CN105157121B - 生态型空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明生态型空气净化器涉及一种用于室内的空气净化器。其目的是为了提供一种空气净化效果更好、维护方便、无二次污染、美观、节能的生态型空气净化器。本发明包括壳体(1)、照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、培养基质(7)、植物系统(4)、物理过滤层(5)及自动控制系统(9)；所述照明系统和喷淋系统均设在壳体的顶部，所述紫外线杀菌灯和培养基质均设在壳体内，所述培养基质(7)内培植有植物系统，所述培养基质的下方设有物理过滤层(5)，所述壳体上还设有风机(6)，所述风机的进风口位于物理过滤层下方，风机的出风口与壳体外连通，所述自动控制系统控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统及风机。

Description

生态型空气净化器
技术领域
本发明涉及一种空气净化器，特别是涉及一种用于室内的空气净化器。
背景技术
随着人们生态意识和家居环境安全意识的提高，对室内环境质量的要求也越来越明确也越来越综合，如：要求室内适宜的温度、湿度、颗粒物浓度、有害气体含量、氧气浓度，二氧化碳浓度等。相对封闭空间中空气污染物的释放有持久性和不确定性的特点，使用有空气净化作用的生态家居装置是一种有效可行的选择。
室内空气污染物可分成三类：物理性污染物，即空气中颗粒物；化学性污染物，即空气中的毒害化学物质；生物性污染物，即空气中的芽孢杆菌属、无色杆菌属、八叠球菌属及一些放线菌、酵母菌和真菌等微生物，以及某些病原微生物经空气传播成的病原体。
空气净化器在家居、医疗和工业领域等均有广泛应用。家居领域以单机类的家用空气净化器为市场的主流产品，其技术类型包括：活性炭吸附技术、离子过滤技术、臭氧杀菌技术、HEPA过滤技术、静电集尘技术、光触媒技术等。现行产品利用了上述技术中的一种或几种同时使用。但是上述每种技术都有一定的缺陷，比如会带来二次污染、能耗大、维护成本高等。
目前的常见的加湿器有“对人体有害的白雾“、“加湿器二次污染“以及需要经常换芯等问题。
家居及办公等室内环境由于人口密度大、通风条件不佳会导致室内CO2含量超标(国家标准是1000ppm)，大部分办公室办公时间室内CO2超标，有的甚至可以高达3000～4000ppm。
二氧化碳浓度含量与人体生理反应：
1、350～450ppm：同一般室外环境；
2、350～1000ppm：空气清新，呼吸顺畅；
3、1000～2000ppm：感觉空气浑浊，并开始觉得昏昏欲睡；
4、2000～5000ppm：感觉头痛、嗜睡、呆滞、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心；
5、大于5000ppm：可能导致严重缺氧，造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡。
所以空气中CO2浓度问题是解决室内环境问题的一个很重要的方面。现在人们会通过室内盆栽来解决该问题。但是仍面临问题：(1)植物数量不足，不足以吸收足够的CO2；(2)光线不足，植物不能产生净光合作用，反而因呼吸作用放出更多的CO2；(3)维护不方便，对于植物的生长需要人为经常的维护，比如浇水、捉虫等，如果操作不好，会导致植物死亡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种空气净化效果更好、维护方便、无二次污染、美观、节能的生态型空气净化器。
本发明生态型空气净化器，包括壳体、照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、培养基质、植物系统、物理过滤层及自动控制系统；所述壳体的顶部为开放式结构，壳体的底部为密闭式结构，所述照明系统和喷淋系统均设在壳体的顶部，所述紫外线杀菌灯和培养基质均设在壳体内，所述培养基质内培植有植物系统，所述培养基质的下方设有物理过滤层，所述壳体上还设有风机，所述风机的进风口位于物理过滤层下方，风机的出风口与壳体外连通，所述自动控制系统控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统及风机。
本发明生态型空气净化器，其中还包括负离子发生器，所述负离子发生器设在壳体内并通过所述自动控制系统控制。
本发明生态型空气净化器，其中所述喷淋系统包括喷嘴，所述喷嘴设在壳体的顶部，喷嘴通过管道与水泵或压力储水桶连接。
本发明生态型空气净化器，其中所述培养基质包括腐殖土、蛭石和外源复合有益微生物。
