一種凈化空氣污染的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣完全與無限凈化的方法及其裝置，其特征在于通過相變的方法分離并去除污染物組分。將空氣循環(huán)導(dǎo)入相變裝置使氣相中的污染組分發(fā)生相變形成液體或固體從而與清潔氣相組分分離并儲存處置，將清潔空氣連續(xù)輸送回原空間。該技術(shù)無需使用、消耗、或更換任何活性材料，也無需補給外來空氣，僅使用電能或便攜式制冷設(shè)備即可無限去除人類呼吸所需空氣中的任何污染組分，包括但不限于一氧化碳，氨，甲醛，二氧化硫，乙醛，丙烯醛，苯，甲苯，乙苯，二甲苯，苯乙烯，苯并芘，揮發(fā)性有機(jī)物，PM2.5，以及納米顆粒。通過改裝已有的制冷部件，該技術(shù)可用于各種民用、工業(yè)、軍事等室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化。
【專利說明】一種凈化空氣污染的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于室內(nèi)或密閉空間凈化污染空氣的方法和裝置，屬于室內(nèi)空氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣污染物可包括有毒有害氣體組分和細(xì)微顆粒物(如微米、納米級顆粒物)。目前，已有的空氣凈化技術(shù)有:吸附技術(shù)(如活性炭)、光催化技術(shù)(如二氧化鈦光催化降解)、過濾技術(shù)(如HEPA聞效過濾)、負(fù)尚子技術(shù)、負(fù)氧尚子技術(shù)、分子絡(luò)合技術(shù)、光觸媒技術(shù)、靜電集塵技術(shù)、活性氧技術(shù)等。這些方法用到的材料或介質(zhì)包括:光觸媒、活性炭、合成纖維、HEAP高效材料、負(fù)離子發(fā)生器等。雖然這些方法對于空氣中的污染物有一定的去除作用，但是它們都只針對某幾種污染物有一定的去除率，很多材料達(dá)到飽和處理量后必須不斷更換新材料，從而在效率-效果-成本上形成瓶頸性限制。由于現(xiàn)有技術(shù)原理的限制，目前已有的污染空氣凈化技術(shù)均不能達(dá)到在不更換材料的情況下對空氣中的全部污染組分進(jìn)行完全和無限的凈化。例如美國專利US4017736和中國專利CN1185017C，這些方法利用多層濾網(wǎng)和活性炭吸附，這種方法只能將通過吸附和過濾材料的污染空氣中的一部分去除。如果濾膜孔徑過大，總有較小的顆?；驓怏w可以穿過濾膜而得不到截留，如果孔徑過小又影響處理流量甚至造成孔徑堵塞大大降低處理效果。對于吸附劑而言由于吸附反應(yīng)動力學(xué)的限制，不可能將通過的污染物在一次較快的流通中全部去除，需要反復(fù)吸附，而每一次吸附都只能去除總污染量中的一部分，隨著吸附劑逐漸接近飽和，去除效率不斷下降直至為零。由于各類吸附劑總有一定的吸附容量和選擇性，造成這類方法在效果-效率-成本上的局限性。又例如光催化、等離子體技術(shù)、負(fù)離子技術(shù)等通過化學(xué)反應(yīng)去除污染物的方法，一般都只針對某種特定的污染組分而非全部的污染組分，因為作為化學(xué)反應(yīng)總是有一定的選擇性，不是所有的組分都可以在同一個材料上發(fā)生分解反應(yīng)，特別是這類基于化學(xué)反應(yīng)、降解、或分解的方法通常會產(chǎn)生一些包括氣體(如氮氧化物及臭氧等二次污染物)的二次污染物，難以實現(xiàn)室內(nèi)或密閉空間內(nèi)空氣污染組分的原位、連續(xù)、完全、和無限凈化。特別地，空氣污染中的納米顆粒往往難以通過現(xiàn)有的技術(shù)有效去除。
[0003]空氣污染可在多種環(huán)境下存在并影響人類健康或人員安全，其中室內(nèi)或密閉空間中的空氣污染問題往往在多種境況下存在而且有些無法避免，必須有效處理才能保證人員安全。如何在室內(nèi)或密閉空間中實現(xiàn)高效、長期、方便、低成本的空氣凈化具有很多實際的需求(實用性)但仍缺少滿意的技術(shù)。比如在潛艇中各種人的活動(比如呼吸，烹飪，和發(fā)生在各種介質(zhì)上的微生物反應(yīng)等)都會造成密閉空間中污染物濃度的上升。由于現(xiàn)有空氣凈化技術(shù)效能的限制，無法滿足完全和無限的空氣凈化效果，至使?jié)撏Р坏貌活l繁地升到水面更換清潔空氣(比如每一個月就需要換氣)。如果可以凈化潛艇中的空氣使其具備在幾個月甚至十幾個月的時間內(nèi)都無需因換氣而不得不升到水面，有可能更大限度地發(fā)揮其戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)作用。又如，在某些情況下(比如嚴(yán)重的空氣污染、灰霾、沙塵暴、地質(zhì)災(zāi)害、火山爆發(fā)、自然大火，特別是毒氣戰(zhàn)爭)，有時會需要將人員活動空間與環(huán)境大氣隔絕一段時間，以避免環(huán)境中的有害氣體進(jìn)入到室內(nèi)，比如車、船、工作室、醫(yī)院、民防設(shè)施、軍事掩體等。這時，很需要一種方便易行的污染空氣完全且無限凈化裝置能夠足夠長時間地清除室內(nèi)或密閉空間內(nèi)的污染氣體包括一開始從污染大氣進(jìn)到室內(nèi)的污染物以及人類呼吸和生活不斷產(chǎn)生污染氣體。再如，隨著納米技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展和大氣污染的加劇，如何消除室內(nèi)或密閉空間中的微米，特別是納米級的細(xì)顆粒也逐漸成為社會的需求。另外，如何提高防毒面具的效能，使其能在各種有毒的環(huán)境中長期佩戴使用而無需更換材料，也具有實際的需求和實用價值。然而，現(xiàn)有專利和文獻(xiàn)報道尚未見有能滿足上述各種需求的技術(shù)，也未見顯而易見可以實現(xiàn)上述技術(shù)效果的有關(guān)設(shè)想或方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的適用于室內(nèi)或密閉空間凈化污染空氣的方法和裝置。
