。在最坏的情况下，可能导致二次污染，对人体健康造成更严重的问题。此外，活性炭的性能容易受湿度的影响，因为水分子可以吸附在活性炭的多孔结构上，争抢气态污染物的吸附位置。在一些情况下，采用加热吸附剂进行热再生来解吸气态污染物和水分子，但是二次污染的问题仍然没有解决。此外，在吸附剂内安装加热元件实现均匀加热具有一定难度，所产生的热量也会加热进入的空气，如果环境是空调制冷，需要更多能量进行冷却，这与节能的理念相背。

一些空气净化器释放出如离子或臭氧的氧化剂，用于分解气态污染物。然而，由于反应发生在气相，导致氧化剂以及气态污染物难以相遇，分解效率非常低。生成高浓度的氧化剂可能进行有效的弥补，但是高浓度的氧化剂本身会威胁人体健康。

本发明的目的是提供一种利用电场再生的空气净化器，可以有效去除空气中的污染物，但不会造成二次污染。

发明内容

本发明涉及一种使用电场再生的空气净化器，通过将气态污染物分解成无害产物以及不断地再生吸附剂以进行进一步的吸附，去除室内空气中的气态污染物。

本发明利用电场再生的空气净化器包括一壳体，具有进气口和排气口。所述壳体内收容有一氧化剂发生器，一吸附式过滤器，一电场发生器，及一吸气单元。所述吸气单元用于产生气流以驱动周围环境中的空气污染物由所述进气口进入所述利用电场再生的空气净化器。所述氧化剂发生器用于释放氧化剂。所述氧化剂发生器为离子发生器、带电粒子发生器、臭氧发生器、过氧化物（peroxide）发生器、自由基发生器、活性氧化气体发生器或静电除尘器。所述吸附式过滤器用于吸附所述空气污染物和氧化剂，以使所述氧化剂有效地分解所述空气污染物。所述电场发生器用于产生穿过所述吸附式过滤器的电场，用以再生所述吸附式过滤器。所述吸气单元为排气扇、吸气马达、或其它类似物，可位于进气口和/或排气口处，用于产生气流。沿气流方向，所述氧化剂发生器位于吸附式过滤器之前。所述电场发生器靠近吸附式过滤器设置，产生穿过所述吸附式过滤器的电场。

所述氧化剂发生器释放氧化剂，氧化剂与气流中的气态污染物混合，两者一起流向吸附式过滤器。吸附式过滤器内的吸附剂将氧化剂以及气态污染物一起吸附于其多孔结构内进行分解，将空气中的污染物分解为无害副产物如水分子和二氧化碳。然后电场发生器生成穿过吸附剂的电场。由于吸附剂是介电常数大于1的电介质材料且电场为振荡电场，生成带电偶极子并跟随电场的方向在电介质材料的晶格结构内振动，由此提升吸附剂的温度。上述电介质加热功效能促使副产物如水分子和二氧化碳脱离多孔结构，由此避免来自气态污染物以及相应副产物的吸附饱和，使吸附式过滤器得以再生。因为与气态污染物争抢吸附位置的水分子可以自吸附剂的多孔结构内不断地释放出来，高湿度环境导致的问题由此被消除。另一方面，在升高的温度下分解效率也增加了。

所述吸附式过滤器包括一多孔罩体和吸附剂，其中所述吸附剂填充于多孔罩体内。所述多孔罩体包括一塑料外框（framework）和一透气层，所述塑料外框定义了吸附式过滤器的形状，所述透气层朝向气流方向设置，以使空气污染物或氧化剂通过透气层进入吸附剂中。所述吸附剂为电介质材料，介电常数大于1。通过湿法浸渍，所述吸附剂在其多孔结构内掺有金属氧化物，如二氧化钛、氧化锰、氧化钯、氧化钴、氧化镍、氧化锌、或上述物质的混合物。吸附剂的形状为球形、圆柱形、矩形、不规则形、或长度或者直径在1～10mm的微丸或颗粒。所述吸附式过滤器呈蜂窝状，由电介质接触大于1的吸附性材料制成，所述吸附性材料为沸石、氧化铝、二氧化硅或以上的混合物，所述吸附性材料在其多孔结构内掺有金属氧化物。

所述电场发生器用于产生可变电场，包括串联的电源、变压器、以及电极。在电场存在时，金属氧化物的表面上产生电子-空穴对，增强促使（enhancing）由空气中的氧气和水分子生产氧化剂，如羟基自由基、带电氧分子（chargedoxygen molecules）、氧原子和臭氧。所生成的氧化剂进一步分解吸附剂的多孔结构内的气态污染物。更为重要的是，由于氧化剂与气态污染物在电场作用下被离子化、去极化和激发，施加在吸附剂上的电场有助于加速氧化剂与气态污染物之间的反应。本发明中，吸附剂被仔细挑选以有效地吸附和分解过量的氧化剂，避免泄漏。

