嵌入式蒸烤箱風(fēng)道系統(tǒng)優(yōu)化研究

劉彪

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，嵌入式蒸烤箱、烤爐、烤箱灶一體機(jī)等西式家電逐漸被人們所接受。作為一種通過(guò)加熱方式烹飪食物的產(chǎn)品，嵌入式蒸烤箱表面溫升一直是每個(gè)生產(chǎn)廠家需要解決的重要問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，傳統(tǒng)上通常采用增加隔熱棉厚度、提高散熱電機(jī)功率、增加隔熱層層數(shù)等措施，往往盲目地增加了產(chǎn)品成本，因此為降低產(chǎn)品成本，提升產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力，有必要摒棄傳統(tǒng)方法，對(duì)嵌入式蒸烤箱表面溫度進(jìn)行控制，使之符合溫升要求。鑒于此，首先對(duì)嵌入式蒸烤箱風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，然后對(duì)現(xiàn)有風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，再利用虛擬仿真手段確認(rèn)最優(yōu)方案，最終通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，確認(rèn)減少相關(guān)零件后嵌入式蒸烤箱的表面溫升也能符合安規(guī)《家用和類似用途電器的安全駐立式電灶、灶臺(tái)、烤箱及類似用途器具的特殊要求》（GB 4706.22—2008）可觸及表面的溫升限值要求，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品降本增效的目的。

1 嵌入式蒸烤箱風(fēng)道優(yōu)化思路

通過(guò)與市場(chǎng)上的競(jìng)品進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，首先確認(rèn)好初步的降本方案，然后通過(guò)模擬仿真的手段，在原產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上，以少改?；虮M量不改模為前提，提出新的風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)方案后，再進(jìn)行實(shí)際溫升摸底測(cè)試，最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的復(fù)測(cè)，確認(rèn)降本優(yōu)化后方案能夠符合嵌入式蒸烤箱表面溫升的要求，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品降本增效的目的[1]。

2 風(fēng)道優(yōu)化具體實(shí)施方案

2.1 側(cè)隔熱板取消

原機(jī)體外常溫空氣通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)抽取，從側(cè)隔熱板與側(cè)板之間的縫隙進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，側(cè)隔熱板與側(cè)板之間的縫隙較小，這樣就對(duì)機(jī)體外常溫空氣進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部造成了一定的阻滯（圖1）。

圖1 側(cè)隔熱板取消前

側(cè)隔熱板取消后，機(jī)體外的常溫空氣利用散熱風(fēng)機(jī)的抽取，可以直接進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，增大了進(jìn)風(fēng)口的面積，提高了散熱的風(fēng)量；另外，左右共2個(gè)側(cè)隔熱板在一定程度上提高了產(chǎn)品成本，取消側(cè)隔熱板后對(duì)產(chǎn)品的外觀并不造成影響（圖2），因此取消側(cè)隔熱板在一定程度上可以降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并改善產(chǎn)品的散熱性能。

圖2 側(cè)隔熱板取消后

2.2 第二層玻璃與裝飾框取消

原裝飾框主要用于優(yōu)化整機(jī)的外觀效果，第二層玻璃主要是用于隔熱，防止蒸烤箱內(nèi)膽腔體內(nèi)的高溫傳遞到最外層門玻璃（圖3），給用戶帶來(lái)安全隱患。根據(jù)《家用和類似用途電器的安全駐立式電灶、灶臺(tái)、烤箱及類似用途器具的特殊要求》（GB 4706.22—2008），最外層門玻璃的表面溫升不能超過(guò)60 K。

圖3 裝飾框與第二層玻璃取消前

但加了裝飾框與第二層玻璃也帶來(lái)了一定的弊端，首先會(huì)增加門體的總體重量，縮短門鉸鏈的使用壽命，而且加了裝飾框與第二層玻璃，會(huì)占據(jù)門體組件最外層門玻璃與最內(nèi)層門玻璃之間的空間，阻滯常溫空氣從下往上進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，使機(jī)體內(nèi)的溫度升高[2]。

取消裝飾框后對(duì)整機(jī)的外觀并不會(huì)造成很大的影響，第二層玻璃的取消可能會(huì)導(dǎo)致最外層門玻璃表面溫度升高，但機(jī)體外常溫空氣從下往上進(jìn)入機(jī)體更加通暢，也能帶走門體組件內(nèi)部一定的熱量，取消裝飾框與第二層玻璃可以很大程度上降低產(chǎn)品的成本（圖4）。

