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高效节能家电处理技术

发布时间: 2011-03-29     来源:

 1 变频调速技术

         变频调速运行是根据负载转速的变化要求,通过改变供电电流的频率,并配合电压的调节,以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下,均保持较高的运行效率,不仅降低了电能消耗,同时能改善启动性能,保护电机及负载设备免受瞬时启动的冲出,延长其工作寿命,还提高电动机和负载设备的工作精确度。实践证明,变频技术用于风机、泵类设备驱动控制场合,取得了显著的节电效果,普遍节电达到30%50%

变频家电是新一代家用电器发展趋势之一,它不但给这些家电产品带来功能的增加、性能的改善,而且具有明显的节能效果和降噪效果,同时使整机寿命较传统家电有明显提高。因此,近年来各国家电厂商都在竞相开发变频家电产品,变频技术已成为最具节能发展前景的焦点技术。如变频微波炉代表了世界微波炉的发展方面,具有很高的技术含量。变频微波炉是以变频器代替了传统的微波炉内变压器,变频器通过变频电路可以将50Hz的电源频率任意地转换成20004500Hz的高频率,通过改变频率来得到不同的输出功率,解决了传统微波炉通过对恒定输出功率反复开/关进行火力调控而使食物加热不均匀的弊端,实现了真正意义上的烹饪速度快、用电省等优点。如日本松下新近推出的NNV691JFS微波炉,由于采用了变频电源系统,烹饪时间缩短了近5 0 %。此外,变频技术在自动真空吸尘器、剃须刀、电饭锅、电磁灶、彩电等家电产品也获得了重要的应用。

目前变频技术主要向以下几方面的方向发展:(1)交流变频向直流变频方向转化;(2)控制技术由P W M(脉宽调制)向PA M(脉幅调制)方向发展;(3)功率器件向高集成智能功率模块发展。

 

2 电磁感应技术

电磁感应加热技术的基础是高频电磁感应原理:通过整流电路将交流电整流成直流电;再将直流电转化成频率为20kHz40kHz的高频高压电流;电流流过线圈时会产生交变磁场;磁场的磁力线通过金属材料时产生强大的涡流,导致金属材料自行快速发热。传统电阻丝加热方式的加热效率是40 %左右,其他能量都消耗在热传导和空气热对流上了。而电磁感应加热技术的热效率能够达到90 % ,使加热效率提高了一倍。

将电磁感应技术应用于电饭煲可以达到快速、节能的效果,与普通电热盘式电饭煲相比能耗将降低30%以上,节能效果非常显著。电磁电饭煲继承了电磁感应加热灶具的特点,但同时由于受到电饭煲的结构、空间和功能特点的影响,其控制器具具有独特一面,体现在散热空间小、长期可靠性要求高等方面。电磁电饭锅控制器由于受到特定环境的影响,需考虑其散热问题并研究功耗来源、影响及解决办法。

当热量过大,而散热不畅时,控制器处于较高工作环境温度中,元器件的稳定性会受到影响,进而影响整套控制器的运行可靠性,出现误动作,小则控制器无法正常工作,大则出现安全事故。

在电磁电饭锅中热量来源主要有三种:(1)电饭锅内胆向周围辐射的热量;(2)大功率管IG B T及整流桥散发的热量;(3)其他元器件散发的热量。其中内胆散发热量最大,但内胆作为加热承载体,属于必须加热的器件,在设计时只能考虑如何减少其对于控制器的影响,一般做法是尽量阻挡内胆直接向控制器散发热量,在两者之间采取必要的隔热措施。其次为I G B T和整流桥散发的热量。其他元器件散发的热量很少,可以忽略不计。

解决办法:

加强结构设计

有效的结构设计能大大降低控制器所处环境温度。加强电饭锅模具设计和控制器合理的元器件布局,尤其是大功率管IG B T的位置。构成有效的热量通道,以便热量尽快有效排出电饭锅。