所述电极可以设置于吸附式过滤器的表面上并垂直于气流的方向，电极为网状结构，从而气流可以自由穿过电极而不会减小气流。所述电极也可以设置于吸附式过滤器的侧面，平行于气流的方向。另外，所述电极之一可以为圆筒（cylindrical）形，而另一电极为线状，所述吸附式过滤器为圆筒形，设置于两电极之间。

另外，所述电极的表面上设置有保护涂层，避免湿气以及所产生的氧化剂的腐蚀。一微粒过滤器设置于所述氧化剂发生器和吸附式过滤器之间，用于消除微粒和细菌。

综上，本发明提供一种利用电场再生的空气净化器，其能够有效地去除气态污染物、避免二次污染、并使其吸附式过滤器可以再生。

附图说明

为进一步阐述本发明，本发明利用电场再生的空气净化器的实施例将参照下面的附图进行详细说明。

图1为本发明空气净化器的示意图；

图2为吸附式过滤器的示意图；

图3为蜂窝结构的吸附式过滤器的示意图；

图4为电场发生器的示意图；

图5为电极排布的其中一种方式的示意图，其中电极位于吸附式过滤器的表面；

图6为电极排布的其中一种方式的示意图，其中电极位于吸附式过滤器的侧面；

图7为电极排布的其中一种方式的示意图，其中一电极包围圆筒形吸附式过滤器；

图8为电极排布的其中一种方式的示意图，电极位于蜂窝结构的吸附式过滤器的侧面；

图9为本发明空气净化器的示意图，其包括一微粒过滤器。

具体实施方式

本发明的优点、新颖的特征，以及所列举的实施例的具体细节，根据下面的描述以及图式，将会得到更充分的了解，所列举的实施例是作为本发明的示例性说明，并不用于限制本发明。

图1是本发明空气净化器的示意图。该空气净化器包括壳体1，其具有进气口2和排气口3。该外壳1内设有氧化剂发生器4、吸附式过滤器5，电场发生器6和排气扇7。该排气扇7设于进气口2或排气口3处，产生气流使周围环境中的空气污染物通过进气口2进入空气净化器。在本发明的其它实施例中，排气扇7也可以是吸气马达、气泵或类似物。沿气流方向，氧化剂发生器4位于吸附式过滤器5之前，负责释放氧化剂。沿气流方向，被释放的氧化剂先与空气污染物混合，然后两者被输送至吸附式过滤器5。吸附式过滤器5的吸附剂9有效地将其捕获在其晶体结构内。由于被吸附的氧化剂以及气态污染物两者均被限制在纳米级的空间内，气态污染物被氧化剂有效地分解为无害物质，例如水分子和二氧化碳。电场发生器6位于吸附式过滤器5附近，并产生穿过吸附剂9的电场。鉴于本发明的吸附剂9是电介质材料如沸石，振荡电场的存在实现了吸附剂9的电介质加热。当吸附剂9的温度升高时，分解后的副产物从晶体结构内释放，从而空出吸附位置以进一步吸附正到达的气态污染物。最终，干净的空气由排气口3释放出来。

氧化剂发生器4位于吸附式过滤器5之前，释放氧化剂以分解气态污染物。氧化剂发生器4可以是离子发生器、带电粒子发生器、臭氧发生器、过氧化物发生器、自由基发生器（如羟基自由基发生器），活性氧化气体发生器或静电除尘器。因此，氧化剂可以是阳离子、阴离子、带电粒子、臭氧、过氧化物、自由基（如羟基自由基）、或任何其它活性氧化性气体，具有足够的活性以分解气态污染物。该氧化剂可以通过电学方法如静电除尘器和电晕放电、化学方法、以及光学方法如紫外光生产。过量的氧化剂很容易被吸附剂9吸附和分解，以避免泄漏。氧化剂的选择和用量是根据空气污染物的性质以及数量而决定，本领域的技术人员可以根据被污染的环境选择适当类型、用量的氧化剂。

