多功能空气净化装置及方法

权利要求书： 1.利用多功能空气净化装置的多功能空气净化方法，其特征在于：

多功能空气净化装置，包括喷雾室（4）和制冷系统；

所述喷雾室（4）上设置有空气入口（1）；所述喷雾室（4）内腔中设置有超声波加湿器（3）；

所述制冷系统包括上部和下部，上部通过孔口（6）与喷雾室（4）连通，上部内腔中设置有蒸发器（7）和冷凝器（9），所述蒸发器（7）通过毛细管（8）与冷凝器（9）连接；所述蒸发器（7）和冷凝器（9）从孔口（6）到空气出口（13）依次设置；

所述下部内腔中设置有压缩机（11）；所述压缩机（11）分别与蒸发器（7）和冷凝器（9）连接；

所述空气入口（1）上设置有湿度传感器（2）；所述喷雾室（4）内腔中设置有与超声波加湿器（3）连接的加湿器水箱（5）；所述湿度传感器（2）与超声波加湿器（3）信号连接；超声波加湿器（3）可以由湿度传感器（2）测得的相对湿度控制开闭；

所述下部内腔中设置有蒸发器接水盘（10），蒸发器接水盘（10）位于蒸发器（7）正下方；

所述空气出口（13）上设置有变速风机（12）；

多功能空气净化方法包括以下步骤：

1）、压缩机（11）出来的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器（9）向冷凝净化后的空气释放热量后，变为高温高压的制冷剂液体，经过毛细管（8）节流后，变为低温低压的制冷剂湿蒸汽，在蒸发器（7）内吸收加湿后的空气的热量变为制冷剂蒸汽，然后再回到压缩机（11），压缩成为高温高压制冷剂蒸汽；

2）、室内空气从空气入口（1）进入喷雾室（4），在超声波加湿器（3）的作用下，空气相对湿度增加，成为加湿后的空气；

3）、加湿后的空气由孔口（6）进入蒸发器（7），被蒸发器（7）中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，然后冷凝净化后的空气进入冷凝器（9），被冷凝器（9）中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，然后从空气出口（13）流出；

功能模式如下所述：

PM2.5净化：

室内空气在变速风机（12）的作用下从空气入口（1）进入喷雾室（4），在超声波加湿器（3）的作用下，空气相对湿度增加，超声波加湿器（3）由加湿器水箱（5）提供水源；

加湿后的空气由孔口（6）进入蒸发器（7），被蒸发器（7）中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，空气中的水蒸气以细颗粒物为凝结核凝结成水，并不断生长，发生碰撞、粘连，最终滴落于蒸发器接水盘（10）中，将空气中的PM2.5消除，同时对空气进行除湿；冷凝净化后的空气进入冷凝器（9），被冷凝器（9）中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使空气的湿度温度与从空气入口（1）流入的室内空气的温湿度基本保持一致，然后从空气出口（13）流出；

超声波加湿器（3）加湿后，空气相对湿度增大，温度下降，经过蒸发器（7）降温冷却减湿后，空气温度降低，含湿量减小，但相对湿度增大，冷凝器（9）中是一个等含湿量加热升温过程，加热后温度上升，含湿量不变，相对湿度减小，最终从空气出口（13）流出的空气湿度温度与从空气入口（1）流入的室内空气的温湿度基本保持一致；

包括甲醛的易溶于水的污染气体的净化：

室内空气在变速风机（12）的作用下从空气入口（1）进入喷雾室（4），在超声波加湿器（3）的作用下，空气中布满细小雾滴，细小雾滴比表面积大，增加了与空气的接触面积，由于包括甲醛的易溶于水的污染气体能溶于水，雾滴可以吸收包括甲醛的易溶于水的污染气体，使得空气中包括甲醛的易溶于水的污染气体浓度降低；

加湿后的空气由孔口（6）进入蒸发器（7），被蒸发器（7）中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，空气被除湿，冷凝水滴落于蒸发器接水盘（10）中；冷凝净化后的空气接着经过冷凝器（9），被冷凝器（9）中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使空气的湿度温度与从空气入口（1）流入的室内空气的温湿度基本保持一致，最终由空气出口（13）流出；

该功能模式下必须始终保持超声波加湿器（3）开启；

空气除湿：

将超声波加湿器（3）关闭，装置此时只具有除湿功能；待除湿的空气在变速风机（12）的作用下从空气入口（1）进入喷雾室（4），由于超声波加湿器（3）关闭，因此空气未被加湿就通过孔口（6）离开喷雾室（4），相对湿度降低；

