一種蒸汽掛燙機異音研究與優化設計

許金元，邱兆云，陳來星

（江蘇萊克智能電器有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著人民生活質量提高，蒸汽掛燙機已廣泛用于家庭生活中，已成為熱銷小家電產品之一[1]。目前市場上蒸汽掛燙機主要有兩大類型普通蒸汽掛燙機和壓力型蒸汽掛燙機。壓力型蒸汽掛燙機其蒸汽壓力大，但其零件多、成本高、工作時噪聲巨大，且普通蒸汽壓力也能滿足正常用戶家用要求，導致目前市場上普通蒸汽掛燙機是主流。然而普通蒸汽掛燙機存在一個缺陷，用戶在熨燙衣物使用過程中，間斷性地出現異音，用戶體驗感差。本文以品牌LEXY 某款普通蒸汽掛燙機為研究對象，通過對普通蒸汽掛燙機樣機的實測結果進行分析研究，深入探討了普通蒸汽掛燙機異音產生的原因。同時在原普通蒸汽掛燙機樣機的基礎上，優化設計出一種返水裝置。此結構用于普通蒸汽掛燙機結構中，能大大緩解異音出現的頻率，并且還能降低普通蒸汽掛燙機工作時的噪聲。

1 普通蒸汽掛燙機結構和原理

蒸汽掛燙機目前有不少學者對其進行研究，學者許小俠和李孟沂提出蒸汽掛燙機的四個設計原則為簡潔性、易用性、美觀性、舒適性[2]。文獻[3]設計一種可收納到蒸汽掛燙機機體內的支撐桿，便于蒸汽掛燙機不工作時的儲存。學者謝質從基礎性功能和結構主義角度研究，提出整機結構穩定性布局[4]。然而縱觀目前市場，普通蒸汽掛燙機結構主要由掛燙機機器主體、蒸汽噴頭、蒸汽導管、可伸縮支撐桿、熨衣板或衣褲架等組成[5]。機器主體作用為產生高溫蒸汽；蒸汽噴頭作用為釋放高溫蒸汽熨燙衣物；蒸汽導管作用為傳遞高溫蒸汽；可伸縮支撐桿作用為調整掛燙機的高度，方便不同身高用戶使用；熨衣板為衣物熨燙提供一個支撐。

機器主體為普通蒸汽掛燙機“心臟”，由蒸汽發熱器、水箱和主體支撐體（通常稱為機殼）三個部分組成，機殼與蒸汽發熱器之間有一個硅膠連接管連接，如圖1 所示。其中水箱用于儲存常溫水源；蒸汽發熱器用于產生高溫蒸汽，是通過蒸汽發熱器內發熱體對蒸汽發熱器的水加熱至沸騰，從而產生高溫蒸汽；機殼用于支撐固定蒸汽發熱器、水箱、可伸縮支撐桿等。

圖1 蒸汽掛燙機主體結構

普通蒸汽掛燙機利用連通器原理，當注滿水的水箱放置機殼上，水箱上單向閥受力打開，在大氣壓的作用下，水箱中的水通過連接管流向蒸汽發熱器中，如圖1 所示。蒸汽發熱器把流入的水汽化為高壓蒸氣，并經過蒸汽導管和蒸汽噴頭噴出。高溫蒸氣對衣物表面進行殺菌、除皺。

2 掛燙機異音來源

用普通蒸汽掛燙機熨燙衣物時，由于蒸汽導管長，用戶熨燙過程中蒸汽導管頻繁出現彎曲；且用戶熨燙過程中習慣用蒸汽噴頭“壓”衣物，導致蒸汽噴頭緊貼在衣服表面。經深入反復研究發現，這兩種情況容易阻礙高溫蒸汽的流動，導致高溫蒸氣出汽不順暢，不能通過蒸汽噴頭完全釋放出，部分高溫蒸汽向蒸汽發熱器逆流，與流向蒸汽發熱器中的水產生撞擊，從而產生沖擊的異音。當蒸汽發熱器腔體中的高溫蒸汽累積達到一定程度，甚至會擠壓蒸汽發熱器腔體中滾燙的熱水逆流，滾燙的熱水從機器主體中溢出，存在一定的安全隱患。另外，蒸汽導管彎曲和蒸汽噴頭堵住時間稍長時，蒸汽發熱器腔體內可能因無法及時有水流入，而無法產生高溫蒸汽，出現短時間蒸汽噴頭無高溫蒸汽噴出，這些現象是目前市場上普通蒸汽掛燙機的“通病”。

3 緩解異音方案及驗證

3.1 返水裝置結構

針對蒸汽導管彎曲或蒸汽噴頭堵住易引發異音問題，有學者通過研究改變蒸汽導管的材料特性，來改善汽管的抗彎強度，降低蒸汽導管出現彎曲的概率[6]。但從用戶使用舒適角度出發，蒸汽導管剛性太強，用戶熨燙衣物時體驗感差。因此，利用逆向工程思維對樣機進行探索分析，提出了一種返水裝置設計。此返水裝置結構原理是杜絕蒸汽發熱器腔體中高溫蒸汽向水箱處逆流。此返水裝置結構設計在水箱與蒸汽發熱器之間，替代常用結構連接管，如圖2 所示。

