（机械工程专业论文）薄式消毒型全自动滚筒洗衣机的研究与设计.pdf

中文题要 本文主要研究与探讨了两个大问题。其一，臭氧在全自动滚筒 洗衣机中的应用；其二，老式全自动滚筒洗衣机超薄化。 在通过大量的研究与对比分析之后，我们认为臭氧可以作为一 种比较理想的消毒杀菌制剂应用在洗衣机中。臭氧在制取方面比较 容易，只需臭氧发生器将空气中的氧气通过化学或物理的方法就能 得到臭氧，臭氧在空气或水中能很- 陕还原成氧气，对环境不存在 丝毫的不良影响。本项目臭氧技术在洗衣祝中的应用可以使洗衣机 对细菌的杀灭率达到9 9 以上，根据其强氧化性的特点，我们对洗 衣机的材料，尤其是橡胶材料进行了比较深入的研究，对洗衣机的 结构作了比较合理的设计，保证了洗衣机的使用寿命，合理利用了 臭氧进行消毒杀菌。 在洗衣机超薄化研究中，主要进行了新型外简装配的平衡的研 究，三折门密封圈结构的设计，新型洗衣机挂簧的设计。洗衣机内 外又、皮带轮设计等工作。产品设计效果良好，洗衣机整体比原来 变薄了7 0 m m ，噪声比原来降低了2 d b 关键词：全自动滚筒洗衣机臭氧消毒杀菌杀灭率超薄 a b s t r a c t t h is p a p e rm a i n l ys t u d i e sa n dp r o b e st w os u b j e c t s ：f i r s t ，t h e a p p l i c a t i o no f o z o n ei nf r o n tl o a d i n gw a s h i n gm a c h i n e ；s e c o n d ，t h e t h i n n i n go fo u t d a t e df r o n tl o a d i n gw a s h i n gm a c h i n e a f t e ra l a r g e n u m b e ro fr e s e a r c ha n d c o n t r a s t ，w e a r eo ft h e o p i n i o nt h a to z o n ec o u l db ea p p l i e dt ow a s h i n gm a c h i n ea so n ei d e a l d is i n f e c t i n ga n dk i l l i n gb a c t e r i u mp r e p a r a t i o no z o n eise a s yt om a k e a n do b t a i n ，b ym e a n so fo z o n eg e n e r a t o rd r a w i n go x y g e ni nt h ea i r t h r o u g hc h e m i c a lo rp h y s i c a lm e t h o d s ，m e a n w h i l e ，o z o n ec a nr e d u c e o x y g e nq u i c k l ya m o n ga i r o rw a t e r ，h a v i n gab i th a r m f u le f f e c t st o e n v ir o n m e n tt h ea p p l i c a t i o no fo z o n et e c h n o l o g yi nt h i sp r o j e c tc a n m a k et h ek i l l i n gr a t eo fb a c t e r i u mo f w a s h i n gm a c h i n em o r et h a n9 9 m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt os t r o n go x i d i z i n gc h a r a c t e r i s t i co fo z o n e ，t h e m a t e r i a le s p e c i a l l yt h er u b b e rm a t e r i a lo fw a s h i n gm a c h i n eh a v eb e e n d e e p l yr es e a r c h e d ，a n dt h es t r u c t u r ei nw a s h i n gm a c h i n eh a v eb e e n r a t i o n a l l yd e s i g n e d ，w h i c hg u a r a n t e et h es e r v i c e1 i f e o ft h ew a s h i n g m a c h i n e ，a n di m p r o v et h eu t i l i z a t i o n r a t i oo ft h eo z o n ed u et o c o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o n ，t h i s p r o d u c tp a s s e st h e p e r i o d o f d e v e l o p m e n ta n