接着空气进入蒸发器（7）进行除湿，由于蒸发器（7）温度低于空气露点温度，因此空气中的水分将会析出，析出的水最终将会滴入蒸发器接水盘（10）；经过除湿后，低温干燥的空气将通过冷凝器（9），被冷凝器（9）中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使进出口的空气温度基本保持一致；最后干燥空气从空气出口（13）流出；利用湿度传感器（2）测得的相对湿度值来控制压缩机（11），当相对湿度较低时，将压缩机（11）和变速风机（12）停止运行；

空气加湿：

将压缩机（11）关闭，装置此时只具有加湿功能；待加湿的空气在变速风机（12）的作用下从空气入口（1）进入喷雾室（4），超声波加湿器（3）对空气进行喷雾加湿；加湿过后的空气通过孔口（6）经过已停止运行的蒸发器（7）和冷凝器（9），最后从空气出口（13）流出；利用湿度传感器（2）测得的相对湿度值来控制超声波加湿器（3），当相对湿度较高时，可以将超声波加湿器（3）和变速风机（12）停止运行。

2.根据权利要求1所述的多功能空气净化方法，其特征在于：

在步骤3）中，空气出口（13）流出的空气的湿度温度与从空气入口（1）流入的室内空气的温湿度相同。

3.根据权利要求2所述的多功能空气净化方法，其特征在于：

在PM2.5净化的模式下，当湿度传感器（2）检测到相对湿度低于45%时，超声波加湿器（3）工作，在高于45%时，超声波加湿器（3）不工作；原因是当相对湿度较高时，空气中水蒸气充足，会有大量的水蒸气凝结在细颗粒物上，PM2.5净化效果好；反之，PM2.5净化效果就差；

其次，相对湿度45%以下时，人体感觉干燥，此时开启超声波加湿器（3），可以提高人体舒适感；而在相对湿度高于45%时，PM2.5净化模式实际上会起到除湿的作用，能提高人体舒适感；

在甲醛及其他易溶于水的污染气体净化模式下，不管湿度传感器（2）检测到的相对湿度为多少，超声波加湿器（3）必须持续工作，不然无法起到甲醛及其他易溶于水的污染气体净化作用；

在空气除湿的模式下，超声波加湿器（3）须关闭，不然影响除湿效果；

在空气加湿的模式下，当湿度传感器（2）检测到相对湿度低于45%时，超声波加湿器（3）工作，在高于45%时，超声波加湿器（3）不工作。

4.根据权利要求3所述的多功能空气净化方法，其特征在于：

当含有PM2.5等污染气体的空气温度低于露点温度时，空气中水分将会凝结，此时充当凝结核的颗粒物将会加速该凝结过程，与此同时，颗粒物的粒径也不断增大，在增大到一定程度后，颗粒物将会发生碰撞、粘连、跌落等现象；通过这些过程颗粒物就可以从空气中除去。

