一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置
阅读说明：本技术 一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置 (Columnar cyclone type humidifying and oxygen increasing device in low-pressure environment ) 是由 王登甲 胡家乐 王莹莹 刘艳峰 宋聪 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置,包括外壳,在外壳内设置有加湿装置、软化装置、增氧装置、混合室和送风装置,其中：软化装置用于将水软化,其出水口通过连通管与加湿装置的入水口连接；加湿装置用于将水雾化,其出口通过加湿通道与混合室连接；增氧装置用于抽取室内空气并进行增氧处理,其出口通过增氧通道与混合室连接；混合室用于将雾化的水和增氧处理的空气混合得到富氧湿空气,其出口通过加湿增氧通道与送风装置连接；送风装置用于向室内送出富氧湿空气。本装置可显著改善高原低气压环境下商场、图书馆、博物馆等大空间室内湿、氧环境品质,满足室内人员舒适需求。(The utility model provides a column whirlwind formula humidification oxygenation device under low atmospheric pressure environment, includes the shell, is provided with humidification device, softening installation, oxygenation device, mixing chamber and air supply arrangement in the shell, wherein: the softening device is used for softening water, and a water outlet of the softening device is connected with a water inlet of the humidifying device through a communicating pipe; the humidifying device is used for atomizing water, and an outlet of the humidifying device is connected with the mixing chamber through a humidifying channel; the oxygenation device is used for extracting indoor air and carrying out oxygenation treatment, and an outlet of the oxygenation device is connected with the mixing chamber through an oxygenation channel; the mixing chamber is used for mixing atomized water and air subjected to oxygen enrichment treatment to obtain oxygen-enriched wet air, and an outlet of the mixing chamber is connected with the air supply device through the humidifying and oxygen enrichment channel; the air supply device is used for supplying oxygen-enriched wet air to the room. The device can obviously improve the indoor wet and oxygen environment quality of large spaces such as markets, libraries, museums and the like in the plateau low-pressure environment, and meets the comfortable requirement of indoor personnel.)
技术领域
本发明属于室内空气调节
技术领域
，涉及加湿增氧，特别涉及一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置。背景技术
