节能型热泵干衣机的设计和性能研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 6 4 4.11MB 64 页 15积分

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摘要

目前城市很多居民居住在高层建筑中，受高层建筑的限制人们无法直接在室

外晾晒衣物，因此，衣物不得晒在室内阳台。由此带来了一系列的问题：晾晒时

间长、干燥效果差、影响家居美观、紫外线强度达不到杀菌效果等。

干衣机的出现解决了传统晒衣所带来的一系列问题，干衣机，全称衣物烘干

机。既能快速方便烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节, 衣物难

晾干、晾衣空间小而烦恼,还可起到消毒、杀菌、消除异味的作用。

本文提出的热泵干衣机的概念，区别于传统的电热型干衣机。其有三个主要

特点：⑴ 在能源利用方面的效果有明显的优势。⑵ 衣物中的水分不会直接进入

室内，破坏室内的热湿环境，而是以冷凝水的形式排出系统外。⑶ 干衣的温度不

会破坏某些化纤类衣物，是属于安全型的干衣机。

本文从干衣机理出发，分析了热泵干衣机的工作原理及循环空气与衣物的热

湿交换。在此基础上，本文设计研制了一台热泵干衣样机，对其各制冷系统的部

件进行计算选型，使各部件的匹配合理；并对样机的外型进行了精心的设计，力

求做到功能实用，外观美观大方。利用空调器测试用焓差实验室对设计的热泵样

机进行了干衣性能的测试。具体包括了热泵干衣机的单位时间的除湿量变化、干

衣的时间、干衣的除湿能效比、进出口温湿度的变化等。

由于本文在热泵式干衣机运行控制方面存在一定的缺陷，致使热泵干衣机优

势并不突出，需要在以后的研究中进一步改进。

关键词：热泵干衣机节能

ABSTRACT

At present, many residents living in high-rise buildings, they can not directly dry

clothes outdoors. So have to dry clothes indoors terrace. It can bring about a lot of

problems. Such as need more drying time, poor drying effect, impace of home

appearance, UV radiation intensity is less than bactericidal effect, and so on.

The emergence of the dryer can solve a series of problems that traditional drying

clothes bring about. The clothing drying machine is short of dryer. Not only can

conveniently dry clothes in the rain season to avoid the difficulity of drying clothes, the

trouble of the small clothing space, but also can disinfection and sterilization to

eliminate peculiar smell.

The concept of the heat pump dryer is different from the traditional electrothermal

type. It has three key characteristics. There are obvious advantages in the respect of

using energy. The water in the clothes can not directly enter into the room to destroy the

thermal environment, but vent the system in the form of condensed water. The

temperature of drying clothing can not destroy some Fiber-type clothing. It belongs to

the security type.

From the view of drying theory, analysing with the working principle of the heat

pump dryer, on this basis, we design a heat pump dryer, calculate and select the

components of the refrigeration system to match reasonable. Not only we elaborately

design the appearance of the heat pump dryer, but also make sure of the functional

utility. Then we carry out drying performance testing experiments in the air-conditioner enthalpy

difference testing lab. Include the dehumidification unit time change, the time of drying

clothing, the SPC of drying clothing, temperature and humidity of the import and the

export change and so on.

But because of limitation in structure and operation control, the advantage of heat

pump clothes dryer is not distinctness, and we need further study in the future.

Keywords: heat pump, clothes dryer, saving energy

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ....................................................... 1

