洗碗机干燥系统的设计

洗碗机干燥系统的设计

  赵洪图

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司

摘要：随着社会的发展，近年来的消费升级的趋势，洗碗机市场在过去几年一直保持着高速增长，2014年～2019年复合增长率达到60%，2020年预计实现20%左右的逆势增长。通常在售洗碗机根据安装形式可分为台式洗碗机、柜式洗碗机、嵌入式洗碗机以及水槽式洗碗机，根据洗涤方式可分为喷淋式、涡流式、蒸汽式和超声波式，根据加热方式可分为电加热和热泵加热洗碗机，其中喷淋式、电加热型洗碗机是市场主流。

关键词：洗碗机；干燥系统；设计

引言

干燥行业每年都要消耗大量能源,约占整个工业能耗的12%。相比于传统干燥方式,热泵干燥技术具有高能效比以及降低大气污染物和温室气体排放的显著优势,在干燥领域受到重视。热泵干燥技术的核心是热泵系统,将热泵系统提供的热量输送至干燥室内,加热内部的湿热空气,以达到空气除湿及物料干燥的目的,该技术广泛应用于物料干燥领域。

1洗碗机风机干燥过程机理分析

干燥阶段开启吸湿风机，持续检测内胆内部环境温湿度变化规律，可以发现。因热漂结束后，洗碗机内胆内部充满水蒸气，在吸湿风机开始时，在前850s（时间差异主要受热漂温度、外部环境温度影响）洗碗机内胆一直保持饱和的湿度状态。热漂阶段结束后，洗碗机运行至进入干燥阶段，开启吸湿风机将洗碗机内部湿热空气吸出，与此同时由呼吸器、门下缝隙等位置补充外界干燥空气。前期内部水蒸气较多，洗碗机内部湿度一直处于饱和状态；待大量湿气被排出后，内部湿度逐渐降低。在风机干燥过程中，除湿风机移走内胆环境空气水汽，对干燥效率和效果具有正效应，能有效降低洗碗机内胆中的水蒸气含量，减少内胆中的环境水蒸汽含量有利于餐具表面水份蒸发。但另一方面除湿风机会带走大量热量对干燥效果产生负效应，大量热量的带出会使洗碗机内部温度降低水滴蒸发速率变慢。洗碗机内胆外壁有保温棉进行保温，内部温度降低相对比较缓慢，干燥前期可以只开启排风除湿风机减少内胆水蒸气含量。随着洗碗机内部湿热空气吸出会伴随大量热量被带出，同时外界补入的空气温度较低、洗碗机与外界进行热交换散热，内部的温度会逐渐降低，导致餐具表面蒸发速度有所减缓慢，对干燥不利。此时介入进风风机，增加洗碗机内部空气流动速度，加强餐具表面强制对流程度，保证餐具整体干燥效果不因温度降低而受到较大影响。风机停止后，内部空间流动减少，湿度会出现回弹。

2影响洗碗机能耗的因素

喷淋式洗碗机的工作原理是一定量的水在循环泵和加热元件的作用下完成增压和升温过程，然后经由喷臂喷出并结合洗涤剂对餐具进行反复的冲刷从而实现清洗目的，最后利用餐具和机体自身的余热或则外部热源实现餐具烘干。可以看出，对于喷淋式洗碗机其能耗主要由循环水温、循环水量、清洗时间、机器额外功率消耗等因素决定。目前常用的洗涤剂的组成包括表面活性剂、洗涤助剂、氧化剂和酶制剂，一般需要溶解于50℃的水中才能充分发挥酶的活性，加速油污分离和分解，所以如果降低洗涤剂对水温要求可以显著节约洗碗机的能耗。因此对于洗涤剂，低温节能节水、高效温和、使用方便以及符合安全与环保要求，是目前主流的发展方向。循环水量和清洗时间油洗碗机自身的洗涤程序所决定，洗碗程序一般包括预洗、主洗、漂洗和烘干过程。其中预洗为冷水循环，目的是去除较大污染物，而主洗和漂洗是边加热边洗涤，目的是彻底清洁餐具残留的油污等，烘干过程通常是自身余热烘干或采用强制干燥措施。目前国内领先的制造商都有专用的洗碗程序，结合喷臂的设计以及餐具油污程度实现最少的水量和时间，国内某款洗碗机标准程序的耗电量大约是0.986kWh，机器自身的功率消耗主要包括待机功率，根据国标EN50242中的计算方法，假如待机功率为1W，那么折算到每次洗碗过程中的能耗为0.024kWh，相对一个周期的耗电量占比较小。由此可得，在固定洗涤剂和程序下，洗碗过程中主要的能量消耗为加热循环水，所以不同的加热方式对洗碗机能耗会有明显的影响，下面将分析现有不同加热方式的应用以及发展趋势。

