Устройство и способ для очистки воздуха от загрязнений

010640 Настоящее изобретение относится к способу очистки воздуха от загрязнений и устройству для использования с указанным способом. Чистота воздуха и возможность последовательно удалять загрязняющие примеси, переносимые воздухом, являются чрезвычайно важными, особенно в считающихся стерильными или гигиеническими окружающих средах, как, например, в больницах и на кухнях. Также полезно иметь очищенный от загрязнений воздух в кабинетах врачей и в средах, окружающих рабочие места, затрудняя распространение микробов и болезней. В дополнение к микробиологическим загрязняющим примесям, серьезную опасность могут представлять химические газы или пары, либо как побочный продукт промышленной обработки, либо как злонамеренная атака террористов, либо как химическая война. Согласно JP 2000237529 A предлагается направлять поток воздуха через генератор озона с тлеющим разрядом, с последующим распадом озона в выходном воздушном потоке. Однако такая хорошо известная технология не использует низкотемпературный плазменный фильтр и обеспечивает только одну стадию очистки воздуха от загрязнений.WO 00/74820 A относится к технологии снижения уровня озона в лазерных принтерах и фотокопировальных устройствах. В соответствии с данным документом выпускают терпеноидный компаунд для реакции с озоном, посредством чего озон удалятся из замкнутого пространства. В данном методе не используется низкотемпературный плазменный фильтр. ЕР 1175916 А раскрывает устройство для дезодорации воздуха с использованием молекул воды,озоновой дезодорации и ионной дезодорации. Для получения озона применяется озоновый генератор. Однако конструкция устройства является очень сложной, и она не удаляет такие переносимые воздухом загрязнители, как вирусы. Данное устройство также не использует низкотемпературный фильтр. Настоящее изобретение направлено на решение этих проблем. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ очистки воздуха от загрязнений, содержащий стадии, в соответствии с которыми: а) направляют поток воздуха, который должен быть очищен от загрязнений, через низкотемпературный плазменный фильтр так, что производятся свободные радикалы, посредством которых нейтрализуются загрязняющие примеси в потоке воздуха;b) разрушают озон в потоке воздуха, выходящем из низкотемпературного плазменного фильтра; и с) вводят ароматический углеводород в поток воздуха для того, чтобы он преимущественно реагировал с остаточным озоном так, чтобы поток воздуха становился подходящим для воздействия на человека. Предпочтительные и/или выборочные признаки первого аспекта изобретения изложены в пунктах формулы изобретения от 2 до 8 включительно. В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусмотрено устройство для очистки воздуха от загрязнений для использования со способом в соответствии с первым аспектом изобретения, причем устройство содержит низкотемпературный плазменный фильтр, средство для испускания ультрафиолетового излучения, средство для катализа озона, эмиттер углеводорода и генератор потока воздуха, посредством которого поток воздуха может быть создан и направлен так, чтобы он проходил сквозь низкотемпературный плазменный фильтр, средство для испускания ультрафиолетового излучения, средство для катализа озона и эмиттер углеводорода или через них. Предпочтительные и/или выборочные признаки второго аспекта изобретения изложены в пунктах формулы изобретения от 10 до 21 включительно. Настоящее изобретение будет теперь более конкретно описано посредством примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, который показывает схематический вид сбоку в поперечном сечении устройства для очистки воздуха от загрязнений в соответствии со вторым аспектом изобретения. Обратимся к чертежам, на которых показано устройство для очистки воздуха от загрязнений, которое содержит корпус 10, имеющий проход 12 для потока, входное отверстие 14 для воздуха в проход 12 для потока и выходное отверстие 16 для воздуха, выходящего из прохода 12, и отделение 18, примыкающее к проходу 12 для потока. Генератор 20 потока воздуха, низкотемпературный плазменный фильтр 22, средство 24 для испускания ультрафиолетового (УФ) излучения, средство 26 для катализа озона и эмиттер 28 углеводорода размещены в проходе 12. Генератор 20 потока воздуха предусмотрен примыкающим к входному отверстию 14 для воздуха прохода 12. Генератор 20 потока воздуха в этом варианте осуществления представляет собой электрический вентилятор 30, снабжаемый энергией посредством электрической сети или блоков аккумуляторных батарей (не показаны), предусмотренных в отделении 18 корпуса 10. В качестве меры безопасности предусмотрено ограждение 32 поперек входного отверстия 14 для воздуха для того, чтобы предотвратить случайный доступ к вентилятору 30 в то время как он работает. Низкотемпературный плазменный фильтр 22 расположен примыкающим к вентилятору 30 ниже по потоку, чем входное отверстие 14 для воздуха. Плазменный фильтр 22 содержит катод 34 и анод 36, между которыми помещен в виде сэндвича диэлектрик 38. Катод 34 и анод 36 снабжаются энергией от блока питания (PSU) 40, размещенного в отделении 18 корпуса 10.