热泵式干衣机的设计与应用分析

热泵式干衣机的设计与应用分析

1 干衣机的原理与装置

1.1 干衣机原理

干衣机是利用电加热来使洗好的衣物中的水分即时蒸发干燥的清洁类家用电器。对于北方的冬季和南方的“回南天”衣物难干的情况特别需要。另外，干衣机大量用于工业生产中，用于干燥织物，提高生产效率。

干衣机在工作过程中主要是利用高温气流流经衣物表面实现对衣物的加热，将衣物上的水分蒸发，使衣物快速的干燥。干衣机在加热过程中常用的加热方式有电热丝加热、半导体加热等。使用半导体加热方式的干衣机在加热过程中会自动减小一定的功率，在节能的同时还能够控制加热器的最高温度来保护衣物。干衣机最大的特点就是它不受天气的影响，能够自由的实现衣物的晾干。

1.2 干衣机的装置

一种干衣机的控制装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取用户输入的衣物的目标干燥等级；湿度值模块，用于检测所述衣物的湿度值；滤波处理模块，用于根据所述衣物的湿度值计算得到湿度判定值；干燥等级判断模块，用于根据所述湿度判定值确定所述衣物的干燥等级；温度值模块，所述温度值模块包括设置在干衣机的滚筒的排气侧的温度传感器，所述温度传感器用于检测空气经过所述衣物后的温度信号；干燥控制模块，用于根据所述干燥等级以及所述目标干燥等级对所述干衣机进行干燥控制，以及在判断所述衣物的干燥等级达到所述目标干燥等级后，根据所述温度信号、预设目标变量对所述干衣机进行干燥控制。

1.3 干衣机特点

1、冷却：当加热时间结束后，电机继续工作但停止加热，清凉的空气进入滚筒内降温冷却衣服。当定时指示指向“OFF”该程序结束，冷却时间为20分钟，冷却程序是为经过加热烘干后的衣服降温，防止衣服起皱。

2、烫平加热：根据衣服数量选项择定时为30-60分钟，功率开关设定为“弱”档，冷却程序结束后，衣服将有点湿，烫平加热程序适合衣服需要烫平的。

3、标准烘干：该项程序一般至少要60-150分钟，根据你的需要功率开关选择“强”或“弱”档。程序结束后，衣服是干的，冷而无皱。德尔玛干衣机标准烘干时间为60分钟，大大提升了干衣效率，匆忙的上班族再也不必担心工装难干，面临上班尴

尬的局面了。

4、强烘干：如果衣服数量很多（超过滚筒容量的1/2）或者衣服较厚，必须选择此程序。设置时间在150分钟以上，功率开关必须选项择“强”档。

5、风干：在这个程序期间加热器不加热，适合羽绒、毛衣、马海毛、羊毛衫、棉衣等，衣服在煤矿完成后，选择该项程序烘干，烘干后的衣服蓬松柔软。此程序也可单独用于松散久置于衣柜是的衣服，同样达到上述效果。

6、香薰：在喵星人干衣机的香薰盒里滴入数毫升香薰精油即可把衣物在烘干的同时进行深度香薰，混合添加纳米杀菌液更可消毒杀菌。

1.4 本章小结

本章介绍了课题的研究的来源和意义，分析了干衣机的原理与装置，暖风干衣机是用高温度气流流过需干燥衣服表面，加热衣物，并带走蒸发的水分，使衣物快速干燥的。其常用的加热方式有电热丝加热、半导体（PTC）加热，用半导体成的加热器，在环境（干衣机内或者周围）会自动减小功率，节能的同时也控制了最高温度保护衣物，安全可靠。它不受天气条件限制，另外一些设计新颖的干衣机都是轻易拆装的，方便又很省空间。设计优秀的干衣机大都可以取暖，一机多用，对家庭可以带来很多的方便，是减少大面积晒场和随时提供烘干的有效设备。

2 热泵式干衣机理论能效分析

2.1 热泵式干衣机能效

干衣机是一种高能耗设备,需要大量的热量来加热衣物中的水分使其汽化,传统电加热方式的干衣机能耗高且干燥效果不佳.热泵是一种高效的热量输运设备,其利用压缩机消耗少量的功来实现热量由蒸发器向冷凝器的转移.热泵干衣机充分利用了热泵的热量与冷量,降低了能耗的同时增强了干燥的效果.对比热泵式干衣机和电加热式干衣机的耗电量与干燥速率,验证了其可行性,同时对主要的部件进行了设计与计算.分析了热泵式干衣机在整个干燥过程中不同阶段的干燥效果的变化规律,提高干燥预热阶段和后期的除湿能耗比是降低干燥能耗的有效途径.最后,提出了一些改进办法,为进一步优化热泵干衣机的结构、降低热泵干衣机的能耗指出了方向.

