CN103322623B - 一种空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气净化装置，尤其是一种用于数据中心机房的空气净化装置。本发明的空气净化装置采用物理过滤与化学过滤相结合的过滤方式，采用气敏传感器实时监测空气中污染物浓度，中央处理控制单元根据接收到的污染物浓度信号，生成4-20mA的电流信号或者0-10V的电压信号给风机的控制器，实时动态调节风机转速，同时中央处理控制单元通过通信接口将污染度检测器、温湿度检测器检测到的数据上传到远程监控终端，生成温度、湿度与腐蚀级别的雷达图，分析其对设备的影响，并追踪腐蚀变化趋势，提前掌握腐蚀风险，发布腐蚀预警以提前采取措施去除隐患，并结合环境空气指定具体的过滤方案，使净化装置实现节能高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气净化装置，尤其是一种用于数据中心机房的空气净化装置。
背景技术
当前，随着环境空气的不断恶化，空气中有毒、有害物质浓度不断增加，在对人体造成损伤的同时，这些有毒、有害物质也在腐蚀着数据中心机房内的电子设备，影响这些设备的正常运行，造成数据丢失、服务中断等严重问题。空气中的有毒、有害物质主要包括酸性气体，如硫化氢、硫、氮氧化物、氯气以及氟化氢等；碱性腐蚀气体，如氨气；氧化气体，如臭氧。在这些气体中，最需要特别关注的是酸性气体。近些年来，随着互联网和IT行业的快速发展，产生的各种类型的数据越来越多，对数据存储的需求也越来越大，数据中心的数量也在快速地扩增，而大型的数据中心通常建造在大型城市中，例如北京等经济发达城市，这些城市的空气污染程度很高，对数据中心的威胁也越大。同时，随着IT设备的日趋小型化，机房空气冷却设备功率越来越大，极高的散热效果以及大量的空气流动，加大了气态污染物的流动扩散；另外，现在的IT设备要求采用无铅的焊接和表面贴装制造工艺制造，使得IT设备更容易受到腐蚀，因此，气态污染物对数据中心安全、可靠地运行造成很大威胁。空气污染物对数据中心设备造成的影响主要分为三类：化学影响、机械影响和电学影响。电路板中的铜蠕变腐蚀和小型表面安装组件中的镀银腐蚀是两种常见的化学故障。机械影响包括散热片污染、光信号干扰、摩擦力增大等。电学影响包括电路阻抗和电弧的变化等。IT设备电路板功能部件尺寸的小型化使硬件更容易受到污染物的影响。
发明内容
针对当前空气中污染物对数据中心设备的威胁，本发明提出一种空气净化装置，其尤其适用于对数据中心机房中的空气进行净化。
本发明的空气净化装置包括壳体、带导流板的回风口、带导流板的送风口、温湿度检测器、第一污染度检测器、第二污染度检测器、隔音材料、检修门、维修轨道槽、中央处理控制单元、显示单元、风机、风机底座、压差传感器、第一初效过滤器、第二初效过滤器、中效过滤器、化学过滤单元、电源接头、移动滚轮，其中：带导流板的回风口设置在壳体下方，待净化的回风由此进入净化装置；温湿度检测器和第一污染度检测器设置在回风口的入口处，分别用于检测回风的温湿度以及入口的污染物浓度，并生成温湿度信号和入口污染物浓度信号，将所述温湿度信号和入口污染物浓度信号送入中央处理控制单元；第二污染度检测器设置在送风口处，用于检测送风的污染物浓度，并生成出口污染物浓度信号，将所述污染物浓度信号送入中央处理控制单元；隔音材料设置在壳体的内侧面上，用于消除机械震动产生的噪音；检修门和维修轨道