EA039152B1 - Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein - Google Patents
Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein 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
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.The invention relates to the field of purification of air and gases from organic and inorganic impurities and can be used in everyday life, medical institutions, industrial premises, warehouses, etc.
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.A photocatalytic air purifier is a device for reducing volatile organic compounds in indoor air. A photocatalytic coating based on titanium dioxide is applied to the surface of the purifier carriers, which absorbs UV radiation and further increases the efficiency of disinfection and air purification due to photocatalysis. In the process of photocatalysis, titanium dioxide, absorbing ultraviolet, produces free radicals that effectively oxidize organic matter, including viruses, bacteria, other microorganisms, and, in addition, volatile organic compounds, and decompose to harmless water and carbon dioxide molecules [1]. Thus, the use of a photocatalytic air purifier is beneficial for improving indoor air quality.
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.Thus, a photocatalytic air purifier is known, in which the process of cleaning air and gases from organic and inorganic impurities using photocatalysis is based on the fact that the molecules of air or gas polluting compounds decompose to safe substances during reactions in the presence of a catalytic coating, for example, titanium dioxide under the action of ultraviolet radiation with an emission spectrum in the range from 200 to 400 nm. In this case, titanium dioxide, as a rule, is deposited on a metal substrate in various forms, in the phases of anatase, rutile, and their combinations [2]. It is proposed to achieve cleaning efficiency by increasing the length of carriers coated with titanium dioxide, while the calculation of the length and area of carriers is not proposed.
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].An air cleaner with photocatalytic oxidation is also known, containing an air moving means that creates an air flow through the channel, photocatalytic oxidation elements located in the channel, which illuminate the radiation source in the ultraviolet radiation spectrum [3].
Также известны устройства, реализующие способ очистки, при котором используется очистка с проходом очищаемой среды через несколько фотокаталитических блоков очистителя.Devices are also known that implement a purification method in which purification is used with the passage of the medium to be cleaned through several photocatalytic units of the purifier.
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.Also known is a method of photocatalytic gas purification [4] by oxidation using a photocatalyst based on titanium dioxide. In this case, the initial gas mixture containing oxidizable substances is saturated with hydrogen peroxide vapor. At the same time, ceramic carriers with a catalytic coating in the form of titanium dioxide and ultraviolet lamps are alternated.
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.The disadvantage of this solution is the lack of calculation of the dimensions of ceramic carriers and, in connection with this, the dimensions and number of lamps, and the issue of determining the number of purification units to achieve the required degree of purification has not been considered.
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.There is also an air purifier from gaseous impurities [5], which contains a unit built into the ventilation system, consisting of a source of ultraviolet radiation and a photocatalytic element located in the housing in the form of at least one package assembled from separate thin-walled carriers. However, no recommendations are given on the optimal choice of the geometric dimensions of the carriers and their number.
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].There is a method for air purification and disinfection by oxidation using a titanium dioxide-based photocatalyst and a source of ultraviolet radiation. At the same time, an aerosol cloud of titanium dioxide nanopowder is used as a catalyst, which is aerated and sprayed from a pre-filled container with combustion products of a gas generator with a charge of low-temperature solid fuel, and at least three radiation sources are used, which are evenly distributed along the periphery of the aerosol cloud [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.At the same time, formulas are proposed for determining the rate of heterogeneously catalyzed photochemical reactions only depending on the parameters of titanium dioxide nanoparticles without correction for the frequency of purification and the achieved result.
Также известно, что зависимость скорости фотокаталитического окисления загрязнений на диоксиде титана от температуры имеет максимум, значение которого определяется видом загрязнения и наличием воды.It is also known that the dependence of the rate of photocatalytic oxidation of contaminants on titanium dioxide on temperature has a maximum, the value of which is determined by the type of pollution and the presence of water.
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.It is known that titanium dioxide exists in the form of several forms that differ in the type of molecular lattice. Currently, two coatings are used for the purposes of photocatalysis: in the form of rutile and anatase. Evoniklndustrials offers finely dispersed pure titanium dioxide AEROXIDE® TiO 2 P 25 for photocatalysis, which is a combination of anatase and rutile crystal structure. The high efficiency of AEROXIDE® TiO 2 P 25 is explained precisely by the presence of various structural modifications in the powder composition, which separates charge carriers more efficiently.
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.SachtlebenChemieGmbH, Germany, produces a pure anatase photocatalyst TiO 2 Hombikat UV100 with very high photocatalytic properties, associating this with the possibility of fast interfacial electron transfer in the catalyst structure.
При этом в предложениях от указанных производителей нет информации об оптимизации катализатора в зависимости от вида загрязнения.At the same time, the proposals from these manufacturers do not contain information on the optimization of the catalyst depending on the type of pollution.
Также известно применение импульсных ксеноновых ламп с широким спектром излучения от 200It is also known to use pulsed xenon lamps with a wide emission spectrum from 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.- 1 039152 to 1000 nm, at which bacterial disinfection is provided by direct action without a catalyst on a biological object. Overheating and destruction of pollution occurs due to the excess of energy supply from the radiation source over the removal of thermal energy by the biological object.
Однако нам не известны рекомендации по способу регулирования и распределения нагрева катализатора и использованию данного типа ламп для управления нагревом катализатора.However, we are not aware of any recommendations on how to control and distribute catalyst heating and the use of this type of lamp to control catalyst heating.
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.Since many catalytic coatings, including titanium dioxide, are semiconductors, the dependence of the quantum efficiency of oxidation on the electrical characteristics of the band gap is known, but there are no recommendations for controlling the electrical potential to control catalysis processes.