本发明生态型空气净化器，其中所述物理过滤层包括HEPA膜和椰壳活性炭。
本发明生态型空气净化器，其中所述植物系统的构建步骤如下：
(a)植物的甄选
选取长势良好、无烂叶、黄叶，少坏斑的植物，并且植物培养土无明显菌丝体、无臭味；植物地上高度控制在30～70cm，相对喜阳植物地上高度控制在50～60cm，耐阴植物地上高度控制在30～50cm；
(b)、植物的移植
准备花盆：选取直径1m左右的花盆，在其底部铺7cm厚的陶粒层，陶粒层上面设置培养基，培养基成分为腐殖土和蛭石，腐殖土和蛭石按体积计的比值为9∶1，培养基的高度为50cm，花盆及陶粒用3％次氯酸钠进行消毒杀菌，培养基质经120℃下30min高温杀菌消毒；
移栽：抖掉植物根部的大部分宿土，特别是根系外围宿土，然后修剪根系，但根团中央的护心土必须保留，同时将保留下来的老根顶端剪下，浇水；
将移栽好后的植物放在阴凉处养护二十天；
(c)、植物的适应
待植物长势正常，将植物放在光照2000lux的光照下进行一个月培养；
注意浇水的频率，控制土壤湿度为20％左右；
观察植物长势，将坏掉的植物及时清理出去；
(d)、植物的搭配
根据植物的生活习性、室内环境及污染物种类对植物进行搭配种植。
本发明生态型空气净化器，其中所述自动控制系统包括核心控制器、基本控制单元及传感器系统，所述核心控制器与电源连接，所述传感器系统包括净化器内、外传感器系统，净化器内、外传感器系统结构相同，净化器内传感器系统和净化器外传感器系统都包括空气质量传感器、温湿度传感器及PM2.5传感器，所述传感器系统还包括土壤湿度传感器，所述土壤湿度传感器位于培养基质内，所述核心控制器通过采集传感器物理量信号，经过算法判断处理，通过基本控制单元控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机及负离子发生器的工作状态，所述基本控制单元包括照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路，所述照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路依次对应照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机及负离子发生器，所述基本控制单元通过二级控制单片机连接各控制驱动电路向上被动接入核心控制器。
本发明生态型空气净化器，其中还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与核心控制器连接，所述核心控制器将所有的实时数据通过互联网传送至远程服务器端，部分实时状态信息显示在触摸显示屏上。
本发明生态型空气净化器与现有技术不同之处在于本发明包括壳体、照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、培养基质、植物系统、物理过滤层及自动控制系统。通电后，风机转动，驱动空气从开放式顶部进入壳体内，经过喷淋作用、吸收和光合作用、基质分解作用后从风机出风口排出。本发明是以模拟和建立平衡的生态系统来实现其净化空气的功能以及使室内更加美观。
喷淋系统是生态系统的水源，植物系统是生态系统的生产者，土壤中微生物是生态系统的分解者，照明系统是生态系统的能量来源，风机形成空气循环。
本发明对空气净化作用主要表现为一下几个方面：
(1)喷淋作用：加速空气中颗粒物质的沉降，同时冲刷叶片；供给植物和土壤中微生物的水分，使其正常生长。
(2)吸收和光合作用：植物通过气孔吸收CO2和空气中有害气体，进入体内代谢途径。其净化效率和吸收CO2释放氧气的能力因植物种类而异。
(3)土壤微生物作用(分解作用)：由于腐殖土中有机质含量丰富，土壤中的微生物尤其根际微生物大量生产繁殖。
(4)物理过滤：包括HEPA膜过滤和椰壳活性炭。HEPA膜为高效空气过滤器，对于0.1微米和0.3微米的有效率达到99.7％，HEPA膜的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过，有效滤除花粉、颗粒及细菌等。椰壳活性炭对于苯，甲醛，氨气等有毒有害气体具有高效能吸附能力。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明生态型空气净化器的结构示意图；
图2为本发明中的自动控制系统原理图；
图3为本发明中的风机控制驱动电路原理图；
图4为本发明中的照明控制驱动电路原理图；
图5为本发明中的电磁阀控制驱动电路原理图；
图6为本发明中的紫外线灯控制驱动电路原理图；
