一种基于微通道脉动热管的热泵干衣机及控制方法

1.本发明属于烘干机技术领域，涉及一种基于微通道脉动热管的热泵干衣机及控制方法。


背景技术：

2.目前市场上的烘干机或干衣机主要为电加热式的，利用ptc发热元件热量提高空气温度，再由风机驱动使热空气吹向衣物，实现衣物干燥。其优点是结构简单，价格低廉。但其小号大量电力，排出的高温湿气流直接进入室内，影响了用户体验。
3.热泵干衣机是使用了热泵技术的干衣机。一般由热泵系统、干燥箱、循环风系统和排水系统组成。热泵系统和循环风系统分别对应制冷剂流程和空气流程。热泵系统包括：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置。循环风系统包括：风机、空气通道、空气过滤装置等。
4.热泵干衣机的工作流程为：通过压缩机做功驱动制冷剂循环，制冷剂在蒸发器中吸收来自干燥箱排气热量，在冷凝器中排出热量加热即将进入干燥箱的空气。通过风机驱动，干燥箱排出的高温高湿空气在蒸发器中降温除湿为低温低湿空气，再通过冷凝器升温为高温低湿空气继续在干燥箱内吹干衣物。有耗能较低、对室内空气质量影响小等优点。
5.但是现有的热泵干衣机技术存在问题：干燥箱吹出的空气要先降温除湿而后升温。为了提高除湿效果，蒸发温度较低以保证低于空气露点温度，再经过冷凝器进行大幅度温升的加热，既消耗大量冷源又消耗大量热源，影响了换热器效率和设备能耗。
6.为解决这个问题，采用辅助技术如半导体制冷、热管可以获得能效的提高。如申请号为cn107130415《一种热泵热管复合式干衣机》、cn104776739《热管换热器、蒸发器组件以及热泵干衣机》专利中，分别使用了环路热管和毛细芯热管作为预冷和再热，降低了电能的消耗。但在热管和热泵干衣机结合过程中，有以下技术问题：
7.1、环路热管需要制冷剂泵驱动或者重力辅助驱动，其中制冷剂泵需要额外输入泵功消耗能量，制造成本和使用成本上较高；重力辅助驱动需要使冷凝段高度需要高于蒸发段高度，受安装角度、震动影响度高。
8.2、毛细芯热管需要在蒸发端内部设置毛细结构，如金属丝网、纤维、多孔陶瓷等，结构复杂，容易堵塞。
9.3、由于热管工作环境湿度较高，冷凝水不能及时排出时会对换热效率产生较大的影响。传统平直翅片结构不能实现快速的排水，若翅片间距较密，冷凝水由于表面张力黏附在翅片间难以落下。
10.4、基本只是布置方式上将热管两端简单地放于蒸发器两侧，但在系统环节上没有热管和热泵系统的结合控制。


技术实现要素：

11.针对热泵干衣机中温升较大影响换热器效率的问题，本发明提出一种基于微通道脉动热管的热泵干衣机，引入微通道脉动热管在热泵干衣机系统中，解决现有专利中热管
结构复杂、排水困难的问题，填补热管在热泵干衣机系统中选型和控制策略的空白。
12.本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于微通道脉动热管的热泵干衣机，其特殊之处在于：
13.包括风机、干燥箱、过滤器、热管组件、蒸发器、压缩机、冷凝器、节流元件、三通充注阀；
14.所述热管组件，包括：扁管、翅片、封盖板、封边管、充注管；
15.所述扁管内设有相互连通的微通道，扁管末端分别设有连通两个微通道的孔，并加封盖板，边缘两个微通道孔通过封边管连通，热泵系统内的工质通过充注管、封边管进入扁管，使工质在微通道内部形成闭环的回路，提升传热能力；所述扁管包括：蒸发段扁管、冷凝段扁管、绝热连接段扁管；
16.三通充注阀连接热管组件和热泵系统，所述三通充注阀连接热管进口的充注管、冷凝器的出口和蒸发器的入口；节流元件设置在冷凝器的出口和蒸发器的入口之间；
