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空氣加濕器.pdf

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空氣 加濕器
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CN201410146219.2

申請日:

2014.04.12

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CN103940021A

公開日:

2014.07.23

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IPC分類號: F24F6/12; C02F1/467 主分類號: F24F6/12
申請人: 大連雙迪創新科技研究院有限公司
發明人: 肖志邦
地址: 116000 遼寧省大連市開發區雙D港生命一路88號
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專利代理機構: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245 代理人: 閆彪
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410146219.2

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2017.01.18|||2016.06.29|||2014.08.20|||2014.07.23

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摘要

本發明涉及一種空氣加濕器,屬于空氣調節技術領域。該空氣加濕器包括儲水箱、出風機和電解電源,儲水箱內設有霧化器,儲水箱內設有水質調節單元,水質調節單元包括至少一對陰電極和陽電極,電解電源用于對所述陰電極和陽電極供電;成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜,透水性隔膜的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。該空氣加濕器可生成含有大量超微氣泡和強氧化因子并具有極好殺菌能力用水,從而適用于對室內空氣進行加濕和殺菌。

權利要求書

權利要求書
1.  一種空氣加濕器,包括儲水箱、出風機和電解電源,所述儲水箱內設有霧化器,其特征在于:所述儲水箱內設有水質調節單元,所述水質調節單元包括至少一對陰電極和陽電極,所述電解電源用于對所述陰電極和陽電極供電;成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜,所述透水性隔膜的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。

2.  根據權利要求1所述空氣加濕器,其特征在于:所述陰電極和陽電極的間距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米。