de x p e r i m e n tm o r et h a n o n ey e a r ，h a v i n gc o m ei n t o t h eh u g en u m b e r so ff a m i l i e ss m o o t h l y d u r i n gt h es t u d yo fs u p e rt h i nw a s h i n gm a c h i n e s ，w em a i n l y s t u d yt h eb a l a n c eo fa s s e m b l i n go fn e w t y p ee x t e r n a lt u b e ，t h e d e s i g no fs e a l f o rt h r e ef o l d i n gd o o r s ，t h ed e s i g no ft h en e w - t y p e s u s p e n d e ds p r i n g s ，t h ed e s i g no f t h ei n t er n a lf o r k 、e x t e r n a lf o r ka n d b e l tp u l l e y i ns h o r t ，t h ed e s i g no ft h ep r o d u c t sr e c e i v e ds u c c e ss ， m e a n w h i l e 。t h et h i c k n e s si sr e d u c e db v7 0m mt h a nb e f o r ea n dt h e n o is ei sr e d u c e db y2d bt h a nb e f o r e k e yw o r d s ： a u t o m a t i cf r o n tl o a d i n gw a s h i n gm a c h i n e ，o z o n e ， d i s i n f e c t i n ga n dk i l l i n gb a c t e r i u m ，k i l l i n gr a t e ，s u p e rt h i n 独创性声明 s i 8 s 不人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以栩：注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签碱敬弓签字胁妒。年7 月r 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨疰盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据痒进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保俘、虻编以供什阅和借嗣。f 司卷学校 幽家有关部门或机构送交论z 目复印件利磁盘二 ( 保密的学位论文在解密盖：量用本授权说明) i ! 搭z 勿日j 彭左走 毪j 一- ! i j ：彬z ，r1 ：j2 历 ， 灰 k _ - 二 _ 教卜、 、re v 臼 、_ 戮 者 驴 们 ： 又 明 2 j ” 一，r 第一章绪论 1 1 洗衣机开发动态综述 第一章绪论 自1 9 7 8 年以来，我国洗衣机工业大规模发展，洗衣机大批量涌向市场，那 时主要是普通型、半自动型屠多，近年来各开发厂家以自主开发与引进国外先 进技术相结合的方式，先后推出了全自动滚筒洗衣机、电脑洗衣机等高档机型， 以满足不同层次人们的要求。目前，多功能、高性能、低噪音、节能、大容量、 高洗净度、低磨损等是当今洗衣机比较突出的特点，现今所有全自动滚筒洗衣 机基本上依靠洗涤剂、加热与机械摔打等方式来达到洗去油渍、汗渍等污物的 目的，但这些方式很难洗去或杀死依附在衣物上的细菌等。 随着社会经济的发展，人们生活水平日益提高，人们的健康意识、环保意 识也目益提高。经济的繁荣也给社会环境卫生带来了巨大的影响，形形色色的 像小山似的垃圾随处可见，蚊蝇四处横飞，各类细菌、病毒等充斥每一个角落， 传染病通过空气、衣物、食品等在人们当中肆意流传，人们随时都可能有被细 菌、病菌等入侵的危险，随时都可能染上传染病，这些都将严重影响人们的健 康，影响人们的工作与生活，是一个亟待解决的问题。 衣服与人体形影不离，人到哪衣服就在哪，衣服对人体而言，有吸汗、挡 灰尘、挡污物保护身体等作用，但是，它也是一个与人体形影不离的大污染源， 如果我们不及时将弄脏了的衣物进行彻底的清洗、消毒，衣物就可能对人体健 康造成危害，引发病症等。尽管现在一般滚筒洗衣机的洗涤效果已经很不错了， 但是它们只能洗去衣物上的灰尘、污渍及小部分的细菌，只能杀死部分比较容 易杀死的细菌。正因为这样，衣物没有真正洗干净，而且洗下来的细菌等仍生 活在水中，不断地繁殖，给环境带来更多的污染，让传染病流传到更广的地方， 感染更多的人，这是非常危险的。我们必须想办法来根治这一现状。 消毒杀菌的方式有很多，譬如高温加热、紫外线、红外线、化学消毒剂、 等等，这些都是消毒杀菌的比较有效的方法，而且得到较为广泛的应用。