CN101646467A - 空气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种用于净化空气的系统，其中空气中的微粒和其他污染物被臭氧中和和/或破坏。该系统通常包括一个用于接纳要净化的空气的进入室、一个通常与进入室流体连通的臭氧发生器和至少一个与进入室连通的处理室，处理室中高浓度的臭氧可以有效地中和和/或破坏空气中的微粒和/或空气中所含的其他污染物。该空气净化系统通常与建筑物的通风系统配合使用。

Description

空气净化系统

相关申请的交叉引用

[0002]本专利申请要求对在2007年2月6日提交给美国专利和商标局的名称为“利用臭氧净化通风管道的装置”、共同转让的美国临时专利申请No.60/898,702的优先权。

技术领域

[0003]本发明总体上涉及空气过滤、纯化(purification)和/或净化(decontamination)系统的领域。本发明尤其涉及以臭氧为主要净化剂的空气过滤、纯化和/或净化系统的领域。

背景技术

[0004]最近几年内，科学工作者已经发现家里和某些建筑物内的空气可能比世界上某些最大城市的空气受到的污染更严重。世界范围内，约30％的新建筑可能有令人担心的室内空气问题。

[0005]还有，人的肺每天可以处理高达30立方米的空气。因此，他们长期暴露在小剂量有害化学品和/或空气微粒中可能会造成几种呼吸系统疾病如哮喘病和过敏反应。另外，空气中存在的病毒和细菌可能会引发如流感和肺炎的疾病。

[0006]为了清洁、纯化和/或净化空气，已经有人提出过几种系统和装置并使用多年。这些系统通常可以分为两类。

[0007]一方面，纯化空气的系统如空气过滤器是本领域熟知的技术且普遍用于去除污染物，通常是大自然中的微粒如灰尘和花粉。这些过滤器通常适合拦阻和留住至少有预定最小尺寸的空气中的微粒。因此，这些过滤器的效率通常受到它们可以拦阻的颗粒尺寸的限制。还有，过滤器一般对化学和有机污染物、肉眼无法看见的污染物如细菌、病毒和霉菌仅有有限的效率。

[0008]某些过滤器，如HEPA过滤器，适合留住更细的微粒和污染物如细菌和霉菌。还有，这些特殊的过滤器通常价钱更贵且必须经常更换以维持适当的过滤水平。这些经常更换的过滤器一般意味着相当大的成本。

[0009]另一方面，为了减小空气过滤器的缺点，也有人提出了以臭氧为基础的空气纯化系统。通常，这些系统通过臭氧的扩散和混合来纯化环境空气，从空气中存在的氧气产生臭氧或为这个目的供给臭氧。臭氧有很强的氧化特性，它能中和和/或破坏空气中的污染物，如有害的化学物质、有机污染物、微粒、灰尘、细菌、病毒和霉菌。通过中和和/或破坏空气中的污染物，臭氧有效地灭菌和纯化空气。在美国专利No.5,501,844中展示和描述了这一系统的一个例子。

[0010]使用臭氧的空气纯化系统比空气过滤器有几个优点。例如，通常从周围空气中存在的氧气直接产生臭氧的情况下，没有了需要装入或更换的容器。另外，由于这些系统的臭氧发生器一般是用电作为动力，因此这些以臭氧为基础的空气纯化系统通常可以选择开或关，而空气过滤器是永久地安装的。

[0011]另外，目前以臭氧为基础的空气纯化系统的一个主要问题是它们将臭氧直接注入到环境空气需要净化的房间中。尽管这些系统对污染物相对有效，但是因为臭氧是刺激性物质，它在环境空气中存在，即使是低浓度，对高级的生命形式如人类和动物可能造成不舒服和甚至是有害的。

[0012]因此需要一种新的空气纯化和净化系统有利地利用臭氧的氧化特性来净化空气，同时使臭氧对人类和动物的负面效应减至最小。

发明内容

[0013]因此，本发明的一个主要目的是提供一种空气净化系统，它以臭氧为净化剂可以消除或至少减小建筑物环境空气中存在的空气中微粒、灰尘、细菌、病毒、霉菌和/或有机和化学污染物。

