用于流體的光催化處理的裝置的制作方法

專利名稱：用于流體的光催化處理的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于流體的光催化處理裝置的領域，例如用于對諸如空氣的氣體進行清潔、除臭和滅菌的裝置。
背景技術：
已經公開過或者可以從市場上買到許多空氣凈化系統，這些空氣凈化系統的目的 在于從空氣中除去各種污染物，例如塵土、細小顆粒物、有害氣體、過敏原和病原微生物。在 已知的系統中，塵土和其他細小顆粒物通常利用過濾器從空氣中除去。已經知道通過利用 催化過程除去某些揮發性和反應性分子。還公開過利用紫外光照射使某些微生物失去活 性。已經知道結合使用紫外光和光催化過程以加速降解有害顆粒物和破壞微生物。在許多專利申請中，例如US 5，670，126、US 6，558，639、US2002/094298、US 6, 358, 374,US 2004/007453、JP 11226357,W002/085989 以及 FR 2821558 公開了在用于對 空氣進行除臭和凈化的裝置中使用光催化劑。用在這些已知系統中的最常用的光催化化合 物是二氧化鈦，原因是用紫外輻射照射時二氧化鈦具有極好的光催化活性，并且它對人體 組織無害。光催化劑通常與粘結劑結合以形成光催化涂料。方便使用、很好地粘附在許多表 面上并且可以施加于不能承受高溫的物品上的光催化材料公開在WO 2006/010993中，該 專利通過引用結合于此。在W02006/010993中公開的光催化材料包括無機粘結劑、極性稀 釋劑以及元機半導體顆粒物，該無機粘結劑包括紫外光可透過的聚合物分子，特別是丙烯 酸分子，該無機半導體顆粒物例如是硫化鎘、硫化鋅或二氧化鈦。在已知的系統中，光催化材料通常涂覆在用紫外光源照射的空氣凈化系統的過濾 元件或其他表面上，該紫外光源通常是紫外燈。例如，EP 0978690和WO 96/37281公開一 種系統，在該系統中空氣穿過空氣可透過的片材，該片材承載光催化材料并設置在紫外光 源的附近。就除去某些空氣傳播的污染物、過敏原和病原體而論，這種系統通常只提供有限 的空氣清潔性能。具有改進的空氣清潔性能的系統被WO 2007/060520公開，在該系統中光催化材 料涂覆在包含UV燈的管形空氣導管的內側表面上。多個間隔開的葉片設置在該空氣導管 的內側表面上，以便增加在空氣導管中的光催化材料的表面積，并且形成通過該導管的空
氣紊流。EP 0470518公開一種構造成用于分解有機物質的系統，在該系統中流體通過包含 紫外浸入燈的不銹鋼反應容器。根據EP 0470518，擋板設置在不銹鋼管的內表面上，以在該 反應容器內表面上的液體流中引起紊流。然而這些已知的系統的確存在許多缺點。例如，已知的系統通常比較復雜并且制 造和/或保養成本高。而且，已知的系統或者不能有效地處理通過裝置的所有空氣，和/或 對通過的空氣引起過大的阻力，其結果是增大噪聲并且對于給定的空氣流量需要采用功率 更大的風扇。
目前還仍然需要可靠地并有效地除去、破壞空氣傳播的污染物、過敏原和病原體 或使它們失去活性的空氣凈化系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于流體的光催化處理的裝置，該裝置能可靠的、有效 地處理并且制造成本低。有利的是提供一種反應器單元，該反應器單元能對空氣進行可靠和有效地清潔、 除臭和滅菌，并且制造成本低。有利的是提供一種用于流體的光催化處理的設備，該設備對于給定的被處理流體 的流量具有低的壓力損失。有利的是提供一種用于流體的光催化處理的設備，該設備發出的噪聲小。有利的是提供一種用于流體的光催化處理的設備，該設備容易使用并且是通用 的。有利的是提供一種用于流體的光催化處理的設備，該設備制造、保養和使用成本 低。有利的是提供一種能夠方便并且有效地用于光催化處理大量流體的設備。本發明的目的通過根據權利要求1的反應器單元來實現。這里所公開的是一種用于流體的光催化處理的反應器單元，包括催化劑裝置；和 接納在催化劑裝置的中心部分中的輻射源，所述催化劑裝置包括催化材料承載件和涂覆在 承載件的內表面的至少一部分上的光催化材料，所述承載件具有限定流體流動通道的大致 管形形狀，所述流體流動通道圍繞并沿著流體流動路徑延伸。