歐陽(yáng)文慧 徐雙慶 楊纖婷 劉青霞 指導(dǎo)老師：李冠男 周傳輝

（湖北省武漢科技大學(xué)黃家湖校區(qū)，湖北 武漢 430065）

1 概述

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多的人在城市定居擁有自己的商品房，選擇房間的首要因素則是通風(fēng)陽(yáng)光好，這不僅僅是為了生活的舒適更是為了衣物晾干等方便。晾衣架作為生活中普遍使用的物品，具有廣大的市場(chǎng)，而現(xiàn)代居民所使用的傳統(tǒng)晾衣架安全性差、成本高、耗能大，且不能在陰雨天晾干衣物，新型安裝了紫外線(xiàn)菌燈的晾衣架卻又價(jià)格昂貴，不具有使用的普遍性。

本方案基于輻射傳熱和自動(dòng)控制的原理，提出一種可利用太陽(yáng)能的全天候晾衣烘干解決方案，該方案設(shè)計(jì)較為合理，較大程度利用了清潔能源作為能耗補(bǔ)充，在節(jié)能與晾衣功能控制方面為用戶(hù)提高良好的使用體驗(yàn)。

圖1

2 全天候晾衣裝置的設(shè)計(jì)方案

基于輻射傳熱原理的晾衣架系統(tǒng)由發(fā)電裝置、蓄電裝置、控制電路及兩個(gè)烘干裝置組成。發(fā)電裝置由太陽(yáng)能電池板，和相變儲(chǔ)能材料組成，為整個(gè)系統(tǒng)的烘干裝置提供電能；兩個(gè)烘干裝置即遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置[1]和水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置，遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置由電風(fēng)扇、遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱板、進(jìn)風(fēng)口，出風(fēng)口組成。

圖2

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)

通過(guò)太陽(yáng)能蓄電池板收集太陽(yáng)能傳遞給蓄電裝置，供遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置烘干衣物時(shí)使用。涂抹的相變儲(chǔ)能材料，可吸收太陽(yáng)熱輻射的熱量，在夜晚和陰雨天時(shí)通過(guò)相變，在需要的時(shí)間向遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置中放出熱量，達(dá)到良好的儲(chǔ)熱、控制熱量傳遞效果。以武漢地區(qū)為例，武漢地區(qū)年平均總輻射量為4600MJ/（m2*a）=1277.78 kW·h/m2，則平均每天太陽(yáng)總輻射量為3.50 kW·h/m2。在一定的太陽(yáng)年輻射總量前提下，根據(jù)太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率，得出每日太陽(yáng)電池板的發(fā)電量為

式中，S為武漢地區(qū)太陽(yáng)天輻射總量；16.5%為太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率[2]。

3.2 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置的設(shè)計(jì)

將相變儲(chǔ)能材料及太陽(yáng)能電池板吸收的熱量先運(yùn)輸給太陽(yáng)能薄膜，太陽(yáng)能薄膜采用納米半導(dǎo)體膜材料，吸熱率高，可將太陽(yáng)能一部分轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化效果好，將電能儲(chǔ)存至蓄電池，蓄電池將電能量作用于電風(fēng)扇、電熱網(wǎng)另一部分向下傳遞，將電風(fēng)扇送進(jìn)的新風(fēng)加熱為熱風(fēng)，反射板上涂了一層蒸熱涂層材料，可增加散熱面積，蓄積熱量，充分提高電能轉(zhuǎn)化率，節(jié)能效果好[3]。最終熱風(fēng)從通風(fēng)通道被送出。

圖3

3.3 水分蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)

當(dāng)遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置加熱空氣時(shí)，利用溫度傳感裝置將空氣排到下層晾衣層，加速衣服風(fēng)干速度，當(dāng)晾衣層的空氣濕度達(dá)到一定程度的時(shí)候的時(shí)候，傳感器識(shí)別將下面的小孔打開(kāi)，將晾衣層的水排到旁邊的小盒里面。通過(guò)水槽收集的水運(yùn)輸?shù)窖b置中，通過(guò)電熱網(wǎng)加熱變?yōu)檎羝?，最后通過(guò)排風(fēng)口排出，吹向最下層的鞋架層，進(jìn)行余熱利用。

4 裝置工作流程

通過(guò)太陽(yáng)能電池板和相變儲(chǔ)能材料對(duì)吸收的太陽(yáng)能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，得到該裝置工作的動(dòng)力-電能。電能分別作用于上層的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置和下層的水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)晾衣架上方安裝的壓力傳感器與濕度傳感器，在整個(gè)控制回路中采用單片機(jī)[4]，它可通過(guò)感受溫度值與壓力值，自動(dòng)控制暖氣孔的開(kāi)關(guān)。當(dāng)裝置上掛有衣物時(shí)，遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱裝置開(kāi)始工作，暖氣孔打開(kāi)，加熱的暖風(fēng)通過(guò)暖氣孔持續(xù)吹出，逐漸使衣物水分蒸發(fā)，達(dá)到晾干衣物的效果。與此同時(shí)，衣物烘干的水滴被水槽吸收，通過(guò)水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為暖氣，可用于吹干最下層的鞋子。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種由發(fā)電裝置、蓄電裝置、控制電路及兩個(gè)烘干裝置組成的基于輻射傳熱和單片機(jī)原理的全天候晾衣裝置，該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）此裝置上裝有太陽(yáng)能發(fā)電板和蓄電池，可在天氣較好的時(shí)候儲(chǔ)存電為陰雨天使用，紅外線(xiàn)加熱不影響周?chē)h(huán)境，不太依靠外接電源，獲得能量的方式簡(jiǎn)單；

（2）一般家庭都需要晾衣架，但是較難解決陰雨天氣衣服較難干的問(wèn)題，此時(shí)應(yīng)用此裝置紅外線(xiàn)加熱裝置提供熱風(fēng)較容易使衣服風(fēng)干，裝置構(gòu)件不大，較為美觀(guān)，而下面附帶的鞋柜可節(jié)省室內(nèi)空間。同時(shí)，本裝置所需的構(gòu)件在生活中均易常見(jiàn)，材料來(lái)源廣，價(jià)格低廉，使其造價(jià)成本低，易于投入推廣，故而有很好的應(yīng)用前景。但是目前該裝置的設(shè)計(jì)還只是處于初步的理論階段，由于太陽(yáng)能和相變儲(chǔ)能材料供電具有不穩(wěn)定性，且遠(yuǎn)紅外線(xiàn)產(chǎn)生的殺菌效果仍未測(cè)得，因此需要對(duì)裝置的合理性進(jìn)行論證，除此之外還需要對(duì)裝置的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱構(gòu)件進(jìn)行軟件模擬、對(duì)蓄電機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)以及確定裝置中各個(gè)部件的具體尺寸，繼而制作出實(shí)體裝置，通過(guò)實(shí)體裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，逐步改進(jìn)、完善裝置，使其能夠真正應(yīng)用到家用晾衣架的生產(chǎn)中。