一种床头加湿方法及其装置与流程

本发明涉及加湿领域，特别涉及一种床头加湿方法及其装置，主要用于睡觉时对人体头部空间进行局部加湿增氧，以改善睡眠环境，提高睡眠质量。

背景技术：

寒冷干燥地区的秋冬季节，风大降水少，尤其在供暖期，夜晚睡觉时门窗紧闭，室内空气不流通且相对湿度较低，干燥的室内空气将引起鼻腔内干热出血、上呼吸道疾病及细菌病毒的传播，严重影响人们的睡眠质量。因此，解决睡眠状态时室内空气干燥带来的不适感尤为重要。

为了解决这一问题，人们常在房间内使用加湿器，由于加湿器的作用范围有限，只能对其周围局部空间加湿，为此，有人将加湿器放置于床头位置，但加湿器运行时产生的噪声会影响睡眠，且不能保证加湿后的空气很好地送到头部空间。而且加湿器自身也存在一定的缺陷，如不能将空气相对湿度控制在人体呼吸的舒适范围，导致周围空气相对湿度过高；加湿后的空气遇冷产生凝结水滴，引发周围环境的卫生问题；加湿器中的水长时间积存容易滋生细菌，由此加湿后的空气容易使人们生病；由于自来水中含有大量钙镁离子，直接用来加湿时会产生白雾，白雾在运动过程中会结合空气中的灰尘和细菌，因此不能把这部分空气直接送往面部。

因此，将改进优化后的加湿器与床体巧妙结合，消除加湿过程噪声、细菌、白雾等问题，并将加湿增氧后的湿空气直接准确地送到人体头部空间并控制在舒适湿度范围是解决这一问题的关键。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种床头加湿方法及其装置，该方法改变了原有的加湿理念，将水雾化后通过热空气对水雾进行吸收得到湿润热空气，再将湿润热空气均匀布施在人头部上方，装置实现了上述功能，解决了传统加湿器加湿空气后夹带水珠、细菌、产生白雾的问题。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种床头加湿方法，在床头内将水雾化后，通过加热后的热空气吸收水雾得到湿润热空气，湿润热空气穿过床头布施在人头部上方，对人的睡眠环境进行加湿；所述的湿润热空气的相对湿度为40％～70％，湿润热空气的温度为24～25℃。

进一步的，水在雾化前将水进行软化处理，热空气加热前进行除菌处理，且往除菌后的热空气内通入负氧离子。

一种床头加湿装置，该装置采用所述的床头加湿方法对人睡眠环境进行加湿。

具体的，包括在床头内埋设的加湿构件、热空气传送构件和空气导出构件，加湿构件产生水雾，热空气传送构件将热空气传送到加湿构件内进行水雾的吸收，然后再由与加湿构件连通的空气导出构件将吸收水雾后的热空气导出床头外，对人的睡眠环境进行加湿。

更具体的，所述的加湿构件为加湿水箱，加湿水箱底部设置超声发生器，水箱侧上部与热空气传送构件连通，加湿水箱顶部连通空气导出构件。

再具体的，所述的热空气传送构件为通气管道，在通气管道上设置空气加热器，通气管道的一端与床头外的大气连通，通气管道的另一端与加湿构件连通。

还有，在所述的通气管道上设置负离子发生构件，往除菌后的热空气内通入负氧离子。

具体的，所述的空气导出构件包括风动装置、送气软管、消声器和出气口，送气软管(82)一端与加湿构件连通，风动装置设置在连通处，消声器设置在送气软管上，出气口设置在送气软管的另一端且与床头外大气连通。

进一步的，在床头外与出气口连通设置布施口，布施口为半圆环形的构件，沿床头长度方向设置滑轨，布施口通过滑块悬设在滑轨上，在出气口与布施口的连通处设置多个布施挡板。

更进一步的，与加湿构件还连通设置加水处理装置，加水处理装置包括加水构件、活化液加注构件、废液回收构件及水处理构件，所述的水处理构件为密封的箱体，密封的箱体内设置水处理层将箱体分成上下两个腔体，密封箱体的上腔体分别与加水构件和活化液加注构件连通，密封箱体的下腔体分别与废液回收构件和加湿构件连通。

