CN114721452A - 一种气体调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体调节器，包括风机(1)、进风口(101)、出风口(102)、过滤器(2)、光催化器(3)、吸附塔(4)、压力传感器(5)、流量调节器(6)、加湿器(7)、半导体冷凝器(8)、储水罐(9)、注水口(901)、排水口(902)、湿度传感器(10)、加热器(11)、温度传感器(12)、气体成分添加器(13)、自动控制系统(14)，具有控温、控湿、控流量、除尘、除菌、添加成分的功能。操作简单、自动运行且高度集成，能够满足针对小空间的多种气体调节需求。

Description

一种气体调节器

技术领域

本发明涉及气体调节与净化设备领域，特别是涉及一种同时具有控温、控湿、控尘、除菌、除臭、成分控制等功能的一种多功能气体调节设备。

背景技术

气体调节主要是指对环境的温度、湿度以及空气质量的控制与净化。在许多精密科学试验(特别是生化实验)过程中，为确保试验结果的可靠性和准确性，试验设备、仪器、原材料和试验样本等往往对试验环境要求很高。例如微藻培养实验中，每一种微藻都有其最适宜的生长温度和光照条件，需要严格控制试验环境条件。我们研究组开发了过滤材料的一些性能检测仪器，例如孔径分布测试测试仪，先用液体浸润滤材孔道，再用气体或与浸润液互不相溶的另一种液体将浸润液从孔道中驱替出来，则孔径与驱替压力呈反比、与界面(表面)张力呈正比，而测试环境温度和湿度影响测试结果。其它测试如膜通量、截留率、截留分子量、Zeta电位等也是如此。

环境气氛中的挥发性化学物质会污染环境和危害健康，净化处理方法主要有化学吸附、生物洗涤、高能离子以及光催化氧化等。气体除尘方法主要有机械法、湿法、过滤法、高压静电法。其中，过滤法能够达到更彻底的除尘效果。常规除尘滤材主要是有机材料，价格低廉，但强度和稳定性差，无机滤材包括多孔陶瓷膜和多孔金属，尤其是不锈钢滤材强度高、易加工焊接、耐腐蚀，更适应复杂工况。气体加湿方法有鼓泡、超声雾化、蒸发法等；除湿方法主要有冷凝法、吸附法。大气相对湿度在40-60％时人的体感最舒适，环境中的细菌和霉菌更是对湿度很敏感。为实现保健、医疗、科研、生产等特殊需求，气体中往往会添加一些功能性气体或蒸气，例如加入氢气、氧气、氦气、香味剂、医用气雾剂等。

文献中有对气体调节设备的报导，但功能不全。例如专利CN104776496A(朴洙俊等，空气调节器，2015)、专利CN108351111A(李桢大等，空气调节器，2018)、专利CN111637666A(郑兴业等，空气调节器，2020)，这些技术通常仅适用于对简单的居家环境进行控温、控湿以及除尘，使用有局限性。也有研究者试图将多项气体调节技术集成在一起，例如：中国专利CN103216888A(喻湘晖，空气净化器，2013)、中国专利CN203724997U(关海中等，复合式气体净化系统，2014)、中国专利CN106051952A(赵振峰，空气净化器，2016)，但报导的设备缺乏检测与自动控制，不便于长期运行。将多种技术结合在一起并非只是简单的排列组合或叠加，需要解决各功能器件之间的相互干扰和制约，否则不仅会带来能源浪费、成本过高、操作繁琐，任何功能紊乱都可能导致整套系统的崩溃，甚至还会产生危害人体健康的副产物。因此开发一款集成度高、适用范围广、节能效果好、功能性全的气体调节设备势在必行。针对较小的腔体或空间，本专利提供一种具有控温、控湿、除尘、除菌、控流量、可添加气体成分的一种全功能型气体调节器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能气体调节系统，对小空间范围内的气体进行全面调节。

本发明的技术方案：

一种气体调节器，其构造如图1所示，主要包括风机(1)、进风口(101)、出风口(102)、过滤器(2)、光催化器(3)、吸附塔(4)、压力传感器(5)、流量调节器(6)、加湿器(7)、半导体冷凝器(8)、储水罐(9)、注水口(901)、排水口(902)、湿度传感器(10)、加热器(11)、温度传感器(12)、气体成分添加器(13)、自动控制系统(14)。

