熱泵式干衣機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

熱泵式干衣機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析1干衣機(jī)的原理與裝置1.1干衣機(jī)原理干衣機(jī)是利用電加熱來使洗好的衣物中的水分即時(shí)蒸發(fā)干燥的清潔類家用電器。對于北方的冬季和南方的“回南天”衣物難干的情況特別需要。另外，干衣機(jī)大量用于工業(yè)生產(chǎn)中，用于干燥織物，提高生產(chǎn)效率。干衣機(jī)在工作過程中主要是利用高溫氣流流經(jīng)衣物表面實(shí)現(xiàn)對衣物的加熱，將衣物上的水分蒸發(fā)，使衣物快速的干燥。干衣機(jī)在加熱過程中常用的加熱方式有電熱絲加熱、半導(dǎo)體加熱等。使用半導(dǎo)體加熱方式的干衣機(jī)在加熱過程中會(huì)自動(dòng)減小一定的功率，在節(jié)能的同時(shí)還能夠控制加熱器的最高溫度來保護(hù)衣物。干衣機(jī)最大的特點(diǎn)就是它不受天氣的影響，能夠自由的實(shí)現(xiàn)衣物的晾干。1.2干衣機(jī)的裝置一種干衣機(jī)的控制裝置，其特征在于，包括：獲取模塊，用于獲取用戶輸入的衣物的目標(biāo)干燥等級(jí)；濕度值模塊，用于檢測所述衣物的濕度值；濾波處理模塊，用于根據(jù)所述衣物的濕度值計(jì)算得到濕度判定值；干燥等級(jí)判斷模塊，用于根據(jù)所述濕度判定值確定所述衣物的干燥等級(jí)；溫度值模塊，所述溫度值模塊包括設(shè)置在干衣機(jī)的滾筒的排氣側(cè)的溫度傳感器，所述溫度傳感器用于檢測空氣經(jīng)過所述衣物后的溫度信號(hào)；干燥控制模塊，用于根據(jù)所述干燥等級(jí)以及所述目標(biāo)干燥等級(jí)對所述干衣機(jī)進(jìn)行干燥控制，以及在判斷所述衣物的干燥等級(jí)達(dá)到所述目標(biāo)干燥等級(jí)后，根據(jù)所述溫度信號(hào)、預(yù)設(shè)目標(biāo)變量對所述干衣機(jī)進(jìn)行干燥控制。1.3干衣機(jī)特點(diǎn)1、冷卻：當(dāng)加熱時(shí)間結(jié)束后，電機(jī)繼續(xù)工作但停止加熱，清涼的空氣進(jìn)入滾筒內(nèi)降溫冷卻衣服。當(dāng)定時(shí)指示指向“OFF”該程序結(jié)束，冷卻時(shí)間為20分鐘，冷卻程序是為經(jīng)過加熱烘干后的衣服降溫，防止衣服起皺。2、燙平加熱：根據(jù)衣服數(shù)量選項(xiàng)擇定時(shí)為30-60分鐘，功率開關(guān)設(shè)定為“弱”檔，冷卻程序結(jié)束后，衣服將有點(diǎn)濕，燙平加熱程序適合衣服需要燙平的。3、標(biāo)準(zhǔn)烘干:該項(xiàng)程序一般至少要60-150分鐘，根據(jù)你的需要功率開關(guān)選擇“強(qiáng)”或“弱”檔。程序結(jié)束后，衣服是干的，冷而無皺。德爾瑪干衣機(jī)標(biāo)準(zhǔn)烘干時(shí)間為60分鐘，大大提升了干衣效率，匆忙的上班族再也不必?fù)?dān)心工裝難干，面臨上班尷尬的局面了。4、強(qiáng)烘干：如果衣服數(shù)量很多（超過滾筒容量的1/2）或者衣服較厚，必須選擇此程序。設(shè)置時(shí)間在150分鐘以上，功率開關(guān)必須選項(xiàng)擇“強(qiáng)”檔。5、風(fēng)干：在這個(gè)程序期間加熱器不加熱，適合羽絨、毛衣、馬海毛、羊毛衫、棉衣等，衣服在煤礦完成后，選擇該項(xiàng)程序烘干，烘干后的衣服蓬松柔軟。此程序也可單獨(dú)用于松散久置于衣柜是的衣服，同樣達(dá)到上述效果。6、香薰：在喵星人干衣機(jī)的香薰盒里滴入數(shù)毫升香薰精油即可把衣物在烘干的同時(shí)進(jìn)行深度香薰，混合添加納米殺菌液更可消毒殺菌。1.4本章小結(jié)本章介紹了課題的研究的來源和意義，分析了干衣機(jī)的原理與裝置，暖風(fēng)干衣機(jī)是用高溫度氣流流過需干燥衣服表面，加熱衣物，并帶走蒸發(fā)的水分，使衣物快速干燥的。