Интеллектуальная очистка воздуха - RU2664231C1
Код документа: RU2664231C1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству очистки воздуха для очистки воздуха в целевом пространстве, внешнем по отношению к устройству, содержащему по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ для удаления загрязняющего вещества из воздуха и систему направленных отверстий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Качество воздуха имеет большое значение в современном обществе. Увеличение уровней загрязняющих веществ связано с ростом числа респираторных заболеваний, таких как астма и аллергии. Это обусловило повышенные требования к управлению качеством воздуха там, где это возможно, например, в закрытых средах, таких как комнаты, офисные помещения и т.п., для уменьшения опасности того, что обитатели таких закрытых сред будут подвергаться воздействию загрязняющих веществ, таких как частицы пыльцы, частицы сажи и т.д., которые могут вызывать расстройство дыхания.
Эти требования привели к увеличению распространенности устройств очистки воздуха, которые могли бы быть развернуты в таких закрытых средах для улавливания потенциально опасных загрязняющих веществ, например, частиц пыли, частиц пыльцы, газов, запахов и т.д., с использованием одного или нескольких устройств улавливания загрязняющих веществ, например, фильтров, каталитических преобразователей, устройств электростатического осаждения и т.д. Упомянутые один или несколько фильтров могут включать в себя воздушные фильтры, такие как угольные фильтры, HEPA-фильтры, фильтры запахов, антибактериальные фильтры и т.п. Каталитические преобразователи могут быть использованы для разложения газообразных загрязняющих веществ на меньшие молекулы, например, H2O и CO2. Устройства электростатического осаждения могут быть использованы для удаления заряженных частиц посредством пластин-сборников. Также известны другие технологии удаления загрязняющих веществ, используемые в таких очистителях.
Однако, для поддержания здоровой атмосферы в таких закрытых средах, устройству очистки воздуха может потребоваться перемещать относительно большие объемы воздуха, в частности, если устройство очистки воздуха детектировало встроенным датчиком загрязняющих веществ повышенный уровень важного загрязняющего вещества. Эта операция обычно связана с повышенными уровнями шума и заметными воздушными потоками, т.е. ветром, исходящим от устройства очистки воздуха, который может ощущаться как неприятный обитателями закрытой среды, в которой работает устройство очистки воздуха. Кроме того, энергопотребление, связанное с такой операцией, может быть нежелательным с точки зрения энергетического коэффициента полезного действия (КПД).
Эти недостатки привели к появлению устройств очистки воздуха, которые нацелены на конкретные области внутри закрытой среды, т.е. области, в которых детектировано присутствие объекта, например, человека, для создания микросреды в этой области. Например, заявка на патент Японии № 2006/314365 A раскрывает кондиционер, содержащий корпус, включающий в себя воздуходувку, управляемую контроллером, который управляет работой воздуходувки в качестве реакции на сигнал объектного датчика, для управления объемом воздуха, доставляемым в конкретную область перед корпусом. Заявка на патент США № 2014/260692 A1 раскрывает систему для определения внутренних уровней загрязняющих веществ в воздухе независимо от внешних уровней загрязняющих веществ, которая содержит систему контроля загрязняющих веществ в воздухе, имеющую датчики для восприятия загрязняющих веществ в воздухе/ параметров воздуха, для определения уровней загрязняющих веществ во внутреннем воздухе. Заявка на патент США № 2003/206839 A1 раскрывает кондиционер-транспортер для удаления частиц из воздуха, который имеет генератор ионов, который создает воздушный поток между впускным отверстием и выпускным отверстием, и бактерицидную лампу, воздействующую на воздушный поток бактерицидным излучением. Такое устройство очистки воздуха является более эффективным, поскольку оно обычно активируется только тогда, когда в целевой области детектируется объект. Однако такое устройство очистки воздуха может все же доставлять излишний воздух к объекту.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства очистки воздуха, выполненного с возможностью более избирательно доставлять очищенный воздух в целевую область.
Согласно одному аспекту, обеспечено устройство очистки воздуха для очистки воздуха в целевом пространстве, внешнем по отношению к этому устройству, содержащее по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ для удаления загрязняющего вещества из воздуха, имеющую соединение по текучей среде с главным отверстием и системой направленных отверстий, содержащей направленное впускное отверстие для всасывания воздуха в устройство очистки воздуха из некоторой области целевого пространства в целевом направлении направленного впускного отверстия; и направленное выпускное отверстие для выпуска воздуха в дополнительном целевом направлении по направлению к упомянутой области; устройство перемещения воздуха, выполненное с возможностью перемещения воздуха из направленного впускного отверстия к главному отверстию в первой конфигурации, и перемещения воздуха из главного отверстия к направленному выпускному отверстию через упомянутую по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ во второй конфигурации, причем устройство перемещения воздуха реагирует на сигнал контроллера; датчик, выполненный с возможностью определения концентрации загрязняющего вещества в воздухе в упомянутой области, когда устройство перемещения воздуха находится в первой ориентации, причем контроллер реагирует на сигнал датчика и выполнен с возможностью переключения устройства перемещения воздуха из первой конфигурации во вторую конфигурацию при превышении концентрацией загрязняющего вещества заданного порога концентрации загрязняющего вещества.
Устройство очистки воздуха согласно вариантам осуществления настоящего изобретения интеллектуально доставляет очищенный воздух к целевой области, например, области, включающей в себя объект, например, человека, на основе детектирования уровней загрязняющих веществ в воздухе, всасываемом из целевой области. Таким образом, направленный воздушный поток в направлении целевой области может воздействовать только на объект, находящийся в целевой области, когда уровни загрязняющих веществ превышают заданный порог, что улучшает эффективность устройства очистки воздуха и уменьшает сферу распространения ощущаемого человеком дискомфорта от направленного воздушного потока.