[0014]本发明另一个目的是提供一种空气净化系统，它适合用高浓度的臭氧处理部分的环境空气以便有效地中和和/或破坏其中所含的大部分污染物，但它也适合将剩余的臭氧与未处理的环境空气混合以便使人和动物呼吸的空气中的臭氧浓度保持在对高级生命形式无害的水平。

[0015]本发明还有另一个目的是提供一种空气净化系统，可用于与建筑物的通风系统一起协同操作。

[0016]本发明还有一个目的是提供一种空气净化系统，优选地它是可编程的和可控的。

[0017]在理解将要描述的或在所附的权利要求书中将要指出的示例性实施方案之后，本发明的其他和进一步的目的与优点将显而易见，本领域技术人员在实践中实施本发明时，本文没有指出的各种优点将会呈现出来。

发明概述

[0018]本发明总体上涉及一种空气净化系统，使用臭氧它可净化在室内、通风管道内和/或建筑物内循环的环境空气。

[0019]本发明的空气净化系统通常包括一个有至少一个入口和至少一个出口的进入室。所述入口允许污染的环境空气流入进入室内，在那里它将与臭氧混合，而所述出口允许空气/臭氧混合物离开进入室以便流过一个或多个处理室。

[0020]为了保持经过该系统的空气循环相对恒定，该系统装备至少一个空气推进装置，通常用风扇或鼓风机实施。通常将风扇安装在进入室的入口或出口。还有，如果需要，本发明可以在入口安装第1风扇和在出口安装第2风扇。其他实施方案也是可能的。

[0021]另外，该系统还包括至少一个臭氧发生器。可将臭氧发生器安装在进入室内或进入室外。优选地，将臭氧发生器安装在进入室内或直接在它的出口，以便能从环境空气中所含的氧气直接产生臭氧并将这样产生的臭氧直接与要处理的环境空气混合。如果将臭氧发生器安装在进入室外面，那么必须与进入室流体连通以便使臭氧与在进入室内流通的环境空气混合。还有，需要指出的是该系统的最终结构将至少部分取决于臭氧发生器相对该系统其它部件的位置。因此可以有几种结构。

[0022]最后，该系统包括至少一个处理室，它与进入室的出口流体连通且它接受空气/臭氧混合物。在这方面，该系统可以便利地用较高浓度的臭氧(如20ppm或以上量级)处理这样一部分环境空气，得到改善的净化效果。这是可能的，因为受污染的环境空气与臭氧的混合物不是直接从臭氧发生器的出口回到房间里的。因此，由于臭氧集中作用于在处理室内流通的有限量的环境空气上，使臭氧的作用更加有效。通常处理室是一段柔性的导管(conduit)，它可长可短。

[0023]按照本发明的一个方面，构成处理室的导管的直径和/或长度尺寸使得在空气/臭氧混合物通过该导管期间臭氧有足够的时间净化空气/臭氧混合物中的环境空气。

[0024]按照本发明的另一方面，当将臭氧发生器设置在进入室内或进入室和处理室之间时，该系统可以方便地安装流量控制装置。通常使用这些流量控制装置使系统内环境空气的流量降低，以便增加环境空气中所含氧气与臭氧发生器的接触时间。根据臭氧发生器的实际位置，可将这些流量控制装置安装在系统内不同的位置。例如，可将它们安装在进入室的入口、进入室的出口、臭氧发生器的出口或处理室的出口；可以理解，本发明并不仅限于此。

[0025]根据该系统的复杂程度，流量控制装置可以从一个简单而有预定尺寸的开口到一个更复杂的控制阀进行变化。因此几种实施方案都是可能的。

[0026]在某些实施方案中，该系统可以是可编程的和/或可通过遥控器或以通讯网络连接的中央管理系统进行遥控。因此，该空气净化系统可以编程以便当一种或几种污染物浓度达到预定的阈值时它可以自动启动。还有，在一个建筑物中可以安装几个空气净化系统并以通讯网络连接到中央管理系统。因而，有可能单独控制每个系统。

