CN1185755A - 台面的紫外线激活式气味过滤装置 - Google Patents

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兰吉斯·迪维格皮蒂亚
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Abstract

本发明涉及一种用来藉助诸如二氧化钛的活性光催化剂来净化空气的装置,所述装置包括一具有用来循环空气的进气口(2)和出气口(4)的壳体(1);一安装在壳体内以循环空气的循环装置(5),诸如风扇;一设置得穿过循环空气路径的平面式过滤器(7),所述过滤器包括一固定于纤维状多孔支承件的光催化剂;以及一安装在壳体内以激活光催化剂的光源(3)。本发明提供了一种能方便地安装在一台子或试验台上并且能快速地降低气载污染物诸如气味的紧凑装置。

Description

台面的紫外线激活式气味过滤装置
本发明的背景
本发明的领域
本发明涉及一种用来除去空气中气味或其它气载污染物的装置和方法。
已有技术的描述
封闭空间内的空气由于诸如挥发性有机化合物、霉菌(mold)和无机化合物等物质所带来的污染会逐渐变得不新鲜或逐渐有气味。在医院中，麻醉气体和毒性消毒化合物，诸如环氧乙烷会蓄积在空气中。在较小的空间内，诸如汽车车内、货车车内和飞机舱内，例如来自建筑材料或家具材料的污染积累将更成问题。烟草的燃烧也会带来污染。
对受污染空气的处理已集中在通过诸如过滤、吸附到活性炭上或静电沉淀来除去固体颗粒。这种除去固体的方法只是将污染物从一个地方传送到另一地方。在一种除去固体污染物的常用选择中，即，使用活性炭的情况中，污染物是被吸收到所述活性炭表面上，该活性炭表面逐渐变得饱和并且必须进行更换。一些诸如低分子量气体化合物的污染物不能得到彻底地吸收或者方便地解吸。而且，在高温下，污染物的除去效率将下降。
在空气净化装置的许多要求中，只有极少数要求是十分重要的，并且藉助目前市场上可以买到的系统是不可能实现的。这些要求就是要能在室温下并且在很长的、长期工作中处理各种污染物的能力。
近来，光催化剂已被用来去除污染物。受污染的空气被传送经过或通过一由适当光源照射的光催化剂。锐锥石型钛白粉(TiO2)是光催化剂的一种常用表现形式，并适于在室温下用紫外光线进行照射。与利用活性炭进行连续工作相比，利用二氧化钛的光催化剂处理工艺可以更快地除去低分子量的有机和无机气体化合物，并具有以下优点：能大体上将污染物分解成无害、无嗅或毒性较低的化合物。
美国专利No.5,045,288(Raupp等人)揭示了一种利用光催化剂从水中除去污染物的装置。水被泵送通过—光催化剂床(a bed of photocatalyst)，所述光催化剂床被透过一容器的透紫外光壁面的紫外光所照射。虽然，可以对这样一种设置情况作出改进以用空气来替代水，但是，催化剂床(catalyst bed)和疏松催化剂所需要的大反应腔室使得这样一种装置不适用于诸如房间之类的小空间。而且，由催化剂所产生的背压或阻力阻碍了对大量的受污染空气进行处理，因此，将需要强有力的装备来有效地去除污染物。
美国专利No.4,892,712(Robertson等人)揭示了一种利用光催化剂从流体中除去污染物的装置。这种装置将一装有所述光催化剂的圆柱形容器围绕在一紫外线管周围。所述紫外线管和容器随后再封闭在一圆柱形流体密封套内，并在所述装置的一端具有一较小的流体流入管，它垂直于所述圆柱形套纵轴的方向，在所述装置的另一端具有一相应的流体流出管。虽然所述装置被描述成对气体和液体都是有用的，但是，这种装置不能迅速地从室内或实验室内的空气中有效地除去污染物。因空气沿着容器长度方向的运动而产生的背压将需要一使用极不方便、较大的泵或风扇。
因此需要这样一种装置，它适于用来净化或除去小空间中的气味，诸如医院内的各房间、房屋或实验室或诸如汽车、货车或飞机等交通工具的内部的气味。为了适用于较小的空间，净化设备应该能够迅速地处理大容量的空气，但其结构却不会太大或使用麻烦。这种设备最好能放置在一台子或桌子上，并且可以迅速地除去令人讨厌或有害的污染物。
                  本发明的概述
根据本发明的一方面，提供了一种用来净化空气的装置，它包括一具有一进气口和一出气口的壳体；
一循环装置，它安装在所述壳体内，用来循环空气，使之从所述壳体的外侧通过进气口沿着所述壳体内部的一空气流道并从所述出气口排出；
一设置得经过循环空气路径的平面式过滤装置，所述过滤装置包括一固定于一纤维状多孔支承件的光催化剂；
以及一安装在所述壳体内、用来将光射向所述过滤装置以激活光催化剂的光源。
                附图的简要说明
下面结合诸附图对本发明进行进一步的描述，诸附图示出了本发明的诸实施例和本发明的诸构件。
图1是一本发明装置的局部剖视侧视示意图；
图2是图1所示实施例的前视图；
图3是类似于图1的局部剖视侧视示意图，但它示出了一处于开启状态的枢转后部；
图4是一包括一适于用在图1所示装置内的过滤器的过滤器芯子的立体分解图；
图5和图6分别是图4所示过滤器芯子的前视图和侧视图；
图7、图8和图9分别是一适于用在图1所示装置内的过滤器的若干不同实施例。
                        本发明的具体描述
在一较佳实施例中，所述空气流道具有一个空气在其内以一方向进行流动的上游部分和一个空气在其内以反方向进行流动的下游部分，所述平面型过滤装置设置在所述壳体内，并使所述过滤装置延伸穿过所述上游部分和下游部分。
所述壳体为空气的循环提供了一通道和一种可以将诸如光源之类的其它构件和循环装置安装在其上的结构。所述壳体可以是由塑料或金属或其它适当的结构材料制成的。除了入口和出口之外，所述壳体应该被适当地气密住。
所述入口应该足够大以便容纳所述过滤装置。如果所述入口大于过滤装置，空气则可以流过而不受到光催化剂的影响。如果所述入口小于所述过滤装置，就会浪费掉所述过滤器的一些可用面积。过滤装置的大小应该足够大以便允许适当的空气流动。所述空气入口可用一位于光催化剂过滤装置上游的、诸如用在加热炉中的辅助过滤装置，以除去灰尘并防止所述光催化剂阻塞。
由于空气不能象流过同一尺寸的未阻塞的出口那样快地流过所述过滤装置，因此，所述出口可以制造得小于所述入口以使所述系统均衡。在一经过测试的装置中，入口和出口的尺寸差为33％(入口为0.31米2(48英寸2)，出口为0.23米2(36英寸2))。一防护格栅最好设置在所述入口和所述出口的外侧。所述格栅应该是基本上不会干扰空气的流动。