Предпочтительно, устройство очистки воздуха дополнительно содержит датчик близости для детектирования человека в упомянутой области, причем контроллер дополнительно реагирует на сигнал датчика близости. Это, например, обеспечивает преимущество, состоящее в том, что активация второй конфигурации имеет место только тогда, когда человек детектируется в целевой области, что дополнительно улучшает энергетический КПД устройства очистки воздуха.
Контроллер может быть выполнен с возможностью переключения устройства перемещения воздуха из конфигурации режима ожидания в первую конфигурацию при детектировании входа человека в упомянутую область датчиком близости; и/или переключения устройства перемещения воздуха из первой конфигурации в конфигурацию режима ожидания при детектировании покидания человеком упомянутой области датчиком близости, для дополнительного улучшения энергетического КПД устройства очистки воздуха.
В одном варианте осуществления, по меньшей мере одно из целевого направления и дополнительного целевого направления является настраиваемым. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что направленное впускное отверстие и/или направленное выпускное отверстие может следовать за человеком, например, когда человек перемещается в другую область внутри целевого пространства. Целевое направление направленного впускного отверстия и/или направленного выпускного отверстия может быть настраиваемым вручную. Альтернативно, устройство очистки воздуха может дополнительно содержать детектор движения, причем контроллер выполнен с возможностью настройки по меньшей мере одного из упомянутого целевого направления и упомянутого дополнительного целевого направления в качестве реакции на сигнал детектора движения, что обеспечивает преимущество, состоящее в том, что человеку не нужно помнить о настройке направленного впускного отверстия и/или направленного выпускного отверстия при перемещении в другую область внутри целевого пространства.
Область входа направленного впускного отверстия может быть меньшей, чем область выхода направленного выпускного отверстия. Это обеспечивает то, что скорость воздуха в области выхода является относительно низкой, т.е. более низкой, чем скорость воздуха в области входа, что уменьшает ощущаемую тягу воздуха, исходящего от устройства очистки воздуха.
Направленное впускное отверстие и направленное выпускное отверстие могут быть пространственно разделенными, что обеспечивает преимущество, состоящее в том, что направленное впускное отверстие может быть нацелено на другую мишень внутри области, например мишень, находящуюся ниже носа или рта человека, в то время как направленное выпускное отверстие может быть выполнено с возможностью доставлять чистый воздух в объем вблизи носа или рта человека таким образом, чтобы человек вдыхал чистый воздух из этого объема. Альтернативно, направленное впускное отверстие и направленное выпускное отверстие могут совпадать.
В одном варианте осуществления, устройство перемещения воздуха выполнено с возможностью перемещения воздуха из направленного впускного отверстия к главному отверстию через упомянутую по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ в первой конфигурации. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что в этой конфигурации восприятия загрязняющих веществ воздух также очищается, что повышает эффективность удаления загрязняющих веществ устройства очистки воздуха.
Контроллер может быть выполнен с возможностью периодического переключения устройства перемещения воздуха из второй конфигурации в первую конфигурацию для определения датчиком фактической концентрации загрязняющего вещества в воздухе в упомянутой области. Таким образом, контроллер может завершить доставку очищенного воздуха в целевую область, если будет детектировано, что фактическая концентрация загрязняющего вещества упала ниже заданного порога, в результате чего предотвращается длительная ненужная работа устройства очистки воздуха во второй конфигурации.
Устройство очистки воздуха может содержать множество упомянутых систем направленных отверстий, каждая из которых нацелена на отличную область целевого пространства, причем каждая система направленных отверстий содержит клапанную систему, так что контроллер может соединять устройство перемещения воздуха с разными системами отверстий посредством управления соответствующими клапанными системами. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что устройство очистки воздуха может быть нацелено на множественные области целевого пространства.
Устройство очистки воздуха может дополнительно содержать дополнительную структуру удаления загрязняющих веществ в направленном впускном отверстии для осуществления некоторой предварительной фильтрации поступающего воздуха.
В одном варианте осуществления, устройство перемещения воздуха содержит электродную систему для генерирования ионного ветра, причем электродная система включает в себя противоположные заряжающие электроды и систему противоположных электродов, расположенную между противоположными заряжающими электродами. Такое устройство перемещения воздуха обеспечивает особенно бесшумную работу, что дополнительно уменьшает шумовое загрязнение от устройства очистки воздуха, в частности, при работе во второй конфигурации.
Контроллер может быть выполнен с возможностью реверсирования полярности противоположных заряжающих электродов между первой конфигурацией и второй конфигурацией для реверсирования направления воздушного потока через устройство очистки воздуха. Альтернативно, система противоположных электродов включает в себя первую систему противоположных электродов, выполненную с возможностью взаимодействия с первым заряжающим электродом из упомянутых противоположных заряжающих электродов, и вторую систему противоположных электродов, выполненную с возможностью взаимодействия со вторым заряжающим электродом из упомянутых противоположных заряжающих электродов, причем, необязательно, противоположные заряжающие электроды продольно смещены друг относительно друга.