17.风机驱动空气先进入干燥箱内烘干箱内衣物，再进入过滤器去除衣物纤维等杂质，再进入热管组件的蒸发段扁管进行预冷，再进入蒸发器降温除湿，再进入热管组件的冷凝段扁管预热、再进入冷凝器再热，完成循环。
18.进一步地，上述蒸发段扁管、绝热连接段扁管、冷凝段扁管之间通过其内部的微通道连通，蒸发段扁管、冷凝段扁管相对设置，蒸发器设置在蒸发段扁管、冷凝段扁管之间。
19.进一步地，上述翅片包括蒸发段翅片和冷凝段翅片，蒸发段翅片之间插入蒸发段扁管，冷凝段翅片之间插入冷凝段扁管；
20.蒸发段翅片和冷凝段翅片上开有百叶窗部分和波纹部分，加强换热，翅片根部有排水槽，快速排干冷凝水。
21.进一步，上述蒸发器上也翅片，翅片上开有百叶窗部分和波纹部分，加强换热，翅片根部有排水槽，快速排干冷凝水。
22.蒸发器上的翅片两端分别与蒸发段翅片和冷凝段翅片连接，形成连续翅片，连续翅片上的波纹、百叶窗、排水槽部分对称布置。
23.进一步地，上述热管组件的冷凝段扁管安装高度高于蒸发段扁管，可以获得更快的热管启动响应。
24.进一步地，上述热泵系统工质通过充注管进入扁管，达到初始充注量m0后关闭与充注管连接的三通充注阀，可选地，初始充注量m0＝30％。
25.进一步地，上述过滤器后设有风门，所述风门将风道分为第一风道和第二风道，所述风门可以控制风道的切换；热管蒸发段扁管和蒸发器设置在第一风道内，第二风道为旁通风道支路，第一风道和第二风道在热管冷凝段扁管前汇合。
26.进一步地，上述冷凝器内设置温度传感器，干燥箱内设置湿度传感器。
27.另外，本发明还提出一种基于上述的基于微通道脉动热管的热泵干衣机的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
28.s101：热泵干衣机启动运行后，获取冷凝器的温度tc，进入步骤s102；
29.s102：比较冷凝器的温度tc和设定温度t1的大小，若tc》t1，进入步骤s103；否则仍为初始升温阶段，打开第二风道，返回步骤s101；
30.s103：关闭第二风道即旁通风道支路，进入稳定除湿阶段。
31.干衣机刚启动时，风机驱动流入的风温即为室温，吸湿能力差，经过蒸发器降温再升温的效率很低，此时应快速升温以提升吸湿能力。因此在低于某一设定温度之前，将热管蒸发段扁管和蒸发器旁通，只让空气流经热管的冷凝段扁管和冷凝器吸热提升温度。
32.s201：进入稳定除湿阶段后，获取冷凝器温度tc及干燥箱内湿度d并计算湿度变化率
△
d，进入s202；
33.s202：比较冷凝器温度tc和设定温度th的大小，比较干燥箱湿度变化率
△
d和设定变化率
△
d0的大小；满足tc》th或
△
d《
△
d0时，进入步骤s203，否则仍处于稳定除湿阶段，返回步骤s201；
34.s203：判断已经进入降速除湿阶段，避免温度过高烫坏衣服，打开三通充注阀连通热管充注管和冷凝器出口，加大热管内工质充注量，并降低压机频率和风机转速，进入步骤s204；
35.s204：获取比较干燥箱内湿度d与设定值d0的大小，若d》d0，则仍为降速除湿阶段，重复步骤s204，否则已满足湿度要求，进入步骤s205；
36.s205：切换三通充注阀连接热管充注管和蒸发器入口，使热管内工质回流至热泵系统后关闭三通充注阀，关闭压缩机和风机，热管干衣机停止工作。
37.在空气稳定除湿一段时间后，衣物的水分大部分已被带走，此时空气有可能会温度过高使衣物面料破坏，因此将热泵系统中的工质从高压冷凝器侧流入热管一部分，保护衣物并使干衣机平稳停机。在停机之前，连通低压蒸发器侧和热管入口，使工质回流至热泵系统，为下一次开机准备。
38.进一步地，上述设定温度t1为判断初始升温阶段和稳定除湿阶段的临界指标，可选地设置为50℃；设定温度th为判断稳定除湿阶段和降速除湿阶段的临界指标之一，用来保护衣物不被高温烫伤，可选地设置为100℃；
