CN205536336U - 一种膜式分子加湿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种膜式分子加湿器，包括工作腔体，所述工作腔体包含加湿区、透水膜组件、和供水区，其中，所述工作腔体通过透水膜组件分隔成加湿区和供水区，供水区包括储水槽，透水膜组件通过与储水槽内的水接触，在所述透水膜组件两侧形成一个水蒸气压浓度梯度，使供水区侧的液态水快速通过透水膜组件以气态水分子的形式传递到加湿区侧使空气加湿，加湿区内的空气与加湿用的液态水完全不接触，水分以无菌无杂质的纯净水分子形式加入到在加湿区内循环的空气中，所述加湿区内还设有空气循环系统、和与所述空气循环系统电连接的湿度测量及控制系统等。本实用新型加湿器可实现结构简单、原理新颖、健康无菌、节能效率高等目的，用于日常生活、生产的加湿。

Description

一种膜式分子加湿器

技术领域

本发明属于空气加湿技术领域，具体地说是一种膜式分子加湿器。

背景技术

空气加湿是日常生活和生产活动中一个普遍较在的问题，不同的生产环境对湿度的要求也不同，人的一生有70-90％的时间在室内度过，所以人们越来越关注室内空气环境，湿度与温度一样对人体的舒适感与健康起着重要影响，同时控制湿度也对工业生产等活动有着重要的影响。ASHRAE(美国供热制冷与空调协会)通过研究发现，当空气的相对湿度为30-60％时人体感觉最舒适。干燥的空气易夺走人体的水分，使人皮肤干裂，口腔、鼻腔黏膜受到刺激，出现口渴、干咳、声嘶、喉痛等症状，极易诱发咽炎、气管炎、肺炎等病症。现代医学证实，空气过于干燥或潮湿，都有利于一些细菌和病菌的繁殖和传播，当空气相对湿度高于65％或低于38％时，病菌繁殖滋生最快；当相对湿度在45％-55％时，病菌的死亡率较高。由于秋天空气中的水汽含量小，其相对湿度下降，特别是空气的相对湿度低于30％以下时，人们就会感觉到皮肤干涩粗糙，鼻腔干燥疼痛或口燥咽干，大便干结等，需要及时采取预防措施以避免发展为疾病。同时，天气干燥容易产生静电，给人们的生活和生产带来很大隐患，尤其是纺织等工业领域，如果不对环境湿度进行控制将会严重影响产品质量并产生火灾隐患。

随着生产的发展和生活水平的提高，空气加湿已发展成一门新的技术。目前常用的空气加湿方法按空气加湿的方法可分为①水加湿器：是在经过处理的空气中直接喷水或让空气通过水表面，通过水的蒸发来使空气被加湿的设备；②蒸汽加湿器：通过加热、节流和电极使水变成水蒸气，对被调节空气进行加湿的设备；③雾化加湿器：利用超声波或加压喷射的方法将水雾化后喷入风道，对被调节空气进行加湿的设备。空气的加湿器一般有蒸汽以及专门的电加湿设备，一般可分为蒸汽加湿器、电加湿器、喷雾加湿器。

1.蒸汽加湿，可分为蒸汽喷管和干式蒸汽加湿器。蒸汽喷管是在喷管上开有若干个2～3mm的小孔，在压力的作用下，蒸汽从小孔中喷出，与被调节空气混合，从而达到加湿的目的，但蒸汽喷管喷出的水蒸气中往往夹杂有水滴，影响加湿效果。干式蒸汽加湿器的优点是加湿速度快、均匀性好、能获得高湿度，安装方便、节能，常应用于医院手术室、电子生物实验室及精密仪器、元件制造车间等。

2.电加湿器，是利用电能对水加热，使水汽化进入空气中加湿的设备。有电极式加湿器和电热式蒸发器两种，电极式加湿器将电极插入水槽中通电，电流由正到负，水被电流加热产生蒸气，由排出管到空调房间，水槽中设有溢水孔，可通过调节溢水孔位的高低，调节水位并通过控制水位控制蒸汽的产生量。而电热式蒸发器的管状加热器直接加热水，产生水蒸气，由短管喷入被调节的空气中，对空气进行加湿。

