熱電熱泵干衣機的研制

熱電熱泵干衣機的研制摘要：熱電制冷因為制冷效率較低，難以在一般民用建筑空調/制冷領域推廣，但熱電系統(tǒng)作為熱泵目的使用時，相對于直接電加熱形式，則不失為一種節(jié)能形式；依據(jù)熱電熱泵原理，研制了干衣機樣機，參照類似家用電器性能測試標準要求，建立了實驗測試系統(tǒng)；分別針對不同工況進行了系統(tǒng)的實驗測試，依據(jù)測試數(shù)據(jù)作了性能分析，指出了進一步優(yōu)化樣機的方向；測試表明，熱電熱泵干衣機具有節(jié)能、環(huán)保、安全兼?zhèn)涞膬?yōu)勢，而且系統(tǒng)簡單，調控便利，工作方式人性化，給人們生活帶來更大便利。關鍵字：熱電熱泵干衣機節(jié)能環(huán)保0.引言熱電制冷又稱半導體制冷，具有無工質、無運轉部件、體積小、結構簡單、便于控制等獨特優(yōu)越性，在恒溫控制、電子設備冷卻以及軍事、航天等特殊領域有著廣泛的應用；但目前因其受熱電材料溫差電性能的限制而制冷效率較低，受熱電模塊生產工藝的限制而成本較高，大大限制了這項技術在一般民用建筑空調或制冷場合的應用。熱電熱泵是將熱電制冷系統(tǒng)作致熱用途時的一種稱呼，半導體熱電器件的這種雙重用途具有重要的使用價值，在適當?shù)臏囟确秶鷥?，具有較高的致熱系數(shù)，相對于直接以焦耳熱形式加熱的電熱裝置而言，不失為一種節(jié)能途徑[1]。陰冷、雨濕天氣，衣服等物件因久晾不干而給人們帶來煩惱，普通電烘干機因為電耗大，存在安全隱患，產生噪聲、濕氣污染，使衣服皺縮等缺憾而難以推廣，熱電熱泵干衣機克服了普通電干衣機的不足，為家電節(jié)能提供了新思路，同時拓展了熱電系統(tǒng)的應用領域。1.熱電熱泵的力能模型當熱電單元模型用作熱泵時，其力能模型[1]如圖1所示：為方便討能，作如下假定：(1)等截面直電臂結構熱電單元模型電偶臂的側面被絕熱；(2)冷端溫度維持在Tc恒定不變，熱端放出的熱量Qh被用來加熱媒體Tc＜Th；(3)兩器件臂的材料均勻，其性能參數(shù)隨溫度的變化可以忽略不計；(4)電路中的湯姆遜熱可以忽略不計。在上述條件成立時，有關量如下：功率消耗：（1）帕爾帖熱：（2）總熱功率，即制熱量：（3）熱傳導：（4）熱電熱泵和致冷器的差別在于：焦耳熱的一半傳到冷端，會使致冷器的效率降低，對于熱泵，一半焦耳熱將附加到熱端，而使效率得到提高。致熱功率：（5）致熱系數(shù)：（6）眉最大致摧熱系數(shù)或：桃耳并?。ú?穗）偏最大產丙熱量具：棋制浴菊（擋8先）民式中：度Δ寫T轉=德T跌h最-謎T福c宣熱泵致煌熱系數(shù)華η我、溫差貪Δ啞T鈴以及優(yōu)占值遷Z絨之間的宅關系如浩圖杜2豐所示。傾由患圖雨2陰可見：丸致熱系瞧數(shù)紛在鳴1.彎5譜～踩7.著0奔之間，魚即斤比本1.聯(lián)0棚大得多雄，熱電憑熱泵作溜為一種利節(jié)能途脅徑是很漲有希望瞎的。線優(yōu)老值鐮Z奧代表了值熱電材蔥料的一雀種特性附，綜合督了有關棋材料的摩電學和暮熱學兩折方面的斃因素，達它從根劣本上決錫定了熱癥電器件球的效率武。目前屠，工程冬上應用潔的熱電噴材料的螺優(yōu)值的甚大致范搞圍為惰：巧1.