CN103079678B - 氢氟烷消除装置 - Google Patents

Abstract

本技术提供了一种说明性的氢氟烷(HFC)消除装置。HFC传感装置被配置为检测环境气态HFC成分。HFC消除装置还包括包含含有玻璃的表面的组件，和加热元件，所述加热元件被配置为响应于通过HFC传感装置对环境气态HFC成分的检测，将所述玻璃加热至使环境气态HFC成分分解的温度。

Description

氢氟烷消除装置

发明背景

提供以下描述以帮助读者理解。所提供的信息或引用的参考文件均不被承认为是现有技术。

氢氟烷(HFC)通常被用作家用制冷装置如电冰箱和空调器中的制冷剂。HFC通常是安全、廉价、化学稳定、有效、无毒和不削弱臭氧的。然而，许多HFC具有高的全球变暖潜势(GWP)值。通常认为，具有高GWP值的气体比具有低GWP值的气体以更高的速率增加全球变暖。由于HFC的许多优势，尚不可得到具有类似的安全性、毒性和化学稳定性特性的合适的替代制冷剂。

目前正在使用的许多制冷装置易于泄漏HFC。这种泄漏能够将HFC释放入大气，因此进一步对全球变暖起作用。因此，存在着对于在这种泄漏的情况下检测和防止HFC排放的装置和系统的需要。

发明概述

本技术提供了一种说明性的氢氟烷(HFC)消除装置，其包括HFC传感装置，该HFC传感装置被配置为检测环境气态HFC成分。该HFC消除装置还包括包含含有玻璃的表面的组件，以及加热元件，该加热元件被配置为响应通过HFC传感装置对环境气态HFC成分的检测，将玻璃加热到使环境气态HFC成分分解的温度。

本技术还包括说明性系统，该系统包括氢氟烷(HFC)检测器和HFC消除装置。HFC检测器被配置为检测环境HFC成分并向HFC消除装置传递环境HFC成分存在的指示。HFC消除装置与HFC检测器通讯接合，并且包括包含含有玻璃的表面的组件，以及加热元件，该加热元件被配置为响应通过HFC检测器对环境HFC成分的检测，将玻璃加热到使环境HFC成分分解的温度。

前述发明概述仅仅是说明性的，而不意在以任何方式进行限制。除了上述说明性的方面、实施方案和特征之外，通过参考以下附图和详细描述，其它方面、实施方案和特征将变得明显。

附图简述

由以下说明和所附权利要求，结合附图，本公开的前述和其它特征将变得更加完全明显。应理解，这些附图仅仅示出了按照本公开的一些实施方案且因此不应被认为是限制本公开的范围，通过使用附图，将以额外的特征和细节来描述本公开。

图1示出了按照一个说明性实施方案的氢氟烷(HFC)消除装置。

图2示出了按照一个说明性实施方案，图1的HFC消除装置的截面图。

图3示出了按照一个说明性实施方案，使用图1的HFC消除装置在空气中消除HFC的方法。

图4示出了按照一个说明性实施方案的HFC检测和消除系统。

图5示出了按照一个说明性实施方案，使用图4的HFC检测和消除系统检测和消除HFC的方法。

详细描述

在以下详细描述中，参考了作为详细描述的一部分的附图。在图中，类似的符号代表性地表示类似的部件，除非上下文另行指明。在详细描述、附图和权利要求书中所述的说明性实施方案并不意在进行限制。在不脱离本文所呈现主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，且可以进行其他改变。应当容易理解，本文一般性记载以及附图中图示的本公开的各方面可以以多种不同配置来排列、替换、组合和设计，所有这些明确地被预期的并构成本公开的一部分。

氢氟烷(HFC)泄漏可以在使用HFC作为制冷剂的任何类型的制冷装置(例如电冰箱、空调器等)中发生。HFC具有高全球变暖潜势值，并且由此，HFC向大气中的排放可以对全球变暖起作用。本文所描述的是用于检测和消除环境气态HFC成分的说明性装置和系统。这些HFC消除装置包括内部加热元件，所述内部加热元件被配置为响应通过HFC传感装置对环境HFC成分的检测而加热玻璃表面。当受热的玻璃表面与环境HFC成分接触时，作为脱碱过程的一部分，HFC分解形成各种无毒的、难以追踪的副产物。下文描述的HFC消除装置和系统允许以安全、有成本效率和有效的方式，消除环境HFC成分。

