ПРОЦЕСС СУШКИ
Процесс сушки в бытовых стирально - сушильных или сушильных машинах заключается в удалении воды из пористых материалов. Сушку можно производить как при атмосферном давлении, так и в вакууме. Сушка в вакууме является более эффективной, однако технически более сложно осуществима, чем при атмосферном давлении, и требует больших затрат электроэнергии.
По способу передачи теплоты для удаления влаги сушка может быть контактной, радиационной (инфракрасным излучением), токами высокой частоты и конвективной [1]. Конвективный способ сушки применяется в бытовых стирально - сушильных и сушильных машинах. При этом способе теплота передается непосредственно от теплоносителя (воздуха) к высушиваемому материалу.
Известны следующие виды связи влаги с тканью [1]: а) физико-механическая (макро- и микрокапиллярная); б) физико-химическая (абсорбционно и осмотически связанная); в) химическая.
Макрокапиллярная влага находится в мелких капиллярах, заполняемых при смачивании, а также при поглощении (адсорбции) из влажного воздуха. Адсорбционная влага прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Значительная часть этой влаги может быть удалена механическим путем. Осмотически связанная влага (влага набухания) находится внутри клеток и после химической является наиболее прочно связанной с материалом. Химическая влага входит в состав молекул вещества и не удаляется, т.к. ее удаление привело бы к разрушению материала.
В процессе сушки из ткани удаляется поверхностная влага, в результате чего в материале начинается движение влаги от центра к периферии. Поскольку перемещение влаги из глубины ткани к ее поверхности в основном определяется разностью концентрации влаги, а разность концентрации увеличивается с понижением влажности на поверхности материала, то внешние факторы (температура, относительная влажность, барометрическое давление воздуха) при конвективной сушке одновременно влияют на внутреннюю диффузию влаги. Наибольшее влияние оказывает температура воздуха.
|
|
Процесс увлажнения и сушки приводит к изменению качества ткани: прежде всего изменяется структура волокон. Проникновение молекул воды в волокна ткани вызывает их набухание и резкое проявление анизотропии волокон. Поскольку структурные элементы располагаются в основном вдоль продольной оси волокон, набухание в поперечном направлении оказывается большим. Иногда наблюдается сокращение волокон, когда увеличивающиеся при набухании волокна, сокращаясь при сушке, не принимают первоначальные размеры. Для сохранения свойств ткани в процессе ее сушки для каждого вида ткани необходимо определять оптимальный технологический режим обработки. Технология сушки является решающим фактором сохранения свойств ткани и ее качества.
Считается, что первые механические сушилки для одежды появились в Англии и Франции в начале XIX в. Эти машины представляли собой перфорированные металлические барабаны, которые вручную поворачивали над огнем. Можно предположить, что наряду с сушкой одежды в этих машинах производилось и уничтожение обитавших в ней насекомых. Первый патент на сушильную машину получил американец Джон Сампсон в 1892 г. Электрические сушильные машины появились позже, в 1915 г. Массовое производство бытовых сушильных машин началось в конце 60-х годов ХХ в. В ходе эволюции сушильной машины ее облик максимально приблизился к внешнему виду стиральной машины. Дизайнеры фирм-производителей выполняют декор обеих стиральных и сушильных машин в едином стиле, так что на первый взгляд они кажутся похожими.
|
|
Рис. 2.2.1 - Сушильная машина, установленная на стиральную машину (Miele)
Рис. 2.2.2 - Открытая дверца сушильной машины
Во-первых, сама дверца не круглая, а прямоугольная или квадратная, и не имеет прозрачного смотрового люка. Во-вторых, хотя при своем рождении сушилки и имели перфорированный барабан, у современных сушильных машин внутренняя стенка барабана гладкая и сплошная, без перфорации. Сам барабан у сушильной машины более вместительный, а вот «ребра», служащие для перелопачивания белья в барабане, в нем почти такие же, как в барабане стиральной машины.
Типы сушильных машин
Существует два типа сушильных машин: вытяжной и конденсационный. В машинах обоих типов барабан с загруженным в него влажным бельем медленно (порядка 50 об/мин) вращается то в одну, то в другую сторону. Поступающий в машину наружный воздух подогревается термоэлектронагревательным элементом (ТЭНом) и обдувает белье. Отнимая влагу от белья, этот воздух сам становится влажным. Разница между типами машин состоит в том, что происходит с этим теплым и влажным воздухом дальше.