圖4 裝飾框與第二層玻璃取消后

2.3 風(fēng)道組件進(jìn)風(fēng)口的優(yōu)化

內(nèi)膽腔體外后部的高溫?zé)崃拷?jīng)風(fēng)道底板上的孔通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)抽?。▓D5），排到機(jī)體外，以減少內(nèi)膽腔體外后部溫度對(duì)電子元器件的損傷。

圖5 風(fēng)道組件進(jìn)風(fēng)口布局

原內(nèi)膽腔體外后部通過(guò)風(fēng)道底板的圓形孔與風(fēng)道組件、散熱風(fēng)機(jī)散熱。風(fēng)道底板的圓形孔面積較小，不利于內(nèi)膽腔體外后部的高溫散熱，因此將風(fēng)道底板的圓形孔改為腰形孔，以加大風(fēng)道底板散熱孔的面積（圖6）。

圖6 風(fēng)道底板原圓形孔改為腰形孔

設(shè)計(jì)時(shí)腰形散熱孔面積不宜過(guò)小，也不宜過(guò)大。過(guò)小還是起不到迅速帶走內(nèi)膽腔體外后部熱量的效果；過(guò)大散熱風(fēng)機(jī)的散熱風(fēng)量有限，內(nèi)膽腔體外后部散熱的風(fēng)量大了，其他地方散熱風(fēng)量勢(shì)必就會(huì)減少，從而引起機(jī)體內(nèi)其他位置溫度過(guò)高。腰形散熱孔面積到底多少合適，需要進(jìn)一步仿真分析后才能確定[3]。

3 仿真分析

在取消側(cè)隔熱板、門組件裝飾框與第二層隔熱玻璃的前提下，將原風(fēng)道底板圓形通孔連通，改為長(zhǎng)條形腰形孔，再將長(zhǎng)條形腰形孔向散熱風(fēng)機(jī)的方向分別偏移5、8、10 mm，仿真分析各進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口風(fēng)量的數(shù)據(jù)變化，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 風(fēng)道系統(tǒng)優(yōu)化前仿真模擬分析結(jié)果

表2 風(fēng)道系統(tǒng)優(yōu)化后仿真模擬分析結(jié)果 單位：m3/h

通過(guò)仿真分析結(jié)果可以得出，將長(zhǎng)條形腰形孔向下偏移10 mm，進(jìn)風(fēng)口1的風(fēng)量由原來(lái)的7.948 m3/h提高到12.456 m3/h，提高率為56.7%，出風(fēng)口總風(fēng)量由原來(lái)的58.82 m3/h提高到59.58 m3/h，提高率為1.3%。因此，取消隔熱板、門組件裝飾框與第二層隔熱玻璃，對(duì)風(fēng)道系統(tǒng)的總進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量并沒(méi)形成多大的影響，甚至進(jìn)出風(fēng)情況還稍有改善。

4 溫升測(cè)試

溫升測(cè)試按照《家用和類似用途電器的安全第1部分 通用要求》（GB 4706.1—2005）進(jìn)行。通過(guò)優(yōu)化原有風(fēng)道系統(tǒng)，在撤去烤箱門第二層隔熱玻璃（從外起數(shù)）、裝飾框、左右兩個(gè)側(cè)隔熱板的前提下，新方案的溫升比優(yōu)化前的溫升整體高了1～10 ℃，但對(duì)于GB 4706.22—2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的門外玻璃可觸及表面60 K的溫升要求，還有10 ℃以上的余量，如表3所示，因此優(yōu)化風(fēng)道系統(tǒng)后的降本方案，符合《家用和類似用途電器的安全駐立式電灶、灶臺(tái)、烤箱及類似用途器具的特殊要求》（GB 4706.22—2008）的規(guī)定。

表3 新方案相比于更改前溫升測(cè)試對(duì)比 單位：K

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建模仿真分析以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，降低嵌入式蒸烤箱的表面溫升，不一定需要通過(guò)增加隔熱棉厚度、提高貫流風(fēng)機(jī)功率、增加隔熱板層數(shù)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)優(yōu)化嵌入式蒸烤箱的風(fēng)道系統(tǒng)，讓機(jī)體內(nèi)的熱空氣利用循環(huán)風(fēng)機(jī)快速抽取出去，將室溫的冷空氣順利吸取到機(jī)體內(nèi)部，形成有效的冷熱空氣交替循環(huán)，也能夠很好地起到降低嵌入式蒸烤箱表面溫升的作用；而且采用這種方法，在一定程度上能夠降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。