CN1503890A - 空调系统的过滤装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调系统的过滤系统及其方法。空调系统包括至少一个风扇(2)，用于产生气流；多个导管(3)，其连接到风扇(2)上，用于向上引导气流；以及位于多个导管(3)末端的多个供气阀(4)，用于将气流引导入房间(5)。根据本发明，至少一个三级过滤器装置(20)被连接到至少一个供气阀(4)上，该装置依次包括带电悬浮物过滤器(8)、吸附剂过滤器(9)，和终端过滤器(10)。

Description

空调系统的过滤装置及其方法

本发明涉及一种如权利要求1的前述部分所述的用于空调系统的过滤系统。

本发明还涉及一种用于空调系统的过滤方法。

这种过滤装置用于在公寓和办公建筑中，与中央空调系统相连接。

根据该领域的现有技术，过滤借助于大型集中装置和/或通过过滤单元而实现，上述这些过滤单元位于所希望的房间里并且不与空调系统连接。

这种技术现状的缺点是，在集中系统中获得理想的过滤效果，需要在现有的建筑中安装一个大尺寸的过滤系统。在最需要过滤系统的情况下该问题尤其尖锐。正好在大都市里空气质量最差，这些地方的高昂的房地产价格，使得在现有的建筑中提供必要的技术设备变得困难和昂贵。在集中系统中进行过滤存在的另一个问题，就是空调导管自身会污染。在安装期间发生的导管污染，在空调装置启用后，无论过滤系统工作如何有效，都会产生健康损害。而且，过滤中的干扰、水被破坏，或者忽视过滤装置的维修，都会导致空调导管被污染，从而产生所有的集中过滤系统都无法消除的多种后果，因为空气是在被导入空调导管之前就渗入的。

另一方面，专用于房间的过滤单元也有缺点，它们不能阻止有害杂质进入房间，而只不过是将流经它们的空气中的杂质除去。而且，已知的房间专用过滤单元的净化原理，并不能非常有效的将气体中的杂质除去，因为在现在的方法里，气体过滤器维持时间太短，难以获得有效过滤。进一步的，这种类型的净化装置包括有自己的风扇，这样既增加了噪音，又增加了净化单元的价格。

还存在的替代气体设备是那些配备了一些过滤器和它们自己的风扇的装置并安装于例如通风窗户上的装置。这些装置对微小颗粒的过滤效率很差，而且不能同气体过滤相结合。

本发明希望消除上述所披露的该领域状况的弊端，为此目的，创建了一种全新的过滤系统和方法。

本发明基于使用房间专用的两级或者多级过滤器单元，它们被安装成与房间专用供气阀相连接。根据本发明的一个优先实施例，悬浮物过滤利用的是一个过滤器，其中在尘土微粒中感应电荷，带电微粒由多个通电收集器部件收集起来。

尤其是，依据本发明的系统的特征在于由权利要求1的特征部分所述的内容。

根据本发明的方法的特征就在于由权利要求8中的特征部分所述的内容。

借助于本发明可以获得大量的益处。

当根据本发明的净化装置被连接到空调系统上时，不会产生问题，因为它的压强下降小。由于小的压强下降，空调系统的气流平衡不会被扰乱。

借助于本发明，能创造出有效的房间专用过滤系统，该系统不依赖于空调导管清洁度。该装置很容易就可以安装在所需的房间里，总能允许根据需要来分配各种资源。例如，在医院病房中可以对空气进行充分的净化，而无需在集中系统中所进行的巨大投资，也无需单独的净化，或者在空调导管中保持特殊的洁净度。

这种新型的过滤方法大大优于现有的方法。下表对现有方法以及新的方法中所表现出的特性进行了对比。

	集中方法	房间专用过滤方法
			对较大颗粒的分离能力(Dp＞5μ)	＞95％	＞95％
小颗粒的分离能力(Dp＜1μ)	＜50％	＞95％
			碳氢化合物过滤	没有	＞90％
一氧化碳过滤	没有	c.70％

