熱泵式干衣機的設(shè)計與應(yīng)用分析

熱泵式干衣機的設(shè)計與應(yīng)用分析1干衣機的原理與裝置1.1干衣機原理干衣機是利用電加熱來使洗好的衣物中的水分即時蒸發(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。干衣機在工作過程中主要是利用高溫氣流流經(jīng)衣物表面實現(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在加熱過程中會自動減小一定的功率，在節(jié)能的同時還能夠控制加熱器的最高溫度來保護衣物。干衣機最大的特點就是它不受天氣的影響，能夠自由的實現(xiàn)衣物的晾干。1.2干衣機的裝置一種干衣機的控制裝置，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；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算得到濕度判定值；干燥等級判斷模塊，用于根據(jù)所述濕度判定值確定所述衣物的干燥等級；溫度值模塊，所述溫度值模塊包括設(shè)置在干衣機的滾筒的排氣側(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；干燥控制模塊，用于根據(jù)所述干燥等級以及所述目標(biāo)干燥等級對所述干衣機進行干燥控制，以及在判斷所述衣物的干燥等級達到所述目標(biāo)干燥等級后，根據(jù)所述溫度信號、預(yù)設(shè)目標(biāo)變量對所述干衣機進行干燥控制。1.3干衣機特點1、冷卻：當(dāng)加熱時間結(jié)束后，電機繼續(xù)工作但停止加熱，清涼的空氣進入滾筒內(nèi)降溫冷卻衣服。當(dāng)定時指示指向“OFF”該程序結(jié)束，冷卻時間為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)量選項擇定時為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”或“弱”檔。程序結(jié)束后，衣服是干的，冷而無皺。德爾瑪干衣機標(biāo)準(zhǔn)烘干時間為60分鐘，大大提升了干衣效率，匆忙的上班族再也不必擔(dān)心工裝難干，面臨上班尷尬的局面了。4、強烘干：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)置時間在150分鐘以上，功率開關(guān)必須選項擇“強”檔。5、風(fēng)干：在這個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，選擇該項程序烘干，烘干后的衣服蓬松柔軟。此程序也可單獨用于松散久置于衣柜是的衣服，同樣達到上述效果。6、香薰：在喵星人干衣機的香薰盒里滴入數(shù)毫升香薰精油即可把衣物在烘干的同時進行深度香薰，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，分析了干衣機的原理與裝置，暖風(fēng)干衣機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（干衣機內(nèi)或者周圍）會自動減小功率，節(jié)能的同時也控制了最高溫度保護衣物，安全可靠。它不受天氣條件限制，另外一些設(shè)計新穎的干衣機都是輕易拆裝的，方便又很省空間。設(shè)計優(yōu)秀的干衣機大都可以取暖，一機多用，對家庭可以帶來很多的方便，是減少大面積曬場和隨時提供烘干的有效設(shè)備。2熱泵式干衣機理論能效分析2.1熱泵式干衣機能效十衣機是一種高能耗設(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能耗高且干燥效果不佳.熱泵是一種高效的熱量輸運設(shè)備，其利用壓縮機消耗少量的功來實現(xiàn)熱量由蒸發(fā)器向冷凝器的轉(zhuǎn)移.熱泵干衣機充分利用了熱泵的熱量與冷量，降低了能耗的同時增強了干燥的效果.對比熱泵式干衣機和電加熱式干衣機的耗電量與干燥速率，驗證了其可行性，同時對主要的部件進行了設(shè)計與計算.分析了熱泵式干衣機在整個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，提出了一些改進辦法，為進一步優(yōu)化熱泵干衣機的結(jié)構(gòu)、降低熱泵干衣機的能耗指出了方向.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，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，實現(xiàn)加熱的目的，可見這種工作方式比現(xiàn)有干衣機要節(jié)約能源。2.2熱泵式干衣機的能量轉(zhuǎn)移裝置熱泵是能量轉(zhuǎn)移裝置，與現(xiàn)有干衣機相比能夠節(jié)約能源。按保守估計，以熱泵系統(tǒng)能效比僅為2.5計，要提供2359kJ的汽化潛熱，只需要耗費943.6kJ的電能。如假設(shè)風(fēng)機、漏熱、旋轉(zhuǎn)運動部件等因素所導(dǎo)致的耗電量與原有干衣機相同，則最大耗電量為3985kJ，實現(xiàn)節(jié)能26.2%。如對這些因素進行適當(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，從而有利于擴大干衣機適用衣料的范圍。無須設(shè)置排風(fēng)管，也不會將熱濕空氣排至室內(nèi)，不會影響室內(nèi)裝修及室內(nèi)空氣環(huán)境。2.3熱泵式干衣機的熱能循環(huán)熱泵蒸發(fā)器當(dāng)中吸收的熱量經(jīng)壓縮機輸送到冷凝器當(dāng)中來給風(fēng)進行加熱。熱泵式干衣機融合了熱泵循環(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、基于溫濕度傳感的智能控制（衣干即停）、收集并儲存冷凝水的雙水路及三層過濾等核心創(chuàng)新技術(shù)，能效等級達到歐盟指令A(yù)++以上，比冷凝式干衣機節(jié)電40%，與直排式干衣機相比節(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，利用熱泵型干衣機進行干燥可以克服現(xiàn)有干衣機的缺陷，實現(xiàn)節(jié)能、適應(yīng)性廣及與環(huán)境友好的目的。3熱泵式干衣機的類型及研發(fā)3.1熱泵式干衣機的類型國內(nèi)外許多科研人員都曾研究、試制過熱泵型干衣機。有多種類型的熱泵型干衣機，下面分別予以簡要介紹。第一類是蒸汽壓縮式熱泵干衣機，這種類型的干衣機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行降溫除濕，冷凝器用來對空氣進行等濕升溫，加熱后的空氣再去對衣物進行干燥。由于蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)是一種非常成熟的技術(shù)，用于熱泵工況時供熱效率高，工作安全可靠，因而這種類型的干衣機得到了最為廣泛的研究。目前我國已有多項以蒸汽壓縮制冷原理為基礎(chǔ)的熱泵型干衣機專利，這些專利主要介紹了干衣機的具體部件、結(jié)構(gòu)等。3.2熱泵式干衣機的研發(fā)屈百達［2］應(yīng)用分布參數(shù)控制理論建立了衣物溫度控制模型，進行了干衣機內(nèi)衣物溫度分布控制參數(shù)研究。