CN102759130A - 余热回收高效燃气灶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热回收高效燃气灶，在灶体(5)上设有与燃气管(7)配合供空气的热空气管(9)，在所述的灶体(5)的炉膛内设有罩住所述的燃气管(7)和所述的热空气管(9)的多孔陶瓷介质(6)形成燃烧室，所述的多孔陶瓷介质(6)的侧壁与所述的灶体(5)的炉膛侧壁之间形成有烟气回收通道(18)，锅具放置在炉膛口时能密封住炉膛口，在所述的灶体(5)内设有换热管(4)，所述的鼓风机(1)与所述的换热管(4)的空气入口连接，所述的换热管(4)的空气出口与所述的热空气管(9)连接，所述的换热管(4)的烟气入口与所述的烟气回收通道(18)连接，所述的换热管(4)的烟气出口连接有烟囱(3)。本发明是一种可有效提高炉灶的热效率、降低污染物排放、改善厨师的工作环境的余热回收高效燃气灶。

Description

余热回收高效燃气灶
技术领域
本发明涉及一种燃气灶，特别是涉及一种余热回收高效燃气灶。
背景技术
当前市场上所使用的商用燃气灶具，其燃烧方式依然采用传统的正压开放式燃烧方式，燃气燃烧过程中使得燃烧火焰及高温烟气直接外泄，从而使得燃气燃烧产生的热量只有一少部分被锅具利用，热利用效率极低。据统计，现有餐饮业灶具的平均热效率仅为20%，热量损失高达80%，造成了极大的能源浪费。导致目前燃气灶具热效率低的主要原因有以下几点：
(1)燃料不完全燃烧热损失大。餐饮行业灶具因受传统设计思想限制，其结构不支持燃气在空气中充分燃烧，使得燃气燃烧后形成大量不完全燃烧的高碳气体直接排入周围环境中。据调查数据显示，传统的灶具燃烧方式至少将导致10-15%左右的未完全燃烧的气体燃料被释放于周围环境中。
(2)热量损失严重。传统燃气灶主要是通过气体燃烧所产生的火焰与锅具底面接触以对流传热的方式将热量传递给锅具，再由加热的锅具将热量传递给食物。同时，燃气燃烧产生的火焰与锅具的接触面较小，大部分火焰以对流传热及辐射换热的方式将热量传递至周围环境中，且由于辐射传热量是温度的四次方，因此使得锅具有效利用热量仅为燃气燃烧所产生热量的20%左右。
(3)空烧现象非常普遍。空烧在餐饮服务行业中也称荒烧，出现这种现象的原因是由于中国菜肴烹饪工艺的特殊性，即厨师在出菜、刷锅时炉灶不能关火（使用长明火或者留火种），即使无工作状态，炉灶一直在燃烧，而这种现象将将造成10-15%左右的燃料被白白浪费。
(4)环境污染严重。传统灶具产生的环境污染包括两个方面：一是由于未完全燃烧的燃气释放与周围环境中将照成大气污染；二是由于传统灶具燃烧时使用鼓风机来为燃气燃烧提供大量氧气，因而造成较为严重的噪声污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效提高炉灶的热效率、降低污染物排放的余热回收高效燃气灶。
为了解决上述技术问题，本发明提供的余热回收高效燃气灶，包括灶体、鼓风机和燃气管，在所述的灶体上设有与所述的燃气管配合供空气的热空气管，在所述的灶体的炉膛内设有罩住所述的燃气管和所述的热空气管的多孔陶瓷介质形成燃烧室，所述的多孔陶瓷介质的侧壁与所述的灶体的炉膛侧壁之间形成有烟气回收通道，锅具放置在炉膛口时能密封住炉膛口，在所述的灶体内设有换热管，所述的鼓风机与所述的换热管的空气入口连接，所述的换热管的空气出口与所述的热空气管连接，所述的热空气管上设有热空气调节阀，所述的换热管的烟气入口与所述的烟气回收通道连接，所述的换热管的烟气出口连接有烟囱，所述的烟囱上设有烟气调节阀。