所述风机(1)具有变频功能，通过自动控制系统(14)调节风量。

所述过滤器(2)的除尘精度为0.05-1μm，滤芯选用高分子、陶瓷、金属或复合材料。滤芯在堵塞时能够取出清理或更换。

所述光催化器(3)与自动控制系统(14)连接，内含紫外灯和光催化剂，能杀菌并分解气体中的有机物，但紫外线并不泄露出来以免造成人体伤害。光催化氧化技术利用紫外光照射光催化剂(例如TiO₂)，使其表面产生强氧化性基团(例如羟基自由基、活性氧自由基等)，从而可将表面吸附的有机分子氧化降解，具有反应条件温和、产物污染小、成本低等优势。但是，多余的氧自由基如果不能被及时处理，反而会危害人体健康。该问题可以通过添加微量氢气来解决，氢分子能与氧自由基反应生成水。据报道人体适量地吸入氢气还会促进健康，因为氢分子具有抗氧化、抗炎症、抗凋亡和修复细胞等保健功能。

所述吸附塔(4)主要用于吸附光催化分解处理后仍然残留的气体有害成分，吸附剂为多孔材料，如活性炭、硅胶、氧化铝、活性白土、分子筛中的一种或多种。

所述压力传感器(5)为差压式，一端连接过滤器(2)的进气口，另一端接吸附塔(4)的出气口，通过进气口和出气口的压差可以判断过滤器(2)和吸附塔(4)的气体扩散阻力，如果阻力过大，过滤器(2)需要清理，或吸附塔(4)中的管道阻塞或吸附剂发生了板结塌陷。光催化器(3)气体阻力小且一般不会堵塞。在正常运行过程中，压力传感器(5)显示的压力值应为0-10kPa。除过滤器(2)、光催化器(3)和吸附塔(4)的阻力外，风机(1)的出风量越大则产生压力越高。当压力过高时，依次检查风机(1)、过滤器(2)、吸附塔(4)、光催化器(3)。根据设备使用情况和原料气含尘量，需定期清理过滤器(2)滤芯上的积尘，不仅减少风阻、节能，还能减少二次污染，因为这些积尘也容易滋生细菌和病毒。

所述流量调节器(6)包括电动、电磁或手动流量调节阀、流量控制器。

所述加湿器(7)包括超声式、热蒸发式、喷雾式、鼓泡式加湿器，可以为气体增加湿度。

所述半导体冷凝器(8)的核心部件是半导体制冷片，在电流作用下，制冷片一侧制冷、另一侧加热，在热的一侧有风冷散热器。

所述储水罐(9)既为加湿器(7)提供水源，又可收集半导体冷凝器从气体中凝结下来的水。储水罐(9)为透明材质，方便直接观察水位，当水位较低时可从注水口(901)补充水。储水罐(9)必须保持洁净，加注的水为去离子水或纯净水。需要清洗储水罐(9)或排出多余水的时候，可打开排水口(902)。排水口(902)位于储水罐(9)最下端，加湿器(7)的取水口位于储水罐(9)的侧下方，距储水罐(9)底部至少3cm以防止水中沉淀物进入。

所述湿度传感器(10)为自动控制系统(14)反馈湿度数据。当原料气中的湿度不足时开启加湿器(7)，但是加湿器(7)对湿度的控制灵敏度较弱，可以加湿过量，然后再通过半导体冷凝器(8)进行湿度的精确控制。

所述加热器(11)用于气体的加热，气体温度由温度传感器(12)采集。即使所需出风口(102)的气体温度为室温、进风口(101)的温度也是室温，但是如果半导体冷凝器(8)为控制湿度而开启，则加热器(11)仍需开启以弥补半导体冷凝器(8)降低的温度。需要说明的是，半导体冷凝器(8)对气体的冷却温度只有在达到或低于气体露点温度的时候才能降低湿度，否则开启半导体冷凝器(8)将只对气体有冷却作用。

所述气体成分添加器(13)包括氢气发生器、制氧机、带有流量控制阀的储气瓶或芳香气源。氢气发生器包括碱液电解器和PEM纯水电解器，制氧机采用分子筛变压吸附方式制氧。采用储气瓶时，气体成分的添加量可以通过流量控制阀调节。芳香气源是指可以通过液体挥发(例如香水)或固体升华(例如樟脑)产生香味或保健性微量气体成分的装置。

所述自动控制系统(14)的作用是数据采集与相关部件的自动控制，实现控温、控湿、控流量、除尘、除菌、添加成分的多种功能。

有益效果：

本发明所述的气体调节器能够在一台设备上同时实现更多功能，该气体调节器操作简单、自动运行且高度集成，能够满足各种气体调节需求。

附图说明

图1是气体调节器的构造示意图。其中：(1)风机；(101)进风口；(102)出风口；(2)过滤器；(3)光催化器；(4)吸附塔；(5)压力传感器；(6)流量调节器；(7)加湿器；(8)半导体冷凝器；(9)储水罐；(901)注水口；(902)排水口；(10)湿度传感器；(11)加热器；(12)温度传感器；(13)气体成分添加器；(14)自动控制系统。