说明书： 多功能空气净化装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及一种多功能空气净化装置及方法，属于空气净化应用领域。背景技术[0002] 近年来，环境空气污染日益严重，对人们的身体健康造成了极大的安全隐患。其中最常见的室内空气污染物为PM2.5和甲醛。[0003] 人体对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力,它可直接进入到人体肺部,并在有毒物质作用下导致人体肺部病变,进而引发各种心肺功能障碍疾病，对人体健康危害较大，已成为评估室内空气品质的重要指标之一。常见的室内空气净化器采用的PM2.5净化技术有HEPA滤网技术和静电除尘技术。HEPA采用物理方法直接拦截空气中颗粒污染物，性能稳定，安全性高，后期维护方便。但受超细玻璃纤维滤料的影响，过滤器阻力较大，导致HEPA处理风量小，能耗大。HEPA需定期更换内置滤网，以免积尘过多堵塞滤网导致PM2.5过滤效率降低。静电除尘器是在两电极之间加上高压电源形成强电场，产生正电晕放电现象。当含尘气流通过电离区时，污染颗粒物电离带上正电荷，在库仑力作用下，带有正荷电的颗粒物沉积在集尘电极上，从而使颗粒物与气流分离，达到净化空气的效果。静电除尘压力损失小，无需重复更换除尘器内部部件。但该类除尘器在使用过程中易产生臭氧，会对室内造成二次污染。[0004] 甲醛是另一种常见的室内空气污染物，对人的皮肤黏膜具有强烈刺激作用，吸入过量时易造成免疫系统、神经系统损伤，严重危害人的身体健康。目前常用的室内甲醛净化装置多采用物理吸附法、化学反应法、光触媒法等来净化室内甲醛。物理吸附法主要是利用活性炭等具有吸附能力的物质吸附甲醛达到净化的目的，但容易发生脱附问题。化学反应法是采用能与甲醛发生反应化学试剂，来消除吸收游离于空气中甲醛，但在化学反应过程中容易产生新的污染，且反应试剂获取不便。光触媒法是利用光半导体作为催化剂将甲醛氧化分解为二氧化碳和水，但它室内空气中低浓度甲醛的处理效果不佳。[0005] 为了满足人们对室内环境的舒适性要求，除了对室内空气进行净化，还需对室内环境湿度进行调节。目前市面上有去除PM2.5、甲醛的空气净化器，以及各种加湿器与除湿机，但是尚无同时具有上述四种功能的装置。[0006] 因此，需要对现有技术进行改进。发明内容[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种高效的多功能空气净化装置及方法。[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种多功能空气净化装置：包括喷雾室和制冷系统；[0009] 所述喷雾室上设置有空气入口；所述喷雾室内腔中设置有超声波加湿器；[0010] 所述制冷系统包括上部和下部，上部通过孔口与喷雾室连通，上部内腔中设置有蒸发器和冷凝器，所述蒸发器通过毛细管与冷凝器连接；所述蒸发器和冷凝器从孔口到空气出口依次设置；[0011] 所述下部内腔中设置有压缩机；所述压缩机分别与蒸发器和冷凝器连接。[0012] 作为对本发明多功能空气净化装置的改进：[0013] 所述空气入口上设置有湿度传感器；所述喷雾室内腔中设置有与超声波加湿器连接的加湿器水箱；所述湿度传感器与超声波加湿器信号连接。[0014] 作为对本发明多功能空气净化装置的进一步改进：[0015] 所述下部内腔中设置有蒸发器接水盘，蒸发器接水盘位于蒸发器正下方。[0016] 作为对本发明多功能空气净化装置的进一步改进：[0017] 所述空气出口上设置有变速风机。[0018] 本发明还提供一种多功能空气净化方法，包括以下步骤：[0019] 1)、压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器向冷凝净化后的空气释放热量后，变为高温高压的制冷剂液体，经过毛细管节流后，变为低温低压的制冷剂湿蒸汽，在蒸发器内吸收加湿后的空气的热量变为制冷剂蒸汽，然后再回到压缩机，压缩成为高温高压制冷剂蒸汽；[0020] 2)、室内空气从空气入口进入喷雾室，在超声波加湿器的作用下，空气相对湿度增加，成为加湿后的空气；[0021] 3)、加湿后的空气由孔口进入蒸发器，被蒸发器中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，然后冷凝净化后的空气进入冷凝器，被冷凝器中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，然后从空气出口流出。[0022] 作为对本发明多功能空气净化方法的改进：[0023] 在步骤3)中，空气出口流出的空气的湿度温度与从空气入口流入的室内空气的温湿度相同。[0024] 本发明多功能空气净化装置及方法的技术优势为：[0025] 本发明多功能空气净化装置结构简单、造价及运行费用低，后期维护简单方便，由于无需高效空气过滤器，空气阻力大大减小，也不会产生二次污染，集PM2.5净化，甲醛及其他易溶于水的污染气体净化，空气除湿，空气加湿的功能于一体，可以通过控制不同部件的运行来实现不同功能的切换。由于喷雾及降温，使得被处理空气潮湿且低温，采用了制冷系统的蒸发器除湿，再通过冷凝器加热，使得在空气净化后温湿度基本保持不变。[0026] 本发明的主要优势在于：[0027] 1、无需常规装置中的空气过滤器(针对PM2.5)及吸附剂(针对甲醛)，也就不存在常规装置需要定期更换空气过滤材料及吸附剂的问题；[0028] 2、同时由于空气过滤器及吸附剂的阻力较大，本发明可以降低空气流动阻力，减小风机功耗；[0029] 3、同时具备4种功能模式；[0030] 4、造价大大低于常规装置(常规装置通常价格在3000?5000元，本发明成本仅需约900元)