加强IGBT功耗技术研究

IGBT的功耗主要是关断损耗和开通损耗。在实际设计中,根据所愿的IGBT参数结合理论分析和实际测试。不能单纯考虑某方面因素,需综合该IG B T的性能参数和实际设计要求,做出合理的选择,保证可靠性。

加强烹饪过程控制

在可靠保证烹饪效果情况下,合理地减少IGBT的开通次数,有效地减少IGBT在单位时间功耗,减少单位时间温度上升率,从而减少短时间内热量的集聚,采用了一种平均化处理手段。也能有效地降低控制器环境温度。

 

3 远红外加热技术

         远红外线又称长波红外线,其波长范围从5.6微米至1000微米。远红外加热是一种辐射传热过程,它利用热物体源所发射出来的红外线照射到被加热物料上,并被吸收后转化成热能,以达到加热的目的。

         远红外加热技术兴起于70年代初,它是重点推广的一项节能技术。远红外加热器有板状、管状、灯状和灯口状几种,所用的能源以电能为主,但亦可用煤气,蒸汽、沼气和烟道气等。利用这项技术提高加热效率,重要的是要提高被加热物料对辐射线的吸收能力,使其分子振动波长与远红外光谱的波长相匹配。因此,必须根据被加热物的要求来选择合适的辐射元件,同时还应采用不同的选择性辐射涂层材料,并要改善加热体的表面状况。

远红外加热与传统的蒸汽、热风和电阻等加热方法相比,具有加热速度快、加热效率高等许多优点。用它代替电加热,其节电效果尤其显著,一般可节电30%左右,个别场合甚至可达60%-70%。远红外加热技术是一门新兴科学,近几年随着远红外生产品种和数量的不断增多,它的应用领域也不断扩大,远红外加热技术日益引起人们的重视,因此研究远红外辐射材料和应用于发有着广阔的前景。远红外辐射材料的节能原理为:远红外辐射材料对其它能量的有效转换和被加热物质的分子振动所吸收,而达到加热、干燥等目的,它具有节能、加热升温快,无污染,热效率高等特点,可广泛应用于民用炊具、取暖设备等方面,例如远红外陶瓷辐射材料用在铝制品的涂层上,其节时率达40%以上,热利用率增量为35%左右,节能率80%以上,是一种理想的高效节能材料。

 

4 温控技术

温控技术的核心是温控器。温控器是家用电器中的重要部件,其功能是用来控制家用电器的工作温度范围。温控器的性能,如准确性、敏感性、稳定性及使用寿命,直接关系到家用电器质量。

 开关式温控器

热双金属式温控器:利用不同金属或合金的温度膨胀系数的差异,将它们复合在一起,当其受热时,两种金属或合金产生的内应力不同,膨胀系数高的逐渐向膨胀系数低的一面弯曲,温度降低时,又返回原来位置。在其上设计一个触点,与另一个静触点配合,就可以在一定温度范围内实现动、静触点的闭合与断开,实现对加热器电源的控制。根据动、静触点运动的方向需要,可把双金属片制成直条片状,蝶形等不同形状,即可产生不同的运动方向。在双金属上端安一个可调的绝缘调温螺丝,利用它来控制动、静触点接触的紧密程度就可以实现控温调节。这种温控器主要用于电淋浴器、电烤箱、电熨斗等电器。

磁性温控器:利用感温软磁体在温度达到居里点时,磁力急剧减小,使它与永久磁钢分开,带动它们各自的触点断开,停止对加热器供电。但断电后不能自动重新恢复加热,它的控温精度可达到±1 。应用此原理设计的温控器主要用于电饭锅等电器,它是一次控制,感温软磁体必须与被加热物体良好接触,否则控温不准。

形状记忆合金温控器:用一种形状记忆合金的特性制成,这种合金在低温下用外力使其发生某种形变,然后除去外力加热,当达到某一临界温度时,它的形变开始减小,逐渐恢复原状,降温后可重现原来形变。用它带动动触点即可实现温度控制,控温精度±1

