專利名稱：生物學空氣過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及生物學空氣過濾器以及使用該生物學空氣過濾器的方法。
背景技術：
以前的研究人員已經證明，可使用植物來通過吸收不需要的物質而從空氣抽取這 些不需要的物質。已經提出一些設計來使用植物的能量來吸收和移除這種不需要的雜質從 而使得環(huán)境更加健康。

發(fā)明內容
已經發(fā)現(xiàn)一種新穎的用于進行處理例如凈化、加濕、過濾和/或消毒環(huán)境空氣的 設備。該設備包括植物、土壤、根和蓄水池從而能夠在延長的時間段中有效地過濾空氣。尤 其地，該裝置設計有空氣推進器系統(tǒng)，使得外部“臟”空氣在該裝置中植物、土壤、根和/或 蓄水池附近循環(huán)，由此從空氣移除雜質、有害物和其他無益的化學物。一系列的部件形成一 個自上而下的過濾系統(tǒng)，提升了各個部件的每個的吸收屬性。更一般地，過濾部件的組合被 認為能夠提升整體過濾能力。所描述的設備和方法可容易地應用到許多需要進行空氣處理 的應用中，例如家庭或辦公室應用。而且，通過結合植物系統(tǒng)，該設備不僅能發(fā)揮作用而且 也具有美觀的效果。在一個方面，用于處理(例如，凈化、過濾、加濕和/或消毒)空氣的設備包括具有 葉和根的植物；土壤基部；蓄水池；以及空氣推進器系統(tǒng)，用于接納該設備外部的空氣，從 而使得空氣循環(huán)于植物的葉附近，植物的根附近，穿過土壤基部，以及從該設備排出空氣。 葉、根、土壤基部和蓄水池的每個可容納在外殼的內部容積中。如這里所使用的，術語“葉” 用于表示專用于光合作用的地面上方的植物器官。因此，“葉”包含例如，花葉、針葉樹的針 和蕨類植物的葉。該空氣推進器系統(tǒng)包括一個或一系列的風扇，包括但不局限于，接收該設備外部 的空氣和/或導引空氣在外殼的內部容積中流動的輸入風扇；從該設備排出空氣和/或導 引空氣在所述外殼的內部容積中流動的輸出風扇；和/或導引空氣在外殼的內部容積中流 動的內部風扇。在另一實施例中，該設備包括控制空氣推進器系統(tǒng)的速度和/或方向的控 制器。在各個實施例中，入口和出口風扇速度可以是大概100、125、150、175、200、225、250、 275、300、325、350、375或400立方米/小時。入口風扇和出口風扇的速度比值可以變化。具有足夠的風扇速度，和/或使得空氣充分有效地輸出通過該設備(經由各個部 件(例如，土壤)的阻力的調節(jié))，對于以合理的時間量或者盡可能多地實現(xiàn)有效地凈化室 內的空氣來說是重要的。如果空氣倒流(turnover)和/或進入空氣的無益物質持續(xù)地產 生或排放，那么低風扇速度或低輸出設備會相對不太有效地減小無益物質的凈含量，或者 僅能夠運行延長的時間時完成。尤其地，對于具有特定容積(V)的房間，空氣對流(包括，例如穿過窗戶倒流，在門 下倒流等)的循環(huán)時間Tiw，穿過過濾器(Q)的臟空氣的凈流率選擇為足夠大，使得
V/Q<<T循環(huán)其中，V (m3)=空間的體積Q(m3/h)=空氣流，即過濾率T 過濾 V/Q(h)對于污染物被添加到室內的情況(例如，由吸煙或家用清潔器的使用產生)來說， 系統(tǒng)可配置成使得T過濾< T產生<< T循環(huán)其中，T產生=污染物產生的特征時間Tiw =所有空氣循環(huán)離開房間以形成理想的過濾水平的特征時間在一些實施例中，該空氣推進器系統(tǒng)導引接納進入該設備的空氣的質量中心在到 達根和土壤基部之前先到達植物的葉。在一些實施例中，空氣推進器系統(tǒng)在植物葉的大約 10厘米、8厘米、6厘米、4厘米、2厘米或1厘米中循環(huán)所述空氣的質量中心。在一些情況 下，空氣推進器系統(tǒng)相鄰于或者穿過植物的葉、植物的根和/或土壤基部循環(huán)空氣至少兩 次。在一些情況下，該空氣推進器系統(tǒng)在蓄水池附近或穿過蓄水池循環(huán)空氣。在一些實施例中，外殼包括至少兩個分隔腔，其中蓄水池容納在與植物和土壤基 部分離的分隔腔中。在一些情況下，蓄水池是可替換的。該設備還可包括從蓄水池延伸到 土壤基部的芯部。在一些情況下，該設備包括第二蓄水池，其中，第一蓄水池提供對土壤和 根的水合作用，其中，第二蓄水池提供對葉的水合作用。在一些實施例中，該設備包括具有潮濕空氣的分離的分隔腔，例如，具有至少 50 %、60 %、70 %、80 %或90 %的濕度。