СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БАРАБАННОЙ СУШИЛКОЙ ДЛЯ БЕЛЬЯ
METHOD OF CONTROL OF DRUM DRYER FOR LAUNDRY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу управления барабанной сушилкой для белья, предпочтительно бытовой.
Уровень техники
Обычная бытовая барабанная сушилка для белья конденсирует влагу из потока подаваемого в сушильный барабан горячего воздуха, который удаляет влагу из белья. При этом доступ в барабан с передней стороны закрыт шарнирно установленной дверцей панельного типа. В частности, известная сушилка для белья содержит систему вентиляции (т.е. обычно вентилятор, включающий в себя крыльчатку и электродвигатель) и нагреватель, которые обеспечивают всасывание воздуха извне и посредством соответствующей системы каналов нагревают и подают воздух в сушильный барабан для белья. Затем горячий воздух или отводится непосредственно из сушилки или направляется к средству конденсации накопленной в нем влаги.
До сих пор продолжительность цикла сушки была постоянной и предварительно заданной. Однако масса и начальная влажность высушиваемого белья являются переменными параметрами, поэтому цикл сушки предварительно заданной продолжительности может быть или слишком коротким (т.е. в конце цикла сушки белье остается еще слишком влажным, следовательно, такой цикл сушки является неэффективным) или слишком продолжительным (затрачивается слишком много энергии, следовательно, цикл также является неэффективным).
Современная барабанная сушилка снабжена датчиком для измерения относительной влажности белья в процесс цикла сушки и для прекращения цикла сушки, когда влажность белья достигает заданной величины, зависящей от выбранного пользователем цикла сушки. Наиболее эффективным путем измерения влажности является непосредственное измерение электрической проводимости белья. На рынке уже представлены различные технические решения, в соответствии с которыми измеряют электрическую проводимость между барабаном и металлическими вставками, прикрепленными к выходному отверстию или подъемным средствам барабана, или же барабан делят на две половины, и измеряют электрическую проводимость между ними.
Ограничение такого способа заключается в особых условиях, накладываемых на барабан, который в этом случае должен быть изготовлен из какого-либо токопроводящего материала (например, из нержавеющей стали), и не может быть облицован мягкими материалами, такими, как слои силикона, поскольку они являются электроизоляционными материалами.
Чтобы сконструировать барабан без ограничивающих условий, которые накладывает система измерения влажности, была предложена так называемая «Ограниченная кондуктометрическая система», основанная на использовании пары небольших электродов, прикрепленных к неподвижной части машины, например к внутренней поверхности дверцы. Указанная «Ограниченная кондуктометрическая система» (в настоящее время широко используемая в имеющихся на рынке барабанных сушилках) имеет ряд недостатков: вследствие ограниченной поверхности контакта между электродами и бельем эта система весьма ненадежна с точки зрения своевременной остановки цикла сушки, в особенности, при небольших загрузках белья (например, менее 1 кг) и при циклах сушки до слегка влажного состояния (например, конечная влажность более 3-4%). Даже при нормальных загрузках и циклах сушки в некоторых случаях могут возникать проблемы, поскольку условие окончания цикла не полностью воспроизводимо. Как показали испытания, барабанная сушилка, использующая «Ограниченную кондуктометрическую систему», при загрузке менее 1 кг редко останавливает цикл сушки своевременно, а для циклов сушки до легкой влажности может вызывать проблему даже загрузка 2 кг.
Другими словами, при использовании таких электродов, прикрепленных к внутренней поверхности дверцы, трудно (или невозможно) создать достаточно надежный алгоритм для своевременной остановки цикла сушки при небольших загрузках и/или при осуществлении циклов сушки до легкой влажности.
