CN112963971A - 一种具有储热功能的烘干机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有储热功能的烘干机，包括太阳能集热器、太阳能光伏板、机箱和蓄电池，所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接，为所述蓄电池供电；所述太阳能集热器与所述机箱连接，为所述机箱供热；所述机箱包括：箱门和设于箱门对侧的相变蓄热区，所述相变蓄热区处设有开关，所述开关为可抽拉的板状结构，用于隔离所述相变蓄热区与所述机箱的内腔室；抽出开关，相变蓄热区放热，***所述开关，相变蓄热区停止放热。本发明以太阳能作为热源，采用密闭加热设计，在烘干时不与外界进行空气交换，减小了在加热空气环节的热量损失；相变储热区域采用模块化多温区设计，减少了
损失，最大程度的吸收利用了太阳能集热器中的热量。
Description
技术领域
本发明属于储热技术领域，涉及一种具有储热功能的烘干机。
背景技术
由于地球环境的变化，雾霾天气变多、梅雨季节加长，加上一些城市市容管理趋严，消费者的晾晒习惯逐渐改变。这些变化催生了新的消费需求。特别是近年来随着年轻消费群体的崛起，加之晾晒衣物时的阳光、空气对衣物造成二次污染等问题引发广大关注。轻松、健康又便捷的干衣方式成为现在更多家庭的首选。
自1938年美国汉密尔顿公司生产出第一款干衣机并推向市场后，干衣机逐渐成为欧美家庭必备的家用电器。不过相比欧美等发达国家和地区超过70％的渗透率，干衣机在中国市场的占比还是个位数。虽然市场扩张速度很快，干衣机要实现在中国市场普及，还有很长的路要走。但随着人民生活水平的提高，特别是在疫情背景下，“烘干衣物本身就能去除上面的细菌微生物等，而此次的新型冠状病毒在持续30分钟超过56℃的环境下即可杀灭。只要将干衣温度调至60℃以上，干衣时间保证30分钟，就可以实现杀灭病毒。”干衣机逐渐受到消费者的青睐，目前已经呈现出爆发增长的势头，其市场规模正在不断扩大。2020年下半年，国内干衣机线上与线下销售额之和同比增长65.75％至22.26亿元，销量同比增长39.76％至47.31万台。
烘干机与干衣机是有同样功能的家用电器，都具有烘干衣物的功能，但是烘干机的价格在300～1500元左右，而干衣机的均价超过4700元，二者的主要区别在于工作原理导致的用户舒适度的不同。干衣机先将衣物水分甩干，然后用冷风吹拂，最后再用热风吹干，模拟了大自然的风干程序，能让衣服穿起来更加的柔软，并且不容易对面料造成损伤。但是由于其价格的巨大差距，烘干机仍成为了许多家庭的选择。特别是在对衣物除湿时，使用烘干机更加节能、方便。
现在市面上主要有两种家用烘干机：滚筒式烘干机和柜式烘干机。滚筒式烘干机一般与洗衣机组合使用，通过电动机的驱动，使烘干机内的滚筒旋转，滚筒内放置的衣物随着滚筒的正反转、上升、掉落，不断地运动从而将衣物抖散。同时，烘干机内安装有热泵加热管，空气经过加热后，吹出干燥热风，将衣物内的水分带走，从而达到烘干的目的；柜式烘干机由加热装置和箱体组成，加热装置通过电加热加热体并将热空气吹入箱体，将衣物内的水分带走，水蒸气由箱体顶端的蒸汽孔排出。现有烘干机存在以下几个问题：
(1)由于两种烘干机都需要将空气加热吹出干燥热风，所以两种烘干机都需要放置在通风条件好的地方；
(2)通常柜式烘干机的大小约为100cm*50cm*200cm，占用室内面积较大；
(3)滚筒式烘干机和柜式烘干机中均有风机用于将被加热的热风吹出，所以都存在一定的噪音问题，其中由于滚筒式烘干机的运动部件更多，其噪音问题尤为明显；
(4)由于两种烘干机都是通过电加热，所以其能耗较高，一般柜式烘干机功率约为1200W，滚筒式烘干机约为2000W。
(5)在目前新冠背景下，缺少杀菌消毒功能，无法适应大背景，无法适应现代消费者的最新诉求。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有的家用烘干机的局限，提供一种基于相变储热的清洁零能耗烘干除湿装置。一方面，该装置使用可再生能源太阳能作为相变蓄热能，与传统烘干机相比，不需消耗电能，兼顾经济性与环保性。另一方面采用封闭式环境，在烘干过程中避免与外界空气换热而散失热量，且烘出的水蒸气通过柜内的干燥剂吸收，简化内部结构，避免噪声。同时，该装置提供了预热功能，将衣物温度短时间加热到贴合人体适宜的温度，给用户提供更舒适的使用体验。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有储热功能的烘干机，包括太阳能集热器、太阳能光伏板、机箱和蓄电池，所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接，为所述蓄电池供电；所述太阳能集热器与所述机箱连接，为所述机箱供热；所述机箱包括：