3.喷雾加湿器，直接安装在空调房间，将常温水雾化后喷入房间，通过水雾吸收室内空气中的热量变成水蒸气来增加房间的湿度。有回转喷雾加湿器、离心式喷雾加湿器、超声波雾化加湿器等。回转喷雾加湿器中的水随转盘转动，在离心力作用下被甩向四周，经分水牙飞出，在与分水牙碰撞中，水被粉碎成细小雾滴，在风机作用下，送入房间。不宜吹走的大水滴落回集水盘，沿排水管流出。离心式喷雾加湿器在电机作用下，水被吸入管吸入喷雾环中心；在离心力作用下，由喷雾环四周排出；与小孔碰撞，雾化并被继续提升至喷雾口，随风送入室内，以达到加湿的目的。超声波雾化加湿器是采用超声波高频震荡，将水雾化为1-5微米的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，以达到加湿的目的。

综上所述，现有加湿技术都需要将液体水加热为水蒸气或通过超声等方法形成水蒸气，都存在在加湿过程中水蒸气以一种分子团的形式存在，容易形成细菌的衍生源，如果不能正确使用空气加湿器，会将让散落的灰尘、物品上的各种微生物，在温度适宜时快速的繁殖，细菌的膨胀，老人与儿童等弱势群体吸入后容易感染；当现有空气加湿器没有定期时的清理，会使霉菌 等微生物随着进入空气中，人体吸入呼吸道中，易患“加湿性肺炎”；以上种种问题都使现有加湿技术达不到清洁卫生与高效节能的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种膜式分子加湿器。该膜式分子加湿器实现结构简单、原理新颖、健康无菌、节能效率高等目的，用于日常生活、生产的加湿。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种膜式分子加湿器，包括工作腔体，所述工作腔体包含加湿区、透水膜组件、和供水区，其中，

所述工作腔体通过设置的透水膜组件分隔成位于上层的加湿区和位于下层的供水区，所述供水区包括储水槽，所述透水膜组件与储水槽内的水接触，在所述透水膜组件两侧形成一个水蒸气压浓度梯度，使供水区侧的液态水快速通过透水膜组件以气态水分子的形式传递到加湿区侧使空气加湿；

所述加湿区的一端为工作腔体外空气进口端，另一端为加湿空气出口端，其中在加湿区内设置有空气循环系统，辅助加湿空气从加湿空气出口端排出。

所述透水膜组件为采用石墨烯改性材料制备的亲水聚合透水膜组件。

所述亲水聚合透水膜组件中还含有抗菌膜组件。

所述供水区内还包括吸水材料，所述透水膜组件通过所述吸水材料与所述储水槽内的水接触，所述吸水材料的上端为与透水膜组件贴合的吸水平面，所述吸水平面的下方设有多个浸入所述储水槽内水中的吸水柱。

所述膜式分子加湿器还包括湿度测量及控制系统，其与空气循环系统电连接，所述湿度测量及控制系统包含湿度传感器，设置于所述加湿区的外空气进口端和加湿空气出口端用于检测空气的湿度。

所述湿度传感器和控制系统设置为：当外空气进口端处的湿度传感器检测到空气达到湿度预设值下限时，湿度传感器和控制系统将空气循环系统关闭；当外空气进口端处的湿度传感器检测到空气湿度小于湿度预设值下限时，湿度传感器和控制系统将空气循环系统重新启动。

