磁化水空氣加濕除霾凈化器分析方案

王振愿　曾丹夢　于勝舉（鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南　鄭州　450000）

磁化水空氣加濕除霾凈化器分析方案

王振愿曾丹夢于勝舉
（鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南鄭州450000）

摘要：針對人們居住的小環(huán)境，我們發(fā)明了這款磁化水加濕除霾空氣凈化器。它綜合空氣加濕、除霾降塵，空氣凈化，節(jié)能能源這些功能為一體，能實時檢測空氣溫濕度和PM2.5濃度，重要的是它能將水磁化后霧化噴出，轉(zhuǎn)變成對人體有益的小分子團，并且除霾降塵功能也有很大提升。

關(guān)鍵詞：PM2.5；水磁化；霧化加濕；除霾降塵；節(jié)能能源

1　作品簡介

磁化水空氣加濕除霾凈化器的基本功能：①空氣加濕；②空氣凈化；③可智能實時檢測空氣溫度、濕度和PM2.5濃度。

2　作品創(chuàng)新點

（1）水被磁化后，更易實現(xiàn)霧化，除霾降塵效果更好；

（2）空氣加濕、凈化、檢測功能相結(jié)合，實現(xiàn)人性化設(shè)計和智能調(diào)控；

（3）凈化后空氣對流程度加強，對加濕功能進行增益，加濕效果更好。

（4）進水水槽和霧化水槽利用連通器原理，實現(xiàn)液面自動平衡。

3　作品結(jié)構(gòu)材料及原理分析

3.1空氣凈化系統(tǒng)

3.1.1HEPA膜

HEPA，對微粒的捕捉能力較強?？諝鈨艋鞯腍EPA高效率微粒濾網(wǎng)呈多層折疊，展開后面積比折疊時增加約14.5倍，濾凈效能十分出眾。

3.1.2軸流風(fēng)機

軸流風(fēng)機能將其一側(cè)的空氣運送到另一側(cè)，并以風(fēng)的形式輸送出去。它的作用是在HEPA膜一側(cè)形成負壓，迫使室內(nèi)的空氣經(jīng)過HEPA膜從而得到凈化。

3.2水磁化系統(tǒng)

3.2.1水磁化原理

近年來，許多專家發(fā)現(xiàn)并證明：磁化水較普通水有較小的表面張力、粘度，具有較大的蒸發(fā)率。液態(tài)水在一定溫度下處于氫鍵斷裂與形成的平衡狀態(tài)，單個水分子和締合水分子平衡共存。當(dāng)將水通過強磁材料，影響了電子間的相互作用，使部分氫鍵斷裂，致使水的密度增大，同時由于氫鍵被破壞使得分子間作用力減弱而使水的粘度和表面張力減小，使得磁化水具有降塵、抑垢、易揮發(fā)的性能。

3.2.2長時間磁化的實現(xiàn)

本作品利用連通器原理實現(xiàn)長時間的磁化。儲水槽與霧化水槽經(jīng)輸水管連接在一起，形成一個連通器，由于兩個水槽的液面總是相平，隨著霧化槽的水被霧化，儲水槽會不斷經(jīng)過輸水管為霧化槽供水，因此輸水管的水會緩慢經(jīng)過磁化頭而被磁化。

3.3空氣加濕系統(tǒng)

利用電子高頻震蕩，通過陶瓷霧化片的高頻諧振，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何化學(xué)試劑。同時霧化過程中釋放大量離子，其與空氣中漂浮的煙霧、粉塵等產(chǎn)生靜電式反應(yīng)，使其沉淀，同時還能有效去除甲醛、一氧化碳、細菌等有害物質(zhì)，使空氣得到凈化。另外，通過SMPWM-01A粉塵傳感器和DHT22溫濕度傳感器AM2302，采集粉塵濃度，空氣溫濕度信息，通過串口通信傳到單片機89C52進行處理，反饋調(diào)節(jié)，并將實時數(shù)據(jù)顯示在屏上。

4　作品理論計算和性能測試

磁化時間計算：

磁化頭中輸水管的內(nèi)徑是0.5cm，長度為20cm，則磁化頭中水的體積為：

而霧化器的出霧量最大為200ml/h，假設(shè)選擇凈化加濕器的出霧量為出霧量的一半，即100ml/h，則磁化時間為：

即水磁化的時間達到了2.4min，這已經(jīng)能實現(xiàn)很好的磁化效果。

凈化循環(huán)時間：

軸流風(fēng)機輸入電壓為12V，額定功率為3W，轉(zhuǎn)速為2500r/min，風(fēng)壓為0.42mmH2O，最大出風(fēng)量為80m3/h。我們以鄭州大學(xué)學(xué)生宿舍為例來分析空氣凈化效果，宿舍長為6m，寬和高都為3.1m，而桌子、床、雜物等大致占據(jù)的室內(nèi)空間1/3，室內(nèi)空氣有效體積為38m3，由此計算出此體積的空氣被凈化循環(huán)一次所用的時間為

溫度補償系數(shù)：

相對濕度：RHlinear=C1+ C2×SORH+C3×SORH2（%RH）相對濕度的精度12bit，根據(jù)手冊，取C1=-4，C2=0.0405，C3=-2.8×10-6。由于實際溫度與測試參考溫度25℃（～77℉）的顯著不同，濕度信號需要溫度補償。溫度校正粗略對應(yīng)于0.12%RH/℃@50%RH，溫度補償系數(shù)如下：

RHtrue=（T-25）×（t1+t2× SORH）+RHlinear

溫度T=d1+d2×SOT。（t1=0.01，t2= 0.00008，d1=-39.06，d2=0.01）

綜合參數(shù)：

凈化加濕器的總功率計算：

P總=P1+P2+P3=25+3+2=30W

持續(xù)霧化時間的計算：凈化加濕器的中儲水槽容量為1L，霧化器水槽容量為120ml最大出霧量為200ml/h，我們?nèi)匀患僭O(shè)人們選擇出霧量平均為最大值的一半，時間為：

經(jīng)過大致的計算可以得出每次加水后能持續(xù)運行11.2h，按平常人們每天用3-5h來計算，能用2-4天。

6　作品研究意義

“磁化水空氣加濕除霾凈化器”，不僅利用水、霧化、空氣濾膜處理技術(shù)等原理將普通加濕器和除霧霾凈化空氣設(shè)備有機結(jié)合，還具備智能監(jiān)測PM2.5，空氣濕度的功能。我們可以把凈化器這些理念拓展到其它裝置或系統(tǒng)中，如家用空調(diào)、中央空調(diào)、工業(yè)加濕器、噴灌系統(tǒng)、樓宇除霾系統(tǒng)、人工降雨裝置、公交通風(fēng)口等。可以由使用者自行進行調(diào)節(jié)最適合自己的小環(huán)境。

參考文獻

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[2]顏士華，夏孝明，趙正均.對磁化水噴霧降塵機理的認(rèn)識[J].煤炭工程師，1992（07）.

[3]王建校，楊建國.51系列單片機及C51程序設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

第一作者：王振愿（1993.07），男，漢族，陜西榆林人，本科，學(xué)生。

第二作者：曾丹夢（1992.04），女，漢族，河南商丘人，本科，學(xué)生。

第三作者：于勝舉（1993.08—），男，漢族，河南西平人，本科，學(xué)生。

鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，主要研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。

中圖分類號：X8

文獻標(biāo)識碼：A