CN108025246A - 气体过滤系统和方法 - Google Patents

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Abstract

呈现一种用于从室内空间的待过滤气体中去除目标气态污染物的过滤系统(10)，该过滤系统(10)包括：包括用于感测目标气体在室内空间中的浓度的传感器装置(12)；包括用于从待过滤气体中过滤目标气体的过滤器(22)和用于可控制地驱动空气通过过滤器(22)的通风系统(24)的空气清洁器(20)；其中过滤器包括可逆吸收过滤器或可逆吸收过滤器；以及用于控制通风系统空气流设定的控制器(26)，其中基于当前传感器装置信号、传感器装置信号的先前历史和先前的通风系统空气流设定，该控制器(26)适于：确定过滤器(22)装载有目标气体的程度；根据过滤器(22)装载有目标气体的程度，确定离开空气清洁器(20)的空气流中目标气体的浓度；并且根据所确定的离开空气清洁器(20)的空气流中的目标气体的浓度，确定何时正在发生过滤器(22)再生以及何时正在发生空气过滤。还呈现一种控制过滤系统的方法，用于从室内空间的待过滤气体中去除目标气态污染物。

Description

气体过滤系统和方法
技术领域
本发明涉及用于从待过滤气体中过滤气态污染物的方法和仪器。
背景技术
室内空气污染在全球许多城市化地区都呈现重大的健康危害。同时在室外(例如来自机动车辆和工业)和室内(来自烹饪、吸烟、蜡烛燃烧、香炉燃烧、释气建筑/装修材料，使用释气蜡、油漆、抛光剂等)遭遇到空气污染源。室内污染水平通常高于室外。与此同时，很多人大部分时间都在室内居留，因此可能几乎连续地暴露在不健康水平的空气污染中。
改善室内空气清洁度的一种方法是通过在室内安装空气清洁器，空气清洁器能够通过包括一个或多个空气过滤器的清洁单元连续地再循环室内空气。另一种改善室内空气清洁度的方法是通过利用过滤的室外空气来施加连续通风。在后一种情况下，一个或多个空气过滤器通常包括在加热、通风和空气调节(HVAC)系统中，该系统能够温度调整、通风并且能够通过以下方式清洁通风空气，该通风空气从室外抽取，在室内释放之前，使空气穿过一个或多个空气过滤器。利用清洁的室外空气通风，置换污染的室内空气，并且稀释其中的污染水平。
为了从空气中去除污染气体，使用通常由能够从空气中吸附/去除许多挥发性有机碳氢化合物气体(VOC)和多种无机物气体(NO2、O3、氡)的活性炭过滤器。活性炭材料通常以颗粒存在，该颗粒包含在透气过滤器框架结构中。
具有甲醛气体的室内空气污染是影响许多人健康和福祉的一个特别的问题。甲醛连续地从诸如建筑材料、装修材料、以及家具等室内的源排放。当房间通风不良时，它的室内浓度可以增加到远高于甲醛的清洁空气指标浓度(暴露8小时0.05mg/m3，暴露1小时0.10mg/m3)。归因于室外天气条件、不舒适的室外温度和/或安全考虑，通过打开门窗实现的高通风条件并不总是可行的。
为了从空气中去除甲醛和/或小酸性气体(SO2、乙酸、甲酸、HNOx)，活性炭本身也不是非常有效。相反，可以使用能够从空气中化学吸收这些气体的浸渍过滤材料。吸收可以经由酸碱相互作用或化学缩合反应出现。活性炭颗粒可用作浸渍载体，但亲水性纤维质纤维素纸、玻璃纤维片材料、以及多孔陶瓷蜂窝结构也适用于此目的。
US 2015/0202565 A1公开了一种用于室内和车内空气清洁的空气净化系统。该系统由微粒过滤器、有毒化学品和异味吸收器、微粒和化学污染气体传感器、以及智能控制单元组成，该智能控制单元具有互联网数据终端，经由Wi-Fi或蜂窝3G和4G LTE与用户的智能设备连接。
在EP 1402935 A1中公开了一种用于监测仪器运行状态的方法和装置，该仪器用于从污染气体源吸附污染物并且将所述污染物解吸(desorb)到内燃机。
US 6071479和WO 2013/008170公开了包括用于去除甲醛的化学浸渍纸或玻璃纤维材料的气体过滤器结构。
当使用这种过滤器结构时，室内空气清洁器将给定封闭体中的空气通过包括甲醛吸收过滤器的过滤器堆叠体而再循环。
已知的甲醛吸收过滤器的问题是它们的使用寿命有限。甲醛吸收过滤器的功能依赖于在能够经由化学缩合反应吸收甲醛气体的过滤器中存在的化学浸渍剂(诸如三羟甲基氨基甲烷)。
已经发现这种缩合反应是可逆的。当清洁的空气通过吸收过滤器时，该吸收过滤器部分地装载吸收的甲醛气体，可能出现甲醛气体的解吸，这使吸收过滤器自身成为甲醛气体的源。
此外，还发现过滤器的单程甲醛吸收效率取决于相对湿度(RH)和吸附甲醛的过滤器装载状态。因为过滤器中甲醛的总吸收量取决于过滤器结构的细节、过滤器的浸渍以及过滤器对变化的相对湿度和甲醛水平的空气的暴露历史，并且其中通常允许通过过滤器的空气流随着时间的推移而变化，相对于从甲醛气体中清洁空气的能力，难以随时预测吸收过滤器的有效性。
发明内容
期望一种适于从空气去除气态污染物(特别是甲醛)的过滤器和过滤方法，这延长了过滤器的寿命，同时还能够以节能的方式随时间保证充分的过滤效率并且确保发出过滤器应当替换为新的过滤器的信令的时刻(即过滤器寿命结束)。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于从室内空间中的待过滤气体中去除目标气体污染物的过滤系统，该过滤系统包括：