所述催化材料承載件包括壁 部分和多個從壁部分的內表面延伸到鄰近輻射源的末端的錐形突起，所述錐形突起圍繞輻 射源并且沿著流體流動通道設置。正如在本申請中所用的，術語“鄰近”是指在0(即接觸)到小于輻射源表面與催 化劑裝置壁部分的內表面的分開距離的50%的距離的范圍。錐形突起的末端可以設置在 在0(即接觸輻射源的表面)到小于50%，優選小于30%的輻射源表面與催化劑裝置壁部 分的內表面的分開距離的范圍內的位置處。例如，一個或多個錐形突起末端的頂點可以設 置在距輻射源的外表面0到20mm，優選0到10mm，更優選2到5mm的范圍內的距離處。有利地，提供具有從催化材料承載件的壁部分延伸到鄰近輻射源的末端的多個錐 形突起的管形催化材料承載件不僅在反應器單元內提供顯著增加的光催化材料的表面積， 而且也增加催化劑裝置的被涂覆的內表面的比例，該涂覆的內表面暴露在來自輻射源的直 射紫外光。圍繞大致管形承載件的內周邊并且沿著流體總體流動方向的長度設置的多個錐 形突起還提供流體流動的多個曲折路徑，因此增加與光催化材料接觸的流體量。而且，在反 應器單元內延伸到鄰近輻射源的末端的多個錐形突起的布置形成一定量的紊流，以進一步 增加流過反應器單元的空氣與光催化材料的接觸，同時對流過系統的空氣保持低壓力損失 (低阻力)。優選地，錐形突起從催化材料承載件的壁部分朝著輻射源基本上垂直地延伸。有利地，使錐形突起在反應器內圍繞反應器的內表面朝著輻射源的中心軸線基本垂直地延伸能夠使催化材料承載件上的光催化材料的表面積最大化，該表面積暴露于來自 輻射源的直射紫外輻射。優選地，多個錐形突起可以圍繞催化材料承載件的內表面以連續行的方式設置， 每行相對于前一行偏移一定的角度。這樣，錐形突起的這種階梯式(角度偏移)設置有利 地提供流過反應器單元的空氣的有效混合。有利地，錐形突起的平均高度對最大基部直徑的比為6 1到1 1，優選為4 1 到2 1。以這種方式，可以優化催化材料承載件的表面積和輻射源與光催化材料之間的距 離，用于有效的和可靠的處理。
錐形突起的基部可以具有任何合適的截面形狀，例如圓形、卵形、六邊形、八邊形、 長菱形或三角形。為了使暴露于直射UV光輻射的光催化材料的表面積最大化，錐形突起優 選具有帶扁平或圓形表面的外形。有利地錐形突起可以具有圓錐形式。有利地，根據本發明的反應器單元的形式允許高空氣流量，例如，20到100M3/h，同 時保持低壓力損失，例如小于300Pa。根據本發明的具體特征，催化材料承載件用單片柔性材料形成。錐形突起用柔性 片材一體地形成，并且折疊該片材以形成管形形狀。催化材料承載件有利地用柔性塑料片形成，例如聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯 乙烯、聚乙稀、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯，但是也可以用金屬(例如鋼、 鋁)片材或礦物片材、植物片材和塑料纖維片材形成。有利地，例如錐形部分可以通過模制 或熱成型由柔性塑料片材容易并且經濟地一體形成。因此，生產催化劑裝置不需要復雜的 工具和工藝。有利地，光催化材料可以在催化材料承載件被折疊形成管子之前施加于催化材料 承載件。例如，光催化材料可以在折疊承載件以形成管子之前涂刷或噴射在催化材料承載 件片材的表面上。有利地，光催化材料可以通過機械噴射系統基本上僅僅噴射到照射區域 而噴射在催化材料承載件片材上，因此減少浪費。噴射系統可以自動噴射系統，使得光催化 材料施加于反應器單元非常簡單并且經濟。光催化材料可以是已知的光催化材料。有利地，光催化材料可以包括無機粘結劑、 極性稀釋劑以及無機半導體顆粒物，該無機粘結劑包括能透過紫外光的聚合物分子，無機 半導體顆粒物的重量比稀釋劑和粘結劑兩者的重量少二至二十倍。無機半導體顆粒物例 如是例如硫化鎘、硫化鋅和/或二氧化鈦。優選地，光催化材料包括二氧化鈦。聚合物的 分子可以包括丙烯酸分子。有利地，可以用如WO 2007/060520中所公開的光催化凝膠，WO 2007/060520通過引用結合于此。