一种蒸汽挂烫机异音研究与优化设计

许金元，邱兆云，陈来星

（江苏莱克智能电器有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

随着人民生活质量提高，蒸汽挂烫机已广泛用于家庭生活中，已成为热销小家电产品之一[1]。目前市场上蒸汽挂烫机主要有两大类型普通蒸汽挂烫机和压力型蒸汽挂烫机。压力型蒸汽挂烫机其蒸汽压力大，但其零件多、成本高、工作时噪声巨大，且普通蒸汽压力也能满足正常用户家用要求，导致目前市场上普通蒸汽挂烫机是主流。然而普通蒸汽挂烫机存在一个缺陷，用户在熨烫衣物使用过程中，间断性地出现异音，用户体验感差。本文以品牌LEXY 某款普通蒸汽挂烫机为研究对象，通过对普通蒸汽挂烫机样机的实测结果进行分析研究，深入探讨了普通蒸汽挂烫机异音产生的原因。同时在原普通蒸汽挂烫机样机的基础上，优化设计出一种返水装置。此结构用于普通蒸汽挂烫机结构中，能大大缓解异音出现的频率，并且还能降低普通蒸汽挂烫机工作时的噪声。

1 普通蒸汽挂烫机结构和原理

蒸汽挂烫机目前有不少学者对其进行研究，学者许小侠和李孟沂提出蒸汽挂烫机的四个设计原则为简洁性、易用性、美观性、舒适性[2]。文献[3]设计一种可收纳到蒸汽挂烫机机体内的支撑杆，便于蒸汽挂烫机不工作时的储存。学者谢质从基础性功能和结构主义角度研究，提出整机结构稳定性布局[4]。然而纵观目前市场，普通蒸汽挂烫机结构主要由挂烫机机器主体、蒸汽喷头、蒸汽导管、可伸缩支撑杆、熨衣板或衣裤架等组成[5]。机器主体作用为产生高温蒸汽；蒸汽喷头作用为释放高温蒸汽熨烫衣物；蒸汽导管作用为传递高温蒸汽；可伸缩支撑杆作用为调整挂烫机的高度，方便不同身高用户使用；熨衣板为衣物熨烫提供一个支撑。

机器主体为普通蒸汽挂烫机“心脏”，由蒸汽发热器、水箱和主体支撑体（通常称为机壳）三个部分组成，机壳与蒸汽发热器之间有一个硅胶连接管连接，如图1 所示。其中水箱用于储存常温水源；蒸汽发热器用于产生高温蒸汽，是通过蒸汽发热器内发热体对蒸汽发热器的水加热至沸腾，从而产生高温蒸汽；机壳用于支撑固定蒸汽发热器、水箱、可伸缩支撑杆等。

图1 蒸汽挂烫机主体结构

普通蒸汽挂烫机利用连通器原理，当注满水的水箱放置机壳上，水箱上单向阀受力打开，在大气压的作用下，水箱中的水通过连接管流向蒸汽发热器中，如图1 所示。蒸汽发热器把流入的水汽化为高压蒸气，并经过蒸汽导管和蒸汽喷头喷出。高温蒸气对衣物表面进行杀菌、除皱。

2 挂烫机异音来源

用普通蒸汽挂烫机熨烫衣物时，由于蒸汽导管长，用户熨烫过程中蒸汽导管频繁出现弯曲；且用户熨烫过程中习惯用蒸汽喷头“压”衣物，导致蒸汽喷头紧贴在衣服表面。经深入反复研究发现，这两种情况容易阻碍高温蒸汽的流动，导致高温蒸气出汽不顺畅，不能通过蒸汽喷头完全释放出，部分高温蒸汽向蒸汽发热器逆流，与流向蒸汽发热器中的水产生撞击，从而产生冲击的异音。当蒸汽发热器腔体中的高温蒸汽累积达到一定程度，甚至会挤压蒸汽发热器腔体中滚烫的热水逆流，滚烫的热水从机器主体中溢出，存在一定的安全隐患。另外，蒸汽导管弯曲和蒸汽喷头堵住时间稍长时，蒸汽发热器腔体内可能因无法及时有水流入，而无法产生高温蒸汽，出现短时间蒸汽喷头无高温蒸汽喷出，这些现象是目前市场上普通蒸汽挂烫机的“通病”。

3 缓解异音方案及验证

3.1 返水装置结构

针对蒸汽导管弯曲或蒸汽喷头堵住易引发异音问题，有学者通过研究改变蒸汽导管的材料特性，来改善汽管的抗弯强度，降低蒸汽导管出现弯曲的概率[6]。但从用户使用舒适角度出发，蒸汽导管刚性太强，用户熨烫衣物时体验感差。因此，利用逆向工程思维对样机进行探索分析，提出了一种返水装置设计。此返水装置结构原理是杜绝蒸汽发热器腔体中高温蒸汽向水箱处逆流。此返水装置结构设计在水箱与蒸汽发热器之间，替代常用结构连接管，如图2 所示。