其常用的加熱方式有電熱絲加熱、半導(dǎo)體（PTC）加熱，用半導(dǎo)體成的加熱器，在環(huán)境（干衣機(jī)內(nèi)或者周圍）會(huì)自動(dòng)減小功率，節(jié)能的同時(shí)也控制了最高溫度保護(hù)衣物，安全可靠。它不受天氣條件限制，另外一些設(shè)計(jì)新穎的干衣機(jī)都是輕易拆裝的，方便又很省空間。設(shè)計(jì)優(yōu)秀的干衣機(jī)大都可以取暖，一機(jī)多用，對家庭可以帶來很多的方便，是減少大面積曬場和隨時(shí)提供烘干的有效設(shè)備。2熱泵式干衣機(jī)理論能效分析2.1熱泵式干衣機(jī)能效十衣機(jī)是一種高能耗設(shè)備，需要大量的熱量來加熱衣物中的水分使其汽化，傳統(tǒng)電加熱方式的干衣機(jī)能耗高且干燥效果不佳.熱泵是一種高效的熱量輸運(yùn)設(shè)備，其利用壓縮機(jī)消耗少量的功來實(shí)現(xiàn)熱量由蒸發(fā)器向冷凝器的轉(zhuǎn)移.熱泵干衣機(jī)充分利用了熱泵的熱量與冷量，降低了能耗的同時(shí)增強(qiáng)了干燥的效果.對比熱泵式干衣機(jī)和電加熱式干衣機(jī)的耗電量與干燥速率，驗(yàn)證了其可行性，同時(shí)對主要的部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算.分析了熱泵式干衣機(jī)在整個(gè)干燥過程中不同階段的干燥效果的變化規(guī)律，提高干燥預(yù)熱階段和后期的除濕能耗比是降低干燥能耗的有效途徑.最后，提出了一些改進(jìn)辦法，為進(jìn)一步優(yōu)化熱泵干衣機(jī)的結(jié)構(gòu)、降低熱泵干衣機(jī)的能耗指出了方向.熱泵與電加熱、PTC加熱等能量轉(zhuǎn)換方式不同，是一種能量轉(zhuǎn)移裝置。具體來說就是以消耗部分能源為代價(jià)，從低位熱源中吸取熱量，然后將消耗的能源與吸取的熱量一起傳遞給高位熱源，實(shí)現(xiàn)加熱的目的，可見這種工作方式比現(xiàn)有干衣機(jī)要節(jié)約能源。2.2熱泵式干衣機(jī)的能量轉(zhuǎn)移裝置熱泵是能量轉(zhuǎn)移裝置，與現(xiàn)有干衣機(jī)相比能夠節(jié)約能源。按保守估計(jì)，以熱泵系統(tǒng)能效比僅為2.5計(jì)，要提供2359kJ的汽化潛熱，只需要耗費(fèi)943.6kJ的電能。如假設(shè)風(fēng)機(jī)、漏熱、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件等因素所導(dǎo)致的耗電量與原有干衣機(jī)相同，則最大耗電量為3985kJ，實(shí)現(xiàn)節(jié)能26.2%。如對這些因素進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，則節(jié)能效果更為明顯。由于流經(jīng)冷凝器的空氣的絕對含濕量d很小，熱泵系統(tǒng)在比較低的冷凝溫度下即可降低空氣的相對濕度，提高空氣的吸濕能力，從而有利于擴(kuò)大干衣機(jī)適用衣料的范圍。無須設(shè)置排風(fēng)管，也不會(huì)將熱濕空氣排至室內(nèi)，不會(huì)影響室內(nèi)裝修及室內(nèi)空氣環(huán)境。2.3熱泵式干衣機(jī)的熱能循環(huán)熱泵蒸發(fā)器當(dāng)中吸收的熱量經(jīng)壓縮機(jī)輸送到冷凝器當(dāng)中來給風(fēng)進(jìn)行加熱。熱泵式干衣機(jī)融合了熱泵循環(huán)低溫（低于70°C）烘干及冷凝除濕、無濕熱排放的全封閉風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基于溫濕度傳感的智能控制（衣干即停）、收集并儲(chǔ)存冷凝水的雙水路及三層過濾等核心創(chuàng)新技術(shù)，能效等級(jí)達(dá)到歐盟指令A(yù)++以上，比冷凝式干衣機(jī)節(jié)電40%，與直排式干衣機(jī)相比節(jié)電超過50%,節(jié)能高效優(yōu)勢非常突出。2.4本章小結(jié)從以上工作過程分析可見，利用熱泵型干衣機(jī)進(jìn)行干燥可以克服現(xiàn)有干衣機(jī)的缺陷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、適應(yīng)性廣及與環(huán)境友好的目的。