驕5茂～區(qū)3.0判×10萬-3惡K概-1拔。似2樹.沃熱電熱掩泵干衣引機的研設制戴熱電制億冷模塊星通適當辜直流電侄后，一史個端面尋制冷吸謠熱，另貨一個端健面制熱掩放熱，盤這就是法熱電熱陽泵現(xiàn)象殲。由上碧述熱電貼熱泵力推能分析示可知，啦要提高調熱泵效蝦率，應露當從三況個方面利著手：理（爐1揭）提高旋熱電材候料優(yōu)值基系數(shù)；沫（挑2店）減少焦系統(tǒng)工優(yōu)作溫暢差社Δ繩T絹；段（瞇3掏）提高深熱電堆讓片冷、住熱端溫者度平均邀值。從建工程應肯用的角嚼度分析秀，熱電耕材料的調優(yōu)值不沿足一時幅難以克合服；系焰統(tǒng)工作占溫差一夸方面受續(xù)工作條黃件的制墾約，同勸時受系刮統(tǒng)冷、確熱端熱藏傳遞的臉制約；多熱電堆寬片冷、作熱端溫咬度平均寨值則受愛工作條憑件和熱業(yè)電堆片序的許可殺工作溫司度范圍直的限制筋。婆依據(jù)熱闊電熱泵巾原理，剖研制的捉熱電熱浙泵干衣租機的工的作流程匪如優(yōu)圖扭3門所示。響干衣機流由冷端秋散熱器燥、熱電帽制冷片星、熱端妖散熱器拍、送風換道、烘廉干室、里回風道撲、風機船、電路假單元、贏接水盤倍等主要磁部件組挖成，流鵝程圖為帥簡單起秩見，沒殖有標出內風機等弄部件。律設備運久行時，魂在風機肌作用下叨，氣流滅被熱端諷散熱器督加熱后上，熱氣卻流經過耀送風道蘋進入烘歲干室，輔適當?shù)南錃饬魉偕叨韧ㄟ^忍衣料縫舍隙帶走鏟水分，彈然后，木溫度較澆高的高析濕氣體吼由回風軋道進入袋冷端散在熱器，信冷卻、奏冷凝放鬼熱后排云出，在幟熱泵作仗用下，犬溫濕氣劈流在冷初端放出覽的熱量爐被回收鋒，與消企耗的電盟功率共摸同作用籠，通過綠熱端熱徐交換器速加熱氣診流用于訊烘干室對干燥衣福料。勁由于冷塞、熱端哪氣流介湖質溫差綠非常小塵，因此煤，分別求通過冷預、熱端仙熱傳遞石過程后悔，熱電倘制冷片東的實際仍工作溫舒差也比跌較??；徐組裝過焦程中，鹽散熱器鴿基準面妻通過精來磨工藝招保證了慚平整度框，同時塘，散熱聽器與熱太電制冷拌片結合閘面之間譽的接觸狼面涂抹尺導熱脂雞，有效泰地減少便熱傳遞踐過程中制因為接隆觸熱阻遣引起的岔寄生溫茄差；為緒了實驗犯改裝方妹便，散枯熱器和糾熱電制就冷片之并間采用妹螺釘固使定，螺怨釘套塑耽料套管鏡和隔熱筆墊圈，臨有效地辯減少了腦熱橋引再起的效滔率損失期。慢散熱器努散熱面扁積與熱瞧泵冷、音熱端熱揪傳遞功絹率之間暖的匹配伯經過經壺過計算偉機程序市在典型薪工況下鉛進行了趟優(yōu)化配酷置。遠熱電模艦塊采用銷串、并升聯(lián)方式枝相結合裕的混聯(lián)榜方式，傍以直流梨電供電虎；市電敞通過整燒流電路駁整流，尊要求波融紋（脈封動）系材數(shù)少施于陪10露%清。側熱電制抗冷的運黃行分為含最大產連冷量工張況和最曠大效率燥工況。線最大效浙率工況攔意味著僻熱電制醉冷模塊切最經濟只地工作喊，而最獄大產冷續(xù)量工況汁則保證鎮(zhèn)具有最斷大的產逆冷量。鞭作為熱菠電熱泵房干衣機心，是將川熱電制忌冷片作仙為熱泵猛加熱用捷，從通著常的衣撞服干燥江用途考魄慮，緒在憶圖神3報所示的幟特殊流茶程下，賓冷、熱董端溫差醒不超雖過滅3斧0毯℃湖，考慮井常年運羽行，高夏效率應著該是首勒要追求栽的目標忌，系統(tǒng)燃按照最漁大效率筋模式設耍計，以襪達到節(jié)桶能的目涉的。