图1示出了按照一个说明性实施方案的氢氟烷(HFC)消除装置100。HFC消除装置100包括组件110和加热元件130(未在图1中示出)。加热元件130可以包括电热线圈、电热棒或本领域技术人员公知的任何其它加热装置。在一个实施方案中，加热元件130位于组件110内部，如图2所示出的。组件110可以由金属、玻璃或本领域技术人员公知的允许在加热元件130和玻璃表面120之间传热的任何其它产品形成。玻璃表面120在组件110的表面上形成。玻璃表面120可以包括45S5生物玻璃、钠钙玻璃、或本领域技术人员公知的能够如下文所述与HFC反应的任何其它玻璃。玻璃表面120可以包含一个或多个玻璃珠。在一个实施方案中，玻璃表面120包含多个玻璃珠。在另一个实施方案中，玻璃表面120可以包括玻璃熔料，即用于制造玻璃的陶瓷、砂、粉末等的颗粒状组合物。在又另一个实施方案中，组件110可以完全由玻璃构成，因此其本身可以包含玻璃表面120。在各种其它实施方案中，可以使用本领域技术人员公知的允许受热玻璃与环境空气之间接触的任何玻璃构造。

图2示出了按照一个说明性实施方案的HFC消除装置100的截面图。如上所讨论的，HFC消除装置100包括位于组件110中的加热元件130。在备选实施方案中，加热元件130无需位于组件110中，只要加热元件130位于组件110附近使得其可以如下文进一步描述的充分加热玻璃表面120即可。例如，在一个说明性实施方案中，组件110可以包括具有玻璃表面的金属片材，且加热元件130可以位于组件110之后，但足够接近以加热玻璃表面。

图2示出了具有大致圆形截面的HFC消除装置100。在替代的实施方案中，HFC消除装置100可以具有基本上为矩形、正方形、四边形、椭圆形或本领域技术人员公知的任何其它形状的截面形状。

响应于指示环境气态HFC成分存在的来自HFC传感器的信号，加热元件130加热玻璃表面120。HFC传感器可以是氧化锡基半导体传感器、红外传感器，或本领域技术人员公知的任何其它HFC传感器。在一个说明性实施方案中，将HFC传感器与被配置为控制加热元件的微处理器的模拟或数字输入相连。在各种实施方案中，可以如本领域技术人员公知的将HFC传感器经硬连线或无线通讯通道连接至微处理器。

在备选实施方案中，加热元件130可以被配置为周期性地开启或关闭。玻璃表面130经由辐射加热过程加热，由此由加热元件130发射的热向外辐射并且被玻璃表面120所吸收。当与环境气态HFC成分接触时，受热的玻璃表面120与HFC成分反应，形成氟化钠、氟化钙，并可能形成其它副产物。氟化钠和氟化钙具有比环境气态HFC成分小的全球变暖潜势值。这些副产物可以消散在环境空气中，或者可以在受热的玻璃表面120上升华。

受热的玻璃表面120与环境气态HFC成分通过脱碱过程反应，在脱碱过程中，碱性离子从玻璃表面120被拉出，并与环境气态HFC成分反应。玻璃表面120的碱性离子包括氧化钠(Na₂O)和氧化钙(CaO)。当环境气态HFC成分与受热玻璃表面120的氧化钠和氧化钙反应时，HFC成分被分解并且形成氟化钠和氟化钙副产物。在备选实施方案中，可以形成氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl₂)。William P.Mahoney的美国专利号3,249,246使用了类似的化学反应，使用于食品和药品用途的钠钙玻璃容器表面脱碱，该专利以其全部内容通过引用结合在此。

环境气态HFC成分可以是以下物质中的任何一种或多种：四氟乙烷、五氟乙烷、三氟乙烷、二氟乙烷、或本领域技术人员公知的并且如上关于图1所述将与受热的玻璃表面120反应的任何其它HFC成分。

图3示出了按照一个说明性实施方案，使用图1和2的HFC消除装置100在空气中消除环境HFC成分的方法。在操作200中，HFC消除装置100接收触发，如来自HFC传感器的指示已经检测到环境HFC成分的电信号。在一个说明性实施方案中，HFC传感器与微处理器的模拟或数字输入相连，所述微处理器被配置为控制HFC消除装置100的加热元件130。在各种实施方案中，HFC传感器可以如本领域技术人员公知的经由硬连线或无线通讯通道与微处理器相连。触发HFC消除装置100所需的HFC阈值量取决于HFC传感器的灵敏度。在一个实施方案中，HFC传感器可以检测浓度低至约10ppt的HFC成分。但是，触发HFC消除装置100所需的阈值量可以是能够被HFC传感器检测的任何量。因此，当开发出更灵敏的HFC传感器时，可以使用更低的阈值量触发HFC消除装置100。

