热泵在衣物护理机中的研究与应用

(合肥品冠科技有限公司，安徽 合肥 231131)

1 概述

衣物护理机由烘干机等多设备逐渐演变而来的新产品物种，具有蒸汽杀菌、烘干除尘、除皱、裤线管理等多种功能。主要是对护理机内部的温度、蒸汽进行管理，以达到衣物护理的目的。

纺织纤维材料随着温度的变化，其各项性质均会产生相应的变化，如比热容将逐渐增大，从玻璃态向高弹态转换区间，比热容增加最快，且在完成转换后，比热容增加逐渐变慢。玻璃态向高弹态转变的温度在一定区间内完成，不同材料的转变区间宽度不同，而影响玻璃化转变温度的因素主要有两种，一种是内因结构性因素，一种是外界因素，如温升速度、外力大小等。

2 陶瓷片加热技术分析

目前通过蒸汽发生器产生蒸汽喷射到护理间室内进行蒸汽杀菌，陶瓷片加热器对外界空气进行加热通过风机将热空气输送到间室内，对衣服进行烘干、除尘，随着热空气的输入，护理室内的蒸汽被送到环境空气中。一个护理过程中间室内温度见表1。

表1 一个护理过程中间室内温度

图1 陶瓷片加热器护理过程室内曲线

陶瓷片加热方式对衣物一次护理需要消耗非常高的电能，同时在烘干过程中为防止持续加热带来的过高温度，采用短时间断电停止加热，致使温度降低，重新加热时再次升温，不仅耗电而且不能保证衣服护理时所需的持续稳定温度。陶瓷片加热器护理过程室内曲线如图1所示。采用陶瓷片加热实现护理功能的技术显得非常原始化，不仅不能有效地降低能耗，对蒸汽进行回收，而且护理室内部的空气排出会对周围的环境产生二次危害。

3 热泵技术应用分析

3.1 衣物护理机中热泵系统研究

热泵系统采用压缩机变频控制及电子膨胀阀精准流量控制，使整个热泵系统始终保持在最佳运行条件下，烘干过程刚开始时需要大量的热量，此时压缩机转速迅速提升，以确保间室温度能够迅速提升起来，间室温度达到要求后，压缩机转速自动调节使热量与间室的热量损失达到动态平衡，并最终维持恒定转速，使间室内温度稳定在衣服护理的目标温度。电子膨胀阀的流量随着压缩机转速的提升(见图2)，开度逐渐增大，能够使整个热泵系统与衣物护理机达到合理匹配的效果。

热泵使护理室很快达到目标温度并能维持不变直至护理结束。

图2 电子膨胀阀流量曲线

3.2 烘干护理性能分析

衣服的烘干护理不仅与温度有关，而且与温度持续稳定的时间有关。那么衣物护理机就需要对保温及温度的稳定持续性有一定的要求，衣物护理机的热负荷计算依然遵循传热学平板导热的理论计算。

平板导热量主要取决于材料的导热系数、厚度以及两侧的温差大小。双层平壁导热的计算如下：

式中:

Q——热负荷，W

λ1、λ2——热导率，单位为W /(m·K)

δ1、δ2——绝热层厚度，单位为m

A——导热面积，单位为m2

tw1——外壁面温度，单位为℃

tw3—— 内壁面温度，单位为℃

衣物护理机箱体的导热可以看作双层平壁导热，即空气层与保温层。保温层与空气层能够保证在有效的烘干护理中，温度持续稳定即可，并不需要非常严格的保温条件。

采用变频热泵提供护理时烘干的热量来源，能够平稳的持续提供热量，避免了使用陶瓷加热片开停机导致的温降与温升，使衣物能够始终如一的在一种温度区间内进行烘干护理。如表2对热泵式护理机内部烘干温度进行的实验测试。

烘干期间温度能够持续平稳稳定，对衣物达到良好的烘干护理效果(见图3)。

表2 热泵式护理机内部烘干温度

图3 热泵式护理机内部烘干温度曲线

3.3 冷凝功能分析及验证

热泵式护理机充分利用了热量的转换过程，蒸发器是热泵系统中主要的吸热单元，冷凝器放出的热量通过加热间室空气，加热后的空气及护理室内的蒸汽经过蒸发器冷凝，既完成了热量的交换，又将护理间室内的蒸汽冷凝回收。标准除菌程序护理过程中，热泵系统冷凝器前后、蒸发器前后空气的温度数据，蒸发器能够达到很好的冷凝效果。

蒸发器前后温差大概20 ℃左右，55 ℃的湿热空气通过低温蒸发器，湿热空气迅速被凝结为冷凝水及低温空气，通过蒸发器后的空气为含水量很低的干冷空气，干冷空气经过冷凝器再次加热进入护理间室进而完成一个循环。热泵系统能够很好的做到蒸汽的冷凝回收，这是陶瓷片加热器所不能具有的优点。

4 陶瓷片加热与热泵耗电量对比

一个完整的衣物护理过程主要包括蒸汽准备、蒸汽喷射、烘干3个主要步骤，而陶瓷片加热器式与热泵式护理机耗电量差异主要在烘干过程，一般标准护理程序烘干过程用时20～30 min/s，整个烘干过程主要是对空气进行加热，同时使蒸汽冷凝，以达到衣物护理烘干的主要功能。热泵式护理机通过冷凝器散热对空气进行加热，同时护理机内的湿热空气经过蒸发器被冷凝，最后再次被冷凝器加热完成一个循环。热泵本质上是一个热量转移的过程，相比直接用电加热更加节能省电。在相同的烘干时间下，不同的烘干方式所消耗的电能对比，电能节省将近70%。

5 结语

根据衣物护理机热量需求的不同，压缩机转速动态调整，电子膨胀阀流量动态匹配，整个热泵系统能够随着衣物护理机的使用而进行动态匹配；烘干护理的实现过程，热泵能使衣物护理机间室拥有持续稳定的温度，而不是陶瓷片加热器工作过程导致温度的不断升降；热泵系统中蒸发器能够对热蒸汽起到很好的冷凝效果，做到冷凝水的回收，不会对周围环境产生二次污染。热泵另外一个巨大的优势就是节能，比陶瓷片加热器节能至少50%以上，节能效果是非常明显的。