高原地区相比平原地区具有高海拔、低气压等特殊气候条件，冬季建筑室内寒冷、低氧且极端干燥。目前，太阳能供暖系统已基本能保证高原地区采暖期室内温度处于18℃～24℃的舒适范围，但室内极端干燥与低氧浓度的问题依旧突出。当室内相对湿度长期低于30％的人体舒适下限时，会引起嘴唇干裂、喉咙疼痛，甚至是鼻孔出血等高原生理性病变。此外，人若长期处于低氧浓度环境中，还会出现胸闷气短、头痛晕眩、腿脚酸软等不适症状。因此，高原室内极干低氧环境会严重影响高原世居和进藏人群生命健康。而现有高原加湿增氧装置多适用于住宅建筑，且未能显著提高房间湿度和氧浓度水平。通过考虑高原地区的特殊湿组分与氧分子扩散机制，提出适用于高原地区公共建筑等大空间的调湿增氧装置是保证高原人群生命健康、满足其基本生活诉求的重要措施之一。
为解决这一问题，人们常采用传统集中空调机组和局部增氧设备使公共建筑室内空气温湿度和氧浓度满足相关要求，但由于高原地区高海拔、低气压等特殊气候条件的影响，湿组分和氧分子扩散范围有限，现有系统设备无法有效提高大空间室内人员活动区域的相对湿度和氧浓度水平，不能为高原人群提供舒适的热湿氧环境。因此，将高效加湿增氧装置与公共建筑内大型立柱巧妙结合，通过形成柱状富氧空气湿幕，将富氧湿空气准确送入人员活动区域，既未占用室内空间，又能显著提升高原公共建筑的热湿氧环境品质。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，针对现有加湿增氧设备未能有效提升高原公共建筑室内相对湿度和氧浓度水平的问题，本发明的目的在于提供一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置，通过形成富氧湿空气幕，将富氧湿空气准确送入人员活动区域，并可将该装置与公共建筑内大型立柱结合。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置，包括外壳，在外壳内设置有加湿装置、软化装置、增氧装置、混合室和送风装置，其中：
所述软化装置用于将水软化，其出水口通过连通管一与加湿装置的入水口连接；
所述加湿装置用于将水雾化，其出口通过加湿通道与混合室连接；
所述增氧装置用于抽取室内空气并进行增氧处理，其出口通过增氧通道与混合室连接；
所述混合室用于将雾化的水和增氧处理的空气混合得到富氧湿空气，其出口通过加湿增氧通道与送风装置连接；
所述送风装置用于向室内送出所述富氧湿空气。
在一个具体实施例中，所述外壳直接采用公共建筑内的立柱，其内部侧面贴有吸声薄膜，底部设置有减震垫一和植物箱。
在一个具体实施例中，所述软化装置包括软化水罐，软化水罐内置水处理层，水处理层具体可为离子交换树脂，软化水罐通过带阀门的连通管二与盐箱连接，所述加湿装置包括加湿水箱，加湿水箱内置超声波雾化振子和水位报警器。
在一个具体实施例中，所述水处理层设置有压差开关和水压压差超限报警器，且水压压差超限报警器与阀门相连接。
在一个具体实施例中，所述增氧装置包括富氧膜组和真空泵机组，吸气口和排气口设在在富氧膜组上，富氧膜组通过连通管三连接真空泵机组，真空泵机组贴有消声层，所述混合室包括混合室箱体，混合室箱体内置紫外线灯和扰动风扇。
在一个具体实施例中，所述增氧装置安装在加湿装置和软化装置上，且与加湿装置、软化装置之间设置有减震垫二。
在一个具体实施例中，所述送风装置包括自内而外设置的空气加热器、环形百叶风口、带若干小型轴流风机的环状结构、带若干湿射流口的环状结构和环形的导流板。
在一个具体实施例中，所述环形百叶风口上分布有可旋转叶片，所述小型轴流风机设置有风压压差超限报警器和电控柜，并通过连锁装置与环形百叶风口连接，所述湿射流口的倾斜角度为45°，且设置有电动风阀，所述导流板能够通过电动机带动的转轮进行360度旋转。
在一个具体实施例中，所述外壳上设置有红外感应器、温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器，分别为风速控制器及电动风阀、温度控制器、湿度控制器和氧浓度控制器的自动控制提供增氧送湿区域内环境参数数据，风速控制器控制电动机的转速，温度控制器控制空气加热器的加热功率，湿度控制器控制自动阀门一的开度和超声波雾化振子的振动频率，氧浓度控制器控制自动阀门二的开度。
在一个具体实施例中，所述加湿通道、增氧通道、加湿增氧通道和软化装置的注水口上分别设置有自动阀门一、自动阀门二、自动阀门三和自动阀门四，所述加湿装置中加湿水箱的水位报警器与自动阀门四连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.消除富氧湿空气中细菌，安全卫生：
