家用洗碗机风机干燥技术影响因素研究

2022-04-14张朴

日用电器 2022年3期

张朴

（珠海格力电器股份有限公司珠海 519070）

引言

随着社会的高速发展，消费群体结构及消费者认知逐渐发生变化，这就要求家电制造企业对产品、技术持续不断的进行优化和迭代升级。作为中国家电市场增长迅速的洗碗机，自2015年以来出现了爆发式增长，市场出现了嵌入式、独立式、水槽式、Mini台式等多种不同安装方式的洗碗机产品，显示出市场对洗碗机的需求越来越旺盛。作为起源于西方国家的洗碗机，因用餐习惯、餐具类型等不同，消费者对洗碗机各个方面提出了新的要求。有文献做过在已购洗碗机的消费者对洗碗机的负面看法的数据统计，餐具烘干不透问题占比达到53 %［1］，因此在满足餐具洗刷的同时对餐具干燥程度及效果提出更高的要求。

洗碗机内部处于相对封闭状态，若采取被动干燥的方式在餐具洗涤后，仅通过呼吸器部件、缝隙与外界自然的进行空气交换，洗碗机内部水蒸气难以高效流动，从而餐具干燥效果较差且干燥效率较低，餐具长期放置容易导致细菌滋生、发霉、甚至产生异味。为提升洗碗机的干燥效果，采用风机干燥、热泵干燥、沸石干燥等主动干燥的方式。风机干燥按照装置分有风机型和无风机型；按照排气的方位分为顶出气式和门衬间出气式；按照风机的类型，分为离心风机式和贯流风机式［2］。风机干燥因干燥效果好，带风机干燥装置的比不装风机干燥装置的洗碗机干燥度总分提高20 %［3］，此外风机干燥装置成本较低，因此在洗碗机上应用较为广泛。

为充分发挥风机干燥的优点，实现最优的餐具干燥及保存效果，本研究以嵌入式洗碗机双风机干燥系统为研究对象，经过试验分析，根据洗碗机内胆温湿度的变化规律进行优化风机工作时序。

1 洗碗机风机干燥过程机理分析

干燥阶段开启吸湿风机，持续检测内胆内部环境温湿度变化规律，可以发现，如图1所示。因热漂结束后，洗碗机内胆内部充满水蒸气，在吸湿风机开始时，在前850 s（时间差异主要受热漂温度、外部环境温度影响）洗碗机内胆一直保持饱和的湿度状态，在图1中A点之后相对湿度值迅速下降；吸湿风机停止运行后，湿度值出现回弹，如B点后的湿度变化。

图1 洗碗机内部温度湿度变化规律

通过图1温湿度曲线，可以分析看出：在洗碗机热漂阶段，被加热的洗涤水（通常在50～70 ℃以上）的热量向餐具、内胆进行传递。热漂阶段结束后，洗碗机运行至进入干燥阶段，开启吸湿风机将洗碗机内部湿热空气吸出，与此同时由呼吸器、门下缝隙等位置补充外界干燥空气。前期内部水蒸气较多，洗碗机内部湿度一直处于饱和状态；待大量湿气被排出后，内部湿度逐渐降低。

在风机干燥过程中，除湿风机移走内胆环境空气水汽，对干燥效率和效果具有正效应，能有效降低洗碗机内胆中的水蒸气含量，减少内胆中的环境水蒸汽含量有利于餐具表面水份蒸发。但另一方面除湿风机会带走大量热量对干燥效果产生负效应，大量热量的带出会使洗碗机内部温度降低水滴蒸发速率变慢。洗碗机内胆外壁有保温棉进行保温，内部温度降低相对比较缓慢，干燥前期可以只开启排风除湿风机减少内胆水蒸气含量。

随着洗碗机内部湿热空气吸出会伴随大量热量被带出，同时外界补入的空气温度较低、洗碗机与外界进行热交换散热，内部的温度会逐渐降低，导致餐具表面蒸发速度有所减缓慢，对干燥不利。此时介入进风风机，增加洗碗机内部空气流动速度，加强餐具表面强制对流程度，保证餐具整体干燥效果不因温度降低而受到较大影响。风机停止后，内部空间流动减少，湿度会出现回弹。

2 风机干燥阶段主要影响因素分析

2.1 洗碗机风机工作参数

风机干燥系统主要受进排风风机的风速（风量）、进出风口位置及几何尺寸大小影响。

排风除湿风机将内胆中的水蒸气抽出，排风风机风速越大单位时间内排出的水蒸气会越多，但同时造成干燥阶段噪声较大、排出的水蒸气未在风道内部充分冷凝直接排出到厨房，所以排风风机的风速不能太高，根据排风除湿风机仿真结果，如图2所示，流体最大流速为18.7 m/s，此速度位于风扇扇叶旋转末端，风道内流速在2～6 m/s速度区间内较为适宜。

图2 排风风机风速仿真图

进风风机将外部干燥空气送入洗碗机内胆，进风风机也需要考虑运行噪音及进风风量太大造成的洗碗机内部压力较高，造成洗碗机内部水蒸气除了通过排风除湿风机排出洗碗机外，还会通过洗碗机门体下部或呼吸器排入整机内门与外门缝隙或内胆与侧板之前缝隙，并形成水滴造成整机出现故障风险，影响整机运行的可靠性。根据进风风机仿真结果，如图3所示，流体最大流速为16 m/s。

图3 进风风机风速仿真图

2.2 最终热漂阶段洗涤水温度

洗碗机在最终漂洗阶段增加热漂温度能够提升餐具表面温度，从而使餐具表面具有更高的蒸发水分的能力，提升餐具的干燥效果。热漂温度提高这种方式是将干燥阶段洗碗机内部的水汽冷凝进行重新分布，干燥结束后内胆内部依然处于高湿状态。

内胆漂洗阶段温度的增加同时意味着能量消耗的增加，导致用户洗碗机使用费用的增加。风机干燥方式与热漂温度进行结合组合，在保证干燥效果的前提下，可以有效的降低热漂温度。一般洗碗机的最终热漂阶段的温度在70 ℃以上，风机干燥方式可以将最终热漂阶段水温降低至60 ℃左右，从而有效降低能量消耗。

2.3 漂洗剂添加用量

洗碗机漂洗剂的主要有两种成分组成，分别为非离子表面活性剂和柠檬酸。非离子表面活性剂能够降低水的表面张力，将附着在餐具上的水滴变成一层薄薄的水膜，使水分更容易挥发，并且挥发后无可见痕迹，提高了餐具表面干燥效果。柠檬酸能将表面活性剂的性能提高同时将残留在餐具上的（氢）氧化钙、镁等无机物溶解成水溶性物质，随水排出。

风机干燥方式漂洗剂每次洗涤的最优添加量一般在2～4 mL，但考虑不同地区的水硬度、PH值等水质情况的不同及洗碗机周边环境温湿度的变化，漂洗剂最优添加量会有所变化。

2.4 风机干燥阶段时序设计

通过对风机干燥的影响因素分析，对洗碗机的最终漂洗阶段、风机干燥阶段、及间断换气进行时序参数设计，如表1所示。漂洗阶段主要通过漂洗温度、漂洗剂的投放为风机干燥提供基础条件，干燥阶段通过排风除湿风机、进风风机的协调动作实现最优的干燥性能（满足标准GB38383-2019《洗碗机能效水效限定值及等级》中最高等级干燥要求：干燥指数≥1.08）［4］，换气阶段为防止洗碗机内部返潮通过风机的动作保持洗碗机内部的干燥状态，防止发霉异味等产生。