CN106642240B - 用于减少热量散失的烟气循环聚热筒及其加热器具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于减少热量散失的烟气循环聚热筒，聚热筒的下部和上部分别与拟使用的燃气灶的炉头和拟使用的锅具相适配，所述聚热筒的筒体能够至少包围燃气灶的炉头与锅具底部之间的空间，并且所述聚热筒布置成燃气灶炉头处的火焰产生的烟气能够在所述聚热筒的筒体内部发生循环流动；所述聚热筒由大圆筒和下圆环板构成，所述大圆筒设有若干个支脚，所述大圆筒的下边缘连接下圆环板，下圆环板的内孔直径大于燃气灶炉头直径，下圆环板的内孔边沿与燃气灶炉头之间的环状空隙用于通入二次空气；该聚热筒应用于已有的燃气灶具时能够减少已有燃气灶具的热损失，提高其热效率，而且该聚热筒可方便地与目前常见的燃气灶具和锅具组合使用。

Description

用于减少热量散失的烟气循环聚热筒及其加热器具

技术领域

本发明涉及烹饪器具领域，更具体地是用于在烹饪过程中用于减少热量散失的烟气循环聚热筒及其加热器具。

背景技术

目前燃气灶具的热效率仍然较低，2014年我国发布了新国标：《家用燃气灶具能效限定值及能效等级》GB 30720-2014、《商用燃气灶具能效限定值及能效等级》GB 30531-2014，凸显了燃气灶具节能的重要性。

现有的燃气灶具为敞焰加热方式，燃气火焰所释放的热量只有一部分能够被用于加热锅具内的食物。燃气火焰温度较高，大量的热量会散失到周围空间里而被浪费掉。燃气灶具的热损失就是指这些散失到周围空间而未被有效利用来加热食物的热量。燃气灶具的热效率是实际用于加热食物的热量占燃气燃烧总放热量的比例。

燃气灶具的热损失包括火焰辐射热损失、热烟气的红外辐射热损失、加热燃烧反应混合物的热损失、热烟气与冷空气混合引起的热损失、排烟热损失、锅具散热损失和不完全燃烧热损失。本发明对现有燃气灶具的热损失及热效率作如下分析说明。

(I)火焰辐射热损失

火焰辐射包括可见光、红外线和紫外线部分。火焰辐射的特点是在整个火焰体积内向空间的所有方向同时发出热辐射。由于锅具是置于火焰上方，仅有约40％的火焰辐射到达锅底。其余60％的火焰辐射直接向周围散发而损失掉了，为火焰的直接辐射热损失。那些到达锅底的火焰辐射中的一部分被锅底吸收，其余部分则被反射向周围，这些反射的火焰辐射也被损失掉了(锅底对于热辐射的反射率取决于锅底的材料和表面状况，比较新的表面抛光的不锈钢或铝合金锅底对于热辐射的反射率高达80％至90％)。这部分由于锅底的反射而被浪费的火焰辐射是火焰的间接辐射热损失。火焰辐射热损失包括直接辐射热损失和间接辐射热损失。火焰辐射热损失的大小主要与火焰辐射特性有关。对于蓝色的燃气火焰，火焰辐射热损失约占燃气燃烧总放热量的5％。当出现黄焰时，火焰辐射热损失可达燃气燃烧总放热量的10％左右。

(II)热烟气的红外辐射热损失

热烟气中的二氧化碳和水蒸气具有较强的红外辐射能力。热烟气的红外辐射能是指除了火焰的发光区域之外的、位于燃烧区外围及下游的热烟气所发射的红外辐射能。燃气火焰产生的热烟气的红外辐射能一般大于火焰的发光区域所发射的辐射能。敞焰烹饪时热烟气所发射的红外辐射能有较大部分是向燃气灶周围散发而损失掉了。因此，估计热烟气的红外辐射热损失占燃气燃烧总放热量的8％左右。

(III)加热燃烧反应混合物的热损失

在燃气的可燃成分与助燃空气的氧气之间发生燃烧反应前，首先需要将燃气和助燃空气加热达到燃烧温度。燃烧反应混合物(燃气、氧气和氮气等)的加热需要耗费燃气燃烧总放热量的一部分。这部分热量就是加热燃烧反应混合物引起的热损失。该热损失的大小主要与燃气种类、过量空气系数相关。一般情况下，加热燃烧反应混合物的热损失占燃气燃烧总放热量的10％至20％以上。

(IV)热烟气与冷空气混合引起的热损失

敞焰烹饪时热烟气从锅底的燃烧区排出和向上流动的过程中，不可避免地会与周围的冷空气相互混合，致使热烟气的热量散失给冷空气。尤其是当厨房内风速较大或使用抽油烟机时，热烟气的热量会迅速地散失给周围的冷空气。即使锅具周围的冷空气是完全静止的，热烟气流动时产生的夹带和卷吸作用也会使得热烟气与冷空气相互混合。热烟气与冷空气混合引起的热损失主要与风速有关。在风速较小的情况下，这部分由于热烟气与冷空气混合引起的热损失大约占燃气燃烧总放热量的5％；在风速较大的情况下，则可能高达15％。

(V)排烟热损失

排烟不可避免地携带走燃气燃烧总放热量的一部分。排烟热损失包括(a) 显热部分和(b)潜热部分。排烟热损失的大小主要与排烟温度、过量空气系数相关。在燃气灶开微火时，热烟气与锅具的换热时间稍长，排烟温度可能低至120℃，排烟热损失约为燃气燃烧总放热量的10％；在燃气灶开大火时，热烟气与锅具的换热时间较短，排烟温度可能达200℃以上，排烟热损失约占燃气燃烧总放热量的15％以上。

(VI)锅具散热损失

锅具被加热升温之后，锅具的温度高于周围环境温度。由于热能的特性就是会自发地从高温处向低温处传递，因此，在锅具被燃气火焰加热的同时，锅具又通过对流、导热和辐射的方式散失热量至周围环境。

(a)锅侧壁：当厨房内风速较大或使用抽油烟机时，锅侧壁主要与周围的流动冷空气相接触，锅侧壁为散热面。当厨房内风速较小时，锅侧壁主要与从锅底排出的热烟气相接触，锅侧壁则为受热面。

(b)锅盖：锅盖为散热面。

(c)锅底：锅底在接受火焰加热的同时，又会以红外辐射的方式散失热量。当锅底温度较高时，其红外辐射热损失不能忽略。尤其是中式烹饪常用的圆底炒菜锅内有较多烹调用油(其沸点达260℃)，炒菜时锅底温度较高(介于油温与火焰温度之间)，锅底的红外辐射热损失较为显著。

(d)锅内：在烹饪过程中打开锅盖时，冷空气会进入锅内。冷空气与锅内部有较大温差，可引起对流热损失。

实际上，锅具散热损失的大小与环境条件(气温、风速等)、锅具的温度、外形、材料和表面状况、以及烹饪操作等都有关。估计平底锅散热损失为燃气燃烧总放热量的5％左右。圆底炒菜锅温度较高，且较多时间是不加盖的，因此圆底锅散热损失约占燃气燃烧总放热量的8％以上。

(VII)不完全燃烧热损失

燃气灶在实际使用条件下出现不完全燃烧的可能原因有：

(a)燃烧器性能不良：如燃烧器的质量或维护问题。

(b)燃烧器调整不当：如燃气灶的进风量未适当调整。

(c)外界风速的影响：大风会影响火焰稳定性，甚至熄灭火焰。

(d)燃气灶开中火和大火：民用燃气灶一般采用大气式燃烧器(又称为部分预混式燃烧器)，燃烧所需总空气量的45至75％由下进风(称为“一次空气”)供给燃烧器，其余的25至55％由上进风供给(称为“二次空气”)。燃气灶开中火和大火时，灶面以上的上进风仅仅依靠周围空气的自然对流和扩散有时出现供氧不足，引起燃气不完全燃烧、出现黄焰。尤其是圆底锅开大火时不完全燃烧相当严重，只有火焰根部是蓝焰，其余大部分火焰为黄焰，生成大量一氧化碳和黑碳颗粒等不完全燃烧产物。