Упомянутая по меньшей мере одна структура удаления загрязняющих веществ может содержать устройство электростатического осаждения для улавливания загрязняющих веществ, перемещающихся через устройство очистки воздуха.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно и посредством неограничивающих примеров со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых:
Фиг. 1 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно одному варианту осуществления в первой конфигурации;
Фиг. 2 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно одному варианту осуществления во второй конфигурации;
Фиг. 3 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно другому варианту осуществления;
Фиг. 4 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно еще одному варианту осуществления;
Фиг. 5 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно дополнительному варианту осуществления в первой конфигурации;
Фиг. 6 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно дополнительному варианту осуществления во второй конфигурации;
Фиг. 7 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно другому дополнительному варианту осуществления;
Фиг. 8 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно еще одному дополнительному варианту осуществления;
Фиг. 9 схематично показывает устройство очистки воздуха согласно еще одному дополнительному варианту осуществления; и
Фиг. 10 схематично показывает один аспект устройства очистки воздуха согласно одному варианту осуществления более подробно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Следует понимать, что фигуры являются только схематическими изображениями и приведены не в масштабе. Следует также понимать, что одинаковые ссылочные позиции на всех фигурах используются для указания на одинаковые или подобные части.
Фиг. 1 схематично показывает устройство 100 очистки воздуха согласно одному варианту осуществления в первой конфигурации, и фиг. 2 схематично показывает устройство 100 очистки воздуха согласно одному варианту осуществления во второй конфигурации. Устройство 100 очистки воздуха содержит главное отверстие 110, имеющее соединение по текучей среде с направленным впускным отверстием 112 и направленным выпускным отверстием 114, нацеленными на область 10 целевого пространства, такого как комната, офисное помещение и т.п., где размещено устройство 100 очистки воздуха. Устройство 120 перемещения воздуха, такое как вентилятор, насос и т.п. соединяет по текучей среде направленное впускное отверстие 112 и направленное выпускное отверстие 114 с главным отверстием 110. Главное отверстие 110 предпочтительно выполнено с возможностью перемещения воздуха в область целевого пространства, отличную от области 10, и из нее. Например, главное отверстие 110 может быть расположено на другой боковой поверхности устройства очистки воздуха по отношению к направленному впускному отверстию 112 и направленному выпускному отверстию 114, например, противоположно направленному впускному отверстию 112 и направленному выпускному отверстию 114.
В одном варианте осуществления, устройство 100 очистки воздуха содержит отдельные каналы текучей среды, включающие в себя первый канал текучей среды, продолжающийся между направленным впускным отверстием 112 и главным отверстием 110, и второй канал текучей среды, продолжающийся между направленным выпускным отверстием 114 и главным отверстием 110. Устройство 120 перемещения воздуха может быть выполнено с возможностью перемещения воздуха из направленного впускного отверстия 112 к главному отверстию 110 в первой конфигурации и перемещения воздуха из главного отверстия 110 к направленному выпускному отверстию 114 во второй конфигурации. Устройство 120 перемещения воздуха может содержать первую ступень в первом канале текучей среды и вторую ступень во втором канале текучей среды, причем эти ступени могут быть независимо управляемыми. Первая ступень и вторая ступень могут содержать отдельные устройства 120 перемещения воздуха.
В альтернативном варианте осуществления, устройство 100 очистки воздуха содержит единственный канал текучей среды между главным отверстием 110 с одной стороны, и направленным впускным отверстием 112 и направленным выпускным отверстием 114 с другой стороны, причем в этом случае может быть обеспечена клапанная система, которая открывает направленное впускное отверстие 112 и закрывает направленное выпускное отверстие 114 в первой конфигурации, и которая закрывает направленное впускное отверстие 112 и открывает направленное выпускное отверстие 114 во второй конфигурации. Такая клапанная система может содержать клапаны, например, соленоидные клапаны, которые могут управляться контроллером 150, который будет более подробно описан ниже, или альтернативно клапаны могут быть механическими клапанами, которые переводятся в открытое или закрытое положение в зависимости от направления воздушного потока, например, в зависимости от откидной заслонки, покрывающей направленное впускное отверстие 112 и обращенной к главному отверстию 110, и в зависимости от откидной заслонки, находящейся на направленном выпускном отверстии 114 и обращенной к области 10.
Устройство 100 очистки воздуха дополнительно содержит по меньшей мере одну структуру 130 удаления загрязняющих веществ, которая, например, может быть одним или несколькими из фильтра, такого как HEPA-фильтр, угольный фильтр, каталитического преобразователя, устройства электростатического осаждения и т.д., для удаления загрязняющих веществ, таких как частицы, пыльца, запахи, бактерии, формальдегиды и т.д. из атмосферы в объеме, в котором размещено такое устройство 100 очистки воздуха. Устройство 100 очистки воздуха, необязательно, может дополнительно содержать один или несколько предварительных фильтров 113, например, фильтр крупных частиц и т.п., которые, например, могут быть расположены в направленном впускном отверстии 112.
Устройство 100 очистки воздуха дополнительно содержит по меньшей мере один датчик 140 загрязняющих веществ, расположенный таким образом, что датчик 140 может по меньшей мере воспринимать концентрацию важного загрязняющего вещества в воздушном потоке из направленного впускного отверстия 112 воздуха к главному отверстию 110. Упомянутый по меньшей мере один датчик 140 загрязняющих веществ обычно является чувствительным к загрязняющему веществу, для которого устройство 100 очистки воздуха содержит структуру 130 удаления загрязняющих веществ. Например, датчик 140 может быть по меньшей мере одним из датчика частиц (particulate matter - PM) для восприятия частиц некоторого размера, например, датчиком PM 1, датчиком PM 2.5, датчиком PM 10 и т.д. (численное значение выражает средний размер частиц в микронах), датчика газа, датчика пыльцы, датчика микроорганизмов, датчика (био)аэрозолей, датчика летучих органических соединений (volatile organic compound - VOC), и датчика запахов. Другие пригодные типы датчиков сами по себе хорошо известны и также могут предполагаться.
