新型智能加湿净水一体机的研发

周楠 叶坤 刘塬 刘晶茹 何浩维 杜子龙 王晶 张宏伟 田兴旺

摘要：设计了不同于传统意义上的加湿器和饮水机，在保持其原有的功能以外，将两者相结合，集净化水、加热制冷、自动恒湿等功能于一体，以饮水机改进加湿器功能上的缺失，达到功能和谐，互为补足。在贯彻节约能源基本思想的同时，又增添了适应现代化生活的智能调控功能，为家庭加湿饮水提供了更多便捷服务。

关键词：加湿;饮水;节约;多功能;智能

中图分类号：X703

文献标识码：A

疋章编号：1674-9944（2019）24-0108-02

1 研究背景及意义

根据世界卫生组织（世卫组织）和联合国儿童基金会发布的最新报告，在世界范围内约有3/10的人口（或21亿人）无法获得安全且易于获得的家庭用水，另有3/5的人（或45亿人）缺乏得到安全管理的卫生设施[1]。可见现代社会中仍然有着很多人无法安全用水，因此无论是从维护健康还是从饮水安全考虑，都已显得特别重要。

在目前的市场调查过程中，传统加湿器普遍存在水箱容积过小的问题，市面加湿器的容积通常在1. 11左右，最大水箱容积也仅为5 L[2]，这导致加湿器在使用过程中需要时刻关注加湿器内水位，稍有遗忘加湿器便不能持续工作，造成空气湿度紊乱，无法达到健康的湿度效果，在加湿用水方面，加湿器对水质的要求并不低。

传统加湿器正常运行时，一直处于工作状态，且不能根据环境湿度自动调整，因此容易造成湿度达到期望值时加湿器仍然工作，医学研究表明，居室湿度达到45%～60%RH时，人的身体、思维皆处于最佳状态，无论工作、休息都可具有理想的效果，而过高则会对身体产生不利影响[3]。

因此，首先是设计将净水机与加湿器两者功能结合，一方面解决水位问题，结合净水机，可以最大限度的保证水量充足，另一方面保障了家庭饮水安全，提高使用水质，净水机的必要显而易见;其次是设计自动恒湿功能，当室内湿度达到适宜湿度值时可自动停机，低于定值又自动开机，起到安全便捷的作用。

2 结构设计

2.1 净水设计

本文中加湿净水一体机的净水装置（包括反渗透本体、泵、保安过滤器、清洗设备及相关阀、仪表及管路等）位于净水机中下方的位置，通过出水管与上部水箱相连并利用微型水泵进行提升，对水施加一定的压力，使水分子通过反渗透膜，而溶解在水中的绝大部分无机盐（包括重金属），有机物以及细菌、病毒等无法透过反渗透膜，从而使渗透过的纯净水和无法渗透过的浓缩水严格的分开。

箱体左侧设置一进水管，连接着PP棉、活性炭、RO膜、后置活性炭这4个圆柱滤芯，且在箱体内部有4个活动卡夹，用于固定这4个滤芯，当水源选择为桶装纯净水时，可利用卡夹将其滤芯取出后折叠贴壁收住即可。

储水箱通过管路与承接盒相连净水器本体前侧表面上端开有矩形承接盒，所述矩形承接盒内上表面设有出水龙头，上表面开有矩形开口，承接盒下表面一侧开有圆形开口，圆形开口相匹配且与封闭水箱相通的导水管（图1）。

2.2 加湿设计

本文中的净水加湿一体机主要为家庭使用而设计，为降低噪音干扰、增强雾化效果、做到无污染，为此超声波加湿器成为首选。超声波加湿器工作原理是使用一种换能器把电能转换为机械能，通过急速震荡的方式将水迅速雾化，散布到空气中来，从而达到加湿的目的。采用高频震荡，通过雾化片的高频谐振，将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾。

考虑到雾化效果和加湿范围，加湿器部分的喷雾口及其内部设计成斜向喷雾的形式，从而增强，并且便于机体感应检测系统对环境湿度的检测，提高检测性能，做到更有效、更准确。

为避免一体机在使用过程中净水装置部分的液面低于安全值影响加湿功能的正常运转，则设计将加湿器的储备水箱箱顶适当低于净水装置水箱。由于加湿器的内部零件主要由电路板、雾化片、储水箱组成，所以电路板和雾化片的稳定性尤为重要。在电路板放置的下方利用一块隔挡板的设计来将电路板固定在上方，喷雾部分设计成由大到小的细窄圆弧口，防止雾汽损坏电路。若用户有其他特殊需求，在加湿中可加入其他成分的水体，如精油等，可在两水箱连接的地方安装一单向门，且在门底与净水水箱底部連接反渗透膜，防止加湿水箱中的水回流。

3 功能设计

3.1 水源选择

本文中净水加湿一体机不局限于利用净化自来水的功能，即不完全依靠净化滤芯，而是根据不同场所的实际情况选择更换为桶装水，做到水源的多样选择化，在保障饮水安全的同时更为人性化设计。

3.2 加湿控制

本装置中需要实现加湿器自行检测环境湿度温度变化，做到自动恒湿。依据室内环境的实际情况判断是否需要进行加湿以及自行调节加湿程度，以维持在45%～60% RH的恒湿范围，做到健康加湿和智能恒湿。

3.3 废水回用

利用承接盒收集溢出的废水和隔夜水，直接回流至反渗透设备中实现净化后用于加湿器水箱的储备水源之一。

3.4 小程序互联

本装置为更好地帮助人们追求舒适便捷的生活，实现产品智能效果，设计通过蓝牙连接本装置，以小程序作为终端，实现手机与净水加湿一体机的连接，采用自动调节和手动调节两种方式，做到掏出手机即可根据个人需要轻松加湿及加热制冷。

4 结语

净水加湿一体机不仅仅是将两种类型的设备功能组装在一起，更多的是利用它们的优点将其扩大化，做到1+1>2的效果。实现了室内环境舒适度的提升，且提高了室内空间利用率，不再因需求一种功能而要购买一种设备的局面，保证了空气湿度的适宜和饮水安全，从而改善生活品质，提高经济效益。

参考文献：

[l]世界卫生组织.21亿人缺乏家用安全饮用水，另两倍以上的人缺乏安全卫生措施[J].中国肿瘤临床与康复，2017（8）.

[2]庞程程.2010 - 2011年中国加湿器市场研究年度报告[J].家用电器，2011（2）.

[3]何鲁敏.空气湿度与人体健康[J].中华建筑报，2002 - 10 -2（003）.

[4]钱亮，加湿器及其种类[J].中外轻工科技，2000（4）.

[5]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6]徐敏，单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2012.

[7]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天出版社，1990.

[8]邬航涛等.基于物联网的智能快递终端[J].轻工机械.2015，11（3）：109-112.

收稿日期：2019-11-12

基金项目：2019年大学生创新创业训练计划项目（编号：201910158036）

作者简介：周楠（1998-），女，大连海洋大学海洋与土木工程学院学生。

通讯作者：刘晶茹（1976-），女，硕士，讲师，研究方向为水污染控制理论与技术，环境功能材料的开发与利用。