CN115135137B - 空气净化系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气净化系统。所述系统包括至少一个第一植物和第二植物，以及可连接到电源以用于生成电压脉冲并将其传送到第一植物的电压脉冲装置，其中所述第二植物使用至少一个电压脉冲传输单元连接到第一植物，并且所述第一植物和第二植物被布置为在叶子部分形成一个或多个接触区域。所述系统还包括参见一些具体实施例中的安装在支撑结构上的多个植物。本发明还涉及一种用于与空气净化系统一起使用的电压脉冲装置。

Description

空气净化系统及装置
技术领域
本公开涉及一种空气净化系统。本公开还涉及一种用于与空气净化系统一起使用的电压脉冲装置。
背景技术
下面对本公开内容的背景技术进行讨论，其用意只是为了便于理解本公开的内容。应当理解，以下讨论不是承认或认为所提及的任何材料在本公开的优先权日已在任何法域出版、已知或属于本领域技术人员共同了解的一部分。
由于城市化和工业化，全球主要城市的空气质量正在遭受重击。其中，PM2.5(2.5μm或更小的可吸入颗粒物)等空气中的颗粒物是空气污染物的主要来源。结果表明，PM2.5与各种健康影响有关，包括呼吸和呼吸道问题。此外，吸入并在体循环内积聚的纳米颗粒也被证明是心血管疾病的可能导致原因之一。
现有的空气净化技术包括使用空气过滤器(如高效微粒空气或HEPA过滤器)通过尺寸排除(size exclusion)来捕获空气中的颗粒物，以及使用其它过滤/吸附材料来物理捕获空气中的颗粒物和危险化学品。这些空气净化技术受到各种问题的困扰，包括频繁更换过滤器和效率低下。此外，将这些空气净化技术用于户外和大规模应用的前期部署和运营成本可能很高。
近年来，已经开发出使用功率脉冲来刺激植物排放(emitting)空气负离子(NAIs)的基于植物的系统。结果表明，空气负离子可以有效地加速周围环境中颗粒物的沉淀，同时可能给人类带来其他健康益处。然而，现有基于植物的NAIs生成系统的空气净化效率和覆盖面积有限，使其难以用于大规模的空气净化。此外，由于相对不稳定的负载条件，以及由于其他不可控和不可预测的环境因素，可能会出现安全问题。
本公开设想希望提供一种用于空气净化的系统和装置，以至少缓解或减轻上述问题。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种空气净化系统，包括至少一个第一植物和第二植物，以及可连接到电源以用于生成并向所述第一植物传输电压脉冲的电压脉冲装置，其中所述第二植物使用至少一个电压脉冲传输单元与所述第一植物相连接，并且所述第一植物和所述第二植物被布置以在叶子部分形成一个或多个接触区域。
在一些实施例中，所述至少一个电压脉冲传输单元被配置为将所述电压脉冲从所述第一植物的茎部或根部传输到所述第二植物的茎部或根部。
在一些实施例中，所述电压脉冲装置包括电压脉冲生成电路，被配置为接收从所述电源获得的输入电压，并生成具有所需电压电平的电压脉冲，连接到所述电压脉冲生成电路的输出侧的输出监控电路，所述输出监控电路可操作以检测以下至少一个操作参数：输出电压电平、输出电压上升速率、输出电流电平；和被设置与所述电压脉冲生成电路和所述输出监控电路进行数据通信的电子控制器，所述电子控制器可操作以从所述输出监控电路中接收至少一个操作参数并基于预定的规则来控制电压脉冲生成电路的工作。
在一些实施例中，所述输出监控电路包括与所述电压脉冲生成电路的电压输出线相连接的电压检测模块，以及与所述电压脉冲生成电路的接地参考线相连接的电流检测模块。
在一些实施例中，与所述电压输出线相连的所述电压检测模块包括分压器，其中所述输出电压被除以预定的数值以用于测量。
在一些实施例中，所述电子控制器可操作以根据所检测到的电压电平选择性地停用电压生成电路。
在一些实施例中，在所述电压脉冲生成电路被激活后且在所述输出电压达到所需电压电平之前所处于的短暂状态，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电压上升速率选择性地停用所述电压脉冲生成电路。
在一些实施例中，在达到所需电压电平的稳态下，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电流电平来选择性地停用电压生成电路。
在一些实施例中，所述电压脉冲装置可连接到用于将所述电压脉冲传输到所述第一植物的根部的刺激探针。
在一些实施例中，还包括用于生成以用于所述电压脉冲装置的预定的输入电压的电源装置。
在一些实施例中，还包括用于检测入侵对象的接近传感模块。
在一些实施例中，所述系统还包括用于将所述第一植物和所述第二植物保持在各自相对的所需位置的支撑结构。
在一些实施例中，所述系统还包括用于促进空气在预定方向(和/或以预定速率)流动的通风机构。
根据本公开的另一方面，提供了一种空气净化系统，包括安装在支撑结构上的多个植物，以及与电源相连接以用于生成并向多个植物发送电压脉冲的至少一个电压脉冲装置，其中多个植物中的每一个都使用至少一个电压脉冲传输单元与另一个植物相连接，和/或被配置为在叶子部分与另一个植物形成一个或多个接触区域。
在一些实施例中，所述电压脉冲传输单元被配置为将所述电压脉冲从一个植物的茎部或根部传输到另一个植物的茎部或根部。
在一些实施例中，所述电压脉冲装置包括电压脉冲生成电路，被配置为从电源接收输入电压，并生成具有所需电压电平和所需脉冲频率的所述电压脉冲，连接到所述电压脉冲生成电路的输出侧的输出监控电路，所述输出监控电路可操作以检测以下至少一个操作参数：输出电压电平、输出电压上升速率、输出电流电平；以及被设置与所述电压脉冲生成电路和所述输出监控电路进行数据通信的电子控制器，所述电子控制器可操作以从所述输出监控电路接收至少一个所述操作参数，并基于预定的规则来控制所述电压脉冲生成电路的工作。
在一些实施例中，所述输出监控电路包括与所述电压脉冲生成电路的电压输出线相连接的电压检测模块，以及与所述电压脉冲生成电路的接地参考线相连接的电流检测模块。
在一些实施例中，所述电压检测模块包括分压器，其中所述输出电压被除以预定的数值以用于测量。
在一些实施例中，所述电子控制器可操作以根据所检测到的电压电平选择性地停用电压生成电路。
在一些实施例中，在所述电压脉冲生成电路被激活后且在所述输出电压达到所需电压电平之前所处于的短暂状态，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电压上升速率选择性地停用所述电压脉冲生成电路。
在一些实施例中，在达到所需电压电平的稳态下，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电流电平来选择性地停用电压生成电路。
在一些实施例中，所述电压脉冲装置包括用于将所述电压脉冲传导至多个植物中的至少一个的根部的刺激探针。
在一些实施例中，系统还包括用于检测入侵对象的接近传感模块。
在一些实施例中，系统还包括用于生成以用于所述电压脉冲装置的预定的输入电压的电源装置。
在一些实施例中，支撑结构包括一个或多个平面表面，和/或一个或多个弯曲表面。
在一些实施例中，所述系统还包括被配置为将水从水源引导到多个植物，并将多余的水从多个植物引导到集水器和/或另一个系统的浇水机构。
在一些实施例中，所述系统还包括用于促进空气在预定方向上流动的通风机构。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于与系统一起使用的电压脉冲装置，包括被配置为从输入电压中生成具有所需电压电平和所需脉冲频率的电压脉冲的电压脉冲生成电路，连接到所述电压脉冲生成电路的输出侧的输出监控电路，所述输出监控电路可操作以检测以下至少一个操作参数：输出电压电平、输出电压上升速率、输出电流电平；被设置与所述电压脉冲生成电路和所述输出监控电路进行数据通信的电子控制器，所述电子控制器可操作以接收所检测到的操作参数并基于预定的规则控制所述电压脉冲生成电路的工作。