[0027]按照本发明的又一方面，在建筑物的房间内通常永久地存在空气的污染。特别是，将系统优选地，但不是唯一地，安装在房间的天花板空间内。按照这个优选的结构，该系统采集和清洁在天花板空间内流通的部分污染的环境空气且该部分空气通常流向该建筑物通风系统的一个收集管道。该系统然后将这些净化的环境空气送回到未处理的环境空气中以便由收集管道收集它们。通过混合于污染的环境空气气流中，在净化的环境空气中的剩余臭氧被进一步稀释。

[0028]另一种选择是，空气净化系统可以直接安装在回风管道内部或与回风管道平行地安装，该回风管道连接到建筑物通风系统的一根收集管道。其他的结构也是可能的；本发明的安装不限于一种特殊的结构或一个特定的位置。

[0029]在所附的权利要求书中特别提出了本发明中被认为具有新颖性的技术特征。

附图说明

[0030]通过下面的描述并参考附图将使本发明的上述和其他目的、技术特征和优点更加显而易见，附图有：

[0031]图1是按照优选实施方案的空气净化系统的示意图。

[0032]图2是臭氧发生器的出口和图1的流量控制装置的一个实施方案的局部图。

[0033]图3是臭氧发生器的出口和图1的流量控制装置的另一个实施方案的局部图。

[0034]图4是图1的空气净化系统安装在房间的天花板空间内时的示意图。

[0035]图5是图1的空气净化系统安装在回风管道内时的示意图。

[0036]图6是图1的空气净化系统平行于回风管道安装时的示意图。

具体实施方式

[0037]在下文中将描述一种新的空气净化系统。尽管本发明是用特定的示例性实施方案来描述的，但应该理解，这里描述的各实施方案仅通过举例的方式且并非旨在因此而限制本发明的范围。

[0038]本质上，本发明的空气净化系统使用臭氧，臭氧优选从环境空气中的氧气产生，以便净化环境空气。另外，该系统的构造使得净化过的环境空气中剩余的臭氧可以很容易与未处理的环境空气混合而稀释，从而使它对高级的生命形式如人和动物没有危害。

[0039]通常，本发明的空气净化系统1被设定为与建筑物的通风系统配合使用。一般，系统1包括适合接纳要净化的环境空气31的进入室3、适合产生用于净化环境空气31的臭氧的一个或多个臭氧发生器11和适合接纳空气/臭氧混合物的一个或多个处理室19。

[0040]更具体地并参考图1，系统1的进入室3通常限定内部空间5并且包括至少一个入口7和至少一个出口6。入口7，一般是一个开口，通常适合让环境空气31进入到进入室3内部，而出口6，一般也是一个开口，通常适合让空气/臭氧混合物35排出进入室3。可以理解，进入室3可以包括多于一个的入口7和/或多于一个的出口6。例如，在图1的实施方案中，进入室3包括单个入口7但有3个出口6。另外，根据进入室3的实际形状，入口7和出口6的位置和结构都可改变。

[0041]在本发明描述的其余部分，将使用单数形式来描述可能是一个或多个的结构和元件(如入口7、出口6、臭氧发生器11等)。但当需要更好地理解本发明时将使用复数形式。

[0042]仍然参考图1，空气净化系统1还包括至少一个空气推进装置，通常用电风扇或鼓风机9实施。在图1所示的实施方案中，在进入室3的入口7处安装风扇9。还有，由于风扇9的目的是提供通过系统1的相对恒定的空气流，所以风扇9还可以选择安装在出口6或甚至在系统内的其他地方；本发明并不仅限于此。另外，可以使用多于一个的风扇9。例如，可将一个风扇9安装在入口7同时可安装另一个风扇9在出口6。因此，图1所示的结构并非特性上的限制。

[0043]优选地，风扇9是可控的以便能控制流经系统1的空气流量。关于风扇9的通过能力，通常用每分钟立方英尺(CFM)测量，一般应与系统1的尺寸和结构成比例。对于特定的系统1，技术熟练的受访者(skilledaddresee)应能确定风扇9的通过能力。