(e)锅底的冷壁效应：火焰与温度较低的构件相接触时，部分燃烧反应物被淬冷，导致燃烧反应未完全进行的现象称为“冷壁效应”。锅底与火焰接触可产生冷壁效应，引起局部不完全燃烧。

(f)锅支架的冷壁效应：锅支架与火焰接触同样可产生冷壁效应，引起局部不完全燃烧。

由上述可见，燃气灶的不完全燃烧热损失受到诸多因素的影响。在多数情况下，燃气灶基本上达到完全燃烧。在较差的情况下(如圆底锅大火炒菜时大部分火焰为黄焰)，燃气灶的不完全燃烧热损失可能高达10％(表示有10％的燃气化学能没有转换为热能，而是以不完全燃烧产物的形式向大气排放而浪费掉)。

从上述分析可见，现有技术的敞焰烹饪方式有许多的热损失途径。实际用于加热食物的热量占燃气燃烧总放热量的比例(即热效率)是多少呢？由以上所列的第I至VII项热损失合计：在较好的条件下，燃气灶具的热损失为燃气燃烧总放热量的43％，热效率为57％。在较差的条件下(并且有10％的不完全燃烧时)，热效率下降至22％。(GB 30720-2014和30531-2014规定家用台式燃气灶的热效率限定值为58％，商用燃气炒菜灶的热效率限定值为25％。)

目前燃气灶具的热效率较低，能源浪费相当严重。燃气灶具热效率低的原因是多方面的，本发明人认为下列问题尤为突出：

(A)烟气停留时间短：以24cm直径平底锅为例，其锅底受热面积为452cm²。天然气灶开大火时耗气量为0.45m³/h，产生的800℃温度的烟气量为4870.6cm³/s。锅底下方的烟气流经直径等于24cm、高度等于锅底与燃气灶炉头上盖之间的距离(称为“锅支架高度”)的圆柱形空间的大约90％，锅支架高度为2cm时该圆柱形空间的体积为904cm³。烟气在锅底下方的停留时间为：0.9x 904/4870.6＝0.17s。天然气灶开中火时耗气量为0.15m³/h，烟气流经该圆柱形空间的大约50％，烟气停留时间为0.28s。天然气灶开小火时耗气量为0.05m³/h，烟气流经该圆柱形空间的大约20％，烟气停留时间为0.33s。可见，烟气在锅底的停留时间很短。由于烟气的温度较高，密度较低，在周围大气压力的作用下，烟气不可避免会迅速地向锅具上方飘走。在零点几秒这一短暂的停留时间内，相当大部分的烟气热量根本来不及传递给锅具，这些热量就排放到周围空气里浪费掉了。尤其是圆底锅开大火炒菜时烟气量大、烟气流速高、停留时间短导致其热效率在实际使用条件下仅有20％左右。

(B)锅具受热面积小(见上述A和VI的说明)

(C)外界风吹影响大(见上述IV和VIIc的说明)

(D)热辐射损失大(见上述I、II和VIc的说明)

(E)二次空气供给没有得到调节：敞焰烹饪方式的二次空气供给是没有调节的。微火和小火时二次空气量过大，过多的空气会带走热量，降低热效率，且氮氧化物生成量较大。中火和大火时仅依靠周围空气的扩散和自然对流供给的二次空气量又不足(而且从锅底下与灶面之间的狭窄间隙内向外流出的已燃烟气还会干扰二次空气流入)，导致出现不完全燃烧，生成一氧化碳、碳氢化合物、黑碳等不完全燃烧产物，降低热效率。

(F)锅底产生冷壁效应(见上述VIIe的说明)

(G)锅支架产生冷壁效应(见上述VIIe的说明)

(H)锅支架高度不合适：目前燃气灶锅支架是一个简单的有四至六个支爪的架子。锅具安放在锅支架后，锅底与燃气灶炉头之间的距离是固定的。燃气灶开微火时，锅底离火焰可能太远(俗称“吊火”)；开大火时，锅底离火焰可能太近(俗称“压火”或“弊火”)。吊火和压火都会造成热效率下降。

发明内容

本发明的目的是克服以上所列的现有燃气灶具敞焰烹饪方式的一个或多个问题，提供一种用于减少热量散失的烟气循环聚热筒，该聚热筒应用于已有的燃气灶具时能够减少已有燃气灶具的热损失，提高其热效率，而且该聚热筒可方便地与目前常见的燃气灶具和锅具组合使用。

本发明的技术方案是：

用于减少热量散失的烟气循环聚热筒，聚热筒的下部和上部分别与拟使用的燃气灶的炉头和拟使用的锅具相适配，所述聚热筒的筒体能够至少包围燃气灶的炉头与锅具底部之间的空间，并且所述聚热筒布置成燃气灶炉头处的火焰产生的烟气能够在所述聚热筒的筒体内部发生循环流动。

进一步地，所述聚热筒由大圆筒和下圆环板构成，所述大圆筒设有若干个支脚，所述大圆筒的下边缘连接下圆环板，下圆环板的内孔直径大于燃气灶炉头直径，下圆环板的内孔边沿与燃气灶炉头之间的环状空隙用于通入二次空气。

更进一步地：

所述大圆筒上边缘设有排烟口和用于调节排烟量的转筒，所述大圆筒内侧壁位于排烟口下方设有卷边；或者，

所述大圆筒包括内层和外层，内层和外层之间的环状空隙为排烟通道，所述大圆筒外层上边缘设有排烟口和用于调节排烟量的转筒，所述大圆筒内层下边缘设有排烟口，所述大圆筒内层内侧壁位于排烟口上方设有卷边；或者，

所述大圆筒外侧设有若干个环形排烟管，所述大圆筒的筒体设有与环形排烟管数目和位置相对应的若干圈排烟孔，所述若干圈排烟孔分别通入所述若干个环形排烟管，还包括有排烟筒，所述若干个环形排烟管连通所述排烟筒，所述大圆筒内的烟气可以经若干圈排烟孔、若干个环形排烟管、排烟筒向外排出，所述若干个环形排烟管与所述排烟筒的连接管道上分别设置有用于调节排烟量的阀门。

可选地，所述聚热筒还包括有若干个上圆环板和上圆筒。

可选地，所述上圆环板的内孔边沿设有排烟口。

可选地，所述聚热筒还包括有上盖，所述上盖设置有排烟筒，所述排烟筒上设置有用于调节排烟量的阀门。

可选地，所述聚热筒中的大圆筒和/或上圆筒为二段式。

可选地，所述聚热筒中的上圆筒上边缘设有若干组台阶。

本发明还提供一种灶具，配置有以上任一所述的用于减少热量散失的烟气循环聚热筒。

本发明还提供一种锅具，配置有以上任一所述的用于减少热量散失的烟气循环聚热筒。

本发明的有益效果主要是：

(1)本发明聚热筒的筒体包围燃气灶的炉头与锅具底部之间的空间，可以阻隔周围流动冷空气与燃烧热烟气相互混合，避免燃烧热烟气的热量流失到周围冷空气之中；

(2)本发明聚热筒的筒体可以阻挡燃气火焰和烟气的热辐射散失到周围环境，避免燃气火焰和热烟气的直接辐射热损失和间接辐射热损失；

(3)本发明聚热筒布置成在聚热筒的筒体内部形成烟气循环区，可以大幅度地延长热烟气在锅底以下空间的停留时间，循环烟气的对流传热和红外辐射可增强对于锅具的加热效果；

(4)本发明聚热筒的下圆环板的下表面可预热二次空气达到数百度温度，经过预热的二次空气补充给燃气灶炉头火焰燃烧区，有助于提高燃烧温度；

(5)本发明聚热筒的布置方式使得二次空气流量主要是受到烟气浮升力大小的影响，二次空气流量随着燃气灶火力调节档位的增大而加大，可以向燃气火焰提供适量的、有调节的二次空气供给。

