專利名稱：光催化空氣凈化模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化空氣凈化模塊。
本發(fā)明尤其有利地適用于機(jī)動(dòng)車輛的座艙內(nèi)部或外部的空氣凈化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在機(jī)動(dòng)車輛中，已知一些包括一種吸附性物質(zhì)的光催化類型的空氣凈化模塊，這種吸附性物質(zhì)用于把污染物捕獲到自己的細(xì)孔中而不損壞這些污染物，從而瞬間吸附它們。然后，通過(guò)借助氧化/還原反應(yīng)將這些被捕獲在吸附劑表面的污染物的分子破壞，一種光催化劑將這些污染物分子解吸附。光催化劑最好是氧化鈦(TiO2)，或任何其它能夠在光源所產(chǎn)生的紫外線輻射的作用下引起氧化/還原反應(yīng)的金屬氧化物。吸附劑最好是活性碳、沸石、或這兩種物質(zhì)的混合物。
因而，容許凈化環(huán)境空氣、尤其是機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)的空氣的光催化反應(yīng)需要紫外線輻射源，該紫外線輻射源能夠在有限體積和低成本的情況下提供足夠的功率。當(dāng)前，在這一應(yīng)用中最常使用的UV源是UV電致發(fā)光二極管(LED)。
美國(guó)專利申請(qǐng)n°20020037244描述了一種光催化空氣凈化模塊，在這個(gè)模塊中，多個(gè)UV二極管與一個(gè)定值電阻串聯(lián)到電源電壓上。然而，這種線路不容許完全地控制通過(guò)LED的電流，這是由于該電流極大地依賴于該串聯(lián)電阻(而該串聯(lián)電阻卻隨溫度而變化，并且存在產(chǎn)品損耗)以及二極管中的正向電壓降(“forward voltage”，該正向電壓降也隨溫度而變化，并且存在產(chǎn)品損耗)。
此外，通過(guò)一個(gè)LED的電流不應(yīng)該在持續(xù)運(yùn)行中超過(guò)一個(gè)依賴于溫度的最大值，這種依賴性在圖1中被說(shuō)明，圖1描繪了一個(gè)曲線圖，給出了隨溫度變化的最大電流。
因此，必須提供一些設(shè)備來(lái)保證通過(guò)LED的電流不超過(guò)可接受的極限值。就此，前述美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢霭凑斩O管的正向電壓降的最小值來(lái)確定串聯(lián)電阻的值。但是，由此仍然導(dǎo)致該電阻的過(guò)大和電流的減小，這種電流的減小由模塊的LED UV并未產(chǎn)生其本來(lái)能夠提供的全部光功率這一事實(shí)表現(xiàn)出來(lái)，而這種光功率是通過(guò)LED UV的電流的增函數(shù)，正如顯示了一個(gè)光功率隨UV二極管內(nèi)的電流變化的實(shí)例的圖2所表明的那樣。
對(duì)所觀察到的已知空氣凈化模塊的這種光功率損耗的一種補(bǔ)償在于相應(yīng)增加所用的LED UV的數(shù)量。不過(guò)，我們將意識(shí)到這種尋求增加較昂貴元件的解決方案會(huì)導(dǎo)致不具可行性的高成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種包括至少一個(gè)紫外線輻射源光催化空氣凈化模塊，該模塊容許在獲得可能的最大光功率的同時(shí)，將輻射源的數(shù)量，尤其是LED UV的數(shù)量，限制到最低必要數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)該問(wèn)題的解決方案在于用一個(gè)直流發(fā)電機(jī)對(duì)所述紫外線輻射源供電。
根據(jù)習(xí)慣定義，直流發(fā)電機(jī)意指無(wú)論被供電的電路的輸入阻抗多大都能夠提供給定強(qiáng)度的直流電流的發(fā)電機(jī)。
因此，正如在下文中將看到的那樣，對(duì)每個(gè)UV源使用一個(gè)直流發(fā)電機(jī)對(duì)其供電容許根據(jù)圖1的曲線圖調(diào)整電流到與溫度相匹配的最大值。于是，模塊的所有UV源都提供最大光功率。由此獲得了UV源系統(tǒng)的最優(yōu)效率，于是能夠?qū)⑿枰惭b的源的數(shù)量降至最小。
