CN101784327A - 使用臭氧发生装置进行空气净化的方法和*** - Google Patents

使用臭氧发生装置进行空气净化的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于供暖、通风和空调(HVAC)***的空气净化***，所述空气净化***含臭氧发生装置，所述臭氧发生装置用来向流经臭氧发生装置的空气流中引入臭氧。臭氧用来从空气流中去除污染物，包括挥发性有机化合物(VOCs)。净化***含传感器，这些传感器布置在HVAC***内各种位置处以测定空气中组分的浓度。在一些实施方案中，所述组分可包括臭氧和VOCs如甲苯、丁烯和丙醛。为控制产生的臭氧的体积，净化***将控制供给臭氧发生装置的电功率的量。为控制产生的臭氧的浓度，净化***将控制通过臭氧发生装置的空气的流率。

Description

使用臭氧发生装置进行空气净化的方法和***
发明背景
本发明涉及一种用于供暖、通风和空调(HVAC)***的空气净化方法。更具体而言，本发明涉及一种使用等离子体装置来产生臭氧及经构造以从空气中去除污染物的其他自由基的空气净化方法。
产生高水平臭氧的空气净化设备已用来净化封闭空间内的污染空气。但高水平的臭氧对于人及其他生物可能是危险或致命的。因此，产生高水平臭氧来净化污染空气的设备通常仅可在当封闭空间未被居处时使用。相比之下，可设计用于在较低污染水平下运行并不可能产生高水平臭氧的其他类型空气净化设备。需要产生臭氧并能在从普通、日常低水平到高得多的水平的各种污染物水平内高效运行的空气净化***和方法。
发明概述
一种用于供暖、通风和空调(HVAC)***的空气净化***含臭氧发生装置，所述臭氧发生装置用来向流经臭氧发生装置的空气流中引入臭氧。臭氧用来从空气流中去除污染物，包括挥发性有机化合物(VOCs)。净化***含传感器，这些传感器布置在HVAC***内各种位置处以测定空气中组分的浓度。在一些实施方案中，所述组分可包括臭氧和VOCs如甲苯、丁烯和丙醛。为控制产生的臭氧的量，净化***将控制供给臭氧发生装置的电功率的量。为控制产生的臭氧的浓度，净化***将控制通过臭氧发生装置的空气的流率。电功率和流率的控制均取决于一种或多种被传感组分的浓度。在一些实施方案中，净化***可在臭氧发生装置下游含UVC源，其经构造以通过光解将臭氧分解为氧气和氧自由基。
附图简述
图1为一种空气处理***的示意图，其在***的管道内含臭氧发生装置。在图1-7中所示的示例性实施方案中，所述臭氧发生装置为非热等离子体装置。
图2为图1的空气处理***的示意图，其含图1的等离子体装置的替代或附加位置。
图3为空气处理***的替代设计的示意图，其中等离子体装置位于管道旁路中。
图4为一种空气净化***的示意图，其含图1的等离子体装置以在典型或常规的污染物水平期间使用。
图5为还含UVC杀菌灯的图4的空气净化***的替代实施方案。
图6和7为设计用于高污染物水平期间的图4的空气净化***的替代实施方案。
图8为臭氧浓度对供给等离子体装置的功率的函数关系图。
图9为臭氧浓度对进入等离子体装置的空气流的面速度的函数关系图。
图10为等离子体装置的臭氧发生速率对进入等离子体装置的空气流的相对湿度的函数关系图。
图11-14为空气净化***的各种构造的净化结果的比较图。
发明详述
本文中描述了一种使用臭氧发生装置进行空气净化的***和方法。在一个示例性的实施方案中，臭氧发生装置为非热等离子体装置，其经构造以产生短寿命和长寿命的自由基，所述自由基可与污染物包括挥发性有机化合物(VOCs)反应而从空气中去除所述污染物。等离子体装置也产生臭氧，臭氧对于净化空气高度有效，但在高于给定浓度时具有安全风险。可使用传感器来测定空气中VOCs和/或臭氧的水平。然后可根据传感到的VOCs和/或臭氧浓度来控制等离子体装置。控制供给等离子体装置的功率将控制产生的臭氧的量。控制通过等离子体装置的空气的流率将控制空气流中臭氧的浓度。
通过改变臭氧输出，本文中所述的空气净化方法可在宽范围的污染物水平下使用。此外，无论臭氧是含在建筑物的管道***内或是引入到建筑物的所有空间中或是建筑物内的部分空间中，所述方法进一步设计为通过容易地对其进行控制的能力而适应更高的污染物水平。因此，本文中所述的***和方法可用于其中向空间中有目的地引入了污染物的场景中。