蛾在熱電渾材料優(yōu)隱值受到吸制約的思現(xiàn)實條客件下，織該樣機楊通過獨期特的循幣環(huán)流程寄創(chuàng)造性節(jié)地減少衣了冷、諒熱端之恰間的工妨作溫差頌，同時杜提高了娃冷、熱碑端溫度什平均值攝，既符年合設備折運行的忠工作條朱件和工插藝要求才，又滿因足熱電牌制冷片啦的工作尺許可溫務度范圍尿。這種巨形式的性干衣機避與普通極電干衣意機比較預，系統(tǒng)兵簡單，日控制方砍便精確伸，消除秒了排氣愿對房間吹的熱、澡濕污染逼，同時悟有較高拉的能效喝系數(shù)，剃因而，疑具有節(jié)嘗能、環(huán)靜保、安蔬全兼?zhèn)浍F的優(yōu)勢斧。居與普通戴電干衣批機比較致，在工殃作方式線上熱電合熱泵干喝衣機更勻加人性哀化。普窄通電干叮衣機是突將待干筋燥衣服詳疊成團化后放置步于滾筒伙式烘干旗箱，為貴了受熱脈均勻，田滾筒高柏速轉動謊，因此晶引起振動動和噪列聲，又甲導致干貝燥后的霧衣服皺嘴縮變形筍，需要柳從新熨撫燙，更陪增添了芽麻煩和趕浪費了摔能源；仆而熱電朗熱泵干阻衣機在匹干燥過扛程中，呢衣服用歇普通衣絹架懸掛圓于烘干請室中，鞏干燥的狐熱空氣攀在適當秤的氣流寫速度下飯通過衣繪料縫隙冊帶走水壇分使衣棵服變得勉干爽，勝因而衣用料不變眨形，無尊須從新肌熨燙。幣3味.地熱電熱病泵干衣矩機樣機牌性能測非試啦樣機經誓過設計求、加工傍、組裝相后，參霉照普通的電干衣課機的相藍關標準銷[2]煉，建立陶了樣機跟性能測象試系統(tǒng)就，實驗姿數(shù)據(jù)整牛理后如慎圖動4鑼～貼6迷所示：趕圖泰4債是送風蘇速爪度花1.2少m/具s氏，濕衣呈服初始召總重胡量消3.1基5kg盲,雞設定烘億干室溫椒度蹤3淺8閃℃語，初始門輸入功摧率分別裝為校300郊W岡、兆400宵W按時，樣悔機實際朋運行時立，烘干衣室內溫狀度、功情率消耗口隨運行憑時間變撐化的情籌況。辛圖而5得是送風爐速博度箏1.2綁m/舟s泉，濕衣析服初始地總重住量可3.1警5kg懼,裕初始輸販入功率醫(yī)為視300負W釀，設定席烘干室羊溫度分僻別跡為扭3戰(zhàn)8男℃珠、智4奮0纏℃墳時，樣趴機實際樂運行時補，樣機搞每凍3示0大分鐘階捎段除濕瞞量、能鑄效系數(shù)謠隨運行波時間變莊化的情造況。趕圖姐6裕是濕衣怠服初始虎總重間量全3.1呢5kg迫,參初始輸恥入功率掩為渣300懲W臣，設定吉烘干室努溫度產為洲3垮8排℃耕，送風劉速度分教別蠟為栗1.2虛m/臥s這、門0.9積m/突s如時，樣認機實際沈運行時欣，樣機培每圣3叛0指分鐘階寬段除濕優(yōu)量、能寬效系數(shù)顯隨運行宣時間變如化的情消況。略結合實香驗記錄嫩，分析克圖傷4西～范6娘的數(shù)據(jù)絹，我們啊可以得掀出以下腿結論：討（尚1偏）運蹄初始輸挪入功率補較大時致，烘干宮室內溫傘度上升虧較快，筒達到穩(wěn)秤定運行紀所需要襖的時間膏較少；甚但穩(wěn)定怎運行以蛾后，不城同初始嚷輸入功夏率工況贏的瞬時螞功率消交耗基本配一致。刑（幟2丘）遮挖在適當疲的范圍網內，烘屑干室設鍬定溫度建較高時廳，達到躺穩(wěn)定運乘行所需牽要的時請間較長炭；運行高初始階隆段除濕懂量較大透，但隨伸后的衰收減更快壟；而瞬職時能效燥系數(shù)則過始終相跡對較低玉。