如图2所示，吸附式过滤器5包括一多孔罩体8和吸附剂9，其中吸附剂9填充于多孔罩体8内。吸附式过滤器6的形状可以是矩形、圆柱形、立方形、或根据实际应用的任何形状。多孔罩体8包括一塑料外框10和一透气层11。塑料外框10定义了吸附式过滤器5的形状，其由绝缘塑料材料，如聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯制成。透气层11朝向气流方向设置，允许空气污染物或氧化剂通过以进入吸附剂9。透气层11的材料可以是绝缘的布料或者塑料网。该透气层11的网眼尺寸必须足够小，以防止吸附剂9掉落。吸附剂9的形状可以是球形、圆柱形、矩形、不规则形、或长度或者直径在1～10mm的微丸或颗粒。本发明中粉末可以用作吸附剂9，其网眼尺寸应在微尺度（microscale）。吸附剂9为介电常数大于1的电介质材料，可以是沸石、氧化铝、二氧化硅等类似物。由于吸附剂9为绝缘材料，当其上施加电压时吸附剂9不会导电。更重要的是，即使施加高电压，吸附式过滤器5电击穿的可能性被大大降低。吸附剂9的孔径选定在一定范围内，以将气态污染物以及氧化剂两者较好地限制在其晶格结构内。由于气态污染物以及氧化剂两者一起被限制在纳米级的晶格结构内，两者将相互发生反应，将气态污染物分解为无害产物，如二氧化碳和水分子。亲水性和疏水性吸附剂9均被采用和调配以获得对极性和非极性气态污染物的有效吸附。金属氧化物，如二氧化钛、氧化锰、氧化钯、氧化钴、镍、氧化锌、或上述物质的混合物，被掺入到晶体结构中充当催化剂，以加强氧化剂对气态污染物的分解。此外，由于金属氧化物为半导体材料，在电场的作用下其表面上产生电子-空穴对，使金属氧化物的表面更为活跃，促使在结晶结构内由氧气和水生成氧化剂，如羟基自由基、过氧化物、电离氧和臭氧。新生成的氧化剂可以进一步对吸附于多孔结构内的气态污染物进行氧化。吸附剂9还能吸附和分解过量的氧化剂，避免泄漏。

吸附式过滤器5也可以是如图3所示的蜂窝状结构，其由同样的吸附剂9材料如沸石、氧化铝、二氧化硅等类似材料用任何方法，如注射成型制成。吸附性材料可以同样掺杂有上述金属氧化物。蜂窝状的吸附式过滤器5位于壳体1内，可以是矩形或圆柱形。其具有低的压降的同时保持了高的吸附表面积。由进气口2进入的气流穿过蜂窝状结构的吸附式过滤器5的孔，气态污染物以及氧化剂被吸附于孔壁上，在吸附性材料的多孔结构内实现催化氧化。

图4为电场发生器6的示意图。本发明的电场发生器6位于吸附式过滤器5附近，包括串联连接的电源13、变压器14、以及电极15。电极15的位置可以有多种设置，其中一些设置方式表示在下面的图式中。然而，本领域的技术人员应当知道，电极15除了所描述的位置安排及形状，还可以是任何其它不减小气流的位置和形状。

图5所示为电极15设置于吸附式过滤器5的表面，垂直于气流方向。电极15为网状结构，从而气流可以自由穿过电极15而不会减小。在其它可能的实施例中，电极15也可以是杆状、线状或其它不影响气流的合适的形状。

图6所示为电极15设置于吸附式过滤器5的侧面，平行于气流方向。鉴于其不会影响气流，电极15可以为板状、网状、状杆、线状或其它合适的结构。

图7示出电极15的另一种排布，其中电极15之一为圆筒形状，而另一电极15为线状。吸附式过滤器5同样为圆筒形且位于两电极15之间。

图8示出电极15位于吸附式过滤器5的侧面，平行于气流的方向。吸附式过滤器5呈蜂窝状。在本实施例中，鉴于电极15不会影响气流，其可以为板状、网状、杆状、线状或其它合适的结构。

电极15的材料可以是铁、钢、铝和钨，其具有良好的导电性。保护层，如环氧树脂，可以覆盖在电极15的表面上，以避免湿气和所产生的氧化剂对电极15造成腐蚀。电场的产生是由电源13和变压器14来实现。系统的频率可以变化，通常为正弦波形，频率范围为0.5～5KHz。优选的为交流正弦电压，因为振荡电压极大地加强了电介质加热和生成氧化剂的效果。但是，也可以采用直流电压，其对外围电子产品的电磁干扰较小。所施加的电压的范围可以是0.1～10KV，足以致使吸附剂9上产生加热效应。鉴于分解气态污染物的副产物是水分子和二氧化碳，电介质加热可以增加副产物自吸附剂9孔的解吸率，从而实现热再生。在湿度较高的环境下，进入空气净化器的空气中的水分子与气态污染物争抢吸附位置。通过电场产生的热再生可以减小湿气带来的不良影响，由此加强对气态污染物的吸附量。根据实验结果，当温度升到80℃到120℃，绝大部分的水分子将从孔中脱离出来。