所述的烟囱的高度能使将燃烧室内的负压控制在3～5mm水柱。
所述的燃气管与所述的热空气管同轴设置，所述的热空气管的空气出口为设在所述的热空气管上的轴向空气出口，所述的燃气管的燃气出口为设在所述的燃气管上的径向燃气出口。
采用上述技术方案的余热回收高效燃气灶，常温空气经鼓风机进入换热器，在换热器中与热烟气进行换热后变成热空气，然后热空气由炉灶底部均匀地进入燃烧室内，并与燃气横向充分混合。混合后的气体着火燃烧并进入其上部的多孔陶瓷介质，并在多孔陶瓷介质中边流动、边燃烧、边加热多孔陶瓷介质。被加热的高温多孔陶瓷介质与离开多孔陶瓷介质的高温烟气同时与锅具的锅底同时发生强辐射与对流换热。发生热交换后的烟气在烟囱自拨力的作用下进入换热器，将烟气热量传递给燃烧用的空气，而空气被加热后进入燃烧室与燃气混合而燃烧。
显然，这种结构的燃气灶与传统的燃气灶相比，可极大地的提高燃烧效率与热利用效率。本发明在燃气灶中增设了换热器，其主要作用是利用燃气燃烧排放的热烟气与进入炉灶的常温空气进行热交换，一方面降低了烟气的排烟温度，另一方面又提高了热空气的温度，在提高热利用率的同时，还可有效提高燃料的燃烧效率。空气/燃气高效横向混合燃烧技术，提高了燃气的燃烧效率。本发明在燃气燃气管出口上部采用多孔陶瓷介质，具有燃烧效率高、污染物排放低的优点，同时，兼有燃气管体积小、结构紧凑、负荷调节范围广、燃烧稳定及低噪声等优点，能广泛地应用于商用炉灶、家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和各种各样的民用和工业生产过程中。
传统的燃烧技术是以自由火焰为特征的，其燃烧不可避免地会有温度分布不均、燃烧区域狭小、污染物排放严重等缺点，而这全归因于气体的导热性能和辐射性能较差。相对于自由火焰为特征的预混燃烧方式来说，多孔陶瓷介质中的预混燃烧方式是一项燃烧途径完全不同的燃烧技术，是一种新颖、独特的燃烧方式，它使气体混合物在一种耐高温与导热性能好的多孔陶瓷介质里组织燃烧。空气与燃气的混合气体首先进入预热，然后再进入燃烧室充分燃烧。在燃烧的过程中，区别于传统炉灶的对流传热，增加了多孔陶瓷介质的燃气炉灶的主要传热方式为辐射传热。
综上所述，本发明是一种可有效提高炉灶的热效率、降低污染物排放、改善厨师的工作环境的余热回收高效燃气灶。
附图说明
图1是余热回收高效燃气灶结构图。
图2是空气/燃气高效横向混合燃烧示意图。
图3是沿图2中C-C线剖示图。
图4是多孔陶瓷介质结构示意图。
图5是多孔陶瓷介质结构俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1、图2、图3、图4和图5，灶体5的底部设有底部支撑钢柱13，灶体5上设有炉膛，炉膛从内向外依次设有耐火层17、隔热层16、保温层15，炉膛内设有燃气管7，在灶体5上设有与燃气管7配合供空气的热空气管9，燃气管7与热空气管9同轴设置，热空气管9的空气出口为设在热空气管9上的轴向空气出口8，燃气管7的燃气出口为设在燃气管7上的径向燃气出口71，燃气管7上设有燃气调节阀11和流量计12，在灶体5的炉膛内设有罩住燃气管7和热空气管9的多孔陶瓷介质6形成燃烧室，多孔陶瓷介质6的侧壁与灶体5的炉膛侧壁之间形成有烟气回收通道18，锅具19放置在炉膛口时能密封住炉膛口，在灶体5内设有换热管4，鼓风机1与换热管4的空气入口连接，换热管4的空气出口与热空气管9连接，热空气管9上设有热空气调节阀10，热空气管9包裹有热空气管保温层14，换热管4的烟气入口与烟气回收通道18连接，换热管4的烟气出口连接有烟囱3，烟囱3上设有烟气调节阀2，烟囱3的高度能使将燃烧室内的负压控制在3～5mm水柱。