然而 通过认真、广泛的调查、分析，结合全自动滚筒洗衣机的特点，我们认为臭氧 具有很好的消毒杀菌作用，而且无残留，不污染环境，是一种比较理想的消毒 杀菌制剂，很适合应用在洗衣机中，以提高洗衣机的消毒杀菌作用。本着这样 的思路，我们开始了对臭氧及臭氧器件的深入了解与研究，开始进行臭氧消毒 洗衣机的研究开发。 第一章绪论 同时，虽然社会经济飞速发展，人们生活水平日益提高，但是，中国人口 众多，造成中国人们的住宅面积普遍窄小，这就要求在配置家电产品时，尽可 能选择适用而体积小的产品。由于中国建筑的特点一向是卫生洗漱间比较小， 洗衣机的小型化就显得更为突出。本项目中薄式洗衣机的研究与开发就是为了 解决这方面的问题而进行的。 在研究开发薄式臭氧消毒洗衣机之前，我们必须对原来洗衣机的基本构造、 洗涤机理、臭氧与臭氧元件的性质、特点、功能等作一个比较详细的了解与研 究。 1 2 前开门式全自动滚筒洗衣机基本构造 洗衣机的基本构造如下图所示，主要由内外筒总成、箱体装配、前门总成、 上盖装配、洗涤剂盒装配、控制系统总成等部件组成。 2 第一章绪论 全自动滚筒洗衣机基本构造图 1 3 前开门式全自动滚筒洗衣机洗涤机理描述 洗衣机的洗涤主要依靠洗涤剂的化学力、加热系统的热力、内筒提升筋的 提升摔打三方面的共同作用来实现，其中洗净衣物主要依靠摔打方式来实现。 一般的前开门式全自动滚筒洗衣机的消毒杀菌杀灭率在8 0 左右，这主要靠 加热来实现，但是，由于其加热温度不可能太高，对一些适合高温的细菌，病 菌的杀灭几乎不奏效。 全自动滚筒洗衣机的洗净比( 有加热装置) 为0 7 ，一般比波轮式、搅拌式 洗衣机稍低( 波轮式洗衣机为0 7 o 8 、搅拌式洗衣机为o 7 5 ) ，但其对衣物 的磨损率则比波轮式、搅拌式洗衣低，一般为0 1 0 ( 波轮式洗衣机为0 1 5 0 1 8 、搅拌式洗衣机为0 1 5 ) 。 前开门式全自动滚筒洗衣机的主要技术参数有： 1 )洗涤容量：5k g 、3k g 2 )洗涤转速：5 5r m i n 3 第一章绪论 3 )脱水转速：5 5 0r m i n 、8 0 0r m i n 、1 1 0 0r m i n 4 ) 额定电压：2 2 0 v 5 ) 最大输入功率：1 1 5 0 w 6 )总重量：约7 2 坞 1 4 对臭氧的初步了解 臭氧又称富氧、三子氧、超氧。臭氧，化学分子式0 3 ，臭氧在常温下是略 带有特殊新鲜气味的淡蓝色气体。低浓度的臭氧具有使人兴奋、感觉清新怡人 的味道，尤如一股淡淡的草鲜味。在雷雨天气后由于空气中含有微量的臭氧， 因此人们在雷雨天气后感到空气特别的清新。臭氧在常温下可以自行还原为氧 气。臭氧在自然界中主要存在子高空大气层( 距地球表面约2 0 0 0 0 米) 即大 气臭氧层。在自然界其它存在臭氧较为丰富的地方，就是瀑布下、海边、森林 里( 特别是针叶林，其树种分泌的化学物质和大气中的氧气发生反应后生成臭 氧) 。在下雨天雷击时，雷电作用于大气中的氧气使氧分子转化为臭氧。 臭氧是己知可利用的最强的氧化剂之一，臭氧化学性质极为活泼，其氧化能 力仅次于氟。其原子在游离时可以在瞬间产生强力的氧化作用，可进行杀菌、 脱臭、解毒、漂白等，并与氧化的物质结合，是一种高效广谱杀菌剂。臭氧可 使细菌、真菌等菌体的蛋白质外壳氧化变性，可杀灭细菌繁殖体和牙胞、病毒、 真菌等。常见的大肠杆菌、粪链球菌、金黄色葡萄球菌等，杀灭率在9 9 以上。 臭氧还可以杀灭肝炎病毒、感冒病毒等，臭氧在室内空气中弥漫快而均匀，消 毒无死角。 臭氧能杀死病毒细菌，而健康的细胞具有强大的平街酶系统，因而臭氧对健 康细胞无害。 臭氧可对空气进行杀菌、净化，预防疾病交叉感染，清除卧室、客厅、厨房、 卫生间等处的异味。臭氧气体对室内的被褥、衣物、地毯、衣柜、鞋柜、钱币 等具有杀菌、消毒、防霉、除尘螨的功效。 我国有些地区阳光日照时间少，湿度大，空气污染较严重，更能显示出它的 特殊作用。臭氧最适宜的方式是将臭氧溶解于水中，形成所谓“臭氧水”，其 在水中的溶解度约为氧气的1 3 倍，溶于水后的臭氧具有更强的杀菌消毒能力， 杀菌力可达氯气的3 0 0 - - 2 0 0 0 倍。欧美一些发达国家将“臭氧水”称为“万能 水”。我们知道，臭氧( 0 3 ) 是氧气( 晚) 的同素异构体，在水中时刻发生还原 反应，产生氧化能力极强的单原子氧( o ) 和羟基( 0 h ) 。羟基是强氧化剂、催 4 第一章绪论 化剂，羟基的氧化还原电位为2 8 0 v ，与己知最强氧化n - 一氟的氧化能力相当。 它可以分解一般氧化剡难驯破坏鹊有机物，恧且反应完全、速度抉，这就是臭 氧的去污机理。另外，原子氧( o ) 和羟基( o h ) 还能分解细菌的细胞壁、扩散 穿入细胞内，氧化破坏细胞内的酶而致死病原菌。另有人认为，臭氧可与细菌 细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通 透性，从而导致细胞溶解、死亡。 臭氧水可对妇女、儿童使用的内农、内裤、尿布、包被等进行杀菌消毒处理， 能起到特别明显的保健作用。 矣氧水可对瓜果蔬菜、肉类进行杀菌消毒防腐保鲜，清除异昧。同对具有 降解瓜果、蔬菜表面残留含磷农药的功能。 利用臭氧水，可以清洁皮肤、保养皮肤，减轻化妆品对皮肤的刺激。利用臭 氧水冷敷、浸泡烫伤、割伤、撞伤，可加速伤口愈合，防止感染， 利用臭氧水洗泡，可以防止皮肤病及真菌引起的脚气类疾病，同时还可以利 用臭氧水洗头，可以清除头发毛细孔处的污垢，减少掉发。 