在一些实施例中，所述电压传感模块包括分压器，其中所述输出电压电平被除以预定的数值以用于测量。
在一些实施例中，所述电子控制器可操作以基于所检测到的电压电平选择性地停用所述电压脉冲生成电路。
在一些实施例中，所述电压脉冲生成电路被激活后且在所述输出电压达到所需电压电平之前所处的短暂状态下，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电压上升速率选择性地停用所述电压脉冲生成电路。
在一些实施例中，在达到所需电压电平的稳态下，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电流电平选择性地停用所述电压生成电路。
在一些实施例中，所述电压脉冲装置包括用于将所述电压脉冲传导至多个植物中的至少一个的根部的刺激探针。
本公开的其它方面对于本领域普通技术人员来说，通过对以下具体实施方式的描述并结合附图进行审查(或研究，review)将是显而易见的。
附图说明
对各种实施例进行了描述，仅作为示例，参考附图。
图1根据一个实施例示出了空气负离子生成系统。
图2根据另一实施例示出了空气负离子生成系统。
图3A和3B、图4A和4B根据一些实施例示出了图1和图2的负离子生成系统进行空气净化的应用。
图5根据另一实施例示出了空气负离子生成系统。
图6A和图6B示出了图5的系统所测得的空气负离子排放曲线(negative air ionsemission profile)。
图7A至7F根据一些实施例示出了图5的负离子生成系统进行空气净化的应用。
图8A和图8B根据另一实施例示出了空气负离子生成系统以及为该系统测量的空气负离子排放曲线。
图9根据另一实施例示出了空气负离子生成系统。
图10至图12B根据一些实施例示出了图9的负离子生成系统进行空气净化的应用。
图13是空气负离子生成系统的电压脉冲装置的示意图。
图14示出了电压脉冲装置的电压和电流输出的正常工作范围。
图15示出了实现电压脉冲装置的示例性电路。
图16是示出了电压脉冲装置中的电子控制器的决策过程的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，细节被提供以描述说明书中的实施例。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实施实施例。
实施例中的类似部件可以具有相同的名称、相似的部件号(similar partnumbers)，或者具有字母符号或素数符号的相似的部件号。在适当情况下，对一部分的说明可以引用到另一个相似部分，从而在不限制公开的情况下减少文本的重复。
在整个说明书中，除非另有相反的指示，否则术语“包括(comprising)”、“组成(consisting of)”、“具有(having)”以及类似的术语等，均应解释为非穷尽的，或者换句话说，是指“包括，但不限于”。
在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则“包含(include)”或变体(如“包含(includes)”或“包含(including)”)将被理解为意味着包含所声明的整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。
在整个说明书中，某些实施例可以以范围格式公开。应当理解，范围格式的描述只是为了方便和简洁，不应被解释为对所公开范围的限制。因此，对一个范围的描述应被视为已经具体披露了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，对范围的描述，例如从1到6，应被视为具有具体公开的子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及该范围内的单个数字，例如，1、2、3、4、5和6。范围不限于整数，可以包括十进制度量。无论范围的广度如何，这都适用。
在整个说明书中，除非上下文明确规定，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数引用。例如，术语“一种植物(a plant)”或“至少一种植物(at least oneplant)”可以包括多个植物。
参考术语“电子控制器(electronic controller)”或“处理器(processor)”或“微控制器(micro-controller)”，它包括但不限于被配置成执行操作逻辑的微芯片，用于定义各种控制、管理和/或调节功能。该操作逻辑可以采用软件、固件和/或专用硬件(dedicatedhardware)的形式，例如，一系列编程指令、代码、电子文件或使用通用或特殊用途编程语言的命令，和/或本领域技术人员可以产生的不同形式。
除非另有定义，否则此处使用的所有其他技术和科学术语具有与本文主题所属的技术人员通常理解的含义相同的含义。
根据本发明的各种实施例并参照图1和图2，提供了空气净化系统10。所述系统10是基于植物的空气负离子生成系统10，其中植物被合适的电压脉冲刺激以向周围环境排放空气负离子(NAIs)。除了其他一些健康益处外，植物产生的空气负离子可以增强周围环境中颗粒物的沉淀，并且空气质量可以被改善。
系统10包括至少一个第一植物20-a和第二植物(a second plant)20-b，以及可连接到电源并可操作地产生并向第一植物20-a传输电压脉冲的电压脉冲装置40，其中第一植物20-a使用至少一个电压脉冲传输单元45连接到第二植物20-b，并且第一植物20-a和第二植物20-b被布置成在叶子部分形成一个或多个接触区域。更具体地说，第一植物20-a的叶子部分和第二植物20-b的叶子部分被配置成形成一个或多个接触区域。
在如图1和图2所示的各个实施例中，第一和第二植物20-a、20-b可以栽培在花盆(plant pots)22中。在各个实施例中，花盆22可以是任何商业花盆。根据系统要求(例如，植物的大小，和/或任何空间限制)，不同形状和不同尺寸的花盆22可用于容纳和栽培相应的植物20-a，20-b，20-c等等。
在一些实施例中，花盆22可以是专门设计和/或修改以便在系统10中使用的定制花盆。例如，用于容纳第一植物20-a的花盆22可以被配置在侧壁或边缘上具有空腔，其中空腔的形状和大小可用于接收电压脉冲装置40。换言之，电压脉冲装置40可以被连接/安装到花盆22上或以其他方式与花盆22集成。
在各个实施例中，系统10可以包括一种或多种类型的植物20。可在系统10中用于产生空气负离子的植物的非限制性实例包含虎尾兰(或Sansevieria trifasciata，金边虎尾兰)，龙血树(或Dracaena marginata，马尾铁树)，竹子(或Dracaena surculosa，星点木)，和平百合(或Spathiphyllum，白鹤芋属/白鹤芋)，和槟榔树(或Dypsis lutescens，散尾葵)。应当理解第一植物20-a和第二植物20-b可以是同一类型的植物，或者可以是两种不同类型的植物，并且系统10可以包括一种或多种其它植物(例如，如图1和图2所示的植物20-c、20d)，它们直接或间接地通过至少一个电压脉冲传输单元45连接到第一植物20-a。
在各种实施例中，电压脉冲装置40可操作以从电源30中产生的输入电压VIN中生成预定的电压脉冲VOUT。在各种实施例中，电压脉冲VOUT可以是用于刺激植物20的具有合适振幅(suitable amplitude)的负电压脉冲。
