嵌入式蒸烤箱风道系统优化研究

引言

随着人们生活水平的不断提高,嵌入式蒸烤箱、烤炉、烤箱灶一体机等西式家电逐渐被人们所接受。作为一种通过加热方式烹饪食物的产品,嵌入式蒸烤箱表面温升一直是每个生产厂家需要解决的重要问题。针对这一问题,传统上通常采用增加隔热棉厚度、提高散热电机功率、增加隔热层层数等措施,往往盲目地增加了产品成本,因此为降低产品成本,提升产品核心竞争力,有必要摒弃传统方法,对嵌入式蒸烤箱表面温度进行控制,使之符合温升要求。鉴于此,首先对嵌入式蒸烤箱风道系统进行对标分析,然后对现有风道系统进行优化设计,再利用虚拟仿真手段确认最优方案,最终通过实际测试验证,确认减少相关零件后嵌入式蒸烤箱的表面温升也能符合安规《家用和类似用途电器的安全驻立式电灶、灶台、烤箱及类似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008)可触及表面的温升限值要求,实现了产品降本增效的目的。

1嵌入式蒸烤箱风道优化思路

通过与市场上的竞品进行对比评估,首先确认好初步的降本方案,然后通过模拟仿真的手段,在原产品模型的基础上,以少改模或尽量不改模为前提,提出新的风道系统设计方案并进行优化,得出最优方案后,再进行实际温升摸底测试,最终通过实验室的复测,确认降本优化后方案能够符合嵌入式蒸烤箱表面温升的要求,以实现产品降本增效的目的。

2风道优化具体实施方案

2.1侧隔热板取消

原机体外常温空气通过散热风机抽取,从侧隔热板与侧板之间的缝隙进入机体内部,侧隔热板与侧板之间的缝隙较小,这样就对机体外常温空气进入机体内部造成了一定的阻滞(图1)。

侧隔热板取消后,机体外的常温空气利用散热风机的抽取,可以直接进入机体内部,增大了进风口的面积,提高了散热的风量:另外,左右共2个侧隔热板在一定程度上提高了产品成本,取消侧隔热板后对产品的外观并不造成影响(图2),因此取消侧隔热板在一定程度上可以降低产品成本,提高产品市场竞争力,并改善产品的散热性能。

2.2第二层玻璃与装饰框取消

原装饰框主要用于优化整机的外观效果,第二层玻璃主要是用于隔热,防止蒸烤箱内胆腔体内的高温传递到最外层门玻璃(图3),给用户带来安全隐患。根据《家用和类似用途电器的安全驻立式电灶、灶台、烤箱及类似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008),最外层门玻璃的表面温升不能超过60K。

但加了装饰框与第二层玻璃也带来了一定的弊端,首先会增加门体的总体重量,缩短门较链的使用寿命,而且加了装饰框与第二层玻璃,会占据门体组件最外层门玻璃与最内层门玻璃之间的空间,阻滞常温空气从下往上进入机体内部,使机体内的温度升高。

取消装饰框后对整机的外观并不会造成很大的影响,第二层玻璃的取消可能会导致最外层门玻璃表面温度升高,但机体外常温空气从下往上进入机体更加通畅,也能带走门体组件内部一定的热量,取消装饰框与第二层玻璃可以很大程度上降低产品的成本(图4)。

2.3风道组件进风口的优化

内胆腔体外后部的高温热量经风道底板上的孔通过散热风机抽取(图5),排到机体外,以减少内胆腔体外后部温度对电子元器件的损伤。

原内胆腔体外后部通过风道底板的圆形孔与风道组件、散热风机散热。风道底板的圆形孔面积较小,不利于内胆腔体外后部的高温散热,因此将风道底板的圆形孔改为腰形孔,以加大风道底板散热孔的面积(图6)。

设计时腰形散热孔面积不宜过小,也不宜过大。过小还是起不到迅速带走内胆腔体外后部热量的效果;过大散热风机的散热风量有限,内胆腔体外后部散热的风量大了,其他地方散热风量势必就会减少,从而引起机体内其他位置温度过高。腰形散热孔面积到底多少合适,需要进一步仿真分析后才能确定。

3仿真分析

在取消侧隔热板、门组件装饰框与第二层隔热玻璃的前提下,将原风道底板圆形通孔连通,改为长条形腰形孔,再将长条形腰形孔向散热风机的方向分别偏移5、8、10mm,仿真分析各进风口与出风口风量的数据变化,结果如表1、表2所示。

通过仿真分析结果可以得出,将长条形腰形孔向下偏移10mm,进风口1的风量由原来的7.948m3/h提高到12.456m3/h,提高率为56.7%,出风口总风量由原来的58.82m3/h提高到59.58m3/h,提高率为1.3%。因此,取消隔热板、门组件装饰框与第二层隔热玻璃,对风道系统的总进风量与排风量并没形成多大的影响,甚至进出风情况还稍有改善。

4温升测试

温升测试按照《家用和类似用途电器的安全第1部分通用要求》(GB4706.1一2005)进行。通过优化原有风道系统,在撤去烤箱门第二层隔热玻璃(从外起数)、装饰框、左右两个侧隔热板的前提下,新方案的温升比优化前的温升整体高了1~10℃,但对于GB4706.22一2008标准规定的门外玻璃可触及表面60K的温升要求,还有10℃以上的余量,如表3所示,因此优化风道系统后的降本方案,符合《家用和类似用途电器的安全驻立式电灶、灶台、烤箱及类似用途器具的特殊要求》(GB4706.22一2008)的规定。

5结语

本文通过建模仿真分析以及实验测试数据表明,降低嵌入式蒸烤箱的表面温升,不一定需要通过增加隔热棉厚度、提高贯流风机功率、增加隔热板层数等方法来实现。通过优化嵌入式蒸烤箱的风道系统,让机体内的热空气利用循环风机快速抽取出去,将室温的冷空气顺利吸取到机体内部,形成有效的冷热空气交替循环,也能够很好地起到降低嵌入式蒸烤箱表面温升的作用:而且采用这种方法,在一定程度上能够降低产品成本,提高产品的核心竞争力。