具有使用微波加热的解吸单元的空气净化过滤器及使用所述空气净化过滤器的空气净化装置

摘要

本发明涉及一种具有使用微波加热的解吸单元的空气净化过滤器及使用所述空气净化过滤器的空气净化装置。所述空气净化装置包括：吸附构件，用于吸附外部空气中包含的气态污染物；解吸单元，用于通过微波加热从所述吸附构件解吸所述气态污染物；以及，净化单元，用于净化包含从所述吸附构件解吸的所述气态污染物的空气。其中，被污染的外部空气中的气态污染物的吸附和解吸是在所述吸附构件内连续地或间歇地实现的，因此所述吸附构件是可重复的，由此能维持所述吸附构件的吸附效率并且显著地增加其寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有使用微波加热的解吸单元(desorptionunit)的空气 净化过滤器及使用所述空气净化过滤器的空气净化装置。更具体地，本发明 涉及一种具有使用微波加热的解吸单元的空气净化过滤器以及使用所述空气 净化过滤器的空气净化装置，其中，被污染的空气中包含的气态污染物的净 化效率可以显著地增加。

背景技术

通常，空气净化装置已经被广泛用于通过处理房屋、多用途设施、工业 场所等的空气中包含的诸如细菌、恶臭、挥发性有机物或有害物质的污染物 来提供清洁的空气。

这样的空气净化装置包括用于处理诸如粉尘或细菌的微粒物质 (particulatematter)的多个过滤器和用于处理诸如恶臭、挥发性有机物和有 害物质的气态物质(gaseousmaterials)的除臭过滤器(deodorizationfilter)。 在用于处理微粒物质的过滤器的情况下，利用了具有对于微粒的筛分效果 (sievingeffect)的过滤器和诸如使用静电的静电除尘器(electrostatic precipitator)的静电过滤器。

另外，在用于处理气态物质的除臭过滤器的情况下，主要应用了使用活 性炭和沸石的固定床吸附过滤器(fixed-bedadsorptionfilter)以及使用臭氧的 臭氧氧化过滤器(ozoneoxidationfilter)。

然而，在固定床吸附过滤器的情况下，平衡吸附力在低浓度下下降，而 且是通过物理结合来吸附预定成分并且因此可能在包括外部温度、浓度等的 外部条件下发生再解吸(re-desorption)，此外，不能实现可重复性，不合需 要地限制了过滤器的寿命。

另外，在使用臭氧的臭氧氧化过滤器的情况下，所述臭氧氧化过滤器是 使用臭氧氧化力的系统，不更换过滤器也可能延长其使用。然而，当未反应 的臭氧由于环境污染物臭氧的使用而排出到外部时，可能引起令人不快的哮 喘和过敏。

发明内容

[技术问题]

因此，本发明已经考虑到在相关领域内出现的上述问题，并且本发明的 目的是提供具有使用微波加热的解吸单元的空气净化过滤器及使用所述空气 净化过滤器的空气净化装置，其中，外部空气中包含的气态污染物的净化效 率可以均匀地维持很长一段时间。

本发明的另一个目的是提供具有使用微波加热的解吸单元的空气净化过 滤器及使用所述空气净化过滤器的空气净化装置，其中，可以最小化需要用 来解吸(desorb)所吸附的气态污染物的流动率(flowrate)和能量消耗(energy consumption)。

[技术方案]

为了实现上述目的，本发明的优选的实施例提供了一种空气净化装置， 包括：吸附构件，用于吸附外部空气中包含的气态污染物；解吸单元，用于 通过微波加热从所述吸附构件解吸所述气态污染物；以及，净化单元，用于 净化包含从所述吸附构件解吸的气态污染物的空气。

在本发明中，所述吸附构件可以沿预定的方向不连续地或连续地旋转， 并且可以包括：吸附区域，在所述吸附区域上所述气态污染物被吸附；解吸 区域，在所述解吸区域中被吸附的所述气态污染物通过微波加热被解吸；以 及热量回收区域，所述热量回收区域回收通过微波加热产生的热量。

另外，所述解吸单元可以包括用于向所述解吸区域供应微波的微波供应 源。

另外，所述空气净化装置可以进一步包括设置在所述吸附构件与所述解 吸单元之间的解吸室以便将输入到所述热量回收区域内的空气引向所述解吸 区域。

另外，所述解吸室可以包括用于防止微波分配到所述热量回收区域的隔 板。

所述净化单元可以包括用于通过催化反应来净化包含从所述吸附构件解 吸的所述气态污染物的空气的催化部分，以及用于通过常规加热或微波加热 来加热所述催化部分的加热元件。