所述光源供给的光应具有足够的强度，且其波长带应能激活所述光催化剂，从而使诸污染物起反应或分解(breakdown)。可以使用范围较宽的光源。比较合适的光源包括：发荧光的黑光(fluoresent blacklights)、炽热的黑光(incandescentblacklights)、氙灯(xenon lamps)和低、中和高压水银灯。但是，如果光催化剂是二氧化钛，则诸如一种波长带在300至400nm内的黑光之类的紫外光是较佳的。但是，人们已经发现波长在诸如254nm左右的短波长是高效的，为了安全起见，最好是使用在紫外A(UV A)区域内的光。在350-380nm范围内的波长带是比较合适的。波长为366nm是较佳的。
光的强度是由光源的类型和数目来决定的。对于二氧化钛来说，人们已经发现：在313和366nm处具有最大输出的、较低功率为15瓦特的水银灯泡是适当的。这些灯泡较为安全并且较为经济。使用这种灯泡，已经发现：虽然使用2个灯泡比使用1个灯泡在反应速度(测量诸污染物随时间的减少)上有明显的增大，但是如果使用3个灯泡而不是2个灯泡，所得到的这种反应速度的增大就不是很明显。因此，对于家庭应用来说，为经济起见，使用2个灯泡是较佳的。
所述光源设置在所述过滤装置的一侧上。也就是说，所述光源没有被所述过滤装置所环绕，这样就使得所述过滤装置的空气通道可以具有一较大的面积，并且来自所述光源的光可以放射到所述过滤装置的暴露区域。一反射层最好设置在所述光源的后面，以将逸散的光反射回所述过滤装置。
可以使用任何一种能有效地降低或除去诸污染物的光催化剂。适当的光催化剂是TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、ZrO2、Sb2O4、CeO2和Fe2O3。一种较佳的光催化剂是由TiO2形成的锐钛矿。
使气味最适宜或去除污染物将是一种在诸个相互矛盾的需要之间的平衡，诸如一方面要提高效率而另一方面又要增大空气流量并降低成本。对于一种给定的光催化剂来说，有效地去除污染物将受到以下因素的影响：光的强度和波长；光催化剂的表面面积；体积空气流量；以及所述过滤装置两端的压差。
空气流量决定了驻留时间或诸污染物与光催化剂接触的时间。就驻留时间而言，被污染的空气与光催化剂接触的时间越长，使诸污染物分解的可能性就越大。另一方面，人们希望尽可快地处理尽可能多的空气，以减小诸污染物的含量。
虽然，可以采用其它装置，诸如泵，或利用对流，但是，所述循环装置图方便采用了一风扇。只要求所述循环装置能保证空气在光催化剂上方运动。
在一较佳实施例中，所述入口位于所述壳体前方一侧的顶部内，所述出口位于一从所述壳体同一侧的底部凸伸出来的管道的端部处。该管道为所述风扇提供了一便利的位置，并且通过增大所述装置底部“脚印”(the＂footprint＂)的面积，能赋予所述装置稳定性，从而使它不易倾倒。这样一种设计还具有另一较佳特征，即所述过滤器基本上沿所述装置的整个高度延伸。进入的空气就会受到所述过滤器顶部的作用，在所述壳体背部的弧形结构的作用下被导向而拐过—U形弯，并随后在其路径上再次受到所述过滤器底部上的光催化剂的作用通过所述管道而到达出口。一实心梁(plennm)被用来将这种设置过滤器的顶部和底部分隔。
当然，还可以有其它的设置情况。例如，所述壳体可以被构造得能使所述循环空气在－基本笔直的通道内流通，从一位于所述壳体一侧上的出口流至－位于所述壳体另一侧的出口。在这样一种设置安排中，所述壳体的形状可以是矩形的。所述过滤装置可以安装在所述入口或所述出口的附近，或者甚至可以使用两个过滤装置，每一个过滤装置分别位于一入口和一出口的附近。随后可以将所述循环装置设置在所述人口和所述出口的中间位置处。由此可知各种设置安排都是可能的。
所述过滤装置包括一平式或一百褶式过滤器。所述过滤器大体包括两个构件，即支承件和光催化剂。所述支承件是由纤维构成的，并且应该具有足够多的孔从而能使空气适当流动。所述支承件最好具有一较大的表面面积，并且能使所使用的光穿透过或者只吸收极少量的光。所述光催化剂应该设置在所述支承件上，以使受到循环空气作用的表面面积为最大。所述光催化剂可以是一位于所述支承件上的涂层，所述涂层是通过将所述支承件与在一液体介质内的所述光催化剂的涂料组分相接触的传统工艺制备的。一种使表面面积为最大的有效方法是将呈粉末状的光催化剂施加于一能静电地保持住所述光催化剂颗粒的、由纤维构成的、非织造的支承件上，诸如一种驻极体材料。预先充电的驻极体纤维最好是由一种能被电晕充电并随后形成原纤维的介电聚合物薄膜制成。能形成介电聚合物的适当薄膜包括聚烯烃，诸如聚丙烯、线性低密度聚乙烯、聚-1-丁烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯；或者聚氯乙烯；芳族聚芳烃，诸如聚苯乙烯；聚碳酸酯；聚酯；以及其共聚物和其共混物。最好是没有支链烷基的聚烯烃和其共聚物。尤其最好的是聚丙烯和聚丙烯共聚物。
在已有技术中已知的各种官能性添加剂可以与介电聚合物或共聚物相混合，正如在美国专利No.4,874,399中所揭示的聚(4-甲基-1-戊烯)，在美国专利No.4,789,504中所揭示的脂族酸金属盐，或者由美国专利No.4,456,648所揭示的诸颗粒。这些驻极体纤维将静电地固定住诸颗粒。最好将放浆纤维(blown fiber)，尤其使放浆聚丙烯微纤维用作所述支承件材料。纤维状支承件也最好是重量在20至80gm/m2范围内、并且更好的是在30至60gm/m2范围的聚丙烯。
较佳的支承件材料，即放浆聚丙烯微纤维是以卷材的形式在市场上大量供应的，并且具有一为0.127mm(5/1000英寸)的压缩状态厚度和一为0.508mm(20/1000英寸)未经压缩状态厚度。对于本发明来说，最好是对所述材料进行＂起毛(fluff)＂处理，以具有一为1.524mm(60/1000英寸)的未经压缩状态厚度。在已经加载了所述光催化剂之后，最好将这种材料折成双层或三层进行使用。
在其内可将光催化剂用静电固定于所述支承件的过滤装置是藉助以下作业而方便地制备的：用经磨碎的光催化剂粉末涂覆所述支承件，并藉助抽真空而除去较松粘附的颗粒、或者过剩的颗粒。
也可以通过用例如一种稀薄的水基丙烯粘结剂来涂覆所述支承件，随后再用所述光催化剂粉末来涂覆所述经涂覆的支承件，将呈粉末形式的光催化剂加料(load)在所述支承件上。利用这种技术，可以将二氧化钛加料在一聚丙烯支承件上。
所述光催化剂粉末通常应该具有一小于1mm的粒径，否则所述支承件就会不能静电地保持住诸颗粒。而且，较小的粒径通常可以提供一较大的表面面积，因此增大了反应速度。较适宜的粒径范围是从1nm至1mm(1000微米)，最好是从2nm至1000nm。
所述过滤器通常应该能提供一至少为1m2/g、最好至少是5m2/g的光催化剂表面面积。当所述光催化剂呈粉末形式并且静电地固定于所述支承件上时，所述光催化剂的基本上所有表面面积能进行反应。从Degussa公司可以买到以＂P25＂为商品牌号表面积约为50m2/g的；从Hombikat公司买到以UV100为商品牌号表面积约为250m2/g的较为合适的粉末形式二氧化钛光催化剂。但是，应予注意的是，当诸颗粒被磨得极细时，它们可能会结成块，从而使预计的表面积降低。
