CN111780306A - 一种高压静电场强化湿膜加湿器及其加湿方法 - Google Patents

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CN111780306A CN202010664615.XA CN202010664615A CN111780306A CN 111780306 A CN111780306 A CN 111780306A CN 202010664615 A CN202010664615 A CN 202010664615A CN 111780306 A CN111780306 A CN 111780306A
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章文贵
严安亮
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Abstract

本发明公开了一种高压静电场强化湿膜加湿器及其加湿方法，该装置包括水箱、设备壳体、电控模块、高压静电极板、自吸式湿帘、送风风扇、格栅等；本发明的工作原理为通过水箱可控式给水，自吸式湿帘将水分自延展在表面形成湿膜，利用高压静电场作用加速提升湿膜蒸发速度，送风风扇协同快速将水分无雾化送入空气中起到加湿效果。本发明在传统湿膜加湿基础上引入高压静电场协同作用，不仅可有效提升加湿效率20‑100％，并具有捕捉空气粉尘、灭杀细菌等多重功效，极大地提升湿膜加湿量及空气品质，不开启静电加湿量在270‑400g/h，开启高压静电场加湿量可达300‑650g/h，一次给水可满足室内家居环境下10h以上连续加湿。

Description

一种高压静电场强化湿膜加湿器及其加湿方法
技术领域
本发明涉及室内空气加湿技术及制造加工领域，具体为一种高压静电场强化湿膜加湿器及其加湿方法。
背景技术
空气湿度状况近年来逐渐被人们所重视，干燥的室内空气会让人觉得皮肤紧绷、喉咙痒痛。空气干燥还会造成空气中的悬浮尘埃增多，加大了病毒微粒入侵人体的几率，甚至会导致各类传染性疾病的传播。尤其是在冬天，北方家庭都用暖气取暖，会使房间空气的水分大部分被蒸发掉，造成室内空气干燥，合适的空气湿度就显得尤为重要。
随着人们健康意识的增强，各类加湿器也得以出现，其中以超声加湿器、湿膜加湿器、加热蒸发型加湿器为代表。超声加湿器以超声震荡方式将液态水直接雾化以白雾方式进入空气补湿，具有加湿快、加湿量大、无耗材等优点，但也因其将水及水中溶入物无差别送入空气中，会带来一定吸入风险(水中的细菌、水垢等污染物)，若采用自来水亦会导致设备周边有水垢斑；湿膜加湿器利用湿帘或加湿网等材料将液态水冷挥发进入空气中补湿，具有温和、纯净无雾等优点，但也有耗材易染菌、耗材更换周期短，加湿量偏小且易受环境温湿度影响等不足；加热蒸发型加湿器则利用加热元件对液态水加热以蒸发水汽方式进入空气中补湿，克服了超声加湿将水中污染物无差别送入空气中缺点，但也有着能耗高等不足。
加湿器的核心技术在于水分的快速雾化或者汽化，研究者亦拓展开发了一些新型加湿器，比较典型的如静电加湿器。如CN201510822954.5中公开了一种阵列式静电雾化装置及使用该装置的加湿器，包括阵列式液体导管，喷嘴，网格式雾化电极，高压源。液体介质经阵列式液体导管进入喷嘴，喷嘴垂直穿过网格式雾化电极，喷嘴与网格式雾化电极无接触，网格式雾化电极与高压源连接使得网格式雾化电极维持高压的电位，网格式雾化电极周围产生高压电场，在高压电场的作用下从喷嘴中流出的液体介质受到静电引力和静电斥力的作用发生雾化，安装在静电雾化装置左下侧的风扇将雾化后的液滴吹入导管，雾化后的液滴经导管进入外部空间，达到加湿的目的。该技术利用了静电喷雾方法，实现了水汽的快速雾化实现对空气加湿，加湿特点和超声加湿较为相似，可将水分无差别雾化，具有加湿迅速等优点。
亦有一些静电加湿器未对雾化方式进行改进，只是简单的将加湿技术和静电技术机械的组合，静电技术并未对加湿速率起到提升或改进作用。如CN201020607417.1提供一种雾化加湿静电杀菌除臭净化器，含有框架、高压电源、高压电极；框架、高压电源，以及高压电极都固定在框架上，框架上还固定有雾化装置。雾化装置把水源中的水进行雾化，雾化后的潮湿空气进入与高压电源电相连的高压电极区域，其潮湿空气被电离后进入到空气中，从而起到加湿杀菌除臭的净化效果。
