[发明专利]多个等离子体驱动的催化剂反应器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2014年7月29日提出的序列号为14/446,331的非临时专利申请的部分继续申请，将其公开内容通过引用全部并入本文。依照35U.S.C.§119(e)，本申请是要求了2014年11月12日提出的序列号为62/078,940的US临时专利申请的权益的非临时专利申请，将该US临时专利申的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于消毒、清洁和净化空气的等离子体驱动的催化剂(PDC)技术的应用。更具体地，本发明涉及一种具有平行设置的多个等离子体驱动的催化剂反应器的空气净化系统。

背景技术

根据各种研究，城市居民在一天中大约80％的时间是花费在室内环境中，如家庭、办公室、电影院、餐馆、商店和其他半封闭空间。由于各种各样的室内空气污染源，如吸烟、油烟、墙纸胶、线圈、烧油取暖器、烟雾、PM2.5等等，在这些半封闭空间中的空气质量可能会很差。各种污染物的连续或间歇的排出可导致严重的人体健康损害，甚至死亡。通过通风保持适当的室内空气质量通常会引进室外空气来稀释室内的空气空间。但是，如果室外空气质量较差或缺乏室内通风的能力，则室内空气污染会持续。因而，需要空气净化系统净化室内空气以便改善空气质量。

等离子体是分子被离子化的气体，它包含许多组分，诸如不同能量的电子、正负离子和中性粒子。许多研究表明，等离子体对于去除氮氧化物、硫氧化物、气味和挥发性有机化合物是有效的。在各种类型的等离子体中，非热等离子体已被证明是分解挥发性有机化合物和其他空气污染物的相当有效的技术。非热等离子体具有一些独特的性质，如在环境温度和大气压下的快速响应，在短的停留时间内实现高的电子能量，和容易操作。此外，等离子体放电的方式类似于静电除尘器可用于灰尘和液滴收集。然而，研究人员一致认为，应用等离子体消除挥发性有机化合物具有三个主要的弱点，其包括与有害化合物(一氧化碳、氮氧化物、其他挥发性有机化合物等)排放物的不完全氧化、差的能量效率和低矿化度。不完全氧化导致形成有毒副产物，如一氧化碳(CO)、臭氧和气溶胶粒子，这甚至增大了总的气体毒性。因此，这些副产物的形成需要额外的后处理系统，这增加了整个空气净化系统的成本和复杂性。

EP1671659公开了一种消毒和净化装置，包括：壳体；设置在所述壳体上的定向空气导流板；可移动的空气导流板，其包括在所述壳体内并设置在与所述定向空气导流板对应的位置；等离子体反应器，其安装在所述可移动的空气导流板下面，并且所述等离子体反应器从顶部至底部顺序安装阴离子阳极板、阴离子阴极板、等离子体阳极板和等离子体阴极板，并且所述阴离子阳极板、阴离子阴极板、等离子体阳极板和等离子体阴极板是带网孔的不锈钢板，纳米催化剂的薄膜覆盖在所述带网孔的不锈钢板的表面上。然而，由于在阳极和阴极板上的催化剂覆层，使用这种方法来产生等离子体在以高强度提供等离子体方面不那么有效。

根据具有用于空气处理的等离子体和催化剂组合的传统空气净化装置，等离子体在腔室中产生，并且光催化剂层放置在该腔室的空气出口处，或该腔室的空气入口处。然而，这种配置在空气净化中不是有效的，因为光催化剂层产生了空气净化系统的高空气阻力，导致空气循环速度的衰减和通风机电负荷的增加。更甚者，需要额外的紫外光灯照射光催化剂层以便自由基的产生，这增加了空气净化系统的成本和复杂性。并且，简单应用的UV照射可能不够强，不足以产生足够的自由基来分解空气污染物，最终导致无效的空气净化。

因此，对于空气净化装置存在未满足的需求，所述空气净化装置能有效地去除空气污染物且具有低的空气阻力、系统复杂性和功耗。

发明内容

本发明涉及一种利用等离子体驱动的催化剂技术的空气净化系统。该系统包括平行设置的多个等离子体驱动的催化剂反应器。

根据本发明的一实施方式，一种空气净化系统，包括：平行设置的多个等离子体驱动的催化剂(PDC)反应器；其中PDC反应器相互平行地堆叠；其中每个PDC反应器包括第一电极、第二电极、第一介电层和第一光催化剂层；其中第一电极和第二电极相互平行地定位，并且第一介电层位于第一电极和第二电极之间且形成在第一电极上；其中第一光催化剂涂层涂覆在第二电极或者第一介电层上。

优选地，每个PDC反应器都呈长方形或者正方形，以便于在PDC反应器当中堆叠。

优选地，第一电极和第二电极呈长方形、正方形或者“U”形。