На фиг.1 показан график (для загрузки приблизительно 3 кг) сравнения первого сигнала напряжения (пунктирная линия), измеренного с использованием «Традиционной кондуктометрической системы», в которой барабан разделен на две половины, между которыми измерена электрическая проводимость, и второго сигнала напряжения (сплошная линия), измеренного с использованием «Ограниченной кондуктометрической системы», в которой два небольших электрода прикреплены к внутренней поверхности дверцы. В «Традиционной кондуктометрической системе» белье всегда находится в хорошем контакте с кондуктометрической системой, даже при очень небольших загрузках (менее 1 кг), поэтому сигнал напряжения имеет плавный и регулярный характер (пунктирная линия на фиг.1). Напротив, в случае «Ограниченной кондуктометрической системы» поверхность контакта двух электродов с бельем весьма ограничена, поэтому сигнал напряжения имеет нерегулярный характер (сплошная линия на фиг.1). Кроме того, следует отметить, что показанный на фиг.1 график относится к загрузке 3 кг. При меньших загрузках ситуация при использовании «Ограниченной кондуктометрической системы» становится еще хуже, в то время как традиционная кондуктометрическая система всегда является надежной.
В документе US 4531305 описана сушилка для белья, в которой непрерывно контролируют электрическое сопротивление влажных предметов и температуру выходящего воздуха. При этом определяют момент времени, когда контролируемое электрическое сопротивление достигает предварительно заданной величины, а также определяют скорость изменения по времени измеряемой температуры для вычисления необходимого периода времени работы сушилки. В конце вычисленного периода времени цикл нагревания сушилки завершают.
В документе ЕР 0388939 описана барабанная сушилка, содержащая установленный внутри корпуса вращающийся барабан для влажного белья, электродвигатель для привода вращающегося барабана, электрические нагреватели для нагревания белья, датчик температуры для измерения температуры во вращающемся барабане, датчик абсолютной влажности для измерения абсолютной влажности во вращающемся барабане и управляющее устройство, предназначенное для управления барабанной сушилкой в соответствии с выходными сигналами датчика температуры и датчика абсолютного давления. Управляющее устройство содержит электрические схемы для питания электрических нагревателей, осуществляемого в соответствии с выходным сигналом датчика абсолютной влажности.
В документе ЕР 1420104 описан способ сушки белья в камере или барабане для белья сушильного устройства, такого, как сушильная машина, стирально-сушильная машина или сушильная камера, включающий одну или несколько этапов сушки белья в воздушном потоке, нагреваемом с помощью нагревателей и нагнетаемым в камеру с бельем с помощью средств вентиляции, и этап вентилирования белья воздушным потоком при температуре окружающего воздуха, нагнетаемого в камеру с бельем с помощью средств вентиляции. Процесс высушивания в известном способе начинается с этапа вентилирования, проводимой с целью уменьшения начального пика содержания влаги в белье с помощью потока воздуха при температуре окружающей среды. В одном варианте осуществления изобретения, кроме того, используется датчик для определения влажности белья, например, путем измерения электрической проводимости белья. Это измерение проводят посредством датчика электропроводности (на чертежах не показан), содержащего по меньшей мере два металлических электрода (находящихся в контакте с бельем), установленных внутри камеры с бельем. Подводимую к средствам нагревания и средствам вентиляции энергию и, следовательно, продолжительность отдельных этапов вычисляют с помощью блока управления на основе результатов измерения температуры и/или электрической проводимости, а также, по усмотрению, параметров, вводимых пользователем, и с учетом заданных величин снижения влажности белья, в частности в процессе проведения этапа вентилирования.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в создании способа управления барабанной сушилкой для белья, который позволяет исключить вышеупомянутые недостатки и является дешевым и легким для осуществления.