对于湿膜加湿器来说，其加湿速率显著受湿膜(加湿网、湿帘)的展开面积影响，环境的温湿度亦可显著影响释水速度，湿膜加湿可以认为有四个步骤：加湿网对液态水的虹吸(毛细虹吸+材质亲和)，液态水在加湿网上的延展(湿膜)，湿膜水分以气态形式脱离加湿网，气态水分向空气中迁移扩散。若想提升湿膜加湿器加湿速度，则需较低能耗下将湿膜水分脱出原有基材，高压静电技术干燥技术给了我们较大的启发。如马亚楠在《高压静电场对水分蒸发的影响研究》学位论文中较为系统研究了高压静电场的影响范围和电压、异极距、电极形式、水温变化对密闭容器内水分蒸发的影响，发现在环境因素相同的条件下，静电场的异极距和电极形式保持不变时，静电场的电压越大，水分蒸发量越大，但不是线性关系。静电场对密闭容器内水分蒸发的作用初步可划分为3个阶段：促蒸阶段、陡降阶段(抑蒸聚水阶段)和平稳阶段。孙剑锋在《高压静电场在水分蒸发和物料干燥方面的应用》中报道发现上电极采用单针电极的情况下，电场下蒸馏水的蒸发速度和以针尖正下方为圆心的半径成一次曲线关系。在针电极和板极之间的距离一定的情况下，在一定的半径(以针尖正下方水面为圆心)以外，电场的影响非常微弱。上电极采用多个针电极的情况下，蒸馏水的蒸发速度比上电极采用单针电极情况下要快，但是并不是随着针电极的倍数增长而成倍的增长。在多个针电极的情况下，当针电极之问的距离变大时，电场下蒸馏水的蒸发速度也变大。
可见高压静电场不单可以用来常规的除尘灭菌或静电喷雾，亦可用来显著提升水分蒸发速度，然而在加湿应用中，利用高压静电场真正促进加湿效率提升的研究鲜有报道。为此，我们将在湿膜加湿基础上，通过耦合设计引入高压静电场技术，将湿膜吸湿释水与高压静电场技术真正高效耦合，以期解决传统湿膜加湿量偏低(控速步骤为释水步骤)问题。
为此，提出一种高压静电场强化湿膜加湿器及其加湿方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高压静电场强化湿膜加湿器，该加湿器包括水箱、设备壳体、电控模块、高压静电极板、自吸式湿帘、送风风扇、格栅，所述水箱由水箱箱体和水箱箱盖构成，且水箱箱盖可卡接于水箱箱体上，所述水箱正下方安装有控水顶针，用于控制水箱下水；控水顶针位于加湿器基座内，且该加湿器基座的四个边角下端均固定安装有基座垫片；所述加湿器基座上设有顶盖，合并形成加湿器设备壳体；所述高压静电极板包括高压正极板及高压负极板，且高压负极板上分布有阵列负极放电电极；
所述的自吸式湿帘使用时卡接于加湿器湿帘卡槽内，且自吸式湿帘前端安装有送风风扇，该送风风扇的前端设置有进风格栅，所述自吸式湿帘的后端安装有出风格栅，两块自吸式湿帘之间安装有阴极板支架；
所述的加湿器电控模块位于顶盖内，连接了顶盖表面嵌有的电源按钮、高压静电开关按钮、风量调节按钮与外接电源插口。
优选的，所述水箱箱体底部有下液孔，水箱容量2-5L。
优选的，所述电控模块上安装有控制芯片，分别与电源按钮、高压静电开关按钮、风量调节按钮与外接电源插口连接，用于设备开关、风速调节及静电开关的控制。
优选的，所述高压负极板为注塑板排布有放电电极，高压正极板为导电光面板。
优选的，所述高压负极板支于壳体阴极板支架上，电压可调-20～-40kV，放电电极为毛刷型或刺针型，电极间距30-40mm，电极离极板高度为5-15mm。
优选的，所述高压正极板材质可为铝板、铁板、铜板、导电石墨板、导电陶瓷板，厚0.2-2mm，嵌于加湿器壳体器壁内。
优选的，所述自吸式湿帘其材质选用吸水聚丙烯、无纺布、纸质、水刺棉、亲水无机型材等中任意一种，形状为方形，内部结构为翅片或瓦楞形，使用时置入加湿器湿帘卡槽位置，与高压极板平行，吸水倍率为2-5倍，水自吸爬升延展速度为10-20cm/5min。
优选的，送风风扇的驱动电压为2-12V，电流0.2-3A可调。
一种高压静电场强化湿膜加湿器的加湿方法，通过水箱可控式给水，自吸式湿帘将水分自延展在表面形成湿膜，利用高压静电场作用加速提升湿膜蒸发速度，送风风扇协同快速将水分无雾化送入空气中起到加湿效果。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：本发明在传统湿膜加湿基础上引入高压静电场协同作用，不仅可有效提升加湿效率20-100％，并具有捕捉空气粉尘、灭杀细菌等多重功效，极大地提升湿膜加湿量及空气品质，不开启静电加湿量在270-400g/h，开启高压静电场加湿量可达300-650g/h，一次给水可满足室内家居环境下10h以上连续加湿。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的剖切正视图；
图5为本发明的剖切仰视图；
图6为本发明的剖切侧视图；
附图标记说明：
