EA039152B1 - Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём - Google Patents
Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём Download PDFInfo
- Publication number
- EA039152B1 EA039152B1 EA202100133A EA202100133A EA039152B1 EA 039152 B1 EA039152 B1 EA 039152B1 EA 202100133 A EA202100133 A EA 202100133A EA 202100133 A EA202100133 A EA 202100133A EA 039152 B1 EA039152 B1 EA 039152B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- photocatalytic
- purification
- carriers
- catalytic coating
- degree
- Prior art date
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 168
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004887 air purification Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 81
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 79
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 59
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 58
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 58
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 60
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 20
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 17
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical class O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 8
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 8
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 235000019256 formaldehyde Nutrition 0.000 claims description 6
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 5
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 7
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 5
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 2
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 2
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000012476 oxidizable substance Substances 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/015—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using gaseous or vaporous substances, e.g. ozone
- A61L9/02—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using gaseous or vaporous substances, e.g. ozone using substances evaporated in the air by heating or combustion
- A61L9/03—Apparatus therefor
- A61L9/032—Apparatus therefor comprising a fan
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
- A61L9/18—Radiation
- A61L9/20—Ultraviolet radiation
- A61L9/205—Ultraviolet radiation using a photocatalyst or photosensitiser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8696—Controlling the catalytic process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/16—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by purification, e.g. by filtering; by sterilisation; by ozonisation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Заявляемое изобретение относится к области очистки воздуха и газов от органических и неорганических примесей и может найти применение в быту, лечебных учреждениях, в производственных помещениях и т.д. Предложено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее средство (6) перемещения воздуха, расположенные в канале (5) носители (2) с каталитическим покрытием, собранные параллельно с зазором (3) по меньшей мере в один модуль (1) фотокаталитического окисления, выполненный с возможностью освещения по меньшей мере с одной из сторонпо меньшей мере, одним источником (4) излучения, выполненным с возможностью освещения в непрерывном или импульсном режиме, и каждый указанный модуль (1) и по меньшей мере один соответствующий источник (4) излучения образуют фотокаталитический блок (7). В фотокаталитическом блоке (7) непрерывный режим освещения использован для спектра излучения в диапазоне от 200 до 400 нм, а импульсный режим освещения реализован ксеноновыми лампами со спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм, при этом фотокаталитический блок (7) выполнен с возможностью регулирования и поддержания температуры каталитического покрытия на носителе (2) посредством указанных ксеноновых ламп, отношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока (7) в канале (5) к площади носителей (2) принадлежит интервалу 1/66 - 1/193, причём длины носителей (2) обусловлены на этапе проектирования односторонним или двусторонним освещением модуля (1) фотокаталитического окисления и материалом носителя (2), содержит не менее двух фотокаталитических блоков (7), при этом блоки установлены последовательно с возможностью независимого удалённого управления включением/выключением их в работу. Также предложен способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в заявляемом устройстве.
Description
Изобретение относится к области очистки воздуха и газов от органических и неорганических примесей и может найти применение в быту, лечебных учреждениях, в производственных помещениях, складах и т.д.
Фотокаталитический очиститель воздуха - это устройство для уменьшения летучих органических соединений в воздухе помещения. На поверхность носителей очистителя наносится фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана, поглощающее УФ излучение и дополнительно повышающее эффективность обеззараживания и очистки воздуха за счет фотокатализа. В процессе фотокатализа диоксид титана, поглощая ультрафиолет, продуцирует свободные радикалы, которые эффективно окисляют органику, в том числе, вирусы, бактерии, другие микроорганизмы и, кроме того, летучие органические соединения, разлагаются до безопасных молекул воды и углекислого газа [1]. Таким образом, применение фотокаталитического воздухоочистителя является полезным для улучшения качества воздуха в помещениях.
Так, известен фотокаталитический воздухоочиститель, в котором процесс очистки воздуха и газов от органических и неорганических примесей с использованием фотокатализа основан на том, что молекулы загрязняющих воздух или газ соединений распадаются до безопасных веществ при реакциях в присутствии каталитического покрытия, например, диоксида титана под действием ультрафиолетового излучения со спектром излучения в диапазоне от 200 до 400 нм. При этом диоксид титана, как правило, наносят на подложку из металла в разных формах, в фазах анатаза, рутила и их сочетаний [2]. Эффективность очистки предложено достигать путем увеличения длины носителей с покрытием из диоксида титана, при этом расчет длины и площади носителей не предложен.
Также известен воздухоочиститель с фотокаталитическим окислением, содержащий средство перемещения воздуха, создающее поток воздуха через канал, расположенные в канале элементы фотокаталитического окисления, которые освещает источник излучения в спектре ультрафиолетового излучения [3].
Также известны устройства, реализующие способ очистки, при котором используется очистка с проходом очищаемой среды через несколько фотокаталитических блоков очистителя.
Также известен способ фотокаталитической очистки газов [4] окислением с использованием фотокатализатора на основе диоксида титана. При этом исходную газовую смесь, содержащую окисляемые вещества, насыщают парами пероксида водорода. При этом чередуют керамические носители с каталитическим покрытием в виде диоксида титана и ультрафиолетовые лампы.
Недостатком данного решения является отсутствие расчета размеров керамических носителей и в связи с этим размеров и количества ламп, а также не рассмотрен вопрос об определении количества блоков очистки для достижения требуемой степени очистки.
Также существует очиститель воздуха от газообразных примесей [5], который содержит встроенный в систему вентиляции блок, состоящий из размещенных в корпусе источника ультрафиолетового излучения и фотокаталитического элемента в виде по меньшей мере одного пакета, набранного из отдельных тонкостенных носителей. Однако при этом не дано рекомендаций по оптимальному выбору геометрических размеров носителей и их количества.
Существует способ очистки и обеззараживания воздуха окислением с использованием фотокатализатора на основе диоксида титана и источника ультрафиолетового излучения. При этом в качестве катализатора используют аэрозольное облако нанопорошка диоксида титана, который аэрируют и распыляют из предварительно заполненного контейнера продуктами сгорания газогенератора с зарядом низкотемпературного твердого топлива, и используют не менее трех источников излучения, которые располагают равномерно по периферии аэрозольного облака [6].
При этом предложены формулы определения скорости гетерогенно катализированных фотохимических реакций только в зависимости от параметров наночастиц диоксида титана без коррекции на кратность очистки и достигаемый результат.
Также известно, что зависимость скорости фотокаталитического окисления загрязнений на диоксиде титана от температуры имеет максимум, значение которого определяется видом загрязнения и наличием воды.
