CN101151492A - 炊事炉灶的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体燃料便携式炉灶，其在设计上结构紧凑、制造简单，降低了烟尘的排放并且提供一个高的燃烧温度。主壳体(11)包括一个用于容纳燃烧用燃料的燃烧室(12)，和一个用来强制空气进入燃烧室的风扇(50)。一个可再充电电源(40)用来驱动风扇(50)，以及一个热电元件(31)给风扇和可再充电电源提供电力。在一个实施例中，热电元件还将过量的输出电力提供给一个与之连接的设备(D)，比如一个低压白光发射二极管，从而提供自身照明，使可再充电炉灶适于日落或者傍晚时的炊事。

Description

炊事炉灶的改进

技术领域

本发明涉及炊事炉灶，并尤其涉及可以燃烧固体燃料并利用强制对流来提高燃烧效率和减少污染的炊事炉灶。

背景技术

据估计，全世界约有25亿人燃烧木材作为炊事之用，其燃烧速度慢，效率低，并且导致大量的烟尘排放。每年都有许多人的死亡可能归因于这些烟尘的排放。另外，低效率的木材炉灶消耗了更多的天然森林资源，带来森林砍伐。

在本领域中已知的有利用风扇辅助的无烟木材炉灶，但是发明者研究表明这种现有技术的炊事炉灶存在大量弊端。这些弊端包括以下的一点或几点：(i)不可靠性，存在风扇烧毁的倾向；(ii)缺乏良好的加热控制；(iii)对于世界上欠发达地区和发展中地区来说不相称的制造费用；(iv)难以达到最佳的“无烟”性能，尤其是在炉灶的加热阶段；并且(v)对服务配件的需求，比如更换电池，这在世界上的偏远地区和欠发达地区不能理想地被使用。

US3868943公开了一种强制通风的、固体燃料便携式野营炉灶，包括一个电池供电的风扇，给燃烧室提供强制空气对流。风扇由电池供电，空气通过为预热空气而靠近燃烧室的通道被输送到燃烧室。GB2125160公开了一种具有空气室的炊事炉灶，其中通过自然对流或手动空气泵，或者两者的结合，将燃烧所用空气从炉灶外面送入空气室。GB2081888公开了一种固体燃料加热炉，电动机和风扇置于炉灶排烟通道内，通过位于炉灶顶部的热电偶驱动。US5544488公开了一种安装于热源外部的风扇，用于在房间中散布被热源加热的空气，该风扇由热源顶部的热电偶供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的高效低耗的燃用固体燃料的炉灶，克服现有技术中部分或者全部缺点。

依照一方面，本发明提供了一种固体燃料便携式炉灶，其包括：

一个燃烧室，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇，被设置为用以强制空气进入燃烧室；

一个可再充电电源用于驱动风扇，以及

一个热电元件，用于为风扇和可再充电电源提供电力。

依照另一方面，本发明提供了一种固体燃料便携式炉灶，其包括：

一个燃烧室，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇，包括一个电动机和一个位置靠近燃烧室的叶轮，被设置成用来强制空气进入燃烧室；