-1 010640 Катод 34 и анод 36 содержат сетчатые (трехмерно пористые) проводящие элементы, которые в этом случае являются композитным материалом из алюминия и углерода. Однако любой твердый сетчатый проводящий или полупроводящий материал может быть использован. Диэлектрик 38 представляет собой активированные гранулы оксида алюминия, имеющие номинальный диаметр от 3 до 4 мм. Однако, с другой стороны, диэлектрик 38 может быть любым подходящим материалом для того, чтобы удовлетворять изменяющимся применениям и конкретным требованиям. Материал диэлектрика 38 может быть покрыт каталитическим материалом. Средство 24 для испускания ультрафиолетового излучения включает трубку 42 для испускания ультрафиолетового излучения, снабжаемую энергией от блока питания 44, заключенного в отделение 18 корпуса 10. Трубка 42 для испускания ультрафиолетового излучения расположена в проходе 12 ниже по потоку, чем низкотемпературный плазменный фильтр 22, и совмещена со средством 26 для катализа озона. Устройство 26 для катализа озона включает сетку 46, расположенную поперек прохода 12 и окружающую трубку 42 для испускания ультрафиолетового излучения. Сетка 46 включает покрытие из материала для катализа озона, как, например, смесь оксидов титана, свинца и марганца. Эмиттер 28 углеводорода включает перезаряжаемый резервуар 48 для углеводорода, размещенный в отделении 18 корпуса 10, испаритель 50 для испарения жидкого углеводорода, который содержится в резервуаре 48, и насос (не показан), посредством которого газообразный углеводород выпускается в проход 12. Резервуар 48 содержит жидкий ароматический углеводород, например, олефин, как, например,терпен и, более конкретно, мирцен. Выходное отверстие 16 эмиттера 28 углеводорода размещено у центра прохода 12 корпуса 10 или вблизи него и ниже по потоку, чем трубка 42 для испускания ультрафиолетового излучения и сетка 46 средства 26 для катализа озона. Выходное отверстие 16 эмиттера 28 углеводорода размещено примыкающим к выходному отверстию 16 прохода 12 корпуса 10. Могут быть использованы любые другие подходящие средства для подачи летучего ароматического углеводорода к выходному отверстию 16 эмиттера 28 углеводорода. Устройство для очистки воздуха от загрязнений может исключительно снабжаться энергией от электрической сети, исключительно снабжаться энергией от блоков аккумуляторных батарей, которые могут быть перезаряжаемыми, или может выборочно приводиться в действие посредством обоих источников питания. Устройство для очистки воздуха от загрязнений может быть произведено в форме портативного устройства, и оно может иметь размеры чемодана или, по существу, такие размеры. Альтернативно устройство для очистки воздуха от загрязнений может быть произведено как большее устройство, которое должно оставаться в одном месте, где оно было однажды установлено. Последнее устройство более подходит для промышленных или коммерческих установок и помещений, но не ограничивается этим. При использовании устройство для очистки воздуха от загрязнений располагается в месте, которое должно быть очищено от загрязнений. Устройство предназначено для того, чтобы очищать от загрязнений воздух в здании, камере, корпусе, магистрали, трубе, канале или другом закрытом или, по существу,закрытом помещении. Однако при достаточной производительности можно также очищать от загрязнений воздух в открытой наружу окружающей среде. Устройство приводится в действие, и вентилятор 30 создает поток окружающего воздуха по проходу 12 корпуса 10. Поток воздуха проходит сначала через низкотемпературный плазменный фильтр 22. В фильтре используются характеристики низкотемпературной плазмы для того, чтобы привести в состояние плазмы составляющие воздуха в сердечнике из диэлектрика. Вообще говоря, внешние электроны в строении атомов элементов, которые составляют воздух (главным образом, кислород и азот), возбуждаются посредством