所述空气净化***和方法可被结合到建筑物的空气处理***中。图1为空间12的供暖、通风和空调(HVAC)***10的示意图。空间12可为任何类型的建筑物(例如医院)的内部或建筑物的封闭部分。在其他实施方案中，空间12可为车辆或别的类型的运输设备如陆地车辆、飞行器、航天器或船内的封闭空间。***10含空气净化***50及管道18和20。空气净化***50含臭氧发生装置14、空气处理单元(AHU)16、电源22、传感器24和流率控制器26。空气处理单元16可用来加热和/或冷却空间12。应认识，空气处理单元16在空气净化***50中不是必需的。在一些实施方案中，***50中可省去空气处理单元16；在其他实施方案中，空气处理单元16可位于空气净化***50的下游或上游。在图1所示实施方案中，臭氧发生装置14为非热等离子体(NTP)设备，其将在下面更详细地描述。应认识，可用设计以产生臭氧的其他设备代替非热等离子体装置。NTP装置14与电源22相连，电源22向NTP装置14传递电功率。
如图1中所示，外部空气27进入管道18并流经空气净化***50(包括流经NTP装置14和随后流经AHU 16)。经调节的空气28然后通过供给管道18行进到空间12。返回管道20从空间12去除空气29，此处，空气29的第一部分29a再循环通过***10而空气29的第二部分29b从***10排出。再循环的空气29a流经NTP装置14并回归空间12。NTP装置14可含鼓风机来将空气流27和29a抽入NTP装置14中。或者，可使用为AHU 16的一部分的鼓风机来将空气抽入NTP装置14中并然后流经AHU 16。
非热等离子体(NTP)装置14用来产生短寿命和长寿命活性物种的等离子体，所述等离子体可与挥发性有机化合物(VOCs)及其他污染物反应而从空气中去除污染物。所述等离子体也产生臭氧，臭氧很适合攻击VOCs及其他污染物。如图1中所示，装置14布置在空气处理单元16上游并用来净化空气流，所述空气流包括外部空气27和再循环空气29a。
传感器24可布置在HVAC***10内的各种位置处并可用来测定空气中各种组分的浓度。例如，传感器24可位于图1的空间12内以测定和监控空间12内的污染物水平。也可在NTP装置14上游布置测定VOC水平的传感器以监控进入***10的空气27中的VOC水平和/或再循环空气29a中的VOC水平。此外，传感器可位于NTP装置14下游供给管道18内以监控NTP装置14从空气中去除污染物的有效性。
除监控VOCs的传感器外，传感器24也可包括监控臭氧水平的传感器。例如，如果在NTP装置14的使用过程中空间12有人居处，则在空间12中安放臭氧传感器来监控和确保空气流28中的臭氧水平处于或低于人可接受的水平将是很重要的。在这种情况下，在供给管道18的出口近旁安装臭氧传感器可能是适宜的。来自传感器24的输入因此可包括来自图1的HVAC***10内任何可能位置处多个传感器的数据。
空气净化***50净化空气的能力部分取决于控制电源22供给NTP装置14的功率以及控制流经NTP装置14的空气流的流率(如图1中流率控制器26所代表)。提高电源22对NTP装置14的供给将使NTP装置14产生更多臭氧，这点在下文中有述(见图8)。更多的臭氧将提高***50从空气中去除污染物的有效性。如果需要较少臭氧，则电源22将减少供给NTP装置14的功率。
流率控制器26经构造以控制离开NTP装置14的空气流中臭氧的浓度。在恒定的功率设置下，减小流经NTP装置14的空气的流率将导致离开等离子体60的空气流中臭氧浓度的增高。增高的臭氧浓度将导致更高的空气流净化水平。电源22和/或流率控制器26根据来自传感器24的数据加以调节。如上面所说明的，来自传感器24的数据可包括但不限于***10内各种点处的臭氧浓度和/或VOC浓度。
图2为图1的空气处理***10的示意图，示出了臭氧发生装置的替代或附加位置。如图2中所示，***10含NTP装置30、32、34和36，其各可含与电源22相似的电源(未示出)。或者，电源22也可用来向超过一个NTP装置传递功率。
如图2中所示，NTP装置30布置在AHU 16下游。在此情况下，NTP装置30或许可用作NTP装置14的替代。不是如NTP装置14的情况下那样接收外部空气27，NTP装置30将接收来自AHU 16的经调节的空气流。因此，有时，进入NTP装置30的空气流可能比外部空气27具有较低湿度。有时，若进入NTP装置的空气湿度较低时NTP装置可更高效地运行。
NTP装置32布置在空间12内并因而可作为独立单元运行。在此情况下，NTP装置32可有其自己的鼓风机。在***10的一些实施方案中，NTP装置32可与NTP装置14组合使用。NTP装置14可用来从外部空气27和再循环空气29a中去除污染物，所述外部空气27和再循环空气29a然后作为洁净空气28通过管道18被传递至空间12。NTP装置32可用来从空间12所含空气中去除污染物。NTP装置14和32的组合将促进***10内所含空气的更快净化。
