CN107166453B - 一种燃气灶废热回收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种燃气灶废热回收方法，包括以下步骤：1)构建燃烧器组件，该燃烧器组件包括可集成到燃气灶上的燃烧器和支撑圈，在燃烧器底部设置有空气出口，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区；2)构建两个不同的热交换器，使得换热介质流体依次通过这两个热交换器组件，实现对换热流体的两次热回收；3)设置连接控制管路组件，通过两个三通控制阀控制换热介质流体的流动路径，可选择性地通过或者不通过上述两个热交换器中的任意一个或两个，该方法根据实际需求进行热回收的多档调节，提高燃气灶使用中的节能性能。同时还公开了一种使用该方法的燃气灶废热回收装置。

Description

一种燃气灶废热回收方法及装置

技术领域

本发明涉及一种燃气灶废热回收方法及装置，属于厨房厨具用品技术领域。

背景技术

据统计，现有餐饮业燃气灶由于热量损失严重，空烧现象普遍，其平均热效率仅为20％，热量损失高达80％，造成了极大的能源浪费。所谓燃气灶的热效率，通俗地讲就是燃气灶在使用过程中对燃气热能的有效利用率。从燃气灶的热效率上可以看出，家用燃气灶具普遍存在着燃气热能利用率不高的现象，有大约40～50％的燃气热能在使用中被浪费。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，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，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。而且由于未完全燃烧的燃气释放与周围环境中将带来大气污染和噪声污染。因此，无论是家用燃气灶具还是商用燃气灶具在使用过程中都面临着能量极大浪费的严重问题。

经过对燃气灶热回收现有技术的检索可以发现以下专利文献：

申请人合肥顺昌分布式能源综合应用技术有限公司公开了一系列商用燃气锅灶烟气废热回收装置，包括回收装置、热水供应系统、无动力回收系统等，包括外壳，所述外壳的内部竖直的安装有进水总管和出水总管，进水总管安装在外壳的右端，出水总管安装在外壳的左端，进水总管的底部安装有进水管，出水总管的顶部安装有出水管，进水管和出水管上都安装有手动阀门，进水总管和出水总管之间安装有方形翅片管，方形翅片管上安装有翅片。然而其结构配置复杂，使用过程中控制不便，效率不高，无法最大化有效利用废热能量。

申请人金元革公开了一种商用燃气灶余热利用装置，是由水套式炉膛、储水箱、炉膛进水管、炉膛出水管、出水阀门、浮球阀、冷水入口组成。其特征是有水套式炉膛，水套式炉膛的炉膛壁是空心结构，内部储水形成水套式结构，从而实现对水箱内水的循环加热，有效的收集燃气燃烧散失到炉膛上的热量。但是其仅是通过热交换将热量从燃气灶周边带到水箱中，部分热量一旦聚焦较多，换热效率必然下降，在实际使用中无法根据需求调节，非常不便。

申请人南京金弓厨具设备有限公司公开了一种实现烟气余热回收的商用燃气灶，包括灶台、烟气余热回收装置、与所述灶台连接的燃气支路、将所述烟气余热回收装置与灶台连接在一起的空气支路和烟气支路。其中烟气支路与空气支路通过烟气余热回收装置相互交叉连接，烟气与空气进行换热，在降低排烟热损失的同时提升空气温度，实现进入燃气灶燃烧的空气预热，从而提高燃气燃烧效率，节能效果显著。烟气余热回收装置为一不锈钢材质的板式换热器，压降小于20Pa，表面采用凸点增加扰动及换热面积，结构紧凑，模块化的设计可安装于燃气灶的排烟管道中。其是利用烟气与空气进行换热来将热量利用到进气空气当中，实现对进气空气的加热从而提高热效率，然而这种气体换热对换热器要求较高，实际换热效果并不理想。