Способ управления барабанной сушилкой для белья согласно изобретению охарактеризован в приложенных пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже будет раскрыт неограничивающий вариант осуществления изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
На фиг.1 показан график изменения первого сигнала напряжения, измеренного с использованием «Традиционной кондуктометрической системы», и второго сигнала напряжения, измеренного с использованием «Ограниченной кондуктометрической системы»;
на фиг.2 показана схема барабанной сушилки, которой управляют в соответствии с изобретением, вид сбоку;
на фиг.3 схематично показана пара небольших электродов, прикрепленных к внутренней поверхности дверцы барабанной сушилки, изображенной на фиг.2;
на фиг.4 - упрощенная электрическая схема измерения сопротивления между электродами, показанными на фиг.3;
на фиг.5 - графики изменения четырех сигналов напряжения, измеренных электрической схемой, показанной на фиг.4, при различных загрузках белья;
на фиг.6 - графики изменения четырех сигналов напряжения, измеренных электрической схемой, показанной на фиг.4, при загрузке белья, равной 0,5 кг;
на фиг.7 - графики изменения четырех сигналов температуры, измеренных датчиком температуры.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.2, барабанная сушилка 1 содержит корпус 2, опирающийся на пол 3 посредством ножек 4. Корпус 2 поддерживает вращающийся барабан 5 для белья, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси 6 (в альтернативных вариантах осуществления изобретения ось вращения 6 может быть наклонной или вертикальной, что не показано) и выполнен с передним доступом, перекрываемым с помощью дверцы 7, шарнирно установленной на передней стенке корпуса 2. Барабан 5 приводится во вращение электродвигателем 8, при этом через барабан пропускают поток осушающего воздуха, нагнетаемого в барабан 5 центробежным вентилятором 9 и нагреваемого с помощью нагревательных элементов 10.
Содержащаяся в белье влага удаляется из него за счет испарения в поток нагретого осушающего воздуха, и нагретый увлажненный воздух из барабана 5 направляют по трубопроводу в конденсатор 11, который охлаждается потоком относительно холодного воздуха, всасываемого в конденсатор извне с помощью центробежного вытяжного вентилятора 12.
В конденсаторе 11 пар, находящийся в потоке нагретого воздуха, за счет охлаждения конденсируется, переходя в жидкое состояние, и образовавшаяся жидкость накапливается в резервуаре 13 конденсатора. Сухой воздух из конденсатора 11 отсасывается вентилятором 9 и возвращается обратно в барабан 5, вновь нагреваясь с помощью нагревательных элементов 10, а используемый для конденсации пара наружный воздух отводят наружу.
Накопленный в резервуаре 13 конденсат откачивают с помощью насоса 14 в бак 15 для конденсата, расположенный выше резервуара 13. Когда бак 15 для конденсата заполнен, срабатывает известный датчик уровня (не показан), и сушилка 1 прекращает работу. Работой сушилки управляет программирующее устройство 16, приводимое в действие кнопками или ручками 17, расположенными на передней панели 18 управления.
Бак 15 для конденсата присоединен к дверце 7, закрывающей загрузочное отверстие барабана 5, и контактирует с внутренней стенкой 19 дверцы 7. В частности, дверца 7 может содержать кожух, вмещающий извлекаемый бак 15 для конденсата. Внешняя стенка 20 бака 15 для конденсата контактирует с внутренней стенкой 19 дверцы 7, и когда дверца 7 находится в закрытом положении, внутренняя стенка 21 бака 15 для конденсата действует как дверная накладка, удерживая белье внутри барабана 5. Другими словами, когда дверца 7 находится в закрытом положении, внутренняя стенка 21 бака 15 для конденсата закрывает отверстие для доступа в барабан 5 и удерживает белье внутри барабана 5. Таким образом, бак 15 функционирует как резервуар для воды и как дверная накладка для удерживания белья внутри барабана 5.
x
Программирующее устройство 16 соединено с датчиком 22 влажности, предназначенным для измерения относительной влажности белья при проведении цикла сушки, и с датчиком температуры для измерения температуры влажного нагретого воздуха, выходящего из барабана 5. Датчик влажности 22 содержит измерительный блок 24 и пару небольших дугообразных электродов 25 (более наглядно показаны на фиг.3), прикрепленных к внутренней поверхности дверцы 7 и электрически соединенных с измерительным блоком 24. Между двумя электродами 25 измеряют электрическое сопротивление/электрическую проводимость R белья, находящегося внутри барабана 5, и результаты измерения используют для определения влажности белья.