Известно, что диоксид титана существует в виде нескольких форм, различающихся типом молекулярной решетки. В настоящее время для целей фотокатализа применяются два покрытия: в форме рутила и анатаза. Фирма Evoniklndustrials предлагает для фотокатализа мелкодисперсный чистый диоксид титана AEROXIDE® TiO2 P 25, представляющий собой сочетание анатаза и кристаллической структуры рутила. Высокую эффективность AEROXIDE® TiO2 P 25 объясняют именно наличием в составе порошков разных структурных модификаций, что эффективнее разделяет носителей заряда.
Фирма SachtlebenChemieGmbH, Германия, выпускает чистый анатазный фотокатализатор TiO2 Hombikat UV100 с очень высокими фотокаталитическими свойствами, связывая это с возможностью быстрого межфазового переноса электронов в структуре катализатора.
При этом в предложениях от указанных производителей нет информации об оптимизации катализатора в зависимости от вида загрязнения.
Также известно применение импульсных ксеноновых ламп с широким спектром излучения от 200
- 1 039152 до 1000 нм при котором бактериальное обеззараживание обеспечивается прямым воздействием без катализатора на биологический объект. Происходит перегрев и разрушение загрязнения за счет превышения подвода энергии от источника излучения над отводом тепловой энергии биологическим объектом.
Однако нам не известны рекомендации по способу регулирования и распределения нагрева катализатора и использованию данного типа ламп для управления нагревом катализатора.
Так как многие каталитические покрытия, в том числе диоксид титана, являются полупроводниками, известна зависимость квантовой эффективности окисления от электрических характеристик запрещенной зоны, однако рекомендации по управлению электрическим потенциалом для регулирования процессов катализа отсутствуют.
Также отсутствуют решения, способствующие активному перемешиванию потока очищаемой газовой среды для активации контакта с катализатором.
Наиболее близким из известных по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству фотокаталитической очистки воздуха и способу динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём является упомянутый выше воздухоочиститель с фотокаталитическим окислением [3]. Патент подробно описывает физические свойства компонентов очистителя, но не дает возможности оптимизировать эффективность очистки и определить минимально достаточные размеры компонентов для требуемой степени очистки.
При этом следует отметить, что из уровня техники не известен расчетный способ управления процессом катализа с дифференцированием переменных параметров загрязнений по времени, т.е. не используется динамическое регулирование параметров и моментов включения/выключения блоков очистки. Наиболее распространенным является метод отбора проб, занимающий много времени и недостаточно прогнозирующий поведение системы.
Таким образом, задачей изобретения является разработка устройства фотокаталитической очистки воздуха и способа динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём, которые обеспечивали бы высокую эффективность очистки воздуха при оптимальном динамическом регулировании степени очистки воздуха и при оптимальных геометрических размерах и соотношении размеров активных компонентов устройства с каталитическим покрытием, а также определение количества блоков очистки и количества проходов при очистке по анализу световых потоков и активности первого блока.
Поставленная задача решается, и технические результаты достигаются с помощью заявляемого устройства фотокаталитической очистки воздуха, содержащего средство перемещения воздуха, создающее поток воздуха через канал, расположенные в канале носители с каталитическим покрытием, активным в спектре излучения от инфракрасного до ультрафиолетового, при этом носители собраны параллельно с зазором по меньшей мере в один модуль фотокаталитического окисления, причём указанный модуль выполнен с возможностью освещения по меньшей мере с одной из сторон по меньшей мере одним источником излучения, выполненным с возможностью освещения в непрерывном или импульсном режиме, и каждый модуль фотокаталитического окисления и по меньшей мере один соответствующий источник излучения образуют фотокаталитический блок. При этом в фотокаталитическом блоке непрерывный режим освещения использован для спектра излучения в диапазоне от 200 до 400 нм, а импульсный режим освещения реализован ксеноновыми лампами со спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм. При этом фотокаталитический блок выполнен с возможностью регулирования и поддержания температуры каталитического покрытия на носителе посредством указанных ксеноновых ламп, отношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока в канале к площади носителей с каталитическим покрытием принадлежит интервалу 1/66 - 1/193, причём длины носителей обусловлены на этапе проектирования односторонним или двусторонним освещением модуля фотокаталитического окисления и материалом носителя, содержит не менее двух фотокаталитических блоков, при этом блоки установлены последовательно с возможностью независимого удалённого управления включением/выключением их в работу.
В предпочтительных формах реализации каталитическое покрытие носителей выполнено из диоксида титана, предпочтительно, в фазах анатаза или рутила.
В наиболее предпочтительных формах реализации фотокаталитический блок выполнен с возможностью регулирования и поддержания температуры каталитического покрытия на носителе путём нагрева за счёт излучения части спектра источника излучения, за счёт изменения режима освещения.
Также в предпочтительных формах реализации фотокаталитический блок выполнен с возможностью регулирования и поддержания знака и величины потенциала каталитического покрытия на носителе путём подключения к источнику электричества или заземления. Это ускоряет реакции окисления и повышает безопасность устройства, так как очищаемый воздух с примесями может быть взрывоопасным.
Предпочтительно длина носителей при освещении модуля фотокаталитического окисления источником освещения, расположенным с одной стороны, для носителя из нержавеющей стали составляет не более 50 мм, для носителя из алюминия не более 145 мм, а при освещении модуля фотокаталитического окисления источниками освещения, расположенными с противоположных сторон, для носителя из нержавеющей стали составляет не более 100 мм, для носителя из алюминия не более 290 мм.
- 2 039152
В предпочтительных формах реализации при освещении модуля фотокаталитического окисления по меньшей мере двумя источниками излучения каждый из источников излучения выполнен с возможностью освещения в непрерывном или импульсном режиме независимо от другого источника излучения.
При этом в импульсном режиме лучше обеспечивается прогрев каталитического покрытия из диоксида титана.
Также в предпочтительных формах реализации при освещении модуля фотокаталитического окисления по меньшей мере двумя источниками излучения один из них выполнен с возможностью освещения в непрерывном, а второй - в импульсном режиме попеременно, либо источники излучения выполнены с возможностью освещения только в одном режиме.
В предпочтительных формах реализации при очистке воздуха от ацетона, аммиака, этилацетата и других веществ, легко разлагаемых на каталитическом покрытии носителей, отношение площади поперечного сечения модуля фотокаталитического окисления в канале к площади носителей выбрано из интервала 1/66 - 1/97.