В машинах вытяжного типа влажный воздух выходит из машины наружу, и, если мы не хотим, чтобы в помещении, где стоит машина, стало как в предбаннике, этот воздух нужно куда-то отводить. Поэтому неотъемлемым атрибутом машин вытяжного типа (их называют также машинами с отводом воздуха) является шланг (рис. 2.2.3). Шланг выводится на улицу через окно либо через специальное отверстие.
|
|
Рис. 2.2.3 - Сушильная машина вытяжного типа
Схема движения воздуха в сушильной машине вытяжного типа показана на рис. 2.2.4.
Холодный сухой воздух 1 нагнетается вентилятором 2 в барабан машины и обдувает находящееся в нем белье. По пути в барабан воздух нагревается ТЭНом 3. Выходящий из барабана теплый и влажный воздух 4 выходит из машины. На выходе взвешенные во влажном воздухе волокна ткани и ворсинки улавливаются специальным фильтром. Сушильные машины вытяжного типа самые недорогие, но установить их можно только там, где есть возможность провести шланг для вывода влажного воздуха. По этой причине машины данного типа выпускаются только в отдельно стоящем, а не встроенном исполнении.
Рис. 2.2.4 - Движение воздуха в сушильной машине вытяжного типа:
1 — холодный сухой воздух, 2 — нагнетательный вентилятор, 3 — ТЭН, 4 — влажный теплый воздух
Машины конденсационного типа устроены сложнее и, соответственно, стоят дороже. Зато в таких машинах влажный воздух выходит наружу, лишь оставив всю накопленную им влагу в специальной емкости для сбора воды. Схема движения воздуха в сушильной машине конденсационного типа показана на рис. 2.2.5
Такая машина имеет не один, а два вентилятора. Первый, уже знакомый нам, нагнетательный вентилятор 1 прогоняет воздух через ТЭН 2 и подает его в барабан. Выходящий из барабана теплый и влажный воздух 3 не покидает машину, а направляется в теплообменник 6. Из самого смысла этого слова следует, что через тонкие стенки теплообменника этот воздух «обменивается» теплом с холодным воздухом 4, подающимся в этот лабиринт вторым, охлаждающим, вентилятором 5. Главным результатом такого теплообмена является охлаждение воздуха, прошедшего через барабан с бельем, и конденсация содержащейся в нем влаги. Образовавшийся здесь конденсат подается насосом 7 в емкость 8, которую надо лишь время от времени опорожнять либо организовать сток конденсата в канализацию. Таким образом, в сушильной машине конденсационного типа существуют и обмениваются теплом, но никогда не встречаются друг с другом и не перемешиваются, два потока воздуха — внутренний, движущийся по замкнутому кругу «теплообменник — ТЭН — барабан — теплообменник», и внешний, прокачиваемый через теплообменник для того, чтобы охладить внутренний поток и заставить его отдать отнятую им у белья влагу. Машину такого типа можно установить в любом помещении, где есть возможность подключения ее к электрической сети. Конденсационные сушильные машины выпускаются как в отдельно стоящем, так и во встроенном исполнении. Отличить машины двух типов друг от друга можно даже по внешнему виду: у машины конденсационного типа имеется входная решетка теплообменника, расположенная на передней стенке машины.
Рис. 2.2.5 - Движение воздуха в сушильной машине конденсационного типа:
1 — нагнетательный вентилятор, 2 — ТЭН, 3— влажный теплый воздух, 4 — холодный воздух, 5 — охлаждающий вентилятор, 6 —теплообменник, 7 — насос, 8 — емкость для конденсата
Основные внешние элементы сушильной машины конденсационного типа показаны на рис. 2.2.6. На панели управления 1 расположены рукоятка выбора программы сушки, кнопки управления машиной, световые индикаторы. Здесь же сбоку находится лицевая панель емкости для сбора конденсата 2, потянув за которую, можно извлечь емкость из корпуса машины. На внутренней стороне передней дверцы машины расположен фильтр, улавливающий тончайшие волокна и ворсинки, которые неизбежно поднимаются в воздух, когда в барабане 4 перелопачивается белье. В нижней части корпуса машины находится теплообменник 5. Машина стоит на регулируемых по высоте ножках 6. Фильтр для улавливания волокон и ворсинок может быть расположен не на внутренней стороне дверцы, как, например, в сушильных машинах Electrolux, а в корпусе, ниже уровня барабана (рис. 2.8). Такое расположение фильтра принято в сушильных машинах Ariston, Whirlpool и др. По мнению конструкторов этих фирм, фильтр, находящийся на дверце машины, не обеспечивает эффективного улавливания волокон, а те волокна, что накопились в кассете с фильтром, могут скомковаться и вновь попасть в барабан машины (рис. 2.2.7).
