CN104266403A - 与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统,包括电磁灶机箱、设置在电磁灶机箱上的感应加热面和控制电磁灶工作的控制电路，还包括用于回收电磁灶机箱内产热的机箱热回收子系统、用于回收厨房烹饪所产生烟气余热的烟气热回收子系统和通过导管分别连接上述机箱热回收子系统和烟气热回收子系统并接收热能的热泵子系统。本系统既能保障商用电磁灶机芯的降温冷却，又能对电磁灶产生的热能进行回收利用，解决现有电磁加热设备散热效果较差，易损坏等问题，同时进一步提高商用厨房的能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及电磁感应加热设备的冷却领域，具体涉及一种电磁感应设备的冷却以及与热泵相结合的余热回收利用系统。
背景技术
我国工业能耗约占总能耗的70％，这其中加热能耗占比很大；在民用领域，加热能耗则占据绝对主导地位。发展高效的加热技术对我国的节能降耗极其重要。目前以燃料和电为加热能源是工业和民用领域最普遍使用的加热形式。前者通过燃烧过程将燃料的化学能转化为热能，由于火焰到加热对象的热传输存在传热热阻，而且各类散热损失(包括烟气排放热损失)不可避免，最终的热利用率一般小于50％。后者通过对电阻丝通电发热来加热物体，同样由于传热过程的热阻和散热损失，热效率一般不会超过50％。而且，由于电阻丝的热惯性，实时温控难于实现。电磁感应加热的原理是：电子线路板通电产生交变磁场，置于线路板上的含金属质容器表面切割交变磁力线而在容器底部产生交变电流(即涡流)，涡流使金属原子高速无规则运动、互相碰撞、摩擦生热。因为是容器自身发热，所以热转化率特别高，可达95％。相比于燃料燃烧和电加热，电磁加热具有明显的优势：加热对象和生热源合二为一，省却了中间传热环节，因而热利用效率高，可达80％以上；电能-热能直接转化，故加热速度极快，高频电磁感应加热速度可达到每秒几十度甚至几百度；热惯性小，断电后马上断磁、加热停止，可实现精准温控；加热时不产生明火，不产生烟气，可满足特殊应用场合、尤其是军用设施内的加热要求；有可能实现异形面均匀加热。
目前的电磁灶的接受度还很低，推广应用率还不到1％，散热技术不过关是造成这些问题的主要原因。目前采用的强制空冷散热方式，风扇工作时，易把水蒸气、油污、灰尘或酸雾等带到散热器或电子元件上，散热效果差，导致工作时断时续、加热不稳定，甚至导致电路击穿、烧毁设备引起火灾等。正是这些问题的存在严重制约了电磁加热设备或产品的进一步发展和应用推广。
另一方面，由电磁灶产生的热能以及机芯的热能通常经过冷却装置带走热量并耗散在外部空间，厨房烹饪后的烟气余热则直接随着烟气排放到空气中，这样使得大部分热能得不到有效利用而白白耗散掉。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种既能保障商用电磁灶机芯冷却，又能对电磁灶产生的热能进行回收利用的集成系统，解决现有电磁加热设备散热效果较差，易损坏等问题，同时进一步提高商用厨房的能源利用率。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统,包括电磁灶机箱、设置在电磁灶机箱上的感应加热面和控制电磁灶工作的控制电路，上述系统还包括用于回收电磁灶机箱内产热的机箱热回收子系统、用于回收厨房烹饪所产生烟气余热的烟气热回收子系统和通过导管分别连接上述机箱热回收子系统和烟气热回收子系统并接收热能的热泵子系统。
所述热泵子系统包括第一膨胀阀、第二膨胀阀、第三膨胀阀、冷凝器、贮水箱、水泵和压缩机，冷凝器包括有热交换水箱、冷媒导入管和冷媒导出管，压缩机出口连接冷媒导入管，第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀各自的一个端口共同连接冷媒导出管，贮水箱接有热水管和第一冷水管，第一冷水管另一端接入水泵入口，水泵出口接有第二冷水管，第二冷水管另一端接入冷凝器的热交换水箱，热水管接入冷凝器的热交换水箱。
上述的第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀是带控制通断功能的热力膨胀阀或电子膨胀阀。所述电磁灶机箱内设置有可维持机箱内恒温恒湿环境的小型风扇，所述热泵子系统采用环保冷媒作为制冷剂。
所述机箱热回收子系统包括有设置在感应加热面下的感应线圈与流体管路一体化线盘以及与其连接的线盘导出管和线盘导入管、设置在控制电路上的冷却面板以及与其连接的面板导入管和面板导出管，线盘导入管另一端连接第二膨胀阀的另一端，面板导入管另一端连接第一膨胀阀的另一端，面板导出管和线盘导出管各自另一端均连接压缩机的入口。由于使用主动蒸发制冷方式对电磁灶发热部件进行冷却，只要压缩机匹配合理是完全能够保障电磁灶线圈和IGBT部件保持在合理温度范围内的，而且在冷却的同时，它们发出的热量将通过热泵制成热水进一步使用。