1-1水箱箱体、1-2水箱箱盖、2-1加湿器基座、2-2顶盖、2-3控水顶针、2-4湿帘卡槽、2-5阴极板支架、2-6基座垫片、3电控模块、3-1电源按钮、3-2高压静电开关按钮、3-3风量调节按钮、3-4外接电源插口、4-1高压正极板、4-2高压负极板、4-3负极放电电极、5自吸式湿帘、6送风风扇、7-1进风格栅、7-2出风格栅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，将2片未使用的冲孔木浆纸自吸式湿帘5卡于湿帘卡槽2-4，并观察加湿器内水位，正常水位应可浸没湿帘3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；将高压静电按钮保持关闭状态；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量可到358g/h(计算方法为(m1-m2)/3)。
实施例2
具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，将2片未使用的冲孔木浆纸自吸式湿帘5卡于湿帘卡槽2-4，并观察加湿器内水位，正常水位应可浸没湿帘3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；点击高压静电按钮3-2，开启高压静电场；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h，同期监控舱内臭氧浓度。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量可到496g/h(计算方法为(m1-m2)/3)，测试过程中未监测到臭氧产生。
实施例3
具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，将2片未使用的聚丙烯瓦楞自吸式湿帘5卡于湿帘卡槽2-4，并观察加湿器内水位，正常水位应可浸没湿帘3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；将高压静电按钮保持关闭状态；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量可到282g/h(计算方法为(m1-m2)/3)。
实施例4
具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，将2片未使用的聚丙烯瓦楞自吸式湿帘5卡于湿帘卡槽2-4，并观察加湿器内水位，正常水位应可浸没湿帘3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；点击高压静电按钮3-2，开启高压静电场；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h，同期监测舱内臭氧浓度。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量可到375g/h(计算方法为(m1-m2)/3)，测试过程中未监测到臭氧产生。
对比例1
该对比例使用方式为不加入自吸式湿帘，具体操作如下：
具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，确保湿帘卡槽2-4内未装有自吸式湿帘，并观察加湿器内水位，正常水位应为3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；将高压静电按钮保持关闭状态；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量约73g/h(计算方法为(m1-m2)/3)。
对比例2
该对比例使用方式为不加入自吸式湿帘但开启高压静电场，具体操作如下：
1)按图1-图6所示设备组装到位，打开水箱箱盖1-2，注入自来水3～4L，盖好箱盖并与加湿器基座2-1处于连接状态；
2)打开顶盖2-2，确保湿帘卡槽2-4内未装有自吸式湿帘，并观察加湿器内水位，正常水位应为3～4cm，水箱可控注入到加湿器内的水位低于高压电极板4-1及4-2下沿1～1.5cm；
3)盖好顶盖2-2，将设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度在30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
4)将电源线插入电源插口3-4内，电源线接通电源，点按电源按钮3-1，开启电源(此时电源按钮上电源符号点亮)，并点按风量调节按钮3-3，将风量调至最大档；点击高压静电按钮3-2，开启高压静电场；
5)关闭舱门，计时确保设备运行3h，同期监测舱内臭氧浓度。
6)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量可到105g/h(计算方法为(m1-m2)/3)，测试过程中未监测到臭氧产生。
