TRIZ理论在家用加湿器设计中的应用

作者:未知

文/东北大学机械学院郑倩倩赵新军

随着科技的发展，人们越来越注重开发一些能帮助人类生活的更加舒适健康的产品。在这些产品中，加湿器通过改变空气的湿度从而很大程度地改善了人们的生活。加湿器的技术与外观形式的发展，反映出人们不断赋予产品新的定义与思想。

1 加湿器的发展历程

1.1 家用加湿器的发展背景

空气中的组成成分对人们的健康有很大的影响，如果空气中的水蒸气不够，也就是湿度低的情况下，会造成很多问题。比如，早上起床经常感觉口干嗓子疼、皮肤起皮等症状，这都是因为空气干燥引起的，干燥还加速体内水分流失，加速身体的老化，容易引起呼吸系统疾病，造成流感细菌的快速传播。此外，由于干燥的空气容易产生静电，使人心情烦躁、头晕胸闷、鼻喉不适等等，影响了人们的正常生活。医学研究表明，居室湿度达到45~65%RH时，人的身体、思维皆处于最佳状态，无论工作、休息都可收到理想的效果，所以调节空气湿度是很有必要的。

在加湿器出现前，人们为了让空气湿润，就在屋子里泼洒水或者放盆水，通过水的自然蒸发来加湿空气，但是效果都不理想。人们需要一种效率更高、效果更好的解决办法，于是加湿器便应运而生。加湿器最早应用于工业，后来才慢慢开始向家用发展。1987年，北京亚都科技生产出了中国第一台家用加湿器。

1.2 家用加湿器的发展史

早在20世纪50年代，日本就出现了加湿器。最早出现的是水喷射式加湿器。水喷射式加湿器是将水喷射到空气中加湿空气，效果并不是很好。

20世纪60年代，出现了电热和电极式加湿器。电热式加湿器是根据电流通过电阻产生热，电能转换成热能的原理，电加热管浸没在水中，电热管产生热量，从而使水沸腾变成水蒸汽，通过蒸汽扩散装置把水蒸汽送入空气从而达到加湿的目的（图1）。电热加湿器加湿出来的水雾是温热的，冬天使用更加舒适。电热式加湿器的性能稳定而且可靠，电热式加湿器还可以获得更高加湿控制精度，可使用自来水，控制方便。但是电热式加湿器耗电量大，容易造成额外风险。电极式加湿器多用于工业上，原理是将电极置于水中，利用电极间水的电阻加热水并使之气化（图2）。由于水作为电路的一部分，因而无水时即无电流，克服了电热式不安全的缺点。但它仍有耗能、电极板结垢、寿命短等问题。此外，由于它需要利用水中矿物质来导电，不能使用纯净水。

19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法。到了20世纪70年代，超声波技术已经处于成熟阶段，由于超声波具有传播的方向性好、穿透能力强的特点，这一技术被用于加湿器。超声波加湿器的原理是置于水箱底部的振动子将发振回路产生的超声波发射到水中，由于超声波的能量，水面产生气蚀状的水柱，周围产生水雾，再由风机将水雾吹至室内，实现对空气加湿（图3）。超声波加湿器体积小，加湿强度大，耗电量小，控制性能好，雾粒小而均匀，但是单价较高，使用寿命短，对水质要求高，如果使用不纯的水，造成细菌繁殖、“白粉”污染等后果。

20世纪70年代，高压喷雾式加湿器出现在大众视野。高压喷雾加湿器多用于工业，工作原理是通过产生冷水雾增加空气湿度，借助辅助设备高压柱塞泵，对水进行加压，迫使水在高压状态下急速通过管道从雾化喷头喷出，产生冷水雾，然后释放到周围空气中，提高空气湿度，改善空气质量。此种加湿器的特点是能随空气的相对湿度自动调节，即空气相对湿度低的时候加湿量大，空气相对湿度高时，加湿量低。

20世纪80年代出现了纯净型加湿器，直接蒸发型加湿器通常也被称为纯净型加湿器。纯净加湿技术则是加湿领域刚刚采用的新技术，通过分子筛蒸发技术，除去水中的钙、镁离子，彻底解决“白粉”问题。通过水幕洗涤空气，在加湿的同时还能对空气中的病菌、粉尘、颗粒物进行过滤净化，再经风动装置将湿润洁净的空气送到室内，从而提高环境湿度和洁净度。所以非常适用于有老人和小孩的家庭使用，还可以预防冬季流感病菌。但是它的耗电量相对于其他的加湿器而言，要大很多。