所述空气循环系统为空气驱动风扇。所述空气循环系统与与储水槽9内的液态水完全不接触，使水分以无菌无杂质的纯净水分子形式加入到在加湿区内循环的空气中。

所述空气驱动风扇设置于所述加湿区的加湿空气出口端。

所述储水槽的一侧设有与所述储水槽连通的加水系统。

所述加湿区的外空气进口端设有空气过滤器。

本发明的优点及有益效果是：

1、加湿模式新颖快捷而且高效：本发明采用分子加湿模式，与传统的水蒸气加湿、电热加湿、喷雾加湿等加湿原理不同。本发明通过新型石墨烯改性材料制备的、具有特殊功能的亲水聚合透水膜，在浓度差与亲疏水梯度的双重作用下使透水膜一侧湿空气中的水分以电荷到电荷的传递模式通过膜，在过滤空气加湿区域一侧形成气相水经空气驱动风扇排出。这样整个加湿设备的加湿过程中没有液态水滴产生，而是以纯净水分子的状态使空气加湿。

2、减少细菌繁殖：本发明不会形成现有技术加湿时出现的分子团形式的水蒸气，分子加湿效果高效，而且由于避免水蒸气分子团形成，不容易形成细菌的衍生源，不会将让散落的灰尘、物品上的各种微生物在温度适宜时快速繁殖，降低了老人与儿童等弱势群体吸入细菌导致感染的风险。

3、长效抗菌作用：本发明的新型石墨烯改性材料制备的、具有特殊功能的亲水聚合透水膜还含有抗菌膜组件，所以也可称为亲水抗菌聚合透水膜。其不仅对流经表面的干空气中的细菌有抑制和灭杀功效，而且抗菌作用是长效的。现有技术的空气加湿器如没有定期清理，则细菌会快速繁殖，霉菌会形成，使人群吸入细菌霉菌导致感染的风险增大。本发明的亲水抗菌聚合透水膜由于长效抗菌作用，而使人体吸入霉菌等微生物患上“加湿性肺炎”的几率大大降低。

4、节能：现有加湿技术需要将液体水加热为水蒸气或通过超声等方法形成水蒸气，而本发明仅仅借助于空气循环系统，就能将透过亲水聚合透水膜的水分子对空气进行加湿，在加湿模式上可实现能耗的明显降低。

5、结构简单：如上所述，本发明的透水膜只允许水分子通过并且耐酸碱，抗菌，在空气侧只产生高纯度气态水分子，没有其它的有害物质，不需要额外增加消毒单元。相比现有的为了加湿且要确保卫生而使用消毒单元来杀灭霉菌的其它加湿器，本发明的加湿设备总体结构相对简单。

6、长期使用，使用简单：如上所述，本发明的亲水杀菌聚合膜是一种纳米级孔膜，不会在使用过程中因为孔堵塞而失效，作为加湿设备的关键部件可以长期使用，无需更换，因此可长期使用，相对现有的其它加湿器极具优势。

7、清洁空气：本发明的加湿设备在加湿区的外空气进口端设有空气过滤器，可减少空气中的灰尘杂质，避免在所加湿的空间内循环。

8、智能精准加湿：本发明加湿区的外空气进口端一侧设有湿度传感器，可实时测量湿空气的湿度和相对湿度，并可以进行设置：当空间内空气达到需要的湿度预设值下限时，湿度传感器和控制系统将空气循环系统关闭；当空间内空气湿度小于湿度预设值下限时，湿度传感器和控制系统将空气循环系统重新启动。根据空间湿度要求，结合对动力部件风扇的启动控制，这样的智能加湿装置，结合前述优点，使整个加湿设备可以实现长期空气过滤及分子加湿的效果和节能要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1为外空气进口端，2为空气过滤器，3为加湿区，4为湿度测量及控制系统，5为空气循环系统，6为加湿空气出口端，7为透水膜组件，8为吸水材料，9为储水槽，10为加水系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护内容不限于附图和具体实施例所述。

图1为本发明的结构示意图。如图1所示，本发明提供的一种膜式分子 加湿器，包括工作腔体，所述工作腔体包含加湿区3、透水膜组件7、和供水区，其中，所述工作腔体通过水平设置的透水膜7分隔成位于上层的加湿区3和位于下层的供水区，所述供水区包括储水槽9，所述透水膜7与储水槽9内的水接触，在所述透水膜7两侧形成一个水蒸气压浓度梯度，使供水区侧的液态水快速通过透水膜组件7以气态水的形式传递到加湿区3侧使空气加湿；

