CN108036440A - 一种超声波水雾空气净化加湿系统及净化加湿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种超声波水雾空气净化加湿系统，包括依次连通的带有入风口的粗过滤模块、水雾净化模块、水雾凝结模块及湿度调节模块和风机，水雾净化模块还连通有注水室，水雾净化模块中设置有互相连通的超声波雾化室和回流室，注水室与超声波雾化室连通，解决了传统空气净化器耗能高，且无法同时进行净化和加湿的多功能操作的问题；本发明的一种超声波水雾空气净化加湿方法，通过超声波雾化器将水分散成小颗粒水雾对空气中的尘埃及病菌等进行吸附，节约能耗，且可根据外界空气湿度对净化后的空气进行可控的湿度调节，集净化与加湿于一体，操作简单且成本较低。

Description

一种超声波水雾空气净化加湿系统及净化加湿方法
技术领域
本发明属于空气净化设备技术领域，具体涉及一种超声波水雾空气净化加湿系统，本发明还涉及采用该系统对空气进行净化加湿的方法。
背景技术
当前我国由于工业的大规模发展，环境问题日趋显现。就空气而言，我国的空气质量一般来说较低，四分之三的人口生活在空气质量劣于国家标准的环境中。造成这些问题的主要原因是工业废气排放量的不断增大。2000年在世界主要国家中的人口稠密地区，中国二氧化硫排放量居首位，氮化物排放量居第三。虽然我们也意识到了空气质量的严重性，但仍没有得到有效的控制与改良。许多工厂在国家政策改革之后，仍旧继续大量排放废气。造成北方地区冬季的严重雾霾和沙尘暴有逐年恶化的趋势；而南方工业发达地区也面临着不同程度的空气污染。这也许与处于工业化发展中的局势有关，国家在发展工业的同时，不可避免的要污染空气。尽管我国目前对环境的立法与保护正在日益增强，但环境的恢复仍然需要很长一段时间才能见到成效。频繁爆发的雾霾，已经严重影响到了人们的居住环境与身体健康，随着生活水平的提高，人们对空气质量的要求也越来越高，因此空气净化器一时间成了一种热销的家电。
由于传统空气净化器耗能高，且无法同时进行净化和加湿的多功能操作，使得设备功能较为单一，因此需设计一款低耗能且集净化和加湿空气的多功能一体机。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波水雾空气净化加湿系统，解决了传统空气净化器耗能高，且无法同时进行净化和加湿的多功能操作的问题。
本发明的另一目的是提供一种超声波水雾空气净化加湿方法。
本发明所采用的技术方案是，一种超声波水雾空气净化加湿系统，包括依次连通的带有入风口的粗过滤模块、水雾净化模块、水雾凝结模块及湿度调节模块和风机，水雾净化模块还连通有注水室，水雾净化模块中设置有互相连通的超声波雾化室和回流室，注水室与超声波雾化室连通。
本发明的特点还在于，
回流室底部设置有气泵a和气泵b。
粗过滤模块中设置有多层过滤棉。
水雾凝结模块中设置有多段冷凝方管。
湿度调节模块中设置有半导体制冷片，且半导体制冷片依次连接有电控系统和湿度传感器。
超声波雾化室的侧壁采用亚克力玻璃橱窗，且在超声波雾化室旁设置有紫外灯。
回流室内设置有螺旋式亚克力回流管道。
风机出口处还设置有粉尘传感器。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种超声波水雾空气净化加湿方法，该方法依赖于上述超声波水雾空气净化加湿系统，具体按照如下步骤实施：
步骤1、向注水室中注入清水，并流经超声波雾化室，将清水雾化成水雾进入回流室的管道中备用；
步骤2、开启风机，空气受到风机产生的负压作用通过入风口进入粗过滤模块，经多层过滤棉将空气中的大颗粒尘埃滤除后，得到粗过滤空气；
步骤3、步骤2得到的粗过滤空气受到负压的作用在回流室的管道中与水雾充分接触，得到细过滤空气；
步骤4、步骤3得到的细过滤空气依次进入水雾凝结模块和湿度调节模块，经冷凝方管和半导体制冷片对空气中的水分进行凝结，湿度传感器将测定的空气中的湿度数据传输至电控系统，电控系统根据空气中的湿度调节半导体制冷片的功率，凝结出适当湿度的空气，最后经风机输出处理后的空气。
本发明的特点还在于：
回流室的管道为螺旋式的亚克力回流管道，步骤3中粗过滤空气受到负压的作用在亚克力回流管道中与水雾充分接触，得到细过滤空气。
本发明的有益效果是：