В альтернативных формах реализации при очистке воздуха от формальдегидов, алифатических углеводородов С1-С10, угарного газа, выхлопных газов, сигаретного дыма и других веществ, трудно разлагаемых на каталитическом покрытии носителей, отношение площади поперечного сечения модуля фотокаталитического окисления в канале к площади носителей, выбрано из интервала 1/97 - 1/193.
Предпочтительно носители расположены под наклоном по отношению к оси канала. Это позволяет исключить ламинарные потоки очищаемого воздуха, вследствие чего повышается эффективность очистки.
В предпочтительных формах реализации при наличии двух и более фотокаталитических блоков соседние фотокаталитические блоки расположены под различными углами наклона к оси канала, при этом по меньшей мере часть фотокаталитических блоков может быть расположена под углом наклона, равным 0°.
В каждой из форм реализации поток воздуха сформирован с возможностью прохождения через канал в режиме, выбранном из режима вытяжной вентиляции, режима приточной вентиляции и режима рециркуляции.
Поставленная задача решается, и технические результаты достигаются также заявляемым способом динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в устройстве, включающим пропускание потока очищаемого воздуха последовательно через выполненные с возможностью удалённого независимого управления включением/выключением в работу отдельных фотокаталитических блоков в зависимости от физико-химических характеристик носителей и каталитического покрытия на носителях модулей фотокаталитического окисления, определение количества последовательно установленных фотокаталитических блоков, подлежащих включению в работу, и определение момента включения/выключения каждого фотокаталитического блока в работу. При этом количество последовательно установленных фотокаталитических блоков, подлежащих включению в работу в режиме вытяжной вентиляции и в режиме приточной вентиляции, определяют по степени очистки в первом фотокаталитическом блоке, а в режиме рециркуляции по степени очистки в первом проходе в первом фотокаталитическом блоке дополнительно определяют количество проходов очищаемого воздуха, причём степень очистки во втором и последующих фотокаталитических блоках и проходах в указанных режимах определяют, исходя из величины степени очистки в первом блоке и проходе, соответственно.
В наиболее предпочтительных формах реализации заявляемого способа степень очистки во втором и последующих фотокаталитических блоках определяют по следующим формулам:
для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после второго блока
С12 = 2Ci - 0.01С12, (1) где C - степень очистки после первого блока, %, С12 - суммарная степень очистки после первого и второго блоков, %;
для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после третьего блока
где С123 - суммарная степень очистки после первого, второго и третьего блока, %;
для режима рециркуляции степень очистки после первого блока кь = [(кпх (o,oixC!) + Kg) xVr] / Vu, (3) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после второго блока
Kh = [(Knx (2Ci - 0,01 С?) + Kg) xVr] / Vu, (4) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после третьего блока
Kh = [(Knx (3Ci - 0,03CL 2+0,0001 Cl3) + Kg) xVr] / Vu, (5) где в формулах (3)-(5)
Kh - остаточная концентрация после очистки, %, h - время работы рециркулятора, ч,
- 3 039152
C1 - степень очистки после первого блока, %,
Kn - начальная концентрация загрязняющих веществ в помещении, %,
Kg - дополнительные выбросы загрязняющих веществ от Kn, %/ч,
Vr - объем помещения, м3,
Vr= VuxKh/(KnxC + Kg), (6)
Vu - производительность рециркулятора, м3/ч,
Vu=[(KnxCi((Vu/Vr)xh'1) + Kg) xVr] / Kh. (7)
Предложенное решение по расчету длины носителей диоксида титана в фотокаталитическом очистителе и выбору соотношения площади канала прохода очищаемого воздуха к общей площади носителей обеспечивает высокую эффективность по соотношению степень очистки/стоимость очистки, а определение количества блоков и проходов при очистке по предложенным формулам обеспечивает достижение устанавливаемой экологическими нормативами высокой эффективности очистки воздуха.
Кроме указанных выше технических результатов, реализация заявляемого устройства дополнительно обеспечивает защиту экологии через сокращение количества используемых материалов для компонентов устройства и электроэнергии на технологический процесс очистки.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа регулируют температуру каталитического покрытия на носителе, причём температуру выбирают по значению температуры наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, преобладающего по количеству в общем составе загрязнений.
Также в предпочтительных формах реализации заявляемого способа регулируют температуру каталитического покрытия на носителе, причём температуру выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения температур наивысших скоростей фотокаталитического окисления у всех удаляемых загрязнений. Данную форму реализации заявляемого способа применяют, предпочтительно, когда загрязняющих воздух веществ несколько и они в близкой по величине концентрации.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа регулируют температуру каталитического покрытия на носителе, причём температуру выбирают с учётом значения температур наивысших скоростей окисления и удельных концентраций удаляемых загрязнений. Данную форму реализации заявляемого способа применяют, предпочтительно, когда загрязняющих воздух веществ несколько и их концентрации значительно отличаются.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа регулируют температуру каталитического покрытия на носителе, причём температуру выбирают переменной по длине носителя в модуле фотокаталитического окисления. Переменная по длине носителя температура каталитического покрытия позволяет обеспечить совпадение температур наивысших скоростей окисления для различных загрязнений.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа химический состав каталитического покрытия, включая соотношение компонентов, выбирают по значению наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, по количеству преобладающего в общем составе.
В альтернативных формах реализации заявляемого способа химический состав каталитического покрытия, включая соотношение компонентов выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения наивысших скоростей фотокаталитического окисления у всех удаляемых загрязнений. Данную форму реализации заявляемого способа применяют, предпочтительно, при сопоставимых пропорциях загрязнений.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа регулируют характеристики электрического потенциала носителя с каталитическим покрытием, причём значение и полярность электрического потенциала выбирают по значению и полярности потенциала наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, по количеству преобладающего в общем составе.
В альтернативных формах реализации заявляемого способа регулируют характеристики электрического потенциала носителя с каталитическим покрытием, причём значение и полярность электрического потенциала выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения электрических потенциалов наивысших скоростей фотокаталитического окисления для каждого из удаляемых загрязнений. Данную форму реализации заявляемого способа применяют, предпочтительно, при сопоставимых пропорциях загрязнений.
В предпочтительных формах реализации заявляемого способа момент включения/выключения фотокаталитического блока в работу определяют по расчёту времени достижения предельно допустимого уровня загрязнения после фотокаталитического блока путём дифференцирования по времени скорости каталитического разложения загрязнений и скорости изменения количества загрязнений.