[0005]為此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化方法，其特征在于，通過相變的方法分離并去除空氣污染組分，將含有污染組分的空氣導(dǎo)入一個相變裝置使氣相中的各種組分發(fā)生相變形成液體或固體，再通過固-液-氣分離裝置將污染組份與清潔組分分離，將污染組分導(dǎo)入到儲存與處理裝置，將清潔空氣輸送回原室內(nèi)或密閉空間。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化裝置，其特征在于，其包括至少一個氣體循環(huán)控制裝置，該裝置將空氣通過管道進(jìn)口導(dǎo)入相變裝置，將潔凈空氣導(dǎo)出輸送回所需空間；至少一個相變裝置，該裝置通過調(diào)節(jié)溫度和壓力使空氣污染組分液化或固化；至少一個氣液分離裝置，該裝置使液態(tài)或固態(tài)空氣污染組分與潔凈空氣分離，并收集污染組分；至少一個污染組份儲存處理裝置，用于儲存或?qū)С龌蛱幚砦廴窘M分；至少一個空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所需空間的空氣質(zhì)量和凈化后的空氣質(zhì)量并以此控制循環(huán)處理的程度和次數(shù)。
[0007]利用根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，可以達(dá)到完全與無限或近乎完全與無限凈化室內(nèi)或密閉空間空氣污染的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1本發(fā)明中的一類分步處理串聯(lián)相變裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2本發(fā)明中的一類一步處理相變裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3本發(fā)明應(yīng)用于便攜式設(shè)備的一例。
【具體實施方式】
[0011]制約空氣污染凈化的一個關(guān)鍵問題是污染組份(如甲醛氣體，微米-納米顆粒)和人類呼吸所必需的清潔空氣組分(如氧氣)往往混合在一起(比如同在氣相中)，要將它們完全地一一分離十分困難，而現(xiàn)有的技術(shù)原理正是試圖將這些混合污染物用吸附或過濾的辦法去除或通過化學(xué)反應(yīng)使污染組份降解等，這類原理限制了現(xiàn)有技術(shù)的效率、效果、和成本，導(dǎo)致了技術(shù)背景中述及的種種不足。本發(fā)明利用了所有物質(zhì)在一定溫度壓力條件下，都可以發(fā)生相變，相變后由于物質(zhì)的聚集形態(tài)的不同很容易將其分離，如固體與氣體的分離，液體與氣體的分離，或者液體與固體的分離。由于不同污染物的相變點所需的溫度壓力條件不同，因此通過控制一定的溫度、壓力可以控制某個特定的污染組份發(fā)生相變，從而得以與氣相分離。實際中，污染空氣中的大部分污染組份在溫度降低的過程中，都可以先于氧氣液化，因此可以控制溫度壓力在氧氣的沸點之上的某個溫度壓力條件，將大部分污染組份液化或者固化，從而達(dá)到更方便地去除污染組份而保留清潔氧氣的目的。如果需要的話，也可以先將所有氣相組分全部液化或固化，然后控制一定的溫度壓力條件使不同的組分分別氣化，從而將其完全分離。對于混合在污染空氣中的細(xì)微固體顆粒而言(比如納米顆粒，PM2.5顆粒等)，它們正可以作為相變成核中心促進(jìn)相變的形成，相變之后固體顆粒被液滴或固體包裹，不斷長大，可以方便地與氣相分離。至今為止，尚未見有人將這一原理用于室內(nèi)污染空氣的凈化技術(shù)中，因此導(dǎo)致了技術(shù)背景中所述的技術(shù)缺陷和實際需求。
[0012]針對上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷和實用需求，本發(fā)明提出一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化的方法及其裝置，其特征在于，通過相變的方法分離并去除污染物組分，將污染空氣導(dǎo)入一個相變裝置使氣相中的各種組分發(fā)生相變形成液體或固體，再通過固-液-氣分離裝置將污染組份與清潔組分分離，將污染組分導(dǎo)入到儲存與處理裝置，并將清潔空氣輸送回原室內(nèi)或密閉空間，通過不斷循環(huán)處理室內(nèi)或密閉空間中的空氣達(dá)到完全去除任何目標(biāo)污染組份包括無限去除室內(nèi)或密閉空間中由于人類活動所產(chǎn)生的各種廢氣，從而達(dá)到完全與無限或近乎完全與無限凈化室內(nèi)或密閉空間空氣污染的目的。
[0013]上述污染空氣凈化方法中所述的相變過程中，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力有選擇地使目標(biāo)污染氣體組分液化或固化，但仍保持氧氣等清潔空氣的主要組分為氣體，便于將清潔空氣輸送回室內(nèi)或密閉空間，并通過分離和處置裝置將污染組份分離、收集、并處置，這一原理比較節(jié)省能量，因為它僅僅針對污染空氣中少量污染組份進(jìn)行選擇性相變。