箱门和设于箱门对侧的相变蓄热区，所述相变蓄热区处设有开关，所述开关为可抽拉的板状结构，用于隔离所述相变蓄热区与所述机箱的内腔室；抽出开关，相变蓄热区放热，***所述开关，相变蓄热区停止放热。
优选地，所述相变蓄热区包括依次排列的若干温区，每个温区中填充不同的相变材料，使所述温区的温度依次递减。
优选地，所述机箱的内腔室通过间隔板分成第一工作区域和第二工作区域。
优选地，所述第一工作区域和第二工作区域内分别设有若干可拆卸的网板，用于再次将所述第一工作区域和第二工作区域分区。
优选地，所述机箱的内侧壁上设有保温层。
优选地，所述机箱内设有若干风机，所述蓄电池和太阳能光伏板与所述风机相连，为所述风机供电。
优选地，所述机箱内设有若干紫外线灭菌灯，所述蓄电池和太阳能光伏板与所述紫外线灭菌灯相连，为所述紫外线灭菌灯供电。
优选地，所述机箱的内侧壁上设有用于放置吸附剂的卡槽。
优选地，所述相变蓄热区内设有供工质流动的管道，所述管道为直线型、折线形或蛇形。
本发明的技术效果：
(1)从节能角度：
采用太阳能作为热源，不需消耗电能，实现清洁环保零耗能；
(2)从结构角度：
①采用密闭加热设计，在烘干时不与外界进行空气交换，减小了在加热空气环节的热量损失；
②本装置可在无电源和通风条件的情况下使用，可以更灵活的选择放置位置；
③蒸发的水蒸气被机箱顶部的干燥剂吸收，装置中没有大功率风机或压缩机等运动部件，静音性能极好；
④相变储热区域采用模块化多温区设计，使用三种相变材料，减少了
损失，最大程度的吸收利用了太阳能集热器中的热量；
(3)从功能角度：
①本装置具有预热功能，更加人性化，符合生活需求；
②双工作区域设计，可以同时对衣物和鞋子进行烘干或预热，一机多用。
③同时增加紫外线灯进行杀菌消毒，在新冠病毒背景下尤为实用。
附图说明
图1为本发明提供的烘干机整体示意图。
图2为本发明提供的烘干机机箱示意图。
图3为本发明提供的烘干机机箱主视图。
图4为本发明提供的烘干机机箱俯视图。
图5为本发明提供的烘干机相变蓄热区域示意图。
图中，1-机箱，2-太阳能集热器，3-蓄电池，4-太阳能光伏板，5-箱门，6-开关，7-网板，8-间隔板，9-风机，10-卡槽，11-保温层，12-热管，13-冷管，14-紫外线灭菌灯，15-相变模块，16-工作区，17-相变模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本装置由机箱1、太阳能集热器2、蓄电池3和太阳能光伏板4组成。太阳能光伏板4与所述蓄电池3连接，为所述蓄电池3供电；所述太阳能集热器2与所述机箱1连接，为所述机箱1供热。
如图2所示，机箱1包括箱门5和设于箱门对侧的相变蓄热区，相变蓄热区处设有开关6，开关6为可抽拉的板状结构，用于隔离相变蓄热区与机箱1的内腔室；抽出开关6，相变蓄热区放热，***所述开关6，相变蓄热区停止放热。通过一不可抽拉的间隔板8将机箱1的整个工作区域分为上、下两部分，上面的部分主要用于烘干衣物，此区域装有2个可移动不锈钢网板7用于放置被烘干或预热的衣物，使得该工作区域有3层空间，适应于消费者的不同需求，使上部分空间的使用更加灵活；下面的部分主要用于烘干鞋子，与上部空间的空气互不流通，避免下部分烘干区域鞋子的味道对上部分空间中的衣服产生影响，设计更加人性化。