Дополнительно момент включения/выключения блока в работу следует связать с расчетом времени достижения предельно допустимого уровня загрязнения путём дифференцирования по времени скорости
- 4 039152 каталитического разложения загрязнений и скорости изменения количества загрязнений с последующим сравнением времени приближения искомых дифференциалов к нулевому значению, что является динамическим регулированием и важно при удаленном управлении процессом очистки.
Определения оптимальных конструктивных и технологических параметров получены на основе разработанных и приведенных ниже в описании автором формул расчёта потерь света, необходимого для процесса катализа по анализу схем исследования потерь света от источника ультрафиолетового излучения в пакете носителей с каталитическим покрытием, повышение скорости реакций получено путем управления температурой и потенциалом покрытия и в связи с видом и соотношением загрязнений, а динамическое регулирование производится по дифференцированию по времени концентраций загрязнений и скорости реакции разложения.
Упомянутые выше и другие достоинства, преимущества и особенности заявляемого изобретения далее будут рассмотрены более подробно на некоторых из возможных, но неограничивающих примерах реализации заявляемых устройства фотокаталитической очистки воздуха и способа динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём со ссылками на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
фиг. 1 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с одним модулем фотокаталитического окисления;
фиг. 2 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с двумя модулями фотокаталитического окисления;
фиг. 3 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с тремя модулями фотокаталитического окисления;
фиг. 4 - общий вид устройства фотокаталитической очистки воздуха;
фиг. 5 - схема расположения модулей фотокаталитического окисления под наклоном;
фиг. 6 - схема к расчёту рабочей длины носителей при прямом освещении;
фиг. 7 - график зависимости освещенности точечным источником от косинуса угла падения света на носитель с каталитическим покрытием;
фиг. 8 - график зависимости освещённости от косинуса угла падения света на носитель с каталитическим покрытием при прямом облучении ультрафиолетовым источником излучения с одной стороны модуля фотокаталитического окисления, совмещённый с графическим изображением зазора между носителями;
фиг. 9 - график зависимости освещенности от косинуса угла падения света на носители с катализатором при прямом облучении ультрафиолетовым источником излучения с двух сторон модуля фотокаталитического окисления, совмещённый с графическим изображением зазора между носителями;
фиг. 10 - график зависимости освещённости от количества отражений для нержавеющей стали и алюминия;
фиг. 11 - график зависимости освещённости от числа отражений с ультрафиолетовым источником излучения с одной стороны модуля фотокаталитического окисления, совмещённый с графическим изображением зазора между носителями из нержавеющей стали;
фиг. 12 - график зависимости освещённости от числа отражений с ультрафиолетовым источником излучения с двух сторон модуля фотокаталитического окисления, совмещённый с графическим изображением зазора между носителями из нержавеющей стали;
фиг. 13 - график зависимости освещённости от числа отражений с ультрафиолетовым источником излучения с одной стороны модуля фотокаталитического окисления, совмещённый с графическим изображением зазора между носителями из алюминия;
фиг. 14 - график зависимости освещённости от числа отражений с ультрафиолетовым источником излучения с двух сторон модуля фотокаталитического окисления, совмещенный с графическим изображением зазора между носителями из алюминия;
фиг. 15 - график степени очистки во втором и третьем фотокаталитических блоках в зависимости от степени очистки в первом фотокаталитическом блоке;
фиг. 16 - диаграмма к расчёту отношения площади поперечного сечения фотокаталитического блока в канале к площади носителей.
фиг. 17 - схема измерений при очистке воздуха от ацетона в устройстве с двумя блоками.
фиг. 18 - график изменения концентрации формальдегида в мг/м3 за 20 дней.
фиг. 19 - график изменения концентрации формальдегида в % после включения устройства фотокаталитической очистки.
фиг. 20 - график изменения концентрации VOC (Volatile Organic Compounds -летучие органические смеси) в мг/м3 за 20 дней.
фиг. 21 - график изменения концентрации VOC в % после включения устройства фотокаталитической очистки.
На фиг. 1 схематично изображено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее модуль 1 фотокаталитического окисления, в который собраны носители 2 с каталитичесим покрытием параллельно с зазором 3. При этом модуль 1 освещен источником 4 излучения.
- 5 039152
На фиг. 2 схематично изображено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее два модуля 1 фотокаталитического окисления с носителями 2 с каталитическим покрытием.
На фиг. 3 схематично изображено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее три модуля 1 фотокаталитического окисления с носителями 2 с каталитическим покрытием.
На фиг. 4 схематично изображен общий вид устройства фотокаталитической очистки воздуха, где модули 1 фотокаталитического окисления находятся в канале 5, при этом проход очищаемой среды обеспечивает средство 6 перемещения воздуха, в частности, вентилятор. При этом каждый модуль 1 фотокаталитического окисления и соответствующий источник излучения 4 образуют фотокаталитический блок 7.
На фиг. 5 представлена схема расположения модулей фотокаталитического окисления под наклоном в канале 5.
На фиг. 6 представлены источник 4 излучения, на поверхности которого выделен точечный источник света 8, лучи света 9 в зазоре 3, углы θ падения лучей 9 света от источника 4 излучения на поверхность носителей 2 с каталитическим покрытием. Под носителями 2 изображена шкала 10 длин, проградуированная в мм.
На фиг. 7 представлен график падения освещённости Е в зазоре 3 в функции косинуса угла θ падения лучей 9 света от источника 4 излучения на поверхность носителей 2 с каталитическим покрытием.
На фиг. 8 представлен график падения освещённости Е в зазоре 3, равном 3 мм в функции косинуса угла θ падения прямых лучей 9 света от источников 4 излучения, расположенных с одной стороны, на поверхность носителей 2 с каталитическим покрытием. Под графиком изображена шкала 10 длин, проградуированная в мм.
На фиг. 9 представлен график изменения освещённости Е в зазоре 3, равном 3 мм в функции косинуса угла θ падения прямых лучей 9 света от источников 4 излучения, расположенных с двух сторон, на поверхность носителей 2 с каталитическим покрытием. Под графиком изображена шкала 10 длин, проградуированная в мм.
На фиг. 10 представлен график зависимости освещённости Е от количества отражений для нержавеющей стали и алюминия падение освещенности в зависимости от количества отражений света в зазоре 3 для носителя 2 из нержавеющей стали 11 и алюминия 12.
На фиг. 11 представлен график зависимости освещённости Е от числа отражений света в зазоре 3 с ультрафиолетовом источником 4 излучения с одной стороны модуля 1 фотокаталитического окисления между носителями 2 из нержавеющей стали.