3.  根據權利要求1或2所述空氣加濕器,其特征在于:所述透水性隔膜是非導電性的透水性隔膜。

4.  根據權利要求3所述空氣加濕器,其特征在于:所述陰電極上開有第一通孔,所述第一通孔的孔徑大于等于1毫米。

5.  根據權利要求3所述空氣加濕器,其特征在于:所述透水性隔膜開有第二通孔,所述第二通孔的孔徑大于2毫米。

6.  根據權利要求3所述空氣加濕器,其特征在于:所述透水性隔膜是單層透水性隔膜。

7.  根據權利要求6所述空氣加濕器,其特征在于:所述單層透水性隔膜是超濾膜或采用碳質材料制成的單層透水性隔膜。

8.  根據權利要求3所述空氣加濕器,其特征在于:所述透水性隔膜是多層透水性隔膜。

9.  根據權利要求3所述空氣加濕器,其特征在于:所述電解電源是高電平窄脈寬的直流或交變脈沖電源。

10.  根據權利要求1或2所述空氣加濕器,其特征在于:所述霧化器是超聲霧化器。

說明書

說明書空氣加濕器
技術領域
本發明涉及一種加濕器,屬于空氣調節技術領域。
背景技術
為了改善室內的干燥環境,許多家庭都用上了加濕器,現有的加濕器是利用水箱中的水的通過普通霧化裝置的超聲波高頻震蕩將水霧化為1微米到5微米的超微粒子和負氧離子,通過風動裝置,將水霧擴散到空氣中,使空氣濕潤并伴生豐富的負氧離子,達到均勻加濕,能清新空氣。
漂浮在空氣中以及散落在灰塵里、物品上的各種微生物,一旦溫度、濕度適宜時,它們就會快速地生長、繁殖,抵抗力相對較弱的老人、兒童等人群吸入細菌后容易感染。經過加濕器加濕后的室內空氣,各種細菌極易在這樣的環境中生長繁殖,對生活在此環境中的人的健康造成危害。
另外,加濕器極易受到污染,自身極易滋生細菌,將各種細菌繁殖后放入室內,易引起環境人群呼吸道疾病。
目前市面上部分加濕器為了解決上述問題:1)直接在加濕器的水箱中加入殺菌劑,存在如下問題:殺菌劑屬于一種化學制劑,其在使用過程中勢必給環境帶來污染,同時殺菌效果不好;2)采用銀離子抑菌技術,但是銀離子抑菌技術只是抑菌不能殺滅空氣中的細菌。
發明內容
本發明解決的技術問題是:提出一種可生成含有大量超微氣泡和氧化因子并具有極好殺菌能力用水,從而抑制殺滅加濕器中的滋生的細菌同時對室內空氣進行加濕和殺菌并產生大量對人體有益的納米富氫離子的空氣加濕器。
為了解決上述技術問題,本發明提出的技術方案是:一種空氣加濕器,包括儲水箱、出風機和電解電源,所述儲水箱內設有霧化器,所述儲水箱內設有水質調節單元,所述水質調節單元包括至少一對陰電極和陽電極,所述電解電源用于對所述陰電極和陽電極供電;成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜,所述透水性隔膜的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。
上述技術方案中所述透水性隔膜也叫透水膜,是指透水孔徑從毫米級到納米級(本發明限定透水孔徑范圍是2毫米-1納米)的透水隔膜,包括日常水處理使用的各種過濾膜,如:超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和微濾膜(MF),等。
上述本發明公開的空氣加濕器技術方案的工作機理及有益效果陳述如下。
本發明裝置中的透水性隔膜并非常規采用的離子膜,而是在水電解領域中從未用過的一種隔離膜,本發明人創新地將透水性隔膜引入水質調節單元中作為陰、陽電極間的隔離膜。由此我們認為本發明的水質調節單元在工作時的反應過程除了常規電解反應過程以外,產生了一個新的重要反應過程,即水體低壓冷等離子放電反應過程。具體分析如下:
1、電極尖端直徑曲率與透水膜孔隙直徑的等效模型
在水體放電中,誘發水中等離子體產生往往需要給予一個激發的初始高電壓,影響初始電壓主要因素之一即為放電電極的參數。在同等條件下電極材質、放電間距、電極直徑(電極曲率半徑)對初始激發電壓都有影響。隨著電極直徑的減小,起始激發電壓降低。從另一個角度說,在外加相同電壓條件下,電極直徑越小越有利于增強離子體通道中自由基產生的劇烈程度。在本發明中,陰陽電極之間有一層透水性隔膜,隔膜擁有無數個透水直徑很小(毫米級乃至納米級)的孔隙,從宏觀看可視為將大范圍電極的水中放電反應等效分解為無數個極小曲率半徑電極的尖端放電。進而極大的降低了激發等離子體反應的初始電壓。