[0014]上述的相變過程中，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力使全部氣體組分液化或者固化，然后再通過對固液相逐漸加溫升溫使目標(biāo)組分在不同溫度下分別氣化并分離，這一原理可將任何污染組份完全分離，但耗能較高，適用于污染十分嚴(yán)重或十分緊急的情況。
[0015]上述的相變過程中，其特征在于，其相變溫度范圍為0°C至-200°C，考慮到效率和成本因素，相變溫度范圍優(yōu)選為_15°C至_150°C，最優(yōu)選-15°C至_30°C ;壓力為I至23個大氣壓，同樣，考慮到效率和成本因素，壓力優(yōu)選I至8個大氣壓，最優(yōu)選I至3個大氣壓。
[0016]上述的相變過程中，其特征在于，其中的溫度調(diào)節(jié)裝置可以用各種制冷方法(包括使用電能制冷或者直接使用制冷劑)使相變裝置中一個局部的降溫腔中的溫度降低到指定的溫度和壓力，從而使通過這一局部腔的氣體產(chǎn)生相變，用這樣的局部低溫腔處理較大空間污染空氣的原理可以節(jié)省能量。在低溫相變腔中可利用多孔介質(zhì)配合溫度降低促進(jìn)微量氣體的相變。
[0017]上述的相變過程中，其特征在于，其中的局部低溫腔相變裝置，可以利用家用冰柜的制冷裝置改裝，配合專用的家庭室內(nèi)空氣循環(huán)裝置，實現(xiàn)對家庭室內(nèi)空氣凈化的目的。
[0018]上述的通過相變凈化污染空氣的方法，其特征在于，該方法通過固體成核中心的優(yōu)先相變原理，利用污染組份凝結(jié)和凍結(jié)使空氣中的納米顆粒和微米顆粒長大，從而達(dá)到從空氣中去除微納級及其他可吸入顆粒物的目的。
[0019]上述的相變過程中，其特征在于，污染氣體通過導(dǎo)熱良好的管道通過低溫相變腔，其在相變腔內(nèi)停留的時間可以調(diào)控，通過同步調(diào)節(jié)溫度、壓力和氣體停留時間控制相變和分離的效果。
[0020]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，其中的固-液-氣分離裝置具有氣-固-液分離構(gòu)造，包括多級濾網(wǎng)、塔板、和多孔介質(zhì)等，可以使過冷污染組分凝結(jié)并使液滴或固體顆粒不斷長大，從而與潔凈氣體組分(如氧氣)分離。
[0021]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，其中的污染組份儲藏和處理裝置可以儲藏污染組分并可定時導(dǎo)出集中處理，包括活性炭集中吸附固定以及異地燃燒(完全氧化)或排放處理。
[0022]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，與吸附、催化、過濾等傳統(tǒng)方法不同，該方法無需使用、消耗或更換任何活性材料，只要通過電能控制溫度或壓力即可達(dá)到無限循環(huán)凈化室內(nèi)空氣污染的目的。
[0023]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)壓力和溫度使空氣污染組分的物理狀態(tài)發(fā)生改變，例如液化或固化，液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)或附著在通道內(nèi)壁上，或飄浮于氣流中。通過氣流推動，可使不斷增大的液態(tài)或固態(tài)顆粒最終聚集在通道末端的氣液分離裝置內(nèi)，氣相中的小液滴或顆粒由氣液分離裝置中的塔板、多層濾網(wǎng)或多孔介質(zhì)等氣-液分離構(gòu)造攔截，并最終匯聚成液態(tài)或固態(tài)，實現(xiàn)污染組分和清潔空氣分離。
[0024]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，潔凈空氣經(jīng)氣液分離裝置分離出來，通過管道出口送回所需空間，管道出口可以附加其他設(shè)備，該附加設(shè)備可以調(diào)節(jié)潔凈空氣以滿足不同需要，例如負(fù)離子發(fā)生器。
[0025]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，室內(nèi)或密閉空間中的空氣經(jīng)過連續(xù)循環(huán)處理，可以達(dá)到完全去除污染組分的目標(biāo)；空氣經(jīng)多個串聯(lián)的氣體相變裝置處理，可以增加處
理效率。
[0026]上述污染空氣凈化方法，其特征在于，其所用原理可以無需使用、消耗、或更換處理材料，也無需補給外來空氣，僅僅消耗電能或者制冷劑即可分離去除幾乎所有的空氣污染組分，包括但不限于一氧化碳，臭氧，二氧化碳，氨，甲醛，二氧化硫，乙醛，二氧化氮，丙烯醛，苯，甲苯，乙苯，二甲苯，苯乙烯，苯并[a]芘，可吸入顆粒物PM10，總揮發(fā)性有機(jī)物TV0C，以及納米顆粒等。
[0027]上述的通過相變凈化污染空氣的方法，其特征在于，該方法通過固體成核中心的優(yōu)先相變原理，利用污染組份凝結(jié)和凍結(jié)使空氣中的納米顆粒和微米顆粒不斷長大，從而達(dá)到從空氣中去除微納級及其他可吸入顆粒物的目的。
[0028]上述污染空氣凈化方法可以應(yīng)用于民用室內(nèi)空氣污染的去除，與家庭冰箱制冷裝置相結(jié)合可去除某些室內(nèi)空氣組分(如甲醛，PM2.5顆粒)。也可以應(yīng)用于工業(yè)某些密閉室內(nèi)污染組分的去除，與工業(yè)制冷裝置相結(jié)合去除特定的工業(yè)廢氣污染物；也可以應(yīng)用于消防、戰(zhàn)爭和其他的特殊惡劣環(huán)境中，與便攜空氣凈化設(shè)備結(jié)合，阻斷有毒污染組分進(jìn)入呼吸面具。