通过将一种在一液体介质内的二氧化钛光催化剂组分涂覆在一支承件上而制备的过滤装置通常会具有一从约10至约15m2/g的表面积。
利用一种静电粘固于一纤维支承件上的粉末状光催化剂，可以根据所述支承件的重量，将最多50％(按重量计)的光催化剂加料到所述支承件上。较佳的加料范围是从10至25％(按重量计)。
通过使用一种活性光催化剂，诸如二氧化钛，可以使有机化合物和无机化合物分解。例如，多种碳氢化合物可以分解成二氧化碳和水；硫化氢可以分解成元素硫。所发生的诸反应不会消耗可能会被光继续再激活的所述光催化剂。
所述过滤装置还可以包括一层位于至少另一纤维多孔支承层上的吸附剂，诸如活性炭，以有利于减少或除去由光催化剂和吸附污染物相结合的混合物。如果使用这样一种辅助层，所述辅助层应该位于所述光催化剂层与光源相对的那一侧上，以避免阻断光和阻碍所述光催化剂的激活。
由于所述过滤装置设置得通过循环空气的通道，当所述装置工作时，就会产生一背压。所述背压随过滤器两端的压降而变。举例来说，在一民用炉内，过滤器两端的压降约为以表面速度为1.524m/s(300fi/min)的、约为3.81mm(0.15英寸)的水。在这样一种民用炉内，如果过滤器两端的压降升至表面速度为1.524m/s(300ft/min)的12.7mm(0.5英寸)的水，所述风扇可能就不能提供足够的功率以使空气循环。
对于工作台顶应用或实验台顶应用来说，诸如对于本发明装置较佳的应用来说，所述过滤器两端的压降应该最好是在表面速度为0.381m/s(75fi/min)的7.62mm至12.7mm(0.3至0.5英寸)的水的范围内，表面速度为1.524m/s(300ft/min)的15.24mm至25.4mm(0.6至1.0英寸)的水的范围内。对于一给定气流来说，所述压降最为理想的应该是尽可能低，从而使空气与光催化剂有效接触。
气流的表面速度最好是从0.0508m/s至3.556m/s(10至730ft/min)，并且更好的是从0.127m/s至1.778m/s(25ft/min至350ft/min)。
使用一种厚度为3.048mm(120/1000英寸)双层的至厚度为3.302mm(130/1000英寸)压缩的三层或多层的较佳聚丙烯支承材料是较为合适的。
所述支承件最好是打褶的或起皱的。这种打褶的构造使得表面面积增大，但不会明显增大背压或阻碍空气流动。为了有助于构造这样一种打褶的结构，可以将所述支承件安装在一能被构造来保持住所需形状的背衬材料上。所述背衬材料应该不干扰空气流动或者所述光催化剂的激活。将网形铁或稀松窗帘用布用作背衬材料是比较合适的。稀松窗帘用布是一种诸如聚丙烯材料的网状物，并且另一从例如Conwed公司购得。一种商业上大批供应的稀松窗帘用布其厚度约为0.254mm(10/1000英寸)。所述背衬层可以用一层压敏式粘结剂层来涂覆以保持住所述支承件。所述过滤装置可以具有多层支承层，例如一位于许多背衬中每一背衬上的支承层，或者一单个背衬可以具有一位于每一侧上的支承层，从而使所述背衬实际上是位于诸支承层之间。当然，若具有更多的支承层将会阻碍空气流动。单层褶裥或双层褶裥是较佳的。
所述装置可以用来除去各种气味和污染物，例如，低分子量的有机气体，诸如异丁烷、丙烷、二乙醚和乙醛，以及分子重量更高的气体，诸如丙烯乙酯(水果甜酒味)、丁酸烯丙酯(桃、杏味)和丁酸丙酯(汗味、酸败味)。可以被除去的一种重要的污染物是硫化氢。据说，80％的恶臭气体含有硫化氢。
现请参阅图1。本发明的净化空气装置包括一大体呈L形、具有一弧形背部的壳体1。所述壳体由结构塑料材料制成，但是也可以由其它任何一种适当的结构材料制成，诸如金属。所述壳体的前部具有一包括一进气口2的顶部和一底部，所述底部具有由3总的标示的、终止在一出气口4内的延伸物。一风扇5安装在所述延伸物3内。所述延伸物3为风扇5提供了一个较为方便的位置，并且还提供了一种稳定的设计。以一大体平面式滤筒6为表现形式的过滤装置安装在所述壳体内部、进气口2附近，并且从所述壳体顶部延伸至所述壳体底部，并与进气口2在同一平面。可以看到，滤筒6延伸穿过上游、下游空气流道，因此，滤筒的横截面面积基本上等于上游、下游通道面积的总和。设置在滤筒6内的是一过滤器7，它包括一层或多层在其上固定有光催化剂的支承件。一实心梁8将滤筒6分成一上过滤部分和一下过滤部分，因此由箭头9、10、11和12示出的循环空气在进入进气口2之后将流过滤筒的上部，随后按其路线流过下部至出气口4。在该实施例中，空气受到所述过滤器总共两次过滤作用。图1所示的过滤器7的较佳结构是一种褶裥式设置情况，其中，过滤器7包括多个平面式表面，每一表面与空气流道的总方向成一角度。下面将更具体地描述所述过滤器。
将诸紫外线灯13用作所述光源，并安装在壳体1的诸侧壁内，位于滤筒6的一侧上，并且位于滤筒6和壳体背部之间。对于用作光催化剂的二氧化钛来说，诸紫外线灯是一种较佳的光源。图中所示的诸灯是传统的圆柱形紫外线灯，并从壳体的一侧壁延伸至另一侧壁。诸灯13的位置不是关键的，只要它们能有效地激活所述光催化剂就可以了。诸灯是由一开关14和一镇流器15而起动的，所述开关14安装在壳体1顶部，以便于接触到所述开关，所述镇流器15安装在壳体底部，以起稳定作用。
壳体1的背部包括一护罩16，所述护罩可以在壳体顶部处的诸枢轴17处枢转，并且可以向上打开从而可以较为方便地接触到壳体的内部。一锁18和一锁闩19将可枢转的护罩16固定在其关闭位置。在护罩16和壳体1背部的内表面上的、经磨光的铝制成的反射面20将从诸灯13逸散出来的光线改变方向至过滤器7以使效率为最大。经磨光的铝是反射紫外线光的较佳材料。
图2是图1所示装置的前视图。壳体1设置有一穿过进气口2(该图中未示)的保护入口格栅30，和一穿过出气口4(该图中未示)的保护出口格栅31。
图3是图1和图2所示装置的另一侧视图，除了它示出了一处于打开状态的枢转护罩16之外，它与图1是相同的。
在工作中，风扇5通过进气口2和过滤器7的上部抽取外界空气。过滤器7上的光催化剂被诸紫外线灯13所激活，从而通过与之接触能破坏和分解空气中的诸污染物。继续抽取空气使之通过背部附近的壳体1并通过过滤器7的下部，在所述过滤器的下部内进一步破坏和分解空气中的诸污染物。反应产物、未反应的气体和空气随后穿过延伸物3并从出气口4而排出。
