CN111278472A - 空气处理系统以及使用所述空气处理系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括多个准分子灯(3)的空气处理系统(1；9；10；15；16；19)，所述系统被布置成使得流经空气处理系统(1；9；10；15；16)的空气的至少90％将暴露于从准分子灯(3)发射的光子，从而准分子灯(3)提供其中以低成本提供高能量的紫外线(UV)光子的大发射区域。光子在与空气中的污染物接触时将通过光解过程分解所述污染物，这在从空气中去除不同的有机化合物(例如异味)方面非常有效。系统(1；9；10；15；16)可以被设计为具有不同的波长，从而使该系统成为简单且便宜的空气处理系统，既可用于大面积工业应用，也可用于家庭用途。

Description

空气处理系统以及使用所述空气处理系统的方法
技术领域
本发明涉及一种空气处理系统，以及使用所述空气处理系统的方法。
背景技术
众所周知的问题是，不同设施(诸如家庭、办公室或工业生产室)中的空气被不期望的化合物和/或污染物(例如挥发性有机化合物、过敏原和微生物)所污染，从而影响室内空气质量并因此影响所述设施中的居住者的舒适度和健康。
通常，解决此问题的最佳方法是控制或消除污染物源，并使用清洁的室外空气对该设施进行通风。然而，通风方法可能会受到天气条件或室外空气中所包含的不期望水平的污染物的限制。此外，工业生产区域可能包含无法安全地排放到周围环境中的污染物。
在这种情况下，布置用于从空气中去除污染物的空气处理单元是有用的。取决于空气中的污染物的种类，在本领域中已知许多不同种类的空气处理系统。然而，为了去除挥发性有机化合物(VOC)和生物材料，利用UV辐射和/或臭氧的空气处理系统已被证明是非常有利的。使用此技术可以对空气进行几乎完全地灭菌，并同时实现所有有机化合物(例如VOC)的分解。
这种空气处理系统例如是从WO 97/34682和WO 99/13956已知的，其中，可以通过将空气暴露于UV辐射来对空气进行灭菌，并且可以用例如在UV辐射期间产生的臭氧去除有机化合物。UV光和臭氧可以由同一个UV灯产生，因为这些灯可以布置用于发射不同的波长。从所述专利申请中，还已知控制和调节排放到周围环境中的臭氧浓度。
WO 92/10429还涉及借助于臭氧进行空气清洁，臭氧是由周围流动有待灭菌的介质的UV管产生的，并且该介质借助于偏转板被迫围绕居中放置的UV管流动。
传统上，水银灯已被用于在这种空气处理系统中发射UV光。然而，这些灯的缺点在于仅一小部分辐射在UV范围内。其余部分在可见光谱和红外光谱中。这意味着灯所使用的能量的相当大部分没有用于生成UV光，这使得灯相对无效。此外，为了使这些灯起作用，水银必须蒸发，这意味着灯会变得很热。因此，如果它们在例如室温下操作，它们的紫外输出将显著降低。这些弊端在某些情况下将妨碍水银灯的使用，或需要在例如将空气用于空调和/或通风目的之前冷却空气。
此外，水银灯以及在这种灯中使用的水银会对环境构成严重危害，并且当灯达到其使用寿命时会附带特定的处理和处置要求。
因此，即使目前存在利用UV光从空气中去除污染物的若干空气处理系统，这些解决方案都需要大量能量，并且在室温下无效。
因此，仍然需要用于去除空气中的污染物同时提供能量降低和空气中的污染物(例如VOC)的基本完全去除的改进系统。
发明内容
因此，本发明的第一方面是提供一种空气处理系统，该空气处理系统布置用于以快速且有效的方式从空气中去除污染物，与传统的空气处理系统相比使用少得多的能量用于去除过程。
本发明的第二方面是提供一种具有紧凑结构的空气处理系统，其中，降低了该系统上的压降，并且该空气处理系统可以例如在现有的加热和/或通风和/或空调(HVAC)系统中使用，或作为独立系统使用。
本发明的第三方面是提供一种空气处理系统，该空气处理系统不需要添加昂贵的氧化剂(诸如过氧化氢)，从而降低成本和用于存储设施的空间。
本发明的第四方面是提供一种空气处理系统，该空气处理系统布置用于在室温下去除高浓度的污染物。
本发明的第五方面是提供一种使用简单且可靠的空气处理方法和系统。
根据本发明，通过提供包括多个准分子灯的空气处理系统来实现这些以及其他方面的新颖且独特的特征，所述系统被布置成使得流经空气处理系统的被污染的空气中的至少90％将暴露于从准分子灯发射的光子。
准分子灯是可在紫外(UV)和真空紫外(VUV)光谱区域中的各种波长范围内使用的准单色光源。准分子灯的操作基于激发的二聚体(准分子)的形成。这些准分子形成是不稳定的，并且将在纳秒内瓦解，从而以特有波长的光子(辐射)的形式放出其激发(结合)能量。