[0029]上述污染空氣凈化方法所描述的室內(nèi)或密閉空間，可以是任何人類活動所需但與大氣環(huán)境有完全或不完全分隔的空間，包括大的如車、船、辦公室、醫(yī)院、民防設(shè)施、軍事掩體、航空器和潛艇等；小的如呼吸器、防毒面具等。特別適合于室外空氣污染嚴(yán)重不宜換氣或戰(zhàn)爭狀態(tài)下密閉室內(nèi)需要空氣長期自我循環(huán)凈化的情況。[0030]本發(fā)明還提供一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化裝置，其特征在于，其包括至少一個氣體循環(huán)控制裝置，該裝置將空氣通過管道進(jìn)口導(dǎo)入相變裝置，將潔凈空氣導(dǎo)出輸送回所需空間；至少一個相變裝置，該裝置通過調(diào)節(jié)溫度和壓力使空氣污染組分液化或固化；至少一個氣液分離裝置，該裝置使液態(tài)或固態(tài)空氣污染組分與潔凈空氣分離，并收集污染組分；至少一個污染組份儲存處理裝置，用于儲存或?qū)С龌蛱幚砦廴窘M分；至少一個空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所需空間的空氣質(zhì)量和凈化后的空氣質(zhì)量并以此控制循環(huán)處理的程度和次數(shù)。
[0031]上述污染空氣凈化裝置中所述的相變裝置，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力有選擇地使目標(biāo)污染氣體組分液化或固化，但仍保持氧氣等清潔空氣的主要組分為氣體，便于將清潔空氣輸送回室內(nèi)或密閉空間，并通過分離和處置裝置將污染組份分離、收集、并處置，這一原理比較節(jié)省能量，因為它僅僅針對污染空氣中少量污染組份進(jìn)行選擇性相變。
[0032]上述污染空氣凈化裝置中所述的相變裝置，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力使全部氣體組分液化或者固化，然后再通過對固液相逐漸加溫升溫使目標(biāo)組分在不同溫度下分別氣化并分離，這一原理可將任何污染組份完全從氣相中消除，但耗能較高，適用于污染十分嚴(yán)重或十分緊急的情況。
[0033]上述的相變裝置，其特征在于，其相變溫度范圍為0°C至_200°C，考慮到效率和成本因素，相變溫度范圍優(yōu)選為-15°C至_150°C，最優(yōu)選-15°C至_30°C ;壓力為I至23個大氣壓，同樣，考慮到效率和成本因素，壓力優(yōu)選I至8個大氣壓，最優(yōu)選I至3個大氣壓。
[0034]上述污染空氣凈化裝置中所述的相變裝置，其特征在于，其中的溫度調(diào)節(jié)裝置可以用各種制冷方法(如制冷劑、液氮控溫罐、制冷機(jī)等)使相變裝置中一個局部的降溫腔中的溫度降低到指定的溫度，從而使通過這一局部腔的氣體產(chǎn)生相變，用這樣的局部低溫腔處理較大空間污染空氣的原理可以節(jié)省能量。
[0035]上述污染空氣凈化裝置中所述的相變裝置，其特征在于，其中的低溫相變腔中設(shè)有可循環(huán)使用的多孔介質(zhì)用以配合溫度降低促進(jìn)微量氣體的相變。
[0036]上述污染空氣凈化裝置中所述的相變裝置，其特征在于，可以利用家用冰柜或工業(yè)制冷的裝置改裝，配合專用的空氣循環(huán)裝置，實現(xiàn)對家庭室內(nèi)空氣凈化或工業(yè)生產(chǎn)車間空氣凈化的目的。
[0037]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的相變裝置可以是多個，各個相變裝置可控制在不同的溫度和壓力，選擇性的去除沸點溫度在某一溫度范圍內(nèi)的空氣污染組分，例如設(shè)置三個相變裝置，并以串聯(lián)的形式連接，第一個作為一級相變裝置，可以去除VOC等揮發(fā)性有機(jī)物和可吸入顆粒物，二氧化氮，乙醛等；第二個作為二級相變裝置，可以去除二氧化硫，甲醛，氨和二氧化碳等污染氣體；第三個作為三級相變裝置，可以去除臭氧和一氧化碳等污染氣體。
[0038]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的循環(huán)控制裝置在接收到空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置的反饋后，啟動整個系統(tǒng)，把含有污染組分的空氣導(dǎo)入相變裝置，并把處理過后的潔靜空氣輸送至任何需要空間；此外，還可以根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)潔凈空氣的濕度和溫度。
[0039]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的氣-液分離裝置使液態(tài)或固態(tài)污染組分液滴或顆粒聚集，其中可以添加多種氣-液分離構(gòu)件，截留并聚集氣流中液滴或顆粒，或凝結(jié)過冷的污染組分，并將液態(tài)或固態(tài)污染組分與潔凈空氣分離，將污染組分導(dǎo)入到儲藏-處理裝置，并把清潔空氣導(dǎo)入到送回所需室內(nèi)空間。
[0040]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的潔凈空氣導(dǎo)出通道可以附加設(shè)備，該附加設(shè)備可以調(diào)節(jié)潔凈空氣以滿足不同需要，例如負(fù)離子發(fā)生器。