槽位于壳体中间合适的高度处，方便工作人员进行检修以及更换过滤材料；显示单元位于壳体中间偏上的位置，其高度适于工作人员观察；中央处理控制单元位于显示单元的后方，其与温湿度检测器、污染度检测器、风机等部件通讯连接并且还可以与远程监控终端或其它设备通过通讯接口连接；带导流板的送风口位于壳体的上部，用于将净化后的空气送出；在壳体的底部设置有移动滚轮，方便壳体的移动，同时在壳体背面底部还设置有电源接头；第一初效过滤器设置在带导流板的回风口的上方，用于过滤掉颗粒较大的污染物，对后面的化学过滤单元起到保护作用；在第一初效过滤器上方设置有化学过滤单元，用于过滤空气中的有害、异味以及腐蚀性气体；在化学过滤单元上方设置第二初效过滤器，用于过滤从化学过滤单元中带出的颗粒物；在第二初效过滤器上方设置有中效过滤器，用于进一步去除微小颗粒物；中效过滤器上方设置有压差传感器，测量回风口和送风口的压差，用于判断过滤器是否堵塞，并将检测结果上传至中央处理控制单元以提示是否需要更换过滤器；中效过滤器上方设置有风机，风机具有将风机固定在壳体上的风机底座，风机底座具有减震装置；中央处理控制单元中设置有G1、G2、G3、GX等多级别污染物浓度控制要求，根据污染度检测器检测到的信号确定污染物浓度等级，并将其转换成4-20mA的电流信号或者0-10V的电压信号实时输出给风机控制器，调节风机转速从而对送风量实现实时调节，达到最佳净化效果；显示单元设置有多级密码保护，能够防止误操作，同时能够显示、设定不同的污染等级，记录各部件的运行时间和运行状态，并具有声光报警，提示空间内的污染度等级；显示单元还配置有标准的通讯监控接口，提供标准的通信协议以与其它设备通信；中央处理控制单元能够实现自动保护，在断电后可以保存运行参数和报警记录，具有灵活的主备机切换功能、设备定时轮巡功能，根据污染度浓度自动调整设备开启台数等多设备联网群控功能、方便的远程开关机和管理功能以及远程告警及查询和远程故障处理及消声功能；中央处理控制单元通过污染度检测器、温湿度检测器实时监测机房的污染度、温湿度以及主要腐蚀气体成分，并分析它们对设备的腐蚀影响程度，通过通信接口将污染度检测器、温湿度检测器检测到的数据上传到远程监控平台生成温度、相对湿度与腐蚀级别雷达图，分析其对设备的影响，并追踪腐蚀变化率趋势，掌握腐蚀风险，发布腐蚀预警以提前采取措施去除隐患，并结合环境空气制定具体的过滤方案，使净化装置高效节能运行；如遇告警条件，中央控制处理单元还可以通过短信、邮件等方式通知数据中心运维人员，用户可以预先定义腐蚀、温度、湿度等参数的告警值。
本发明的空气净化装置，其中所述污染度检测器为气敏传感器。
本发明的空气净化装置，其中所述气敏传感器可以是金属氧化物气敏传感器。
本发明的空气净化装置，其中所述金属氧化物可以是三氧化钨，二氧化锌。
本发明的空气净化装置，其中所述化学过滤单元所采用的过滤材料可以是高锰酸盐溶液浸渍活性氧化铝基质形成的颗粒或者氢氧化钾浸渍活性炭形成的颗粒或者二者的组合。
本发明的空气净化装置，其中所述化学过滤单元可以为一级、两级或多级，其中每一级可以由一组或一组以上的“V”形、倒“V”形、“一”形或“/”形化学过滤材料组成。
本发明的空气净化装置，其中所述第一、第二初效过滤器为无纺布构成的平板式过滤器，中效过滤器为合成纤维构成的平板式过滤器。
本发明的空气净化装置，其中送回风方式还可以采用上送下回，顶送下回，上回下送，上回底送，顶回底送，顶回侧送等方式。