所述净化单元可以进一步包括配置在所述催化部分之前或之后的冷凝部 分，以便冷凝包含从所述吸附构件解吸的所述气态污染物的空气或冷凝通过 所述催化部分的空气。

所述吸附构件可以用从由氧化铝(alumina)、二氧化硅(silica)、沸石 (zeolite)、铝硅(alumina-silica)以及活性炭(activatedcarbon)组成的组中 选择的至少一种制造，具有对气态物质的高吸附性能。这样，所述吸附构件 可以模制为诸如泡沫结构或蜂窝状结构的任何形式以确保空气渗透率。

可替代地，所述吸附构件可以设置为涂覆有从由氧化铝(alumina)、二氧 化硅(silica)、沸石(zeolite)、铝硅(alumina-silica)以及活性炭(activatedcarbon) 组成的组中选择的至少一种吸附剂的具有高空气渗透率的任何支撑物 (support)的形式。这样，所述支撑物可以由金属泡沫(metalfoam)或陶瓷 泡沫(ceramicfoam)，或者蜂窝陶瓷或金属(honeycombedceramicormetal) 构成。此外，所述支撑物可以具有通过弯曲或挤压金属而产生的结构。

另外，所述吸附构件可以包括介电材料。所述介电材料可以包括从由SiC、 TiO₂、ZnO、CuO、NiO、V₂O₅、铁素体(ferrite)、石墨(graphite)、ZnO₂以 及SiH₂组成的组中选择的至少一种，其中的每个都具有等于10或大于10的 介电常数。

另外，所述催化部分可以由用于通过催化反应来净化包含从所述吸附构 件解吸的所述气态污染物的空气的催化材料形成。

所述催化材料可以包括从由铂、铑以及钯组成的组中选择的至少一种， 或者从由钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钼、银、钨以及金组成的组中 选择的至少一种。

此外，所述催化部分可以包括介电材料，所述介电材料被施加到所述支 撑物的表面上，并且通过与微波的反应来增加所述吸附构件的温度。

此外，本发明的优选的实施例提供了一种空气净化过滤器，包括：用于 吸附外部空气中包含的气态污染物的吸附构件，以及用于通过微波加热从所 述吸附构件解吸所述气态污染物的解吸单元。

所述吸附构件可以沿预定的方向不连续地或连续地旋转，并且可以包括： 吸附区域，在所述吸附区域上所述气态污染物被吸附；解吸区域，在所述解 吸区域中被吸附的所述气态污染物通过微波加热被解吸；以及热量回收区域， 所述热量回收区域回收通过微波加热产生的热量。所述空气净化过滤器可以 进一步包括设置在所述吸附构件与所述解吸单元之间的解吸室以便将输入到 所述热量回收区域内的空气引向所述解吸区域。

所述解吸室可以包括用于防止所述微波分配到所述热量回收区域的隔 板。

[有利效果]

根据本发明，由于被污染的外部空气中的气态污染物的吸附和解吸是在 吸附构件内连续地或间歇地实现的，所述吸附构件是可重复的，因此能维持 所述吸附构件的所述吸附效率并且大大增加其寿命。

另外，因为被吸附的气态污染物是通过微波加热来解吸的，所以能够最 小化需要用来解吸所吸附的气态污染物的流动率。

附图说明

图1是说明根据本发明的优选的实施例的空气净化装置的示意图；

图2是说明图1的吸附构件的前视图；

图3至图5是说明图1的解吸单元的运作的视图；

图6A和图6B是说明图3的解吸室的俯视图；以及

图7至图9是说明图1的净化单元的运作的视图。

具体实施方式

以下，根据附图详细描述本发明的优选的实施例。在全部附图中，相同 的参考标号用于指代相同或相似的元件。在以下描述中，应当注意到，当常 规元件的功能以及与本发明相关的元件的详细描述可能会使本发明的主旨不 清楚时，将省略这些元件的详细描述。另外，本发明的范围和精神不限于下 文中描述的实施例，所述实施例是为了让所属领域内的技术人员更清楚地理 解本发明而提供的。此外，应当理解，以下描述包括在本发明的精神和范围 内的所有变化、等同或替换。

