CN102022766B - 微积分动力低碳油烟机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种微积分动力低碳油烟机，包括排油烟风机、若干个吸油烟风机、风道，所述风道包括集中风道和若干个分支风道，所述分支风道的出风口与集中风道的入风口连接，所述排油烟风机设置在集中风道的出风口，所述吸油烟风机设置在分支风道的进风口，所述吸油烟风机下方的吸风口设置吸油烟风罩。本发明“微积分动力低碳油烟机”彻底摈弃COOKER？HOOD设计，根据中餐烹饪油烟的生成和运动机理，运用流体线性微积分方程计算分析出油烟的发生量与吸排油烟所需的最低能量消耗和最佳动力配置，颠覆传统油烟机的动力配置模式，实现高效低排、彻底排净油烟的目的。
Description
技术领域
本发明专利涉及厨房烹饪时所产生的油烟处理领域，特别是涉及利用流体微积分方程计算和分析油烟发生机理、油烟与空气混合过程和它们在烟道中的运动形态后，选用微型轴流风机通过同一风道并、串联联合工作和控制，实现彻底、高效、静音、安全地吸排油烟。
背景技术
油烟机作为吸排油烟的专用装置，其功能设计应立足于对油烟的发生、运动机理的研究的基础之上。然而，目前市场上的油烟机技术直接来自或改进于西餐厨房的换气装置(英文名称：COOKERHOOD)。本发明人利用在欧美工作期间，对COOKERHOOD和油烟运动机理进行了长达十余年的研究，COOKERHOOD安装在灶台正上方，吸风口距离灶台高度80-120厘米，承担的是换气扇的功能，主要用来排除西餐厨房的异味。COOKERHOOD电机转速较低，排风量小，噪音低。由于西餐厨房烹饪几乎不产生油烟，因此COOKERHOOD基本能满足西餐厨房换气除味的需要。而当COOKERHOOD引进到中餐厨房成了油烟机后，由于COOKERHOOD不是为排油烟专门设计，自然排油烟效果就达不到要求。于是一些厂商在COOKERHOOD的技术基础上加大排风量、降低安装高度、推出深罩式、侧吸式等油烟机，不论怎样改进，COOKERHOOD的技术基础没有实质性改变，也就是它的基本功能——换气装置功能没有改变。虽然油烟机在中餐厨房得到了普及，但它的功能缺失现实存在：1、排不净油烟；2、噪音大；3、能耗高等等。排除油烟需要原创技术，靠引进或仿制是不能彻底解决油烟污染问题的。
发明内容
本发明“微积分动力低碳油烟机”彻底摈弃COOKERHOOD设计，根据中餐烹饪油烟的生成和运动机理，运用流体线性微积分方程计算分析出油烟的发生量与吸排油烟所需的最低能量消耗和最佳动力配置，颠覆传统油烟机的动力配置模式，实现高效低排、彻底排净油烟的目的。
本发明是一种微积分动力低碳油烟机，包括排油烟风机、若干个吸油烟风机、风道，所述风道包括集中风道和若干个分支风道，所述分支风道的出风口与集中风道的入风口连接，所述排油烟风机设置在集中风道的出风口，所述吸油烟风机设置在分支风道的进风口，所述吸油烟风机下方的吸风口设置吸油烟风罩；吸油烟风罩由孔径10毫米，25*24个栅孔均匀的分布在栅板上；
所述吸油烟风机和排油烟风机的出风口设置主动力风门，风门马达与风机电机工作同步，风机工作，风门开启，风机停止工作，风门闭合；
所述分支风道内设置温度传感器；温度传感器检测到介质温度升高，则将信号传递给电磁断路器，电磁断路器断开电源，油烟机停止工作，风门闭合。
实验：
试验装置如图2所示。本试验装置所采用的吸油烟风机和排油烟风机均为广东松下环境系统有限公司生产的FV-20VH1风机(额定输入功率19W、排气量7.4立方米/分钟、工作噪声低于38db(A))，风机外形尺寸按试验装置设计尺寸要求进行了局部修正，修正不改变功能参数。除风机外，其它部件按图制作，所使用材料均为厚度0.5mm不锈钢薄板。试验器材：流量计1只、分贝仪1只、温度计1只、计时器1只、量筒1只(200m1)；调和食用油250ml、鲜辣椒500g。实验地点：模拟家用厨房实验室。实验装置油烟排向户外集中烟道。室内设置空调系统，灶台周围无明显侧风。温度：摄氏18+/-1℃；室外温度：摄氏31℃。设置吸风口中心距离炒锅出口高度35厘米。另外在同一实验室按说明书要求安装了一台欧式油烟机(标注参数：额定输入功率200W、最大排风量24立方米/分钟、工作噪声小于等于65分贝)，吸风口中心距离炒锅出口平面85厘米。