传感器装置，该传感器装置包括用于感测室内空间中的目标气体的浓度的气体传感器；
空气清洁器，该空气清洁器包括用于从待过滤气体中过滤目标气体的过滤器，以及用于可控制地驱动空气通过过滤器的通风系统；以及
控制器，用于控制通风系统空气流设定，
其中，基于当前传感器装置信号、以及该传感器装置信号的先前历史、以及先前的通风系统空气流设定，该控制器适于：
确定过滤器装载有目标气体的程度；并且
可选地确定何时过滤器达到它的使用寿命。
该系统通过随时间监测室内空间中的目标气体浓度和通风设定(例如风扇速度)来评估气体过滤器的使用和性能。以这种方式，确定了由过滤产生的目标气体对过滤器的装载。这使得过滤器的使用寿命能够被精确地确定。
优选地，传感器装置还包括温度传感器和相对湿度传感器。这样允许更精确地控制过滤系统。
过滤器包括可逆吸收过滤器或可逆吸收过滤器。
控制器还适于：
根据过滤器装载有目标气体的程度，确定离开空气清洁器的空气流中目标气体的浓度，例如如果通风系统接通；并且
确定何时正在发生过滤器再生以及何时正在发生空气过滤。经由用户界面，可以向用户通知是否正在发生过滤器再生或是否正在发生空气过滤。这允许用户采取合适的行动，例如，使房间通风。用户界面可以是过滤系统一部分的显示器。备选地，过滤系统可以包括无线组件，该无线组件被配置成例如经由用户的设备(例如智能电话)无线地通知用户。
这种方法能够确定过滤器出口处的目标气体浓度。控制器可以旨在维持室内空间中的目标气体浓度和过滤器出口处的目标气体浓度都在期望的水平内。这使得过滤器再生能够受控，例如即使当室内的目标气体浓度低于期望的最低水平时，通过保持通风系统运转来保持。历史(部分)过滤器再生也从先前的历史中显而易见，使得过滤器使用寿命的确定考虑了先前的过滤器使用以及先前的过滤器再生。
在吸收过滤器的情况下，可逆过滤器的周期性再生通过目标气体解吸发生，并且这可以允许在利用室外空气对室内空间高通风条件下发生，其特征在于低室内目标气体浓度。在利用室外空气对室内空间低通风的条件下，气体过滤器反而会清洁室内空气，即当气体传感器系统感测到室内气体浓度升高时。
该系统可以用最小化的能量消耗以自动模式运行，以旨在连续地获得足够低的室内目标气体浓度，同时尽可能多地保留气体过滤器的足够的功能性。这使得气体过滤器能够延长功能寿命，由此减少或者甚至避免了更换过滤器的需要。
当确定以下情况时，控制器还可以适于关闭通风系统：
过滤器已经达到它的使用寿命；或
气体传感器读数低于第一阈值并且所确定的离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度低于第二阈值。
当气体过滤器已经达到它的使用寿命时，它对目标气体的过滤性能变得太低而不能接受，并且包括气体过滤器的空气清洁器不应再使用。当气体传感器读数和所确定的离开气体过滤器的目标气体浓度均较低时，不需要空气过滤，并且不需要过滤器再生，使得可以通过关断空气清洁器中包括的通风系统节省能源。
该控制器还可以适于：
当所确定的离开空气净化器的空气流中的目标气体的浓度大于气体传感器读数时，确定正在发生过滤器再生。
如果空气清洁器中包括的通风系统在此期间运行，则会发生过滤器再生。只有在所确定的离开空气清洁器的空气流中目标气体的浓度仍保持低于最大安全阈值时，才能实行。
该控制器还可以适于：
当所确定的离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度低于气体传感器读数时，确定正在发生空气过滤。
这指示了过滤器正在提供室内空间中目标气体浓度的所期望的下降，从而清洁其中的空气。
该控制器还可以适于：
当所确定的离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度高于第三阈值时，确定过滤器已经达到它的使用寿命。
该第三阈值可以是最大准许水平，该最大准许水平指示了过滤器装载有目标气体的程度已经超过了最大水平，在该最大水平之上过滤器已经变得不能有效地从室内空间的空气中去除目标气体。那么，气体过滤器应该不再使用。
该控制器还可以适于：
提供输出，该输出指示何时需要利用室外空气对室内空间进行附加通风。
在室内空间的目标气体高浓度时或者为了使过滤器再生更有效时，可能需要利用室外空气的附加通风，室外空气中存在低(或零)目标气体浓度。
气体传感器可以包括甲醛传感器，并且可逆气体过滤器则包括可逆吸收甲醛过滤器。然而，本发明也可以应用于可逆吸收过滤器，诸如活性炭或沸石吸附过滤器，并且这些过滤器可以用于过滤挥发性有机化合物(VOC)。
根据本发明的实施例，气体传感器包括甲醛传感器，其中目标气体是甲醛，其中过滤器包括可逆甲醛过滤器，并且其中过滤器装载Γ(t)有甲醛的程度在时间t＝ti(i＝0,1,2,...,i-1)的连续时刻，经由以下公式来确定：
Γ(ti)＝Γ(ti-1)+φc(ti)×Δt×(cgas(ti)-Z(φc(ti),RH(ti),T(ti),Γ(ti),cgas(ti))