所生成的辐射(在UV和VUV范围内发射的光子)当与例如空气中的有机污染物接触时将通过光解过程分解所述污染物，这对于去除空气中的不同有机化合物(例如异味)非常有效。发射的辐射的另一个优点在于，它可以引起从存在于空气中的氧气生成氧化剂(诸如臭氧)和/或激发的活性氧(例如′OH，O1D，O3P)，这将继续氧化存在于空气中的有机污染物。
根据本发明的系统被布置成使得空气的至少90％在空气处理系统中经受光子(UV辐射)，即，当准分子瓦解时释放的光子。这确保了可以经由光解和/或氧化去除空气中的非常高程度的污染物。然而优选的是，被污染的空气的至少95％经受从准分子灯发射的光子，优选地所述被污染的空气的至少99％，以便确保更高程度地去除所述空气中的污染物。
在根据本发明的一个优选实施例中，准分子是使用稀有气体(即，He2、Ne2、Ar2、Kr2和Xe2)或稀有气体卤化物(例如，ArF、KrF、XeCL和XeF)产生的。然而，卤素和水银卤素混合物(例如HgCl、HGBr或HgI)也在本发明的范围内。
根据本发明，可以通过无声放电来产生准分子，其中，用于产生准分子的相关气体(例如，氙气)放置在两个同心夸脱管之间的间隙中。此技术是众所周知的，并在本申请中将不作进一步详细讨论，然而本发明中使用的一种优选的准分子灯可以是获自USHIOAmerica Inc.的氙气灯。
发射的光子的波长取决于用于提供准分子的气体。这意味着通过选择带有感兴趣气体的准分子灯来获得不同波长的光子。例如，氙准分子灯将生成172nm波长的辐射，而氩准分子灯将提供129nm的波长，而氟化氪准分子灯将提供222nm的波长。在文献中可以找到相关波长的完整列表。
在根据本发明的空气处理系统的构造中，准分子灯的使用提供了若干优点，在限定的波长下具有高强度，无自吸收以及灵活性。
由于在每个准分子灯中仅使用单种气体，所以准分子灯输出的辐射被限制于狭窄的UV波长范围。这允许与待从空气中去除的污染物/化合物的吸收光谱完全匹配，即，可以选择根据本发明的空气处理系统中的准分子灯，以便匹配待处理的空气(被污染的空气)中的污染物的吸收光谱。
此外，准分子灯仅生成很少的热量，使其高度适用于空调和/或通风目的，因为在将处理过的空气送入周围环境之前不需要冷却。
另外，准分子灯的寿命长，因为电极不与放电气体直接接触，并因此将避免放电过程期间的任何腐蚀，并且不会污染准分子气体，这是常规水银灯经常会导致操作寿命缩短的情况。最后，准分子灯中使用了无毒材料，因此，本质上不存在环境问题。
优选的是，本发明中使用的准分子灯发射波长在126nm至240nm之间的范围内的光子，因为在此范围内发射的光子不仅将确保基本上完全去除污染物，而且还可以防止了其他污染物(诸如NOx)的生成。
在一个有利的实施例中，准分子灯发射的波长为约172nm。本发明的发明人已经表明，此波长能够借助于光解以非常节能的方式去除基本上所有的有机化合物(例如VOC)，并且同时通过灭活微生物和病毒来对空气进行灭菌。此外，所述波长还将产生氧化剂臭氧，其将继续氧化存在于空气中的有机污染物。
然而，在本发明的范围内，其他波长也是优选的。可以举一个示例，大约185nm的波长将生成臭氧，并且已经证明大约222nm的波长可有效破坏双键，例如C＝C和C＝O。KrI准分子灯将提供波长为185nm的光子，并且KrCl将发射在222nm处具有辐射峰值的光子。如果待处理的空气中存在湿气，则大约222nm的辐射峰值还将提供过氧化氢(H2O2)的光诱导产生。由于过氧化氢是强氧化剂(与臭氧一样)，这将进一步确保有效去除有机污染物。
在根据本发明的优选实施例中，系统包括容纳/放置有准分子灯的空气处理壳体。所述空气处理壳体优选地布置成使得流经所述壳体的被污染的空气将流过准分子灯的表面和/或接近所述灯的表面，从而确保流经空气处理系统的被污染的空气中的至少90％将暴露于从准分子灯发出的光子。
因此，优选的是，准分子灯彼此紧密靠近放置。本发明的发明人已经表明，当两个相邻的准分子灯的表面之间的直接(即，最短)距离(以横截面截取)小于4cm，并且优选地甚至更小，诸如小于2cm，或更优选地小于1cm时，可以实现这一点。横截面优选地在基本上整个空气处理壳体上是相同的。
还优选的是，准分子灯放置成靠近空气处理壳体的壁，使得靠近所述壁行进的空气也将暴露于所发射的光子。壳体的壁与准分子灯的表面之间的直接距离优选地小于2cm，优选地小于1.5cm，更优选地小于1cm。