這里還公開用于流體的光催化處理的反應器單元，例如，用于對空氣進行清潔和 除臭的反應器單元，該反應器單元包括催化劑裝置，該催化劑裝置包括具有形成空氣導管 的大致管形形狀的催化材料承載件和涂覆在承載件內表面的至少一部分上的光催化材料； 具有管形主體的殼體，該主體具有用于接納催化劑裝置的空腔；接納在該催化劑裝置中心 部分的輻射源；空氣進口組件；空氣出口組件；以及安裝在流體進口組件和空氣出口組件 至少其中之一的過濾器，該過濾器包括具有流體凈化活性的一種或多種金屬成分。該金屬可以是具有殺菌活性的金屬，例如銅、銀或鋅，或具有用于將有害化學物質 轉換成對人體組織無害的化合物的活性的反應性金屬，例如，這種金屬能夠用于將一氧化碳轉換成二氧化碳，例如是金、鉬、鈀、銠或鋯。有利地，過濾器可以具有例如用塑料或金屬材料形成的泡沫形式，其上涂覆有具有空氣凈化活性的一種或多種金屬成分。過濾器成分可以有利地進一步增強反應器單元的流體凈化性能，例如，關于諸如 細菌的某種病原體和關于除去諸如一氧化碳的某些有害化合物。這里還公開一種用于流體的催化處理的反應器單元，例如，用于對空氣進行清潔 和除臭的反應器單元，該反應器單元包括催化劑裝置、接納在該催化劑裝置中心部分的輻 射源、流體進口組件和流體出口組件，該催化劑裝置包括催化材料承載件和涂覆在催化材 料承載件內表面的至少一部分上光催化材料，該催化材料承載件具有形成空氣導管的大致 管形的形狀，其中該流體進口組件和流體出口組件至少其中之一包括具有多個流體流動通 道的輻照擋板。該輻照擋板可以有利地包括多個同心的S形的葉片，該葉片從進口和/或出口組 件的軸向內表面延伸到其外表面。該輻照擋板用來防止由輻射源發射的紫外光在反應器單元的流體進口組件和流 體出口組件的外部可見。有利地，輻照擋板有效地減小或消除由輻射源發射的紫外光直接 輻射到反應器的外面。因此反應器單元可以用在任何環境種而不需要附加的罩或外殼，使 反應器單元容易并安全使用。本發明的目的還通過根據權利22的用于對空氣進行清潔和除臭的設備來實現。提供一種用于流體的光催化處理的設備，例如用于對空氣進行清潔和除臭的設 備，該設備包括這里公開的反應器單元和該反應器單元可拆卸地與其連接的驅動單元。該 驅動單元包括用于為輻射源提供電能的電源和用于推進或拉動流體通過反應器單元的流 體流動系統。有利地，反應器單元和驅動單元之間的電連接由驅動單元和反應器單元上的補充 的直角回轉型電連接器提供。因此反應器單元可以容易并方便地連接于驅動單元以及從其拆卸，使得它們在設 備的壽命期間可以容易并方便地更換。利用反應器單元上的直角回轉型連接器能夠簡單并 容易將反應器單元連接于流體凈化系統。還公開一種用于對大量氣態流體進行清潔并除臭的設備，該設備包括在單個單元 或殼體中組合在一起的多個反應器單元。有利地，根據本發明的反應器單元和設備提供有效的并且效率高的流體的光催化 處理，例如空氣的清潔和除臭。有利地，反應器單元的所有部件可以簡單地經濟地制造意味著反應器單元可以容 易地并經濟地更換。容易并經濟地更換反應器單元的能力能夠使設備具有很長的工作壽 命，同時以經濟的方式確保連續有效的清潔和除臭性能。反應器單元的緊湊和模塊化性質使它能夠根據要被處理的流體量容易結合到具 有單個反應器單元或具有多個反應器單元的流體處理設備中。反應器單元可以在各種環境 (例如家庭、辦公室、工廠和醫院)中有利地用于空氣的凈化處理。反應器單元的特別緊湊 的設置和高效并且有效的運行以及它的輕量化還使它能夠有利地用在飛機和汽車中，用于 對空氣進行清潔、消毒和除臭。
反應器單元還可以在各種工業應用中用于光催化處理許多其他氣體或氣體混合 物，例如，用于食品和飲料行業的氮氣或二氧化碳凈化、廢水廢氣的除臭、電子和醫藥無塵 間的超凈空氣處理。


從權利要求和結合附圖對本發明的實施例的詳細描述中本發明的其他目的和有 利方面將是很清楚的，其中圖1是根據本發明實施例的用于氣態流體的光催化處理的反應器單元的剖 視圖；圖2是根據本發明實施例的用于氣態流體的光催化處理的反應器單元的透視分 解圖；圖3a是根據本發明實施例的催化劑裝置的透視圖；圖3b是根據本發明上述實施例的催化劑裝置的剖視圖；圖3c是根據本發明另一實施例的催化劑裝置的剖視圖；圖4a是根據本發明實施例的由柔性片材形成的催化材料承載件在未折疊狀態的 透視圖；圖4b是圖4a所示的催化材料承載件的一部分的詳細透視圖；圖5是根據本發明實施例的錐形突起的示意圖；圖6a是根據本發明的輻照擋板的示意圖；圖6b是根據本發明的輻照擋板的剖切透視圖；圖7a是根據本發明實施例的反應器和連接器元件的透視圖；圖7b是根據本發明實施例的反應器元件的透視圖；圖8a至8c是根據本發明又一些實施例的用于氣態流體的光催化處理設備的透視 圖。