其中时间间隔Δt＝ti-ti-1；其中Γ表示甲醛气体的吸收量；其中φc表示相关通风系统空气流设定的空气流率；其中RH表示室内空间的相对湿度；其中T表示室内空间的温度；其中cgas表示室内空间中目标气体的浓度；并且其中Z(φc(ti),RH(ti),T(ti),Γ(ti),cgas(ti)表示离开过滤器的空气中的甲醛浓度。
根据本发明的另一方面的示例提供一种控制过滤系统的方法，该过滤系统用于从室内空间中的待过滤气体去除目标气态污染物的，该方法包括：
感测室内空间中的目标气体的浓度；并且
控制空气清洁器的通风系统的空气流设定，该空气清洁器包括用于过滤来自待过滤气体的目标气体的过滤器以及用于可控制地驱动空气通过吸收过滤器的通风系统，
其中该通风系统的控制包括，基于当前感测值、以及感测值的先前历史、以及先前的通风系统空气流设定：
确定过滤器装载有目标气体的程度；并且
可选地基于过滤器装载有目标气体的程度来确定过滤器何时达到它的使用寿命。
这种方法提供精确地确定过滤器的使用寿命。
该过滤器包括可逆吸收过滤器或可逆吸收过滤器，并且所述方法还包括：
根据过滤器装载的程度，确定离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度，例如如果通风系统接通；并且
确定何时正在发生过滤器再生，以及何时正在发生空气过滤。该方法可以包括例如经由用户界面，通知用户是否正在发生过滤器再生或是否正在发生空气过滤的步骤。这允许用户采取合适的行动，例如，房间通风或不通风。该通知可以在过滤系统的显示器上显示消息或者向用户的设备无线地传输消息，例如，智能手机。
通过这种方式，该方法还能够通过控制过滤器的使用和随着时间的再生而使得寿命最大化。
该方法还可以包括如上文所概述进行确定的步骤、以及温度和/或相对湿度感测步骤。
该方法可以由包括用于实施算法的代码装置的计算机程序来实施。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：
图1示出了气体过滤系统；以及
图2示出了气体过滤方法。
具体实施方式
本发明提供了一种气体过滤系统，该气体过滤系统具有用于感测目标气体浓度的气体传感器、温度传感器和相对湿度传感器。空气清洁器由控制器来控制，该控制器利用当前传感器信号以及该传感器信号的先前历史和先前的空气清洁器流量设定。以这种方式，可以确定过滤器装载目标气体的程度，并且从而确定何时过滤器达到它的使用寿命。如果使用可逆过滤器，则可以确定离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度(如果包括在空气清洁器中的通风系统(例如，风扇)被接通)。因此可以确定何时正在发生过滤器再生以及何时正在发生空气过滤，并且将使用寿命的确定考虑先前的再生循环。
该系统通过随时间监测目标气体浓度、相对湿度、温度和空气清洁器设定来评估气体过滤器的使用。该控制器可以旨在维持室内空间中的目标气体浓度和过滤器出口处的气体浓度都在期望的水平内。它提供了精确确定过滤器的使用寿命，并且在一些示例中还在需要时以及当室内空气质量条件适于此目的时提供受控的过滤器再生。
本发明对于从室内空间中去除甲醛气体特别感兴趣，并且现在给出一个特定地用于甲醛气体的可逆气体过滤系统的示例。
图1示出了气体过滤系统10。它包括传感器装置12，该传感器装置12包括用于感测室内空间中的甲醛气体浓度(cgas)的气体传感器14，用于提供温度读数(T)的温度传感器16和用于提供相对湿度读数(RH)的相对湿度传感器18。在低成本的版本中，预设的平均值被用于温度和相对湿度而不是感测值。
空气清洁器20包括用于过滤来自空气的甲醛的可逆吸收过滤器22和用于可控制地驱动空气通过过滤器22的通风系统24，诸如风扇。
控制器26控制通风系统空气流设定φc。在最简单的水平，仅存在开/关控制。然而，更优选地，通过过滤器控制空气流率。
控制器26接收当前传感器信号(RH、T、cgas)以及传感器装置信号的先前历史和先前的通风系统空气流设定(φc)。它存储这个历史数据，并且用它来确定下面讨论的各种参数。控制器实施算法来提供数据分析。
控制器控制输出设备28，该输出设备28用于递送关于过滤系统和房间内空气质量的信息。输出设备针对室外空气期望的房间通风水平发布推荐。输出设备可以是系统的一部分，或者可以是系统用户的远程设备(诸如智能手机或平板电脑)，信号通过控制器(无线地)发送到该设备。
只要需要，该过滤系统通过在室外空气高通风条件下通过甲醛的解吸来使得甲醛吸收过滤器的周期性(局部)再生，并且因此使得室内甲醛浓度水平低。由此所解吸的甲醛气体通过通风空气从室内空间置换到室外。如果不是零，室外空气中的甲醛浓度通常很低。当室外空气温度处于舒适水平时，以及当存在可接受的室外天气条件时，用户外空气应用高通风水平是可行的。在低通风条件下，在甲醛气体传感器系统感测到室内浓度升高的情况下，过滤系统能够从室内空气中清洁从室内源排放的甲醛。
使用由控制器运行的算法，过滤系统被配置成使得在自动模式下，它操作以便始终旨在处于足够低的室内甲醛浓度，而同时保持足够的吸收过滤器功能。另外的目标是这些行动是以花费最小量的能量来实行的。这使得气体吸收过滤器能够自动且可持续地实现长久甚至无限的功能寿命。
该系统例如被放置在房间内，在需求出现时以清洁空气中的甲醛。