本发明的各种具体实施方案的有益效果将在以下的实施例中予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种配备大号上圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

图2是本发明实施例1的一种配备大号上圆筒的烟气循环聚热筒侧视图。

图3是本发明实施例2的一种配备中号上圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

图4是本发明实施例3的一种配备内孔边沿排烟口上圆环板的烟气循环聚热筒结构示意图。

图5是本发明实施例4的一种配备上边缘排烟口大圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

图6是本发明实施例5的一种配备双层大圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

图7是本发明实施例6的一种配备单圈排烟孔大圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

图8是本发明实施例7的一种配备双圈排烟孔大圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接；可以是刚性连接，也可以是柔性连接。

本发明中列举的数据仅仅是为了更好地说明本发明的实施例而给出的示例性数据，除非另有说明，不构成对本发明权利要求的任何限制。

实施例1

(一)烟气循环聚热筒的结构

如图1和2所示，为本发明中一种配备大号上圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图。参见图1，本实施例的烟气循环聚热筒(以下简称为聚热筒)由大圆筒1、下圆环板2、上圆环板3和上圆筒4以积木叠加方式构成，以方便适应不同尺寸的锅具。大圆筒1内径为32cm，由四个支脚101支撑在灶面T上，大圆筒1包括支脚101的高度为6cm，其四个支脚101之间的空间为二次空气进气通道。大圆筒1下端连接有用厚度0.2至0.5mm的金属薄板制成的下圆环板2，大圆筒1与下圆环板2之间可以采用固定连接如焊接，也可以采用非固定连接如用螺钉将下圆环板2固定在大圆筒1下端。下圆环板2外边缘直径为38cm，下圆环板2中心有开孔(以下称为“内孔”)，该内孔直径大于燃气灶炉头H的直径，下圆环板2内孔边沿处高出灶面T的的高度不大于燃气灶炉头H高出灶面T的高度。大圆筒1的上边沿放置有上圆环板3，大圆筒1与上圆环板3之间是活动的，没有紧固件。上圆环板3外边沿设有与大圆筒1外径相匹配的定位环，用以防止上圆环板3滑动。上圆环板3内孔直径为25cm.上圆环板3内孔边沿处放置有内径为26cm的大号上圆筒4，上圆环板3与上圆筒4之间是活动的，没有紧固件。上圆环板3内孔边沿处设有与上圆筒4下边沿相匹配的圆环状定位槽(未在图1画出)，用以防止上圆筒4滑动。大圆筒1的内侧面、下圆环板2的上表面和下表面、上圆环板3的下表面以及上圆筒4的内侧面为高反射率表面如高度抛光金属面。

图2为本实施例聚热筒的侧视图。参见图2，大圆筒1配置有观火窗102(为石英玻璃窗)。上圆筒4上边缘沿设置有两组台阶，每组包括6个台阶(401至406)，每组占据上圆筒4上边缘周长的二分之一。每个台阶占据上圆筒4上边缘周长约65mm，相邻两级台阶的高度差为5mm，最高的一个台阶与最低的一个台阶之间的高度差为25mm。每组的台阶级数、宽度和高度差与另外一组完全相同。当转动锅具P使其两个锅耳架在不同台阶上时，可以改变锅具P的底部与燃气灶炉头H之间的距离。

(二)使用方法

使用时首先摘下大气式燃气灶原来配备的锅支架，然后按照以下步骤以叠积木方式安装本发明的烟气循环聚热筒和拟使用的锅具：(1)下圆环板2内孔对准燃气灶炉头H，将大圆筒1及下圆环板2安放在灶面T上，使燃气灶炉头H位于下圆环板2内孔中间；(2)将上圆环板3放在大圆筒1上；(3)将上圆筒4放在上圆环板3上；(4)将盛有待烹饪食物的锅具P放入上圆筒4内，锅具P的锅耳支承在上圆筒4上边缘的台阶上，使其锅底低于上圆环板3内孔边沿，锅底与燃气灶炉头H上盖之间的距离约为1.5至3cm。

点燃燃气灶，调节燃气灶火力档位，加热锅具P。燃气完全燃烧所需的二次空气从下圆环板2与灶面T之间的空隙流入，并被下圆环板2下表面加热为热空气。这些热空气然后流入炉头H上方的燃烧区。燃气火焰烟气在火焰射流动能的推动下在聚热筒内形成如图1所示的烟气循环区。部分烟气然后流入锅侧壁与上圆筒4之间的环状空隙(以下简称为“上空隙”)，这些烟气在上空隙内向上流动时继续加热锅侧壁。最后，烟气从上空隙向外排出。烹饪过程中可以从观火窗102观察火焰燃烧是否良好和锅底与火焰接触情况。调整燃气灶火力使火焰不超出锅底范围。必要时将锅具P架在上圆筒4的不同台阶上，以调整锅底离炉头火焰的高度。燃气火焰正常时呈蓝色，肉眼可见燃气与一次空气混合物燃烧形成的内焰和燃气与二次空气混合物燃烧形成的外焰。锅底离燃气火焰的合适高度是使锅底稍低于外焰，且不接触内焰，可以获得最佳的加热效果。

(三)排烟与二次空气供给

本发明烟气循环聚热筒的设计必须确保有足够的排烟能力和适量的二次空气供给(二次空气供给不充分时烟气一氧化碳浓度可能超标，使用者有一氧化碳中毒的安全风险)。

本实施例烟气经上圆筒4与锅具P之间的环状空隙向上排出的推动力为烟气的浮升力。烟气温度越高，或烟气柱高度越高，则浮升力越大。本实施例当锅具P为24cm直径、18cm高度的平底锅，大圆筒1内烟气平均温度为600℃，上空隙内烟气平均温度为200℃时，根据：烟气浮升力＝烟气柱高度x重力加速度x(环境空气密度–烟气密度)，可算得本实施例大圆筒1内烟气浮升力为0.23Pa，上空隙内烟气浮升力为0.79Pa，总浮升力为1.02Pa。

烟气向上流动的阻力主要是上圆筒4与锅具P之间环状空隙入口的局部阻力和烟气与壁面摩擦的沿程阻力。环状空隙入口的局部阻力与流入环状空隙的烟气流速的平方成正比。天燃气灶开大火时耗气量为0.45m³/h，600℃温度的烟气量为3962.8cm³/s，密度0.415kg/m³，流入环状空隙的烟气流速为0.82m/s，根据：局部阻力＝局部阻力系数x烟气密度x烟气流速x烟气流速/2，可算得局部阻力为0.28Pa。烟气在上空隙内的流速为0.27m/s，沿程阻力为0.02Pa。

二次空气经下圆环板2下表面与灶面T之间的空隙流入到炉头H燃烧区的推动力主要是大圆筒1内热烟气和上圆筒4与锅具P之间环状空隙内热烟气浮升力的“烟囱效应”产生的引风力。二次空气进气阻力主要是下圆环板2内孔与燃气灶炉头H之间的环状空隙(以下简称为“下空隙”)的局部阻力。当燃气灶炉头H直径为10cm、下圆环板2内孔直径为12cm，二次空气量482cm³/s(标态)，由对流换热计算式可算得下空隙处二次空气温度达300℃，密度0.616kg/m³，二次空气流经下空隙的速度为0.14m/s，局部阻力为0.01Pa。二次空气经下圆环板2下表面与灶面T之间的空隙流入的沿程阻力约为0.005Pa。由于本设计下空隙的宽度较大，二次空气流速较低，且是流经光滑表面，因此二次空气进气阻力较小。