39.设定湿度变化率
△
d0为判断稳定除湿阶段和降速除湿阶段的另一临界指标，可选地设置为10％；
40.设定湿度d0为判断衣服以达到干燥要求的指标，控制干衣机的停机，可选地设置为50％。
41.本发明的优点：
42.1、本发明将脉动热管引入热泵干衣机，添加预冷和再热环节，不额外消耗能量即可提升蒸发器、冷凝器的换热效率，提升除湿效果和降低能耗；
43.2、本发明使用微通道扁管制造闭环回路的脉动热管，无泵无毛细芯，解决了热管结构复杂、成本较高的问题，并且提升了换热能力；
44.3、本发明使用复合翅片，解决了热泵干衣机中空气含湿量大、冷凝水多、排水困难的问题；
45.4、本发明提出的热管和热泵系统耦合的系统控制策略，提升了整个系统的能效。
附图说明
46.图1是本发明提供的基于微通道脉动热管的热泵干衣机系统流程图；
47.图2是热管组件的结构图；
48.图3是翅片的结构图；
49.图4是连续翅片的结构图；
50.图5是本发明提供的基于微通道脉动热管的热泵干衣机的控制方法的第一部分流程图；
51.图6是本发明提供的基于微通道脉动热管的热泵干衣机的控制方法的第二部分流程图。
52.其中：1、风机，2、干燥箱，3、过滤器，4、热管组件，5、蒸发器，6、压缩机，7、冷凝器，8、节流元件，9、三通充注阀，
53.41、扁管，42、翅片，43、封盖板，44、封边管，45、充注管，411、蒸发段扁管，412、冷凝段扁管，413、绝热连接段扁管，421、百叶窗部分，422、波纹部分，423、排水槽。
具体实施方式
54.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
55.参见图1-图4，一种基于微通道脉动热管的热泵干衣机，包括风机1、干燥箱2、过滤器3、热管组件4、蒸发器5、压缩机6、冷凝器7、节流元件8、三通充注阀9。
56.所述热管组件4包括：扁管41、翅片42、封盖板43、封边管44、充注管45。
57.所述扁管41内设有相互连通的微通道，扁管41末端分别设有连通两个微通道的孔，并加封盖板43，边缘两个微通道孔通过封边管44连通，热泵系统内的工质通过充注管45、封边管44进入扁管41，使工质在微通道内部形成闭环的回路，提升传热能力；所述扁管41包括：蒸发段扁管411、冷凝段扁管412、绝热连接段扁管413。工质在蒸发段扁管411受热蒸发后形成气泡，并在冷凝段扁管412释放热量冷凝，由于微通道尺寸效应，表面张力作用下形成气液间隔的柱塞，在压力驱动下振荡传热。在一定热流密度下，若热管内部形成闭环，则可以形成单向循环流动，大大提高传热能力。本发明中利用封边管44和封盖板43结构实现了相互连通的微通道脉动热管，可以获得更好的启动和传热特性。三通充注阀9连接热管组件和热泵系统，所述三通充注阀9连接热管进口的充注管45、冷凝器7的出口和蒸发器5的入口；节流元件8设置在冷凝器7的出口和蒸发器5的入口之间。
58.风机1驱动空气先进入干燥箱2内烘干箱内衣物，再进入过滤器3去除衣物纤维等杂质，再进入热管组件4的蒸发段扁管411进行预冷，再进入蒸发器5降温除湿，再进入热管组件4的冷凝段扁管412预热、再进入冷凝器7再热，完成循环。
59.作为本发明的一个优选实施例，所述蒸发段扁管411、绝热连接段扁管413、冷凝段扁管412之间通过其内部的微通道连通，蒸发段扁管411、冷凝段扁管412相对设置，蒸发器5设置在蒸发段扁管411、冷凝段扁管412之间。
60.作为本发明的一个优选实施例，所述翅片42包括蒸发段翅片和冷凝段翅片，蒸发段翅片之间插入蒸发段扁管411，冷凝段翅片之间插入冷凝段扁管412；蒸发段翅片和冷凝段翅片上开有百叶窗部分421和波纹部分422，加强换热，翅片根部有排水槽423，快速排干