水中電解時會生成大量超微氣泡,其中有氫氣泡也有氧氣泡。而氣泡的局部放電能大大增加反應活性分子的生成并且易于產生羥基等自由基,從而提高水中放電的反應效率。但是在氣泡中產生放電需要氣泡中的場強高于水中,要求整體電場較均勻;在本發明中,透水性隔膜將陰陽兩組大電極分解為無數組子電極,但是所有子電極的材質、電壓均相同。這就保證在宏觀領域整體電場均勻排布,電解所產生的氣泡在上升過程中所受電場較均勻,保證了放電反應的高效率。
2、增大接觸面積,提高水中反應效率
眾所周知,總體積相同的同等物體,被分成的個體越多總體的比表面積越大。同理,本發明與不加透水性隔膜的對電極放電情況對比,在產生等量氣體的情況下,在無數個超微孔隙內水電解所產生的微氣泡體積遠遠小于同等面積不加透水隔膜對電極電解所產生的氣泡體積,而氣泡數量也遠遠多于它。這就有效增加了氣液兩相接觸的比表面積。而我們知道,等離子體次生成的各種氧化因子(如:羥基)主要發生在氣液兩相的接觸面。也就是說:氣液兩相的接觸面積越大,氧化因子的生成越多和反應越充分,水中有機物的降解、微生物殺菌效果更加優良,更進一步提高了水中放電反應的最終效率。
傳統的水體等離子放電技術,為產生水體等離子放電,往往通過外部向水中導入氣體,并施以加高強度脈沖電壓或高溫條件。本發明則創新將等離子放電引導到透水 性隔膜的無數微小蓄水空間進行,依靠對水電解析氫、析氧反應生成的氣體,進入膜中誘發水體自身氣化,進而以極小電壓激發出高效的水體等離子放電,其意義不僅在于效率的提高,還有效防止了因電流密度過大易導致生物性指標的惡化。
本發明裝置中,如果透水性隔膜透水孔徑過大(即微孔空間過大)等效于變相增大了電極直徑(電極曲率半徑)致使水中放電起始激發電壓增高,并且使產生氣泡體積變大減小了氣液兩相接觸反應的比表面積。而透水性隔膜透水孔徑過小(即微孔空間過小),會使電解產氣無法發生或是產氣效率極其低下,小到一定程度會導致隔膜內各微孔中無數個小曲率半徑電極的尖端放電無法正常進行。因此,經過發明人的反復試驗,確定透水孔徑范圍是2毫米-1納米。
概括上述本發明的空氣加濕器技術方案的有益效果是:本發明通過將具有一定孔徑的透水性隔膜設置在陰、陽極之間,在常規電解反應過程以外帶來了在透水性隔膜內微孔中形成水體低壓冷等離子放電反應,從而可以高效的在水中生成具殺菌能力的暫態氧化因子。
具體實用效果是:1)水中氧化因子可殺滅水中滋生的細菌,當用于殺滅水中滋生的細菌的用水場合時,δ越小,相關反應越激烈,洗滌、殺菌消毒效果越好,而且由于陰極和膜之間有強烈氣泡沖刷,將源水中的鈣鎂離子及洗滌污染物沖出,反而有助于防止陰電極和膜之間的阻塞;2)水中形成有大量以氫氣為主的超微氣泡,經過霧化器霧化,然后由出風機吹入室內,其強大的氧化分解能力可以迅速包裹、分解空氣中的細菌、病毒和過敏原等在內的多種有害物質,同時,釋放出對人體有益的納米負氫離子。
本發明在上述技術方案基礎上的改進是:所述陰電極和陽電極的間距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米。
本發明裝置中,同等電壓情況下,陰陽電極間的距離越小(極端情況下陰陽電極間的距離=膜的厚度)水中電場強度越大,電極間的等離子通道更易形成,冷等離子體產生效率更高,生成的氧化因子越多。反之,拉大陰陽電極間的距離,生成的氧化因子相應減少,尤其是臭氧類強氧化劑的生成幾率下降了。我們知道,臭氧大量產生于氧氣以氣泡形式通過放電區域。陰陽電極間距離增大,陽極析出氧氣進入處于等離子放電狀態的膜中的幾率減少,對比而言臭氧就減少了。水中所生成的氧化因子,更多地表現為羥基類暫態氧化因子。但是間距過大又帶來效率的降低,甚至膜中放電過程無法進行。因此,經過發明人的反復試驗,在空氣加濕器中,陰電極和陽電極的間距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米此時所產生的氧化因子既有良好的 殺菌效果又能短暫存在于空氣中不會對人體造成不良反應。