[0031] 5、采用了制冷系统的蒸发器除湿，再通过冷凝器加热，使得在空气净化后温湿度基本保持不变(在超声波加湿器关闭的情况下，相对湿度有一定的减小)。附图说明[0032] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。[0033] 图1为本发明多功能空气净化装置的结构示意图。[0034] 图中：1?空气入口1；2?湿度传感器2；3?超声波加湿器3；4?喷雾室4；5?加湿器水箱5；6?孔口6；7?蒸发器7；8?毛细管8；9?冷凝器9；10?蒸发器接水盘10；11?压缩机11；12?变速风机12；13?空气出口13。

具体实施方式[0035] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。[0036] 实施例1、多功能空气净化装置，如图1所示，包括空气入口1、湿度传感器2、超声波加湿器3、喷雾室4、加湿器水箱5、孔口6、蒸发器7、毛细管8、冷凝器9、蒸发器接水盘10、压缩机11、变速风机12和空气出口13。[0037] 多功能空气净化装置分为两个部分，前部为喷雾室4，后部是由蒸发器7、冷凝器9、压缩机11、毛细管8组成的小型制冷系统，前后两部分由孔口6相连，[0038] 喷雾室4上设置有空气入口1，喷雾室4在空气入口1上装有湿度传感器2，喷雾室4底部放置有超声波加湿器3，超声波加湿器3下方为加湿器水箱5，加湿器水箱5为超声波加湿器3提供水源。湿度传感器2与超声波加湿器3信号连接，超声波加湿器3可以由湿度传感器2测得的相对湿度控制开闭。[0039] 在PM2.5净化模式下，当湿度传感器2检测到相对湿度低于45％时，超声波加湿器3工作，在高于45％时，超声波加湿器3不工作。原因是当相对湿度较高时，空气中水蒸气充足，会有大量的水蒸气凝结在细颗粒物上，PM2.5净化效果好；反之，PM2.5净化效果就差。其次，相对湿度45％以下时，人体感觉干燥，此时开启超声波加湿器3，可以提高人体舒适感。而在相对湿度高于45％时，PM2.5净化模式实际上会起到除湿的作用(冷凝除湿)，能提高人体舒适感。

[0040] 在甲醛及其他易溶于水的污染气体净化模式下，不管湿度传感器2检测到的相对湿度为多少，超声波加湿器3必须持续工作，不然无法起到甲醛及其他易溶于水的污染气体净化作用。[0041] 在空气除湿模式下，超声波加湿器3须关闭，不然影响除湿效果。[0042] 在空气加湿模式下，当湿度传感器2检测到相对湿度低于45％时，超声波加湿器3工作，在高于45％时，超声波加湿器3不工作。[0043] 置于后部的小型制冷系统分隔成上部和下部，上部通过孔口6与喷雾室4连通，上部内腔中设有蒸发器7、冷凝器9、毛细管8和变速风机12，上部设置有空气出口13，变速风机12设置在空气出口13上，上部从孔口6到空气出口13依次设置蒸发器7和冷凝器9；下部有蒸发器接水盘10和压缩机11，压缩机11与蒸发器7、冷凝器9之间有铜管相连，冷凝器9与蒸发器7之间有毛细管8相连。