由所述可见，本实施例的烟气浮升力(总浮升力1.02Pa)足以克服排烟和二次空气进气的局部阻力和沿程阻力(总阻力为0.315Pa)。另外，燃气灶火力档位越大，则烟气温度越高，烟气浮升力产生的引风作用越大，二次空气被预热后所具有的浮升力同时增大，而且火焰射流对于下圆环板2内孔与燃气灶炉头H之间环状空隙的二次空气的引风作用也增大，但局部阻力和沿程阻力则随烟气和二次空气流速的增大而急剧增加。这些因素总的影响是二次空气进气量随燃气灶火力档位的增大而有一定程度的增加，因此本实施例能够顺畅地排烟，同时燃气火焰可获得适量的、有调节的二次空气供给。

综上所述，本实施例图1所示布置方式可获得充足的二次空气供给，不会出现缺氧燃烧，不会出现烟气一氧化碳浓度超标，不会有使用者一氧化碳中毒的风险。能够确保使用安全性是本发明的最重要优点。

(四)烟气循环区的形成

本实施例烟气循环聚热筒内烟气循环区的形成机制说明如下：来自于燃气供气管网或液化石油气瓶的燃气具有较高的压力，火焰射流从燃气灶炉头火孔喷出时具有较高的速度和较大的动能(在目前的敞焰烹饪方式中，因为燃气灶炉头周围存在着大量的外界流动冷空气，所以从炉头火孔喷出的火焰射流所具有的动能将很快地消散在周围的大量流动冷空气之中)。参见图1，本实施例聚热筒的筒体阻隔了外界大量的流动冷空气与火焰烟气相互接触和混合。在这种情况下，从炉头火孔喷出的火焰射流所具有的较大动能(以及火焰燃烧引起气体体积急剧膨胀所产生的动压)推动烟气以炉头和锅底的中轴线为中心沿锅底的径向向外流动，然后这些烟气所具有的动能(惯性力)使大部分烟气越过锅底与上圆筒4之间的环状空隙后继续向外流向大圆筒1。到达大圆筒1壁面后，烟气动能转化为静压，迫使烟气向下流动至大圆筒1下部，再沿下圆环板2上表面向内流动，流到火焰附近的烟气的其中一部分又会在火焰射流向上的动量传递(粘性力)的影响下向上流动，其余部分烟气在火焰射流根部负压区的引风作用下再次进入火焰燃烧区，与火焰射流混合后向上流动。上述的烟气流动过程形成了烟气循环区，循环区内的烟气之所以能够沿图1所示的路径流动的主要推动力为从炉头火孔喷出的火焰射流所具有的较大动能。图1中，炉头H、大圆筒1和平底锅P的中轴线是重合的，所述烟气循环区是以该中轴线为中心的轴对称的。上述所谓“火焰根部负压区”是指火焰以高速度从火孔喷出时能够带动周围气体向上流动，使得火焰根部周围气体密度变得稀薄，从而形成的火焰根部负压区。该负压区能够吸引周围的已燃烟气进入火焰射流，并与火焰射流相混合向上流动。

烟气循环区的形成首先要求聚热筒具有适当的形状作为先决条件，另外还与聚热筒的尺寸(在本实施例中，特别是上圆筒4与锅具P之间环状空隙入口的宽度)有关，还与烟气量、烟气温度等其它因素相关。在本实施例中，上圆筒4与锅具P之间环状空隙入口处必须有适当的宽度，产生合适的局部阻力，才能在确保顺畅地排烟的同时，又能阻挡大部分烟气直接从锅底流出到锅侧壁，才有可能在聚热筒内形成较为显著的烟气循环区。环状空隙入口宽度过小会降低排烟量，过大则难以形成显著的烟气循环区。在本实施例以上给出数据的条件下，环状空隙入口宽度优选为4至8mm。

在烹饪开始之前聚热筒内部原先存在的可能全部是冷空气。燃气灶点火后，在火焰射流动能的推动下，聚热筒内出现烟气循环区，使得聚热筒内原先存在的冷空气部分流动到燃烧区，参与燃烧反应，聚热筒内部原先存在的空气将很快被燃气火焰消耗。然后聚热筒内部将主要被热烟气所占据。

(五)烟气循环区的作用

烟气循环区具有以下六个方面的作用：

(1)延长烟气在锅底的停留时间，增强对于锅底的加热效果。

烟气在循环区内循环流动可延长烟气在锅底的停留时间。循环区内的烟气除了以对流换热的方式将热量传递给锅底之外，还可以通过红外辐射将热量传递给锅底。燃气(包括天然气、液化石油气和煤气)的特点是氢元素含量高，使得燃气燃烧烟气含有高浓度的水蒸气(例如，天然气燃烧烟气的水蒸气和二氧化碳浓度典型数值分别为19％和9.5％湿烟气体积)。高温烟气含有的水蒸气和二氧化碳有较强的发射红外辐射的能力，而且，烟气辐射为体积辐射，即整个烟气体积内的全部辐射性气体分子同时发出热辐射，在烟气体积界面处接收到的是整个烟气体积发出辐射的叠加总和。在本实施例以上给出数据的条件下，火焰燃烧区平均温度为1200℃，聚热筒内烟气平均温度为800℃时，根据烟气辐射强度的Hottel线算图得到：火焰为蓝焰时，火焰辐射传热给锅底为560W，烟气循环区辐射传热给锅底为260W(指循环区内烟气对锅底的直接辐射，不包括大圆筒1、下圆环板2反射向锅底的间接辐射)。因此，本实施例烟气循环区可通过对流和辐射传热来增强对于锅底的加热效果。而且聚热筒内部容积越大，则在聚热筒内循环流动的烟气量越大，锅底接收的烟气辐射传热量越高；聚热筒内烟气温度越高，则烟气辐射强度越高。本实施例在聚热筒内部的烟气量比起现有技术敞焰烹饪时锅底下方的烟气量增大了若干倍，并且聚热筒的筒体隔绝了外界冷空气进入且阻挡了火焰热辐射向外界散发，因此聚热筒内部有较高的烟气温度，聚热筒内烟气的体积辐射可以大幅度增强对于锅底的加热效果。

(2)循环烟气的热量可传递给下圆环板2，用于预热二次空气。

类似于上述对锅底的加热，循环烟气可通过对流和辐射传热来加热下圆环板2，使流经下圆环板2下表面的二次空气被预热。

(3)提高燃烧温度

一方面，经过预热的二次空气补充给燃烧区，可避免燃气火焰耗费热量来加热冷空气，因此能够提高燃烧温度。另一方面，有较高温度的已燃烟气循环到燃烧区周围，也有利于提高燃烧温度和增强对于锅底的加热效果。

(4)降低排烟的剩余氧浓度

烟气循环可以使得烟气所含的剩余氧再次进入高温燃烧区参与氧化反应，从而使氧化剂能够被充分地利用，减少所需的二次空气量，降低排烟中多余的氧气和氮气携带走的热量。

(5)降低污染物形成和排放

较高的燃烧温度可加快燃烧速度。而且烟气循环区能够将已燃烟气所含不完全燃烧产物或可燃物返回燃烧区燃尽，因此能够降低污染物形成和排放。

(6)火焰射流动能可得到利用

火焰射流动能是机械能。本实施例中，火焰射流动能通过气流的内摩擦、气流与聚热筒壁面的摩擦转化为聚热筒内的热能，这些火焰射流动能也得到了利用。

(六)节能作用及热效率

本实施例烟气循环聚热筒应用于已有的燃气灶具时，可以大幅度地减少已有的燃气灶具的热损失，其节能作用说明如下：

(1)本实施例聚热筒使火焰烟气产生如图1所示的烟气循环区。由大圆筒1、下圆环板2和上圆环板3围成的那部分聚热筒内部的体积为3375cm³，天燃气灶开中火时烟气量为1623.2cm³/s，烟气在聚热筒内的停留时间为3375/1623.2 ＝2.08s。该停留时间比起没有聚热筒时的停留时间(见背景技术部分A问题)增大了2.08/0.28＝7.4倍。可见，本实施例大幅度地延长了烟气在锅底下方的停留时间，克服了在背景技术部分所述的现有敞焰烹饪方式的A问题，使得烟气有更长时间停留在锅底下方，并通过对流传热和辐射传热方式将热量更充分地传递给锅具。