3熱泵式干衣機(jī)的類型及研發(fā)3.1熱泵式干衣機(jī)的類型國內(nèi)外許多科研人員都曾研究、試制過熱泵型干衣機(jī)。有多種類型的熱泵型干衣機(jī)，下面分別予以簡要介紹。第一類是蒸汽壓縮式熱泵干衣機(jī)，這種類型的干衣機(jī)利用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器對來自衣物的潮濕空氣進(jìn)行降溫除濕，冷凝器用來對空氣進(jìn)行等濕升溫，加熱后的空氣再去對衣物進(jìn)行干燥。由于蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)是一種非常成熟的技術(shù)，用于熱泵工況時(shí)供熱效率高，工作安全可靠，因而這種類型的干衣機(jī)得到了最為廣泛的研究。目前我國已有多項(xiàng)以蒸汽壓縮制冷原理為基礎(chǔ)的熱泵型干衣機(jī)專利，這些專利主要介紹了干衣機(jī)的具體部件、結(jié)構(gòu)等。3.2熱泵式干衣機(jī)的研發(fā)屈百達(dá)［2］應(yīng)用分布參數(shù)控制理論建立了衣物溫度控制模型，進(jìn)行了干衣機(jī)內(nèi)衣物溫度分布控制參數(shù)研究。在設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究方面，陳東等［3］確定了熱泵型干衣機(jī)中的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)，包括循環(huán)風(fēng)參數(shù)、冷凝器、蒸發(fā)器、循環(huán)風(fēng)道、干衣箱及其他輔助部件的工作參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，為蒸汽壓縮式熱泵型干衣機(jī)的設(shè)計(jì)提供了很好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。E.L.Schmidt等［4］、K.Klocker等［5］研制了可以用做干衣機(jī)的CO2超臨界循環(huán)熱泵干燥設(shè)備。這種類型干衣機(jī)的系統(tǒng)壓力高，對系統(tǒng)氣密性要求高，與蒸汽壓縮式相比效率較低、造價(jià)較高。其優(yōu)點(diǎn)在于工作介質(zhì)環(huán)保，在對環(huán)保要求越來越嚴(yán)格的今天，其發(fā)展前景看好。另外，由于家用干衣機(jī)對運(yùn)行過程中的噪聲要求比較嚴(yán)格，陸金銘等［6］設(shè)計(jì)制造了熱泵干衣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并對其進(jìn)行了噪聲分析，主要包括熱泵機(jī)組及其配管系統(tǒng)的模態(tài)和諧響應(yīng)分析；張銳軍等［7,8］也對該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的板架和配管系統(tǒng)進(jìn)行了噪音分析及減震降噪措施的研究。第二類是基于帕爾帖效應(yīng)的熱電熱泵干衣機(jī)，羅清海等［9］研制了該種干衣機(jī)樣機(jī)并針對不同工況進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試。其優(yōu)點(diǎn)在于工作安靜，但是效率仍低于蒸汽壓縮式循環(huán)，且比后者更易受環(huán)境溫度波動(dòng)的影響。上述兩類系統(tǒng)中，一般不允許拆卸換熱器進(jìn)行常規(guī)清洗，因此J.E.Braun等［10］研制了基于逆布雷頓循環(huán)的空氣循環(huán)熱泵干衣機(jī)樣機(jī)。該類型干衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以拆卸清洗換熱器，工作介質(zhì)環(huán)保，在有壓縮空氣的條件下使用方便。但其效率雖高于電-熱轉(zhuǎn)換型干衣機(jī)，仍低于蒸汽壓縮式。