本发明的优点为：

1、消除了加湿后空气夹带水珠、细菌、产生白雾的问题：将来自室内的空气通过电加热器预热，超声波震荡出的水雾与温度较高的空气相遇，水雾加快蒸发，水蒸气与空气混合为湿空气后送出，避免了以往加湿器送出的空气携带水珠的问题。对加湿前的水软化处理、紫外灯杀菌处理，避免了加湿后空气产生白雾、携带细菌的问题。

2、改善睡眠质量：由于布施口设在人体头部附近，加湿过的空气与释放器释放的负氧离子结合，直接送往人体头部空间，人们可以直接呼吸到湿润、富含氧离子的空气，从而解决了秋冬季空气干燥引起的睡眠不适问题。通过Fluent软件模拟确定风口风速、风口尺寸、风口高度，反复模拟后，将到达人体面部的风速、温度和相对湿度控制在舒适范围，从而提高了睡眠质量。

3、可追踪式布施口：布施口上固定有两个平行滑块，滑块上带有红外线测温探头，滑块带动布施口在滑轨上运动，其中某一个滑块上的红外线测温探头探测到人面部温度时，风口仍然运动，直到另一个滑块上的红外线测温探头也探测到人面部温度时，风口才停止运动，此时送风口位于人体头部正中央，即使人体睡觉时由于翻身偏离送风口，仍可以通过追踪使人体头部处在送风口下部，满足了睡眠时的多种情况。

4、能自动调节加湿量、加热量，能自动控制阀门启闭，装置可间歇运行：在布施口的下部有湿度传感器，可以探测人体头部附近的空气相对湿度，当相对湿度达到设定值的上限时，感应装置发出电信号，接收到信号的变阻器自动增大阻值，降低超声发生器的振荡频率，降低产湿量；当相对湿度低于设定值的下限时，感应装置发出电信号，接收到信号的变阻器自动减小阻值，增大超声发生器的振荡频率，增加产湿量。从而实现了依据人体需要的装置间歇运行。通过加湿器出风口的温度传感器来调节电加热器加热量的大小，来调节送风温度，使送风温度满足舒适温度。加湿水箱中的水位感应装置可调控进入水箱中的水量，当需要加水时，由水位感应装置控制的电动调节阀开启，加水完成后，电动调节阀关闭。

5、巧妙利用床头构造，利用重力实现加水、软水、活化再生、废液回收过程：充分利用床头内部空间，将加水构件和活化再生构件以类似抽屉的形状隐藏在床头内部，需要注水加湿和水洗再生时可通过把手打开装置加注，加注完成后，加水构件和活化再生构件后的可伸缩弹簧以及进液管的波纹软管可以保证构件在加注后很好的恢复原位。将加水构件、活化液加注构件、加湿构件放置于床头不同高度，利用高差、在重力作用下实现加注、软水、活化再生过程，省去了水泵所需的电能，简化装置。

6、降低装置运行噪声对睡眠的影响：加湿水箱采用双层结构，夹层中填充隔音棉，水箱外部贴有隔音毡，风动装置处接有软接头，软接头后接有消声器，来减弱装置运行时噪声对人们睡眠的影响。自来水和盐水的加注、软化过程和活化过程都在白天进行，也不影响睡眠。

7、装置隐藏于床头内部，不影响床的整体外观，装置操作简单：装置主体被安放在床头内部，仅有布施口位于床头外部，但其面积较小，占用的是人们不常使用的床头面积，而且外观能很好地与床头融为一体。活化再生所用的盐水可以用食用盐自行配置，简单方便。人们只需要通过床头一侧的玻璃条判断装置是否需要加水，其余过程由水位感应装置控制加水阀门的开启来完成，装置操作简单。