该系统可以基于已知的传感器和过滤器设计，例如在WO 2013/008170和US6071479中所公开的。甲醛传感器能够选择性地测量环境甲醛气体浓度cgas随时间过程的推移。
空气清洁器20包括甲醛吸收过滤器22，其中甲醛可从空气中可逆地吸收。可逆吸收意味着在过滤器中已经吸收了相对小量的吸收甲醛气体的条件下，当空气中存在相对高的甲醛浓度时，过滤器经由吸收从室内空气中除去甲醛。当房间内的通风水平较低时，可能会发生这种情况。相反，当空气中存在相对低的甲醛浓度时，同时过滤器中已经存在相对大量的吸收甲醛，过滤器将甲醛气体释放回空气。当房间通风良好时，例如当至少有一扇窗户打开时，会发生这种情况。
因此，解吸的甲醛容易地与通风的空气一起从室内置换到室外，使得不会导致室内甲醛浓度显著增加。
吸收可逆性相似于两种物质之间的化学平衡，在这种情况下是空气中未吸收的甲醛浓度(cgas)和空气中浓度cgas处可以在过滤器中吸收的甲醛量(Γ(cgas))。气体浓度cgas以单位“g/m3”表示，吸收量Γ(cgas)以单位“g”(克)表示。这里，化学平衡常数Cf根据以下公式确定在吸收状态(Γ(cgas))与非吸收状态(cgas)之间物质的平衡分配：
Cf＝Γ(cgas)/cgas
Cf的单位因此是“m3”。化学平衡常数Cf与电容器电容的类似，其中Cf表示电容器极板上的电荷Q与电容器极板之间的电压降V之比。因此，Cf也可以被认为代表甲醛的过滤电容。平衡时，较高的cgas允许达到较高值Γ(cgas)。当空气流(其中初始存在甲醛浓度cgas)穿过可逆吸收过滤器时(其中存在甲醛的吸收量Γ)，当Γ<Γ(cgas)时，过滤器通过吸收减少空气流中的cgas，并且当Γ>Γ(cgas)时，通过解吸增加空气流中的cgas。
US 6071479中公开了一种可逆的甲醛吸收过滤器的示例。它特征为褶皱纸结构，其中多孔纸材料利用碱(KHCO3)、湿润剂(Kformate)和有机胺(三羟甲基氨基甲烷(Tris))的混合物浸渍。优选地，利用水浸渍剂溶液实行过滤器浸渍，该水浸渍剂溶液包括：
KHCO3，浓度优选地选自5-15％w/w的范围；
Kformate，浓度优选地选自5-20％w/w的范围；
Tris，浓度优选地选自5-25％w/w的范围。
为此，每单位过滤器体积，将浸渍溶液的固定体积Vimp并入过滤器的纸结构，然后干燥。
已经发现，吸收过滤器电容Cf与Vimp、相对湿度和过滤器体积成比例。当过滤器中的浸渍剂的量成为关于吸收量Γ(cgas)的限制因子时，Cf也变得依赖于Γ。替代褶皱结构，过滤器可以备选地具有平行板结构、蜂窝结构或颗粒状结构。
为了分析的目的，可以考虑厚度L和过滤器表面积Afilter的甲醛吸收过滤器，每单位过滤器体积过滤器表面积Afilter浸渍有某种固定组成的浸渍溶液的体积Vimp。
当该过滤器装载有一定量Γ的吸收的甲醛气体时，已经发现，当过滤器以空气流φc为目标时(其中存在甲醛浓度cgas)，空气流在离开过滤器的空气中排出甲醛浓度cexit，甲醛浓度cexit可以利用数学函数Z(φc,RH,T,Γ,cgas)根据下式预测：
cexit＝Z(φc,RH,T,Γ,cgas)
函数Z(φc,RH,T,Γ,cgas)也取决于：
-过滤器表面积Afilter，
-过滤器厚度L，
-Vimp，
-浸渍溶液的组成，
-所选过滤器结构的细节。
然而，在过滤器已经制造并且安装在空气清洁器中之后这些保持不变，因此不会被明确地提及。它们转化为常数值或比例因子。
根据所有上述变量和过滤器设计/浸渍参数，函数Z(φc,RH,T,Γ,cgas)的明确形式可以通过数学建模和过滤器测试的组合来获得。例如，使用这种方法，已经发现
其中“n”是一个过程参数，其中取决于RH、T和φc等等。当Γ＝0时(新的吸收过滤器)，根据上述方程式确定Z(φc,RH,T,Γ,cgas)，
Z(φc,RH,T,Γ,cgas)＝cexit
＝cgas-(1-exp(-n))×cgas
＝cgasexp(-n)
对于给定的吸收过滤器和一组相对于RH、T和φc的限定条件，过程参数“n”因此可以根据下式从新的过滤器的cexit下游测量来确定：
在Cf→∞的限制下，可逆吸收过滤器变成不可能解吸的不可逆吸收过滤器。
过滤器再生那么不再可能，并且过程参数“n”变成Γ的函数。当酸性气体(例如，SO2、HNOx、羧酸)在经碱性浸渍的过滤器中吸收或当碱性气体(例如，NH3、有机胺)在酸浸渍过滤器中吸收时发现这种情况。上述可逆甲醛吸收过滤器用作对酸性气体不可逆的碱性浸渍过滤器。
当不可逆吸收过滤器被吸收的气体饱和时，过程参数n→0。在这种情形下，过滤器具有cexit＝cin，并且过滤器已经达到它的使用寿命，并且不再起作用。
就可逆甲醛过滤器而言，参数RH、T和cgas可以随时获得甲醛传感器和RH、T传感器系统的输入数据。通过过滤器的流率φc在任何时候从空气清洁器20的记录的空气流设定获得。
为了在任何时间“t＝tn”获得吸收量Γ(tn)，涉及到过滤器对甲醛气体的整个暴露历史，并且对于所有值i≤n，这可以通过考虑RH(ti)、T(ti)、cgas(ti)、φc(ti)和cexit(ti)而获得。那么，Γ(tn)可以根据以下获得：
当t＝ti时：
Γ(ti)＝Γ(ti-1)+φc(ti)×Δt×(cgas(ti)-Z(φc(ti),RH(ti),T(ti),Γ(ti),cgas(ti))