如果需要確信電流處于與溫度相匹配的值域內(nèi)，本發(fā)明就提出所述模塊包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)能夠在通過(guò)紫外線輻射源的電流超過(guò)一個(gè)極限值的情況下切斷所述源的電源。
特別地，由于所述電流極限值是由一個(gè)溫度極限值確定的，所述模塊包括一個(gè)與所述開(kāi)關(guān)耦合的溫度傳感器。


隨后與附圖對(duì)照的、作為非限制性實(shí)例而給出的描述將很好地幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容及實(shí)施方法。
圖1是一個(gè)曲線圖，給出了二極管隨溫度T(℃)變化的可接受最大電流Imax(mA)。
圖2是一個(gè)對(duì)數(shù)坐標(biāo)的曲線圖，給出了一個(gè)二極管提供的、隨最大電流Imax(mA)變化的光功率P，以與20mA時(shí)提供的功率相比的百分?jǐn)?shù)表示。
圖3是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的光催化空氣凈化模塊的一個(gè)第一實(shí)施方式的示意圖。
圖4是圖3的凈化模塊的一個(gè)實(shí)施變型的示意圖。
圖5是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的光催化空氣凈化模塊的一個(gè)第二實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖3中，描繪了一個(gè)包括被標(biāo)注為101，......，10n的n個(gè)紫外線輻射源的光催化空氣凈化模塊。在所選定的實(shí)施實(shí)例中，這些源是UV電致發(fā)光二極管。
如圖3所顯示的那樣，每個(gè)UV LED101，......，10n由一個(gè)直流發(fā)電機(jī)供電，這些直流發(fā)電機(jī)分別帶有標(biāo)號(hào)201，......，20n。因此可以對(duì)每個(gè)LED UV施加一個(gè)給定的恒流，該恒流與考慮到熱限制的最大可接收電流相對(duì)應(yīng)，這些熱限制如圖1所示。于是實(shí)現(xiàn)了UV源101，......，10n中的每一個(gè)都提供圖2中所給出的最大光功率，從而實(shí)現(xiàn)了最大能量效率，該最大能量效率容許限制LED UV的數(shù)量至最小的必要值。
特別地，可以在圖1和圖2中看到，對(duì)于與最大溫度50℃相對(duì)應(yīng)的20mA的額定運(yùn)行電流，相對(duì)功率是100％，而對(duì)于與最大溫度80℃相對(duì)應(yīng)的5mA的電流，相對(duì)功率就只有20％了。
在圖3所提出的實(shí)施方式中，所述直流發(fā)電機(jī)201，......，20n由齊納二極管211，......，21n構(gòu)成，這些齊納二極管由穿過(guò)一個(gè)串聯(lián)電阻221，......，22n的電源電壓V0極化。因此，一個(gè)參考電壓被施加到雙極晶體管231，......，23n的基極b。這些晶體管的發(fā)射極e上的電壓是恒定的，并等于Vzener-Vbe，其中Vbe是基極與發(fā)射極之間的電壓降。各LED UV 10i放置在各晶體管的集電極c上游。于是，穿過(guò)每個(gè)LED的電流是恒定的，并等于(Vzener-Vbe)/Ri(i＝1，...，n)，其中Ri通常代表連接各晶體管發(fā)射極e與接地的各電阻的全部，而圖3只是顯示其中代表性的R1和Rn。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇每個(gè)電阻Ri，可以將每個(gè)UV源中的電流調(diào)節(jié)至最優(yōu)值，該最優(yōu)值在圖1中被提供。
當(dāng)然，單獨(dú)一個(gè)齊納二極管可以被用來(lái)給雙極晶體管231，......，23n提供參考電壓。在這種情況下，晶體管的各個(gè)基極b都連接在它們之間。
如果模塊的運(yùn)行溫度必須在某個(gè)范圍內(nèi)變化，例如在-40℃與80℃之間，那么可以有兩種策略-將直流發(fā)電機(jī)調(diào)整至一個(gè)與該溫度范圍的最高限相對(duì)應(yīng)的電流值。在所選定的實(shí)例中，最高溫度為80℃，于是將通過(guò)LED的電流值整定為8mA(見(jiàn)圖1)，于是每個(gè)源所提供的光功率大約為45的相對(duì)值(見(jiàn)圖2)。
