一种冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置与方法与流程

本发明涉及冷藏室调湿装置，尤其涉及一种冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置与方法。

背景技术：

近年来，随着生活水平的提高，民众对于冰箱的要求已不再是单纯的低温存储，而是越来越关注食材的存储品质。对于0～10℃的冷藏保鲜区域来说，不同食物具有不同的存储温湿度要求，特别是受湿度的影响较大。例如，干货、茶叶或一些珍贵药材需要存放在相对湿度45％以下的区域内，糕点等需保持相对湿度在60％左右，而果蔬等则建议存储在湿度95％以上的环境。如果冰箱内部的温、湿度与食物的储藏条件不相匹配，则易引发食材口感变差、受潮、甚至失效变质等问题。分区存储这一功能的实现离不开安全、便捷、低能耗的分区控湿技术。由于冰箱分区内空间十分有限，调湿设备需小巧易组装、维护，且对控湿过程的清洁、安全等有较高要求。

当前冰箱分区存储通常采用改变蒸发器、压缩机及风机的运行策略，降温控湿共同进行。这类方式存在着调湿效果不明确、效率低、管路复杂等问题；还会影响食品的外观和口感。为解决这些问题，温湿度独立处理系统开始受到冰箱生产厂商的关注。例如采用采用具有蜂窝状结构的吸附除湿转轮，这一方式虽可实现低露点运行，但存在占地面积大、有运动部件、维护困难等问题。

电解质膜调湿技术是一种基于质子交换膜的电化学主动湿度处理方式。通过在膜电极两侧施加低压电场，利用电化学反应使得电极阳极侧空气湿度降低而电极阴极侧空气湿度升高，以实现低露点除湿或加湿；并可通过调节电场而进行湿度的准确调节。特别的，这一方式结构简单紧凑，可小至几cm³适合以调湿模块的形式，根据不同的目标湿度及空间要求组装，灵活多变，易于维护。因此，对于冰箱分区控湿是一种较理想的方式。

现有相关技术中，尚未有将电解质膜调湿技术用于冰箱冷藏分区控湿方面。因此，开发一种高效、便捷、模块化的分区调湿装置，对于解决现有家用冰箱分区控湿的不足，提升食材的存储品质具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置与方法。通过(可调压直流电源)调节调湿装置的供电压，使其电化学反应，进而调节所面对的储物空间内的空气湿度，可实现冰箱冷藏室的分区控湿，提高对各类食材的存储品质。本发明简单紧凑，可组合，易安装维护；无二次污染，节能静音。

本发明通过下述技术方案实现：

一种冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置，该调湿装置包括四周带边框1的筛网式电极层；

所述筛网式电极层包括依次叠合在一起的第一筛网式电极层4、质子交换膜6和第二筛网式电极层5；在第二筛网式电极层5的下方设有湿度传感器7或者温/湿度计；

所述第一筛网式电极层4和第二筛网式电极层5的接线端2、3分别通过导线连接1.29～10v可调压直流电源；或者第一筛网式电极层4和第二筛网式电极层5的接线端2、3分别通过导线连接直流调压器9，直流调压器9和湿度传感器7分别与控制输出电路8相连。

