CN103453628B - 配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环系统。该系统包括三大主要组成部分，一个是信号控制系统，一个是空气再循环/再分配系统以及空气净化组件。它可同时实现室内空气的温度平衡和空气中污染物的清除。本发明设备的操作是由室内空气温度和污染物浓度条件自动控制的，因此双信号控制系统的应用和待机状态的设计使本发明具有高效节能的特点。本发明使用可替换的空气净化组件设计，可分别用于颗粒污染物、挥发性有机化合物（VOC）或者细菌污染等污染物的清除。
Description
技术领域
本发明涉及空气再循环设备，特别涉及配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备。
背景技术
由于建筑物表面传热，低密度热空气上升及高密度冷空气下降的原因，室内在地面和屋顶部分的空气之间都存在温差。在房顶较高的大型建筑中，例如：工厂厂房或者仓库中，这种温度差能够达到4.5℃。即便是在小的民用住房内也有很大温差，导致人们有忽冷忽热的感觉。在夏天，当室内地面附近温度较低时，仍然有大量热空气积聚在屋顶和外墙附近不能与地面附近的冷空气进行对流交换。此时，这一部分由热传递引入室内的热量不能得到充分利用。在冬天，室外的空气冷而室内的热，也导致室内空气温度不均匀。
地面附近是人们的活动区域，这一区域的温度是人们活动舒适度的最主要影响因素。一般情况下，大部分空调的温度监测器都装置顶棚或者墙壁上。当空调的温度监测器检测到的温度升高至空调系统的设定控制温度以上时，空调启动工作。然而此时地面温度仍然低于空调的设定控制温度。这意味着空调被提前启动了。因此，空气的再循环对于节能有重要作用。
美国专利（US2012/0052786A1）设计了一个室内空气再循环系统。空气由该系统的四周被吸入到设备的内部，其气流动力是由风扇转动形成的压力差提供的。空气入口位于设备的四周外壁上，被吸入空气中的颗粒物质被入口上安装的过滤材料拦截并在理想状态下滞留于过滤材料上。空气经过净化后，由设备顶部以一定的速度释放出来，由此过程来实现空气的再循环。
空气中多种污染物被作为室内污染的指标，包括颗粒物质、VOC浓度和细菌数量。这些污染物能够因为过敏、哮喘，甚至是其他疾病，包括癌症和器官功能损伤。因此，多种技术和设备被应用于室内污染物清除以保证室内环境的质量和人体健康。
现有的应用于颗粒物质（粉尘）的技术包括过滤、静电沉降等。发展的最完善的技术是高效空气颗粒过滤（HEPA）。根据美国能源部的标准，HEPA过滤能够对直径0.3μm的粉尘颗粒污染实现99.97%的去除率。HEPA不仅能用于颗粒污染物，包括PM2.5和PM10的过滤，还可以用于细菌的清除。但是HEPA的缺点在于过滤膜的使用寿命，当粉尘堆积在滤膜表面形成覆盖层之后，滤膜的过滤性能下降。
室内VOC浓度由世界卫生组织制定的标准控制。现有的可用于室内空气VOC污染清除的技术包括吸收、臭氧催化氧化，紫外线光催化氧化（UV-PCO）和低温等离子体。VOC吸收装置是设计和操作最简单的技术，在吸收过程中，VOC污染的空气通过吸收剂，污染物被吸附并被捕捉到吸附剂的活性表面。缺点是运行一段时间以后即使在吸附剂没有饱和之前，吸收效率就会下降。此时吸收剂需要更换，这样就增加了维护费用。臭氧催化氧化部件配有臭氧发生器，但需要注意防止臭氧向环境中的泄露。
UV-PCO利用活化的臭氧激活PCO反应而将VOC催化成CO2和H2O。这个过程不需要臭氧发生器，并且很容易通过控制UV强度来控制所产生的氧离子。VOC的降解效率在设计完善的设备上能够达到99%。低温等离子体降解是最新发展起来的技术。通过施加足够强度的电场，一个含有中性粒子、离子、自由基、电子和紫外线光子的准中性环境建立起来了。其中的自由基包括羟基自由基（OH·）和氧自由基（O·），实现VOC向CO2和H2O以及其他低温下降解产物的转化。这种技术的缺点在于电能消耗大，制造和维护费用高。