臭氧极易分解成为氧。臭氧在水中的半襄期约为2 0 分钟，在空气中的半衰 期约为【0 3 0 秒。臭氧最终都将分解转变成氧气。臭氧来源取得容易，只需空 气( 或氧气) 及电源即可。臭氧是一种安全、无残毒的氧化剂、杀菌消毒剂， 不会造成二次污染。臭氧经反应本身会迅速还原成氧气，不必担心化学残留物 质，也不会对生活环境造成威胁。两使用其它的氧化剂、化学消毒n 贝j j 嚣考虑 二次生成物的安全性以及附着于食物所造成的污染。臭氧( 0 3 ) 产品可广泛用 于：家庭、医院、宾馆、饭店、美容美发、公共卫生间、食品) j n q - 业、学校、 幼儿园、敬老院、金融、证券、办公室、娱乐场所、部队。工业、农业、渔业、 养殖业、环保等领域。 1 5 对臭氧毒性的认识 臭氧是无毒物质安全气体，谈到它的毒性主要是其强氧化能力，在浓度高 于1 5 p p m 以上时，人员须离开现场，原因是臭氧刺激人的呼吸系统，严重时会 造成伤害，为此，吴氧工韭协会制定卫生标准： 国际臭氧协会：0 1 p p m ，接触1 0 小时 美国：0 1 p p m ，接触8 小时 德、法、曰等国：o ，l p p m ，接触1 0 小时 中国；0 1 5 p p m ，接触8 小时 5 第一章绪论 以上是人在臭氧化气体环境下的安全卫生标准，其浓度与接触时间的乘积 可视为基准点。 文献报告，臭氧浓度在0 0 2 p p m 时，嗅觉灵敏的人便可觉察，称为感觉f 临 界值，浓度在0 1 5 p p m 时为嗅觉临界值，一般人都能嗅出，也是卫生标准点。 当浓度达到l l o p p m 时，称为刺激范围，l o p p m 以上时为中毒限，下面是众多研 究者建立的人的生理反应与健康防护对臭氧浓度关系的曲线图。此图清楚地表 明，人们在臭氧环境里的生理反应与损害程度为浓度与时间的乘积，说明较高 浓度下接触时间短不会产生明显影响。 图中刺激作用区以下范围为无损区，即离开臭氧环境就很快得以恢复的影 响区。图内所指“感觉”为嗅到臭氧的特异气味；“刺激”是呼吸道粘膜有反 应，感到口干、咳嗽，较强刺激有嗓子、疲乏等感觉，需要几个小时得以恢复。 喜 、2 盐g 鸯 姬本 球1 q 5 0 p 呷一 j 不可率中毒限 ，一 ij 。一 黼呈婆 刈愫 、l n 励狲、； 州亚月 4 激低仁三n 圳i 套k 、 、i i 5 界值 謦大允许攀刈、瀹m 嗅觉4 i匈牙利允许佰 佰一艘杉彳乡地面趟莹l 佰孑7 夕么：， 蕊錾心黼$ 淤感毙临界值蕊瀑：义嗅掌灵撼 苔 1o o 黑 性g 卡釜 崎球 喇 1 0 15 o 1 3 5 0 1 o 0 6 8 o 0 3 3 d 0 2 00 1 0 0 0 7 6 第一章绪论 事实上安全使用臭氧完全可以保证人的健康不受危害，相反，在呼吸0 1 p p m 以下浓度臭氧时，对人体会有保健作用，有人把臭氧比作美酒，是有其道理的。 臭氧应用一百多年来，至今世界上无一例因臭氧中毒死亡事故发生。 臭氧的发生用纯氧气源或光谱方法、水解方法时，臭氧的纯正度较高，不 会对人体健康产生危害。但是如果用普通空气发生臭氧。电介质材料或器件选 用不当时会伴随产生n o z ，n o 。是有毒气体，却不易消除。汽车尾气中的毒性也主 要是n q 。因为在高温下发生臭氧容易衍生n 0 ：，这是我们在设计中必须避免的。 1 6 臭氧消毒的应用现状 在研制臭氧消毒型全自动滚筒洗衣机之前，我们首先应该对臭氧的性能及 应用与臭氧器件有一个深刻的了解与研究。 旱在1 9 世纪，人们就认识到了臭氧的强氧化作用，发现臭氧对木材、稻草、 淀粉、植物色素、天然橡胶、脂肪、动植物油与酒精等物质都有氧化作用。1 8 6 8 年，德格贝斯( b e g e b e t h 获得了臭氧应用技术的第一项专利，恩臭氧将 煤焦油混台物氧化为适于涂料、油漆使用的产品。1 8 7 3 年，欧洲将臭氧在食糖 精制和亚麻漂白方面投入使用。一百多年来臭氧应用已深入到多个领域，对人 类的生产技术发展做出了重大贡献，臭氧应用接用途分为水质处理、化学氧化、 食品加工保鲜和医疗四个领域，各个领域的应用研究与设备开发都己达到相当 高的水平。世界已经形成了独立的臭氧技术产业和部门，1 9 7 3 年建立的国际臭 氧协会( i o a ) 设在加拿大。该协会每两年一次举办国际会议交流各国发展臭氧 技术的论文、报告。发达国家韶普遍建立了i o a 地区性组织，进行学术交流。 二战以后，国际上臭氧应用技术获得了长足发展。首先，1 9 0 2 年，德国帕 德博恩建立了第一座用臭氧处理水质的大规模水厂，开创了臭氧水处理的先河， 现在世界上已有数干座臭氧水厂。欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用 臭氧己达到普及程度。矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备。美国七十 年代初开始利用臭氧处理生活污水，主要是为了灭菌消毒、去除污染物、脱色 等达到排放标准。日本则在缺水地区将污水用臭氧处理后作为中水使用。美、 曰、德，法等国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。其次，工业应用 臭氧也已非常普遍，主要用于化工、石油、造纸、纺织和制药、香料工业。