如图13所示，电压脉冲装置40包括被配置成产生具有所需脉冲特征(desiredpulse characteristics)，特别是所需的电压电平和所需的脉冲频率(adesired voltagelevel and a desired pulse frequency)的电压脉冲的电压脉冲生成电路41。电压脉冲生成电路41的非限制性实施例可以是基于场效应晶体管技术的中高压脉冲生成电路，其中场效应晶体管(例如，MOSFET开关(金属氧化物半导体场效应晶体管开关))可以由微控制器(例如，单片机微控制器(single-chip micro-controller))驱动以首先输出低功率调制驱动信号，其(低功率调制驱动信号)可以被提升到更高的电压/功率水平(例如，通过使用升压转换器)然后被整流为用于刺激植物20的所需的负电压脉冲VOUT。
在各个实施例中，由电压脉冲装置40产生的电压脉冲VOUT的电压电平可以在-2kV至-48kV之间。在一些实施例中，电压脉冲VOUT的电压电平在-3.5kV至-18kV之间。在各个实施例中，电压脉冲装置40可以被设置/配置为基于系统的要求，例如植物20的类型、植物20和/或花盆22的大小，以及系统10中所使用的植物20的数量，以输出不同电压电平的电压脉冲VOUT。
在一些实施例中参考图13至图16，电压脉冲装置40包括与电压脉冲生成电路41的输出侧相连的输出监控电路(output monitoring circuit)42。输出监控电路42被配置成用于监控电压脉冲装置40的操作状态(或工作状态)。电压脉冲装置40的一个或多个操作参数(或工作参数)，包括输出电压电平、输出电压上升速率(output voltage ramping rate)以及输出电流电平，可以通过输出监控电路42检测。
电压脉冲装置40的正常工作范围由一组极限工况(operating limits)预先定义/预定，并且可以被预先存储在电压脉冲装置41中。由输出监控电路42测量的操作参数然后可以与用于确定电压脉冲装置40是否在正常操作范围(或工作范围)内操作的预定义的极限工况进行比较。如图14所示，当输出电压VOUT和输出电流IOUT均未被检测到超过预定义的电压/电流限值时，电压脉冲装置40被视为在正常工作范围内工作。由输出监控电路42检测到的异常高的输出电压电平或异常高的输出电流电平可能表明电压脉冲装置40有故障和/或在负载(load)/植物侧存在异常。
在各个实施例中，输出监控电路42包括与用于检测电压脉冲装置40的输出电压电平VOUT的电压脉冲生成电路41的电压输出线(voltage output line)相连的电压检测模块401。
在各种实施例中，输出监控电路42还可以包括与用于检测电压脉冲装置40的输出电流电平IOUT的电压脉冲生成电路42的接地参考线(ground reference line)连接的电流检测模块402。
在各个实施例中，电压脉冲装置40可以包括被设置为与电压脉冲生成电路41和输出监控电路42进行数据通信的电子控制器44。电子控制器44可以包含合适的硬件组件，例如微控制器单元(MCU)、微处理器、协处理器、数字信号处理器(DSP)或以集成电路(IC)芯片形式实现的控制电路(例如，专用集成电路或ASIC)。输出监控电路42向电子控制器44发送与输出电压电平VOUT和输出电流电平IOUT有关的信息/数据。电子控制器44可操作以处理电压和电流的测量数据，并且可以集成测量数据以进行进一步处理，例如，基于测量数据生成数字命令。
图15示出了包括被配置成用于测量输出电压和电流水平的输出监控电路42的电压脉冲装置40的示例性电路布置。
输出监控电路42的电压检测模块401被设置为与电压脉冲生成电路41的高压输出线(在图15中表示为HV输出)并联连接。由于电压脉冲生成电路41的高压电平(例如，在-2kV至-48kV的范围内)，分压器411被用于将高输出电压VOUT降低到适合用于测量的较低电压电平。从图15中可以看出，分压器411是包括两个串联电阻(series resistors)R1和R3的线性电路，一个电阻R1是高压轴向电阻(high voltage axial resistor)，另一个电阻R3具有比Rl低得多的电阻值。在图15的示例性电路布置中，Rl是2G欧姆(千兆欧姆(giga-ohm))电阻，R3是12K欧姆(千欧姆)电阻。可以理解的是分压器411的工作原理是将相对较高的输出电压VOUT分配在分压器411的两个电阻R1和R3中，并且输出电压电平根据分压器411中相应的电阻R1和R3的电阻值被除以预先确定的数字。
电压检测模块401可以包括与高压电阻R1之后的分压器411相连接的反相运算放大器415(The voltage sensing module 401may comprise an inverting operationalamplifier 415connected to the voltage divider 411at after the high voltageresistor R1)。功能上，反相运算放大器415可操作以将分压器411的负电压输出转换为电子控制器411的正电压信号。同时，反相运算放大器415还起到缓冲器的作用以将来自源(source)的阻抗(例如，来自分压器411)的阻抗与电子控制器44的输入阻抗(例如，电子控制器44中的模数转换器或ADC的输入阻抗)相匹配，以使得电子控制器44的输入阻抗不会显著影响所测得的电压。作为优选，分压器411和反相运算放大器415协同工作，使高压输出VOUT被改变为电子控制器411所适合的电压信号输入。同样，由于反相运算放大器415还可以用作缓冲器用于将电压信号输入(voltage signal input)传输到电子控制器44，因此电子控制器44不需要单独的缓冲电路，并且电子控制器的组件可以减少。
可以理解反相运算放大器415可以是单位增益放大器或多增益放大器。基于分压器411产生的电压电平和电子控制器44可工作或可接受的电压电平，反相运算放大器415可以被配置为执行电压增益调整，以便将电压调节到电子控制器44可以工作的范围。
电压检测模块401还可以包括滤波电容414，用于为电压检测提供截止频率，例如，滤除进入运算放大器415的高频噪声。电压信号被从反相运算放大器415传输到电子控制器44以进行进一步处理。
电流检测模块402被配置成通过两个分流电阻(shunt resistors)R2和R4将电压脉冲生成电路41的接地参考线(在图15中表示为HV GND)连接到地线(在图15中表示为GND)。因此，分流电阻R2和R4形成一条低电阻路径使电流流过以进行测量。应当理解R2和R4的电阻值被选择以使得分流电阻器两端的合成电压降(resultant voltage drop)是可测量的，但足够低到不会破坏电压脉冲生成电路41。另外，应当理解电流检测模块402不需要如电压检测模块401中使用的高压电阻器，因为接地参考线处的电压电平与输出电压线上的电压电平相比基本上较低(通常在千伏范围内)。
可选地，非反相运算放大器418可用在电流检测模块402中以提高电子控制器44的电压信号输入。此外，类似于电压检测模块401，滤波电容419可用于滤除进入非反相运算放大器418的高频噪声。电压信号随后从非反相运算放大器418被传送到电子控制器44以进行进一步处理。在图15的示例性电路布置中，分流电阻R2和R4的电阻值均为100K欧姆(千欧姆)，因此每个分流电阻两端的电压降在1V左右，这处于电子控制器44的可工作范围。通过监控分流电阻两端的电压降，可以获得输出电流电平因为该电压与流过的电流成正比，并且可以准确地转换为电子控制器44处的电流值。
在各个实施例中，电压脉冲装置中40的电子控制器44可操作以从输出监控电路42中接收至少一个操作参数并根据预先确定(或预定)的规则控制电压脉冲生成电路41的操作。具体地，电子控制器44被配置为基于从输出监控电路42中接收的测量数据确定操作状态，基于预先确定的规则生成命令(例如，一组预存储/编程的指令)，并将该命令发送到电压生成电路(voltage generating circuit)41以用于将电压生成电路41置于所需的操作模式(例如，激活或停用电压生成电路41)。
