浴霸設(shè)計(jì)中的一機(jī)多用

沈明

（杭州奧普衛(wèi)廚科技有限公司，浙江杭州 310018）

0 前言

一機(jī)多用的理念是把本來要用多臺(tái)設(shè)備，耗用多倍的制造設(shè)備的資源，合并而設(shè)計(jì)成一臺(tái)設(shè)備，它能在達(dá)到相同目的的前提下，有效地節(jié)約資源。大到“電腦一機(jī)多用”，多個(gè)用戶共用一個(gè)主機(jī)的CPU、內(nèi)存、硬盤、驅(qū)動(dòng)器等；小到多功能豆?jié){機(jī)，能打豆?jié){，也能打果汁、肉餡、粉末等。那么，一機(jī)多用的概念能否引入浴霸的設(shè)計(jì)中呢？

1 一機(jī)多用浴霸

現(xiàn)有中國家庭衛(wèi)生間的諸多需求中會(huì)涉及三個(gè)功能；一是換氣，把室內(nèi)混沌的空氣排至室外；二是加熱，在冬季沐浴時(shí)把熱源發(fā)出的熱量吹至室內(nèi)；三是吹風(fēng)，在夏季方便或沐浴時(shí)吹出涼風(fēng)。這三者使用了三種家用電器：一是換氣扇；二是風(fēng)暖加熱器；三是涼風(fēng)扇。仔細(xì)地分析一下這三種電器，我們發(fā)現(xiàn)有許多相似之處：都有一個(gè)電機(jī)；都有一個(gè)風(fēng)輪；都有一個(gè)蝸殼（風(fēng)道）；都有一個(gè)箱體等等。因此，這三種家用電器有可能合并在一起，成為一臺(tái)家用電器[1]。問題是：采用什么方法去做？能達(dá)到實(shí)際效果嗎？

2 雙向風(fēng)輪應(yīng)用（一機(jī)二用）

利用離心風(fēng)輪可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)的特性，配以雙通風(fēng)道，可以達(dá)到一機(jī)二用的目的，從而設(shè)計(jì)出一臺(tái)換氣、風(fēng)暖的二功能浴霸，而這二個(gè)功能共用了一個(gè)電機(jī)、一個(gè)風(fēng)輪、一個(gè)蝸殼、一個(gè)箱體。

2.1 工作原理

通常，離心風(fēng)輪在蝸殼中轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片就把從軸流方向引入的空氣，延葉片切線方向送出，實(shí)現(xiàn)了空氣的定向流動(dòng)（見圖1a），這時(shí)空氣的流動(dòng)是單通道的。為了達(dá)到空氣的雙通道流動(dòng)，可把離心風(fēng)輪設(shè)計(jì)成雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的：當(dāng)離心風(fēng)輪在蝸殼中正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣延葉片切線方向送出，實(shí)現(xiàn)了空氣的一個(gè)定向流動(dòng)，流入A通道（見圖1b）；當(dāng)離心風(fēng)輪在蝸殼中反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣就向另一個(gè)切線方向流動(dòng)，流入B通道（見圖1c）。

2.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)概要

用“雙向風(fēng)輪技術(shù)”（見前述工作原理），在主箱體內(nèi)設(shè)置一個(gè)蝸殼，里面配置風(fēng)輪，并在外延設(shè)置二個(gè)通道，其中一個(gè)通道中增設(shè)加熱元件，把這個(gè)通道定為取暖通道（見圖2a），另外一個(gè)定為換氣通道（見圖2b）。

2.3 雙向風(fēng)輪設(shè)計(jì)

雙向風(fēng)輪是“雙向風(fēng)輪技術(shù)”的核心，它要具有離心風(fēng)輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的一般特性，也更要注重反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的特性。因此，我們會(huì)從多個(gè)方面加以考慮。

2.3.1 采用機(jī)翼形的葉片

平板式的葉片出風(fēng)量不大，雙圓弧的葉片空氣流動(dòng)性不佳，而采用機(jī)翼形的葉片，結(jié)構(gòu)可靠性大、噪聲小、出風(fēng)大，是較為理想的葉形（見圖3）。