其中，
Δt＝ti-ti-1
这是各个参数的两个连续测量之间的时间间隔。
当t＝0时，过滤器仍然是新的，并且因此Γ＝0。因此，根据延伸跨过滤器的整个操作历史的跟踪例程来获得Γ(ti)。跟踪例程由控制器实行。
随着得到当t＝ti时所有输入数据RH(ti)、T(ti)、cgas(ti)、φc(ti)、cgas(ti)和Γ(ti)，i＝0,1,2,...n，该算法使得能够向用户递送各种消息。
这些消息包括：
当前相对湿度和温度读数；
空气质量读数指示(例如，具有三个等级1(好)至3(差))；
指示过滤器装载有气体的程度；
指示当前正在发生过滤器再生；
指示需要更换过滤器；
指示建议利用室外空气进行附加的通风。
控制器向空气清洁器提供电子反馈以控制/改变它的开/关状态并且设定它的空气流率φc，以便最佳地满足清洁室内空气的要求以及在任何时间仅以最小化的能量消耗的花费而可得到足够功能的气体吸收过滤器。
该算法包括决定协议，该决定协议涉及使用若干预定义的甲醛浓度。这些被定义为：
cin,min：设定在cin,min＝0.05mg/m3的清洁室内空气指导甲醛浓度标准(暴露8小时)。当cgas≤cin,min时，不需要空气清洁。
cin,max：高室内甲醛浓度，该浓度例如可以被设定为cin,min值的5倍。当cgas≥cin,max时，推荐利用室外空气进行额外的通风。
cexit,min：从过滤器中排放的较低的甲醛浓度水平，该浓度可以例如被设定为cexit,min＝0.025mg/m3。当cexit≤cexit,min时，不需要过滤器再生。
cexit,max：从过滤器排放的甲醛浓度上位置，该浓度可以例如被设定为cexit,max＝0.15mg/m3。当cexit≥cexit,max时，推荐更换过滤器。
基于这些值，可以随时采取各种动作，并且可以向用户提供各种消息和状态更新。由此隐含地假定cexit,max<cin,max同时cexit,min<cin,min。
下面解释各种不同的条件。
如果cexit≥cexit,max
cgas≥cin,max
那么发出消息：“空气污染等级3(空气质量差)”
“需要更换过滤器”
“推荐额外的通风”
行动：空气清洁器关
这指示气体过滤器高度装载有吸收气体，并且不应被使用。应该更换过滤器。然而，在室内空间中也是高浓度,质量空气差(等级3)，因此期望利用户外空气进行额外的通风。
如果cexit≥cexit,max
cin,min<cgas<cin,max
那么发出消息：“空气污染等级2(空气质量中等)”
“需要更换过滤器”
“推荐额外的通风”
行动：空气清洁器关
这表明气体过滤器是完全高度装载有吸收的气体，并且不应被使用。应该更换过滤器。然而，在室内空间中也是中等浓度，空气质量中等(等级2)，因此期望利用室外空气进行额外通风。
如果cexit≥cexit,max
cgas≤cin,min
那么发出消息：“空气污染等级1(空气质量良好)”
“需要更换过滤器”
动作：空气清洁器关
这指示气体过滤器高度装载有吸收的气体，并且不应被使用。应该更换过滤器。在室内空间中也是低浓度，空气质量良好(等级1)，因此无需利用室外空气进行额外的通风。
如果cexit,min<cexit<cexit,max
cgas≥cin,max
那么发送消息：“空气污染等级3(空气质量差)”
“过滤器部分地装载”
“正在进行空气清洁”
“推荐额外的通风”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器输出处于可接受范围内。在室内空间是高浓度的，空气质量差(3级)，因此使用空气清洁器。空气质量差也意味着建议利用室外空气进行额外的通风。
如果cexit,min<cexit<cexit,max
cin,min<cgas<cin,max并且cgas>cexit
那么发送消息：“空气污染等级2(空气质量中等)”
“过滤器部分地装载”
“正在进行空气清洁”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器输出是在一个可接受的浓度范围，并且的确低于在输入处的浓度。在室内空间是中等浓度的，空气质量中等(等级2)，因此使用该空气清洁器。
如果cexit,min<cexit<cexit,max
cin,min<cgas<cin,max并且cgas≤cexit
那么发送消息：“空气污染等级2(空气质量中等)”
“过滤器部分地装载”
“正在进行过滤器再生”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器输出是在一个可接受的浓度范围，但是高于(或等于)在输入处的浓度。在室内空间是中等浓度，空气质量中等(等级2)。可以通过保持空气清洁器开，发生过滤器再生，以便减少cexit。
如果cexit,min<cexit<cexit,max
cgas≤cin,min并且cgas>cexit
那么发送消息：“空气污染等级1(空气质量良好)”
“过滤器部分地装载”
行动：空气清洁器关
这指示气体过滤器的输出是在可接受的浓度范围内，并且的确低于在输入处的浓度。在室内空间是低浓度的，空气质量良好(等级1)。过滤器再生是不可能的(因为cexit<cgas)并且空气过滤器可以被关断，以便节省电力。