本发明的一种超声波水雾空气净化加湿系统，利用耗能较低的超声波雾化器将水分散成小颗粒水雾对空气中的尘埃及病菌等进行吸附，以达到净化空气的作用，同时，经水雾凝结模块对经吸附过滤后带有大量水分的空气进行水分凝结，再经湿度调节模块的反馈调节，将空气中的湿度反馈至电控系统，通过电控系统对半导体制冷片的功率进行调节，使得排出的空气为湿度最适宜的气体，从而达到加湿的功能，另外，本发明的系统可将凝结后的水分回流至超声波雾化室，进行回收利用，节约水资源；本发明的超声波水雾空气净化加湿系统集空气净化-加湿功能于一体，具有价格低廉，原料易得，效果显著，使用寿命长，节能环保及无二次污染的特点，可作为小家电对室内进行空气净化与加湿，主要应对西北地区雾霾、风沙天气，能有效降低空气中的尘埃量。另外也可广泛应用于医院，学校，车站等公共场所。
本发明的一种超声波水雾空气净化加湿方法，通过超声波雾化器将水分散成小颗粒水雾对空气中的尘埃及病菌等进行吸附，节约能耗，且可根据外界空气湿度对净化后的空气进行可控的湿度调节，集净化与加湿于一体，操作简单且成本较低。
附图说明
图1是本发明一种超声波水雾空气净化加湿系统的模块示意图；
图2是本发明一种超声波水雾空气净化加湿系统中的水雾净化模块结构示意图；
图3是本发明一种超声波水雾空气净化加湿系统中的粉尘传感器的电路原理图。
图中，1.粗过滤模块，2.水雾净化模块，3.水雾凝结模块，4.湿度调节模块，5.风机，6.注水室，7.超声波雾化室，8.回流室，9.气泵a，10.亚克力回流管道，11.半导体制冷片，12.电控系统，13.湿度传感器，14.粉尘传感器，15.气泵b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种超声波水雾空气净化加湿系统，如图1所示，包括依次连通的带有入风口的粗过滤模块1、水雾净化模块2、水雾凝结模块3及湿度调节模块4和风机5，水雾净化模块2还连通有注水室6，水雾净化模块2中设置有互相连通的超声波雾化室7和回流室8，注水室6与超声波雾化室7连通。
粗过滤模块1中设置有多层高密度过滤棉，外界空气由于风机5所产生的负压被吸入粗过滤模块1，经多层高密度过滤棉将浑浊空气中的大颗粒尘埃/烟雾等大分子污染物颗粒进行初次筛除。
超声波雾化室7是本发明的净化加湿系统核心部件之一，利用高频电子震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液体水分子结构打散，而产生自然飘逸的小分子水雾颗粒，附着于“呼吸性粉尘”颗粒表面，使其沉降，以达到净化目的。
回流室8内设置有螺旋式的亚克力回流管道10，且在回流室8底部设置有气泵a9和气泵b15，如图2所示，为了确保整体结构的稳定性，将螺旋式亚克力回流管道10固定在透明的亚克力板上，形成一个立方体空间，将其称为回流室8，气泵a9驱动通过高密度过滤棉的含尘空气进入亚克力回流管道10顶部的进气口，同时气泵b15驱动水雾发生室中的水雾通过竖直管道进入亚克力回流管道10，使得通过高密度过滤棉的含尘空气与水雾在亚克力回流管道10中充分混合，水雾迅速凝结在管壁处,在亚克力回流管道10内局部产生过饱和的水蒸气，进而通过异核凝结过程在细微粉尘上凝结，实现对粉尘的吸附与润湿，之后随着凝结而成的云滴增长和碰并之后形成较大液滴最终沉降在回流室8中的竖直管道中，完成对空气中粉尘的过滤；在亚克力回流管道10最尾端使用充满水的u形透明玻璃管作为水封，使净化了的空气不进入超声波雾化室7内，最终达到净化空气及回流的效果；超声波雾化室7的侧壁采用亚克力玻璃橱窗，一方面是为了便于在实验及使用过程中观察雾化室内部情况，另一方面也是出于改装和加工方便的考虑；在超声波雾化室7旁设置有紫外灯，对水雾及空气进行杀菌消毒，防止产品自身的微生物污染。
气泵a9和气泵b15均选用海利ACO-308型电磁式空气压缩机,压缩机工作额定电压220V，额定功率30W，额定条件下排气流量55L/inin。以压缩机的气流作为整个系统的载气，也为整个系统提供动力。
水雾净化模块2主要通过水蒸气的异核凝结作用实现捕尘，因此螺旋的亚克力管道10中的水汽浓度十分关键。为了保证水汽的浓度,必须要求有足够多的水雾,也就是说对雾化量有着比较高的要求。保证雾化量一方面需要选用合适的雾化器,同时由于雾化量比较大,所以超声波雾化室内的水消耗比较快，但水的循环使用可以在一定程度上减少水的用量。