具體實施例方式參考附圖，特別是圖1和圖2，根據本發明的用于氣態流體的光催化處理的反應器 單元1包括殼體2、可拆卸地安裝在殼體中的催化劑裝置4、居中地接納在該催化劑裝置中 的紫外輻射源、流體進口組件10和流體出口組件20。應當理解，根據流體流過反應器單元 的方向，流體進口組件和流體出口組件可以顛倒。催化劑裝置4包括催化材料承載件6，該催化材料承載件6具有形成流體流動通道 的管形形狀，該流體流動通道圍繞并沿著流體流動路徑延伸。在所示的實施例中，催化劑材 料承載件和殼體具有大致圓筒形的形狀。但是，根據紫外輻射源的設置和其上的UV輻照的 突出情況，催化材料承載件和殼體可以具有任何其他管形輪廓，例如橢圓形或多邊形。催化 劑裝置的管形形狀優選沿著所示實施例中所示的大體線性的總體流體流動方向F延伸，但 是也可以以大致彎曲或非線性方式延伸。在圖1和圖2所示的實施例中，流體進口組件和流體出口組件包括相同功能的單 元輻照擋板12、金屬過濾器18和過濾器承載件24。該流體出口單元20還包括可以用作 印刷電路承載件(print support)的蓋件26。參考圖1、圖3a_3c，催化材料承載件6包括壁部分7和多個錐形突起8。該錐形突起在催化材料承載件的壁部分的內表面21上具有基部5和靠近輻射源30的末端3。輻射源優選沿著催化劑裝置的中心軸線設置。紫外輻射源適宜地可以是一個或多個UV燈，例如低壓或中壓水銀燈、白熾燈或熒光燈。它可以具有圓柱形形狀、氣泡形狀或任 何其他形狀。適宜地，輻射源可以是一個或多個單管UV燈或多管UV燈。在所示的實施例 中，輻射源是雙管UV燈，該燈對于比較短的輻射源的長度具有提供高水平UV照射的優點， 并且能夠用于單點電連接。有利地，紫外輻射源產生波長在180和420nm之間的光，優選在240和390nm之 間，例如250nm至260nm。優選地，紫外輻射源產生波長為254nm的光。已經發現利用波長 為254nm的紫外光能夠提供特別有效的殺菌和光催化活性性能。利用具有254nm波長的紫 外光有利地能夠避免臭氧的產生。錐形突起的末端可以設置在0(接觸輻射源的表面)到小于50% (優選小于30%) 的輻射源30的表面31和催化劑裝置壁部分的內表面21的分開距離的距離范圍內的位置。 該錐形突起的末端從催化材料承載件7的內表面延伸到靠近或接觸該輻射源30的位置。一 些或所有錐形突起的末端可以鄰接輻射源的外表面。例如，一個或多個錐形突起末端的頂 點可以設置在距輻射源的外表面0到20mm的范圍內的距離處，優選在0到IOmm的范圍內， 更優選在2到5mm的范圍內。提供從催化劑裝置的內壁延伸到靠近或接觸輻射源的位置的 錐形部分有利地用來提供流動通過反應器單元的流體的曲折的非直線的流動路徑，確保流 體的充分混合，并且確保流過反應器單元的所有流體與光催化材料接觸并且暴露于來自輻 射源的UV輻射。優選地，錐形突起從壁部分的內表面21朝著居中地設置在催化劑裝置中的輻射 源30基本垂直地延伸，以便避免或者最小化催化材料承載件的內表面的任何區域被遮擋 而不能直接暴露于來自輻射源的UV輻射。有利地，錐形突起從壁部分朝著輻射源的中心軸 線基本垂直地延伸。以這種方式，直接暴露于來自紫外輻射源的紫外輻射的催化材料承載 件的表面積可以最大。在輻射源為多個UV輻射源(例如，多管紫外燈)形式的情況下，圍 繞催化劑裝置的內表面設置的錐形突起可以指向輻射源設置的中心軸線。圖3b示出根據本發明的實施例的圍繞催化劑裝置4的內表面的圓周的錐形突起8 的一種可能布置。在所示的實施例中，催化材料承載件6構造成沿著催化劑裝置的中心軸 線接納雙管UV燈。在圖3b中，錐形突起8的末端指向催化劑裝置的中心軸線，當雙管UV 燈插入催化劑裝置中時，該催化劑裝置的中心軸線也構成雙管UV燈輻射源的中心軸線。還 可以預期，錐形突起的末端可以指向每個UV管的中心軸線，S卩，如圖3b中的附圖標記32所