如果cexit,min<cexit<cexit,max
cgas≤cin,min和cgas≤cexit,
那么发送消息：“空气污染等级1(空气质量良好)”
“过滤器部分地装载”
“正在进行过滤器再生”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器的输出在可接受的浓度范围内，并且高于(或等于)在输入处的浓度。在室内空间是低浓度的，空气质量良好(等级1)。过滤器再生是可能的(因为cexit≥cgas)，并且为此空气清洁器可以被接通。
如果cexit≤cexit,min
cgas≥cin,max
然后发送消息：“空气污染等级3(空气质量差)”
“过滤器清洁”
“正在进行空气清洁”
“推荐额外的通风”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器的输出是低的，因此过滤器是清洁的。在室内空间是高浓度的，空气质量差(等级3)。使用过滤器，但是还建议利用室外空气进行额外的通风。
如果cexit≤cexit,min
cin,min<cgas<cin,max
那么发送消息：“空气污染等级2(空气质量中等)”
“过滤器清洁”
“正在进行空气清洁”
行动：空气清洁器开
这指示气体过滤器的输出是低的，因此过滤器是清洁的。在室内空间是中等浓度的，空气质量中等(等级2)。使用该过滤器。
如果cexit≤cexit,min
cgas≤cin,min
那么发送消息：“空气污染等级1(空气质量良好)”
“过滤器清洁”
行动：空气清洁器关
这指示气体过滤器的输出是低的，因此过滤器是清洁的。在室内空间是低浓度的，空气质量良好(等级1)。空气清洁器被关断以节省电力。
上文的决定协议在下表中示出：
每个单元格的顶部都具有一个单元格号。在自动模式下，算法以下面解释的方式在单元格之间移动。左列表示空间中的清洁空气，中列表示空气污染中等，并且右列表示空气质量差。顶行表示清洁的空气过滤器，中间行表示部分地装载过滤器，并且底行表示高度装载有吸收的气体的过滤器。
该算法的目标是尽可能移动到单元格1，这对应于室内空间中的低浓度和再生过滤器。
单元格3行进到单元格2，单元格2行进到单元格1。发生这种情形，是因为空气清洁随着时间的推移降低了污染水平。
当初始空气清洁已经生效时，单元格6行进到单元格8。
如果气体浓度保持高于过滤器出口浓度，则从单元格8继续进行空气清洁，直至达到单元格7。因为空间中的气体浓度高于过滤器出口处，则过滤器未再生。
如果气体浓度变得低于过滤器出口浓度，则从单元格8继续实施空气清洁器操作，但这是实施过滤器再生。然后到达单元格4。空气清洁器保持接通以继续过滤器再生(不需要空气清洁)，使得条件最终移动到单元格1。
如果用户遵循利用室外空气增加通风的建议，则单元格11移动到单元格10和到单元格9。在这些单元格中，空气清洁器被关断，因为过滤器被识别为排出不可接受的高甲醛浓度，其中cexit≥cexit,max。过滤器本身成为不可接受的污染源。然后还确保空气清洁器保持关闭，其中推荐更换过滤器。
随着关闭空气清洁器，只有利用室外空气的通风可以有助于清洁室内空气。需注意的是，(额外的)通风在任何可行的情况下总是有助于更快速地降低cgas并且(至少部分地)再生过滤器。预期出现cgas≥cin,max总是归因于通风不足，并且则有利的是发布关于意愿增加通风率的推荐(警告消息)。
当到达单元格1时，空气清洁器可以被关闭，以便节省能量。
为了节省能量消耗并且限制由空气清洁器产生的噪音，每当过滤器可以被再生并且当过滤器再生是必要的时候，以减小的流率φc执行周期性(局部)过滤器再生是有利的。
上面的决定协议只是在室内甲醛污染水平和甲醛吸收过滤器的状态的基础上制定的。应认识到，甲醛污染水平只是整个室内空气污染问题的一部分。
有关室内微粒污染水平和/或总挥发性有机化合物(TVOC)污染水平的信息也可以被考虑。在这种情况下，上面的协议将被并入一个更广泛的决定协议中，其中可以做出妥协以便取得最好的总的室内空气质量，从而负责存在的所有大气污染物。
图2示出了一种控制过滤系统的方法，该过滤系统用于从室内空间中的待过滤气体去除目标气态污染物。该系统利用空气清洁器的通风系统，该空气清洁器包括用于从空气中过滤目标气体的可逆吸收过滤器，并且该通风系统是用于可控制地驱动空气通过吸收过滤器。
该方法包括：
在步骤30中，感测室内空间中的目标气体的浓度、室内空间中的温度以及室内空间中的相对湿度。
在步骤32中，如果空气清洁器的通风系统被接通，则确定过滤器装载有目标气体的程度，并且从而确定离开空气清洁器的空气流中的目标气体的浓度；
在步骤34中，确定何时正在发生过滤器再生以及何时正在发生空气过滤；以及
在步骤36中确定何时过滤器已经达到它的使用寿命。
取决于不同的确定，在步骤38中以消息、警报或建议信息的形式向用户提供信息。在步骤40中控制空气清洁器的通风系统。
这些确定是基于当前感测的值，以及感测值的先前历史和先前的通风系统空气流设定。
上面的示例是基于可逆的甲醛过滤器。