本发明的空气净化装置，其中空气净化装置可以是立式或卧式结构。
本发明的空气净化装置，其中风机采用带变频器的风机或者EC风机。
根据上述发明内容，本发明的空气净化装置具有如下优点：
1、采用物理吸附和化学过滤相接合的净化方式对空气进行净化，有效去除空气中各种污染物成分的气体以及去除有毒、有害和异味物质，而两者相结合的方式可以增强过滤能力；高锰酸盐溶液浸渍活性氧化铝基质形成的颗粒或者氢氧化钾浸渍活性炭形成的颗粒，都是高效的过滤材料，兼备物理吸附和化学反应净化功能，而不同的过滤单元结构可以满足不同环境污染浓度的需求；
2、采用气敏传感器代替传统的铜片、银片，实时检测空气中污染物的浓度，检测结果更加准确、快速，同时可以实现对风机转速进行动态调节，能效比达到最优化；
3、采用EC风机或带变频器的风机，中央处理控制单元和温湿度、污染度检测器相互联动，根据污染物浓度等级的不同实时控制风机转速，在满足净化要求的同时，最小化能耗，同时调节更加灵活，对污染度浓度控制更加精确；
4、现有的净化装置通常都是单独工作的，而本发明的中央处理控制单元具备灵活的主备机切换功能、设备定时轮巡功能，根据污染度浓度自动调整设备开启台数等多设备联网群控功能、且具备通讯接口，可以与远程监控终端连接，具有方便的远程开关机和管理功能以及远程告警及查询和远程故障处理及消声功能。
5、现有的净化装置的工作方案和模式通常是固定的，设定好之后风机即以不变的转速运行，对空气进行处理。当空气中污染物浓度突然升高时，无法满足净化要求，造成空气中污染物浓度超标，对设备和人员造成损害；当空气中污染物浓度很低时，仍然以原有的转速运行，浪费电能，降低风机的使用寿命。本发明的中央处理控制单元通过通信接口将污染度检测器、温湿度检测器检测到的数据上传到远程监控终端，生成温度、湿度与腐蚀级别的雷达图，分析其对设备的影响，并追踪腐蚀变化趋势，提前掌握腐蚀风险，发布腐蚀预警以提前采取措施去除隐患，并结合环境空气指定具体的过滤方案，使净化装置实现节能高效运行；同时，如遇告警条件，可以通过短信、邮件等方式通知数据中心运维人员，及时进行处理。
附图说明
图1为本发明的空气净化装置的结构示意图。
图2为本发明的空气净化装置的送风效果图。
图3为本发明的空气净化装置的过滤流程图。
图4为本发明的空气净化装置的风机控制原理图。
图5本发明的空气净化装置的远程控制框架图。
图6为本发明的空气净化装置采用上回下送的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的空气净化装置采用下回风、上送风结构的示意图。本发明的空气净化装置具有双层外壳体1，位于壳体1下方的带导流板的回风口2，位于壳体上方的带导流板的送风口3，设置在回风口2的入口的温湿度检测器4和第一污染度检测器5，第一初效过滤器6，位于第一初效过滤器6上方的化学过滤单元7，位于化学过滤单元7上方的第二初效过滤器8和中效过滤器9，设置在中效过滤器9的出口的第二污染度检测器10和压差传感器11，其中压差传感器11所起的作用是检测回风和送风的压差，提示过滤单元是否堵塞或者需要更换，图1示出的压差传感器测量的是回风口和送风口之间的压差，也可以在每个过滤单元的进、出口分别设置压差传感器以准确地判断每个过滤单元是否堵塞或需要更换；在壳体上部、送风口内侧设置有风机12，壳体1的前面板的合适高度位置设置显示单元13和检修门14和维修轨道槽15，检修门和维修轨道槽15用于方便维修以及更换过滤材料。在壳体内部设置有中央处理控制单元16，在壳体1底部设置移动滚轮17并且在壳体背面设置电源接头18。
