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CN107036993B - 个人二氧化碳追踪器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从空气中去除二氧化碳的装置，其具有带有封闭的侧壁和可移除的端壁的反应室。存在设置在反应室中的可移除的吸收器单元，该吸收器单元包括含有与活性炭混合的碱石灰的吸收剂混合物，和围绕吸收剂混合物的透气的外部覆盖物。百叶窗式床设置在反应室中的吸收器单元的上方。百叶窗式床具有在成角度的窗叶之间的开口，用于将百叶窗式床上方的空气引导到可移除的吸收器单元中。流入反应室的空气由百叶窗式床引导到吸收器单元，使得空气在窗叶之间流动，通过开口并且进入吸收器单元，在其中，空气中的二氧化碳从大气中被吸收和去除。

Description

个人二氧化碳追踪器
技术领域
本发明涉及一种从周围环境吸收二氧化碳并且测量从大气中去除的二氧化碳的量的装置。特别地，本发明涉及一种便携式装置，该便携式装置通过使CO2通过百叶窗式的滤网并且到吸收CO2的化学床上而从空气中去除CO2。传感器和计量装置检测正在被吸收的CO2的量，并且随着时间追踪该吸收量。
背景技术
由于人口和工业排放增加，大气中的二氧化碳量多年来一直在增加。这种CO2的增加被认为导致了当前的全球变暖事件。自工业革命开始以来，大气中的全球年平均CO2浓度已经增加了超过40％，从18世纪中期之前最后10000年的水平280ppm增加到2015年的399ppm。如果个人可以采取措施减少环境空气中的CO2水平，从而减少增加的全球变暖的可能性，则将是理想的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种从空气中去除二氧化碳的装置，该装置制造简单并且廉价。本发明的另一目的是提供这样的装置，其测量已被去除的CO2的量并且可以将测量值发送到中央监控中心。本发明的又一目的是提供一种装置，其中，在CO2吸收期间产生的热量可以被利用并且用于为装置本身供电。
这些和其它目的通过用于从空气中去除二氧化碳的装置来实现，该装置具有带有封闭的侧壁和可移除的端壁的反应室，该端壁具有用于允许空气进入反应室的开口和设置在反应室中的可移除的吸收器单元。吸收器单元包括含有与活性炭混合的碱石灰的吸收剂混合物，和包围该吸收剂混合物的透气外部覆盖物。百叶窗式床设置在反应室中的吸收器单元上方。百叶窗式床具有在成角度的窗叶(louver)之间的开口，用于将百叶窗式床上方的空气引导到可移除的吸收器单元中。这样，流入反应室的空气通过百叶窗式床引导到吸收器单元，使得空气在窗叶之间流动，通过开口并且进入吸收器单元中。
一旦环境空气到达吸收器单元，空气中的二氧化碳被吸收到微孔活性炭上，并且还与碱石灰反应。该反应是放热的，并且在该过程中释放热量。反应如下：
将活性炭与碱石灰结合增加了CO2的吸收量，因为活性炭使反应室中的CO2聚集，直到它与碱石灰完全反应。优选地，吸收器单元包括按100:1的比例混合的碱石灰和活性炭。也可以使用其它混合比例。
还存在设置在反应室内部或外部的至少一个传感器，传感器被配置为测量反应室中的CO2水平。该传感器可以是感测空气中的CO2的颗粒水平的传感器，如非分散式红外传感器，其通过感测CO2分子对红外辐射的吸收来感测CO2分子的吸收光谱。在CO2波长(约4.3μm)处吸收的光的量与反应室中的气体浓度成比例。可替代地，传感器可以是感测由于CO2与碱石灰的放热反应引起的温度升高的温度传感器。然后，所测量的热量可以转换为在反应室中反应的二氧化碳的测量值。如果传感器设置在反应室的外部，则伺服部件和管道可以设置为将空气从反应室引导到传感器用于测量目的。
连接到传感器的是处理器，用于收集来自传感器的数据，并且计算反应室中CO2的量以及CO2随时间的变化。处理器还可以用在吸收之前由传感器测量的基线CO2水平、或使用已知基线水平的基线CO2水平来编程。然后测量的CO2可以随时间与基线水平进行比较，以确定从空气中去除的CO2的量。还存在连接到处理器的发射器，用于直接地或通过将数据发送到经由互联网与监控中心通信的计算机或智能电话来将数据从处理器发射到外部监控中心。该监控中心可以收集来自多个CO2装置的数据，以给出在多个单元中捕集的CO2的量的数据。还可以存在连接到处理器的显示器，用于在装置本身上直接显示数据。发射器可以是任何合适的无线发射器，并且可以使用用于发射信息的任何合适的器件，如Wifi、蓝牙或任何其它技术。传感器可以设置在反应室外部的单独封闭室中，该单独封闭室容纳发射器和处理器，并且空气可以通过管道流到该单独室中的传感器。