因此，在一个优选的实施例中，空气处理壳体将包括多个准分子灯，多个准分子灯彼此紧密靠近并且靠近所述壳体的壁放置。这种布置将有效地确保发射的光子将与空气中的基本上所有污染物接触并有效地清洁/处理所述空气，因为发射的光子将启动空气中的光解过程，和/或确保将从存在于空气中的氧气生成臭氧。
准分子灯优选地均匀地分布在所述空气处理壳体中，例如以若干基本平行的行和列和/或阵列的形式，从而提供具有多个基本均匀地分布和平行的准分子灯的矩阵。
在替代实施例中，空气处理系统包括多个相同的空气处理单元，并且其中，每个单元包括单个准分子灯。
利用若干较小的空气处理单元代替放置有多个准分子灯的空气处理壳体，提供了高度的灵活性以设计成不同的几何形状。例如，空气处理单元可以组合成不同的形状，从而确保根据本发明的系统可以适合于装配到不同的现有空气处理系统中，例如常规通风系统。
优选的是，空气处理单元布置用于被组装成组合单元，例如通过包括用于将单元结合在一起的方法或通过将单元包装到具有期望形状和尺寸的外壳中，例如以匹配现有的通风系统。
空气处理单元优选地被布置成使得准分子灯的表面与空气处理单元的内壁之间的直接距离(以横截面截取)为约2cm，优选地更小，例如1.5cm，或甚至更优选地为1.0cm。这将有效地确保当不稳定的激发准分子瓦解时，穿过空气处理单元的基本上所有空气(及至少90％)将暴露于从准分子灯发射的光子，即，被污染的空气将流过准分子灯的表面和/或非常靠近所述灯的表面，使得被污染空气的至少90％将暴露于从准分子灯发射的光子。
根据本发明的空气处理单元的横截面形状优选地为多边形的形式，优选地为六边形、等边三角形或正方形。这意味着空气处理单元可以紧密地装配在一起，而在单元之间没有任何浪费的空间，即，这些单元可以完全地填充平面。在这种情况下，准分子灯的表面与空气处理单元的内壁之间的直接距离(以横截面截取)可以测量到多边形的一个角部，或可以测量到连接两个角部的一个边的中心。
优选的是，各个空气处理单元被构造成使得相邻的空气处理单元共享一个或多个相邻的空气处理单元的壁结构的至少一部分，因为这将有效地减少提供空气处理单元的最终构造/组装所需的材料。因为与相同面积的三角形或正方形相比，具有六边形横截面形状的空气处理单元将需要最小的总壁长，所以具有六边形形式的横截面形状的空气处理单元在这方面是优选的，并因此将提供蜂窝状结构。
使用空气处理单元的主要优点在于，需要更少的准分子灯，以便获得根据本发明的系统的高效率。可以举一个示例，如果将多个空气处理单元包装成最终构造或放置在蜂窝结构中，则两个相邻的空气处理单元中的两个准分子灯的表面之间的距离将比容纳在例如空气处理壳体中的两个相邻的准分子灯的表面之间的距离更长。因此，与包括具有与空气处理单元的组件基本上相似的外部尺寸的空气处理壳体的空气处理系统相比，在包括多个空气处理单元的空气处理系统中所需要的准分子灯更少。然而，由于在两种结构中，穿过空气处理单元的空气的至少90％将暴露于从准分子灯发射的光子，所以系统的效率将相同。
尽管包括多个空气处理单元的空气处理单元提供比具有空气处理壳体的类似系统更复杂的构造，但与所需准分子灯的数量减少相关联的较低成本显着降低使用空气处理单元的空气处理系统的成本。
在一个优选实施例中，准分子灯是细长的圆柱状准分子管，其具有在空气处理壳体或空气处理单元的流动方向上布置的纵轴线，即，待处理的空气将沿准分子管的长度流动。这也将确保被污染的空气在空气处理壳体或空气处理单元的整个长度中暴露于光子，从而充分利用空气处理系统的能力。
圆柱状准分子灯在本领域中是众所周知的，并且通常由两个同轴管组成，该两个同轴管由介电材料(通常为石英)制成，并且在接近大气压的压力下包含稀有气体或稀有气体/卤素的混合物。在两个介电势垒上施加电势会导致形成激发分子复合物，即，准分子。
优选的是，被污染的空气流暴露于发射的光子至少1ms的时段，因为已被证明足以去除污染物，例如家庭建筑中的VOC、微生物和异味。考虑到空气的流速，空气处理壳体或空气处理单元可以相应地具有可以提供这一点的尺寸和大小。
在一个优选的实施例中，空气处理系统包括多个准分子灯，其布置用于发射相同的波长，从而提供一种简单且相对便宜的系统。在这方面，优选的是，发射的波长为约172nm，因为发明人已经表明该波长能够去除来自家庭建筑以及类似环境的空气中的基本上所有污染物。
