烹饪污染物控制方法装置和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年2月5日提交的申请号为62/801,276的美国临时申请和2019年11月22日提交的申请号为62/939,034美国临时申请的权益，它们被在此通过引用并入其全部内容。

背景技术

排烟罩用于去除位于被调节空间中靠近产生源的空气污染物。例如，一种排烟罩，厨房排烟罩，直接在炉灶、油炸锅或其它空气污染源上方创建吸力区。来自此类应用的废气流通常包含大量微粒，尤其是碳氢化合物，例如油滴。

蒸气或微粒形式的有机物质也可以通过各种工业的许多生产过程形成。例如，它们可以通过制备和使用漆和油漆、谷物和饲料、金属和塑料、焦油和沥青、制革厂、焚烧厂、沼气厂、农业以及许多食品制备过程产生。

由于对环境和工人健康的关注，希望找到经济上有吸引力的机制来去除空气流中的有机物质。空气净化通常通过过滤受污染的空气来进行，例如，通过油脂过滤器和碳过滤器过滤。但是，机械过滤器在维护人工和压降方面是昂贵的，这导致了高昂的运营成本。此外，过滤器不能保证满足高卫生需求。

一种已知用于降解流出流中有机微粒的技术是向流出流中添加臭氧。这可以通过用紫外线照射或使用电晕放电来实现。使用电晕放电的负面影响是产生氮氧化物(NOx)。

发明内容

多级过滤器通过罩收集烹饪产生的烟气。烟气首先通过油脂过滤器，该过滤器使用惯性原理从烟气中去除雾化油脂。袋式过滤器可去除大部分的剩余微粒，这些微粒被传送到微型褶皱HEPA型过滤器以进一步去除微粒。然后一个可选的紫外线处理级接收微型褶皱HEPA型过滤器的输出，随后烟气通过活性炭过滤器，主要用于去除气味。碳过滤器的上游和下游可以是挥发性有机化合物(VOC)传感器。控制器接收来自上游和下游VOC传感器的信号，并使用它们来估计活性炭过滤器的剩余寿命。注意，碳过滤器可以包括的级，包含沸石过滤器、VOC过滤器和气味过滤器。

当结合附图考虑时，根据以下描述，所公开主题的实施例的目的和优点将变得显而易见。

附图说明

以下将参考附图详细描述实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定按比例绘制。在适用的情况下，可能不会说明某些特征以帮助描述基础特征。

图1示出了根据所公开主题的实施例的污染物控制系统的总体框架。

图2示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件的污染物控制系统的总体框架。

图3示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件和气味传感器元件的污染物控制系统的总体框架。

图4示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第一微粒模块类型的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图5A示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第二微粒模块类型的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图5B示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第三微粒模块类型的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图6示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第四微粒模块类型的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图7示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第一气味去除级的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图8示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第二气味去除级的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图9示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第三气味去除级的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图10示出了根据所公开主题的实施例的具有消防旁路元件、气味传感器元件和第四气味去除级的具体结构的污染物控制系统的总体框架。

图11示出了根据所公开主题的实施例的没有气味去除级的实施例。

图12示出了具有单独采样端口的采样装置。

图13示出了体现本文所公开的任何控制器元件的计算机系统的公开。

具体实施方式

参照图1，用于厨房的污染物控制系统110A的实施例，通过排烟罩104接收来自烹饪器具102的烟气。油脂过滤器106可捕获油脂微粒。来自油脂过滤器106的烟气进入微粒去除级108和气味去除级111。根据所公开的主题，微粒去除级108和气味去除级111可具有各种详细实施例。风扇112最终将烟气吸入整个系统。如下所述，气味去除级111可以被配置成响应于各种标准，例如气味强度和类型。类似地，所述微粒去除级108可以被配置成响应于各种标准，如微粒负载。

图2示出了用于厨房的污染物控制系统110B的实施例，其包括：带有控制器114、流量控制旁通阀或风门118和旁通管道116的消防控制旁路元件。火灾传感器131施加指示火灾的信号到控制器。在发生火灾的情况下，旁通阀或风门118改变烟气通过旁路管道116的流向，以避免燃烧气体通过微粒去除级108和气味去除级111的输送。尽管旁通阀或风门118被示为单个装置，但其描绘是象征性的。普通技术人员能够设计各种配置以实现将来自油脂过滤器106的气流通过旁通管道116转向风扇进气口的功能。通常，一对双向分流风门可有效实现此功能，在旁通管道的每一端各有一个双向分流风门。