圖2 帶返水裝置的蒸汽掛燙機主體結構

返水裝置結構主要由三通盒、三通盒密封圈、擺片支架、擺片支架密封圈、擺片、擺片密封片、平衡氣壓管（即硅膠氣管）、旋鈕等組成[7]。通過擺片和擺片密封圈把返水裝置結構分為內腔和外腔，如圖3 所示。返水裝置結構外腔與水箱連接，返水裝置結構內腔部分與蒸汽發熱器連接。且返水裝置結構內腔與平衡氣壓管一端連接，其位置靠近三通盒的端口處；平衡氣壓管另一端與蒸汽發熱器連接，其位置約在蒸汽發熱器中間位置，如圖2 所示。其目的在于防止滾燙的熱水飛濺進入平衡氣壓管中，堵住平衡氣壓管。

圖3 返水裝置結構

3.2 返水裝置工作原理

當蒸汽導管彎曲或噴頭出汽口被堵住時，蒸汽發熱器中高溫蒸氣逆流，擺片受到高溫蒸汽的推力瞬間轉動至返水裝置外腔出水口處，擺平上的擺片密封片與三通盒外腔出水口緊貼，如圖3 所示。由于擺片密封片采用硬度低，厚度薄且耐高溫的硅膠材質，能完全堵住返水裝置外腔出水口，讓返水裝置的內腔與外腔完全隔開，阻擋水箱的水持續流向蒸汽發熱器，避免高溫蒸汽與流入蒸汽發熱器撞擊產生異音。同時還阻擋蒸汽發熱器中熱水逆流從機器主體中溢出。

當蒸汽噴頭能釋放蒸汽時，內腔中的氣壓變小，擺片和擺平密封片在自身的重力和來自外腔水的推力作用下，旋轉擺動遠離返水裝置外腔出水口，返水裝置的內腔與外腔連通，水箱中的水經過返水裝置，繼續流向蒸汽發生器。

普通蒸汽掛燙機的蒸汽發熱器時間久容易產生水垢，需要通過醋水對其進行浸泡除垢。返水裝置中設計旋鈕，在打開旋鈕情況下，方便蒸汽發熱器中浸泡后的廢水排出。

3.3 腔體氣壓平衡設計

若蒸汽導管彎曲或蒸汽噴頭堵住時間稍微長一些（如1 min），蒸汽發熱器中持續產生蒸汽氣壓過大，返水裝置內腔中的存儲水不能流入蒸汽發熱器中，蒸汽發熱器無水干燒，其干燒保護元器件溫控器跳動。當蒸汽噴頭能釋放蒸汽時，因蒸汽發熱器中無水，往其注水需要時間，蒸汽發熱器加熱水也需要時間，及溫控器恢復更需要較長時間，從而導致蒸汽噴頭出現一段時間無蒸汽噴出，用戶體驗感差，甚至用戶誤以為機器有故障。

為了解決此問題，設計一根硅膠氣管，連接三通盒內腔和蒸汽發熱器，如圖2 所示。讓返水裝置內腔與蒸汽發熱器內腔氣壓存在動態平衡，兩內腔內的液體水平面始終處于同一水平線。當蒸汽噴頭能釋放蒸汽時，蒸汽發熱器能快速繼續工作產生蒸汽。

當然，蒸汽導管彎曲或蒸汽噴頭堵住時間過長，兩腔體內均無水，仍然會出現蒸汽噴頭能釋放蒸汽時無蒸汽噴出，根據樣機實測，出現此現象時間需要約5 min，用戶正常熨燙過程中，蒸汽導管彎曲或蒸汽噴頭堵住時間超過5 min 的概率極小，可是視為小概率事件。

3.4 測試驗證

以品牌LEXY 某款普通蒸汽掛燙機為測試對象，并對樣機結構優化設計，增加返水裝置，對有無返水裝置兩類樣機進行相關對比測試。即在標準靜音房進行噪聲測試和普通蒸汽掛燙機正常工作消耗一整水箱水（約40 min）異音出現的次數。通過對4 臺樣機實測，所得相關測試數據，如表1 所示。

表1 噪聲和異音出現次數測試

通過表1 數據可知，2 臺無返水裝置的普通蒸汽掛燙機的平均噪聲值為49.8 dB（A），用戶熨燙過程中用完一整水箱水，異音出現的平均次數為4.5 次；2 臺增加返水裝置普通蒸汽掛燙機平均噪聲值為46dB（A），用戶熨燙過程中用完一整水箱水，異音出現的平均次數僅為0.5 次。故增加返水裝置的普通蒸汽掛燙機，能明顯改善蒸汽掛燙機異音出現的次數，同時能降低整機的噪聲值約4 dB（A）。更重要的是目前市場上大部分普通蒸汽掛燙機的噪聲值在50 dB（A）左右，可超過50 dB（A）的噪聲會影響睡眠和休息。帶有返水裝置普通蒸汽掛燙機，能把其噪聲值降至在46 dB（A）左右，讓用戶能真實的感受到普通蒸汽掛燙機的靜音效果。提高了用戶使用普通蒸汽掛燙機的體驗感。此返水裝置設計已用于品牌LEXY 普通蒸汽掛燙機中，提升了普通蒸汽掛燙機在市場上的競爭優勢，為企業帶來更多的經濟效益，目前市場反饋效果較理想。

4 結語

在普通蒸汽掛燙機原水箱與蒸汽發熱器之間增加一個返水裝置結構，并在蒸汽發熱器與返水裝置結構之間設計一根硅膠平衡氣管，讓兩者之間的腔體一直處于動態平衡狀態。通過樣機實測驗證，能大大緩解異音出現的概率。同時能讓整機的噪聲值降低幅度約7.92%，給用戶帶來更舒適的體驗感，為此類產品異音問題解決提供了一種新的方向，對新開發設計普通蒸汽掛燙機具有指導意義。