2.3.2 葉片間距設(shè)置是不相等的

我們知道：整齊步伐的行進(jìn)隊(duì)伍通過橋梁時(shí)由于相同頻率的振幅幾何疊加會(huì)引起共振，那么相同間距角度的葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的噪音也會(huì)在相同頻率的振幅上疊加。因此，把葉片的間距角度設(shè)計(jì)成不相等時(shí)（見圖4），空氣流動(dòng)的振幅強(qiáng)度將會(huì)分散在不同的頻率上，從而改善人耳的不適感。

2.3.3 葉片的傾角適當(dāng)加以減小

離心風(fēng)輪的葉片傾角一般會(huì)大一點(diǎn)，但這樣的葉片在反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的出風(fēng)量不大，因此葉片傾角要適當(dāng)加以減?。ㄒ妶D5），設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮反向時(shí)的狀況，使得正反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均能達(dá)到一定的出風(fēng)量。當(dāng)然，不同的通道、不同的負(fù)載、以及不同的設(shè)計(jì)輸入會(huì)帶來不同的設(shè)計(jì)傾角，一切要看試驗(yàn)的結(jié)果，還有和蝸殼的配合狀況。

2.4 蝸殼設(shè)計(jì)

蝸殼的設(shè)計(jì)是相對(duì)對(duì)稱的，要求不嚴(yán)時(shí)也可按近似圓進(jìn)行設(shè)計(jì)（見圖6），該圓的直徑是風(fēng)輪直徑的1.5~2.0倍上下，可視所設(shè)計(jì)產(chǎn)品允許尺寸及設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行調(diào)整。蝸舌的園角可取R5～R10左右，園角小時(shí)風(fēng)量會(huì)大點(diǎn)，園角大時(shí)風(fēng)量會(huì)小點(diǎn)但相對(duì)噪聲會(huì)小點(diǎn)，各有所取。蝸舌與風(fēng)輪的間距可取6～10mm，間距小點(diǎn)風(fēng)量會(huì)大點(diǎn)，間距大點(diǎn)風(fēng)量會(huì)小點(diǎn)但相對(duì)噪聲也會(huì)小點(diǎn)，可根據(jù)產(chǎn)品要求加以取舍。

2.4.1 雙通風(fēng)道設(shè)計(jì)

雙向風(fēng)輪已提供了兩個(gè)方向的空氣流動(dòng)，那么，雙通風(fēng)道的作用就在于把這兩股空氣流導(dǎo)入不同的通道。取暖通道中設(shè)置有PTC加熱元件，換氣通道可按正常設(shè)計(jì)進(jìn)行（見圖9）。

2.4.2 整機(jī)產(chǎn)品（QTP918A）

一臺(tái)“一機(jī)二用”浴霸基本設(shè)計(jì)完畢，型號(hào)定為QTP918A，該產(chǎn)品具有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，二個(gè)出風(fēng)口（一個(gè)暖風(fēng)，一個(gè)換氣，）。當(dāng)它被安裝在家庭浴室中時(shí)，開啟取暖開關(guān)：室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過管道從暖風(fēng)口送出，沐浴區(qū)域被加熱；開啟換氣開關(guān)：室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過管道直接排出室外。該產(chǎn)品的特點(diǎn)在于：一臺(tái)浴霸共用了一個(gè)電機(jī)、一個(gè)風(fēng)輪、一個(gè)蝸殼、一個(gè)箱體，實(shí)現(xiàn)了加熱、換氣二個(gè)功能（見圖7）。

3 可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道應(yīng)用（一機(jī)三用）

“雙向風(fēng)輪”是用風(fēng)輪的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)來解決了一機(jī)二用的問題，而“可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道”可以達(dá)到一機(jī)三用的目的，從而設(shè)計(jì)出一臺(tái)換氣、風(fēng)暖、吹風(fēng)的三功能浴霸。而這三個(gè)功能共用了一個(gè)電機(jī)、一個(gè)風(fēng)輪、一個(gè)蝸殼、一個(gè)箱體。