将用于加湿的自来水通过水处理层进行软化处理，随后在超声波雾化振子作用下形成雾状湿组分，同时对来自室内的空气进行增氧处理，二者在混合室内形成富氧湿空气后，经过紫外线灯杀菌处理和空气加热器加热后，进入送风装置并送入室内，解决了以往加湿装置所用自来水未软化和所产生湿组分未经杀菌处理的问题。
2.湿射流口在导流板旋转作用下形成富氧湿空气幕，全方位高效增氧增湿：
经杀菌和预热处理后的富氧湿空气进入送风装置，首先从环状布置的湿射流口以一定初速度射出，随后在“康达效应”的作用下，各方向湿射流沿着出口的旋转导流板作用下，形成旋风式富氧湿空气幕，向室内人员活动区域进行增氧增湿，实现对高原公共建筑精准、高效和全方位送湿增氧。
3.智能感应水位，自动调节加热量、加湿量和增氧量：
加湿水箱内装有水位报警器，当水箱内水位低于最低水位限度时，水位报警器检测到低水位信号，注水口处自动阀门开启，软化水在新进自来水压力下进入加湿装置，加湿水箱内水位开始上升，当上升到最高水位限度时，水位报警器又检测到高水位信号，上述自动阀门关闭，停止进水。此外，外壳上还装有温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器，分别向空气加热器、超声波雾化振子及加湿通道的自动阀门和增氧通道的自动阀门发送电信号，对相关组件功率和自动阀门开度进行调节，实现对富氧湿空气的温度、湿度和氧浓度的控制，进而保证室内控制区域的热湿氧环境参数处于人体舒适范围。
4.各方位设置红外感应器，自动启闭、减少浪费：
外壳上各方位均设置有红外感应器，当红外感应器检测到该方位范围内有人员活动时，导流板旋转同时自动提高加湿装置及增氧装置功率，并开启本方位对应湿射流口的电动风阀，送出富氧湿气流；当检测到某一方位感应范围无人员活动时，即未探测到人体红外光谱变化，关闭电动机使导流板停止旋转，并自动降低加湿增氧装置运行功率，关闭对应方位的湿射流口。因此，本装置可实现只向有人员活动区域进行增氧增湿，避免能量浪费，更适用于公共建筑等大空间的热湿氧环境改善。
5.设备震动及噪声低，营造良好环境：
本发明中外壳和增氧装置底部均设置有减震垫，减小设备运行期间震动所产生的噪音；外壳和增氧装置的真空泵机组内部均贴有吸声薄膜或消声层，用于吸收机组相关部件所产生的噪音。此外，混合室出口的加湿增氧通道上装有消声器，用于消除扰流风扇转动和气流与管道摩擦所产生的噪音。
6.底部设置植物箱，美观实用：
在富氧湿空气对室内环境进行加湿增氧的过程中，不可避免的是少量湿组分未能扩散至空气中，而在重力主导作用下落向地面。为此在加湿增氧装置底部设置植物箱，其中可种植观赏类植物，此部分湿组分会直接落在植物箱中，为植物生长提供水分，同时植物的光合作用会对室内空气环境品质有一定改善，具有一定观赏价值，既美观又实用。
附图说明
图1是本发明低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置透视图。
图2是本发明低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置外观图。
图3是本发明软化装置与加湿装置主视图。
图4是本发明增氧装置主视图。
图5是本发明混合室主视图。
图6是本发明送风装置轴测分解示意图。
图7是本发明控制系统原理示意图。
图8是Fluent软件模拟选取人体呼吸区所在平面示意图。
图9是Fluent软件模拟图8所示平面的速度场分布云图(送湿口风速为1.40m/s)。
图10是Fluent软件模拟图8所示平面的温度场分布云图(送湿口风温为20℃)。
图11是Fluent软件模拟图8所示平面的相对湿度场分布云图(送湿口相对湿度为90％)。
图12是Fluent软件模拟图8所示平面的氧气浓度场分布云图(送湿口氧气浓度为42％)。
图中各标号含义分别为：1-外壳，2-加湿装置，3-软化装置，4-增氧装置，5-混合室，6-送风装置，7-连通管一，8-加湿通道，9-增氧通道，10-加湿增氧通道，11-吸声薄膜，12-减震垫一，13-植物箱，14-排水口，15-注水口，16-排污口，17-吸气口，18-排气口，19-超声波雾化振子，20-加湿水箱，21-水位报警器，22-水处理层，23-软化水罐，24-连通管二，25-盐箱，26-连通管三，27-富氧膜组，28-消声层，29-真空泵机组，30-减震垫二，31-混合室箱体，32-紫外线灯，33-扰动风扇，34-空气加热器，35-环形百叶风口，36-可旋转叶片，37-小型轴流风机，38-湿射流口，39-导流板，40-电动机，41-转轮，42-红外感应器，43-风速控制器，44-电动风阀，45-温度传感器，46-温度控制器，47-湿度传感器，48-湿度控制器，49-氧浓度传感器，50-氧浓度控制器，51-连锁装置，52-电控柜，53-自动阀门一，54-自动阀门二，55-自动阀门三，56-自动阀门四，57-压差开关，58-水压压差超限报警器，59-阀门，60-消声器，61-增氧送湿区域，62-风压压差报警器。