所述第一筛网式电极层4和第二筛网式电极层5构成筛网式电极的两个侧面；

当其中一个侧面与供电线路的阳极连接、另一个侧面与供电线路的阴极连接时，阳极所在的侧面所接触的空气中的水蒸气发生电解反应，发生式(1)反应：

2h2o→4h⁺+o2+4e^-，(1)；

式(1)产生的氢离子h⁺及其携带的水分子在电渗作用下穿过质子交换膜6到达阴极所在侧面，电子e^-通过电路到达阴极所在侧面，发生式(2)反应消耗氧气并产生水：

o2+4h⁺+4e^-→2h2o，(2)；

通过式(1)和式(2)的反应，使得阳极所在侧面面对的空间区域内空气湿度降低，而阴极所在侧面面对的空间区域内空气湿度升高。

筛网式电极层为金属筛网结构集电层，该金属筛网结构集电层上喷涂有催化剂颗粒层。

金属筛网结构集电层为多孔金属筛网，厚度为0.8mm-2mm，材质采用为括钛、钛合金或不锈钢。

催化剂颗粒层为碳载催化剂微粒层或重金属催化剂微粒层。

本发明冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置的调湿运行方法，包括如下步骤：

通过调湿装置建立两组运行空间；调湿装置包括第一调湿装置和第二调湿装置；

第一组运行空间包括：自上而下依次设置的第一风道空间和第一储物空间，在第一风道空间与第一储物空间的隔层上安装第一调湿装置；

第二组运行空间的结构布局与第一组运行空间相同，即自上而下依次设置的第二风道空间和第二储物空间，在第二风道空间与第二储物空间的隔层上安装第二调湿装置；

第一风道空间与第二风道空间之间设置有，可使二者气流互通或者隔离的活动阀板18；

第一风道空间的出气口通过带有第一风阀16的管路与第二储物空间连通；

第二风道空间的出气口通过带有第二风阀17的管路与第一储物空间连通；

果蔬模式及干货模式分别运行步骤：

第一储物空间为果蔬模式，第二储物空间为干货模式；

关闭第一风道空间出气口的第一风阀16；

关闭第二风道空间出气口处的第二风阀17；

打开活动阀板18，使第一风道空间与第二风道空间连通；

第一调湿装置，其朝向第一储物空间的侧面与供电线路负极相连，同时朝向第一风道空间的侧面与供电线路正极相连；安装于第二储物空间的第二调湿装置，其朝向第二储物空间的侧面与供电线路正极相连，同时朝向第二风道空间的侧面与供电线路的负极相连；此时，第一储物空间内的空气湿度升高，第二储物空间内的空气湿度降低；直至第一储物空间和第二储物空间内的空气湿度达到所需值。

在果蔬模式及干货模式分别运行步骤中：

所述第一风道空间和第二风道空间内的空气可选地为蒸发器送风或冰箱内回风，用于同时向果蔬模式的第一储物空间提供水蒸气及带走干货模式的第二储物空间排出的水蒸气。

果蔬模式及干货模式共同运行步骤：

第一储物空间为果蔬模式，第二储物空间为干货模式；

关闭第一风道空间与第二风道空间之间的活动阀板18，将第一风道空间及第二风道空间隔离；打开第一风道空间出气口处的第一风阀16，打开第二风道空间出气口处的第二风阀17，使第一储物空间与第二风道空间连通，第二储物空间与第一风道空间连通；

第一调湿装置，其朝向第一储物空间的侧面与供电线路的负极相连，同时朝向第一风道空间的侧面与供电线路的正极相连；第二调湿装置，其朝向第二储物空间的侧面与供电线路的正极相连，同时朝向第二风道空间的侧面与供电线路的负极相连；此时，第一储物空间内的空气湿度升高，第二储物空间内的空气湿度降低，直至第一储物空间和第二储物空间内的空气湿度达到所需值；

在果蔬模式及干货模式共同运行步骤中：

所述第一风道空间和第二风道空间内的空气可选地为蒸发器送风或冰箱内回风；第一风道空间向果蔬模式的第一储物空间提供水蒸气，空气湿度降低；第一风道空间内湿度低于第二风道空间内的湿度；

第一风道空间内的空气通过带第一风阀16的管路进入第二储物空间，以降低第二储物空间的除湿能耗；与此同时，第二风道空间用于带走干货模式的第二储物空间内多余的水蒸气，空气湿度升高；第二风道空间内的空气通过带第二风阀17的管路进入第一储物空间，以降低第一储物空间加湿能耗。

所述第一风道空间与第二风道空间，分别设置有用于促进空气流动的第一循环风扇14和第二循环风扇15。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

该调湿装置结构简单紧凑，可小至几cm³，易安装、拆卸及维护，可根据不同冰箱冷藏室的形式及空间要求组装；

该调湿装置控制依靠电化学反应驱动水分迁移，可实现低露点工况下的湿度调控；可通过调整电压大小以准确控制调湿效果，调控简单、响应快捷；

该调湿装置安全性高，无需额外冷水、溶液等介质；不具有腐蚀和有害物质产生，无二次污染，使得工作环境卫生清洁；无附加驱动装置，运作过程无噪音产生。

该调湿装置采用低压直流电，供电方式以及运行方式具有可选择性等优点，操控简单灵活，可用于直流冰箱及太阳能光伏冰箱等。

本发明第一风道空间的出气口通过带有第一风阀16的管路与第二储物空间连通；第二风道空间的出气口通过带有第二风阀17的管路与第一储物空间连通；这种组态，可使风道空间可与储物空间选择性的连通，在一定条件下可允许储物空间内的气流经风阀进入风道空间被除湿/增湿，后通过风道空间经风阀返回流入该或另一储物空间；例如，风道空间内湿度较低的空气可进入需要湿度较低的储物空间内，风道空间内湿度较高的空气可进入需要湿度较高的储物空间内，以降低整体调湿能耗。

本发明通过两种调湿运行方法，为果蔬及干货提供了可选择性的多种工况下的运行模式，依靠电化学反应驱动水分迁移，实现了低露点工况下的湿度调控；可通过调整电压大小以准确控制调湿效果，调控简单、响应快捷；安全性高，无需额外冷水、溶液等介质；不具有腐蚀和有害物质产生，无二次污染，使得工作环境卫生清洁；无附加驱动装置，运作过程无噪音产生。这种调湿运行方案，技术手段简便易行，具有积极的技术效果，应用领域广阔。