§1.1 研究课题的背景和意义 ......................................1

§1.2 文献综述 ..................................................2

§1.2.1 干衣机的分类 .......................................... 2

§1.2.2 热泵干燥技术 .......................................... 3

§1.2.3 干衣机能效标准 ........................................ 4

§1.2.4 国内干衣机的发展情况和研究现状 ........................ 5

§1.2.5 国外干衣机的发展情况和研究现状 ........................ 6

§1.3 本文主要研究内容 ..........................................7

第二章热泵干衣机干衣机理 ......................................... 8

§2.1 干衣原理 ..................................................8

§2.1.1 热泵干衣机基本原理 .................................... 8

§2.1.2 热泵制冷循环系统 ...................................... 8

§2.1.3 闭式循环空气系统 ...................................... 9

§2.2 干衣机的干衣机理 .........................................10

§2.2.1 干燥速率 ............................................. 10

§2.2.1 恒速干衣阶段 ......................................... 11

§2.2.1 降速干衣阶段 ......................................... 14

§2.3 热泵干衣机性能指标分析 ...................................15

§2.3.1 热泵干衣机除湿量 ..................................... 15

§2.3.2 热泵干衣机除湿比能耗 SPC .............................. 16

§2.3.3 热泵制热能效比 EERh................................... 16

§2.4 本章小结 .................................................17

第三章热泵式干衣机的设计 ........................................ 18

§3.1 设计理念 .................................................18

§3.2 结构设计 .................................................18

§3.2.1 热泵结构设计 ......................................... 18

§3.3 压缩机、冷凝器、辅助冷凝器、蒸发器的选择与计算 ...........20

§3.3.1 系统循环热力计算 ..................................... 20

§3.3.2 压缩机的选型及制冷剂流量校核 ......................... 22

§3.3.3 冷凝器设计计算 ....................................... 22

§3.3.4 蒸发器及辅助冷凝器设计 ............................... 25

§3.4 节流装置 .................................................26

§3.5 实验样机的技术参数 .......................................27

§3.6 本章小结 .................................................28

第四章干衣机测试系统介绍 ........................................ 29

§4.1 实验室 ...................................................29

§4.1.1 实验室的结构 ......................................... 29

§4.2 本文实验测量仪器 .........................................30

§4.2.1 实验测量仪器 ......................................... 30

§4.3 干衣机风量及漏风量的测试 ................................. 30

§4.3.1 漏风量测试方法 ....................................... 30

§4.3.2 系统运行阻力测试 ..................................... 32

§4.4 干衣过程的测试 ........................................... 33

§4.4.1 测试流程 ............................................. 33

§4.4.2 测试布料 ............................................. 34

§4.4.3 实验测点的布置 ....................................... 34

§4.4.4 测试方法 ............................................. 35

§4.4.5 测试内容 ............................................. 35

§4.5 最佳工况的确定 ........................................... 35

§4.5.1 最佳工况确定的方法 ................................... 35

§4.6 本章小结 .................................................36

第五章实验数据及分析 ............................................ 37

§5.1 干衣机漏风量的测试 .......................................37

§5.1.1 干衣机风量的测试数据 ................................. 37

§5.1.2 干衣机运行系统阻力 ................................... 37

§5.1.3 漏风量测试数据 ....................................... 38

§5.2 热泵干衣过程的测试 .......................................39

§5.2.1 热泵干衣除湿量对比分析 ............................... 39

§5.2.2 干衣耗电量 ........................................... 41