NTP装置34示意在返回管道20内废气29b已被移出到外部而再循环空气29a正返回供给管道18的位置处。与NTP装置32类似，NTP装置34可用来从来自空间12的空气中去除污染物。在其中已知外部空气27基本洁净而无需净化的情况下，可使用NTP装置34代替NTP装置14。在该情况下可使用较低的流率，因为仅再循环空气29a流经装置34。如上所述，部分地由于离开等离子体装置的空气流中臭氧的较高浓度，故流经等离子体装置的空气的较低流率有时将使等离子体装置具有较高效率。
最后，NTP装置36在图2中示意为在管道18的入口近旁。NTP装置36可单独使用，或当已知外部空气27含高水平的污染物时可与图2中的其他NTP装置中的一个组合使用。在此情况下，来自空间12的再循环空气29a不流经NPT装置36。
图2示意了***10内可使用单个NTP装置或多个NTP装置。应认识，多个NTP装置可提高循环通过空间12的空气的净化水平；但在一些情况下，在***10内运行超过一个NTP装置的成本效率可能不划算。如图2中所示，NTP装置可位于***10的管道***内或作为空间12内的独立单元。图1和2中的管道***中所示的NTP装置可作为半永久固定件安装在管道***内部，或其可为易于根据需要而添加、四处移动或从管道拆下的便携式单元。
图3示意了***10的一个替代实施方案，在其中，NTP装置38用在管道旁路构造中。如图3中所示，可使用偏流器40来引导流经管道42的部分空气进入管道旁路43。通过旁路43的空气然后流经NTP装置38。如图3中所示，NTP装置38含鼓风机44。
图3中所示实施方案可用在不必净化全部流经管道42的空气的情况中。此外，应认识，偏流器40可改型为使更多或更少的空气流经旁路管道43。图3还示意，臭氧发生装置可以许多不同的方式构造在HVAC***内。
图4为图1的空气净化***的示意图，其含非热等离子体(NTP)装置14、电源22、传感器24、流率控制器26、颗粒过滤器52、臭氧过滤器54、建筑物供电68、入口空气流72和出口空气流74。如下面更详细地描述的，NTP装置14含高压电极(HVE)56和低压电极(LVE)58，其将导致等离子体60的形成。电源22含交流(AC)转换器62、自耦变压器64和控制逻辑66。如图4中所示，为清楚起见，图4中未示出***50的空气处理单元(AHU)16(参见图1)。应认识，***50可在有或无AHU 16的情况下运行。在图4所示实施方案中，空气净化***50设计用于典型或普通污染物水平期间，这将在下面更详细地描述。
非热等离子体(NTP)装置14使用高压电极(HVE)56和低压电极(LVE)58来产生电场，这将在下面更详细地描述。等离子体60在HVE56和LVE 58之间形成。等离子体60为高度离子化的气体，包含离子、电子和中性粒子。在图4的示例性实施方案中，等离子体60的特点是基于用来产生等离子体60量的能量的非热等离子体。与热等离子体相比，非热等离子体需要较少能量，且非热等离子体中的电子优先被激发到高能量。因此，非热等离子体中的平均电子能量远高于周围本体气体分子的平均电子能量。被激发的电子将与其他气体分子碰撞而产生自由基。
在图4所示实施方案中，非热等离子体装置14为电介质阻挡放电装置(dielectric barrier discharge device)。代表性装置的实例在2003年6月12日公开的美国专利申请公开号US 2003/0106788中有公开。在一个实例中，所述装置含至少一个格栅(grid)且各格栅为一系列彼此平行的高压电极和一系列彼此平行而与高压电极垂直的低压电极。等离子体在高压电极与低压电极彼此交叉的区域中形成。可串联使用多个格栅来增加产生的臭氧的量。可用来产生等离子体的其他类型的装置包括但不限于电晕放电装置和火花放电装置。
等离子体60将产生多个电子、短寿命活性物种、长寿命活性物种、其他离子和臭氧。短寿命和长寿命活性物种经构造以与通过等离子体60的空气流中的污染物反应。短寿命自由基可包括e-(1-5eV)、O(3P)、O(1D)、O2(a)、O2(b)、O2(A)、O2(v)、OH*、O3 *、N(4S)和N2(A)，其通常存在于位于HVE 56和LVE 58之间的有限区域内。另一方面，长寿命自由基可包括NO、NO2、NO3、N2O5和N2O，其可迁移到存在等离子体60的区域之外。与长寿命自由基相似，臭氧(O3)将存活相当长的一段时间(高达数小时)并因此可能迁移到等离子体60下游。通过等离子体60产生臭氧具有特别的意义，因为臭氧对于从空气中去除污染物高度有效，这将在下面详细描述。此外，臭氧可被分解为氧气和氧自由基，氧自由基对于攻击污染物也高度有效。