水雾凝结模块3中设置有多段冷凝方管；根据亲水性介质与憎水性介质相间分布时有利于水雾的凝结原理，冷凝方管采用铝管安插塑料管使得水雾有效凝结，同时尽可能增加冷凝方管的设置，采用该设计在方便安装的同时更有利于发挥边壁凝结作用；由于压力的作用，洁净的空气会从亚克力回流管道10的直三通管与45度弯头连接端进入多段冷凝方管内进行相应的冷凝干燥，随后进入湿度调节模块4。
湿度调节模块4中设置有半导体制冷片11，且半导体制冷片11依次连接有电控系统12和湿度传感器13。
精细的湿度调节模块4是利用两块可控制的半导体制冷片22。当空气经过存在有温度梯度半导体制冷片11空气中水分会凝结，从而降低湿度。去除可见水雾后的空气相比于外界空气仍然湿度较高，此时外界环境湿度可由安装在外部的湿度传感器13实时测量并反馈数据至电控系统12，电控系统12相应地调节半导体制冷片11的功率。由实验数据，存在功率与湿度之间的类线性关系，因而只要功率适当即可输出适宜此时大气湿度的空气，由此，在冬季或夏季空调情况下可增大空气湿度，从而使空气不那么干燥。
电控系统12的电路设计具体为：14路脉冲宽度调制PWM(0--13)：提供14路8位PWM输出。由于电控系统12既要连接各种传感器，又要做液晶显示，还需要电路控制，因此采用Arduino Mega2560做核心控制板。
Arduino Mega2560是采用USB接口的核心电路板，具有54路数字输入输出，适合需要大量IO接口的设计。
1.14路数字输入输出口：工作电压为5V，每一路能输出和接入最大电流为40mA。每一路配置了20-50K欧姆内部上拉电阻(默认不连接)。除此之外，有些引脚有特定的功能。
4路串口信号：串口0---0(RX)and 1(TX)；串口1---19(RX)and 18(TX)；串口2---17(RX)and16(TX)；串口3---15(RX)and14(TX)。其中串口0与内部ATmega8U2USB-to-TTL芯片相连，提供TTL电压水平的串口接收信号。
6路外部中断：2(中断0)，3(中断1)，18(中断5)，19(中断4)，20(中断3)，and 21(中断2)。触发中断引脚，可设成上升沿、下降沿或同时触发。
SPI(53(SS)，51(MOSI)，50(MISO)，52(SCK))：SPI通信接口。
LED(13号)：Arduino专门用于测试LED的保留接口，输出为高时点亮LED，反之输出为低时LED熄灭。
2.16路模拟输入：每一路具有10位的分辨率(即输入有1024个不同值)，默认输入信号范围为0到5V，可以通过AREF调整输入上限。除此之外，有些引脚有特定功能；
TWI接口(20(SDA)和21(SCL))：支持通信接口(兼容I2C总线)。
AREF：模拟输入信号的参考电压。
在风机5的出口处还设置有粉尘传感器14，以便随时了解净化动态。
粉尘传感器14采用夏普电子有限公司生产的灰尘传感器,型号GP2Y1010AU。其检测原理是当颗粒物经过超声雾化空气净化机并处于检测范围内时，由于这些粉尘的散射而导致光射入接受元件，从而作为电压输出。故当粉尘浓度升高时,电压随之升高，但电压升高一定程度后趋于稳定。
粉尘传感器14由6个引脚组成，最大工作电流20mA，GND为接地端口，Vcc接5V电压源，Vo为电压变化范围,RXD为接收引脚，TXD为发射引脚。VLED接150欧电阻再与VCC相连,作为+5V输入端；VLED脚与150欧电阻中间接220uF电容的正端，负端接地。Vo接单片机PF4(ADC4/TCK)接口，其原理图如图3所示。
本发明的一种超声波水雾空气净化加湿方法，该方法依赖于上述超声波水雾空气净化加湿系统，具体按照如下步骤实施：
步骤1、向注水室6中注入清水，并流经超声波雾化室7，将清水雾化成水雾进入回流室8的亚克力回流管道10中备用，并通过紫外灯对水雾进行杀菌消毒。
步骤2、开启风机5，空气受到风机5产生的负压作用通过入风口进入粗过滤模块1，经多层过滤棉将空气中的大颗粒尘埃滤除后，得到粗过滤空气；
步骤3、步骤2得到的粗过滤空气受到负压的作用在亚克力回流管道10中与水雾充分接触，使得空气中细小的尘埃颗粒，微生物集团等物质与水结合然后沉降，从而达到净化空气作用，得到细过滤空气；