图3示出了用于厨房的污染物控制系统110C的实施例，根据所公开的主题的实施例，其包括消防控制旁路元件和气味传感器元件。气味感测元件具有两个VOC传感器，上游VOC传感器122和下游VOC传感器120。来自上游VOC传感器122和下游VOC传感器120的信号被施加到控制器114。上游和下游为相对于污染物控制系统中烟气的流动方向。独立的上游VOC传感器122和下游VOC传感器120允许对进入所述气味去除级111的烟气和通过气味去除级111排出的烟气的VOC浓度进行比较。这种比较可以比出口上的单个传感器更好地揭示气味去除级111的状况。例如，失效的气味控制级可以表现为来自气味去除级111的VOC浓度比进入它的更高。

VOC或挥发性有机化合物是在正常大气压和温度下具有高蒸气压的有机化学品。因此，它们的沸点很低，很容易挥发到大气中。VOC传感器，例如120和122，测量VOC的存在并输出信号，该信号表示为与检测到的VOC量成比例的值，有时以百万分之几为单位进行测量。

烟气中的VOC可以基于不同的原理以及有机化合物与传感器组件之间的相互作用来检测。VOC传感器120和122可以是光电离检测器(PID)，其使用明亮的紫外光源将电子从VOC分子中撞击出来并测量这些电子，其中电子的流动表明VOC分子存在于传感器处。VOC分子很复杂，很容易被高能光子分解。每种特定类型的VOC分子都有一个“电离电位”(IP)值，代表释放电子所需的能量；该值以“电子伏特”或eV为单位测量。PID传感器具有指定的能量水平，也以eV为单位测量，一般而言，IP值小于传感器eV额定值的任何化合物都将被电离并被检测到。例如，使用10.6eV的VOC传感器，将检测到苯(IP＝9.24eV)的存在，而不会检测到分子水蒸气(IP＝12.6eV)。

可以随时间记录下游和上游VOC传感器之间的差异以创建差异趋势。该趋势可用于确定气味去除级111何时达到其容量的极限。例如，对于一个活性炭过滤器，这可以检测活性炭过滤器的吸附的极限。可替代地，这种设置可以检测碳过滤器何时开始排放气体(气体被从过滤器释放)，由于VOC以外的材料，导致捕获的VOC被夹带或从过滤器释放到气流中(或称为二次夹带)。例如，水就是这样一种材料。

分析来自VOC传感器的基于时间的趋势信号的另一种方法是评估传感器的变化率，以确定变化率是增加还是减少。对于给定的烹饪过程，变化率具有预定义的特征。如果气味去除级的性能发生变化，预计变化率也会发生变化。

为了估计VOC过滤器(例如碳过滤器140)的剩余寿命，指示效率的效率参数可由控制器114基于来自上游VOC传感器122和下游VOC传感器120的信号而被计算出。例如，当参数位于，或高于，第一阈值(例如30％的效率)，第一指示信号被输出，以指示所述过滤器的状态。例如，用户界面可以响应第一指示信号显示绿灯。当效率下降低于第一可调阈值，第二警报信号被输出。所述第二警报信号可采取低级别的警告形式，例如，黄灯。如果效率下降到第一阈值和第二阈值(例如，10％的效率)之间，指示器可以输出第三警报信号。第三警告信号可以采用，例如红灯的形式，来指示应该更换过滤器。黄灯向用户指示该过滤器可能会很快失效，红灯可指示该过滤器已失效，它必须被更换或清洗。黄灯可能表示不久需要更换过滤器。因此，两个VOC传感器120和122可用于预测碳过滤器的故障并且还检测碳过滤器何时发生故障。

在其他实施例中，可以在没有数字控制器的情况下实现过滤器剩余寿命的估计。例如，来自传感器120和122中的每一个信号可以作为模拟信号提供给装置，其中电压值代表在每个感测位置检测到的VOC量的测量值。该装置可以是包括至少一个运算放大器的电路。这种装置的例子是，加法器(全加法器、半加法器)和减法器(全减法器、半减法器)。也可以设计其他模拟电路，有效地比较两个信号之间的电压水平，并输出代表差异的信号。该输出信号的电压水平可用于表示过滤器的剩余寿命。可以校准该水平，然后进一步与阈值级别进行比较，以便估计剩余寿命。

需要注意的是任何数量或阈值可以采用任何类型的输出用于指示VOC过滤器的状态。例如，过滤器的寿命可以显示为数值，表示需要更换前的剩余时间(如剩余的月、周或天)，以便用户及时获得必要的更换过滤器以执行更换。在其他实施例中，基于传感器120和122的输出执行的计算，显示器可以指示从100减小到0的百分比值作为过滤器剩余寿命的指示。