該分隔腔可以相鄰于蓄水池，例如，包含蓄水池的分 隔腔。該設備可設計成使得空氣推進器系統(tǒng)循環(huán)空氣穿過包括潮濕空氣的分隔腔。在一些實施例中，該外殼至少部分地由透明材料形成。該設備還可包括鏡子。在一些實施例中，土壤包括激活的碳。在另一方面，用于處理(例如，凈化、過濾、加濕和/或消毒)空氣的方法包括在 空氣通過支撐植物的根的土壤基部之前，導引經處理的空氣通過植物的葉；實質地從空氣 移除雜質。從空氣移除雜質包括使用植物的葉來移除第一部分的雜質；使用穿過土壤基 部的流過過程來移除第二部分的雜質。在一些實施例中，所述雜質從包含有害物、化學物、污染物和它們的組合的組中選 出。在一些實施例中，所述雜質從包含甲醛、一氧化碳、苯和三氯乙烯的組中選出。在一些 情況下，方法還包括使經處理的空氣接觸蓄水池中的水。在一些情況下，在空氣通過支撐植 物的根的土壤基部之前導引正在經處理的空氣通過植物的葉包括操作第一風扇從而使得 周圍空氣進入由外殼限定的內部容積，其中，植物基本上設置在所述外殼的內部容積中；以 及操作第二風扇使得所述外殼的內部容積中的空氣排出所述外殼。在一些情況下，方法還 包括改變所述第一風扇的速度與所述第二風扇的速度的比值。所述雜質可從包含有害物、化學物、污染物和它們的組合的組中選出。在特定實施 例中，所述雜質從包含甲醛、一氧化碳、苯和三氯乙烯的組中選出。這里所描述的設備和方法可提供足以實際地降低空氣承載雜質的過濾率。而且， 這些裝置其中的許多相對于具有可比較過濾率和效率的現(xiàn)有技術裝置來說具有延長的操 作壽命。一個或多個實施例的詳細內容闡述在附圖和下面的說明書中。其他特征和優(yōu)勢將從說明書和附圖以及權利要求中變得清楚明了。


圖1是示例性生物學空氣過濾器的示意圖。圖2是示例性生物學空氣過濾器的示意圖。圖3A和3B是示例性生物學空氣過濾器的透視圖。圖3C是圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3D是圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的部件示意圖。圖3E示出圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的外殼的下部的各種視圖。圖3F示出圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的外殼的上部的各種視圖。圖3G示出圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的前視圖、側視圖、后視圖 和俯視圖。圖3H示出圖3A和3B所示的示例性生物學空氣過濾器的各個橫截面剖視圖。圖4是與先前公布的NASA數(shù)據(jù)相比較的整個設備的甲醛有效性測試的結果。圖5A是該設備的各個部件的甲醛有效性測試的結果。圖5B示出具有試驗細節(jié)的表，其結果示出在圖5A中。圖6是示例性生物學空氣過濾器的示意圖。圖7是示例性生物學空氣過濾器的示意圖。圖8是示例性生物學空氣過濾器的示意圖。
具體實施例方式所描述的設備和方法至少部分地基于下述發(fā)現(xiàn)，即基于植物的空氣過濾系統(tǒng)的有 效性和壽命能夠通過將從設備外部獲得的臟空氣導引至植物的葉子從而最大化植物的吸 收能力以及進一步延長空氣過濾設備的壽命而提高。而且，所描述的設備和方法進一步部 分地基于下述理解，即穿過或相鄰于蓄水池或者可選擇地濕空氣的空氣流通進一步用于提 高吸收能力并且延長基于植物的空氣過濾系統(tǒng)的壽命。因此，該設備包括空氣推進器系統(tǒng)， 該系統(tǒng)導引空氣，例如接收入該設備的空氣的中心質量，相鄰于植物的葉子，和/或隨后， 相鄰于或通過蓄水池或濕潤空氣。參照圖1，自上向下的過濾系統(tǒng)100包括從外殼114中的土壤112生長出的植物 110。外殼114也包含蓄水池116?？諝獯┻^入口 118進入外殼114并且經過植物110，穿 過土壤112進入土壤112與蓄水池116之間的空間120。由于蓄水池116的相鄰，所以相比 較于該系統(tǒng)其他部分中的空氣和/或外部環(huán)境中的空氣來說，空間120中的空氣能夠具有 較高的含水量/濕度。經處理的空氣穿過出口 122離開外殼114。通過系統(tǒng)100的空氣總 體流由箭頭A示出。