冷凝水。翅片根部的薄片弯折后形成排水槽423。
61.作为本发明的一个优选实施例，所述蒸发器5上也设有翅片42，翅片上开有百叶窗部分421和波纹部分422，加强换热，翅片根部有排水槽423，快速排干冷凝水。
62.蒸发器5上的翅片两端分别与蒸发段翅片和冷凝段翅片连接，形成连续翅片，连续翅片上的波纹、百叶窗、排水槽部分对称布置。
63.作为本发明的一个优选实施例，所述热管组件的冷凝段扁管412安装高度高于蒸发段扁管411，可以获得更快的热管启动响应。
64.作为本发明的一个优选实施例，所述热泵系统工质通过充注管45进入扁管41，达到初始充注量m0后关闭与充注管45连接的三通充注阀9，可选地，初始充注量m0＝30％。
65.作为本发明的一个优选实施例，所述过滤器3后设有风门，所述风门将风道分为第一风道和第二风道，所述风门可以控制风道的切换；热管蒸发段扁管411和蒸发器5设置在第一风道内，第二风道为旁通风道支路，第一风道和第二风道在热管冷凝段扁管412前汇合。
66.作为本发明的一个优选实施例，所述冷凝器7内设置温度传感器，干燥箱2内设置湿度传感器。
67.另外，本发明还提出一种基于上述的基于微通道脉动热管的热泵干衣机的控制方法，参见图5和图6，包括以下步骤：
68.s101：热泵干衣机启动运行后，获取冷凝器7的温度tc，进入步骤s102；
69.s102：比较冷凝器7的温度tc和设定温度t1的大小，若tc》t1，进入步骤s103；否则仍为初始升温阶段，打开第二风道，返回步骤s101；
70.s103：关闭第二风道即旁通风道支路，进入稳定除湿阶段。
71.干衣机刚启动时，风机驱动流入的风温即为室温，吸湿能力差，经过蒸发器降温再升温的效率很低，此时应快速升温以提升吸湿能力。因此在低于某一设定温度之前，将热管蒸发段扁管411和蒸发器5旁通，只让空气流经热管的冷凝段扁管412和冷凝器7吸热提升温度。
72.s201：进入稳定除湿阶段后，获取冷凝器7温度tc及干燥箱2内湿度d并计算湿度变化率
△
d，进入s202；
73.s202：比较冷凝器7温度tc和设定温度th的大小，比较干燥箱2湿度变化率
△
d和设定变化率
△
d0的大小；满足tc》th或
△
d《
△
d0时，进入步骤s203，否则仍处于稳定除湿阶段，返回步骤s201；
74.s203：判断已经进入降速除湿阶段，避免温度过高烫坏衣服，打开三通充注阀9连通热管充注管45和冷凝器7出口，加大热管内工质充注量，并降低压机频率和风机转速，进入步骤s204；
75.s204：获取比较干燥箱2内湿度d与设定值d0的大小，若d》d0，则仍为降速除湿阶段，重复步骤s204，否则已满足湿度要求，进入步骤s205；
76.s205：切换三通充注阀9连接热管充注管45和蒸发器5入口，使热管内工质回流至热泵系统后关闭三通充注阀9，关闭压缩机6和风机1，热管干衣机停止工作。
77.在空气稳定除湿一段时间后，衣物的水分大部分已被带走，此时空气有可能会温度过高使衣物面料破坏，因此将热泵系统中的工质从高压冷凝器侧流入热管一部分，保护
衣物并使干衣机平稳停机。在停机之前，连通低压蒸发器侧和热管入口，使工质回流至热泵系统，为下一次开机准备。
78.进一步地，上述设定温度t1为判断初始升温阶段和稳定除湿阶段的临界指标，可选地设置为50℃；设定温度th为判断稳定除湿阶段和降速除湿阶段的临界指标之一，用来保护衣物不被高温烫伤，可选地设置为100℃；设定湿度变化率
△
d0为判断稳定除湿阶段和降速除湿阶段的另一临界指标，可选地设置为10％；设定湿度d0为判断衣服以达到干燥要求的指标，控制干衣机的停机，可选地设置为50％。
79.以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。