所述加湿区3的一端为外空气进口端1，另一端为加湿空气出口端6，其中在所述加湿区3的加湿空气出口端6设置有空气循环系统，辅助加湿空气从加湿空气出口端6排出。

优选地，所述透水膜7是石墨烯材料制备的具有特殊功能的亲水抗菌聚合透水膜，水分子在亲水抗菌聚合透水膜内很容易被吸附和传输，在浓度差与亲疏水梯度的双重作用下水分子以电荷到电荷的传递模式通过膜在空气侧形成气态水分子。透水膜只允许水分子通过并且耐酸碱，抗菌，在空气侧只产生高纯度气态水分子，没有其它的有害物质，不需要额外增加消毒单元。由于膜材表面有长效抗菌功能，可以对流经表面的干空气中的细菌有抑制和灭杀功效。

另外，由于本发明的亲水杀菌聚合膜是一种纳米级孔膜，不会在使用过程中因为孔堵塞而失效，作为加湿设备的关键部件可以长期使用，无需更换。其抗菌防污染能力显著提高，防霉等级为不长菌的0级，在工作期间无需更换、具有自清洁能力。而现有技术中使用膜的孔径最小也有0.1nm左右，所以本发明提供的透水膜材料明显优于现有水处理技术中使用的膜。

作为举例，本发明的术语“石墨烯材料”、“石墨烯改性材料”、“石墨烯复合材料”和“石墨烯/高分子复合材料”可互换使用，其中的“/”是为了将复合材料中的组分石墨烯或石墨烯复合材料与高分子聚合物隔开显示。

所述的石墨烯/高分子复合材料制成的透水膜可包含：a)选自如下的至少一种导湿高分子聚合物：导湿均聚物、导湿共聚物、及其任意组合；b)石墨烯或石墨烯复合材料；和c)微孔基材，其中，在微孔基材内所述导湿高分子 聚合物与所述石墨烯或石墨烯复合材料通过极性基官能团形成氢键、离子键和/或共价键的有效化学键链接，从而形成具有强化亲水-疏水基团的透水通道。

具体地，所述石墨烯/高分子复合材料制成的透水膜中的所述导湿高分子聚合物为选自如下的至少一种：商品化聚氧化乙烯、聚苯乙烯硫酸、聚酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚酰胺、聚氨酯、磺化的苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯丙烯酸酯、聚醚醚酮、它们的聚合物和它们的混合物，其赋予本发明透水膜较好的亲水性。

具体地，本发明所使用的石墨烯复合材料可为部分氧化或全氧化石墨烯片、氧化石墨烯/银材料、氧化石墨烯/二氧化钛材料、或氧化石墨烯/银/二氧化钛复合材料及其他本领域常用的石墨烯复合材料。本文所述“石墨烯/银/二氧化钛复合材料”是指在石墨烯粉体基材上负载银、二氧化钛及其他颗粒或离子，形成具有高比表面积的复合功能材料。所述石墨烯及其复合材料含有选自如下的至少一种极性基官能团：-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H、-NH₂。

具体地，所述石墨烯/高分子复合材料制成的透水膜的机械强度、耐摩擦强度显著提高，能承受的压差不小于0.1MPa，耐酸碱性能显著提高。

具体地，所述石墨烯/高分子复合材料制成的透水膜的厚度在1-300μm的范围内。

具体地，所述石墨烯/高分子复合材料制成的透水膜为交联的膜。所述透水膜中还可含有添加剂，选自抗氧化剂、紫外稳定剂或氧化、热和紫外光降解抑制剂、交联剂及它们的混合物。