Также отсутствуют решения, способствующие активному перемешиванию потока очищаемой газовой среды для активации контакта с катализатором.Also, there are no solutions that contribute to the active mixing of the stream of the gas medium being cleaned to activate contact with the catalyst.
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.The closest of the known essential features to the claimed device for photocatalytic air purification and the method of dynamic control of the degree of photocatalytic air purification in it is the above-mentioned air cleaner with photocatalytic oxidation [3]. The patent describes in detail the physical properties of the components of the cleaner, but does not make it possible to optimize the cleaning efficiency and determine the minimum sufficient dimensions of the components for the required degree of purification.
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.It should be noted that the prior art does not know the calculation method for controlling the catalysis process with differentiation of the variable parameters of pollution over time, i.e. dynamic regulation of parameters and moments of switching on/off cleaning units is not used. The most common is the sampling method, which takes a long time and does not predict the behavior of the system enough.
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.Thus, the objective of the invention is to develop a device for photocatalytic air purification and a method for dynamically controlling the degree of photocatalytic air purification in it, which would provide high efficiency of air purification with optimal dynamic control of the degree of air purification and with optimal geometric dimensions and the ratio of the sizes of the active components of the device with a catalytic coating , as well as determining the number of cleaning blocks and the number of passes during cleaning by analyzing the light fluxes and activity of the first block.
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.The problem is solved, and the technical results are achieved using the proposed device for photocatalytic air purification, containing an air moving means that creates an air flow through the channel, carriers located in the channel with a catalytic coating active in the radiation spectrum from infrared to ultraviolet, while the carriers are collected in parallel with a gap of at least one photocatalytic oxidation module, wherein said module is configured to illuminate at least one of the sides by at least one radiation source configured to illuminate in continuous or pulsed mode, and each photocatalytic oxidation module and at least one respective radiation source form a photocatalytic unit. At the same time, in the photocatalytic unit, the continuous illumination mode is used for the emission spectrum in the range from 200 to 400 nm, and the pulsed illumination mode is implemented by xenon lamps with an emission spectrum in the range from 200 to 1000 nm. At the same time, the photocatalytic unit is configured to control and maintain the temperature of the catalytic coating on the carrier by means of the indicated xenon lamps, the ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic unit in the channel to the area of the carriers with the catalytic coating belongs to the interval 1/66 - 1/193, and the lengths of the carriers are determined at the stage designing one-sided or two-sided lighting of the photocatalytic oxidation module and the carrier material, contains at least two photocatalytic blocks, while the blocks are installed in series with the possibility of independent remote control of turning them on / off.
В предпочтительных формах реализации каталитическое покрытие носителей выполнено из диоксида титана, предпочтительно, в фазах анатаза или рутила.In preferred embodiments, the catalytic carrier coating is made of titanium dioxide, preferably in anatase or rutile phases.
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.In the most preferred forms of implementation, the photocatalytic unit is configured to control and maintain the temperature of the catalytic coating on the carrier by heating due to the radiation of a part of the spectrum of the radiation source, by changing the illumination mode.
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.Also, in preferred embodiments, the photocatalytic unit is configured to regulate and maintain the sign and value of the potential of the catalytic coating on the carrier by connecting to an electrical source or grounding. This speeds up oxidation reactions and increases the safety of the device, since the cleaned air with impurities can be explosive.
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.Preferably, the length of the carriers when the photocatalytic oxidation module is illuminated by a light source located on one side, for a stainless steel carrier is not more than 50 mm, for an aluminum carrier is not more than 145 mm, and when the photocatalytic oxidation module is illuminated by light sources located on opposite sides, for stainless steel carrier is not more than 100 mm, for aluminum carrier is not more than 290 mm.
- 2 039152- 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.In preferred embodiments, when the photocatalytic oxidation module is illuminated by at least two radiation sources, each of the radiation sources is configured to be illuminated in continuous or pulsed mode independently of the other radiation source.
При этом в импульсном режиме лучше обеспечивается прогрев каталитического покрытия из диоксида титана.In this case, in the pulsed mode, the heating of the catalytic coating of titanium dioxide is better ensured.
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.Also, in the preferred embodiments, when the photocatalytic oxidation module is illuminated by at least two radiation sources, one of them is configured to illuminate in continuous mode, and the second in a pulsed mode alternately, or the radiation sources are configured to illuminate in only one mode.
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.In preferred forms of implementation, when cleaning air from acetone, ammonia, ethyl acetate and other substances that are easily decomposed on the catalytic coating of carriers, the ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic oxidation module in the channel to the carrier area is selected from the range 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.In alternative forms of implementation in the purification of air from formaldehydes, aliphatic hydrocarbons С1- С10 , carbon monoxide, exhaust gases, cigarette smoke and other substances that are difficult to decompose on the catalytic coating of carriers, the ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic oxidation module in the channel to the carrier area is selected from the interval 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.Preferably, the carriers are inclined with respect to the axis of the channel. This makes it possible to exclude laminar flows of the cleaned air, as a result of which the cleaning efficiency increases.
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°.In preferred embodiments, when there are two or more photocatalytic blocks, adjacent photocatalytic blocks are located at different angles of inclination to the channel axis, while at least part of the photocatalytic blocks can be located at an inclination angle of 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.In each of the implementation forms, the air flow is formed with the possibility of passing through the channel in a mode selected from the exhaust ventilation mode, the supply ventilation mode, and the recirculation mode.