具体实施方式
为使本发明的目的、方案及优点更加清晰明确，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，凡在本申请方案基础上做的同等变换均落入本发明的保护范围。
遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本实施例给出一种低气压环境下柱状旋风式加湿增氧装置，包括外壳1，在外壳1内设置有加湿装置2、软化装置3、增氧装置4、混合室5和送风装置6。
本发明的外壳1，一般可为柱状，例如圆柱、方柱等，亦可直接采用公共建筑内的大型承重立柱或者装饰立柱。
软化装置3用于将水软化，其出水口通过连通管一7与加湿装置2的入水口连接，加湿装置2用于将水雾化，其出口通过加湿通道8与混合室5连接，增氧装置4用于抽取室内空气并进行增氧处理，其出口通过增氧通道9与混合室5连接，混合室5用于将雾化的水和增氧处理的空气混合得到富氧湿空气，其出口通过加湿增氧通道10与送风装置6连接，送风装置6用于向室内送出所述富氧湿空气。
本发明的优选结构中，外壳1内部侧面贴有吸声薄膜11，底部设置有减震垫一2；吸声薄膜11用于吸收机组相关部件所产生的噪音；减震垫一2可减小设备运行期间震动所产生的噪音，防止产生噪音污染。
本发明的优选结构中，外壳1底部设置有植物箱13，在富氧湿空气对室内环境进行加湿增氧的过程中，湿组分不能全部扩散至空气中，其中少量湿组分会在重力主导作用下落向地面。该部分湿组分会直接落在植物箱13中，为其中景观植物生长提供水分，通过植物的光合作用可一定程度改善室内空气环境品质，同时还具有一定观赏价值，既美观又实用。
如图3所示，本发明的软化装置3包括软化水罐23，软化水罐23内置水处理层22，水处理层22具体可为离子交换树脂，软化水罐23通过带阀门59的连通管二24与盐箱25连接。
本发明的优选结构中，软化水罐23设置有注水口15和排污口16；注水口15和排污口16预留在外壳1上，注水口15位于水处理层22上方，排污口16则位于水处理层22下方。
当自来水从注水口15进入软化水罐23后，其在重力作用下经过水处理层22，其中酸性离子交换树脂可以吸附自来水中碱矿物质，经软化处理后的水经连通管进入加湿装置2，软化处理过程产生的废水则由排污口16排出。
本发明的优选结构中，水处理层22设置有压差开关57和水压压差超限报警器58，且水压压差超限报警器58与连通管二4上阀门59相连接。
当水处理层22上吸附较多碱矿物质时，两侧压差会增加，当该压力差增加到系统设定限值，水压压差超限报警器58便会检测到大压力差信号，使阀门59打开，随后盐水与水处理层22接触并去除其上附着的碱矿物质，使该离子交换树脂得以继续使用。
如图3所示，本发明的加湿装置2包括加湿水箱20，加湿水箱20内置超声波雾化振子19和水位报警器21，并带有排水口14。在本结构中，排水口14需预留在外壳1上。
软化装置3软化处理后的水经连通管一7进入加湿水箱20，在底部的超声波雾化振子19雾化作用下，软化水变成雾状湿组分，随后受浮升力和混合室5扰动风扇33的诱导作用，通过加湿通道8进入混合室5与增氧装置4所产生的高氧浓度空气混合，最终以富氧湿空气形式被送入室内。此外，当对设备进行维护检修时，可通过开启加湿水箱20底部的排水口14，实现对加湿装置2和软化装置3的排空。
本发明的优选结构中，加湿水箱20内装有水位报警器21；当加湿水箱20内水位低于最低水位限度时，水位报警器21检测到低水位信号，注水口15处自动阀门四56开启，软化水在新进自来水压力下进入加湿装置2，加湿水箱20内水位开始上升，当上升到最高水位限度时，水位报警器21又检测到高水位信号，自动阀门四56关闭，停止进水。
如图4所示，增氧装置4包括富氧膜组27和真空泵机组29，富氧膜组27通过连通管三26连接真空泵机组29，吸气口17和排气口18设在在富氧膜组27上，并预留在外壳1上。吸气口17处设置小型轴流风机37。
本发明增氧装置4采用膜法制氧，即利用有机高分子薄膜对氧、氮分子的选择透过性。当真空泵机组29运行时，会在薄膜两侧形成一定压差，在该压力作用下薄膜实现对吸入空气的氮氧分离，富氧空气在真空泵作用下经增氧通道9进入混合室5，富氮空气则由排气口18排至植物箱13处，为植物生长提供一定氮元素。
本发明的优选结构中，增氧装置4安装在加湿装置2和软化装置3上，且与加湿装置2、软化装置3之间设置有减震垫二30，并可在真空泵机组29内部贴有消声层28。
如图5所示，混合室5包括混合室箱体31，混合室箱体31内置紫外线灯32和扰动风扇33。
软化水在超声波雾化振子19作用下形成雾状湿组分，由加湿通道8进入混合室5；同时增氧装置4对来自室内的空气进行增氧处理后，富氧空气经增氧通道进入混合室5内，二者在扰动风扇33的作用下充分混合，并经过紫外线灯32杀菌处理后，形成富氧洁净湿气流，随后进入送风装置6。