然而，如果被污染的空气包括几种不同类型的污染物，则根据本发明的空气处理系统可以至少包括布置用于发射第一波长的第一组准分子灯，以及布置用于发射第二波长的第二组准分子灯，并且其中，第一波长和第二波长不同。这将确保穿过根据本发明的系统的空气将暴露于具有不同波长的光子。例如，如果第一组准分子灯发射172nm的波长(启动光解)，并且第二组发射222nm的波长(生成H2O2)，则被污染的空气将经受两种波长，从而提供更有效的处理方法。
因此，取决于被污染的空气中的污染物/化合物，使用至少两组具有不同波长的准分子灯(每组限制于狭窄的UV波长范围)可以确保空气处理系统被构造成满足不同的需求。例如，与旨在处理来自家庭的室内空气的空气处理系统相比，来自工业厨房的待处理的空气可能需要不同的波长或波长的组合。
根据本发明的系统可以包括附加组的准分子灯，其中，每组发射的波长与从其他组发射的波长不同。组的数量可以取决于待处理空气中的污染物而变化，但可以是三、四、五等。
在一个实施例中，来自各个组的准分子灯可以与来自其余组中的一个或多个的准分子灯均匀地混合，以便确保穿过空气处理壳体的空气暴露于具有不同波长的光子和/或由从光子生成的氧化剂。
可替代地，空气处理系统至少包括：第一空气处理区，该第一空气处理区包括布置用于发射第一波长的准分子灯；以及第二空气处理区，该第二空气处理区包括布置用于发射第二波长的准分子灯，并且其中，所述第一波长和所述第二波长不同，从而确保被污染的空气将穿过空气处理系统中的不同空气处理区，并且其中，每个区中的被污染的空气都经受单独且受限的波长。
此实施例的优点在于，如果待处理的空气包含可能对后续区的处理产生负面影响的某些污染物/化合物，则可以在第一区中去除所述污染物，从而优化处理过程。可替代地，如先前所讨论的，一个或多个区可以被布置成发射多于一个的波长，并且可以例如包括发射不同波长的两组或更多组准分子灯。
在本发明的范围内也可以设想到其他处理区，例如三个、四个等。
为了确保快速且有效地处理被污染的空气，优选的是，空气处理壳体或空气处理单元不包括将改变空气在所述壳体或所述单元中的流动方向的任何装置，例如挡板等。与使用这种装置的系统相比，这将有效地降低系统上的压降。
为了提供节能的空气处理，根据本发明的系统可以被布置成以脉冲重复频率操作准分子灯，即，准分子灯被打开和关闭。这不仅会延长准分子灯的寿命，而且还表明这将显着提高准分子形成的功率的转换效率，并因此提高了向光子施加的功率的转换效率。
优选地，脉冲具有短的持续时间，期望地为约100ms或更短(诸如为约100ns)，并且脉冲的载波频率在10HZ至100kHz之间，诸如为约20kHZ。优选地，脉冲电势具有占空比，使得电势为总时间的约75％或更少，更期望地为总时间的约50％或更少，并且最期望地为总时间的约25％或更少。
该脉冲的短持续时间的一个非常重要的结果在于，它使用于生成光子的功率最小化。此外，使用相对短的脉冲持续时间避免了电弧作用，并提供了在较高电势下的操作，并因此使准分子灯的效率更高。
准分子灯的脉冲操作可以使用任何方式来实现，例如通过简单地对准分子灯的电源进行脉动或通过使用布置用于施加脉冲电势的电势源或通过脉宽调制(PWM)。
准分子灯的数量可以取决于预期用途而变化。然而，优选的是，根据本发明的空气处理系统包括至少50个准分子灯，优选地至少100个准分子灯，且甚至更优选的至少500个准分子灯。然而，在本发明的范围内也可以设想到使用更大的数量，诸如1000个准分子灯，或更小的数量，诸如2、4或10。
为了确保在空气处理壳体或空气处理单元中有效地使用光子，优选的是，至少所述壳体或所述单元的内壁由布置用于反射由准分子灯发射的至少一部分光子的反射材料制成。优选地，反射材料具有至少80％的反射率，这可以使用诸如不锈钢的材料来实现。
根据本发明的系统可以包括布置用于将待处理的空气送过/经过空气处理系统中的多个准分子灯的装置，例如至少一个通风机，并且可以由任何常规装置供电。
在根据本发明的优选实施例中，根据本发明的空气处理系统被结合到加热、通风或空调系统(HVAC)中。在这方面有利的是，根据本发明的系统被布置用于在相关设施处被改装成现有的HVAC系统，从而降低了昂贵的新设备安装的成本。在这些情况下，使空气流通的装置可能已经成为HVAC系统的一部分。
即使来自在空气处理系统中发生的过程的残留物主要由二氧化碳和水构成，但在某些情况下有利的是，如果需要的话，可以将光氧化过程与附加的处理方法结合，例如在将处理过的空气排放到环境中之前进行静电沉淀、机械过滤、催化或非热等离子体处理。如果待处理的空气包含不会(或无法)被准分子灯发射的光子启动的光解/光氧化作用降解的某些污染物，则这尤其重要。这些过程在本领域中也是已知的，并因此将不在本申请中进一步详细描述。
