张煜圣
（广东万和新电气股份有限公司）
摘要：提出了一种通过封闭式腔体来保温隔热，并引导烟气回流，利用余热加热助燃空气。该燃气灶以多孔陶瓷在燃烧领域的应用原理为基础，控制烹饪过程中的空气供应，提高燃烧效率，将外层封闭隔热和内层燃烧导热的封闭燃烧系统集成一体化，完成烟气循环的过程，提高燃烧效率。
关键词：燃气灶；节能；保温隔热；烟气余热
目前市面上的燃气灶主要包括家用的双眼炉头燃气灶、集成灶、嵌入式燃气灶和饭堂常用的中餐灶、大锅灶等灶具。但无论是哪一种灶具设备都在燃烧方式上都难以兼顾散失热量保护和增加燃烧充分程度的优点。普通燃气灶工作时热量大量快速散失在空气中，燃烧效率较低，燃气消耗量大、浪费能源、污染环境。
一、燃气灶燃料利用率不足的主要原因
经过相关资料分析和经验考察，传统商用燃气炉灶燃料利用率相对不足，主要原因有以下几点：
1.燃烧不充分：受传统燃气灶结构和技术限制，灶具烹饪时燃气通常不能充分燃烧，约 10-15%的燃气未能完全燃烧，随燃烧后的烟气一同逸散到空气中；
2.热辐射和热传导的消耗过大：传统燃气灶通过火焰和锅底材料间的对流换热加热锅内物质，但火焰与锅底的接触面积小且受热时间短，大量的热量散失到周围的空间中。而且传统的灶台炉膛结构的导热系数较高，致使大部分热量以热传导的方式被灶体吸收。上述过程中逸散的热量占燃料热值的 10%-15%左右；
3.燃气灶工作时产生的较大比重的热损耗，是指燃气与空气在燃气灶内部混合燃烧时产生的热量不参与热交换而产生的热损失，其中烟气带走的热量占有很大一部分。
二、封闭式烟气余热回收利用的结构设计与特点
2.1 总体设计燃气灶通过采用耐火保温材料层和锅底来对燃烧中心进行封闭式处理，仅留下进风口和出风口，减少热量散失；灶心处则通过多孔陶瓷燃烧技术提高燃烧效率；并且通过热管回收烟气余热来对锅体进行传热导热，使受热均匀。
2.2 保温层材料选定经研究保温层选定为经阻燃处理的聚氨酯硬泡，该种材料保温效果极好，导热系数低，一般在 0.023W/m·k 以下，具有较好的隔绝热辐射能力。该种材料具有密度小、柔性好、耐老化、富有弹性、化学性能稳定等优良特性，因此保温层在加工工艺上的难度相对较小。吸水性极低、防水性好、加阻燃剂后耐燃烧性好的优良性能，有利于该装置在厨房这种多水环境下持久耐用。保温层材料的形状需要与传统锅底形状相贴合，以确保燃烧过程中的气密性和降低烹饪过程中的热量散失，因此保温层与锅底表面贴合处应具有一定的粗糙度，起到对铁锅的固定作用。
2.3 多孔陶瓷蓄热燃烧层内层多孔陶瓷层是用于提高燃气灶的燃烧效率的一种装置。这种多孔介质需要同时具备既耐高温、导热性能好的特性，多孔介质燃烧器有功率大、范围可调、安全稳定燃烧的特点。燃烧过程中，燃烧放出的热量首先以对流和少量的气体辐射形式传给多孔介质固体，多孔介质固体通过导热和辐射把热量传到上游的燃烧区域，再通过多孔陶瓷的导热性能把热量传到预热区，对预热区的预混燃烧气体进行预热，从而实现热量的回流，提高燃烧强度和稳定性。由于多孔陶瓷介质具有比表面积大、蓄热体积小、结构紧凑的特点，因此多孔陶瓷层还有一定的蓄热能力，能对灶心内部的余热进行短时间的保存，在燃烧过程中和燃烧结束后保存燃烧室内的余温，减少向外散发的热辐射。
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2.4 出风口余热回收装置在燃烧过程中，炉内气体在经过与燃烧热源接触以后排出炉内空腔（燃烧区）会带走部分热量，此时出气口排出气体温度高，当气体通过出气口时，高温气体通过热交换将烟气热量传导到热管上，热管另一端接储热管，储热管中的导热介质液起储热导热、延缓热量散失和均匀散热的作用。储热管中内层是与出风口相连的热管，外层含有导热液，热管的一端将热量传递至导热液时，导热液迅速升温，并在冷端锅壁旁放热，从而使灶具内壁受热与锅底相对均衡。
