一种基于外加电场的湿度调控装置和方法

本发明涉及湿度调控技术，特别是涉及一种基于外加电场的湿度调控装置和方法。

背景技术：

1、湿度，表示空气的干湿程度，是表征空气中水蒸气含量的物理量。绝对湿度是指一定体积的空气中水蒸气的质量。在一定的温度下，单位体积的空气中，能够容纳的水蒸气的质量是有限的，这个上限叫做饱和湿度。相对湿度就是在某个温度下绝对湿度与饱和湿度的百分比，日常生活中所指的湿度就是相对湿度。

2、相对湿度和液态水的蒸发速度有关。蒸发是发生在液体表面的物理过程，指液态水汽化变为水蒸气进入空气中。液体中的分子都在不停地作无规则运动并且相互碰撞，液体分子本身带有的能量是不同的，液体的温度就是由分子能量的平均值来衡量的。在任何时刻，总有些分子的动能大于平均动能，这些分子的动能如果大于离开液面时需要克服分子间引力所做的功，就可以脱离液面变为水蒸气，这就是蒸发现象。飞出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或进入液体内部。

3、液体的蒸发速度与温度、液体表面积、液体表面压强、液体分子内聚力有关。温度高，分子平均动能高，能够脱离液面的分子数量也会更多；液体表面积大，位于液体表面的分子数量就多，从而在相同时间内有更多的液体分子飞出液面；液体表面压强低，水蒸气就更难回到液态水中，整体蒸发速度会增加；液体分子内聚力强的话，液体分子离开液面时需要克服分子间引力所做的功就会很大，蒸发速度就会很慢。

4、常规的湿度调控方法只能增加湿度或者减小湿度，在加湿过程中需要将水加热至沸腾，能耗较高，效率较低，可调控性较差，对水源有特定需求。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于外加电场的湿度调控装置和方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于外加电场的湿度调控装置，包括电压发生模块、电极系统以及容器，所述电压发生模块连接所述电极系统，所述电极系统耦合到所述容器，所述容器储有用于调控湿度所需的原料水或含湿介质，所述电压发生模块通过所述电极系统施加电场，其中，通过所述电压发生模块控制所述电场的场强大小及变化，调控所述原料水或含湿介质的水分蒸发速度。

4、进一步地：

5、所述电压发生模块发生脉冲电压或交流电压或直流电压，优选为发生脉冲电压的脉冲电压发生模块。

6、所述脉冲电压发生模块包括脉冲电源和脉冲变压器，所述脉冲电源输出单极性或者双极性脉冲电压，通过所述脉冲变压器实现脉冲高压的输出。

7、通过控制脉冲电压的幅值和频率控制蒸发速度。

8、所述电极系统上的电压为数千伏或更高，优选为十千伏以上。

9、所述电极系统包括上侧的针电极和下方接地的平板电极，所述针电极设置于所述容器内的水面的上方，所述平板电极设置在所述容器的底部，所述针电极和所述平板电极在所述容器内施加非均匀脉冲电场。

10、所述容器的底部接地作为所述平板电极。

11、还包括湿度感应模块，所述湿度感应模块包括湿度测量装置以及与所述电压发生模块连接的反馈电路，所述湿度测量装置用于实时测量周围环境中的湿度，然后输出反馈信号给所述电压发生模块，所述电压发生模块根据反馈信号对电压发生参数进行反馈调节。

12、还包括电路保护模块，其与所述电压发生模块及所述电极系统串接，所述电路保护模块包括保护阻抗元件以及短路开关，所述保护阻抗元件用于减小短路电流，所述短路开关用于在短路电流过大时触发断电。

