生活電器
衣服烘干機方案開發(fā)
衣服烘干機也稱為家用干衣機，它是家用電器里面很常見的一種應(yīng)用方式。烘干機可分為工業(yè)與民用兩種，工業(yè)烘干機也叫干燥設(shè)備或干燥機，民用烘干機是洗滌機械中的一種，一般在水洗脫水之后，用來除去服裝和其他紡織品中的水分。
隨著城市生活的快節(jié)奏和生活水平的提高。對生活在城市的家庭，一臺烘干機變得越來越有必要了。它幫助大家在冬日里或者陰雨天氣還能穿上干燥舒適的衣物。雖然簡易干衣機是一個非常簡單廉價的家庭設(shè)備，售價從數(shù)十元到一兩百元不等；但因為它的安全、便利和容易收納的原因，得到了廣泛的應(yīng)用，在電商上很多賣家也有數(shù)千的銷售量。而衣物烘干的過程卻是牽涉到對流擴散、水分蒸發(fā)、流體傳熱等等多個方面的物理過程。這些方面的研究，也有其實際的意義。
一、衣服烘干機的結(jié)構(gòu)組成
市面上常見的輕便衣服烘干機由主機、晾衣支架和密封布罩組成。
主機由內(nèi)過濾網(wǎng)、風(fēng)扇和PTC發(fā)熱元件組成。主機安裝于晾衣支架靠下的位置，并使主機進風(fēng)口離地面有一定的空間。將衣物晾掛在晾衣架上后，將密封布罩罩在晾衣架上，主機的出風(fēng)口位于密封布罩的底部。密封布罩的頂部開有出風(fēng)口。
二、衣服烘干機的烘干原理
待干織物主要由織物纖維（本文中指棉纖維）和水分組成。在干燥開始階段，主機提供干燥的熱空氣，一方面將待干織物的溫度升高，另一方面，干燥的熱空氣帶走了織物表面的水分。由于表面水分的蒸發(fā)，在織物的表面和內(nèi)部產(chǎn)生了濕度差。在此濕度差的推動下，內(nèi)部的水分將向表面擴散。
通過對干衣機烘干過程的各個物理現(xiàn)象的模擬，我們可以更加直觀地了解到衣物烘干的過程。溫度、風(fēng)速和衣物中含有的水分產(chǎn)生了相互的作用，使得衣物的不同位置的水分含量變化，變得快慢不一。
對于簡易干衣機的廠家而言，如何使得進風(fēng)口的干燥熱風(fēng)能夠盡量均勻的從底部送入，是提高干衣效率的關(guān)鍵。大量無效的干燥熱風(fēng)從阻力最小的路徑流失。在設(shè)計上，適當(dāng)增加迂回的路徑或者在進風(fēng)口增加擴風(fēng)器，可以使得熱空氣盡量均勻。
對于已經(jīng)購買使用簡易干衣機的家庭而言，將最難干透的衣物放在離開進風(fēng)口最近的地方是一個最好的選擇。同時要考慮如何擺放衣物，使得衣物盡量不會阻礙空氣的流動。
三、洗烘一體機與干衣機哪個更好用？
進入三月后，南方的天氣逐漸變得潮濕。洗完衣服后，靠自然晾干就變得更困難了。這時候，一款家用的干衣機就非常有用了。但是面對市面中的洗烘一體機以及干衣機來說，哪個才是真正適合進入家庭的產(chǎn)品呢？它們有什么本質(zhì)的區(qū)別呢?