[0041]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的儲藏-處理裝置可以儲藏污染組分以便運送到異地處理，也可以進(jìn)行原位處理包括活性炭集中吸附固定處理；該裝置可以一次性全部去除液態(tài)或固態(tài)污染組分，也可以通過調(diào)節(jié)溫度和壓力選擇性的逐級分離去除某些污染組分；該處理裝置可以選擇性的輸送VOC或苯系或其他有機(jī)污染組分至室內(nèi)或密閉空間的動力裝置燃燒獲取能量。
[0042]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，其中的空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置可以監(jiān)測所需空間的空氣質(zhì)量，當(dāng)空氣質(zhì)量低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，反饋給循環(huán)控制裝置，啟動整個氣體相變凈化裝置，當(dāng)空氣質(zhì)量處于允許范圍，則使氣體相變凈化裝置處于待機(jī)狀態(tài)，節(jié)約運行成本；該裝置還監(jiān)測氣液分離裝置導(dǎo)出的空氣質(zhì)量，當(dāng)空氣質(zhì)量低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，反饋給循環(huán)控制裝置和相變裝置，將氣體經(jīng)氣流通道送回氣體相變凈化裝置，并重新調(diào)整氣體相變凈化裝置的參數(shù)，當(dāng)空氣質(zhì)量符合預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，則由循環(huán)控制裝置經(jīng)氣流通道將潔凈空氣送至任何所需空間。
[0043]上述污染空氣凈化裝置，其特征在于，可以分離去除幾乎所有的空氣污染組分，包括但不限于一氧化碳，臭氧，二氧化碳，氨，甲醛，二氧化硫，乙醛，二氧化氮，丙烯醛，苯，甲苯，乙苯，二甲苯，苯乙烯，苯并[a]芘，可吸入顆粒物PMlO，總揮發(fā)性有機(jī)物TV0C，以及納米
顆粒等。
[0044]上述污染空氣凈化裝置具有普適性，可以利用已有的制冷設(shè)備進(jìn)行改裝進(jìn)行空氣凈化。例如，可以與家庭冰箱制冷裝置相結(jié)合去除民用室內(nèi)空氣組分，可以與工業(yè)制冷裝置相結(jié)合去除特定的工業(yè)廢氣污染物，也可以應(yīng)用于便攜空氣凈化設(shè)備，阻斷有毒污染組分進(jìn)入呼吸面具而應(yīng)用在消防、戰(zhàn)爭和其他的特殊惡劣環(huán)境中等。
[0045]上述污染空氣凈化裝置特別適用于各種室內(nèi)或密閉空間，這些室內(nèi)或密閉空間可以是任何所需空間，大的如車、船、辦公室、醫(yī)院、民防設(shè)施、軍事掩體、航空器和潛艇等，小的如呼吸器、防毒面具等。尤其適用于空氣循環(huán)利用時污染問題特別嚴(yán)重的情況，特別是室外污染嚴(yán)重不宜換氣或戰(zhàn)爭狀態(tài)下密閉室內(nèi)空氣長期自我循環(huán)凈化的情況下。
[0046]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的污染空氣凈化方法和裝置的一些具體可行實施方式進(jìn)行描述。
[0047]1.污染空氣分步處理凈化例-可滿足一般室內(nèi)或密閉空間空氣凈化需求
[0048]參照圖1，循環(huán)控制系統(tǒng)(2)與空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測裝置(8)由電路連接，當(dāng)空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(8)檢測到獨立通道(81)空氣質(zhì)量低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，即反饋給循環(huán)控制系統(tǒng)(2)和相變裝置(3)和相變裝置(5)，并啟動整個相變空氣凈化設(shè)備；污染空氣經(jīng)管道進(jìn)口(I)導(dǎo)入，通過循環(huán)控制系統(tǒng)(2)輸送至相變裝置進(jìn)氣口(31);污染空氣經(jīng)進(jìn)氣口(31)進(jìn)入到相變裝置(3)內(nèi)盤繞的導(dǎo)熱性能好的氣流管道(32);相變裝置(3)作為一級相變裝置，設(shè)定冷阱溫度為_17°C或更低溫度，沸點較高的空氣污染物，如苯系污染物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、苯并[a]芘；沸點均大于80°C)、乙醛(沸點20.2°C)、二氧化氮(沸點