-將各直流發(fā)電機(jī)調(diào)整至一個(gè)與一個(gè)低于該溫度范圍最高限的規(guī)定溫度值相對(duì)應(yīng)的電流值，并提供一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)用于一旦達(dá)到該規(guī)定電流就切斷電源。在這種情況下，可以將該規(guī)定溫度定在50℃。圖1表明對(duì)于100相對(duì)值的釋放光功率，LED UV的最優(yōu)電流因而是20mA，與前述策略相比有一個(gè)高于2倍的增益。正如下文的表明的那樣，如果達(dá)到50℃的溫度，一個(gè)開(kāi)關(guān)就切斷各LED UV的電源，從光催化的角度看來(lái)，就高于50℃的溫度下使用受限制而言，這是可以接收的。
圖3給出了一種開(kāi)關(guān)的實(shí)施實(shí)例，該開(kāi)關(guān)能夠適用于剛剛闡述的第二策略。
一個(gè)具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻30容許實(shí)施對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)量。這個(gè)溫度信息被傳送到微控制器40，該微控制器40相應(yīng)地控制一個(gè)開(kāi)關(guān)50，該開(kāi)關(guān)50被串聯(lián)在電壓源V0與全部UV二極管101，......，10n之間。
在圖4中，說(shuō)明了圖3的空氣凈化模塊的一個(gè)變型，該變型具有如下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)將多個(gè)UV二極管部分地串聯(lián)從而減少所使用的電子元件的數(shù)量。在圖4的實(shí)例中，LED UV被按兩個(gè)一組地串聯(lián)起來(lái)，這在汽車應(yīng)用中保證模塊運(yùn)行于9V，串聯(lián)在一起的兩個(gè)LED UV的正向電壓降小于8V。
n個(gè)二極管101，......，10n按2個(gè)二極管串聯(lián)被分成N＝n/2組，這些對(duì)中的每一對(duì)由一個(gè)直流發(fā)電機(jī)20’1，......，20’N供電。這些對(duì)101-102，......，10n-1-10n分別由發(fā)電機(jī)20’1，......，20’N供電，每個(gè)發(fā)電機(jī)包括一個(gè)測(cè)量電流的設(shè)備21’1，......，21’N，該設(shè)備測(cè)量與每個(gè)LED UV對(duì)串聯(lián)的電阻R1，......，RN的端子上的電流。這些電流測(cè)量設(shè)備例如由差動(dòng)放大器構(gòu)成。
電流測(cè)量設(shè)備21’1，......，21’N的輸出被施加到線性控制設(shè)備22’1，......，22’N上，該線性控制設(shè)備22’1，......，22’N集成了一個(gè)比較裝置，該比較裝置將測(cè)得的電流值與一個(gè)等于UV二極管的所需運(yùn)行點(diǎn)的規(guī)定值相比較。這兩個(gè)值之間的差異，即誤差，被用來(lái)控制雙極晶體管Q1，......，QN的導(dǎo)通，以便將二極管中的電流保持在所考慮的規(guī)定值上。
圖5的實(shí)施方式進(jìn)一步提高了把UV二極管集成到同一個(gè)直流發(fā)電機(jī)中的集成度，這是通過(guò)使用斬波電源22”來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該斬波電源22”由一個(gè)與圖4中的類似的電流測(cè)量設(shè)備21’控制。這種類型的電源的優(yōu)點(diǎn)在于它容許降低功率損耗。
在此，斬波電源22”以被稱為“升壓”(《BOOST》)的方式運(yùn)行。這就是一個(gè)升壓器，在它的輸出端產(chǎn)生的電壓等于或高于電源電壓V0。因此，對(duì)于可以達(dá)到16V的電源電壓，一旦LED UV的數(shù)量高于4或5(這正是多數(shù)應(yīng)用的情況)，這種實(shí)施方式就具有實(shí)際的益處。