附图说明

图1为本发明冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置结构示意图。

图2为图1中所示边框结构示意图。

图3为本发明通过调湿装置建立的两组运行空间组态模式结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-3所示。本发明公开了一种冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置，该调湿装置包括四周带边框1(绝缘材料)的筛网式电极层；

所述筛网式电极层包括依次叠合在一起的第一筛网式电极层4、质子交换膜6和第二筛网式电极层5；在第二筛网式电极层5的下方设有湿度传感器7(人工控制时为数显或者指针式温/湿度计)；

所述第一筛网式电极层4和第二筛网式电极层5的接线端2、3分别通过导线连接直流调压器9(如1～24v2.5a60w可调压适配器、1～36v1.7a60w可调压适配器等)，直流调压器9和湿度传感器7分别与控制输出电路8(如1～24v2.5a60w可调压适配器、1～36v1.7a60w可调压适配器等)相连。当然也可以直接给筛网式电极层直接接入上1.29～10v或者3～10v电压，并在储物空间内放置温/湿度计，进行手动控制；也可通过上述直流调压器9和控制输出电路8，通过湿度传感器7采集的湿度信息，控制输出电路8所输出的控制信号，在1.29～10v范围内自动调整电压，以准确、快捷的调整对储物空间内空气的除湿/加湿效果。

所述第一筛网式电极层4和第二筛网式电极层5构成筛网式电极的两个侧面；

当其中一个侧面与供电线路的阳极连接、另一个侧面与供电线路的阴极连接时，阳极所在的侧面所接触的空气中的水蒸气发生电解反应，发生式(1)反应：

2h2o→4h⁺+o2+4e^-，(1)；

式(1)产生的氢离子h⁺及其携带的水分子在电渗作用下穿过质子交换膜6到达阴极所在侧面，电子e^-通过电路到达阴极所在侧面，发生式(2)反应消耗氧气并产生水：

o2+4h⁺+4e^-→2h2o，(2)；

通过式(1)和式(2)的反应，使得阳极所在侧面面对的空间区域内空气湿度降低，而阴极所在侧面面对的空间区域内空气湿度升高。

筛网式电极层为金属筛网结构集电层，该金属筛网结构集电层上喷涂有催化剂颗粒层。

金属筛网结构集电层为多孔金属筛网，厚度为0.8mm-2mm，材质可采用括钛、钛合金或不锈钢。

催化剂颗粒层可以是碳载催化剂微粒层或重金属催化剂微粒层。

在市场应用环节中，本发明所提供的调湿装置可应用于多个运行空间中，包括应用于储物空间与风道空间之间。

例如当应用于冷藏室时。所应用的冷藏室可以被分隔为多个储物空间，不同储物空间科用于储放不同存储要求的食材，不同储物空间湿度设定值可包括：干货、药材～45％，糕点～60％，蔬菜水果～95％等；调湿装置可安装于储物空间的顶部、侧部或底部，用于间隔储物空间和风道空间；同时，各储物空间内调湿模块安装位置均独立供电，用于向电解质膜调湿模块提供低压电；

质子交换膜6的材料选自包括nafion隔膜，可选择性透过氢质子。

调湿装置工作运行过程中，当该储物空间用于贮存果蔬等食材时，所需湿度在95％以上，储物空间内的空气需加湿，可作为果蔬模式。此时，朝向储物空间的侧面处与供电线路的负极相连，同时朝向风道空间的侧面与供电线路的正极相连；若采用自动控制时，这两侧的电压根据湿度传感器与设定值的差值、由控制输出电路输出控制信号、并通过直流调压器进行自动调整：若差距大于预定值，则供给较高的电压(即升高电压)，使储物空间内的湿度以较快的速度接近设定值；若差距小于预定值，供给较低的电压(即降低电压)以降低控湿能耗。因此，储物空间内的空气湿度升高并逐渐趋于设定值，风道空间内的空气湿度降低。若手动控制时，根据温湿度情况调节电压高低即可。

当调湿装置工作运行过程中，该储物空间用于贮存干货等食材时，所需湿度在45％以下，储物空间内的空气湿度需降低，可作为干货模式。此时，朝向储物空间的侧面应与供电线路的正极相连，同时朝向风道空间的侧面应与供电线路的负极相连；若采用自动控制时，这两侧的电压根据根据湿度传感器与设定值的差值、由控制输出电路输出控制信号、并通过直流调压器进行自动调整，若差距大于预设值，则供给较高的电压(即升高电压)，使储物空间内的湿度以较快的速度接近设定值；若差距小于预定值，供给较低的电压(即降低电压)以降低控湿能耗。因此，储物空间内的空气湿度降低并逐渐趋于设定值，风道空间内的空气湿度升高。