电场的存在也提高了气态污染物的分解率，因为在电场的作用下，气态污染物被离子化、去极化和激发，使得在产生氧化剂的反应中更为活跃。由于在吸附剂9的多孔结构内掺有金属氧化物，在电场的作用下，金属氧化物的表面上产生电子-空穴对，由此在催化作用下加速分解速率。另外，所产生的电子-空穴对有助于在吸附剂9的多孔结构内由氧气和水分子生成氧化剂，如羟基自由基、带电氧分子、氧原子和臭氧，以进一步分解空气污染物。此外，不同于传统空气电晕放电生产氧化剂，由于金属氧化物的存在，生成氧化剂的临界电压值得以大幅减小。一般来说，有两种操作方式，第一种方式是在空气净化的过程中保持不间断地生成电场，另一种方式是仅在特定的时间段生成电场。第一种方式的优点是电场可以通过加热的方式不停地再生吸附剂9，并产生更多的氧化剂，由此可以得到高的空气净化效率。然而，由于一直保持加热吸附剂9，被净化的空气同样被加热，这样对空调制冷环境产生不良的影响，需要消耗更多的电能来冷却空气。当电场仅在特定时间段产生时，上述缺陷可以最大程度上得以减小。因此，上述两种方式的选择取决于实际应用环境。

在如图9所示的本发明的另一实施例中，将微粒过滤器16设置于氧化剂发生器4与吸附式过滤器之间以消除微粒和细菌。由于氧化剂发生器释放的氧化剂将穿过微粒过滤器16，所捕获的细菌和病毒会被灭活。更重要的是，微粒过滤器16还可以保护吸附式过滤器5以防吸附剂9遭受微粒子污染。

以上所述是本发明的优选实施例，其不旨在穷尽或限制本发明。在不脱离本发明的精神和范围内的任何修改、变化、以及改进，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种利用电场再生的空气净化器，其特征在于，包括：

壳体，具有进气口和排气口；

收容于所述壳体内的氧化剂发生器、吸附式过滤器、电场发生器、及吸气单元；

所述吸气单元用于产生气流以驱动周围环境中的空气污染物由所述进气口进入所述利用电场再生的空气净化器；

所述氧化剂发生器用于释放氧化剂；

所述吸附式过滤器用于吸附所述空气污染物和氧化剂，以使所述氧化剂有效地分解所述空气污染物；

所述电场发生器用于产生穿过所述吸附式过滤器的电场，用以再生所述吸附式过滤器。

2.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：沿气流方向，所述氧化剂发生器位于吸附式过滤器之前；所述电场发生器靠近吸附式过滤器设置；所述吸气单元位于进气口和/或排气口处。

3.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述氧化剂发生器为离子发生器、带电粒子发生器、臭氧发生器、过氧化物（peroxide）发生器、自由基发生器、活性氧化气体发生器或静电除尘器。

4.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述吸附式过滤器包括多孔罩体和吸附剂，其中所述吸附剂填充于多孔罩体内。

5.如权利要求4所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述多孔罩体包括塑料外框和透气层，所述塑料外框（framework）定义了所述吸附式过滤器的形状，所述透气层朝向气流方向设置，以使空气污染物或氧化剂通过所述透气层进入吸附剂中。

6.如权利要求4所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述吸附剂为介电常数大于1的电介质材料，所述吸附剂为沸石、氧化铝、二氧化硅或以上的混合物，吸附剂的形状为球形、圆柱形、矩形、不规则形、或长度或者直径在1～10mm的微丸或颗粒，所述吸附剂在其多孔结构内掺入金属氧化物。

7.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述吸附式过滤器呈蜂窝状，由电介质接触大于1的吸附性材料制成，所述吸附性材料为沸石、氧化铝、二氧化硅或以上的混合物，所述吸附性材料在其多孔结构内掺有金属氧化物。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述电场发生器包括串联的电源、变压器、以及电极，用于产生可变电场，所述电场发生器产生的可变电场导致吸附剂产生电介质加热形成热再生。

9.如权利要求8所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：在所述可变电场内的金属氧化物加强了所述吸附剂的多孔结构内的氧化剂的生成，以分解被限其中的（the confined）空气污染物。

10.如权利要求8所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述电极设置于吸附式过滤器的表面上，垂直于气流的方向。

11.如权利要求8所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述电极设置于吸附式过滤器的侧面，平行于气流的方向。

12.如权利要求8所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述电极之一为圆筒（cylindrical）形状，另一电极为线状，所述吸附式过滤器为圆筒形，设置于两电极之间。

13.如权利要求8所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述电极的表面上设置有保护涂层，避免湿气以及所产生的氧化剂的腐蚀。

14.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：还包括设置于所述氧化剂发生器和吸附式过滤器之间的微粒过滤器，用于消除微粒和细菌。

15.如权利要求1所述的利用电场再生的空气净化器，其特征在于：所述吸气单元为排气扇、吸气马达、或气泵。

Images