1 引言

自动洗碗机是供家庭、餐厅、宾馆等使用的自动洗碗盘的清洁工具，具有方便、节水的优点，可集清洗、消毒、烘干和贮存等多种功能。按用途分为家用、商用两大类^[1]。

在美国、德国、法国等经济发达的欧美国家的家用洗碗机普及率已达70%，而在新组建家庭中的洗碗机的拥用率更高，超过90%。在亚洲日本家庭的洗碗机的拥有率是最高的，而港、澳、台及东南亚地区近年来洗碗机的销售量也在迅速提高^[2]。随着我国经济的发展，人民对高品质生活的追求，家用洗碗机开始逐步被人民接受，将成为一个新的家电消费热点。家用自动洗碗机的类型丰富，以适应不同消费者餐饮习惯和餐具样式，根据安装方式分为：台式、独立式和嵌入式。台式机体积小，可放于橱柜台上；独立式机可适应厨房条件自由放置；嵌入式机以较高的空间利用率成为了主流机型。根据洗涤原理主要分为：叶轮式、波轮式、超声波式和喷淋式，叶轮式和波轮式洗碗机用水量较大洗净度不高，逐渐被淘汰；超声波式是利用超声波产生的空泡剥离污渍，清洗餐具洗净度较高但噪音较大；喷淋式洗碗机借助洗涤泵，将水通过喷淋器高压喷出，高压水柱剥离餐盘上的污渍，亦有洗碗机采用热蒸汽喷淋方式。喷淋式包括直喷式和旋转喷淋式，目前市面上90%以上的家用洗碗机均采用这两种清洗方式^[3][4]。

商用洗碗机主要出现在饭馆、餐厅、招待所、食堂、酒店的中、小厨房、酒吧间、咖啡厅等。但其中绝大多数的厨房装备不够先进，商用洗碗机较少，依靠人工清洗，费时费力费水且不卫生。随着国家卫生部门的公共卫生法规的颁布，对餐饮业的卫生要求不断提高，商业洗碗机逐渐普及，且需求愈发强劲。按照洗涤连续性和针对普通大小饭碗排量分类见表1。

            

主流的喷淋式自动洗碗机的去污过程是强劲水流在三维立体空间产生的喷射冲刷作用、加温水（40~80℃）的热能作用和洗涤剂的除油去污作用三者协同完成的。研究表明：在去污过程中水流的喷射作用占全部清洗作用的58%，而化学清洗剂的作用仅占15%^[3]

能源危机加剧、科技发展加速，使自动洗碗机技术由高耗能粗放型向低耗能智能化发展，节能节水、降噪简约、降低成本、智能化控制将是自动洗碗机的主要发展方向。鉴于此，本文提出全新的空气洗碗理念，采用压缩空气喷射的形式洗碗以节水，并以一个基于热压缩空气的智能化控制的掀盖篮传式商用洗碗机设计实例来进一步介绍压缩空气洗碗的具体实现方法。

2 基于压缩空气的洗碗机设计

2.1 原理与功能设计

该自动洗碗机的清洗功能主要通过喷嘴喷射热压缩空气实现。将碗碟等餐具以及类似小龙虾等难洗净的物品放置在碗篮上，通过传送带自动送到洗碗机内；压缩空气通过换热器加热升温，利用混流阀将压缩空气与添加有洗涤剂的热水按照一定比例混合来达到最优的清洗效果。除了利用压缩空气和热水的余温外，调控热管的发热量来实现烘干消毒功能。

2.2 结构设计

热压缩空气商用自动洗碗机采用模块化设计，主要由清洗模块、传送模块以及碗篮组成。实现的基本功能通过传送模块将碗篮装盛的待洗餐具送到清洗模块中完成清洗、烘干、消毒等操作；清洗内胆空间的三维尺寸长*宽*高为40*440*420mm。压缩空气商用自动洗碗机结构图如图1所示。

                          图1 压缩空气商用自动洗碗机结构图

2.2.1  清洗模块

清洗模块由可升降盖、主机、管路系统、滤盘、碗篮滑动支架、门、保护盖等组成，如图2所示。可升降盖通过控制由活塞杆与气动活塞室组成的升降装置配合导轨实现上下升降，在其下降到最低点时，可升降盖和主机的下内胆腔接触面通过密封条实现密封，形成密闭的清洗内胆空间，电子锁保证清洗过程中可升降盖不发生移动。

清洗模块的管路系统是实现压缩空气洗碗的重要组成部分，如图2（c）所示。压缩空气来源于无油洁净空压机，通入储气罐稳压（≥0.8MPa）后，经换热器升温至60℃，与水泵加压（≥0.8MPa）后的来自热水箱的80℃热水以一定比例混合，再经软管、分流管路后由喷嘴喷射到餐具上，水束的喷射效果如图2（e）所示；热水中可添加洗涤剂、速干剂、亮盘剂；盘管路中的电磁阀起到开关与调控热压缩气、热水流量的作用，此外整个系统配有安全阀，以防压力过高带来危险；餐具清洗干净后，选择直通热压缩气即可达到烘干的效果，或开启电热管加快烘干速度并实现消毒功能。