附图说明

图1是本发明的加湿装置安装在床头内的结构示意图；

图2是本发明加湿口安装在床头上的结构示意图；

图3是Fluent软件模拟的布施口侧视的速度场分布(风口风速为0.5m/s)；

图4是Fluent软件模拟的布施口侧视的速度场分布(风口风速为1.0m/s)；

图5是Fluent软件模拟的布施口侧视的温度场分布(送风温度为24℃)；

图6是Fluent软件模拟的布施口侧视的温度场分布(送风温度为25℃)；

图7是Fluent软件模拟的布施口侧视的空气相对湿度分布(送风温度为24℃、风速为0.5m/s)；

图8是Fluent软件模拟的布施口侧视的空气相对湿度分布(送风温度为25℃、风速为0.5m/s)；

图中的标号为：1-床头、11-固定安装件、12-滑轨、13-布施口、14-布施挡板、15-滑块、16-湿度传感器、2-加水构件、21-加水把手、22-第一弹簧、23-加水阀、24-第一进液管、3-活化液加注构件、31-加注把手、32-第二弹簧、33-活化液加注阀、34-第二进液管、4-废液回收构件、41-废液回收把手、5-水处理构件、51-水处理层、52-出水管、53-出水阀、54-排废液管、55-排废液阀、6-加湿构件、61-超声发生器、62-紫外灯、7-热空气传送构件、71-空气加热器、72-空气过滤网、8-空气导出构件、81-风动装置、82-送气软管、83-消声器、84-温度传感器、85-出气口、86-软接头、87-不锈钢风管、9-变阻器、10-负离子发生构件、101-离子生成器、102-负离子转换器、103-释放器；

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的床头加湿方法，包括在床头内将水雾化后，通过加热后的热空气吸收水雾得到湿润热空气，湿润热空气穿过床头布施在人头部上方，对人的居住环境进行加湿；湿润热空气的相对湿度为40％～70％，湿润热空气的温度为24～25℃。最好的，水在雾化前将水进行软化处理，热空气加热前进行除菌处理，且往除菌后的热空气内通入负氧离子。将来自室内的空气通过电加热器预热，超声波震荡出的水雾与温度较高的空气相遇，水雾加快蒸发，水蒸气与空气混合为湿空气后送出，避免了以往加湿器送出的空气携带水珠的问题。对加湿前的水软化处理、紫外灯杀菌处理，避免了加湿后空气产生白雾、携带细菌的问题。结合图1-2，本发明的床头加湿装置，该装置采用所述的床头加湿方法对人睡眠环境进行加湿。

具体的，本发明的床头加湿装置包括在床头内埋设的加湿构件6、热空气传送构件7和空气导出构件8，加湿构件6产生水雾，热空气传送构件7将热空气传送到加湿构件6内进行水雾的吸收，然后再由与加湿构件6连通的空气导出构件8将吸收水雾后的热空气导出床头1外，对人的睡眠环境进行加湿。

加湿构件6为加湿水箱，加湿水箱底部设置超声发生器61，水箱侧上部与热空气传送构件7连通，加湿水箱顶部连通空气导出构件8。超声发生器61高速振荡带来的水雾与预热后的室内空气混合，混合过程中水雾大量蒸发成水蒸气，与释放器释放的负氧离子充分混合，混合后的加湿增氧的湿空气输送到人体头部位置。

热空气传送构件7为通气管道，在通气管道上设置空气加热器71，通气管道的一端与床头1外的大气连通，通气管道的另一端与加湿构件6连通。在通气管道上设置负离子发生构件10，往除菌后的热空气内通入负氧离子。

空气导出构件8包括风动装置81、送气软管82、消声器83和出气口85，送气软管82一端与加湿构件6连通，风动装置81设置在连通处，消声器83设置在送气软管82上，出气口85设置在送气软管82的另一端且与床头1外大气连通。在床头1外与出气口85连通设置布施口13，布施口13为半圆环形的构件，沿床头1长度方向设置滑轨12，布施口13通过滑块15悬设在滑轨12上，在出气口85与布施口13的连通处设置多个布施挡板14。位于床头处的半圆弧形布施口13能够将加湿增氧后的空气送往人的头部空间，滑块15在滑轨12上的移动带动布施口13的位置改变，保证布施口13位于人体面部的上方，准确的进行加湿空气的提供。