該系統(tǒng)100也包括推進器系統(tǒng)(未示出)。該空氣推進器系統(tǒng)配置成(1)從設備 外部接收空氣，(2)將空氣導引至植物的葉的表面，穿過葉進入植物根部附近，到達并且穿 過土壤基部，以及(3)從設備排出經處理的空氣。尤其地，空氣推進器系統(tǒng)能夠在空氣穿過 土壤基部之前(例如，植物根部附近)將接收入系統(tǒng)118的空氣的質量中心導引至植物110 的葉子的表面附近。空氣推進器系統(tǒng)可包括例如設置在入口 118中的入口風扇和/或設置在出口 122的出口風扇。在這一實施例中，特定序列的部件形成從上到下的過濾系統(tǒng)，提高了每個單獨部 件的吸收屬性。更一般地，將多個過濾部件組合起來被認為能夠提升整體過濾能力。雖然植 物本身可具有吸收一些化學物的能力，但是其被限制為直接地接觸葉、莖、根的空氣體積。 進入封閉空間內部的空氣對流增加了與植物接觸的空氣體積(在一些時間段上)，增加了 與植物接觸的程度。離開該空間的空氣對流用于抽取空氣穿過土壤層以及穿過水層上方， 產生額外的過濾步驟。如果僅適用單獨的組分，諸如只是植物，那么植物吸收化學物的自然 能力將最終變得被壓倒，該系統(tǒng)不能夠隨著時間而有效地過濾空氣。但是，該設備的組合能 力允許每個組分都貢獻于整個過濾有效性和能力而不會導致被壓倒和無效的系統(tǒng)。這些組 分其中的一些包括土壤、莖、根、葉、水等。本生物學空氣過濾器設備的一個優(yōu)勢在于，其允許改善空氣的凈化、過濾、加濕和 消毒。另外，所描述的生物學空氣過濾器設備能夠展現(xiàn)更長的操作壽命。不希望局限于任 何特定的理論，可以認為，通過在將空氣導引通過植物系統(tǒng)的土壤和根之前將空氣導引朝 向葉子，該設備能夠更好地利用葉的過濾、凈化和消毒能力。相比較地，在將空氣導引至葉 子附近之前先導引空氣通過根或土壤的裝置不太能有效地利用葉子的過濾、凈化和消毒能 力。實際上，這種現(xiàn)有技術裝置的過濾、凈化和消毒過程可通過根和土壤而主要地執(zhí)行或者 甚至是專門地執(zhí)行，因此，隨著時間的經過，根和土壤變得更快地被從空氣抽取的雜質所污 染。隨著時間的經過，這種裝置最終會重新放出這種雜質并且用于污染該裝置設計所清潔 的空氣。但是，通過在空氣接觸根和土壤之前將空氣導引到植物的葉子附近，植物系統(tǒng)的每 個部分，包括但不局限于，葉子、根和土壤，有助于空氣的過濾、凈化和消毒，由此提高了該 設備的有效性并且延長了該設備的壽命。而且，不希望局限于任何特定理論，可以認為，通過導引空氣穿過或者到蓄水池和 /或潮濕空氣附近，空氣不僅會被加濕，而且會被進一步過濾、凈化和消毒。這種設計還用于 延長該設備的壽命，使得由從空氣抽取的雜質污染的蓄水池能夠替換干凈的水。類似地，潮 濕的空氣最終會凝聚并且可被替換。在一個方面，用于凈化、過濾、加濕和/或消毒空氣的設備包括由葉子和根形成的 植物；土壤基部；蓄水池；以及用于接收該設備外部的空氣的空氣推進器系統(tǒng)，用于循環(huán)空 氣相鄰于植物的葉子、植物的根以及土壤基部，用于從該設備排出空氣；每個都容納在外殼 中。植物可以是能夠從空氣吸收雜質的任何植物。一般地，植物具有吸收和代謝雜質 的能力，包括各種形式的有害的由空氣傳播的物質。傳統(tǒng)的家庭植物，以及尤其是與吸收雜 質的植物，能夠使用在過濾器中。在一些實施例中，植物是吊蘭(chlorophytum)植物。其 他的示例性植物包括，但不局限于非洲菊、常春藤(英國的ivy)、吊蘭(spider plant)、綠 蘿(吊綠蘿)、白鶴芋(仙焰苞)、竹節(jié)萬年青(中國針葉花)、雪佛里椰子(竹子或竹莖玲 瓏椰子)、虎尾蘭(虎皮蘭)、心蔓絨(心葉藤)、裂葉喜林芋(羽裂蔓綠絨)、蔓綠絨(象耳 蔓綠絨)、三色鐵(彩紋竹蕉)、中斑香龍血樹(龍血樹屬)、竹蕉(朱蕉)、銀線龍血樹(銀 線竹蕉)、蝴蝶蘭(蘭花)、垂葉榕(斑葉垂榕)。該設備還包括能夠從空氣吸收雜質的植物的根和突然基部。而且，根也能夠使用 生物更新過程來更新包含有害物質的空氣。在一些實施例中，土壤包含激活的碳和/或豆