3.1 工作原理（可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道技術(shù)）

設(shè)置一個(gè)圓形腔體，內(nèi)部有一個(gè)可360度旋轉(zhuǎn)的圓形風(fēng)道，外部延圓周一圈設(shè)置著幾個(gè)通道組件。當(dāng)圓形風(fēng)道停留在A位置時(shí)，“風(fēng)”順著A通道往外送出；停留在B位置時(shí)，“風(fēng)”順著B通道往外送出；同樣，停留在C位置時(shí)，“風(fēng)”順著C通道往外送出（見圖8）。由于圓形風(fēng)道的出口只有一個(gè)，因此圓形風(fēng)道停留在某個(gè)通道時(shí)，只有這個(gè)通道可以出風(fēng)，其余二個(gè)通道是阻斷的。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)概要

采用“可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道技術(shù)”（見前述工作原理），在圓形腔體內(nèi)設(shè)置一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓形風(fēng)道，圓形腔體外圓周上設(shè)置三個(gè)通道，并在其中一個(gè)通道中增設(shè)加熱元件，把這個(gè)通道定為取暖通道，其余二個(gè)定為換氣、吹風(fēng)通道（見圖9）。

3.3 圓形風(fēng)道設(shè)計(jì)

圓形風(fēng)道是“可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道技術(shù)”的可轉(zhuǎn)動(dòng)部份，外形設(shè)計(jì)成為一個(gè)圓形柱體，內(nèi)部由一個(gè)蝸殼和一個(gè)風(fēng)輪組成（見圖10a）。圓形風(fēng)道可360度旋轉(zhuǎn)，它的作用是把從離心風(fēng)輪軸向吸入的空氣延徑向送入不同的通道中。

其中，蝸殼是按阿基米德螺旋線原理設(shè)計(jì)，曲線的曲率變化相同，風(fēng)能在通道中順暢流動(dòng)，風(fēng)的能量損失也最?。ㄒ妶D10b）。

3.4 通道組件設(shè)計(jì)

通道組件有二種（見圖11）：一種是取暖通道組件，它在內(nèi)部設(shè)置了PTC加熱元件；另一種是出風(fēng)通道組件，它是換氣、吹風(fēng)的通用出風(fēng)組件。這二種通道組件的安裝結(jié)構(gòu)是相同的，根據(jù)不同的需求還可自由組合，如：取暖、換氣、吹風(fēng)；或換氣、吹風(fēng)、吹風(fēng)；或取暖、取暖、換氣等等。

3.5 圓形腔體設(shè)計(jì)

圓形腔體為產(chǎn)品的支撐主體（見圖12），內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)的圓形風(fēng)道及轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，外部可安裝不同的通道組件，并設(shè)有產(chǎn)品安裝構(gòu)件。

其中，轉(zhuǎn)動(dòng)采用的是滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源是同步電機(jī)，定位控制元件是微動(dòng)開關(guān)。當(dāng)接通某功能電源時(shí)，圓形風(fēng)道在同步電機(jī)的帶動(dòng)下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到指定位置時(shí)微動(dòng)開關(guān)切斷電源，圓形風(fēng)道停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)該功能開始工作，或取暖，或換氣，或吹風(fēng)。

3.6 整機(jī)產(chǎn)品（QTP1121A）

一臺(tái)“一機(jī)三用”浴霸基本設(shè)計(jì)完畢，型號(hào)定為QTP1121A，該產(chǎn)品具有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，三個(gè)出風(fēng)口（一個(gè)暖風(fēng)，一個(gè)換氣，一個(gè)吹風(fēng)）。當(dāng)它被安裝在家庭浴室中時(shí)，開啟取暖開關(guān)：室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過管道從暖風(fēng)口送出，沐浴區(qū)域被加熱；開啟換氣開關(guān)：室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過管道直接排出室外；開啟吹風(fēng)開關(guān)：室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過管道從吹風(fēng)口吹出，沐浴或方便區(qū)域涼風(fēng)習(xí)習(xí)。該產(chǎn)品的最大特點(diǎn)就是：一臺(tái)浴霸共用了一個(gè)電機(jī)、一個(gè)風(fēng)輪、一個(gè)蝸殼、一個(gè)箱體，實(shí)現(xiàn)了加熱、換氣、吹風(fēng)三個(gè)功能（見圖13）。

3.7 產(chǎn)品榮譽(yù)

