張 超 宋一鳴 黃炳華

（1.中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院 鄭州 450007； 2.江蘇新科電器有限公司 常州 213000）

引言

隨著國內(nèi)人民生活品質(zhì)的不斷提高，傳統(tǒng)的衣物清洗、自然晾干已經(jīng)滿足不了部分人們的需求。人們對(duì)于衣物清洗提出了更多的功能訴求，如衣物烘干、殺菌除螨等。其中最受矚目的就是衣物烘干，這在中國南方潮濕地區(qū)及生活節(jié)奏較快地區(qū)需求尤為迫切。

干衣機(jī)的發(fā)展已經(jīng)有60多年的歷史。目前在歐美發(fā)達(dá)國家，洗衣機(jī)與干衣機(jī)的配套使用率超過70 %，在國內(nèi)卻不到1 %，市場(chǎng)潛力巨大[1]。與2020年同期相比，2021年一季度，國內(nèi)家用干衣機(jī)線上、線下銷量分別增加了1倍和2倍[2]。本文對(duì)國內(nèi)常見的家用干衣機(jī)類型、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了總結(jié)，通過對(duì)不同類型干衣機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，對(duì)國內(nèi)干衣機(jī)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

1 干衣機(jī)的常見類型

目前干衣機(jī)設(shè)備主要有洗衣機(jī)-干衣機(jī)一體式及獨(dú)立式兩種，洗衣機(jī)-干洗機(jī)一體式的烘干容量僅為洗衣容量的60 %左右，獨(dú)立式干衣機(jī)越來越受人們的歡迎。干衣機(jī)分類常見有三種方法，分別是按照水分排除方式、加熱方式以及干衣機(jī)結(jié)構(gòu)分類法[3]。

1.1 按照水分排除方式分類

按照水分排除方式可分為直排式和冷凝式。直排式又可稱為排氣式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。直排式干衣機(jī)的加熱空氣循環(huán)系統(tǒng)是開式的，干衣機(jī)從環(huán)境中吸入新鮮空氣，經(jīng)加熱元件加熱后成為熱空氣，進(jìn)入干衣室；熱空氣加熱干衣室內(nèi)衣物，使衣物內(nèi)的水分蒸發(fā)，成為高溫濕空氣，最后直接排入到環(huán)境中。冷凝式又稱為除濕式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。冷凝式干衣機(jī)的加熱空氣循環(huán)系統(tǒng)是閉式的，進(jìn)入到干衣室的干燥熱空氣，加熱室內(nèi)衣物，使衣物內(nèi)水分蒸發(fā)，成為高溫濕空氣。高溫濕空氣經(jīng)冷凝換熱器，向外界冷媒釋放熱量，高溫濕空氣中水分冷凝為水，成為低溫干空氣。低溫干空氣經(jīng)加熱元件加熱，再次進(jìn)入干衣室，開始新一輪循環(huán)。

圖1 直排式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 冷凝式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 按照加熱方式來分

家用干衣機(jī)常見有四種加熱方式，分別是電加熱、燃?xì)饧訜?、微波加熱以及熱泵加熱。電加熱是采用電為?qū)動(dòng)能源，利用電阻絲或者PTC加熱器進(jìn)行加熱；燃?xì)饧訜崾谷細(xì)馊紵鳛榧訜崮茉?；微波加熱利用微波發(fā)射器發(fā)射微波，微波直接作用在衣物的水分子上，加熱水分子，使水分子蒸發(fā)；熱泵加熱采用熱泵機(jī)組提供加熱熱源，該方式在提供加熱熱源的同時(shí)，還能提供干衣室內(nèi)高溫濕空氣冷凝的冷源，其原理圖如圖3所示。

圖3 熱泵式干衣機(jī)系統(tǒng)原理圖

熱泵式干衣機(jī)系統(tǒng)包括制冷劑和加熱空氣兩個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng)由系統(tǒng)中的蒸發(fā)器和冷凝器耦合在一起。制冷劑閉式循環(huán)系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等部件。來自蒸發(fā)器的低溫低壓制冷劑蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓制冷劑蒸汽后，進(jìn)入冷凝器，向加熱空氣釋放熱量，成為高溫高壓制冷劑液體；制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流，成為低溫低壓制冷劑濕蒸汽，進(jìn)入蒸發(fā)器中吸收加熱空氣熱量，成為低溫低壓制冷劑蒸汽；制冷劑蒸汽再次進(jìn)入壓縮機(jī)，開始新的循環(huán)。加熱空氣循環(huán)系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、冷凝器、干衣室以及風(fēng)機(jī)等部件。低溫干空氣在冷凝器中吸收制冷劑熱量后成為熱空氣，進(jìn)入干衣室，吸收衣物的水分成為高濕空氣；高濕空氣經(jīng)蒸發(fā)器，向制冷劑排放熱量冷凝，成為低溫干空氣；低溫干空氣經(jīng)冷凝器再加熱，開始新的循環(huán)。熱泵式干衣機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 熱泵式干衣機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在熱泵式干衣機(jī)系統(tǒng)中，由于加熱空氣在蒸發(fā)器中釋放的熱量要小于加熱空氣在冷凝器中吸收的熱量，所以干衣機(jī)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)入干衣室的空氣溫度會(huì)一直升高，直至熱泵系統(tǒng)因排氣壓力過高而無法運(yùn)行[4]。為保持干衣機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定，通常采用引入新風(fēng)、增加輔助冷凝器或空氣輔助冷卻器等方法[5]。電加熱式、燃?xì)饧訜崾揭约拔⒉訜崾礁梢聶C(jī)，若采用冷凝式系統(tǒng)，其冷源通常由外部環(huán)境空氣來承擔(dān)。