图7为本发明中的负离子控制驱动电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明生态型空气净化器包括壳体1、照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、培养基质7、植物系统4、物理过滤层5及自动控制系统9；所述壳体1的顶部为开放式结构，壳体1的底部为密闭式结构，所述照明系统和喷淋系统均设在壳体1的顶部，所述紫外线杀菌灯和培养基质7均设在壳体1内，所述培养基质7内培植有植物系统4，所述培养基质7的下方设有物理过滤层5，所述壳体1上还设有风机6，风机6设在物理过滤层5的下方，所述风机6的进风口位于物理过滤层5下方，风机6的出风口与壳体1外连通，所述自动控制系统9控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统及风机6。为了便于安放，壳体1底部安装有柜脚12。
优选的，本发明生态型空气净化器中还包括负离子发生器，所述负离子发生器设在壳体1内并通过所述自动控制系统9控制。
优选的，喷淋系统包括喷嘴2，所述喷嘴2设在壳体1的顶部，喷嘴2通过管道与水泵或压力储水桶3连接。
优选的，培养基质7包括腐殖土、蛭石和外源复合有益微生物。
优选的，物理过滤层5包括HEPA膜和椰壳活性炭。膜面积60cm×60cm或者60cm×120cm(根据箱体可以定制)。
本发明中的植物系统4的构建步骤如下：
(a)植物的甄选
选取长势良好、无烂叶、黄叶，少坏斑的植物，并且植物培养土无明显菌丝体、无臭味；植物地上高度控制在30～70cm，相对喜阳植物地上高度控制在50～60cm，耐阴植物地上高度控制在30～50cm；
(b)、植物的移植
准备花盆：选取直径1m左右的花盆，在其底部铺7cm厚的陶粒层，陶粒层上面设置培养基，培养基成分为腐殖土和蛭石，腐殖土和蛭石按体积计的比值为9∶1，培养基的高度为50cm，花盆及陶粒用3％次氯酸钠进行消毒杀菌，培养基质经120℃下30min高温杀菌消毒；
移栽：抖掉植物根部的大部分宿土，特别是根系外围宿土，然后修剪根系，但根团中央的护心土必须保留，同时将保留下来的老根顶端剪下，浇水；
将移栽好后的植物放在阴凉处养护二十天；
(c)、植物的适应
待植物长势正常，将植物放在光照2000lux的光照下进行一个月培养；
注意浇水的频率，控制土壤湿度为20％左右；
观察植物长势，将坏掉的植物及时清理出去。
(d)、植物的搭配
根据植物的生活习性、室内环境及污染物种类对植物进行搭配种植。
该植物系统待选的植物种类、生活习性和适用环境见表1。
植物的搭配种植与其生活习性、室内环境及污染物种类等息息相关，但是针对每种情况可以根据个人喜好有若干种搭配。如新装修的房子室内污染物种类多，含量丰富，尤其含有大量的甲醛和苯类有机物。可选择搭配种植的植物有：橡皮树+绿萝+白掌，该搭配可以可以有效针对因装修带来的污染物；如车库内一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、颗粒物污染严重，可选择搭配种植的植物有：橡皮树+吊兰+广东万年青。
表1 待选植物的种类及特性
本发明中的喷淋系统：水由水泵或压力储水桶3抽水进入壳体1。水泵型号为AC24V50HZ，功率为13W，压力储水桶3为型号PRO-20、容量60L、压力100PSI。喷淋过程初始设置为每隔半小时喷水10秒，容量60L的储水桶可用1个月，可以根据装置使用环境的不同(如通风不同、所处纬度不同等)，进行小范围(±20％)的改动。
本发明中的培养基质7：土壤湿度的控制由喷淋频率和土壤湿度传感器13完成，控制在20％左右。土壤成分为腐殖土和蛭石，腐殖土和蛭石按体积计的比值为9∶1，经高温杀菌消毒，同时加入土壤体积0.001％的复合菌(产品富含乳酸菌、酵母菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌等，有效活菌数＞2亿cfu/ml)。
本发明中的风机6：使用的风机6为Fergas公司的NCB-LL60x420L，额定风量为298m3/h，所用风机的数量根据植物覆盖面积计算，使其控制叶面风速在0.1m/s左右。
本发明中的照明系统：选用LED灯，冷光源，能耗低，环保，功率10～50W，数量根据壳体体积大小确定，以达到植物系统顶部光强在2000lux及以上。光照时间每天24小时。普通室内的照度一般在几百勒克斯(Lux)，很难满足植物光合作用的需要。过低的光照强度反而会由于呼吸作用的存在而导致植物放出更多的二氧化碳。
本发明中的紫外线杀菌灯：选型为AC220～240V 50Hz，功率10W-60W。