所述烟气热回收子系统包括有烟罩、设置于烟罩内的抽风机和设置于烟罩出风口的烟气余热回收蒸发器，烟气余热回收蒸发器连接有蒸发器导入管和蒸发器导出管，蒸发器导入管的另一端连接第三膨胀阀，蒸发器导出管另一端连接压缩机的入口。大部分的热量，除了用于烹饪以外，最终是以通过空气散发出去，因此在抽风机管道后面布置一个蒸发器，可以将烟气余热进行回收，还可以使厨房环境不过与闷热。烟气温度比空气高，使得热泵子系统能够在较高的蒸发温度下运行，提高热泵循环系统的制热效率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的一种与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，采用机箱热回收子系统、烟气热回收子系统和热泵子系统相结合，在电能使用上，相当于电能被利用了两次，先是烹饪作用，后再变成热水加以利用，整套系统能源利用效率达到最大化，超过100％。热泵的蒸发制冷作用也完全能够保证电磁灶机芯的工作合理温度，提高系统可靠性。
附图说明
图1为本发明的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统的结构示意图。
附图标记说明：冷却面板110，感应线圈与流体管路一体化线盘120，烟气余热回收蒸发器130，第一膨胀阀210，第二膨胀阀220，第三膨胀阀230，水冷冷凝器3，压缩机4，感应加热面5，电磁灶机箱6，控制电路7，热水贮箱8，水泵9，烟罩10，抽风机11。
具体实施方式
实施例
下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统的实施例，包括有电磁灶机箱、设置在电磁灶机箱上的感应加热面和控制电磁灶工作的控制电路，在上述现有装置结构的基础上，还包括有包括用于回收电磁灶机箱内产热的机箱热回收子系统、用于回收厨房烹饪所产生烟气余热的烟气热回收子系统和通过导管分别连接上述机箱热回收子系统和烟气热回收子系统并接收热能的热泵子系统。
请参阅图1，与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统包括有冷却面板110、感应线圈与流体管路一体化线盘120、烟气余热回收蒸发器130、第一膨胀阀210、第二膨胀阀220、第三膨胀阀230、冷凝器3、压缩机4、感应加热面5、电磁灶机箱6、控制电路7、贮水箱8、水泵9、烟罩10和抽风机11。本系统还包括上述各部件间的输送管道。
图1中，机箱热回收子系统如下所述：
电磁灶机箱6的上部具有放置感应加热面5的开口，感应加热面5为通常的炒锅，在感应加热面5下布置感应线圈与流体管路一体化线盘120；
感应线圈与流体管路一体化线盘120接有线盘导入管122和线盘导出管121，线盘导入管122另一端接第二膨胀阀220的一端，线盘导出管121另一端接压缩机4入口；
冷却面板110用于冷却控制电路7，控制电路7的主要发热器件是大功率半导体发热部件(IGBT)，因而上述冷却面板110置于大功率半导体发热部件(IGBT)的所在部位，冷却面板110接有面板导入管111和面板导出管112，面板导入管111的另一端接第一膨胀阀210的一端，面板导出管112的另一端接压缩机4入口；所述电磁灶机箱6内设置有可维持机箱内恒温恒湿环境的小型风扇。
烟气热回收子系统如下所述：
烟罩10的烟气入口置于感应加热面5上方，烟罩10内设置抽风机11和置于抽风机11出风侧的烟气余热回收蒸发器130；
烟气余热回收蒸发器130接有蒸发器导入管131和蒸发器导出管132，蒸发器导入管131另一端接第三膨胀阀230的一端，蒸发器导出管132另一端接压缩机4入口。
热泵子系统如下所述：
冷凝器3具有热交换水箱310、冷媒导入管302和冷媒导出管301，上述第一膨胀阀210、第二膨胀阀220和第三膨胀阀230各自的另一端共线接入冷媒导出管301，冷凝器3的冷媒导入管302连接压缩机4的出口；贮水箱8接有热水管801、第一冷水管802，热水管801另一端接冷凝器3的热交换水箱310出水口，第一冷水管802另一端接水泵9入口，水泵9的出口接有第二冷水管803，该第二冷水管另一端接入冷凝器3的热交换水箱310的入水口。
本系统的工作过程是：从第一膨胀阀210、第二膨胀阀220和第三膨胀阀230流出的低温冷媒分别进入冷却面板110，感应线圈与流体管路一体化线盘120，烟气余热回收蒸发器130，冷媒从中吸收热量，相变汽化制冷。使感应线圈与流体管路一体化线盘120，冷却面板110，控制电路7，尤其是其中大功率半导体发热部件(IGBT)能够维持在合理温度范围内。这个合理温度是通过第一膨胀阀210、第二膨胀阀220和第三膨胀阀230通过调节节流阀开度来实现的。第一膨胀阀210、第二膨胀阀220和第三膨胀阀230可以是热力膨胀阀也可以说电子膨胀阀等带控制通断功能的膨胀阀。吸热汽化后的冷媒被吸入压缩机4吸气口进行蒸汽压缩成为高温冷媒，随后进入冷凝器3进行冷凝，从而加热贮水箱8中的水，它通过水泵9进行循环加热。从冷凝器3出来的冷媒进入第一膨胀阀210、第二膨胀阀220和第三膨胀阀230膨胀，从而完成循环。感应加热面5在烹饪操作过程中对食物加热的热量最终大部分还是散发到空气中变成温度较高的烹饪烟气或蒸汽，这些高温烟气或蒸汽可以通过烟罩10和抽风机11集中抽出进入出风口处的余热回收蒸发器130，将烟气热能吸收加以利用。
