1、引言

洗衣机作为日常使用最为频繁的家电产品之一，自被发明以来，就为人们的生活带来了极大的便捷。但自动洗衣机的双层套桶结构容易形成夹层积垢，因此而产生的污水洗衣问题一直威胁着用户的身体健康。本文通过污垢形成机理的分析和现有积垢防治手段的对比，对喷水除垢这一类技术方案进行了改善。

2、洗衣机夹层污垢形成机理

全自动洗衣机每次洗衣结束后洗衣桶内各部件上附着有末次脱水排出的漂洗水,漂洗水中仍溶解有少量的洗涤剂和污物［1］（经3次漂洗后，漂洗水中所含物质对应洗衣粉残 留量0.44g/kg，漂洗液ph8.29。［2］）；水位线以上部分还有残留的洗涤泡沫。

洗衣结束后，附着于洗衣桶内各部件表面的漂洗水和泡沫经自然蒸发后,其中所含的洗涤剂和衣物污垢等溶解物会析出并附着于各洗衣部件表面，形成不能重溶于水的极薄固化层。由于洗衣桶夹层不与衣物接触，夹层内的污垢层并不能在下一次的洗涤过程中被衣物擦除。经过反复的附着漂洗水、风干、结垢，污垢层不断叠加积累，由薄变厚由不可见变可见，最后变成了我们所看到“污垢层”。它们不但容易滋生细菌还会在洗衣过程中部分脱落影响洗涤效果。

3、现行除垢技术的比较

目前，针对洗衣机内外桶的积垢问题，各大厂家均投入巨资，并推出了一些解决方案，但也都还存在一定得缺陷。目前处理积垢的方式总结起来有：清洁球、桶自洁、桶风干、内外桶隔离、高温杀菌、洗衣机专用清洗剂泡洗等。