与加湿构件6还连通设置加水处理装置，加水处理装置包括加水构件2、活化液加注构件3、废液回收构件4及水处理构件5，水处理构件5为密封的箱体，密封的箱体内设置水处理层将箱体分成上下两个腔体，密封箱体的上腔体分别与加水构件2和活化液加注构件3连通，密封箱体的下腔体分别与废液回收构件4和加湿构件6连通。装置巧妙的布置在床头1内部，不占用床的有效使用面积，不影响床的美观。

为了实现自动控制的目的，本装置中可添加传感器等电器部件，配合整个装置的工作过程。

实施例一：

参见图1和2，巧妙利用床头内部空间，将装置合理的摆放在床头内部，与床头结合在一起。本发明的床头加湿装置包括在床头1内设置的加水构件2、活化液加注构件3、废液回收构件4、水处理构件5、加湿构件6、热空气传送构件7、空气导出构件8、变阻器9和负离子发生构件10，加湿构件6产生水雾，热空气传送构件7将热空气传送到加湿构件6内进行水雾的吸收，然后再由与加湿构件6连通的空气导出构件8将吸收水雾后的热空气导出床头1外，对人的睡眠环境进行加湿，加水构件2储存水并将储存的水通过水处理构件5进行硬度处理后给加湿构件6提供足够的用水，活化液加注构件3给水处理构件5内的水处理层51提供活化液进行反复使用，废液回收构件4回收水处理构件内使用过的活化液，变阻器9与加湿构件6内的超声发生器电连接，自动控制超声发生器61的功率，负离子发生构件10产生负离子并通过热空气传送构件7混入热空气内。具体的：

加水构件2包括加水把手21、第一弹簧22、加水阀23和第一进液管24，装置启动前，通过加水把手21打开加水构件2，加水构件2通过第一弹簧22与床头1内的固定安装件11连接，且第一进液管24有一段为波纹软管，通过第一弹簧22和第一进液管24配合加水构件2的推进和拉出，向加水构件2中加自来水，通过加水阀23控制自来水的供给，加水构件2所在床头1侧有一玻璃细条，可以通过玻璃细条观察加水构件2内的水是否需要补充。

加水构件2内的自来水在重力的作用下进入水处理构件5，水处理构件5包括水处理层51、出水管52、出水阀53、排废液管54和排废液阀55，水处理层51内设置树脂材料(树脂材料可以为强酸型阳离子交换树脂)，该树脂材料除去自来水中的钙镁离子，继续在重力的作用下通过出水管52和出水阀53流入加湿构件6内。

活化液加注构件3包括活化液加注把手31、第二弹簧32、活化液加注阀33和第二进液管34，活化液加注构件3通过第二弹簧32与固定安装件11连接，第二进液管34有一段为波纹软管，通过第二弹簧32和第二进液管34配合活化液加注构件3的推进和拉出，通过加注把手31拉出活化液加注构件3，活化液加注构件3内添加的盐水用于水处理构件5中树脂材料的再生，保证树脂材料的净化率。水处理构件5中的树脂材料再生后的废水可以排到床头底部的废液回收构件4内，废液回收构件4上设置废液回收把手41，方便对废液回收构件4的推进和拉出，水处理构件5底部连通的排废液管54及设置在排废液管54上的排废液阀55控制废液的排出，排废液管55的废液排放到废液回收构件4中。

加湿构件6为加湿水箱，加湿水箱底部设置超声发生器61(型号为DN25-16A-40)，水箱侧上部与热空气传送构件7连通，加湿水箱顶部连通空气导出构件8，加湿水箱中可设置水位感应装置用于调控进入水箱中的水量，当需要加水时，由水位感应装置(型号为TRE1-PT500-601)控制的加水阀23和出水阀53开启，加水完成后，加水阀23和出水阀53关闭；或者由人工直接控制进行加水；在水面上方设置紫外灯62。装置通电后，紫外灯62通电运行，消除尚未加湿的水在水箱中积存而滋生的细菌。与此同时，水箱底部的超声发生器61高速震荡，将水抛离水面而产生水雾。