除了处理被污染的空气之外，可以对根据本发明的空气处理系统进行修改，以便处理/清洁一个或多个过滤器装置。在优选实施例中，这种过滤器装置可以是空气过滤器，诸如高效颗粒空气(HEPA)过滤器、碳过滤器和/或静电除尘器(ESP)。
当空气穿过过滤器装置时，各个过滤器装置将收集颗粒，例如微生物、病毒和霉菌形式的有机颗粒和生物材料。所述颗粒最终将堵塞过滤器并降低装置效率。随着颗粒负载的增加，流动阻力也将增加，并由此使整个过滤器装置上的压力下降。由于不能清洁大多数过滤器装置以将颗粒去除到预期的水平，所以必须频繁地更换各个过滤器装置，通常成本很高。
然而，本发明的发明人发现，可以对根据本发明的空气处理系统进行修改以便灭活/杀死捕获在所述过滤器装置中的微生物和病毒和/或作为处理/分解所捕获的有机颗粒，并因此至少在很大程度上清洁所述过滤器装置，从而延长在必须更换过滤器装置之前的时间。
优选地，修改的空气处理系统被布置成使得过滤器装置的整个表面都经受从准分子灯发射的光子，即，选择在修改的空气处理系统中的准分子灯的数量、定向和位置，以便确保过滤器装置的表面的至少90％，优选地至少95％，甚至更优选地至少99％，暴露于从准分子灯发射的光子。
为了获得此效果，优选地将待处理的过滤器装置放置成紧密靠近一个或多个准分子灯，即，最接近过滤器装置的准分子灯的表面与过滤器装置的表面之间的最短距离(以横截面截取)为约2cm，优选地更小，例如1.5cm，或甚至更优选地为1.0cm。在一个实施例中，准分子灯放置在过滤器装置的两侧，从而确保基本上整个过滤器装置经受发射的光子，从而有效地清洁/处理过滤器装置。
从准分子灯发射的所生成的辐射在与捕获在过滤器装置中的颗粒(例如，微生物或有机颗粒)接触时将通过光解过程杀死/灭活微生物、病毒等，和/或降解有机物质。特定作用将取决于准分子灯发射的辐射。例如，如果辐射为约254nm，则微生物将被杀死或被灭活，因为辐射将破坏核酸从而干扰微生物的DNA，而约220nm范围内的波长能够破坏有机污染物中的双键。一些波长(例如约172nm范围内的波长)能够分解有机化合物并使微生物和病毒灭活，并因此这种波长在本发明中是优选的。可替代地，如果待从过滤器装置中去除不同的污染物/化合物，则可以使用具有不同波长的若干准分子灯，和/或可以将准分子灯与常规的产生UV的灯组合，例如水银灯或LED灯(如果相关)。
在一个优选实施例中，待处理/清洁的过滤器装置结合到根据本发明的空气处理系统中。这将确保穿过系统的空气将经受光氧化过程以及过滤步骤。由于滤光器装置也靠近准分子灯放置，所以所述滤光器装置将自动地被来自准分子灯的辐射清洁/处理，从而提供了一种简单且有效的空气处理系统。
本发明还涉及一种使用根据本发明的空气处理单元处理被污染的空气和/或过滤器装置的方法，并且其中，流经空气处理系统的被污染的气流的至少90％，优选地至少95％或更优选的99％，暴露于从准分子灯发射的光子。
如已经描述的，这将提供有效的降解，并因此去除被污染的空气中的污染物。
由于准分子灯仅生成很少的热量，所以所述方法可以在室温下进行，即，在约10至50℃下进行，优选地在约20至25℃下进行。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明，仅描述了废气处理系统和方法的示例性实施例，在附图中
图1示意性地示出了根据本发明的空气处理系统的第一实施例的一部分，
图1a示出了图1的实施例的截面图，
图2示意性地示出了根据本发明的空气处理系统的第二实施例的一部分，
图2a示出了图2的实施例的截面图，
图3示出了空气处理系统的第三实施例的截面图的一部分，
图4示意性地示出了根据本发明的空气处理系统的第四实施例的一部分，
图5示意性地示出了根据本发明的空气处理系统的第五实施例，以及
图6示出了根据本发明的空气处理系统的修改实施例的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的空气处理系统1的第一简化实施例。所述系统1包括空气处理壳体2，其中，多个准分子灯3彼此紧密靠近且靠近壳体的壁4放置。
准分子灯3是细长的圆柱状准分子管5，其具有在空气处理壳体的流动方向(箭头所示)上布置的纵轴线X，即，空气将沿准分子管5的长度流动，从而确保流入系统1的空气与准分子灯3的接触时间尽可能最长，并因此与发射的光子的接触时间尽可能最长。