一个电源用于驱动风扇；以及

一个置于电动机和燃烧室之间的隔热罩，用于保护电动机免受燃烧室产生的热的影响。

依照另一方面，本发明提供了一种固体燃料便携式炉灶，其包括：

一个燃烧室，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇，被设置成用来强制空气进入燃烧室；以及

一个给风扇提供电力的热电元件，其具有接近燃烧室的第一有效表面和接受来自风扇的冷却气流的第二有效表面。

附图说明

现在以示例的方式并且参考附图对本发明的实施例进行阐述：

图1为适于炊事的高效便携式炉灶的透视图；

图2为图1所示炉灶的第一实施例内部结构的侧剖视图；

图3为图1所示炉灶的第二实施例内部结构的侧剖视图；

图4a-4d是图3炉灶的一系列的线路示意图，示出了如图3所示炉灶的不同运行模式；

图5为示出炉灶的另一个实施例的线路示意图，所述炉灶能够给一个设备提供过量的电力。

具体实施方式

参照图1，“无烟”炉灶10包括实质上呈圆筒形的壳体11，形成于壳体上部内的燃烧室12并具有通常开启的顶端15用作炊事表面。所述通常开启的顶端15包括一些支撑柱13或者类似物，用来在顶部支撑顶部的炊事器皿，比如平底锅。所述通常开启的顶端15可以至少部分地覆盖网丝、隔栅或者其它开启结构(未示出)用来进一步支撑炊事器皿，同时允许在向上的方向上有足够的散热。这里使用“无烟”一词表明，与不采用强制对流并因而燃烧温度明显较低的炉灶相比，对于任何给定的燃料，烟尘排放实质上有所减少。

壳体11包括一系列位于下部一端的用于空气进入的空气进口14，所述空气进口14用作经过燃烧室12强制对流，这将会在下面部分讲述。炉灶10可以有可拆卸的搬运把手(未示出)，其可以被连接于壳体11的支架上(同样未示出)。图1中还示出了进入燃烧室12的一系列上部空气出口16。

图2表示炉灶20第一实施例的内部布置。燃烧室12被一个内圆柱形容器21所限定，所述的内圆柱形容器21在燃烧室的垂直壁面上具有一系列下部空气出口22和一系列上部空气出口23。内部圆柱形腔室21与壳体11的垂直壁面之间形成环形空间，作为预热室。环形空间内有一空气分配器24，所述的空气分配器24优选地由一系列的圆柱形金属板24a组成，其具有穿孔肋条24b在板之间保持间隔布置以提供空气通道。金属板24a引导气流，并将热量反射回燃烧室12内，预热通过上端空气出口23进入燃烧室的空气，并且保证外壁11保持足够冷，使得在工作中能安全触碰外壁。圆柱形金属板通过一个支撑结构24c被保持在其位置上。

圆柱形容器21的底座包括隔热结构25，其作为隔热屏减少热量向壳体11的中间腔室26和下部腔室27的向下辐射。中间腔室26和下部腔室27由带孔29的壁面28分隔开。靠近孔29安装有一个薄型风扇50，其具有一个中心电动机52，和整体向外呈辐射状的叶片53形成的叶轮，用于引导空气通过孔29。中心电动机52优选地由另外的隔热罩元件51保护，所述的隔热罩元件51可以是由热反射材料制成的薄层，比如将铝箔包覆于电动机上。下部腔室27以壳体11为边界，其上包括空气进口14。

使用时，风扇50通过空气进口14吸入空气，将其吹过孔29进入中间腔室26。中间腔室26作为一个分布室，将空气送入环形空间和空气分配器24。空气从空气分配器24的板24a之间通过，加热空气并将其引导送入燃烧室12的下部和上部空气进口22，23。

隔热结构25实质上阻止了热量从燃烧室12的向下辐射，并且还通过空气分配器24内的反射板24a将热量沿径向反射回燃烧室12。进一步地或者作为替代方式，壳体11的内壁可以由高反射性的材料制成，或者包覆反射性材料以实现相同目的。因此，通过分配器24的空气会被燃烧室12内的热量预热。

图2这种设计的炉灶具有一个突出的优点，就是风扇50可以接近燃烧室12安装使得炉灶设计紧凑，采用非常廉价的电动机52，典型地具有塑料部件，通过具有隔热结构25和反射器51的隔热罩，可以保护风扇免受炉灶热量的影响。风扇叶片53或叶轮沿径向在电动机52的外侧，因此不会被热反射器51阻挡。风扇叶片也可以由热反射材料制成或者由热反射材料包覆，比如铝箔。

在一个实施例中，风扇50，包括一个1W的无刷直流风扇，由3-7V的电源驱动(未示出)，与5V的电动机兼容。在另一个实施例中，风扇是12V的，由8-14V的电源驱动，未示出。电源可以是从炉灶底部安装的内置电池，或者如果可用的话可以为外部电源。实验表明，炉灶11可以在4分钟烧开1升水，没有明显煤烟和烟尘，燃烧温度在1000℃以上。食物可以在较低电压范围内慢煮，或者在较高电压的范围内煮沸，因此提供较好的炊事控制。