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.The problem is solved, and the technical results are also achieved by the claimed method of dynamically controlling the degree of photocatalytic air purification in the device, including passing the stream of air to be purified sequentially through remote independent control of switching on / off individual photocatalytic units depending on the physical and chemical characteristics of the carriers and catalytic coating on carriers of photocatalytic oxidation modules, determining the number of successively installed photocatalytic units to be put into operation, and determining the moment of switching on/off each photocatalytic unit into operation. At the same time, the number of sequentially installed photocatalytic units to be put into operation in the exhaust ventilation mode and in the supply ventilation mode is determined by the degree of purification in the first photocatalytic unit, and in the recirculation mode, by the degree of purification in the first pass in the first photocatalytic unit, the number of passes of the cleaned air, and the degree of purification in the second and subsequent photocatalytic blocks and passages in these modes is determined based on the degree of purification in the first block and passage, respectively.
В наиболее предпочтительных формах реализации заявляемого способа степень очистки во втором и последующих фотокаталитических блоках определяют по следующим формулам:In the most preferred forms of implementation of the proposed method, the degree of purification in the second and subsequent photocatalytic units is determined by the following formulas:
для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после второго блокаfor the mode of exhaust and supply ventilation, the total degree of purification after the second block
С12 = 2Ci - 0.01С12, (1) где C - степень очистки после первого блока, %, С12 - суммарная степень очистки после первого и второго блоков, %;C12 = 2Ci - 0.01C1 2 , (1) where C is the degree of purification after the first block, %, C 12 is the total degree of purification after the first and second blocks, %;
для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки после третьего блокаfor the mode of exhaust and supply ventilation, the total degree of purification after the third block
где С123 - суммарная степень очистки после первого, второго и третьего блока, %;where C 123 - the total degree of purification after the first, second and third block,%;
для режима рециркуляции степень очистки после первого блока кь = [(кпх (o,oixC!) + Kg) xVr] / Vu, (3) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после второго блокаfor the recirculation mode , the degree of purification after the first block k
Kh = [(Knx (2Ci - 0,01 С?) + Kg) xVr] / Vu, (4) для режима рециркуляции суммарная степень очистки после третьего блокаK h \u003d [(K n x (2Ci - 0.01 C?) + K g ) xV r ] / V u , (4) for the recirculation mode, the total degree of purification after the third block
Kh = [(Knx (3Ci - 0,03CL 2+0,0001 Cl3) + Kg) xVr] / Vu, (5) где в формулах (3)-(5)K h = [(K n x (3Ci - 0.03C L 2 +0.0001 Cl 3 ) + K g ) xV r ] / V u , (5) where in formulas (3)-(5)
Kh - остаточная концентрация после очистки, %, h - время работы рециркулятора, ч,K h - residual concentration after cleaning, %, h - operating time of the recirculator, h,
- 3 039152- 3 039152
C1 - степень очистки после первого блока, %,C1 - cleaning degree after the first block, %,
Kn - начальная концентрация загрязняющих веществ в помещении, %,K n - initial concentration of pollutants in the room,%,
Kg - дополнительные выбросы загрязняющих веществ от Kn, %/ч,Kg - additional emissions of pollutants from K n , %/h,
Vr - объем помещения, м3,V r - room volume, m 3 ,
Vr= VuxKh/(KnxC + Kg), (6)V r = V u xK h /(K n xC + K g ), (6)
Vu - производительность рециркулятора, м3/ч,V u - performance of the recirculator, m 3 / h,
Vu=[(KnxCi((Vu/Vr)xh'1) + Kg) xVr] / Kh. (7)V u =[(K n xCi ((Vu/Vr)xh ' 1) + K g ) xV r ] / K h . (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.The proposed solution for calculating the length of titanium dioxide carriers in a photocatalytic purifier and choosing the ratio of the area of the channel for the passage of the air being cleaned to the total area of the carriers provides high efficiency in terms of the degree of purification / purification cost, and determining the number of blocks and passes during purification using the proposed formulas ensures the achievement of environmental standards. high efficiency air purification.
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.In addition to the above technical results, the implementation of the proposed device additionally provides environmental protection through a reduction in the amount of materials used for the components of the device and electricity for the cleaning process.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the temperature of the catalytic coating on the carrier is controlled, and the temperature is chosen according to the temperature value of the highest rate of photocatalytic oxidation of one pollution, preferably, the pollution that prevails in terms of quantity in the total composition of pollution.
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.Also, in the preferred forms of implementation of the proposed method, the temperature of the catalytic coating on the carrier is controlled, and the temperature is chosen according to the smallest standard deviation from the temperature value of the highest photocatalytic oxidation rates for all removed contaminants. This form of implementation of the proposed method is used, preferably, when there are several air pollutants and they are in a similar concentration.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the temperature of the catalytic coating on the carrier is controlled, and the temperature is chosen taking into account the values of the temperatures of the highest oxidation rates and the specific concentrations of contaminants to be removed. This form of implementation of the proposed method is used, preferably, when there are several air pollutants and their concentrations differ significantly.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the temperature of the catalytic coating on the carrier is controlled, and the temperature is chosen to be variable along the length of the carrier in the photocatalytic oxidation module. The temperature of the catalytic coating, which is variable along the length of the carrier, makes it possible to ensure that the temperatures of the highest oxidation rates for various contaminants coincide.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the chemical composition of the catalytic coating, including the ratio of components, is selected according to the value of the highest rate of photocatalytic oxidation of one pollution, preferably pollution, by the amount prevailing in the total composition.
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.In alternative forms of implementation of the proposed method, the chemical composition of the catalytic coating, including the ratio of components, is selected according to the smallest standard deviation from the value of the highest rates of photocatalytic oxidation for all removed contaminants. This form of implementation of the proposed method is used, preferably, with comparable proportions of pollution.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the characteristics of the electrical potential of the carrier with a catalytic coating are regulated, and the value and polarity of the electrical potential are selected according to the value and polarity of the potential of the highest rate of photocatalytic oxidation of one pollution, preferably pollution, by the amount prevailing in the total composition.