准分子灯3在空气处理壳体2中以若干平行的行6和列7均匀地分布，从而提供具有多个均匀分布且平行的准分子灯3的矩阵，例如如图1a所示。
在两个相邻的准分子灯3'、3”的表面8之间以及到壳体的壁4的直接(即最短)距离A(在截面图中可见)在整个外壳3中是相同的。在所示的实施例中，所述距离A为约2cm，然而在保护范围内可以设想到类似的设计，其中，距离A较高，例如小于4cm或更小，例如1.5cm或更优选的为约1cm。
具有根据本发明的系统1的构造(其中，被污染的空气被迫流过和/或非常靠近准分子灯3的表面8)将确保流经空气处理系统1的被污染的空气中的至少90％将暴露于从准分子灯3发射的光子。
当生成的准分子在纳秒内瓦解时发射所述光子，并且该光子将启动本领域中存在的化合物被光子分解的光解过程。由于家庭设施中的室内空气主要由有机化合物组成，所以空气处理系统1将确保所述化合物以简单且节能的方式被分解成二氧化碳和水，这些二氧化碳和水可以安全地排放到周围环境中。
图2示出了本发明的空气处理系统9的第二实施例。第二实施例9基本上对应于第一实施例1，并且功能与第一实施例相同，但是在第一实施例中，准分子灯3均匀地分布在若干平行的行6和列7中，在第二实施例中，每两行6'已经移位了距离A的一半，从而提供了交错矩阵，如图2a中最佳所示。
在图3中示出了空气处理系统的第三实施例10，其中，多个六边形的空气处理单元11被组合成单个构造12。每个空气处理单元包括细长的准分子管形式的单个准分子灯3。所述空气处理单元被构造成使得相邻的空气处理单元(例如11a，11b)共享一个或多个相邻空气处理单元的壁结构4a的至少一部分，从而提供蜂窝结构13。
每个准分子管具有在空气处理单元的流动方向上布置的纵轴线X，即，空气将沿准分子管的长度流动。
利用若干较小的空气处理单元11代替空气处理壳体2，提供了高度的灵活性以设计成不同的几何形状，即当空气处理单元12被组装/构造成最终构造(例如如图3所示的蜂窝状结构12)时，所述最终构造可以被定制成适合不同的现有空气处理系统，例如常规的HVAC系统。
准分子灯3的表面8与处理单元11的角部14中的一个之间的距离B为约2cm，优选地更小，例如1.5cm或更优选的为1.0cm。这将有效地确保穿过空气处理单元的几乎所有空气(至少90％)将暴露于从准分子灯3发射的光子。
当将距离B为2cm的多个空气处理单元的蜂窝系统(如图3所示)与空气处理壳体(例如如图1所示并且其中，距离A也为2cm)进行比较时，显然，在两个相邻的空气处理单元11a、11b中的两个准分子灯3'、3”的表面之间的距离C为约4cm，即，在空气处理壳体2中的两个相邻的准分子灯3'、3”的距离的两倍。
因此，由于与包括具有相似外部尺寸的空气处理壳体2的空气处理系统1相比，在包括若干空气处理单元11的空气处理系统10中需要更少的准分子灯，所以使用空气处理单元将有效地降低成本，而不会影响空气处理系统的效率。
准分子灯3被限制于狭窄的UV波长范围，这允许与待从空气中去除的化合物的吸收光谱完美匹配。然而，某些波长也会产生其他化合物，例如臭氧或过氧化氢，因为它们是强氧化剂，所以可能有助于处理过程。
为了确保这在本发明中被有效地利用，在图4中示出了第四实施例15。所述实施例在原则上对应于图1所示的实施例，但是代替包括多个相同的准分子灯3，第四实施例15包括布置用于发射第一波长的第一组准分子灯3a和布置用于发射不同于第一波长的第二波长的第二组准分子灯3b。来自第一组的准分子灯3a与来自第一组的准分子灯3b在壳体中均匀地混合(均匀地分布)，以便确保穿过空气处理壳体2的空气暴露于带有两种波长的光子。
由于第一波长和第二波长不同，所以穿过壳体的空气将暴露于具有两种波长的光子。因此，使用具有不同波长的两组准分子灯3a、3b(每组被限制于狭窄的UV波长范围)确保了可以容易地取决于被污染的空气中的预期化合物来调节期望的结果。例如，如果第一组准分子灯3a发射172nm的波长，则所述组特定用于启动光解过程，并且如果第二组准分子灯3b发射185nm的波长，则所述第二组将特定布置用于生成臭氧。两种波长的组合提供了根据本发明的高效处理系统15。
将理解的是，发射有172nm和185nm的波长的光子将能够启动光解和生成臭氧，然而所述光子将不提供用于特定目的的最佳光子强度(产率)，并因此优选地组合不同组的准分子灯。
本领域技术人员将理解，可以结合另外的组的准分子灯，并且优选地将其与其他组均匀地分布，并且图2所示的实施例可以包括发射不同波长的两组或另外的组的准分子灯。