[0044]为了能有效地净化环境空气31，系统1还包括至少一个臭氧发生器11。优选地，如图1中所示，将臭氧发生器11直接安装在进入室3的内部。这样安装，使臭氧发生器11可从环境空气31中所含的氧气直接产生臭氧并直接将这样产生的臭氧与环境空气混合，在环境空气中臭氧将中和及破坏空气中的污染物。

[0045]对于风扇9，臭氧发生器11优选是可控的，以便能控制其产生的臭氧数量。同样，对于风扇9，臭氧发生器11的生产能力将根据系统1的尺寸和结构以及环境空气31中污染物的浓度来决定。对特定的系统1，技术熟练的受访者能确定臭氧发生器11的生产能力。

[0046]在系统1的某些实施方案中如图1所示的一个，如需要或已发现是有利的，系统1可以包括几个臭氧发生器11。根据要处理的环境空气31中所含污染物的浓度，这些臭氧发生器11优选可单个开或关。另外，如图1的实施方案所示，每个臭氧发生器11可与进入室3的一个出口6相连。还有，其他实施方案也是可能的。

[0047]有利地，为了增加在空气/臭氧混合物35中臭氧的浓度和/或为了增加臭氧发生器11的效率，系统1可以安装适合减缓在臭氧发生器11附近环境空气31流动的流量控制装置。通过减缓臭氧发生器11附近环境空气31的流动，增加在环境空气31中存在的氧气与臭氧发生器11之间的接触时间，从而增加其产生的臭氧数量。

[0048]根据臭氧发生器11的精确位置，流量控制装置可设置在系统1内的几个地方。例如，流量控制装置可设置在进入室3的入口7、在进入室3的出口6和/或在臭氧发生器11的出口12。在图1所示的优选实施方案中，流量控制装置被安装在臭氧发生器11的出口12。

[0049]图2和3显示2个示范性实施方案的流量控制装置。在图2中，将穿孔板安装在臭氧发生器11的出口12作为流量控制装置13并限定至少一个开口有预定的尺寸。在图3中，将速率可变的可控阀安装在臭氧发生器11的出口12作为流量控制装置13’。但是其他装置也是可以的。

[0050]应该指出，由于流量控制装置的主要目的是增加和/或控制环境空气31和臭氧发生器11之间的接触时间，所以流量控制装置的位置通常将取决于臭氧发生器的位置。因此，可能有几种结构。

[0051]还有，根据系统1中所用的臭氧发生器11的类型，技术熟练的受访者可能必须修改和/或调整其一个或多个元件。

[0052]因此，在某些实施方案中，如果臭氧发生器11是管子或导管，在其中设置电极且环境空气31可在其中流通，那么可将臭氧发生器11设置在进入室3的出口6而不是安装在内部。在这种情况下，如上所述，可将流量控制装置安装在臭氧发生器的出口12。也可以设想一个实施方案，其中进入室3和臭氧发生器11是整体的并基本上构成单一的结构。

[0053]还有，如果将臭氧发生器11安装在进入室3外面，那么可设想另一个实施方案，其中进入室3和处理室19是整体的并基本上构成单一的结构。

[0054]回到图1，本发明的空气净化系统1还包括至少一个适合给臭氧发生器11供电的供电电源17。虽然没有显示，系统1通常还包括至少另一个适合给风扇9供电的供电电源。还有，系统1可以包括给它的所有用电的元件供电的单个供电电源；本发明并不仅限于此。

[0055]为了控制系统1，优选将所有可控的元件如风扇9和臭氧发生器11都连接到控制装置(未显示)。根据系统1的自动化水平，控制装置可从简单的装置如滑动或按钮式调光器到更先进的装置如微控制器、可编程自动装置或中央控制台进行变化。还可将更先进的装置以通讯网络连接到中央管理系统。可以理解，根据系统1要实现的用途，可以使用不同的控制装置；本发明并不仅限于此。

