CN1916514A - 改善建筑物内或密闭空间内的空气质量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善密闭空间内空气质量的方法和设备。所述设备提供至少三个分子筛，所述分子筛包含有沸石，以对空气进行处理而除去毒害物质，比如悬浮颗粒物、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、细菌、甲醛、全部挥发性有机化合物、氡、臭氧、有毒霉菌以及产生气味的有机化合物。所述设备以这样的方式使用筛子，使得其中一个筛子被锁闭而保持住空气，使空气在其内大体上静止不动不低于2秒的时段，从而使沸石能够分解化合物以及释放出自然元素个体。

Description

改善建筑物内或密闭空间内的空气质量的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于改善密闭空间内的空气质量的方法和设备，特别地，但不是完全必须地，涉及一种用于改善住宅空气质量的独立式装置，所述住宅比如房间、套房或类似居室。然而，本发明还适用于交通工具，比如飞机、火车、公共汽车、轿车等。
背景技术
在大多城市环境中，大气中的空气质量正在下降。所述空气质量的下降也同样发生在建筑物内，在有些情况下，甚至更加恶化。在密闭建筑物内抽烟，不仅有害于被动吸烟者，而且还导致氧含量的下降以及使除尼古丁或焦油以外的一般杂物进入到空气中。
空气质量的下降不仅是由于氧含量的下降，而且还是由于一些潜在性有害组分或污染物的相应上升。这些包括悬浮颗粒物、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、细菌、甲醛、全部挥发性有机化合物(TVOC)、臭氧、氡、有毒霉菌、氨、二氧化硫以及产生气味的有机化合物。
控制房间内空气的传统方式采用了用于温度控制的空调系统，还一体性或单独地采用了旨在除去较大颗粒物质的空气过滤机组。尽管空调机组可设置有一些过滤装置，但是这些过滤器大体上是一种事后的弥补(after-thought)，仅仅阻止粗颗粒通过空调系统。不管怎样地，这些过滤器大体上是位于整个建筑物中的每一个空气入口或出口之处的静态过滤器，并且会很快地堵塞上颗粒物质。这需要进行经常性维护，以清洁和更换过滤器。不能这么做的话，会快速地使过滤器变成有害有机体的滋生地，而起不到企图改善空气质量的作用。
对于家用器具的情况，使用HEPA过滤器的单独式空气过滤机组也同样公知。然而，这些机组仅仅旨在对颗粒物质进行过滤而已，并未改善或改变经过过滤器的空气的组成。
其他设备则仅仅试图在一个受控的及极其局域化的环境中，通过诸如氧通风器这样的设备改善空气质量。这样的通风器设置有为单个使用者改善空气质量的面罩或类似部件。然而，这样的通风器通常不适合或不适于用在一个较大的环境中，比如套房或类似居室。
在国际专利申请第WO 02/12796号公布中，描述了一种改善室内空气质量的解决方案。该设备通常旨在对整个建筑物内的空气进行处理，尽管该设备原则上也适用于单个房间这样的环境。然而，特别地，当属于家用器具的情形时，费用问题极为重要，而可能要求设备具有一定的简易性。此外，重要的一点在于，尽可能低地减少设备维护和服务的需要，使其处于普通家庭使用者、而不是一个有经验的服务技术人员的范围和能力之内。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于改善密闭空间内的空气质量的方法和设备，通过提供一种维护要求简易、适于用作家用器具的简易型设备，所述方法和设备克服了现有技术中的某些缺点。本发明的至少一个目的在于为公众提供一种有益的选择。
因此，在第一方面，可概括地将本发明叙述成一种改善密闭空间内空气质量的方法，包括以下步骤：
从所述密闭空间内抽吸空气；
使所述抽吸的空气经过至少一个第一过滤器，以除去至少一些颗粒物；