Устройство 100 очистки воздуха дополнительно содержит контроллер 150, реагирующий на сигнал упомянутого по меньшей мере одного датчика 140 загрязняющих веществ и выполненный с возможностью управления устройством 120 перемещения воздуха и клапанной системой в направленном впускном отверстии 112 и направленном выпускном отверстии 114, при наличии. Конкретно, контроллер 150 выполнен с возможностью переключения устройства 100 очистки воздуха между первой конфигурацией, в которой устройство 120 перемещения воздуха перемещается воздух из направленного впускного отверстия 112 к главному отверстию 110, и второй конфигурацией, в которой устройство 120 перемещения воздуха перемещает воздух из главного отверстия 110 к направленному выпускному отверстию 114. Контроллер 150 может быть выполнен с возможностью определения концентрации важного загрязняющего вещества на основании данных датчика, обеспечиваемых упомянутым по меньшей мере одним датчиком 140 загрязняющих веществ в первой конфигурации устройства 100 очистки воздуха, и переключения устройства очистки воздуха из первой конфигурации во вторую конфигурацию при детектировании того, что концентрация важного загрязняющего вещества достигла критического уровня, например, превысила заданный порог концентрации загрязняющего вещества. Таким образом, устройство 100 очистки воздуха выполнено с возможностью детектирования уровня загрязняющего вещества в воздухе, всасываемом в устройство 100 очистки воздуха из области 10, и доставки очищенного воздуха в область 10 при детектировании критического уровня загрязняющего вещества в области 10, посредством переключения устройства 100 очистки воздуха из первой конфигурации во вторую конфигурацию. Таким образом, устройство 100 очистки воздуха реализует интеллектуальную очистку воздуха в целевой области 10 посредством контроля фактических уровней загрязняющих веществ в области 10 и доставки очищенного воздуха в целевую область 10 только тогда, когда фактические уровни загрязняющих веществ будут считаться неприемлемо высокими. Контроллер 150 может быть дополнительно выполнен с возможностью обеспечения работы устройства 120 перемещения воздуха на меньших скоростях в первой конфигурации по сравнению со скоростями во второй конфигурации, в результате чего уменьшается энергопотребление устройства 100 очистки воздуха в первой конфигурации.
В одном варианте осуществления, контроллер 150 может быть дополнительно выполнен с возможностью периодического переключения устройства 100 очистки воздуха из второй конфигурации в первую конфигурацию для контроля фактических уровней загрязняющих веществ в области 10. Контроллер 150 может быть выполнен с возможностью переключения устройства 100 очистки воздуха обратно во вторую конфигурацию, если будет определено, что фактические уровни загрязняющих веществ являются все еще слишком высокими, т.е. все еще превышают заданный порог концентрации загрязняющего вещества, или удерживания устройства 100 очистки воздуха в первой конфигурации, если будет синхронно определено, что фактические уровни загрязняющих веществ упали ниже заданного порога концентрации загрязняющего вещества, так что активная очистка воздуха в области 10 больше не требуется.
Контроллер 150 может быть дополнительно выполнен с возможностью удерживания устройства 100 очистки воздуха во второй конфигурации в течение заданного периода времени. Заданный период времени может быть определен как функция определяемой концентрации загрязняющего вещества в области 10, так что устройство 100 очистки воздуха может работать в течение достаточно длительного периода времени во второй конфигурации для обеспечения того, чтобы концентрация загрязняющего вещества уменьшилась до приемлемых уровней.
Контроллер 150 может быть дополнительно выполнен с возможностью периодического переключения устройства 100 очистки воздуха между первой конфигурацией и режимом ожидания таким образом, чтобы замеры качества воздуха в области 10 производились только периодически. Контроллер 150 может быть выполнен с возможностью установления частоты замеров, т.е. частоты переключения между первой конфигурацией и режимом ожидания, как функции детектированной концентрации загрязняющего вещества в воздухе из области 10. Таким образом, в случае особенно низких уровней загрязняющих веществ, может считаться безопасным производить замеры качества воздуха в области 10 менее часто, при условии, что маловероятно, что замеряемое высокое качество воздуха в области 10 будет быстро ухудшаться. Использование такого режима ожидания дополнительно улучшает энергетический КПД устройства 100 очистки воздуха.
В этот момент следует отметить, что контроллер 150 может быть реализован любым пригодным способом, например, в виде единственного устройства, такого как процессор общего назначения или специализированный микропроцессор, или в виде множества взаимосоединенных устройств, например, сигнального процессора для обработки сигналов датчиков от упомянутого по меньшей мере одного датчика 140 загрязняющих веществ и генератора сигналов для генерирования управляющих сигналов для устройства 120 перемещения воздуха и клапанной системы в направленном впускном отверстии 112 и направленном выпускном отверстии 114, при наличии.
В одном варианте осуществления, область входа воздуха направленного впускного отверстия 112 является меньшей, чем область выхода воздуха направленного выпускного отверстия 114. Следовательно, для данного объема воздуха, скорость воздушного потока через направленное впускное отверстие 112 будет выше, чем скорость воздушного потока через направленное выпускное отверстие 114, что обеспечивает преимущество, состоящее в том, что воздух перемещается через направленное выпускное отверстие 114 по направлению к области 10 с относительно низкими скоростями, так что человек, находящийся в области 10, менее вероятно будет ощущать воздушный поток через направленное выпускное отверстие 114 по направлению к области 10 как дискомфортный или неприятный. Однако следует понимать, что могут также предполагаться другие системы, например, система, в которой область входа воздуха направленного впускного отверстия 112 имеет такой же или больший размер, чем размер области выхода воздуха направленного выпускного отверстия 114, или система, в которой направленное впускное отверстие 112 совпадает с направленным выпускным отверстием 114.