参见图1、图2、图3、图4和图5，根据传统商用燃气灶的外形，设计出一种具有余热回收功能的高效率商用燃气炉灶，常温空气经鼓风机进入换热器，在换热器中与热烟气进行换热后变成热空气，然后热空气由炉灶底部均匀地进入燃烧室内，并与燃气横向充分混合。混合后的气体着火燃烧并进入其上部的多孔陶瓷介质，并在多孔陶瓷介质中边流动、边燃烧、边加热多孔陶瓷介质。被加热的高温多孔陶瓷介质与离开多孔陶瓷介质的高温烟气同时与锅具的锅底同时发生强辐射与对流换热。发生热交换后的烟气在烟囱自拨力的作用下进入换热器，将烟气热量传递给燃烧用的空气，而空气被加热后进入燃烧室与燃气混合而燃烧。由于烟囱的管内烟气温度高于高空中的常温空气而存在压力差，这种因压差而产生的自拔力将会引导完成热交换后的烟气顺利排出。
显然，这种结构的燃气灶与传统的燃气灶相比，可极大地的提高燃烧效率与热利用效率。
本发明的核心技术为负压封闭燃烧技术、烟气余热回收技术、空气/燃气高效横向混合燃烧技术和多孔介质燃烧等技术。
1、负压封闭燃烧技术
烟囱3的自拔力使整个炉灶内部处于微负压燃烧状态，而烟囱自拔力形成的原因有以下几点：
（1）高空中空气密度小，大气压本身就比地表大气压低；
（2）高空中风大，空气流速非常快，在烟囱顶口会形成一个很大的负压区形成抽力；
（3）烟囱内烟气温度高，与烟囱外空气密度相比密度小，在烟气上升过程中对外界形成负压抽力。
炉灶内部处于微负压状态，气体在微负压工况下燃烧与换热，有效防止了燃烧高温火焰与烟气的外漏，使得燃烧后产生的烟气能够顺利进行热交换。
根据烟囱这一特点，燃气炉灶设计应优化设计烟囱3的高度，使之将燃烧室内的负压控制在3～5mm水柱。
2、烟气余热回收技术
燃气炉灶热效率的提高主要包含两方面：燃烧效率和换热效率。燃烧效率主要由燃气管及燃烧过程决定，商用炉灶中所用的天然气的燃烧效率已经很高，再进一步提高有一定困难。因此，提高换热效率就是提高燃气炉灶热效率的基本方法。
本发明在燃气灶中增设了余热回收换热单元--换热管4，即热管(或管壳)换热器，其主要作用是利用燃气燃烧排放的热烟气与进入炉灶的常温空气进行热交换，一方面降低了烟气的排烟温度，另一方面又提高了热空气的温度，在提高热利用率的同时，还可有效提高燃料的燃烧效率。
3、空气/燃气高效横向混合燃烧技术
为了提高燃气的燃烧效率，本发明设计了空气与燃气的横向预混结构，即空气/燃气高效横向混合燃烧技术，工作原理如图2和图3所示，燃气管7与热空气管9同轴设置，热空气管9的空气出口为设在热空气管9上的轴向空气出口8，燃气管7的燃气出口为设在燃气管7上的径向燃气出口71，热空气沿着热空气管9从炉灶底部进入炉灶内，并从燃气管7底部的轴向空气出口8均匀地轴向排出，燃气管7的燃气经径向燃气出口71均匀地横向排出，在足够的预混空间里热空气与燃气进行横向混合燃烧从而提高燃烧效率。
4、多孔介质燃烧技术