图4、图5和图6更具体地示出了图1所示的滤筒6。滤筒6具有一由两个可拆卸的部分40、41组成的、容纳所述过滤器7的外壳。所述外壳操作较为方便，并且可以保护过滤器7。在诸附图所示的实施例中，过滤器7具有一打褶或起皱的形状。实心梁8将过滤器上部(进气口)与过滤器下部分开，并且能防止空气旁路进入过滤器内。窄唇部42和43延伸穿过所示外壳的前表面和后表面以将所述过滤器舒适地容纳在所述外壳内。
图7、图8和图9是适于用在本发明中的三种类型的过滤器的立体分解图。图7是图4、图5和图6所示过滤器7的视图。支承件71是一双层吹制聚丙烯微纤维，其上加料有一种静电固定于诸纤维的二氧化钛光催化剂粉末。背衬层72和73是可以形成一打褶或起皱形状的网形铁网眼。为了获得过滤器7(图1所示)，使支承层71紧压在网形铁网眼层72、73之间，从而迫使易弯的纤维支承层71采取与网形铁网眼层72、73相同的打褶形状。
在图8中，支承件81是一加料有聚丙烯纤维的、与图7所示相同的二氧化钛单层。由于仅仅使用了一层背衬层82，因此，通过将一种压敏式粘结剂涂覆于背衬层82或者支承层81上，可以将支承件81固定于背衬层82上。
图9与图7相同，只是支承件91是一位于两背衬层92和93之间的单层(与图8相同)。另一差别在于具有一辅助支承层94。所述辅助层可以是一加料有二氧化钛光催化剂的聚丙烯纤维的辅助层，或者它可以是一含有一传统吸附剂的多孔层，诸如一层固定于聚酯纤维多孔织物(a porous web of polyester fiber)的活性炭层。
本发明的装置是通过对一LP1500 Bionaire空气净化器进行改进而进行构造的。诸紫外线灯是可以从Southern Ultraviolet Co.获得的15watt、0.3048m(12英寸)的RPR-3000灯(诸如用在Rayonet光化反应器中)。高流速或高流量设定规定了一为1080L/min的流率。低流速的设定规定了一为604L/min的流率。在所述装置中，所使用的这些设定值与0.9144m/s(180ft/min)(高流量)和0.508m/s(100ft/min)(低流量)的表面速度相对应。
在诸例子中所使用的并且由图1、图2和图3示意性示出的改进型Bionaire LP1500空气净化器具有一为0.222m(8.75英寸)的高度，一为0.27m(10.625英寸)的深度和一为0.31m(12.25英寸)的宽度。这些尺寸为一紧凑设备提供了一适于一工作台或桌子顶面的适中的＂脚印(footprint)＂。
所使用的滤筒具有-0.2921m(11.5英寸)的宽度，和-0.197m(7.75英寸)的高度。所述送气通风装置离所述滤筒底部0.086m(3.38英寸)。所述滤筒厚度为0.0381m(1.5英寸)，并且沿着褶裥平面从一褶裥至下一褶裥的距离是0.04m(1.58英寸)。因此，一具有八个褶裥的过滤器具有16个褶裥面，从而使它能与一为0.4064m×0.04m(16×1.58英寸)的、平的无褶裥的过滤器跨度相比。
例子
对表现本发明的诸例子、一比较例子，以及一参考例(philips)进行如下实验：
除非另有指示，将所述装置放置在一0.609m×0.609m×0.609m(2英寸×2英寸×2英寸)的气密室内。将已知量的污染物引入所述腔室内。为了进行实验，有时候将污染物的初始浓度调节至1500至2000ppm。(在正常使用中，浓度将约为1-20ppm)。在过了几分钟以为平衡作好准备之后，所述装置被激活，并且用一注射器以规则的时间间隔抽取试样。用一装备有一methanizer的Perkin ElmerAutosystem Gas色层分离谱-9000来对诸试样进行分析。当对异丁烷和丙烷进行测试以提高准确率时，火焰电离检测器的温度从350℃降低到225℃。对于硫化氢来说，所述浓度是用一可以从3M公司买到以＂Dynatel CSM 500＂为商品牌号的局限空间监视器(confined space monitor)进行测量的。
将所述装置与—被认作工业标准的Philips Clean Air System 75(作为参考)相比较。所述Philips设备设计得能除去气味并具有两个活性炭过滤器。它具有一为3136L/min的流率。空气从所述设备的各侧面抽吸进来，并从所述所述设备的顶部排出。
所述装置是利用以下作为污染物的化合物进行测试的：异丁烷、硫化氢、丙烷、二乙醚、乙醛、丙烯乙酯、丁酸烯丙酯和丁酸丙酯。在下列的表1至表15B中均分别示出了所使用的污染物。在表1至表15B中均分别示出了用于所述装置/过滤器组合的所检过滤器和所使用的流率。
除非另有指示，所检测的装置具有3个紫外线灯泡，每一灯泡的波长为313nm。应予注意的是，灯泡的个数(具有相同的波长)在例子6中有所变化，并且所述波长在表7中有所变化。
在下列诸表中缺少污染物浓度读数，这表明：对于表中那一列所示的时间周期来说。是不能得到这样一个读数的。
过滤器的制备
将一卷吹制聚丙烯非织造纤维用针缝合成一织物。将所述织物放在一装有过剩二氧化钛粉末(可以从Degussa公司买到商品牌号为＂P25＂的二氧化钛粉末)的袋子内进行摇晃直到所述织物浸满了二氧化钛粉末为止。在一通风橱内对所述加料有二氧化钛的织物进行抽真空，或者用一手提式真空装置来除去疏松的粉末。在一折叠所述织物并将放置在一具有8个褶裥或皱纹的褶裥金属丝网背衬层(厚度为0.381mm(0.015英寸)和31.75mm(1.25英寸)的金刚石网形铁丝网)上，。将一第二褶裥金属丝网背衬层紧压在所述织物的另一侧上。将所述过滤器放置在一卡纸板框架内(cardboard frame)(0.398m(12英寸)×0.2032m(8英寸))以方便操作处理。
过滤器#2
除了采用一层聚丙烯织物且所述织物仅在其一侧面上具有一褶裥金属丝网之外，仿效过滤器#1的程序。所述织物通过涂覆一种压敏式粘结剂而固定于所述背衬上。
过滤器#3
采用玻璃纤维片以替代吹制聚丙烯纤维。利用溶胶凝胶工艺(诸如在美国专利No.4,892,712中所使用的工艺)将二氧化钛涂覆在诸玻璃纤维上。否则，所述程序与过滤器#1的相同。
过滤器#4和过滤器#5
除了将一种稀松窗帘用布材料用作背衬层之外，仿效过滤器#1的程序。所述稀松窗帘用布涂覆有一压敏式粘结剂。由于这种稀松窗帘用布难以打褶，因此，这种类型的过滤器是不会打褶的，是平的。
过滤器#6
除了用一层涂覆有一活性炭吸附剂的聚酯纤维网来替代加料有二氧化钛的织物之外，仿效过滤器#1的程序。这种混合式过滤器不仅具有一光催化剂层，而且在一聚酯纤维支承件上还具有一活性炭辅助层。
例子1
                             表1
    时间(小时)            污染物(异丁烷)浓度(ppm)
               装置/过滤器组合
    参考例1(Philips)     例子A过滤器#1高流速(1080L/min)     例子B过滤器#1低流速(604L/min)
