張 超 宋一鳴 黃炳華

（1.中原工學院能源與環(huán)境學院 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。

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

1 干衣機的常見類型

目前干衣機設(shè)備主要有洗衣機-干衣機一體式及獨立式兩種，洗衣機-干洗機一體式的烘干容量僅為洗衣容量的60 %左右，獨立式干衣機越來越受人們的歡迎。干衣機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)簡圖如圖1所示。直排式干衣機的加熱空氣循環(huán)系統(tǒng)是開式的，干衣機從環(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)簡圖如圖2所示。冷凝式干衣機的加熱空氣循環(huán)系統(tǒng)是閉式的，進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，再次進入干衣室，開始新一輪循環(huán)。

圖1 直排式干衣機結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 冷凝式干衣機結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 按照加熱方式來分

家用干衣機常見有四種加熱方式，分別是電加熱、燃氣加熱、微波加熱以及熱泵加熱。電加熱是采用電為驅(qū)動能源，利用電阻絲或者PTC加熱器進行加熱；燃氣加熱使燃氣燃燒作為加熱能源；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組提供加熱熱源，該方式在提供加熱熱源的同時，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 熱泵式干衣機系統(tǒng)原理圖

熱泵式干衣機系統(tǒng)包括制冷劑和加熱空氣兩個閉式循環(huán)系統(tǒng)，兩個獨立的閉式循環(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、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)壓縮機壓縮成高溫高壓制冷劑蒸汽后，進入冷凝器，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；制冷劑蒸汽再次進入壓縮機，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、干衣室以及風機等部件。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)。熱泵式干衣機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。

圖4 熱泵式干衣機的結(jié)構(gòu)簡圖

在熱泵式干衣機系統(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，所以干衣機系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，進入干衣室的空氣溫度會一直升高，直至熱泵系統(tǒng)因排氣壓力過高而無法運行[4]。為保持干衣機系統(tǒng)的穩(wěn)定，通常采用引入新風、增加輔助冷凝器或空氣輔助冷卻器等方法[5]。電加熱式、燃氣加熱式以及微波加熱式干衣機，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。

1.3 按照結(jié)構(gòu)來分

常見的家用干衣機有兩種結(jié)構(gòu)，分別是柜式和滾筒式。柜式干衣機中，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，使水分蒸發(fā)，干燥衣物；滾筒式干衣機中，衣物被置于滾筒式的干衣室中，隨滾筒旋轉(zhuǎn)而滾動，利用流動的熱空氣使水分蒸發(fā)，干燥衣物[3]。

2 干衣機對比優(yōu)缺點分析

2.1 直排式和冷凝式干衣機對比分析

直排式干衣機直接從環(huán)境中吸入空氣，系統(tǒng)運行在一定程度上會受外部環(huán)境的影響；且直排式干衣機將高溫高濕空氣直接排放至外部環(huán)境中，會對外部環(huán)境的溫度和濕度產(chǎn)生一定的影響；但直排式干衣機結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低。冷凝式干衣機因加熱空氣是閉式循環(huán)流動，不會對外部環(huán)境產(chǎn)生影響，也不會受外部環(huán)境影響；冷凝式干衣機設(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對比分析

電加熱式干衣機技術(shù)簡單成熟；但能耗較大，工作溫度較高，容易損傷衣物。燃氣式干衣機效率高、烘干時間短、運行成本低。燃氣式干衣機的能效指數(shù)約為電加熱式的46.4 %，烘干時間約為電加熱式的61.2 %，運行成本約為電加熱式的62 %[1]；但燃氣燃燒會產(chǎn)生含有一氧化碳的煙氣，安裝位置受一定限制；微波式干衣機能效高，能效系數(shù)比燃氣式干衣機高28.84 %，比電加熱式干衣機高9.9 %[6]。微波式干衣機加熱溫度低，對衣物損傷小，且干燥均勻度較好。但微波加熱會對衣物中所含金屬有影響，使用受一定的限制；熱泵式干衣機能效高，能效系數(shù)是電加熱式干衣機的2～3倍[7]。熱泵式干衣機加熱溫度低，能減少對衣物的損傷，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)式干衣機對比分析

柜式干衣機結(jié)構(gòu)簡單、造價低，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；滾筒式干衣機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，烘干效率高。

3 發(fā)展趨勢分析

總體上說，直排式干衣機結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低，但因排風溫度、濕度高，需要加裝排風管道，已被市場逐漸淘汰；冷凝式干衣機避免了直排式干衣機的弊端。其中空氣冷凝式干衣機結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本較低，但能耗較高；熱泵冷凝式干衣機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，但能效高、運行成本低，且不受安裝位置限制。空氣冷凝式和熱泵冷凝式干衣機各有優(yōu)勢，將會成為干衣機市場發(fā)展的主流。

目前，針對家用干衣機的研究主要集中在降低烘干能耗、縮短烘干時間、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，智能化干衣機也會越來越受到人們的關(guān)注[10]。

4 小結(jié)

在干衣機國內(nèi)市場快速發(fā)展的背景下，本文對國內(nèi)家用干衣機的基本類型、結(jié)構(gòu)以及基本原理進行了總結(jié)，對不同類型干衣機的優(yōu)缺點進行了對比分析，對國內(nèi)家用干衣機的發(fā)展趨勢進行了探討。分析結(jié)果表明：冷凝式干衣機將成為干衣機市場發(fā)展的主流；家用干衣機的烘干時間、烘干能耗以及烘干均勻度是影響干衣機推廣應(yīng)用的重要因素。因此，如何進一步創(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。