專利名稱：用于uv-pco空氣凈化器的控制系統(tǒng)的制作方法
用于UV-PCO空氣凈化器的控制系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及空氣凈化系統(tǒng)中紫外光催化氧化(ultraviolet photocatalyticoxidation, UV-PC0)技術(shù)用于空氣純化的應(yīng)用。更確切地，本發(fā)明涉及控
制系統(tǒng)和方法，其用于空氣凈化器系統(tǒng)停用一段時間后第一次打開時協(xié)調(diào)該系統(tǒng)組件的 運行。一些建筑物利用空氣凈化系統(tǒng)從空氣源除去空氣傳播的物質(zhì)，如苯、甲醛和 其它污染物。這些凈化系統(tǒng)的一些包括利用含有光催化劑的基底或濾筒的光催化反應(yīng) 器。當(dāng)被置于適當(dāng)?shù)墓庠聪聲r(典型地為紫外線光源)，所述光催化劑與氧氣和空氣傳 播的水分子發(fā)生相互作用，以形成活性氧化物種如羥基自由基(hydroxyl radicals)。所 述羥基自由基然后進(jìn)攻污染物并引發(fā)氧化反應(yīng)，所述氧化反應(yīng)將污染物轉(zhuǎn)化為低有害化 合物如水和二氧化碳。進(jìn)一步地認(rèn)為氧、水蒸汽、適合能量的光子以及光催化劑的組合 也產(chǎn)生活性氧化劑如過氧化氫。[W.Kubo 和 T.Tatsuma，Analytical Sciences, Vol.20, 591-93(2004)]οUV-PCO空氣凈化系統(tǒng)是具有吸引力的，因為它們將揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds，VOC)轉(zhuǎn)化為無害化合物。通過UV-PCO方法，最普通種類的
VOC(其為純烴)被轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳。典型的UV-PCO運行包括空氣凈化器周期性 的而不是連續(xù)性的運行。所述空氣凈化器可以通過定時器或通過來自HVAC系統(tǒng)的控制 信號打開。典型地，當(dāng)UV-PCO空氣凈化器被打開時，所述光催化反應(yīng)器開始清潔被污 染的空氣的流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識UV-PCO空氣凈化器在其打開前可能已經(jīng)關(guān)閉了相當(dāng) 長的一段時間。在這段關(guān)閉時間期間，在反應(yīng)器的光催化劑表面上，或者在上游過濾器 上可能發(fā)生揮發(fā)性有機化合物的顯著吸附。揮發(fā)性有機化合物的濃度可能過分地高。如 果在光催化反應(yīng)器的紫外線源打開時揮發(fā)性有機化合物的該濃度存在，則在催化劑表面 上發(fā)生的反應(yīng)可導(dǎo)致不完全的氧化或者導(dǎo)致高分子量化合物的產(chǎn)生，這些高分子量化合 物牢固地吸附在光催化劑表面上并且阻止其它物種到達(dá)光催化劑。結(jié)果，光催化劑可能 遭受活性損失，并且空氣凈化器將遭受降低的效力。在一個實施方案中，光催化反應(yīng)器的運行與風(fēng)扇和照射催化劑的紫外線燈相協(xié) 調(diào)，所述風(fēng)扇用于移動空氣通過所述空氣凈化系統(tǒng)。當(dāng)所述空氣凈化系統(tǒng)在一段停用期 后接到命令開始運行時，控制器協(xié)調(diào)風(fēng)扇和光催化反應(yīng)器的運行，從而所述風(fēng)扇在所述 光催化反應(yīng)器被激活前運行一段時間。在另一實施方案中，在最小的清潔空氣流動下打開紫外線源，以快速除去烴如 甲苯、二甲苯和乙苯。在兩個實施方案中，在停用期間吸附的污染物，在所述光催化劑 開始將空氣流中的揮發(fā)性有機化合物轉(zhuǎn)化成無害產(chǎn)物之前被從系統(tǒng)中除去。


唯一的附圖是示意性地示出光催化空氣凈化裝置的框圖。
具體實施例方式附圖為空氣凈化器系統(tǒng)10的示意圖，其采用紫外光催化氧化(UV-PCO)除去 來自空氣的污染物?？諝鈨艋飨到y(tǒng)包括入口 12、出口 14、預(yù)濾器16、光催化反應(yīng)器 18 (其包括基底20、光催化涂層22和紫外線源24)、風(fēng)扇26以及控制器28?？諝饬鰽經(jīng)過預(yù)濾器16，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器18和風(fēng)扇26到達(dá)出口 14。預(yù) 濾器16在它們到達(dá)光催化反應(yīng)器18之前將灰塵和顆粒從空氣流A中除去。預(yù)濾器16可 以包含碳過濾器以從空氣流A中除去VOC如揮發(fā)性含硅化合物(VSCC)。當(dāng)空氣流A經(jīng)過光催化反應(yīng)器18時，其與光催化涂層22發(fā)生接觸。