图4示意入口空气流72流经NTP装置14并含颗粒72a、微生物72b和挥发性有机化合物(VOCs)72c。普通的VOCs包括但不限于丙醛、丁烯、甲苯和甲醛。在进入装置14之前，空气流72先流经颗粒过滤器52，颗粒过滤器52截留颗粒72a，从而从空气流72中消除颗粒72a(如颗粒72a的箭头从白色变为阴影箭头所示)。微生物72b和VOCs 72c大多数通过颗粒过滤器52。接着，空气流72流经HVE 56与LVE 58间形成的等离子体60。一般来说，微生物72b在等离子体60内被消除。(与颗粒72a相似，当大多数微生物72b在等离子体60周围的区域中被去除时，微生物72b的箭头从白色变为阴影箭头)。应认识，部分微生物72b可能通过等离子体60而不与短寿命自由基中的一种反应。但剩余的微生物72b可能被能在HVE 56和LVE 58之间的区域外存活的长寿命自由基和臭氧攻击。
部分VOCs 72c可能被驻留在HVE 56和LVE 58之间的等离子体60中的短寿命自由基去除。但大多数VOCs 72c很可能在当其与长寿命自由基或臭氧中的一种反应时从空气流72中去除。VOCs 72c的去除因此可能在等离子体60的下游进行。
如图4中所示，空气净化***50含臭氧过滤器54，臭氧过滤器54位于HVE 56和LVE 58的下游。由于等离子体60产生的臭氧能比等离子体60内的一些其他活性物种存活更长时间，故可使用臭氧过滤器54来从空气流72中去除任何剩余的臭氧。臭氧过滤器54可由活性碳或催化剂如氧化锰形成。离开***50的空气流74为净化空气流，其中颗粒、微生物和VOCs已基本被去除。此外，空气流74基本无臭氧，因此可供给居处空间如图1的空间12。通过在***50中引入臭氧过滤器54，净化基本限于空气流经管道***(与其中也在图1的空间12内进行净化的其他实施方案不同)。可用其他类型的臭氧缓解(ozone mitigating)装置代替过滤器54。
如图4中所示，电源22与等离子体装置14相连以向高压电极(HVE)56供电。在图4所示的示例性实施方案中，电源22含交流AC转换器62、自耦变压器64和控制逻辑66。应认识，***50中可使用任何提供低频AC和可变电压的电源。在图4的***50的示例性实施方案中，AC转换器62在正循环和负循环之间循环，LVE 58为接地电极，HVE 56基于AC转换器62的循环从正电压向负电压循环。虽然LVE 58在图4中示意为在HVE 56下游，但应认识，LVE 58和HVE 56的位置可相反以致HVE 56位于LVE 58下游。
控制逻辑66与自耦变压器64一道运行以控制供给AC转换器62的功率的量。控制逻辑66的输入包括建筑物供电68和来自传感器24的信号。基于这些输入，控制逻辑66将用自耦变压器64控制供给转换器62的功率，以控制电源22供给NTP装置14的功率。如上面说明的，NTP装置14产生的臭氧的量为来自电源22的功率的量的函数。控制逻辑66可为专用于电源22的控制器，在这种情况下，控制逻辑66可与HVAC***10的主控制器通讯。或者，控制逻辑66可为HVAC***10的主控制器的一部分。
空气净化***50也含流率控制器26，其调节通过NTP装置14的入口空气流72的流率。流率的调节随来自传感器24的数据而变。控制空气流72的流率是为了控制离开等离子体装置14的空气流中臭氧的浓度。如图4中所示，流率控制器26可含输出信号，其被发送给鼓风机，鼓风机控制流经NTP装置14的气流。控制逻辑66可用于流率控制器26，或也可使用单独的控制器如***10的主控制器用于流率控制器26。
如上面结合图1所述，传感器24可布置在HVAC***10内的基本任何位置处。传感器24可通过有线和/或无线连接与HVAC***10的控制器(包括控制逻辑66)相连。
HVAC***10内NTP装置14的好处在于其净化宽范围污染物水平的空气流的能力。图4的NTP装置14的实施方案可用于典型的污染物水平，其可较低。但NTP装置14可易于经构造以处理重度增高的污染物水平，这将在下面描述。
图5为空气净化***的第二个实施方案，其与图4的***50相似并可替换在图1的***10中。空气净化***150含与图4中所示并在上面关于***50所述相同的部件；但空气净化***150也含灯78，其位于等离子体装置14与臭氧过滤器54之间。灯78为设计以产生紫外光(UVC)的杀菌灯。
