灰尘测量设备和方法与流程

本公开涉及用于测量灰尘的设备和方法，并且更具体地涉及用于测量灰尘的设备和方法，该设备和方法可以根据基于粒径的数浓度分布导出质量浓度，以提高灰尘测量的准确度。

背景技术：

本公开涉及用于测量灰尘的设备和方法。特别地，本公开可以用于除尘设备中，该除尘设备应用于空调系统、空气净化器等，以去除空气中的灰尘并排出净化空气。

图1是例示了根据现有技术的实施方式的除尘设备的视图。在下文中，将描述能够净化并冷却被污染的空气的空调。

参照图1，普通的空调包括：吸入格栅10，该吸入格栅10用于将室内污染空气吸入到设备中；灰尘测量设备100，该灰尘测量设备100用于去除在被吸入格栅10吸入的空气中包含的污染物；热交换器20，该热交换器20用于通过对由灰尘测量设备100净化的空气进行热交换来降低空气的温度；送风机30，该送风机30用于将温度在空气通过热交换器20的同时降低的空气排出到系统外部；以及排出格栅40，该排出格栅40用于改变由送风机30排出到外部的空气的方向。

灰尘测量设备100执行去除包含在被污染的室内空气中的诸如灰尘的污染物的功能。通常，灰尘测量设备100可以使用电集尘方案，在该方案中，高压放电，以带走污染物，然后集尘。

传统上，使用能够测量颗粒物(pm)的pm传感器来测量在流入除尘设备中的空气中的灰尘量。pm传感器使用加热器来产生上升气流，并且将从led发出的光散射在沿着上升气流移动的灰尘上。随后，由光电二极管检测散射的光，并且当存在灰尘时，光电二极管的输出电压值下降。即，pm传感器可以基于光电二极管的输出电压值，通过将每单位时间的低电压的比率转换成浓度来测量所引入空气的数浓度。

然而，当使用传统光学测量方案时，能够测量总数浓度，但是不能测量基于粒径的数浓度分布。具体地，对浮尘的流调节使用灰尘的质量浓度。为了计算质量浓度，必须从所测量的数浓度推断质量浓度。然而，由于不能测量基于粒径的数浓度分布，所推断质量浓度的准确度非常差。另外，在光学测量的情况下，难以测量占据灰尘大部分的、尺寸等于或小于300nm的灰尘。

在现有技术中，需要多个撞击采样器或级联撞击采样器来获得基于粒径的数浓度分布。然而，这样的多个撞击采样器或级联撞击采样器的小型化是困难的，并且由于撞击采样器不能将期望粒径100％的灰尘分离，测量准确度低。进一步地，当不使用撞击采样器时，不能裁量基于粒径的数浓度。进一步地，因为测量了所有粒径的当前值，所以当引入比通常更大或更小的颗粒时，大大降低准确度。

技术实现要素：

技术目的

本公开的一个目的是提供用于测量灰尘的设备和方法，其中，因为测量了基于粒径的数浓度分布，所以可以实现数浓度分布到质量浓度的转换，从而提高灰尘测量的准确度。

本公开的另一个目的是提供用于测量灰尘的设备和方法，该设备和方法有利于小型化并且在操作期间不产生压差，因为可以在不使用单独的粒径分类设备(例如撞击采样器(impactor))的情况下计算质量浓度。

本公开的目的不限于上述目的。上面未提及的本公开的其他目的和优点可以从下面的描述理解，并且可以从本公开的实施方式更清楚地理解。进一步地，将容易地理解，本公开的目的和优点可以由如权利要求公开的特征及其组合来实现。

技术方案

本公开的一个方面提供了一种灰尘测量设备，该灰尘测量设备包括：带电器，该带电器用于使引入的灰尘带电；第一集尘器，该第一集尘器包括被设置为彼此隔开的第一集尘电极和第二集尘电极，其中，不同的电压被分别施加到第一集尘电极和第二集尘电极，使得第一集尘电极和第二集尘电极收集带电的灰尘；第二集尘器，该第二集尘器用于收集通过第一集尘器的灰尘；电流测量单元，该电流测量单元用于测量在第二集尘器中流动的电流；以及控制器，该控制器使用在电流测量单元中测量的电流值来计算灰尘的质量浓度，并且基于质量浓度来调节分别施加到带电器和第一集尘器的电压。