如图2所示，本发明生态型空气净化器，其中所述自动控制系统9包括核心控制器、基本控制单元及传感器系统，所述核心控制器与电源连接，采用Freescale公司的ARM9处理器IMX283为核心控制器，基本控制单元由TI公司的MSP430组成。所述传感器系统包括净化器内、外传感器系统10、11，净化器内、外传感器系统10、11结构相同，净化器内传感器系统10和净化器外传感器系统11都包括空气质量传感器、温湿度传感器及PM2.5传感器，所述传感器系统还包括土壤湿度传感器13，所述土壤湿度传感器13位于培养基质7内，所述核心控制器通过采集传感器物理量信号，经过算法判断处理，通过基本控制单元控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机及负离子发生器的工作状态，所述基本控制单元包括照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路，所述照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路依次对应照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机6及负离子发生器，所述基本控制单元通过二级控制单片机连接各控制驱动电路向上被动接入核心控制器。
通过加入人为培养植物的方式方法，采用传感器技术，实时获取植物的生长状态，自动根据预先设定的浇灌方法培养植物，并提供实时报警。
系统采集的所有传感器数据以及本身工作状态，均通过互联网连接至远程服务端存储记录，并构成个人(不对外公开)大数据源。手机APP应用软件也将通过协议控制命令方式获取实时数据，以及通过发送协议控制命令操作设备工作状态。
本发明生态型空气净化器，其中还包括触摸显示屏8，所述触摸显示屏8与核心控制器连接，所述核心控制器将所有的实时数据通过互联网传送至远程服务器端，部分实时状态信息显示在触摸显示屏8上。
本发明中的触摸显示屏8：用于实时显示净化器内和净化器外的空气质量。可以根据需要更换其他尺寸的屏幕，备用选型如下表：
尺寸 型号 分辨率
7寸 AT070TN 800x600
5寸 GL050001C0-40 800x480
4.3寸 AT043TN13 480x272
本发明中的传感器系统包括净化器内、外传感器系统10、11，净化器内、外传感器系统10、11结构相同，可分别检测空气温度、湿度、PM2.5、空气质量。核心控制器采集传感数据反馈到触摸显示屏8中显示。
本发明中的自动控制系统9：运行基本Linux操作系统，传感器数据采集系统，界面显示系统，数据处理系统，远程数据协议(互联网接入系统)，基本控制单元。
1)基本Linux操作系统：Linux-2.6.35内核，所有数据采集处理显示传输等工作平台。
2)界面显示系统：QT4图形界面，触摸屏用户交户接口。
3)数据处理系统：实现传感器算法，自动控制机制算法。
4)互联网接入系统：通过USB接口WIFI网卡连接家庭路由器的方式接入互联网远程服务器。网卡型号为TPLINK-RTL8188EUS。
5)传感器数据采集系统：均采用两路传感器配置，实现净化器内部采集和净化器外部(即室内)采集。
种类 型号 输出方式 其他参数
土壤湿度传感器* RB-02S047 模拟输出 检测深度37mm
空气质量传感器 TP-4 模拟输出 可检测综合污染气体浓度
PM2.5传感器* PMS3003 TTL串行数字 单位ug/m3
温湿度传感器 SHT11 2-wire 0-100％；-40～+125℃
光线传感器 GL5516 模拟输出 10K/500Kohm
如图3所示，风机控制驱动电路：CTR_MOTOR驱动信号，由核心控制器发出高/低电平打开/关闭风机。
如图4所示，照明控制驱动电路：CTR_LIGHT驱动信号，由核心控制器发出高/低电平打开/关闭照明灯。
如图5所示，电磁阀控制驱动电路：CTR_SOLENOID驱动信号，由核心控制器发出高/低电平打开/关闭电磁阀，通过控制电磁阀的开闭实现喷淋系统开闭。
如图6所示，紫外线灯控制驱动电路：CTR_UV驱动信号，由核心控制器发出高/低电平打开/关闭紫外灯。
如图7所示，负离子控制驱动电路：CTR_ANION驱动信号，由核心控制器发出高/低电平打开/关闭负离子发生器。
