浴霸设计中的一机多用

沈明

（杭州奥普卫厨科技有限公司，浙江杭州 310018）

0 前言

一机多用的理念是把本来要用多台设备，耗用多倍的制造设备的资源，合并而设计成一台设备，它能在达到相同目的的前提下，有效地节约资源。大到“电脑一机多用”，多个用户共用一个主机的CPU、内存、硬盘、驱动器等；小到多功能豆浆机，能打豆浆，也能打果汁、肉馅、粉末等。那么，一机多用的概念能否引入浴霸的设计中呢？

1 一机多用浴霸

现有中国家庭卫生间的诸多需求中会涉及三个功能；一是换气，把室内混沌的空气排至室外；二是加热，在冬季沐浴时把热源发出的热量吹至室内；三是吹风，在夏季方便或沐浴时吹出凉风。这三者使用了三种家用电器：一是换气扇；二是风暖加热器；三是凉风扇。仔细地分析一下这三种电器，我们发现有许多相似之处：都有一个电机；都有一个风轮；都有一个蜗壳（风道）；都有一个箱体等等。因此，这三种家用电器有可能合并在一起，成为一台家用电器[1]。问题是：采用什么方法去做？能达到实际效果吗？

2 双向风轮应用（一机二用）

利用离心风轮可正转也可反转的特性，配以双通风道，可以达到一机二用的目的，从而设计出一台换气、风暖的二功能浴霸，而这二个功能共用了一个电机、一个风轮、一个蜗壳、一个箱体。

2.1 工作原理

通常，离心风轮在蜗壳中转动，叶片就把从轴流方向引入的空气，延叶片切线方向送出，实现了空气的定向流动（见图1a），这时空气的流动是单通道的。为了达到空气的双通道流动，可把离心风轮设计成双向转动的：当离心风轮在蜗壳中正向转动时，空气延叶片切线方向送出，实现了空气的一个定向流动，流入A通道（见图1b）；当离心风轮在蜗壳中反向转动时，空气就向另一个切线方向流动，流入B通道（见图1c）。

2.2 产品设计概要

用“双向风轮技术”（见前述工作原理），在主箱体内设置一个蜗壳，里面配置风轮，并在外延设置二个通道，其中一个通道中增设加热元件，把这个通道定为取暖通道（见图2a），另外一个定为换气通道（见图2b）。

2.3 双向风轮设计

双向风轮是“双向风轮技术”的核心，它要具有离心风轮正向转动时的一般特性，也更要注重反向转动时的特性。因此，我们会从多个方面加以考虑。

2.3.1 采用机翼形的叶片

平板式的叶片出风量不大，双圆弧的叶片空气流动性不佳，而采用机翼形的叶片，结构可靠性大、噪声小、出风大，是较为理想的叶形（见图3）。

2.3.2 叶片间距设置是不相等的

我们知道：整齐步伐的行进队伍通过桥梁时由于相同频率的振幅几何叠加会引起共振，那么相同间距角度的叶片在旋转时发出的噪音也会在相同频率的振幅上叠加。因此，把叶片的间距角度设计成不相等时（见图4），空气流动的振幅强度将会分散在不同的频率上，从而改善人耳的不适感。

2.3.3 叶片的倾角适当加以减小

离心风轮的叶片倾角一般会大一点，但这样的叶片在反向转动时的出风量不大，因此叶片倾角要适当加以减小（见图5），设计时要综合考虑反向时的状况，使得正反向转动时均能达到一定的出风量。当然，不同的通道、不同的负载、以及不同的设计输入会带来不同的设计倾角，一切要看试验的结果，还有和蜗壳的配合状况。

2.4 蜗壳设计

蜗壳的设计是相对对称的，要求不严时也可按近似圆进行设计（见图6），该圆的直径是风轮直径的1.5~2.0倍上下，可视所设计产品允许尺寸及设计输入参数进行调整。蜗舌的园角可取R5～R10左右，园角小时风量会大点，园角大时风量会小点但相对噪声会小点，各有所取。蜗舌与风轮的间距可取6～10mm，间距小点风量会大点，间距大点风量会小点但相对噪声也会小点，可根据产品要求加以取舍。

2.4.1 双通风道设计

双向风轮已提供了两个方向的空气流动，那么，双通风道的作用就在于把这两股空气流导入不同的通道。取暖通道中设置有PTC加热元件，换气通道可按正常设计进行（见图9）。

2.4.2 整机产品（QTP918A）

一台“一机二用”浴霸基本设计完毕，型号定为QTP918A，该产品具有一个进风口，二个出风口（一个暖风，一个换气，）。当它被安装在家庭浴室中时，开启取暖开关：室内空气从进风口进入，通过管道从暖风口送出，沐浴区域被加热；开启换气开关：室内空气从进风口进入，通过管道直接排出室外。该产品的特点在于：一台浴霸共用了一个电机、一个风轮、一个蜗壳、一个箱体，实现了加热、换气二个功能（见图7）。

3 可转动风道应用（一机三用）

“双向风轮”是用风轮的正反向转动来解决了一机二用的问题，而“可转动风道”可以达到一机三用的目的，从而设计出一台换气、风暖、吹风的三功能浴霸。而这三个功能共用了一个电机、一个风轮、一个蜗壳、一个箱体。