在附圖中， 基底20被示意性地圖示為平板。實際上，基底20可以采取許多不同的形式，其可以構(gòu) 造為使光催化涂層22位于其上的表面積最大化(并從而使其中光催化涂層22和空氣流A 之間能夠發(fā)生接觸的表面積最大化)。一個例子是蜂窩結(jié)構(gòu)，在其上沉積光催化涂層22 并且空氣流A通過它。來自紫外線源24的紫外線輻射被引導(dǎo)向光催化劑涂層22并被光催化劑涂層22 吸收。紫外線輻射使光催化劑涂層22與空氣傳播的水分子發(fā)生相互作用以產(chǎn)生活性物種 如輕基自由基、過氧化S、過氧化S自由基(hydrogen peroxideradicals)禾口超氧離子(super oxide ions)。這些活性物種與空氣流A中的VOC相互作用以將VOC轉(zhuǎn)化成無害的副產(chǎn) 物如二氧化碳和水。因此，當(dāng)空氣流A通過出口 14離開系統(tǒng)10時，與它通過入口 12進(jìn) 入系統(tǒng)10時所含的相比，空氣流A包含較少的污染物?？刂破?8協(xié)調(diào)再生模式(regeneration mode)和光催化反應(yīng)器18的運行。系統(tǒng) 10典型地間歇或周期性地運行，而不是在連續(xù)基礎(chǔ)上運行?？刂破?8，其可以例如是基 于微處理器的控制器，可以從HVAC系統(tǒng)接收命令以啟動空氣凈化器系統(tǒng)10的運行?；?者，可以對控制器28編程以基于存儲的運行安排或者基于傳感的參數(shù)啟動和終止系統(tǒng)10 的運行。當(dāng)系統(tǒng)10通過控制器28接收的外部命令或作為控制器28做出的決定的結(jié)果而 被開啟時，在空氣被凈化或清潔之前運行再生模式一段時間。根據(jù)存在的污染物的種類 可以使用不同的再生模式。例如，只含有氫、碳和氧原子的化合物通常僅引起可逆的損 害。示例化合物包括烴如甲苯、二甲苯和乙苯。另一方面，含有雜原子如硅、氮、磷和 /或硫的揮發(fā)性或者半揮發(fā)性有機化合物可以導(dǎo)致不可逆的鈍化作用。在一個實施方案中，再生模式使用風(fēng)扇26以再生系統(tǒng)10中的表面。風(fēng)扇26使 氣流從入口 12經(jīng)過系統(tǒng)10到達(dá)出口 14。該氣流使得可能在系統(tǒng)10關(guān)閉期間被吸附的 VOC濃度在紫外線源24打開前和在光催化劑涂層22開始將VOC轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物之前移 動通過系統(tǒng)10。如果當(dāng)系統(tǒng)10啟動時立即打開紫外線源24，則在系統(tǒng)10停用期間可能已經(jīng)積聚 在預(yù)濾器16或光催化劑涂層22上的VOC濃度可能不利地影響系統(tǒng)10的運行。高濃度 的VOC可導(dǎo)致不完全的氧化或高分子量化合物的產(chǎn)生，這導(dǎo)致光催化劑22具有降低的光 催化活性。
在紫外線源24打開之前風(fēng)扇26運行的時間可以為控制器28內(nèi)部的編程的時 間。典型性的時間量可以是例如約5分鐘 約10分鐘?？刂破?8可以包括實時時鐘或其它定時器電路來決定系統(tǒng)10在接收到命令啟動 之前停用多長時間。如果停用期相對短，可以減少風(fēng)扇26和紫外線源24運行之間的時 間延遲，或者在一些情況下可以取消。因此，可以取決于停用期(在該停用期期間VOC 被允許在系統(tǒng)10中積聚)控制風(fēng)扇26移動空氣經(jīng)過預(yù)濾器16和光催化反應(yīng)器18所需的 時間量。當(dāng)高濃度的VOC被吸附在光催化劑涂層22上時，通過不打開紫外線源24，顯 著地減少了光催化劑涂層22的鈍化作用。風(fēng)扇26和紫外線源24運行之間的時間延遲在 從系統(tǒng)10從環(huán)境空氣中除去污染物的能力方面并不顯著地影響系統(tǒng)10的整個運行。在另一實施方案中，當(dāng)存在引起對光催化劑涂層22的可逆損壞的化合物時，再 生模式使用紫外線源24再生光催化劑涂層22。例如，當(dāng)光催化劑涂層22已經(jīng)暴露于高 濃度的烴(HC)時，所述烴占據(jù)一些或全部的催化劑活性位點，而僅用清潔的空氣吹掃并 不能將其有效和快速地從表面上除去。紫外光和最小的清潔空氣流動將這些污染物從光 催化劑涂層22除去。高濃度的烴的例子包括當(dāng)總烴濃度為每十億份100份或更高時，或者當(dāng)特定 烴的濃度(例如甲苯濃度)為每十億份50份或更高時。示例烴包括能夠化學(xué)吸附 (chemisorbing)到系統(tǒng)10的表面上的烴，如甲苯、二甲苯和乙苯。所述最小的清潔空氣流動是由紫外線源24局部加熱空氣引起的通過系統(tǒng)10的伴 隨的或天然的空氣流動，并且所述清潔空氣可以與在系統(tǒng)10運行期間流過系統(tǒng)10的空氣 來自相同來源。