热泵式干衣机

热泵式干衣机1 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义针对南方潮湿的气候以及长江中下游地区的梅雨季节给晾晒衣物带来的困难，干衣机产品已逐渐走人人们的说线。

日本70％以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的；在欧美等一些发达国家人们已经普遍使用干衣机来干燥衣物。

目前市场上最为普及的干衣机产品为电热式滚筒干衣机，其工作原理是利用直接的电加热元件产生的高温空气烘干衣物，能耗较高。

另外，这种干燥方法还容易发生局部过热而损伤衣物。

热泵式千衣机，将热泵技术应用于干衣机中，取代电热装置。

试验研究与性能分析表明，与传统电热式干衣机相比，热泵式干衣机不但干衣温度较低，降低了衣物的损耗，同时能耗较低，具有显著的节能效果。

1.2 国内外技术现状及发展趋势对家用干衣机而言，能耗干燥速度干燥品质小，损伤织物以及设备体积等都足需要综合考虑的问题。

设计热泵系统首先会考虑选择合适的热泵工质，工质决定可以达到的干燥温度，基于传热和除湿的要求受家用设备体积和噪声水平的限制必须考虑干衣所需要的循环空气流量在一个合适的范同内。

循环空气与热泵系统在蒸发器冷凝器部位与热象系统进行耦合发生传热与相变空气循环量过小传热强度不够干燥速率较低干燥叫问会比较长如果空气循环量过大空气与换热器的接触时间不充分可能会际湿不完仝也容易造成离开蒸发器表而的空气随风带水额外消耗冷凝器的热量。

另外热泵干衣机用换热器不需要考虑换热的需求，同时要有利于冷凝水的迅速排放，干衣机内空气为闭路循环。

随着衣物的干燥过程进行衣物不可避免的有毛屑散出，如果不对毛屑进行过滤回收，很容易积聚在换热器表面影响换热效率，甚至会导致风道堵塞系统无法正常运作。

作为新型的家用干燥设备需要增加自动温度传感，方便用户的使用。

做到衣干即停即保护衣物，不至于过度干燥损伤织物也避免多余的能源消耗。

1.3主要研究内容、研究方法及思路基于环境温度与湿度稳定的情况(温度为20℃，相对湿度为60％)，然而干衣机的使用随着一年四季环境的变化，其实际能效将有所变化。

由于衣物的温度和相对湿度一直处于变化状态，整个干燥过程并不是一个稳定的过程，不同干燥阶段的干燥速率有较大差异。

在运行初始阶段，衣料水分较大，除湿量较大。

随着衣料水分减少，系统逐渐进入较稳定的运行状态，除湿量逐渐减少。

衣料干燥到一定程度，气流湿度降低，与热交换器热交换能力下降。

在此过程中，能效系数在逐步达到最大值后呈下降趋势。

因此，整个干燥过程的不同时段的自动化控制也很重要，要与干燥速率相匹配，在不同时段，热泵干衣机的运行参数应该做相应的调整。

由于热泵式干衣机的结构特点，热泵式干衣机比电热式的启动慢。

因为空气循环是封闭的，被冷凝器加热后的空气又通过蒸发器降温，所以要达到稳定的工作温度需要一定的时问。

可以设置辅助电加热或者调整结构，使得开始预热时被加热的空气不通过蒸发器降温，待工况稳定后，再通过蒸发器进行循环。

因为水的冷凝是整个干衣机系统排水的惟一渠道，所以，蒸发器中冷凝水的及时排出对热泵干衣机的干衣效果有很大影响，适合干衣机使用最佳的蒸发器型式还可进一步优化。

1.4 本章小结本章介绍了课题的研究的来源和意义，分析当前国内热泵式干衣机的实际状况和应用范畴，针对热泵式干衣机的特点内容和基本研究方法展开了讨论和研究，为本论文做出了开门见山的作用，展开论文的内容。

2 热泵式干衣机的基本构成和特点2.1 热泵的结构与原理热泵是一种高效加热装置，它通过消耗少量高品位能源（电、燃料燃烧、高温蒸汽等），可把大量低温热能变为高温热能（即把热能由低温泵送到高温），用于生活供暖、提供干燥热风等。

按工作原理，热泵有蒸气压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵等，其中应用最广泛的是电驱动式蒸气压缩式热泵。