[0056]有利地，本发明的空气净化系统1可用高浓度的臭氧处理环境空气31。尽管达到净化效果需要的最小臭氧浓度通常为3ppm，本发明描述的优选实施方案中，在空气/臭氧混合物35中臭氧的浓度优选高于10ppm，最优选高于15ppm和极为优选高于20ppm。不过，根据环境空气31中污染物的浓度，可以使用更高或更低的臭氧浓度。

[0057]为了防止空气/臭氧混合物35直接回到环境空气中，优选将每个进入室出口6或每个臭氧发生器出口12连接到处理室19。处理室19基本上用于两个目的。首先，通过防止用环境空气稀释空气/臭氧的混合物35，使混合物35中臭氧浓度保持很高，从而产生更有效的净化效果。其次，处理室19提供一段时间，在该时间内臭氧可以中和和/或破坏污染物而且同时自身也被破坏。因此，在处理室19的出口，空气/臭氧混合物中臭氧的浓度被减小从而变得无害。

[0058]优选地，但不是唯一地，处理室19是有固定长度的柔性导管。在本发明的优选实施方案中，处理室19的长度约为20米。还可以使用其他的长度。

[0059]还有，处理室19的长度可以是可调的。例如，处理室19可以是可伸缩的管子或导管或可以包括可连接在一起的几段管子。系统1也可以安装几个不同长度的可拆卸处理室19，它们中每一个适合一种特定的臭氧浓度。其他实施方案也是可能的。

[0060]尽管图1中没有显示，本发明的空气净化系统1可便利地安装所有需要的传感器。例如，系统1可以包括用于测量环境空气中一种或几种污染物的浓度、测量在臭氧发生器11的出口12处臭氧的浓度和/或测量在处理室19的出口处臭氧浓度的传感器。，这些传感器被连接到可编程控制装置后将允许系统1针对给定的污染物浓度适当地投配所需的臭氧浓度。

[0061]按照本发明，空气净化系统1通常与安装该系统1的建筑物内通风系统配合使用。

[0062]一般来说，建筑物的通风系统包括中央处理系统(未显示)，它从建筑物的每个房间或区域接受环境空气，处理一部分收集的环境空气(即过滤、湿润或去湿、冷却或加热等)并将其余的空气排到建筑物外，将处理过的空气与从建筑物外吸取的新鲜空气混合，并将处理过的空气和新鲜空气的混合物通过通风管道分配到每个房间或区域。

[0063]现在参考图4，显示本发明的空气净化系统1安装在房间的天花板空间50内。确实，房间的天花板空间50通常被用作回风管道收集房间的环境空气31，这些空气通过收集管道(未显示)回到中央处理系统进行再处理。

[0064]通过设置在天花板空间50内，所述系统1采集回到中央处理系统的一部分环境空气31并用高浓度臭氧处理它以中和和/或破坏其大部分的污染物。在系统1的出口，使空气/臭氧混合物35回到正在流向收集管道的环境空气31未处理的部分并与其混合。

[0065]由于空气/臭氧混合物35不是直接回到可能有人和/或动物的房间内，所以空气/臭氧混合物35的剩余臭氧将不会影响这些人或动物。

[0066]还有，通过与正在返回中央处理系统的环境空气31的未处理部分混合，空气/臭氧混合物35将在环境空气31的这个未处理部分中稀释且其剩余的臭氧将有额外的时间去中和和/或破坏污染物、被稀释和/或重新变换成氧气。

[0067]因此，当已经收集的未处理的环境空气31和空气/臭氧混合物35，经过中央处理系统的收集、处理，再与新鲜空气混合并通过通风管道43作为清洁空气37重新分配给每个房间时，在清洁空气37中仍然含有的臭氧浓度优选地将在0.01ppm的量级，且至少低于加拿大安全标准(即＜0.05ppm)、美国安全标准(即＜0.08ppm)和通用的国际安全标准(即＜0.1ppm)。

[0068]图5中显示了图4中显示的安装方式的第1变型。在这种变型中，将空气净化系统1直接安装在回风管道41内，通过该回风管道使房间的环境空气31回到中央处理系统。还有，所述系统1的功能保持不变。