三、现有商用燃气灶节能技术列举
1.防空烧技术：
这是市面上比较常见技术，由检测、控制、执行三个部件构成，将锅置于炉圈上，位于炉圈部分的压力传感器可以检测到锅产生的重力，并发出信号给控制器，控制器通电高压脉冲点火器点火，当锅提起来，与炉圈上的压力传感器保持一段距离时，传感器发出停止信号给控制器，然后命令关闭燃料供气停止，燃烧器停止工作。依照这个工作顺序实现商用燃气灶无空烧情况，并使商用燃气灶在工状态下无空烧造成的浪费，生产厂家自称，该型号燃气灶可以节约的燃气。为操作者除去人工点火而造成的安全问题，减少操作者劳动强度并且降低空烧产生的热量，降低厨房温度、空烧噪音。
2.保温节能灶技术：
使用高硅氧制作的一种保温节能灶。其节能原理是鼓风机将室温空气吹入底部，进过与燃气混合燃烧，燃烧产生的热量与锅底进行对流换热，并经由所设计节能灶壁形成内壁辖射，热量折射辐射回锅底，在折线区域，加长了热交换时间，与其余热能一起进行重复对流传热。据测量估算，红外线热能回收率达到约90%，屏蔽约90%以上的红外线。进一步提高了隔热和节能效率。
3.节能圈技术：
目前市面上供应的商用燃气灶多为开放式燃烧，工作时，燃烧产生的火焰直接高于锅圈，超过炒锅高度，与锅底接触短暂，大量热量流失，而且，外流的火焰将锅把及锅铲加热，导致使用者操作不便。现有一种节能圈技术，所设计节能圈一共有4层，一共有凹凸装4层环状结构的用来遮挡火焰结构，以及保留火焰滞留空间，燃气在燃烧头燃烧，鼓风机带来的室温冷空气通过微孔吸收进入节能圈，而该产品蓄热使得冷空气变成热空气，提高助燃空气初始温度，燃烧后产生的髙温火焰进过锅底反射回第四层挡焰圈和火焰滞留室。燃烧产生的热量经过隔热、滞流、反射，对流传热至锅底从烟气排放孔排出。
4.空气预先混合技术：
根据意大利物理学家文丘里发明的“文丘里效应”设计。采用“后式混合型”。传统炉灶中，燃气从喷嘴中喷出后与空气没有达到充分混合，导致燃烧不充分，部分燃气直接被排出导致燃气浪费，空气预混技术指的是在空气和燃气在两个箱体内经过两次混合，混合好后经过燃气嘴喷出，所以燃气与空气得到充分预混，燃烧得到充分发挥，减少浪费，增大燃烧值。工作效率得到提高，使用成本得到降低。
结束语
1从技术层面上考虑，利用空气预先混合技术，结合合理的电路及结构设计，易达到持续高效燃烧的效果；采用多孔陶瓷隔热畜热技术、热管余热回收技术、节能圈技术，实现热能回收，提高灶具热效率。
2 从实用性能层面上考虑，在目前的家居及餐饮行业中，大部分在用炉灶燃烧器的结构不合理、热效率低、浪费能源、污染环境等缺点明显。而封闭式燃气灶因为热效率高、改装成本低、加热稳定且可调控、烟气余热回收利用等优点可成为家居及餐饮店中可行的一种加热灶具设备。
3 从推广层面上考虑，该燃气灶使用方便、节能减排且加热稳定，具有一定的经济性，可在家庭、食堂和餐饮店等场所大范围推广，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]胡优生.自动节能环保安全燃气灶的设计与应用[J]. 机械制造. 2016（01）
[2]靳文杰.燃气灶检测重点项目分析与质量改进[J]. 城市燃气. 2014（08）
[3]赵建平.影响商用燃气灶热效率的主要因素及节能优化措施[J].中国标准化. 2018（14）
论文作者:张煜圣
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/14
标签：热量论文; 燃气灶论文; 多孔论文; 烟气论文; 燃气论文; 锅底论文; 余热论文; 《河南电力》2019年2期论文;