本文即以该类热泵为例，分析热泵式干衣机的特点与性能。

热泵的结构与原理，如图1所示。

图1 热泵结构与原理示意图1中热泵由压缩机、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。

设热泵由低温热源吸收的热量为Q2，向加热空气提供的热量为Q1，耗电量为W时，三者间满足Q1=Q2+W的关系，且.Q1远大于W，一般Q1/W可在4-10之间，即消耗1J电可给空气提供4-10J的热能。

2.2热泵式干衣机的结构与原理热泵式干衣机的结构和原理示意如图2所示，热泵式干衣机由热泵系统、干衣箱、循环风系统构成。

热泵系统又由热泵压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四个主要部分及循环工质、干燥过滤器等辅助部件构成；干衣箱由上下导流板、衣物架、衣物、箱壁、新风调节进出口、新风净化装置（可不加）、箱门等构成；循环风系统由循环风机、风道构成。

整套装置通过密封循环风道，将热泵与干衣箱有机地结合为一个紧凑高效的干燥系统。

图2 热泵式干衣机结构与原理示意图2中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（如40-80℃左右），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。

2.3 本章小结本章主要针对热泵式干衣机的基本构成和原理展开讨论，并对热泵式干衣机的工作过程进行加深的了解和研究，确定热泵式干衣机的研究方向和条件。

3 热泵式干衣机的应用状况3.1 热泵式干衣机的类型及研发现状国内外许多科研人员都曾研究、试制过热泵式干衣机。

有多种类型的热泵式干衣机，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，冷凝器用来对卒气进行等湿升温，加热后的空气再去对衣物进行干燥。

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。

屈百达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摔制参数研究。

在设计及应用研究方面，陈东等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工衣机的设计提供了很好的基础数据。

E LSchmidt、K Klockei等研制了可以用做十衣机的CO2超临界循环热泵十燥设备。

这种类型十衣机的系统压力高，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。

其优点存于工作介质环保，在对环保要求越来越严格的今灭，其发展前景看好。

第二类是基于帕尔帖效应的热电热泵干衣机，罗清海等”研制了该种十衣机样机并针对不同工况进行了系统的实验测试。

其优点存于工作安静，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 Brau r 等研制了基于逆布雷顿循环的空气循环热泵干衣机样机。

该类型十衣机的优点在于可以拆卸清洗换热器，工作介质环保，在有压缩卒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。

3.2热泵式干衣机的应用与传统干衣机相比，热泵式干衣机的主要技术特点如下：热泵式干衣机充分利用了干燥介质的余热，实施了干燥介质的封闭循环，系统只向外排放低温凝露水，使干燥能耗大幅度下降，实际能耗一般不到传统干衣机的40％；热泵干燥比较温和，完全杜绝了传统干衣机的局部超温现象，保证了人身、衣物及设备的安全；热泵式干衣机是将衣物晾挂在干衣室内，衣物整齐有序，气流组织均匀，干燥速度快，效果好，且不易变形；干衣机采用自动控制，降低了劳动强度；干衣机采用电子杀菌，保证卫生条件，有利于健康防病。

技术指标：试制样机的实测数据如下：干衣室平均温度：33℃；平均烘干时间：5小时；单位电能脱水率：2.28kg/kWh。

使用范围：干衣机的使用使洗衣过程不受天气条件的限制，热泵式干衣机以其低能耗的突出优点必将取代传统的电热干衣机。

它可广泛应用于宾馆、酒店、医院、招待所、学生公寓以及家庭。

热泵式干衣机，在壳体内设置烘干箱，其特征在于:壳体内还设置有热泵制冷循环系统，烘干箱与热泵制冷循环系统之间由钢板隔开分为两个腔室，钢板上开有高温干燥空气进风口和高湿度空气出风口，烘干箱有两个金属软管分别与高温干燥空气进风口和高湿度空气出风口连接，形成空气循环系统;热泵制冷循环系统的压缩机经铜管依次与冷凝器，干燥器，节流阀，蒸发器，气液分离器串联连接，冷凝器与蒸发器之间连接有钢板，将冷凝器与蒸发器分为两个腔室，轴流风机位于冷凝器腔室，固接于钢板之上，钢板上开有孔，轴流风机的吸风口和钢板孔重合.所述的烘干箱为滚筒式结构.其优点为:采用热泵循环制冷系统，高效节能，将烘干箱内的湿热空气经蒸发器，冷凝器热交换后，变成高温干燥的空气直接进入烘干箱，构成一个闭式的循环系统，无需设置排风管，因此大大降低了对室内的热湿污染;热泵制冷循环系统的设计工况确保了干衣温度不会过高，从而避免了于干衣温度过高而影响衣物的品质，因而扩大了干衣机适用衣料的范围.。