21.1°C)和二氧化硫(沸點-1o°c)，在大部分可吸入顆粒物上或管道內(nèi)壁上凝結(jié)或凍結(jié)，液態(tài)或固態(tài)污染組分或附著在通道內(nèi)壁上，或飄浮于氣流中，經(jīng)氣流推動，可使不斷增大的液態(tài)或固態(tài)顆粒最終流向氣流通道(32)末端；氣流通道(32)末端連通至氣液分離裝置(4)，氣液分離裝置(4)放置在相變裝置(3)內(nèi)，(4)具有氣液分離構(gòu)造(41)，包括塔板，多級濾網(wǎng)和多孔介質(zhì)等，具有液體排出口(42)和氣體排出口(43)，氣流通道(32)末端流進(jìn)的液態(tài)或固態(tài)顆粒匯集在液體排出口(42)的位置,氣相中的小液滴或顆?；蜻^冷組分經(jīng)氣液分離構(gòu)造(41)攔截，凝聚成液態(tài)或固態(tài)，并最終匯集在液體排出口(42)的位置；剩余氣體由氣體排出口(43)排出相變裝置(3)，由管道經(jīng)相變裝置(5)的進(jìn)氣口(51)輸送至盤繞的導(dǎo)熱性能好的氣流通道(52);相變裝置(5)作為二級相變裝置，設(shè)定冷阱溫度為_80°C或更低溫度，其余的空氣污染物，如甲醛(沸點-19.3°C)、氨(-33.34°C)和二氧化碳(沸點_57°C)在剩余的可吸入顆粒物上或管道內(nèi)壁上凝結(jié)或凍結(jié)，液態(tài)或固態(tài)污染組分或附著在通道內(nèi)壁上，或飄浮于氣流中，經(jīng)氣流推動，可使不斷增大的液態(tài)或固態(tài)顆粒最終流向氣流通道(52)末端；氣流通道(52 )末端連通至氣液分離裝置(6 )，氣液分離裝置(6 )放置在相變裝置(5 )內(nèi)，(6)具有氣液分離構(gòu)造(61)，包括塔板，多級濾網(wǎng)和多孔介質(zhì)等，具有液體排出口(62)和氣體排出口(63)，氣流通道(52)末端流進(jìn)的液態(tài)或固態(tài)顆粒匯集在液體排出口(62)的位置，氣相中的小液滴或顆粒或過冷組分經(jīng)氣液分離構(gòu)造(61)攔截，凝聚成液態(tài)或固態(tài)，并最終匯集在液體排出口(62)的位置；液態(tài)或固態(tài)污染組分經(jīng)液體排出口(42)和液體排出口(62)進(jìn)入處理裝置(7)，在(7)中可以儲藏污染組分以便運送到異地處理，也可以進(jìn)行原位處理包括活性炭集中吸附固定處理，或氧化燃燒；處理過后的空氣由氣體排出口(63)排出，由管道輸送至空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測裝置(8)檢測，并與預(yù)設(shè)檢測指標(biāo)對比，報告檢測結(jié)果，氣體質(zhì)量未達(dá)預(yù)設(shè)指標(biāo)，則反饋指令給循環(huán)控制裝置(2)和氣體相變裝置(3)和(5)，并可以經(jīng)返送氣流通道送回處理系統(tǒng)進(jìn)行再次處理；氣體質(zhì)量滿足預(yù)設(shè)要求時，經(jīng)管道出口
(9)送回所需空間。
[0049]2.污染空氣一步處理凈化例-可滿足嚴(yán)重室內(nèi)空氣需求
[0050]參照圖2，循環(huán)控制系統(tǒng)(2)與空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測裝置(8)由電路連接，空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置(8)通過獨立通道(81)監(jiān)測所需空間內(nèi)的空氣質(zhì)量，當(dāng)所需空間空氣質(zhì)量低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，即反饋給循環(huán)控制系統(tǒng)(2)和相變裝置(3)，并啟動整個相變空氣凈化設(shè)備；污染空氣經(jīng)管道進(jìn)口(I)導(dǎo)入，通過循環(huán)控制系統(tǒng)(2)輸送至相變裝置進(jìn)氣口(31);污染空氣經(jīng)進(jìn)氣口(31)進(jìn)入到相變裝置(3)內(nèi)盤繞的導(dǎo)熱性能好的氣流管道(32);相變裝置(3)設(shè)定溫度為_25°C或更低溫度，空氣污染物，如苯系污染物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、苯并[a]芘；沸點均大于80°C)、乙醛(沸點20.2°C)、二氧化氮(沸點21.1°C)、二氧化硫(沸點-10°C)和甲醛(沸點-19.3°C)，在可吸入顆粒物上或管道內(nèi)壁上凝結(jié)或凍結(jié)，液態(tài)或固態(tài)污染組分或附著在通道內(nèi)壁上，或飄浮于氣流中，經(jīng)氣流推動，可使不斷增大的液態(tài)或固態(tài)顆粒最終流向氣流通道(32)末端；氣流通道(32)末端連通至氣液分離裝置(4)，氣液分離裝置(4)放置在相變裝置(3)內(nèi)，(4)具有氣液分離構(gòu)造(41)，包括塔板，多級濾網(wǎng)和多孔介質(zhì)等，具有液體排出口(42)和氣體排出口(43)，氣流通道(32)末端流進(jìn)的液態(tài)或固態(tài)顆粒匯集在液體排出口(42)的位置,氣相中的小液滴或顆?；蜻^冷組分經(jīng)氣液分離構(gòu)造(41)攔截，凝聚成液態(tài)或固態(tài)，并最終匯集在液體排出口(42)的位置；液態(tài)或固態(tài)污染組分經(jīng)液體排出口(42)進(jìn)入處理裝置(7)，在(7)中可以儲藏污染組分以便運送到異地處理，也可以進(jìn)行原位處理包括活性炭集中吸附固定處理，或氧化燃燒；處理過后的空氣由氣體排出口(43)排出，由管道輸送至空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測裝置(8)檢測，并與預(yù)設(shè)檢測指標(biāo)對t匕，報告檢測結(jié)果，氣體質(zhì)量未達(dá)預(yù)設(shè)指標(biāo)，則反饋指令給循環(huán)控制裝置(2)和氣體相變裝置(3)，并可以經(jīng)返送氣流通道送回處理系統(tǒng)進(jìn)行再次處理；氣體質(zhì)量滿足預(yù)設(shè)要求時，經(jīng)管道出口(9)送回所需空間。