步骤4、步骤3得到的细过滤空气依次进入水雾凝结模块3和湿度调节模块4，经冷凝方管和半导体制冷片11对空气中的水分进行凝结，湿度传感器13将测定的空气中的湿度数据传输至电控系统12，电控系统12根据空气中的湿度调节半导体制冷片11的功率，凝结出适当湿度的空气，最后经风机5输出处理后的空气，由此，在冬季或夏季空调情况下可增大空气湿度，从而使空气不那么干燥。
净化后的空气必然是携带了大量的水分，由于边壁的作用水雾会有一定的凝结，但仍然是远大于外界空气的湿度，因此在管道之后的部分，净化后的空气继续同水雾沿着通道流动，小部分水雾会由于边壁的作用凝结，但仍然存在大量水雾需要进一步处理，为此设计有两段经冷凝方管。相关研究表明，当亲水性介质与憎水性介质相间分布时有利于水雾的凝结，所以采用小口铝管中安插塑料管的方式来使得水雾凝结，同时尽可能设置多个冷凝方管，采用该设计在方便安装的同时更有利于发挥边壁凝结作用，实践表明，当采用多段冷凝方管时效果显著，基本上能凝结可见的水雾。

Claims (10)

1.一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，包括依次连通的带有入风口的粗过滤模块(1)、水雾净化模块(2)、水雾凝结模块(3)及湿度调节模块(4)和风机(5)，所述水雾净化模块(2)还连通有注水室(6)，所述水雾净化模块(2)中设置有互相连通的超声波雾化室(7)和回流室(8)，所述注水室(6)与超声波雾化室(7)连通。
2.如权利要求1所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述回流室(8)底部设置有气泵a(9)和气泵b(15)。
3.如权利要求1所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述粗过滤模块(1)中设置有多层过滤棉。
4.如权利要求3所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述水雾凝结模块(3)中设置有多段冷凝方管。
5.如权利要求4所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述湿度调节模块(4)中设置有半导体制冷片(11)，且所述半导体制冷片(11)依次连接有电控系统(12)和湿度传感器(13)。
6.如权利要求1所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述超声波雾化室(7)的侧壁采用亚克力玻璃橱窗，且在超声波雾化室(7)旁设置有紫外灯。
7.如权利要求1所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述回流室(8)内设置有螺旋式亚克力回流管道(10)。
8.如权利要求1所述的一种超声波水雾空气净化加湿系统，其特征在于，所述风机(5)出口处还设置有粉尘传感器(14)。
9.一种超声波水雾空气净化加湿方法，其特征在于，该方法依赖于权利要求5所述的超声波水雾空气净化加湿系统，具体按照如下步骤实施：
步骤1、向注水室(6)中注入清水，并流经超声波雾化室(7)，将清水雾化成水雾进入回流室(8)的管道中备用；
步骤2、开启风机(5)，空气受到风机(5)产生的负压作用通过入风口进入粗过滤模块(1)，经多层过滤棉将空气中的大颗粒尘埃滤除后，得到粗过滤空气；
步骤3、步骤2得到的粗过滤空气受到负压的作用在回流室(8)的管道中与水雾充分接触，得到细过滤空气；
步骤4、步骤3得到的细过滤空气依次进入水雾凝结模块(3)和湿度调节模块(4)，经冷凝方管和半导体制冷片(11)对空气中的水分进行凝结，湿度传感器(13)将测定的空气中的湿度数据传输至电控系统(12)，电控系统(12)根据空气中的湿度调节半导体制冷片(11)的功率，凝结出适当湿度的空气，最后经风机(5)输出处理后的空气。
10.如权利要求9所述的一种超声波水雾空气净化加湿方法，其特征在于，所述回流室(8)的管道为螺旋式的亚克力回流管道(10)，所述步骤3中粗过滤空气受到负压的作用在亚克力回流管道(10)中与水雾充分接触，得到细过滤空气。
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