将经过滤的空气引到一个包含有沸石物质的第一分子筛，同时，将原先位于所述第一分子筛内的空气引到一个第二分子筛上，将原先位于所述第二分子筛内的空气引到一个出口上，并且同时地，使空气在第三分子筛内保持静止不动不低于2秒的时段；
在所述第三筛子的所述不低于2秒的保持阶段之后，将经过滤的空气引到所述第二分子筛上，同时使原先位于所述第二筛子内的空气流到所述第三筛子上，使原先位于所述第三筛子内的空气流到所述出口上，并且，使空气保持在所述第一筛子内不低于2秒的时段；
在所述第一筛子的所述不低于2秒的保持阶段之后，将经过滤的空气引到所述第三分子筛上，同时使原先位于所述第三筛子内的空气流到所述第一筛子上，使原先位于所述第一筛子内的空气流到所述出口上，并且，使空气保持在所述第二筛子内不低于2秒的时段；
从而，所述设备可提供一种大体上连续的操作，其中所述操作包括将空气保持在每一个筛子内的时段。
优选地，所述方法包括2到10秒之间的保持时段。
更加优选地，所述方法包括3到5秒之间的保持时段。
最为优选地，所述方法包括3.5到4.5秒之间的保持时段。
相应地，在第二方面，可概括地将本发明叙述成一种用于改善密闭空间内的空气质量的设备，包括：
通过一个空气入口从所述密闭空间内抽吸空气的空气驱动装置；
至少一个连接到所述入口以除去至少一些颗粒物的第一过滤器；
至少三个分子筛，其中所述分子筛包含有沸石物质并且在所述第一过滤器和一个出口之间彼此并行连接；
数个阀，其中所述阀将气流从所述第一过滤器引到所述三个筛子中的其中任何一个上，还将所述气流从所述筛子引到所述出口上，以及在所述筛子之间引导所述气流；
控制装置，其中所述控制装置控制所述数个阀，这样，可以将来自所述第一过滤器的空气引到一个第一筛子上，可以将来自所述第一筛子内的空气引到一个第二筛子上，可以将来自所述第二筛子内的空气引到所述出口上，而且，可以同时地使位于一个第三筛子内的空气保持不低于2秒的时段，随后，控制所述阀，使得每一筛子历经(progressesthrough)这些阶段，即接受来自所述第一过滤器的空气，保持所述空气不低于2秒的时段，接着，在被连接到一个出口上的同时，接来来自另一个筛子的空气。
优选地，所述控制装置确保保持时段在2到10秒之间。
更加优选地，所述控制装置确保保持时段在3到5秒之间。
最为优选地，所述控制装置确保保持时段在3.5到4.5秒之间。
优选地，所述设备包括一个独立式机组；
供选择地，所述设备结合在一个可供选择的空气流动或调节设备内。
优选地，所述分子筛在大于大气压的压力下进行操作。
优选地，所述设备进一步包括一个感应所述第一过滤器的性能的传感装置、以及一个当性能退化超过预定极限时向使用者报警的指示装置。
在通读以下的说明部分之后，对所属领域的技术人员而言，本发明的其他方面会变得显而易见。
附图说明
现在将参照以下附图，对本发明的优选实施方式进行描述，其中所述附图为：
图1示出了本发明优选实施方式的设备组成部分的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种改善封闭空间内的空气质量的方法和设备，其中所述封闭空间包括交通运输工具，例如飞机、火车等。参看附图，图中示出了改善空气质量的设备的第一实施方式。该图示出了设备的一部分，该设备可结合在建筑物的空气循环系统内而起作用(to act)或者设置成一个位于单个房间中或任何其他受控环境中的独立机组。虽然是针对独立式家用器具对优选实施方式进行描述，但是所述设备还可包括在现有的空气处理、流动或调节设备中。例如，所述设备可结合到空调机组或与空调单元连接，该空调机组用于空气温度的特定控制。
为了力图对封闭空间内的空气进行更好的处理或更换，本发明将以沸石(zeolites)用作空气的减弱剂。国际专利申请第WO 02/12796号公布揭示了这样的设备，该揭露引用于此，以做参考。
尽管应可理解，如需要时，显示在图1中的设备可用作安装在空调系统中的较大机组，但是所述设备仍然预期作为一种家用器具。因而，装置的简单性以及维护的便易性相当重要。