A、检查室内空调系统，恒定空调器工作参数，固定门窗开关状态，测得室内温度18℃；开启实验装置电源并开始计时，吸油烟风机和排油烟风机开始工作；装置运转5分钟后，测得吸风口流量5.67立方米/分钟、噪声38.5分贝。
B、点燃灶具，量取100ml食用油倒入炒锅中，待油温升至有明显油烟析出时，倒入事先准备好的250克含有一定水量的鲜辣椒片，翻炒辣椒，此时获得瞬时极大值废气(包含水蒸气、雾状油脂、油烟和燃烧尾气)流量；目测结果：油烟被全部吸入实验装置。测得吸风口流量6.01立方米/分钟、机体噪声39分贝。几乎嗅不到辣椒气味。
C、熄灭灶具，10分钟后锅口无油烟和热气溢出，测得吸风口流量5.75立方米/分钟，机体噪声38.3分贝。
D、装置连续运行时间至1小时，关闭电源。测得室内即时温度为20.2℃。
E、保持实验室环境状态，待实验室室内温度回复到18℃，接通欧式油烟机电源，启动高速档，同时开始计时。油烟机运转5分钟后，测得吸风口流量24.5立方米/分钟、噪声64分贝。
F、重复操作B步骤，目测大部分油烟被吸入油烟机，嗅到辣椒气味。测得吸风口流量24.3立方米/分钟、机体噪声66分贝。能嗅到辣椒气味。
G、熄灭灶具，油烟机连续运转至1小时，关闭油烟机。测得室内即时温度为24.2℃。
本发明的有益技术效果在于：
一、彻底排净油烟
本发明“微积分动力低碳油烟机”通过动力拆分，在不影响烹饪操作的前提下，吸油烟动力和吸风口
能最大限度接近烹饪废气发生点，废气一发生，就在吸油烟动力产生的负压区内，在废气未扩散与大量空气混合之前，被全部吸入进风道；与吸油烟动力串联的排油烟动力对进入风道的介质进一步作功并排除户外自然风和户外集中烟道压力对工作介质流动的影响，两个动力各司其职、分工合作，解决了传统油烟机吸排不能兼顾的难题，实现高效低排彻底排净油烟。
二、高效低排，节能、低碳效果显著
油烟机的性能高低不是由油烟机的功率和排风量的大小决定的，而是取决于油烟机的工作效率。实验表明，本发明“微积分动力低碳油烟机”排净油烟所需的流量为6.01立方米/分钟，普通油烟机所需的流量为24.5立方米/分钟，普通油烟机比本发明“微积分动力低碳油烟机”每小时多排放1109立方米，相对于本发明“微积分动力低碳油烟机”，1109立方米/小时为普通油烟机的无效排放。本发明“微积分动力低碳油烟机”工作效率比普通油烟机提高了近4倍；比较直接能耗，本发明“微积分动力低碳油烟机”的总动力38W，而传统油烟机动力为200W，这说明本发明“微积分动力低碳油烟机”能耗不到传统油烟机的20％。事实上，油烟机除了直接动力能耗，还有因为油烟机排风而损耗的环境能量。实验表明，在有空调的室内使用油烟机1小时后，室内温度有明显的提高，这说明，油烟机在排走了油烟的同时也排走一部分能量。以中国情况为例，南北纬度差大。通过调查，在南方年均有三个月需要空调制冷，在北方年均有三个月供暖。在制冷、供热时，室内温度为20℃，假设夏、冬季室内外温差平均为15℃，由实验获得的普通油烟机1109立方米/小时的无效排放量所造成的能量损失为：Q＝cmΔt＝1000J/(kg.℃)x1.205(kg/m3)x1109(m3/h)x15(℃)＝20045175焦耳/小时能量，大约5.56度电/小时(1度电的能量＝3600000焦耳)。每台油烟机按每年使用270天，1天工作1小时，普通油烟机比本发明“微积分动力低碳油烟机，，直接多耗能162W/小时x270天x1小时/天/1000W小时＝43.74度电，三个月制冷、供热期使用60天，每台普通油烟机每年无效排放所造成的能量损失相当于5.56x60＝333.6度电力；本发明“微积分动力低碳油烟机”年综合能耗比较普通油烟机少377.34度电；本发明“微积分动力低碳油烟机”的实际综合动力能耗为118.87度电/年只有普通油烟机的实际综合动力能耗496.83度电/年的24％。每台普通油烟机每年比本发明“微积分动力低碳油烟机”多耗能377.96度电，也就是使用本发明“微积分动力低碳油烟机”每台可节省377.96度电/年。