操縱晶體管Q轉(zhuǎn)換是由一個(gè)PWM(《Pulse WidthModulation》，即“脈沖寬度調(diào)制”)調(diào)制設(shè)備23”、即通過(guò)調(diào)制所述晶體管Q的導(dǎo)通占空比來(lái)實(shí)施的。
在晶體管Q的導(dǎo)通階段，電流在自感器L中線性增加。二極管D截止，所以串聯(lián)的LED UV 101，......，10n由電容器C的兩個(gè)極板之間的直流電壓供電。
在晶體管Q的截止階段，自感器L中的電流L經(jīng)過(guò)已經(jīng)導(dǎo)通的二極管D持續(xù)地對(duì)電容器C充電。將可以看到電容器C的端電壓高于電源電壓V0。
在LED UV串中測(cè)得的電流被施加到PMW調(diào)制設(shè)備23”上，該P(yáng)MW調(diào)制設(shè)備23”通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂凭w管Q的占空比從而容許保證LED UV中的電流值基本恒定。
我們將注意到通過(guò)增大電容器C和自感器的容量值，可以降低UV二極管的供電電流的“鋸齒”變化的幅度。
權(quán)利要求
1.一種光催化空氣凈化模塊，包括至少一個(gè)紫外線輻射源(101，……，10n)，其特征在于所述紫外線輻射源由直流發(fā)電機(jī)(201，……，20n；20’1，……，20’N；20”)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的模塊，其特征在于所述模塊包括開(kāi)關(guān)(50)，該開(kāi)關(guān)(50)適于在通過(guò)紫外線輻射源(101，……，10n)的電流超過(guò)一個(gè)極限值的情況下切斷對(duì)所述紫外線輻射源的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的模塊，其特征在于所述電流極限值是由一個(gè)溫度極限值確定的，所述模塊包括與所述開(kāi)關(guān)(50)耦合的溫度傳感器(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的模塊，其特征在于所述直流發(fā)電機(jī)(201，……，20n)包括齊納二極管(211，……，21n)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的模塊，其特征在于所述齊納二極管(211，……，21n)適于向雙極晶體管(231，……，23n)的基極(b)施加一個(gè)基本恒定的電壓，而雙極晶體管(231，……，23n)的集電極(c)連接到所述紫外線輻射源(101，……，10n)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的模塊，其特征在于一個(gè)直流發(fā)電機(jī)(20’1，……，20’N)適于給多個(gè)紫外線輻射源供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的模塊，其特征在于所述直流發(fā)電機(jī)(20’1，……，20’N)包括由電流測(cè)量設(shè)備(21’1，……，21’N)控制的所述直流的線性控制設(shè)備(22’1，……，22’N)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的模塊，其特征在于所述線性控制設(shè)備(22’1，……，22’N)適于控制穿過(guò)所述紫外線輻射源的雙極晶體管(Q1，……，QN)的電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的模塊，其特征在于所述直流發(fā)電機(jī)(20”)包括一個(gè)斬波電源(22”)，該斬波電源(22”)由電流測(cè)量設(shè)備(21”)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)的模塊，其特征在于所述紫外線輻射源是UV電致發(fā)光二極管(101，……，10n)。
全文摘要
一種包括至少一個(gè)紫外線輻射源(10
文檔編號(hào)A61L9/20GK1895681SQ20061010623
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者伯特蘭德·普齊納特, 勞倫特·特利爾 申請(qǐng)人:法雷奧熱力系統(tǒng)公司