本发明冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置的调湿运行方法，可通过如下步骤实现：

通过调湿装置建立两组运行空间；调湿装置包括第一调湿装置和第二调湿装置；

第一组运行空间包括：自上而下依次设置的第一风道空间和第一储物空间，在第一风道空间与第一储物空间的隔层上安装第一调湿装置；

第二组运行空间的结构布局与第一组运行空间相同，即自上而下依次设置的第二风道空间和第二储物空间，在第二风道空间与第二储物空间的隔层上安装第二调湿装置；

第一风道空间与第二风道空间之间设置有，可使二者气流互通或者隔离的活动阀板18；

第一风道空间的出气口通过带有第一风阀16的管路与第二储物空间连通；第二风道空间的出气口通过带有第二风阀17的管路与第一储物空间连通；这种组态，可使风道空间可与储物空间选择性的连通，在一定条件下可允许储物空间内的气流经风阀进入风道空间被除湿/增湿，后通过风道空间经风阀返回流入该或另一储物空间；例如，风道空间内湿度较低的空气可进入需要湿度较低的储物空间内，风道空间内湿度较高的空气可进入需要湿度较高的储物空间内，以降低整体调湿能耗。

果蔬模式及干货模式分别运行步骤：

第一储物空间为果蔬模式，第二储物空间为干货模式；

关闭第一风道空间出气口的第一风阀16；

关闭第二风道空间出气口处的第二风阀17；

打开活动阀板18，使第一风道空间与第二风道空间连通；

第一调湿装置，其朝向第一储物空间的侧面与供电线路负极相连，同时朝向第一风道空间的侧面与供电线路正极相连(为达到进一步优化效果，其供给电压可由通用控制输出电路产生控制信号、再通过直流调压器调整)；安装于第二储物空间的第二调湿装置，其朝向第二储物空间的侧面与供电线路正极相连，同时朝向第二风道空间的侧面与供电线路的负极相连(同样，为达到进一步优化效果，其供给电压可由通用控制输出电路产生控制信号、再通过直流调压器调整)；此时，第一储物空间内的空气湿度升高，第二储物空间内的空气湿度降低；直至第一储物空间和第二储物空间内的空气湿度达到所需值；

第一风道空间和第二风道空间内的空气可选地为蒸发器送风或冰箱内回风，用于同时向果蔬模式的第一储物空间提供水蒸气及带走干货模式的第二储物空间排出的水蒸气。

本运行模式适用于处于果蔬模式及处于干货模式的储物空间运行时间不一致或其内容量相差较大的情况。

果蔬模式及干货模式共同运行步骤：

第一储物空间为果蔬模式，第二储物空间为干货模式；

关闭第一风道空间与第二风道空间之间的活动阀板18，将第一风道空间及第二风道空间隔离；打开第一风道空间出气口处的第一风阀16，打开第二风道空间出气口处的第二风阀17，使第一储物空间与第二风道空间连通，第二储物空间与第一风道空间连通；

第一调湿装置，其朝向第一储物空间的侧面与供电线路的负极相连，同时朝向第一风道空间的侧面与供电线路的正极相连(为达到进一步优化效果，其供给电压可由通用控制输出电路产生控制信号、再通过直流调压器调整)；第二调湿装置，其朝向第二储物空间的侧面与供电线路的正极相连，同时朝向第二风道空间的侧面与供电线路的负极相连(同样，为达到进一步优化效果，其供给电压可由通用控制输出电路产生控制信号、再通过直流调压器调整)；此时，第一储物空间内的空气湿度升高，第二储物空间内的空气湿度降低，直至第一储物空间和第二储物空间内的空气湿度达到所需值；

第一风道空间和第二风道空间内的空气可选地为蒸发器送风或冰箱内回风。第一风道空间向果蔬模式的第一储物空间提供水蒸气，空气湿度降低。第一风道空间内(湿度较低)的空气通过带第一风阀16的管路进入第二储物空间，以降低第二储物空间的除湿能耗。与此同时，第二风道空间用于带走干货模式的第二储物空间内多余的水蒸气，空气湿度升高。第二风道空间内(湿度较高)的空气通过带第二风阀17的管路进入第一储物空间，以降低第一储物空间加湿能耗。

本运行模式适用于处于果蔬模式及处于干货模式的储物空间运行时间及其内容量较接近的情况。

在上述两种运行模式中第一风道空间与第二风道空间，分别设置有用于促进空气流动的第一循环风扇14和第二循环风扇15。

如上所述，本发明冰箱冷藏室分区控湿电解质膜独立调湿装置，可以根据实际应用环境，单个或多个的形式组合，组合方式包括串联式、并联式、复叠式、组合式或多级式等。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。