Сушилка для рук и волос

Конкурсная работа
СУШИЛКА ДЛЯ РУК И ВОЛОС
Описана конструкция конвективной воздушной сушилки для рук и волос, в которой
отсутствует традиционный электронагреватель воздуха.
Сушка осуществляется воздушным потоком с пониженным влагосодержанием. Для его
получения используется твердый сорбент в виде неподвижного слоя гранулированного
силикагеля.
В соответствии с современными требованиями по энергосбережению выполнены
научно-исследовательские работы по разработке эффективного бытового прибора –
«Сушилки для рук и волос», отличающейся пониженным электропотреблением.
Назначение данных сушилок – обеспечить ускоренное испарение водяной пленки и
водяных капель с поверхности рук и волос головы в поток воздушной струи, выходящей из
специальной насадки.
Сушилки для рук и волос, выпускаемые российскими и зарубежными фирмами,
представляют собой корпус (воздушный канал), внутри которого расположены вентилятор и
электронагреватель в виде электрической спирали [1].
Рис.1. Схема сушилки для рук и волос
Работа сушилок происходит следующим образом: при подаче напряжения на
электродвигатель вентилятора и электронагреватель внутренний воздух за счет работы
вентилятора поступает в воздушный канал сушилки, проходит электронагреватель, где
нагревается, и в виде горячей воздушной струи выходит из корпуса на рабочий объект (руки
или волосы головы).
За счет теплоотдачи температура поверхности рук (волос) повышается, что
способствует росту парциального давления водяных паров у ее поверхности. Когда
численная величина этого давления превысит парциальное давление водяных паров в
воздушной струе, вода с поверхности будет испаряться в воздух. Количество испаренной
влаги - dW, кг определяется уравнением [1]:
dW = βF(Pн -P)dτ
где: β - коэффициент массоотдачи, кг/(
(1)
); F - поверхность испарения, м; Pн, Р -
парциальное давление водяных паров в насыщенном слое у поверхности и в воздухе,
соответственно, Па; dτ -время сушки, ч.
Недостатками данной конструкции являются: повышенный расход электроэнергии
(наличие двух потребителей: вентилятор, электронагреватель); возможность перегрева и
выхода из строя электронагревателя.
С другой стороны, увеличить движущую силу процесса – разность парциальных
давлений водяных паров у поверхности рук и в воздушной струе можно за счет снижения
парциального давления водяных паров в самой воздушной среде путем уменьшения
концентрации водяных паров (влагосодержания) при осушении, например, при помощи
твердого зернистого адсорбента.
Схема разработанного устройства – сушилки для рук и волос приведена на рис.1
Сушилка для рук и волос состоит из корпуса, имеющего форму вертикального
цилиндра 1, с верхней 2 и нижней 3 торцевыми неподвижными крышками с перфорацией в
виде сквозных отверстий диаметром 2 – 3 мм. Снаружи крышек в желобных каналах 6
установлены заслонки 4 и 5 с перфорацией, которая симметрична перфорации крышек.
Заслонки 4, 5 соединены друг с другом П – образным рычагом, состоящим из вертикальной
рукоятки 12 и двух – верхней 13 и нижней 14 горизонтальных направляющих.
Внутри по оси корпуса 1 установлены сверху вниз элементы трубы Вентури: конфузор
8, горловина 9 с перфорированной боковой поверхностью, другой элемент трубы Вентури –
диффузор 10 расположен по вертикальной оси снаружи корпуса. На входе в конфузор 8
установлен вентилятор 11. На нижней крышке 3 вокруг горловины 9 по всей длине
расположен зернистый адсорбент в виде неподвижного слоя 7.
Сушилка для рук и волос работает в двух режимах: режиме сушки, режиме
регенерации зернистого адсорбента.
Режим сушки осуществляют поворотом вертикальной рукоятки 12 и, связанных с ней,
направляющих 13, 14 против часовой стрелки на угол α. При этом направляющие 13, 14
перемещают нижнюю 4 и верхнюю 5 заслонки, края которых расположены в желобных
каналах 6, в горизонтальной плоскости на тот же угол. В данный момент сквозные отверстия
нижней заслонки 4 совпадают со сквозными отверстиями в нижней торцевой крышке 3, в то
же время сквозные отверстия в верхней заслонке 5 находятся асимметрично сквозным
отверстиям в верхней крышке 2, (принимают положение, приведенное на рис. 1). Видно,
каналы для прохода воздуха в верхней торцевой части закрыты, каналы для прохода воздуха
в нижней торцевой части открыты. В это же время включается в работу вентилятор 11,
который забирает воздух через сквозные отверстия в нижней крышке 3 и заслонке 4. Воздух
последовательно проходит неподвижный слой зернистого адсорбента 7, вентилятор 11,
конфузор 8, горловину 9, диффузор 10 и в виде воздушной струи выходит наружу на
поверхность рук или волосы головы.
Выделение теплоты при сорбции водяных паров вызовет повышение температуры
осушенной воздушной струи, выходящей из диффузора. Это способствует созданию
комфортных условий при сушке рук и волос - процесс осуществляется в потоке теплой
воздушной струи.
Режим регенерации зернистого адсорбента – силикагеля 7 осуществляется путем
синхронного поворота в горизонтальной плоскости нижней заслонки 4 и верхней заслонки 5
на угол α по часовой стрелке с помощью вертикальной рукоятки 12 и, связанных с ней,
направляющих 13,14. При этом сквозные отверстия верхней заслонки 5 совпадут со
сквозными отверстиями в верхней торцевой крышке 2, в то же время сквозные отверстия в
нижней заслонке 4 примут асимметричное расположение сквозным отверстиям в нижней
крышке 3, что обеспечит взаимное закрытие сквозных отверстий в заслонке 4 и крышке 5. В
данных условиях при работе вентилятора 11 воздух поступает внутрь корпуса 1 через
открытые сквозные отверстия верхней заслонки 5 и торцевой крышки 2. Затем воздух
последовательно проходит вентилятор 11, конфузор 8, горловину 9 (создавая эффект
эжекции парогазового потока), диффузор 10 и в виде увлажненной воздушной струи
удаляется наружу.
Десорбция водяных паров из порового пространства зернистого сорбента 7 происходит
за счет значительного понижения статического давления в канале горловины 9 и,
соответственно, в неподвижном слое сорбента, т.к. канал горловины через перфорированную
боковую поверхность имеет доступ к поровому пространству зернистого сорбента.
Включение режима сушки, режима регенерации можно осуществлять ручным или
автоматическим способом, например, при помощи таймера, встроенных инфракрасных
датчиков, которые запускают вентилятор при нахождении рук в зоне сушки.
К достоинствам разработанной сушилки для рук и волос следует отнести:
- снижение расхода электроэнергии (исключен электронагреватель);
- увеличение срока эксплуатации сушилки из-за отсутствия возможности теплового
перегрева ее рабочих элементов;
- повышение комфортности сушильного процесса;
- снижение электробезопасности;
- снижение стоимости.
Для конструктивного расчета гранулированного слоя адсорбента (площадь
поперечного сечения слоя, высота слоя, его объем, аэродинамическое сопротивление слоя),
работающего в условиях адиабатического осушения воздуха, разработана методика с
применением модифицированной l-d диаграммы влажного воздуха на основе числа единиц
переноса.
Вывод. Разработана эффективная конструкция конвективной сушилки для рук и волос с
широким спектром применения. Она отвечает современным требованиям энергосбережения,
пожарной и экологической безопасности. Производство данных сушилок планируется
организовать на базе малого инновационного предприятия (МИПА).