传感器、处理器和发射器都由连接到这些单元的电源如电池供电。可替代地，传感器或其它部件可以由设置在百叶窗式床下面的热电(TE)织物供电。该TE织物吸收由CO2与碱石灰的放热反应产生的热量，并且将其转换为电能以给传感器供电。在一实施例中，TE发电机由碳纳米管基聚合物复合材料制成。也可以使用其它合适的TE发电材料。
TE发电机通过将在TE发电机上方的环境空气和TE发电机下方的吸收单元之间的温度差转换为电压而工作，以给传感器和/或装置的其它部件供电。TE发电机连接到装置中的传感器和/或其它部件以向这些部件提供电力。
虽然根据本发明的装置在没有用于将空气吸入到反应室中的任何附加器件的情况下是有效的，但是风扇或其它装置可以用于将额外的空气吸入反应室中。可替代地，装置可以连接到移动的物体，如自行车，使得自行车的运动将空气吸入到反应室中。装置还可以放置在家中或汽车中的空调通风口的前面，使得空气流被引导到反应室中。
装置还可以配备有连接到处理器的全球定位系统(GPS)模块，以用于跟踪和记录对应于二氧化碳吸收量的装置的位置。
优选地，反应室、处理器、发射器、GPS和电源都容置在可以是便携式的常规壳体中。这样，个人可以携带装置或将它附接到他们的自行车、汽车、家具或任何其它结构。
附图说明
本发明的其它特征和优势将从以下结合附图的详细描述中变得显而易见。然而，应当理解的是，附图仅设计为示例，而不是作为本发明的限制的限定。
在附图中，其中，在多个视图中相同的附图标记表示相同的元件：
图1示出了根据本发明的装置的侧视图；
图2是后端视图；
图3是去除了盖的前端视图；以及
图4是俯视图；
图5示出了根据本发明的挡板的侧视图；
图6是装置的各个电子部件的示意图；
图7是示出了根据本发明使用活性炭和碱石灰时CO2的吸收量随时间的曲线图；
图8是根据本发明的装置的可替代实施例的俯视图；
图9是图8的实施例的透视图；以及
图10是图8和9的实施例中使用的可更换的吸收器单元布置的视图。
具体实施方式
现在详细参考附图，图1-4示出了根据本发明的二氧化碳追踪器(tracker)10。二氧化碳追踪器10包括在其内部容纳反应室12的壳体11。壳体11具有端盖13，该端盖13在顶部上对空气开放并且在底部封闭，以将吸收器单元14牢固地保持在壳体11内。吸收器单元14包括外部覆盖物15，其包围按100:1的比例混合的碱石灰(soda lime)和活性炭16的混合物。外部覆盖物是透气的，以便允许环境空气中的CO2吸收在活性炭上并且在吸收器单元14中与碱石灰反应。吸收器单元14中的活性炭还用于吸收空气中其它有害的化学物质。
设置在吸收器单元14的顶部上的是挡板17，该挡板17包括插置在凸起的挡块19之间的一系列狭缝18，如图5所示。挡板17引导空气通过盖13中的开口21流过挡块19并且通过狭缝18流入，使得空气流被引导到吸收器单元14，CO2可以在吸收器单元14中被吸收和反应。
在吸收器单元14的顶部上的是热电(TE)织物20的层。TE织物20具有在织物上方的环境空气相对于在织物下方的碱石灰与CO2的放热反应所形成的温度梯度，并且TE织物将该温度梯度转化为电压。该电压用于为系统的部件供电，例如为感测由单元吸收的CO2的量的传感器30供电。碱石灰的放热反应产生的能量通过ΔH°＝-5.3kJ/mol计算。
传感器30可以是任何合适类型的传感器，如测量由CO2与碱石灰的放热反应产生的热量的温度传感器、或NDIR红外气体传感器、或化学传感器。传感器30可以设置在反应室12内部或反应室12外部，但是可经由孔22到达反应室12，空气可以流动通过该孔22。由传感器30测量的数据被发送到处理器40，该处理器将数据转换为可量化的测量值，并且将这些测量值存储在数据库中。来自处理器40的数据经由发射器50发送至外部的经由移动电话70或其它计算机的存储器和监控中心。发射器50可以通过任何合适的技术操作，例如Wifi、蓝牙、蜂窝传输或任何其它合适的技术。所收集的数据可以用于显示每日CO2的吸收量、总的CO2吸收量和CO2吸收速率，并且将追踪器10的性能与其它追踪器比较。追踪器10的部件由电源60(如电池)供电。
显示器(未示出)可以连接到追踪器10以显示通过处理器40处理的数据。
风扇80还可以附接到壳体11以抽动空气通过壳体以增大吸收速率。当吸收器单元的CO2吸收速率下降时，需要更换吸收器单元以使得新的化学物质可以与CO2反应。通过移除盖13容易地移除吸收器单元14，并且新的吸收器单元14可以被放置就位。TE织物还可以在碱石灰已经耗尽时以及到了该更换吸收器单元的时间时发出信号。当产生的电流下降到零时，处理器可以通过光或报警音发出可视或可听的警报信号，以指示吸收器单元需要更换。