7狀礫。選擇性地，土壤也可包含各種其他添加物，包括但不局限于，泥煤苔、椰纖維、地面松 樹皮和無機物，諸如濕沙、珍珠巖或蛭石。在一些實施例中，土壤可額外地或者可選擇地包 含或者注入土壤細菌，其用于提升已經從其中移除有害物質的空氣的更新，進一步破壞病 原菌。如這里所使用的，術語“雜質”指代包含在空氣中的任何污染物、毒素、化學或有害 物質，包括但不局限于甲醛、一氧化碳、苯和三氯乙烯。在各種實施例中，本發(fā)明的設備可移 除空氣中至少大約 20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90 或 95%的雜質。在 各個實施例中，本發(fā)明的設備可在少于大約48、24、12、8、6、5、4、3、2、1.5、1或0.5小時中移 除特定百分比的雜質。該設備還包括空氣推進系統(tǒng)。如這里使用的術語“空氣推進系統(tǒng)”指代配置成將空 氣接納入該設備、在該設備中導引空氣以及從該設備排出空氣的系統(tǒng)。該空氣推進器系統(tǒng) 可以是任何公知的裝置，用于控制空氣流入該設備、在該設備中的流動以及從該設備流出。 在一些實施例中，空氣推進器系統(tǒng)包括至少一個風扇。在一些實施例中，空氣推進器系統(tǒng)包 括一系列的風扇，例如，以協(xié)調的方式工作從而控制空氣流入、流過和流出該設備。在一些 實施例中，該設備包括“輸入風扇”，控制空氣流入該設備的內部體積，以及，選擇性地，在該 設備中的空氣方向。在一些實施例中，該設備包括“內部風扇”，控制空氣在該設備中的方 向。在一些實施例中，該設備包括“輸出風扇”，導引空氣從該設備流出，可選擇地，該設備中 空氣的方向。該空氣推進器系統(tǒng)設計并且配置成增加該設備的凈化、消毒和/或過濾能力。因 此，空氣推進器系統(tǒng)設計成至少一次導引空氣，例如，空氣的質量中心，相鄰于植物的葉子， 穿過土壤，以及相鄰于植物的根部。在一些實施例中，空氣推進器系統(tǒng)導引空氣經過或穿過 葉子、根或土壤或者植物系統(tǒng)至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15或20次。如這里使用的，術語 “相鄰”或“附近”指代空氣質量中心沿著表面或在小于大約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15或 20厘米中通過。在一些實施例中，空氣推進器系統(tǒng)設計并且配置成在穿過該植物系統(tǒng)的土壤和根 或者經過該植物系統(tǒng)的土壤和根之前導引植物的葉子附近的空氣。在其他實施例中，空氣 推進器系統(tǒng)導引主物的莖桿附近的空氣。在另一實施例中，該設備包括用于控制空氣對流裝置的速度和/或方向的控制 器。在一些實施例中，控制器協(xié)調風扇的操作，例如，采用預定的方式或者可選擇地由用戶 控制，從而控制空氣流入、流過、流出該裝置的流動和方向。該控制器可以是任何控制系統(tǒng)， 包括例如，簡單的開/關開關、具有預定設置的撥盤(關、低、高等)，或者具有用戶調整設 置的撥盤。因此，空氣推進器系統(tǒng)的速度可按照需要進行調節(jié)從而調節(jié)空氣流入、流過或流 出該設備。在一些實施例中，該設備包含入口風扇，導引空氣進入封閉的植物空間，以及出 口風扇，抽吸空氣穿過系統(tǒng)。在各個實施例中，入口和出口風扇的速度可以大概為100、125、 150、175、200、225、250、275、300、325、350、375 或者 400 立方米 / 小時。入口風扇和出 口風 扇的速度比可以改變并且通過控制器控制。結合入口風扇和出口風扇的速度，由植物和土壤基部提供的阻力是將會影響輸出 的關鍵因素。如果植物/ 土壤阻力不高，那么入口和出口風扇可能不能夠提供足夠的空氣 流通過該系統(tǒng)。如果植物/ 土壤阻力太低，那么在該系統(tǒng)中循環(huán)的空氣將不會與系統(tǒng)接觸足夠長的時間，和/或可能不能與該系統(tǒng)形成足夠緊密的接觸，從而有效地過濾空氣。在這一領域的先前的發(fā)明可能還沒有認識到風扇速度的重要性，或者通過該設備 的空氣的實際輸出的重要性。為了能夠有效地凈化房間中的空氣，應當在合理的時間框架 內實現(xiàn)，使得與源化學生產相結合的無效的空氣翻轉不會導致化學物積聚在空氣中。通過 增加入口和出口的風扇速度，可使得相對大體積的空氣流過該系統(tǒng)，允許較大體積的空氣 通過組合的部件過濾掉。對該設備中各個組成諸如土壤的氣流的阻力，可以是重要的因素， 影響通過該設備的空氣的整體流率。與風扇速度相分離地，可通過改變對這些組成的氣流 的阻力而優(yōu)化空氣輸出，例如通過減小土壤的沿氣流總體方向的厚度或緊密度從而降低整 體阻力并且增加輸出。