本发明可以应用于其他可逆过滤器。例如，可以使用活性炭过滤器或沸石过滤器来从空气中吸附挥发性有机烃气体(VOC)。相同的系统可以用于这种过滤器。那么，所需的气体传感器是VOC传感器，该VOC传感器能够感测(一系列的)可吸附在活性碳或沸石吸附剂上并且从活性碳或沸石吸附剂解吸的VOC。
VOC传感器的示例是光电离检测器(PID)和金属氧化物半导体(MOS)传感器。当然，对于不同类型的过滤器，函数Z会有所不同。
如上所概述，也可以使用不可逆的吸收过滤器。那么，通过气体解吸的过滤器再生不再是可能的，但是，利用适合的气体传感器，上文描述的方法仍然可以用以精确地检测过滤器的使用寿命。那么，过滤器再生情况下的状态消息和智能通风控制不再相关。
例如，用于计算cexit的可逆过滤器的通用跟踪算法也适用于不可逆过滤器，但是函数Z的细节当然是不同的。上文具有单元格1-11的表格中，决定协议仍然成立，但是，对于不可逆过滤器在所有情况下cexit≤cgas，使得单元格4、5、9和10中的事件将不再会出现。其他事件仍然是可能的，并且中继状态消息、推荐和开/关切换控制保持有效。
所描述的可逆甲醛过滤器例如同时地作为用于酸性气体的不可逆吸收过滤器。因此，仍然可以给出关于过滤器装载的程度和相对于酸性气体的过滤器使用寿命的状态消息。
本发明对室内空气清洁器、通风或HVAC(加热、通风和空气调节系统)和其他空气处理单元感兴趣。在HVAC系统的情况下，上面所解释的通风推荐可以自动地实施。
如上面所讨论，实施例利用了控制器。控制器可以以许多方式(利用软件和/或硬件)来实施，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该微处理器可以使用软件(例如，微码)来编程以执行所需的功能。然而，控制器可以采用或不采用处理器来实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件和处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合以执行其他功能。
可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例，包括但不限于，常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以利用一个或多个程序编码，一个或多个程序在一个或多个处理器和/或控制器上施行时以执行所需功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内，或者可以是便携式的，使得存储介质上存储的一个或多个程序可以被装载到处理器或控制器中。
根据研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这一存粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于从室内空间中的待过滤气体中去除目标气态污染物的过滤系统(10)，所述过滤系统(10)包括：
传感器装置(12)，所述传感器装置(12)包括用于感测目标气体在所述室内空间中的浓度的气体传感器(14)；
空气清洁器(20)，所述空气清洁器(20)包括用于从所述待过滤气体中过滤所述目标气体的过滤器(22)以及用于可控制地驱动空气通过所述过滤器(22)的通风系统(24)，其中，所述过滤器(22)包括可逆吸收过滤器或可逆吸收过滤器；以及
控制器(26)，用于控制通风系统空气流设定，
其中，基于当前传感器装置信号、以及所述传感器装置信号的先前历史、以及先前的通风系统空气流设定，所述控制器(26)适于：
确定过滤器(22)装载有所述目标气体的程度；
根据过滤器(22)装载有所述目标气体的程度，来确定离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中所述目标气体的浓度；并且
根据所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中所述目标气体的浓度，来确定何时正在发生过滤器(22)再生以及何时正在发生空气过滤。
2.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，基于过滤器(22)装载有所述目标气体的程度，所述控制器(26)还适于确定何时所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命。
3.根据权利要求2所述的过滤系统(10)，其中，当确定所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命时，所述控制器(26)还适于关闭所述通风系统(24)。
4.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，当确定所述气体传感器读数低于第一阈值，并且所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度低于第二阈值时，所述控制器(26)还适于关闭所述通风系统(24)以节能。
5.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，所述控制器(26)还适于：