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.In alternative forms of implementation of the proposed method, the characteristics of the electrical potential of the carrier with a catalytic coating are regulated, and the value and polarity of the electrical potential are selected according to the smallest standard deviation from the value of the electrical potentials of the highest rates of photocatalytic oxidation for each of the removed contaminants. This form of implementation of the proposed method is used, preferably, with comparable proportions of pollution.
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.In the preferred forms of implementation of the proposed method, the moment of turning on / off the photocatalytic unit in operation is determined by calculating the time to reach the maximum permissible level of pollution after the photocatalytic unit by differentiating the rate of catalytic decomposition of pollution and the rate of change in the amount of pollution over time.
Дополнительно момент включения/выключения блока в работу следует связать с расчетом времени достижения предельно допустимого уровня загрязнения путём дифференцирования по времени скоростиAdditionally, the moment of turning on / off the unit in operation should be associated with the calculation of the time to reach the maximum permissible level of pollution by differentiating the speed over time
- 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.- 4 039152 catalytic decomposition of contaminants and the rate of change in the amount of contaminants, followed by comparison of the time of approaching the desired differentials to zero, which is a dynamic control and is important when remotely controlling the cleaning process.
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.The definitions of the optimal design and technological parameters were obtained on the basis of the formulas developed and given below in the description by the author for calculating the light losses necessary for the catalysis process by analyzing the schemes for studying light losses from a source of ultraviolet radiation in a package of carriers with a catalytic coating, an increase in the reaction rate was obtained by controlling the temperature and coating potential and in connection with the type and ratio of contaminants, and dynamic regulation is carried out by differentiation over time of contaminant concentrations and the rate of decomposition reaction.
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:The above and other advantages, advantages and features of the claimed invention will be further discussed in more detail on some of the possible, but non-limiting examples of the implementation of the claimed photocatalytic air purification device and the method for dynamically controlling the degree of photocatalytic air purification in it with reference to the position of the figures of the drawings, in which schematically presented:
фиг. 1 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с одним модулем фотокаталитического окисления;fig. 1 - device for photocatalytic air purification with one module of photocatalytic oxidation;
фиг. 2 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с двумя модулями фотокаталитического окисления;fig. 2 - device for photocatalytic air purification with two photocatalytic oxidation modules;
фиг. 3 - устройство фотокаталитической очистки воздуха с тремя модулями фотокаталитического окисления;fig. 3 - device for photocatalytic air purification with three photocatalytic oxidation modules;
фиг. 4 - общий вид устройства фотокаталитической очистки воздуха;fig. 4 - general view of the device for photocatalytic air purification;
фиг. 5 - схема расположения модулей фотокаталитического окисления под наклоном;fig. 5 is a diagram of the arrangement of photocatalytic oxidation modules at an angle;
фиг. 6 - схема к расчёту рабочей длины носителей при прямом освещении;fig. 6 - scheme for calculating the working length of carriers under direct illumination;
фиг. 7 - график зависимости освещенности точечным источником от косинуса угла падения света на носитель с каталитическим покрытием;fig. 7 is a plot of illumination from a point source as a function of the cosine of the angle of incidence of light on a carrier with a catalytic coating;
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;fig. 8 is a graph of the dependence of illumination on the cosine of the angle of incidence of light on a carrier with a catalytic coating under direct irradiation with an ultraviolet radiation source from one side of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between the carriers;
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;fig. 9 is a graph of the dependence of illumination on the cosine of the angle of incidence of light on carriers with a catalyst under direct irradiation with an ultraviolet radiation source from both sides of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between the carriers;
фиг. 10 - график зависимости освещённости от количества отражений для нержавеющей стали и алюминия;fig. 10 is a graph of the dependence of illumination on the number of reflections for stainless steel and aluminum;
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;fig. 11 is a graph of illuminance versus number of reflections with an ultraviolet light source on one side of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between stainless steel carriers;
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;fig. 12 is a graph of illuminance versus number of reflections with an ultraviolet light source on both sides of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between stainless steel carriers;
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;fig. 13 is a plot of illuminance versus number of reflections with an ultraviolet radiation source on one side of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between aluminum carriers;
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;fig. 14 is a plot of illuminance versus number of reflections with an ultraviolet radiation source on both sides of the photocatalytic oxidation module, combined with a graphic representation of the gap between aluminum carriers;
фиг. 15 - график степени очистки во втором и третьем фотокаталитических блоках в зависимости от степени очистки в первом фотокаталитическом блоке;fig. 15 is a graph of the degree of purification in the second and third photocatalyst units as a function of the degree of purification in the first photocatalyst unit;
фиг. 16 - диаграмма к расчёту отношения площади поперечного сечения фотокаталитического блока в канале к площади носителей.fig. 16 is a diagram for calculating the ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic block in the channel to the carrier area.
фиг. 17 - схема измерений при очистке воздуха от ацетона в устройстве с двумя блоками.fig. 17 is a diagram of measurements during air purification from acetone in a device with two blocks.
фиг. 18 - график изменения концентрации формальдегида в мг/м3 за 20 дней.fig. 18 is a plot of formaldehyde concentration in mg/m 3 over 20 days.
фиг. 19 - график изменения концентрации формальдегида в % после включения устройства фотокаталитической очистки.fig. 19 is a graph of the change in the concentration of formaldehyde in % after turning on the photocatalytic purification device.