作为使用两组或更多组准分子灯的替代方案，图5所示的空气处理系统的第四实施例16可以包括：第一空气处理区17，该第一空气处理区包括布置用于发射第一波长的准分子灯3a；以及第二空气处理区18，该第二空气处理区包括布置用于发射第二波长的准分子灯3b，并且其中，第一波长和第二波长不同。此构造将确保被污染的空气将穿过空气处理系统中的不同空气处理区，并且其中，每个区17、18中的被污染的空气经受单独且受限制的波长。此实施例的优点在于，如果待处理的空气包含可能会对后续区的处理产生负面影响的某些污染物/化合物，则可以在第一区中去除所述污染物，从而优化处理过程。
根据本发明的空气处理系统可以被布置用于以脉冲重复频率(未示出)操作准分子灯，从而延长准分子灯的寿命，并且提高了准分子形成的功率的转换效率，并因此提高了向光子施加的功率的转换效率。
准分子灯的脉冲操作可以使用任何方式(未示出)来实现，例如通过简单地对准分子灯的电源进行脉动或通过使用布置用于施加脉冲电势的电势源。
在根据本发明的优选实施例中，根据本发明的空气处理系统被结合到加热、通风或空调系统(HVAC)中。
图6示出了根据本发明的空气处理系统19的修改实施例的截面图。在所述实施例中，从流动方向(由箭头所示)看，两个过滤器装置20放置在准分子灯3的下游，并且两个风扇21布置成通过系统抽吸空气。
在整个系统中，准分子灯3的表面22与过滤器装置20的表面23之间的直接(即，最短)距离D(在截面图中看)是基本相同的。在所示的实施例中，所述距离A为约2cm，然而在保护范围内可以设想到类似的设计，其中，距离D较高，例如小于4cm，或者其中，距离较小，例如1.5cm或更优选为约1cm。
在空气穿过过滤器装置之后，在所示的实施例中，所述空气通过处理装置24暴露于进一步的处理。所述处理可以是任何期望的处理，例如进一步的过滤器装置或催化处理。
选择准分子灯3的数量，以便确保过滤器装置20(面向准分子灯)的基本上整个表面23都经受所发射的光子，并且准分子灯3的数量相应地取决于过滤器装置的表面面积。在所示的实施例中，准分子灯3的纵轴线(X)垂直于流动方向布置，因为这将确保准分子灯3的纵向表面与平坦过滤器装置的表面具有最短距离D。然而，准分子灯3的定向、放置和数量取决于过滤器装置的构造和放置。
在另一实施例中，准分子灯3也可以放置在过滤器装置20的相对侧25上，即，在过滤器装置与风扇21之间，因为这将确保过滤器装置在两侧均暴露于由所述准分子灯发射的光子。
由于根据本发明的空气处理系统的独特构造，其中多个准分子灯提供其中以低成本提供了高能量的紫外线(UV)光子的大发射区域。该系统可以设计为具有不同的波长，从而使该系统成为简单便宜的空气处理系统，既可用于大面积工业应用，也可用于家庭使用。
在本发明的范围内，可以预见上述原理和设计的修改和组合。

Claims (23)

1.一种空气处理系统(1；9；10；15；16)，包括多个准分子灯(3)，所述系统被布置成使得流经所述空气处理系统(1；9；10；15；16)的空气的至少90％将暴露于从所述准分子灯(3)发射的光子。
2.根据权利要求1所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，流经所述空气处理系统(1；9；10；15；16)的空气的至少95％，优选地至少99％，将暴露于从所述准分子灯(3)发射的光子。
3.根据权利要求1或2所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，所述准分子灯(3)被布置用于发射在126nm至240nm之间的范围内的波长，优选地为约172nm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的空气处理系统(1；9；15；16)，其中，所述空气处理系统(1；9；10；15；16)包括空气处理壳体(2)，所述准分子灯(3)被容纳在所述空气处理壳体(2)中，并且其中，两个相邻的准分子灯(3'3”)的表面(8'，8”)之间的直接距离(A)小于4cm，且优选地甚至更小，诸如小于2cm或更优选地小于1cm。
5.根据权利要求4所述的空气处理系统(1；9；15；16)，其中，所述壳体(2)的壁(4)与相邻的准分子灯的所述表面(8)之间的所述直接距离(A)小于2cm，且优选地甚至更小，诸如约1.5cm或更优选地约1cm。