3.1 各技术方案简介

（1）清洁球类：在夹层内放置十多个柔性小球，洗涤时小球们随水流运动在夹层内不断撞击、摩擦桶壁，并在排水时被回收至专用仓室。如：海尔智慧球技术。

（2）桶自洁类：洗涤前，启动自洁程序高水位正反转内桶。

（3）桶风干类：取出衣物后，内桶高速旋转形成强风吹干夹层内的水分。

（4）内外桶隔离类：内桶采用密闭式桶身，洗涤过程中内桶盛水不与夹层接触，衣物脱水时依靠旋转所产生的离心力将衣物排水引至高位排水口排出。如：TCL免污洗技术。

（5）高温杀菌类：向夹层内喷入高温蒸汽。

（6）专用清洗剂：洗衣机满水位加入清洗剂浸泡数小时软化污垢，然后空转搅动水流冲刷污垢层。

（7）喷淋、冲洗类：使用专用泵吸洗涤水冲洗夹层或设置单独冲洗程序。

（8）毛刷类：在外桶内壁安装毛刷，内桶旋转时（脱水）刮刷内桶外壁。

3.2 各方案存在的缺陷

3.2.1 清洁球类

（1）仅能清洁内外桶的竖壁面。不能清洁内桶底面及各部件加强筋形成的结构凹槽（积垢严重区域）；

（2）不能清洁波轮底面和洗涤喷瀑水流通道；

（3）不能清洁水位线以上的部分；

（4）只能将上次洗衣后形成的极薄污垢击碎成肉眼看不见碎片并溶入本次洗涤中，污水洗衣问题依旧存在。

3.2.2 桶自洁类

（1）单独程序，需人工启动；

（2）需要无衣物浸泡，费水费时；

（3）仅靠内桶正反旋转打水，无除垢效果；

（4）不能清洁波轮底面。

3.2.3 桶风干类

（1）只能干燥洗衣桶，阻止细菌生长，污垢依然存在；

（2）取出衣物后内桶再次高速旋转，耗能大。

3.2.4 内外桶隔离类（内桶封闭）

（1）下排水型：排水通道密封结构复杂，成本高；

（2）上排水型：桶内存水和脱水时衣物排水在离心办的作用下沿桶壁上升，通过内桶高位排水口排出，耗能巨大；

（3）桶中桶型，只能实现小桶无污垢；

（4）不能清洁波轮底面。

3.2.5 高温杀菌类

（1）只能灭菌，污垢依然存在，不能彻底解决污水洗衣问题；

（2）需产生高温蒸汽，耗能大；

（3）部分衣物不能承受高温，对使用有限制。

3.2.6 使用专用清洗剂

（1）清洗过程需要长时间浸泡；

（2）需洗衣机装水空 转，耗水、耗时较多；

（3）专用清洗剂溶解能力较强，加速洗衣机密封部件老化；

（4）专用清洗剂加重环境污染；

（5）每3个月需要重复一次。

3.2.7 喷淋、冲洗类

（1）大部分使用洗涤水冲洗，无效果；

（2）冲洗力量小不能冲脱附着的污垢；

（3）使用自来水冲洗的需要设置专用程序，在洗衣结束后人工开启；

（4）大部分冲洗类技术方案均未明确喷水介入时机，技术方案不完善。

3.2.8 毛刷类含柔性链条

（1）只能清洁内桶外壁，将上次洗衣后形成的极薄污垢击碎成肉眼看不见碎片并溶入本次洗涤水中；

（2）不能清洁外桶内壁及内桶各加强筋产生的结构凹槽；

（3）不能清洁波轮底面和洗涤喷瀑水流通道；

（4）内桶外壁不是光滑圆周，有结构性凸起和过滤器、导水板的固定件等。它们会对毛刷形成切割，产生噪音和快速磨损，方案不可实施。

3.3 对比结论

对现有的防积垢技术进行对比分析后可以得出，只有针对性清除污染源，防止污垢形成才是最佳洗衣机保洁方案的结论。

4、防污垢技术改善研究

4.1 设计目标

针对性清除机内残留的漂洗水。

4.2 实现方法

在每次洗涤过程中，洗衣机末次脱水程序的特定时间段，通过附加的喷水装置向内、外桶间的夹层喷入自来水。利用高速旋转的内桶将喷入的自来水洒向内外桶之间夹层的各角落,对夹层和排水管进行冲洗，清除残留的漂洗水和泡沫清除污染源、进而实现阻断污垢形成。

4.2.1 喷水时间段的选择

衣物脱水量与内桶转速关系如图2所示，对洗衣机末次脱水过程进行观察分析可以发现，若喷水太早，衣物不断排出漂洗水、无法起到清洁的效果；若喷水太晚，则内桶转速过底、冲洗内桶会浸润桶内衣物，影响脱水效果；若喷水时间太长则会造成水资源的浪费、太短又会造成清洁效果不足。洗衣机喷水时间只有同时符合以下条件，才能达到理想的自洁、防积垢效果。

条件1：内桶转速高于r1。由离心甩干原理可知：脱水率与内桶转速及直径存在函数关系，当内桶转速高于平衡点数值r1时经脱水孔喷入的水会被立即甩出，不会进入内桶，浸润衣物影响脱水效果。

条件2：衣物脱水基本完成。此时衣物向外排水量已很小并逐步排尽，后续阶段所排出的微量漂洗水不足对自来水冲洗后的夹层再次产生污染。

条件3：喷入的水量足以完成冲洗。

4.2.2 喷水口位置的选择

要求1：对内桶旋转产生的阻力较小；

要求2：水流经多次反弹能均匀覆盖外桶侧壁；

要求3：水流能到达波轮底面。

4.3 确认并优化改进方案

各参数变量如图1所示。图中：r—内桶转速；t—时间；r1—脱水转速平衡点数值，即经脱水孔喷入的水会立即被甩出，不会进入内桶浸润衣物影响脱水效果的转速。所对应的起止时间点分别为t1和t6。这一特定值随内桶直径不同而有所差异。由离心甩干原理可知：脱水率与内桶转速及直径存在函数关系，当内桶转速高于平衡点数值时经脱水孔喷入的水会立即被甩出，不会进入内桶浸润衣物影响脱水效果。r2—脱水阶段稳定转速，所对应的起止时间点分别为t2和t5。