参看图1，图中显示了所述器具。在鼓风机、叶轮机或其他空气驱动装置(未示出)的作用下，被污染的空气或至少抽自封闭空间内的空气被抽入到机组内，使空气流动经过所述设备。
首先，抽吸空气使其经过一个或多个颗粒预过滤器，比如三个阶段过滤器2、3和4，即如图所示的粗尘过滤器、细尘过滤器和HEPA过滤器。如本领域中所能理解的，按顺序布置所述过滤器，使得较细的过滤器跟随在较粗的过滤器之后，诸如此类。所述这些过滤器的目的在于尽可能多地从空气流中除去颗粒。而后续设备则旨在作用于作为空气流的组成成分的化合物、以及进入备选的后续空气压缩机及分子筛(molecularsieves)内的对操作性能不利的颗粒物质。
尽管该设备采用了三阶段过滤，但是当设置有一些防止所述物质接触筛子的颗粒预过滤装置时，也可采用其他可供选择的数量。
还可使空气经过备选的压缩机5，而且，如果设置有所述压缩机，则还可使空气经过冷却机组6，以调节空气温度。类似地，可加热空气，或者在处理之前或之后，以其他方法改变空气使其达到所想要的温度范围。
接着，使空气流到分子筛，如图1所示。所述设备包含至少三个包含有沸石物质的筛子7、8和9。通常，对于用于达到90平方米的空间的小型家用器具，每一个筛子可包含的沸石物质在0.5到1千克之间。在优选的实施方式中，将大概2.2千克的物质均匀放置在三个筛子之上。
应注意到，在即将进行描述的方式中，设置有最少三个用于操作的筛子。很显然，根据对操作所进行的控制，可采用更大的数量，以用于不同的空间体积。
筛子7、8和9在入口10和出口20之间并行地连接，其中，空气首先通过所述入口10抽入，洁净的空气可以通过所述出口20排出。
每一个筛子通过受控阀11、12、13单独地连接到入口并通过受控阀14、15、16单独地连接到出口。而且，每一个筛子通过导管22互相连接。还设置有与导管22结合的调节器17，以降低压力并抽吸一些通过导管的空气到传感器及控制电路，如后面所述。
控制装置18控制阀及调节器的操作以获得需要的处理顺序。
控制装置18的操作首先使空气流入其中一个筛子内，比如第一筛子7。应可理解，随着空气流入筛子，包含在筛子内的空气被置换。同时，该空气被引导到第二筛子8。事实上，游离O2和游离N2比其他组分更快地流过沸石介质，因此，第一筛子内的空气混合有一些流动更快的氧和游离氮、而进入到第二筛子内。同时，第二筛子内的空气排向出口20。在整个所述阶段中，锁闭第三筛子9，以保持其内的空气基本上不动。
在一段指定的、使空气在第三筛子9内保持不动的保持时间之后，对阀和调节器进行控制，使空气再次流动。在该阶段中，关闭阀11和13，并且打开阀12，这样，输入的空气被引入第二筛子8内。通过打开阀16，筛子8内的空气被引向本身连接到出口的第三筛子9。在该阶段的整个过程中，锁闭第一筛子，以使空气保持于其内。
在操作的第三阶段中，通过关闭阀11和12，引导输入的空气使其经过阀13，使空气从筛子9流入筛子7，而筛子8则锁闭。
因而，可看到形成了连续的循环，其中所述循环包括一个使空气和污染物保持在沸石介质中的期间。
为了提供一种家用器具或其他装置，优选地，使对分子筛进行清洁、更换、或者其他会中断分子筛的操作的任何需要达到最低。筛子的完整性相当重要，这样的维护将超出普通家庭使用者的能力，或者，在其他装置中，甚至将需要继续操作的服务合约或类似合约。
为了确保对经过筛子的空气进行彻底的处理，使得在处理之后没有残余物积聚在分子筛中或者作为有害污染物排出，将空气在每一筛子中的保持时间设定为最小2秒和最大10秒，以获得一个经过设备的适当的流动速率。优选地，保持时间在3到5秒的范围内，或更优选地，在3.5秒到4.5秒之间。可以采用大约4秒的保持时间。
