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1、引言

洗衣機作為日常使用最為頻繁的家電產品之一，自被發明以來，就為人們的生活帶來了極大的便捷。但自動洗衣機的雙層套桶結構容易形成夾層積垢，因此而產生的污水洗衣問題一直威脅著用戶的身體健康。本文通過污垢形成機理的分析和現有積垢防治手段的對比，對噴水除垢這一類技術方案進行了改善。

2、洗衣機夾層污垢形成機理

全自動洗衣機每次洗衣結束后洗衣桶內各部件上附著有末次脫水排出的漂洗水,漂洗水中仍溶解有少量的洗滌劑和污物［1］（經3次漂洗后，漂洗水中所含物質對應洗衣粉殘 留量0.44g/kg，漂洗液ph8.29。［2］）；水位線以上部分還有殘留的洗滌泡沫。

洗衣結束后，附著于洗衣桶內各部件表面的漂洗水和泡沫經自然蒸發后,其中所含的洗滌劑和衣物污垢等溶解物會析出并附著于各洗衣部件表面，形成不能重溶于水的極薄固化層。由于洗衣桶夾層不與衣物接觸，夾層內的污垢層并不能在下一次的洗滌過程中被衣物擦除。經過反復的附著漂洗水、風干、結垢，污垢層不斷疊加積累，由薄變厚由不可見變可見，最后變成了我們所看到“污垢層”。它們不但容易滋生細菌還會在洗衣過程中部分脫落影響洗滌效果。

3、現行除垢技術的比較

目前，針對洗衣機內外桶的積垢問題，各大廠家均投入巨資，并推出了一些解決方案，但也都還存在一定得缺陷。目前處理積垢的方式總結起來有：清潔球、桶自潔、桶風干、內外桶隔離、高溫殺菌、洗衣機專用清洗劑泡洗等。