本公开的另一个方面提供了一种灰尘测量设备的用于测量灰尘的方法，该灰尘测量设备包括用于使引入的灰尘带电的带电器、用于收集带电的灰尘的第一集尘器以及用于收集通过第一集尘器的灰尘的第二集尘器，该方法包括以下步骤：测量在向带电器施加第一电压且未向第一集尘器施加第二电压时在第二集尘器中流动的第一电流；测量在向带电器施加第一电压且向第一集尘器施加第二电压时在第二集尘器中流动的第二电流；以及使用第一电流和第二电流来计算灰尘的质量浓度。

技术效果

根据本公开的灰尘测量设备可以计算基于粒径的数浓度分布，以导出作为调节标准的质量浓度，从而实现比传统灰尘测量传感器(例如光学pm传感器)更高的准确度。由此，可以提高包括灰尘测量设备的设备的控制准确度，从而为用户提供高满意度并提高操作效率。另外，在本公开的另一个实施方式中，当根据本公开的灰尘测量设备与传统的灰尘测量传感器(例如光学pm传感器)一起使用时，可以进一步提高准确度。

另外，根据本公开的灰尘测量设备可以通过仅将金属网过滤器和电流测量单元添加到传统的灰尘过滤器来准确地测量质量浓度，从而精确地测量质量浓度。因此，可以原封不动地使用传统生产线。另外，可以在不使用单独的粒径分类设备的情况下计算质量浓度，这在小型化方面是有利的，使得根据本公开的灰尘测量设备可以容易地安装在其他电子设备(例如空气净化器或空调)中，并且可以实现高兼容性。由此，可以使包括灰尘测量设备的产品小型化，并且可以以高通用性降低生产所需的费用和单位成本。

附图说明

图1是例示了根据现有技术的实施方式的除尘设备的视图。

图2是例示了根据本公开的一些实施方式的灰尘测量设备的框图。

图3和图4是用于例示根据本公开的一些实施方式的灰尘测量设备的操作的图。

图5是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的数浓度的方法的曲线图。

图6是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的平均粒径的方法的曲线图。

图7是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的基于粒径的数浓度分布的方法的曲线图。

图8是用于例示根据本公开的一些实施方式的用于测量灰尘的方法的流程图。

具体实施方式

在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于通用或字典含义。进一步地，发明人基于能够适当定义术语的概念以便最佳地描述其发明的原理，应将术语或词语解释为与本公开的技术思想一致的含义和概念。另外，本说明书中描述的实施方式和附图中示出的部件仅是本公开最优选的实施方式之一，并不代表本公开的所有技术思想。由此，应理解，在本申请时，可以存在代替实施方式和部件的各种等同物和变型例。

在下文中，将参照图2至图8详细描述根据本公开的一些实施方式的用于测量灰尘的设备和方法。

图2是例示了根据本公开的一些实施方式的灰尘测量设备的框图。

参照图2，根据本公开的一些实施方式的灰尘测量设备100可以包括带电器110、第一集尘器120、第二集尘器器130、电流测量单元140、控制器150以及风扇模块160。

流入到灰尘测量设备100中的灰尘可以依次通过带电器110、第一集尘器120以及第二集成器130。在这方面，风扇模块160可以使灰尘从带电器110朝向第二集尘器130移动。

可以向带电器110施加第一电压，以使流动的灰尘带电(例如充电或放电)。带电器110可以释放高电压，以使在进入到带电器110中的空气中包含的灰尘带正电或带负电。在这方面，可以在带电器110的内部产生等离子体的光能。

在带电器110中充电的灰尘可以穿过第一集尘器120。第一集尘器120可以包括施加有第二电压的第一集尘电极122和与第一集尘电极122隔开并接地的第二集尘电极124。第一集尘器120可以收集通过第一集尘器120的带电灰尘的一部分。