На фиг. 12 представлен график зависимости освещённости Е от числа отражений света в зазоре 3 с ультрафиолетовом источником 4 излучения с двух сторон модуля 1 фотокаталитического окисления между носителями 2 из нержавеющей стали.
На фиг. 13 представлен график зависимости освещённости Е от числа отражений света в зазоре 3 с ультрафиолетовом источником 4 излучения с одной стороны модуля 1 фотокаталитического окисления между носителями 2 из алюминия.
На фиг. 14 представлен график зависимости освещённости Е от числа отражений света в зазоре 3 с ультрафиолетовом источником 4 излучения с двух сторон модуля 1 фотокаталитического окисления между носителями 2 из алюминия.
На фиг. 15 представлен график степени очистки во втором и третьем фотокаталитических блоках 7 в зависимости от степени очистки в первом фотокаталитическом блоке 7.
На фиг. 16 представлена диаграмма отношения скоростей окисления для угарного газа 13, бензина 14, изобутана 15, выхлопных газов 16 автомобилей, табачного дыма 17, этилацетат 18, аммиака 19 и ацетона 20.
На фиг. 17 представлена схема измерений при очистке воздуха от ацетона в устройстве с двумя блоками.
На фиг. 18-21 приведены графики изменения концентрации загрязнений после включения устройства очистки. На фиг. 18 представлен график изменения концентрации формальдегида в мг/м3 за 20 дней. Точка 0,85 мг/м3 на графике - момент включения устройства очистки. На фиг. 19 представлен график изменения концентрации формальдегида в % после включения устройства очистки. За 100% принята точка 0,85 мг/м3 на графике - момент включения устройства очистки. На фиг. 20 представлен график изменения изменение концентрации VOC в мг/м3 за 20 дней. Точка 5,8 мг/м3 на графике - момент включения устройства очистки. На фиг. 21 представлен график изменения концентрации VOC в % после включения устройства очистки. За 100% принята точка 5,8 мг/м3 на графике - в момент включения устройства очистки.
Заявляемое устройство фотокаталитической очистки воздуха с реализацией заявляемого способа динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём функционирует следующим образом.
Модуль 1 фотокаталитического окисления собирают из носителей 2 из нержавеющей стали или алюминия, являющихся подложкой для нанесения каталитического покрытия, при этом носители 2 рас- 6 039152 положены параллельно с образованием зазора 3. Модуль 1 фотокаталитического окисления освещен источником 4 излучения, при этом указанный модуль 1 находится в канале 5. С одной или двух сторон модуля 1 фотокаталитического окисления установлен по меньшей мере один источник 4 излучения в виде источников ультрафиолетового излучения, люминесцентных ламп или светодйодов. Очищаемый воздух пропускают через канал 5 с прямоугольным, круглым или иной формы сечением посредством средства 6 перемещения воздуха в виде вентилятора.
Каждый модуль 1 фотокаталитического окисления и соответствующий источник излучения 4 образуют фотокаталитический блок 7.
При проходе очищаемого воздуха на каталитическом покрытии в присутствии ультрафиолета и воды происходит ранее упомянутый со ссылкой на уровень техники процесс очистки.
Заявляемое решение о применении в качестве источника 4 излучения со спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм позволяет обеспечить несколько новых эффектов.
Реализовать такой спектр излучения способны импульсные ксеноновые лампы.
Дополнительно ксеноновая лампа обладает активным прогревающим действием на тела, находящиеся под её излучением, а мощность в импульсе составляет от 25000 Вт/см2.
Регулированием мощности и длины волны излучения источника 4 излучения происходит регулирование нагрева слоя каталитического покрытия на носителе 2 до температуры максимальной скорости окисления загрязнения. При этом лучистый нагрев слоя каталитического покрытия не нагревает так же сам носитель 2, поэтому нагрев только поверхностного слоя происходит с минимальным расходом электроэнергии. Также с учётом расположения источника 4 излучения и длины носителя 2 появляется возможность регулировать температуру по длине носителя 2 для подбора температуры максимальной скорости окисления для разных загрязнителей.
В зависимости от количества и соотношения концентраций загрязнений появляется возможность выбирать оптимальную температуру.
Носители 2 находятся в потоке очищаемого воздуха, что приводит к электризации поверхности и возникновению электрического потенциала, поэтому его поддерживают и регулируют путём подключения к источнику электричества или заземления.
Значение и полярность электрического потенциала выбирают по значению и полярности потенциала наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, по количеству преобладающего в общем составе или по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения электрических потенциалов наивысших скоростей фотокаталитического окисления для каждого из удаляемых загрязнений.
Эффективность устройства фотокаталитической очистки воздуха зависит также от площади носителей 2 с каталитическим покрытием, а общая площадь носителей 2 определяет стоимость и затраты энергии при работе катализатора.
Оптимизация геометрических размеров очистителя и процесса очистки выполнена на основании приведенных ниже расчётов по потере света в модуле 1 из носителей 2 и скоростей окисления загрязнителей.
Результаты испытаний позволили получить значения степени очистки в первом фотокаталитическом блоке 1 устройства фотокаталитической очистки воздуха, которые приняты опорными при выводе формул для способа определения степени очистки в последующих фотокаталитических блоках 7, а также определения достаточного количества фотокаталитических блоков 7.
Свет от источника 4 излучения, попавший в зазор 3 между носителями 2, ослабевает по мере удаления от края. Поэтому ослабевают реакции окисления на каталитическом слое.
На основании расчёта потерь света в зазоре 3 и экспериментальных данных об эффективности степени очистки одним блоком получены численные данные для рекомендаций по определению эффективной длины носителей 2 в модуле 1 фотокаталитического окисления.
На фиг. 6 рассмотрена освещённость поверхности носителей 2 выделенным на источнике 4 точечным излучателем 8, расположенным с одной стороны и испускающим элементарный луч света 9.
Из закона обратных квадратов следует, что освещённость, создаваемая точечным излучателем 8 обратно пропорциональна расстоянию от точечного излучателя до поверхности и прямо пропорционально косинусу угла θ между направлением светового потока и нормалью к освещаемой поверхности:
Е = Т х cos0/r2, где Е - освещенность;
θ - угол падения света на поверхность пластины;
I - сила света источника в направлении освещаемой точки;
r - расстояние от источника до освещаемой поверхности.
В связи с тем, что множество точечных излучателей света 8 устанавливается на малом расстоянии от края носителей 2 в сравнении с размерами источника 4, изменением r можно пренебречь, следовательно, основным фактором, влияющим на освещенность, является угол θ.