图2 带返水装置的蒸汽挂烫机主体结构

返水装置结构主要由三通盒、三通盒密封圈、摆片支架、摆片支架密封圈、摆片、摆片密封片、平衡气压管（即硅胶气管）、旋钮等组成[7]。通过摆片和摆片密封圈把返水装置结构分为内腔和外腔，如图3 所示。返水装置结构外腔与水箱连接，返水装置结构内腔部分与蒸汽发热器连接。且返水装置结构内腔与平衡气压管一端连接，其位置靠近三通盒的端口处；平衡气压管另一端与蒸汽发热器连接，其位置约在蒸汽发热器中间位置，如图2 所示。其目的在于防止滚烫的热水飞溅进入平衡气压管中，堵住平衡气压管。

图3 返水装置结构

3.2 返水装置工作原理

当蒸汽导管弯曲或喷头出汽口被堵住时，蒸汽发热器中高温蒸气逆流，摆片受到高温蒸汽的推力瞬间转动至返水装置外腔出水口处，摆平上的摆片密封片与三通盒外腔出水口紧贴，如图3 所示。由于摆片密封片采用硬度低，厚度薄且耐高温的硅胶材质，能完全堵住返水装置外腔出水口，让返水装置的内腔与外腔完全隔开，阻挡水箱的水持续流向蒸汽发热器，避免高温蒸汽与流入蒸汽发热器撞击产生异音。同时还阻挡蒸汽发热器中热水逆流从机器主体中溢出。

当蒸汽喷头能释放蒸汽时，内腔中的气压变小，摆片和摆平密封片在自身的重力和来自外腔水的推力作用下，旋转摆动远离返水装置外腔出水口，返水装置的内腔与外腔连通，水箱中的水经过返水装置，继续流向蒸汽发生器。

普通蒸汽挂烫机的蒸汽发热器时间久容易产生水垢，需要通过醋水对其进行浸泡除垢。返水装置中设计旋钮，在打开旋钮情况下，方便蒸汽发热器中浸泡后的废水排出。

3.3 腔体气压平衡设计

若蒸汽导管弯曲或蒸汽喷头堵住时间稍微长一些（如1 min），蒸汽发热器中持续产生蒸汽气压过大，返水装置内腔中的存储水不能流入蒸汽发热器中，蒸汽发热器无水干烧，其干烧保护元器件温控器跳动。当蒸汽喷头能释放蒸汽时，因蒸汽发热器中无水，往其注水需要时间，蒸汽发热器加热水也需要时间，及温控器恢复更需要较长时间，从而导致蒸汽喷头出现一段时间无蒸汽喷出，用户体验感差，甚至用户误以为机器有故障。

为了解决此问题，设计一根硅胶气管，连接三通盒内腔和蒸汽发热器，如图2 所示。让返水装置内腔与蒸汽发热器内腔气压存在动态平衡，两内腔内的液体水平面始终处于同一水平线。当蒸汽喷头能释放蒸汽时，蒸汽发热器能快速继续工作产生蒸汽。

当然，蒸汽导管弯曲或蒸汽喷头堵住时间过长，两腔体内均无水，仍然会出现蒸汽喷头能释放蒸汽时无蒸汽喷出，根据样机实测，出现此现象时间需要约5 min，用户正常熨烫过程中，蒸汽导管弯曲或蒸汽喷头堵住时间超过5 min 的概率极小，可是视为小概率事件。

3.4 测试验证

以品牌LEXY 某款普通蒸汽挂烫机为测试对象，并对样机结构优化设计，增加返水装置，对有无返水装置两类样机进行相关对比测试。即在标准静音房进行噪声测试和普通蒸汽挂烫机正常工作消耗一整水箱水（约40 min）异音出现的次数。通过对4 台样机实测，所得相关测试数据，如表1 所示。

表1 噪声和异音出现次数测试

通过表1 数据可知，2 台无返水装置的普通蒸汽挂烫机的平均噪声值为49.8 dB（A），用户熨烫过程中用完一整水箱水，异音出现的平均次数为4.5 次；2 台增加返水装置普通蒸汽挂烫机平均噪声值为46dB（A），用户熨烫过程中用完一整水箱水，异音出现的平均次数仅为0.5 次。故增加返水装置的普通蒸汽挂烫机，能明显改善蒸汽挂烫机异音出现的次数，同时能降低整机的噪声值约4 dB（A）。更重要的是目前市场上大部分普通蒸汽挂烫机的噪声值在50 dB（A）左右，可超过50 dB（A）的噪声会影响睡眠和休息。带有返水装置普通蒸汽挂烫机，能把其噪声值降至在46 dB（A）左右，让用户能真实的感受到普通蒸汽挂烫机的静音效果。提高了用户使用普通蒸汽挂烫机的体验感。此返水装置设计已用于品牌LEXY 普通蒸汽挂烫机中，提升了普通蒸汽挂烫机在市场上的竞争优势，为企业带来更多的经济效益，目前市场反馈效果较理想。

4 结语

在普通蒸汽挂烫机原水箱与蒸汽发热器之间增加一个返水装置结构，并在蒸汽发热器与返水装置结构之间设计一根硅胶平衡气管，让两者之间的腔体一直处于动态平衡状态。通过样机实测验证，能大大缓解异音出现的概率。同时能让整机的噪声值降低幅度约7.92%，给用户带来更舒适的体验感，为此类产品异音问题解决提供了一种新的方向，对新开发设计普通蒸汽挂烫机具有指导意义。