***150与图4的***50相似地构造用于典型的污染物水平。***150内UVC灯78或另外的UVC源的使用可改进***150的净化能力。如上面在图4中所述，等离子体60内产生的臭氧可能从等离子体装置14迁移到下游。UVC灯78将产生UVC光子。当UVC光子接触臭氧分子时，光解将发生，意味着臭氧分子将瓦解或分解为氧气和氧自由基。活性特别高的氧自由基可然后与位于等离子体装置14和臭氧过滤器54之间的剩余的VOCs和/或微生物反应。由于***150含臭氧过滤器，故离开***150的空气流74基本无臭氧。
在图5所示实施方案中，***150含杀菌UVC灯78。应认识，灯78可由任何类型的UVC源代替，只要所述源能产生波长约254纳米的光即可。其他UVC源包括但不限于发光二极管(LED)和太阳。应认识，空气净化***150可易于通过关闭UVC灯78而转化为图4的空气净化***50。
如上所述，UVC灯78与等离子体装置14的组合使用将促进臭氧分子更高效地从空气流中去除VOCs。这是由于UVC灯78将瓦解或分解臭氧分子而形成氧自由基的事实。***150内过滤器54的使用也可用来提高其中UVC灯78照射过滤器54的那些实施方案中***150的有效性。在该情况下，当臭氧分子被吸附到过滤器54上时，来自灯78的UVC光将能分解驻留在过滤器54上的臭氧分子。这将在过滤器54上产生氧自由基，所述氧自由基然后能与通过过滤器54的VOCs反应或也被吸附到过滤器54上。
图6为空气净化***的另一实施方案。空气净化***250含与图4和5中所示相同的部件，不同的是***250中省去了杀菌灯78和臭氧过滤器54。分别与图4和5的***50和150相比，***250设计为使净化不仅在管道***内而且在图1的空间12之中发生。由于***250不含臭氧过滤器，故等离子体60产生的臭氧分子将被空气流28通过管道18向外携带到空间12(参见图1)。(图6的空气流74相当于图1的空气流28)。如图6中所示，离开***250的空气流74含净化空气和臭氧。
***250因此设计为不仅处理流经管道***的空气而且处理空间12(参见图1)内所含的空气。为有效地从空间12去除污染物，空气流274中臭氧的浓度优选高于百万分之一(ppm)的最低浓度。臭氧用于净化的典型有效范围为约10-100ppm。但人对臭氧的典型耐受水平为约0.05ppm。因此，如果空气流74中的臭氧浓度高于0.05ppm，则***250在空间12未被人或其他生物居处时运行将是很重要的。可如上所述使用传感器24部分地以监控空间12中臭氧的浓度，且安全措施可实施为如果空气中的臭氧浓度升到0.05ppm之上则给出通知。
如果空间12内的污染物水平突然增高，则可使用***250。例如，如果存在污染物的有目的引入，则可使用***250来使空间12中充满高浓度的臭氧以更快地从空间12内去除污染物。
图7为空气净化***的又一实施方案。与***250不同，***350含UVC灯78。如上面结合图5所述，UVC灯78可用在***350内等离子体60下游以将臭氧分解为氧气和氧自由基。氧自由基很适合攻击未在等离子体60内被消除的VOCs和/或微生物。如图7中所示，离开***350的空气流74含净化空气、臭氧和氧自由基。与图6的***250相似，***350经构造以净化空间12内所含的空气并优选在空间12未被居处时使用。
UVC源与等离子体装置的组合将提高污染物从空气中去除的速率。作为在图1的管道18内布置UVC灯78的替代方案，UVC灯或其他UVC源可位于空间12内。在该情况下，当臭氧分子进入空间12时UVC源将瓦解臭氧分子。在其他实施方案中，可使用多个UVC源来提高净化***的效率或减少从空间12去除污染物所需的时间。
图6和7中所示的实施方案设计以不仅从流经管道***的空气流中去除污染物而且从空间12(参见图1)去除污染物。后一能力通过使空间12充满臭氧和长寿命活性物种获得，所述臭氧和长寿命活性物种将与位于空间12中的空气中的污染物和微生物反应。为向空间12中传递臭氧和其他活性物种，臭氧过滤器如过滤器54或任何其他类型的臭氧缓解装置被排除在空气净化***之外。应认识，设计以基本限制污染物去除到管道***的图4的***50可简单地通过去除臭氧过滤器54而容易地转化为图6的***250。在HVAC***10的运行过程中，如变得有必要使空间12充满臭氧，则可不费力地去除臭氧过滤器54。与之类似，含杀菌灯78的图5的***150可通过去除臭氧过滤器54而容易地转化为***350。杀菌灯或其他UVC源可根据需要容易地开关、添加或从***去除。本发明的一个好处在于其使用基本一种空气净化***总体设计适应各种污染物水平的灵活性。如上所述，除管道***内的UVC源外或作为管道***内的UVC源的替代，空间12中可含UVC源。