Как схематично показано на фиг. 1 и 2, упомянутая по меньшей мере одна структура 130 удаления загрязняющих веществ может быть расположена таким образом, чтобы воздушный поток из направленного впускного отверстия 112 к главному отверстию 110 в первой конфигурации, а также воздушный поток из главного отверстия 110 к направленному выпускному отверстию 114 во второй конфигурации, проходили через по меньшей мере одну структуру 130 удаления загрязняющих веществ, таким образом, чтобы воздух, протекающий из направленного впускного отверстия 112 к главному отверстию 110, также протекал через по меньшей мере одну структуру 130 удаления загрязняющих веществ. В альтернативном варианте осуществления, который схематично показан на фиг. 3, упомянутая по меньшей мере одна структура 130 удаления загрязняющих веществ может присутствовать только на пути потока между главным отверстием 110 и направленным выпускным отверстием 114, таким образом, чтобы в первой конфигурации воздух, протекающий из направленного впускного отверстия 112 к главному отверстию 110 по пути потока, отдельному от пути потока между главным отверстием 110 м направленным выпускным отверстием 114, не проходил через структуру 130 удаления загрязняющих веществ, что обеспечивает преимущество, состоящее в улучшении эффективности устройства 100 очистки воздуха при работе в первой конфигурации вследствие того факта, что меньшая работа потребуется от устройства 120 перемещения воздуха для перемещения воздуха из области 10 через направленное впускное отверстие 112 по направлению к дополнительной области через главное отверстие 110.
Устройство 100 очистки воздуха в вариантах осуществления может быть выполнено с возможностью управления концентрацией частиц, например, пыльцы в области 10 таким образом, чтобы человек, находящийся в области 10, не подвергался воздействию уровней частиц, которые могут инициировать побочную реакцию, например, аллергический приступ у этого человека. В других вариантах осуществления, устройство 100 очистки воздуха может быть выполнено с возможностью детектирования повышенных уровней VOC в области 10, которые могут указывать на запахи тела или другие неприятные запахи, генерируемые в области 10, например, человеком, находящимся в этой области, причем в ответ на это устройство 100 очистки воздуха может быть переключено во вторую конфигурацию контроллером 150 для быстрого удаления таких неприятных запахов из области 10, в результате чего для людей, находящихся вблизи области 10, уменьшается опасность подвергнуться воздействию таких неприятных запахов, что может, таким образом, помочь человеку, находящемуся в области 10, не оказаться в неловкой ситуации из-за того, что другие люди могут почувствовать такие неприятные запахи.
В предпочтительном варианте осуществления, пример которого схематично показан на фиг. 4, устройство 100 очистки воздуха дополнительно содержит датчик 160 близости, выполненный с возможностью детектирования присутствия в области 10. Такие датчики близости сами по себе хорошо известны и могут быть реализованы любым пригодным способом, например, в виде инфракрасного датчика, устройства радиолокации, ультразвукового датчика, микрофона, камеры и т.п. В этом варианте осуществления, контроллер 150 дополнительно реагирует на сигнал датчика 160 близости и может быть выполнен с возможностью переключения устройства 100 очистки воздуха, т.е. устройства 120 перемещения воздуха, из конфигурации режима ожидания в первую конфигурацию при детектировании датчиком 160 близости входа человека в область 10. Контроллер 150 может быть дополнительно выполнен с возможностью переключения устройства 100 очистки воздуха, т.е. устройства 120 перемещения воздуха, из первой конфигурации в конфигурацию режима ожидания при детектировании датчиком 160 близости покидания человеком области 10. Это дополнительно улучшает энергетический КПД устройства 100 очистки воздуха, поскольку первая конфигурация используется только тогда, когда человек присутствует в области 10.
В одном варианте осуществления, устройство 100 очистки воздуха может дополнительно содержать функциональность датчика отслеживания движения, которая может быть реализована датчиком 160 близости или отдельным датчиком отслеживания движения (не показан). Такое отслеживание движения может быть использовано для отслеживания движения человека в целевом пространстве, в котором расположено устройство 100 очистки воздуха.
Такое отслеживание движения, например, является предпочтительным в случае, когда устройство 100 очистки воздуха содержит множественные системы направленных отверстий, каждая из которых содержит направленное впускное отверстие 112 и направленное выпускное отверстие 114, причем каждая система направленных отверстий нацелена на отличную область целевого пространства, так что контроллер 150 может переключаться с первой системы направленных отверстий на вторую систему направленных отверстий после приема информации отслеживания движения о перемещении человека из области, на которую нацелена первая система направленных отверстий, в область, на которую нацелена вторая система направленных отверстий. Как легко поймут специалисты в данной области техники, в таком варианте осуществления каждая из систем направленных отверстий соединена по текучей среде с главным отверстием 110, так что устройство 120 перемещения воздуха может перемещать воздух между направленным впускным отверстием 112 и главным отверстием 110 в первой конфигурации и между главным отверстием 110 и направленным выпускным отверстием 114 во второй конфигурации каждой системы направленных отверстий. Это может быть обеспечено любым пригодным способом, например, посредством включения клапанной системы, такой как клапаны, в каждое направленное впускное отверстие 112 и направленное выпускное отверстие 114, под управлением контроллера 150, причем контроллер 150 выполнен с возможностью открывания или закрывания соответствующих направленных впускных отверстий 112 и направленных выпускных отверстий 114 для обеспечения того, чтобы соответствующая система направленных отверстий была соединена по текучей среде с главным отверстием 110 в соответствующей конфигурации, т.е. первой конфигурации или второй конфигурации.
