基于輻射傳熱原理的全天候晾衣裝置研究

歐陽文慧 徐雙慶 楊纖婷 劉青霞 指導老師：李冠男 周傳輝

（湖北省武漢科技大學黃家湖校區(qū)，湖北 武漢 430065）

1 概述

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，人們越來越多的人在城市定居擁有自己的商品房，選擇房間的首要因素則是通風陽光好，這不僅僅是為了生活的舒適更是為了衣物晾干等方便。晾衣架作為生活中普遍使用的物品，具有廣大的市場，而現(xiàn)代居民所使用的傳統(tǒng)晾衣架安全性差、成本高、耗能大，且不能在陰雨天晾干衣物，新型安裝了紫外線菌燈的晾衣架卻又價格昂貴，不具有使用的普遍性。

本方案基于輻射傳熱和自動控制的原理，提出一種可利用太陽能的全天候晾衣烘干解決方案，該方案設(shè)計較為合理，較大程度利用了清潔能源作為能耗補充，在節(jié)能與晾衣功能控制方面為用戶提高良好的使用體驗。

圖1

2 全天候晾衣裝置的設(shè)計方案

基于輻射傳熱原理的晾衣架系統(tǒng)由發(fā)電裝置、蓄電裝置、控制電路及兩個烘干裝置組成。發(fā)電裝置由太陽能電池板，和相變儲能材料組成，為整個系統(tǒng)的烘干裝置提供電能；兩個烘干裝置即遠紅外線加熱裝置[1]和水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置，遠紅外線加熱裝置由電風扇、遠紅外線加熱板、進風口，出風口組成。

圖2

3 設(shè)計方案

3.1 發(fā)電裝置的設(shè)計

通過太陽能蓄電池板收集太陽能傳遞給蓄電裝置，供遠紅外線加熱裝置烘干衣物時使用。涂抹的相變儲能材料，可吸收太陽熱輻射的熱量，在夜晚和陰雨天時通過相變，在需要的時間向遠紅外線加熱裝置中放出熱量，達到良好的儲熱、控制熱量傳遞效果。以武漢地區(qū)為例，武漢地區(qū)年平均總輻射量為4600MJ/（m2*a）=1277.78 kW·h/m2，則平均每天太陽總輻射量為3.50 kW·h/m2。在一定的太陽年輻射總量前提下，根據(jù)太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率，得出每日太陽電池板的發(fā)電量為

式中，S為武漢地區(qū)太陽天輻射總量；16.5%為太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率[2]。

3.2 遠紅外線加熱裝置的設(shè)計

將相變儲能材料及太陽能電池板吸收的熱量先運輸給太陽能薄膜，太陽能薄膜采用納米半導體膜材料，吸熱率高，可將太陽能一部分轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化效果好，將電能儲存至蓄電池，蓄電池將電能量作用于電風扇、電熱網(wǎng)另一部分向下傳遞，將電風扇送進的新風加熱為熱風，反射板上涂了一層蒸熱涂層材料，可增加散熱面積，蓄積熱量，充分提高電能轉(zhuǎn)化率，節(jié)能效果好[3]。最終熱風從通風通道被送出。

圖3

3.3 水分蒸發(fā)裝置的設(shè)計

當遠紅外線加熱裝置加熱空氣時，利用溫度傳感裝置將空氣排到下層晾衣層，加速衣服風干速度，當晾衣層的空氣濕度達到一定程度的時候的時候，傳感器識別將下面的小孔打開，將晾衣層的水排到旁邊的小盒里面。通過水槽收集的水運輸?shù)窖b置中，通過電熱網(wǎng)加熱變?yōu)檎羝?，最后通過排風口排出，吹向最下層的鞋架層，進行余熱利用。

4 裝置工作流程

通過太陽能電池板和相變儲能材料對吸收的太陽能進行能量轉(zhuǎn)化，得到該裝置工作的動力-電能。電能分別作用于上層的遠紅外線加熱裝置和下層的水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置，通過晾衣架上方安裝的壓力傳感器與濕度傳感器，在整個控制回路中采用單片機[4]，它可通過感受溫度值與壓力值，自動控制暖氣孔的開關(guān)。當裝置上掛有衣物時，遠紅外線加熱裝置開始工作，暖氣孔打開，加熱的暖風通過暖氣孔持續(xù)吹出，逐漸使衣物水分蒸發(fā)，達到晾干衣物的效果。與此同時，衣物烘干的水滴被水槽吸收，通過水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為暖氣，可用于吹干最下層的鞋子。

5 結(jié)論

本文設(shè)計了一種由發(fā)電裝置、蓄電裝置、控制電路及兩個烘干裝置組成的基于輻射傳熱和單片機原理的全天候晾衣裝置，該裝置具有以下優(yōu)點：

（1）此裝置上裝有太陽能發(fā)電板和蓄電池，可在天氣較好的時候儲存電為陰雨天使用，紅外線加熱不影響周圍環(huán)境，不太依靠外接電源，獲得能量的方式簡單；

（2）一般家庭都需要晾衣架，但是較難解決陰雨天氣衣服較難干的問題，此時應用此裝置紅外線加熱裝置提供熱風較容易使衣服風干，裝置構(gòu)件不大，較為美觀，而下面附帶的鞋柜可節(jié)省室內(nèi)空間。同時，本裝置所需的構(gòu)件在生活中均易常見，材料來源廣，價格低廉，使其造價成本低，易于投入推廣，故而有很好的應用前景。但是目前該裝置的設(shè)計還只是處于初步的理論階段，由于太陽能和相變儲能材料供電具有不穩(wěn)定性，且遠紅外線產(chǎn)生的殺菌效果仍未測得，因此需要對裝置的合理性進行論證，除此之外還需要對裝置的遠紅外線加熱構(gòu)件進行軟件模擬、對蓄電機構(gòu)進行具體的電路設(shè)計以及確定裝置中各個部件的具體尺寸，繼而制作出實體裝置，通過實體裝置進行實驗，逐步改進、完善裝置，使其能夠真正應用到家用晾衣架的生產(chǎn)中。