通过提供这么一种保持，沸石介质具有作用于留存于其内的相对静止不动的化合物的机会。利用介质内的电子场和范德华力(van der Vaalsforces)，可发生催化作用，以断开污染化合物中的价键。通过确保充足的保持时间，不但氧从更加复杂的化合物及污染物如CO和CO2中释放出来，而且每一种污染物可断裂分解成简单成分。在筛子由排自另一个筛子的空气从顶部进行冲刷的后续阶段中，所有组分，包括碳，可以从介质中释放出来。碳倾向于以碳簇(carbon clusters)形式释放，比如C66，其中C66自身为一种相对无害的物质且是自然环境的一部分，所述碳将从设备中排出并且以尘埃形式落到地板上。通过在周围区域对地板进行真空吸尘或以其他方法进行清洁，将最终消除所述碳，或者使所述碳重新循环而经过设备，而将其截留在预过滤器中。
排出这些碳和其他物质的优点在于，每一次使用后，筛子自身只留有少许所述物质或什么都没有留下。
此外，由于沸石已经通过吸附过程而断开例如NO和NO2的分子键，因此该处理排出组成空气的一个自然部分的氮。吸附过程对确保分子筛中没有聚集物也同样重要。当空气从入口首先被引到筛子上时，即发生吸附。沸石物质通过其物质而截获氮化合物，而元素之间的键则在保持期间得以断开。当打开位于从筛子到出口处的阀并且使从初始通道经过其他备用筛子的空气流入到筛子时，排出更小的无害化合物。这与传统型过滤器相反，其中传统型过滤器吸收现有形式的有害物质并且保持这些有害物质直到对过滤器进行清洁或更换为止。
在试验阶段中，即便在十二个月的大规模运转阶段之后，对筛子进行检验，筛子内并没有显著地积聚污染物。此外，筛子的操作性能也没有显著下降。
因此，以这样的方式进行控制的设备可继续在家庭或其他场所中运行，在一段相当长的一段时间内、有可能在设备自身的设计使用期限中，无需对筛子进行任何维护。
再次参看图1，还可看到设备中设置有一个传感及控制电路。该电路可用来感应特性，比如压力、有可能是颗粒过滤器下游的压力。与筛子不同，与任何类似的过滤设备一样，颗粒预过滤器确实会随着时间而堵塞上颗粒物质并且可能需要进行清洁或更换。然而，当预过滤器为尘埃过滤器时，其易于清洗，或者当预过滤器为HEPA过滤器时，其易于更换，这在器具购买者的预料之中。
在该优选实施方式中，传感装置18旨在感应压力或类似参数，以确定操作性能或经过过滤器的流量是否充分降低，从而指示出需要对那些过滤器进行维护。传感装置可连接到控制电路和指示装置(未示出)上，从而使得装置上的发光元件或类似元件发光。指示时还可以伴随着设备的停机，立即停机或者只有当操作性能进一步下降到太多的颗粒物质穿过过滤器而进入到筛子的时刻时才停机。这保护了筛子，同时还确保使用者注意到需要对预过滤器进行维护。
除了感应和控制压力或流动速率之外，传感及控制电路还可附加地、或供选择地响应其他参数而对设备进行感应和控制。例如，可监控机器温度以检查功能方面的差错或者组件比如冷却机组和压缩机的故障。而且，可以通过感应氧的百分比及当所述百分比降到限值如80％或更大以下时提供一个警报，来检查在由调节器17抽吸通过导管22的过程中、从一个筛子流到另一个筛子的空气的质量。优选地，将警报的所述限值设定在大约82％。而且，如果氧百分比继续降到一个更低的限值以下时，控制电路可以停止设备1的运行。所述更低的限值可在70和80％之间，优选为大约72％。
排放端上可包括一个备选的吸声器，以减少从设备上发出噪音。
因此，可看出所述设备可提供改善的室内空气质量，同时将维护的需要最少化到仅仅维护颗粒过滤器即可。传感及指示装置以及控制机构可以包括在那些过滤器上，以确保它们同样得到维护。
所述方法和设备对室内空气质量进行控制，其中所述控制至少除去或减少世界卫生组织提出并得到世界公认的、成为与室内空气质量相关的主要问题的九项污染物，使得所述室内空气质量达到人类居住的可接受级别。所述污染物为：悬浮颗粒物、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、细菌、甲醛、全部挥发性有机化合物、氡和臭氧。
已经针对优选实施方式大体上对本发明进行了描述，其中所述优选实施方式不应当视为对本发明范围的限制。整个说明书所提到的具体整体视为适宜时可结合公知的等同物。

Claims (12)