如图6所示，送风装置6包括自内而外设置的空气加热器34、环形百叶风口35、带若干小型轴流风机37的环状结构、带若干湿射流口38的环状结构和环形的导流板39。
来自混合室5的富氧洁净湿气流经空气加热器34预热后，在小型轴流风机37的作用下通过环形百叶风口35，从环状布置的湿射流口38以一定初速度射出，随后在“康达效应”的作用下，各方向湿射流沿着出口的可旋转的导流板39，形成旋风式富氧湿空气幕，向室内人员活动区域进行增氧增湿。
本发明的优选结构中，环形百叶风口35具有可旋转叶片36，可用于调节系统送风量。
本发明的优选结构中，小型轴流风机37设置有风压压差超限报警器62和电控柜52，并通过连锁装置51与环形百叶风口35连接。当小型轴流风机37关闭/开启后，可通过连锁控制器自动将环形百叶风口35进行关闭/开启。
本发明的优选结构中，湿射流口38的倾斜角度为45°，且设置有电动风阀44。
本发明的优选结构中，导流板39可通过电动机40带动的转轮41进行360度旋转。
本发明的优选结构中，外壳1上设置有红外感应器42、温度传感器45、湿度传感器47和氧浓度传感器49，分别为风速控制器43及电动风阀44、温度控制器46、湿度控制器48和氧浓度控制器50的自动控制提供增氧送湿区域61内环境参数数据。
本发明的优选结构中，加湿通道8、增氧通道9、加湿增氧通道10和软化装置3的注水口15上分别设置有自动阀门一53、自动阀门二54、自动阀门三55和自动阀门四56。
外壳1上设置的8个红外感应器42且按均匀环状布置，使每个基本方位均对应有红外感应器42。当红外感应器42检测到该方位范围内有人员活动时，导流板39旋转同时自动提高加湿装置2及增氧装置4功率，并开启本方位对应湿射流口38的电动风阀44，送出富氧湿气流；当检测到某一方位感应范围无人员活动时，即未探测到人体红外光谱变化，关闭电动机40使导流板39停止旋转，并自动降低加湿增氧装置运行功率，关闭对应方位的湿射流口38。
此外，温度传感器45、湿度传感器47和氧浓度传感器49，分别向温度控制器46、湿度控制器48和氧浓度控制器50发送电信号，进而调节空气加热器34、超声波雾化振子19及加湿通道8的自动阀门和增氧通道9的自动阀门等相关组件功率或自动阀门开度，实现对富氧湿空气的温度、湿度和氧浓度的控制，进而保证室内控制区域的热湿氧环境参数处于人体舒适范围。
本发明的优选结构中，加湿装置2与软化装置3间连通管7、软化装置3中的连通管二4和增氧装置4中的连通管二6上均设置有阀门59。
本发明的优选结构中，加湿增氧通道10上设置有消声器60。
以下是本发明实施例的工作过程、原理以及效果分析：
自来水从注水口15进入软化装置3，水中碱矿物质经水处理层22吸附后，通过连通管一7进入加湿装置2内部，其在超声波雾化振子19作用下形成雾状湿组分，经加湿通道8进入混合室5；同时室内空气从吸气口17进入富氧膜组27，经有机高分子膜的氧氮分离后，在真空泵的作用下经增氧通道9进入混合室5。二者在扰动风扇33的作用下充分混合，并经过紫外线灯32杀菌处理后，形成富氧洁净湿气流。随后经加湿增氧通道10进入送风装置6得到预加热，所产生的热湿富氧气流最终以一定角度从湿射流口38射出，依附旋转的导流板39在室内形成空气旋风湿幕，进而达到改善高原室内控制区域热湿氧环境的目的。
在本实施例中，外壳1高度为3000mm，直径1000mm；8个湿射流口38环状均匀布置，高度为2200mm，直径为30mm，倾斜角度为45°；导流板39底面高度为2000mm，直径1200mm，外围宽度200mm；根据高原特殊气候条件、办公人员舒适性要求、流场分布特性及传感器所处位置，将温度传感器45温度设定为20℃～24℃，湿度传感器47相对湿度设定为35％～50％，氧气浓度传感器49设定值范围为18％～30％。
根据Fluent软件进行流场模拟，通过改变湿射流口38的出口流速、出口风温、出口相对湿度和出口氧浓度，模拟到达人员活动区域富氧湿空气的流场，使到达人体呼吸区域湿空气的风速、温度、相对湿度和氧浓度处于舒适范围。
依据本实施例的参数，湿射流口38湿空气基本参数为：风速1.40m/s，温度20℃，相对湿度90％，含氧量42％；本装置总风量为0.0317m3/s。
模拟选取人体呼吸区所在平面示意图见图8。
模拟结果可参见图9-速度场分布云图(送湿口风速为1.40m/s)、图10-温度场分布云图(送湿口风温为20℃)、图11-相对湿度场分布云图(送湿口相对湿度为90％)和图12-氧气浓度场分布云图(送湿口含氧量为42％)，结果表明设定值可满足相关要求，本装置可显著改善高原低气压环境下商场、图书馆、博物馆等大空间室内湿、氧环境品质，满足室内人员舒适需求。
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