简单电子温控器:利用温度检测部分(能将温度的变化转换成电信号) 检测温度变化产生随其变化的电信号,然后由放大器放大,当温度达到一定数值,放大器输出的信号使继电器或可控硅断电停止加热;当温度降低到一定范围,又提供信号使电源接通加热。设计时应先根据温控器波动范围大小,选择温度检测元件(二极管、热敏电阻、集成温度传感器、热电偶等) ,然后将放大器设置在开关状态即可。

复杂电子温控器:增加了预置部分和调节部分。其原理是利用比较器将预置信号与检测信号相比较来控制电热器的工作状态,例如可用热敏电阻构成放大器的负反馈回路。当被检测物体温度变化时,热敏电阻阻值发生变化,放大器输出随温度变化而变化的电信号,利用A/ D 转换器将它转换成数字信号,用数字温度器显示出来。预置部分和检测部分相似,只是把热敏电阻换成高精度变阻器,改变其阻值可改变放大器的输出电压。温度调节是一个电压比较器,将检测部分得到的信号和预置部分的信号输入比较器,得到一个输出信号来控制可控硅实现温度控制。

智能温控器:是由微电脑电路、传感器、A/ D 转换器、驱动器、可控硅(或继电器) 组成。它性能稳定,能对多路加热器实施控制,能实现多路加热器不同温度,不同加热时间的工作方式。它的工作原理是由热电偶检测被加热物体的温度产生电信号,经放大器放大送多路选择器,为保证检测信号的准确性,在热电偶的冷端用集成温度传感器得到信号输入多路选择器进行补偿,再由A/ D转换器转换成数字信号,由I/ O 接口电路送到单片机。这一信号与温度设定器通过I/ O 接口电路输入到单片机内的数据比较,产生各种指令信号由I/ O 接口电路输出一路去加热状态显示器;一路由光电耦合器送到驱动放大器控制双向可控硅的工作状态,从而实现控温。

分压式温控器

这种温控器最典型的特点是串联热敏电阻,它将一正温度系数的热敏电阻串联到电热元件中,并感受其温度变化,使其阻值随温度而变化,改变了加热器上的电压,控制了温度变化范围。设计的关键在于恰当选择热敏电阻阻值和功率,并使其良好感受电热元件的温度。

 

5 电磁线技术

         电磁线是电器工业,特别是电机、电器维修的关键材料之一。由于应用场合有所不同,正确的选择电磁线的电气与机械性能,如:耐溶剂型、耐热性、绝缘厚度等,就能从从根本上改善电机、电器的技术经济指标。

绕包线:指在导体上用天然纤维、无碱玻璃丝,绝缘纸或薄膜进行绕包的绝缘线。该种电磁线绝缘层较厚,点击的槽满率较低,导热性与耐潮性较差。

漆包线:用合成漆生产的漆包线具有较高的机械强度,具有表面光滑,易于排线的特点。

电磁线的选用:首先根据设计的槽的尺寸和槽满率的要求来选择电磁线,除了一些特殊的产品必须选用绕包线外,应尽量选用漆包线来提高槽满率,缩小产品体积。其次根据设计的允许温升选用对应耐温等级的电磁线,同一种材料由于加工条件、使用场合以及产生热的方法不同,就可能有不同的温度系数。选择电磁线时,还需考虑电工产品在修造过程中的特殊要求和使用的特殊环境。例如:绕线时若采用高速自动绕线机,就要求漆包线机械强度高,表面光滑,摩擦系统数小;电子设备中所用的细线先用直焊式或自粘直焊漆包线等。电磁线在应用中有可能接触到酸、碱、盐雾、油、有机溶剂或冷冻剂等,这些化学物品对电磁线的绝缘有不同程度的影响。

 

6 空调制冷技术

HFCS类工质

         HFCS类工质组成的非共沸混合物理论上可利用各组分沸点不同实现劳伦兹循环,提高制冷循环效率,但HFCS类工质仍然存在一定的GWP(全球变暖潜能值) 研究比较成熟的此类制冷剂包括:

