摘 要：在资源紧缺、环境遭到严重破坏的当今社会，节能环保已成为中国社会乃至世界的主题。该干燥器的设计采用可循环利用的硅胶干燥剂和传统的弹簧相结合，围绕环保这个主题，设计出可多次利用的、环保、低成本、无危害的干燥器。该设计通过凸透镜放大原理与胡克定律相结合，将重量的改变量转化成弹簧的形变量，避免了采用重量传感器带来的电路设计和安全问题，也扩大了该产品的使用范围。通过凸透镜读取形变量，方便使用者掌握单次使用的有效时间，以便及时更换内部干燥袋。
关键词：干燥器 胡克定律 凸透镜 传感器 环保 简易
中图分类号：TQ33 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-058-02
1 引言
我国南方雨水偏多、气候潮湿，衣物、书本易受潮发霉，影响人们的正常生活。市场上多数干燥器因使用不方便、空间占用大、成本价格高等原因而不被大众认可。普通的家用空调的除湿效果不佳，而且功率大、成本高、使用范围有限，不适用于住校的学生。本文介绍一种简易方便、低碳环保、适用范围广、成本低的干燥器。
2 硅胶干燥剂介绍
2.1 硅胶干燥剂成分
硅胶干燥剂，主要成分是二氧化硅，化学式mSiO2·nH2O，由天然矿物经过提纯加工而成粒状或珠状。
2.2 硅胶干燥剂的工作原理
硅胶干燥剂的微孔结构对水分子具有良好的亲和力。其最适合的吸湿环境为室温（20~32℃）、高湿（60~90%）。它能使环境的相对湿度降低至40%左右。它的干燥原理就是通过物理方式将水分子吸附在自身的结构中或通过化学方式吸收水分子并改变其化学结构，变成另外一种物质。
2.3 硅胶干燥剂的特点
不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。
各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其它同类材料难以取代的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。
3 干燥剂的选用
3.1 硅胶干燥剂的安全性能
硅胶主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，不燃烧。
硅胶有很强的吸附能力，对人的皮肤能产生干燥作用，因此，操作时应穿戴好工作服。若硅胶进入眼中，需用大量的水冲洗，并尽快找医生治疗。
蓝色硅胶由于含有少量的氯化钴，有毒，应避免和食品接触和吸入口中，如发生中毒事件应立即找医生治疗。
3.2 硅胶干燥剂的选用
蓝色硅胶，可视性好，吸水后，变成淡粉色。有利于及时的更换干燥袋。但是其含有少量的的氯化钴，有毒，操作不慎，会带来严重后果，顾不考虑该产品。
为安全起见，我们选用普通的透明硅胶。普通硅胶对外界环境的潮湿灵敏度随其颗粒自身孔径的改变而改变。普通硅胶按孔径大小大致可以分成：大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶等四种硅胶。其中，粗孔硅胶的平均孔径为8~12nm，更加适合高湿度的外界环境，但其无法满足用户对低湿度环境吸水效果的要求。而细孔硅胶的平均孔径2~3nm，在相对湿度较低的环境中有很强的吸附力，缺点是在高湿度的环境下效果微弱。结合粗孔硅胶和细孔硅胶的优缺点，我们采用粗孔硅胶、细孔硅胶，以1:1的比例相结合，使干燥剂的有效湿度范围更广，既满足了在相对湿度较高的情况下有显著的吸水效果，又满足了对低湿度环境的吸水要求。
4 干燥器的设计原理及其结构
4.1 干燥器的设计原理
本设计利用胡克定律F=kx、凸透镜的放大成像原理以及干燥剂的吸水原理设计出节能环保、可多次循环利用、适用范围广、价格便宜、简易方便的干燥器。基本原理是干燥剂吸水后自身重量会改变，将其重量的改变量量化为数字量，从而方便用户掌握使用情况。
将重量的改变量转化为数字显示，我们首先想到的是利用传感器技术。但是由于传感器的使用需要电力的支持，本产品在使用过程中，会产生液体，要求电路的设计需要考虑防水功能，而电路的防水设施会增加产品的成本。而且，传感器又有量程、灵敏度、工作温度、工作电压、工作场合等的要求，增加的设计的复杂度，使用传感器也会增加设计的成本。因此，我们抛弃了使用传感器的想法，选择先将重量的改变量转化为形变量，在利用胡克定律与凸透镜成像原理相结合，通过形变量的大小来判断使用情况。具体原理如下：
干燥剂吸水后自身重量会改变使得弹簧上的受力增加，弹簧形变量增大，弹簧的螺距增大，为满足设计要求所选的弹簧劲度系数较大，所以借助刻有刻度尺的凸透镜，通过凸透镜放大原理，来读取微小形变量，从而实现了重量的改变量与数字化的间接转化。
根据使用的场合不同，产品可采用不同规模的外壳和干燥袋。现假设，干燥袋未吸水时，总重G0，由胡克定律知此时弹簧变形量为x0；吸水达到饱和时的总重Gt，该时刻对应的弹簧变形量为xt，x0 4.2 干燥器的设计结构 设计简图见图1干燥器的简易设计原理图。 图1 干燥器的简易设计原理图 下半部分的无孔均匀实心塑料区域，即溢水槽，是为了防止用户，长期未检查干燥袋是否达到饱和时，干燥剂继续吸水，导致水分溢出。 干燥袋的设计，是上布无封口，在烘干时，可以将其内的干燥剂取出，均匀分散在烘干器具上，增大了其有效的烘干面积。可缩短烘干时间。 4.3 干燥器的设计要求 上封盖：产品的上封盖需要承受弹簧和干燥袋的重量，需要有较强的抗压，抗变形能力和足够的强度和韧性，因此不能用塑料，可采用不锈钢或者铝合金材料。 外壳：外壳成圆柱形，外壳的设计决定产品的高度和宽度（径向直径）。对于产品的高度，设计时因保证弹簧位于最大形变时，干燥袋不与底部接触；对于产品的宽度，不同规格的产品高宽比不同，但都应满足在高度一定的情况下，尽可能使产品的稳定性最高，而且需要保证干燥袋与外壁之间留有空隙。 弹簧：应该采用劲度系数较大的产品。因为，(1)我们需要保证在使用过程中弹簧会不失效，即装有干燥袋的最大重量应在弹簧的实效量程内；(2)劲度系数太小时，为了避免干燥袋与底部接触，需要增加产品的竖直高度，这会降低产品的稳定性，若同时增加高度和宽度，则会增加产品的总成本；(3)劲度系数太小时，产品受外力（例如：意外碰撞）后，干燥袋易上下震荡，平衡性低，干燥袋易脱离弹簧挂钩。 5 注意事项 硅胶具有强的吸湿能力，因此应贮存在干燥地方，包装物与地面之间要有搁架。包装物有钢桶、纸桶、纸箱、塑料瓶、聚乙烯塑料复合袋、柔性集装袋等。运输过程中应避免雨淋、受潮和曝晒等。 产品需放在水平面上，如有倾倒应及时摆正。产品应避免受压。烘干时，不能直接把产品放入烘箱或加热装置上，这样会使塑料老化，也不能直接对干燥袋烘干，这样易发生火灾，应仅对干燥袋中的干燥剂进行烘干。 参考文献： [1] 上海市闵坤干燥有限公司.大孔硅胶干燥剂[EB/OL].http:// /pic/picshow-7-29457-002000153/lang=0. [2] 国成干燥剂厂.硅胶干燥剂产品介绍[EB/OL]./drierproduct.htm.