X
M
X
CC
REF
0
0
X
0
X
На фиг.4 показан пример выполнения электрической схемы 26 для подключения электродов 25 к измерительному блоку 24, где R - сопротивление белья, a R - внутреннее полное электрическое сопротивление измерительного блока 24. Величина сопротивления R может быть достаточно легко определена путем измерения напряжения между V и V (которое можно обозначить как V). По существу эта простая схема обеспечивает генерирование напряжения V, из которого затем путем преобразования получают сопротивление/электрическую проводимость R белья. Алгоритм, который будет описан ниже, принимает во внимание только сигнал V, но может быть легко применим непосредственно к данным по величине R.
Основным недостатком электродов 25 является достаточно ограниченная поверхность контакта между ними и бельем, поэтому контакт не является надежным. Другими словами, когда белье вращается в барабане 5, оно перемещается как в направлении двух электродов 25, так и от них, поэтому контактное сопротивление между бельем и двумя электродами 25 непрерывно изменяется, особенно при небольшом количестве загруженного белья, которое в этом случае более подвижно, чем при полной загрузке барабана.
В результате генерируемый двумя электродами 25 сигнал характеризуется наличием явно выраженных шумов, как это изображено на тестовой диаграмме, показанной на фиг.5.
0
X
Массив данных, полученных в результате многочисленных лабораторных испытаний, демонстрирует обоснованность нижеследующих положений. Генерируемый двумя электродами 25 сигнал имеет высокий уровень шума (по сравнению с использованием «традиционной кондуктометрической системы»), поскольку при вращении барабана 5 белье перемещается хаотично. В результате белье, которое действительно контактирует с электродами, непрерывно меняется, и в результате напряжение V и сопротивление R, измеренные с помощью измерительного блока 24, являются нестабильными величинами.
Сигнал, измеренный измерительным блоком 24, является более стабильным при больших загрузках, по сравнению с небольшими загрузками, т.к. при больших загрузках белье с намного большей вероятностью контактирует с электродами 25. Соответственно, уровень шума или колебаний, которые накладываются на средний сигнал, измеряемый измерительным блоком 24, обратно пропорционален величине загрузки белья.
Поскольку уровень шума (или колебаний) зависит исключительно от хаотичного контакта белья с электродами 25, то пока величина влажности является стабильной, т.е. в начале цикла сушки первые 10-60 минут (в зависимости от начального абсолютного содержания воды в белье), он ни на что не влияет.
0
X
Средняя величина сигнала V (или R), измеренного измерительным блоком 24, зависит от относительной влажности белья и от величины контактной поверхности; а величина контактной поверхности зависит от величины загрузки белья.
Таким образом, можно вычислить вес белья (с точностью до 0,5-1 кг) в интервале загрузки от 0 до 6 кг путем определения уровня шума в сигнале, измеренном с помощью измерительного блока 24. Другими словами, вес белья, находящегося внутри барабана, вычисляют путем определения уровня шума в текущих (мгновенных) значениях электрического сопротивления/электрической проводимости между двумя электродами 25. Например, вес белья внутри барабана 5 считается ниже пороговой величины, если уровень шума в текущих значениях электрического сопротивления/электрической проводимости, измеренной между двумя электродами 25, превышает предельную величину уровня шума, а вес белья, находящегося внутри барабана 5, считается выше предельной пороговой величины, если уровень шума в текущих величинах электрического сопротивления/электрической проводимости, измеренных между двумя электродами 25, ниже предельного значения.
Таким образом, в начале цикла сушки можно оценить вес белья внутри барабана 5. В частности, можно определить, является ли вес загруженного в барабан 5 белья больше или меньше пороговой величины. В другом варианте осуществления изобретения вес белья, находящегося внутри барабана 5, может быть определен другим способом, или может быть задан пользователем путем нажатия кнопки малой загрузки в программирующем устройстве 16.
