光催化净化剂的反应芯系统技术方案

本申请涉及光催化反应器外壳，具有：允许流体流过的纵轴线；夹持光源的框架和绕着纵轴线基本上包围光源的叶片；每个叶片具有面向光源的内表面和与内表面相对的外表面；多个叶片的至少一部分表面包括具有光催化氧化特性的材料的涂层；并且叶片的内表面配置成将发射的一些光再定向到相邻叶片的衬底的另一部分上。在一个实施方式中，叶片在径向上沿着至少一部分叶片倾斜。在一个实施方式中，内表面配置成将由光源发射的一些光反射到相邻叶片的至少一部分外表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光催化净化剂的反应芯系统交叉引用申请本申请要求于2015年7月7日递交的美国临时申请62/189,600的权益，其通过整体引用合并于此，以用于各种目的。
技术介绍
任何室内设置中的环境空气均能够成为维持健康生活环境的主要影响因素。霉菌孢子、细菌、病毒、过敏原、挥发性化学物质(包括被称为VOC的挥发性有机化合物)等常常存在于环境空气中，并且在室内环境中的浓度比室外空气的浓度高得多。此外，表面滋生的污染物(诸如细菌和病毒)是现代室内环境中的主要问题。这些病原体是造成现代世界许多病症和疾病的原因。室内环境往往比室外环境污染得更严重，这是由于最近建筑趋于更紧密的建筑外墙以及室内空气的空气交换更少的能源意识。在过去几十年中，已大量研究这种现象，并将其描述为“病态建筑综合症”。为了有助于室内空气质量，已实施了许多方法。一种方法是光催化氧化(PCO)技术。通过利用由光(通常，但不总是，落入紫外光谱)照射的金属氧化物催化剂，通常为二氧化钛或二氧化硅(可能浸渍有其他痕量元素)，并且通过使空气、水或者其他气体或液体的流体经过被照射表面，已观察到某些现象。虽然与这些现象有关的反应复杂，并且当前尚不能完全了解反应过程的确切细节，但是许多研究和测试已应用于该技术的有益应用。在商业环境处理中，通过用紫外光照射金属氧化物来产生光催化表面的方法已变得司空见惯。PCO反应性涂层中的某些添加剂(也称为掺杂剂)引起了金属氧化物涂层的反应性波长的明显变化，从而使紫外光谱外的波长引起光催化作用。尽管各种形式的金属氧化物都能够产生光催化，但是二氧化钛(TiO2)由于其有益的特性仍然是最受欢迎的和优选的。TiO2是一种广泛使用且高度可控的观察到具有最有效带隙能量的物质，以实现高度稳定、可持续且可控的PCO反应。由于TiO2在PCO反应中起到的主要作用，很多时间花费在提高光催化剂本身效率的研究方法上。通过添加(被称为掺杂)痕量的其他元素到TiO2衬底中，已观察到不同的特性。已经进行研究，添加银、铑、金、碳、铯、镍、铂、铜及许多其它元素据报道已对PCO工艺产生了影响。虽然存在可用的PCO净化系统，但是现存的系统存在许多缺陷。也就是说，许多系统受到流体流经光催化表面效率较低的设计所困扰。而且，许多设计对利用和控制由其光源产生的光的效率较低。许多当前设计已寻求改进这些方面；然而，当前行业格局留有改进余地。目前格局关注的一个领域是低效率PCO反应器倾向于仅将较大分子(通常是VOC)部分分解成其他不太理想的化合物(被称为中间体)。更有效率的PCO反应器设计将大大减少由PCO单元产生的中间体化合物的数量。相关领域的前述实例及其相关限制是用于说明性目的，而不是用于排他性目的。在阅读说明书并研究附图之后，相关领域的其他限制对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
技术实现思路
以下实施方式及其方面结合了系统、工具和方法进行描述和说明，这些系统、工具和方法是用于示例性和说明性的目的，而不是用于限制范围。在各种实施方式中，上述问题中的一个或多个已被减少或消除，而其他实施方式涉及其他改进。现有技术的问题能够通过一种光催化反应器外壳进行克服，该光催化反应器外壳具有：允许流体流过的外壳的纵轴线；夹持光源的框架和基本上绕着所述纵轴线包围所述光源的多个叶片；每个叶片具有面向光源的内表面和与内表面相对的外表面，沿着纵轴线延伸的长度以及绕着光源延伸的宽度；多个叶片的至少一部分表面包括具有光催化氧化特性的材料的涂层；并且所述叶片的内表面配置成将由所述光源发射的一些光再定向到相邻叶片的衬底的另一部分上。在光催化反应器外壳的一个实施方式中，所述叶片在径向上沿着所述叶片的至少一部分宽度倾斜。在光催化反应器外壳的一个实施方式中，所述内表面配置成将由所述光源发射的一些光再定向或反射到相邻叶片的至少一部分外表面上。本申请的一个方面在于：提供一种能够更好地控制光催化活性并使其适应所需应用的反应室。这是通过使用具有高附着力的光催化涂层的稳定载体材料来实现的，并且耐久性能够在PCO反应过程中表现出比当前可用的反应室更高的效率。通过为本申请的光催化反应提供合适的反应室(由本文讨论的任何单个元件或任何元件组合组成)，能够获得改进的光催化活性。意图为或应推断出，对具有特定元件组合的给定实施方式没有限制。本申请的另一个方面在于：由任意数量的三维空气动力学形状(或流体力学形状)或机翼(或水翼)形状组成的基础结构。