食 品行业的应用更为普及，1 9 0 4 年欧洲就利用臭氧对保存牛奶、肉制品、奶酪、 蛋自等食品进行傈鲜处理，三十年代末，美国8 0 为的冷藏蛋库都安装了臭氧发生 器。二战后，欧美、日在食品果品、蔬菜保鲜中将臭氧运用到储存、制造、运 7 第一章绪论 输等各个环节。在医疗方面二战时日本就利用臭氧进行人体理疗。目前，国 际上在医疗方萄已有多种用途；如病房、手术室的空气消毒，剥用臭氧水进行 医用器械消毒，采用臭氧进行牙科疾病治疗( 口腔手术及保持口腔无菌) ，采 用臭氧与放射理疗结合治疗癌症，喝臭氧水治疗妇女病，注射臭氧气体治疗瘘 痔、静脉曲张等。在保健方面，日本、台湾流行吸强气( 含低浓度臭氧的空气) 以强身，用臭氧化水淋浴身体杀体菌和美容。现在流行的高科技美容，事实上 就是应用臭氧。 臭氧的利用与人类健康生活密切相关，与人类环境改善息息相关，所以人 们缛它称之为绿色产业，臭氧的发生技术主要是通过自然界产生臭氧的方法模 拟而来，伴随不断的研究和科技发展。目前，臭氧的发生技术己具备相当高的 水平，其方法不外乎以下几种。 1 ) 光化学法 光波中的紫外光会使氧分子分解并聚合为臭氧，大气上空的臭氧层即是由 此产生的。人工生产臭氧即采用光电法，产生出波长x = 1 8 5 n m ( 1 0 m ) 的紫外 光谱，这种光最容易被0 ：吸收而达到产生臭氧的效果，在美国称之为臭氧灯。 光化学法产生臭氧的优点是纯度高。对湿度温度不敏感，具有很好的重复 性，这些特点对于臭氧用于人体治疗及作为仪器的臭氧标准源是非常合适的， 缺点是能耗较高， 2 ) 电化学法 利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体的方法。八十年代以前，电解 液多为水中添加酸盐类电解质，电解面积小，臭氧产量低，由于人们在电极材 料、电解液与电解机理过程方面大量的研究，生产技术取得了很大进步，现在 已经能够利用纯水电解得到高浓度臭氧。 电解法产生臭氧具有浓度高，成份纯净、水中溶解度高的优势，将会有较 好的应用前景。 3 ) 电晕放电法 电晕放电法是模仿自然界雷电产生臭氧的方法，通过人为的交变高压电场 在气体中产生电晕，电晕中的自由高能离子离解0 2 分子，经碰撞聚合为0 。分子。 电晕放电型臭氧发生器是耳前应用最广泛、相对能耗较低、单机臭氧产量 最大、市场占有率最高的臭氧发生装置。世界上现在单机产量最高的达3 0 0 k g h ， 就是使用电晕放电原理。这种方法的能耗一般为( 1 ) 氧气源6 7k w h k 9 0 3 ( 2 ) 空气源1 4 1 6k w h k g o a 。 8 第一童 绪论 电晕放电法产生臭氧的装置基础是高压电极、地电极、介电体与放电间隙 四部分。高浓度的臭氧发生装置还要同时配备冷却、气源预处理等技术。 臭氧发生器的用途包括医院灭菌消毒、公共场所消毒灭菌、家庭消毒灭菌、 工业场所的灭菌消毒、食品、果品、蔬菜保鲜、饮用水处理、游泳池水处理、 养殖水处理、循环冷却水的处理、工业废水处理等等。 臭氧洗衣机的最早报道是八十年代美国监狱使用臭氧洗衣机洗涤犯人服 装，具有洗涤与消毒功能。国内则是向普通洗衣机桶内投加臭氧气泡的专利技 术和试销产品的报道。国内试验单位所使用的臭氧源都是沿面放电型器件，产 生的低浓度臭氧很难在洗衣栖肉形成有效的杀菌消毒作用。设计概念也有一定 的局限。近期香港引进一台美国t r j 一0 c l e a n 公司的臭氧洗衣系统在养老中心 洗衣房使用。它首先制备臭氧水，再深入洗衣机，然后对水过滤循环使用，达到 洗涤、消毒与节水、节能、保护环境的综合目的。 我国的臭氧技术产业正处在起步阶段，但目前臭氧发生器产品的种类已非 常繁多。伴随陶瓷片沿面放电臭氧发生技术的产生，因其体积小，己开始应用 于家电行业。冰箱除臭，带消毒装置的空调、臭氧洗衣机等已开始上市销售， 臭氧消毒柜国内己有多家生产，家用水处理枕、臭氧水消毒祝等已经开始发展。 用于美容、蔬菜农药降解、沐浴、洗脚等的臭氧发生器小型产品也层出不穷。 我国的臭氧产业虽然起步较晚，伴随国家就要加入世贸组织的步伐，吸收消化 国外技术，将会获得迅猛发展。 9 第二章薄式消毒型全自动滚筒洗衣机研究与开发方案 第二章薄式消毒型全自动滚筒洗衣机研究与开发方案 本项目研究的主要内容有两个：其一，将臭氧消毒技术合理应用在前开门 全自动滚筒洗衣机上，完成消毒型全自动滚筒洗衣机的开发，效果是对细菌等 的杀灭率在9 9 以上：其二，在洗涤容量保持不交的前提下，缩小洗衣机的体积， 提高洗衣机性能，使之更适合我国用户的需求。 结合原有前开门式全自动滚筒洗衣机的结构与本项目的要求，本设计的总 体开发方案基本如下： 1 、对臭氧基本性质、功用的研究分析。 对臭氧基本性质、功用的研究分析是本项目的首要任务，只有在了解臭氧 的性质、功用，并掌握臭氧对各种材质的作用以及对环境的影响等，我们才能 台理地设计臭氧消毒洗衣机。 + 2 、设定产品主要技术指标。 滚筒洗衣机发展到今天，在基本功能方面已经基本成熟。本项目是在原有 洗衣机的各项功能的基础之上，增加了臭氧消毒杀菌功能：是在保持并提高原 有洗农机的各项性能的基础之上，设计薄式全自动滚筒洗衣机。 3 、洗衣机中臭氧的作用时间与时间段。 在洗衣机洗涤程序确定的情况下，洗衣机内冲入臭氧的时间与时机不同， 对洗衣机的消毒效果及洗衣机开发成功与否都是至关重要的。 