1、一种改善密闭空间内空气质量的方法，包括以下步骤：
从所述密闭空间内抽吸空气；
使所述抽吸的空气经过至少一个第一过滤器，以除去至少一些颗粒物；
将经过滤的空气引到一个包含有沸石物质的第一分子筛，同时，将原先位于所述第一分子筛内的空气引到一个第二分子筛上，将原先位于所述第二分子筛内的空气引到一个出口上，并且同时地，使空气在第三分子筛内保持静止不动不低于2秒的时段；
在所述第三筛子的所述不低于2秒的保持阶段之后，将经过滤的空气引到所述第二分子筛上，同时使原先位于所述第二筛子内的空气流到所述第三筛子上，使原先位于所述第三筛子内的空气流到所述出口上，并且，使空气保持在所述第一筛子内不低于2秒的时段；
在所述第一筛子的所述不低于2秒的保持阶段之后，将经过滤的空气引到所述第三分子筛上，同时使原先位于所述第三筛子内的空气流到所述第一筛子上，使原先位于所述第一筛子内的空气流到所述出口上，并且，使空气保持在所述第二筛子内不低于2秒的时段；
从而，所述设备可提供一种大体上连续的操作，其中所述操作包括一个将空气保持在每一筛子内的时段。
2、如权利要求1所述的改善密闭空间内空气质量的方法，其特征在于，所述方法包括一个2到10秒之间的保持时段。
3、如权利要求2所述的改善密闭空间内空气质量的方法，其特征在于，所述方法包括一个3到5秒之间的保持时段。
4、如权利要求3所述的改善密闭空间内空气质量的方法，其特征在于，所述方法包括一个3.5到4.5秒之间的保持时段。
5、一种用于改善密闭空间内的空气质量的设备，包括：
通过一个空气入口从所述密闭空间内抽吸空气的空气驱动装置；
至少一个连接到所述入口以除去至少一些颗粒物的第一过滤器；
至少三个分子筛，其中所述分子筛包含有沸石物质并且在所述第一过滤器和一个出口之间彼此并行连接；
数个阀，其中所述阀将气流从所述第一过滤器引到所述三个筛子中的其中任一个上，还将所述气流从所述筛子引到所述出口上，以及在所述筛子之间引导所述气流；
控制装置，其中所述控制装置控制所述数个阀，这样，可以将来自所述第一过滤器的空气引到一个第一筛子上，可以将来自所述第一筛子内的空气引到一个第二筛子上，可以将来自所述第二筛子内的空气引到所述出口上，而且，可以同时地使位于一个第三筛子内的空气保持不低于2秒的时段，随后，控制所述阀，使得每一筛子历经这些阶段，即接受来自所述第一过滤器的空气，保持所述空气不低于2秒的时段，接着，在被连接到一个出口上的同时，接受来自另一个筛子的空气。
6、如权利要求5所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述控制装置确保保持时段在2到10秒之间。
7、如权利要求6所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述控制装置确保保持时段在3到5秒之间。
8、如权利要求7所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述控制装置确保保持时段在3.5到4.5秒之间。
9、如权利要求1所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述设备包括一个独立式机组。
10、如权利要求1所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述设备结合在一个可供选择的空气流动或调节设备内。
11、如权利要求1所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述分子筛在大于大气压的压力下进行操作。
12、如权利要求1所述的改善密闭空间内空气质量的设备，其特征在于，所述设备进一步包括一个感应所述第一过滤器的性能的传感装置、以及一个当所述性能退化超过预定极限时向使用者报警的指示装置。
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