当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度大于所述气体传感器读数时，确定正在发生过滤器(22)再生，并且
当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度低于所述气体传感器读数时，确定正在发生空气过滤。
6.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，所述控制器(26)还适于：
当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度高于第三阈值时，确定所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命。
7.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，所述控制器(26)还适于：
提供输出，当所述目标气体的室外浓度水平低于所述目标气体的室内浓度水平时，所述输出指示期望此时利用室外空气对所述室内空间进行附加通风。
8.根据权利要求1所述的过滤系统(10)，其中，所述气体传感器(14)包括甲醛传感器，其中，所述目标气体是甲醛，其中，所述过滤器(22)包括可逆甲醛过滤器，并且其中，所述过滤器(22)装载有甲醛的程度Γ(t)是在时间t＝ti(i＝0,1,2,...,i-1)的连续时刻、由以下公式来确定：
Γ(ti)＝Γ(ti-1)+φc(ti)×Δt×(cgas(ti)-Z(φc(ti),RH(ti),T(ti),Γ(ti),cgas(ti))
其中，时间间隔Δt＝ti-ti-1；其中，Γ表示甲醛气体的吸收量；其中，φc表示在相关通风系统空气流设定处的空气流率；其中，RH表示所述室内空间的相对湿度；其中，T表示所述室内空间的温度；其中，cgas表示所述室内空间中目标气体的浓度；并且其中，Z(φc(ti),RH(ti),T(ti),Γ(ti),cgas(ti)表示离开所述过滤器(22)的空气中的甲醛浓度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤系统(10)，其中，所述传感器装置(12)还包括：
温度传感器(16)；以及
相对湿度传感器(18)。
10.一种控制过滤系统(10)的方法，所述过滤系统(10)用于从室内空间中的待过滤气体中去除目标气态污染物，所述方法包括：
感测目标气体在所述室内空间中的浓度；以及
控制空气清洁器(20)的通风系统的空气流设定，所述空气清洁器(20)包括用于从所述待过滤气体中过滤所述目标气体的过滤器(22)以及用于可控制地驱动空气通过所述过滤器(22)的所述通风系统(24)，其中，所述过滤器(22)包括可逆吸收过滤器或可逆吸收过滤器，
其中，所述控制的步骤包括，基于当前感测值、以及所述感测值的先前历史、以及先前通风系统空气流设定：
确定过滤器(22)装载有所述目标气体的程度；
根据所述过滤器(22)装载的程度，确定离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度；以及
根据所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度，确定何时正在发生过滤器(22)再生以及何时正在发生空气过滤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述控制的步骤还包括，基于所述过滤器(22)装载有所述目标气体的程度，确定何时所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命。
12.根据权利要求10所述的方法，包括当确定以下情形时关闭所述通风系统(24)：
所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命；或者确定：
所述气体传感器读数低于第一阈值并且所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度低于第二阈值。
13.根据权利要求10所述的方法，包括：
当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度大于所述气体传感器读数时，确定正在发生过滤器(22)再生；并且
当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度低于所述气体传感器读数时，确定正在发生空气过滤。
14.根据权利要求10所述的方法，包括：当所确定的离开所述空气清洁器(20)的所述空气流中的所述目标气体的浓度高于第三阈值时，确定所述过滤器(22)已经达到它的使用寿命。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：提供输出，当所述目标气体的室外浓度水平低于所述目标气体的室内浓度水平时，所述输出指示期望此时利用室外空气对所述室内空间进行附加通风。
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