(2)本实施例中，烟气在锅侧壁与上圆筒4之间的环状空隙向上流动时能加热锅侧壁，使锅侧壁成为了受热面。锅侧壁面积为1356.5cm²，锅底面积为452cm²。本实施例中锅具的受热面积为锅侧壁面积和锅底面积之和：1808.5cm²。本实施例锅具的受热面积比起没有聚热筒时增大了1808.5/452＝4倍。可见，本实施例大幅度地增大了锅具的受热面积，克服了现有技术的B问题。

(3)本实施例聚热筒的大圆筒1、下圆环板2和上圆环板3包围了平底锅P的底部与燃气灶炉头H之间的空间，完全阻隔了外界冷空气与热烟气混合，克服了现有技术的C问题，避免了现有技术第IV项热损失。另外，本实施例聚热筒还阻挡了火焰和烟气热辐射向外界周围散发，克服了现有技术的D问题，避免了第I、II和VIc项热损失。

(4)本实施例中，从下圆环板2与灶面T之间的空隙流入的二次空气能够被下圆环板2加热为热空气。下圆环板2下表面积为0.1m²。由于在烹饪过程中下圆环板2同时受到火焰和烟气的直接辐射和间接辐射的加热以及聚热筒内烟气的对流加热，下圆环板2具有较高的温度，因而对二次空气有良好的预热作用。经过预热的空气再流入炉头H上方的燃烧区，有利于提高燃烧温度，一定程度上避免了现有技术第III项热损失。

(5)随着火力调节档位的增大，烟气浮升力产生的引风力增大，二次空气量随之增大。因此，本实施例二次空气供给是有调节的，克服了现有技术的E问题，有助于进一步提高燃气灶具的热效率。而且，这些二次空气是在火焰射流卷吸力的作用下直接进入火焰根部，与燃气混合良好。另外，本实施例下圆环板2与锅底之间为排烟通道，下圆环板2与灶面T之间为补充二次空气通道，这种布置方式避免了现有技术中排烟量较大时干扰二次空气流入的问题，可确保充足的二次空气供给，减少黄焰和不完全燃烧带来的不完全燃烧热损失(即现有技术第VIId项热损失)，提高了热效率。

(6)本实施例不需要在锅具P底部使用锅支架，克服了现有技术的G问题，避免了第VIIf项热损失。

(7)本实施例可以在烹饪过程中随时调整锅具P底部离开燃气灶炉头H的高度，避免出现吊火和压火，克服了现有技术的H问题，避免了第VIIe项热损失。

综上所述，本实施例克服了在背景技术部分所列出的现有技术的A至E、以及G、H问题，部分克服了F问题，避免了第I、II、IV、VIa,c、VIIc,d,f项热损失，部分避免了第III、VIIe项热损失。观察图1可以看出，本实施例只有唯一一项较为显著的热损失，即排烟热损失。由于本实施例有较长的烟气停留时间和较大的换热面积，因此排烟温度较低。排烟温度为200℃时，排烟热损失约占燃气燃烧总放热量的15％。除了排烟热损失外，本实施例其它的热损失较小。例如，(a)聚热筒外表面的散热损失：在有保温层的情况下，其外表面温度较低，散热较小；(b)聚热筒的储热损失：在升温时，聚热筒材料会吸收一定的热量，有少量的储热损失(取决于聚热筒材质和重量)；(c)锅盖上表面也有一定的散热损失。考虑以上因素，本实施例的总热损失约占燃气燃烧总放热量的20％，热效率达80％左右，比起已有的燃气灶具敞焰烹饪方式的热效率(22％至57％)有大幅度的提高。

(七)其它说明

正如以上的“(四)烟气循环区的形成”所述，烟气循环区的形成与多种因素相关。实际使用时，有些情况无法形成烟气循环区。例如，(1)图1中当燃气灶开保温火时烟气量和烟气动能较小，大部分烟气从锅底直接流向锅侧壁后向上排出；(2)图1的上圆筒4内径为26cm，如果平底锅P的直径为20cm，则上圆筒4与平底锅P之间的环状空隙过大，全部烟气经锅侧壁后向上排出。尽管上述情况不能形成烟气循环区，在“(六)节能作用及热效率”中列出的第2至7点仍然有效，这些情况下使用聚热筒仍具有节能作用。

大圆筒1、上圆环板3和上圆筒4可用耐热钢板制作。下圆环板2用导热性能良好的铝合金板制成(上、下表面均高度抛光)，用螺钉安装在大圆筒1下边缘。下圆环板2可以是图1所示的流线型，亦可以采用其它形式如圆锥台型。大圆筒1的四个支脚101应配有防滑胶垫。大圆筒1与四个支脚101最好采用螺纹连接，用以调节高度。

需要说明的是，图1仅是示意图，炉头H上的火焰不代表实际的火焰射流方向。现有燃气灶具燃烧器有多种设计形式，炉头一般设有内环、外环火孔，外环火孔轴线与垂线的夹角一般为60°，有利于本发明聚热筒内烟气循环区的形成。

使用本发明聚热筒对于燃气灶燃烧器的回火极限可能有轻微影响。但炉头高于灶面的高度仅为数厘米，炉头受到火焰加热的面积较小，而且炉头内部的燃气与一次空气流动已经对于炉头本身起到了良好的冷却效果。如果在现有燃气灶上使用本发明聚热筒后燃气灶出现回火倾向，可以旋转锅具P，使其双耳架在上圆筒4上边缘的更高台阶上，锅底与炉头H的距离达到3cm以上。

实施例2

以上的实施例1适用于较大规格的锅具。当需要使用中等规格的锅具时，取出图1中的大号平底锅P，取下大号上圆筒4。以下参见图3：再依次放上一个中号规格的上圆环板3A、一个中号规格的上圆筒4A和一个中号规格的平底锅P，即成为图3“一种配备中号上圆筒的烟气循环聚热筒结构示意图”所示形式。其中上圆环板3A外边沿设有定位环(图1未示出)，该定位环与上圆环板3内孔边沿处的定位槽相匹配，上圆环板3A内孔边沿处设有与上圆筒4A下边缘相匹配的定位槽(图1未示出)。本实施例烟气循环聚热筒的结构、使用方法、节能作用等与实施例1相同。

本实施例未提及的部分与实施例1类似，此处不再赘述。

实施例3

以上的实施例1和2适用于那些可以支承在上圆筒4上边缘的锅具。但有一些锅具(如烧水壶、砂煲、奶锅等)不容易支承在上圆筒4上边缘。当需要使用这些锅具时，取出图1中的大号平底锅P，取下大号上圆筒4。以下参见图4(以使用烧水壶为例)：再依次放上一个具有内孔边沿排烟口的上圆环板3B、一个上圆筒4B、一个烧水壶K和一个园板状的上盖5，即成为图4“一种配备内孔边沿排烟口上圆环板的烟气循环聚热筒结构示意图”所示的上部形式。其中上圆环板3B的靠近内孔的边沿处设有若干个排烟口，烧水壶K是支承在上圆环板3B内孔边沿上(上圆环板3B内孔边沿上还固定安装有若干个2至5cm长的横杆，这些横杆布置为其长度方向与上圆环板3的径向相重叠，用于防止烧水壶K位置不正时侧翻)。上盖5安装有高度为10cm的排烟筒6，排烟筒6设有用于调节排烟量的阀门7。