图3表示炉灶30第二实施例的内部结构。燃烧室12、内圆柱形容器21、下部空气出口22、上部空气出口23、空气分配器24、隔热结构25、下部腔室27、壁面28、孔29和风扇50，这些部件的描述与图2相同。

中间腔室26提供有热电元件31，其第一有效表面紧靠在燃烧室12附近，其第二有效表面位于用来接收来自风扇50的冷却气流的位置。在图示的优选布置中，热电元件的第二有效表面与散热器装置32直接热结合或者形成散热器装置32的一部分，所述的散热器装置32是通过风扇被冷却的。热电元件的第一有效表面可以直接与燃烧室12的下表面或隔热结构25接触。热电元件31可以嵌入隔热结构25中以提高第一有效表面可以达到的温度。由于热电元件31和散热器32的隔热效果，在这个配置中可以不需要用于电动机52的单独的隔热罩。

热电元件31是任何可将热能转换为电能的设备，比如热电偶或者珀耳帖元件。这些热电元件通常是基于跨越位于第一和第二有效表面之间的设备的温度梯度而产生电压。热电元件给风扇50提供电力。使用时，风扇提供气流给散热器32、热电元件31和空气分配器24。采用这种方式，热电元件的第二有效表面保持在一个与另外的情况下相比实质上较低的温度，这一温度增加了元件的电力输出，并且因此增加了可得到的、进入燃烧室12的气流。

下部腔室27中还安装有一个电子控制单元33，这一位置使所述电子控制单元33被保护免受炉灶热的影响，该控制单元的功能现结合图4a-4d描述。

电子控制单元33包括一个可再充电电池40和一个被配置成用于操作炉灶的控制器41，优选的为四种可能的模式中的每一种。在优选的实施例中，根据感知到的操作状况，比如火焰的热量，电子控制单元适应于按自动顺序依次经过四种模式中每的一个。温度传感器(未示出)用于确定燃烧热，或者燃烧热可以从热电元件31的电输出导出。

在第一模式中，如图4a中所示标记为“启动”模式，当热电元件31没有(或者没有足够)电力时，可再充电电池40的电力用来驱动风扇50。在这种条件下，在炉灶启动阶段，在燃烧室12中燃烧的燃料可以非常迅速地达到理想的高温，大量地减少烟尘和其它污染物的排放。

第二模式，如图4b中所示标记为“充电”模式，当温度达到一个合适水平时触发。在第二模式中，燃烧室12中的燃料在足够的温度下燃烧，热电元件31有能力提供给风扇50用于维持燃烧室足够的强制对流所需的更多的电力，因此同时提供足够的电力给电池40充电。

第三模式，如图4c所示标记为“正常”模式，当电池回到满电状态的时候触发。在第三模式中，燃烧室12内的燃料在足够温度下燃烧，热电元件31至少提供足够的电力给风扇50以维持燃烧室12足够的强制对流。电池被充满，并且任何过量的电力通过稳压二极管53转移。

第四模式，如图4d所示标记为“冷却”模式，当温度下降，比如由于燃烧室内的燃料耗尽时触发。在第四模式中，风扇50不再需要用来维持已经结束的燃烧。在这个模式中，电池40被隔离，来自热电元件31的任何电力都被引导至风扇50简单地用于加速炉灶整体的冷却，但是电池40不放电。这样防止燃烧室的剩余热量在壳体11内聚集，并且防止潜在地损坏热电元件、风扇和电控制电路中的任何一个或多个。第四模式提供的加速冷却还有助于炉灶的便携性，保证炉灶安全的移动和携带，而不会有燃烧过快的危险。

可变电阻器或者其它控制器42被用来控制电动机的转速，从而控制炉灶的炊事温度。控制器41优选为一个直流-直流转换器，适用于提供足够高的电压以驱动风扇，同时提供稳定电压给电池充电，而不依靠热电元件31的供给电压。图4a-4d中温度、功率和电流的数值仅仅是以一个典型实施例用作说明。

