洗碗机循环热泵的优化设计

洗碗机循环热泵的优化设计

李志斌 任立权

绍兴艾柯电气有限公司 浙江绍兴 312300

摘要：洗碗机已成为中国家电类产品能量增长最快的产品之一，洗碗机的质量也影响着清洗效果。本文主要介绍了洗碗机的核心部件循环热泵的结构，并阐述了对循环热泵的使用寿命的自动化测试技术。

关键词：循环热泵、洗碗机、转子、试验

1、目的

洗碗机已经广泛进入现代家庭，其核心为循环热泵，循环热泵一般包括加热组件、泵壳及电机组件，即增加水的压力又能对水进行加热。

循环热泵的电机采用交流电机，同时为保证循环热泵的小型化设计，该交流电机通常采用干转子的形式，但其存在着以下缺陷：1.为防止泵壳内的水进入转子腔内，需在泵壳处设置油封，但油封的密封性不高；2.为避免油封被破坏，电机转速无法进一步提高，使洗碗机的效率无法提升；3.交流电机工作噪音较大，能耗、振动及体积均较大。

2、结构介绍

洗碗机循环热泵包括泵盖和电机，泵盖为两端开口的中空柱体。泵盖内腔的上部为加热盘安装腔，下部为叶轮安装腔。电机采用直流电机，电机包括相互连接的电机外壳和屏蔽套，屏蔽套一端开口，另一端封闭，屏蔽套的开口端与泵盖的开口端正对。屏蔽套的腔体内设有转子，转子上设有转轴，泵盖靠电机侧的开口端设有屏蔽套盖，屏蔽套盖上设有与屏蔽套内的腔体连通的进水孔。当泵盖固定到电机上时，泵盖的叶轮安装腔位于屏蔽套的正上方，屏蔽套盖恰好能够盖住屏蔽套的开口端。

屏蔽套盖从外向内依次包括外安装部、连接部及内安装部。内安装部内设有与转轴连接的轴承件，外安装部的侧壁上设有安装环，当泵盖与电机连接时，安装环被压在泵盖和电机之间的安装缝中，实现屏蔽套盖的固定。叶轮安装腔内设有叶轮，转轴的一端穿过屏蔽套盖的内安装部后与叶轮固定。屏蔽套盖的连接部从外安装部侧向内安装部侧下倾，并且轴承件支承在转子上。连接部向下倾斜，可以缩短内安装部与转子之间的距离，使轴承件与转子的距离缩短，使用较短的轴承件即可实现轴承件在转子上的支撑，同时轴承件支撑在转子上，提高了屏蔽套盖的稳固性，利于产品的平稳运行。

加热盘安装腔内安装有加热盘，加热盘包括与泵盖固接的钢盘。钢盘的正面设有温控装置，背面设有位于泵盖内的加热管，加热管内设有加热丝，钢盘上开设有安装孔和进水口。加热管包括弯折段及与弯折段两端连接的弧形段，两根弧形段穿过安装孔并露出加热丝，温控装置上设有与露出的加热丝连接的导电铜丝，加热盘的进水口处安装有进水管。

加热盘安装腔的内壁上设有C型流道，C型流道的深度从起点至终点逐步加深，泵盖的侧壁上设有出水口，C型流道的终点与出水口连通。使用时，水通过进水管进入加热盘安装腔内，温控装置通电使加热管对泵盖内的水进行加热，同时叶轮在电机作用下高速转动，当叶轮转动时，泵盖内的水随之转动，由于C型流道的设计及C型流道深度逐步加深的原因，旋转的水会逐渐旋入C型流道，并进入出水口，C型流道的设计使液体的出泵阻力减小，间接降低了能耗。水进入加热盘安装腔内后，在重力作用下，会进入叶轮安装腔，由于屏蔽套盖上设有进水孔，因此叶轮安装腔内的水会进入屏蔽套内使转子成为形成湿转子。

3、循环热泵寿命试验

循环热泵寿命试验装置包括水箱和控制回路。控制回路包括突变型PTC电阻、继电器一、继电器二、低压电源、分压电阻R1、进水阀及排水阀，突变型PTC电阻、分压电阻R1、低压电源串联，继电器一和二的输入端、进水阀和排水阀的控制端均并联在突变型PTC电阻上。水箱上设有水箱进水管、水箱出水管、水泵进水管及水泵出水管，箱体内设有液位阀。进水阀安装在水箱进水管上，排水阀安装在水箱出水管上，突变型PTC电阻嵌入在水箱侧壁上，用于感应水箱内的水温，继电器一和二的输出端用于与水泵控制端、加热器控制端电连接，用于控制水泵控制端和加热器控制端的通断电。

测试时，水箱进水管打开进水，直至浮球阀关闭，水泵运行，水箱内的水由水泵进水管进入循环热泵进行加热，再由水泵出水管回流至水箱。此时水箱内水温为达到突变型PTC电阻的突变温度，突变型PTC电阻的阻值小于100Ω，由于分压电阻R1和突变型PTC电阻的分压，使排水阀、进水阀、继电器一、继电器二上的电压均很小，此时排水阀关闭，进水阀打开，继电器一和继电器二不启动。

水箱内的水在循环加热下，温度逐渐上升至80℃。当达到设定温度时，突变型PTC电阻的阻值突变至200 KΩ以上，由于分压电阻R1阻值是1K，分压较小，此时常闭型排水阀通电得到24V，打开进行排水，常开型进水阀通电得到24V，关闭进水。继电器一和二此时得电同时启动，断开输入到水泵和加热器的AC220V电压，防止水泵和加热器因水量不足干转和干烧损坏。

当水箱温度低于设定的PTC突变温度时，突变型PTC电阻恢复阻值，排水阀关闭，进水阀打开，继电器复位，水泵和加热器恢复AC220V供电，由此进入下一个循环。

4、总结

中国经济飞速发展,人民生活质量不断提升,洗碗机成了厨房里不可缺少的家电。循环热泵作为洗碗机的核心结构，其质量直接影响着洗碗机的性能，因此采用直流电机和湿转子配合的形式来代替现有技术中交流电机和干转子配合的形式，提高了密封性，同时利于循环热泵的小型化设计，且循环热泵寿命试验装置实现循环热泵寿命的自动化测试，提高了试验效率。

参考文献

1. Jiansong, 陆建松. 水泵+电机优化组合[C]// 2012年中国家用电器技术大会.

2. 骆征. 洗碗机变频控制系统的设计与开发[D]. 电子科技大学, 2017.

3. 王文鹏、刘和成、范岩峰. 洗碗机能效趋势及节能技术研究[C]// 2020年中国家用电器技术大会. 2020.