传统集中方法的穿透性比新过滤方法要差；集中方法一般情况下没有任何气体过滤。但是，如果在集中系统中制造一种具有相应效率的过滤装置，那么它需要下列的空间和特性：

拥有200个房间的建筑，每一间气流301/s，总气流6立方米/秒	集中方法	房间专用方法
			悬浮物过滤器	12个高效微粒空气过滤器，尺寸610×610×300mm，全部正面面积4.5平方米，压强下降150Pa	每一个过滤器尺寸400×500×150mm(形状可变)压强下降＜20Pa
吸附剂过滤器	正面面积12平方米，深0.15米压强下降500Pa	每一个过滤器尺寸400×500×150mm(形状可变)压强下降小于20Pa
			光催化剂	体积60m3形状可改变	体积0.3m3形状可改变

这样可以预料，在现在的集中系统上安装附加的过滤器，会大大增加空间需求。而且，相比房间专用的较低压降的过滤器，附加的过滤器会导致c.600Pa的压强下降。这意味着必须用功率更强的风扇，即更大的风扇，来代替现有的风扇。同时，能量消耗和噪音水平会增加，这是供气制冷所需的。

在电驱动过滤器中，使用的是高电压(8千伏左右)。但是电流却很小，所以功率消耗保持在几瓦特。

和那些没有连接到空调系统上的房间专用的净化装置相比，有效的过滤器元件，以及所有被机械传送进入的供气都是过滤的，这两个因素导致净化效率明显改进。噪音水平也明显降低，因为过滤器运行时不使用风扇，实际上降低了在空调导管中气流的背景噪音。

下面结合附图和实施例来对本发明作详细描述。

图1示意性的给出了根据现有技术的一种解决方案。

图2示意性的给出了根据本发明的一种解决方案。

图3图示性的给出了作为微粒尺寸的函数的一种静电过滤器的净化效率。

图4给出了一种两级静电净化器构造的侧视示意图。

图5给出了带电纤维过滤器构造的侧视示意图。

图6图示性的给出了作微粒尺寸的函数的带电纤维净化效果。

图7给出了电介体过滤器构造的局部图。

图8图示性的给出了作为微粒尺寸的函数的驻极体过滤器的净化率。

根据图1，在已知的空调解决方案中，过滤器1位于空调系统供气一边的中央，例如，位于供气风扇2的前面。尽管通过供气阀4进入房间5的空气因此而提前被净化，但是多个空调导管3上面的杂质也因此不加过滤的传入房间中。空气通过排气阀6排出，如果必要，由排气风扇7辅助进行排气。

根据图2的本发明，至少有三级过滤单元20被安装于房间的供气阀里面，该单元包括一个微粒过滤器，最好使用一种带电悬浮物过滤器8，一个吸附剂过滤器9，例如，活性炭过滤器，和一个终端过滤器，例如，一个光催化过滤器10。该过滤器单元的部件8、9、10，被设计成使它们产生尽可能最小的压强下降。而且，单元20的制作尽量简单，以使其可被安装于供气阀4中。根据本发明，微粒过滤器8和活性炭过滤器9的位置可以互换。

在微粒过滤器8中，借助于高压电晕放电而使微粒带电，以及利用电动力进行收集，其分离能力得到加强。因此，该装置也能对小微粒(微粒尺寸小于1微米)进行极好的过滤，这些微粒对健康有害，但中央机械中现在使用的悬浮物过滤器对其进行分离的效果很差。使用电动力使得压强下降不必过多，分离能力就能得到加强。

吸附剂过滤器9可以除去普通的VOCs(挥发性有机化合物)、臭味，以及臭氧。该过滤器必须定期更换。该过滤器一般有蜂巢型结构，该结构和其它的结构一起，在FI专利103641和104154专利中予以披露。由于该蜂巢型结构，与现有相应的吸附剂过滤器相比，其压强下降极小。