Альтернативно или дополнительно, каждое из направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114 может содержать исполнительный механизм, реагирующий на сигнал контроллера 150, причем этот исполнительный механизм выполнен с возможностью настройки соответствующих целевых направлений направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114, так что контроллер 150 может настраивать мишень направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114 в ответ на принимаемую информацию отслеживания движения. В качестве неограничивающего примера, каждое из направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114 может содержать криволинейную трубчатую секцию, имеющую наклонную концевую поверхность, причем эта криволинейная трубчатая секция может поворачиваться исполнительным механизмом ко всем мишеням криволинейной трубчатой секции. Многие другие пригодные конфигурации таких настраиваемых на мишень направленных впускных отверстий и направленных выпускных отверстий сразу станут очевидны специалистам в данной области техники и могут равным образом предполагаться для использования в устройстве 100 очистки воздуха согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 схематично показывает особенно предпочтительный вариант осуществления устройства 100 очистки воздуха, в котором устройство 120 перемещения воздуха реализовано посредством генератора ионного ветра. Как само по себе хорошо известно, генераторы ионного ветра являются особенно энергетически эффективными устройствами для генерирования воздушного потока, поскольку воздушный поток может быть сгенерирован с меньшими затратами энергии и меньшим шумом по сравнению, например, с вентиляторами или воздушными насосами. Генератор ионного ветра содержит электродную систему, включающую в себя заряжающий электрод 121 и противоположный электрод 123, поперечно смещенный относительно заряжающего электрода 121. Для обеспечения возможности реверсирования направления воздушного потока устройства 100 очистки воздуха, электродная система может дополнительно содержать дополнительный заряжающий электрод 121', так что противоположный электрод 123 расположен между заряжающим электродом 121 и дополнительным заряжающим электродом 121'. Противоположный электрод 123 обычно сконструирован таким образом, чтобы он не генерировал коронного разряда. Это обеспечивается, например, посредством управления размером и формой краев противоположного электрода 123, например, для обеспечения того, чтобы противоположный электрод 123 не содержал острых краев и был достаточно большим для того, чтобы избежать эффектов коронного разряда вокруг противоположного электрода 123. Противоположный электрод 123 может иметь любую пригодную форму, например, он может быть выполнен в виде одного или нескольких пластинчатых электродов или в виде трубчатого электрода или электрода в форме другого закрытого тела, продолжающегося между заряжающим электродом 121 и дополнительным заряжающим электродом 121'. Как легко поймут специалисты в данной области техники, требуемое направление воздушного потока через устройство 100 очистки воздуха может быть инициировано посредством приложения соответствующего высокого напряжения к одному из малоразмерных заряжающих электродов 121, 121' для генерирования эффекта коронного разряда, ответственного за генерирование ионного ветра, предпочтительно, положительного напряжения относительно противоположного электрода 123, при отключении другого из заряжающих электродов 121, 121', например, посредством удерживания другого заряжающего электрода под фиксированным потенциалом, таким как потенциал земли. Таким образом, генерируется воздушный поток из направленного впускного отверстия воздуха к главному отверстию 110 в первой конфигурации, как указано фигурной стрелкой на фиг. 5. Это, например, может быть обеспечено посредством заземления заряжающего электрода 121', ближайшего к главному отверстию 110, и обеспечения высокого напряжения на заряжающем электроде 121, ближайшем к системе направленных отверстий, включающей в себя направленное впускное отверстие воздуха и направленное выпускное отверстие воздуха. На фиг. 5, направленное впускное отверстие воздуха совпадает с направленным выпускным отверстием воздуха, т.е. система направленных отверстий содержит единственный направленный порт 114.
Для переключения направления перемещения воздуха, генерируемого генератором ионного ветра, контроллер 150 может быть выполнен с возможностью реверсирования полярности заряжающих электродов 121, 121', как схематично показано на фиг. 6, для генерирования перемещения воздуха от главного отверстия 110 к направленному выпускному отверстию (т.е. направленному порту 114), как указано фигурной стрелкой на фиг. 6. В устройстве 100 очистки воздуха, схематично показанном на фиг. 5 и 6, одна или несколько структур 120 удаления загрязняющих веществ, как объяснено более подробно выше, могут быть размещены в любом пригодном местоположении на пути потока через устройство 100 очистки воздуха. Следует понимать, что структура 120 удаления загрязняющих веществ расположена между заряжающими электродами 121, 121' только в качестве неограничивающего примера, и что другие местоположения, например, между заряжающим электродом 121' и главным отверстием 110 или между заряжающим электродом 121 и направленным портом 114, равным образом возможны.