1、從占地面積看
即便是最近國內(nèi)的房價稍有穩(wěn)定，但仍然是寸土寸金的級別。特別是很多衛(wèi)生間的設(shè)計，洗衣機都放不下，更別說額外的干衣機了。
這時候洗烘一體機的占地空間和“洗衣機+干衣機”的組合相比，就有著明顯的優(yōu)勢了。不過很多和洗衣機配套的干衣機，配合專用的支架是可以實現(xiàn)上下疊放的。所以對于高度沒有什么限制的家庭，獨立式的干衣機和洗烘一體機在占地面積上沒有太大的區(qū)別。
2、從容積看
洗衣機以千克為容積單位，也就是常說的公斤，作為和洗衣機配套的干衣機，也是以千克來衡量容量的大小。一般洗烘一體機，洗衣的額定重量和烘干的額定容量并不相同。以入門的產(chǎn)品為例，一般額定容量為8kg左右的產(chǎn)品，烘干的額定容量大概在4kg、5kg左右。這有什么影響呢？就是一次放進去一堆臟衣服，洗雖然能一次洗干凈，但是烘干出來就不完全，仍帶有潮濕。而用洗衣機洗床單、被罩、窗簾什么的，也不能徹底烘干到拿出來直接能用的級別。至于獨立的干衣機，通常額定容量要更大一些，所以，一般人的感覺就是洗烘一體機烘不干、而獨立產(chǎn)品沒問題。實際上，買個高端點的洗烘一體機，烘干的額定容量也上去了，效果并不比獨立的差。
3、從體驗看
實際上，使用體驗可以從幾個角度來說，比如烘干速度、烘干效果、繁瑣程度、烘干出來衣服的皺褶情況。
（1）從速度來講，兩者都很慢，單次烘干基本都在2個小時以上，而洗一次大概也就半個多小時。
（2）從烘干效果上來講，額定容量的問題會造成中低端的洗烘一體機沒法讓衣服完全烘干。而高端產(chǎn)品和獨立產(chǎn)品效果比較好，但高端洗烘一體機價格偏高。
（3）從繁瑣程度上來講，肯定是洗烘一體機更好，畢竟臟衣服扔進去，拿出來抖抖就能穿了。
（4）從衣服的褶皺情況來說，獨立產(chǎn)品更占優(yōu)勢。但實際上這并不是機型的原因。由于在甩干階段，衣物會被大力的壓縮，這時候直接烘干衣物纖維就彎著定型了。而獨立干衣機有個從洗衣機中拿出來抖一下的過程，這個過程衣物的纖維就相對平整了，烘干出來就不至于太褶皺了。不過洗烘一體機在洗完了先拿出來抖落一下，再扔回洗衣機重新烘干也能達到類似的效果。此外，大多洗烘一體機并沒有毛絮收集器，毛絮如果堆積在洗衣機里受潮濕高溫影響，容易產(chǎn)生霉變。而獨立干衣機大多都會有毛絮收集器。
4、從價格看
主流8kg國產(chǎn)干衣機價格在4000～6000元左右，主流的8kg洗衣機價格在3000～4000元左右，兩者總價在7000～10000元左右。而8kg的洗烘一體機價格在4000～8000元左右。所以，洗烘一體機產(chǎn)品更具價格優(yōu)勢，不過烘干效果會有一定影響。烘干效果沒影響、占地空間也小的高端洗烘一體機產(chǎn)品，價格則在12000～15000左右，達到相同效果時，比獨立產(chǎn)品的總體價格更高。
綜上所述：差錢、差空間，就選擇低端洗烘一體機；不差錢、差空間，就選擇高端洗烘一體機；差錢、不差空間，就選擇獨立干衣機；不差錢、不差空間，那就可以隨著自己的心情，隨意挑選。
四、衣服烘干機的烘干過程分析
通過觀察烘干過程，可以發(fā)現(xiàn)，依據(jù)織物表面溫度和失水速率變化特征，可將織物從濕潤到烘干的整個過程劃分為升溫階段、恒速烘干階段、降速烘干階段、吹冷風(fēng)階段。
1、升溫階段是指濕態(tài)織物在環(huán)境中調(diào)節(jié)自身的溫度，且含水率幾乎不變的階段。這是由于這一階段，織物的溫度較低，不足以提供織物大量蒸發(fā)所需要的能量，所以水分的遷移速率非常緩慢，加熱絲功率提供的能量主要用于織物溫度的增加而不是織物內(nèi)水分的散失。此階段去除的水分主要是自由水（吸附在織物表面的水分）。
2、恒速烘干階段是指織物溫度基本不變，含水率以恒定速率下降的階段，是烘干的主要失水階段。此階段加熱絲提供的能量主要用于織物內(nèi)水分的遷移，干衣機提供給織物的能量等于織物蒸發(fā)所需要的能量。整個過程，織物表面的纖維被水分子包圍，一直處于飽和狀態(tài)，去除的水分主要是存在于織物表面、紗線間空隙、纖維間空隙的自由水，遷移速率取決于外界環(huán)境，即由物料表面水的汽化速率決定。而且，傳質(zhì)驅(qū)動力是因劇烈蒸發(fā)產(chǎn)生的織物表面的水蒸氣密度與周圍濕空氣中的水蒸氣密度之差（內(nèi)外水蒸氣氣壓差）。因此，此階段可以通過改變外界條件提高烘干效率，即采用高風(fēng)速、大風(fēng)量把烘干過程物料表面汽化的水蒸氣帶走。
3、降速烘干階段是指織物表面溫度明顯增加，織物含水率下降速率逐漸下降的階段。此階段，織物表面不再處于飽和狀態(tài)，蒸發(fā)開始進入織物內(nèi)部。此階段排除的水分主要是存在于纖維間空隙的自由水分子，遷移速率取決于纖維內(nèi)部水分的擴散速率。如果過烘，氫鍵與范德華力為主的結(jié)合能的破壞，導(dǎo)致纖維內(nèi)毛細水（纖維內(nèi)部空隙內(nèi)的水）和結(jié)合水（通過化學(xué)鍵或者親水基團與纖維大分子結(jié)合的水分子）蒸發(fā)。此階段速率與織物內(nèi)部水分向外遷移速率顯著相關(guān)，因而其烘干速率明顯受限于烘干織物的種類、材料自身傳熱傳質(zhì)速率。
4、吹冷風(fēng)階段是指實現(xiàn)織物與環(huán)境之間的溫濕度平衡的階段。此階段基本不涉及水分的遷移，但溫度迅速下降。