如上所述，本文中所述空气净化***的能力部分取决于供给NTP装置的功率。图8为臭氧浓度对供给NTP装置的功率的函数关系图。臭氧浓度在紧邻NTP装置下游的位置处测定。图8示意NTP装置产生的臭氧的体积与供给NTP装置的功率的量基本呈线性比例。(应认识，将直至向NTP装置供给了最低功率阈值后才发生臭氧。)因此，通过监控和调节供给NTP装置的功率，可基于HVAC***10内变化的需求来控制产生的臭氧的浓度。可能需要定期将臭氧的量提高预定的量。此外，如观察到例如外部空气流中或空间12中污染物水平的突然增高，可手动增加供给NTP装置的功率。为此目的可在***10内各种位置处使用传感器。
图9为臭氧浓度与面速度(以英尺每分钟度量)的函数关系图，所述面速度为空气流经NTP装置的速率。图9示出了两种设计的等离子体装置的结果。在第一种设计中，NTP装置为单个格栅，而在第二种设计中，NTP装置含五个格栅。供给NTP装置的功率恒定于40瓦每格栅。
图9示意离开NTP装置的空气流中臭氧的浓度随面速度提高而降低。由于电源是恒定的，故产生的臭氧的量基本相同。随着空气流率增大，相对于臭氧而言，更多空气将通过装置，故臭氧浓度将降低。与一个格栅的NTP装置相比，臭氧浓度与面速度或流率的相关性在含五个格栅的NTP装置情况下更明显。
进入臭氧发生装置的面速度或流率可用作运行空气净化***的参数。如果检测到流经NTP装置的空气流中污染物水平有增高，则可行的是由控制器降低面速度以便离开NTP装置的空气流内含更高浓度的臭氧。作为降低面速度的替代或除降低面速度外，可提高供给NTP装置的功率以产生更大体积的臭氧。
图10为NTP装置的臭氧发生速率与流经NTP装置的空气流所含水蒸汽的量的函数关系图。图10示意了在恒定功率(40瓦每格栅)下运行的五格栅NTP装置和在变化的功率水平(9、13、20、25和30瓦)下运行的单格栅装置的结果。单格栅NTP装置的结果证实了图8的结果，表明臭氧发生速率随供给NTP装置的功率而增加。五格栅NTP装置的结果表明，臭氧发生速率随空气流中水量增加而降低。基于这些结果，在一些实施方案中，可将NTP装置布置在HVAC***中空气处理单元下游以便进入NTP装置的空气已被除湿。可这样做以增加或最大化NTP装置产生的臭氧的量。但图10的结果表明，即便在较高的湿度水平下，NTP装置仍能发生臭氧。
图11为三种不同构造的空气净化***中NTP装置从空气流中去除丁烯的单程效率(SPE)图。单程效率(SPE)定义为(进入空气净化***的)入口丁烯浓度与(离开***的)出口丁烯浓度间的差除以入口浓度。较高的SPE百分数表示较大量的丁烯从空气流中被去除。如图11中所示，当等离子体装置与杀菌UVC灯组合使用时，空气净化***去除丁烯的有效性高于单独使用等离子体装置时。图11还表明，单独使用杀菌灯对于从空气流中去除丁烯无效。
图12与图11相似，为图11中所示三种构造中NTP装置从空气流中去除甲苯的单程效率(SPE)图。与图11的结果一致，图12表明等离子体装置与至少一个杀菌灯的组合使用对于去除污染物尤其是甲苯最为有效。使用等离子体装置而不使用杀菌灯时仍有效，但导致了较低的SPE值。相比之下，使用四个杀菌灯而不使用等离子体装置时对于从空气中去除甲苯无效。
图13与图11和12相似，为五种不同构造的空气净化***中NTP装置从空气流中去除丁烯的SPE图。图13示出了使用等离子体装置自身与如果与两个、四个或八个杀菌灯组合地使用等离子体装置时的效率的比较。如图13中所示，杀菌灯布置在等离子体装置的上游和/或下游。当等离子体装置单独使用时，结果是SPE为约百分之二十。在其中等离子体装置与两个位于等离子体装置下游的杀菌灯组合使用的构造中，SPE为约百分之二十五到百分之三十之间，表明杀菌灯提高了等离子体装置的净化能力。当等离子体装置下游布置了四个杀菌灯时，SPE超过百分之三十。
当所有四个杀菌灯均位于等离子体装置上游时，SPE与单独使用等离子体装置的结果相当。与之类似，当四个灯布置在等离子体装置上游、四个灯布置在下游时，SPE结果与其中总共仅使用四个灯且所有灯均布置在下游的构造相当。图13表明，将UVC灯布置在等离子体装置的上游几乎不产生好处。
图14为类似的从空气流中去除丁烯的SPE图。图14示意了当与等离子体装置组合使用UVA灯而不是UVC灯时对SPE的影响。如图4中所示，UVA灯不提高从空气流中去除丁烯的效率。此外，UVA灯在单独使用时对于从空气流中去除丁烯无效。