具体实施方式

将气体调节器的出风口(102)接入需要调节的空间，进风口(101)既可以从该空间之外取气形成外循环，也可以从该空间内取气形成内循环。在自动控制系统(14)中设定所需温度、湿度、流量以及气体成分的加注。打开风机(1)、并调节流量调节器(6)，在满足进风量的前提下，通过变频器降低风机转速以实现节能效果。压力传感器(5)实时监控压力并反馈给自动控制系统(14)，压力控制范围为0-10kPa。过滤器(2)滤芯上的积尘需定期清理，可根据运行过程中压力的增长来确定积尘程度。清理积尘后如压力仍然过高，则首先检查风机是否开得过大，否则依次检修吸附塔(4)和光催化器(3)。开启光催化器(3)即可实现杀菌和分解气体中的有害化学成分。

湿度的精确控制通过加湿器(7)、储水罐(9)、半导体冷凝器(8)和湿度传感器(10)来联合实现。当自动控制系统(14)通过湿度传感器(10)发现气体湿度低于设定值时开启加湿器(7)。当发现湿度高于设定值时则关闭加湿器(7)，同时开启半导体冷凝器(8)使制冷温度低于气体的露点，从而将气体中的水蒸汽冷凝下来，并流入储水罐(9)中。储水罐(9)中缺水时可通过注水口(901)补充去离子水或纯净水，如半导体冷凝器(8)中冷凝下来的水过多，则需通过排水口(902)排水。储水罐(9)应保持清洁，定期清洗，以免在加湿时造成气体污染。

气体的温度控制通过半导体冷凝器(8)、加热器(11)和温度传感器(12)来实现。如果温度传感器(12)检测到的温度低于设定值，则自动控制系统(14)将开启加热器(11)并调节加热功率使温度达到设定值。如果温度传感器(12)检测到的温度高于设定值，则关闭加热器(11)并调节半导体冷凝器(8)使温度达到设定值。但是，当所需出气温度低于室温，半导体冷凝器(8)既起到温控作用，又起到湿度控制作用。当这两个功能相抵触的时候，半导体冷凝器(8)将首先满足湿度控制要求。由于水饱和蒸气压的存在，每个温度下的气体湿度都有一个极大值，本专利中的气体调节器所能控制的气体湿度必须低于设定温度下的最大湿度。根据使用需求，气体成分添加器(13)可以开启并向气体中添加所需成分，如过不需要则关闭气体成分添加器(13)。

需要强调的是，本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中的描述，本领域技术人员可以对某个或某些技术特征进行等同或等效的替换或改变，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体调节器，包括风机(1)、进风口(101)、出风口(102)、过滤器(2)、光催化器(3)、吸附塔(4)、压力传感器(5)、流量调节器(6)、加湿器(7)、半导体冷凝器(8)、储水罐(9)、注水口(901)、排水口(902)、湿度传感器(10)、加热器(11)、温度传感器(12)、气体成分添加器(13)、自动控制系统(14)，具有控温、控湿、控流量、除尘、除菌、添加成分的功能；其中储液罐(9)既为加湿器(11)供水又可收集半导体冷凝器(8)凝结下来的水；当所需出气温度低于室温，半导体冷凝器(8)的温度控制与湿度控制两个功能相抵触的时候，将首先满足湿度控制要求。当半导体冷凝器(8)除湿时，它对气体的冷却温度达到或低于气体的露点。风机(1)为变频风机，压力传感器(5)为差压式。

2.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于过滤器(2)的除尘精度为0.05-1μm，滤芯选用高分子、陶瓷、金属、玻璃等，或者它们的复合材料，滤芯在堵塞时能够取出清理或更换。

3.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于光催化器(3)内含紫外灯和光催化剂。

4.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于吸收塔(4)中的吸附剂为活性炭、硅胶、氧化铝、活性白土、分子筛等材料中的一种或多种；过滤器(2)的进气口与吸收塔(4)的出气口工作压差为0-10kPa。

5.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于流量调节器(6)包括电动、电磁或手动流量调节阀、流量控制器。

6.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于加湿器(7)类型包括超声式、热蒸发式、喷雾式、鼓泡式加湿器，储液罐(9)中加注的水为去离子水或纯净水。

7.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于半导体冷凝器(8)的核心部件是半导体制冷片；在电流作用下，制冷片一侧制冷、另一侧放热，在放热的一侧有风冷散热器。

8.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于气体成分添加器(13)包括氢气发生器、制氧机、带有流量控制的储气瓶或芳香气源。

9.如权利要求1所述的气体调节器，其特征在于出风口(101)接入需要进行气体调节的空间，进风口(102)既可以从该空间之外取气形成外循环，也可以从该空间内取气形成内循环。

10.如权利要求9所述的气体成分添加器(13)，其特征在于氢气发生器包括碱液电解器和PEM纯水电解器，制氧机采用分子筛变压吸附方式制氧，芳香气源是指可以通过液体挥发或固体升华产生香味或保健性微量气体成分的装置。

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