如這里所使用的，術語“蓄水池”指對容納在該設備中的水進行收集，或者指與這 種收集的水相關的任何量的水或者這種收集的水的一部分。該蓄水池用于，至少部分地，使 土壤成為水合物，使植物的根成為水合物，使植物的葉成為水合物。在一些實施例中，蓄水 池容納在該設備的分隔腔內。在其他實施例中，蓄水池容納在至少兩個分隔腔內，例如，一 個分隔腔設計成使土壤和根成為水合物，另一分隔腔設計成使植物的葉成為水合物。在一 些實施例中，蓄水池經由芯部而液壓連接土壤和/或植物的根。另外，蓄水池可用作該設備中的濕度源。例如，在一些實施例中，該設備可包括包 含潮濕空氣的分離分隔腔。可選擇地或另外地，該設備可包括圍繞植物的葉的潮濕空氣。該設備可配置成使得水滴在空氣和濕度源之間的循環(huán)速率快于空氣通過濕度腔 的移動速率。污染物可通過空氣中的水滴吸收，然后循環(huán)回到水，新的水滴循環(huán)回空氣中。 因此，濕度源，除了為系統(tǒng)提供濕度，也具有凈化功能，并且?guī)椭♂屨贿^濾的空氣中的 雜質。在特定實施例中，空氣推進器系統(tǒng)將空氣導引通過或者相鄰于蓄水池和/或通過 潮濕空氣，例如，圍繞植物的葉的潮濕空氣和/或容納在分離分隔腔中的潮濕空氣。在各個 實施例中，潮濕空氣具有至少50、55、60、65、70、75、80、85、90或95%的相對濕度。在特定實 施例中，該設備還包括潤濕控制器，從而在該設備的理想?yún)^(qū)域內產生理想的濕度。這種設計用于進一步通過從空氣移除雜質而提高空氣的有效的過濾、凈化或消 毒。而且，因為蓄水池是可更換的，所以所提取的雜質(例如，從臟空氣中吸收的雜質，以及 因此容納在蓄水池中的雜質)可被共同地從該系統(tǒng)移除，由此防止或減少空氣再次夾帶雜 質。類似地，包含雜質的潮濕空氣能夠凝結并且由此由新的水替換，從而進一步從該系統(tǒng)移 除雜質。在特定實施例中，在空氣已經通過葉子附近或者可選擇地整個植物系統(tǒng)之后，空氣 推進器系統(tǒng)將空氣導引通過或鄰近蓄水池和/或潮濕空氣。因此，蓄水池和/或潮濕空氣 能夠在移除容納在空氣中的特定剩余雜質時起到輔助性的作用。在一些實施例中，植物、根、土壤基部和蓄水池的每個都容納在外殼中?？蛇x擇地， 只有該設備中的特定組成容納在外殼中。例如，植物系統(tǒng)(例如葉、根和土壤)可容納在外 殼中，但是能夠連接到外殼外部的蓄水池。該外殼可以是一個封閉的環(huán)境，除了用于控制空 氣從外殼輸入和輸出的空氣推進器系統(tǒng)之外。在一些實施例中，土壤層可包含豆粒礫石、盆裝土壤、樹皮、被激活的碳等，或者這 些物質的任意組合。每種材料可選擇成具有某些程度的能力來過濾不同的化學物，不同類 型的組合可發(fā)展成獲得相對于不同的化學物的最大效用。例如，激活的碳能夠從空氣吸收土壤蒸汽、氣味和其他碳氫化合物，但是它的使用必須與植物存活所需的土壤組成相平衡。外殼也可由堅硬的任何材料形成，防止空氣從外殼內部體積的無益的泄漏。在一 些實施例中，外殼由透明的塑料件形成，或至少部分地形成，例如，PLEXIGLAS ，從而允 許植物按照需要接收自然和/或人工的光以存活。在一些實施例中，外殼還包含鏡子，定位 成將自然和/或人工的光朝向該植物反射，由此進一步提供必要的光使得植物存活。實際 上，在特定實施例中，鏡子可定位成對植物的無法接觸光源或者所接收的光不充分的部分 提供光。在一些實施例中，人工光源可設置成鄰近該植物，例如在外殼中，并且可物理上關 聯(lián)于該設備。雖然植物大量地容納在外殼的壁中，但是也存在通向外部環(huán)境的出口，從而使得 空氣通過外部環(huán)境到達過濾器，然后離開該過濾器。這些開口可占外殼表面的不同百分比。 在一些實施例中，開口代表通向風扇空氣流通系統(tǒng)。在一些實施例中，開口可具有瓶狀開口 的形式。在一些僅存在出口風扇的實施例中，開口可采用瓶狀開口的形式。生物學空氣過濾器尤其適用于辦公室和家庭。實際上，通過將植物作為一個主要 的并且可見的特征引入該設備，該設備還具有美學目的。另外，本發(fā)明的裝置也可使用在溶 液蒸汽少量釋放的工作場合，例如，實驗室、醫(yī)生辦公室、圖形藝術商店等。下述實例是示意性的并且并不限制本發(fā)明的范圍。實例1參照圖2，基于吊蘭植物的空氣過濾器200構建并且測試為證明在兩個同時風扇 的操作下“逆向地”使大氣中的空氣流過葉子周圍以及穿過植物的土壤的可能性。該過濾 器包括PLEXIGLAS 外殼210，小風扇212安裝在外殼的入口 213和出口 214上。