在图3和图4的实施例中，可再充电电池在使用中优选为无镉和锂的碱性电池，其本身放电非常小。

图5示出了一个优选实施例的线路图，其中稳压二极管53被功率输出装置60、一个从直流电到直流电的DC-DC转换器62和一个电压比较器61代替。功率输出装置60的功率输出由热电元件31经过控制器41、提供给检测器61。如前所述，在操作的第三模式，燃烧室12中的燃料在足够的温度下燃烧，热电元件31至少能够提供给风扇50维持燃烧室12足够强制对流的电力。在这个“正常”模式中，电池40全充满，热电元件31产生的过量电力被引导给功率输出装置60。

比如，当电力足够的情况下，热电元件的电压上升至超过3V。电压检测器61检测到电压增加，使得DC-DC转换器62开始工作。DC-DC转换器在输出端62产生需要的电压(或电流)。DC-DC转换器被设置成产生足够的电力来将来自热电元件的电压降低到大约3V。标准电路措施(未示出)可以用来防止振荡。

在一个示例中，这个设备可以是一个合适的无线电设备。

在另一个示例中，这个设备可以是一个移动电话，它可以在炉灶工作的同时有效地被充电。在用于驱动或者充电设备的电源受限制的地方，这尤其有用。

在这些示例中，电压比较器保证输出端只获得过量的电力，使得风扇50和炉灶能够运行。

在一个更优选实施例中，设备(D)为以白光发射二极管(LED)的形式的发光元件。此设备的一个优点在于可以有效地调节电压，而无需比较器61和转换器62。因此，炉灶可以被提供有可拆分/再连接或者永久性固定(图5中未示出)的发光设备，其当炉灶达到操作的第三模式时会自动加电。

这尤其适用于日落或者傍晚时候的炊事，这也是这些炉灶经常使用的时候。尤其是，前述25亿使用燃烧木材炉灶的人正在这样做，由于他们没有接通电力(或者只有有限的接通电力)。当太阳落下时，炉灶加热并在第一和第二模式中循环。一旦它达到第三模式(比如，电池40充满电)，LED打开，发出一些有用的人造光。

实验中发现，碱性电池40的再充电需求与许多白光发射二极管和手提设备的驱动需求非常匹配。比如，热电元件31输出足够的电力在30mA的电流下驱动3.5V的白光LED。实际上，实验中还表明，在正常模式下产生的这些过量电力可以点亮5-10个这种类型的白光LED。

本领域技术人员很容易意识到热电元件产生的过量电力部分依靠于热电元件自身的规格。例如，取决于所设想的应用的功率或者充电需求，可以选择一个具有适合的较大的潜在功率输出的元件。

因此，炉灶还可以提供适于驱动或再充电设备的二级电源功能。

以上描述的这种炉灶设计中最显著的优点是充分地保护风扇免受直接热源的影响，所述的风扇使用了便宜的、大量生产的、具有塑料部件的电动机，即使风扇是被安装在燃烧室的附近，这使得炉灶的结构紧凑。这样的电动机页被证明是非常可靠的，并且设计寿命比较长。电动机在供气流中的位置意味着电动机可以自身冷却，并且也方便地被用于冷却热电元件的冷端。

其它实施例在意识上包括在随后的权利要求书的范围中。

Claims (24)

1.一种固体燃料便携式炉灶(30)，包括：

一个燃烧室(12)，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇(50)，被设置为用以强制空气进入该燃烧室；

一个可再充电电源(40)，用于驱动该风扇；以及

一个热电元件(31)，为该风扇和该可再充电电源提供电力。

2.如权利要求1所述的炉灶，其中，该风扇(50)包括一个电动机(52)和一个位置靠近该燃烧室的叶轮(53)，并且进一步包括一个置于该电动机和该燃烧室(12)之间的隔热罩(25，51)。

3.如权利要求2所述的炉灶，其中，该隔热罩是一个位于该电动机上的热反射材料的薄层。

4.如权利要求3所述的炉灶，其中，该隔热罩进一步包括置于该叶轮叶片上的热反射材料的薄层。

5.如权利要求1所述的炉灶，其中该热电元件(31)置于该燃烧室(12)和该风扇(50)之间，使得在使用中，该热电元件具有接近该燃烧室的第一有效表面和接受来自该风扇的冷却气流的第二有效表面。

