新型智能加濕凈水一體機的研發

周楠 葉坤 劉塬 劉晶茹 何浩維 杜子龍 王晶 張宏偉 田興旺

摘要：設計了不同于傳統意義上的加濕器和飲水機，在保持其原有的功能以外，將兩者相結合，集凈化水、加熱制冷、自動恒濕等功能于一體，以飲水機改進加濕器功能上的缺失，達到功能和諧，互為補足。在貫徹節約能源基本思想的同時，又增添了適應現代化生活的智能調控功能，為家庭加濕飲水提供了更多便捷服務。

關鍵詞：加濕;飲水;節約;多功能;智能

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

疋章編號：1674-9944（2019）24-0108-02

1 研究背景及意義

根據世界衛生組織（世衛組織）和聯合國兒童基金會發布的最新報告，在世界范圍內約有3/10的人口（或21億人）無法獲得安全且易于獲得的家庭用水，另有3/5的人（或45億人）缺乏得到安全管理的衛生設施[1]?？梢姮F代社會中仍然有著很多人無法安全用水，因此無論是從維護健康還是從飲水安全考慮，都已顯得特別重要。

在目前的市場調查過程中，傳統加濕器普遍存在水箱容積過小的問題，市面加濕器的容積通常在1. 11左右，最大水箱容積也僅為5 L[2]，這導致加濕器在使用過程中需要時刻關注加濕器內水位，稍有遺忘加濕器便不能持續工作，造成空氣濕度紊亂，無法達到健康的濕度效果，在加濕用水方面，加濕器對水質的要求并不低。

傳統加濕器正常運行時，一直處于工作狀態，且不能根據環境濕度自動調整，因此容易造成濕度達到期望值時加濕器仍然工作，醫學研究表明，居室濕度達到45%～60%RH時，人的身體、思維皆處于最佳狀態，無論工作、休息都可具有理想的效果，而過高則會對身體產生不利影響[3]。

因此，首先是設計將凈水機與加濕器兩者功能結合，一方面解決水位問題，結合凈水機，可以最大限度的保證水量充足，另一方面保障了家庭飲水安全，提高使用水質，凈水機的必要顯而易見;其次是設計自動恒濕功能，當室內濕度達到適宜濕度值時可自動停機，低于定值又自動開機，起到安全便捷的作用。

2 結構設計

2.1 凈水設計

本文中加濕凈水一體機的凈水裝置（包括反滲透本體、泵、保安過濾器、清洗設備及相關閥、儀表及管路等）位于凈水機中下方的位置，通過出水管與上部水箱相連并利用微型水泵進行提升，對水施加一定的壓力，使水分子通過反滲透膜，而溶解在水中的絕大部分無機鹽（包括重金屬），有機物以及細菌、病毒等無法透過反滲透膜，從而使滲透過的純凈水和無法滲透過的濃縮水嚴格的分開。

箱體左側設置一進水管，連接著PP棉、活性炭、RO膜、后置活性炭這4個圓柱濾芯，且在箱體內部有4個活動卡夾，用于固定這4個濾芯，當水源選擇為桶裝純凈水時，可利用卡夾將其濾芯取出后折疊貼壁收住即可。

儲水箱通過管路與承接盒相連凈水器本體前側表面上端開有矩形承接盒，所述矩形承接盒內上表面設有出水龍頭，上表面開有矩形開口，承接盒下表面一側開有圓形開口，圓形開口相匹配且與封閉水箱相通的導水管（圖1）。

2.2 加濕設計

本文中的凈水加濕一體機主要為家庭使用而設計，為降低噪音干擾、增強霧化效果、做到無污染，為此超聲波加濕器成為首選。超聲波加濕器工作原理是使用一種換能器把電能轉換為機械能，通過急速震蕩的方式將水迅速霧化，散布到空氣中來，從而達到加濕的目的。采用高頻震蕩，通過霧化片的高頻諧振，將水拋離水面而產生自然飄逸的水霧。

考慮到霧化效果和加濕范圍，加濕器部分的噴霧口及其內部設計成斜向噴霧的形式，從而增強，并且便于機體感應檢測系統對環境濕度的檢測，提高檢測性能，做到更有效、更準確。

為避免一體機在使用過程中凈水裝置部分的液面低于安全值影響加濕功能的正常運轉，則設計將加濕器的儲備水箱箱頂適當低于凈水裝置水箱。由于加濕器的內部零件主要由電路板、霧化片、儲水箱組成，所以電路板和霧化片的穩定性尤為重要。在電路板放置的下方利用一塊隔擋板的設計來將電路板固定在上方，噴霧部分設計成由大到小的細窄圓弧口，防止霧汽損壞電路。若用戶有其他特殊需求，在加濕中可加入其他成分的水體，如精油等，可在兩水箱連接的地方安裝一單向門，且在門底與凈水水箱底部連接反滲透膜，防止加濕水箱中的水回流。

3 功能設計

3.1 水源選擇

本文中凈水加濕一體機不局限于利用凈化自來水的功能，即不完全依靠凈化濾芯，而是根據不同場所的實際情況選擇更換為桶裝水，做到水源的多樣選擇化，在保障飲水安全的同時更為人性化設計。

3.2 加濕控制

本裝置中需要實現加濕器自行檢測環境濕度溫度變化，做到自動恒濕。依據室內環境的實際情況判斷是否需要進行加濕以及自行調節加濕程度，以維持在45%～60% RH的恒濕范圍，做到健康加濕和智能恒濕。

3.3 廢水回用

利用承接盒收集溢出的廢水和隔夜水，直接回流至反滲透設備中實現凈化后用于加濕器水箱的儲備水源之一。

3.4 小程序互聯

本裝置為更好地幫助人們追求舒適便捷的生活，實現產品智能效果，設計通過藍牙連接本裝置，以小程序作為終端，實現手機與凈水加濕一體機的連接，采用自動調節和手動調節兩種方式，做到掏出手機即可根據個人需要輕松加濕及加熱制冷。

4 結語

凈水加濕一體機不僅僅是將兩種類型的設備功能組裝在一起，更多的是利用它們的優點將其擴大化，做到1+1>2的效果。實現了室內環境舒適度的提升，且提高了室內空間利用率，不再因需求一種功能而要購買一種設備的局面，保證了空氣濕度的適宜和飲水安全，從而改善生活品質，提高經濟效益。

參考文獻：

[l]世界衛生組織.21億人缺乏家用安全飲用水，另兩倍以上的人缺乏安全衛生措施[J].中國腫瘤臨床與康復，2017（8）.

[2]龐程程.2010 - 2011年中國加濕器市場研究年度報告[J].家用電器，2011（2）.

[3]何魯敏.空氣濕度與人體健康[J].中華建筑報，2002 - 10 -2（003）.

[4]錢亮，加濕器及其種類[J].中外輕工科技，2000（4）.

[5]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6]徐敏，單片機原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2012.

[7]何立民.單片機應用系統設計[M].北京：北京航空航天出版社，1990.

[8]鄔航濤等.基于物聯網的智能快遞終端[J].輕工機械.2015，11（3）：109-112.

收稿日期：2019-11-12

基金項目：2019年大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201910158036）

作者簡介：周楠（1998-），女，大連海洋大學海洋與土木工程學院學生。

通訊作者：劉晶茹（1976-），女，碩士，講師，研究方向為水污染控制理論與技術，環境功能材料的開發與利用。