本发明的有益效果：(1)空气净化效果：定性不定量；(2)PM2.5去除率：定性不定量；(3)VOC去除率：定性不定量；(4)降低空气中细菌量(0，5-10微米)，霉菌(2-12微米)和浮尘；(5)增加空气中氧气含量；(6)保持空气湿度：40-43％(RH)；(7)无二次污染；(8)易于维护：实现植物喷淋自动，且栽种过程科学规范有效预防虫害；(9)节能：能耗20W-60W；(10)美观大方；(11)美化室内环境。把自然的风光引入室内，室内植物可让人在自然的风光中静养，心率减缓，血压降低，情绪稳定；草木的绿色使人悦目，因为绿色光波长短适中，人眼亲和这种光波，经常看绿色植物，可降低眼压，提高视力，可消除在电视、电脑面前久坐着的视觉疲劳。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种生态型空气净化器，其特征在于：包括壳体(1)、照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、培养基质(7)、植物系统(4)、物理过滤层(5)及自动控制系统(9)；所述壳体(1)的顶部为开放式结构，壳体(1)的底部为密闭式结构，所述照明系统和喷淋系统均设在壳体(1)的顶部，所述紫外线杀菌灯和培养基质(7)均设在壳体(1)内，所述培养基质(7)内培植有植物系统(4)，所述培养基质(7)的下方设有物理过滤层(5)，所述壳体(1)上还设有风机(6)，所述风机(6)的进风口位于物理过滤层(5)下方，风机(6)的出风口与壳体(1)外连通，所述自动控制系统(9)控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统及风机(6)，
所述植物系统(4)的构建步骤如下：
(a)植物的甄选
选取长势良好、无烂叶、黄叶，少坏斑的植物，并且植物培养土无明显菌丝体、无臭味；植物地上高度控制在30～70cm，喜阳植物地上高度控制在50～60cm，耐阴植物地上高度控制在30～50cm；
(b)、植物的移植
准备花盆：选取直径1m的花盆，在其底部铺7cm厚的陶粒层，陶粒层上面设置培养基，培养基成分为腐殖土和蛭石，腐殖土和蛭石按体积计的比值为9﹕1，培养基的高度为50cm，花盆及陶粒用3％次氯酸钠进行消毒杀菌，培养基质经120℃下30min高温杀菌消毒；
移栽：抖掉植物根部的大部分宿土，然后修剪根系，但根团中央的护心土必须保留，同时将保留下来的老根顶端剪下，浇水；
将移栽好后的植物放在阴凉处养护二十天；
(c)、植物的适应
待植物长势正常，将植物放在光照2000lux的光照下进行一个月培养；
注意浇水的频率，控制土壤湿度为20％；
观察植物长势，将坏掉的植物及时清理出去；
(d)、植物的搭配
根据植物的生活习性、室内环境及污染物种类对植物进行搭配种植。
2.根据权利要求1所述的生态型空气净化器，其特征在于：还包括负离子发生器，所述负离子发生器设在壳体(1)内并通过所述自动控制系统(9)控制。
3.根据权利要求2所述的生态型空气净化器，其特征在于：所述喷淋系统包括喷嘴(2)，所述喷嘴(2)设在壳体(1)的顶部，喷嘴(2)通过管道与水泵或压力储水桶(3)连接。
4.根据权利要求3所述的生态型空气净化器，其特征在于：所述培养基质(7)包括腐殖土、蛭石和外源复合有益微生物。
5.根据权利要求4所述的生态型空气净化器，其特征在于：所述物理过滤层(5)包括HEPA膜和椰壳活性炭。
6.根据权利要求5所述的生态型空气净化器，其特征在于：所述自动控制系统(9)包括核心控制器、基本控制单元及传感器系统，所述核心控制器与电源连接，所述传感器系统包括净化器内、外传感器系统(10、11)，净化器内、外传感器系统(10、11)结构相同，净化器内传感器系统(10)和净化器外传感器系统(11)都包括空气质量传感器、温湿度传感器及PM2.5传感器，所述传感器系统还包括土壤湿度传感器(13)，所述土壤湿度传感器(13)位于培养基质(7)内，所述核心控制器通过采集传感器物理量信号，经过算法判断处理，通过基本控制单元控制照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机(6)及负离子发生器的工作状态，所述基本控制单元包括照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路，所述照明控制驱动电路、紫外线灯控制驱动电路、电磁阀控制驱动电路、风机控制驱动电路及负离子控制驱动电路依次对应照明系统、紫外线杀菌灯、喷淋系统、风机(6)及负离子发生器，所述基本控制单元通过二级控制单片机连接各控制驱动电路向上被动接入核心控制器。
7.根据权利要求6所述的生态型空气净化器，其特征在于：还包括触摸显示屏(8)，所述触摸显示屏(8)与核心控制器连接，所述核心控制器将所有的实时数据通过互联网传送至远程服务器端，部分实时状态信息显示在触摸显示屏(8)上。
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