商业化的细菌清除技术主要依赖于紫外光。这种技术是发展最完善，最安全，最便宜并且最有效的技术。同时，和过滤技术的结合能够清除空气中被杀死的细菌体，从而预防由于死细菌体引起哮喘、过敏等症状。但是这种技术的风险在于紫外光谱泄露，这是对健康不利的。
大部分空气净化器都是设计成手动控制或者连续操作的，这些设计的缺点在于它的运行时间是固定的，不能随室内污染状况进行自动调节。连续的运行的结果是不必要的过长的操作时间引起过高的电能消耗。当空气污染浓度高而不及时净化有会造成对健康的危害。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的之一是提供一种由气污染物监测器和室内温度检测器组成的信号自动控制系统，通过室内空气的再循环来降低室内空气污染浓度和调节室内空气温度。包括本体，在所述本体上设有空气进口及空气出口；在所述本体内设置有空气净化组件及空气再循环装置，信号自动控制系统与所述空气再循环装置电连接。因为排出空气的流速和风扇鼓风过程中空气压力的增大，周围的空气被迫在不同高度之间实现循环。因为这种被动的空气运动，实现室内空气的重新分布和室内温度更加均匀的分布。
在一些实施方式中，所述信号自动控制系统包括污染物监测器和温度监测器。
在一些实施方式中，所述空气再循环装置包括电机、风扇及传动轴；所述污染物监测器和温度监测器通过信号电缆与所述空气再循环装置电连接。
在一些实施方式中，所述污染物监测器和温度监测器设置在所述本体或者安装在使用地的污染物释放的地方或者污染物浓度较高的地方；所述温度监测器安装在所述本体的底部接近空气进口处或者设置在空气进入室内空间的通道部分。
在一些实施方式中，所述空气净化组件（10）包括布袋过滤器组件，用于过滤粉尘颗粒污染物；所述布袋过滤器组件中安装有自动清洁装置，用于布袋的原位清洁。
在一些实施方式中，所述空气净化组件还包括UV-PCO组件与防UV泄露组件，所述UV-PCO组件采用紫外光源与PCO催化剂结合的方式，用于清除挥发性有机污染；
所述防UV泄露组件使用高空气透过性材料与防UV泄露涂料，用来控制UV泄露。
在一些实施方式中，所述空气净化组件还包括由细菌污染监测器控制的空气清洁组件与防UV泄露组件；所述空气清洁组件采用紫外光源与细菌过滤材料结合的方式，用于清除细菌污染；
所述防UV泄露组件包括高空气透过性材料与防UV泄露涂料，用来控制UV泄露。
在一些实施方式中，所述本体架设在轮子上。
在本发明中，空气是由设备的底部被吸入设备内，并且在一定应用条件下，自清洁装置被应用于本发明中的袋装粉尘过滤器。这样使得灰尘的收集和清除更加方便。清洁过的空气由设备四壁上的开口以一定的速度直接释放到周围的空气中。
控制系统由两个控制路径组成。一个路径是通过温度监测结果进行控制。在控制系统中对温度监测结果设置一个温度阀值。温度监测的功能是连续监测地面附件温度。一旦地面附件温度低于温度阀值，本发明设备中的空气再循环系统就自动启动，通过空气再循环系统而实现室内温度平衡。当监测到的地面附近温度达到阀值以上，设备会继续自动运行一段时间来稳定温度的变化，之后设备恢复到待机状态。
另一个路径是由污染物检测器返回的信号对设备的运行进行控制。污染物浓度监测器可能是颗粒污染物检测器，VOC浓度监测器或者细菌浓度监测器。根据室内空气质量标准或者特定客户要求，对室内污染物浓度设置一个污染物浓度阀值。当污染物浓度低于这个阀值的时候，整个设备处于待机状态。在待机状态下，空气净化和再循环系统都是断电状态，只有自动控制系统组件仍然继续工作，随时监测室内温度和污染物控制状况。一旦污染物浓度超过了设定的阀值，设备就会自动启动运行。随着空气净化过程的进行，当污染物浓度回落到阀值以下后，设备的空气净化和再循环组件重新恢复到待机状态。