[0069]图6中显示了图4中显示的安装方式的第2变型。在这个变型中，将空气净化系统1与回风管道41平行安装并与其连接。还有，所述系统1的功能保持不变。

[0070]通过有规律地和连续地净化房间的一部分环境空气31，建筑物的环境空气最终被空气净化系统1全部净化。可以理解，如果将几个系统1安装在建筑物内，那么净化全部环境空气31所需时间将相应减少。

[0071]虽然上面已经详细地描述了本发明的示例性和目前优选的各实施方案，应该理解，本发明的构思还可以用其他的各种方法实施和使用，所附的权利要求书旨在解释成包括除受到目前现有技术限制外的这类变化。

Claims (26)

1、一种空气净化系统，包括：

a.一个进入室，其包括第1入口和第1出口，所述进入室适合接纳污染的环境空气；

b.用于推动所述污染的环境空气流经所述系统的空气推进装置；

c.与所述进入室流体连通的臭氧发生器，所述臭氧发生器适合产生臭氧和将所述臭氧与所述污染的环境空气混合；

d.一个处理室，其包括第2入口和第2出口，所述第2入口与所述第1出口流体连通，所述处理室适合接纳所述污染的环境空气与臭氧的混合物；

借此使所述的臭氧基本上净化所述污染的环境空气。

2、如权利要求1所述的系统，其中所述处理室的尺寸和构造允许所述的臭氧净化所述污染的环境空气。

3、如权利要求1所述的系统，其中所述空气推进装置是可控的。

4、如权利要求1所述的系统，其中所述臭氧发生器是可控的。

5、如权利要求1所述的系统，其中所述臭氧发生器被设置在所述进入室内。

6、如权利要求5所述的系统，其中所述进入室还包括用于控制通过的所述污染的环境空气流量的流量控制装置，所述流量控制装置被安装在所述第1出口。

7、如权利要求6所述的系统，其中所述流量控制装置是有至少一个开孔的穿孔板。

8、如权利要求6所述的系统，其中所述流量控制装置是可变速马达。

9、如权利要求6所述的系统，其中所述流量控制装置是控制阀。

10、如权利要求9所述的系统，其中所述控制阀是可控的。

11、如权利要求1所述的系统，其中所述臭氧发生器包括第3入口和第3出口且其中所述臭氧发生器基本上被安装在所述第1出口和所述第2入口之间。

12、如权利要求11所述的系统，其中所述臭氧发生器还包括用于控制通过的所述污染的环境空气的流量的流量控制装置，所述流量控制装置被安装在第3出口。

13、如权利要求12所述的系统，其中所述流量控制装置是有至少一个开孔的穿孔板。

14、如权利要求12所述的系统，其中所述流量控制装置是控制阀。

15、如权利要求13所述的系统，其中所述控制阀是可控的。

16、如权利要求1所述的系统，其中所述处理室是一根导管。

17、如权利要求16所述的系统，其中所述导管是柔性的。

18、如权利要求1所述的系统，其中在所述污染的环境空气和臭氧的混合物中所述臭氧的浓度等于或大于3ppm。

19、如权利要求1所述的系统，其中在所述污染的环境空气和臭氧的混合物中所述臭氧的浓度等于或大于10ppm。

20、如权利要求1所述的系统，其中在所述污染的环境空气和臭氧的混合物中所述臭氧的浓度等于或大于15ppm。

21、如权利要求1所述的系统，其中在所述污染的环境空气和臭氧的混合物中所述臭氧的浓度等于或大于20ppm。

22、如权利要求1所述的系统，其中所述进入室和所述处理室是整体的。

23、如权利要求1所述的系统，其中所述系统被安装在建筑物房间的天花板空间内。

24、如权利要求1所述的系统，其中所述系统被安装在建筑物通风系统的通风管道内。

25、如权利要求1所述的系统，其中所述系统被安装在建筑物通风系统的回风管道内。

26、如权利要求1所述的系统，其中所述系统平行于建筑物通风系统的回风管道安装且与回风管道连接。

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