如果中国有两亿家庭使用油烟机，而将这些油烟机换成本发明“微积分动力低碳油烟机”，则每年可为国家节省相当于755.92亿度电能源，相当于减少使用3023.68万吨/年标准煤(生产1度电需0.4kg标准煤)，相当于减少排放7536.52万吨/年二氧化碳(生产1度电排放0.997kg二氧化碳)。
由以上初步分析，本发明“微积分动力低碳油烟机”节能显著，低碳概念名副其实，在全球大力提倡低碳经济的今天，本发明希望能为经济发展做出重大贡献。
三、真正静音
本发明“微积分动力低碳油烟机”由于采用微型串联动力，工作状态为低压高流量，产生的空气动力性噪声远远低于普通油烟机的噪声。实验检测表明，本发明“微积分动力低碳油烟机”的工作噪声低于40分贝，真正静音。彻底解决了油烟机工作高噪音的世界级难题，造福使用者。
四、止逆、防火，安全可靠
本发明“微积分动力低碳油烟机”的吸油烟风机和排油烟风机的出风口设置主动力风门，风门马达与风机电机工作同步，风机工作，风门开启，风机停止工作，风门闭合。通过双重风门阻隔，避免室外自然风或烟气通过油烟机烟道影响室内环境。由于油烟机所处的工况，油烟机内积淀大量容易燃烧的油脂，又由于紧邻灶台明火火源，被燃烧的可能性较高，甚至可能引发火灾。本发明“微积分动力低碳油烟机”在风道中设计了温度传感器，它与吸油烟风机和排油烟风机的动力风门、电磁断路器共同构成防火系统。当油烟机不工作时，风道被风门两端闭合，风道中的可燃油脂因空气不流通和缺氧，不会发生燃烧；当油烟机工作时，如果发生燃烧，温度传感器检测到介质温度升高，则将信号传递给电磁断路器，电磁断路器断开电源，油烟机停止工作，风门闭合，可阻止油烟机发生燃烧，避免因为使用油烟机而发生火灾的可能性。
附图说明
附图1示意本发明“微积分动力低碳油烟机”结构和主要部件之相对位置，以三视图展开，比例尺寸相对一致。图中标注出了主要部件名称和机体与锅灶墙壁间的相对位置。其中：
1机体2右吸风口3右吸油烟风机4右风门5左吸风口6左吸油烟风机7左风门8右分支风道9左分支风道10集中风道11排油烟风机12排风门13集油杯14照明灯15控制开关16工况参数显示屏17温度传感器57油烟空气混合气流。
附图2示意本发明“微积分动力低碳油烟机”原理试验机总图，表明组成该机的各部件和他们的相对位置；
a、吸油烟风罩；b、吸油烟风机总成；c、公共风道；d、风道接头；e、排油烟风机总成；f、排油烟管接头。
附图3示意附图2中标注a，为吸油烟风罩的结构三视图和外形尺寸标注。
附图4示意附图2中标注b，为吸油烟风机总成的结构三视图和外形尺寸标注。
附图5示意附图2中标注c，为公共风道的结构三视图和外形尺寸标注。
附图6示意附图2中标注d，为风道接头的结构三视图和外形尺寸标注。
附图7示意附图2中标注e，为排油烟风机总成的结构三视图和外形尺寸标注。
附图8示意附图2中标注f，为排油烟管接头的结构三视图和外形尺寸标注。
具体实施方式
实施例1：本发明的工作原理为：烹饪产生的油烟是油脂被加热汽化后形成的流体，油烟机的工作介质并不是纯油烟，它的主要成份为空气加废气(包含水蒸气、雾状油脂、油烟和灶具燃料燃烧形成的尾气)，油烟机的功能是排除废气。废气为流体，它生成后随即在空气中扩散和混合，扩散时间越长、运动行程越大，需要排放的容积就越大。