    0.00     1473     1361     1406
    0.50     1364     1321     1355
    1.00     1355     1291     1311
    1.50     1347     1259     1264
    2.00     1330     1229     1221
    2.50     1323     1205     1186
    3.00     1172
    3.25     1299
    3.50     1141     1149
    3.75     1291
    4.00     1126     1123
    4.25     1276
    4.50     1110
    4.75     1265
    5.00     1088     812
    5.25     1258
    5.75     1242
    6.00     1045
    6.75     1208
    6.83     859
    7.00     1004
    7.50     982
    7.75     1192
    22.50     300
    22.75     474
    23.25     923
例子2
                     表2
    时间(小时)     污染物(丙烷)浓度(ppm)
      装置/过滤器组合
    参考例2(Philips)     例子C过滤器#1高流速(1080L/min)
    0.00     1414     1703
    0.33     1649
    0.50     1362
    0.67     1635
    1.00     1348     1619
    1.50     1345     1579
    2.00     1338     1555
    2.50     1327     1531
    3.00     1316     1509
    3.50     1309
    3.67     1482
    4.00     1300
    4.50     1291
    4.75     1408
    5.00     1269
    6.00     1261
    6.50     1264
    20.50     1008
    21.50     815
例子3
                             表3
    时间(小时)            污染物(二乙醚)浓度(ppm)
               装置/过滤器组合
   参考例3(Philips)     例子D过滤器#1高流速(1080L/min)     例子E过滤器#1低流速(604L/min)
    0.00     1909     1665     1524
    0.50     1870     1392     1306
    1.00     1880     1147     1106
    1.50     1867     986     952
    2.00     1858     864     810
    2.50     1826     741     719
    3.00     1814     654     636
    3.50     1763     568     552
例子4
                表4
    时间(小时)     污染物(乙醛)浓度(ppm)
      装置/过滤器组合
    参考例4(Philips)     例子F过滤器#1高流速(1080L/min)
    0.00     2605     2874
1.00 2065
    2.08     2494     1655
    3.00     1400
    3.33     2386
    4.08     1279
    4.83     2385
例子5
                            表5
    时间(小时)                   污染物(异丁烷)浓度(ppm)
                    装置/过滤器组合
  参考例5(Philips)     例子G过滤器#3低流速(604L/min)     例子H过滤器#1低流速(604L/min)     例子I过滤器#2低流速(604L/min)
    0.00     1473     1380     1406     1384
    0.50     1364     1352     1355     1356
    1.00     1355     1314     1311     1335
    1.50     1347     1301     1264     1316
    2.00     1330     1262     1221     1295
    2.50     1323     1265     1186     1256
    3.00     1173
    3.17     1232
    3.25     1299
    3.50     1234     1149     1202
    3.75     1291
    4.00     1224     1123
    4.25     1276
    4.50     1208     1150
    4.75     1265
    5.25     1258
    5.50     1177     1113
    5.75     1242
    6.00     912
    6.50     1141     1083
    6.75     1208
    6.83     860
    7.00     1126     1076
    7.75     1192
    22.50     301
    23.00     618     572
    23.25     923
例子6
                           表6
    时间(小时)           污染物(异丁烷)浓度(ppm)
             装置/过滤器组合
    例子J3个紫外线灯泡过滤器#1低流速(604L/min)     例子K2个紫外线灯泡过滤器#1低流速(604L/min)     例子L1个紫外线灯泡过滤器#1低流速(604L/min)