本發明在上述技術方案基礎上的進一步改進是:所述透水性隔膜是非導電性的透水性隔膜。這是因為導電性較好的透水性隔膜在放電反應時容易與相近的電極形成復合電極而影響水中放電反應的效果和生成物的種類,不可控因素較多,因此優選非導電性的透水性隔膜。
上述本發明技術方案的更進一步改進是:所述陰電極上開有第一通孔,所述第一通孔的孔徑大于等于1毫米。通過這樣的改進,可以有利于陰極反應更充分進行,并將陰電極與隔離膜之間區域產生的氫氣泡更好導出從而達成對電解極板沖刷的效果防止極板水垢的形成。
上述本發明技術方案的再進一步改進是:所述透水性隔膜開有第二通孔,所述第二通孔的孔徑大于2毫米。通過這樣的改進可以有利于產生的氣泡更好的導出,尤其是在陰陽電極與透水性隔膜間距較小時其氣泡導出效果更好。第二通孔與透水性隔膜自身的透水孔區別在于:透水孔是隔膜自身固有的,第二通孔則是另外單獨制作的。
上述本發明技術方案完善一是:所述透水性隔膜是單層透水性隔膜或者是多層透水性隔膜。其中透水性隔膜的一種具體材料是:所述單層透水性隔膜是超濾膜或采用碳質材料制成的單層透水性隔膜。
上述本發明技術方案的完善二是:所述電解電源是高電平窄脈寬的直流或交變脈沖電源。
上述本發明技術方案的完善三是:所述霧化器是超聲霧化器。
附圖說明
下面結合附圖對本發明的空氣加濕器作進一步說明。
圖1是本發明實施例一的空氣加濕器的內部局部結構示意圖。
圖2是圖1的水質調節單元的結構示意圖。
圖3是圖2的爆炸圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例的空氣加濕器,參見圖1,包括儲水箱10、出風機30和電解電源,儲水箱10內設有霧化器40,儲水箱10內設有水質調節單元20。
如圖2和圖3所示,水質調節單元20包括一對陰電極2和陽電極3。電解電源用于對陰電極2和陽電極3供電。成對的陰電極2和陽電極3之間設有透水性隔膜4。
本實施例的透水性隔膜4采用平均透水孔徑0.03微米的單層PVDF超濾膜(聚偏 二氟乙烯膜);當然本實施例的透水性隔膜4也可以采用其他材質的透水膜,平均透水孔徑在小于等于2毫米且大于等于1納米之間均可。本實施例的透水性隔膜4與陰、陽電極的間距都是1mm。
本實施例的陰電極2和陽電極3均采用鈦基覆涂鉑族氧化物(涂層厚度為0.8毫米)制成的惰性電極,陰電極2呈圓形片狀,陽電極3呈圓形片狀。陰電極2和陽電極3的表面均不開孔。本實施例的陰電極2和陽電極3在水質調節單元20內相互平行且垂直放置。當然,陰電極2和陽電極3也可以在水質調節單元20內平行放置,陰電極2位于陽電極3的上方。
本實施例的透水性隔膜4是非導電性的透水性隔膜。
本實施例的電解電源采用高電平窄脈寬穩壓30伏的直流脈沖電源,也可以采用交變脈沖電源。
本實施例的霧化器40是超聲霧化器。
一、實驗1
采用本實施例的水質調節單元20進行水電解實驗,盛水容器容積為100×80×100毫米,源水是自來水,TDS=140mg/L,盛水容器注水約5升,電解時間為30分鐘,每5分鐘取水樣測定一次。
以下實驗中,水中氣泡量(強度)以及水中氧化因子多少采用定性觀測方法
①水中氣泡量(強度)的目測分級:
從水中氣泡為零~實驗中相對氣泡含量最大,分為0~5級;
②水中氧化因子的測定
如前所述,由于氧化因子在水中存留時間極為短暫,現有的檢測方法(例如化學反應法和捕獲法)的分析選擇性和可信度還難以令人滿意。同時考慮到本發明的水質調節單元20系專用于空氣加濕器,側重關心的是氧化因子的變化趨勢級宏觀作用。因此為簡化重復實驗工作量,專門研發了定性了解水中氧化因子總量的滴定液。通過自制滴定液滴定到水中后,觀察水體顏色的變黃程度,分為5級,定性判定水中氧化因子含量:
無色——對應水中氧化因子基本為零,設為0級;
顏色最黃——對應水中氧化因子相對最多,設為5級;
從無色到顏色最黃中間顏色變化的程度不同分設為1、2、3和4級。
實驗1結果如下表1:
表1