R407cR407c的热力性质与氟利昂比较相似,它们的工作压力和制冷量都比较接近。这使得替代简单易行,原有氟利昂机器设备改用R407c后除更换润滑油,调整系统冲注量及节流元件外,对压缩机和其余设备均可不做改动。但采用R407c后机器的制冷量和能效比较用氟利昂时稍有下降,而R407c最大的缺陷可能是温度滑移较大。据最新的资料预测, R407c在低制冷量范围的(520 kW)家用空调中和除螺杆式压缩机之外的高制冷量范围(20350 kW)容积式压缩机的冷水机组中很有前途。

R410a:其热力性能十分接近单工质,虽然它与氟利昂的热力性质不很相似,但却可能是氟利昂最有前途的HFC类替代物。使用R410a的制冷系统需彻底改型,但改型后的机器变得更为紧凑。它的另一优势是液相的热导率高,粘度低,使其具有优于氟利昂的传输特性。R410a在适当的压力范围内经优化后有比R22更高的能效比,在相同的造价下整体效率可提高5%左右,足以弥补改型设计等所需费用。故而它可作为氟利昂的长期替代物,在普通空调如单元式或风冷、水冷的整体式冷水机组(大容量除外)及冷量较大的住宅空调中有广阔的应用前景。

R32 /134a:这种非共沸混合物在30% /70%时具有最佳的热力学性能。许多报告指出,经系统冲注量、热交换器的优化后的空调设备采用这一混合工质后的制冷量完全可与氟利昂相当,而能效比还可提高几个百分点。其缺点是在某种条件下呈可燃性,虽然它在正常工作条件下是不可燃的。

R134a:与氟利昂相比,压力、冷量都会降低,大多数的管道包括换热器在内都应扩大以减少压力损失,压缩机的排量也要增加。用它代替氟利昂后系统的制冷量有大幅度的下降,能效比也略有下降。系统的改型费用较高,因此对于小型住宅或商用空调不太可能用它,但对大型冷水机组尤其是用螺杆或离心式压缩机时比较合适。

R1270:通过对R1270与氟利昂的热物理性质和热力循环性进行比较,碳氢化合物R1270的环境接受性能好,主要的热物理性质与R22相似,其气化潜热比R22R290都要高,传热效率高,并且R1270的可燃可爆性也可以通过生产过程和制冷装置中安全措施的完善而得到克服。与R22系统润滑油及其它部件均能兼容,并且与R22容积制冷量相差不大,不需要压缩机进行改型。具有高制冷量、高循环性能系数、充注量大大减少的优点,总体考虑可是一种性能优良的制冷剂。

天然制冷剂

在天然制冷剂中以氨、丙烷与其他烃的混合物及CO2 制冷技术最有可能成为R22的长期替代物。

R717:是具有120多年使用历史的一种廉价天然制冷剂。其热力性能优良,其容积制冷量和能效比均可优于氟利昂;然而R717的排气温度很高,它与某些材料与原有润滑油的不相溶性令人顾虑。但是新的润滑油及其他新技术的出现,为氨的扩大应用提供了可能性,目前已有使用氨的整装式冷水机组面市,制冷技术人员还在继续不断地努力。

R290:也是一种在化工生产中已长期使用的非常廉价的天然制冷剂。丙烷的热力性质与氟利昂非常接近,因而有可能成为氟利昂的直接冲灌式制冷剂。与氟利昂相比,丙烷的能效比较高,排气温度低,容积制冷量也较小。其弱点是具有可燃性。近年来使用丙烷的呼声在增长,也已制定出有关的安全使用规程。

CO2 :由于CO2的高密度和低粘度, CO2的流动损失小,传热效果好。通过强化传热可以弥补它循环不高的缺点,增加回热器或者采用两级压缩即可达到与常规制冷剂相似的效率,而不设膨胀机,这也是各公司开发CO2小型制冷或者汽车空调的研究方向。

热声制冷技术(又称为半导体制冷技术)