將吊 蘭220種植為根222在土壤基部224中，莖桿和葉子226從土壤基部224向上延伸?？諝?推進器系統(tǒng)由入口風扇212 (在213處)和出口風扇212 (在214處)組成，成功地將空氣 吸入外殼210，通過植物的葉226，并且向下通過土壤基部224，并且離開外殼210返回到環(huán) 境中。該過濾器200也包括連接至外殼210的上表面的小開口 218的漏斗216，允許在測 試期間為植物澆水。該植物過濾器成功地過濾空氣一周以上，并且植物沒有死亡。實例2參照圖3A、3B和3C，構建和測試另一個示例性過濾器250從而證明生物學空氣過 濾器長期持續(xù)的可行性。類似于過濾器200，過濾器250具有安裝在外殼210的入口 213 和出口 214中的入口風扇和出口風扇212。該外殼210包括下部253，具有容納可移除托盤 228的鋁制外部。該可移除托盤228能夠填充水從而使得過濾器250在植物252和土壤基 部224的下方具有蓄水池。該植物設置在標準的盆裝土壤中，其是在由纖維網(wǎng)支撐的泥土圓礫的上方。該網(wǎng) 幫助保持圓礫和土壤。一組芯部通過毛細作用力促進土壤基部的水合作用，該毛細作用力 促使水從蓄水池向上流動。在這種情況下，芯部是棉質纖維。除了其他材料，用于保持圓礫 和土壤的該芯部和/或網(wǎng)格材料可以是標準纖維，“非編織”材料，或者基于纖維素(合成或 天然)的纖維。外殼210也包括PLEXIGLAS 部分254，覆蓋植物過濾器250的上部從而允許 自然光進入并且有利于植物健康。風扇212的速度使用可調節(jié)的控制鈕256進行控制。如圖3C所示，空氣通過入口 213直接地進入過濾器250的葉系統(tǒng)258，允許有效的葉吸收。如 圖3C所示，在被排出出口 214之前，空氣接著導引經過植物的莖并且穿過芯部根系統(tǒng)和土 壤基部224。實例3類似于示例性生物學過濾器的生物學空氣過濾器的有效性測試在0. 512立方米 體積的立方形狀腔中執(zhí)行。單獨的白鶴芋(Spathypillum)和蘭花(Orchidea)蝴蝶蘭 (phalaenopsis)植物在一個腔中測試，旁邊并排有一個空的控制腔。使用液體的甲醛，將甲 醛釋放進入腔中，直到發(fā)現(xiàn)它們具有大概25ppm。然后移除甲醛源，隨后常規(guī)地以一般為若 干小時的時間段對所述腔進行采樣，從而確定該過濾裝置的有效性。圖4將使用與參照圖3A、3B和3C所述的過濾器類似的過濾器來減少0. 45立 方米體積的封閉體積中的甲醛濃度，與先前描述的NASA過濾器的文字報告的結果進行 比較。該過濾器將甲醛濃度在大約1至1.5小時內減小到小于其初始濃度的20%。通 過比較，先前描述的NASA過濾器需要大概10小時來減小濃度到小于初始濃度的40%并 且大約16個小時減小到20%或更少(1982年12月的NASA TM-84674的NASA技術備忘 錄，作者為 WolvertonBC, McDonald RC ；"Foliage Plants for Removing Formaldehyde fromContaminated Air Inside Energy—Efficient Homes and Future Space Stations")。這些數(shù)字涉及封閉房間或容積中有害氣體吸收的速度，以及過濾器移除有害物質 的能力。使用我們的相應于0.45平方米的容積獲得的初始測試結果，尺寸為4X5X3米的 封閉房間能夠通過兩個設備在大概98小時內或者大約4天內得以清潔。相比較地，兩個最 好的NASA過濾器將需要大概40天來實現(xiàn)相同等級的降低。對于空氣轉換的快速性以及通 過房間中的源產生的氣體產生率，這表明NASA過濾器可能具有相對小的效果(Wolverton BC, McDonald RC)。實例 4圖5的結果揭示入口和出口風扇的強度是設備設計中的重要因素，在該結果中， 該設備采用單獨部件現(xiàn)有/活動的不同組合進行測試。如果風扇沒有進行操作，那么僅通 過擴散而吸收有害氣體，這是一個緩慢的過程。NASA過濾器全功率運行并且將風扇打開，僅 在快速空氣凈化方面比我們的沒有使風扇發(fā)揮作用的過濾器設計稍微高效一些，這說明出 口風扇的重要性。在這種情況下，出口風扇比NASA過濾器強大6倍(與25-50立方米/小 時相比風扇流速為185立方米/小時)。