即使不用电磁灶烹饪的时候，热泵子系统依然可以作为一个空气源热泵热水器单独使用，制出洗澡或供暖用的热水。在成本得到适当控制的情况下，推荐使用CO2环保冷媒的热泵子系统，该系统能够制出高温热水，再稍辅与电加热即能够直接生产可饮用的开水，使得该厨具设备多了一个开水机的功能，是很有意义的。
本发明的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统的利用经膨胀阀膨胀后的低温制冷剂，分别流经电磁感应线圈、控制电路底板和烟气余热回收蒸发器进行蒸发吸热，吸热汽化后的制冷剂被吸入压缩机进行压缩，变成高温高压流体，在通过冷凝器与水换热制成热水存在贮热水箱已供洗浴、供暖需求，而冷却后的制冷剂进入膨胀阀，完成一个循环。膨胀阀根据线圈和控制电路，特别是大功率半导体部件IGBT的温度进行控制节流阀的开度，这样电磁灶无论是其机芯工作过程中产生的废热，还是烹饪用热，最终都能够被热泵系统吸收制成热水加以利用，如用于洗浴、供暖等。将电磁灶产生的热能，包括机芯的发热，以及厨房烹饪后的烟气余热加以利用将使得整套系统的能源利用率达到最大化，更加凸显其节能环保效益。对用户一方来说，本来分开投资的电磁灶系统和热水供应系统，合成投资有利于降低成本。而且大大减少另外加热热水用的电费、燃煤费等，从电磁灶中获得的回收热能是最绿色的能源。由于烟气温度高，使得空气源热泵也能否在北方的冬天获得较高的制热效率。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统,包括电磁灶机箱、设置在电磁灶机箱上的感应加热面和控制电磁灶工作的控制电路，其特征在于：包括用于回收电磁灶机箱内产热的机箱热回收子系统、用于回收厨房烹饪所产生烟气余热的烟气热回收子系统和通过导管分别连接上述机箱热回收子系统和烟气热回收子系统并接收热能的热泵子系统。
2.根据权利要求1所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：热泵子系统包括第一膨胀阀、第二膨胀阀、第三膨胀阀、冷凝器、贮水箱、水泵和压缩机，冷凝器包括有热交换水箱、冷媒导入管和冷媒导出管，压缩机出口连接冷媒导入管，第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀各自的一个端口共同连接冷媒导出管，贮水箱接有热水管和第一冷水管，第一冷水管另一端接入水泵入口，水泵出口接有第二冷水管，第二冷水管另一端接入冷凝器的热交换水箱，热水管接入冷凝器的热交换水箱。
3.根据权利要求2所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：所述机箱热回收子系统包括有设置在感应加热面下的感应线圈与流体管路一体化线盘以及与其连接的线盘导出管和线盘导入管、设置在控制电路上的冷却面板以及与其连接的面板导入管和面板导出管，线盘导入管另一端连接第二膨胀阀的另一端，面板导入管另一端连接第一膨胀阀的另一端，面板导出管和线盘导出管各自另一端均连接压缩机的入口。
4.根据权利要求2所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：所述烟气热回收子系统包括有烟罩、设置于烟罩内的抽风机和设置于烟罩出风口的烟气余热回收蒸发器，烟气余热回收蒸发器连接有蒸发器导入管和蒸发器导出管，蒸发器导入管的另一端连接第三膨胀阀，蒸发器导出管另一端连接压缩机的入口。
5.根据权利要求1所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：所述电磁灶机箱内设置有可维持机箱内恒温恒湿环境的小型风扇。
6.根据权利要求2所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀是带控制通断功能的热力膨胀阀或电子膨胀阀。
7.根据权利要求2所述的与热泵相结合的电磁灶机芯冷却兼余热回收系统，其特征在于：所述热泵子系统采用环保冷媒作为制冷剂。
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- 2014-09-10 CN CN201410458454.3A patent/CN104266403B/zh not_active Expired - Fee Related
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