節(jié)能型智能凈化加濕器設計研究

李秀秀+仇興雷+朱慧君

摘 要：隨著空調(diào)的普及程度增大，人們越來越感受到空調(diào)帶來的生活上的便利，但它的缺點也逐漸顯現(xiàn)出來，例如空調(diào)耗電大、室內(nèi)空氣過于干燥和冷凝水回收不完善等問題。因此介紹一種智能凈化加濕器，結(jié)合冷凝水回收利用和室外風機發(fā)電理論，將回收的冷凝水和產(chǎn)生的電能用來支持超聲波加濕器的運作，同時利用單片機解決智能調(diào)控的問題。給出了設計方案，并對工作性能、創(chuàng)新性和應用進行了分析。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；超聲波；加濕器；室內(nèi)空氣凈化

中圖分類號：TM925.16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0098-02

空調(diào)已成為普通家庭中的基本電器，它的溫度調(diào)節(jié)功能可以有效改變室內(nèi)溫度，達到冬暖夏涼的目的。但是，空調(diào)制冷過程中，室內(nèi)空氣遇到蒸發(fā)器冷凝成水，一旦遇到排水管老化、堵塞等問題便會造成冷凝水白白流失在室外，造成浪費，而室內(nèi)因水分的流失而引發(fā)空氣干燥，使得人們身體缺水感到不適。由于空調(diào)本身耗電大，再增加加濕器和引水管只會使日常運行和維護成本進一步增大。文中針對這些問題提出一種成本低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的系統(tǒng)設計，節(jié)約能源，實現(xiàn)能源的充分高效利用。

1 研制背景及意義

家用空調(diào)在給室內(nèi)制冷的過程中會產(chǎn)生冷凝水，由于家用空調(diào)沒有完整的水路循環(huán)系統(tǒng)，無法對冷凝水進行回收利用，目前主要的處理方式是將冷凝水直接排到室外，造成了資源浪費。帶冷凝水回收裝置的加濕器系統(tǒng)經(jīng)過多年的改進，增加了多個儲水容器實現(xiàn)冷凝水的充分回收，但該裝置結(jié)構(gòu)復雜，功能不完善。同時，空調(diào)室外機發(fā)電理論雖然已經(jīng)提出，但是在具體應用方面尚屬空白。本文通過對凈化加濕器的功能改進，實現(xiàn)節(jié)約水電和智能調(diào)控的要求。

2 設計方案

2.1 空氣加濕技術(shù)

加濕器采用超聲波加濕技術(shù)，其工作原理是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生頻率為25kHz以上的正弦或脈沖波，通過換能器將電能轉(zhuǎn)換為高頻機械振動產(chǎn)生的機械能，并將其傳播到介質(zhì)中。超聲波在水中疏密相間向前輻射，使水產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡，這些氣泡破裂即產(chǎn)生大量水霧噴出，實現(xiàn)空氣加濕。然后再由風機引風將霧氣吹入室內(nèi)，同時檢測設備檢測室內(nèi)空氣濕度，并反饋給控制電路調(diào)節(jié)加濕速率實現(xiàn)對室內(nèi)濕度的動態(tài)調(diào)節(jié)，如圖1所示。

2.2 室外風機發(fā)電技術(shù)

風力發(fā)電裝置由風力發(fā)電機和室外風機組成，如圖2、圖3所示。在室外風機外連接風道，風道內(nèi)安裝風力發(fā)電機，其中葉片組成旋轉(zhuǎn)葉輪，葉輪均固定在同一根軸上。當室外風機工作運轉(zhuǎn)時，風機排風正對垂直的吹在葉片面上，從而帶動葉輪轉(zhuǎn)動，風力發(fā)電機由此發(fā)電。其中，控制器包含蓄電池，電能存儲模塊通過控制器將電量通過逆變模塊及穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髫撦d使用，達到供電要求。在空調(diào)沒有運行時，風力發(fā)電機可取下，安裝在屋頂?shù)茸匀伙L力資源豐富的地方繼續(xù)發(fā)電，具有易裝拆的優(yōu)秀性能。

2.3 空氣的凈化處理技術(shù)

如圖4所示，空氣凈化系統(tǒng)由活性炭、納米TiO2光觸媒網(wǎng)及無機膜組成?；钚蕴烤哂休^強的吸附作用，可消除異味；納米TiO2光觸媒網(wǎng)可以通過氧化還原反應消除污染物；無機膜利用膜分離技術(shù)，通過分子篩分和克努森擴散的機理，去除顆粒物和細菌，效率非常高。這3種凈化方式組合使用，可以有效去除空氣內(nèi)絕大部分的顆粒物、異味、有害氣體及微生物。

2.4 智能調(diào)控設計

本裝置通過STC15F2K60S2單片機實現(xiàn)自動控制。單片機根據(jù)反饋的信號分析得到空氣濕度，系統(tǒng)調(diào)節(jié)PWM輸出信號的占空比。PWM經(jīng)過偏置電阻到達高頻控制電路、風機，PWM信號的占空比不同，則傳輸?shù)狡秒娐返钠秒娏鞑煌?，且PWM信號的占空比與高頻控制電路、風機電路偏置電流的大小成正比，則調(diào)節(jié)PWM信號的占空比可有效的調(diào)節(jié)高頻控制電路的振蕩頻率及風機的功率，進而控制壓換能器和風機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)系統(tǒng)的凈化加濕速率的自動調(diào)控。PWM信號輸出經(jīng)過光電耦合電路，避免了前后級電路電氣的干擾，保證整個電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

3 創(chuàng)新性及應用

3.1 創(chuàng)新性分析

利用空調(diào)運作時產(chǎn)生的冷凝水直接供應加濕器，實現(xiàn)水的100%回收利用，有效避免水資源浪費。同時利用空調(diào)室外機的風力發(fā)電，將所得電能儲存于蓄電池中，并供應加濕器的運行，實現(xiàn)了能源的多級使用，響應國家節(jié)約能源的號召。該系統(tǒng)可以與空調(diào)做成一體設備，相比其他產(chǎn)品的單獨拼裝，無論是成本還是使用的便捷性，都更適應人們的生活需求。

3.2 應用

該系統(tǒng)為新型節(jié)能凈化加濕循環(huán)系統(tǒng)，利用空調(diào)的水電循環(huán)特點通過智能控制電路實現(xiàn)對室內(nèi)空氣濕度的檢測調(diào)節(jié)。系統(tǒng)產(chǎn)生的富余水可用于清潔、澆灌等，富余的電能可為其他電氣設備充電，故此系統(tǒng)可廣泛應用于辦公室、會議室等各種場所，具有廣闊的市場前景。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)可使空調(diào)運行過程中儲水蓄電，并將轉(zhuǎn)化的水電供應空氣凈化加濕器。經(jīng)過凈化的水和空氣可降低室內(nèi)空氣污染指數(shù)，延長室內(nèi)家具使用壽命，具有可觀的環(huán)保效益和經(jīng)濟價值，節(jié)能減排效果好。

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