фиг. 20 - график изменения концентрации VOC (Volatile Organic Compounds -летучие органические смеси) в мг/м3 за 20 дней.fig. 20 is a plot of VOC concentration (Volatile Organic Compounds - volatile organic mixtures) in mg/m 3 over 20 days.
фиг. 21 - график изменения концентрации VOC в % после включения устройства фотокаталитической очистки.fig. 21 is a graph of the change in VOC concentration in % after turning on the photocatalytic purification device.
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.In FIG. 1 schematically shows a photocatalytic air purification device comprising a photocatalytic oxidation module 1 in which carriers 2 with a catalytic coating are collected in parallel with a gap 3. The module 1 is illuminated by a radiation source 4.
- 5 039152- 5 039152
На фиг. 2 схематично изображено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее два модуля 1 фотокаталитического окисления с носителями 2 с каталитическим покрытием.In FIG. 2 schematically shows a photocatalytic air purification device comprising two photocatalytic oxidation modules 1 with catalytically coated carriers 2.
На фиг. 3 схематично изображено устройство фотокаталитической очистки воздуха, содержащее три модуля 1 фотокаталитического окисления с носителями 2 с каталитическим покрытием.In FIG. 3 schematically shows a photocatalytic air purification device comprising three photocatalytic oxidation modules 1 with catalytically coated carriers 2.
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.In FIG. 4 schematically shows a general view of a photocatalytic air purification device, where the photocatalytic oxidation modules 1 are located in the channel 5, while the passage of the medium to be cleaned is provided by means 6 for moving air, in particular a fan. In this case, each photocatalytic oxidation module 1 and the corresponding radiation source 4 form a photocatalytic unit 7.
На фиг. 5 представлена схема расположения модулей фотокаталитического окисления под наклоном в канале 5.In FIG. 5 shows the layout of the photocatalytic oxidation modules at an angle in channel 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.In FIG. 6 shows a radiation source 4, on the surface of which a point light source 8 is isolated, light rays 9 in a gap 3, angles θ of incidence of light rays 9 from a radiation source 4 onto the surface of carriers 2 with a catalytic coating. Under carriers 2 there is a scale of 10 lengths, graduated in mm.
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.In FIG. 7 shows a graph of the fall in illumination E in the gap 3 as a function of the cosine of the angle θ of the incidence of light rays 9 from the radiation source 4 onto the surface of carriers 2 with a catalytic coating.
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.In FIG. 8 shows a graph of the fall in illumination E in a gap 3 equal to 3 mm as a function of the cosine of the angle θ of incidence of direct light rays 9 from radiation sources 4 located on one side onto the surface of carriers 2 with a catalytic coating. Below the graph is a scale of 10 lengths, graduated in mm.
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.In FIG. 9 shows a graph of changes in illumination E in a gap 3 equal to 3 mm as a function of the cosine of the angle θ of incidence of direct light rays 9 from radiation sources 4 located on both sides onto the surface of carriers 2 with a catalytic coating. Below the graph is a scale of 10 lengths, graduated in mm.
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.In FIG. 10 shows a graph of the dependence of illumination E on the number of reflections for stainless steel and aluminum, the fall in illumination depending on the number of light reflections in gap 3 for carrier 2 made of stainless steel 11 and aluminum 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.In FIG. 11 is a plot of the illumination E as a function of the number of light reflections in the gap 3 with an ultraviolet radiation source 4 on one side of the photocatalytic oxidation module 1 between stainless steel carriers 2.
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.In FIG. 12 shows a graph of the dependence of illumination E on the number of light reflections in the gap 3 with an ultraviolet radiation source 4 on both sides of the photocatalytic oxidation module 1 between stainless steel carriers 2.
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.In FIG. 13 shows a graph of the dependence of illumination E on the number of light reflections in the gap 3 with an ultraviolet radiation source 4 on one side of the photocatalytic oxidation module 1 between aluminum carriers 2.
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.In FIG. 14 shows a graph of the dependence of illumination E on the number of light reflections in the gap 3 with an ultraviolet radiation source 4 on both sides of the photocatalytic oxidation module 1 between aluminum carriers 2.
На фиг. 15 представлен график степени очистки во втором и третьем фотокаталитических блоках 7 в зависимости от степени очистки в первом фотокаталитическом блоке 7.In FIG. 15 is a graph of the degree of purification in the second and third photocatalyst units 7 as a function of the degree of purification in the first photocatalyst unit 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.In FIG. 16 is a graph of the ratio of oxidation rates for carbon monoxide 13, gasoline 14, isobutane 15, car exhaust 16, tobacco smoke 17, ethyl acetate 18, ammonia 19, and acetone 20.
На фиг. 17 представлена схема измерений при очистке воздуха от ацетона в устройстве с двумя блоками.In FIG. 17 shows the measurement scheme for air purification from acetone in a device with two blocks.
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.In FIG. 18-21 shows graphs of changes in the concentration of contaminants after turning on the cleaning device. In FIG. 18 is a plot of formaldehyde concentration in mg/m 3 over 20 days. The point 0.85 mg/m 3 on the graph is the moment the cleaning device is turned on. In FIG. 19 is a graph of the change in the concentration of formaldehyde in % after turning on the cleaning device. The point 0.85 mg/m 3 on the graph is taken as 100% - the moment the cleaning device is turned on. In FIG. 20 is a graph showing the change in VOC concentration in mg/m3 over 20 days. The 5.8 mg/m 3 point on the graph is the moment the cleaning device is turned on. In FIG. 21 is a graph of the change in VOC concentration in % after turning on the cleaning device. The point 5.8 mg/m 3 on the graph is taken as 100% - at the moment the cleaning device is turned on.