图1示意性地示出了根据本发明的优选的实施例的具有使用微波加热的 解吸单元的空气净化装置。

如图1所示，根据本发明的优选的实施例的空气净化装置1包括吸附构 件10、解吸单元20和净化单元30。

所述吸附构件10用于吸附外部空气中包含的气态污染物，并且所述解吸 单元20用于通过微波加热从所述吸附构件10解吸气态污染物。

在本发明中，所述吸附构件可以用从由氧化铝、二氧化硅、沸石、铝硅 以及活性炭组成的组中选择的至少一种制造，具有对气态物质的高吸附性能。 这样，所述吸附构件可以制造为诸如泡孔结构或蜂窝状结构的任何形式以确 保空气渗透率。

可替代地，所述吸附构件可以设置为涂覆有从由氧化铝、二氧化硅、沸 石、铝硅以及活性炭组成的组中选择的至少一种吸附剂的具有高空气渗透率 的任何支撑物的形式。这样，所述支撑物可以由泡沫金属或泡沫陶瓷，或者 蜂窝陶瓷或金属模制的主体构成。此外，所述支撑物可以通过弯曲或挤压金 属或陶瓷来模制。

在本发明中，所述吸附构件10包括吸收微波的介电材料。所述介电材料 可以包括从由SiC(碳化硅)、TiO₂(钛氧化物)、ZnO(锌氧化物)、CuO(铜 氧化物)、NiO(镍氧化物)、V₂O₅(钒氧化物)、铁素体、石墨、ZnO₂(锌过 氧化物)以及SiH₂组成的组中选择的至少一种，其中的每个都具有等于10 或大于10的介电常数。

在本发明中，形成所述吸附构件10的所述吸附剂和所述介电材料可以以 任何方式设置。例如，所述吸附构件可以通过混合所述吸附剂和所述介电材 料制备混合物并用所述混合物涂覆支撑物，或通过制备具有所述介电材料混 合于其内的支撑物后用所述吸附剂涂覆所述支撑物，或者通过用所述介电材 料涂覆支撑物后用所述吸附剂涂覆支撑物来制造。

随后将参照图2描述所述吸附构件10，并且随后将参照图3至图5描述 所述解吸单元20。

回到图1，所述净化单元30是为了净化包含从所述吸附构件10解吸的气 态污染物的空气，使得清洁的空气排出到外部或者使一部分清洁的空气输入 到吸附构件10。随后将参照图7至图9具体说明所述净化单元30的详细配置 和运作。

虽然没有示出，但是根据本发明的空气净化装置1可以进一步包括：至 少一个配置在所述吸附构件10之前并且作用是去除外部空气中包含的微粒污 染物的预处理过滤器，以及至少一个配置在所述吸附构件10之后并且作用是 去除残留在通过所述吸附构件10的空气中的微粒和气态污染物的后处理过滤 器。所述预处理过滤器可以是空气过滤器(airfilter)、中等过滤器(medium filter)、高效微粒空气过滤器(HEPAfilter)或诸如静电除尘器的静电过滤器 (electrostaticfilter)，并且所述后处理过滤器可以是活性炭过滤器(activated carbonfilter)、粘合剂活性炭过滤器(adhesiveactivatedcarbonfilter)、高效微 粒空气过滤器(HEPAfilter)或静电过滤器(electrostaticfilter)。

图2示出了图1的所述吸附构件，图3至图5示出了图1的所述解吸单 元的运作，以及图6A和图6B示出了所述解吸室。

如图2所示，所述吸附构件10沿预定方向不连续地或连续地旋转。所述 吸附构件包括：根据所述吸附构件的旋转，在所述吸附构件的平面上的吸附 区域d1，在所述吸附区域d1上所述气态污染物被吸附；解吸区域d2，在所 述解吸区域d2中被吸附的所述气态污染物通过微波加热被解吸；以及热量回 收区域d3，所述热量回收区域d3回收通过微波加热产生的热量。

通过微波加热，根据本发明的所述装置可以被操作使得所述解吸区域d2 和所述热量回收区域d3的温度分别是50～300℃和40～240℃。

在这样配置的吸附构件10的情况下，在所述吸附区域d1上吸附所述气 态污染物，之后通过微波加热在所述解吸区域d2内连续地或间歇地解吸被吸 附的气态污染物，从而因为气态污染物的吸附和解吸实现吸附构件的重复再 现。此外，在所述热量回收区域d3回收微波加热产生的热量，从而防止所述 吸附构件10的温度增加。因此，能够维持所述吸附构件10的净化效率。