所述亲水聚合透水膜组件中还含有抗菌膜组件，所述透水膜的抗菌防污染能力高，防霉等级为0级，即不长菌，在工作期间无需更换、具有自清洁能力。

所述透水膜7也可由其他抗菌材料添加到透水膜中形成抗菌膜组件。本文所述“抗菌材料”定义为具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新型功能材料，如抗菌塑料、抗菌纤维和织物、抗菌陶瓷、抗菌金属材料，其中添加有 无机抗菌剂，如银、铜、锌等金属的盐如氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂等，也可以是是将无机抗菌剂采用高科技的纳米技术处理的纳米抗菌材料，使其具有更为广泛、卓越的抗菌杀菌功能，并且通过缓释作用，提高了抗菌长效性。

所述透水膜组件7可直接与储水槽9中的水接触，不需吸水材料8。

或者，所述透水膜组件7通过吸水材料8与所述储水槽9内的水接触。所述吸水材料8的上端为与透水膜组件7贴合的吸水平面，所述吸水平面的下方设有多个浸入所述储水槽9内水中的吸水柱。透过所述透水膜组件7的一侧紧贴吸水材料8的吸水平面，所述吸水材料的吸水柱浸于水中，这样在透水膜组件7的两侧形成水的亲水梯度及浓度梯度，水分以水分子形式通过透水膜组件7，在透水膜组件7的另一侧由通过过滤的干净空气流过带走，达到空间加湿的目的。

所述吸水材料8可采用多孔材料，如具有不同直径和孔径尺寸的不同类型的中空纤维膜，如多孔泡沫材料，如陶瓷、金属、玻璃等。

所述储水槽9的一侧设有加水系统10，所述加水系统10可以是直接加水口、外接加水管口、外接饮水瓶或外接加其它水容器等。

本实施例中，所述储水槽9的一侧设有加水口，该加水口处设有与所述储水槽9连通的加水容器，如饮水瓶。

所述空气循环系统5与储水槽9内用于加湿的液态水完全不接触，使水分以无菌无杂质的纯净水分子形式加入到在加湿区3内循环的空气中。所述空气循环系统5包括空气驱动风扇，开启空气驱动风扇使空间外干空气从外空气进口端1进入加湿区3内、并且将加湿区3内加湿后的空气由加湿空气出口端6排出。

所述空气驱动风扇与湿度测量及控制系统4电连接，所述空气驱动风扇驱动由所述外空气进口端1进入加湿区3内的空气流动。

所述加湿区3的外空气进口端1设有空气过滤器2，由外空气进口端1 进入的空气，经过空气过滤器2过滤为干净空气进入加湿区3内。所述加湿器通过空气驱动风扇，使空间外干空气从外空气进口端1进入依次通过空气过滤器2、加湿区3及加湿空气出口端6，形成空间外空气的过滤及加湿处理。在此加湿处理的过程中，液态水完全以气态水分子的形式增加到空气中，同时透水膜组件7能有效灭杀空气中的细菌。

膜式分子加湿器内还包括湿度测量及控制系统4，其与空气循环系统5电连接，所述湿度测量及控制系统4包含两个湿度传感器，设于所述加湿区3的外空气进口端1和加湿空气出口端6，所述湿度传感器可实时测量空间内空气的湿度。

本文所用术语“湿度”包括绝对湿度和相对湿度，绝对湿度是指每单位容积的气体所含水分的重量，一般用mg/L作指标。相对湿度是指绝对湿度与该温度饱和状态水蒸气含量之比，用百分数(％)表达。本发明可使用其中任一种指标，优选使用相对湿度。

所述湿度测量及控制系统4可以设置为：当空间内空气达到预设值下限时，湿度测量及控制系统4将空气驱动风扇关闭；当空间内空气湿度小于预设值下限时，湿度测量及控制系统4将空气驱动风扇重新启动，这样达到空间内精准清洁加湿的效果和节能要求。