Как само по себе хорошо известно, такое устройство ионного ветра может быть альтернативно использовано для эффективного и энергетически эффективного удаления частиц при объединении его со структурой удаления загрязняющих веществ в форме блока электростатического осаждения. Фиг. 7 схематично показывает особенно предпочтительный вариант осуществления устройства 100 очистки воздуха, в котором устройство 120 перемещения воздуха реализовано посредством генератора ионного ветра, описанного выше, с дополнительным блоком осаждения, включающим в себя противоположные электродные пластины 131 и 132, которые электростатически улавливают загрязняющие вещества, заряжаемые заряжающим электродом, например, для улавливания заряженных частиц, удаляемых из области 10. Это может быть обеспечено посредством приложения разности потенциалов между соответствующими пластинами 131, 132. Одна из пластин 131, 132 (здесь пластина 131) может также действовать в качестве противоположного электрода 123 для заряжающих электродов 121, 121', или альтернативно может быть обеспечен отдельный противоположный электрод 123 (не показан). Блок осаждения обычно продолжается между заряжающими электродами 121, 121'. После приложения соответствующего высокого напряжения к выбранному заряжающему электроду, например, заряжающему электроду 121 или дополнительному заряжающему электроду 121', для генерирования эффекта коронного разряда, ответственного за генерирование ионного ветра, которое, как упомянуто выше, является положительным напряжением относительно противоположного электрода 123, например, относительно по меньшей мере одной из пластин 131, 132 блока осаждения, действующей в качестве противоположного электрода, генерируется воздушный поток из направленного впускного отверстия воздуха к главному отверстию 110 в первой конфигурации, как указано фигурной стрелкой на фиг. 7. Как объяснено выше, другой заряжающий электрод является избыточным в этом режиме работы и поэтому отключается, т.е. становится неактивным, например, посредством соединения его с фиксированным потенциалом, например, потенциалом земли.
Для переключения направления перемещения воздуха, генерируемого генератором ионного ветра, контроллер 150 может быть выполнен с возможностью реверсирования полярности заряжающих электродов 121, 121', как объяснено выше с помощью фиг. 6.
Альтернативно, в вариантах осуществления устройства 100 очистки воздуха, в которых может быть невозможно изменить полярность заряжающих электродов 121, 121', устройство 100 очистки воздуха может содержать два отдельно управляемых набора противоположных электродов 123, 123', причем противоположный электрод (электроды) 123 выполнен с возможностью генерирования воздушного потока совместно с отдельно управляемым заряжающим электродом 121, и дополнительный противоположный электрод (электроды) 123' выполнен с возможностью генерирования воздушного потока совместно с отдельно управляемым заряжающим электродом 121', как схематично показано на фиг. 8, причем фигурные стрелки идентифицируют индуцированные направления воздушного потока. Как и раньше, заряжающий электрод 121 может быть расположен близко к главному отверстию 110, причем его противоположный электрод (электроды) 123 поперечно смещен по направлению к направленному порту 114, и дополнительный заряжающий электрод 121' может быть расположен близко к направленному порту 114, причем его противоположный электрод (электроды) 123 поперечно смещен по направлению к главному отверстию 110. Соответствующие системы 123, 123' противоположных электродов могут быть расположены смежно друг с другом, хотя также могут предполагаться другие пригодные конфигурации, например, конфигурации, в которых противоположный электрод (электроды) 123 поперечно смещен к дополнительному противоположному электроду (электродам) 123'. Варианты осуществления устройства 100 очистки воздуха, схематично показанные на фиг. 8, могут дополнительно содержать одну или несколько структур 130 удаления загрязняющих веществ в любом пригодном местоположении, как объяснено более подробно выше с помощью фиг. 5.
Фиг. 9 схематично показывает другой вариант осуществления устройства 100 очистки воздуха. Этот вариант осуществления является таким же, как вариант осуществления, показанный на фиг. 8, за исключением реализации одной или нескольких структур 130 удаления загрязняющих веществ в виде блока электростатического осаждения, как объяснено более подробно выше с помощью фиг. 7. В этом варианте осуществления, блок электростатического осаждения содержит противоположные электроды 131, 131', а также общий электрод 132 между противоположными электродами 131, 131'. Во время работы, общий электрод 132 может удерживаться под потенциалом, отличным от потенциала противоположных электродов 131 или дополнительного противоположного электрода 131', например, под тем же потенциалом, что и потенциал активного заряжающего электрода, т.е. заряжающего электрода 121 или дополнительного заряжающего электрода 121', чтобы вызвать электростатическое осаждение загрязняющих веществ, заряженных активным заряжающим электродом.
Во избежание сомнений следует отметить, что такие блоки электростатического осаждения сами по себе хорошо известны, и что может предполагаться любая пригодная реализация таких хорошо известных устройств. Например, по меньшей мере один из электродов 131, 132 блока электростатического осаждения может нести катализатор для каталитического преобразования загрязняющего вещества (например, газа или биологически опасного вещества) в безвредный продукт реакции. Дополнительное преимущество такого блока электростатического осаждения состоит в том, что он может помочь в дезинфекции воздуха, всасываемого в устройство 100 очистки воздуха из области 10, поскольку само по себе хорошо известно, что блок электростатического осаждения может быть использован для удаления бактерий из воздуха.
В этот момент следует отметить, что этот вариант осуществления устройства 100 очистки воздуха приведен только в качестве неограничивающего примера, и что могут предполагаться многие модификации, не выходящие за рамки идей настоящего изобретения. Например, в случае, когда датчик 140 загрязняющих веществ содержит заряжающий электрод, например, в случае некоторых PM-датчиков, датчик 140 загрязняющих веществ и блок электростатического осаждения могут совместно использовать заряжающий электрод для уменьшения стоимости устройства 100 очистки воздуха. Следует понимать, что обсуждаемые конструкции устройства ионного ветра или конструкции устройства ионного ветра с дополнительным блоком осаждения являются просто примерами, и что равным образом возможны конструкции, использующие более одного заряжающего и/или заземляющего электрода на каждой стороне блока осаждения и/или множественные пластинчатые блоки осаждения между электродами. Дополнительные прямые варианты конструкции включают в себя использование развитых геометрий для электродов и пластин. В качестве дополнительного примера, хотя показан единственный направленный порт 114, следует понимать, что равным образом возможно, что система направленных отверстий содержит отдельное направленное впускное отверстие 112 и направленное выпускное отверстие 114, как показано на фиг. 1-4, причем одно из направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114 может быть соединено по текучей среде с главным отверстием 110 посредством использования одного или нескольких клапанов, которые могут управляться контроллером 150 или альтернативно могут быть переведены в открытое или закрытое положение в зависимости от направления воздушного потока, например, в зависимости от откидной заслонки, покрывающей направленное впускное отверстие 112 и обращенной к главному отверстию 110, и в зависимости от откидной заслонки, находящейся на направленном выпускном отверстии 114 и обращенной к области 10.