图2为本发明的空气净化装置的送风过滤效果图，其中，在进风侧含有硫化物SOX、氮氧化物NOX、苯、甲醛、臭氧、氨气NH3、挥发性有机物等有毒、有害和异味气体的空气在风机的抽吸作用下通过带导流板的回风口1进入壳体1的内部，经过第一初效过滤器6时过滤掉回风中颗粒较大的污染物，第一初效过滤器6对后面的化学过滤单元起到保护作用，其可以是无纺布构成的平板式过滤器，也可以采用其它合适的平板式过滤器。回风在经过第一初效过滤器6之后进入化学过滤单元7，化学过滤单元7作为净化装置的核心部件，用于除掉回风中的各种有毒、有害和异味气体，其可以为一级、两级或多级，其中每一级可以由一组或一组以上的“V”形、倒“V”形、“一”形或“/”形化学过滤材料组成，化学过滤材料可以是高锰酸盐溶液浸渍活性氧化铝基质形成的颗粒或者氢氧化钾浸渍活性炭形成的颗粒或者二者的组合。从化学过滤单元7出来的回风空气进入第二初效过滤器8和中效过滤器9，第二初效过滤器8用于过滤掉化学过滤单元中带出的颗粒物，与第一初效过滤器6类似，其可以是无纺布构成的平板式过滤器，也可以采用其它合适的平板式过滤器；中效过滤器9用于进一步去除微小颗粒物，其可以是合成纤维构成的平板式过滤器，也可以采用其它合适的过滤器。最后，经过多重过滤后达到净化效果的回风，通过带导流板的送风口被送到机房空间内。
图3为本发明的过滤流程图，具体示出了多重过滤的原理、发生的反应以及去除的具体污染气体。其中，第一重过滤为初级过滤，其采用无纺布构成的平板式过滤器除掉回风中的可吸入颗粒物、灰尘等较大的污染物，保护后面的过滤单元。第二重过滤选取的化学过滤材料为高锰酸盐溶液浸渍活性氧化铝基质形成的颗粒或者氢氧化钾浸渍活性炭形成的颗粒或者二者的组合。由于活性氧化铝和活性炭均为多孔介质，因此，这里的第二重过滤实质上包含了物理吸附和化学吸附的组合，其中，物理吸附主要采用活性氧化铝或活性炭等多孔介质进行吸附，初步去除回风中的污染物，例如SO2、NOX、臭氧、甲醛等物质；化学过滤单元的结构如上所述可以为一级、两级或多级，其中每一级可以由一组或一组以上的“V”形、倒“V”形、“一”形或“/”形化学过滤材料组成，在化学吸附过程中发生的具体的化学反应大体如下：
SO2+MnO4 2-＝SO4 2-+MnO2
3NO+2MnO4 2-＝NO2+2MnO2+2OH-
3NO2+2H2O＝2HNO3+NO+H2O
HNO3+KOH＝KNO3+H2O
第三重过滤包括初效过滤和中效过滤，其中初效过滤去除从化学过滤单元中带出的颗粒物，中效过滤用于进一步去除微小颗粒物；初效过滤器为无纺布构成的平板式过滤器，中效过滤器为合成纤维构成的平板式过滤器。当然，也可以采用其它合适的过滤器。
图4为本发明的风机控制原理图，本发明所使用的风机例如可以是EC风机或者带变频器的普通风机，EC风机可以与中央处理控制单元直接相连，带变频器的风机则是将变频器与中央处理控制单元相连；本发明所使用的污染物浓度传感器可以是气敏传感器，例如三氧化钨，二氧化锌等金属氧化物气敏传感器，气敏传感器是一种实时监测传感器，相对于传统的放置铜片或银片采集污染物浓度信号的方法，具备实时、准确、快速等优点。