在一些实施方式中，系统10还可以包括用于为电压脉冲装置40生成(deriving)预先确定的输入电压VIN的电源装置(power supply device)36。电源装置36可以采用外部电源装置的形式，例如外部电源适配器，其可以连接到电压脉冲装置40以通过电力电缆(power cable)或电源线(power cord)向电压脉冲装置40提供预定的输入电压VIN。或者，电源装置36和电压脉冲装置40可以被配置为电压脉冲装置40的内置模块或内部电源，电压脉冲装置从电源30获得所需的电压作为输入电压以用于产生刺激电压脉冲VOUT。可以理解的是，类似的电路布置可用于外部电源装置和内置/内部电源装置。可以理解的是电源装置36的电路设计可以适于与不同的电源30一起工作，包括提供不同的电压水平和/或不同的交变频率的不同国家所使用的电源(mains electricity power)。
在一些实施例中，电源装置36可以设置有被配置为用于调节来自植物20的反射电压的稳压单元/电路(voltage stabilizing unit/circuit)。这种反射电压脉冲(reflected voltage pulse)是由于系统(包含植物和电压脉冲装置30)中的浮动负载而反射回到电源装置36和电源30的相反的脉冲。有益地，稳压单元/电路使得反射电压脉冲对从电源30到电压脉冲装置40的功率传输的影响可以减小/最小化。
在各个实施例中，电压脉冲装置40被配置为将电压脉冲传输到第一植物20-a。在一些实施例中，电压脉冲装置40包括刺激探针50(stimulating probe)或与刺激探针50一起使用。电压脉冲VOUT可以通过刺激探针50传输并释放到第一植物20的根部。所述刺激性探头50为电极(electrode或导电电端子(conductive electric terminal)。刺激探针50可以被配置成细长的形状以便于放置/插入到土壤中。在一些实施例中，刺激探针50可以直接从电压脉冲装置40中延伸出来。在一些实施例中，刺激探针50可以通过电力电缆或电源线连接到电压脉冲装置40的输出接口。
如图1和图2所示，刺激探针50可以从土壤上方插入到花盆22-a里的土壤中。可以理解的是刺激探针50还可以通过花盆的底面或花盆22侧壁上的开口/途径插入土壤介质中，使得其(刺激探针)位于接近(near)或靠近(close)植物20的根部部分。可以理解的是来自电压脉冲装置40的电压脉冲也可以以其它合适的方式传送到第一植物20-a，例如，通过将导电端子直接连接到植物20-a的茎部分。
在各个实施例中，第一植物20-a和第二植物20-b使用至少一个被配置为便于植物间(inter-plant)电压脉冲传输的电压脉冲传输单元45连接。第一植物20-a，当受到负电压脉冲VOUT的刺激时，可能会向周围环境排放更多的空气负离子。此外，至少一部分电压脉冲VOUT通过至少一个传输单元45从第一植物20-a传输到第二植物20-b，使得第二植物20-b同时被刺激以排放空气负离子。
在各个实施例中，电压脉冲传输单元45可以包括电缆或(electrical cable)带有两个导电端子(conductive terminals)48的电线(electrical wire)。在使用中，导电端子48可以分别被系到(attached to)和/或连接到(connected with)第一植物20-a和第二植物20-b的指定部分，以便可以在第一植物20-a和第二植物20-b之间形成电气连接。导电端子48充当电接口以将刺激电压脉冲传送到植物20-a，20-b的指定部分，而电缆47则在植物20-a，20-b之间传导/传输电压脉冲。
在各个实施例中，电压脉冲传输单元45可以被配置成将电压脉冲从第一植物20-b的茎部或根部传送到第二植物20-b的茎部或根部。
在一些实施例中并参考图2，所述导电端子48被配置成分别插入或以其他方式放置在第一植物20-a和第二植物20-b的土壤介质中。导电端子48可以是细长形状的电极以便于插入到土壤介质中。这类似于用于将电压脉冲从电压脉冲装置40传输到第一植物20-a的土壤部分的刺激探针50。
在一些实施例中并参考图1和2，导电端子48被配置为分别与第一和第二植物20-a，20-b的茎部连接。如图1所示，导电端子48可以是两个可连接到第一植物20-b和第二植物20-b的树干(trunk)上的金属夹49。由于电压脉冲的传输是通过植物的茎部(例如，不通过土壤介质)，系统10的整体电阻可能会降低。有益地，植物间电压脉冲传输的效率可以提高。
根据植物的大小和类型，电压脉冲传输单元45的导电端子48可以被配置成其它合适的形式以用于系到/连接到指定的植物部分。例如，植物20的茎部可以被细金属线(例如，作为导电端子)穿透以在两个植物之间建立电气连接(electrical connection)。可以理解的是一个或多个电压脉冲传输单元45可用于促进植物间的电压脉冲传输。还应当理解电缆可以被提供为具有与植物间的距离基本对应的合适的长度。
在使用中，电压脉冲装置40被激活后，刺激电压脉冲VOUT生成并通过至少一个电压脉冲传输单元45传输到第一植物20-a和第二植物20-b。在系统10包括直接或间接地连接到第一植物20-a(例如，如图1和2所示植物20-c，20-d)的一个或多个其它植物的实施例中，电压脉冲(或电压脉冲的至少一部分)可以传输到一个或多个其它连接的植物。系统10的植物同时受到电压脉冲的刺激以产生并排放用于空气净化的空气负离子。
在各个实施例中，第一植物20-a和第二植物20-b被布置为在叶子部分形成一个或多个接触区域。有利地，在叶子部分的一个或多个接触区域提供了植物间的电压传输路径以作为电压脉冲传输单元45的替代或补充，其(接触区域)使得电压脉冲在第一植物20-a和第二植物20-b之间更有效地传输。
此外，当植物20被刺激电压脉冲激发时，由于植物的几何形状，电荷(包括电子和空气负离子)主要在叶子部分产生，特别是在植物的叶尖处。由于第一植物20-a和第二植物20-b的叶子部分被布置为接触和/或靠近，第一植物20-a排放的电荷可能刺激第二植物20-b的叶子部分，反之亦然。换言之，各种植物20的叶子部分的周围区域含有大量的负电荷，这可以作为刺激植物20(特别是植物叶子)产生空气负离子的刺激电场的进一步来源。有益的是，系统10整体的空气负离子的生成率得以提高。直接或间接连接到系统10中的电压脉冲装置40的每个植物20可以产生扩散到周围环境中并导致PM2.5(还有其它的颗粒空气污染物外)更快地沉淀的空气负离子。从图1和图2中可以看出，每株植物20都可充当空气负离子的天然来源，在植物源20周围产生大量的电离空气，其中空气负离子的浓度在植物的叶子部分最高并在离植物源20更远的位置逐渐减少。
系统10在相对较低的电流水平下工作，例如，流过不同植物20的电流具有明显较低的振幅(通常在10μA左右或低于正常工作条件下)。由于电流水平低，当电压脉冲被传输到距离第一植物20-a更远的植物20时，电压水平不会大幅下降。因此，可以使用电压脉冲传输单元45实现高效的植物间的电压脉冲传输。此外，在相邻植物20的叶子部分形成的接触区域的作用是进一步增强系统10的植物间传输和空气负离子的产生效率。
安全因素会在系统10的运行过程中被考虑到，特别是当系统10被应用在室外和/或相对不可控的环境中时。
首先，系统10在不受控制的环境中可能容易出现电气过载。在使用中，电压脉冲装置40工作以将负电荷泵入负载侧(例如，互连的植物20)直到其达到目标电压电平，其通常在千伏范围内。为了保持安全，电压脉冲装置40被配置为在极低的功率水平下工作，并且优选在1W(Watts，瓦特)的输出下。因此，电压脉冲装置40的输出电流电平IOUT，可通过内置的电流检测模块402测量，在正常工作条件下通常处于微安培范围内。除了控制电压脉冲装置40的功率输出之外，监控负载条件以确保系统10所消耗的总能量低于阈值水平也是非常重要的，该阈值水平下系统10可以安全运行并且由于电击或灼伤(burns)而对用户造成伤害的可能性可以降低。