通过检测，一般家庭中餐烹饪产生的绝对废气量平均不超过0.4m3/min；废气与空气混合后，以炊具出口平面为废气发生原点(零界点)，无侧风影响时，排净油烟、油烟机所需要的最小流量分别为：距离原点20厘米，流量为1.42m3/min；距离原点35厘米，流量为3.75m3/min；距离原点55厘米，流量为8.01m3/min；距离原点80厘米，流量为12.23m3/min；距离原点100厘米，流量为16.37m3/min。吸排油烟除上述流量外，还有一个重要因素就是有效负压区。所谓负压区是油烟机工作时从油烟机转子向外吸风口外侧形成一定的负压区域，吸油烟过程实际是负压做功过程。对油烟做功的负压区称之为有效负压区，只有进入有效负压区的油烟才会被吸净。运用流体微积分方程计算和实际检测，受大气压力影响和油烟机自身功率大小双重作用，油烟机有效负压区的范围一般为以油烟机转子中心为球心，以小于40厘米为半径，向吸风口外扩展的半球型区域。另外，户外空气流动和高层建筑的集中烟道正压力也影响着油烟机工作效率。在深入研究和分析影响油烟吸排的上述三大因素后，本发明“微积分动力低碳油烟机”将吸排油烟动力分解为吸油烟动力和排油烟动力，分别设置吸油烟风机和排油烟风机，通过共用集中风道串连接，形成优化吸排油烟系统。吸油烟动力尽量靠近废气发生点，其工作产生的负压区抑制废气在空气中扩散，废气一发生立即被吸油烟动力吸进风道，由于废气未扩散之前被吸走，吸净油烟所需流量相对较小，所需的吸油烟动力也相对较小。排油烟动力置于风道末端，通过对油烟空气混合气流57的中继做功，补偿油烟空气混合气流57在流经集中风道10时的压头损失同时平衡户外环境风力和高层住宅集中烟道压力对排油烟的影响。由右风门4、左风门7和排风门12和温度传感器17组成的防风、止逆、防火系统保证本发明安全可靠使用。本发明工作时，接通油烟机电源，分别按下控制开关15，右吸油烟风机3(或者左吸油烟风机6)、排油烟风机11开始工作，右吸油烟风机3(或者左吸油烟风机6)、排油烟风机11电机开始带动叶轮转动时，同步马达同时开启右风门4(左风门7)和排风门12，右吸油烟风机3(或者左吸油烟风机6)在靠近油烟发生的区域形成有效负压区，抑制油烟空气混合气流57扩散，同时将油烟空气混合气流57经右吸风口2(或左吸风口5)导流进入右吸油烟风机3(或者左吸油烟风机6)获得动能和压强，经右分支风道8(或左分支风道9)排入集中风道10，排油烟风机11工作，在集中风道10的末端形成新的负压区，使油烟空气混合气流57加速流向排油烟风机11，油烟空气混合气流57在11做功后获得更高的压强和流速，在平衡户外风力和多层住宅集中烟道压力阻力影响，保持排净油烟空气混合气流57所需的最低流量，最终使18彻底排到户外。关闭电源，右吸油烟风机3(或左吸油烟风机6)、排油烟风机11停止工作，右风门4、左风门7和排风门12同时闭合，右分支风道8、左分支风道9和集中风道10被封闭，户外空气和烟道中的废气不能通过本发明进入室内。如果发生燃烧，温度传感器17检测到温度急剧升高，则将信号传递到电源断路器，切断电源，右风门4、左风门7和排风门12关闭风道，使燃烧缺氧熄火，避免本发明使用发生火灾。
实施例2：本实施例中，吸油烟风机仅设置一台，吸油烟风机和排油烟风机直接通过风道连接，不需要设置分支风道。其他特征与实施例1相同，此处不再赘述。
Claims (1)
1.一种油烟机，其特征在于，包括排油烟风机、若干个吸油烟风机、风道，所述风道包括集中风道和若干个分支风道，所述分支风道的出风口与集中风道的入风口连接，所述排油烟风机设置在集中风道的出风口，所述吸油烟风机设置在分支风道的进风口，所述吸油烟风机下方的吸风口设置吸油烟风罩；吸油烟风罩由孔径10毫米，25*24个栅孔均匀的分布在栅板上；
所述吸油烟风机和排油烟风机的出风口设置主动力风门，风门马达与风机电机工作同步，风机工作，风门开启，风机停止工作，风门闭合；
所述分支风道内设置温度传感器；温度传感器检测到介质温度升高，则将信号传递给电磁断路器，电磁断路器断开电源，油烟机停止工作，风门闭合。
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