阈值参数可以是，或表示为，在预定间隔内瞬时效率的平均值，例如，一天或更短或更长的间隔。可替代地，该效率参数可以是在预定的时间间隔指示的测量效率的最大值，例如，一天或更短或更长的时间间隔。

应注意，在所述应用程序中，当过滤器用于去除来自烹饪应用的VOC时，效率参数在某些条件下可能指示负效率。应注意，仅检测VOC过滤器下游VOC浓度的系统无法测量效率，也无法检测到负效率。当过滤器放气并指示应更换过滤器的情况时，可能会出现负效率。此外，控制器可以使用上游VOC传感器和下游VOC传感器来去除温度和湿度的影响。

所公开的实施例，通过依赖于两个VOC传感器，或上游和下游采样位置，提高了监测过滤器故障过程和预测过滤器故障何时将发生的能力。在实施例中，系统计算具有例如的阈值在30％的(所述过滤器的预测剩余寿命)参数，为碳过滤器的黄色条件，和10％触发红色条件。这些阈值是示例性而不是限制性的。

所公开的实施例允许在实际故障之前预测过滤器故障。过滤器故障的一个例子是过滤器穿透或碳过滤器耗尽。

参考图12中，在替代实施例中，VOC传感器120、122对可以被替换为具有单个VOC传感器121的采样装置150，该VOC传感器121设置有一对采样入口。以这种方式，可以在不同时间交替地对入口烟气进行采样并发送到单个VOC传感器121。采样时间可以是几秒钟或更长的时间。该替代方案可用于任何实施例中。使用具有多个采样入口的单个VOC传感器121的优点在于它去除了由于各个传感器响应之间的差异而引起的误差。采样装置150可以包括流量开关和气泵(未示出)以交替地将空气从气味去除级111之前(即上游)的管道172传送到单个VOC传感器121，并且从气味去除级111之后(即，下游)的管道171传送空气。

另一个实施例是不使用气味去除级111的实施例，如图11所示。在这样的实施例中，微粒去除级108可以采用本文公开的各种详细实施例中的任一种的形式。

图4示出了用于厨房的污染物控制系统110D的实施例，根据所公开主题的实施例，其具有消防旁路元件、气味传感器元件和第一微粒模块类型的具体结构。在本实施例中，可与气味去除级111的任何实施例一起使用的微粒去除级108的详细实施例，包含袋式过滤器128和绝对过滤器130。根据实施例，袋式过滤器可如国际专利公开WO2017062926(通过引用整体并入本文)中所述。绝对过滤器130可以由高效微粒空气(HEPA)过滤器取代。根据替代实施例，袋式过滤器128可以用高容量深度负载过滤器代替。

图5A示出了一个实施例，根据所公开的主题的实施例，厨房污染物控制系统115A，包含消防控制旁路元件，气味传感器元件，和具有单个静电除尘器的微粒模块的具体结构。这样的实施例适合于烤盘烹饪器具或燃气烤架，例如，该结构保留了前述实施例的袋式过滤器128和绝对过滤器130的具体结构。

图5B示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统115B，包括消防旁路元件、气味传感器元件和微粒模块的具体结构，该微粒模块与之前的实施例相同但具有两个静电除尘器135A和135B，而不是一个。这样具有两个静电除尘器的实施例将适用于重微粒负载，例如，使用固体燃料烹饪的烹饪器具，例如，木柴或木炭。

图6示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统110F，包含消防旁路元件、气味传感器元件和的第四微粒模块类型的具体结构。在本实施例中，微粒去除级108仅具有用于微粒控制的静电除尘器133。

图7示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统110G，包含消防旁路元件、气味传感器元件和第一气味去除级111的具体结构。这里碳过滤器140是活性炭过滤器。如上所述，上游VOC传感器122和下游VOC传感器120用于监测炭过滤器140的容量。

图8示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统110H，包含消防旁路元件、气味传感器元件和的第二气味去除级111的具体结构。这里的气味喷雾142被用于气味去除级111，该喷雾可以是喷入烟气流的气味掩蔽剂或气味去除剂。

图9示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统110J，包含消防旁路元件、气味传感器元件和的第三气味去除级111的具体结构。气味去除级111具有碳过滤器140，其前面是紫外线过滤器146。

图10示出了一个实施例，根据所公开主题的实施例，厨房的污染物控制系统110K，包含消防旁路元件、气味传感器元件和第三气味去除级111的具体结构。这里碳过滤器140前面是沸石过滤器148。两者都具有气味去除性能。