图1 内桶转速、衣物排水量与时间关系图

由图1可知，甩干过程各阶段衣物排水情况如下：

0～t1：转速逐步升高，衣物排水量迅速增大；

t1～t2：转速继续升高并达最高值，衣物大量排水；

t2～t3：转速稳定于高速，衣物大量排水；

t3～t4：转速稳定于高速，衣物排水减少并逐步排尽；

t4～t5：转速稳定于高速，衣物极少排水；

t5～t6：转速下降，衣物极少排水；

t6～t7：转速进一步下降，衣物不排水。

4.3.1 喷水时间段的确定及优化

防积垢装置能在洗衣机末次脱水程序运行于t8～t9时间段期间（时间长度为T1）向内、外桶间的夹层喷入自来水，利用高速旋转的内桶将喷入的自来水洒向内外桶之间夹层的各角落，对夹层和排水管进行冲洗。

4.3.2 t9确定过程的具体步骤

（1）末次脱水程序运行至t4以后衣物向外排水极少，所排出的微量漂洗水不足对自来水冲洗后的夹层再次产生污染；

（2）脱水程序运行于t1～t6期间，内桶转速均高于r1，经脱水孔喷入的水会立即被甩出，不会进入内桶浸润衣物影响脱水效果，所以喷水时间处于t4～t6之间，均可达到设计效果。为简化控制电路，将喷水停止时间t9优选地设置于脱水电机断电时刻t5。

4.3.3 t7确定过程的具体步骤

（1）喷水持续时间T1，即t8至t9间隔长度应满足即完成冲洗且用水少的要求，喷水口流量及洗衣桶的直径、稳定转速、材质和自来水水质均会影响T1的最小值，T1应根据广泛试验结果综合考虑后确定，在此优选T1为40秒；

（2）根据t9和T1确定喷水开始时间t8。

4.3.4 喷水口位置确定及优化

桶壁喷口：以扇形水流或雾状水流由外桶桶壁以一定夹角向内桶喷（由于各机型内桶直径不同，需要针对各机型进行试验后确定最佳夹角）。

桶底喷口：以扇形水流由外桶底面垂直向内桶底喷，冲洗内桶底并通过内桶底的导水孔喷至波轮底面，冲洗内桶底面、波轮底面和导水通道。经过以上设计，冲洗水流可覆盖洗衣桶夹层内所有的空间。

4.4 整合后得出洗衣机防积垢方案

（1）在现有的洗衣机内安装防积垢装置，包括电磁水阀、喷水口以及控制电路（即时间继电器）。电磁水阀的进水口通过管道与自来水管道连通；喷水口排列设置于外桶侧面及底面并且喷水方向对着内桶。

（2）各部件关系如图2所示。在最后一次脱水程序运行至脱水电机断电前40秒时，控制电路控制电磁水阀6开启，开启时间长度为40秒钟。自来水通过电磁水阀6、管道及喷水口5向洗衣机内桶3与外桶2之间的夹层喷入。内桶3高速旋转将自来水洒向内桶3与外桶2之间夹层的各角落（由于喷水时间控制在内桶高速旋转阶段，喷入夹层的水不会进入内桶浸润衣物影响脱水效果），清除夹层内残留的漂洗水。

图2 各部件关系图

4.5 本方案的技术优势

能实现洗衣机全寿命自我清洁并且实施本方案不改变洗衣机原有结构、不改变原控制程序、不增加洗衣机工作时间、不影响洗衣机的脱水效果，冲洗用水量少、实施难度小、工业成本低。

5、结束语

自动洗衣机内外桶间夹层积垢问题一直未能得到完善的解决。本文首先分析了积垢产生的机理，并对现有的防治技术进行了分析，最后针对现有技术的缺陷提出了解决方案。本文提出的防积垢方案从清除污染源入手，通过在特定时间向洗衣机内外桶之间的夹层喷水，冲洗夹层内附着的漂洗水和残留泡沫进而杜绝夹层内产生污垢，为解决自动洗衣机积垢问题提供了新的思路。

参考文献

[1] 国家标准化管理委员会.GB/T 4288-2018《家用和类似用途电动洗衣机》[S]. 2018.

[2] 张晓.影响洗衣机漂洗效果的因素分析[J].家电科技,2010（5）.