示 ο在一個催化劑裝置內的錐形突起例如根據接納在催化劑裝置中的輻射源的形狀 可以具有不同的長度。優選地輻射源和催化材料承載件的內壁部分的被輻照表面之間的距離為20mm到 70mm之間，優選地在30mm到55mm之間，以優化對流過該催化材料承載件的流體的光催化活 性的整體效果。多個錐形突起可以圍繞催化劑裝置的內表面以規則布置的方式設置，例如以一系 列規則間隔的行設置。優選地，錐形突起可以圍繞催化材料承載件的內表面以階梯行的方 式設置，使得圍繞催化劑裝置圓周的每行中的錐形突起不與沿著流體流過反應器單元的方向的相鄰圓周行的錐形突起對齊。換句話說，在沿著流體流動通道的不同位置的錐形突起 圍繞催化材料承載件的內表面以角度偏移的方式設置。根據優選實施例，在一行內的錐形 突起等距離間隔開，并且各行沿著催化劑裝置長度等距離間隔開。優選地，每行錐形突起相 對于相鄰行移動半個階梯，因而，階梯對應于一行中的相鄰突起之間的距離。因此錐形突起 的階梯布置有利地對流過反應器單元的流體提供有效的混合。優選地，錐形突起8具有圓錐形形狀，這有利地使流過反應器單元的流體能夠比較自然地流動，并且因此減少載荷損失。錐形突起的基部5優選具有基本圓形的形狀，用于 能夠容易制造錐形突起。錐形突起基部的其他形狀(例如，卵形、六邊形、八邊形或三角形) 也是能夠預期的。錐形突起的末端可以具有例如尖點的、截頭的或圓形的形狀。錐形突起的末端優 選具有小截面面積，以便是的被突起的末端遮擋的輻射源的表面積最小，因此確保來自輻 射源的最大量輻射到達催化材料承載件的其余表面。優選地錐形突起的平均高度h對平均最大基部直徑d的比為6 1到1 1，優選 為4 1到2 1。在這里，錐形突起的高度從末端的徑向最里面的點到該基部的徑向最外 面的點測量。在這里最大基部直徑被測量為跨過突起的基部截面的最大距離。優選地錐形突起具有1至30°，優選1至15°，例如5至15°的內錐角α。因此， 可以優化催化劑裝置內的突起數量(提供光催化材料的大表面積與由UV輻射源充分直接 照射催化材料承載件的表面這兩者之間的平衡。如圖3c所示，能夠以附加的方式提供從壁部分的內表面21向末端23延伸的一些 另外的突起19，該末端23不靠近輻射源，使得催化裝置的內表面既包括長的突起，又包括 短的突起，考慮到增加被輻照的催化劑表面積并且在突起基部附近增加流體流與催化劑表 面積的接觸。催化材料承載件的內表面的至少一部分用光催化材料涂覆。優選地，基本上被來 自紫外輻射源的紫外光輻照的催化材料承載件的整個內表面用光催化材料涂覆。光催化材料可以是任何已知的光催化材料。優選地，光催化材料包括無機半導體 顆粒物，特別地，硫化鎘、硫化鋅和/或銳鈦結晶形式的二氧化鈦。考慮到在紫外光的情況 下的有效催化活性、穩定性和對人體組織無害，優選地，光催化材料包括二氧化鈦。在本發明的具體實施例中，光催化材料包括具有能透過紫外光的聚合物分子的無 機粘結劑、極性稀釋劑以及無機半導體顆粒物。無機半導體顆粒物的重量比稀釋劑和粘結 劑兩者的重量少二至二十倍(是后者的三分之一到二十一分之一)。該聚合物分子優選包 括丙烯酸分子。有利地，可以用如WO 2007/060520中所公開的光催化凝膠。這種光催化凝 膠材料對許多類型的材料具有很好的粘性，并且有利地可以在空氣中干燥，而不需要高溫 處理，因此允許涂覆諸如塑料的不能承受高溫的材料。光催化材料施加在光催化材料承載件的內表面上，以便利用其光催化性質處理氣 體，例如對空氣進行清潔和除臭。為了容易施加于催化材料承載件上，有利地光催化材料可 以是液體或凝膠形式。通過將凝膠或液體噴射或涂刷在承載件的表面上，或將承載件浸入 包含光催化材料的容器中，光催化材料可以方便地施加于催化材料承載件。催化材料承載件有利地用塑料形成，該塑料例如為聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯 乙烯、聚乙稀、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯。催化材料承載件的錐形部分和壁部分可以例如通過注射成形或擠壓成形分開制造，并且粘結、焊接、膠接或以其他方式固定在一起，但是優選地錐形突起與壁部分一體形成。