终端过滤器10从空气中除去这些杂质，而传统的吸附剂过滤器对此没有效果。这些杂质包括一氧化碳和二氧化氮。

以下，对带电悬浮物过滤器8的不同的可替代方案进行考察。

带电悬浮物过滤器8的主要优点是对微小颗粒的过滤效果非常好，并且气流阻碍小。带电过滤器的效用是基于将电动力施加到带电荷尘土颗粒上。净化效率依据尘土颗粒的大小、气流速率、净化器的尺寸、电晕放电电流，以及收集电压。

图4给出了一种类型带电过滤器，金属板13和金属丝12产生电晕放电，借助于该电晕放电，进入气流11中的杂质微粒产生带电电荷。带电电荷微粒附着到带电金属板14上，这样就将较大的微粒从流出气流15中有效的除去。

图3给出了根据图4装置的净化效率，其是微粒尺寸的一个函数。不同的曲线还显示气流速率的效果。从曲线中可以看出，气流越慢，净化效果越充分。另一方面，随着气流速率的增加，较大微粒的相对净化效率就会增加。

图5给出了带电纤维过滤器。在电晕装置12和13的例子中，方法与图4的相应。在图5的方法中，使用了纤维或者多孔渗水物质20，其中在正电位16和阴极电负电位17之间形成强大的定向电场。这是借助于扁平板电极实现的，其中电位16和17交替，它们位于多个过滤器单元21之间。显然，该方法的操作非常重要，因为在电位16和17表面之间的电压差异很大，一般都有几千到几万伏特的差值。这样，为了获得该目标，两个电位自然都能高于或者相应低于接地电压。在不存在电晕放电装置12和13的情况下，该方法仍然可行，但是如果存在电晕放电装置净化效果会更佳。在采用纤维过滤器方法下，电场对尺寸小于1微米的颗粒的过滤得到特别的改善。

图6给出了作为单个纤维过滤器、带电纤维过滤器，和配有电晕放电装置的纤维过滤器的颗粒尺寸函数的净化效率。从图中可以看出，配备有带电过滤和电晕放电的过滤器的净化效率几乎是100％。

图7给出了驻极体过滤器构造的示意图。驻极体过滤器基于多个纤维18，其具有永久极性电荷。这样每一个纤维都具有带正或者负电的区域。所以该带电过滤器结构不需要外部电压源。

图8给出了这种类型的过滤器的过滤效率，它是微粒尺寸的函数。该图形显示出不同过滤器构造的多条单独曲线，其中极性电荷已经被移去，其中有一些被极化带电的纤维，图形还显示了通过电晕放电装置在尘土微粒中感应电荷的方案。

终端过滤器10就是为了除去气态杂质，例如一氧化碳和二氧化氮。过滤器10可包括，例如，一个光催化过滤器或者一个浸渍吸附剂过滤器。就流动技术而言，该过滤器的构造可能与过滤器20的其他部分相同。光催化过滤器是基于使用紫外线和一个合适的催化表面净化气体。一种实用的催化物质是二氧化钛(TiO2)。在过滤器上形成几微米厚的二氧化钛层。二氧化钛层可能会通过将一衬底浸入二氧化钛中形成(浸涂)，或者通过溶胶凝胶方式形成二氧化钛，或者还可以通过金属薄膜生长的方式形成。紫外光使进入的湿气和气体形成OH原子团(羟基原子团)，这些原子团能够杀死细菌和其他微生物。而且，这些羟基原子团激活二氧化钛，使其作用催化剂，随之将气态杂质催化形成无害物质。例如，一氧化碳被催化转换成水和二氧化碳。

终端过滤器也可能是一个浸渍吸附剂过滤器，该过滤器能够将气态杂质从空气中除去，而吸附剂过滤器不足以将这种杂质除去。

过滤器中紫外光的能量可以通过多个镜子例如铝表面来增强。光源可以相对随意的安装在过滤器中，但是，一般情况下安装在过滤器前端按照气流的方向。光源和催化表面间的距离可以是，例如，3到5厘米。