在設(shè)計及應(yīng)用研究方面，陳東等［3］確定了熱泵型干衣機中的結(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的設(shè)計提供了很好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。E.L.Schmidt等［4］、K.Klocker等［5］研制了可以用做干衣機的CO2超臨界循環(huán)熱泵干燥設(shè)備。這種類型干衣機的系統(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、造價較高。其優(yōu)點在于工作介質(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，由于家用干衣機對運行過程中的噪聲要求比較嚴(yán)格，陸金銘等［6］設(shè)計制造了熱泵干衣機實驗臺，并對其進行了噪聲分析，主要包括熱泵機組及其配管系統(tǒng)的模態(tài)和諧響應(yīng)分析；張銳軍等［7,8］也對該實驗臺的板架和配管系統(tǒng)進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，羅清海等［9］研制了該種干衣機樣機并針對不同工況進行了系統(tǒng)的實驗測試。其優(yōu)點在于工作安靜，但是效率仍低于蒸汽壓縮式循環(huán)，且比后者更易受環(huán)境溫度波動的影響。上述兩類系統(tǒng)中，一般不允許拆卸換熱器進行常規(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)熱泵干衣機樣機。該類型干衣機的優(yōu)點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，仍低于蒸汽壓縮式。3.3其它類型干衣機劉［11］介紹了一種具有微波加熱功能的全自動洗衣機，其特點是可全自動連續(xù)完成洗衣干衣功能，且干衣時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，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。同時為了提高水分子的動能，在密閉容器內(nèi)使用低功率遠紅外線發(fā)熱管進行加熱，使容器內(nèi)的溫度保持在50±5°C，輔助提高其干衣效率。該種干衣機的優(yōu)點是干后衣物蓬松，但密閉容器制造要求較高。4干衣機研發(fā)前景的展望從以上分析可知，熱泵型干衣機與現(xiàn)有類型干衣機相比在節(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)將在中國的每個家庭里普遍使用。4熱泵式干衣機的結(jié)構(gòu)與原理4.1熱泵式干衣機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糜谏罟┡?、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)動式蒸氣壓縮式熱泵。4.2熱泵式干衣機的結(jié)構(gòu)熱泵由壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四個主要部分構(gòu)成，內(nèi)部充以適宜的循環(huán)工質(zhì)?；竟ぷ鬟^程為：低溫低壓的工質(zhì)飽和蒸氣從蒸發(fā)器出來，進入壓縮機；壓縮機消耗少量電能，把低壓工質(zhì)蒸氣壓縮為高壓高溫過熱蒸氣，進入冷凝器；工質(zhì)在冷凝器中凝結(jié)，同時把工質(zhì)內(nèi)部積蓄的熱量傳給被加熱空氣，工質(zhì)自身變?yōu)楦邏褐袦仫柡鸵海恢筮M入節(jié)流閥，通過節(jié)流閥后變?yōu)榈蛪旱蜏貪裾魵猓M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?，又進入壓縮機開始下一個循環(huán)。如此持續(xù)運行，實現(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，具有節(jié)能環(huán)保智能及人性化等優(yōu)點，能效等級達到歐盟指令A(yù)++以上，比冷凝式干衣機節(jié)電40%，與直排式干衣機相比節(jié)電超過50%，節(jié)能高效優(yōu)勢非常突出，引領(lǐng)綠色消費潮流。熱泵式干衣機融合了熱泵循環(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)計基于溫濕度傳感的智能控制（衣干即停）收集并儲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，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腔室，鋼板上開有高溫干燥空氣進風(fēng)口和高濕度空氣出風(fēng)口，烘干箱有兩個金屬軟管分別與高溫干燥空氣進風(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)器分為兩個腔室，軸流風(fēng)機位于冷凝器腔室，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入烘干箱，構(gòu)成一個閉式的循環(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)計工況確保了干衣溫度不會過高，從而避免了于干衣溫度過高而影響衣物的品質(zhì)，因而擴大了干衣機適用衣料的范圍。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)熱泵式干衣機是在干衣機內(nèi)部利用了一個類似于熱泵空調(diào)機的制冷系統(tǒng)，它干衣時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。5干衣機在我國的使用情況5.1國內(nèi)外干衣機的銷售差距干衣機，顧名思義，洗完衣服后不用晾曬，可以烘干衣服的機器。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，干衣機都能解決。自從上世紀(jì)三十年代干衣機被發(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，國內(nèi)洗衣機年均銷量千萬臺以上，而干衣機年銷量不過十萬臺。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人隱私，另外戶外晾曬衣物被認為是不文明的行為，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，這也是干衣機成為歐美家庭必備家電的一大原因。而在我國，面對干衣機是否選擇問題，大部分人的回答是，衣服甩干后免費的太陽曬干以及紫外線消毒，為什么還要花錢去買干衣機，還要支付一筆電費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，甚至客廳來解決干衣的問題。當(dāng)你走在街道時，抬頭望去，有時候看到的不是燦爛的陽光，而是各色隨風(fēng)飄揚的衣物。5.3時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)就會塵土飛揚，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?。　?/p>