4 、洗衣机需要臭氧量的计算。 前面已经提到，臭氧本身是无毒物质、安全气体，浓度低于0 i p p m 时，对 人体有保健作用。但臭氧在空气孛达到一定浓度，对人体的安全与健康都将产 生不良影响，严重时可能对人体造成伤害。尽管全自动滚筒洗衣机应用臭氧时 在一个基本封闭的外简装配内，但臭氧的逸出是必然的，为了使空气中的臭氧 浓度保持在安全范围内，在设计消毒洗衣机之前，计算洗衣机消毒时所需臭氧 量是十分必要的。 5 、依据洗衣机的结构特点，设计臭氧发生器及相应输入管路。 合理地设计臭氧发生器，安装发生器与导入管路，可以大大提高臭氧的利 用率，减少臭氧发生器的工作时间与臭氧产量。 6 、根据臭氧的性能确定合适的洗衣机构件材质。 臭氧是强氧化剂，化学性质非常活泼，其氧化能力仅次于氟，长时间处在 l o 第二章薄式消毒型全自动滚筒冼衣机研究与开发方案 高浓度臭氧环境中，许多材料都将被腐蚀，在洗衣机中常用的材料中主要是一 般的橡胶件容易被腐蚀，因此，在设计消毒洗衣机时，橡胶件材质的确定很关 键。 7 、外简装配静平衡研究 外简装配的静平衡设计是全自动滚筒洗衣机的核心，是反映洗衣机性能、 质量的最大因素所在，是本项目设计薄式洗衣机的前提与基础。 8 、新型内外叉与皮带轮设计 9 、外简装配挂簧研究与设计 l o 、薄式洗衣机箱体的设计。 1 1 、三折门密封圈设计 1 2 、洗衣机新功能性能测试。 第三章 全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 3 1 臭氧基本性质、功用的研究与分析 由于项目的特殊性，在开发本项目时，首先要做的工作就是对臭氧的性质 与功能作一个深入的研究与分析，其中包括臭氧基本性质的研究、臭氧与其他 常用消毒剂的性能、功用的对比分析等。 通过对臭氧的研究发现，臭氧具有不稳定特性和很强的氧化能力。臭氧是 由一个氧分子( 0 z ) 携带一个氧原子( o ) 组成，所以它是氧气的同素异形体。 臭氧和氧气的不同之处自表一一目了然。 表一氧和臭氧的主要性质 0 晚0 3 分子量3 24 8 气味无草腥味 颜色无 淡蓝色 1 大气压，o c 时溶解度( m l l 水)4 9 16 4 0 稳定性稳定易分解 1 大气压，o c 时溶解度( g l ) 1 4 2 92 1 4 4 从表一不难看出，与氧气相比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易 分解。由于臭氧( o 。) 是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存 形态，携带的氧原子除氧化用掉外。剩余的又组合为氧气( o 。) 进入稳定状态。 1 2 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 所以臭氧工作中没有二次污染产生，给人类的环保需求雪中送炭，这是臭氧技 术应用的最大优越性。 臭氧的应用主要在人为的灭菌消毒。这主要是臭氧有很强的氧化能力，氧 原子可以氧化细菌的细胞壁，直至穿透细胞壁与其体内的不饱和键化合而夺取 细菌生命，它的作用是即刻完成的，臭氧的迅速灭菌效果决定于它的高还原电 位，表二列出了人们常用的消毒物质还原电位与臭氧的比较。 表二氧化还原电位比较 t 名称分子式标准电极电位( 伏) 臭氧0 a 2 0 7 过氧化氢( 双氧水)h 2 0 2 1 7 8 高锰酸离子m n 0 2 1 ，6 7 二氧化氯c l 仉 1 5 0 氯c l 21 3 6 臭氧在灭菌消毒中效果非常好，表三是有选择性的通过实验得到的常用的 几种消毒物方法的简单比较。 1 3 第三章 垒自动壤筒洗衣机滑毒杀菌技术的研究与开发 表三各种消毒方法简单比较 液氯臭氧紫抖线 银、锔金属二氧化氰 需要处 1 0 3 0 分钟5 1 0 分钟 最小1 2 0 分钟 比液氯稍快 理时间 对细菌 有有有 有有 有效性 对病毒 有一些有有一些无 有一些 有效性 设备投 比臭氧、綮外 比液氯离，比 最低液氯5 倍以上比臭氧高 其它方法低许 资线稍低 多 运行费 比臭氧。紫外比液氯高，比 最低比液氯高与臭氧类似 用 线高 其它方法稍f 睁 价廉，可现场 除色臭味快，制造，技术己 价廉，技术成广谱杀菌消 趋成熟。可充 熟，有保护性毒，消毒效率杀菌效应快，具有持久性 分除菌，并可 优点 余氯，有持续可达一般氯消不用药剂 的杀菌效力降解水中残留 杀菌的能力。毒的1 5 倍。无 的少量污染 二次污染物。育持续杀 菌能力。 对病毒无效， 杀菌速度太 对病毒无效： 其氧化产物 价较贵，j e 保价贵。无持续慢，而且运行 气态的二氧化 对人体有害， 护性余量，无杀菌能力，对费用太贵。胺 氯是剧毒的化 缺点持续杀菌能水的前处理 和其它的污 台物，对人体 并有刺激气有害，且与液 睬和损害人 力。安全要求要求高。染物质干扰 高。穿透力弱。 消毒。高- 冻度 氯一样会有致 体皮肤。癌的二次污染 对人体有害。 物产生。 适合所有场台 适合处 所有类型的水处理的杀苗不适合污水 所有类鏊的污 污水处理或和消毒；空气处理；简单空 给水和轻度 理类型 污染的污水 水处理或给水 给水处理消毒；器械表气杀菌处理。 