[0051]3.本發(fā)明應(yīng)用于便攜凈化設(shè)備一例-應(yīng)用于特殊環(huán)境
[0052]參照圖3，在特殊的環(huán)境中，例如生化戰(zhàn)場，含有有毒組分的污染空氣經(jīng)進(jìn)氣口(31)進(jìn)入到相變裝置(3)內(nèi)盤繞的導(dǎo)熱性能好的氣流管道(32);相變裝置(3)可以根據(jù)有毒組分設(shè)定相變條件，有毒組分，在可吸入顆粒物上或管道內(nèi)壁上凝結(jié)或凍結(jié)，液態(tài)或固態(tài)污染組分或附著在通道內(nèi)壁上，或飄浮于氣流中，經(jīng)氣流推動，可使不斷增大的液態(tài)或固態(tài)顆粒最終流向氣流通道(32)末端；氣流通道(32)末端連通至氣液分離裝置(4)，氣液分離裝置(4)放置在相變裝置(3)內(nèi)，(4)具有氣液分離構(gòu)造(41)，包括塔板，多級濾網(wǎng)和多孔介質(zhì)等，具有液體排出口(42)和氣體排出口(43)，氣流通道(32)末端流進(jìn)的液態(tài)或固態(tài)顆粒匯集在液體排出口(42)的位置,氣相中的小液滴或顆粒或過冷組分經(jīng)氣液分離構(gòu)造(41)攔截，凝聚成液態(tài)或固態(tài)，并最終匯集在液體排出口(42)的位置；液態(tài)或固態(tài)污染組分經(jīng)液體排出口(42)排出；處理過后的空氣由氣體排出口(43)排出，經(jīng)輸出管道(91)送至呼吸裝置(O)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化方法，其特征在于，通過相變的方法分離并去除空氣污染組分，將含有污染組分的空氣導(dǎo)入一個相變裝置使氣相中的各種組分發(fā)生相變形成液體或固體，再通過固-液-氣分離裝置將污染組份與清潔組分分離，將污染組分導(dǎo)入到儲存與處理裝置，將清潔空氣輸送回原室內(nèi)或密閉空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力有選擇地使目標(biāo)污染氣體組分液化或固化，但仍保持氧氣等清潔空氣的主要組分為氣體，并將固液相組分截留保存將清潔空氣輸送回室內(nèi)或密閉空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力使全部氣體組分液化或者固化，然后再通過對固液相逐漸加溫升溫使目標(biāo)組分在不同溫度下分別氣化并分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，其中的溫度調(diào)節(jié)裝置利用各種制冷方法使相變裝置中一個局部的降溫腔中的溫度降低到指定的溫度和壓力，從而使通過這一局部腔的氣體產(chǎn)生相變，即用局部低溫相變腔處理較大空間污染空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的凈化方法，其特征在于，所述低溫相變腔中設(shè)有多孔介質(zhì)用以配合溫度降低促進(jìn)微量氣體的相變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于該方法通過固體成核中心的優(yōu)先相變原理，利用污染組份凝結(jié)和凍結(jié)使空氣中的納米顆粒和微米顆粒長大，從而達(dá)到從空氣中去除微納級可吸入顆 粒物的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的凈化方法，其特征在于，其相變溫度范圍為0°C至-200 V，優(yōu)選-15°C至-150°C，最優(yōu)選-15°C至_30°C，壓力為I至23個大氣壓，優(yōu)選I至8個大氣壓,最優(yōu)選I至3個大氣壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的相變凈化污染空氣的方法，其特征在于，該方法中不使用、消耗或更換任何吸附材料、過濾材料、光催化材料，也不補給外來空氣，只要通過電能制冷或者直接使用制冷劑控制溫度或壓力即可循環(huán)凈化室內(nèi)或密閉空間內(nèi)的空氣污染組分，包括但不限于一氧化碳，臭氧，二氧化碳，氨，甲醛，二氧化硫，乙醛，二氧化氮，丙烯醛，苯，甲苯，乙苯，二甲苯，苯乙烯，苯并[a]芘，可吸入顆粒物PM10，總揮發(fā)性有機(jī)物TVOC，微米級顆粒物，以及納米顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，污染氣體通過導(dǎo)熱良好的管道將污染空氣輸送到低溫相變腔，其在相變腔內(nèi)停留的時間可調(diào)控，通過同步調(diào)節(jié)溫度、壓力和氣體停留時間控制相變和分離的效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，其中的固-液-氣分離裝置具有氣-固-液分離構(gòu)造，包括多級濾網(wǎng)、塔板、和多孔介質(zhì)，使過冷污染組分凝結(jié)并使液滴或固體顆粒不斷長大，從而與潔凈氣體組分(如氧氣)分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，其中的污染組份儲藏和處理裝置被用于儲藏污染組分并能定時導(dǎo)出集中處理，包括活性炭集中吸附固定以及異地燃燒(完全氧化)或排放。