[0044] 压缩机11出来的高温高压制冷剂蒸汽由连接铜管进入冷凝器9释放热量后，变为高温高压的制冷剂液体，经过毛细管8节流后，变为低温低压的制冷剂湿蒸汽，在蒸发器7内吸收空气的热量变为制冷剂蒸汽，然后再回到压缩机11，完成制冷系统的循环。[0045] 空气入口1和空气出口13均设有百叶或格栅。打开空气入口1的百叶或格栅可以对加湿器水箱5进行补水，蒸发器接水盘10的最低位置设有泄水管和泄水阀，定期将冷凝水排除。[0046] PM2.5净化：[0047] 室内空气在变速风机12的作用下从空气入口1进入喷雾室4，在超声波加湿器3的作用下，空气相对湿度增加，超声波加湿器3由加湿器水箱5提供水源。[0048] 加湿后的空气由孔口6进入蒸发器7，被蒸发器7中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，空气中的水蒸气以细颗粒物为凝结核凝结成水，并不断生长，发生碰撞、粘连，最终滴落于蒸发器接水盘10中，将空气中的PM2.5消除，同时对空气进行除湿。蒸发器接水盘10必要时可进行手动清洗与排水。然后冷凝净化后的空气进入冷凝器9，被冷凝器9中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使空气的湿度温度与从空气入口1流入的室内空气的温湿度基本保持一致，然后从空气出口13流出；[0049] 超声波加湿器3加湿后，空气相对湿度增大，温度也有下降，经过蒸发器7降温冷却减湿后，空气温度降低，含湿量减小，但相对湿度增大，冷凝器9是一个简单的等含湿量加热升温过程，加热后温度上升，含湿量不变，相对湿度减小，最终从空气出口13流出的空气湿度温度与从空气入口1流入的室内空气的温湿度基本保持一致。[0050] 甲醛及其他易溶于水的污染气体净化：室内空气在变速风机12的作用下从空气入口1进入喷雾室4，在超声波加湿器3的作用下，空气中布满细小雾滴，细小雾滴比表面积大，增加了与空气的接触面积，由于甲醛气体易溶于水，雾滴可以吸收甲醛气体，使得空气中甲醛浓度降低。[0051] 加湿后的空气由孔口6进入蒸发器7，被蒸发器7中的制冷剂湿蒸汽降温冷凝，空气被除湿，冷凝水滴落于蒸发器接水盘10中。蒸发器接水盘10必要时可进行手动清洗与排水。冷凝净化后的空气接着经过冷凝器9，被冷凝器9中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使空气的湿度温度与从空气入口1流入的室内空气的温湿度基本保持一致，最终由空气出口13流出。以上方法同样适用于其他易溶于水的污染气体净化。该功能必须始终保持超声波加湿器3开启。

[0052] 空气除湿：将超声波加湿器3关闭，该装置此时只具有除湿功能。待除湿的空气在变速风机12的作用下从空气入口1进入喷雾室4，由于超声波加湿器3关闭，因此空气未被加湿就通过孔口6离开喷雾室4。相对湿度降低。[0053] 接着空气进入蒸发器7进行除湿，由于蒸发器7温度低于空气露点温度，因此空气中的水分将会析出，析出的水最终将会滴入蒸发器接水盘10。经过除湿后，低温干燥的空气将通过冷凝器9，被冷凝器9中的高温高压制冷剂蒸汽加热升温，使进出口的空气温度基本保持一致。最后干燥空气从空气出口13流出。可以利用湿度传感器2测得的相对湿度值来手动或自动控制压缩机11，当相对湿度较低时，可以将压缩机11和变速风机12停止运行。[0054] 空气加湿：将压缩机11关闭，该装置此时只具有加湿功能。待加湿的空气在变速风机12的作用下从空气入口1进入喷雾室4，超声波加湿器3对空气进行喷雾加湿。加湿过后的空气通过孔口6经过已停止运行的蒸发器7和冷凝器9，最后从空气出口13流出。可以利用湿度传感器2测得的相对湿度值来手动或自动控制超声波加湿器3，当相对湿度较高时，可以将超声波加湿器3和变速风机12停止运行。[0055] 当含有PM2.5等污染气体的空气温度低于露点温度时，空气中水分将会凝结，此时充当凝结核的颗粒物将会加速该凝结过程，与此同时，颗粒物的粒径也不断增大，在增大到一定程度后，颗粒物将会发生碰撞、粘连、跌落等现象。通过这些过程颗粒物就可以从空气中除去。基于上述原理，本发明采用超声波加湿器3加湿，利用制冷系统对加湿过后的空气进行冷凝净化。在实验测试中，采用本发明的冷凝净化方法(PM2.5净化和甲醛及其他易溶3

于水的污染气体净化)在55分钟内能将一密闭空间内的PM2.5浓度从999μg/m 降低到了

3

59.1μg/m ，每分钟的净化率为1.71％。在实验测试中还发现，在该密闭空间内用超声波加

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湿器3喷雾，再经过低温冷凝，能在30分钟内将甲醛的浓度从0.7mg/m降低到0，每分钟的净化率为3.33％。其原理是甲醛易溶于水，当空气中有水雾的时候，甲醛就会溶于水雾中，这一原理也适用于其他易溶于水的其他污染气体。在该密闭空间中，使用常见的活性炭空气净化装置，24小时的总共净化率为85％，每分钟的净化率仅为0.06％。

[0056] 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。