    0.00     1448     1303     1262
    0.50     1370     1215     1232
    1.00     1371     1218
    1.50     1201
    2.00     1257     1198
    3.00     1110     1221
    3.50     1235
    4.00     1215     1070
    4.08     1144
    5.00     1158     1033
    5.17     1122
    5.83     1093
    6.00     1117
    22.00     573     576     770
例子7
                         表7
    时间(小时)     污染物(异丁烷)浓度(ppm)
        装置/过滤器组合
    例子M313nm过滤器#1低流速(604L/min)     例子N366nm过滤器#1低流速(604L/min)
    0.00     1360     1292
    0.50     1311     1263
    1.00     1268     1229
    1.50     1223     1205
    2.00     1181     1169
    2.50     1147     1137
    3.00     1134     1092
    3.50     1112     1083
    4.00     1067     1070
    4.50     1039
    5.00     1029
    5.50     990
    6.00     882     982
    6.50     954
    6.83     832
    7.00     936
    22.50     291
    23.00     414
例子8
                           表8
    时间(分钟)        污染物(丙酸乙酯)浓度(ppm)
             装置/过滤器组合
 参考例6(Philips)      例子O过滤器#1低流速(604L/min)
    0.0     303     269
    0.5     45     64
    1.0     39     18
    1.5     22     03
    2.0     22     01
例子9
                         表9
    时间(分钟)         污染物(丁酸烯丙酯)浓度(ppm)
             装置/过滤器组合
 参考例7(Philips)     例子P过滤器#1低流速(604L/min)
    0.0     84     91
    0.5     11     22
    1.0     07     08
    1.5     05     03
2.0 03 01
例子10
                          表10
    时间(分钟)            污染物(丁酸丙酯)浓度(ppm)
             装置/过滤器组合
 参考例8(Philips)       例子Q过滤器#1低流速(604L/min)
    0     215     154
    20     16     29
    40     10     11
    60     8     5
    90     4     2
例子11
                   表11
    时间(分钟)     污染物(异丁烷)浓度(ppm)
       装置/过滤器组合
     例子R过滤器#4低流速(604L/min)     例子S过滤器#5高流速(1080L/min)
    0.00     1448     1473
    0.25     1450
    0.50     1402     1431
    0.83     1404
    1.00     1362
    1-33     1356
    1.50     1327
    1.83     1330
    2.00     1289
    2.50     1256
    2.67     1294
    3.00     1247
    3.50     1186     1216
    4.00     1180
    4.50     1158
    4.67     1124
    5.00     1120
    5.50     1077
    6.00     1067
    6.50     1030
    7.00     1009
    7.17     1003
    22.83     476
    23.00     502
例子12
                             表12
   时间(小时)        污染物(硫化氢)浓度(ppm)
           装置/过滤器组合
  参考例9(Philips)      例子T过滤器#1高流速(1080L/min)
    0.00      40.60     40.60
    0.25      39.10     33.30
    0.50      37.70     22.60
    0.75      36.20     14.40
    1.00      34.80     8.10
    1.25      33.30     4.10
    1.50      31.90     1.90
    1.75      30.40
    2.00      30.30
例子13
                          表13
    时间(小时)           污染物(硫化氢)浓度(ppm)
              装置/过滤器组合
      例子U过滤器#1低流速(604L/min)UV打开      例子V过滤器#1高流速(1080L/min)UV打开    比较例A过滤器#1高流速(1080L/min)UV关闭
    0.00     40     41     42
    0.25     29     33     42