6.如权利要求5所述的炉灶，进一步包括一个散热器(32)，其与该热电元件(31)的该第二有效表面热接触。

7.如权利要求1所述的炉灶，其中，该可再充电电源(40)是可再充电碱性电池。

8.如权利要求1所述的炉灶，进一步包括电子控制单元(33)，适用于当跨越该热电元件(31)的温度梯度不足以为该燃烧室(12)的强制对流提供足够的电力时，为该风扇(50)提供驱动电力。

9.如权利要求8所述的炉灶，其中，该电子控制单元(33)进一步适用于当跨越该热电元件(31)的温度梯度多于为该燃烧室(12)的强制对流提供的足够电力时，为该可再充电电源(40)提供充电。

10.如权利要求8所述的炉灶，其中，该电子控制单元(33)进一步适用于当跨越该热电元件(31)的温度梯度足够提供充电电力时，为该可再充电电源(40)提供充电。

11.如权利要求8所述的炉灶，其中，该电子控制单元(33)适用于自动顺序经过：第一模式，其中该可再充电电源(40)用于为驱动该风扇(50)提供电力；第二模式，其中该热电元件(31)用于为驱动该风扇和为该可再充电电池充电提供电力；第三模式，其中该热电元件(31)用于为驱动该风扇提供电力；以及第四模式，其中可再充电电源被隔离，来自该热电元件的任何可用电力用于驱动该风扇。

12.如权利要求1所述的炉灶，其中，该风扇(50)包括一个直流无刷电动机(52)和一个与其相连的叶轮(53)。

13.如权利要求12所述的炉灶，进一步包括一个DC-DC转换器(41)，适用于从该热电元件(31)的可变电压输出，提供足够的高电压用于驱动该风扇以及提供稳定的电压用于电池充电。

14.如权利要求1所述的炉灶，进一步包括电子控制单元(33)，适用于为该风扇(50)提供可变驱动电力来控制该炉灶内的燃烧温度。

15.如权利要求1所述的炉灶，进一步包括一个位置围绕该燃烧室的预热室，并提供从该风扇进入该燃烧室的气流传递，该预热室包括一个空气分配器(24)，其包括热反射器(24a)，适用于将来自该燃烧室(12)的热量反射回该燃烧室。

16.一种固体燃料便携式炉灶(20，30)，包括：

一个燃烧室(12)，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇(50)，包括一个电动机(52)和一个位置靠近该燃烧室的叶轮(53)，被设置为用以强制空气进入该燃烧室；

一个电源(40)，用于驱动该风扇；以及

一个隔热罩(25，51)，置于该电动机和该燃烧室之间，以保护该电动机免受来自该燃烧室的热量。

17.如权利要求16所述的炉灶，其中，该电动机(52)是一个无刷直流电动机。

18.如权利要求16所述的炉灶，进一步包括一个电子控制单元(33)，适用于为该风扇(50)提供可变驱动电力，以控制该炉灶内的燃烧温度。

19.一种固体燃料便携式炉灶(30)，包括：

一个燃烧室(12)，用于容纳燃烧用燃料；

一个风扇(50)，被设置为用以强制空气进入该燃烧室；以及

一个热电元件(31)，用于为该风扇提供电力，并且其具有接近该燃烧室的第一有效表面和接受来自该风扇的冷却气流的第二有效表面。

20.如权利要求1所述的炉灶，进一步包括功率输出装置(60)，并且其中该热电元件(31)用于为该风扇和该可再充电电源(40)提供电力，还通过该功率输出装置(60)为设备(D)提供电力。

21.如权利要求20所述的炉灶，其中，该功率输出装置进一步包括一个电压比较器(61)。

22.如权利要求21所述的炉灶，其中，该功率输出装置进一步包括一个转换器(62)。

23.如权利要求20，21或22所述的炉灶，其中，该设备还包括一个发光元件。

24.如权利要求23所述的炉灶，其中，该发光元件包括至少一个发光二极管。

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