另外，如图3和图4所示，所述解吸单元20可以包括用于产生微波以供 应微波到所述吸附区域d2的微波供应源21。根据本发明的优选的实施例的所 述空气净化装置1可以进一步包括：配置在所述吸附构件10和所述微波供应 源21之间的解吸室40以便输入到所述热量回收区域d3的空气引向所述解吸 区域d2，以及位于所述解吸室40与所述微波供应源21之间并且能够使微波 通过其从所述微波供应源21供应到所述解吸区域d2的波导管50。另外，所 述解吸室40可以包括隔板42，用于防止通过所述波导管50的微波分配到所 述热量回收区域d3。

下面是参照图3和图4对所述解吸单元20的运作的详细描述。

当输入到外部的包含气态污染物的空气a1通过所述吸附区域d1时，所 述气态污染物被吸附在所述吸附区域d1上，从而使产生的清洁空气a2排出 到外部，并且吸附在所述吸附区域d1上的气态污染物通过所述吸附构件10 的不连续的或连续的旋转而处于所述解吸区域d2内。

当使用微波供应源21将微波应用于所述解吸区域d2时，所述微波通过 波导管50和解吸室40转移到所述解吸区域d2。当所述解吸区域d2的温度通 过微波增加时，通过解吸空气a3从所述解吸区域d2解吸所述气态污染物， 然后将包含所述被解吸的气态污染物的空气a4供应到所述净化单元30。

这样，当包含外部的气态污染物的空气a1的一部分a11通过热量回收区 域d3，通过热量回收加热的空气a21可以输入到解吸室40，从而使解吸空气 a3可以和通过热量回收加热的空气a21结合，然后供应到所述解吸区域d2。

如下是解吸单元20从吸附构件10的吸附剂解吸气态污染物的原因。

通常，加热到180～200℃的解吸空气被提供给解吸构件10(所述气态污 染物通过诸如加热器或燃烧器的典型加热元件以所述180～200℃被解吸)，然 后气态污染物通过被加热的解吸空气从吸附剂被解吸。在这种情况下，大大 增加了通过加热元件消耗的能量的量来加热解吸空气，并且需要解吸空气的 高流动率来转移能量以便从被加热的吸附构件10解吸所述气态污染物。

另一方面，在应用微波加热的情况下，通过微波加热直接地加热吸附构 件10，并且解吸空气a3通过使包含外部的气态污染物的空气a1的一部分a11 通过吸附构件10的热量回收区域d3与通过热量回收加热的空气a21结合， 然后供应到解吸区域d2，从而最小化达到从吸附构件10解吸气态污染物所要 求的温度(如50～300℃)所消耗的能量，并且即使在低流动率(如10～20％ 相比于常规流动率)下也能够从吸附构件10解吸气态污染物。

如图5所示，根据本发明的优选的实施例的空气净化装置1可以进一步 包括空气加热单元60，用于通过使包含外部的气态污染物的空气的一部分a11 通过吸附构件10的热量回收区域d3额外地加热通过热量回收加热的空气 a21，使得具有增加的热值的空气供应到解吸区域d2。这样，所述空气加热单 元60可以是电加热器或燃烧器。

如图6A和6B所示，解吸室40可以包括隔板42，用于防止通过波导管 50供应到解吸区域d2的微波泄露到热量回收区域d3。所述隔板42优选地由 金属网或金属多孔板组成，使得防止供应到解吸区域d2的微波到达热量回收 区域d3，并且也最小化当通过热量回收加热的空气a21通过其时的空气阻力， 所述空气a21通过热量回收区域d3和解吸室40供应到解吸区域d2。例如， 在金属网的情况下，每个单独的网格孔径优选地具有30mm×30mm或更小 的尺寸以阻塞微波的通道。在金属多孔板的情况下，孔的直径优选地设置为 30mm或以下。

图7至9示出了图1的净化单元的运作。

如图7所示，所述净化单元30可以包括：催化部分31，用于通过催化反 应净化包含从吸附构件10解吸的气态污染物的空气a4；以及，加热元件33， 用于使用典型加热或微波加热来加热所述催化部分31。

这样，所述催化部分31可以由支撑和催化材料组成，所述催化材料被运 用到所述支撑的表面上并且经受与所述气态污染物的催化反应，并且所述加 热元件33可以包括根据典型加热的加热器或燃烧器，也可以包括根据微波加 热的磁控管。