面消毒 1 4 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 3 2 确定洗衣机主要技术指标 通过对臭氧性质的分析研究，我们意识到臭氧产品的开发意义非凡，商机 无限，而且进行大量的调查与专利咨询，目前国内外开发臭氧洗衣机产品的研 究所、企业不少，但是，真正将臭氧运用在全自动滚筒洗衣机上成功的还没有， 在这种情况下，本项目果断地决定大力开发利用臭氧消毒杀菌的全自动滚筒洗 衣机，并且迅速申报了国家专利。 在保留原有的洗衣机的性能与功能的基础上，根据臭氧的特性合理地运用 臭氧提高洗衣机的消毒杀菌效果，将原洗衣机8 0 左右杀菌率提高到9 9 以上， 做到真正意义上的干干净净。这样我们就基本确定了该产品的主要技术性能指 标。 1 ) 外形尺寸：6 0 0 x 4 5 0 x 8 6 0 2 ) 额定洗衣容量：5k g 3 ) 设有标准、轻柔洗涤程序，共1 8 个程序 4 ) 洗涤温度在冷水至6 0 之间连续可调 5 ) 脱水转速：5 5 0 r p m 6 ) 最大功率：11 5 0 w洗涤功率：3 5 0 w 加热功率：8 0 0 w脱水功率：7 0 0 w 7 ) 频率：5 0 h z电压：2 2 0 v 电流：6 a水压：0 0 5 肝a i m p a 8 ) 杀菌效率：通过权威部门检测，杀灭率在9 9 以上 9 ) 功能键设置：节能键、消毒键、防皱键 l o ) 产品性能满足g b 4 2 8 8 与g b 4 7 0 6 5 - 9 8 的要求 3 3 臭氧在洗衣机种的作用时间与时间段 全自动滚筒洗衣机洗涤程序与时间是由设定的程序控制全程控制，通用性 较高，因此，控制器的程序不能随便变动，在设计该产品时，除了考虑臭氧的 作用效果之外，首先应该根据现有的程序来设定臭氧发生作用的时间与时段， 下面是本项目全自动滚筒洗衣机程控器程序控制表。 1 5 第三章 全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 全自动滚筒洗衣机程控器程序控制表 业 业一 lj l j lll 磐嚣长翌 1 1 一 粤1 1 ：暑 彳 ?彳i 盏墨叠： i i t 誊 _ i ： 搴 _ r ；甚：# -* t ￥ *囊蔷 t 2 t 接a ( ) ) i b 接茸f ) 2 5 i - 靶机轴l _ m 帆目2 膏厂 叫卜。i i】0。t一1： l # t * * 7 6 75 2t 卜一一一 一 b 一i i |一i k j u s i 1 e 1 0 1 61 f 轻彘i n i_ 一一h ki 1 6 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 依据程序表，首先，将消毒程序与洗涤程序并在一起，即洗涤与消毒同时 进行，但是，这种设计存在的问题在实验时很快就暴露出来了，洗涤时，洗衣 机内有大量的泡沫( 尽管使用的是低泡洗衣粉) 产生，冲入臭氧后，洗衣机内 的泡沫更多，甚至从洗涤剂盒处往外淌，显然这种设计不可行。 显然，将洗涤与消毒程序分开，即先洗涤后消毒是比较理想的设计。另外， 由于臭氧的强氧化性对人体与洗衣机构件的影响，设计时本项目是从冲入臭氧 时间与臭氧浓度两方面来考虑的，只要达到预定的消毒效果就尽可能的减少冲 入臭氧的时间或降低臭氧浓度。 根据上述分析与研究，设计了相应的洗衣机自动控制电路图如下，即在原 来洗衣机控制程序中第二次漂洗的同时，冲入臭氧对衣物进行消毒杀菌。按照 新的设计再次进行试验，取得了相当不错的效果。 消毒型洗衣机自动控制电路图 p 8 0 3 臭氧发生器 ) 【p 电源线 c d 札电源线套环 f l 滤噪器 l s p i 电源开关 b l 电动门开关 m 双速电机 p 9 p s 排水泵 r r 加热器 t h 温度继电器 删程控器电机 l 2 p 8 防皱开关 c d 电容器 l s 电源指示灯 p 。p l 消毒开关 p 9 节能开关 k 双水位继电器 ? 3 e v 进水电磁阀 t h v 温控器 t h v c k 程控器 1 7 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 3 4 洗衣机需要臭氧量的确定 臭氧浓度与产量是臭氧发生器的重要技术指标，二者决定了臭氧发生器的 规格、功能与价格，臭氧浓度测定与臭氧产量计算对于开发臭氧技术产品至关 重要。 3 41 臭氧浓度的计算 臭氧浓度即在单位体积气体或液体中所含臭氧的质量数。如在l m 3 空气中含 有l m g 臭氧，则其臭氧浓度为l m g m 3 。 常用臭氧浓度分为发生器产生浓度( 臭氧源浓度) 、空气中应用浓度和水 中应用水溶解臭氧浓度及其尾气浓度四类。 发生器臭氧浓度最高，用作水处理应用的标准型发生嚣多在t m g l ( t o g 旷) 以上。目前使用氧气源时最高发生浓度已达到3 0 0 m g l 。这种浓度有时用体积百 分比表示，如空气源为l 2 ，氧气源为2 3 。】空气源臭氧浓度为1 2 9 r n g t ， i9 6 氧气源臭氧浓度为1 4 3 m g l ，差别在于空气与氧气比重不周。 空气中应用臭氧浓度最低，l m g 聍l o m g m 3 之间。卫生消毒界习惯用p p m 作单位，1 p p k l 即为百万分之一浓度。对于空气中的臭氧1 p p m - - - 2 1 4 m g m 3 ，一般 取1 p p l d = 2 m g 坩，而水溶解臭氧1 p p m = l m g l 。 