本实施例烟气循环聚热筒下部形式中大圆筒采用二段式，说明如下：大圆筒下段1A的外径与大圆筒上段1B的内径相配合，使得大圆筒上段1B能够小范围上下移动和转动。大圆筒下段1A外壁面沿圆周方向均匀地设置有四组台阶103(每组占四分之一的周长，每组的台阶数目、宽度和高度差完全相同，类似于图2中上圆筒4上边缘沿圆周方向布置的2组台阶)。大圆筒上段1B下边缘有四个支脚，大圆筒上段1B有两个提手104。提起两个提手104，转动大圆筒上段1B，使其四个支脚支承在四组台阶103的不同台阶上，可以调节锅底离炉头H的高度，调节范围为2cm。

本实施例烟气循环聚热筒内部的烟气流动路径说明如下：在火焰射流动能的驱动下，大圆筒内部形成图1所示烟气循环区。部分烟气经上圆环板3B内孔边沿处排烟口向上流出，然后这些烟气在加热烧水壶侧壁的同时向上流到烧水壶上方。由于阀门7处有一定的局部阻力，部分降温后的烟气沿上圆筒4B内侧壁向下流动，形成上圆筒4B内的烟气循环区。最后，烟气经排烟筒6向外排出。

本实施例中烧水壶K有着相当大的受热面积：壶底部是受热面，壶侧壁全部是受热面，壶盖也是受热面，烧水壶内部也可能是受热面(在烧水壶升温前，如果热烟气经壶嘴或壶盖边沿流入烧水壶内部，烧水壶内部就成为受热面。高品质天然气属清洁燃料，完全燃烧时烟气仅含二氧化碳、水蒸气和氮气。少量天然气烟气流入壶内是没问题的)。使用本实施例烟气循环聚热筒后烧水壶的受热面积比起敞焰烹饪方式的受热面积增大约5倍。而且，整个烧水壶所有外表面周围都被相当厚的热烟气层所包围。烟气含有的水蒸气和二氧化碳有较强的发射红外辐射的能力，因此热烟气的辐射能可很大程度地提高对烧水壶K的加热效果。

与以上实施例类似，本实施例只有唯一一项较为显著的热损失，即排烟热损失。由于本实施例有5倍于锅底的换热面积，烟气与锅具可充分地换热，因此燃气灶开小火时排烟温度可低于露点温度，烟气所含水蒸气会在聚热筒内部冷凝为冷凝水(大圆筒1A侧壁可增设冷凝水排水管)，烟气水蒸气的冷凝潜热也能得到利用。目前热效率计算一般是基于不包括烟气水蒸气冷凝潜热的低位热值，本实施例是利用包括烟气水蒸气冷凝潜热在内的高位热值。天然气的低位和高位热值分别为34.5和38.3MJ/m³，利用烟气水蒸气冷凝潜热能够提高热效率11％。本实施例排烟温度低于露点温度时排烟热损失约占燃气燃烧总放热量的7％，聚热筒散热和储热损失占燃气燃烧总放热量的5％以下。当烟气水蒸气冷凝潜热的一半得到利用时，本实施例热效率将高达93.5％。

另外，本实施例当用于蒸锅、汤锅(或其它产生较大蒸气量的锅具)时，锅具里面的水沸腾排出的蒸气可在聚热筒内部冷凝，这样就回收利用了其冷凝潜热，可进一步提高热效率。

本实施例聚热筒内烟气循环区的设计原理进一步说明如下：大圆筒1、上圆筒4B和排烟筒6内烟气的总浮升力约为1.5Pa。在烟气的流出路径上设置有两个具有较大局部阻力的部位：一个是上圆环板3B内孔边沿排烟口(局部阻力约0.5Pa)，另一个是阀门7(局部阻力由阀门开度调节，阀门全开时局部阻力约0.1Pa，取决于阀门结构形式)。烟气总浮升力(1.5Pa)大于这两个局部阻力和沿程阻力之和(约0.6Pa)，可以排烟。这两个较大局部阻力的存在，配合本实施例聚热筒的布置方式，导致在大圆筒1内出现第一个烟气循环区，并且在上圆筒4B内出现第二个烟气循环区。烟气浮升力在克服上述烟气流动阻力之余，其烟囱效应的引风作用再加上被下圆环板2预热的二次空气本身的浮升力和炉头H火焰射流对下空隙空气的引风作用可确保二次空气供给。

本实施例烟气循环聚热筒下部形式中大圆筒的二段式设计可应用于其它实施例的各个大圆筒和上圆筒来进行高度调节，用于适应不同高度的锅具和在烹饪过程中调整锅底离火焰的高度。大圆筒下段1A和大圆筒上段1B都应设置相应的观火窗，使得在其高度调节范围内都可以透过观火窗观察炉头火焰与锅底接触状态。

图4所示聚热筒的上圆环板3B内孔排烟口面积是固定不变的。为了适应烟气量的变化，本实施例可进一步改进为排烟口面积可调的，说明如下：上圆筒4B下边缘连接一个圆环板，该圆环板的外径和内孔直径分别与上圆筒4B内径和锅具外径相适配，该圆环板内孔边沿处设有与上圆环板3B内孔边沿处排烟口对应的排烟口。使用时可以转动上圆筒4B，该圆环板随之转动。当该圆环板的排烟口与上圆环板3B内孔边沿处排烟口完全重合时，为排烟口全开；当该圆环板的排烟口与上圆环板3B内孔边沿处排烟口完全不重合时，为排烟口全闭；调节该圆环板的排烟口与上圆环板3B内孔边沿处排烟口的相对位置，可调节该排烟口的排烟量。燃气灶大火档位时，可开大该排烟口，小火时关小该排烟口，有利于在各种烟气流量情况下大圆筒1内都可以形成显著的烟气循环区。

本实施例尤其适用于蒸锅、汤锅、压力锅、药煲等锅具。烹饪结束关闭燃气灶后需要保温时，可关闭阀门7，使热烟气留存在聚热筒内部，有很好的保温效果。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例4

圆底锅是中式烹饪特有的一种常用于炒菜的锅具。本发明的一种可用于圆底锅的烟气循环聚热筒形式如图5所示。圆底锅V支承在大圆筒1C上边缘，大圆筒1C上边缘处开设有一系列沿大圆筒1C圆周方向均匀分布的排烟口，大圆筒1C内侧在排烟口下方设有一圈卷边。大圆筒1C外侧配有一个转筒106，该转筒106是支承在大圆筒1C外侧壁的凸环105上的。转筒106设有与大圆筒1C上边缘排烟口相对应的排烟口。使用时可以转动转筒106，当转筒106的排烟口与大圆筒1C排烟口完全重合时，为排烟口全开；当转筒106的排烟口与大圆筒1C排烟口完全不重合时，为排烟口全闭；转动转筒106可调节大圆筒1C排烟口的排烟量。另外，下圆环板2下表面安装有沿下圆环板2径向排列的、均匀分布的一系列传热翅片201。

使用燃气灶开大火档位时，转动转筒106增大排烟量；小火时减小排烟量，使得排烟口产生适当的局部阻力。在大圆筒1C内部，从炉头H喷出的火焰射流具有相当大的动能(尤其是大火爆炒菜肴时火焰射流有很大动能)，使得烟气沿锅底向上外方向运动，遇到大圆筒1C上边缘排烟口的局部阻力并且在排烟口下方卷边的导流作用下部分烟气沿大圆筒1C内侧壁向下流动，并流近下圆环板2，然后向炉头H方向流动，形成烟气的循环区。由于烟气具有粘度，火焰射流及其烟气在沿锅底向上外方向流动时其动量逐层向下传递，因而对下方的烟气循环区内烟气的如图5所示循环运动产生进一步的推动力。