因為是，溫度巴越高，驚水分蒸挺發(fā)越快且，運行接初始階色段除濕村量自然茫增加，辰但較高姥的烘干爭室溫度柿必然導測致圍護俯結構散獄熱損失隸加大，首因此能希效系數(shù)器有所降莖低。歸（壁3眠）尺掉在適當嗓的范圍撇內，較遺高的送存風速度取有利于宜水分蒸圣發(fā)，較軋高的氣患流速度栽強化了遵氣流介蚊質與散噴熱器的馳熱交換謙，因此刪，在較居高的送似風速度痕下，樣渾機達到死穩(wěn)定運棟行所需肚要的時槳間較少補，能效劈系數(shù)較塔高，衣意料干燥繩較快。輔（爭4幼）伶千運行初才始階段地衣料水期分大，奔所以階閉段除濕頁量大，螞功耗也胡大，隨挨著衣料咐水分減滑少，系傷統(tǒng)進入唐較穩(wěn)定非運行狀落態(tài)，在接設定的注溫度下暑，除濕寺量減少蘋，功耗澇相應減駐少；衣驅料干燥盲到一定鬼程度，利氣流濕究度降低降，與散顯熱器熱川交換能飼力下降騙，能效臥系數(shù)在硬達到最觀大值后偷呈下降修趨勢。屆（厭5彈）駝炸系統(tǒng)的素整體效劫率主要們取決于兄兩方面躍：熱泵俱效率，土它決定節(jié)了系統(tǒng)旅由排氣艱中回收羊能量的息能力；乓圍護結石構散熱休損失量撐的大小叉。由于練實驗樣止機采用己特殊的交循環(huán)流吃程，因摸此熱泵漏工作溫稀差較小冤，效率興較高；蟻但實驗領記錄表牙明，由墊于圍護哭結構較鬧薄，保狼溫性能龍差，因擴此散熱基損失較暈大。攀4潤.宿結束語靈（言1惡）遞晉熱電制途冷裝置緞作為制脖冷系統(tǒng)黎效率較栽低，但趴作為熱浸泵系統(tǒng)朋，相對弓于直接話利用電葬能加熱冒的裝置干，其熱熟輸出效獸率（即框致熱系肚數(shù)）卻貞較高，蘭因而作叮為熱能蓬利用系回統(tǒng)，其燈節(jié)能效僻果是可娘觀的。差（析2麗）犁孟樣機性齊能測試匆表明，內熱電熱矛泵干衣構機與普浸通電干斗衣機比珠較具有伸節(jié)能、輪環(huán)保、鬼安全兼型備的優(yōu)界勢，而濫且系統(tǒng)繁簡單，椒調控便應利，工籍作方式害人性化咱，給人且們生活侵帶來更訪大便利斃。建（幼3覆）顆砌改善圍誦護結構瞧保溫性薯能，可酬進一步姿提高系組統(tǒng)效率庫。餅（殘4租）爬勇對比普很通電干謎衣機，窄熱電熱居泵干衣趨機樣機?？梢怨?jié)抵省電匆耗繞40妄%滴左右，鍛為廢熱頓利用、已建筑節(jié)制能提供俗了新思把路，具聞有重要儀的經濟挽意義和課廣闊的啊發(fā)展前鹿景。晶符號意蛛義：隱I梢—聲—妥電畢流繭(A限)裂；算斃M渡—住—乓計算參游數(shù)丸；許茅Q哭—始—細冷量、舍熱榜量恢(W書)旁；惰R僑—潤—輪熱電材禾料電預阻培(椒Ω偏)呈；緊饞T泥挽—坦—您溫課度朽(K蜓)開；肢測Δ例T起襲—唱—戶冷、熱蝦端溫陽差尼(K鳥)辨；蒜W命豪—判—烤功聰率該(W椒)靈；辮塞Z違忌—遙—樣優(yōu)值系奪數(shù)張(匠K搖-1法)拔；范鬧η——伍制熱系裙數(shù)；損α話—些—夕塞貝克黃系議數(shù)撓(V/厚K武)非；噴刻κ榆—穿—梢熱電材嚼料的熱暮傳導系肯數(shù)倦（彼W/m紫.性℃周）。裂下標掘：棒鉗c觸—展—棚冷端描；謎刊h覆—貌—星熱端叉；卻