3.1 工作原理（可转动风道技术）

设置一个圆形腔体，内部有一个可360度旋转的圆形风道，外部延圆周一圈设置着几个通道组件。当圆形风道停留在A位置时，“风”顺着A通道往外送出；停留在B位置时，“风”顺着B通道往外送出；同样，停留在C位置时，“风”顺着C通道往外送出（见图8）。由于圆形风道的出口只有一个，因此圆形风道停留在某个通道时，只有这个通道可以出风，其余二个通道是阻断的。

3.2 产品设计概要

采用“可转动风道技术”（见前述工作原理），在圆形腔体内设置一个可旋转的圆形风道，圆形腔体外圆周上设置三个通道，并在其中一个通道中增设加热元件，把这个通道定为取暖通道，其余二个定为换气、吹风通道（见图9）。

3.3 圆形风道设计

圆形风道是“可转动风道技术”的可转动部份，外形设计成为一个圆形柱体，内部由一个蜗壳和一个风轮组成（见图10a）。圆形风道可360度旋转，它的作用是把从离心风轮轴向吸入的空气延径向送入不同的通道中。

其中，蜗壳是按阿基米德螺旋线原理设计，曲线的曲率变化相同，风能在通道中顺畅流动，风的能量损失也最小（见图10b）。

3.4 通道组件设计

通道组件有二种（见图11）：一种是取暖通道组件，它在内部设置了PTC加热元件；另一种是出风通道组件，它是换气、吹风的通用出风组件。这二种通道组件的安装结构是相同的，根据不同的需求还可自由组合，如：取暖、换气、吹风；或换气、吹风、吹风；或取暖、取暖、换气等等。

3.5 圆形腔体设计

圆形腔体为产品的支撑主体（见图12），内部设有旋转的圆形风道及转动结构，外部可安装不同的通道组件，并设有产品安装构件。

其中，转动采用的是滑动结构，动力源是同步电机，定位控制元件是微动开关。当接通某功能电源时，圆形风道在同步电机的带动下产生转动，转到指定位置时微动开关切断电源，圆形风道停止转动，同时该功能开始工作，或取暖，或换气，或吹风。

3.6 整机产品（QTP1121A）

一台“一机三用”浴霸基本设计完毕，型号定为QTP1121A，该产品具有一个进风口，三个出风口（一个暖风，一个换气，一个吹风）。当它被安装在家庭浴室中时，开启取暖开关：室内空气从进风口进入，通过管道从暖风口送出，沐浴区域被加热；开启换气开关：室内空气从进风口进入，通过管道直接排出室外；开启吹风开关：室内空气从进风口进入，通过管道从吹风口吹出，沐浴或方便区域凉风习习。该产品的最大特点就是：一台浴霸共用了一个电机、一个风轮、一个蜗壳、一个箱体，实现了加热、换气、吹风三个功能（见图13）。

3.7 产品荣誉

型号QTP1121A的浴霸取名为“奥芯”系列产品，它是集加热、换气、吹风三功能为一体的新一代卫浴电器。它采用 “可转动风道” 技术，具有倡导环保、节约资源的重大意义。2010年9月在德国柏林消费电子展（IFA）中的马歇尔大厅，“奥芯系列”产品荣获2010年度中国家电创新奖的最高荣誉——“技术创新奖”。2010年6月在上海世博会上，“奥芯系列”产品被评为GMC全球巡展世博站——“中国最具创造力产品”。

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表2序号 测试点 初始温度 稳态温度 温升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 产品性能验证

QTP918A、QTP1121A浴霸产品研发完毕，能否达到预期的设计效果呢？我们来根据国家标准《GB/T22769-2008浴室电加热器具（浴霸）》[2]的规定进行热性能的测试吧。

4.1 浴霸标准试验室

根据GB/T22769-2008国家标准中规定的试验条件进行测试。

实测条件为：如图14所示。

试验室：长1.8m,宽1.8 m，高2.2 m；

初始温度：15℃；相对湿度：70%；

测试用板：长1.2m,宽1.2 m，厚20 mm漆有无光黑漆的胶合板；

测温点分布：Φ600 mm的圆周上均布四个点、圆心一个点；

测温仪器：热电偶。

4.2 浴霸标准要求

GB/T22769-2008国标第5.4.2.1条规定：“平均强制对流温升”不得小于表1的规定值Tmin。

表中规定：功率2000W的器具，平均强制对流温升不得＜15K。

4.3 强制对流温升试验

QTP918A热性能曲线图如图15a所示；QTP1121A热性能曲线图如图15b所示。

4.4 数据计算与对比

QTP918A平均温升＝32－15＝17.0K；QTP1121A平均温升＝33－15＝18.0K。见表2。

按国家标准规定，功率2000W的器具，平均强制对流温升不得＜15K，而产品QTP918A平均温升为17.0 K， QTP1121A平均温升为18.0 K，均达到国家标准的规定。

5 结论

与传统的节约观相比，新型节约观更是倡导对资源合理使用和充分利用的节约观，其实质是通过提高资源使用效益，从而来缓解资源短缺对经济发展的制约[3]。为此，本文将合理使用资源的“一机多用”概念引入浴霸的设计中，并且详细阐述了如何采用“双向风轮技术”来设计“一机两用”的QTP918A浴霸产品；以及采用“可转动风道技术”来设计“一机三用”的QTP1121A浴霸产品。该两款浴霸产品均达到了节约资源的目的，其热性能参数也达到了国家标准《GB/T22769-2008浴室电加热器具（浴霸）》的有关规定。

[1]《产品功能集成创新研究》林海 南京航空航天大学硕士学位论文[2]《GB/T22769-2008浴室电加热器具（浴霸）》

[3]《新型节约观研究》倪子君 青岛大学硕士学位论文