此外，在多个电压脉冲装置40用于刺激大量植物20的系统10中，或者在多个系统10近距离工作的潜在示例中，可能存在相对较高的超过能量阈值水平以及向用户传送(delivering)危险电击的风险。这是因为植物20随时间推移而增长，与不同电压脉冲装置40相连接的植物20的隔离间隙(isolation gaps)可能闭合，从而导致多个电压脉冲装置40的输出相连接。即使当负载条件正常且没有发生多个电压脉冲装置40的意外连接时，如果装置40包含或连接到具有足够大电容的任何组件(例如，大尺寸的电容器)时，电压脉冲装置40本身也可能随着时间推移存储足够的能量而具有危险。
系统10的优点在于能量的放电和输送过程由电压脉冲装置40很好地控制，以尽量减少对用户的风险。这主要是通过设置在电压装置40中的输出监控电路42来测量电压脉冲装置40的一组操作参数来实现的。所测得的操作参数被电子控制器44用于将电压脉冲装置40设置于所需的操作模式，例如触发电源安全切断开关(未示出)以停用电压脉冲生成电路41。
在各个实施例中，输出监控电路42可操作以检测电压脉冲装置40的以下至少一个操作参数：输出电压电平、输出电压上升速率、输出电流电平。
在一些实施例中，电子控制器44可操作以基于所检测到的输出电压电平来选择性地停用电压生成电路41。
在一些实施例中，在电压脉冲生成电路41被激活并在输出电压达到所需的电压水平之前，电子控制器44可操作以基于检测到的输出电压上升速率来选择性地停用电压脉冲生成电路41。
在一些实施例中，电子控制器44可操作以在所需电压电平达到稳定状态下基于检测到的输出电流水平选择性地停用电压发生电路。
通过电子控制器44实现的决策过程的示例性实施例如图16的流程图所示。控制机制(Control mechanisms)可在电压脉冲装置40的操作期间的不同阶段实施，以确定电压脉冲装置40是否在正常工作范围内工作以及是否需要触发电源安全切断(power safetycutout)。
在电压脉冲装置40首先被启动的启动步骤500中，输出监控电路42被配置为在电压发生电路41的输出侧测量电压电平VOUT。在这一阶段，输出电压电平VOUT预计较低，例如，接近接地电位(GND potential)。在决策步骤501A中，电子控制器44确定测得的输出电压电平VOUT是否出乎预计地高，例如，超过用于启动阶段的预定电压限值。这可以表明系统10中的一个或多个植物20已经与另一个正在工作的电压脉冲装置40连接并且被驱动/刺激。因此，电子控制器44可以操作以停用电压脉冲生成电路41，例如通过触发电源切断开关。电压生成过程可能被中止或延迟。在该决策步骤501A中，如果电子控制器44确定输出电压电平VOUT处于正常工作范围内(例如，与接地电位相当)，则在步骤502中电压脉冲生成电路41将继续将电压上升(或斜升，ramp up)至的目标电压电平。
在电压输出上升到目标电压电平的短暂状态(transient state)下，电压上升速率可被检测到。具体地，输出监控电路42可以被配置为在预定的时间间隔(或时间周期)下测量输出电压电平VOUT，电子控制器44可以从中计算电压上升速率。在这种短暂状态或电压上升(ramping)阶段，输出电流电平被设计地非常低。因此，如果电压上升速率异常高，例如，如果电压上升过快，则系统10可能处于负载不足(under-loaded)的状态。这可能会发生在，例如，当电压脉冲装置40没有正确连接到负载时，和/或当刺激探针50和/或电压脉冲传输单元45没有正确地被设置以连接不同的植物20时。另一方面，如果电压斜坡速率异常缓慢，则电压脉冲装置40可能被连接到危险的高负载电容上。因此，进一步的决策步骤501B被电子控制器44实施，以在电压上升速率超出正常工作范围时停用电压脉冲生成电路41。电压生成过程可能被中止或延迟。在该决策步骤501B中，如果电子控制器44确定电压正在以正常速率上升，则在电子控制器44继续进行进一步的决策步骤503之前，电压继续上升达到目标电压电平。
在决策步骤503中，电子控制器44被配置为检查目标电压电平是否已达到。如果在电压上升阶段结束时测得的输出电压电平VOUT低于目标电压电平，则电压脉冲生成电路41可以被控制以再次上升直到达到目标电压水平。一旦输出电压上升到目标电压电平，电压脉冲装置40就在稳定状态下工作以将电压脉冲传送到所连接的植物20。
在进一步的决策步骤504中，电子控制器44被配置为根据电流检测模块402检测到的输出电流电平IOUT来确定负载状况。在工作期间，如果输出电流电平IOUT过低(如步骤505中所评估)，则可能表明系统10处于负载不足。相反，如果输出电流电平过高，系统10可能处于过载状态，例如，系统10可能意外地连接到从电压脉冲装置40中吸收了大量电流的接地的金属工件，或者用户可能正在触摸被刺激的植物20，或者植物20可能正在触摸附近的其他结构(如墙壁)。步骤505判断电流是否过低。当电压上升速率超出正常工作范围时，电子控制器44通过电流过高时的步骤506A和电流过低时的步骤506B来操作以停用电压脉冲生成电路41(在任一情况下电源都会被关闭并且存在延迟(in either event the power isturned off and there is a delay))。
在上述每个过程中，电子控制器44还可以被配置为还触发报警以提醒用户，和/或触发要发送给用户的通知。
在一些实施例中，系统10还可以包括被配置为检测在植物20附近的入侵对象(intruding subject)的接近传感模块(proximity sensing module)。该接近传感模块包括以下一个或多个接近传感器：主动红外接近传感器、被动红外接近传感器、射频接近传感器、激光接近传感器、飞行时间(ToF)接近传感器、电感式接近传感器、电容式接近传感器。在一些实施例中，系统10还进一步包括被配置为用于检测与植物相接触的目标/对象的触摸传感模块。
在一些实施例中，电压脉冲装置40的电子控制器44或单独的控制器单元可以被配置为基于来自接近传感模块和/或触摸传感模块的数据来控制系统10的操作，例如，当检测到有人位于由接近模块形成的“围栏区(fencing zone)”内时发出声音警报和/或当有人触摸植物部分时关闭电压脉冲装置40。接近传感模块和触摸传感模块提供附加的安全措施，以防止系统附近的人受到电离植物(ionized plants)20的电击。
可以理解的是，系统10和/或电压脉冲装置40还可以包含如本领域技术人员所设想的其它功能模块。例如，系统10可以包括用于向用户显示有关系统10的信息的显示模块(例如，显示屏、一个或多个LED指示灯(LED light indicators))，用于控制系统10操作的控制面板，音频单元(例如，扬声器或蜂鸣器)，以用于向用户传达音频消息(例如，在设备功能异常的情况下，在检测到电压脉冲装置40未在其正常工作范围内工作时，在检测到入侵对象时等等，发出音频警报)。
在一些实施例中，系统10还可以包含被配置为连接到网络接口(networkinterface)的通信单元，通过网络接口可以建立与其它网络连接设备(例如，一个或多个外部用户设备，一个或多个放置在不同位置的其他系统10，用于在周围环境中收集空气质量数据的PM2.5传感设备)的连接。网络连接系统10可以在云计算环境中与其它设备进行交互和协作，以形成物联网(IoT)云系统。
系统10可以在不同的室内和室外设置中实施以进行空气净化。