对比例3
取市售民用某品牌湿膜加湿器，具体操作如下：
1)往该品牌加湿器水箱内注入自来水3～4L，将自配湿帘装于设备内(浸没高度达8～10cm，湿帘自高14～16cm)，设备置入30m3标准环境舱测试台上，加湿器整体称重计值m1，同步开启舱内除湿机保证舱内湿度30～50RH％，并将舱内温度控制在20～25℃左右；
2)将设备电源线接通电源，开启电源并点按风量调节，将风量调至最大档；
3)关闭舱门，计时确保设备运行3h。
4)计时3h后，开启舱门，关闭设备电源，加湿器整体称重计值m2。
数据显示，该装置于30m3环境舱测试显示加湿量约226g/h(计算方法为(m1-m2)/3)。
综上所述，本发明通过自吸式湿帘耦合高压静电场可显著提升湿膜加湿器加湿效率。
所需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高压静电场强化湿膜加湿器，该加湿器包括水箱、设备壳体、电控模块、高压静电极板、自吸式湿帘、送风风扇、格栅，其特征在于，所述水箱由水箱箱体(1-1)和水箱箱盖(1-2)构成，且水箱箱盖(1-2)可卡接于水箱箱体(1-1)上，所述水箱正下方安装有控水顶针(2-3)，用于控制水箱下水；控水顶针(2-3)位于加湿器基座(2-1)内，且该加湿器基座(2-1)的四个边角下端均固定安装有基座垫片(2-6)；所述加湿器基座(2-1)上设有顶盖(2-2)，合并形成加湿器设备壳体；所述高压静电极板包括高压正极板(4-1)及高压负极板(4-2)，且高压负极板(4-2)上分布有阵列负极放电电极(4-3)；
所述的自吸式湿帘(5)使用时卡接于加湿器湿帘卡槽(2-4)内，且自吸式湿帘(5)前端安装有送风风扇(6)，该送风风扇(6)的前端设置有进风格栅(7-1)，所述自吸式湿帘(5)的后端安装有出风格栅(7-2)，两块自吸式湿帘(5)之间安装有阴极板支架(2-5)；
所述的加湿器电控模块(3)位于顶盖(2-2)内，连接了顶盖(2-2)表面嵌有的电源按钮(3-1)、高压静电开关按钮(3-2)、风量调节按钮(3-3)与外接电源插口(3-4)。
2.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述水箱箱体(1-1)底部有下液孔，水箱容量2-5L。
3.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述电控模块(3)上安装有控制芯片，分别与电源按钮(3-1)、高压静电开关按钮(3-2)、风量调节按钮(3-3)与外接电源插口(3-4)连接，用于设备开关、风速调节及静电开关的控制。
4.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述高压负极板(4-2)为注塑板排布有放电电极，高压正极板(4-1)正极板为导电光面板。
5.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述高压负极板(4-2)支于壳体阴极板支架(2-5)上，电压可调-20～-40kV，放电电极为毛刷型或刺针型，电极间距30-40mm，电极离极板高度为5-15mm。
6.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述高压正极板(4-1)材质可为铝板、铁板、铜板、导电石墨板、导电陶瓷板，厚0.2-2mm，嵌于加湿器壳体器壁内。
7.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：所述自吸式湿帘(5)其材质选用吸水聚丙烯、无纺布、纸质、水刺棉、亲水无机型材等中任意一种，形状为方形，内部结构为翅片或瓦楞形，使用时置入加湿器湿帘卡槽位置，与高压极板平行，吸水倍率为2-5倍，水自吸爬升延展速度为10-20cm/5min。
8.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器，其特征在于：送风风扇(6)的驱动电压为2-12V，电流0.2-3A可调。
9.根据权利要求1所述的一种高压静电场强化湿膜加湿器的加湿方法，其特征在于：通过水箱可控式给水，自吸式湿帘将水分自延展在表面形成湿膜，利用高压静电场作用加速提升湿膜蒸发速度，送风风扇协同快速将水分无雾化送入空气中起到加湿效果。
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Title
张仲玲: "加湿膜解析", 《中国建筑骄子·全国建筑装饰工程选材指南 （第四卷）》 *

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