綜上所述，每個階段在織物烘干過程中分別承擔(dān)著不同的作用，需要去除的水分種類及質(zhì)量均不同，而且其烘干機理和烘干速率也不相同，故每個階段需要供給的能量、烘干溫度、風(fēng)速滯留時間、衣物的運動狀態(tài)是不同的，應(yīng)根據(jù)實際需要分別加以控制，才能達到快速高效烘干衣物的目的。因而干衣機采用全過程參數(shù)固定不變的烘干模式是不合理的，而應(yīng)采用根據(jù)烘干所處階段，實時調(diào)整烘干參數(shù)的模式。因此，提出了充分利用織物烘干過程織物溫濕度、運動特征的正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式，最大限度地提高干衣機烘干效率，盡量實現(xiàn)干衣機的全面節(jié)能。
五、家用干衣機的烘干模式分析
暖風(fēng)干衣機的烘干模式可以有三種：正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干、單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干、單一固定烘干。
正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干能耗最小，單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干能耗次之，單一固定烘干模式的烘干能耗最大。相比于單一固定烘干模式，單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式節(jié)約了5．43％的烘干能耗，正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式節(jié)約了12．77％的烘干能耗。這是因為：分階段性烘干模式，能夠根據(jù)烘干所處階段，合理的調(diào)整各烘干參數(shù)，避免用于織物溫度過度增加的能量，使每個階段能源利用率到達最大。以下是三種紅安模式的優(yōu)劣對比。
1、烘干時間對比
三種烘干模式中正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干時間最?。ü?jié)約了10％的時間），單一固定烘干模式的烘干時間次之，單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干時間最大。對比3種烘干模式的烘干參數(shù)設(shè)定發(fā)現(xiàn)：相比于單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干參數(shù)，單一固定烘干模式的整個烘干過程加熱絲功率均為4 000W，功率較高，烘干氣流攜帶的能量較多，有利于織物內(nèi)水分的蒸發(fā)，故烘干時間較短。而正反交替分階段烘干模式全過程的參數(shù)設(shè)定同單方向旋轉(zhuǎn)分階段的烘干參數(shù)設(shè)定，但是其增加了正反交替旋轉(zhuǎn)，織物不會出現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的纏繞或者抱團現(xiàn)象，增加了織物與烘干氣流的接觸面積，降低了織物的烘干厚度，烘干效率較高，因而烘干時間較短。
2、烘干效果對比
三種烘干模式中單一固定烘干模式的最終含水率最低，這是因為這種烘干模式烘干后期的織物溫度最高，使得內(nèi)部水分蒸發(fā)更充分，故最終含水率最低。而分階段烘干模式烘干后期的織物表面溫度較低，很難使內(nèi)部的結(jié)合水也充分遷移，故最終含水率較高。
3、烘干均勻性對比
三種烘干模式中，正反交替旋轉(zhuǎn)分階段烘干的烘干均勻性均最好，單一固定烘干模式和單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干均勻性較差，且兩者差異不大。這是因為正反交替旋轉(zhuǎn)更容易抖散織物，織物受熱更均勻，故烘干均勻性更好。
六、干衣機最合適的烘干模式選擇
由上述分析可知，采用合適的烘干模式可顯著提高干衣機的烘干效率、環(huán)境經(jīng)濟影響，并提高織物烘后的外觀效果。
在整個烘干過程，織物表面溫度和織物含水率具有明顯的時變性和階段性特征。并依據(jù)織物表面溫度和織物瞬時含水率變化特征，可將其劃分為升溫階段、恒速烘干階段、降速烘干階段、吹冷風(fēng)階段。且每個階段的主要作用不盡相同。升溫階段主要是以最快的升溫速率提高織物溫度；恒速烘干階段主要是以最大的失水速率將織物內(nèi)60％～70％的水分去除，是烘干的主要階段；降速烘干階段是在保證織物表面溫度不過分升高的前提下，盡量多的去除織物內(nèi)水分；吹冷風(fēng)階段以最快的速率將織物表面溫度降到室溫。因而，應(yīng)充分利用每個階段的特性，進行分階段變參數(shù)烘干，最大限度地提高烘干效率。
正反交替分階段變參數(shù)烘干模式的烘干效率和烘后性能均明顯優(yōu)于單一固定烘干模式的烘干效率和烘后性能，且稍優(yōu)于單方向旋轉(zhuǎn)分階段烘干模式的烘干效率和織物性能。相比于單一固定烘干模式，烘干時間可降低了10％、烘干能耗可以降低了15％、平整度可以提高1級、CO2排放量和使用成本均降低。
正反交替分階段烘干模式既可實現(xiàn)節(jié)能、高效、環(huán)保、不損傷衣物的烘干目的，又可為干衣機生產(chǎn)商合理設(shè)定烘干程序提供借鑒。
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