Заявляемое устройство фотокаталитической очистки воздуха с реализацией заявляемого способа динамического регулирования степени фотокаталитической очистки воздуха в нём функционирует следующим образом.The inventive device for photocatalytic air purification with the implementation of the proposed method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification in it functions as follows.
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.The photocatalytic oxidation module 1 is assembled from carriers 2 made of stainless steel or aluminum, which are the substrate for applying a catalytic coating, while the carriers 2 are placed in parallel to form a gap 3. The photocatalytic oxidation module 1 is illuminated by a radiation source 4, while said module 1 is located in the channel 5. On one or both sides of the photocatalytic oxidation module 1, at least one radiation source 4 is installed in the form of ultraviolet radiation sources, fluorescent lamps or LEDs. The air to be cleaned is passed through a channel 5 with a rectangular, round or other cross section by means of an air moving means 6 in the form of a fan.
Каждый модуль 1 фотокаталитического окисления и соответствующий источник излучения 4 образуют фотокаталитический блок 7.Each photocatalytic oxidation module 1 and the corresponding radiation source 4 form a photocatalytic unit 7.
При проходе очищаемого воздуха на каталитическом покрытии в присутствии ультрафиолета и воды происходит ранее упомянутый со ссылкой на уровень техники процесс очистки.With the passage of the air to be cleaned on the catalytic coating in the presence of ultraviolet light and water, the cleaning process previously mentioned with reference to the prior art takes place.
Заявляемое решение о применении в качестве источника 4 излучения со спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм позволяет обеспечить несколько новых эффектов.The proposed decision to use as a source 4 radiation with an emission spectrum in the range from 200 to 1000 nm allows you to provide several new effects.
Реализовать такой спектр излучения способны импульсные ксеноновые лампы.Impulse xenon lamps are capable of realizing such an emission spectrum.
Дополнительно ксеноновая лампа обладает активным прогревающим действием на тела, находящиеся под её излучением, а мощность в импульсе составляет от 25000 Вт/см2.Additionally, a xenon lamp has an active warming effect on the bodies under its radiation, and the power per pulse is from 25,000 W / cm 2 .
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.By adjusting the power and wavelength of the radiation source 4, the heating of the catalytic coating layer on the carrier 2 is regulated to the temperature of the maximum rate of pollution oxidation. At the same time, radiant heating of the catalytic coating layer does not heat the carrier 2 itself either, so only the surface layer is heated with minimal power consumption. Also, taking into account the location of the radiation source 4 and the length of the carrier 2, it becomes possible to control the temperature along the length of the carrier 2 to select the temperature of the maximum oxidation rate for different pollutants.
В зависимости от количества и соотношения концентраций загрязнений появляется возможность выбирать оптимальную температуру.Depending on the amount and ratio of contaminant concentrations, it becomes possible to choose the optimal temperature.
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.Carriers 2 are in the stream of air to be cleaned, which leads to the electrification of the surface and the emergence of an electric potential, so it is maintained and regulated by connecting to a source of electricity or grounding.
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.The value and polarity of the electric potential is chosen according to the value and polarity of the potential of the highest rate of photocatalytic oxidation of one pollution, preferably pollution, according to the amount prevailing in the total composition or according to the smallest standard deviation from the value of the electric potentials of the highest rates of photocatalytic oxidation for each of the removed pollution.
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.The efficiency of the photocatalytic air purification device also depends on the area of the carriers 2 with a catalytic coating, and the total area of the carriers 2 determines the cost and energy consumption during the operation of the catalyst.
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.Optimization of the geometrical dimensions of the purifier and the purification process was performed on the basis of the calculations below for the loss of light in module 1 from carriers 2 and the rates of oxidation of pollutants.
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.The test results made it possible to obtain the values of the degree of purification in the first photocatalytic unit 1 of the photocatalytic air purification device, which are taken as reference when deriving formulas for the method for determining the degree of purification in subsequent photocatalytic units 7, as well as determining a sufficient number of photocatalytic units 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.The light from the radiation source 4, which has fallen into the gap 3 between the carriers 2, weakens as it moves away from the edge. Therefore, the oxidation reactions on the catalytic layer are weakened.
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.Based on the calculation of light losses in gap 3 and experimental data on the efficiency of the degree of purification by one block, numerical data were obtained for recommendations on determining the effective length of carriers 2 in photocatalytic oxidation module 1.
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.In FIG. 6, the illumination of the surface of carriers 2 is considered by a point emitter 8 isolated on the source 4, located on one side and emitting an elementary beam of light 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:It follows from the inverse square law that the illumination generated by a point emitter 8 is inversely proportional to the distance from the point emitter to the surface and directly proportional to the cosine of the angle θ between the direction of the light flux and the normal to the illuminated surface:
Е = Т х cos0/r2, где Е - освещенность;E \u003d T x cos0 / r 2 , where E is the illumination;
θ - угол падения света на поверхность пластины;θ is the angle of incidence of light on the surface of the plate;
I - сила света источника в направлении освещаемой точки;I - light intensity of the source in the direction of the illuminated point;
r - расстояние от источника до освещаемой поверхности.r is the distance from the source to the illuminated surface.
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.Due to the fact that many point light emitters 8 are installed at a small distance from the edge of the carriers 2 in comparison with the dimensions of the source 4, the change in r can be neglected, therefore, the main factor affecting the illumination is the angle θ.