通过使用产生穿过光催化涂层表面的阻力较小的形状设计，能够获得穿过发生PCO反应的区域内的湍流降低，背压降低且层流增大，穿过PCO活性表面的流体流增大，以及整体更有效率且可控的光催化反应。本申请的另一个方面在于：可将上述形状扭转、拱起或扭曲成任何形式的圆柱体、螺旋面(helix)或三维双曲面。将结构的形状改变成螺旋面或双曲面能够改进对通过该结构和穿过光催化表面的流体的控制，从而增大光催化反应。另外，所公开的外壳能够影响穿过光催化活性表面的压力和速度，这能够影响光催化反应过程的产出。当流体离开该结构时，可能会形成螺旋或涡旋(cyclonal)流体流。这些流体流可以提高光催化反应的稳定性和效率。本申请的另一个方面在于：基础结构可以由锥形螺旋面或三维双曲面组成。当流体移动通过该结构并穿过部分光催化表面时，改变表面在横向上的形状能够用于控制流体压力，从而增强光催化反应。该结构的某些锥形也可以用于更好地使用驱动光催化反应用光源的取向和输出。本申请的另一个方面在于：通过将先前使用的光回收并且主动或被动地再聚焦到另一活性表面或其他所需区域上，提高单位量的发射光的反应效率。在光催化反应的驱动下，几乎所有表现出光催化反应性的金属氧化物都不能100％利用与表面接触的光(TiO2，在用紫外光90°照射时，已观察到接近70％效率)。通过将任何在反应中未利用的光再定向并再聚焦到另一个光催化反应性表面上，可以提高光催化效率。将较大面积未利用的光再聚焦到光催化反应性表面的较小区域会实现再定向光的强度更高的区域；这可以实现光催化反应性更高的区域。本申请的另一个方面在于：以光催化材料的一种或多种制剂涂覆基础结构的各种表面。用光催化活性金属氧化物或其掺杂变体的不同制剂涂覆该结构的不同区域会在光催化物质的表面之上或上方形成了不同的复杂反应。光催化表面和反应的这种多样性能被定制成与关注的特定目标成分(element)反应。本申请的另一个方面在于：基础结构可以相对于外部流体移动系统是固定的，或者能够旋转以充当独立的动态流体系统。这些元件可被设计成给反应室提供动力，以充当自容式(self-contained)反应器系统的风扇或泵。本申请的另一个方面在于：基础结构能够可伸缩成几乎任何尺寸或光输出的发射长度。前面提到的设计元件可以以不同的尺寸和配置呈现，以最好地适应光源或光催化活性表面的所需特性。除了上述示例性的方面和实施方式之外，通过参照形成本申请说明书一部分的附图(其中在若干视图中相同的附图标记表示相应的部分)，其他的方面和实施方式将变得显而易见。附图说明图1是形成反应室的外壳的一个实施方式的透视图。图2是详细示出涂层区域的一个具体形状的剖面图。图3是形成反应室的外壳的第二实施方式的透视图。图4是与图3示出的单个叶片类似的单个叶片的详细视图。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化反应器外壳，包括：允许流体流过的所述外壳的纵轴线；夹持光源的框架和基本上绕着所述纵轴线包围所述光源的多个叶片；每个叶片具有面向光源的内表面和与所述内表面相对的外表面，沿所述纵轴线延伸的长度以及绕着所述光源延伸的宽度；多个叶片的至少一部分表面包括具有光催化氧化特性的材料的涂层；并且所述叶片的内表面配置成将由所述光源发射的一些光再定向到相邻叶片的衬底的另一部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.07 US 62/189,6001.一种光催化反应器外壳，包括：允许流体流过的所述外壳的纵轴线；夹持光源的框架和基本上绕着所述纵轴线包围所述光源的多个叶片；每个叶片具有面向光源的内表面和与所述内表面相对的外表面，沿所述纵轴线延伸的长度以及绕着所述光源延伸的宽度；多个叶片的至少一部分表面包括具有光催化氧化特性的材料的涂层；并且所述叶片的内表面配置成将由所述光源发射的一些光再定向到相邻叶片的衬底的另一部分上。2.根据权利要求1所述的光催化反应器外壳，其中，所述叶片在径向上沿着所述叶片的至少一部分宽度倾斜。3.根据权利要求1或2所述的光催化反应器外壳，其中，所述内表面配置成将由所述光源发射的一些光再定向到相邻叶片的至少一部分外表面上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的光催化反应器外壳，其中，所述叶片的至少一部分的内表面具有由第一弧和第二弧组成的凸形。5.根据权利要求1～5中任一项所述的光催化反应器外壳，其中，所述叶片沿着所述纵轴线扭转。6.根据权利要求4或5所述的光催化反应器外壳，其中，所述叶片具有用于至少一部分所述纵轴线的拱形横截面。7.根据权利要求1～6中任一项所述的光催化反应器外壳，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗德·基思，
申请(专利权)人：优维瑞克有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US