Зависимость освещенности Е от косинуса угла θ показана на фиг. 7 и используется для дальнейших
- 7 039152 построений зависимостей. Этот график позволяет также определить минимально приемлемый зазор 3 между носителями по затуханию света.
Зависимость освещённости Е от косинуса угла θ при прямом освещении точечным излучателем 8 с одной стороны модуля 1, совмещенная с графическим изображением носителей 2, шкалы 10 длины показана на фиг. 8. При этом график освещённости имеет нулевую точку при угле 90°.
Зависимость освещённости от косинуса угла θ при прямом освещении точечными излучателями 8 с двух сторон модуля 1, совмещенная с графическим изображением носителей 2, шкалы 10 длины показана на фиг. 9. При этом выбор длины носителя 2 для прямого освещения с двух сторон выполнен таким образом, чтобы не просто отсутствовала точка с нулевым освещением, а освещенность не опускалась ниже установленной остаточной освещенности, в данном случае это 10% от начальной величины.
Расчет длины носителей 2 с каталитическим покрытием при прямом освещении по описанной методике пригоден для материалов, обладающих низким коэффициентом отражения. Их применение не является максимально эффективным, в реальности при множестве точечных излучателей происходит многократное отражение от носителей 2 внутри зазора 3, и освещённость оказывается больше, поэтому следует подбирать материал носителя 2 с максимальным отражением при условии нанесения покрытия из диоксида титана.
Расчет рабочей длины носителей 2 при отраженном освещении получен из найденной зависимости доли отраженного света от числа отражений и начальной доли отраженного света:
где Ki - доля отраженного света, в %, i - число отражений,
К0 - начальная доля отраженного света, в % при i=1.
В качестве материалов для подложки в дальнейшем рассматривались нержавеющая сталь и алюминий.
Результат расчета зависимости освещенности Е от количества отражений для нержавеющей стали приведены на фиг. 11.
Результат расчета зависимости освещенности Е от количества отражений для алюминия приведены на фиг. 13.
Поскольку при расчётах было применен нижний порог освещенности 10% от начального значения, получены заявляемые длины носителей 2 при освещении модуля 1 фотокаталитического окислителя с одной стороны для носителей из нержавеющей стали составляют не более 50 мм, из алюминия - не более 145 мм. При освещении модуля 1 фотокаталитического окисления с двух сторон длины носителей 2 из нержавеющей стали составляют не более 100 мм, из алюминия - не более 290 мм.
В современном мире одними из основных загрязнителей являются угарный газ, бензин, изобутан, выхлопные газы автомобилей, табачный дым, этилацетат, формальдегид, аммиак и ацетон.
На основании экспериментальных данных о времени разложения получено и заявлено оптимальное соотношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока 7 в канале 5 к суммарной площади носителей 2 с каталитическим покрытием в виде диоксида титана в интервале от 1/ 66 до 1/193.
При высоких концентрациях загрязнений или при высоких требованиях к степени очистки фотокаталитические блоки 7 устанавливаются и работают последовательно. В этом случае эффективнее работают источники 4 ультрафиолетового излучения, но требуется большая мощность на прокачку очищаемого воздуха.
Поэтому расчет числа блоков, количества проходов и ожидаемой степени очистки актуален и проводился на основании эксперимента по изучению степени очистки в одном блоке как опорном.
На основании приведенных формул заявляется способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха посредством определения числа блоков или количества проходов при рециркуляции, а по дифференцированию скорости разложения загрязнений определяется момент включения/выключения.
Полученные формулы степени очистки во втором и третьем блоках показывают, что при выполнении условия соотношения площадей от 1/66 до 1/193 более трех блоков или проходов при рециркуляции применять нецелесообразно.
Заявляемый способ будет проиллюстрирован также далее на одном из возможных, но не ограничивающем примере его реализации.
Пример 1.
Исходные данные для расчета:
загрязнитель - ацетон;
требуемая степень очистки 80,0±5%.
Для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки С12 после второго блока рассчитывается по заявляемой формуле:
С12 = 2С1 -0,01С12
- 8 039152
При этом С1 - степень очистки ацетона после первого блока определена по пропорции к степени очистки этилацетата, для которого С1 = 57,82.
В табл. 1 приведены рекомендации по выбору соотношения площади поперечного сечения блока 7 к площади носителей 2 в модуле 1 в зависимости от вида загрязнения воздуха. В соответствии с данной табл. 1 отношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока 7 в канале 5 к площади носителей 2 для загрязнения в виде ацетона равно 1/66.
Таблица 1. Значения соотношений площади поперечного сечения блока 7 к площади носителей 2 в модуле 1 в зависимости от вида загрязнения воздуха
| Отношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока в канале к площади элементов пакета фотокаталитического окисления | |
| Угарный газ | 1/193 |
| Бензин | 1/182 |
| Метан | 1/166 |
| Выхлопные газы | 1/152 |
| Сигаретный дым | 1/152 |
| Этилацетат | 1/116 |
| Аммиак | 1/80 |
| Ацетон | 1/66 |
Таким образом, расчет суммарной степени очистки от ацетона С12 после второго блока дает С12 =82,2%.
Формулы выведены из зависимостей по степени очистки на опытно-промышленном устройстве фотокаталитической очистки воздуха, выполненном по схеме измерений, представленной на фиг. 17.
Суммарная степень очистки воздуха от ацетона за один проход в двухблочном очистителе по результатам экспериментальных данных равна 82,12%, что говорит о высокой сходимости полученных экспериментальных данных с теоретическим расчётом.
Таким образом, был выполнен теоретический расчёт по одному загрязнению степени очистки другого загрязнения, а экспериментальные данные очистки другого загрязнения, максимально приближённые к расчётному значению.
Источники информации
1. Патент RU 159723U1, опублик. 20.02.2016 г.
2. Патент RU 2497584С1, опублик. 10.11.2013 г.
3. Патент GB 2472509 (А), опублик. 09.02.2011 г.
4. Патент RU 2259866C1, опублик. 10.09.2005 г.
5. Патент RU 2262455C1, опублик. 20.10.2005 г.
6. Патент RU 2450851С2, опублик. 20.05.2012 г.