图7是示出了反应室中二氧化碳的吸收量随时间变化的曲线图，该反应室中使用按100:1的比例(如质量比)混合的碱石灰和活性炭的混合物。CO2测量由EXTECH仪器公司制造的专业的二氧化碳计量模块#CO240进行。该模块还提供温度和相对湿度。环境空气具有403ppm的二氧化碳含量，80°F的空气温度和56％的相对湿度。在暴露于混合物15分钟后，CO2减少至零。随着新鲜空气连续地进给到反应室中，CO2逐渐增加，但是在2小时内达到约140ppm的大致稳态量，从而导致空气的CO2含量随时间大幅降低。
图8-10示出了根据本发明的CO2追踪器的可替代实施例。此处，追踪器100包括矩形壳体110，在该壳体中，吸收器单元120设置在挡板170下面，其以与参考图1-6所公开的相同的方式操作。吸收器单元120包括多个层121，每个层包括碱石灰和活性炭的混合物。层粘合在一起，并且作为单个单元插入到壳体110中以及从壳体110中移除。
如图8和9中所示，壳体110具有多个隔室，较大的隔室容纳反应室，并且多个较小的隔室容纳传感器140、150、155以及作为集成的处理器/发射器/电源的处理器单元160。传感器140是通过软管连接到反应室115的CO2传感器，并且，该传感器测量反应室115内部的CO2。传感器150、155测量环境空气温度、湿度和基线CO2水平。所有这些传感器连接到处理器单元160。
图8-10中所示的实施例特别适于安装在车辆或其它较大环境中，其中，单元是静止的，但是来自通风系统的空气流可以容易地通过挡板170。图1-5中所示的实施例特别适于移动应用，如安装在自行车或小轮摩托车上，其中，单元运动以产生空气流。
因此，尽管仅示出和描述了本发明的几个实施例，显然可以做出许多改变和修改而不脱离本发明的构思和范围。
相关申请的交叉引用
申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2015年11月21日提交的美国临时专利申请No.62/258436的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (10)

1.一种用于从空气中去除二氧化碳的装置，包括：
反应室，其具有封闭的侧壁和可移除的端壁，所述端壁具有用于允许空气通入到所述反应室中的开口；
可移除的吸收器单元，其设置在所述反应室中，所述吸收器单元包括含有与活性 炭混合的碱石灰的吸收剂混合物，以及围绕所述吸收剂混合物的外部覆盖物，所述外部覆盖物是可透气的；
百叶窗式床，其设置在所述反应室中、位于所述吸收器单元的上方，所述百叶窗式床具有在窗叶之间的开口，用于将在百叶窗式床上方的空气引导到所述可移除的吸收器单元中；
至少一个传感器，其配置为测量所述反应室中的CO2水平；
处理器，其连接到所述传感器，用于收集来自所述传感器的数据；
发射器，其连接到所述处理器，用于发射来自所述处理器的数据；
电源，其连接到所述传感器、处理器和发射器中的至少一个；以及
设置在所述百叶窗式床和所述吸收器单元之间的TE发电机织物的层，其中，所述TE发电机织物配置为将由所述吸收器单元发出的热能转换为电能以给所述传感器供电。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括风扇以将空气吸入所述反应室中。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸收器单元包括以100:1的比例混合的碱石灰和活性 炭 。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源是电池。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括连接到所述处理器的显示器，以用于显示由所述传感器测量的数据。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反应室、处理器、发射器和电源都容置在常规的壳体中。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是非分散式红外传感器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述TE发电机织物由碳纳米管基聚合物复合材料制成。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器设置在所述反应室中。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器设置在所述反应室的外部，并且其中，来自所述反应室的空气通过管道供给至所述传感器。
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