如图3所示，在箱体的每个面上都装有30mm厚的保温层11，包括箱门1处和开关6处。在工作区域后部为热源区域即相变储热区，也由30mm厚的保温层分隔。在间隔板8下也装有30mm厚的保温层。在每个工作区域顶端下方10mm处两侧均设置有长方体突出部分作为卡槽10，用以固定扁平式吸附剂，用以吸附空间中的水蒸气，常用的干燥剂种类有硅胶、氧化铝、氧化钙、分子筛等，由于分子筛在低温低湿的环境下，仍具有较强的吸水能力，因此吸附剂材料选择分子筛。市场上现有的吸附剂分子筛在相对湿度为10％时，吸附量约为30％，密度约为750kg/m3，该条件下每块吸附剂可吸收的水蒸气质量为750kg/m3*600mm*500mm*10mm*30％＝0.675kg，而在正常环境中，相对湿度一般为30％-60％，因此实际吸附量要大于0.675kg。以羊毛衫为例，一般一件羊毛衫重约300g，羊毛的吸湿性较强，在一般情况下，含水量约15％，在相对湿度95％以上的空气中，吸水量可达40％，那么将其烘干至正常湿度需放出约75g水蒸气，那么每块吸附剂可以烘干9件羊毛衫；而普通衬衫重约200g，吸水性弱于羊毛衫，假设潮湿的衬衫含水量为20％，烘干至5％，可烘干0.675kg/(0.2kg*(20％-5％))＝22.5件。假设一三口之家每天都使用本装置对贴身衣物进行烘干预热，那么每块吸附剂大约可以使用4-7天，由于上述计算均采用较极端数据，潮湿衣物实际含水量低于理论值，因此每块吸附剂使用时长可以适当延长至5-8天。同时，为了减少更换吸附剂的频率，可以在工作区域下方也放置一块吸附剂，其吸附效果虽然较低(水蒸气一般向上运动)，但也可以起到吸附作用，特别是在风机运行的情况下，吸附效果更佳，在这种情况下，可以每10-15天更换吸附剂。可以通过触摸吸附剂判断是否需要更换，吸附剂越软，则含水量越大。若吸附剂含水量过大，重量会向中心汇集，使得卡槽无法卡住吸附剂，吸附剂自动掉落，也证明吸附剂需要更换。
在机箱1的每个工作区域左下方均装有小功率风机9，蓄电池1和太阳能光伏板4与风机9相连，为风机9供电，用于需快速烘干的工况。
机箱1内设有若干紫外线灭菌灯14，蓄电池1和太阳能光伏板4与紫外线灭菌灯14相连，为紫外线灭菌灯14供电。
如图4和图5所示，由于太阳能集热器的热量一般通过气-液工质传递到相变蓄热区，因此相变蓄热区的入口与出口需要一定的高度差。相变蓄热区采用模块化设计，在竖直方向上共安装10个相变模块15，组成工作区16，分为3个温区，每个温区的相变模块15中填充一种相变材料。模块化设计使得不同相变模块15可以填充不同的材料，便于温区的建立。本装置的温区是指填充相同种类相变材料的相变模块的集合，在相变储能区域中，从上到下分别为高温区、中温区和低温区，其对应相变材料的相变温度也是从高至低的。相变蓄热区内设有供工质流动的管道，优选地，管道为直线型、折线形或蛇形。当太阳能集热器的工质流入相变储热区域后，工质沿管道向下流动，温度逐渐下降。设工质在入口处温度为T1，若采用传统设计，相变模块15中均为同一种相变材料，该材料相变温度为T2，当工质温度由T1降到接近T2时，工质与相变模块15的换热能力趋向于0，此时的工质温度记为T1’，此时单位工质可以传递的最大能量为c工质(T1’-T2)(c工质为工质的比热容)，若将与工质换热能力较低的相变模块中的相变材料更换为相变温度为T3的相变材料(T3<T2)，此时单位工质可以传递的最大能量为c工质(T1’-T3)，显然在这种情况下工质可以传递更多的热量，因此采用温区的设计可以减小
损失，使得太阳能集热器中的热量尽可能多的被储存在相变蓄热区中。若每个相变模块15对应一个温区，那么需要的相变材料种类过多，以本装置的10个相变模块15为例，市面上并没有足够多的相变材料可供挑选，并且不同材料所需的封装条件不尽相同，过多的相变材料种类也增加了封装成本。相变模块的数量也应是适当的，过多的相变模块15会使模块的壁面和管道占据过多的空间。长方体型设计使得相变模块15的稳定性较好，不易膨胀，同时尽可能的利用了相变储热区的空间，填充更多的相变材料，增加了装置的使用时间。
装置工作原理如下：
相变储热区域储能原理：太阳能集热器2将从太阳能中吸收的热量通过工质传递到机箱1中的相变储热区，气态工质由热管12进入相变储热区域，将热量逐渐传递给相变模块15中的相变材料，工质液化后从相变储热区流出并从冷管13流回太阳能集热器2，具体流动路线及方向如图5所示。特别的，当太阳能工况不佳时，没有足够的热量使太阳能集热器2中的工质气化，故没有工质流经相变模块15中的管道，所以相变储热区域中的热量不会散出。
工作区开关原理：当装置开关6抽出时，相变蓄热区与工作区域接触，相变材料放热，工作区域空气被加热，装置处于工作状态；当装置开关6未被抽出时，相变蓄热区不与工作区域接触，相变材料不放热，工作区域空气未被加热，装置处于待机状态。
