热泵式干衣机设计

热泵式干衣机设计

热泵由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四个主要部分构成，内部充以适宜的循环工质。基本工作过程为：低温低压的工质饱和蒸气从蒸发器出来，进入压缩机；压缩机消耗少量电能，把低压工质蒸气压缩为高压高温过热蒸气，进入冷凝器；工质在冷凝器中凝结，同时把工质内部积蓄的热量传给被加热空气，工质自身变为高压中温饱和液；之后进入节流阀，通过节流阀后变为低压低温湿蒸气，进入蒸发器；在蒸发器中吸收干衣箱排风或环境大气、地下水、海水、河水、湖水等低温热源处的热量，工质变为低压低温饱和蒸气，又进入压缩机开始下一个循环。如此持续运行实现热量由低温热源向被加热空气的连续高效泵送。

热泵式干衣机的基本工作过程为：热泵冷凝器加热循环空气产生40℃～80℃，左右的干燥空气在循环风机推动下进入干衣箱；在干衣箱中，干燥空气流过湿衣物表面与湿衣物间进行热湿交换，吸收其中的水分，变为20℃～40℃左右的低温潮湿空气，排出干衣箱，进入热泵蒸发器；在热泵蒸发器中，低温潮湿空气被冷却至露点温度以下，析出从湿衣物中吸收的水分，变为0℃左右的冷冻干燥空气，进入热泵冷凝器；在热泵冷凝器中，冷冻干燥空气又被加热为40℃～80℃左右的中温干燥空气，通过循环风机提高压力后再进入干衣箱，开始下一个循环。如此循环运行，实现衣物的连续高效干燥。

由此可见，热泵式干衣机可有如下几个突出优点：加热低温空气所用的热量绝大部分来自热泵蒸发器从干衣箱排风中吸收的余热（包括干燥空气的显热和水蒸汽的潜热），少部分是热泵压缩机的电能，系统具有较高的能效，电能的消耗量（运行费用）比直接电加热方式大幅度降低；在热泵蒸发器中用冷冻方法析出空气在干衣箱中吸收的衣物中的水分，出热泵蒸发器后冷冻干燥空气中的含湿量已很小（0℃时，仅为约4g水蒸气/kg干空气），只需再加热到中温，即可具有较好的吸湿能力，从而使衣物可以在较温和的条件下被干燥，可减少高温干燥对衣物材料的热损伤；热泵式干衣机是采用空气的密闭循环方式，可减少空气中灰尘和细菌对衣物的污染，且没有潮湿排入房间。因此，在降低能量消耗、减少对衣物的损伤、防止衣物在干燥过程中的灰尘与细菌污染、防止干衣机对房间的热湿污染等方面，热泵式干衣机均有突出的优势，是一种较理想的中小型衣物干燥装置。

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1.1热泵式干衣机设计中结构与参数的确定：

以热风进干衣箱温度为60℃，出干衣箱为30℃，出热泵蒸发器为0℃，湿衣物干燥能力平均每小时5kg为例。说明热泵式干衣机结构与设计参数的确定方法。

循环风参数确定：0℃时饱和湿空气的含湿量为：622×0.0006122/（0.101325-0.0006122）=3.80g水蒸气/kg干空气。

加热到60℃时，含湿量不变。

1kg热风在流化床中由60℃降到30℃吸收的水分量约为：1.0×1.0×(60-30)/2350=13g水分/kg干空气。

此湿空气的相对湿度为：

（13+4）/28=60%（28g水蒸气/kg干空气是30℃时的饱和湿空气含量）

吸收1kg水分所需的空气循环量为：1000/13=77kg≈60m3

吸收1kg水分所需的加热量为：77×1×（60-0）+77×0.04×1.8×（60-0）=4620+33=4653kg.

设湿衣物中的平均含水率为60%，则每小时需要除水分：5×0.6=3kg.

循环空气需要的加热负荷为：3×4563×1000/3600=3803W

1.2热泵系统的结构与参数确定：

○1冷凝器型式

可采用翅片管式换热器（铜管，铝翅片），取冷凝器的平均传热系数为30w/(m2k), 空气与热泵循环工质的平均传热温差为10℃时，则冷凝器的传热面积为：

3803/(30×10)13m2

热泵蒸发器空气侧的平均温度为:(30+0)/2=15℃, 取蒸发器中空气与热泵工质的平均传热温差为10℃, 则热泵工质的平均蒸发温度为15-10=5℃.

热泵冷凝器空气侧的平均温度为(60+0)/2=30℃，取冷凝器中空气与热泵工质的平均传热温差也为10℃，则热泵工质的平均冷凝温度为：10+30=40℃。

○2热泵压缩机

对电驱动热泵，当热泵循环工质的冷凝温度和蒸发温度为上述值时，热泵的制热性

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能系数可取为为.，则热泵压缩机的功率为：3803/5=761W。

压缩机型式可采用回转式空调压缩机（热泵式干衣机通过采用非共沸混合工质，在进排气压力、压缩机排气温度等方面可与空调工况相近，且回转式压缩机市场应用量大，价格、可靠性、维护等方面均占优势）。

○3热泵蒸发器

热泵蒸发器的负荷为：3803-761=3042W。

蒸发器也采用翅片管式，取蒸发器的传热系数为40W/(m2k)空气与热泵循环工质的平均传热温差为10℃,则蒸发器的传热面积为:3042/(40×10)=7.6m2。

○4其他

热泵循环工质且采用具有变温相变特性的非共沸混合工质。工质优选的基本方法是使混合工质在相变中的变温特性与空气的温度变化相匹配，组元数以二元或三元为宜，具体配比可利用相关的物性计算软件确定。

1.3循环风道结构与参数的确定：

○1风道结构

实际结构中，对中型干衣机，需单独建立示意图所示的循环风道，截面形状多为矩形，短边尺寸应不小于0.1m，对小型家用热泵式干衣机，不单独设循环风道，通过干衣箱内适当的气流布置，使吸收衣物水分后的湿空气沿箱壁循环，分别通过热泵蒸发器和冷凝器。对本文中所取热泵式干衣机数据，可采用后一种简化结构，循环风量应约为：60×3=180m3。

○2循环风机

循环风机可采用轴流式风机，规格可根据风量与出口风压要求来确定。风压则与风道、干衣箱内衣物布置、热泵冷凝器及蒸发器的结构和运行参数通过流体力学计算得到。

1.4干衣箱结构与参数的确定：

干衣箱的设计内容主要包括干衣箱的形状和尺寸确定、被干燥衣物的布置、干衣箱隔热设计等。其中干衣箱的形状及尺寸主要取决于用户干燥衣物的多少与大小；被干燥衣物的布置可为悬挂式，衣架间隔应为0.1～0.2m，热空气自下而上穿过衣物。隔

热层可采用聚氨酯等隔热材料，厚度可为0.02～0.05m。

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