图11示出了一个实施例，根据所公开的主题的实施例，用于厨房的污染物控制系统110L，包含消防控制旁路元件、气味传感器元件，及一个微粒去除级108。这里，没有提供气味去除级111。例如，实施例的应用将是气味控制不是很重要的情况。

注意，微粒控制元件的任何实施例可以与任何气味控制元件组合。

注意，在具有严格气味控制要求或强烈气味的实施例中，碳过滤器可包括多个过滤元件。这些多个过滤器元件将基于旋转而改变，最上游的一个被除去，其他的按顺序上升(在上游方向)，直至下游最远的一个被替换。

根据实施例，所公开的主题包括烹饪烟气减轻系统。排烟罩被配置用于捕获来自烹饪器具的烟气。排烟罩将烟气传送到微粒去除级，微粒去除级将烟气传送到气味去除级。入口VOC传感器122在气味去除级的上游并且出口VOC传感器120在气味去除级的下游。

在实施例的变型中，气味去除级包括碳过滤器。

在实施例的变型中，气味去除级还包括紫外光源。

在实施例的变型中，微粒去除级包括袋式过滤器。

在实施例的变型中，微粒去除级包括静电除尘过滤器。

在它们的变型中，包括控制器，其接收来自入口和出口VOC传感器的信号并且使用该信号来产生碳过滤器的剩余寿命的估计。

根据实施例，所公开的主题包括烹饪烟气减轻系统。排烟管道将来自烹饪器具的烟气传送到微粒去除级，微粒去除级将烟气传送到气味去除级。入口VOC传感器122在气味去除级的上游并且出口VOC传感器120在气味去除级的下游。在实施例的变型中，气味去除级包括碳过滤器。

在实施例的变型中，气味去除级还包括紫外光源。

在实施例的变型中，微粒去除级包括袋式过滤器。

在实施例的变型中，微粒去除级包括静电除尘过滤器。

在它们的变型中，包括控制器，其接收来自入口和出口VOC传感器的信号并且使用该信号来产生碳过滤器的剩余寿命的估计。

根据实施例，所公开的主题包括具有VOC传感器的气味去除过滤器，该气味去除过滤器具有采样装置150，该采样装置150具有配置成将来自气味去除过滤器的上游和下游的烟气样品传送到VOC传感器的第一和第二采样口。

在实施例的变型中，采样装置150间歇地将样品传送到单个VOC传感器，以便从同一VOC传感器沿排烟路径的不同位置获得信号。

在实施例的变型中，包括控制器，从入口和出口VOC传感器接收信号并使用该信号来产生数据指示所述碳过滤器的估计剩余寿命。

在实施例的变型中，控制器被配置为计算取决于气味去除级的效率的参数。

在实施例的变型中，控制器被配置为响应于所述参数估计过滤器的剩余寿命。

在实施例的变型中，控制器被配置用于计算依赖于负效率的参数并且使用所述参数来控制信号输出。

在实施例的变型中，控制器响应于该参数输出中级别和高级别警报，高级别警报对应于比中级别警报更低的效率。

在实施例的变型中，与效率相关的参数每天根据峰值信号追踪或一天中的参数的平均值计算一次。

在实施例的变型中，在每时间间隔中，从峰值信号追踪(峰值信号追踪值)或在该间隔过程中的参数的平均值，计算一次与效率相关的参数。

气味去除装置的实施例包括具有VOC传感器的气味去除过滤器，其中采样装置具有第一和第二采样口，该第一和第二采样口被配置成将来自气味去除过滤器的上游和下游的烟气样品传送到VOC传感器。

在实施例的变型中，采样装置间歇地将样品传送到单个VOC传感器，以便从同一VOC传感器的不同位置获得信号。

包括一种估计过滤器剩余寿命的方法的实施例，包括使用控制器对过滤器上游和下游的传感器信号进行采样；使用控制器，在时间间隔的过程中提取所述传感器信号的最大值或平均值，并响应于与过滤器效率相关的参数计算所述过滤器的剩余寿命。所述估计是基于所述参数的阈值，其中高效率对应于比低效率较长的剩余寿命。