水应用中溶解臭氧浓度在0 r i n g l l o r r t g l ，低值作为水消毒净化要求的 最低浓度，高值是作为“臭氧水消毒剂”可达到的浓度。尾气浓度范围很大， 在m g m k m g l 之间，既与使用的矣氧源浓度有关，又与水接触设备的反应效 率有关。 臭氧浓度测定有化学法、紫外吸收法与电化学法。根据浓度范围、要求精 度与应用领域选择不同的方法。结合该项目的特点与使用环境以及现有的实验 设施我们采用碘量法来测定水中的臭氧浓度。 碘量法是最常用的臭氧浓度测定方法，我国和许多国家都把碘量法作为测 定气体臭氧的标准方法。我国建设部发布的臭氧发生器臭氧浓度、产量、电 耗的测量标准c j t 3 0 2 8 2 - 9 4 中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧 ( 0 。) 与磷化钾( k i ) 水溶液反应生成游离碘( r ；) ，臭氧还原成氧气。 反应式为：03 + 2 k i + h2 0 02 + i2 + 2 k o h 游离碘显色，依在水中浓度由低至高呈浅黄至棕红色。 1 8 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 利用硫代硫酸钠( n a 。s 。0 3 ) 标准液滴定，游离碘( i ：) 变为碘化钠( n a i ) ， 反应终点为完全腿色止。 反应为： 2 n a 2 s2 03 + i2 2 n a i + n a2 s 4 0 6 两反应式建立起0 。反应量与n a 2 s ：0 。消耗量的定比关系为l m o l o 。：2 m o ln a 2 s 。0 。 则臭氧浓度计算式为 c 0 3 = a n 。x b x2 4 0 0 v o ( m g l ) 式中c 0 。一臭氧浓度，m g l a 。广硫代硫酸钠( n a 2 s ：0 。) 标准液用量，m l b 一硫代硫酸钠( n a z s ：0 。) 标准液浓度，m o l l v 。一臭氧化气体取样体积，m 1 本项目的操作程序及方法参照标准c j t 3 0 2 8 2 - 9 4 ，具体如下： 在s o o m l 的锥形带塞玻璃瓶中，加入3 0 0 m l 蒸馏水与2 0 m l 的2 0 k i 溶液， 将发生器用导管连接并通入锥形带塞玻璃瓶内液体中，接通电源，通入臭氧气 体5 m i n ( 用秒表计时) ，此时发生化学反应，结果有棕黄色的碘( i2 ) 析出( 见 公式 。用移液管取出此液5 0 m l ，滴入l o m l 浓度为3 0 0 0m o l l ( 1 ：9 ) 的 硫酸溶液( 中和液体中的k o h ) ，静置5 m i n ( 避光) 后用o 0 1 0 0m o l l ( 用煮 沸的蒸馏水配制) 的硫代硫酸钠( n a 。s z 0 3 ) 滴定，反应至浅黄色时加入l m l 浓度 为0 5 的淀粉指示剂，滴定至无色( 见公式) ，计算消耗的硫代硫酸钠( n a ：s 。0 3 ) 量。 0 。+ 2 k i + h2 0 02 十i2 + 2 k o hq ) 2 n a 2s2 03 + i2 2 n a i + n a2 s4 06 q 产率( m g h ) = 1 8 4 3 v 式中：v n a a s 2 砚消耗的m l 数 3 42 臭氧产量计算 臭氧发生器的规格是按每小时或每天产生的臭氧量确定的，每种产品都应 准确真实的表明其臭氧产量。每小时1 克以下应以m e , h 单位标注，1 0 0 0 9 以下 以g h 单位标准，1 蚝以上以k g ，h 单位标注。 矣氧产量是通过炱氧浓度测定与气量测定后讦算出的，印 d 0 3 = c 0 3 x q s ( g ，1 1 或m g f h ) d 0 3 一臭氧产量，g h 或m w h ； 1 9 第三章全自动滚筒洗衣机消毒杀菌技术的研究与开发 c 0 3 - - 臭氧浓度，g m 3 或m g m 3 ； q n 一发生嚣产生的标准气量，m 3 h 。 根据发生器输出臭氧的方式不同可按三种类型计算： a 、标准型发生器 这类发生器计算比较简单，按标准c j t 3 0 2 8 2 9 4 计算时，碘量法或紫外 浓度仪精确测出c 0 3 ，气量q n 由于发生器装有流量计与压力表，可分别读出气 量q s 与压力表压p b ，根据转子流量计特性公式，转换为标准状态下( 标准大气 压2 0 ) 的气压流量q n 为： q n = q s 。p + 。五( m 3 h ) 式中， t n 一标准状态绝对温度，( 2 7 3 + 2 0 ) 。k ； t s 一发生器工作时绝对温度，。k ； p w 一标准状态绝对压力； p s 一发生器工作时绝对压力，p s = p n + p b b ) 有气源开式发生器 此类发生器多以风机将臭氧从管道或窗口送出。前者如管道稍长，则臭氧 浓度比较均匀，可直接测定臭氧浓度c 0 3 与气量q s 。由于此时压力降较小，温 度也不高，q s t q n ，臭氧产量即可由c 0 3 x q s 计算出来。 对于有窗口吹出臭氧的情况则复杂得多。由于窗口各位置风速不同，臭氧 浓度也极不均匀，不能根据某一点数据计算。这类发生器臭氧产量计算方法目 前尚未在国内外文献资料中找