這一因數(shù)6非常符合NASA過濾器有效地實現(xiàn)這一 凈化所需的相對時間。等同方案本領域技術人員僅使用常規(guī)的實驗可知，或者能夠確認對于這里所述的具體實施 例的許多等同方案。這些等同方案意在由所附的權利要求覆蓋。雖然已經描述了許多實施 例，但是應當理解，可在不脫離本發(fā)明的精髓和范圍的情況下做出各種改進。例如，雖然過濾器200、250具有側部入口，但是一些過濾器可包括上部入口。參照 圖6，示例性過濾器300包括在外殼上方的空氣入口，空氣出口處于外殼的底部。在另一實例中，雖然較早的過濾器200、250具有外殼，外殼的基本上封閉的內部 容積包含過濾器部件，但是一些過濾器也具有側部打開的外殼。參照圖7和8，過濾器400 和500具有容納在朝向周圍空氣打開的容器中的植物。在兩個情況下，空氣被吸入、越過并
11且穿過植物，穿過土壤、跨過水基部，然后向上并且向外穿過出口風扇。
因此，其他實施例處于所附的權利要求的范圍內。
權利要求
一種用于處理空氣的設備，該設備包括限定內部容積的外殼包括葉和根的活著的植物，所述植物總體地設置在所述外殼的內部容積中；包含在所述外殼中的土壤基部，所述土壤基部容納所述植物的根；容納在所述外殼中的蓄水池；以及空氣推進器系統(tǒng)，配置成(1)從所述設備外部接納空氣，(2)導引空氣到植物的葉的表面上，穿過葉進入植物的根附近，并且到達土壤基部上并穿過土壤基部，以及(3)從所述設備排出經處理的空氣；其中，所述空氣推進器系統(tǒng)導引接納入所述設備的空氣的質量中心到達所述根和土壤基部之前先到達植物的葉的表面附近。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述空氣推進器系統(tǒng)配置成在植物葉表面的小 于大約10厘米、8厘米、6厘米、4厘米、2厘米或1厘米中導引空氣的質量中心。
3.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述外殼包括至少兩個分隔腔，其中，所 述蓄水池容納在第一分隔腔中，所述第一分隔腔與容納所述植物和土壤基部的第二分隔腔 分離開。
4.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述蓄水池是可移除的。
5.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述空氣推進器系統(tǒng)導引空氣與所述蓄 水池中的水接觸。
6.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，由所述外殼限定的內部容積基本上是封 閉的，并且其中，所述空氣推進器系統(tǒng)包括輸入風扇，定位并且布置成從設備外部接納空氣，所述 輸入風扇設置在由所述外殼限定的入口中。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其中，所述輸入風扇導引空氣在所述外殼的內部容積 中流動。
8.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的設備，其中，所述外殼限定一開口，所述開口提供由 所述外殼限定的內部容積與所述外殼外部的環(huán)境之間的基本上未限制的連通。
9.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述空氣推進器系統(tǒng)包括輸出風扇，定位 并且布置成從所述設備排出經處理的空氣。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中，所述輸出風扇在所述外殼的內部容積中導引空 氣流。
11.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述空氣推進器系統(tǒng)包括定位并且布置 成在所述外殼的內部容積中導引空氣流的內部風扇。
12.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述入口風扇和所述出口風扇的每個具 有從大概下述速度中選取的速度:100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375 或400立方米/小時。
13.根據(jù)權利要求8-12任一項所述的設備，還包括控制機構，用于改變所述入口風扇 的速度與所述出口風扇的速度的比值。