如上所述等离子体装置为非热等离子体装置。在示例性的实施方案中，等离子体装置为电介质阻挡放电装置。应认识，经构造以产生等离子体的其他类型装置如热等离子体装置也在本发明的范围之内。在替代的实施方案中，可用其他类型的臭氧发生装置替代上述等离子体装置。
本文中所述的臭氧发生装置可安装在HVAC***的管道内并用来净化流经所述管道***的空气流。在此情况下，净化限于在管道内进行。或者，臭氧发生装置可用来净化居处空间中的空气，做法是让所述空间充满臭氧。臭氧发生装置也可用来净化实际的管道以去除管道***内可能已积聚的污染物。有时可能难以清洁建筑物中的管道***；但本文中描述的方法通过产生臭氧及其他活性物种并然后使臭氧循环通过管道***而使得做这项工作成为可行。其可用来例如预防或处置可能驻留在管道***中的军团菌。在此情况下，很可能应疏散与管道***相连的建筑物以便可让管道和与管道***相连的空间充满高水平的臭氧。或者，管道***的清洁可在当建筑物通常不被居处的时候进行。
所述空气净化***在本文中描述为净化建筑物中的空气。应认识，所述空气净化***可用在其他应用中，包括但不限于运输装置。所述空气净化***可用来净化任何类型的运输装置包括航天器、飞行器、陆地车辆、火车、巡航线及其他类型的船舶中的空气。
本文中所用术语为描述而非限制的目的而用。虽然结合优选实施方案对本发明进行了描述，但本领域技术人员应认识，可从形式和细节上加以改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (45)

1.一种空气净化方法，所述方法包括：
使空气流流经等离子体装置；
用所述等离子体装置产生等离子体，其中所述等离子体包含电子、短寿命自由基、长寿命自由基、其他离子和臭氧，以便臭氧被引入所述空气流中；
传感所述空气流的至少一种组分的浓度；和
根据传感到的所述至少一种组分的浓度来控制供给所述等离子体装置的电功率以控制产生的臭氧的体积。
2.权利要求1的方法，所述方法还包括：
控制通过所述等离子体装置的空气流的流率以控制臭氧的浓度，其中所述流率根据传感到的所述至少一种组分的浓度来控制。
3.权利要求1的方法，其中空气流的所述至少一种组分包括挥发性有机化合物。
4.权利要求1的方法，其中空气流的所述至少一种组分包括臭氧。
5.权利要求1的方法，其中所述等离子体装置为电介质放电装置。
6.权利要求1的方法，所述方法还包括：
通过用位于所述等离子体装置下游的UVC源光解将臭氧分解为氧气和氧自由基。
7.权利要求6的方法，其中所述UVC源包括杀菌灯、发光二极管(LED)和太阳中的至少一者。
8.权利要求1的方法，所述方法还包括：
在使所述空气流流经所述等离子体装置之前降低所述空气流中水蒸汽的水平。
9.权利要求1的方法，所述方法还包括：
在所述等离子体装置下游的位置处过滤所述空气流以捕获所述空气流中剩余的臭氧。
10.权利要求1的方法，其中所述臭氧以高于约1ppm的浓度引入所述空气流中。
11.权利要求1的方法，其中所述等离子体装置与空气处理***的管道相连。
12.一种使用臭氧和氧自由基净化空气以从空气流中去除挥发性有机化合物的方法，所述方法包括：
用等离子体装置产生等离子体，其中所述等离子体包含电子、短寿命自由基、长寿命自由基、其他离子和臭氧，且产生的臭氧的体积为供给所述等离子体装置的输入功率的函数；
向流经所述等离子体装置的空气流中引入臭氧；
通过用至少一个位于所述等离子体装置下游的UVC源光解将部分臭氧分解为氧气和氧自由基；和
根据被传感组分的浓度改变供给所述等离子体装置的电功率的量以改变产生的臭氧的体积。
13.权利要求12的方法，其中所述等离子体装置为电介质放电装置。
14.权利要求12的方法，其中所述至少一个UVC源包括杀菌灯、发光二极管(LED)和太阳中的至少一者。
15.权利要求12的方法，其中所述被传感的组分包括臭氧和挥发性有机化合物中的至少一者。
16.权利要求12的方法，其中所述等离子体装置位于空气处理***的管道中。
17.权利要求16的方法，所述方法还包括：
将所述含臭氧的空气流推出所述管道并推进封闭空间中，在其中，所述臭氧从所述封闭空间中的空气中去除污染物。
18.权利要求17的方法，其中分解部分臭氧为氧气和氧自由基包括在所述封闭空间中使用UVC源以分解随所述空气流被推进所述封闭空间中的臭氧。
19.权利要求16的方法，其中分解部分臭氧为氧气和氧自由基包括在所述等离子体装置下游的管道中使用UVC灯以分解所述管道中的臭氧。
20.权利要求12的方法，所述方法还包括：