通常情况下，设备开机运行的控制条件是任意一个监测值，温度或者污染物浓度，在设定的阀值范围以外或者两个监测值都在设定的阀值范围以外。当两个监测值信号都恢复到设定的阀值范围以内，风扇的电动机和空气净化组件就会被切断电源。这个设计提供的待机状态和阀值控制系统实现了节能的特点。这是相比于大部分传统设计的手动控制或者连续运行的空气净化器的优点。双信号控制系统和待机状态设定能够显著减少电能消耗。
附图说明
图1为本发明实施例的配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步详细的说明。
图1所示为本发明的配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备的结构示意图。
如图1所示，本发明的配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备包括设备本体1，在本体1上设有空气进口9及空气出口12。在本体1内设置有空气净化组件10及空气再循环装置。信号自动控制系统与空气再循环装置电连接。
所述信号自动控制系统包括污染物监测器2和温度监测器3。污染物监测器2和温度监测器3可以分开设置在本体1上也可以整合在一起设置在本体1上。当然，污染物监测器2和温度监测器3也可以不设置在本体1上，而设置在使用地的其他任意位置，只要其与空气再循环装置电连接即可。污染物监测器2可以装配在本发明的主体部分，或者安装在污染物释放的地方或者污染物浓度较高的地方。温度监测器3可以安装在本设计主体1的底部接近空气进口9，或者设置在空气进入室内空间的通道部分。污染物监测器2和温度监测器3在设备通电的时候一直保持运行状态来实现污染物的和空气温度的实时监测。
空气再循环装置包括电机5、风扇6及传动轴7。电机5固定在本体1的顶部或者侧壁处，风扇6装配在空气净化组件10上方的部位并通过传动轴7与电机5连接。在工作时，由污染物监测器2和温度监测器3采集的数据信号通过控制系统处理，再由信号电缆4传递到电动机5的控制器上。由电动机5产生的动力通过传动轴7传递到风扇6上。电动机5的操作和动力传递由经控制系统处理过的污染物监测器2和温度监测器3采集的信号所控制。
当风扇6由控制器传输的信号而启动时，空气流8经过设在本体1底部的空气进口9被吸入到本体1的内部。空气流经过空气净化组件10而使得空气中的污染物被清除。根据设计针对的不同污染物，空气净化组件10可以采用多种不同的技术和设计。空气经过清洁后，气流11在风扇6的转动形成的压力差的推动力作用下从这在本体1的上部侧壁的空气出口12处排出，以一定的速度释放到周围环境中。
本体1可以架设在轮子13上，轮子13位于设备主体的底部四角，实现了本设备的可移动性。
空气净化组件能够清除室内空气中的多种污染物，包括颗粒污染物，VOC或者细菌等，取决于不同的空气净化组件的应用。
对于粉尘颗粒污染物的过滤可能涉及以下几种设计：
(1)多层布袋过滤器。设计成适宜室内使用的大小和形状的多层布袋过滤器，包括但不限于钟形、圆柱形或者圆锥形布袋设计，来提供足够的过滤面积。利用多层达到高效。进入的空气由过滤袋的内部流向外侧，之后被风扇驱动流向设备上部的出口。自清洁装置被用安装在布袋过滤器组件中，用于布袋的原位清洁，其可以采用的方法包括震动、鼓风、声波或者任何其他有效的清洁方法。
(2)静电沉降组件可以被设计成适宜的形状和大小使空气通过并有足够的面积来捕捉在静电场中形成的大直径粉尘颗粒。静电场由适合的技术发生，并采用有效的屏蔽设计和材料，将整个静电场控制在空气通路的一部分区域内。