    0.50     25     23     42
    0.75     20     14     41
    1.00     15     08     41
    1.25     12     04     39
    1.50     08     02     39
    1.75     05     39
    2.00     38
注意：在例子12和13中，进行检测的腔室是一个容积为510升的较大腔室。同样，所述硫化氢浓度是用一局限空间监视器来确定的，从3M可以买到商品牌号为＂Dynatel CSM-500＂的所述局限空间监视器，它具有一用于硫化氢的电化传感器。例子14
                 表14A
    时间(小时)     污染物(硫化氢)浓度(ppm)
      装置/过滤器组合
      例子W过滤器#6高流速(1080L/min)
    0.00      39.1
    0.25      21.2
    0.50      9.6
    0.75      3.2
    1.00      1.0
    1.25      0.6
    1.50      0.4
                     表14B
  时间(小时)   污染物(异丁烷)浓度(ppm)
    装置/过滤器组合
       例子X过滤器#6高流速(1080L/min)
    0.00         1484
    0.33         1090
    0.67         1086
    1.00         1080
    1.33         1066
    1.67         1052
    2.00         1039
    3.00         968
    4.00         947
    5.00         906
    6.00         884
    7.00         857
    22.25         642
例子15
                  表15A
  时间(小时)   污染物(硫化氢)浓度(ppm)
    装置/过滤器组合
     例子Y过滤器#6高流速(1080L/min)
    0.00      40.6
    0.25      33.3
    0.50      26.0
    0.75      20.7
    1.00      16.2
    1.25      12.2
    1.50      9.0
    1.75      6.4
    2.00      4.5
    2.25      3.2
    2.50      2.6
    2.75      2.2
    3.00      2.0
                   表15B
   时间(小时)  污染物(异丁烷)浓度(ppm)
    装置/过滤器组合
    例子Z过滤器#6高流速(1080L/min)
    0.00     1445
    0.25     1445
    0.75     1431
    1.75     1366
    2.75     1314
    3.75     1263
    4.75     1225
    5.75     1189
    21.25     748
清洁空气的给送速度(CADR)是比较污染物去除率的一个较为方便的参数。如果画出In(CA1/CA)对时间的关系曲线，其中CA1是某一给定时间的污染物浓度，CA是初始浓度，则所述曲线的斜率将是衰变常数k。固有衰变常数kn是没有光催化剂或其它活性除去物所得结果的相同曲线的斜率。则所述CADR可以计算成：
                         CADR＝(k-kn)V
其中V是试验腔室的体积。
利用上述诸例子，可以作出表A至表E。以下示出了已从中计算出所述衰变常数k的表，并将该表标示为“资源表”，并将所述例子或参考例标示为“例子标号”。
                          表A
用异丁烷(初始浓度近似为百万分之1400)所试验得到的不同过滤器的衰变常数(k)和清洁空气给送速度(CADR)。
资源表   例子标号     过滤器   流动速度(L/min)  k(l/hr)  CADR(L/hr)
    5     例子G     过滤器#3     604   0.03404   6.71
    1     例子B     过滤器#1     604   0.06894   14.64
    1     例子A     过滤器#1     1080   0.04572   9.37
    5     例子I     过滤器#2     604   0.0382   7.68
    11     例子R     过滤器#4     604   0.04565   9.35
    11     例子S     过滤器#5     1080   0.04948   10.22
    14B     例子X     过滤器#6     1080   0.028096   5.36
    15B     例子Z     过滤器#6     1080   0.031244   6.078
    1    参考例1   参考例(Philips)     3115   0.01812   3.10
                               表B
用初始浓度近似为1400ppm的异丁烷所试验得到的过滤器#1的衰变常数k和清洁空气给送速度(CADR)。
资源表   例子标号 紫外线灯泡的个数 紫外线灯泡的波长(nm)     k(l/hr)     CADR(L/hr)
    6     例子K     2     313   0.03585     7.12
    6     例子L     1     313   0.02225     5.051
    7     例子M     3     313   0.06894     15.65
    7     例子N     3     366   0.04916     11.16
注意：异丁烷的衰变常数(kn)定为0.00446L/hr。
                                表C
低分子量气体(初始浓度近似为1500ppm)的衰变常数(k)和清洁空气给送速度(CADR)。
  资源表 例子标号 所试验的气体   过滤器  流动速度(L/min)  k(l/hr)   CADR(L/hr)