在一些实施例中，选用多孔硅胶作为吸附剂，并在吸附剂中添加纳米银颗粒用于消毒灭菌。对于相变模块中的相变材料，根据烘干及预热所需的温度范围，本案例选用相变温度适宜的Na2HPO4·12H2O、Na2S2O3·5H2O和CH3COONa·3H2O作为储热介质，具体参数见表1。
表1相变材料及部分参数
本发明的使用方法为：
初始状态：装置安装完毕，关闭箱门，使开关处于关闭状态(将图2中右侧突出的板移动至最左端)；
储能状态：阳光照射到太阳能集热器和太阳能光伏板上，太阳能光伏板将太阳能转化为电能并储存在蓄电池中，太阳能中的热量将太阳能集热器中的工作介质加热，使其气化，蒸汽工质从热管流出太阳能集热器并进入相变储热区域的最顶端，沿管道向前流动，在这一过程中蒸汽工质中的热量逐渐传递给相变模块中的相变材料，蒸汽工质温度逐渐降低至冷凝点，液化，从相变储热区域最底端流出并从冷管回到太阳能集热器；
工作状态：打开箱门，将待烘干或预热的衣物和鞋子放置在机箱内，关闭箱门，打开开关，工作速率由开关向右滑动距离控制，向右滑动距离越大，加热速率越大。工作完成后，先关闭开关(避免不必要的热损失)，再打开箱门并取出衣物，关闭箱门即可；
快速加热状态：打开箱门，将待烘干或预热的衣物和鞋子放置在机箱内，关闭箱门，将开关滑至最右端，打开风机开关。工作完成后，先关闭风机开关，再将开关滑至最左端，打开箱门并取出衣物，关闭箱门。
综上所述，本发明提供的一种具有储热功能的烘干机采用太阳能作为热源，不需消耗电能，实现清洁环保零耗能；采用密闭加热设计，在烘干时不与外界进行空气交换，减小了在加热空气环节的热量损失；相变储热区域采用模块化多温区设计，使用三种相变材料，减少了
损失，最大程度的吸收利用了太阳能集热器中的热量；具有预热功能，更加人性化，符合生活需求；双工作区域设计，可以同时对衣物和鞋子进行烘干或预热，一机多用。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种具有储热功能的烘干机，其特征在于，包括太阳能集热器、太阳能光伏板、机箱和蓄电池，所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接，为所述蓄电池供电；所述太阳能集热器与所述机箱连接，为所述机箱供热；所述机箱包括：
箱门和设于箱门对侧的相变蓄热区，所述相变蓄热区处设有开关，所述开关为可抽拉的板状结构，用于隔离所述相变蓄热区与所述机箱的内腔室；抽出开关，相变蓄热区放热，***所述开关，相变蓄热区停止放热。
2.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述相变蓄热区包括依次排列的若干温区，每个温区中填充不同的相变材料，使所述温区的温度依次递减。
3.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述机箱的内腔室通过间隔板分成第一工作区域和第二工作区域。
4.如权利要求3所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述第一工作区域和第二工作区域内分别设有若干可拆卸的网板，用于再次将所述第一工作区域和第二工作区域分区。
5.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述机箱的内侧壁上设有保温层。
6.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述机箱内设有若干风机，所述蓄电池和太阳能光伏板与所述风机相连，为所述风机供电。
7.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述机箱内设有若干紫外线灭菌灯，所述蓄电池和太阳能光伏板与所述紫外线灭菌灯相连，为所述紫外线灭菌灯供电。
8.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述机箱的内侧壁上设有用于放置吸附剂的卡槽。
9.如权利要求1所述的储热功能的烘干机，其特征在于，所述相变蓄热区内设有供工质流动的管道，所述管道为直线型、折线形或蛇形。
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