在一个实施方案中，HFC消除装置100可以作为使用HFC成分当作制冷剂的制冷装置(例如，电冰箱、空调器等)的一部分结合，并且环境HFC成分可能泄漏自制冷装置。在替代的实施方案中，HFC消除装置100可以是由制冷装置分离并独立的便携式装置，并且可以在制冷装置构造好之后使用以检测从制冷装置泄漏的HFC成分。

在操作210中，内部加热元件将HFC消除装置100的玻璃表面加热至200℃至250℃之间的温度。在替代的实施方案中，可以将玻璃表面加热至HFC将与玻璃表面反应的任何温度。当玻璃表面的结构允许时，可以使用高于200℃的温度，因为极端的温度可能影响玻璃表面的完整性。在一个实施方案中，加热元件位于由金属(例如但不限于不锈钢)或其它导热组合物形成的外壳中，并且玻璃表面通过辐射加热过程加热。从内部加热元件发射的热向外辐射，并且被外壳吸收并传送至玻璃表面。

在操作220中，受热的玻璃表面与环境HFC成分通过脱碱过程反应，在脱碱过程中，碱性离子从受热的玻璃表面被拉出。在一个实施方案中，玻璃表面包含氧化钠(Na₂O)和氧化钙(CaO)。在替代的实施方案中，玻璃表面可以被具有充足浓度的氧化钠和氧化钙的任何表面所代替。当环境HFC成分与受热的玻璃表面的氧化钠和氧化钙反应时，环境HFC成分被分解，并且形成无毒的、难以追踪的水平的氟化钠和氟化钙。以这种方式，环境HFC成分被分解形成无毒的副产物，它们具有比环境HFC成分低的全球变暖潜势值。

图4示出了按照一个说明性实施方案的HFC检测和消除系统300。系统300包括HFC传感器310，其通过通讯通道330与HFC消除装置320通讯接合。在一个实施方案中，HFC传感器310包括分解组件和传感组件。该分解组件被配置为用镅(Am)照射环境空气。如果环境空气包含HFC成分，则Am照射导致HFC成分分解成为氟化氢(HF)气体。HFC传感器310的传感组件被配置为检测HF气体的存在。因此，传感组件将检测由环境空气中的HFC成分由于被Am照射而分解所产生的任何HF气体的存在。当感知到HF气体时，HFC传感器310输出指示HFC成分存在的电信号。在一个说明性实施方案中，HFC传感器通过硬连线或无线通讯通道与微处理器的模拟或数字输入相连，所述微处理器被配置为控制HFC消除装置的加热元件。触发HFC消除装置所需的阈值水平取决于HFC传感器的灵敏度，并且可以为低至约10ppt的任何浓度或可能为取决于HFC传感器的灵敏度的其它阈值。

在替代的实施方案中，HFC传感器可以是氧化锡基半导体传感器、红外传感器、或本领域技术人员公知的能够检测HFC的任何其它传感器。

HFC消除装置320包括在外壳上形成的外部玻璃表面和位于外壳内部的内部加热元件，如上文参照图1和2所述。响应于来自HFC传感器310的信号，HFC消除装置320的内部加热元件被配置为加热玻璃表面，使得当与环境HFC成分接触时，HFC成分将被分解，如上文参照图1和2所述。

在一个实施方案中，作为制冷装置如电冰箱或空调器装置的一部分，配备系统300。这样的制冷装置可以包括制冷剂盘管，包括HFC成分的制冷剂流经其中。制冷装置还可以包括用于压缩制冷剂的压缩机。HFC消除装置320可以位于制冷剂装置的制冷剂盘管内部、在被制冷剂盘管围绕的区域内部、或者在靠近制冷剂盘管附近。在替代的实施方案中，HFC消除装置320可以位于压缩机内或其附近。在其它实施方案中，HFC消除装置320可以位于如本领域技术人员公知的任何可能泄漏HFC成分的制冷装置组件附近。

通讯通道330可以是本领域技术人员公知的任何类型的通讯通道，将其以使得HFC传感器310可以向HFC消除装置320传递信号的方式配置。在一个说明性实施方案中，HFC传感器310与微处理器的模拟或数字输入相连，所述微处理器被配置为控制HFC消除装置320的加热元件。触发HFC消除装置320所需的阈值水平取决于HFC传感器310的灵敏度并且可以为HFC传感器310能够检测的任何浓度。在一个实施方案中，HFC传感器310可以硬连线至HFC消除装置320。在备选实施方案中，通讯通道330可以是无线通讯途径。按照这样的实施方案，HFC传感器310还包括无线发射器，其被配置为从HFC传感器310向HFC消除装置320的无线接收器发射信号。