因此，面对这些问题，有必要对现有技术进行改进，实现一种可以最大化实现燃气灶废气废热回收再利用的系统，其可以根据实际需求进行热回收的调节，提高燃气灶使用中的节能性能，不仅可以使人们从节约燃气中直接受益，而且对于燃气资源的有效利用及环境资源的保护都具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提出一种燃气灶废热回收方法，其可以根据实际需求进行热回收的不同状况调节，满足多元化的实际需求，同时最大化实现了对燃气灶废热的回收利用。同时还公开了使用上述方法的燃气灶废热回收装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术手段为：一种燃气灶废热回收方法，包括以下步骤：

1)构建燃烧器组件，该燃烧器组件包括可集成到燃气灶上的燃烧器和支撑圈，在燃烧器底部设置有空气出口，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区，在燃烧器沿环形主体内部形成容纳换热介质流体的环形空腔，在燃烧器壳体两侧分别设置有连接上述环形空腔的废热流体出口和废热流体入口；

2)构建两个不同的热交换器，使得换热介质流体依次通过这两个热交换器组件，实现对换热流体的两次热回收；

3)设置连接控制管路组件，通过两个三通控制阀控制换热介质流体的流动路径，可选择性地通过或者不通过上述两个热交换器中的任意一个或两个。

具体而言，该燃气灶废热回收方法，包括如下步骤：

S101：初始检测安全性：包括检测管道是否泄漏，气压是否正常等燃气灶正常运行的条件是否具备；

S102：通气点火：完成通气和点火过程，实现正常点燃燃烧过程；

S103：在燃气灶着火初始阶段，调节第一和第二三通控制阀，将第一三通控制阀调节到第一连通位置且第二三通控制阀调节到第一连通位置，此时换热介质温度较低，无需进行废热回收；

S104：检测换热介质温度T是否达到正常工作温度T0，如果T大于正常工作温度T0，则进入步骤S105，否则继续保持三通控制阀的状态；

S105：根据燃气灶使用的实际需求，人工操作或自动操作进行废热回收模式选择，可选择进入步骤S201，S202，S203中任一个；

S201：选择第一热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置且调节第二三通控制阀为第一连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第一热交换器，完成对进气空气的加热；

S202：选择热回收正常利用模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置且调节第二三通控制阀为第二连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环依次经过两个热交换器，完成对进气空气的加热和废热的储存回收；

S203：选择第二热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第一连通位置且调节第二三通控制阀K2为第二连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第二热交换器，完成对储存冷水的加热；

S106：实时检测换热介质温度T，假如T大于预警温度T1，则表示换热介质温度较高，需要进入步骤S107；

步骤S107：进行报警并切断燃烧过程。

本发明还公开了使用上述方法对应的一种燃气灶废热回收装置，包括燃烧器组件、热交换器组件、储水箱以及连接控制管路组件，其中燃烧器组件包括可集成到燃气灶上的燃烧器和支撑圈，在燃烧器底部设置有空气出口，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区，在燃烧器沿环形主体内部形成容纳换热介质流体的环形空腔，在燃烧器壳体两侧分别设置有连接上述环形空腔的废热流体出口和废热流体入口；

热交换器组件包括第一热交换器和第二热交换器，其中第一热交换器的上游流体管路与废热流体出口连通，第一热交换器的下游流体管路与第二热交换器的流体入口连通，第一热交换器旁通管路上游端连接到第一热交换器上游流体管路上，形成由第一三通控制阀控制的三通管路，第一热交换器旁通管路下游端与第一流体回路管连通，同时与第一热交换器管下游流体管路形成十字连通管结构，第一热交换器在与换热介质流体流动方向垂直的一侧设置有空气输入管；

第二热交换器的下游流体管路与第二流体回路管连通，第一流体回路管和第二流体回路管下游端连通到流体回路总管上，从而将经过两次热交换的换热介质流体流回到燃烧器中进行再次热回收。