Claims (23)
1. Устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее средство (6) перемещения воздуха, создающее поток воздуха через канал (5), расположенные в канале (5) носители (2) с каталитическим покрытием, активным в спектре излучения от инфракрасного до ультрафиолетового, при этом носители (2) собраны параллельно с зазором (3) по меньшей мере в один модуль (1) фотокаталитического окисления, причём указанный модуль (1) выполнен с возможностью освещения по меньшей мере с одной из сторон по меньшей мере одним источником (4) излучения, выполненным с возможностью освещения в непрерывном или импульсном режиме, и каждый модуль (1) фотокаталитического окисления и по меньшей мере один соответствующий источник (4) излучения образуют фотокаталитический блок (7), отличающееся тем, что в фотокаталитическом блоке (7) непрерывный режим освещения использован для спектра излучения в диапазоне от 200 до 400 нм, а импульсный режим освещения реализован ксеноновыми лампами со спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм, при этом фотокаталитический блок (7) выполнен с возможностью регулирования и поддержания температуры каталитического покрытия на
- 9 039152 носителе (2) посредством указанных ксеноновых ламп, отношение площади поперечного сечения фотокаталитического блока (7) в канале (5) к площади носителей (2) с каталитическим покрытием принадлежит интервалу 1/66 - 1/193, причём длины носителей (2) обусловлены на этапе проектирования односторонним или двусторонним освещением модуля (1) фотокаталитического окисления и материалом носителя (2), содержит не менее двух фотокаталитических блоков (7), при этом блоки установлены последовательно с возможностью независимого удалённого управления включением/выключением их в работу.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каталитическое покрытие носителей выполнено из диоксида титана предпочтительно в фазах анатаза или рутила.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокаталитический блок (7) выполнен с возможностью регулирования и поддержания температуры каталитического покрытия на носителе (2) путём нагрева за счёт излучения части спектра источника излучения, за счёт изменения режима освещения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокаталитический блок (7) выполнен с возможностью регулирования и поддержания знака и величины потенциала каталитического покрытия на носителе (2) путём подключения к источнику электричества или заземления.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина носителей (2) при освещении модуля (1) фотокаталитического окисления источником (4) освещения, расположенным с одной стороны, для носителя (2) из нержавеющей стали составляет не более 50 мм, для носителя (2) из алюминия не более 145 мм, а при освещении модуля (1) фотокаталитического окисления источниками (4) освещения, расположенными с противоположных сторон, для носителя (2) из нержавеющей стали составляет не более 100 мм, для носителя (2) из алюминия не более 290 мм.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при освещении модуля (1) фотокаталитического окисления по меньшей мере двумя источниками (4) излучения, каждый из источников (4) излучения выполнен с возможностью освещения в непрерывном или импульсном режиме независимо от другого источника (4) излучения.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при освещении модуля (1) фотокаталитического окисления по меньшей мере двумя источниками (4) излучения, один из них выполнен с возможностью освещения в непрерывном, а второй - в импульсном режиме попеременно, либо источники (4) излучения выполнены с возможностью освещения только в одном режиме.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при очистке воздуха от ацетона, аммиака, этилацетата и других веществ, легко разлагаемых на каталитическом покрытии носителей (2), отношение площади поперечного сечения модуля (1) фотокаталитического окисления в канале (5) к площади носителей (2) выбрано из интервала 1/66 - 1/97.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при очистке воздуха от формальдегидов, алифатических углеводородов С1-С10, угарного газа, выхлопных газов, сигаретного дыма и других веществ, трудно разлагаемых на каталитическом покрытии носителей (2), отношение площади поперечного сечения модуля (1) фотокаталитического окисления в канале (5) к площади носителей (2), выбрано из интервала 1/97-1/193.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что носители (2) расположены под наклоном по отношению к оси канала (5).
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии двух и более фотокаталитических блоков (7) соседние фотокаталитические блоки (7) расположены под различными углами наклона к оси канала (5), при этом по меньшей мере часть фотокаталитических блоков (7) может быть расположена под углом наклона, равным 0°.
12. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что поток воздуха сформирован с возможностью прохождения через канал (5) в режиме, выбранном из режима вытяжной вентиляции, режима приточной вентиляции и режима рециркуляции.
13. Способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в устройстве по любому из пп.1-10, включающий пропускание потока очищаемого воздуха последовательно через выполненные с возможностью удалённого независимого управления включением/выключением в работу отдельных фотокаталитических блоков (7) в зависимости от физико-химических характеристик носителей (2) и каталитического покрытия на носителях (2) модулей (1) фотокаталитического окисления, определение количества последовательно установленных фотокаталитических блоков (7), подлежащих включению в работу, и определение момента включения/выключения каждого фотокаталитического блока (7) в работу, при этом количество последовательно установленных фотокаталитических блоков (7), подлежащих включению в работу в режиме вытяжной вентиляции и в режиме приточной вентиляции, определяют по степени очистки в первом фотокаталитическом блоке (7), а в режиме рециркуляции по степени очистки в первом проходе в первом фотокаталитическом блоке (7) дополнительно определяют количество проходов очищаемого воздуха, причём степень очистки во втором и последующих фотокаталитических блоках (7) и проходах в указанных режимах определяют, исходя из величины степени очистки в первом блоке и проходе, соответственно.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что степень очистки во втором и последующих фотокаталитических блоках (7) определяют по следующим формулам:
- 10 039152 для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после второго блока
С12 = 2СХ - 0,01Ci2, (1) где C1 - степень очистки после первого блока, %,
С12 - суммарная степень очистки после первого и второго блоков, %;
для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после третьего блока
Спз = 3Ci - 0,03Ci2+0,0001Ci3, (2) где С123 - суммарная степень очистки после первого, второго и третьего блока, %; - для режима рециркуляции степень очистки после первого блока
Kh = [(Knx (0,01xCi ) + Kg) xVr] / Vu, (3) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после второго блока
Kh = [(Knx (2Ci - 0,01Ci2) «wvr)xh.i) + xVr] / (4) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после третьего блока
Kh = [(Knx (3Ci - 0,03Ci2+0,0001Ci3) + Kg) xVr] / Vu, (5) где в формулах (3)-(5)
Kh - остаточная концентрация после очистки, %, h - время работы рециркулятора, ч,
C1 - степень очистки после первого блока, %,
Kn - начальная концентрация загрязняющих веществ в помещении, %,
Kg - дополнительные выбросы загрязняющих веществ от Kn, %/ч,
Vr - объем помещения, м3,
Vr= УихК^КдхСА^^ + Kg), (6)
Vu - производительность рециркулятора, м /ч,
Vu=[(KnxC1 ((Vu/Vr)xh'1) + Kg) xVr] / Kh. (7)
15. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют температуру каталитического покрытия на носителе (2), причём температуру выбирают по значению температуры наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, преобладающего по количеству в общем составе загрязнений.
16. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют температуру каталитического покрытия на носителе (2), причём температуру выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения температур наивысших скоростей фотокаталитического окисления у всех удаляемых загрязнений.
17. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют температуру каталитического покрытия на носителе (2), причём температуру выбирают с учётом значения температур наивысших скоростей окисления и удельных концентраций удаляемых загрязнений.
18. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют температуру каталитического покрытия на носителе (2), причём температуру выбирают переменной по длине носителя (2) в модуле (1) фотокаталитического окисления.
19. Способ по п.13, отличающийся тем, что химический состав каталитического покрытия, включая соотношение компонентов, выбирают по значению наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, по количеству преобладающего в общем составе.
20. Способ по п.13, отличающийся тем, что химический состав каталитического покрытия, включая соотношение компонентов, выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения наивысших скоростей фотокаталитического окисления у всех удаляемых загрязнений.
21. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют характеристики электрического потенциала носителя (2) с каталитическим покрытием, причём значение и полярность электрического потенциала выбирают по значению и полярности потенциала наивысшей скорости фотокаталитического окисления одного загрязнения, предпочтительно, загрязнения, по количеству преобладающего в общем составе.
22. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулируют характеристики электрического потенциала носителя (2) с каталитическим покрытием, причём значение и полярность электрического потенциала выбирают по наименьшему среднеквадратическому отклонению от значения электрических потенциалов наивысших скоростей фотокаталитического окисления для каждого из удаляемых загрязнений.
23. Способ по п.13, отличающийся тем, что момент включения/выключения фотокаталитического блока (7) в работу определяют по расчёту времени достижения предельно допустимого уровня загрязнения после фотокаталитического блока (7) путём дифференцирования по времени скорости каталитического разложения загрязнений и скорости изменения количества загрязнений.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202100133A EA039152B1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202100133A EA039152B1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202100133A1 EA202100133A1 (ru) | 2021-12-09 |
| EA039152B1 true EA039152B1 (ru) | 2021-12-10 |
Family
ID=80631157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202100133A EA039152B1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA039152B1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115875896A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-03-31 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种冰箱及冰箱的除菌控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259866C1 (ru) * | 2004-02-25 | 2005-09-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ фотокаталитической очистки газов |
| WO2006126946A1 (en) * | 2005-05-24 | 2006-11-30 | Totalförsvarets Forskningsiginstitut | Method and device for photocatalvtic oxidation of organic substances in air |
| GB2472509A (en) * | 2009-08-04 | 2011-02-09 | Oreck Holdings Llc | Air cleaner with photo-catalytic oxidizer |
| FR2949685A1 (fr) * | 2009-09-04 | 2011-03-11 | Alain Mimouni | Procede et dispositif de decontamination et de detoxification applique a l'air de l'habitacle de tout vehicule. |
| US20180169580A1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-06-21 | Haldor Topsøe A/S | Method and system for temperature control in catalytic oxidation reactions |
| CN109844411A (zh) * | 2016-10-19 | 2019-06-04 | 三星电子株式会社 | 光催化过滤器和包括该光催化过滤器的空调 |
-
2021
- 2021-03-17 EA EA202100133A patent/EA039152B1/ru unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259866C1 (ru) * | 2004-02-25 | 2005-09-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ фотокаталитической очистки газов |
| WO2006126946A1 (en) * | 2005-05-24 | 2006-11-30 | Totalförsvarets Forskningsiginstitut | Method and device for photocatalvtic oxidation of organic substances in air |
| GB2472509A (en) * | 2009-08-04 | 2011-02-09 | Oreck Holdings Llc | Air cleaner with photo-catalytic oxidizer |
| FR2949685A1 (fr) * | 2009-09-04 | 2011-03-11 | Alain Mimouni | Procede et dispositif de decontamination et de detoxification applique a l'air de l'habitacle de tout vehicule. |
| US20180169580A1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-06-21 | Haldor Topsøe A/S | Method and system for temperature control in catalytic oxidation reactions |
| CN109844411A (zh) * | 2016-10-19 | 2019-06-04 | 三星电子株式会社 | 光催化过滤器和包括该光催化过滤器的空调 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202100133A1 (ru) | 2021-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8017073B2 (en) | High intensity air purifier | |
| US8404183B2 (en) | Process using compact embedded electron induced ozonation and activation of nanostructured titanium dioxide photocatalyst for photocatalytic oxidation | |
| US20070253860A1 (en) | Process and device for sterilising ambient air | |
| US20100239466A1 (en) | Surface Plasma Gas Processing | |
| EP1896173B1 (en) | Method for photocatalvtic oxidation of organic substances in air | |
| JP2004114045A (ja) | 大気浄化装置 | |
| KR102281576B1 (ko) | 광촉매 모듈 및 이를 이용한 공기정화장치 | |
| WO2006080216A1 (ja) | 面発光デバイス | |
| US20220040357A1 (en) | Photocatalytic sanitizing reactor | |
| KR20070004479A (ko) | 휘발성 유기화합물 또는 악취가 포함된 공정폐가스를안전하고 효율적으로 처리하기 위한 새로운광촉매산화반응기와 바이오필터로 조합된재순환하이브리드시스템공정 | |
| CN111603929B (zh) | 一种准分子光耦合催化手段处理VOCs的系统及其方法 | |
| KR20220058023A (ko) | 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터 | |
| EA039152B1 (ru) | Устройство фотокаталитической очистки воздуха и способ динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём | |
| Sydorenko et al. | Transparent TiO 2 thin films with high photocatalytic activity for indoor air purification | |
| CN207012785U (zh) | 一种微波无极光氧、等离子、光催化组合废气治理系统 | |
| CN206082107U (zh) | 一种工业有机废气净化装置 | |
| PL232541B1 (pl) | Instalacja nawiewna pojazdu | |
| Wang et al. | Photocatalytic decomposition of formaldehyde by combination of ozone and AC network with UV365nm, UV254nm and UV254+ 185nm | |
| KR20060035721A (ko) | 유해 물질을 함유한 사용된 공기 정화 장치 | |
| CN209809935U (zh) | 一种废气光催化处理设备 | |
| CN210645879U (zh) | 一种实验室废气VOCs处理装置 | |
| JPH0938192A (ja) | 空気浄化装置 | |
| KR102534782B1 (ko) | 공기 청정화 장치 | |
| KR20040014028A (ko) | 광촉매를 이용한 공기청정기 | |
| JP2009090260A (ja) | 光触媒励起方法、浄化方法及びこれらの装置 |