Зависимость освещенности Е от косинуса угла θ показана на фиг. 7 и используется для дальнейшихThe dependence of illumination E on the cosine of the angle θ is shown in Fig. 7 and used for further
- 7 039152 построений зависимостей. Этот график позволяет также определить минимально приемлемый зазор 3 между носителями по затуханию света.- 7 039152 dependency builds. This graph also allows you to determine the minimum acceptable gap 3 between the media attenuation of light.
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°.The dependence of the illumination E on the cosine of the angle θ under direct illumination by a point emitter 8 on one side of the module 1, combined with a graphic representation of the carriers 2, of the length scale 10, is shown in Fig. 8. In this case, the illumination graph has a zero point at an angle of 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.The dependence of illumination on the cosine of the angle θ under direct illumination by point emitters 8 from both sides of the module 1, combined with a graphic representation of carriers 2, of the length scale 10, is shown in Fig. 9. At the same time, the choice of the length of carrier 2 for direct illumination from both sides is made in such a way that not only is there no point with zero illumination, but the illumination does not fall below the set residual illumination, in this case it is 10% of the initial value.
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.The calculation of the length of carriers 2 with a catalytic coating under direct illumination according to the described method is suitable for materials with a low reflectivity. Their use is not the most effective, in reality, with a multitude of point emitters, multiple reflections from carriers 2 occur inside gap 3, and the illumination turns out to be greater, therefore, the material of carrier 2 should be selected with maximum reflection, provided that a coating of titanium dioxide is applied.
Расчет рабочей длины носителей 2 при отраженном освещении получен из найденной зависимости доли отраженного света от числа отражений и начальной доли отраженного света:The calculation of the working length of carriers 2 under reflected illumination was obtained from the found dependence of the fraction of reflected light on the number of reflections and the initial fraction of reflected light:
где Ki - доля отраженного света, в %, i - число отражений,where Ki is the proportion of reflected light, in %, i is the number of reflections,
К0 - начальная доля отраженного света, в % при i=1.K 0 - initial fraction of reflected light, in % at i=1.
В качестве материалов для подложки в дальнейшем рассматривались нержавеющая сталь и алюминий.Stainless steel and aluminum were further considered as materials for the substrate.
Результат расчета зависимости освещенности Е от количества отражений для нержавеющей стали приведены на фиг. 11.The result of calculating the dependence of illumination E on the number of reflections for stainless steel is shown in Fig. eleven.
Результат расчета зависимости освещенности Е от количества отражений для алюминия приведены на фиг. 13.The result of calculating the dependence of illumination E on the number of reflections for aluminum is shown in Fig. 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.Since the lower illumination threshold of 10% of the initial value was applied in the calculations, the declared lengths of carriers 2 were obtained when module 1 of the photocatalytic oxidizer was illuminated on one side for carriers made of stainless steel and no more than 145 mm. When the photocatalytic oxidation module 1 is illuminated from both sides, the lengths of the carriers 2 made of stainless steel are no more than 100 mm, those of aluminum are no more than 290 mm.
В современном мире одними из основных загрязнителей являются угарный газ, бензин, изобутан, выхлопные газы автомобилей, табачный дым, этилацетат, формальдегид, аммиак и ацетон.In today's world, some of the main pollutants are carbon monoxide, gasoline, isobutane, car exhaust, tobacco smoke, ethyl acetate, formaldehyde, ammonia and acetone.
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.Based on the experimental data on the decomposition time, the optimal ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic block 7 in the channel 5 to the total area of the carriers 2 with a catalytic coating in the form of titanium dioxide was obtained and declared in the range from 1/66 to 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.At high concentrations of contaminants or high demands on the degree of purification, the photocatalytic units 7 are installed and operated in series. In this case, sources 4 of ultraviolet radiation work more efficiently, but more power is required to pump the cleaned air.
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.Therefore, the calculation of the number of blocks, the number of passes and the expected degree of purification is relevant and was carried out on the basis of an experiment to study the degree of purification in one block as a reference.
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.Based on the above formulas, a method is claimed for dynamically controlling the degree of photocatalytic air purification by determining the number of blocks or the number of passes during recirculation, and the on/off moment is determined by differentiating the rate of pollution decomposition.
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.The obtained formulas for the degree of purification in the second and third blocks show that when the conditions for the ratio of areas from 1/66 to 1/193 are fulfilled, it is not advisable to use more than three blocks or passages during recirculation.
Заявляемый способ будет проиллюстрирован также далее на одном из возможных, но не ограничивающем примере его реализации.The claimed method will also be illustrated further on one of the possible, but non-limiting examples of its implementation.
Пример 1.Example 1
Исходные данные для расчета:Initial data for calculation:
загрязнитель - ацетон;pollutant - acetone;
требуемая степень очистки 80,0±5%.the required degree of purification is 80.0±5%.
Для режима вытяжной и приточной вентиляции суммарная степень очистки С12 после второго блока рассчитывается по заявляемой формуле:For the mode of exhaust and supply ventilation, the total degree of purification of C12 after the second block is calculated according to the claimed formula:
С12 = 2С1 -0,01С12 C12 \u003d 2C1 -0.01C1 2
- 8 039152- 8 039152
При этом С1 - степень очистки ацетона после первого блока определена по пропорции к степени очистки этилацетата, для которого С1 = 57,82.In this case, C1 - the degree of purification of acetone after the first block is determined in proportion to the degree of purification of ethyl acetate, for which C1 = 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.In table. Table 1 gives recommendations on choosing the ratio of the cross-sectional area of block 7 to the area of carriers 2 in module 1, depending on the type of air pollution. In accordance with this table. 1, the ratio of the cross-sectional area of the photocatalytic block 7 in the channel 5 to the area of the carriers 2 for contamination in the form of acetone is 1/66.