第二集尘器130可以收集通过第一集尘器120的灰尘。第二集尘器130可以包括形成为网状并且由金属材料制成的过滤器135。在这方面，过滤器135可以收集通过第一集尘器120的灰尘，并且流过过滤器135的电流的大小可以基于借助过滤器135过滤的灰尘的量而变化。

电流测量单元140测量在第二集尘器130中流动的电流。详细地，电流测量单元140可以测量流过过滤器135的电流的大小，并将测量的大小发送到控制器150。

例如，电流测量单元140可以测量在将第一电压施加到带电器110并且未将第二电压施加到第一集尘器120时在第二集尘器130中流动的第一电流i1。另外，电流测量单元140可以测量在将第一电压施加到带电器110并且将第二电压施加到第一集尘器120时在第二集尘器130中流动的第二电流i2。电流测量单元140可以将所测量的第一电流i1和第二电流i2发送到控制器150。

控制器150可以控制带电器110、第一集尘器120、第二集尘器130、电流测量单元140以及风扇模块160的操作。详细地，控制器150可以调节是否将电压施加到带电器110和第一集尘器120、以及所施加电压的大小，并且调节风扇模块160的风量。另外，可以接收来自电流测量单元140的测量数据。

另外，控制器150可以使用由电流测量单元140测量的电流值来计算流入到带电器110中的灰尘的质量浓度，基于该质量浓度来调节施加到带电器110和第一集尘器120上的电压，并且调节风扇模块160的风量。

详细地，控制器150可以基于所测量的电流值来计算流入到灰尘测量设备100中的灰尘的数浓度(或灰尘的总数浓度)和平均粒径。另外，控制器150可以使用计算出的数浓度和平均粒径，基于粒径来计算数浓度分布。随后，控制器150可以使用基于粒径的数浓度分布来计算质量浓度。稍后将描述其详细描述。

图3和图4是用于例示根据本公开的一些实施方式的灰尘测量设备的操作的图。

参照图3，将描述当将第一电压施加到带电器110且未将电压施加到第一集尘器120时的灰尘测量设备100的操作。

当污染的空气流入时，带电器110释放高电压，以使污染物带正电或负电。带电器110可以包括施加有高电压的第一电极112以及与第一电极112对应地接地的第二电极114和116。

第一电极112可以被形成为线型、碳刷型或针型。第二电极114和116可以布置在第一电极112的上方或下方，并且可以以彼此面对的平行板的形状布置。

例如，参照图1和图3，当借助空调系统的吸入格栅10吸入房间中的污染空气并将其提供给带电器110时，在污染空气通过的同时将高电压连续施加到第一电极112，从而形成朝向第二电极114和116的电场。在这方面，被包含在通过带电器110的空气中的诸如灰尘的异物由高压电场带正电或负电。

在以上操作期间，从带电器110的第一电极112发射强光能，以产生等离子体现象。等离子体现象意味着发射3至4ev的光能，并且该光能破坏在房间中的污染空气中所含的有机化合物与杂环化合物之间的键。

通常，污染物由包含碳c、氢h以及氧o的有机化合物以及由除碳c以外的原子组成的杂环化合物组成。杂环化合物包括nox、sox等。在这方面，在污染物的键在污染物通过带电器110的等离子体区域的同时被破坏的过程中，可能产生氮氧化物nox、二氧化碳co2等。然而，本公开不限于此。

随后，通过带电器110的灰尘可以被提供给第一集尘器120。第一集尘器120可以包括施加有电压的第一集尘电极122和与第一集尘电极122隔开并接地的第二集尘电极124。第一集尘器120可以收集通过第一集尘器120的带电灰尘的一部分。