6.根据权利要求4或5所述的空气处理系统(1；9；15；16)，其中，所述准分子灯(3)均匀地分布在所述空气处理壳体(2)中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的空气处理系统(10)，其中，所述空气处理系统(10)包括多个空气处理单元(11)，并且其中，每个单元包括单个准分子灯(3)。
8.根据权利要求7所述的空气处理系统(10)，其中，所述空气处理单元(11)被布置成使得所述准分子灯的表面与所述空气处理单元(4)的内壁之间的距离(B)为约2cm，优选地更小，例如1.5cm，或甚至更优选地1.0cm。
9.根据权利要求7或8所述的空气处理系统(10)，其中，所述空气处理单元(11)的横截面形状为多边形，优选地为六边形、等边三角形或正方形。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，所述准分子灯(3)是细长的圆柱状准分子管(5)，所述准分子管(5)具有在所述空气处理壳体(2)或所述空气处理单元(11)的流动方向上布置的纵轴线(X)。
11.根据权利要求中任一项所述的空气处理系统(15)，其中，所述空气处理系统(15)至少包括布置用于发射第一波长的第一组准分子灯(3a)以及布置用于发射第二波长的第二组准分子灯(3b)，并且其中，所述第一波长与所述第二波长不同。
12.根据前述权利要求中任一项所述的空气处理系统(16)，所述空气处理系统(16)至少包括：第一空气处理区(17)，所述第一空气处理区(17)包括布置用于发射第一波长的准分子灯(3a)；以及第二空气处理区(18)，所述第二空气处理区(18)包括布置用于发射第二波长的准分子灯(3b)，并且其中，所述第一波长与所述第二波长不同。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，所述空气处理系统(1；9；10；15；16)中的所有所述准分子灯(3)被布置用于发射相同的波长。
14.根据前述权利要求中任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，所述空气处理系统(1；9；10；15；16)被布置用于以脉冲重复方式操作所述准分子灯(3)。
15.根据权利要求14所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)，其中，所述脉冲具有短的持续时间，优选地为约100ms或更短，并且所述脉冲的载波频率在10Hz至100kHz之间，诸如约20kHz。
16.根据前述权利要求中任一项所述的空气处理系统(19)，其特征在于，所述空气处理系统包括至少一个过滤器装置(20)，所述系统(19)被布置成使得所述过滤器装置(19)面向所述准分子灯的基本整个表面经受从所述准分子灯发射的光子。
17.根据权利要求16所述的空气处理系统(19)，其中，所述滤光器装置面向所述准分子灯的所述表面的至少90％，优选地至少95％，甚至更优选的至少99％，经受从所述准分子灯发射的光子。
18.根据权利要求16或17所述的空气处理系统(19)，其中，所述准分子灯(22)的所述表面与所述至少一个过滤器装置(23)面向所述准分子灯(3)的所述表面之间的直接距离(D)为约2cm，优选地更小，例如1.5cm，或甚至更优选地1.0cm。
19.一种使用根据权利要求1至18中任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)处理被污染的空气流的方法，并且其中，流经所述空气处理系统(1；9；10；15；16)的所述被污染的空气流的至少90％暴露于从所述准分子灯(3)发射的光子。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述被污染的空气流暴露于光子至少1ms的时段。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述处理在室温下进行，即，在约10℃至50℃下进行，优选地在约20℃至25℃下进行。
22.一种加热和/或通风和/或空调系统，包括根据权利要求1至18中任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)。
23.根据权利要求1至18中任一项所述的空气处理系统(1；9；10；15；16)的用途，用于处理包括有机化合物形式的污染物的被污染的空气流，所述有机化合物诸如为VOC。
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