在实施例的变型中，高效率高于30％并且低效率低于或等于30％。

在实施例的变型中，过滤器是碳吸附过滤器。

在实施例的变型中，过滤器是吸附床。

应当理解，上述模块、过程、系统和部分可以以硬件、由软件编程的硬件、存储在非暂时性计算机可读介质上的软件指令或以上的组合来实现。例如，可以使用用于控制烹饪烟气和气味的方法，例如，使用被配置为执行存储在非暂时性计算机可读介质上的程序指令序列的处理器来实现。例如，处理器可以包括但不限于个人计算机或工作站或其他此类计算系统，其包括处理器、微处理器、微控制器装置，或者由包括集成电路的控制逻辑组成，例如，专用集成电路(ASIC)。指令可以从根据诸如Java、C++、C#.net等编程语言提供的源代码指令编译。指令还可以包括根据例如Visual Basic

此外，模块、过程、系统和部分可以实现为单个处理器或分布式处理器。此外，应当理解，上述步骤可以在单个或分布式处理器(单核和/或多核)上执行。此外，在以上实施例的各个附图中描述的过程、模块和子模块可以分布在多个计算机或系统上，或者可以共同位于单个处理器或系统中。下面提供了适用于实现本文描述的模块、部分、系统、装置或过程的示例性结构实施例替代方案。

上述模块、处理器或系统可以实现为可编程的通用计算机、用微代码编程的电子装置、硬接线模拟逻辑电路、存储在计算机可读介质或信号上的软件、光学计算例如，装置、电子和/或光学装置的网络系统、专用计算装置、集成电路装置、半导体芯片以及存储在计算机可读介质或信号上的软件模块或对象。

方法和系统(或其子组件或模块)的实施例可以在通用计算机、专用计算机、可编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、硬接线电子或逻辑电路如分立元件电路、可编程逻辑电路如可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)器件等。一般而言，能够实现本文描述的功能或步骤的任何过程可用于实现方法、系统或计算机程序产品(存储在非暂时性计算机可读介质上的软件程序)的实施例。

此外，所公开的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以容易地完全或部分地在使用例如对象或面向对象的软件开发环境的软件中实现，这些环境提供可以使用的可移植源代码。在各种计算机平台上。或者，所公开的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以部分或完全地在硬件中使用例如标准逻辑电路或超大规模集成(VLSI)设计来实现。取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能和/或所使用的特定软件或硬件系统、微处理器或微型计算机，可以使用其他硬件或软件来实施实施例。

图13示出了根据所公开主题的实施例的示例计算机系统的框图。图13示出了体现本文公开的任何控制器的元件的计算机系统的公开。在各种实施例中，系统1000的全部或部分可以包括在污染处理装置/系统中。在这些实施例中，系统1000的全部或部分可以提供装置或系统的控制器的功能。在一些实施例中，系统1000的全部或部分可以实现为分布式系统，例如，实现为基于云的系统。

系统1000包括诸如个人计算机或工作站的计算机1002或包括处理器1006的其他此类计算系统。然而，替代实施例可以实现多于一个处理器和/或一个或多个微处理器、微控制器装置或控制逻辑包括集成电路，例如ASIC。

计算机1002还包括提供计算机1002的各种模块之间的通信功能的总线1004。例如，总线1004可以允许在处理器1006和计算机1002的存储器1008之间传送信息/数据，使得处理器1006可以检索存储来自存储器1008的数据和/或执行存储在存储器1008上的指令。在一个实施例中，这些指令可以从根据诸如Java、C++、C#、.net、Visual Basic

存储器1008可以包括可由计算机1002读取的任何易失性或非易失性计算机可读存储器。例如，存储器1008可以包括诸如ROM、PROM、EEPROM、RAM、闪存、磁盘驱动器等。存储器1008可以是可移动或不可移动介质。

总线1004还可以允许计算机1002和显示器1018、键盘1020、鼠标1022和扬声器1024之间的通信，每个提供根据本文公开的各种实施例的相应功能。

计算机1002还可实施通信接口1010以与网络1012通信以提供本文公开的任何功能，例如，用于警告过滤器元件耗尽或接近耗尽。通信接口1010可以是本领域已知的提供无线和/或有线通信的任何这样的接口，例如网卡或调制解调器。

总线1004还可允许与一个或多个传感器1014和一个或多个致动器1016通信，每个传感器提供根据本文公开的各种实施例的相应功能，例如用于测量信号。

因此，显然根据本公开提供了一种过滤系统。本公开实现了许多替代、修改和变化。在本发明的范围内，可以组合、重新布置、省略等公开实施例的特征以产生附加实施例。此外，有时可以利用某些特征而无需相应地使用其他特征。因此，申请人意图包括在本发明的精神和范围内的所有这样的替代、修改、等同物和变化。此外，所公开的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以在编程的通用计算机、专用计算机、微处理器等上执行的软件中实现。