其中，设置在回风口1入口的温湿度检测器4和第一污染度检测器5对回风的温湿度以及包含的各种污染物的浓度进行检测并生成温湿度信号和回风污染物浓度信号、设置在送风口的第二污染度检测器10对送风中污染物浓度进行检测并生成送风污染物浓度信号，将所述温湿度和回、送风污染物浓度信号送入中央处理控制单元，而中央处理控制单元中设置有G1、G2、G3、GX等多级别污染物浓度控制要求，其中G1、G2、G3、GX等多级别污染物浓度标准在下表中示出。中央处理控制单元根据污染度检测器和温湿度检测器检测到的污染物浓度信号和温湿度信号确定回风的污染物浓度等级，在显示单元上进行显示，并将确定的回风污染物浓度等级进行转换，生成4-20mA的电流信号或者0-10V的电压信号实时输出给EC风机控制器或普通风机的变频器，调节风机转速从而对送风量实现实时调节，达到最佳净化效果。显示单元设置有多级密码保护，能够防止误操作，同时能够显示、设定不同的污染等级，记录各部件的运行时间和运行状态，并具有声光报警，提示空间内的污染度等级；中央控制单元还配置有标准的通讯监控接口，提供标准的通信协议以与其它设备通信。
表1污染物浓度等级分类
图5为本发明的空气净化装置的远程控制框架图。其中净化装置的中央控制处理单元与远程监控终端相连接，中央控制处理单元通过温湿度检测器、第一和第二污染度检测器实时监测机房的主要腐蚀气体成分、污染度以及温湿度，并综合分析它们对设备的腐蚀影响程度，通过通信接口将污染度检测器、温湿度检测器检测到的数据上传到远程监控终端，生成温度、湿度与腐蚀级别的雷达图，分析其对设备的影响，并追踪腐蚀变化趋势，提前掌握腐蚀风险，发布腐蚀预警以提前采取措施去除隐患，并结合环境空气指定具体的过滤方案，使净化装置实现节能高效运行；如遇告警条件，可以通过短信、邮件等方式通知数据中心运维人员，腐蚀、温度、湿度等告警条件可以预先定义。
图6为本发明的空气净化装置的另一个实施例，其采用上回风、下送风的循环方式，其它结构与图1的空气净化装置相同，只是布置方式与其相反。同理，本领域技术人员可以想到还可以采用顶送下回，上回下送，上回底送，顶回底送，顶回侧送等多种循环方式，并且采用这些循环方式的空气净化装置同样位于本发明的精神和要求保护的范围之内。
虽然本发明的说明书以数据中心机房为例，但是对本领域技术人员来说，本发明的空气净化装置也可以应用于其它场合，例如造纸厂、纺织厂、化工厂、半导体企业、博物馆、档案馆、商场、办公楼建筑、住宅建筑等等污染物富集的场合。
Claims (9)
1.一种空气净化装置，其包括壳体、带导流板的回风口、带导流板的送风口、温湿度检测器、第一污染度检测器、第二污染度检测器、隔音材料、检修门、维修轨道槽、中央处理控制单元、显示单元、EC风机、风机底座、压差传感器、第一初效过滤器、第二初效过滤器、中效过滤器、化学过滤单元、电源接头和移动滚轮，其中：带导流板的回风口设置在壳体下方，待净化的回风由此进入净化装置；温湿度检测器和第一污染度检测器设置在回风口的入口处，分别用于检测回风的温湿度以及入口的污染物浓度，并生成温湿度信号和入口污染物浓度信号，将所述温湿度信号和入口污染物浓度信号送入中央处理控制单元；第二污染度检测器设置在送风口处，用于检测送风的污染物浓度，并生成出口污染物浓度信号，将所述污染物浓度信号送入中央处理控制单元；隔音材料设置在壳体的内侧面上，用于消除机械震动产生的噪音；检修门和维修轨道槽位于壳体中间合适的高度处，方便工作人员进行检修以及更换过滤材料；显示单元位于壳体中间偏上的位置，其高度适于工作人员观察；中央处理控制单元位于显示单