實驗結果分析
隨電解時間的增加,水中氧化因子量均呈正比例增長。
二、實驗2
無隔膜/離子膜/透水性隔膜的對比
將本實施例的透水性隔膜4與拿掉透水性隔膜或更換為離子膜的三種情況分別進行水電解,對比實驗條件是:
1)拿掉陰電極2與陽電極3之間的透水性隔膜4,使陰電極2與陽電極3之間形成無隔離膜狀態,陰電極2與陽電極3之間的間距為2.0毫米(用絕緣墊圈定位,保持間距不變);
2)離子膜采用中性離子膜,離子膜與陰陽極間距分別是1毫米;
3)透水性隔膜4采用PVDF超濾膜;
4)實驗源水為市售RO純水機的出水,TDS=160mg/L,pH=7.8,向容器注入水約4升。
保持三種情況下電解電流均為300毫安,電解15分鐘,實驗2結果示于表2。
表2


三、實驗3
測驗陰電極與透水性隔膜之間間距范圍變化對裝置工作特性的影響
將本實施例的陰電極2與透水性隔膜4之間的間距δ2分別調整為:δ2=10、7、4、1、0毫米五種情況。其他實驗條件與上述實驗2相同,實驗3結果示于表3。
表3

實施例二
本實施例的空氣加濕器與實施例一基本相同,與實施例一不同的變化是:1)水質調節單元20包括兩對陰電極2和陽電極3;2)透水性隔膜4同時緊貼在陰電極2和陽電極3上,透水性隔膜4與陰陽極的間距為0;3)每對陰電極2和陽電極3在水質調節單元20內相互平行且水平放置,兩對陰電極2和陽電極3設于隔板上下兩側。
實施例三
本實施例的空氣加濕器與實施例一基本相同,與實施例一不同的變化是:1)陽電極3是采用石墨、活性炭等碳質材料制成的惰性電極;2)透水性隔膜4是采用石墨、活性炭等碳質材料制成的單層透水性隔膜;3)透水性隔膜4與陽電極3的間距δ1是0.5mm;4)透水性隔膜4與陰電極2的間距δ2是8mm;5)透水性隔膜4兩端分別超出陰、陽電極一小段。
實施例四
本實施例的空氣加濕器與實施例二基本相同,與實施例二不同的變化是:1)在陰 電極2上開有第一通孔21(見圖3),通孔孔徑取1mm;2)透水性隔膜4與陰電極2、陽電極3同長;3)透水性隔膜4緊貼陽電極3但與陰電極2分離,透水性隔膜4與陰電極2的間距δ2是2mm。
實施例五
本實施例的空氣加濕器與實施例四基本相同,與實施例四的變化是:1)透水性隔膜4開有直徑φ2.1mm的第二通孔41(見圖3),第二通孔41與第一通孔21數量相同且基本同心對齊;2)透水性隔膜4與陰電極2的間距δ2是3mm。
實施例六
本實施例的空氣加濕器,是實施例三基礎上的變化,與實施例三不同的是:1)陰電極2和陽電極3均為圓片平面電極,尺寸均為直徑48毫米,厚度1毫米;2)陰電極2均布開有梳狀第一通孔21;3)透水性隔膜4有以下三種選擇和設置:
①單層PVDF超濾膜,平均透水孔徑0.03微米,厚度為0.5mm,不開孔,緊貼陰陽電極。
②兩層膜疊加組合:第一層采用PVDF超濾膜,平均透水孔徑0.03微米,厚度為0.5mm,不開孔,緊貼陽電極;第二層采用平均透水孔徑0.05微米PVDF超濾膜片,厚度0.5mm,剪切成與陰電極2相同尺寸并開有梳狀第二通孔41的圓片膜,緊貼陰電極;梳狀第二通孔41與梳狀第一通孔21位置方向相垂直。
③三層膜疊加組合:第一層采用活性炭纖維布,比表面積1200m2/g,浸水緊壓后厚度約1.8毫米緊貼陽電極;第二層(中間層)采用PVDF超濾膜,平均透水孔徑0.03微米,厚度為0.5mm,不開孔;第三層采用平均透水孔徑0.05微米PVDF超濾膜片,厚度0.5mm,剪切成與陰電極2相同尺寸并開有梳狀第二通孔41的圓片膜,緊貼陰電極;梳狀第二通孔41與梳狀第一通孔21位置方向相垂直。
關于透水性隔膜單層或多層組合對本實施例裝置工作特性的影響的實驗
本實施例的空氣加濕器分別選擇不同透水性隔膜4進行水電解實驗如下:
1、實驗條件
1.1盛水容器1的容積為100×100×150毫米
1.2水質調節單元20,采用直流穩壓電源;
1.3其他實驗條件和檢測方法與實施例一相同。
源水為市供自來水,TDS=160mg/L,pH=7.5,向容器注入水約5升。分別以上述單層隔離膜及組合隔離膜,各電解15分鐘,電解過程中電解電流均保持為300毫安,實驗結果示于表4。
表4

本發明的空氣加濕器不局限于上述實施例所述的具體技術方案,比如:1)透水性隔膜4可以是由活性炭纖維膜(氈)和超濾膜疊加復合而成的二層透水性隔膜,活性炭纖維膜靠近陽電極3(朝向陽電極3)并且包覆陽電極3的全部表面,朝向陰電極2(背離陽電極3)的超濾膜包覆陽電極3的部分表面(陽電極朝向陰電極2一側的全部表面)或包覆陽電極3的全部表面,并且超濾膜的兩端略微超出陽電極;2)陽電極3與陰電極2均采用鈦基覆涂鉑族氧化物(涂層厚度為0.8毫米)制成的惰性電極,均呈圓形片狀;3)陰電極2上開有的第一通孔21的孔徑可以是1.5、2mm等;4)透水性隔膜4開有第二通孔41的孔徑可以是2.5、3mm等;5)陰電極2和陽電極3的間距大于等于透水性隔膜4的厚度且小于等于20毫米;6)本發明的上述各個實施例的技術方案彼此可以交叉組合形成新的技術方案,等等。凡采用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護范圍。

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