12.一種適用于室內(nèi)或密閉空間污染空氣的凈化裝置，其特征在于，其包括至少一個氣體循環(huán)控制裝置，該裝置將空氣通過管道進(jìn)口導(dǎo)入相變裝置，將潔凈空氣導(dǎo)出輸送回所需空間；至少一個相變裝置，該裝置通過調(diào)節(jié)溫度和壓力使空氣污染組分液化或固化；至少一個氣液分離裝置，該裝置使液態(tài)或固態(tài)空氣污染組分與潔凈空氣分離，并收集污染組分；至少一個污染組份儲存處理裝置，用于儲存或?qū)С龌蛱幚砦廴窘M分；至少一個空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測所需空間的空氣質(zhì)量和凈化后的空氣質(zhì)量并以此控制循環(huán)處理的程度和次數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力有選擇地使目標(biāo)污染氣體組分液化或固化，但仍保持氧氣等清潔空氣的主要組分為氣體，便于將清潔空氣輸送回室內(nèi)或密閉空間，并通過分離和處置裝置將污染組份分離、收集、并處置，即它僅僅針對污染空氣中少量污染組份進(jìn)行選擇性相變。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，通過調(diào)節(jié)相變裝置中的溫度或者同時調(diào)節(jié)溫度和壓力使全部氣體組分液化或者固化，然后再通過對固液相逐漸加溫升溫使目標(biāo)組分在不同溫度下分別氣化并分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，其中的低溫相變腔中設(shè)有可循環(huán)使用的多孔介質(zhì)用以配合溫度降低促進(jìn)微量氣體的相變。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，其中的溫度調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造成適于用各種制冷手段(如制冷劑、液氮控溫罐、制冷機(jī)等)使相變裝置中一個局部的降溫腔中的溫度降低到指定的溫度，從而使通過這一局部腔的氣體產(chǎn)生相變，用這樣的局部低溫腔處理較大空間污染空氣
17.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，其相變溫度范圍為(TC至-200°C，優(yōu)選-15 °C至-150°C，最優(yōu)選-15 °C至_30°C，壓力為I至23個大氣壓,優(yōu)選I至8個大氣壓,最優(yōu)選I至3個大氣壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，被構(gòu)造成適于利用家用冰柜或工業(yè)制冷的裝置改裝，配合專用的空氣循環(huán)裝置，實現(xiàn)對家庭室內(nèi)空氣或工業(yè)生產(chǎn)車間空氣的凈化。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，其中的相變裝置是多個，各個相變裝置被構(gòu)造成適于控制在不同的溫度和壓力，選擇性的去除沸點溫度在某一溫度范圍內(nèi)的空氣污染組分
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，包括二個相變裝置，以串聯(lián)的形式連接，第一個作為一級相變裝置，去除VOC等揮發(fā)性有機(jī)物和可吸入顆粒物，二氧化氮，乙醛等；第二個作為二級相變裝置，去除二氧化硫，甲醛，氨和二氧化碳等污染氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項所述的凈化裝置，其特征在于，在所述相變裝置中，污染氣體通過導(dǎo)熱良好的管道通過低溫相變腔，通過同步調(diào)節(jié)溫度、壓力和氣體停留時間控制相變和分離的效果。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，其中的固-液-氣分離裝置具有氣-固-液分離構(gòu)造，包括多級濾網(wǎng)、塔板和多孔介質(zhì)等，使液滴或固體顆粒長大或過冷污染組分凝結(jié)并與潔凈氣體組分分離。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，其中的污染組份儲藏和處理裝置被構(gòu)造成適于儲藏污染組分并可定時導(dǎo)出集中處理，包括異地燃燒礦化處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述循環(huán)控制裝置接收到空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置的反饋后，會啟動系統(tǒng)把含有污染組分的空氣導(dǎo)入相變裝置進(jìn)行凈化處理，并把處理過后的潔靜空氣輸送至所需要的空間。
25.根據(jù)權(quán)利要求11所述的凈化裝置，其特征在于，在所述控制器量檢測裝置中，當(dāng)所需空間的空氣質(zhì)量低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，反饋給循環(huán)控制裝置啟動凈化處理程序，當(dāng)空氣質(zhì)量處于允許范圍，則控制循環(huán)裝置和相變裝置處于待機(jī)狀態(tài)。
【文檔編號】B01D53/00GK103611387SQ201310642607
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】潘綱, 張?zhí)崃? 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心