Рис. 2.2.6 - Сушильная машина конденсационного типа с фильтром в корпусе:
1 — панель управления, 2 — емкость для конденсата, 3 — фильтр для волокон ткани, 4 — барабан, 5 — теплообменник
Рис. 2.2.7 - Фильтр для улавливания волокон, расположенный на внутренней стороне дверцы машины
В стирально-сушильных машинах широкое распространение получила система сушки с конденсацией влаги за счет тепломассообмена с холодной водой. Схема циркуляции потока воздуха при данном способе показана на рисунке 2.2.8.
Рис. 2.2.8 - Принципиальная схема системы циркуляции воздуха в процессе сушки с конденсацией при тепломассообмене с водой.
Совершенство сушильной машины состоит в наличии грамотно составленных программ сушки, которые заложены в память системы управления. Основным узлом системы управления является микропроцессор, который вмонтирован в электронный командоаппарат. Это устройство дает команды на включение ТЭНа, вентиляторов, электродвигателя, который вращает барабан, в соответствии с заданным владельцем машины типом загруженного в барабан белья, его массой и степенью, до которой нужно высушить белье. Исполнительными органами машины являются датчики. Датчик наполнения резервуара с водой дает сигнал в момент, когда емкость переполняется конденсатом. Другой датчик не позволяет перегреться ТЭНу, а датчик безопасности, связанный с поплавком в поддоне машины, сигнализирует о поступлении в поддон воды. Сушильные машины последнего поколения имеют датчик остаточной влажности, контролирующий состояние белья. Если в машинах без такого датчика сушка выполняется в течение некоторого заранее предусмотренного программой промежутка времени, то в машинах с датчиком влажности — до момента, когда достигается заданная остаточная влажность белья. В результате белье не пересушивается, а машина не тратит на работу ни лишнего времени, ни лишней электроэнергии. Чем большим набором датчиков обладает машина, чем шире заложенный в нее спектр программ, тем дороже изделие.
Градации сушки обычно включают в себя три степени:
1) влажная для глажения (также называется сушкой «под утюг»);
2) сухая для хранения в шкафу;
3) абсолютно сухая (иногда называется «шкаф плюс»).
В машинах с электронной системой управления могут быть предусмотрены промежуточные градации сушки, лежащие между перечисленными, а также выше и ниже их, например «слегка влажная», «влажная для машинного глажения» (более влажная, чем для ручного глажения утюгом), «экстрасушка» и т.д.
Приведенные в табл. 2.1 характерные значения времени сушки предварительно отжатого белья являются ориентировочными, поскольку зависят от особенностей каждой конкретной модели сушильной машины. Общим является то, что это время зависит от следующих параметров: – типа белья (хлопок, синтетика); – массы белья, загруженного в барабан сушильной машины; – скорости вращения барабана стиральной машины, при которой белье отжималось после стирки; – заданной градации сушки (чем она выше, тем дольше длится сушка). Другая дополнительная программа — режим быстрой сушки, который рекомендуется для мелких вещей. Во многих моделях машин предусмотрена функция задержки пуска (от 1 до 9 ч, а в некоторых моделях и до 24 ч), позволяющая перенести работу машины на ночные часы, когда действует льготный тариф на электроэнергию. Еще одна интересная функция — защита от сминания. Чтобы загруженное в машину белье не слеживалось, барабан все время поворачивается, причем, если задействован режим задержки пуска программы, машина так и будет ворошить белье, пока не начнет выполняться основная программа. После завершения сушки машина будет продолжать переворачивать белье, пока владелец не извлечет его из барабана.
В современных моделях предусматривается подача звукового сигнала о завершении программы, обратный отсчет времени, оставшегося до окончания сушки с индикацией этого времени на цифровом дисплее, световой сигнал, напоминающий о необходимости очистить фильтр.
Компоновочная схема сушильной машины ARISTON