Путем обработки сигнала, измеренного с помощью измерительного блока 24 (т.е. электрического сопротивления/электрической проводимости между двумя электродами 25), низкочастотным фильтром с некоторой постоянной времени можно получить более гладкую и удобную для обработки кривую. Такая кривая показана на тестовых диаграммах, изображенных на фиг.6, на которых сплошной линией показаны текущие значения электрического сопротивления/электрической проводимости, измеренные между двумя электродами 25, а пунктирной линией показано среднее значение электрического сопротивления/электрической проводимости, измеренной между двумя электродами 25. Другими словами, измерение электрического сопротивления/электрической проводимости между двумя электродами 25 включает также вычисление средней величины переменного по времени электрического сопротивления/электрической проводимости в заданный интервал времени посредством применения низкочастотного фильтра к текущему электрическому сопротивлению/электрической проводимости.
Анализ результатов многочисленных лабораторных испытаний показывает, что если вес белья превышает пороговую величину, проведение цикла сушки или сушки под глажение может быть прекращено, когда электрическое сопротивление/электрическая проводимость между двумя электродами 25 выше/ниже пороговой величины. Другими словами, если вес белья превышает пороговую величину, решение остановить проведение цикла сушки или сушки под глажение основано исключительно на величине электрического сопротивления/электрической проводимости, измеренной измерительным блоком 24.
Например, для барабана 5, имеющего максимальную загрузку 6 кг, весовой порог может быть установлен на уровне приблизительно 0,5 кг.
Однако проблема остается, если вес белья меньше порогового значения. В этом случае полезно использовать также информацию от датчика 23 температуры. Идея заключается в том, что цикл сушки или сушки под глажение не должен быть остановлен, если белье не достаточно нагрето, следовательно, перед остановкой цикла сушки или сушки под глажение температура воздуха на выходе из барабана должна достигнуть характерной конкретной величины (порог температуры). При по меньшей мере одноразовом достижении этого температурного предела цикл сушки или сушки под глажение останавливают, если электрическое сопротивление/электрическая проводимость между двумя датчиками 25 выше/ниже пороговой величины электрического сопротивления/электрической проводимости. Температурный порог устанавливают, например, на уровне 75°С для всех циклов сушки или сушки под глажение, и понятно, что он зависит от используемого типа датчика температуры (линеаризованный датчик температуры с отрицательным температурным коэффициентом стандарта NTC, термопара …) и его местоположения внутри барабана 5.
На фиг.7 показаны графики изменения четырех сигналов температуры, измеренных датчиком 23 температуры в различных испытаниях. Сигнал температуры, измеренный датчиком 23 температуры, постепенно увеличивается при проведении цикла сушки или сушки под глажение и быстро уменьшается после окончания цикла сушки или сушки под глажение.
Таким образом, описанный выше способ управления обеспечивает определение веса белья, расположенного внутри барабана 5; измерение температуры осушающего воздуха на выходе из барабана; остановку осуществления цикла сушки или сушки под глажение белья, если вес белья превышает предельную величину, когда электрическое сопротивление/электрическая проводимость между двумя электродами 25 выше/ниже пороговой величины; и остановку осуществления цикла сушки или сушки под глажение, если вес белья меньше пороговой величины, когда электрическое сопротивление/электрическая проводимость между двумя электродами 25 выше/ниже пороговой величины, и, кроме того, если температура высушивающего воздуха на выходе барабана превышает пороговую величину.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения пороговая величина сопротивления/электрической проводимости не является постоянной и зависит от вида цикла (сушка или сушка под глажение) и от веса белья, находящегося внутри барабана 5. В частности, пороговая величина сопротивления/электрической проводимости ниже/выше для цикла сушки под глажение, чем для цикла высушивания. Кроме того, чем больше вес белья внутри барабана 5, тем меньше/больше пороговая величина сопротивления/электрической проводимости.
Описанный выше способ управления сушилкой для белья имеет ряд преимуществ. Он является дешевым и легким для осуществления, а также позволяет рационально и эффективно определять время завершения цикла сушки или сушки под глажение. В результате «традиционная кондуктометрическая система», которая накладывает существенные ограничения на проектирование и конструкцию барабана, может быть заменена «ограниченной кондуктометрической системой», которая не накладывает никаких ограничений на барабан, сохраняя при этом качество сушки.