节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机

王伊安 梁文博 王法耀

（东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 概述

当前，各类能源和资源的巨大消耗量加剧了一些资源的稀缺程度。水资源的浪费和分布的不均性，可能成为造成未来资源危机的隐患。综合考虑水的使用节约、回收利用等环节，是预防这种危机的途径。洗车行业因分散不均、管理松散、监管薄弱、极低的水回收率导致水资源的浪费相当严重。同时，汽车产业的膨胀式发展也加速了汽车清洗水资源的浪费。为贯彻落实可持续发展观，一方面，从根本上解决洗车工艺中水资源浪费的棘手问题；另一方面，北方冬季时间较长，洗车也存在着需要解决的难题。例如，传统的冲水洗车会造成制动器结冻抱死，车门无法打开等影响用车安全的问题。为此，提出研制节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机的解决方案。

图1 清洗机结构总成示意图

2 常用的汽车外部清洗方法

2.1 常用方法特点比较。现在主流的洗车工艺主要有传统的高压水枪人工冲洗、毛刷式洗车机、无接触式洗车机、蒸汽式洗车和无水洗车技术等。当今国内外对洗车机的研究侧重点在节水、节能、环保、全自动智能化操控以及减少车身损伤等问题上。

2.2 高压水枪清洗工艺。高压水枪是目前最普及的洗车工具，在哈尔滨市洗车行中有90％以上的使用率。其清洗流程较为简单，主要分为如下几个步骤：2.2.1水枪喷洒清水淋湿车身。2.2.2将清洗液涂抹或喷洒至车身，使灰尘软化。2.2.3水枪将车身清洗干净，借助水流的冲刷作用和清洗液的润滑作用将污渍剥离，从而达到车身清洁的效果。2.2.4抹布将车身水滴抹干。

2.3 用水量调查与分析。为深入了解传统高压水枪的耗水情况，对位于哈尔滨市某街区一处洗车行进行用水量调查。因该街区车流量较大，车辆类型较为齐全，可以确保调查数据的准确和完整。

经计算分析，该洗车行一年需用水大约273吨左右。通过走访哈尔滨市车管部门、浏览网站及查阅相关报刊书籍，对哈尔滨机动车辆保有量进行了详细调查。经统计：哈市截止到2010年6月机动车保有量65.5万辆。包括出租车1.23万辆，货车3.7万辆，客车900辆，长途客车4700辆，其余为公务用车及私家车。通过调查，绝大多数前往洗车行的主要为出租车、公务用车及私家车，保守计算为60万辆左右。经计算，哈市每年洗车消耗的水量大约在90万吨。可见洗车用水消耗量巨大，节约用水成了当务之急。

3 节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机设计方案

当今各行各业正积极探索节水方法。将水雾化是从根源上节约用水的新方式，效果明显。节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机的设计方案，克服了以上几种洗车工艺的不足，是低成本、高效率的新式洗车设备。

3.1 工作原理与设计方案。节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机的工作原理是：利用高速气流将水雾化成小液滴，将车身顽固污渍浸润、软化、剥离，然后利用气流的动能将其吹离车体。针对冬季洗车存在的问题，可以将水或气流进行加热，并使用温控装置进行调温。清洗机由水汽混合控制总成和水箱温度调节装置两部分组成。如图1所示。

3.2 设计参数的选择。空气泵是提供稳定足够压力的气源。适宜的气压、流速将会对清洗机清洗效果产生很大的影响。3.2.1气源压力的选择。通过一系列实验，选取空气压力0.8MPa的空气压缩机作为气流动力源，以此作为试验雾化喷头效果的基础设备。3.2.2喷头参数的选择。以喷头的喷射形状、喷射距离、覆盖面积、气体压强为基础参数进行了一系列的对比试验。首先是喷射形状的选择。用两种简单的小型喷头用以试验圆锥形喷雾和扇形喷雾的清洁效果，结果是圆锥型喷雾效果优于扇形喷雾。选用了水压雾化和虹吸气压雾化两种类型的喷头进行了实验比较，发现水压雾化喷头构造简单、压力合适且节水。设计制造喷头的部分技术参数：空气压力0.4MPa，重力落差450mm时,液体流量57L/h，喷流角度22°，有效喷射距离500mm（以传统高压水枪的常用距离400～500mm 为宜，选用有效喷射距离在500mm左右的喷头），最大喷射距离4.6m，喷射覆盖面积在300～400mm2。设计方案如图2所示。

图2 湿度可调式雾化喷头设计方案示意图

3.3 设计方案特点分析。由气泵输出的高速气流等同于水流的冲刷效果，通过喷头雾化后的液滴可充分接触污渍，起到浸润效果，令污渍与车身分离，对车漆没有损伤，避免结冻。加热装置可以使液滴温度适于与灰尘浸润，加快作用效果，令附着得水分加速蒸发，以防结冰。空气流量、水流量调节阀和温度调节装置可根据使用需求合理选择工作模式，节约电能。整套装置结构轻巧，便于操作，环境友好型强。现原形机已经完成制造，正在进行实用性试验。通过使用原形机，已经实现设计初定经济技术考核指标，即比高压水枪清洗节约用水40％～50％，节约用电20％～30％，真正实现有效节能。目前，该种洗车机原型机系手动操作，工作方式类似于传统高压水枪。但经进一步设计改进，完全可将其智能化。而且，在现有的基础上，可加装废水回收装置，实现水资源的循环利用。同时，可与城市污水处理厂的中水管道连接，进一步为企业和社会节省洗车成本。

结束语

节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机开创了以空气动力源进行洗车的先河。实现了水、电资源的综合节约。可以预见的是以空气为动力源的设备以其独特的特点，必将会得到更为广阔的运用空间。节水型空气温度湿度可调式汽车外部清洗机的应用具有广阔的前景，所能清洗的范围也将不局限于汽车车身。

[1]郭宏伟,范铭,张金发,葛士福.节能型空气电加热器的研究[J].能源研究与利用,1993,3：14-16.

[2]戴文权,杜茂安,汪林.基于无堵塞BAF技术的洗车循环用水处理设备[J].中国给水排水,2008,22：106-108.

东北林业大学大学生创新性实验项目资助