然而，在图3中，因为没有电压施加到第一集尘电极122，所以通过第一集尘器120的灰尘的收集作用不会发生。通过第一集尘器120的灰尘被转移到第二集尘器130。

第二集尘器130包括形成为网状并且由金属材料制成的过滤器135。进一步地，过滤器135收集流入到第二集尘器130中的灰尘。

在这方面，灰尘被过滤器135过滤，并且流过第二集尘器130的电流量可以根据被过滤器135过滤的灰尘的大小和数量而变化。

在这方面，电流测量单元140可以测量在第二集尘器130中流动的第一电流i1，并且将所测量的第一电流i1发送到控制器150。

参照图4，将描述当将第一电压施加到带电器110并且将第二电压施加到第一集尘器120时的灰尘测量设备100的操作。

带电器110以与参照图3描述的相同的方式操作。将省略冗余的描述。

随后，通过带电器110的灰尘可以被提供给第一集尘器120。

此时，将第二电压(例如-6kv至7kv的高电压)施加到第一集尘器120。因此，可以在第一集尘电极122与第二集尘电极124之间定义电磁场(e场)。

例如，可以将正电极的高电压施加到第一集尘电极122，并且可以将带电器110中带正电的灰尘排斥多达施加到第一集尘电极122的正功率的量，并且可以将其收集到第二集尘电极124。然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。另外，虽然图4例示了第一集尘电极122布置在上部且第二集尘电极124布置在下部，但是本公开不限于此。第一集尘电极122和第二集尘电极124的位置可以改变。

随后，通过第一集尘器120的灰尘被转移到第二集尘器130。即，一部分灰尘被第一集尘器120收集，其余部分的灰尘被转移到第二集尘器130。

类似地，第二集尘器130包括形成为网状并由金属材料制成的过滤器135，并且过滤器135收集流入到第二集尘器130中的灰尘。

在这方面，电流测量单元140可以测量在第二集尘器130中流动的第二电流i2，并将所测量的第二电流i2发送到控制器150。

图5是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的数浓度的方法的曲线图。

参照图5，图5的x轴表示第一电流i1与第二电流i2之间的差，并且y轴表示灰尘的数浓度。

控制器150可以使用从电流测量单元140接收的第一电流i1和第二电流i2来计算流入到灰尘测量设备100中的灰尘的数浓度(或灰尘的总数浓度)。

可以使用以下方程1计算数浓度(或灰尘的总数浓度)。

【方程1】

n＝sn(i1-i2)

在方程中，n表示数浓度(例如灰尘的总数浓度)，i1表示第一电流，i2表示第二电流，并且sn表示数浓度常数。在这方面，数浓度常数可以是图5的曲线图所示的直线的斜率。

即，数浓度常数可以借助图5的曲线图来计算。进一步地，控制器150可以使用第一电流i1和第二电流i2来计算引入的灰尘的数浓度(或灰尘的总数浓度)。

图6是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的平均粒径的方法的曲线图。

参照图6，图6的x轴表示通过将第一电流i1除以第一电流i1与第二电流i2之间的差而获得的值，并且y轴表示灰尘的平均粒径。

控制器150可以使用从电流测量单元140接收的第一电流i1和第二电流i2来计算流入到灰尘测量设备100中的灰尘的平均粒径。

可以使用以下方程2计算平均粒径。

【方程2】

在方程中，dp,av表示灰尘的平均粒径，i1表示第一电流，i2表示第二电流，并且sdp表示平均粒径常数。在这方面，平均粒径常数可以是图6的曲线图所示的直线的斜率。

即，可以借助图6的曲线图来计算平均粒径常数，并且控制器150可以使用第一电流i1和第二电流i2来计算所引入的灰尘的平均粒径。

即，可以借助图6的曲线图来计算平均粒径常数，并且控制器150可以使用第一电流i1和第二电流i2来计算所引入的灰尘的平均粒径。

图7是例示了用于获得流入到本公开的灰尘测量设备中的灰尘的基于粒径的数浓度分布的方法的曲线图。

参照图7，图7的x轴表示灰尘(或颗粒)的尺寸，并且y轴表示灰尘的数浓度。在这方面，图7示意性地示出了对于4至162nm的纳米dma测量的扫描迁移率粒径分析仪(在下文中称为smps)值、对于14.1至710.5nm的长dma的smps值以及在542至19000nm的尺寸下测量的空气动力学粒径分析仪(aps)值。