（1-可升降盖，2-后盖，3-碗篮滑动支架，4-主机，5-滤盘，6-滤盘拆装门，7-动力室门，8-管路系统， 9-气动活塞室，10-导杆，11-导轨，12-活塞杆）

                                                     (a) 清洗模块组成图

                                                                                               (c)管路系统            

（20-喷嘴，41-微喷孔，42-喷嘴腔）                                       （3-碗篮滑动支架，20-喷嘴，21-电热管，43-水束，44-餐具，45-碗篮）                                            
(d) 喷嘴                                                                                   (e)管路系统                                                                      

                                                          图2  清洗模块

2.2.2  传送模块

传送模块和清洗模块通过螺钉连接实现模块化组合。传送带、电机和带轮安装在两个支撑台上，两条传送带之间连接有横向皮带，起到推送碗篮的作用，如图3所示。

（44-餐具45-碗篮，46-传送带，47-台面板与清洗模块连接螺栓，48-台面板侧面螺栓，49-台面板，50-支撑台，51-带轮，52-电机，53-存放柜，54-传送带防护盖）

                                                          (a)传送模块结构

                     （b）传送带细节
                     图3  传送模块

2.3 洗碗机的控制与工作流程

2.3.1  洗碗机功能与控制

洗碗机针对不同餐具设置不同的洗碗功能选项，包括轻洗不带烘干、强洗不带烘干、清洗带烘干、强洗带烘干等，以及洗碗机自清洗功能，一键控制即可自动连续完成洗碗流程。针对不同的功能选项，通过区别清洗时间，压缩空气与热水压力、流量、温度，电热管的开启时间等来调控清洗强度和效果。

洗碗机的控制采用基于单片机的控制系统，以控制传送带的运行、可升降盖的升降、无油洁净空压机的启停、热水箱进出水、加热与温控、水泵的启停、管路电磁阀的启停及开度、电热管的启停、以及紧急断电开关、系统压力检测与泄压等。

2.3.2  洗碗工作流程

以强洗带烘干功能为例，其工作流程如下：

针对餐具选择合适的碗篮，将餐具装篮；按控制面板“强洗带烘干”按键，洗碗机将在30秒内自动完成以下工作：

（1）0~3秒：

电机正转，传送带的横向皮带推送碗篮，移动指定位移后，碗篮到达可升降盖正下方；

电机自动停止并反转微小角度，使得传送带的横向皮带反向移动，错开可升降盖的下降空间；

可升降盖下降与主机的下内胆腔接触后，电子锁将其锁住，此时清洗内胆形成密闭的清洗空间；

（2）3~12秒：

各电磁阀配合，获得60℃热压缩空气与微量80℃热水的压力大于≥0.8Mpa的混合气，冲刷餐具，污渍脱落经过污水箱和排污管排出机体，较大的污物落到滤盘上；

（3）13~18秒：

各电磁阀配合，获得60℃热压缩空气与更多的80℃热水的压力大于≥0.8Mpa的混合气，进一步对餐具进行清洗；

（4）19~27秒：

各电磁阀配合，60℃热压缩空气喷射餐具，同时开启额定温度为80℃的电热管，对餐具进行烘干和消毒。

（5）28~30秒：

电子锁解锁，可升降盖升起，电机正转将洗好的碗篮从机体内向前送出，完成洗碗工作；同时后续碗篮到达机体内，重复以上步骤，即可完成连续自动的洗碗流程。

控制面板设有停止按钮、紧急断电开关。

2.3.3  自清洗功能

根据洗碗机工作时长，定期清洗洗碗机：取出滤盘清除垃圾后复位，按控制面板“自清洗”按键，洗碗机将自动放下可升降盖，形成清洗空间，热水与热压缩气的混合气对机体内部进行全方位清洗。

3 总结

本文针对现有自动洗碗机的功能、结构和工作原理等技术特点，发明了一种旨在节水的智能化控制新型洗碗机：

（1）采用热压缩空气洗碗，节能节水；

（2）高压热水与热压缩气冲刷洗碗相比于热水喷淋和蒸汽喷淋可加快洗碗速度，提高洗碗机效率。该商用洗碗机的内胆空间长*宽*高为640*440*420mm，采用双层碗篮，按照2篮/分钟的速度，可达到约10000只/小时针对普通大小饭碗的洗碗排量。

（3）采用基于单片机的控制系统，洗碗、自清洗功能一键化控制；

（4）特殊的传送带加横向皮带式的传送方式，使采用可升降盖的掀盖式洗碗机实现了自动传送餐具的功能。

（5）管路系统中软管的使用，使掀盖式的洗碗机实现喷头和电热管上置，提升了清洁效果。