嵌入式蒸烤箱風(fēng)道系統(tǒng)優(yōu)化研究

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生產(chǎn)廠家需要解決的重要問題。針對這一問題,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)品核心競爭力,有必要摒棄傳統(tǒng)方法,對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,首先對嵌入式蒸烤箱風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行對標(biāo)分析,然后對現(xiàn)有風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,再利用虛擬仿真手段確認(rèn)最優(yōu)方案,最終通過實際測試驗證,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、烤箱及類似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008)可觸及表面的溫升限值要求,實現(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

通過與市場上的競品進(jìn)行對比評估,首先確認(rèn)好初步的降本方案,然后通過模擬仿真的手段,在原產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上,以少改模或盡量不改模為前提,提出新的風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計方案并進(jìn)行優(yōu)化,得出最優(yōu)方案后,再進(jìn)行實際溫升摸底測試,最終通過實驗室的復(fù)測,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,以實現(xiàn)產(chǎn)品降本增效的目的。

2風(fēng)道優(yōu)化具體實施方案

2.1側(cè)隔熱板取消

原機(jī)體外常溫空氣通過散熱風(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)。

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)品市場競爭力,并改善產(chǎn)品的散熱性能。

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、烤箱及類似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008),最外層門玻璃的表面溫升不能超過60K。

但加了裝飾框與第二層玻璃也帶來了一定的弊端,首先會增加門體的總體重量,縮短門較鏈的使用壽命,而且加了裝飾框與第二層玻璃,會占據(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。

取消裝飾框后對整機(jī)的外觀并不會造成很大的影響,第二層玻璃的取消可能會導(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)。

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)道底板上的孔通過散熱風(fēng)機(jī)抽取(圖5),排到機(jī)體外,以減少內(nèi)膽腔體外后部溫度對電子元器件的損傷。

原內(nèi)膽腔體外后部通過風(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)。

設(shè)計時腰形散熱孔面積不宜過小,也不宜過大。過小還是起不到迅速帶走內(nèi)膽腔體外后部熱量的效果;過大散熱風(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)量勢必就會減少,從而引起機(jī)體內(nèi)其他位置溫度過高。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,改為長條形腰形孔,再將長條形腰形孔向散熱風(fēng)機(jī)的方向分別偏移5、8、10mm,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。

通過仿真分析結(jié)果可以得出,將長條形腰形孔向下偏移10mm,進(jìn)風(fēng)口1的風(fēng)量由原來的7.948m3/h提高到12.456m3/h,提高率為56.7%,出風(fēng)口總風(fēng)量由原來的58.82m3/h提高到59.58m3/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,對風(fēng)道系統(tǒng)的總進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量并沒形成多大的影響,甚至進(jìn)出風(fēng)情況還稍有改善。

4溫升測試

溫升測試按照《家用和類似用途電器的安全第1部分通用要求》(GB4706.1一2005)進(jìn)行。通過優(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℃,但對于GB4706.22一2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的門外玻璃可觸及表面60K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、烤箱及類似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008)的規(guī)定。

5結(jié)語

本文通過建模仿真分析以及實驗測試數(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)等方法來實現(xiàn)。通過優(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)品的核心競爭力。