其中在第一流体回路管与流体回路总管的连接处形成由第二三通控制阀控制的三通管路。

选择性地，在流体回路总管的下游端还设置有流体补给泵。第二热交换器在与换热介质流体流动方向垂直的一侧设置有储水箱，其包括与第二热交换器连通的冷水流入管和热水流出管，在第二热交换器内流入的冷水通过换热管与换热介质流体进行换热，将吸收了废热热能的换热介质流体中的部分热量传递给液体水进行能量储存和使用，实现了燃气灶废热的有效回收利用。

选择性地，燃烧器包括内圈平台与外圈平台之间过渡的倾斜表面，该倾斜表面围绕燃气灶的燃烧区设置，其表面由铜质或铝制红外反射层制成。在倾斜表面周围设置环形排列的盲孔，盲孔可一体铸造形成。

采用上述技术手段，本发明实现的关键创新点和效果在于：

1)采用两个不同的热交换器进行依次废热回收利用，实现对燃气灶废热回收的最大化利用，最大限度节省了能源保护环境，

2)结构简单，控制便捷，创造性地仅通过两个三通阀实现对换热流体介质的控制，实现四种不同模式之间的切换，方便在使用时满足不同的热回收需求，克服了现有技术中燃气灶的废热回收单一不可控的缺陷；

3)使用特定设计的燃烧器结构，不但实现对废热的有效回收，同时在燃烧区设置反射涂层，增加对燃烧热的最大利用，同时开发出多种组合配套结构，方便对现有燃气灶的改造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的类似附图。

图1为本发明的燃气灶废热回收装置示意图；

图2为本发明的燃气灶废热回收方法流程示意图；

图3为本发明的燃气灶废热回收装置之燃烧器示意图；

图4为本发明的燃气灶废热回收装置之燃烧器盖罩结构示意图；

图5为本发明的燃气灶废热回收装置之燃烧器盖罩使用示意图；

图6为本发明的燃气灶废热回收装置之另一种燃烧器示意图。

附图标记：101-燃烧器，102-支撑圈，103-空气出口，104-废热流体出口，105-废热流体入口，201-第一热交换器，202-第二热交换器，203-储水箱，301-第一热交换器上游流体管路，302-第一热交换器旁通管路，303-第一流体回路管，304-第一热交换器管下游流体管路，305-第二热交换器下游流体管路，306-第二流体回路管，307-流体回路总管，401-空气输出管，501-空气泵，502-流体补给泵，K-空气流量控制阀，K1-第一三通控制阀，K2-第二三通控制阀，2021-换热管，2022-冷水流入管，2023-热水流出管，2031-低温热水流出管，2032-高温热水流出管，2033-补给管，2034-储水箱隔板，1012-内圈平台，1013-倾斜表面，1014-外圈平台，1015-盲孔，601-罩盖，6010-底部配合区域，6012-倾斜覆盖区域

具体实施方式

如图1所示，本发明的燃气灶废热回收装置包括燃烧器组件、热交换器组件、储水箱以及连接控制管路组件，其中燃烧器组件包括可集成到燃气灶上的燃烧器101和支撑圈102，在燃烧器101底部设置有空气出口103，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区，在燃烧器101沿环形主体内部形成容纳换热介质流体的环形空腔，在燃烧器101壳体两侧分别设置有连接上述环形空腔的废热流体出口104和废热流体入口105。

热交换器组件包括第一热交换器201和第二热交换器202，其中第一热交换器201的上游流体管路301与废热流体出口104连通，第一热交换器201的下游流体管路304与第二热交换器的流体入口连通，第一热交换器旁通管路302上游端连接到第一热交换器上游流体管路301上，形成由第一三通控制阀K1控制的三通管路(一进两通)，第一热交换器旁通管路302下游端与第一流体回路管303连通，同时与第一热交换器管下游流体管路304形成十字连通管结构，第一热交换器201在与换热介质流体流动方向垂直的一侧设置有空气输入管，该空气输入管上选择性地设置有空气泵501和空气流量控制阀K，通过第一热交换器201的热交换作用，将吸收了废热热能的换热介质流体中的部分热量传递给输入进气空气，从而提高燃烧空气的温度降低热损耗。