3机器及餐具温升能耗研究分析

为了便于分析，本文相关的参数简化为洗碗机标准测试体系的测量与计算。在这个标准测试标准体系中，环境的温度在２３℃左右，所以洗碗机本身以及餐具的温度都在２３℃左右。随着洗碗机内部水温的升高，餐具以及洗碗机吸收热能，温度升高，同时与环境有温差，又对环境散热，消耗一部分能量。这部分能量占整机能耗的１３％左右。这部分的能耗影响因素众多，但是最主要的体现在两个方面：内胆的阻尼吸热，保温棉的隔热效果。

3.1内胆阻尼吸热

为了降低洗碗机的噪声，洗碗机内胆外侧会粘贴阻尼，噪声等级越低，阻尼的面积和厚度越大。阻尼的成分是沥青和碳酸钙一类的矿物质按照一定比例配比而成。目前阻尼的比热一般大于1.3j/（g·℃），低噪声的洗碗机阻尼的用量非常大，所以阻尼的能耗消耗高。降低阻尼材料（或类阻尼的降噪材料）的比热，提升阻尼材料的降噪效果，是洗碗机节能降噪的重要研究领域。

3.2隔音保温棉

隔音保温棉也是用来降低洗碗机噪声，同时兼具保温效果。行业类使用的隔音保温棉一般是１０～２０ｍｍ厚的棉纤类，或化纤类材料，覆盖包裹在洗碗机内胆四周。这种隔音棉具有一定的保温效果，但是因为材料本身的隔热性能有限，以及包裹的面积不够，覆盖性不良，保温效果大打折扣。提升隔音保温棉（或类隔音棉的降噪材料）对各个频段声音的吸收和反射效果，提升它的隔热效果（达到类似真空棉的隔热效果），以及包裹的严密性，是洗碗机降噪降能的另一个研究领域。

3.3热泵加热

热泵加热系统目前广泛应用于空气能热水器、干衣机等大电，用于洗碗机还比较少，但是对于洗碗机能效的提升，热泵加热是最行之有效的方法。目前热泵洗碗机的研究集中在高制热量、高能效以及环保冷媒［7～8］等方面，特别是环保冷媒的研究。有学者通过对比研究冷媒分别为R134、R290和R600a的热泵洗碗机发现，在中等使用频率的情况下，热泵系统相较于电加热均能节省20%以上的电能，并且R600a热泵系统的耗电量和TEWI均为最低。若以热泵供热1800W，则压缩机的功率至少达到500W，加上蒸发器和冷凝器，综合成本大约在1000元，远远超过电阻加热成本，这是热泵洗碗机较少普及的原因。

3.4余热回收

根据某洗碗机能耗组成可知水加热能耗占比为70%左右，分为主洗阶段和漂洗阶段，若能减少该过程能耗则会对整机能耗有显著影响。采用与该机型一样的进水量，假设主洗阶段和漂洗阶段的水温都加热到50℃，并加装一个储水换热装置实现主洗阶段的废水与漂洗阶段的新水进行换热，且换热的结果为废水与进水的平均值，即3.3L的50℃废水与3.1L的15℃进水的平均温度33℃。为实现余热回收需加装一定容积的存水容器，并且实现热交换效果，对于常规洗碗机会显著增加体积和成本。

结语

洗碗机作为自动清洗餐具的大型家电，在欧美市场具有较高的普及率，目前已达70%以上，而在国内整体普及率仅有1%左右。但得益于消费者对健康厨电产品需求升温，同时随着近年来的消费升级的趋势，洗碗机市场在过去几年一直保持着高速增长，2014年～2019年复合增长率达到60%，2020年预计实现20%左右的逆势增长。通常在售洗碗机根据安装形式可分为台式洗碗机、柜式洗碗机、嵌入式洗碗机以及水槽式洗碗机，根据洗涤方式可分为喷淋式、涡流式、蒸汽式和超声波式，根据加热方式可分为电加热和热泵加热洗碗机，其中喷淋式、电加热型洗碗机是市场主流。

参考文献

［1］岳京松.家用洗碗机产品的发展及行业概况［J］.家电科技，2014，000（012）：30-31.

［2］姜克，颜伟民.家用洗碗机能效要求比较分析［J］.电子质量，2012（09）：73-76.