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热泵干衣机用线性压缩机的设计优化与性能分析

邹煜良;田长青

【摘要】针对热泵干衣机的应用特点,介绍了热泵干衣机用线性压缩机的设计过程

与优化方法,并进行了系统性能分析.设计的线性压缩机样机作为热泵干衣机可以实

现70％以上的压缩效率,压缩效率受工况条件影响较小,随冷凝温度的降低略有下降,

而随蒸发温度的降低略有增加.但热泵循环制热能效COP受工况条件影响较大,冷

凝温度越低或者蒸发温度越低,制热COP越高.在冷凝温度63℃,过冷度0℃,蒸发温

度7℃,过热度3℃的工况下,制热COP可以达3.0以上.

【期刊名称】《液压与气动》

【年(卷),期】2015(000)011

【总页数】6页(P72-76,81)

【关键词】热泵;干衣机;线性压缩机;设计优化

【作者】邹煜良;田长青

【作者单位】北京航空航天大学,北京100196;中国科学院理化技术研究所,北京

100190

【正文语种】中文

【中图分类】TH137;TH457

引言

在空气相对湿度较大的阴雨地区,衣物的晾晒往往需要很长时间，干衣机应用越来

越广泛。传统的干衣机利用PTC发热元件,通过电加热的方式,把空气温度加热至

一定温度(通常为60℃左右),在干风机作用下使热空气流经衣物表面,通过热湿交

换带走衣物的水分,实现衣物的加速干燥[1,2]。由于这种方式一方面需要消耗大量

的高品质电能，另一方面流过衣物的高温高湿的气流直接排出，造成了严重的能源

浪费。

热泵技术由于具有能耗低，对环境空气影响小，干燥效果好等优点，是实现干衣机

节能减排的一个重要发展途径。热泵干衣机的原理如图1所示，在整个热泵干燥

系统中，热泵循环与空气循环在蒸发器与冷凝器处相联，进行热量交换。热泵通过

压缩机做功，驱动制冷剂循环，使得制冷剂在蒸发器中吸收来自干燥箱的排气废热，

使得湿空气降温除湿，吸收的热量合并压缩机的耗能，在冷凝器处加热将进入干燥

箱的空气，以提高空气携带水分的能力。循环空气在风机的推动下，经过被干燥物

料的湿热空气首先在蒸发器中放热，温度降低；低至露点温度以后，水蒸气冷凝析

出，空气的含湿量降低。冷凝水由下部设置的接水盘引出。低温低含湿量的空气随

后通过冷凝器被加热，温度升高，含湿量不变，但相对湿度降低，从而提高空气吸

收水分的能力。最后高温低相对湿度的空气吹过衣物表面进行热湿交换，放出热量，

带走水分，空气的温度降低、含湿量增加、相对湿度增加。由此，从干衣桶排出的

空气又被重新送回到蒸发器处，形成一个完整的循环。相比于电热式干衣机，热泵

式干衣机虽然干衣时间稍长，但除湿能耗显著低于电热能，干衣过程中能效范围为

1.60～2.60，平均能效为2.27，2.5kg的衣物大约可以实现节能30%[1]。

图1热泵干衣机结构原理及空气处理过程图[3]

作为热泵循环系统的“心脏”，压缩机是保证热泵干衣机性能的核心部件，目前尚

无热泵干衣机专用的压缩机，现有应用中通常采用回转式或涡旋式空调压缩机替代

[4,5]。由于干衣机所需的制热量较小，而实际空调压缩机的功率相对较大，难免

出现“大马拉小车”的情况，同时回转式或涡旋式压缩结构较高的泄漏率对于小容

量制冷系统来说是不可忽略的效率影响因素，这使得原本高效的回转式或涡旋式空

调压缩机在热泵干衣机中得不到较高的工作效率。相比而言，活塞压缩机较低泄漏

率使其对于小型制冷装置来说具有很大的效率优势。而进一步，采用直线电机驱动

的线性压缩机，由于省去了将旋转运动转换为往复运动的传动机构，直线电机的电

磁驱动力方向始终与活塞的运动方向在同一直线上，极大地减少了活塞的摩擦功耗

和磨损，可以延长压缩机的使用寿命，易于实现无油润滑和小型化。同时可以灵活

调整的活塞行程也给压缩机的变容量调节提供了更大的自由度。因而线性压缩机在

热泵干衣机应用中具有很好的发展前景[6]。

1线性压缩机基础理论及设计流程

图2为本研究采用的线性压缩机结构方案示意图，活塞与直线电机动子直接连接，

由直线电机在电磁场的作用下产生轴向驱动力，推动活塞克服气体压力往复直线运

动；通过谐振弹簧的设置来平衡活塞往复运动所形成的惯性力；当活塞向左侧运动

时，气缸内形成一定的负压，吸气阀打开，气体通过吸气阀进入气缸工作腔，被活

塞压缩后，气体压力升高，当压力高于排气腔内的背压时，排气阀打开，气体由排

气管排出压缩机外。活塞初始位置距排气阀距离为XS,压缩气体时，由于活塞两侧

气体压力不同，在气体力的作用下发生一定的偏移，偏移量为ΔX,活塞在距离排气

阀X0(X0