本发明在燃气管出口上部采用新颖独特的多孔介质燃烧技术，该技术具有燃烧效率高、污染物排放低的优点，同时，兼有燃气管体积小、结构紧凑、负荷调节范围广、燃烧稳定及低噪声等优点，能广泛地应用于商用炉灶、家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和各种各样的民用和工业生产过程中。
传统的燃烧技术是以自由火焰为特征的，其燃烧不可避免地会有温度分布不均、燃烧区域狭小、污染物排放严重等缺点，而这全归因于气体的导热性能和辐射性能较差。相对于自由火焰为特征的预混燃烧方式来说，多孔介质中的预混燃烧方式是一项燃烧途径完全不同的燃烧技术，是一种新颖、独特的燃烧方式，它使气体混合物在一种耐高温与导热性能好的特殊多孔介质材料里组织燃烧。本发明采用的多孔陶瓷介质6结构如图4和图5所示，图中，多孔陶瓷介质6设有预热区62和燃烧区61，空气与燃气的混合气体首先进入预热区62预热，然后再进入燃烧区61充分燃烧。在燃烧的过程中，区别于传统炉灶的对流传热，增加了多孔陶瓷介质6的燃气炉灶的主要传热方式为辐射传热。
与传统的燃气灶相比，本发明提出的燃气灶可节能30%以上，燃烧噪音低，灶具经久耐用，价格相对低廉，工艺结构简单可靠。本发明的提出对于缺煤、无油无气的地区具有十分重要的社会、经济与环保意义，同时对实现餐饮行业的节能减排具有十分重要的现实意义。
综上所述，本发明在小型燃气灶具上综合应用负压封闭燃烧技术、烟气余热热管回收技术、空气/燃气高效横向混合燃烧技术和多孔介质燃烧技术，并将这四项技术有机集成，与目前采用燃气灶具采用的传统燃烧技术相比，具有无可比拟的技术与经济优势，是商用燃气灶具行业的重要技术革新，对我国商用燃气灶具领域的节能减排具有重要的现实与经济意义，其应前景十分广阔。

Claims (5)

1.一种余热回收高效燃气灶，包括灶体(5)、鼓风机(1)和燃气管(7)，其特征是：在所述的灶体(5)上设有与所述的燃气管(7)配合供空气的热空气管(9)，在所述的灶体(5)的炉膛内设有罩住所述的燃气管(7)和所述的热空气管(9)的多孔陶瓷介质(6)形成燃烧室，所述的多孔陶瓷介质(6)的侧壁与所述的灶体(5)的炉膛侧壁之间形成有烟气回收通道(18)，锅具放置在炉膛口时能密封住炉膛口，在所述的灶体(5)内设有换热管(4)，所述的鼓风机(1)与所述的换热管(4)的空气入口连接，所述的换热管(4)的空气出口与所述的热空气管(9)连接，所述的换热管(4)的烟气入口与所述的烟气回收通道(18)连接，所述的换热管(4)的烟气出口连接有烟囱(3)。
2.根据权利要求1所述的余热回收高效燃气灶，其特征是：所述的烟囱(3)的高度能使将燃烧室内的负压控制在3～5mm水柱。
3.根据权利要求1或2所述的余热回收高效燃气灶，其特征是：所述的燃气管(7)与所述的热空气管(9)同轴设置，所述的热空气管(9)的空气出口为设在所述的热空气管(9)上的轴向空气出口(8)，所述的燃气管(7)的燃气出口为设在所述的燃气管(7)上的径向燃气出口(71)。
4.根据权利要求1或2所述的余热回收高效燃气灶，其特征是：所述的烟囱(3)上设有烟气调节阀(2)。
5.根据权利要求1或2所述的余热回收高效燃气灶，其特征是：所述的热空气管(9)上设有热空气调节阀(10)。
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