14.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述空氣推進器系統(tǒng)至少一次循環(huán)(基 本上)封閉房間中的植物的葉、植物的根和土壤基部其中的一個或多個表面附近的空氣的大概體積，之后，(基本上)封閉房間中的空氣以凈體積經由對流或擴散離開房間。
15.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，還包括包含潮濕空氣的分離分隔腔。
16.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述潮濕空氣具有至少50%、60%、70%、80% 或90%的濕度。
17.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，包含潮濕空氣的所述分隔腔設置成相鄰于所 述蓄水池。
18.根據(jù)權利要求15-17任一項所述的設備，其中，由空氣推進器系統(tǒng)通過內部容積循 環(huán)的空氣包括潮濕空氣。
19.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中，所述外殼至少部分地由透明材料形成。
20.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，還包括，鏡子和/或人工光源。
21.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，還包括從所述蓄水池延伸至所述土壤基部的 芯部。
22.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，還包括第二蓄水池 其中，所述第一蓄水池提供對土壤基部和植物的根的水合作用；以及 其中，所述第二蓄水池提供對葉的水合作用。
23.根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，還包括用于控制所述空氣推進器系統(tǒng)的速度 和/或方向的控制器。
24.—種處理空氣的方法，所述方法包括在空氣通過支撐植物的根的土壤基部之前，導引正被處理的空氣通過植物的葉； 實質地從空氣移除雜質； 其中從空氣移除雜質包括 使用植物的葉來移除第一部分的雜質； 使用穿過土壤基部的流動來移除第二部分的雜質。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述雜質從包含有害物、化學物、污染物和它 們的組合的組中選出。
26.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述雜質從包含甲醛、一氧化碳、苯和三氯乙 烯的組中選出。
27.根據(jù)權利要求24-26任一項所述的方法，還包括使正被處理的空氣接觸蓄水池中 的水，或者接觸實質上源自于蓄水池的水蒸汽。
28.根據(jù)權利要求24-27任一項所述的方法，其中，在空氣流過支撐植物的根的土壤基 部之前導引正被處理的空氣通過植物的葉包括操作第一風扇從而使得周圍空氣進入由外殼限定的內部容積，其中，植物基本上設置 在所述外殼的內部容積中；以及操作第二風扇使得所述外殼的內部容積中的空氣排出所述外殼。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，還包括改變所述第一風扇的速度與所述第二風扇的 速度的比值。
全文摘要
一種新穎的用于處理例如凈化、加濕、過濾和/或消毒環(huán)境空氣的設備包括植物、土壤、根和蓄水池從而能夠在延長的時間段中有效地過濾空氣。尤其地，該裝置設計有空氣推進器系統(tǒng)，使得外部“臟”空氣在該裝置中植物、土壤、根和/或蓄水池附近循環(huán)，由此從空氣移除雜質、有害物和其他無益的化學物。本發(fā)明的設備和方法可應用到許多需要進行空氣處理的應用中，例如家庭應用。而且，通過結合植物系統(tǒng)，該設備不僅能發(fā)揮作用而且也具有美觀的效果。
文檔編號B01D53/85GK101896062SQ200880120082
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權日2007年10月10日
發(fā)明者戴維·A·愛德華茲, 馬蒂厄·萊漢紐爾 申請人:拉博集團股份公司