用位于所述至少一个UVC源下游的过滤器捕获所述空气流中剩余的臭氧，其中所述UVC源照射所述过滤器并使所述过滤器上的臭氧分解为氧气和氧自由基，所述氧自由基能攻击通过所述过滤器的挥发性有机化合物和吸附在所述过滤器上的挥发性有机化合物。
21.权利要求12的方法，所述方法还包括：
改变通过所述等离子体装置的空气流的流率以改变被引入所述空气流中的臭氧的浓度。
22.权利要求21的方法，其中所述空气流的流率根据被传感组分的浓度来改变。
23.一种构造以从空气处理***中的空气中去除污染物的空气净化***，所述空气净化***包含：
电源；
与所述电源连接的臭氧发生装置，其中臭氧发生速率为自所述电源输入的功率的函数；
构造以传感位于所述臭氧发生装置下游的空气流中臭氧浓度的臭氧传感器；
构造以传感空气流中挥发性有机化合物的浓度的污染物传感器；和
构造以改变自所述电源向所述臭氧发生装置输入的功率的控制器，其中所述输入功率取决于所述臭氧浓度和所述挥发性有机化合物浓度中的至少一者。
24.权利要求23的空气净化***，其中所述控制器根据所述臭氧浓度和所述挥发性有机化合物浓度中的至少一者来改变流经所述臭氧发生装置的空气的流率。
25.权利要求23的空气净化***，所述***还包含位于所述臭氧发生装置下游、构造以将臭氧光解为氧气和氧自由基的UVC源。
26.权利要求23的空气净化***，其中所述臭氧发生装置为非热等离子体装置。
27.权利要求23的空气净化***，其中所述臭氧发生装置为电介质放电装置。
28.权利要求23的空气净化***，其中所述臭氧发生装置在所述空气处理***的管道内且所述管道用来向封闭空间中传递空气。
29.权利要求28的空气净化***，其中所述臭氧传感器位于所述臭氧发生装置下游的所述管道中。
30.权利要求28的空气净化***，其中所述臭氧传感器位于所述封闭空间中。
31.权利要求28的空气净化***，其中所述污染物传感器位于所述封闭空间中。
32.权利要求28的空气净化***，其中所述污染物传感器位于所述臭氧发生装置上游的所述管道中。
33.权利要求23的空气净化***，所述***还包含：
位于所述臭氧发生装置下游、构造以捕获所述空气流中剩余的臭氧的过滤器。
34.一种运行空气净化***的方法，所述方法包括：
用臭氧发生装置产生臭氧，其中产生的臭氧的量为传递给所述臭氧发生装置的电功率的函数；
使空气流流经所述臭氧发生装置以向所述空气流中引入所述臭氧来去除挥发性有机化合物；
测定所述空气流中至少一种组分的浓度；
控制供给所述臭氧发生装置的电功率以控制产生的臭氧的量，其中所述电功率的控制取决于所述至少一种组分的浓度测定值；和
控制通过所述臭氧发生装置的空气流的流率以控制所述空气流中臭氧的浓度，其中所述流率的控制取决于所述至少一种组分的浓度测定值。
35.权利要求34的方法，其中所述至少一种组分包括臭氧。
36.权利要求34的方法，其中所述至少一种组分包括挥发性有机化合物。
37.权利要求34的方法，所述方法还包括：
通过用所述臭氧发生装置下游的UVC源光解将所述空气流中的部分臭氧分解为氧气和氧自由基。
38.权利要求37的方法，所述方法还包括：
用位于所述UVC源下游的过滤器捕获所述空气流中剩余的臭氧，其中所述UVC源照射所述过滤器并使所述过滤器上的臭氧分解为氧气和氧自由基，所述氧自由基能攻击通过所述过滤器或吸附在所述过滤器上的挥发性有机化合物。
39.权利要求34的方法，所述方法还包括：
在使所述空气流流经所述臭氧发生装置之前去除所述空气流中的水蒸汽。
40.权利要求34的方法，其中所述臭氧以高于约1ppm的浓度引入所述空气流中。
41.一种使用臭氧和氧自由基从空气流中去除挥发性有机化合物的方法，所述方法包括：
向臭氧发生装置传递电功率；
用所述臭氧发生装置产生臭氧；
使空气流流经所述臭氧发生装置以向所述空气流中引入臭氧；
测定所述空气流中至少一种组分的浓度；和
控制通过所述臭氧发生装置的空气流的流率以控制所述空气流中臭氧的浓度，其中所述流率的控制取决于所述至少一种组分的浓度测定值。
42.权利要求41的方法，其中向所述臭氧发生装置传递电功率包括根据所述至少一种组分的浓度测定值来控制供给所述臭氧发生装置的电功率。
43.权利要求41的方法，其中所述至少一种组分包括臭氧。
44.权利要求41的方法，其中所述至少一种组分包括挥发性有机化合物。
45.权利要求41的方法，所述方法还包括：
用位于所述臭氧发生装置下游的UVC源将所述空气流中的部分臭氧瓦解为氧气和氧自由基。
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