控制器150可以使用利用第一电流i1和第二电流i2计算的灰尘的数浓度和平均粒径来计算“基于粒径的数浓度分布”(对数正态粒径分布：n(dp))。“基于粒径的数浓度分布”可以表达为对数值。

可以使用以下的【方程3】来计算基于粒径的数浓度分布。

【方程3】

在方程中，n表示数浓度(例如灰尘的总数浓度)，dp表示灰尘的粒径，dp,av表示灰尘的平均粒径，并且σ表示标准偏差。

通常，基于室内悬浮颗粒的粒径的数浓度分布的标准偏差可以为大约1.7(在单源气溶胶的情况下)。然而，本公开不限于此。

随后，控制器150可以使用基于粒径的数浓度分布来计算质量浓度。

可以使用以下方程4来计算质量浓度。

【方程4】

质量浓度(μg/cm³)＝数浓度(数/cm³)×颗粒体积(cm³)×颗粒质量密度(μg/cm³)

在方程中，可以将颗粒的体积计算为圆周率÷6×粒径³，并且可以假设1g/cm³(＝1000μg/cm³)来计算颗粒的质量密度。然而，本公开不限于此。

即，控制器150可以使用第一电流i1和第二电流i2来计算流入到灰尘测量设备100中的灰尘的数浓度和平均粒径，使用数浓度和平均粒径来计算基于粒径的数浓度分布，并且基于数浓度分布来计算质量浓度。

由此，本公开的灰尘测量设备100可以计算基于粒径的数浓度分布，以导出作为调节标准的质量浓度，从而比传统灰尘测量方案更加提高准确度。

另外，根据本公开的灰尘测量设备100可以通过仅将金属网过滤器和电流测量单元添加到现有的灰尘过滤器来准确地测量所引入灰尘的质量浓度。因此，具有原封不动地使用现有生产线的优点。另外，可以在不使用单独的粒径分类设备的情况下计算质量浓度，这在小型化方面是有利的，使得根据本公开的灰尘测量设备100可以容易地安装在其他电子设备(例如空气净化器或空调)中，并且可以实现高兼容性。由此，可以使包括灰尘测量设备的产品小型化，并且可以以高通用性降低生产所需的费用和单位成本。

在本公开的另外实施方式中，可以将小于第二电压的第三电压(参照图4描述)施加到第一集尘器120的第一集尘电极122。在这方面，由电流测量单元140测量的第三电流i3可以代替第一电流i1用于计算。由此，本公开的控制器150可以计算尺寸等于或大于300nm的颗粒的质量浓度，并且可以实现质量浓度测量的更高准确度。

进一步地，在另一个附加实施方式中，本公开的灰尘测量设备100还可以包括传统的灰尘测量传感器。在下文中，将描述光学pm传感器，作为传统灰尘测量传感器的示例。

在这方面，灰尘测量设备100还可以执行由pm传感器检测散射在通过带电器110的灰尘上的光，以计算灰尘的浓度。具体地，pm传感器使用加热器产生上升气流，并且将从led发射的光散射到沿着上升气流移动的灰尘。随后，由光电二极管检测散射的光，并且当存在灰尘时，光电二极管的输出电压下降。即，pm传感器可以基于光电二极管的输出电压值，通过将每单位时间的低电压的比率转换成浓度来测量所引入空气的数浓度。

然后，当计算质量浓度时，控制器150可以通过参考由pm传感器测量的值以及由电流测量单元140测量的第一电流i1和第二电流i2这两者来计算质量浓度。

由此，本公开的灰尘测量设备100可以进一步提高质量浓度计算的准确度，为用户提供高满意度，并且提高操作效率。

图8是用于例示根据本公开的一些实施方式的用于测量灰尘的方法的流程图。

参照图8，在根据本公开的一些实施方式的用于测量灰尘的方法中，首先，向带电器110施加电压，并且不向第一集尘器120施加电压(s110)。在这方面，流入到带电器110中的灰尘被施加到带电器110的电压充电并被转移到第一集尘器120。然而，因为不向第一集尘器120施加电压，所以不收集转移到第一集尘器120的灰尘，并且灰尘移动到第二集尘器130。灰尘可以由在第二集尘器130中包括的过滤器135收集。