热泵与电加热、PTC加热等能量转换方式不同，是一种能量转移装置。具体来说就是以消耗部分能源为代价，从低位热源中吸取热量，然后将消耗的能源与吸取的热量一起传递给高位热源，实现加热的目的，可见这种工作方式比现有干衣机要节约能源。

2.2 热泵式干衣机的能量转移装置

热泵是能量转移装置，与现有干衣机相比能够节约能源。按保守估计，以热泵系统能效比仅为2.5计，要提供2359kJ的汽化潜热，只需要耗费943.6kJ的电能。如假设风机、漏热、旋转运动部件等因素所导致的耗电量与原有干衣机相同，则最大耗电量为3985kJ，实现节能26.2%。如对这些因素进行适当优化，则节能效果更为明显。

②由于流经冷凝器的空气的绝对含湿量d很小，热泵系统在比较低的冷凝温度下即可降低空气的相对湿度，提高空气的吸湿能力，从而有利于扩大干衣机适用衣料的范围。

③无须设置排风管，也不会将热湿空气排至室内，不会影响室内装修及室内空气环境。

2.3 热泵式干衣机的热能循环

热泵蒸发器当中吸收的热量经压缩机输送到冷凝器当中来给风进行加热。

热泵式干衣机融合了热泵循环低温(低于70℃)烘干及冷凝除湿、无湿热排放的全封闭风道结构设计、基于温湿度传感的智能控制(衣干即停)、收集并储存冷凝水的双水路及三层过滤等核心创新技术，能效等级达到欧盟指令A++以上，比冷凝式干衣机节电40%，与直排式干衣机相比节电超过50%，节能高效优势非常突出。

2.4 本章小结

从以上工作过程分析可见，利用热泵型干衣机进行干燥可以克服现有干衣机的缺陷，实现节能、适应性广及与环境友好的目的。

3 热泵式干衣机的类型及研发

3.1 热泵式干衣机的类型

国内外许多科研人员都曾研究、试制过热泵型干衣机。有多种类型的热泵型干衣机，下面分别予以简要介绍。第一类是蒸汽压缩式热泵干衣机，这种类型的干衣机利用蒸汽压缩式制冷系统中的蒸发器对来自衣物的潮湿空气进行降温除湿，冷凝器用来对空气进行等湿升温，加热后的空气再去对衣物进行干燥。由于蒸汽压缩式制冷系统是一种非常成熟的技术，用于热泵工况时供热效率高，工作安全可靠，因而这种类型的干衣机得到了最为广泛的研究。目前我国已有多项以蒸汽压缩制冷原理为基础的热泵型干衣机专利，这些专利主要介绍了干衣机的具体部件、结构等。

3.2 热泵式干衣机的研发

屈百达[2]应用分布参数控制理论建立了衣物温度控制模型，进行了干衣机内衣物温度分布控制参数研究。在设计及应用研究方面，陈东等[3]确定了热泵型干衣机中的结构与工作参数，包括循环风参数、冷凝器、蒸发器、循环风道、干衣箱及其他辅助部件的工作参数与结构参数，为蒸汽压缩式热泵型干衣机的设计提供了很好的基础数据。E. L. Schmidt等[4]、K. Klocker等[5]研制了可以用做干衣机的CO2超临界循环热泵干燥设备。这种类型干衣机的系统压力高，对系统气密性要求高，与蒸汽压缩式相比效率较低、造价较高。其优点在于工作介质环保，在对环保要求越来越严格的今天，其发展前景看好。另外，由于家用干衣机对运行过程中的噪声要求比较严格，陆金铭等[6]设计制造了热泵干衣机实验台，并对其进行了噪声分析，主要包括热泵机组及其配管系统的模态和谐响应分析；张锐军等[7,8]也对该实验台的板架和配管系统进行了噪音分析及减震降噪措施的研究。第二类是基于帕尔帖效应的热电热泵干衣机，罗清海等[9]研制了该种干衣机样机并针对不同工况进行了系统的实验测试。其优点在于工作安静，但是效率仍低于蒸汽压缩式循环，且比后者更易受环境温度波动的影响。上述两类系统中，一般不允许拆卸换热器进行常规清洗，因此J.E.Braun等[10]研制了基于逆布雷顿循环的空气循环热泵干衣机样机。该类型干衣机的优点在于可以拆卸清洗换热器，工作介质环保，在有压缩空气的条件下使用方便。但其效率虽高于电-热转换型干衣机，仍低于蒸汽压缩式。