在流過系統(tǒng)10后，可以將所述清潔空氣引導(dǎo)給建筑物空氣源或者可以通 過排氣口排到外面。在被污染的空氣被許可進(jìn)入反應(yīng)器18中之前，紫外線源24伴隨最小的清潔空氣 流動運行的時間可以為控制器28內(nèi)的經(jīng)編程的時間。典型的時間量可以是，例如約2至 約8小時?？諝鈨艋到y(tǒng)10也可以包括烴(HC)測量裝置30，其位于光催化反應(yīng)器18的上 游，例如位于入口 12。HC測量設(shè)備30測量空氣流A的烴濃度。HC測量設(shè)備30可以 測量空氣流A的總的烴濃度，空氣流A的特定的烴濃度，如甲苯濃度，或它們的任意組 合。HC測量設(shè)備30可以利用重量、熱、電阻、電子、磁、光解、光學(xué)或相關(guān)的傳感策 略，或它們的任意組合，作為測量烴濃度的手段。HC測量設(shè)備30可以發(fā)送信號S(其 表示所測量的烴濃度)到控制器28從而決定在長期的停用期后系統(tǒng)10適當(dāng)?shù)倪\行程序。 例如，當(dāng)HC測量設(shè)備30測量到總烴濃度為每十億份100份或更高時，或者當(dāng)HC測量設(shè) 備30測量到特定烴濃度例如甲苯濃度為每十億份50份或更高時，所 述控制器可以僅啟動 再生模式。使用的再生模式基于安裝所述系統(tǒng)的環(huán)境。一些環(huán)境可能需要使用多個再生模 式。例如，在一個系統(tǒng)中，每天實施通過運行風(fēng)扇從而除去VOC實施的再生模式，而在 周末實施通過使用紫外光源從而除去烴實施的再生模式。在另一實例中，在系統(tǒng)中連續(xù) 地實施兩個不同的再生方式，例如通過除去VOC再生表面，接著通過除去烴再生系統(tǒng)中 相同或者不同的表面。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選 實施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到不背 離本發(fā)明的主旨和范圍可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.空氣凈化系統(tǒng)，包括 入口 ；出口 ；用于從空氣中除去揮發(fā)性有機化合物(VOC)的光催化反應(yīng)器；和 控制器，其用于協(xié)調(diào)所述系統(tǒng)的運行，從而當(dāng)所述系統(tǒng)開始運行時，所述控制器使 所述系統(tǒng)以再生模式運行一段時間，以在所述控制器通過激活所述光催化反應(yīng)器啟動正 常運行模式以清潔所述空氣之前，除去在所述系統(tǒng)未運行期間吸附的污染物。
2.權(quán)利要求1的空氣凈化系統(tǒng)，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，其用于在所述再生模式期間使空氣 通過所述入口進(jìn)入所述系統(tǒng)，移動通過所述光催化反應(yīng)器，并且通過所述出口離開所述 系統(tǒng)。
3.權(quán)利要求2的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述一段時間為約5分鐘至約10分鐘。
4.權(quán)利要求2的空氣凈化系統(tǒng)，其中在所述再生模式期間，所述控制器使所述風(fēng)扇運 行取決于所述風(fēng)扇開始運行之前所述光催化反應(yīng)器停用持續(xù)時間的一段時間。
5.權(quán)利要求1的空氣凈化系統(tǒng)，其中在所述再生模式期間，所述控制器使紫外線源從 所述空氣凈化系統(tǒng)的表面除去烴。
6.權(quán)利要求5的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述一段時間為約2小時至約8小時。
7.權(quán)利要求5的凈化系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于測量烴濃度的烴測量設(shè)備，并且其中所述 控制器根據(jù)所述烴濃度協(xié)調(diào)所述再生模式和所述正常運行模式的運行。
8.權(quán)利要求7的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述烴濃度為總的烴濃度，并且其中當(dāng)該總的烴 濃度為每十億份約100份或更高時，所述控制器使所述系統(tǒng)以再生模式運行。
9.權(quán)利要求7的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述烴濃度為特定烴的濃度，并且其中當(dāng)所述特 定烴的濃度為每十億份約50份或更高時，所述控制器使所述系統(tǒng)以再生模式運行。
10.權(quán)利要求9的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述特定烴能夠化學(xué)吸附在所述空氣凈化系統(tǒng) 的表面上。