本实施例下圆环板2下表面及其传热翅片可提供约1m²的换热面积，天然气灶开猛火时耗气量为0.6m³/h，二次空气流量为642.7cm³/s(标态)，由对流换热计算式可算得二次空气预热温度达600℃。当燃气灶炉头H直径为10cm、下圆环板2内孔直径为13cm时，二次空气流经下圆环板2与炉头H之间环状空隙的速度为0.35m/s，局部阻力为0.03Pa。二次空气经下圆环板2下表面与灶面T之间的空隙和传热翅片201之间的二次空气通道流入的沿程阻力约为0.04Pa。可见，本实施例二次空气进气阻力较小。

由于本实施例聚热筒能够向燃气火焰供给预热达到600℃的二次空气，并且这些二次空气是在火焰射流卷吸力的作用下直接进入火焰区，与燃气混合良好，而且聚热筒内部还有已燃烟气循环区，因此，在圆底锅开猛火爆炒菜肴情况下燃气也能够完全燃烧，不出现黄焰，可降低不完全燃烧产物尤其是黑碳颗粒浓度，避免了现有技术的第VIId项热损失。

除了爆炒菜肴外，圆底锅有时也用于煮、蒸、炸食物等长时间开小火的烹饪操作。小火时应按以下方法转动转筒106来减小排烟量：缓慢转动转筒106来减小排烟量，同时观察燃烧器2的火焰燃烧情况。只要火焰燃烧稳定，不出现黄焰，二次空气进口不出现倒烟，就可以继续转动转筒106来减小排烟量。

由于大圆筒1C内部容积较大，可以容纳大量的循环流动的热烟气，这些热烟气在圆底锅下方有很长的停留时间，可以多次地、长时间地与锅底相接触。通过对流传热和辐射传热作用，热烟气的热量能够充分地传递给锅底。因此，本实施例可获得很高的热效率。相比较，目前的敞焰烹饪中，热烟气只是一次性地、一瞬间内与圆底锅的锅底短暂接触，大部分烟气热量来不及传递给锅底，就随烟气迅速地向上飘流到空气中了。

本实施例的进一步改进是将大圆筒1C的形状从圆筒状改为采用鼓状、腰鼓状、葫芦状、喇叭状、倒漏斗状等，用以进一步增大大圆筒1C内部容积，容纳更大体积的循环流动的热烟气，增强对于锅底的加热效果。以上说明同样适用于本发明其它实施例。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例5

本发明的另外一种适合于圆底锅的烟气循环聚热筒形式如图6所示.。圆底锅V支承在大圆筒外层1D和大圆筒内层1E上边缘，大圆筒外层1D和大圆筒内层1E之间的环状空隙为排烟通道，大圆筒内层1E下边缘处开设有一系列沿大圆筒内层1E圆周方向均匀分布的排烟口，大圆筒内层1E内侧在排烟口上方设有一圈卷边。

大圆筒外层1D的高度(包括四个支脚101)为10cm。大圆筒外层1D的底部和顶部分别开设有与大气相通的二次空气进口和排烟口，本实施例聚热筒内部从二次空气进口至排烟口的最短路径为：二次空气进口到下圆环板2与炉头H之间的环状空隙，沿下圆环板2上表面到大圆筒内层1E下边缘排烟口，再到大圆筒外层1D上边缘排烟口。本实施例聚热筒二次空气进入和烟气排出的总驱动力为上述最短路径的热烟气柱和热空气柱垂直高度上的总浮升力。大圆筒外层1D和大圆筒内层1E之间排烟通道的烟气平均温度为300℃和500℃时，可算得总浮升力分别为0.46Pa和0.58Pa(省略热空气柱浮升力)。该总浮升力可以克服二次空气进入和烟气排出的局部阻力和沿程阻力。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例6

本发明的另外一种适合于圆底锅的烟气循环聚热筒形式如图7所示.。圆底锅V支承在大圆筒1F上边缘，大圆筒1F中部外侧壁设有围绕大圆筒1F外侧壁一圈的环形排烟管107，环形排烟管的横截面为方形。大圆筒1F壁面上高于燃气灶炉头H高度的位置开设有一系列沿大圆筒1F圆周方向均匀分布的排烟孔108，这些排烟孔108将大圆筒1F内部的烟气通入环形排烟管107(图5只是示意图，不代表实际的排烟孔数目和尺寸)。环形排烟管107连通一个排烟筒6，排烟筒6设有阀门7。

本实施例的排烟筒6高度视实际需要来配置。当排烟筒6内烟气平均温度为200℃，烟气柱高度1m时，烟气浮升力为4.4Pa。天然气灶开猛火时耗气量为0.6m³/h，产生的800℃温度的烟气量为6494cm³/s。排烟孔108的直径为8mm，数目为50个，排烟孔中心间距为20mm。经过排烟孔的烟气速度为2.59m/s，排烟孔的局部阻力为1.45Pa。这时排烟筒6的引风力足以克服烟气流动阻力。

在大圆筒1F内部，天然气灶开猛火时从炉头H喷出的火焰射流具有相当大的动能，使烟气沿锅底向上外方向运动，流近大圆筒1F内侧壁后向下流动。大部分烟气越过排烟孔108流近下圆环板2，然后向炉头H方向流动，形成烟气的循环区。在排烟筒6的引风作用下，部分烟气经排烟孔108流进环形排烟管107，最后经排烟筒6排出。

本实施例排烟筒6的引风力足够排出圆底锅开猛火炒菜产生的相当大的排烟量，并且足以在大圆筒1F内部产生一定的负压，使得二次空气在压力差的驱动下经下圆环板2与灶面T之间的空隙和传热翅片201之间的二次空气通道流入炉头H上方燃烧区。调整排烟筒6上阀门7的开度可以调节大圆筒1F内部的负压，从而调节二次空气流量。

在大圆筒1F侧壁上开设50个排烟孔是为了在大圆筒1F内部有较均匀的压力分布，从而使炉头H周围二次空气进气均匀。大圆筒1F侧壁上的50个排烟孔之中，那些靠近排烟筒6的排烟孔的直径可适当减小，远离排烟筒6的排烟孔的直径可适当加大，更有利于大圆筒1内压力分布均匀和二次空气进气均匀。

大圆筒内烟气循环区的形成与排烟孔位置相关。本实施例另外一种方案是将环形排烟管及其单圈排烟孔改为设置在大圆筒内部中间位置，就是：环形排烟管的环直径取为大圆筒直径的二分之一，单圈排烟孔设在环形排烟管的管壁上，环形排烟管置于大圆筒内部高于炉头H的位置，环形排烟管与排烟筒之间的连接管道穿过大圆筒的壁面。大圆筒内部烟气流进单圈排烟孔后经环形排烟管、连接管道和排烟筒向外排出。这种布置方式更加有利于大圆筒内烟气循环区的形成。

本实施例聚热筒在烹饪结束后(不需要继续对锅具食物保温时)，关闭燃气灶，打开阀门7，排出大圆筒1F、环形排烟管107和排烟筒6内的烟气。然后最好是取下圆底锅V，让大圆筒1F内部冷却降温。

以上的图5、6、7所示聚热筒都可以用于圆底锅。图5结构较为简单；图6的烟气循环效果好；图7的排烟能力强，且烟气循环效果好，但占用空间大。可根据实际情况选用。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例7

以上的实施例4、5、6不限于使用圆底锅。需要使用其它锅具时，只要取下圆底锅V后在大圆筒上边缘安装与拟使用的锅具相适应的上圆筒和上圆环板即可。例如，要使用砂锅时，如图8所示，在大圆筒1G上边缘安装一个上圆环板3C，将砂锅W放入上圆环板3C内孔即可。