过滤器装置也能够配置一个旁路过滤器，通过它来自于房间中的空气杂质，例如烹饪饭菜或者抽烟的烟，都可以在需要时除去。旁路气流既可以通过使用单独的旋转选择器开关形成，也可以通过使用烟尘或者气味探测器来自动形成。空调机2产生的气流可以用来形成旁路气流。

以下给出了一个用于依据本发明的方案的尺寸的例子。

一栋建筑，其中有200个房间，每一间的气流是30升/秒，形成总量达6立方米/秒的气流。

微粒过滤器8的尺寸是400×500×150立方毫米。过滤器的形状可以改变，体积是最重要的尺寸因素。每一个过滤器的压强下降是10Pa。吸附剂过滤器9的尺寸是400×500×150立方毫米(形状可以改变)。该过滤器中的压强下降一般小于20Pa。光催化过滤器20的体积一般是0.3立方米，该过滤器的形状可以改变。

根据本发明的优先实施例，过滤器单元可构造成很紧凑，从而可以容易的安装在供气阀4中。阀的安装应尽可能气密，以获得有效的空气净化。过滤器装置20一般是一种随时可以安装的单元，配有用于紫外线灯的电流源，还有用于高压过滤器的必备装置。可以通过转换器和/或开关模式的电源产生高电压。这样，过滤器装置20优选是一个可以从商店购买的模块，它能够使房间5的居住者通过将所述装置机械连接到墙壁上并将插头和墙上的插座相连而自行将其安装。

Claims (14)

1.一种用于空调系统的过滤系统，该空调系统包括：

至少一个风扇(2)，用于产生气流，

连接到风扇(2)上的多个导管(3)，用于向上引导气流，和

多个供气阀(4)，其位于多个导管(3)的末端，用于将气流引导到房间(5)中，

其特征在于：

有至少分两级的过滤单元(20)，依次包括：

带电悬浮物过滤器(8)，

吸附剂过滤器(9)，

如果还需要终端过滤器，它可以是例如与至少一个供气阀(4)相连的光催化过滤器(10)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：带电悬浮物过滤器(8)包括在尘土微粒中感应电荷的装置(12，13)。

3.根据权利要求1或者2所述的系统，其特征是：带电悬浮物过滤器(8)包括收集器装置(14，16，17)，用于借助电动力收集带电电荷尘土微粒。

4.根据任何一项上述权利要求的系统，其特征是：吸附剂过滤器(9)是活性炭过滤器。

5.根据任何一项上述权利要求所述的系统，其特征是：光催化过滤器(10)包括紫外线源和二氧化钛催化结构。

6.根据任何一项上述权利要求所述的系统，其特征是：光催化过滤器(10)是沿着气流方向的最后的过滤器装置。

7.根据任何一项上述权利要求所述的系统，其特征是：在过滤器装置(20)中有旁路导管，用于在必要情况下将房间内的空气导引入过滤器装置。

8.一种用于空调系统的过滤方法，该方法中

气流通过多个导管(3)形成于房间(5)中，

其特征在于：

到达房间(5)中的气流在房间中至少被两级过滤

即借助于带电悬浮物过滤器(8)，

借助于吸附剂过滤器(9)，和

如果必要，借助于终端过滤器(10)。

9.根据权利要求7的方法，其特征是：在带电悬浮物过滤器(8)中，在尘土微粒中感应带电电荷。

10.根据权利要求7或者8的方法，其特征是：借助于电动力，收集带电的尘土微粒。

11.根据任何一项上述权利要求所述的方法，其特征是：采用活性炭过滤器作为吸附剂过滤器(9)。

12.根据任何一项上述权利要求所述的方法，其特征是：紫外光源被用于光催化过滤器(10)中，而且二氧化钛被用作催化剂结构。

13.根据任何一项上述权利要求所述的方法，其特征是：光催化过滤器(10)被设置为沿气流方向的最终过滤器装置。

14.根据任何一项上述权利要求所述的系统，其特征是：房间空气借助于旁路导管被导引到过滤器装置(20)以进行过滤。

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