第二热交换器202的下游流体管路305与第二流体回路管306连通，第一流体回路管303和第二流体回路管306下游端连通到流体回路总管307上，从而将经过两次热交换的换热介质流体流回到燃烧器101中进行再次热回收。其中在第一流体回路管303与流体回路总管307的连接处形成由第二三通控制阀K2控制的三通管路(两进一通)。选择性地，在流体回路总管307的下游端还设置有流体补给泵502。第二热交换器202在与换热介质流体流动方向垂直的一侧设置有储水箱203，其包括与第二热交换器202连通的冷水流入管2022和热水流出管2023，在第二热交换器202内流入的冷水通过换热管2021与换热介质流体进行换热，将吸收了废热热能的换热介质流体中的部分热量传递给液体水进行能量储存和使用，实现了燃气灶废热的有效回收利用。

可选择地，本燃气灶废热回收装置的储水箱203内部设置有储水箱隔板2034，其设置在储水箱203上部大约高度三分之一处，其部分地将储水箱203内部腔室分隔为可连通的两部分，其中上部连通冷水流入管2022，下部连通热水流出管2023，在储水箱203的另一侧分别连通有低温热水流出管2031和高温热水流出管2032，从而分别将回收的热水有效地利用于不同的场合使用，在储水箱203的上部还设置有补充冷水的补给管2033。

可选择地，第一热交换器201为气-液型热交换器，第二热交换器202为液-液型热交换器。

本发明的优势在于通过上述结构的燃气灶废热回收装置，可以实现不同需求的热回收调节，具体可分为以下四种模式：

1)无热回收利用模式：此种情况发生在燃气灶着火初始阶段，热量不足时，此时无需进行热回收。具体操作：调节第一三通控制阀K1为第一连通位置同时调节第二三通控制阀K2为第一连通位置，此时K1连通第一热交换器201的上游流体管路301与第一热交换器旁通管路302，同时K2连通第一流体回路管303(第一热交换器旁通管路302)与流体回路总管307，并输送换热介质流体到废热流体入口105。由此，换热介质流体在管路内进行循环仅吸收废热而不进入热交换器进行热交换；

2)热回收正常利用模式：此种情况发生在燃气灶正常工作阶段，热量回收正常。具体操作：调节第一三通控制阀K1为第二连通位置同时调节第二三通控制阀K2为第二连通位置，此时，K1连通第一热交换器201的上游流体管路301与第一热交换器201入口，阻止换热介质流体流入旁通管路302，同时K2阻止第一流体回路管303(第一热交换器旁通管路302)与流体回路总管307的连通，保持第二流体回路管306与流体回路总管307的连通并输送换热介质流体到废热流体入口105，由此换热介质流体形成的流体循环依次经过两个热交换器，完成对进气空气的加热和废热的储存回收；

3)第一热交换回收模式：此种情况发生在需要增加进气空气温度，提升燃烧效率时，需要关闭对第二热交换回收，以此增大对第一热交换回收的利用。具体操作：调节第一三通控制阀K1为第二连通位置同时调节第二三通控制阀K2为第一连通位置，此时，K1连通第一热交换器201的上游流体管路301与第一热交换器201入口，阻止换热介质流体流入旁通管路302，同时K2连通第一流体回路管303(第一热交换器旁通管路302)与流体回路总管307并输送换热介质流体到废热流体入口105，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第一热交换器，完成对进气空气的加热；