型號(hào)QTP1121A的浴霸取名為“奧芯”系列產(chǎn)品，它是集加熱、換氣、吹風(fēng)三功能為一體的新一代衛(wèi)浴電器。它采用 “可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道” 技術(shù)，具有倡導(dǎo)環(huán)保、節(jié)約資源的重大意義。2010年9月在德國柏林消費(fèi)電子展（IFA）中的馬歇爾大廳，“奧芯系列”產(chǎn)品榮獲2010年度中國家電創(chuàng)新獎(jiǎng)的最高榮譽(yù)——“技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。2010年6月在上海世博會(huì)上，“奧芯系列”產(chǎn)品被評(píng)為GMC全球巡展世博站——“中國最具創(chuàng)造力產(chǎn)品”。

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表2序號(hào) 測(cè)試點(diǎn) 初始溫度 穩(wěn)態(tài)溫度 溫升QTP918A QTP1121A QTP918A QTP1121A 1 A 15.0 30.0 31.5 15.0 16.5 2 B 15.0 31.5 32.5 16.5 17.5 3 15.0 32.0 33.0 17.0 18.0 4 D 15.0 32.5 33.5 17.5 18.5 C 5 E 15.0 34.0 35.0 19.0 20.0

4 產(chǎn)品性能驗(yàn)證

QTP918A、QTP1121A浴霸產(chǎn)品研發(fā)完畢，能否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果呢？我們來根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T22769-2008浴室電加熱器具（浴霸）》[2]的規(guī)定進(jìn)行熱性能的測(cè)試吧。

4.1 浴霸標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室

根據(jù)GB/T22769-2008國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試。

實(shí)測(cè)條件為：如圖14所示。

試驗(yàn)室：長1.8m,寬1.8 m，高2.2 m；

初始溫度：15℃；相對(duì)濕度：70%；

測(cè)試用板：長1.2m,寬1.2 m，厚20 mm漆有無光黑漆的膠合板；

測(cè)溫點(diǎn)分布：Φ600 mm的圓周上均布四個(gè)點(diǎn)、圓心一個(gè)點(diǎn)；

測(cè)溫儀器：熱電偶。

4.2 浴霸標(biāo)準(zhǔn)要求

GB/T22769-2008國標(biāo)第5.4.2.1條規(guī)定：“平均強(qiáng)制對(duì)流溫升”不得小于表1的規(guī)定值Tmin。

表中規(guī)定：功率2000W的器具，平均強(qiáng)制對(duì)流溫升不得＜15K。

4.3 強(qiáng)制對(duì)流溫升試驗(yàn)

QTP918A熱性能曲線圖如圖15a所示；QTP1121A熱性能曲線圖如圖15b所示。

4.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與對(duì)比

QTP918A平均溫升＝32－15＝17.0K；QTP1121A平均溫升＝33－15＝18.0K。見表2。

按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，功率2000W的器具，平均強(qiáng)制對(duì)流溫升不得＜15K，而產(chǎn)品QTP918A平均溫升為17.0 K， QTP1121A平均溫升為18.0 K，均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5 結(jié)論

與傳統(tǒng)的節(jié)約觀相比，新型節(jié)約觀更是倡導(dǎo)對(duì)資源合理使用和充分利用的節(jié)約觀，其實(shí)質(zhì)是通過提高資源使用效益，從而來緩解資源短缺對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約[3]。為此，本文將合理使用資源的“一機(jī)多用”概念引入浴霸的設(shè)計(jì)中，并且詳細(xì)闡述了如何采用“雙向風(fēng)輪技術(shù)”來設(shè)計(jì)“一機(jī)兩用”的QTP918A浴霸產(chǎn)品；以及采用“可轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)道技術(shù)”來設(shè)計(jì)“一機(jī)三用”的QTP1121A浴霸產(chǎn)品。該兩款浴霸產(chǎn)品均達(dá)到了節(jié)約資源的目的，其熱性能參數(shù)也達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T22769-2008浴室電加熱器具（浴霸）》的有關(guān)規(guī)定。

[1]《產(chǎn)品功能集成創(chuàng)新研究》林海 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文[2]《GB/T22769-2008浴室電加熱器具（浴霸）》

[3]《新型節(jié)約觀研究》倪子君 青島大學(xué)碩士學(xué)位論文