§5.2.3 热泵干衣机的除湿比能耗 SPC ............................ 41

§5.2.4 热泵制热能效比 EERh ................................... 42

§5.3 干衣机多个工况下运行测试 .................................43

§5.3.1 多个工况下运行测试 ................................... 43

§5.3.2 除湿量与送风参数的关系 ............................... 50

§5.4 本章小结 .................................................50

第六章结论与展望 ................................................ 52

§6.1 主要工作及结论 ...........................................52

§6.2 今后的研究方向 ...........................................53

§6.3 展望 .....................................................54

符号表 ............................................................ 55

参考文献 .......................................................... 58

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 60

致谢 ............................................................ 61

第一章绪论

§1.1 研究课题的背景和意义

目前城市很多居民居住在高层建筑中，受高层建筑的限制人们无法直接在室

外晾晒衣物，因此，衣物不得晒在室内阳台。由此带来了一系列的问题：晾晒时

间长、干燥效果差、影响家居美观、紫外线强度达不到杀菌效果等。造成的危害

是大量的细菌、螨虫等微生物沾附于衣物上，影响人体健康。特别是遭遇连续的

阴雨天气，微生物在潮湿环境下大量繁殖导致衣物发霉。随着经济的发展，人们

的生活水平日益提高、健康意识的逐渐觉醒以及外来生活方式的渗透影响，对于

家用干衣机这一健康时尚家居用品的需求会逐渐显现出来。

干衣机的出现正好解决了传统晒衣所带来的一系列问题，干衣机，全称衣物

烘干机。既能快速方便烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节,衣

物难晾干、晾衣空间小而烦恼,还可起到消毒、杀菌、消除异味的作用。如果与

专用干衣纸张配合使用 ,可使衣物更加柔软松爽,具有弹性芳香清新、防虫防蛀。

与自动洗衣机搭配使用, 可实现洗衣干衣一条龙, 即洗即穿。

但目前在国内市场上各种类型的干衣机基本上都是电热型干衣机，其原理是

将空气用电加热后吹人干衣筒。采用这种方法干衣，热空气与衣服只进行一次热

湿交换就被排人大气，特别是衣服在干衣筒内扭成团后，热空气与衣物的接触面

积更小，水分不易渗出，因此这类干衣机的干燥耗时耗能，每脱掉 1kg 水需 1～

2.8kWh 的电量[1]。另外，这种干燥方法还容易发生局部过热而损伤衣物，运行噪

声也很大。此外，电热式干衣机存在一定安全隐患，据美国消费者安全委员会的

调查显示，在 1998 年有接近 15600 起电热式干衣机发生火灾，导致 20 人死亡、

370 人受伤和 7540 万美元的损失[2] 。

电热型干衣机在国内市场很难推广的最主要的原因是电能消耗过大。能源是

一个国家经济增长和社会发展的重要基础，目前我国经济进入了一个飞速发展的

时期，能源问题变得日益突出，并迅速从国内空间层次跨入到国际空间层次，成

为国家安全的一个日益敏感且令人关注的问题。

节约用电对于国民经济的发展和自然环境的保护有着很大的意义。节约用电

不仅可以减少煤炭资源的使用，而且可以起到减少大气污染的作用，对于节能减

排有至关重要的影响。本文基于以上的社会背景，考虑到节能的效果，决定尝试

将空调用热泵系统应用到干衣机内，取代电加热装置。其干衣时的热量不是有电

直接加热形成的，而是通过制冷系统“提升”得来的。其干衣过程如下：风机推

动空气流过冷凝器，被加热后吹向干燥室内的湿衣物，使衣物上的水分加速蒸发；

而干燥室内的温度因此增大，湿热的空气通过回风管道进入蒸发器表面，与蒸发

节能型热泵干衣机的设计和性能研究

器进行热交换，使湿热空气降温、结露，并形成冷凝水流出。降温结露后的干燥

空气通过风机的作用再次流向冷凝器，进行新一轮的冷凝(加热)、蒸发(降温)，

对衣物进行干燥，直至衣物烘干。

了解了热泵型干衣机的基本原理后，以下将它与电热型干衣机作一番性能比

较，通过比较可提出热泵干衣机的三个主要特点[2]。

⑴ 热泵型干衣机在能源利用方面的效果有明显的优势，节能性是热泵干衣

机的最大特点。

⑵ 电热型干衣机将衣物中的水分直接蒸发到室内空气中，破坏室内的热湿

环境，增加室内的空气湿度，使人产生不适感，不利身体健康，同时还会加速室

内其他物品和器具的霉变。而热泵型干衣机不存在此问题，因为其干衣过程与室

内空气隔离。

⑶ 电热型干衣机出风口温度较高，某些化纤类衣物不得使用干衣机，且在

高温下，有些衣物很容易受损。在其运行的过程中，如果电路控制装置失灵，就

会引起燃烧。而热泵型干衣机完全避免了这类问题，它的热源来自冷凝器，制冷

系统的特性决定了其自身及冷凝温度远低于燃点，是属于安全型的干衣机。

§1.2 文献综述

§1.2.1 干衣机的分类

随着人们生活水平的提高，目前在我国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如

同其他家电和工业设备一样，干衣机进入百姓家。干衣机有着很多优点，主要表

现在：⑴ 无需在室外晾晒衣服，解决了部分居民居住条件窄小的困扰；⑵ 晾衣

不受天气条件的限制，即使在阴雨连绵的雨季也可使衣物即洗即干；⑶ 进一步

解除人们的繁重家务劳动。

干衣机的分类如下：

⑴ 按结构形式分

①柜式机：是将衣服用衣架挂在烘箱内进行干燥，容量较大，因此一次性干

燥衣物较多。

②滚筒式机：是将衣物直接放进滚筒内，在体积上比柜式机要小，可用专用

架子与洗衣机组合在一起使用。目前市场上干衣机以滚筒式为主。

⑵ 按安装方式分：落地式、吊挂式

⑶ 按水分的排除方式分：

①排气式：把衣物中蒸发出的水分直接排放到周围环境中，因而增加了室内

温度和湿度，占地面积较大，但价格较低；也可用管道将湿气排出室外。

②除湿式：使用循环热风，把衣服蒸发出来的水蒸气通过冷凝器结成水，然

后从机内排出。不影响环境，不需要特殊设置场地。

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摘要：

摘要目前城市很多居民居住在高层建筑中，受高层建筑的限制人们无法直接在室外晾晒衣物，因此，衣物不得晒在室内阳台。由此带来了一系列的问题：晾晒时间长、干燥效果差、影响家居美观、紫外线强度达不到杀菌效果等。干衣机的出现解决了传统晒衣所带来的一系列问题，干衣机，全称衣物烘干机。既能快速方便烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节,衣物难晾干、晾衣空间小而烦恼,还可起到消毒、杀菌、消除异味的作用。本文提出的热泵干衣机的概念，区别于传统的电热型干衣机。其有三个主要特点：⑴在能源利用方面的效果有明显的优势。⑵衣物中的水分不会直接进入室内，破坏室内的热湿环境，而是以冷凝水的形式排出系统外。⑶干衣的温度不...

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