在一个实施方案中，HFC消除装置320包括接收器，所述接收器被配置为接收由HFC传感器310发射的信号。当接受到信号时，HFC消除装置320的加热元件被配置为开始加热，直至接到另一个信号，指示HFC消除装置320中断加热。在替代的实施方案中，可以人工开启或关闭HFC消除装置320。

图5示出了按照一个说明性实施方案，使用图3的HFC检测和消除系统300检测和消除环境HFC成分的方法。在操作400中，HFC传感器检测环境HFC成分。在操作410中，响应于环境HFC成分的检测，HFC传感器向HFC消除装置传递触发信号，从而指示环境HFC成分的存在。在一个实施方案中，环境HFC成分的存在可以指示制冷装置如电冰箱或空调器的冷却系统中的泄漏。在操作420中，响应于接受触发信号，HFC消除装置的内部加热元件将HFC消除装置的玻璃表面加热至足以引起环境HFC成分在与受热的玻璃表面接触时分解的温度。在一个可能的实施方案中，玻璃表面被加热至200℃至250℃之间的温度。

在操作430中，受热的玻璃表面与环境HFC成分通过脱碱过程反应，在脱碱过程中，碱性离子从玻璃表面被拉出并与环境HFC成分反应。玻璃表面可以含有高水平的氧化钠(Na₂O)和氧化钙(CaO)。当环境HFC成分与受热玻璃表面的氧化钠和氧化钙反应时，环境HFC成分被分解并且形成氟化钠和氟化钙副产物。在备选实施方案中，由此反应可以形成氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl₂)和其它副产物。以这种方式，环境HFC成分被分解而形成具有比环境HFC成分低的全球变暖潜势值的副产物。

在本文中可能已经使用了一个或多个流程图。流程图的使用不意味着对所执行的操作的顺序进行限制。本公开所述的主题有时说明不同部件包含在不同的其他部件内或者不同部件与不同的其他部件相连。应当理解，这样描述的架构只是说明性的，事实上可以实现许多实现相同功能的其他架构。在概念上，实现相同功能的部件的任意设置有效地“关联”，从而实现所需功能。因此，这里组合实现具体功能的任意两个部件可以被视为彼此“关联”从而实现所需功能，与架构或中间部件无关。同样，任意两个如此关联的部件也可以看作是彼此“可操作地连接”或“可操作地接合”以实现所需功能，且能够如此关联的任意两个部件也可以被视为彼此“能可操作地接合”以实现所需功能。能可操作地接合的具体示例包括但不限于物理上可配对和/或物理上交互的部件，和/或可无线交互和/或无线交互的部件，和/或逻辑交互和/或可逻辑交互的部件。

关于本文中基本上任何的复数和/或单数术语的使用，在适合上下文和/或用途的情况下，本领域技术人员可以从复数转换成单数和/或从单数转换成复数。为了清楚，可能在本文中清楚地提出各种单数/复数变换。

本领域技术人员会理解，一般而言，在本文中并且特别是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语，通常作为“开放式”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还会理解，如果意指引入的权利要求复述物(recitation)的具体数目，则将在权利要求中明确地复述这个意思，并且在没有这种复述物的情况下，不存在这种意思。例如，作为理解的帮助，所附权利要求可以包含引出性短语“至少一个”和“一个或多个”的用法，以引出权利要求复述物。然而，这样的短语的使用不应解释为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引出的权利要求复述物，将含有这样引出的权利要求复述物的任何特定权利要求限制到只含有一个这样的复述物的发明，即使当同一权利要求包括引出性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一个”或“一种”时(例如，“一个”和/或“一种”应当典型地解释为指“至少一个(种)”或“一个(种)或多个(种)”)；对于用于引出权利要求复述物的定冠词的使用，同样成立。另外，即使明确地阐述引出的权利要求复述物的具体数目，本领域技术人员也会认识到，这样的复述物应当典型地解释为至少是指阐述的数目(例如，没有其它修饰词的“两个复述物”的裸复述物典型地是指至少两个复述物或两个以上复述物)。此外，在其中使用与“A、B和C中的至少一个等”类似的惯例的那些情况下，一般而言，以本领域的技术人员会理解所述惯例的含义，意指这样的构造(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于：具有单独的A的系统、具有单独的B的系统、具有单独的C的系统、具有A和B一起的系统、具有A和C一起的系统、具有B和C一起的系统，和/或具有A、B和C一起的系统等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”这样的表述的情况下，一般而言，以本领域的技术人员会理解所述惯例的含义，意指这样的构造(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于具有单独的A的系统、具有单独的B的系统、具有单独的C的系统、具有A和B一起的系统、具有A和C一起的系统、具有B和C一起的系统，和/或具有A、B和C一起的系统等)。本领域技术人员将进一步理解，呈现两个以上备选术语的基本上任何的分离性词语和/或短语(无论在说明书、权利要求或附图中)，应当理解为涵盖包括所述术语之一、所述术语中的任一个或所有术语的可能性。例如，短语“A或B”应当理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