参考图3A和3B，系统10包括排列成一行的植物20-a、20-b、20-c。植物20-a，20-b，20-c可以以类似于图1或图2所示的方式连接。或者，植物20-a、20-b、20-c可以被配置为使用电压脉冲传输单元45相互连接。在使用中，电压脉冲装置(未示出)可以被配置为将产生的电压脉冲VOUT传输到任何一个植物(例如，植物20-a)，其(电压脉冲)将同时传输到另外两个互连的植物(例如，植物20-b，20-c)。以这种配置排列的系统10也被称为离子树篱(ionshedge)102。
在如图3A所示的一些实施例中，离子树篱102还可以包括多个非电离植物(non-ionizing plants)，例如，未与任何电压脉冲装置连接因此处于未激发或非电离状态的植物。非电离植物可以是比电离植物20-a，20b，20c尺寸相对较小的盆栽植物，其作用是在电离植物20-a，20b，20-c周围提供围栏(fence)。可以理解的是离子树篱102还可以包括其它物理围栏，或其他类型的障碍物，以在人/用户和电离植物20之间产生安全距离。
在如图3B所示的一些实施例中，离子树篱102可以包含接近传感模块，接近传感模块包括多个用于屏蔽/围住电离植物20-a、20b、20-c以避免与用户或进入到离子树篱102附近的任何人的不必要接触的接近传感器63。在检测到接近传感器63的围栏范围内的任何入侵对象/人时，可以实施安全功能(safety features)，例如，通过自动切断系统10的电源来保护用户的安全和健康(well-being)。离子树篱102可以在预定的时间间隔和/或当检测到对象/人不再在围栏范围内时自动重新激活。可以理解的是，能够检测入侵对象/人的其他类型的传感器(例如，运动传感器，触摸传感器)也可用于提供相同的围栏功能。
在一些实施例中，系统10可以包括用于促进空气在预定方向上流动的通风机构(ventilation mechanism)。同样，空气流动可以被控制以基于预定的速率流过系统10(具体地，通过系统10的空气净化区域)。
对于在室外环境(例如，花园和公园、路边)和/或在露天空间(例如，室内聚集点、室内花园)中的空气净化，可以利用多个离子树篱102。
图4A示出了在室内花园中使用离子树篱102，其中四个离子树篱102被布置为形成空气负离子的量存在多个量级增加的(multiple magnitude increase in negative airions)的局部区域(localized area)。这种具有清洁空气的局部区域(例如，由于空气负离子含量高而导致PM水平降低的空气)特别适用于室内聚集点，在那里顾客和访客可以有效地被保护以免受任何颗粒空气污染物的侵害。
图4B示出使用离子树篱102来减少车辆空气污染。多个离子树篱102沿着路边布置并操作以在周围环境中排放空气负离子，使得从车辆进入的污染空气得到清洁。道路附近的行人和人群可被保护以免受车辆空气污染的影响。可以理解的是，离子树篱102可以以其他方式设置以减少车辆空气污染。例如，离子树篱102可以沿着道路分隔栏(roaddividers)放置从而降低车辆产生的PM2.5的含量。离子树篱102特别适用于没有永久性道路分隔栏的道路，因为它可以轻松地被部署和移除。它也可以部署在带有永久性道路分隔栏的道路上，例如，有根的树木(rooted trees)和灌木。
根据具体应用和对空气净化覆盖区域的要求，系统10的植物20可以被布置在各种其它设置中。例如，系统10可以以模块化设置或被设置为组件(assembly)，其中包括被配置为在周围环境中产生所需的空气负离子曲线(desired negative air ions profile)的一簇植物。具有这种模块化/装配设置的系统10可以很容易地按比例放大以提供相对更大的空气净化覆盖区域。
在各种实施例中并参考图5至图13，空气负离子生成系统10包括安装在支撑结构(support structure)70上的多个植物20，并且至少一个电压脉冲装置40可连接到电源30以用于生成电压脉冲并将其传输给多个植物20中的至少一个。多个植物20中的每一个都使用至少一个电压脉冲传输单元(为了简洁起见未在图5至15中示出)与另一个植物20连接，和/或被配置为在其叶子部分与另一植物20形成一个或多个接触区域。在多个植物之间的植物间电压脉冲传输是通过电压脉冲传输单元或通过叶部形成的接触区域来实现的。
所述植物20可以在含有土壤介质的花盆22中栽培。为清楚和简洁起见，在一些图中仅显示了用于栽培植物20的花盆22。支撑结构70被配置为将多个花盆22(因此相应的植物20)中的每一个保持在与彼此相对(或各自相对)的固定位置。
在各个实施例中，支撑结构70可以包括一个或多个平面表面(planar surfaces)，并且多个盆栽植物20可以安装在其上。平面表面可以采用垂直面板(vertical panel)71或连接到支撑结构的墙板71的形式。如图5所示，盆栽植物20的矩阵(或线路网，matrix)可以布置在墙板71中。包括设置在这样的墙板上的植物20的系统10也被称为离子面板(ionspanel)103。可以理解的是墙板71可以被配置为任何合适的尺寸和形状(例如，在1×1米的正方形中)。
在一些实施例中，一个单独的电源30和一个单独的电压脉冲装置40可用于向离子面板103提供电刺激或电压脉冲。在使用中，电压脉冲装置40可以被配置为将电压脉冲传送到多个植物20中的任何一个，其可在离子面板103的多个植物20之间共享。植物间的电压脉冲传输可以通过将两个植物与至少一个电压脉冲传输单元连接以在多个植物20中的任意两个中实施。此外，花盆22被以适当的距离设置以使得相邻的植物22可以在叶子部分形成物理接触，以在任何两个植物之间提供替代的或附加的电压脉冲传输路径。
在各个实施例中，系统10还包括浇水机构(watering mechanism)，其被配置为将水从水源引导到多个植物20中，并将多余的灌溉水从多个植物20中引导到集水器77。浇水机构可包括与水箱76(例如，水源)流体连接(in fluid connection with)的水管道。水可以从水箱76泵送到多个植物20的上方的区域，并通过水管道73喷洒到植物20上。
在如图5所示的示例性系统设置中，植物20设置在植物20的(cluster)簇/矩阵的第一排中，直接从水管道73接收水(例如，从安装在水管道73上的喷嘴或喷雾器)。每个花盆22可以被配置有一个流通系统以使得多余的水被排放到正下方的另一个花盆22并最终排到集水器77。所收集的多余水可以循环/回收用于灌溉多个植物20。
在一些实施例中，花盆22可以在花盆22的底部设置一个用于储水的空腔79，和可以防止土壤向下降到储水的空腔79的一层膨胀的粘土81，以使得被导流到第二花盆22-b的多余的水适合用于灌溉。部分水保留在第一花盆22-a的土壤介质中，多余的水被引导通过底部的通道开口流向紧邻第一花盆22-b下方的第二个花盆22-b。类似地，任何多余的水被引导到设置在墙板71下部的其它花盆，并最终被引导到集水器77。
在离子面板103中，带有植物矩阵和集水器77的墙板71被连接到支撑结构70上，并且放置在离地板一定距离的地方。有益的是，离子树篱103的浇水机构阻止任何水流向地面，这可能导致离子树篱103接地短路(which may cause the ions hedge 103to beshorted to the earth ground)。此外，电压脉冲装置40可以被配置为检测当离子树篱103短路或接地时自动切断离子树篱103的电源。