Фиг. 10 схематично показывает вариант осуществления устройства 100 очистки воздуха, в котором направленное впускное отверстие 112 воздуха и направленное выпускное отверстие 114 воздуха могут быть нацелены с возможностью настройки, как указано криволинейными стрелками. В этом варианте осуществления, по меньшей мере часть устройства 100 очистки воздуха может быть устанавливаемой в виде настольного устройства, например, для всасывания воздуха, выдыхаемого человеком, сидящим за столом, через направленное впускное отверстие 112 воздуха, и выпуска воздуха через главное отверстие 110 в первой конфигурации, и для доставки к этому человеку очищенного воздуха, который втягивается через главное отверстие 110 и доставляется через направленное выпускное отверстие 114 воздуха во второй конфигурации. Как объяснено выше, мишени направленного впускного отверстия 112 и направленного выпускного отверстия 114 могут быть настроены контроллером 150 в качестве реакции на информацию отслеживания движения (или позиционирования), получаемую датчиком 160 близости и/или отдельным датчиком-детектором движения. Альтернативно, направления прицеливания направленного впускного отверстия 112 и/или направленного выпускного отверстия 114 могут быть настраиваемыми вручную.
В одном варианте осуществления, направленное впускное отверстие 112 воздуха может быть нацелено на область, находящуюся на несколько сантиметров, например, на 10 см или более, ниже носа человека, сидящего за столом, например, для всасывания воздуха, который выдыхается человеком в эту область, когда человек дышит через его или ее нос. Таким образом, образец воздуха, указывающий на качество выдыхаемого воздуха, может быть получен через направленное впускное отверстие 112 воздуха. Направленное впускное отверстие 112 воздуха может быть расположено таким образом, чтобы верхняя поверхность стола действовала в качестве направляющей для воздушного потока, всасываемого в направленное впускное отверстие 112 воздуха. Например, направленное впускное отверстие 112 воздуха может иметь форму удлиненной трубы, опирающейся на верхнюю поверхность стола или подвешенной немного выше верхней поверхности стола. Направленное выпускное отверстие 114 воздуха может быть нацелено на лицо человека, сидящего за столом, таким образом, чтобы очищенный воздух, доставляемый через направленное выпускное отверстие 114 воздуха во второй конфигурации устройства 100 очистки воздуха, мог прямо вдыхаться человеком, сидящим за столом. В этом варианте осуществления, может быть предпочтительным, чтобы область выхода направленного выпускного отверстия 114 воздуха была относительно большой для уменьшения скорости воздушного потока через направленное выпускное отверстие 114 воздуха, как объяснено выше, для уменьшения дискомфорта, ощущаемого человеком, сидящим за столом. Кроме того, в этом варианте осуществления датчик 140 загрязняющих веществ предпочтительно может быть датчиком, выполненным с возможностью детектирования неприятного запаха, например, VOC-датчиком и т.п., так что такие неприятные запахи могут быть эффективно удалены до их распространения в смежные со столом области, в результате чего предотвращается неловкая ситуация, описанная выше.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать многие альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения никакие ссылочные знаки, помещенные в скобки, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Слово «содержащий» не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от элементов или этапов, перечисленных в формуле изобретения. Элемент в единственном числе не исключает присутствия множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратного средства, содержащего несколько отдельных элементов. В пункте формулы изобретения на устройство, в котором перечисляется несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же аппаратным элементом. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с преимуществом.
Реферат
Изобретение относится к устройствам для очистки воздуха в помещениях. Устройство очистки воздуха содержит по меньшей мере одну структуру удаления загрязняющих веществ из воздуха, имеющую соединение по текучей среде с главным отверстием и системой направленных отверстий, содержащей направленное впускное отверстие для всасывания воздуха в устройство очистки воздуха из некоторой области целевого пространства и направленное выпускное отверстие в дополнительном целевом направлении по направлению к упомянутой области. Также предусмотрено устройство перемещения воздуха из впускного отверстия к главному отверстию в первой конфигурации и перемещения воздуха из главного отверстия к выпускному отверстию через упомянутую структуру удаления загрязняющих веществ во второй конфигурации в качестве реакции на сигнал контроллера. Также предусмотрен датчик определения концентрации загрязняющего вещества в воздухе в упомянутой области, когда устройство перемещения воздуха находится в первой ориентации, причем контроллер реагирует на сигнал упомянутого датчика и выполнен с возможностью переключения устройства перемещения воздуха из первой конфигурации во вторую конфигурацию при превышении концентрацией загрязняющего вещества заданного порога концентрации загрязняющего вещества. Технический результат – повышение эффективности очистки воздуха и уменьшение сферы распространения ощущаемого человеком дискомфорта от направленного воздушного потока. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