13、或者，还包括电路保护与参数监测模块，其包括电压测量装置和电流测量装置，用以监测系统运行时的电气参数，从而分析系统的运行情况。

14、所述容器为水箱。

15、一种湿度调控方法，使用所述的湿度调控装置进行湿度调控。

16、本发明具有如下有益效果：

17、本发明提供一种基于外加电场的湿度调控装置和方法，由电压发生模块通过电极系统对水或含湿介质施加电场，通过所述电压发生模块控制电场的场强大小及变化，电场的作用能够使水的分子间作用力产生变化，显著地影响水的蒸发速度，实现对原料水或含湿介质的水分蒸发速度的调控，从而对周围环境的湿度进行调控。可利用高压电场技术，对高压电极和地电极之间的水施加电场，从而控制电场即可动态地调控水的蒸发速度。本发明可在不需使水沸腾的情况下进行湿度调控，具有能耗低、清洁性好、效率高的优势。

18、本发明在水中施加/撤除电场可以调控环境湿度。

19、在优选的方案中，本发明采用脉冲电场，相比于直流电压和交流电压，脉冲电压的能量密度更高，能量损耗更小，可以避免很多热能耗散。

20、在优选的方案中，本发明不均匀的电场比均匀的电场调节水的蒸发速度的能力更强。

21、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种基于外加电场的湿度调控装置，其特征在于，包括电压发生模块、电极系统以及容器，所述电压发生模块连接所述电极系统，所述电极系统耦合到所述容器，所述容器储有用于调控湿度所需的原料水或含湿介质，所述电压发生模块通过所述电极系统施加电场，其中，通过所述电压发生模块控制所述电场的场强大小及变化，调控所述原料水或含湿介质的水分蒸发速度。

2.如权利要求1所述的湿度调控装置，其特征在于，所述电压发生模块发生脉冲电压或交流电压或直流电压，优选为发生脉冲电压的脉冲电压发生模块，所述脉冲电压为单极性或者双极性脉冲电压。

3.如权利要求2所述的湿度调控装置，其特征在于，所述电压发生模块包括电源和变压器，所述电源通过所述变压器实现脉冲高压的输出。

4.如权利要求2所述的湿度调控装置，其特征在于，通过控制电压的幅值和频率控制蒸发速度。

5.如权利要求1至4任一项所述的湿度调控装置，其特征在于，所述电极系统上的电压为数千伏或更高，优选为十千伏以上。

6.如权利要求1至5任一项所述的湿度调控装置，其特征在于，所述电极系统包括上侧的针电极和下方接地的平板电极，所述针电极设置于所述容器内的水面的上方，所述平板电极设置在所述容器的底部，所述针电极和所述平板电极在所述容器内施加非均匀脉冲电场。

7.如权利要求6所述的湿度调控装置，其特征在于，所述容器的底部接地作为所述平板电极。

8.如权利要求1至7任一项所述的湿度调控装置，其特征在于，还包括湿度感应模块，所述湿度感应模块包括湿度测量装置以及与所述电压发生模块连接的反馈电路，所述湿度测量装置用于实时测量周围环境中的湿度，然后输出反馈信号给所述电压发生模块，所述电压发生模块根据反馈信号对电压发生参数进行反馈调节。

9.如权利要求1至8任一项所述的湿度调控装置，其特征在于，还包括电路保护模块，其与所述电压发生模块及所述电极系统串接，所述电路保护模块包括保护阻抗元件以及短路开关，所述保护阻抗元件用于减小短路电流，所述短路开关用于在短路电流过大时触发断电；

10.一种湿度调控方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的湿度调控装置进行湿度调控。

技术总结
一种基于外加电场的湿度调控装置和方法，该装置包括电压发生模块、电极系统以及容器，所述电压发生模块连接所述电极系统，所述电极系统耦合到所述容器，所述容器储有用于调控湿度所需的原料水或含湿介质，所述电压发生模块通过所述电极系统施加电场，其中，通过所述电压发生模块控制所述电场的场强大小及变化，调控所述原料水或含湿介质的水分蒸发速度。本发明可在不需使水沸腾的情况下进行湿度调控，具有能耗低、清洁性好、效率高的优势。

技术研发人员：张若兵,祝启龙
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15