出于说明和描述的目的，之前已经对说明性实施方案进行了描述。至于所公开的精确形式，其并非意在穷举或限制，并且根据以上的教导，修改和变型都是可能的，或者可以由所公开的实施方案的实践来获得。意图在于本发明的范围通过所附的权利要求及其等同替代来限定。

Claims (20)

1.一种氢氟烷(HFC)消除装置，其包括：

HFC传感装置，所述HFC传感装置被配置为检测环境气态HFC成分；

组件，所述组件包含含有玻璃的表面；和

加热元件，所述加热元件被配置为响应于所述HFC传感装置对所述环境气态HFC成分的检测，将所述玻璃加热至使所述环境气态HFC成分分解的温度。

2.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述加热元件还被配置为将所述玻璃加热至使所述环境气态HFC成分分解成一种或多种成分的温度，所述一种或多种成分的全球变暖潜势值比所述环境气态HFC成分低。

3.权利要求2所述的HFC消除装置，其中其全球变暖潜势值比所述环境气态HFC成分低的一种或多种成分包括氟化钙和氟化钠。

4.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述组件包括围绕所述加热元件的金属壳，且其中所述玻璃包含一个或多个位于所述组件的表面上的玻璃珠。

5.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述玻璃包括钠钙玻璃。

6.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述环境气态HFC成分包含四氟乙烷、五氟乙烷、三氟乙烷和二氟乙烷中的至少一种。

7.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述温度在200℃至250℃之间。

8.权利要求1所述的HFC消除装置，其中所述HFC传感装置包括：

分解组件，所述分解组件被配置为用镅照射所述环境气态HFC成分以使至少一部分所述环境气态HFC成分分解为氟化氢(HF)气体；和

传感组件，所述传感组件被配置为检测所述HF气体，其中对所述HF气体的检测指示所述环境气态HFC成分的存在。

9.一种系统，所述系统包括：

氢氟烷(HFC)检测器，其被配置为检测环境HFC成分并且向HFC消除装置传递存在所述环境HFC成分的指示；和

HFC消除装置，其与所述HFC检测器通讯接合，其中所述HFC消除装置包含：

组件，其包含含有玻璃的表面；和

加热元件，所述加热元件被配置为响应于所述HFC检测器对所述环境HFC成分的检测，将所述玻璃加热至使所述环境HFC成分分解的温度。

10.权利要求9所述的系统，其中所述加热元件被配置为将所述玻璃加热至使所述环境HFC成分分解成一种或多种成分的温度，所述一种或多种成分的全球变暖潜势值比所述环境HFC成分低。

11.权利要求9所述的系统，其中所述组件包括围绕所述加热元件的金属壳，且其中所述玻璃包含一个或多个位于所述金属壳的表面上的玻璃珠。

12.权利要求9所述的系统，其中所述玻璃包括钠钙玻璃，且其中所述温度在200℃至250℃之间。

13.权利要求9所述的系统，其中所述环境HFC成分包含四氟乙烷、五氟乙烷、三氟乙烷和二氟乙烷中的至少一种。

14.权利要求9所述的系统，所述系统还包括制冷剂盘管，其中所述HFC检测器和所述HFC消除装置位于被所述制冷剂盘管所围绕的区域内。

15.权利要求9所述的系统，所述系统还包括压缩机，其中所述HFC检测器和所述HFC消除装置位于所述压缩机内。

16.权利要求9所述的系统，其中将所述系统配备于制冷装置。

17.一种方法，所述方法包括：

检测环境气态HFC成分的存在；

响应于所述对环境气态HFC成分的存在的检测，加热玻璃表面至一个温度，所述温度足以使所述环境气态HFC成分分解。

18.权利要求17所述的方法，其中所述加热元件玻璃表面至一个温度包括将所述玻璃表面加热至一个温度，以使所述环境气态HFC成分分解成一种或多种成分，所述一种或多种成分的全球变暖潜势值比所述环境气态HFC成分低。

19.权利要求17所述的方法，其中所述温度在200℃至250℃之间。

20.权利要求17所述的方法，其中所述玻璃包括钠钙玻璃，且其中所述环境气态HFC成分包含四氟乙烷、五氟乙烷、三氟乙烷和二氟乙烷中的至少一种。