3.3其它類型干衣機(jī)劉［11］介紹了一種具有微波加熱功能的全自動(dòng)洗衣機(jī)，其特點(diǎn)是可全自動(dòng)連續(xù)完成洗衣干衣功能，且干衣時(shí)間比電加熱式可縮短一半左右，但與原有PTC、電加熱型洗衣機(jī)一樣同屬能量轉(zhuǎn)換裝置，能耗大。曾偉杰等［12］研制了一種醫(yī)院用抽真空式干衣機(jī)，其原理是利用真空泵將密閉容器內(nèi)的絕對壓力降至0.2kPa以下，使衣物中水分子在真空條件下蒸發(fā)出去。同時(shí)為了提高水分子的動(dòng)能，在密閉容器內(nèi)使用低功率遠(yuǎn)紅外線發(fā)熱管進(jìn)行加熱，使容器內(nèi)的溫度保持在50±5°C，輔助提高其干衣效率。該種干衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是干后衣物蓬松，但密閉容器制造要求較高。4干衣機(jī)研發(fā)前景的展望從以上分析可知，熱泵型干衣機(jī)與現(xiàn)有類型干衣機(jī)相比在節(jié)能、環(huán)保、適應(yīng)性廣等方面都有一定的優(yōu)勢。其中，使用傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式熱泵干衣機(jī)由于其技術(shù)成熟、效率高而倍受關(guān)注，使用環(huán)保工質(zhì)CO2做制冷劑的干衣機(jī)也有一定的發(fā)展空間。3.4本章小結(jié)以上內(nèi)容，能夠讓我們清楚了解到熱泵式干衣機(jī)的類型的多樣性以及其研發(fā)出來的作用，和其它類型的干衣機(jī)對比出擁有哪些優(yōu)勢，也可以從中看到將來這些研發(fā)將在中國的每個(gè)家庭里普遍使用。4熱泵式干衣機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理4.1熱泵式干衣機(jī)的原理熱泵是一種高效加熱裝置，它通過消耗少量高品位能源（電、燃料燃燒、高溫蒸汽等），可把大量低溫?zé)崮茏優(yōu)楦邷責(zé)崮埽窗褵崮苡傻蜏乇盟偷礁邷兀?，用于生活供暖、提供干燥熱風(fēng)等。按工作原理，熱泵有蒸氣壓縮式熱泵、吸收式熱泵、化學(xué)熱泵等，其中應(yīng)用最廣泛的是電驅(qū)動(dòng)式蒸氣壓縮式熱泵。4.2熱泵式干衣機(jī)的結(jié)構(gòu)熱泵由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四個(gè)主要部分構(gòu)成，內(nèi)部充以適宜的循環(huán)工質(zhì)。基本工作過程為：低溫低壓的工質(zhì)飽和蒸氣從蒸發(fā)器出來，進(jìn)入壓縮機(jī)；壓縮機(jī)消耗少量電能，把低壓工質(zhì)蒸氣壓縮為高壓高溫過熱蒸氣，進(jìn)入冷凝器；工質(zhì)在冷凝器中凝結(jié)，同時(shí)把工質(zhì)內(nèi)部積蓄的熱量傳給被加熱空氣，工質(zhì)自身變?yōu)楦邏褐袦仫柡鸵?；之后進(jìn)入節(jié)流閥，通過節(jié)流閥后變?yōu)榈蛪旱蜏貪裾魵?，進(jìn)入蒸發(fā)器；在蒸發(fā)器中吸收干衣箱排風(fēng)或環(huán)境大氣、地下水、海水、河水、湖水等低溫?zé)嵩刺幍臒崃?，工質(zhì)變?yōu)榈蛪旱蜏仫柡驼魵猓诌M(jìn)入壓縮機(jī)開始下一個(gè)循環(huán)。如此持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)熱量由低溫?zé)嵩聪虮患訜峥諝獾倪B續(xù)高效泵送。熱泵式干衣機(jī)，具有節(jié)能環(huán)保智能及人性化等優(yōu)點(diǎn)，能效等級(jí)達(dá)到歐盟指令A(yù)++以上，比冷凝式干衣機(jī)節(jié)電40%，與直排式干衣機(jī)相比節(jié)電超過50%，節(jié)能高效優(yōu)勢非常突出，引領(lǐng)綠色消費(fèi)潮流。熱泵式干衣機(jī)融合了熱泵循環(huán)低溫（低于70）烘干及冷凝除濕無濕熱排放的全封閉風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于溫濕度傳感的智能控制（衣干即停）收集并儲(chǔ)存冷凝水的雙水路及三層過濾等核心創(chuàng)新技術(shù)。