与实施例6中大圆筒1F配备单圈排烟孔不同的是本实施例的大圆筒1G配备有双圈排烟孔。参见图8，大圆筒1G中部外侧壁设有围绕大圆筒1G外侧壁一圈的下环形排烟管107A和上环形排烟管107B。大圆筒1G壁面上开设有沿大圆筒1G圆周方向均匀分布的下圈排烟孔108A和上圈排烟孔108B，下圈排烟孔108A和上圈排烟孔108B将大圆筒1G内部的烟气分别通入下环形排烟管107A和上环形排烟管107B(图5只是示意图，不代表实际的排烟孔数目和尺寸)。下环形排烟管107A和上环形排烟管107B分别通过阀门7A和7B连通同一个排烟筒6。

烹饪过程中，燃气灶开大火时，打开阀门7A和7B，下圈排烟孔108A和上圈排烟孔108B同时排烟；小火时只打开其中一个阀门，用下圈排烟孔108A或者上圈排烟孔108B排烟，通过改变大圆筒1F侧壁的总排烟孔面积，可获得合适的烟气流动阻力，在大火和小火条件下都能形成显著的烟气循环区。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

以上的实施例给出了本发明应用于常见的大号平底锅、中号平底锅、烧水壶、圆底锅、砂锅的具体形式。尽管这些实施例适用的锅具和细节不同，这些实施例有相同的技术目的，就是：提高热效率；这些实施例有相同的核心技术特征，就是：所述聚热筒布置成燃气灶炉头处的火焰产生的烟气能够在所述聚热筒的筒体内部发生循环流动；该核心技术特征在各实施例中起到了相同的作用，就是，延长热烟气在锅具下方的停留时间，利用循环流动的热烟气的对流传热和辐射传热将更多的热量传递给锅具，从而提高热效率。而且，在各实施例中聚热筒内部形成烟气循环区的技术原理基本相同，就是：在烟气的排出路径上人为地、有目的地设置一定的局部阻力(即图1和3中上圆筒4或4A与平底锅P之间环状空隙的较窄入口、图4中上圆环板3B内孔边沿排烟口、图5中大圆筒1C上边缘排烟口、图6中大圆筒内层1E下边缘排烟口、图7中大圆筒1F中部单圈排烟孔108、图8中大圆筒1G中部双圈排烟口108A和108B)，再配合聚热筒和锅具的特定形状，以火焰射流动能作为烟气循环流动的推动力在聚热筒内部形成烟气循环区。因此，这些实施例合案申请符合专利申请的单一性原则。

本发明烟气循环聚热筒的具体形式分为上部形式和下部形式。其中上部形式通过积木叠加方式使用不同结构、尺寸和数目的上圆环板、上圆筒、上盖及其组合可以适应任何类型和规格的锅具。下部形式与燃气灶炉头相适配的同时，根据不同的锅底形状安排不同的排烟口或排烟孔布置方式，再结合使用卷边、转筒、阀门、排烟筒来获得所需的烟气浮升力和/或局部阻力，从而促进烟气循环区的形成。上部形式和下部形式的结合还要在获得适当的烟气排放量的同时利用烟气浮升力“烟囱效应”产生的引风作用将适量的二次空气供给到炉头燃烧区。

本发明烟气循环聚热筒的优点之一是对于制作材料的耐热性能要求不高，大部分部件可以使用普通材料。下圆环板2较靠近火焰，但其下表面流过的二次空气对下圆环板2起到了良好的冷却作用。只有图4中的上圆环板3B较靠近火焰，容易过热损坏(虽然上圆环板3B热量可传导至锅体)，一般需使用高性能耐热材料。

以上的实施例只是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。由于人们使用的锅具和灶具种类繁多，这里不可能逐一针对每种锅具和灶具给出本发明的具体实施方式，在此无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

对于所属领域的普通技术人员来说，在上述实施例的基础上可以根据具体情况做出其它不同形式的变化或变动。例如，目前人们使用的燃气灶具约有80％为需要在灶面以上补充二次空气的大气式燃气灶，其余20％为不需要在灶面以上补充二次空气的燃气灶(包括红外线燃气灶、鼓风式燃气灶等)。本发明烟气循环聚热筒应用于这些不需要在灶面以上补充二次空气的燃气灶时无需设置二次空气通道，下圆环板2可以取消。这些根据具体情况所能作出的变化或改动对于所属领域的普通技术人员来说是显而易见的。

另外，本发明的产品形式除了以上实施例的聚热筒之外，还可以是聚热筒与现有技术的灶具和/或锅具的结合。例如，图5的大圆筒1C可以与圆底锅V结合(如采用焊接方式使大圆筒1C固定连接在圆底锅V底部、或者采用铸造方式将大圆筒1C与圆底锅V整体铸造为一件产品)，其优点是大圆筒1C接收的热量可以热传导方式传递给锅底。进一步地，在大圆筒1C内部增设沿其径向均匀分布的一系列传热翅片(传热翅片顶端与锅底固定连接)，则热传导效果更佳。

图5的聚热筒可以与灶具结合，即是大圆筒1C的四个支脚101固定连接在灶面T，使聚热筒与灶具组合为一件产品。其优点是聚热筒与灶具能够更好地适配(如四个支脚101的位置、下圆环板2与炉头H之间的配合间隙更合适)，聚热筒不会滑动、倾倒。

凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、简化、替代、添加、组合、修饰、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.用于减少热量散失的烟气循环聚热筒，其特征在于：聚热筒的下部和上部分别与拟使用的燃气灶的炉头和拟使用的锅具相适配以获得适当的烟气排放量的同时利用烟气浮升力“烟囱效应”产生的引风作用将适量的二次空气供给炉头火焰，所述聚热筒的筒体能够至少包围燃气灶的炉头与锅具底部之间的空间，所述聚热筒布置成燃气灶炉头处的火焰产生的烟气能够在所述聚热筒的筒体内部发生循环流动，并且所述聚热筒设置为增强烟气的红外辐射的叠加效应从而增强对锅具的加热，所述聚热筒由大圆筒和下圆环板构成，所述大圆筒设有若干个支脚，所述大圆筒的下边缘连接下圆环板，下圆环板的内孔直径大于燃气灶炉头直径，下圆环板的内孔边沿与燃气灶炉头之间的环状空隙用于通入二次空气，所述聚热筒设置成在燃气灶产生各种烟气流量情况下都能够在聚热筒的筒体内部形成烟气循环区，所述大圆筒包括内层和外层，内层和外层之间的环状空隙为排烟通道，所述大圆筒外层上边缘设有排烟口和用于调节排烟量的转筒，所述大圆筒内层下边缘设有排烟口，所述大圆筒内层内侧壁位于排烟口上方设有卷边，所述下圆环板的下表面安装有沿下圆环板径向排列的、均匀分布的一系列传热翅片。

2.用于减少热量散失的烟气循环聚热筒，其特征在于：聚热筒的下部和上部分别与拟使用的燃气灶的炉头和拟使用的锅具相适配以获得适当的烟气排放量的同时利用烟气浮升力“烟囱效应”产生的引风作用将适量的二次空气供给炉头火焰，所述聚热筒的筒体能够至少包围燃气灶的炉头与锅具底部之间的空间，所述聚热筒布置成燃气灶炉头处的火焰产生的烟气能够在所述聚热筒的筒体内部发生循环流动，并且所述聚热筒设置为增强烟气的红外辐射的叠加效应从而增强对锅具的加热，所述聚热筒由大圆筒、下圆环板、上圆环板、上圆筒和上盖构成，所述大圆筒设有若干个支脚，所述大圆筒的下边缘连接下圆环板，下圆环板的内孔直径大于燃气灶炉头直径，下圆环板的内孔边沿与燃气灶炉头之间的环状空隙用于通入二次空气，所述上圆环板的内孔边沿设有排烟口，所述上盖设有排烟筒，所述排烟筒上设有用于调节排烟量的阀门，所述聚热筒设置成在大圆筒内形成第一烟气循环区且在上圆筒内形成第二烟气循环区。