3.1 各技術方案簡介

（1）清潔球類：在夾層內放置十多個柔性小球，洗滌時小球們隨水流運動在夾層內不斷撞擊、摩擦桶壁，并在排水時被回收至專用倉室。如：海爾智慧球技術。

（2）桶自潔類：洗滌前，啟動自潔程序高水位正反轉內桶。

（3）桶風干類：取出衣物后，內桶高速旋轉形成強風吹干夾層內的水分。

（4）內外桶隔離類：內桶采用密閉式桶身，洗滌過程中內桶盛水不與夾層接觸，衣物脫水時依靠旋轉所產生的離心力將衣物排水引至高位排水口排出。如：TCL免污洗技術。

（5）高溫殺菌類：向夾層內噴入高溫蒸汽。

（6）專用清洗劑：洗衣機滿水位加入清洗劑浸泡數小時軟化污垢，然后空轉攪動水流沖刷污垢層。

（7）噴淋、沖洗類：使用專用泵吸洗滌水沖洗夾層或設置單獨沖洗程序。

（8）毛刷類：在外桶內壁安裝毛刷，內桶旋轉時（脫水）刮刷內桶外壁。

3.2 各方案存在的缺陷

3.2.1 清潔球類

（1）僅能清潔內外桶的豎壁面。不能清潔內桶底面及各部件加強筋形成的結構凹槽（積垢嚴重區域）；

（2）不能清潔波輪底面和洗滌噴瀑水流通道；

（3）不能清潔水位線以上的部分；

（4）只能將上次洗衣后形成的極薄污垢擊碎成肉眼看不見碎片并溶入本次洗滌中，污水洗衣問題依舊存在。

3.2.2 桶自潔類

（1）單獨程序，需人工啟動；

（2）需要無衣物浸泡，費水費時；

（3）僅靠內桶正反旋轉打水，無除垢效果；

（4）不能清潔波輪底面。

3.2.3 桶風干類

（1）只能干燥洗衣桶，阻止細菌生長，污垢依然存在；

（2）取出衣物后內桶再次高速旋轉，耗能大。

3.2.4 內外桶隔離類（內桶封閉）

（1）下排水型：排水通道密封結構復雜，成本高；

（2）上排水型：桶內存水和脫水時衣物排水在離心辦的作用下沿桶壁上升，通過內桶高位排水口排出，耗能巨大；

（3）桶中桶型，只能實現小桶無污垢；

（4）不能清潔波輪底面。

3.2.5 高溫殺菌類

（1）只能滅菌，污垢依然存在，不能徹底解決污水洗衣問題；

（2）需產生高溫蒸汽，耗能大；

（3）部分衣物不能承受高溫，對使用有限制。

3.2.6 使用專用清洗劑

（1）清洗過程需要長時間浸泡；

（2）需洗衣機裝水空 轉，耗水、耗時較多；

（3）專用清洗劑溶解能力較強，加速洗衣機密封部件老化；

（4）專用清洗劑加重環境污染；

（5）每3個月需要重復一次。

3.2.7 噴淋、沖洗類

（1）大部分使用洗滌水沖洗，無效果；

（2）沖洗力量小不能沖脫附著的污垢；

（3）使用自來水沖洗的需要設置專用程序，在洗衣結束后人工開啟；

（4）大部分沖洗類技術方案均未明確噴水介入時機，技術方案不完善。

3.2.8 毛刷類含柔性鏈條

（1）只能清潔內桶外壁，將上次洗衣后形成的極薄污垢擊碎成肉眼看不見碎片并溶入本次洗滌水中；

（2）不能清潔外桶內壁及內桶各加強筋產生的結構凹槽；

（3）不能清潔波輪底面和洗滌噴瀑水流通道；

（4）內桶外壁不是光滑圓周，有結構性凸起和過濾器、導水板的固定件等。它們會對毛刷形成切割，產生噪音和快速磨損，方案不可實施。

3.3 對比結論

對現有的防積垢技術進行對比分析后可以得出，只有針對性清除污染源，防止污垢形成才是最佳洗衣機保潔方案的結論。

4、防污垢技術改善研究

4.1 設計目標

針對性清除機內殘留的漂洗水。

4.2 實現方法

在每次洗滌過程中，洗衣機末次脫水程序的特定時間段，通過附加的噴水裝置向內、外桶間的夾層噴入自來水。利用高速旋轉的內桶將噴入的自來水灑向內外桶之間夾層的各角落,對夾層和排水管進行沖洗，清除殘留的漂洗水和泡沫清除污染源、進而實現阻斷污垢形成。

4.2.1 噴水時間段的選擇

衣物脫水量與內桶轉速關系如圖2所示，對洗衣機末次脫水過程進行觀察分析可以發現，若噴水太早，衣物不斷排出漂洗水、無法起到清潔的效果；若噴水太晚，則內桶轉速過底、沖洗內桶會浸潤桶內衣物，影響脫水效果；若噴水時間太長則會造成水資源的浪費、太短又會造成清潔效果不足。洗衣機噴水時間只有同時符合以下條件，才能達到理想的自潔、防積垢效果。

條件1：內桶轉速高于r1。由離心甩干原理可知：脫水率與內桶轉速及直徑存在函數關系，當內桶轉速高于平衡點數值r1時經脫水孔噴入的水會被立即甩出，不會進入內桶，浸潤衣物影響脫水效果。

條件2：衣物脫水基本完成。此時衣物向外排水量已很小并逐步排盡，后續階段所排出的微量漂洗水不足對自來水沖洗后的夾層再次產生污染。

條件3：噴入的水量足以完成沖洗。

4.2.2 噴水口位置的選擇

要求1：對內桶旋轉產生的阻力較小；

要求2：水流經多次反彈能均勻覆蓋外桶側壁；

要求3：水流能到達波輪底面。

4.3 確認并優化改進方案

各參數變量如圖1所示。圖中：r—內桶轉速；t—時間；r1—脫水轉速平衡點數值，即經脫水孔噴入的水會立即被甩出，不會進入內桶浸潤衣物影響脫水效果的轉速。所對應的起止時間點分別為t1和t6。這一特定值隨內桶直徑不同而有所差異。由離心甩干原理可知：脫水率與內桶轉速及直徑存在函數關系，當內桶轉速高于平衡點數值時經脫水孔噴入的水會立即被甩出，不會進入內桶浸潤衣物影響脫水效果。r2—脫水階段穩定轉速，所對應的起止時間點分別為t2和t5。