4)第二热交换回收模式：此种情况发生在需要进行废热热水回收储存时，此时对燃气燃烧效率要求不高，对热水回收储存需求较大时，以此增大对第二热交换回收的利用。具体操作：调节第一三通控制阀K1为第一连通位置同时调节第二三通控制阀K2为第二连通位置，此时K1连通第一热交换器201的上游流体管路301与第一热交换器旁通管路302，实现对第一热交换器的旁通，同时K2阻止第一流体回路管303(第一热交换器旁通管路302)与流体回路总管307的连通，保持第二流体回路管306与流体回路总管307的连通并输送换热介质流体到废热流体入口105，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第二热交换器，完成对储存冷水的加热。

需要说明的是，上述仅是对燃气灶废热回收装置控制原理的描述，其具体实施中可以通过各种可行方式实现，例如电子控制方式，人为操作方式等等，具体的结构也不限于附图中展现的形式，只要是能够实现上述过程的燃气灶废热回收装置均在本申请的公开范围之内。

参见图2，根据本发明的基本构思，本发明的燃气灶废热回收方法是采用两个不同的热交换器进行依次废热回收利用，实现对燃气灶废热回收的最大化利用。

一种燃气灶废热回收方法，包括以下步骤：

1)构建燃烧器组件，该燃烧器组件包括可集成到燃气灶上的燃烧器和支撑圈，在燃烧器底部设置有空气出口，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区，在燃烧器沿环形主体内部形成容纳换热介质流体的环形空腔，在燃烧器壳体两侧分别设置有连接上述环形空腔的废热流体出口和废热流体入口；

2)构建两个不同的热交换器，使得换热介质流体可依次通过上述两个热交换器中的一个或两个，实现对换热流体的两次热回收；

3)设置连接控制管路组件，通过两个三通控制阀控制换热介质流体的流动路径，可选择性地通过或者不通过上述两个热交换器中的任意一个或两个。

具体而言，该废热回收方法可采用如下步骤：

S101：初始检测安全性：包括检测管道是否泄漏，气压是否正常等燃气灶正常运行的条件是否具备；

S102：通气点火：完成通气和点火过程，实现正常点燃燃烧过程；

S103：在燃气灶着火初始阶段，调节第一和第二三通控制阀，将第一三通控制阀调节到第一连通位置(K1＝1)且第二三通控制阀调节到第一连通位置(K2＝1)，此时换热介质温度较低，无需进行废热回收；

S104：检测换热介质温度T是否达到正常工作温度T0，如果T大于正常工作温度T0，则进入步骤S105，否则继续保持三通控制阀的状态；

S105：根据燃气灶使用的实际需求，人工操作或自动操作进行废热回收模式选择，可选择进入步骤S201，S202，S203中任一个；

S201：选择第一热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置(K1＝2)且调节第二三通控制阀为第一连通位置(K2＝1)，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第一热交换器，完成对进气空气的加热；

S202：选择热回收正常利用模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置(K1＝2)且调节第二三通控制阀为第二连通位置(K2＝2)，由此换热介质流体形成的流体循环依次经过两个热交换器，完成对进气空气的加热和废热的储存回收；

S203：选择第二热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第一连通位置(K1＝1)且调节第二三通控制阀K2为第二连通位置(K2＝2)，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第二热交换器，完成对储存冷水的加热；

S106：实时检测换热介质温度T，假如T大于预警温度T1，则表示换热介质温度较高，需要进入步骤S107；

步骤S107：进行报警并切断燃烧过程。

同时为了提高燃气灶燃烧效率，本发明还公开了燃气灶废热回收的其他方面，参见图3，为本发明可选择实施例之一的燃烧器101的结构示意图，其包括内圈平台1012与外圈平台1014之间过渡的倾斜表面1013，该倾斜表面围绕燃气灶的燃烧区设置，其表面由铜质或铝制红外反射层制成，其作用在于将燃烧时产生的能量最大限度地反射到锅底部形成加热集中区域，提高热量利用效率。参见图4和5，其展示出配置有铜质或铝制红外反射层的罩盖结构601，其包括倾斜覆盖区域6012和底部配合区域6010，其种倾斜覆盖区域6012上由铜质或铝制红外反射层制成的涂层，该罩盖结构601可直接覆盖于燃烧器101上，从而方便对现有无反射涂层的燃气灶燃烧器的改造。