Таблица 1. Значения соотношений площади поперечного сечения блока 7 к площади носителей 2 в модуле 1 в зависимости от вида загрязнения воздухаTable 1. Ratios of the cross-sectional area of block 7 to the area of carriers 2 in module 1 depending on the type of air pollution
Таким образом, расчет суммарной степени очистки от ацетона С12 после второго блока дает С12 =82,2%.Thus, the calculation of the total degree of purification from acetone C12 after the second block gives C12 = 82.2%.
Формулы выведены из зависимостей по степени очистки на опытно-промышленном устройстве фотокаталитической очистки воздуха, выполненном по схеме измерений, представленной на фиг. 17.The formulas are derived from the dependences on the degree of purification on a pilot-industrial device for photocatalytic air purification, made according to the measurement scheme shown in Fig. 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.The total degree of air purification from acetone in one pass in a two-block purifier according to the results of experimental data is 82.12%, which indicates a high convergence of the obtained experimental data with theoretical calculation.
Таким образом, был выполнен теоретический расчёт по одному загрязнению степени очистки другого загрязнения, а экспериментальные данные очистки другого загрязнения, максимально приближённые к расчётному значению.Thus, a theoretical calculation was made for one pollution of the degree of purification of another pollution, and the experimental data for the purification of another pollution, as close as possible to the calculated value.
Источники информацииSources of information
1. Патент RU 159723U1, опублик. 20.02.2016 г.1. Patent RU 159723U1, published. February 20, 2016
2. Патент RU 2497584С1, опублик. 10.11.2013 г.2. Patent RU 2497584С1, publ. November 10, 2013
3. Патент GB 2472509 (А), опублик. 09.02.2011 г.3. Patent GB 2472509 (A), publ. 02/09/2011
4. Патент RU 2259866C1, опублик. 10.09.2005 г.4. Patent RU 2259866C1, published. September 10, 2005
5. Патент RU 2262455C1, опублик. 20.10.2005 г.5. Patent RU 2262455C1, published. October 20, 2005
6. Патент RU 2450851С2, опублик. 20.05.2012 г.6. Patent RU 2450851С2, publ. May 20, 2012
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA202100133A EA039152B1 (en) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA202100133A EA039152B1 (en) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA202100133A1 EA202100133A1 (en) | 2021-12-09 |
EA039152B1 true EA039152B1 (en) | 2021-12-10 |
Family
ID=80631157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA202100133A EA039152B1 (en) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA039152B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115875896A (en) * | 2022-10-25 | 2023-03-31 | 珠海格力电器股份有限公司 | Refrigerator and sterilization control method thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2259866C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-09-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Method of photocatalytic gas purification |
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 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-11 | Alain Mimouni | Air decontamination and detoxification method for air-conditioning and ventilating air duct in cab interior of vehicle, involves treating polluted air with curtain at high density luminous impulses energy generated by xenon flash lamps |
US20180169580A1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-06-21 | Haldor Topsøe A/S | Method and system for temperature control in catalytic oxidation reactions |
CN109844411A (en) * | 2016-10-19 | 2019-06-04 | 三星电子株式会社 | Photocatalytic filter and air-conditioning including the photocatalytic filter |
-
2021
- 2021-03-17 EA EA202100133A patent/EA039152B1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2259866C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-09-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Method of photocatalytic gas purification |
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 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-11 | Alain Mimouni | Air decontamination and detoxification method for air-conditioning and ventilating air duct in cab interior of vehicle, involves treating polluted air with curtain at high density luminous impulses energy generated by xenon flash lamps |
US20180169580A1 (en) * | 2015-07-03 | 2018-06-21 | Haldor Topsøe A/S | Method and system for temperature control in catalytic oxidation reactions |
CN109844411A (en) * | 2016-10-19 | 2019-06-04 | 三星电子株式会社 | Photocatalytic filter and air-conditioning including the photocatalytic filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA202100133A1 (en) | 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 (en) | Atmospheric air cleaning apparatus | |
KR102281576B1 (en) | Photocatalytic filter module and air cleaning device using the same | |
WO2006080216A1 (en) | Surface emitting device | |
US20220040357A1 (en) | Photocatalytic sanitizing reactor | |
KR20070004479A (en) | The process of recirculated hybrid system composed of novel photo-catalytic reactor and biofilter to treat process-waste-air containing vocs and malodor safely and efficiently | |
CN111603929B (en) | System and method for treating VOCs by excimer light coupling catalysis means | |
EA039152B1 (en) | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein | |
Sydorenko et al. | Transparent TiO 2 thin films with high photocatalytic activity for indoor air purification | |
CN207012785U (en) | A kind of micro-wave nonpolar photooxidation, plasma, photocatalysis combined exhaust gas governing system | |
CN206082107U (en) | Industry organic waste gas purification device | |
PL232541B1 (en) | Forced ventilation system of a vehicle | |
Wang et al. | Photocatalytic decomposition of formaldehyde by combination of ozone and AC network with UV365nm, UV254nm and UV254+ 185nm | |
KR20060035721A (en) | Device for purifying used air containing harmful substances | |
CN209809935U (en) | Waste gas photocatalysis treatment equipment | |
CN210645879U (en) | Laboratory waste gas VOCs processing apparatus | |
JPH0938192A (en) | Air cleaner | |
KR102534782B1 (en) | Air purifying device | |
KR20040014028A (en) | Air cleaner applying light catacyst | |
Gonzalez-Martin et al. | Photodegradation of organic compounds in the vapor phase using TiO2-coated optical fibers | |
US20220297062A1 (en) | Gaseous pollution control devices and methods of removing gaseous pollutants from air |