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      基于聲波震動的智能坐便器節(jié)能清洗技術(shù)*

      2020-12-17 09:53:50
      陶瓷 2020年10期
      關(guān)鍵詞:水花震動聲波

      王 棟

      (廈門優(yōu)勝衛(wèi)廚科技有限公司 福建 廈門 361000)

      智能坐便器,又名電子坐便器,一種用水洗替代了衛(wèi)生紙的電器,引發(fā)了一場衛(wèi)浴革命,經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,國內(nèi)家庭普及率已經(jīng)從2016年的0.5%上升到2019年的3.5% ,預計到2035年會達到10%。近幾年,隨著衛(wèi)浴節(jié)能減排國家標準深化執(zhí)行,我國智能坐便器產(chǎn)品將受到越來越多消費者認可,尤其是80、90后一代,他們追求品質(zhì)生活,進一步刺激智能坐便器市場需求。隨著國家對智能坐便器的標準的制定與發(fā)布,特別是坐便器水效等級及能效等級的劃分,都將促使智能坐便器向環(huán)保節(jié)能方向大力發(fā)展。

      作為智能坐便器最基本的清洗功能,是將一定流量的水加熱到合適水溫送達清洗部位,來達到清洗污物的目的。單位時間內(nèi)的清洗用的水量,即清洗的最大流量,除了是評判智能坐便器是否節(jié)水的依據(jù),還是清洗水在保證合適的水溫的情況下,對整機最大功率的一個考驗,目前產(chǎn)品動輒1 600 W以上,耗電量較大。同時,在衛(wèi)生間潮濕環(huán)境中,大功率電器的安全防護需求也更高。而如果只是簡單的降低清洗流量,將使清洗體驗、清潔效果等大大折扣。如何在保證清洗體驗和清潔效果不降低的情況下,還能降低智能坐便器的清洗流量,是一個很有意義的研究課題。筆者就是針對此課題,提出一種新的基于聲波震動技術(shù)的智能坐便器節(jié)能清洗技術(shù),可以將最大清洗流量降低1/3,整機功率也降低1/3,做到節(jié)水又節(jié)電的目的。

      1 清洗水相關(guān)標準

      《CBMF15-2019智能坐便器》中:

      6.2.4 清洗水流量的分級,一級:200 mL/min≤Q≤650 mL/min;

      6.2.5 清洗水量:節(jié)水型智能坐便器的清洗水總量不應大于500 mL;

      6.2.6 沖洗力的要求:臀洗清洗力最大值應達到0.06 N以上;

      6.2.7 清洗面積:不小于80 mm2;

      《GB/T 23131-2019》家用和類似用途電坐便器便座中:

      5.2.1清潔率:A級應大≥98.0%

      另外判斷清洗水體驗是否舒適,目前尚無明確標準,經(jīng)過大量實驗,特點如下:

      (1)流量越大,清洗水越舒適;

      (2)水花無規(guī)律的發(fā)散和凌亂會使體驗變差;

      (3)清洗面積越大,體驗越舒適。

      可以看出清洗水量與清潔效果和舒適度呈正比關(guān)系,大流量可以達到較好的清洗效果,但是流量與水效和能效呈反比的關(guān)系。

      2 市場技術(shù)情況

      目前市面上智能坐便器的清洗方式,一些較早的機型采用直噴水的方式,此種方案要滿足標準的要求,清洗流量需要做到800 mL/min甚至以上,導致整機最大功率高達2 000 W以上。而現(xiàn)在市面上大部分產(chǎn)品采用的是在水路里面增加空氣泵加壓混入空氣的方式,此方案可以有效地降低流量,但是比較有限,正常最大清洗流量可以到600 mL/min,最大功率達1 600 W以上。如果一味通過增加空氣壓力,來減小清洗水流量,會使得清洗力下降,同時清洗水花會發(fā)散凌亂,導致實際體驗不舒適。還有一種是采用脈沖泵的方案,將出水變?yōu)橛幸?guī)律的大顆粒脈沖水,此方式可有效將流量降低,但是因為成本和體積大等問題未能大量普及。

      3 清洗流量與功率的關(guān)系

      智能坐便器中提供溫水的電加熱器件的功率,主要和進、出水溫度及流量關(guān)系較大。進水溫度越低,要保證能加熱到設定的溫度,需要的加熱器件的功率越大。根據(jù)《CBMF15-2019智能坐便器》中測試條件:進水溫度15 ℃,即熱式智能坐便器的最高清洗水溫按40 ℃,加熱時間按照8S,根據(jù)加熱功率的計算公式:

      W=Q/60×c×(T2-T1)/η×n

      其中,W為功率;Q為清洗流量;C為水的比熱容;T1為進水溫度;T2為出水最高溫度;η為加熱轉(zhuǎn)換效率(按0.98) ;n為安全系數(shù)。

      計算得出清洗流量與平均功率及最大功率的關(guān)系,如表1所示。

      表1 不同清洗水流量下,對應加熱器的功率

      平均功率是按照標準測試條件進水溫度15 ℃來進行計算??紤]到北方大部分地區(qū)冬天自來水的溫度可能接近5 ℃,所以目前即熱式智能坐便器內(nèi)部的加熱器件的選型就需要按照最大功率來確定??梢钥吹饺绻蚜髁拷档偷?00mL/min,整機的最大功率可以降低到1 100 W,相比目前空氣泵的方案,可以將能耗降低將近1/3。

      4 技術(shù)原理及方案

      4.1 技術(shù)原理

      目前在清潔效果及體驗舒適度等條件約束下,要能降低清洗流量,把連續(xù)水流轉(zhuǎn)成脈沖水流,提高局部最大瞬時能量成為唯一選擇。目前市面有的脈沖水是把連續(xù)的水變?yōu)殚g斷的大顆粒的水珠,同時給水珠增加動能,都是在水流縱向上形成脈沖,稱之為縱向脈沖水,如圖1所示。滿足標準的同時,還能提供較舒適的體驗效果。

      圖1 縱向脈沖水

      4.2 技術(shù)方案

      筆者的方案是首先是將清洗的出水孔減小,流量降低到400 mL/min,內(nèi)部壓力將增大,出水速度會增加,出水的能量將會增加,對沖洗力有一個保證。同時再在出水口處增加頻率達到每分鐘1.2萬次的微型聲波震動馬達,使出水發(fā)生快速擺動,在水流的橫向上形成脈沖,稱之為橫向脈沖水。再配合噴管的移動按摩功能,就可以形成快速的正弦打點效果,迅速擴大清洗面積,形成一個高流速、大面積的水流。不但有高效的清潔效果,還有更大的清洗面積,同時由于聲波震動馬達的震動通過水流傳導到洗凈面,還會具有一定的按摩效果,提升清洗體驗。

      圖2為直噴水水花效果 、空氣泵水花效果 、聲波震動水花效果及對應水花打在洗凈面形狀圖,可以明顯看出聲波震動水花比空氣泵水花可以提供規(guī)則的脈沖水花效果和更大的清洗面積,從而提升清洗體驗。

      (a)直噴水水花效果

      (b)空氣泵水花效果

      (c)聲波震動水花效果

      5 結(jié)論

      通過實際驗證,對實際聲波震動脈沖水方案和空氣泵方案的清洗效果數(shù)據(jù)進行測試,數(shù)據(jù)如表2所示。

      表2 空氣泵方案和聲波震動脈沖水在不同流量下測試的清洗效果數(shù)據(jù)對比

      可以明顯看出,采用聲波震動脈沖水,在接近400 mL/min的情況下,清洗效果相關(guān)的測試參數(shù)可以達到和空氣泵接近的測試數(shù)據(jù),特別是清洗面積更是大于空氣泵的數(shù)據(jù)。

      由于增大了清洗面積,而且還使水花形成規(guī)則的脈沖水,同時由于聲波震動馬達的震動通過水流傳導到洗凈面,還會具有一定的按摩效果,因此清洗體驗得以提升了。筆者做了小范圍的體驗調(diào)研,實際結(jié)果上會優(yōu)于空氣泵技術(shù)。

      通過對常見智能坐便器清洗水的分析,創(chuàng)新性地提出了橫向脈沖水的方式,再通過聲波震動技術(shù)的應用,可以將最大清洗流量降低1/3,整機功率也降低1/3,實現(xiàn)智能坐便器節(jié)能清洗技術(shù)。在滿足標準要求下,有效降低了清洗流量,同時還擁有更高效的清潔效率和更舒適的體驗效果。較目前市場現(xiàn)有產(chǎn)品可以明顯的降低能耗,突破了制約智能坐便器產(chǎn)業(yè)向綠色節(jié)能發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),為我國傳統(tǒng)衛(wèi)浴產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展做出大的貢獻。

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