参见图6，为了增加燃气灶燃烧区废热与换热流体介质之间的热传递效果，在可倾斜表面1013周围设置环形排列的盲孔1015，盲孔1015可一体铸造形成，不会泄露换热介质，由此，产生的废热可通过进入盲孔1015而与换热介质进行热接触，从而在有限空间内增加两者之间的接触面积，增大传热效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应包涵在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种燃气灶废热回收装置，包括燃烧器组件、热交换器组件、储水箱以及连接控制管路组件，其中燃烧器组件包括集成到燃气灶上的燃烧器(101)和支撑圈(102)，在燃烧器(101)底部设置有空气出口(103)，以此形成用于点燃燃气空气混合气的燃烧区，在燃烧器(101)沿环形主体内部形成容纳换热介质流体的环形空腔，在燃烧器(101)壳体两侧分别设置有连接上述环形空腔的废热流体出口(104)和废热流体入口(105)；

热交换器组件包括第一热交换器(201)和第二热交换器(202)，其中第一热交换器(201)的上游流体管路(301)与废热流体出口(104)连通，第一热交换器(201)的下游流体管路(304)与第二热交换器的流体入口连通，第一热交换器旁通管路(302)上游端连接到第一热交换器上游流体管路(301)上，形成由第一三通控制阀(K1)控制的三通管路，第一热交换器旁通管路(302)下游端与第一流体回路管(303)连通，同时与第一热交换器管下游流体管路(304)形成十字连通管结构，第一热交换器(201)在与换热介质流体流动方向垂直的一侧设置有空气输入管；

第二热交换器(202)的下游流体管路(305)与第二流体回路管(306)连通，第一流体回路管(303)和第二流体回路管(306)下游端连通到流体回路总管(307)上，从而将经过两次热交换的换热介质流体流回到燃烧器(101)中进行再次热回收，其中在第一流体回路管(303)与流体回路总管(307)的连接处形成由第二三通控制阀(K2)控制的三通管路；上述燃气灶废热回收装置的废热回收方法包括如下步骤：

S101：初始检测安全性：包括检测管道是否泄漏，气压是否正常的运行条件是否具备；

S102：通气点火：完成通气和点火过程，实现正常点燃燃烧过程；

S103：在燃气灶着火初始阶段，调节第一和第二三通控制阀，将第一三通控制阀调节到第一连通位置且第二三通控制阀调节到第一连通位置，此时换热介质温度较低，无需进行废热回收；

S104：检测换热介质温度T是否达到正常工作温度T0，如果T大于正常工作温度T0，则进入步骤S105，否则继续保持三通控制阀的状态；

S105：根据燃气灶使用的实际需求，人工操作或自动操作进行废热回收模式选择，选择进入步骤S201，S202，S203中任一个；

S201：选择第一热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置且调节第二三通控制阀为第一连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第一热交换器，完成对进气空气的加热；

S202：选择热回收正常利用模式，调节第一三通控制阀为第二连通位置且调节第二三通控制阀为第二连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环依次经过两个热交换器，完成对进气空气的加热和废热的储存回收；

S203：选择第二热交换回收模式，调节第一三通控制阀为第一连通位置且调节第二三通控制阀(K2)为第二连通位置，由此换热介质流体形成的流体循环仅经过第二热交换器，完成对储存冷水的加热，其中上述两个热交换器中，第一热交换器为气-液型热交换器，第二热交换器为液-液型热交换器；

S106：实时检测换热介质温度T，假如T大于预警温度T1，则表示换热介质温度较高，需要进入步骤S107；进行报警并切断燃烧过程。

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