更具体地说，所述支撑可以是具有陶瓷泡沫、金属泡沫或蜂窝状结构的 陶瓷或金属支撑，并且所述催化材料可以包括从由铂、铑以及钯组成的组中 选择的至少一种，或者从族3至12的过渡金属(例如，钛，钒，锰，铁，钴， 镍，铜，锌，钼、银、钨以及金)组成的组中选择的至少一种。

另外，当所述催化部分31通过使用微波加热的加热元件加热时，除所述 催化材料外，所述催化部分31可以进一步包括介电材料，所述介电材料被施 加到所述支撑的表面上并通过与微波反应来增加所述催化部分31的温度。

所述介电材料可以包括从由SiC(碳化硅)、TiO₂(钛氧化物)、ZnO(锌 氧化物)、CuO(铜氧化物)、NiO(镍氧化物)、V₂O₅(钒氧化物)、铁酸盐 (ferrite)、石墨(graphite)、ZnO₂(锌过氧化物)以及SiH₂组成的组中选择 的至少一种。

因此，在应用使用微波加热的加热元件的情况下，所述催化部分31可以 通过混合所述催化材料和所述介电材料来制备混合物然后用所述混合物涂覆 所述支撑，或者通过制备具有混合于其内的所述介电材料的支撑然后用所述 催化材料涂覆所述支撑，或者通过用所述介电材料涂覆所述支撑后用所述催 化材料涂覆所述支撑来形成。

参照图7，以下详细说明通过净化单元30净化包含气态污染物的空气a4 的过程。

所述吸附构件10的解吸区域d2通过从解吸单元20供应到吸附构件10 的解吸区域d2的微波来微波加热。因此，当所述解吸区域d2的温度增加到 气态污染物能够被解吸的程度(如180～200℃)时，所述气态污染物通过解 吸空气a3从解吸区域d2被解吸，并且包含所述气态污染物的空气a4被输入 催化部分31。

催化部分31通过加热元件33来加热，然后实现与气态污染物的催化反 应来净化气态污染物，并且在通过催化部分31已经被净化的气态污染物中的 空气a5被排到外部，或者空气a5的一部分a6与外部空气a1结合后被供应到 吸附构件10。

这样，在通过所述催化部分31已经被净化的气态污染物中的所述空气a5 的一部分a6被供应到所述吸附构件10的原因是：在通过催化部分31的过程 中，防止通过催化部分31没有被完全净化以及可能留在空气a5中的污染物 残留被排到外部。

另外，如图8和图9所示，净化单元30可以进一步包括：除所述催化部 分31和所述加热元件33之外，所述冷凝部分35设置在所述催化部分31之 前或之后以冷凝包含从吸附构件10解吸的气态污染物的空气或冷凝通过催化 部分31的空气，并且所述冷凝部分35可以是热交换器或冷却器。

具体地，如图8所示，在所述冷凝部分35设置在催化部分31之前的情 况下，包含气态污染物的空气a4输入到所述冷凝部分35后被冷凝并被脱水， 并且通过所述冷凝部分35的空气a5被输入到通过加热元件33加热的催化部 分31然后经受催化反应以通过所述冷凝部分35净化包含在空气a5中的气态 污染物，之后，在已经被净化的气态污染物中的空气a6被排出到外部，或者 空气a6的一部分a7与外部空气a1结合后供应到所述吸附构件10。

如图9所示，在所述冷凝部分35设置在催化部分31之后的情况下，在 通过催化部分31已经被净化的气态污染物中的空气a5输入到所述冷凝部分 35并且因此被脱水，之后，作为结果的空气a6被排出到外部或空气a6的一 部分a7与外部空气a1结合后供应到吸附构件10。

这样，所述冷凝部分35额外地设置在催化部分31之前或之后的原因是： 通过催化部分31的在已经被净化的气态污染物中的被加热的空气a5被冷却， 之后，所述被冷却的空气的一部分a7与外部空气a1结合后供应到吸附构件 10，由此在外部空气a1的一部分a11通过热量回收区域d3的过程中有效地降 低通过微波加热加热的热量回收区域d3的温度。

虽然本发明的优选的实施例已经被公开用于说明的目的，但是本领域内 的技术人员将理解，在不超出如在附加的权利要求中公开的本发明的范围和 精神的情况下可能有各种修改、增加和替换。