功能上，所述离子面板103可操作以生成圆顶形的空气负离子剖面(dome-shapenegative air ions profile)，其中空气负离子由植物20不断产生并逐渐扩散到周围空间中。离子树篱103的空气负离子剖面(negative air ions profile)包括如图6A和图6B所示1×1米的离子面板103，其包围(envelops)了墙板71的侧面和正面。空气负离子的数量是在距墙板71的不同距离处测量的。可以看出，离子树篱103能够在周围环境中产生高数量(高水平)的空气负离子，在距离墙板71中心的1米处测得的空气负离子量约为100万/cm3至200万/cm3，在距墙板71的4米处测得的空气负离子量为7K/cm3至28K/cm3。高含量的空气负离子导致了包括PM2.5在内的颗粒空气污染物沉淀并且清洁了离子树篱103附近的空气。特别地，当离子树篱103放置在污染源(例如在吸烟室中)附近时，其可以操作以减少污染源释放的颗粒空气污染物的量。因此，由这种污染源引起的有害影响被离子树篱103最小化。此外，离子树篱103可以包括多个并排放置的墙板71以便形成更大的空气净化覆盖区域，其可以延伸到周围空间中的相当大的区域。实现了有效的大规模空气净化系统。
图7A示出了一种吸烟室(smoking shelter)，所述吸烟室包括被集成或安装到一个或多个吸烟室的墙壁多个离子面板103。在没有任何空气净化器的吸烟点，PM2.5可能会达到非常不健康的水平，并且公众可能会接触到二手香烟烟雾。离子面板103可以改善吸烟者所在的吸烟室内的空气质量，并且还可以防止吸烟室周围的公众接触到具有危害的香烟烟雾。从图7A中可以看出，离子面板103可以设置在吸烟室的外表面和内表面上。
离子面板103可以被封闭在外壳或腔室中，以物理方式将顾客或吸烟者与电离植物系统分开以确保安全。这可以创造一个具有高含量的空气负离子的相对封闭的空间，从而能够更有效地清洁颗粒空气污染物。每个包含离子面板103的封闭空间被称为过滤室(filtration chamber)210。通风机构可以被实施以促进空气在预定方向上的流动，也可以配置为基于预定速率控制气流。具体地，一个或多个呼吸机(ventilators)、风扇和/或空气泵可用于将香烟烟雾吸入过滤室210(例如，从过滤室210顶部的空气入口)以在空气被循环回吸烟室(例如，从过滤室底部的空气出口)之前过滤PM2.5的空气。
过滤室210可用于其它污染物较重的区域，例如吸烟室、公共汽车站或路边。图7B-1、7B-2和7C示出了过滤室210的进一步配置以及使用这种过滤室210在公交车站清洁空气。
鉴于通勤者在公共汽车站的近距离和所停留的时间，有害的PM2.5水平的暴露程度很高。过滤室210可以被放置在公共汽车站的顶部上，以吸入公共汽车和车辆的污染空气。过滤室210可以具有透明的屋顶/顶部，以使得植物20可以进行光合作用和生长。类似的通风机构被部署以引导受污染的空气进入过滤室210(例如，从过滤室210的侧壁处的空气入口)，借此污染空气中的颗粒物被除去，同时空气通过过滤室210内的一个或多个离子面板103。过滤室210将清洁受污染的空气，并向在公共汽车站等候的通勤者排放干净和新鲜的空气。此外，额外的离子面板103还可以被部署在过滤室210的外部的屋顶上以产生空气净化气泡(air cleaning bubble)以捕获并除去路边的PM2.5，从而保护位于内部的通勤者。
在一些实施例中，过滤室210可以被并入现有的过滤系统中，以在空气通过后续的过滤器之前进行预过滤，例如高效微粒空气(HEPA)或高效微粒吸收过滤器。由于空气中的灰尘颗粒数量庞大，现有的过滤系统需要经常地更换过滤器。通过使用过滤室210对空气进行预过滤，可以降低更换过滤器的频率。在一些实施例中，过滤室210可以与一个或多个其他类型的空气负离子生成系统10一起使用。例如，一个或多个离子面板103可用于在过滤室210处进行第二轮过滤之前对空气进行预过滤。在一些实施例中，过滤室210还可以沿空气通风口(在进气口或排气口处)放置，以净化通过的空气。
离子面板103的其他实现方式也被考虑在内。如图7D至图7E所示，离子面板103可以被放置在人行道、庇护所(shelters)或开放区域空间，以为用户提供更清洁的环境。它也可以附着在(连接到)建筑物的侧面(例如，在阳台上，沿着走廊和/或栏杆上)。包括PM2.5在内的微粒空气污染物可以被困在由离子面板103提供的空气清洁覆盖区域内。离子面板103后面的居民将被保护以免受任何室外颗粒空气污染物的侵害，并将呼吸到净化后的空气。如图7F所示，离子面板103还可以用作隔墙以改善办公室中的空气质量。或者，离子面板103可以被配置为办公室中的模块化、可移动的绿色墙隔板(movable green wall)。
在各个实施例中，系统10的支撑结构70可以包括一个或多个用于将多个盆栽植物20安装在其上的弯曲表面(curved surfaces)。该弯曲表面可以采用圆形环框(circularring frame)72的形式，如图8A和8B所示。多个花盆22(因此植物20)可以被连接/附着在圆形环框72的外表面上。包括以这种方式排列的植物20的系统10也被称为离子环(ionsring)104。
在一些实施例中，被安装在圆形环框72上的多个植物20可以共享一个电源30和一个电压脉冲装置40。在使用中，电压脉冲装置40可以被配置为将电压脉冲(例如，高达-60kV)传送到多个植物20中的任何一个，其在离子环104的多个植物20之间共享。通过使用电压脉冲传输单元45，可以在多个植物20中的任何两个之间实现植物间的电压脉冲传输。此外，花盆22之间间隔适当的距离使得相邻的植物22在叶子部分形成物理接触以提供替代的或额外的电压脉冲传输路径。
圆形环框72可以被配置为任何合适的尺寸以在周围空间中生成理想的空气负离子剖面。直径为1米的离子环104的空气负离子剖面如图8A和8B所示。离子环104提供了延伸到周围空间中的相当大的区域的保护性空气净化区域。离子环104能够产生空气负离子且在距圆形环框72的外表面的1米处测得的量约为500K/cm3，而在距圆形环框72的6米处测得的量约为2K/cm3。
在如图9和图10所示的一些实施例中，离子环104可以安装在天花板表面(ceilingsurface)上，并且多个悬挂电缆(suspension cables)被配置为将离子环104保持在悬挂位置。多个离子环104可以设置在不同的位置，并且可以悬挂在不同的高度，以便使得更大的区域可被空气负离子净化。离子环104可以被部署在室内或室外聚集点或沿走道部署。例如，它可以被安装在室内公交转换站(indoor bus interchange)处或停车场，以过滤静止的公交车(stationary buses)产生的废气并保护通勤者。
可以理解，类似的浇水机构(如离子面板103中所使用的)可以适用于在离子环104中使用。在一些实施例中，离子环104的浇水机构可以适应于使得来自第一离子环104的过量灌溉水流向另一个离子环104(例如，流向低于第一离子环的离子环，如图9所示)。
在一些实施例中，两个或多个离子环104可以共享一个电源30和一个电压脉冲装置40。例如，两个离子环104可以电连接以使得电压脉冲可以在两个系统104之间传输。
在如图11A和图11B所示的一些实施例中，两个或多个离子环104可以安装在杆(pole)上以形成离子环塔(ions ring tower)。离子环塔可以部署在交通繁忙的道路上，例如高速公路，以抑制来源于车辆的PM2.5污染。它也可以放置在聚集点，人流量大的地方，以为顾客提供清洁清新的空气。离子环塔的独立性质使其成为适用于室内和室外等许多场所的通用的解决方案。安装在杆上的两个或多个离子环104可以基于系统要求具有相同的尺寸或不同的尺寸。位于更靠近地面的离子环104可以被配置为具有相对更大的尺寸，以便更有效地去除车辆在道路上产生的空气污染物。
在一些实施例中，离子环塔可以是具有由太阳能电池板108提供的自身的电源和自身的浇水机构的独立单元。在如图11A和图1 1B的示例性离子环塔中，带有水泵的水箱76被设置在离子环塔106的胶结底座(cemented base)内。集水器77被配置为锥形(coneshape)并设置在离子环塔的下部，以用于收集多余的灌溉水。锥形集水器77可以与水箱76的流体连接(fluid connection)，以便多余的灌溉水可以被回收和再利用。在一些实施例中，由离子环104形成的离子环塔还可以被拴在电网(power grid)或国家供水(nationalwater supply)上。