热空气传送构件7为通气管道，在通气管道上设置空气加热器71(型号为SV-HA-60B-220-300)，通气管道的一端与床头1外的大气连通，通气管道的另一端与加湿构件6连通，干燥的室内空气经过空气过滤网72进入通气管道，经过空气加热器71预热达到较高温度后进入水箱与水雾混合，较高温度的干燥空气可以尽可能的容纳水雾，并且水雾(小水滴)在高温干燥的空气中蒸发为水蒸气后与空气充分混合，使空气含湿量增加。热空气传送构件7还与负离子发生构件10连通，负离子发生构件10包括离子生成器101、负离子转换器102和释放器103，由离子生成器101产生的电离子进入负离子转换器102，在负离子转换器102中摩擦以及不规则运动产生高活性负氧离子，通过释放器103释放出来，增加空气中的负氧离子浓度(距离出气口30cm处负氧离子浓度为6×10⁷/cm³)，现有的产品集离子生成器、负离子转换器和释放器于一体，可选用JP-A2241负氧离子发生器。为了减少装置的工作噪音，加湿水箱是双层构造，夹层之间填充有隔音棉，水箱外部贴有隔音毡。

空气导出构件8包括风动装置81、送气软管82、消声器83(型号ZHXS.ZB-30×20×100L)和出气口85，送气软管82一端与加湿构件6连通，风动装置81设置在连通处，消声器83设置在送气软管82上，出气口85设置在送气软管82的另一端且与床头1外大气连通；能够最大限度的降低送风时带来的噪声。在出气口85处可设置温度传感器84(型号DS18B20)，可以检测温度后与设定值比较，调节空气加热器71的产热量，来调节出气口85的空气温度。空气导出构件还可以包括风动装置81、软接头86、不锈钢风管87、消声器83、送气软管82和出气口85，不锈钢风管87一端与加湿构件6连通，一端与送风软管82连通，风动装置81设置在连通处，消声器83设置在送气软管82上的软接头86之后，软接头86用于风动装置81的消声减震，出气口85设置在送气软管82的另一端且与床头1外大气连通。

在床头1外与出气口85连通设置布施口13，布施口13为半圆环形的构件，沿床头1长度方向设置滑轨12，布施口13通过滑块15悬设在滑轨12上，在出气口85与布施口13的连通处设置多个布施挡板14，可以使送风维持在半圆弧形，使加湿后的空气能够覆盖在人体的面部。

滑块15携有红外线测温探头(型号JRDCF1400)，该探头探测人体的面部温度，可根据人体面部所在的温度感应的位置带动滑块15在滑轨上移动，以便精准的对人体面部提供湿空气。布施挡板14可以使送风维持半圆弧形，将人体整个面部进行加湿增氧。出气口85的下部悬挂有湿度传感器16(型号DHT11)，可以探测人体头部附近的空气相对湿度，当相对湿度达到设定值的上限时，湿度传感器16发出电信号，接收到信号的变阻器9(型号BP1-000)自动增大阻值，降低超声发生器61的振荡频率，降低产湿量；当相对湿度低于设定值的下限时，湿度传感器16发出电信号，接收到信号的变阻器9自动减小阻值，增大超声发生器61的振荡频率，增加产湿量。从而实现了依据人体需要的装置间歇运行。

实施例2：本实施例利用实施1中的装置进行加湿过程的模拟和研究

床体长2.0m，宽1.8m，高0.45m；床头高1.0m，宽1.8m；室内温度为20℃，室内空气相对湿度为30％，空气比热容为C＝1.007KJ/(Kg^.℃)，空气密度ρ＝1.205Kg/m³。

1、布施口尺寸和高度的确定

查阅参考书籍《室内热环境与人体热舒适》(李百战，郑洁等编著)和文献(ANSI/ASHRAE Standard 55-1992.Thermal environmental conditions for human occupancy.Atlanta:American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,1992)和(Kaczmarczyk J,Melikov A,Fanger P O.Human response to personalized ventilation and mixing ventilation.Indoor Air,2004,14(8):17-29)的结论可知：