元的后方，其与温湿度检测器、第一、第二污染度检测器和风机通讯连接并且还与远程监控终端通过通讯接口连接；带导流板的送风口位于壳体的上部，用于将净化后的空气送出；在壳体的底部设置有移动滚轮，方便壳体的移动，同时在壳体背面底部还设置有电源接头；第一初效过滤器设置在带导流板的回风口的上方，对后面的化学过滤单元起到保护作用；在第一初效过滤器上方设置有化学过滤单元，用于过滤空气中的污染气体；在化学过滤单元上方设置第二初效过滤器，用于过滤从化学过滤单元中带出的颗粒物；在第二初效过滤器上方设置有中效过滤器；中效过滤器上方设置有压差传感器，测量回风口和送风口的压差，用于判断过滤器是否堵塞，并将检测结果上传至中央处理控制单元以提示是否需要更换过滤器；中效过滤器上方设置有风机，风机具有将风机固定在壳体上的风机底座，风机底座具有减震装置；中央处理控制单元中设置有多级别污染物浓度控制要求，根据两个污染度检测器检测到的信号确定污染物浓度等级，并将其转换成4-20mA的电流信号或者0-10V的电压信号实时输出给EC风机控制器，调节风机转速从而对送风量实现实时调节，达到最佳净化效果；显示单元设置有多级密码保护，能够防止误操作，同时能够显示、设定不同的污染等级，记录各部件的运行时间和运行状态，并具有声光报警提示空间内的污染度等级；中央处理控制单元配置有标准的通讯监控接口，提供标准的通信协议，还能够实现自动保护，在断电后能够保存运行参数和报警记录，并且具有灵活的主备机切换功能、设备定时轮巡功能，根据污染度浓度自动调整设备开启台数，多设备联网群控功能、方便的远程开关机和管理功能以及远程告警及查询和远程故障处理及消声功能；中央处理控制单元通过第一、第二污染度检测器、温湿度检测器实时监测机房的污染度、温湿度以及主要腐蚀气体成分，并分析它们对设备的腐蚀影响程度，通过通信接口将污染度检测器、温湿度检测器检测到的数据上传到远程监控平台生成温度、相对湿度与腐蚀级别雷达图，分析其对设备的影响，并追踪腐蚀变化率趋势，掌握腐蚀风险，发布腐蚀预警以提前采取措施去除隐患，并结合环境空气制定具体的过滤方案，使净化装置高效节能运行；如遇告警条件，中央处理控制单元还能够通过短信或邮件通知数据中心运维人员，其中腐蚀、温度和湿度参数的告警值由用户预先定义。
2.如权利要求1所述空气净化装置，其中所述第一、第二污染度检测器为气敏传感器。
3.如权利要求2所述的空气净化装置，其中所述气敏传感器是金属氧化物气敏传感器。
4.如权利要求3所述的空气净化装置，其中所述金属氧化物是三氧化钨或者二氧化锌。
5.如权利要求1所述的空气净化装置，其中所述化学过滤单元所采用的过滤材料是高锰酸盐溶液浸渍活性氧化铝基质形成的颗粒或者氢氧化钾浸渍活性炭形成的颗粒或者二者的组合。
6.如权利要求1所述的空气净化装置，其中所述化学过滤单元为一级、两级或多级，其中每一级由一组或一组以上的“V”形、倒“V”形、“一”形或“/”形化学过滤材料组成。
7.如权利要求1所述的空气净化装置，其中所述第一、第二初效过滤器为无纺布构成的平板式过滤器，中效过滤器为合成纤维构成的平板式过滤器。
8.如权利要求1所述的空气净化装置，其中送回风方式采用上送下回，顶送下回，上回下送，上回底送，顶回底送或顶回侧送方式。
9.如权利要求1所述的空气净化装置，其中空气净化装置是立式或卧式结构。
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