    2   例子C     丙烷   过滤器#1    1080   0.0343   7.788
    2   参考例2     丙烷 参考例(Philips)    3115   0.0155   3.515
    3   例子E     二乙醚   过滤器#1    604   0.2895   65.72
    3   例子D     二乙醚   过滤器#1    1080   0.3036   68.91
    3   参考例3     二乙醚 参考例(Philips)    3115   0.01905   4.324
    4   例子F     乙醛   过滤器#1    1080   0.1974   44.8
    4   参考例4     乙醛 参考例(Philips)    3115   0.01967   4.466
注意：这些气体的固有衰变常数(kn)未得到，将它们假定为零。因此，实际的清洁空气速度可能要稍稍低于试验报告值。
                        表D
高分子量气体(初始浓度近似为100-500ppm)的衰变常数(k)和清洁空气给送速度(CADR)。
 资源表 例子标号  所试验的气体   过滤器  流动速度(L/min)   k(l/hr)    CADR(L/hr)
    8   例子O    丙烯乙酯(水果甜酒味)   过滤器#1     604  0.051817   11.76
    8  参考例6    丙烯乙酯(水果甜酒味)   参考例(Philips)     3115  0.019917   4.52
    9   例子P   丁酸烯丙酯(杏味)   过滤器#1     604  0.04633   10.52
    9  参考例7   丁酸烯丙酯(杏味)   参考例(Philips)     3115  0.032433   7.362
    10   例子Q   丁酸丙酯(汗味)   过滤器#1     604  0.03715   11.08
    10  参考例8   丁酸丙酯(汗味)   参考例(Philips)     3115  0.0529   12.01
注意：这些气体的固有衰变常数(kn)未得到，将它们假定为零。因此，实际的清洁空气速度可能要稍稍低于试验报告值。
                 表E
硫化氢(初始浓度近似为40ppm)的衰变常数(k)和清洁空气给送速度(CADR)。
  资源表 例子标号     过滤器   流动速度(L/min)   k(l/min)    CADR(L/hr)
    13 例子U     过滤器#1     604    0.01868   9.242
    13 例子V     例子其#1     1080    0.03428   17.2
    13 比较例A 过滤器#1(紫外线关闭)    0.000919   0.1857
    14A 例子W     过滤器#6     1080    3.305522   28.10
    15A 例子Y     过滤器#6     1080    1.09159   9.28
    12 参考例9   参考例(Philips)     3115    0.002603   1.045
注意：硫化氢的固有衰变常数(kn)定为0.000555L/min。
                    表F
过滤器#4是利用作为污染物的、在高流量和低流量时初始浓度均为40ppm的硫化氢进行试验的。该试验的资源表未予示出，但是，下面示出了衰变常数(k)的计算结果以及硫化氢(初始浓度约为40ppm)的清洁空气给送速度(CADR)的计算结果。
    过滤器 流动速度(L/min)     k(l/min)   CADR(L/min)
    过滤器#4     604     0.0202     10.02
    过滤器#4     1080     0.03118     15.62
应予注意的是，对于活性炭来说，当流速降低时，CADR下降(效率较低)。而对于本发明的光催化剂设备来说，流速的降低通常会增大所述CADR。
这些结果证明，尤其是对于除去诸如异丁烷、丙烷、乙醛和硫化氢之类的低分子量气体来说，本发明装置优于所述Philips设备的活性炭过滤器。

Claims (9)

1.一种用来净化空气的装置，它包括一具有一进气口和一出气口的壳体；
一循环装置，它安装在所述壳体内，用来循环空气，使之从所述壳体的外侧通过进气口沿着所述壳体内部的一空气流道并从所述出气口排出；
一设置得经过循环空气路径的平面式过滤装置，所述过滤装置包括一固定于一纤维状多孔支承件的光催化剂；
以及一安装在所述壳体内、用来将光射向所述过滤装置以激活光催化剂的光源。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气流道具有一在其内空气以一方向进行流动的上游部分，和一在其内空气以反方向进行流动的、相邻的下游部分，所述平面式过滤装置设置在所述壳体内，并使所述过滤装置延伸穿过所述上游和下游部分。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气流道是笔直的。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述空气流道的上游、下游部分的横截面面积之和基本上等于所述过滤装置的横截面面积、
5.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述光催化剂静电地固定于所述支承件。
6.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述光催化剂是粉末化的二氧化钛，所述光源是一种在UV B范围内具有一峰值光强的UV光源，所述支承件是吹制的聚丙烯驻极体纤维。
7.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述支承件具有一金属栅网(expanded metal mesh)结构的多孔背衬，所述支承件具有一褶裥结构。
8.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述过滤装置还包括一具有一吸附剂的第二纤维状多孔支承件。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述吸附剂是活性炭。
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