磁化水空气加湿除霾净化器分析方案

王振愿　曾丹梦　于胜举（郑州大学物理工程学院，河南　郑州　450000）

磁化水空气加湿除霾净化器分析方案

王振愿曾丹梦于胜举
（郑州大学物理工程学院，河南郑州450000）

摘要：针对人们居住的小环境，我们发明了这款磁化水加湿除霾空气净化器。它综合空气加湿、除霾降尘，空气净化，节能能源这些功能为一体，能实时检测空气温湿度和PM2.5浓度，重要的是它能将水磁化后雾化喷出，转变成对人体有益的小分子团，并且除霾降尘功能也有很大提升。

关键词：PM2.5；水磁化；雾化加湿；除霾降尘；节能能源

1　作品简介

磁化水空气加湿除霾净化器的基本功能：①空气加湿；②空气净化；③可智能实时检测空气温度、湿度和PM2.5浓度。

2　作品创新点

（1）水被磁化后，更易实现雾化，除霾降尘效果更好；

（2）空气加湿、净化、检测功能相结合，实现人性化设计和智能调控；

（3）净化后空气对流程度加强，对加湿功能进行增益，加湿效果更好。

（4）进水水槽和雾化水槽利用连通器原理，实现液面自动平衡。

3　作品结构材料及原理分析

3.1空气净化系统

3.1.1HEPA膜

HEPA，对微粒的捕捉能力较强。空气净化器的HEPA高效率微粒滤网呈多层折叠，展开后面积比折叠时增加约14.5倍，滤净效能十分出众。

3.1.2轴流风机

轴流风机能将其一侧的空气运送到另一侧，并以风的形式输送出去。它的作用是在HEPA膜一侧形成负压，迫使室内的空气经过HEPA膜从而得到净化。

3.2水磁化系统

3.2.1水磁化原理

近年来，许多专家发现并证明：磁化水较普通水有较小的表面张力、粘度，具有较大的蒸发率。液态水在一定温度下处于氢键断裂与形成的平衡状态，单个水分子和缔合水分子平衡共存。当将水通过强磁材料，影响了电子间的相互作用，使部分氢键断裂，致使水的密度增大，同时由于氢键被破坏使得分子间作用力减弱而使水的粘度和表面张力减小，使得磁化水具有降尘、抑垢、易挥发的性能。

3.2.2长时间磁化的实现

本作品利用连通器原理实现长时间的磁化。储水槽与雾化水槽经输水管连接在一起，形成一个连通器，由于两个水槽的液面总是相平，随着雾化槽的水被雾化，储水槽会不断经过输水管为雾化槽供水，因此输水管的水会缓慢经过磁化头而被磁化。

3.3空气加湿系统

利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。同时雾化过程中释放大量离子，其与空气中漂浮的烟雾、粉尘等产生静电式反应，使其沉淀，同时还能有效去除甲醛、一氧化碳、细菌等有害物质，使空气得到净化。另外，通过SMPWM-01A粉尘传感器和DHT22温湿度传感器AM2302，采集粉尘浓度，空气温湿度信息，通过串口通信传到单片机89C52进行处理，反馈调节，并将实时数据显示在屏上。

4　作品理论计算和性能测试

磁化时间计算：

磁化头中输水管的内径是0.5cm，长度为20cm，则磁化头中水的体积为：

而雾化器的出雾量最大为200ml/h，假设选择净化加湿器的出雾量为出雾量的一半，即100ml/h，则磁化时间为：

即水磁化的时间达到了2.4min，这已经能实现很好的磁化效果。

净化循环时间：

轴流风机输入电压为12V，额定功率为3W，转速为2500r/min，风压为0.42mmH2O，最大出风量为80m3/h。我们以郑州大学学生宿舍为例来分析空气净化效果，宿舍长为6m，宽和高都为3.1m，而桌子、床、杂物等大致占据的室内空间1/3，室内空气有效体积为38m3，由此计算出此体积的空气被净化循环一次所用的时间为

温度补偿系数：

相对湿度：RHlinear=C1+ C2×SORH+C3×SORH2（%RH）相对湿度的精度12bit，根据手册，取C1=-4，C2=0.0405，C3=-2.8×10-6。由于实际温度与测试参考温度25℃（～77℉）的显著不同，湿度信号需要温度补偿。温度校正粗略对应于0.12%RH/℃@50%RH，温度补偿系数如下：

RHtrue=（T-25）×（t1+t2× SORH）+RHlinear

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

综合参数：

净化加湿器的总功率计算：

P总=P1+P2+P3=25+3+2=30W

持续雾化时间的计算：净化加湿器的中储水槽容量为1L，雾化器水槽容量为120ml最大出雾量为200ml/h，我们仍然假设人们选择出雾量平均为最大值的一半，时间为：

经过大致的计算可以得出每次加水后能持续运行11.2h，按平常人们每天用3-5h来计算，能用2-4天。

6　作品研究意义

“磁化水空气加湿除霾净化器”，不仅利用水、雾化、空气滤膜处理技术等原理将普通加湿器和除雾霾净化空气设备有机结合，还具备智能监测PM2.5，空气湿度的功能。我们可以把净化器这些理念拓展到其它装置或系统中，如家用空调、中央空调、工业加湿器、喷灌系统、楼宇除霾系统、人工降雨装置、公交通风口等。可以由使用者自行进行调节最适合自己的小环境。

参考文献

[1]丁振瑞，赵亚军，陈凤玲，陈金忠，段书兴.磁化水的磁化机理研究[N].物理学报，2011年11月6日.

[2]颜士华，夏孝明，赵正均.对磁化水喷雾降尘机理的认识[J].煤炭工程师，1992（07）.

[3]王建校，杨建国.51系列单片机及C51程序设计[M].北京：科学出版社，2002.

第一作者：王振愿（1993.07），男，汉族，陕西榆林人，本科，学生。

第二作者：曾丹梦（1992.04），女，汉族，河南商丘人，本科，学生。

第三作者：于胜举（1993.08—），男，汉族，河南西平人，本科，学生。

郑州大学物理工程学院，主要研究方向：电子信息科学与技术。

中图分类号：X8

文献标识码：A