所述加湿器的整体形状可以是方形、矩形、圆柱形、圆形、球形、椭圆球形或其他规则及不规则形状等。

本发明的工作原理是：

工作时，通过空气驱动风扇，使空间外干空气从外空气进口端1进入，依次通过空气过滤器2、加湿区3及加湿空气出口端6，形成空间外空气的过滤及加湿处理。通过吸水材料8和透水膜组件7，在透水膜组件7的两侧形成一个水蒸气压分子浓度梯度，使水分子快速通过透水膜传递到干空气中去。加湿区3两端的湿度传感器可实时测量外空气进口端1和加湿空气出口端6处空气的湿度，并设置为：当外空气进口端1处空气达到湿度要求时，湿度 测量及控制系统将空气驱动风扇关闭；当空间内空气湿度小于要求值时，系统将空气驱动风扇重新启动，这样达到空间内长期空气过滤及分子加湿的清洁、舒适效果和节能要求。

综上所述，本发明通过石墨烯改性材料制备的、具有特殊功能的亲水抗菌聚合透水膜，在浓度差与亲疏水梯度的双重作用下使透水膜一侧湿空气中的水分以电荷到电荷的传递模式通过膜，在过滤空气加湿区域一侧形成气相水经空气驱动风扇排出。整个加湿设备是利用亲水抗菌聚合透水膜的特殊功效，辅助以亲疏水梯度和浓度梯度，加湿过程中没有液态水滴产生，而是以纯净水分子的状态使空气加湿。根据空间湿度要求，结合对动力部件空气驱动风扇的启动控制，这样整个设备可以达到空间长期空气过滤及分子加湿的效果和节能要求。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种膜式分子加湿器，其特征在于，包括工作腔体，所述工作腔体包含加湿区(3)、透水膜组件(7)、和供水区，其中，

所述工作腔体通过设置的透水膜组件(7)分隔成位于上层的加湿区(3)和位于下层的供水区，所述供水区包括储水槽(9)，所述透水膜组件(7)与储水槽(9)内的水接触，在所述透水膜组件(7)两侧形成一个水蒸气压浓度梯度，使供水区侧的液态水快速通过透水膜组件(7)以气态水分子的形式传递到加湿区(3)侧使空气加湿；所述加湿区(3)的一端为外空气进口端(1)，另一端为加湿空气出口端(6)，其中在加湿区(3)内设置有空气循环系统(5)，辅助加湿空气从加湿空气出口端(6)排出。

2.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述透水膜组件(7)为采用石墨烯改性材料制备的亲水聚合透水膜组件。

3.根据权利要求2所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述亲水聚合透水膜组件中还含有抗菌膜组件。

4.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述供水区内还包括吸水材料(8)，所述透水膜组件(7)通过所述吸水材料(8)与所述储水槽(9)内的水接触，所述吸水材料(8)的上端为与透水膜组件(7)贴合的吸水平面，所述吸水平面的下方设有多个浸入所述储水槽(9)内水中的吸水柱。

5.根据权利要求1-4任一所述的膜式分子加湿器，其特征在于，该膜式分子加湿器还包括湿度测量及控制系统(4)，其与空气循环系统(5)电连接，所述湿度测量及控制系统(4)包含湿度传感器，设置于所述加湿区(3)的外空气进口端(1)和加湿空气出口端(6)用于检测空气的湿度。

6.根据权利要求5所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述湿度传感器和控制系统(4)设置为：当外空气进口端(1)处的湿度传感器检测到空气达到湿度预设值下限时，湿度传感器和控制系统(4)将空气循环系统(5)关闭；当外空气进口端(1)处的湿度传感器检测到空气湿度小于湿度预设值 下限时，湿度传感器和控制系统(4)将空气循环系统(5)重新启动。

7.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述空气循环系统(5)为空气驱动风扇。

8.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述空气循环系统(5)与储水槽(9)内的水完全不接触，使水分以无菌无杂质的纯净水分子形式加入到在加湿区(3)内循环的空气中。

9.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述空气驱动风扇设置于所述加湿区(3)的加湿空气出口端(6)。

10.根据权利要求1所述的膜式分子加湿器，其特征在于，所述储水槽(9)的一侧设有与所述储水槽(9)连通的加水系统(10)。