圖1 內桶轉速、衣物排水量與時間關系圖

由圖1可知，甩干過程各階段衣物排水情況如下：

0～t1：轉速逐步升高，衣物排水量迅速增大；

t1～t2：轉速繼續升高并達最高值，衣物大量排水；

t2～t3：轉速穩定于高速，衣物大量排水；

t3～t4：轉速穩定于高速，衣物排水減少并逐步排盡；

t4～t5：轉速穩定于高速，衣物極少排水；

t5～t6：轉速下降，衣物極少排水；

t6～t7：轉速進一步下降，衣物不排水。

4.3.1 噴水時間段的確定及優化

防積垢裝置能在洗衣機末次脫水程序運行于t8～t9時間段期間（時間長度為T1）向內、外桶間的夾層噴入自來水，利用高速旋轉的內桶將噴入的自來水灑向內外桶之間夾層的各角落，對夾層和排水管進行沖洗。

4.3.2 t9確定過程的具體步驟

（1）末次脫水程序運行至t4以后衣物向外排水極少，所排出的微量漂洗水不足對自來水沖洗后的夾層再次產生污染；

（2）脫水程序運行于t1～t6期間，內桶轉速均高于r1，經脫水孔噴入的水會立即被甩出，不會進入內桶浸潤衣物影響脫水效果，所以噴水時間處于t4～t6之間，均可達到設計效果。為簡化控制電路，將噴水停止時間t9優選地設置于脫水電機斷電時刻t5。

4.3.3 t7確定過程的具體步驟

（1）噴水持續時間T1，即t8至t9間隔長度應滿足即完成沖洗且用水少的要求，噴水口流量及洗衣桶的直徑、穩定轉速、材質和自來水水質均會影響T1的最小值，T1應根據廣泛試驗結果綜合考慮后確定，在此優選T1為40秒；

（2）根據t9和T1確定噴水開始時間t8。

4.3.4 噴水口位置確定及優化

桶壁噴口：以扇形水流或霧狀水流由外桶桶壁以一定夾角向內桶噴（由于各機型內桶直徑不同，需要針對各機型進行試驗后確定最佳夾角）。

桶底噴口：以扇形水流由外桶底面垂直向內桶底噴，沖洗內桶底并通過內桶底的導水孔噴至波輪底面，沖洗內桶底面、波輪底面和導水通道。經過以上設計，沖洗水流可覆蓋洗衣桶夾層內所有的空間。

4.4 整合后得出洗衣機防積垢方案

（1）在現有的洗衣機內安裝防積垢裝置，包括電磁水閥、噴水口以及控制電路（即時間繼電器）。電磁水閥的進水口通過管道與自來水管道連通；噴水口排列設置于外桶側面及底面并且噴水方向對著內桶。

（2）各部件關系如圖2所示。在最后一次脫水程序運行至脫水電機斷電前40秒時，控制電路控制電磁水閥6開啟，開啟時間長度為40秒鐘。自來水通過電磁水閥6、管道及噴水口5向洗衣機內桶3與外桶2之間的夾層噴入。內桶3高速旋轉將自來水灑向內桶3與外桶2之間夾層的各角落（由于噴水時間控制在內桶高速旋轉階段，噴入夾層的水不會進入內桶浸潤衣物影響脫水效果），清除夾層內殘留的漂洗水。

圖2 各部件關系圖

4.5 本方案的技術優勢

能實現洗衣機全壽命自我清潔并且實施本方案不改變洗衣機原有結構、不改變原控制程序、不增加洗衣機工作時間、不影響洗衣機的脫水效果，沖洗用水量少、實施難度小、工業成本低。

5、結束語

自動洗衣機內外桶間夾層積垢問題一直未能得到完善的解決。本文首先分析了積垢產生的機理，并對現有的防治技術進行了分析，最后針對現有技術的缺陷提出了解決方案。本文提出的防積垢方案從清除污染源入手，通過在特定時間向洗衣機內外桶之間的夾層噴水，沖洗夾層內附著的漂洗水和殘留泡沫進而杜絕夾層內產生污垢，為解決自動洗衣機積垢問題提供了新的思路。

參考文獻

[1] 國家標準化管理委員會.GB/T 4288-2018《家用和類似用途電動洗衣機》[S]. 2018.

[2] 張曉.影響洗衣機漂洗效果的因素分析[J].家電科技,2010（5）.