李秀秀+仇興雷+朱慧君

摘 要：隨著空調(diào)的普及程度增大，人們?cè)絹?lái)越感受到空調(diào)帶來(lái)的生活上的便利，但它的缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，例如空調(diào)耗電大、室內(nèi)空氣過(guò)于干燥和冷凝水回收不完善等問(wèn)題。因此介紹一種智能凈化加濕器，結(jié)合冷凝水回收利用和室外風(fēng)機(jī)發(fā)電理論，將回收的冷凝水和產(chǎn)生的電能用來(lái)支持超聲波加濕器的運(yùn)作，同時(shí)利用單片機(jī)解決智能調(diào)控的問(wèn)題。給出了設(shè)計(jì)方案，并對(duì)工作性能、創(chuàng)新性和應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；超聲波；加濕器；室內(nèi)空氣凈化

中圖分類號(hào)：TM925.16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）24-0098-02

空調(diào)已成為普通家庭中的基本電器，它的溫度調(diào)節(jié)功能可以有效改變室內(nèi)溫度，達(dá)到冬暖夏涼的目的。但是，空調(diào)制冷過(guò)程中，室內(nèi)空氣遇到蒸發(fā)器冷凝成水，一旦遇到排水管老化、堵塞等問(wèn)題便會(huì)造成冷凝水白白流失在室外，造成浪費(fèi)，而室內(nèi)因水分的流失而引發(fā)空氣干燥，使得人們身體缺水感到不適。由于空調(diào)本身耗電大，再增加加濕器和引水管只會(huì)使日常運(yùn)行和維護(hù)成本進(jìn)一步增大。文中針對(duì)這些問(wèn)題提出一種成本低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)能源的充分高效利用。

1 研制背景及意義

家用空調(diào)在給室內(nèi)制冷的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冷凝水，由于家用空調(diào)沒(méi)有完整的水路循環(huán)系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)冷凝水進(jìn)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(fèi)。帶冷凝水回收裝置的加濕器系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)，增加了多個(gè)儲(chǔ)水容器實(shí)現(xiàn)冷凝水的充分回收，但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能不完善。同時(shí)，空調(diào)室外機(jī)發(fā)電理論雖然已經(jīng)提出，但是在具體應(yīng)用方面尚屬空白。本文通過(guò)對(duì)凈化加濕器的功能改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約水電和智能調(diào)控的要求。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 空氣加濕技術(shù)

加濕器采用超聲波加濕技術(shù)，其工作原理是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生頻率為25kHz以上的正弦或脈沖波，通過(guò)換能器將電能轉(zhuǎn)換為高頻機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，并將其傳播到介質(zhì)中。超聲波在水中疏密相間向前輻射，使水產(chǎn)生無(wú)數(shù)微小氣泡，這些氣泡破裂即產(chǎn)生大量水霧噴出，實(shí)現(xiàn)空氣加濕。然后再由風(fēng)機(jī)引風(fēng)將霧氣吹入室內(nèi)，同時(shí)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)室內(nèi)空氣濕度，并反饋給控制電路調(diào)節(jié)加濕速率實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)濕度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，如圖1所示。

2.2 室外風(fēng)機(jī)發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電裝置由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和室外風(fēng)機(jī)組成，如圖2、圖3所示。在室外風(fēng)機(jī)外連接風(fēng)道，風(fēng)道內(nèi)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中葉片組成旋轉(zhuǎn)葉輪，葉輪均固定在同一根軸上。當(dāng)室外風(fēng)機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)排風(fēng)正對(duì)垂直的吹在葉片面上，從而帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由此發(fā)電。其中，控制器包含蓄電池，電能存儲(chǔ)模塊通過(guò)控制器將電量通過(guò)逆變模塊及穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髫?fù)載使用，達(dá)到供電要求。在空調(diào)沒(méi)有運(yùn)行時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可取下，安裝在屋頂?shù)茸匀伙L(fēng)力資源豐富的地方繼續(xù)發(fā)電，具有易裝拆的優(yōu)秀性能。

2.3 空氣的凈化處理技術(shù)

如圖4所示，空氣凈化系統(tǒng)由活性炭、納米TiO2光觸媒網(wǎng)及無(wú)機(jī)膜組成。活性炭具有較強(qiáng)的吸附作用，可消除異味；納米TiO2光觸媒網(wǎng)可以通過(guò)氧化還原反應(yīng)消除污染物；無(wú)機(jī)膜利用膜分離技術(shù)，通過(guò)分子篩分和克努森擴(kuò)散的機(jī)理，去除顆粒物和細(xì)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(nèi)絕大部分的顆粒物、異味、有害氣體及微生物。

2.4 智能調(diào)控設(shè)計(jì)

本裝置通過(guò)STC15F2K60S2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。單片機(jī)根據(jù)反饋的信號(hào)分析得到空氣濕度，系統(tǒng)調(diào)節(jié)PWM輸出信號(hào)的占空比。PWM經(jīng)過(guò)偏置電阻到達(dá)高頻控制電路、風(fēng)機(jī)，PWM信號(hào)的占空比不同，則傳輸?shù)狡秒娐返钠秒娏鞑煌?，且PWM信號(hào)的占空比與高頻控制電路、風(fēng)機(jī)電路偏置電流的大小成正比，則調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比可有效的調(diào)節(jié)高頻控制電路的振蕩頻率及風(fēng)機(jī)的功率，進(jìn)而控制壓換能器和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的凈化加濕速率的自動(dòng)調(diào)控。PWM信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)光電耦合電路，避免了前后級(jí)電路電氣的干擾，保證整個(gè)電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

3 創(chuàng)新性及應(yīng)用

3.1 創(chuàng)新性分析

利用空調(diào)運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的冷凝水直接供應(yīng)加濕器，實(shí)現(xiàn)水的100%回收利用，有效避免水資源浪費(fèi)。同時(shí)利用空調(diào)室外機(jī)的風(fēng)力發(fā)電，將所得電能儲(chǔ)存于蓄電池中，并供應(yīng)加濕器的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了能源的多級(jí)使用，響應(yīng)國(guó)家節(jié)約能源的號(hào)召。該系統(tǒng)可以與空調(diào)做成一體設(shè)備，相比其他產(chǎn)品的單獨(dú)拼裝，無(wú)論是成本還是使用的便捷性，都更適應(yīng)人們的生活需求。

3.2 應(yīng)用

該系統(tǒng)為新型節(jié)能凈化加濕循環(huán)系統(tǒng)，利用空調(diào)的水電循環(huán)特點(diǎn)通過(guò)智能控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣濕度的檢測(cè)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)產(chǎn)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(shè)備充電，故此系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于辦公室、會(huì)議室等各種場(chǎng)所，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)可使空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)水蓄電，并將轉(zhuǎn)化的水電供應(yīng)空氣凈化加濕器。經(jīng)過(guò)凈化的水和空氣可降低室內(nèi)空氣污染指數(shù)，延長(zhǎng)室內(nèi)家具使用壽命，具有可觀的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，節(jié)能減排效果好。

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