熱泵式干衣機(jī)，在殼體內(nèi)設(shè)置烘干箱，其特征在于:殼體內(nèi)還設(shè)置有熱泵制冷循環(huán)系統(tǒng)，烘干箱與熱泵制冷循環(huán)系統(tǒng)之間由鋼板隔開分為兩個(gè)腔室，鋼板上開有高溫干燥空氣進(jìn)風(fēng)口和高濕度空氣出風(fēng)口，烘干箱有兩個(gè)金屬軟管分別與高溫干燥空氣進(jìn)風(fēng)口和高濕度空氣出風(fēng)口連接，形成空氣循環(huán)系統(tǒng);熱泵制冷循環(huán)系統(tǒng)的壓縮機(jī)經(jīng)銅管依次與冷凝器，干燥器，節(jié)流閥，蒸發(fā)器，氣液分離器串聯(lián)連接，冷凝器與蒸發(fā)器之間連接有鋼板，將冷凝器與蒸發(fā)器分為兩個(gè)腔室，軸流風(fēng)機(jī)位于冷凝器腔室，固接于鋼板之上，鋼板上開有孔，軸流風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口和鋼板孔重合。

所述的烘干箱為滾筒式結(jié)構(gòu).其優(yōu)點(diǎn)為:采用熱泵循環(huán)制冷系統(tǒng)，高效節(jié)能，將烘十箱內(nèi)的濕熱空氣經(jīng)蒸發(fā)器，冷凝器熱交換后，變成高溫干燥的空氣直接進(jìn)入烘干箱，構(gòu)成一個(gè)閉式的循環(huán)系統(tǒng)，無需設(shè)置排風(fēng)管，因此大大降低了對室內(nèi)的熱濕污染;熱泵制冷循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況確保了干衣溫度不會(huì)過高，從而避免了于干衣溫度過高而影響衣物的品質(zhì)，因而擴(kuò)大了干衣機(jī)適用衣料的范圍。熱泵蒸發(fā)器導(dǎo)流板熱t(yī)!HMHIM!/Inininnps11熱t(yī)!HMHIM!/Inininnps111i1*1I11i1衣'架4.3本章小結(jié)熱泵式干衣機(jī)是在干衣機(jī)內(nèi)部利用了一個(gè)類似于熱泵空調(diào)機(jī)的制冷系統(tǒng)，它干衣時(shí)的熱量不是用電直接加熱而來，而是通過制冷系統(tǒng)“提升”出來的，所以它被稱為熱泵型干衣機(jī)。5干衣機(jī)在我國的使用情況5.1國內(nèi)外干衣機(jī)的銷售差距干衣機(jī)，顧名思義，洗完衣服后不用晾曬，可以烘干衣服的機(jī)器。除了日常的烘干衣服以外，還有很多更人性化的功能被加入其中。例如衣物除味除毛絮，消毒殺菌，特殊衣物（如羽絨服等）的護(hù)理烘干功能。洗完衣服晾曬導(dǎo)致的衣物變硬、變形、變色等問題，干衣機(jī)都能解決。自從上世紀(jì)三十年代干衣機(jī)被發(fā)明以來，早已成為歐美家庭必備的家用電器。然而干衣機(jī)卻很少出現(xiàn)在中國家庭的必備家用電器列表里面。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)洗衣機(jī)年均銷量千萬臺(tái)以上，而干衣機(jī)年銷量不過十萬臺(tái)。5.2觀念和習(xí)慣難以改變戶外晾曬衣物在歐美地區(qū)普遍不被接受，一則衣物尤其貼身衣物屬于個(gè)人隱私，另外戶外晾曬衣物被認(rèn)為是不文明的行為，有些地區(qū)以有礙觀瞻為由禁止戶外晾曬衣物。這就使得他們不得不選擇在洗衣房完成衣物打理的所有流程，包括衣物由濕變干的過程，這也是干衣機(jī)成為歐美家庭必備家電的一大原因。而在我國，面對干衣機(jī)是否選擇問題，大部分人的回答是，衣服甩干后免費(fèi)的太陽曬干以及紫外線消毒，為什么還要花錢去買干衣機(jī)，還要支付一筆電費(fèi)來解決這么簡單的問題？的確，在國內(nèi)，人們已經(jīng)習(xí)慣了利用院落，陽臺(tái)，甚至客廳來解決干衣的問題。當(dāng)你走在街道時(shí)，抬頭望去，有時(shí)候看到的不是燦爛的陽光，而是各色隨風(fēng)飄揚(yáng)的衣物。5.3時(shí)間空間成本的本末倒置隨著城市發(fā)展的步伐變快，空氣污染的問題隨著人來，面對越來越重的霧霾，刮風(fēng)就會(huì)塵土飛揚(yáng)，南方梅雨季節(jié)的到來，難道為了晾曬幾件衣物都要苦等艷陽高照，清澈明朗的午后？“打雷啦，下雨收衣服??！”