吹到人体头部的适宜空气温度为：23-25℃。

吹到人体头部的适宜空气相对湿度为：40％-70％。

吹到人体头部的适宜空气流速为：0.15-0.25m/s。

根据Fluent软件流场模拟，通过改变风口面积、风口流速和风口高度来模拟人体头部空间湿空气的流场，把到达人体头部空间湿空气的温度、相对湿度、风速控制在舒适的范围。

Fluent软件模拟假设如下：

布施口尺寸为：内圆半径为0.1m，外圆半径为0.15m，圆环厚度为0.02m；

布施口面积为：(0.15²-0.1²)×π＝0.04m²；

布施口高度为：半圆弧形风口最高点距床板高度0.6m；

当布施口风速为0.5m/s时，速度场分布见图3；

当布施口风速为1.0m/s时，速度场分布见图4；

通过舒适性比较，选择布施口风速为0.5m/s，到达人体面部风速大约为0.2m/s，此时布施口送风量为72m³/h。

当布施口空气的温度为24℃、布施口风速为0.5m/s时，温度场分布见图5(温度单位为热力学温度K；空气温度(℃)＝热力学温度(K)-273.15)。

当布施口空气的温度为25℃、布施口风速为0.5m/s时，温度场分布见图6(温度单位为热力学温度K；空气温度(℃)＝热力学温度(K)-273.15)。

通过舒适性比较，当布施口空气流速为0.5m/s、温度为24℃或25℃时，到达人体面部空气温度均满足热舒适要求。

在布施口空气温度为24℃，布施口空气流速为0.5m/s时，布施口周围空气相对湿度分布见图7。

在布施口空气温度为25℃，布施口空气流速为0.5m/s时，布施口周围空气相对湿度分布见图8。

通过比较，当布施口空气流速为0.5m/s、温度为24℃和25℃时，到达人体面部的空气相对湿度均在舒适范围。

因此，综合考虑人体面部附近风速、温度、空气相对湿度等因素，在满足热舒适的前提下，确定布施口尺寸为：内圆半径为0.1m，外圆半径为0.15m，圆环厚度为0.02m；布施口高度为：半圆弧形风口最高点距床板高度0.6m；布施口风速为0.5m/s，布施口送风温度为24-25℃，送出的为饱和湿空气。

2、空气加热器加热量的确定。

吹到人体头部的适宜空气温度为：23-25℃。考虑在送风的过程中会存在热损失，因此布施口温度选为25℃，总送风量为144m³/h。

电加热器每小时加热量：

Q＝C·m·Δt＝1.007×144×1.205×(25-20)＝873.7J

3、温度传感器和湿度传感器的设定值

根据人体面部舒适性的要求，将温度传感器设定为24～25℃，将湿度传感器设定为40％～70％。

4、加湿量的确定

室内空气状态为：温度20℃，相对湿度30％

加湿后送风空气状态为：温度25℃，相对湿度100％

查阅湿空气焓湿图可得：

室内空气含湿量d₁＝4.5g/kg干空气

加湿后送风空气含湿量d₂＝20g/kg干空气

处理的空气量为Q＝72m³/h，k为安全系数，取k＝1.1

加湿量为：

5、树脂材料活化液用量的确定

$Q=\frac{RE}{YD-{\mathrm{YD}}_c}$

Q-----------周期产水量,m³

R-----------树脂填装量，取0.3L

E-----------树脂工作交换容量，取1.2ml/L

YD--------进水硬度,取4mol/m³

YD_c-------出水硬度1mol/m3

$Q=\frac{0.3\×1.2}{4-1}=0.036m^3=36L$

6、两个带有红外线测温仪的滑块之间距离设定值和温度设定值

查阅文献(潘黎，基于人体生理参数的清醒和睡眠状态的热舒适研究)可知，冬季睡眠时人体面部皮肤温度大约为33～34℃，因此将红外线测温仪测量温度设定为32～35℃。

查阅国家规范GB/T23461-2009可知，人体面部平均宽度为156.8mm，人体头部厚度为231mm.因此，将两个带有红外线测温仪的滑块之间距离设定为150mm，能同时满足平躺时和侧身时，送风口中点与人体头部中点对齐。