特別參考圖4a，根據本發明的具體特征，催化材料承載件6可以用單個柔性片材 形成。錐形突起通過熱成型或模鑄或通過其他常用的方法用柔性塑料片材能夠容易并 經濟地一體形成。柔性塑料可以是例如聚苯乙烯、聚氯乙稀、丙稀腈苯乙烯、聚乙稀、聚對 苯二甲酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯。具有一體地形成的錐形突起的柔性片材然后被彎曲成管形形狀，并且可以沿著其 接縫焊接、卷邊、粘接或通過機械夾緊裝置保持在一起以形成管子，或簡單地保持在外承載 件管中而不必沿著其接縫保持在一起。該片材可以設有凹槽或凹洞9，如圖4b所示，這容易 將片材彎曲成管形形狀，并且改進管形形狀的可再現能力。優選用單個片材形成催化裝置，但是在本發明的范圍內，也能夠用彼此焊接、粘接 或通過機械方法(例如鉚接或夾緊)沿著其邊緣固定在一起的兩個或更多個片材形成催化 裝置。兩個或更多個片材也能夠組裝在反應器單元的管形殼體中而不是粘結在一起，該管 形殼體定位并支撐件片材使得它們圍繞輻射源共同形成管子。有利地，光催化材料可以在承載件被折疊以形成管子之前施加于催化材料承載件 上。例如光催化材料可以在催化材料承載件片材被折疊以形成管子之前涂刷或噴射在催化 材料承載件片材上。有利地，光催化材料可以用機械噴射系統(例如自動噴射系統)噴射 在催化材料承載件片材上，使得光催化材料非常簡單和經濟地施加在反應器單元上。在催化材料承載件用單個柔性片材制造的情況下，錐形突起應當間隔足夠遠，以 使片材能夠彎曲以形成管子。需要的間隔(在許多因素中)取決于催化劑裝置的直徑和突 起的相對尺寸。在錐形突起用諸如熱成型的方法用柔性片材一體地形成的情況下，需要基部突起 包圍足夠量的塑料，以能夠形成錐形突起。優選地，突起的平均高度h對平均最大基部直徑 的比為4 1至2 1。根據本發明的催化材料承載件因此能夠做成特別輕量化，同時由于錐形突起的高 活性輻照表面和有效的空氣動力學原因，提供效率非常高的處理。這有利地使根據本發明 的反應器單元能夠用于移動用途，例如飛機或汽車中，或用于輕便的或甚至便攜式的流體 處理設備。反應器單元還可以包括在流體進口組件10和流體出口組件20至少其中之一的輻 照擋板，以便防止從反應器單元的外面看見紫外輻射源。在圖1和圖2所示的實施例中，流體入口組件10和流體出口組件20包括具有多 個流體流動通道的輻照擋板12。參考圖6a和6b，輻照擋板可以有利地包括多個同心的S 形的葉片15。輻照擋板可以設置為單個單元。可選地，輻照擋板可以制造成分離的單元，其然后 可以在流體入口組件和/或流體出口組件中安裝或連接在一起。在所示的實施例中，輻照 擋板由兩個分開的擋板單元13和14構成，所述擋板單元可以用諸如噴射成形的普通方法 例如用塑料簡單并經濟地制造。輻照擋板可以用塑料方便地制造，所述塑料例如為聚乙烯、聚對苯二甲酸丁二酯、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙稀、玻璃纖維礦物質或纖維素型聚合物。有利地，輻照擋板有效地減少或消除由輻射源發射的紫外光直接輻射到反射器單 元的外面。因此，反應器單元可以用于任何環境中而不需要附加的罩或外殼，使反應器單元 容易并且方便使用。在所示的實施例中，在流體進口組件10中的輻照擋板12也用作過濾器，以除去蟲 子、大顆粒物和塵土。可選地，反應器單元可以包括分離的過濾器作為其進口。在圖1和圖2所示的實施例中，流體進口組件10和流體出口組件20包括金屬過 濾器18，以提供進一步改進的流體凈化。過濾器包括具有流體凈化活性的一種或多種金屬成分。該金屬可以是具有滅菌活 性的金屬，例如銅、銀或鋅，或可以是具有用于將有害化學物質轉換成對人體組織無害的化 合物的活性的反應性金屬，例如，該反應性金屬能夠反應將一氧化碳轉換成二氧化碳，例如 金、鉬、鈀、銠或鋯。在所示的實施例中，流體凈化活性金屬設置在單獨的過濾器部件18上。還可以預 期，金屬成分可以設置在反應器單元的部件的表面上，例如作為輻照擋板12的表面上的涂層。過濾器還可以用金屬絲形成為例如金屬絲網或玻璃纖維型結構。根據優選實施 例，過濾器18可以具有開孔泡沫型結構，該開孔泡沫例如具有至少70%，優選80%的空間。 