现在加湿器也有很多和空调结合的例子。和空调配套的使用是湿膜式加湿器，原理是水箱中的水输送到加湿器顶部的淋水器，水均匀地淋到湿膜的顶部，淋水器确保水均匀分配到湿膜材料上，水沿湿膜材料向下渗透，淋湿湿膜内部的所有层面，同时被湿膜材料吸收，形成均匀的水膜。当干燥的风通过湿膜材料时，干燥的空气和湿润的湿膜表面有较大面积的接触，从而达到较大的水份蒸发量。大量水分子随风送入需加湿的空间，使空气的湿度增加，从而达到加湿的目的（图4）。

目前家用加湿器市场的产品主要分为超声波加湿器、直接蒸发型加湿器和电热式加湿器3类。其中，直接蒸发型加湿器即纯净型加湿器是家庭用最佳选择。

2.2 TRIZ理论在加湿器产品形态材质中的应用

图5中小熊加湿器采用了辐射隔离装置，将有效阻隔机器工作时产生的电磁波，真正零辐射加湿。采用四层净水滤芯，三重空气净化系统（无纺布净化网、活性炭层、银离子涂层）有效净化水质。指示灯暗蓝表示通电待机，高蓝表示工作状态，红色表示缺水警报。透明水尺刻度可清楚看到水量。用到了TRIZ理论中的分离、维度变化、改变颜色3个原理。

图6是小熊加湿器的一个升级，在原来的基础上可通过旋钮调节出雾量大小，并且增加没水可自动断电功能。这个产品后增加的功能体现了TRIZ理论中的曲面化（图7）、预补偿、动态化原理。

图8的杯子加湿器底座中含有自动感应装置，放上水杯后不用任何按钮就可以加湿，水杯内部的刻度表示剩余水量可以用的时间。加湿器运用了TRIZ理论中的多用性、反馈原理，成功地将杯子转化为加湿器，不浪费水资源。

随着人们对设计的思考，近几年出现了新型加湿器，这些新型加湿器采用纳米技术，采用植物吸水的原理，创造了天然蒸发器，只需加入普通水，即可自然挥发，加湿空气，同时可配合精油使用（图9、图10）。与以往的加湿器完全不同，使用者可根据自身想法改变这些“植物”的形态，并且不需要电，环保高效，是加湿器的发展趋势。这些新型的加湿器运用了TRIZ理论中的自服务、维度变化、复合材料、动态化原理。

图11中所示的加湿器也是一款新型加湿器，它采用USB供电，体积与一根笔差不多，它的原理是将超声波模块缩小放入类似于吸管的体积内实现小范围的加湿效果。加湿器的基座就是它的充电器，使用USB充电，十分方便。平时的直立状态就是关机，想要开启只需转动吸管略掰一下，LED指示灯亮即为开启。用到的TRIZ原理有分离、预操作、嵌套。

3 加湿器的发展趋势分析

从刚开始出现加湿器到如今，加湿器越来越注重健康、环保、时尚、自然、多功能化，所运用的TRIZ理论也越来越广泛。

外观设计的多样性和时尚化已经成为近年来家用加湿器的发展趋势，所以今后的加湿器会呈现多元化的发展，体积小巧精致，维数多变，曲面化的加湿器会更多。可以利用TRIZ理论中的动态化、复合材料、柔性壳体或薄膜等原理。

在技术和内部结构上，随着生活水平的提高和一些新兴产业的出现，加湿器必将会越来越高效、安全、环保，操作也更加人性化，人机方面越来越和谐。原有的动力装置会逐渐消失，采用新型的复合材料，变有害为有利，真正实现环保。

4 结论

从20世纪50年代到今天，加湿器在国外得到了长足的发展，从一开始仅仅实现空气加湿功能到现在人们倾心的时尚产品，技术也由原来各种不成熟到如今采用高科技、新材料。通过分析加湿器的发展历程，可以发现未来的加湿器是多元化的。根据科学的进步和设计形态不断改进，加湿器发展得会越来越快，不断突破。尽管加湿器已经发展得很成熟，但在中国却只有30年的发展历史，如何更好地通过TRIZ理论实现加湿器的设计突破，成为产品的一个里程碑，是中国设计师在未来设计加湿器的突破口。

责编/刘红伟

参考文献

[1]赵新军.《技术创新理论（TRIZ）及应用》[M].北京:化学工业出版社，2004.

[2]赵新军，孙晓枫.《40条发明创造原理及其应用》[M].中国科学技术出版社，2014.

[3]张国强，曾光明，彭建国.《加湿器在日本的应用及进展》[J].暖通空调，1995.

[4]金辉.《加湿器的分类及原理》[J].大众用电，2011.

[5]阿诺.《润物细无声——室内加湿器》[J].电器评介，2004.

[6]加湿器创意设计.http://weixin.sogou.com/

[7]搜狗百科.《加湿器》http://baike.sogou.com/

[8]图片来源：http://ai.taobao.com/

[9]图片来源：http://pic.sogou.com/