1.3 按照結(jié)構(gòu)來分

常見的家用干衣機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)，分別是柜式和滾筒式。柜式干衣機(jī)中，衣物是以靜置的方式處于長方體型的干衣室中，通過熱空氣流動(dòng)，使水分蒸發(fā)，干燥衣物；滾筒式干衣機(jī)中，衣物被置于滾筒式的干衣室中，隨滾筒旋轉(zhuǎn)而滾動(dòng)，利用流動(dòng)的熱空氣使水分蒸發(fā)，干燥衣物[3]。

2 干衣機(jī)對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 直排式和冷凝式干衣機(jī)對(duì)比分析

直排式干衣機(jī)直接從環(huán)境中吸入空氣，系統(tǒng)運(yùn)行在一定程度上會(huì)受外部環(huán)境的影響；且直排式干衣機(jī)將高溫高濕空氣直接排放至外部環(huán)境中，會(huì)對(duì)外部環(huán)境的溫度和濕度產(chǎn)生一定的影響；但直排式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。冷凝式干衣機(jī)因加熱空氣是閉式循環(huán)流動(dòng)，不會(huì)對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生影響，也不會(huì)受外部環(huán)境影響；冷凝式干衣機(jī)設(shè)置了冷凝裝置，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高；且因增加了除濕過程，系統(tǒng)能耗也隨著增加。

2.2 不同加熱方式干衣機(jī)對(duì)比分析

電加熱式干衣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)單成熟；但能耗較大，工作溫度較高，容易損傷衣物。燃?xì)馐礁梢聶C(jī)效率高、烘干時(shí)間短、運(yùn)行成本低。燃?xì)馐礁梢聶C(jī)的能效指數(shù)約為電加熱式的46.4 %，烘干時(shí)間約為電加熱式的61.2 %，運(yùn)行成本約為電加熱式的62 %[1]；但燃?xì)馊紵龝?huì)產(chǎn)生含有一氧化碳的煙氣，安裝位置受一定限制；微波式干衣機(jī)能效高，能效系數(shù)比燃?xì)馐礁梢聶C(jī)高28.84 %，比電加熱式干衣機(jī)高9.9 %[6]。微波式干衣機(jī)加熱溫度低，對(duì)衣物損傷小，且干燥均勻度較好。但微波加熱會(huì)對(duì)衣物中所含金屬有影響，使用受一定的限制；熱泵式干衣機(jī)能效高，能效系數(shù)是電加熱式干衣機(jī)的2～3倍[7]。熱泵式干衣機(jī)加熱溫度低，能減少對(duì)衣物的損傷，且安裝不受位置的影響。但因其增加了熱泵系統(tǒng)，生產(chǎn)成本較高[8]。

2.3 不同結(jié)構(gòu)式干衣機(jī)對(duì)比分析

柜式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，干衣過程衣物靜置，避免了衣物相互摩擦受損。但其能耗高，烘干效率低；滾筒式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，烘干效率高。

3 發(fā)展趨勢(shì)分析

總體上說，直排式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，但因排風(fēng)溫度、濕度高，需要加裝排風(fēng)管道，已被市場(chǎng)逐漸淘汰；冷凝式干衣機(jī)避免了直排式干衣機(jī)的弊端。其中空氣冷凝式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低，但能耗較高；熱泵冷凝式干衣機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，但能效高、運(yùn)行成本低，且不受安裝位置限制?？諝饫淠胶蜔岜美淠礁梢聶C(jī)各有優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為干衣機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的主流。

目前，針對(duì)家用干衣機(jī)的研究主要集中在降低烘干能耗、縮短烘干時(shí)間、改善干燥均勻度和防皺效果以及提高除菌效果等方面[9,10]。通常采用創(chuàng)新加熱模式、優(yōu)化風(fēng)道和換熱器等部件結(jié)構(gòu)以及完善控制方法等措施，縮短干衣時(shí)間，提高能源利用效率，改善烘干效果。隨著數(shù)字化、智能化家居的快速發(fā)展，智能化干衣機(jī)也會(huì)越來越受到人們的關(guān)注[10]。

4 小結(jié)

在干衣機(jī)國內(nèi)市場(chǎng)快速發(fā)展的背景下，本文對(duì)國內(nèi)家用干衣機(jī)的基本類型、結(jié)構(gòu)以及基本原理進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)不同類型干衣機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)國內(nèi)家用干衣機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。分析結(jié)果表明：冷凝式干衣機(jī)將成為干衣機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的主流；家用干衣機(jī)的烘干時(shí)間、烘干能耗以及烘干均勻度是影響干衣機(jī)推廣應(yīng)用的重要因素。因此，如何進(jìn)一步創(chuàng)新加熱能源模式、優(yōu)化系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)、完善控制方法，進(jìn)一步提高烘干效率、降低烘干能耗以及改善烘干效果，是目前亟待解決的問題。