有利地，這種泡沫型過濾器提供用于過濾的大表面積，用于與流過反應器單元的流體接觸， 同時使得充注損失最小。該過濾器可以用塑料或金屬材料形成，其中具有流體凈化活性的 一種或多種金屬成分涂覆在其表面上。金屬過濾器成分有利地提供反應器單元的進一步增強的流體凈化性能，例如關于 諸如細菌的某些病原體和關于除去諸如一氧化碳的某些有害化合物。本發明的反應器單元可以容易并且方便地用在空氣凈化系統中。圖8a至8c示出 利用本發明的反應器單元的一些可能的空氣凈化系統50、60的示意圖。該凈化系統包括驅 動單元，根據本發明的一個或多個反應器單元可拆卸地連接于該驅動單元。驅動單元包括 電連接器，用于為輻射源電連接器31提供電流；和用于推進或拉動空氣通過反應器單元的 流體流動系統。該驅動單元可以構造成用于連接于主電網，或可以是例如電池供電的。例如，驅動單元可以包括具有插座連接器42的連接部件40，輻射源31的電插針連 接器插入插座連接器42中。電連接可以通過將連接部件40插入反應器單元的流體進口組 件10或流體出口組件中實現。有利地，反應器單元和驅動單元之間的可拆卸連接通過直角 回轉型電連接來提供，從而該連接部件被插入反應器單元中，并且旋轉使插座連接器42中 的電連接器與輻射源電插針連接器31接觸。連接部件或反應器單元可以包括補充的鎖緊 裝置44以限制連接部件40相對于反應器單元的轉動和/或將反應器單元和連接部件保持 在一起。直角回轉型電連接器用在反應器單元上有利地使反應器單元能夠簡單并容易地 連接于流體凈化系統。圖8c示出根據本發明的設備60，該設備構造成用于清潔和除臭大量的空氣或其 他氣體，在該設備中多個反應器單元可以在單個殼體62中組合在一起。
反應器單元的緊湊和模塊化性質使它能夠容易集成到具有殼體51的流體處理設 備50中，根據要處理的流體量，該殼體51接納單個反應器單元1或多個反應器單元。該設 備殼體可以包括空氣進口格柵54和用戶接口屏幕或顯示器52，該接口屏幕或顯示器提供 關于該設備使用和維修需求的信息，例如需要更換反應器單元、輻射源和/或催化裝置。反應器單元可以有利地用于家庭、辦公室、工廠和醫院里對空氣進行凈化處理(清潔、殺菌、除臭)的設備中。反應器單元的特別緊湊的布置和高效并且有效的運行還能 夠使它有利地用在飛機和汽車中，用于對空氣進行清潔、消毒和除臭。該反應器單元也可以 用于各種用途的許多其他的氣體或氣體混合物的光催化處理。例如，為了食品保存，在食品 和飲料行業中反應器單元可以用來凈化諸如氮氣或二氧化碳的氣體、對氣態流出物除臭， 或用于電子和醫藥無塵間的超凈空氣處理。
權利要求
一種用于流體的光催化處理的反應器單元，包括殼體；催化劑裝置；和接納在催化劑裝置的中心部分中的輻射源，所述催化劑裝置包括催化材料承載件和涂覆在承載件的內表面的至少一部分上的光催化材料，所述承載件具有限定流體流動通道的大致管形形狀，所述流體流動通道圍繞并沿著流體流動路徑延伸，其中所述催化材料承載件包括壁部分和多個從壁部分的內表面延伸到末端的錐形突起，所述末端離輻射源的距離在壁部分的內表面與輻射源的分開距離的0到50％范圍內，所述錐形突起圍繞輻射源并且沿著流體流動通道設置。
2.根據權利要求1的反應器單元，其中所述錐形突起的末端在壁部分的內表面與輻射 源的分開距離的0到30%范圍內。
3.根據權利要求1或2的反應器單元，其中所述錐形突起從催化材料承載件的壁部分 的內表面朝著輻射源的中心軸線大體垂直地延伸。
4.根據權利要求1、2或3的反應器單元，其中所述錐形突起的平均高度與平均基部直 徑的比為6 1到1 1。
5.根據權利要求1至4其中任何一項的反應器單元，其中所述錐形突起具有大致圓錐 形形狀。
6.根據任何一項前述權利要求的反應器單元，其中沿著流體流動通道位于不同位置的 多個錐形突起圍繞催化材料承載件的內表面以角度偏移方式設置。
7.根據任何一項前述權利要求的反應器單元，其中所述催化材料承載件由折疊的柔性 片材形成以形成管形形狀，并且所述錐形突起由柔性片材一體地形成。
8.根據權利要求7的反應器單元，其中所述催化材料承載件由塑料形成。
9.根據權利要求7或8的反應器單元，其中所述錐形突起由柔性片材通過模制、擠壓或 熱成型形成。
10.根據任何一項前述權利要求的反應器單元，其中所述輻射源是一個或多個UV光管 的形式。
