節能型智能凈化加濕器設計研究

李秀秀+仇興雷+朱慧君

摘 要：隨著空調的普及程度增大，人們越來越感受到空調帶來的生活上的便利，但它的缺點也逐漸顯現出來，例如空調耗電大、室內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，結合冷凝水回收利用和室外風機發電理論，將回收的冷凝水和產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控的問題。給出了設計方案，并對工作性能、創新性和應用進行了分析。

關鍵詞：風力發電；超聲波；加濕器；室內空氣凈化

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

空調已成為普通家庭中的基本電器，它的溫度調節功能可以有效改變室內溫度，達到冬暖夏涼的目的。但是，空調制冷過程中，室內空氣遇到蒸發器冷凝成水，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，而室內因水分的流失而引發空氣干燥，使得人們身體缺水感到不適。由于空調本身耗電大，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、結構優化的系統設計，節約能源，實現能源的充分高效利用。

1 研制背景及意義

家用空調在給室內制冷的過程中會產生冷凝水，由于家用空調沒有完整的水路循環系統，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經過多年的改進，增加了多個儲水容器實現冷凝水的充分回收，但該裝置結構復雜，功能不完善。同時，空調室外機發電理論雖然已經提出，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，實現節約水電和智能調控的要求。

2 設計方案

2.1 空氣加濕技術

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

2.2 室外風機發電技術

風力發電裝置由風力發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，風道內安裝風力發電機，其中葉片組成旋轉葉輪，葉輪均固定在同一根軸上。當室外風機工作運轉時，風機排風正對垂直的吹在葉片面上，從而帶動葉輪轉動，風力發電機由此發電。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壓模塊轉變為交流負載使用，達到供電要求。在空調沒有運行時，風力發電機可取下，安裝在屋頂等自然風力資源豐富的地方繼續發電，具有易裝拆的優秀性能。

2.3 空氣的凈化處理技術

如圖4所示，空氣凈化系統由活性炭、納米TiO2光觸媒網及無機膜組成。活性炭具有較強的吸附作用，可消除異味；納米TiO2光觸媒網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，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絕大部分的顆粒物、異味、有害氣體及微生物。

2.4 智能調控設計

本裝置通過STC15F2K60S2單片機實現自動控制。單片機根據反饋的信號分析得到空氣濕度，系統調節PWM輸出信號的占空比。PWM經過偏置電阻到達高頻控制電路、風機，PWM信號的占空比不同，則傳輸到偏置電路的偏置電流不同，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，則調節PWM信號的占空比可有效的調節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速，實現系統的凈化加濕速率的自動調控。PWM信號輸出經過光電耦合電路，避免了前后級電路電氣的干擾，保證整個電路系統工作的穩定性。

3 創新性及應用

3.1 創新性分析

利用空調運作時產生的冷凝水直接供應加濕器，實現水的100%回收利用，有效避免水資源浪費。同時利用空調室外機的風力發電，將所得電能儲存于蓄電池中，并供應加濕器的運行，實現了能源的多級使用，響應國家節約能源的號召。該系統可以與空調做成一體設備，相比其他產品的單獨拼裝，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

該系統為新型節能凈化加濕循環系統，利用空調的水電循環特點通過智能控制電路實現對室內空氣濕度的檢測調節。系統產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 結束語

本系統可使空調運行過程中儲水蓄電，并將轉化的水電供應空氣凈化加濕器。經過凈化的水和空氣可降低室內空氣污染指數，延長室內家具使用壽命，具有可觀的環保效益和經濟價值，節能減排效果好。

參考文獻：

[1]牛見青，王會.對空調排風扇可拆卸風力發電節能裝置的研究[J].電力電子，2015，02.

[2]張宇希，張宇紅，等.辦公空間智能空氣凈化加濕器設計研究[J].機械設計，2015，06.

[3]石芳芳，邱利民，等.室內空氣凈化技術及產品綜述[J].制冷，2014，10.

[4]薛瑞明.一種利用空調室外機排風口發電的風力發電裝置[J].新能源技術，2014，08.

[5]樊亞玲，楊宏亮.多功能加濕器控制系統的設計與實現[J].國外電子測量技術，2015.endprint