(3)静电沉降和颗粒污染物过滤法或者颗粒吸收法等技术相结合，将静电场中形成的大直径的粉尘颗粒从空气中清除。
挥发性有机物污染可以通过UV-PCO清除，UV-PCO组件由紫外光源，PCO催化剂可以是在纺织材料上进行覆膜或者以其他的方式应用于本技术中。同时，防UV泄露组件也是此技术中必要的组成部分。PCO催化剂所采用的覆膜制成材料可以加工成平板或者圆筒状，在朝向紫外光源的一面覆盖有PCO催化剂膜。整个区域由外部的隔离层保护，防止UV泄露到室内环境中，对人体健康造成影响。在底部的空气入口可采用具有高空气透过性的材料，在其表面使用防UV泄露涂料来控制UV泄露。
细菌污染的UV清除是采用UV光源和防UV泄露技术相结合。该空气清洁组件，连同空气再循环系统一起，也是由细菌污染监测器控制。该部件和UV-PCO具有类似的部件设计，不同是UV-PCO部件中的PCO催化剂覆膜材料由细菌过滤材料所替代来清除气流中的细菌体。底部的设计同UV-PCO相同，使用具有高空气透过性的材料，在其表面使用防UV泄露涂料来控制UV泄露。
以上所述的仅是本发明的较佳实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种配备信号自动控制系统的室内空气净化和再循环设备，其特征在于，包括：
本体(1)，所述本体(1)的底部设有空气进口(9)，所述本体(1)上部的侧壁设有空气出口(12)；
用于采集数据以及处理数据的信号自动控制系统，所述信号自动控制系统包括污染物监测器(2)和温度监测器(3)，所述污染物监测器(2)设置于使用地的污染物释放的地方或者污染物浓度较高的地方，所述温度监测器(3)安装在所述本体(1)的底部接近空气进口(9)处或者设置在空气进入室内空间的通道部分；
设置于所述本体(1)下部的空气净化组件(10)及所述本体(1)上部的空气再循环装置；
所述空气再循环装置、所述污染物监测器(2)和所述温度监测器(3)配置成：
当所述污染物监测器(2)和所述温度监测器(3)的监测值中的至少一个在设定的阀值范围以外时，所述设备开机运行；
当所述污染物监测器(2)和所述温度监测器(3)的监测值均处于阀值范围以内时，所述空气再循环装置和空气净化组件停止。
2.根据权利要求1所述的室内空气净化和再循环设备，其特征在于：所述空气再循环装置包括：
固定在本体(1)的顶部或者侧壁处的电机(5)；
配置在所述空气净化组件(10)的上方并通过传动轴(7)与电机(5)连接的风扇(6)；
所述污染物监测器(2)和温度监测器(3)通过信号电缆(4)与所述空气再循环装置电连接。
3.根据权利要求1或2所述的室内空气净化和再循环设备，其特征在于：所述空气净化组件(10)包括布袋过滤器组件，用于过滤粉尘颗粒污染物；所述布袋过滤器组件中安装有自动清洁装置，用于布袋的原位清洁。
4.根据权利要求3所述的室内空气净化和再循环设备，其特征在：所述空气净化组件(10)还包括UV-PCO组件与防UV泄露组件，所述UV-PCO组件采用紫外光源与PCO催化剂结合的方式，用于清除挥发性有机污染；
所述防UV泄露组件使用高空气透过性材料与防UV泄露涂料，用来控制UV泄露。
5.根据权利要求4所述的室内空气净化和再循环设备，其特征在于：所述空气净化组件(10)还包括由细菌污染监测器控制的空气清洁组件与防UV泄露组件；所述空气清洁组件采用紫外光源与细菌过滤材料结合的方式，用于清除细菌污染；
所述防UV泄露组件包括高空气透过性材料与防UV泄露涂料，用来控制UV泄露。
6.根据权利要求1中任一项所述的室内空气净化和再循环设备，其特征在于：所述本体(1)架设在轮子(13)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161130 Termination date: 20170924 |