11.根據任何一項前述權利要求的反應器單元，其中所述殼體包括大致管形的主體，該 主體具有用于接納催化劑裝置的空腔。
12.根據任何一項前述權利要求的反應器單元，還包括流體進口組件、流體出口組件以 及過濾器，該過濾器安裝在流體進口組件和流體出口組件至少其中之一中并包含一種或多 種活性金屬成分。
13.一種用于流體的光催化處理的反應器單元，包括催化劑裝置、接納在催化劑裝置的 中心部分的輻射源、流體進口組件、流體出口組件以及過濾器，所述催化劑裝置包括催化材 料承載件和涂覆在承載件的內表面的至少一部分上的光催化材料，所述承載件具有形成流 體導管的大致管形形狀，所述過濾器安裝在流體進口組件和流體出口組件至少其中之一中 并包含一種或多種活性金屬成分。
14.根據權利要求13的反應器單元，其中所述過濾器是具有開孔結構的塑料泡沫的形 式，所述開孔結構涂覆有活性金屬。
15.根據權利要求13或14的反應器單元，其中所述活性金屬選自下面一組銀、銅、 金、鉬、鋅、鈀、銠或鋯。
16.一種用于流體的光催化處理的反應器單元，該反應器單元包括催化劑裝置，該催化劑裝置包括催化材料承載件和涂覆在承載件內表面的至少一部分上的光催化材料，所述 承載件具有形成流體導管的大致管形形狀；接納在催化劑裝置的中心部分中的輻射源；流 體進口組件和流體出口組件，其中流體進口組件和流體出口組件至少其中之一包括和具有 多個流體流動通道的輻照擋板。
17.根據權利要求16的反應器單元，其中輻照擋板的流體流動通道由多個同心的S形 葉片形成，該葉片從進口組件和出口組件至少其中之一的軸向內表面延伸到其外表面。
18.根據權利要求13至17中的任何一項的反應器單元，其中催化材料承載件包括壁部 分和多個從壁部分的內表面上的基部大體垂直延伸到鄰近輻射源的末端的錐形突起。
19.根據權利要求18的反應器單元，還包括根據權利要求1至11其中任何一項的反應 器單元的任何一個或多個附加特征。
20.一種催化劑裝置，包括催化材料承載件和涂覆在承載件一側的至少一部分上的光 催化材料，所述承載件包括被折疊以形成大致管形形狀或大致管形形狀的一部分的單個柔 性片材和多個從柔性片材的一面延伸并且由柔性片材一體地形成的錐形突起。
21.根據權利要求20的催化劑裝置，其中催化材料承載件由塑料形成。
22.根據權利要求20或21的催化劑裝置，其中所述錐形突起通過模制或熱成型柔性片 材形成。
23.一種用于流體的光催化處理的設備，例如用于對空氣進行清潔和除臭的設備，包括 權利要求1至19其中任何一項的反應器單元和所述反應器單元可拆卸地與其連接的驅動 單元，所述驅動單元包括用于為輻射源提供電力的電源和用于推進或拉動流體通過反應器 單元的流體流動系統。
24.根據權利要求23的用于流體的光催化處理的設備，其中反應器單元和驅動單元之 間的可拆卸連接由補充的直角回轉型電連接器提供。
25.根據權利要求23或24的用于流體的光催化處理的設備，包括安裝在共用的支撐件 上的多個驅動單元和連接于相應驅動單元的對應的多個反應器單元。
26.—種制造催化劑裝置的方法，包括從聚合物片材模制或熱成型多個錐形突起；用 光催化材料涂覆該片材一側的至少一部分；以及由一個或多個所述聚合物片材形成大致管 形形狀。
27.根據權利要求26的方法，其中在承載件被折疊以形成管子之前將光催化材料施加 于聚合物片材上。
28.根據權利要求27的方法，其中光催化材料通過自動噴射系統噴射到片材的表面上。
全文摘要
本發明公開一種用于流體的光催化處理的反應器單元，該反應器單元包括催化劑裝置(4)和接納在該催化劑裝置中心部分的輻射源(30)，該催化劑裝置包括催化材料承載件和涂覆在該承載件內表面的至少一部分中的光催化材料，該承載件具有形成流體流動通道的大致管形的形狀，該流動通道圍繞并沿著流體流動路徑延伸。該催化材料承載件包括壁部分和從該壁部分的內表面向該輻射源附近的末端延伸的多個錐形突起(8)，該錐形突起圍繞輻射源并且沿著流體流動通道設置。
文檔編號A61L9/20GK101820926SQ200880110669
公開日2010年9月1日 申請日期2008年9月30日 優先權日2007年10月8日
發明者J-P·帕斯特 申請人:阿洛爾維簡易股份公司