интенсивного электронного поля, создаваемого низкотемпературной плазмой, типично при 10 кВ и 20 кГц. Возбужденные электроны высвобождают энергию посредством столкновений. Однако испускается небольшая или несущественная теплота в связи с иллюзорной массой электронов и последующим недостатком ионизации, который имеет место. Высвобождаемая энергия является достаточной для того, чтобы создавать свободные радикалы в потоке воздуха, как, например, O и ОН-. Свободные радикалы представляют собой сильные окислители и будут окислять углеводороды, органические газы и частицы типично размером 2,5 пм и менее, как, например, бактерии, вирусы, споры,дрожжевая плесень и ароматы. Только наиболее инертные элементы или соединения будут вообще противостоять окислению. Поскольку многие из продуктов реакций окисления являются переходными и поверхностноактивными в связи с нулевым давлением пара, посредством обеспечения каталитического покрытия молекулярной толщины на некоторых или всех диэлектрических материалах низкотемпературной плазмы,окисление конкретных молекул или соединений, например веществ газа нервно-паралитического действия, в пределах низкотемпературной плазмы может быть достигнуто. Низкотемпературный плазменный фильтр 22 производит озон как один из побочных продуктов. Он уносится потоком воздуха, покидающим низкотемпературный плазменный фильтр 22. Период полупревращения озона зависит от атмосферных условий и, будучи сам по себе сильным окислителем, он при нормальных обстоятельствах будет продолжать реагировать с воздухом намного позже того, как он вый-2 010640 дет из сердечника плазмы. Это является недопустимым для устройства, которое обслуживается людьми и находится в основном вблизи них. Поток воздуха, покидающий низкотемпературный плазменный фильтр 22, поэтому проходит в трубку 42 для испускания ультрафиолетового излучения и через окружающую сетку 46 средства 26 для катализа озона. Ультрафиолетовое излучение, испускаемое при длине волны 253,4 нм трубкой 42 для испускания ультрафиолетового излучения, действует так, чтобы разрушить озон, унесенный потоком воздуха, покидающим плазменный фильтр 22. Покрытие на сетке 46 действует для того, чтобы произвести катализ этого разрушения. Это разрушение (фотоокисление) озона увеличивает концентрацию свободных радикалов и, конкретно, концентрацию гидроксильных радикалов ОН- в потоке воздуха. Эти свободные радикалы также энергично окисляют загрязняющие примеси, остающиеся в потоке воздуха. Испытания показали, что свободные радикалы, находящиеся в потоке воздуха после плазменного фильтрования, значительно увеличивают скорость образования свободных радикалов в течение процесса фотоокисления. Невозможно уничтожить весь озон, унесенный в потоке воздуха из плазменного фильтра 22, используя средство 24 для испускания ультрафиолетового излучения и средство 26 для катализа озона. Эксперименты показали, что поток воздуха, содержащий 7 ч./млн (ppm) озона, будет все еще иметь от 10 до 12% озона, сохраняющегося в процессе. Это потенциально приводит в результате к концентрации озона порядка 840 ч./млрд (ppb), что примерно в восемь раз больше, чем рекомендуемые концентрации для воздействия на человека. Поток воздуха, таким образом, выходит из средства 26 для катализа озона и проходит по проходу 12 в эмиттер 28 углеводорода. Эмиттер 28 углеводорода выпускает испаренный ароматический углеводород в поток воздуха для того, чтобы уменьшить остающийся остаточный озон до приемлемых концентраций. Предложен мирцен, поскольку он встречается в природе, не имеет известной токсичности и широко используется для того, чтобы распространять ароматы и душистые вещества. Мирцен содержит три двойные связи углерод=углерод в строении своей молекулы. Озон реагирует предпочтительно с мирценом, испаряемым в поток воздуха. Когда мирцен реагирует с озоном, запускается каскад свободных радикалов. Происходит более тридцати взаимосвязанных реакций, многие из которых производят ряд окислителей с коротким периодом полупревращения, как, например, гидропероксиды, супероксиды, гидрооксипероксиды и гидроксипероксиды. Каждый из этих окислителей разрушается, высвобождая еще дополнительные свободные радикалы, что, в свою очередь, распространяет образование этих типов окислителей. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет использован весь остаточный озон. Продукты этих предпочтительных реакций имеют нулевое давление пара и, следовательно, конденсируются на любой остающейся частице в потоке воздуха или на поверхности. В результате происходит очистка от загрязнений загрязняющими примесями в окружающем воздухе, когда очищенный от загрязнений поток воздуха выходит через выходное отверстие 16 корпуса 10. Эти инициированные реакции конденсации вне устройства для очистки от загрязнений могут вызывать рост небольших частиц, приводя в результате в чрезвычайных случаях к видимой дымке или туману. Это нежелательно. Однако в связи с тем, что в устройстве для очистки воздуха от загрязнений осуществляется эффективная рециркуляция и повторная очистка от загрязнений воздуха в окружающей среде, эти небольшие частицы в любом случае удаляются в низкотемпературном плазменном фильтре 22. Небольшие частицы фактически являются полезными, так как они питают топливом производство гидроксильных радикалов в плазменном фильтре 22, когда рециркулируют. Таким образом, хотя возможность видимой дымки является нежелательной, она выгодно увеличивает эффективность устройства для очистки от загрязнений и, таким образом, приводит в результате к безопасности окружающего воздуха. Генератор потока воздуха может приводиться в действие в обратном направлении, давая возможность очистки от загрязнений внутренней части устройства посредством втягивания избыточных свободных радикалов, унесенных в потоке воздуха, обратно через устройство. В качестве такового, устройство в значительной степени является самоочищающимся. Вариант осуществления, описанный выше, дается только посредством примера, и модификации будут очевидны для специалистов в этой области техники без выхода из объема изобретения, как определено в прилагаемых пунктах формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки воздуха от загрязнений, заключающийся в том, что поток очищаемого воздуха направляют через низкотемпературный плазменный фильтр для получения свободных радикалов, посредством которых нейтрализуются загрязняющие примеси в потоке воздуха; разрушают озон в потоке воздуха, выходящем из низкотемпературного плазменного фильтра, путем воздействия ультрафиолетового излучения для повышения концентрации свободных радикалов; и вводят углеводород, имеющий двойную связь углерод-углерод для получения в результате реакции с остаточным озоном каскада свободных радикалов.-3 010640 2. Способ по п.1, в котором разрушают озон при воздействии катализатора. 3. Способ по п.2, в котором катализатор представляет собой смесь оксидов титана, свинца и марганца. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором углеводород представляет собой олефин. 5. Способ по п.1, в котором углеводород представляет собой терпен. 6. Способ по п.5, в котором терпен представляет собой мирцен. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором углеводород испаряют в поток воздуха. 8. Устройство для реализации способа по пп.1-7, содержащее генератор потока воздуха, низкотемпературный плазменный фильтр, источник ультрафиолетового излучения, снабженный средством для катализа озона, источник углеводорода, посредством которых поток воздуха может быть создан и направлен так, чтобы он проходил сквозь или через низкотемпературный плазменный фильтр, средство для испускания ультрафиолетового излучения, средство для катализа озона и эмиттер углеводорода, при этом низкотемпературный плазменный фильтр расположен выше по потоку, чем источник ультрафиолетового излучения, и источник углеводорода расположен ниже по потоку, чем источник ультрафиолетового излучения. 9. Устройство по п.8, в котором средство для катализа озона размещено вокруг источника ультрафиолетового излучения. 10. Устройство по любому из пп.8-9, в котором источник ультрафиолетового излучения представляет собой трубку для испускания ультрафиолетового излучения. 11. Устройство по любому из пп.8-10, в котором средство для катализа озона представляет собой сетку, покрытую материалом для катализа озона. 12. Устройство по п.11, в котором материал для катализа озона представляет собой смесь оксидов титана, свинца и марганца. 13. Устройство по любому из пп.8-12, в котором источник углеводорода включает резервуар для углеводорода и средство для подачи указанного углеводорода в виде газа к выходному отверстию источника. 14. Устройство по любому из пп.8-13, в котором генератор потока воздуха представляет собой вентилятор. 15. Устройство по п.14, в котором вентилятор расположен выше по потоку, чем низкотемпературный плазменный фильтр. 16. Устройство по п.14 или 15, в котором вентилятор выполнен реверсируемым для самоочистки устройства от загрязнений. 17. Устройство по любому из пп.8-16, которое является портативным.