随后，电流测量单元140测量在第二集尘器130中流动的第一电流i1(s115)。第一电流i1的测量值被发送到控制器150。

随后，向带电器110施加电压，并且向第一集尘器120施加电压(s120)。在这方面，第一电压被施加到带电器110，并且第二电压被施加到第一集尘器120。第一电压和第二电压可以彼此不同。例如，第二电压可以是-6kv至7kv的高电压。由此，可以在包括在第一集尘器120中的第一集尘电极122与第二集尘电极124之间限定电磁场(e场)，并且可以收集流入到第一集尘器120中的灰尘。在由第一集尘器120收集了一部分灰尘之后剩余的灰尘的剩余部分可以由第二集尘器130收集。

随后，电流测量单元140测量在第二集尘器130中流动的第二电流i2(s115)。第二电流i2的测量值被发送到控制器150。

随后，控制器150使用第一电流i1和第二电流i2计算灰尘的数浓度和平均粒径(s130)。在这方面，因为已经参照图5和图6描述了用于计算数浓度和平均粒径的方法，所以下面将省略其详细描述。

随后，控制器150使用灰尘的数浓度和平均粒径计算基于粒径的数浓度分布(s140)。

随后，控制器150使用基于粒径的数浓度分布计算质量浓度(s150)。因为已经参照图7描述了用于计算基于粒径的数浓度分布和质量浓度的方法，所以下面将省略其详细描述。

随后，控制器150确定计算出的质量浓度是否高于预定参考值(s160)。

随后，当质量浓度高于预定参考值时，控制器150增加分别施加到带电器110和第一集尘器120的电压或增加风扇模块160的风量(s170)。由此，本公开的灰尘测量设备100可以提高集尘率并降低排出空气的污染程度。

即，风扇模块160可以将灰尘从带电器110移向第二集尘器130，并且控制器150可以基于计算出的量浓度来调节风扇模块160的风量。

另外，控制器150可以基于计算出的质量浓度来调节施加到带电器110的第一电压或施加到第一集尘器120的第二电压，以调节第一集尘器120中的集尘率。

另一方面，当质量浓度低于预定基准值时，控制器150维持分别施加到带电器110和第一集尘器120的电压以及风扇模块160的风量(s175)。

另外，在s110中，可以将小于第二电压的第三电压施加到第一集尘器120的第一集尘电极122，而不是不对其施加电压。在这方面，由电流测量单元140测量的第三电流i3可以代替第一电流i1用于计算。由此，本公开的控制器150可以计算尺寸等于或大于300nm的颗粒的质量浓度，并且可以实现质量浓度测量的更高准确度。

进一步地，在另一个附加实施方式中，本公开还可以包括使用传统的灰尘测量传感器来计算灰尘的浓度。例如，pm传感器可以用作传统的灰尘测量传感器。

随后，当计算质量浓度时，控制器150可以通过参考由传统灰尘测量传感器测量的值以及由电流测量单元140测量的第一电流i1和第二电流i2这两者来计算质量浓度。

由此，本公开的灰尘测量设备100可以进一步提高质量浓度计算的准确度，为用户提供高满意度，并且提高操作效率。

由此，本公开的用于测量灰尘的方法可以计算基于粒径的数浓度分布，以导出作为调节标准的质量浓度，从而实现比传统灰尘测量传感器(例如光学pm传感器)更高的准确度。由此，可以提高包括灰尘测量设备的设备的控制准确度，从而为用户提供高满意度并提高操作效率。另外，在本公开的其他实施方式中，当本公开的灰尘测量设备100与传统的灰尘测量传感器(例如光学pm传感器)一起使用时，可以进一步提高准确度。

应理解，前述实施方式在所有方面都是例示性的，而不是限制性的。进一步地，本公开的范围将由所附权利要求来指示，而不是前述描述来指示。进一步地，稍后将描述的权利要求的含义和范围、以及从等效概念导出的所有改变和修改都应被解释为包括在本公开的范围内。