在一些实施例中如图12A和12B所示，离子环104可以安装在现有的灯柱上，以净化路边的空气污染物。它可以被部署在城市周围的灯柱上，对现有基础设施的干扰最小。此外，离子环104可以从电网、从现有灯柱上的太阳能电池板或自身部署的太阳能电池板来利用现存的电源。水源可以来自现有的供水系统、收集的雨水，或者来自其它来源(例如，离子环塔可以是定期浇水的植物群(flora)的一部分)。
系统10的优点在于能够以有效的方式产生高水平的空气负离子，同时能够安全、方便和灵活地部署。由于模块化的设计和部署的简易性，它可以成比例地扩大以提供相当大的空气净化区域，并且可以在不同位置实施以满足室内和室外空气净化应用的需求。有益地，空气负离子生成系统10提供了一种高效、安全、分布式/局部式的空气净化方法，特别是用于净化颗粒空气污染物。此外，系统10可以以相对较低的成本大规模生产，并且可以在需要最少的破坏或修改的情况下利用现有的基础设施。它不需要像一些现有的室外空气电离或空气过滤系统那样使用大规模的基础设施和设备。
本公开的系统10是基于植物的，其中不使用合成空气过滤材料(例如，多层清洁过滤器)。这种过滤材料的使用寿命通常有限且相对较短，因为需要频繁更换和定期维护才能达到所需的过滤效率。本公开的系统10产生的空气负离子可以有效地加速特定物质在周围环境中的沉淀。它们还可以避开空气中的过敏原和细菌，并中和电子设备产生的正离子。该系统10还给人类带来了其它的健康益处。空气负离子的存在还被认为提供了整体镇静作用(overall calming effect)，缓解压力和嗜睡，增强能量和提高警觉性。整体的空气质量得到改善。
可以理解的是，本发明中，为了清楚起见，在独立的实施例(separateembodiments)的上下文中所描述的某些特征，也可以在单个实施例(single embodiment)中进行组合。相反地，本发明的各种特征，为简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的，也可以被单独地或以任何合适的组合(sub-combination)提供，或被提供在本发明中的任何合适的所描述的其他实施例。在各种实施例的上下文中所描述的某些特征不应被视为这些实施例的必要特征，除非该实施例在没有这些元素的情况下不起作用。
本领域技术人员应当理解，上述特征的变体和组合，不是替代或替代物，而可以组合以形成又一个属于本公开预期范围的实施例。
参考
10 系统
20 植物
20-a 植物
20-b 植物
20-c植物
20-d植物
22 花盆
22-a 花盆
22-b 花盆
22-c 花盆
30 电源
36 电源装置
40 电压脉冲装置
41 电压脉冲生成电路
42 输出监控电路
44 电子控制器
45 电压脉冲传输单元
48 导电端子
49 金属夹
50 刺激探针
63 接近传感器
70 支撑结构
71 墙板
72 圆环(circular ring)
73 水管道
76 水箱
77 集水器
79 空腔
81 粘土(黏土层)
102 离子树篱
103 离子面板
104 离子环
106 底座
108 太阳能电池板
210 过滤室
401 电压检测模块
402 电流检测模块
411 分压器
414 滤波电容(filter capacitor)
415 反相运算放大器
418 非反相运算放大器
419 滤波电容(filter capacitor)
500 启动步骤
501A 决策步骤：电压是否过高？
501B 决策步骤：电压是否过高？
502 升高输出的步骤(ramp up output step)
503 决策步骤：是否已达到目标电压？
504 决策步骤：电流是否过高？
505 决策步骤：电流是否过低？
506A 断电然后延时(power off then delay)
506B 断电然后延时(power off then delay)

Claims (13)

1.一种空气净化系统，包括：
-至少一个第一植物和第二植物，以及
-可连接到电源以用于生成并向所述第一植物传输电压脉冲的电压脉冲装置，
其中所述第二植物使用至少一个电压脉冲传输单元与所述第一植物相连接，并且所述第一植物和所述第二植物被布置以在叶子部分形成一个或多个接触区域，在叶子部分的一个或多个接触区域提供了植物间的电压传输路径以作为电压脉冲传输单元的替代或补充。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电压脉冲传输单元被配置为将所述电压脉冲从所述第一植物的茎部或根部传输到所述第二植物的茎部或根部。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压脉冲装置包括：
-电压脉冲生成电路，被配置为接收从所述电源获得的输入电压，并生成具有所需电压电平的电压脉冲，
-连接到所述电压脉冲生成电路的输出侧的输出监控电路，所述输出监控电路可操作以检测以下至少一个操作参数：输出电压电平、输出电压上升速率、输出电流电平；和
-被设置与所述电压脉冲生成电路和所述输出监控电路进行数据通信的电子控制器，所述电子控制器可操作以从所述输出监控电路中接收至少一个操作参数并基于预定的规则来控制电压脉冲生成电路的工作。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述输出监控电路包括与所述电压脉冲生成电路的电压输出线相连接的电压检测模块，以及与所述电压脉冲生成电路的接地参考线相连接的电流检测模块。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，与所述电压输出线相连接的所述电压检测模块包括分压器，其中所述输出电压被除以预定的数值以用于测量。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电子控制器可操作以根据所检测到的电压电平选择性地停用电压生成电路。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述电压脉冲生成电路被激活后且在所述输出电压达到所需电压电平之前所处于的短暂状态，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电压上升速率选择性地停用所述电压脉冲生成电路。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在达到所需电压电平的稳态下，所述电子控制器可操作以基于所检测到的输出电流电平来选择性地停用电压生成电路。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压脉冲装置可连接到用于将所述电压脉冲传输到所述第一植物的根部的刺激探针。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括用于生成以用于所述电压脉冲装置的预定的输入电压的电源装置。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括用于检测入侵对象的接近传感模块。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将所述第一植物和所述第二植物保持在各自相对的所需位置的支撑结构。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括用于促进空气在预定方向和/或以预定速率流动的通风机构。
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