热声制冷是21世纪以来发展的一种新的制冷技术。与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比,热声热机具有无可比拟的优势:无需使用污染环境的制冷剂,而是使用惰性气体或其混合物作为工质,因此不会导致使用的CFCSHFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境;其基本机构简单,因无任何运动部件使得其无噪声、无摩损、可靠性更好,好寿命大大延长,同时其启动快、控制灵活,只要接通电源,即可迅速制冷,电流反向即可制热,无需贵重材料,成本上具有很大的优势;热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点,可成为下一代制冷新技术的发展方向。但由于这种制冷方法的效率较低,使得其发展速度较慢,提高热电制冷器的效率一直是其主要的发展方向。

所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应,热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量,在声波稀疏时排出热量,则声波得到加强;反之声波稠密时排出热量,在声波稀疏时吸入热量,则声波得到削弱。当然,实际的热声理论远比这复杂的多。目前的研究工作主要是进行电压、电流和换热的优化,但由于热电制冷器的效率与其工作方式、控制方式、附加传热温差、焊缝电阻、杂散热交换以及元器件性能下降有关,有必要对其变工况特性、工作和控制方式、影响电堆性能的工艺因素及产生原因进行研究,从而使其更好地应用于电子冷冻加工领域。

   磁制冷技术

磁制冷技术是自1881年发现磁热效应以来,发展起来的一种高效、可靠、绿色制冷技术,己引起国内外的广泛重视。近百年来的磁制冷历史使其在低温领域的研究和应用已比较成熟,但是直到最近20年才将磁制冷的温度范围提高到室温附近。目前,室温磁制冷研究主要集中在磁热力学系统理论分析、磁制冷材料的制备以及磁制冷样机的研究3个方向,且取得了可喜成就。

磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料。物质是由原子构成,原子由电子和原子核构成,电子有自旋磁矩和轨道磁矩,这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。顺磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的,加外磁场后,原子的磁矩沿外磁场取向排列,使磁矩有序化,从而减少材料的磁熵,因而会向外界放出热量;而一旦去掉外磁场,材料内部的磁有序减小,磁熵增大,因而会从外界吸收热量。这种磁性荔枝系统在磁场的施加与去除过程中所呈现的热现象称为磁热效应(MCE)。磁制冷就是利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的。


 

7 智能家电技术

         智能家电产品分为两类,一是采用电子、机械等方面的先进技术和设备;二是模拟家庭中熟练操作者的经验进行模糊推理和模糊控制。醉着智能控制技术的发展,各种智能家电产品不断出现,例如,把电脑和数控技术相结合,开发出的数控冰箱,具有模糊逻辑思维功能的电饭煲、变频式空调、全自动洗衣机等。


 

8 感温软磁技术

         电饭煲的节能技术实际上就是提高电热能的利用率、降低保温时的耗电量。从此意义上讲,电饭煲的节能与电冰箱(蓄冷)、电热水器(蓄热)等的节能存在相似之处。硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热性能优异的保温材料,因此,将电冰箱保温用的聚氨酯泡沫塑料做电饭煲保温层应该是完全可行的。由于电饭煲通常是在高温下工作,因此要求泡沫在高温下不能释放出对人体有害的物质,并且不能出现易燃易爆等情况。现在聚氨酯发泡应用中比较安全的H C F C -14 1 b发泡体系却存在较大气味,不能为人接受,水发泡聚氨酯硬泡体系的臭氧消耗潜值(O D P)为零,发泡材料的环保及安全卫生性符合要求,采用消毒柜用全水发泡聚氨酯泡沫塑料作为电饭煲的保温层,通过此项技术的应用能够使电饭煲达到节能的目的。

与传统的电饭煲相比,用聚氨酯泡沫做电饭煲的保温层,能有效地阻止煮饭过程中的传导及热辐射,并与煲盖的密封圈一起,形成一个密封的、均匀的热场,因此能更有效地提高电饭煲产品的热效率,降低保温能耗,节约了电能。