11.權(quán)利要求9的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述特定烴選自由甲苯、二甲苯和乙苯組成的組。
12.從空氣中除去揮發(fā)性有機化合物(VOC)的方法，所述方法包括在初始時間段再生空氣凈化系統(tǒng)的表面，以驅(qū)散在光催化反應(yīng)器未運行期間積聚的 污染物；和在該初始時間段后激活所述光催化反應(yīng)器。
13.權(quán)利要求12的方法，其中再生表面包括在初始時間段引導(dǎo)空氣通過所述光催化反 應(yīng)器以驅(qū)散VOC。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述初始時間段為約5 約10分鐘。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述初始時間段取決于所述光催化反應(yīng)器停用持續(xù)時間。
16.權(quán)利要求12的方法，其中再生所述表面包括將所述表面暴露于紫外光，并引導(dǎo)清 潔空氣通過所述光催化反應(yīng)器一段時間以驅(qū)散烴。
17.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括 測量總的烴濃度；和當(dāng)測量的總的烴濃度為每十億份大約100份或更高時再生所述表面。
18.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括測量特定的烴的濃度；和當(dāng)測量的特定的烴的濃度為每十億份大約50份或更高時再生所述表面。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述特定的烴的濃度為能夠化學(xué)吸附在所述空氣凈化系 統(tǒng)的表面上的烴的濃度。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述烴選自由甲苯、二甲苯和乙苯組成的組。
21.空氣凈化系統(tǒng)，其包括入口 ；出口 ；用于從空氣中除去揮發(fā)性有機化合物(VOC)的光催化反應(yīng)器；用于從所述空氣中除去顆粒的預(yù)濾器，所述預(yù)濾器位于所述光催化反應(yīng)器上游的位 置；和控制器，其用于協(xié)調(diào)所述系統(tǒng)的運行，從而當(dāng)所述系統(tǒng)開始運行時，所述控制器使 所述系統(tǒng)以再生模式運行一段時間，以在所述控制器通過激活所述光催化反應(yīng)器啟動正 常運行模式以清潔空氣之前，除去在所述系統(tǒng)的未運行期間吸附的污染物。
22.權(quán)利要求21的空氣凈化系統(tǒng)，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，其用于在再生模式期間使空氣通 過所述入口進(jìn)入所述系統(tǒng)，移動通過所述光催化反應(yīng)器，并且通過所述出口離開所述系 統(tǒng)。
23.權(quán)利要求22的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述一段時間為約5分鐘至約10分鐘。
24.權(quán)利要求23的空氣凈化系統(tǒng)，其中在所述再生模式期間，所述控制器使所述風(fēng)扇 運行取決于所述風(fēng)扇開始運行之前所述光催化反應(yīng)器停用持續(xù)時間的一段時間。
25.權(quán)利要求21的空氣凈化系 統(tǒng)，其中在所述再生模式期間所述控制器使紫外線源運 行以從所述空氣凈化系統(tǒng)的表面除去烴(HC)。
26.權(quán)利要求25的空氣凈化系統(tǒng)，其中所述一段時間為約2小時至約8小時。
全文摘要
紫外線光催化氧化(UV-PCO)空氣凈化系統(tǒng)(10)包括控制器(28)，其協(xié)調(diào)從空氣中除去揮發(fā)性有機化合物的光催化反應(yīng)器(18)的運行和除去吸附在UV-PCO系統(tǒng)(10)中的污染物的再生模式?？刂破?28)協(xié)調(diào)再生模式和光催化反應(yīng)器(18)的運行，從而當(dāng)打開空氣凈化系統(tǒng)(10)時，所述再生模式在光催化反應(yīng)器(18)被激活前開始運行。再生模式的初始運行使得吸附在UV-PCO系統(tǒng)(10)中的污染物能夠在控制器(28)通過激活光催化反應(yīng)器(18)開始正常運行模式以清潔空氣之前被除去。
文檔編號A62B7/08GK102026686SQ200880126030
公開日2011年4月20日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者C·蒂鮑德基, N·O·倫科夫, 蘭 德 斯 S·D·布, S·O·海, T·N·奧比 申請人:開利公司