CN112890573A - 一种带有翅片的新型家用炒菜锅 - Google Patents

Abstract

本发明属于厨具技术领域，公开了一种带有翅片的新型家用炒菜锅，所述带有翅片的新型家用炒菜锅设置有锅体，锅体中下部安装有若干翅片。本发明中翅片锅设计完成后，将在不改变原有燃气灶的基础上，实现热效率比普通炒锅提升10％以上；且加强锅体传热，使锅体温度更均匀，锅体不会局部升温过快，更加利于烹饪；热效率提升后，火焰温度有所降低，与普通炒锅相比将减少热力型氮氧化物的生成，使燃烧更加清洁；同时，经济性也有保障。

Description

一种带有翅片的新型家用炒菜锅

技术领域

本发明属于厨具技术领域，尤其涉及一种带有翅片的新型家用炒菜锅。

背景技术

目前，现有的普通家用炒菜锅，与常见的普通燃气灶相配合，热效率大约在50％左右，即燃料释放了100千焦的热量，而真正通过炒菜锅锅体传递给食物的热量大约只有50千焦。在不改动常规燃气灶的情况下，为提高燃料热量的利用效率，改善炒菜锅的传热效率，从强化传热理论出发，结合数值模拟等手段，提出一种优越的解决方案，即一种带有翅片的新型家用炒菜锅。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的炒菜锅底部锅壁和锅体侧壁厚度一致，未加强侧壁的传热，使得在使用过程中，锅体温度不均匀，不利于进行烹饪；锅体为平壁，导致传统炒锅传热效率低。

解决以上问题及缺陷的难度为：既要加强炒锅的传热效率，也要使锅体的温度更加均匀，同时兼顾实用性、美观性、耐用性、便捷性等。选择在锅体加设翅片的方法，需要在翅片的形状、倾斜角度、密度、高度、厚度、位置几个因素中综合考量，选择一个合适的参数范围。

解决以上问题及缺陷的意义为：将大大提高炒锅传热效率，一方面使锅体温度均匀便于烹饪，另一方面提高燃料的利用效率，节约燃料。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种带有翅片的新型家用炒菜锅。

本发明是这样实现的，一种带有翅片的新型家用炒菜锅。关于炒锅上翅片的安装方式，有如下两种方案：一是焊接。一定高度形状和厚度的翅片按照一定的倾角和数量焊接在锅体侧壁上。这种安装方式使翅片与锅体的接触热阻较小，利于提升热效率，但成本相对较高且不易拆装清洗；二是金属环带紧固型连接。将一定高度形状和厚度的翅片按照一定的倾角和数量焊接在一金属环带上，环带设有一开口，开口处使用螺钉紧固连接，同时在锅体上设置结构将金属环带固定。这种安装方式方便拆装，成本相对较低，但接触热阻相对较大。

所述带有翅片的新型家用炒菜锅设置有锅体；

锅体侧壁(非底部)安装有一定形状、倾斜角度、密度、高度、厚度的翅片。锅体中下部(非底部)安装有若干翅片。

进一步，所述翅片的厚度小于5mm，锅体底侧中间的翅片间距相对于厚的翅片更大。所述翅片的厚度不应太大，翅片位于锅体中下部，翅片的厚度越小，两翅片之间的间距越大，在锅体重量允许范围内，就可以添加更多数量的翅片，从而使传热面积更大，提效更明显。

进一步，所述在锅体重量允许的范围内，添加一定数量的翅片，以30到50个为宜。

进一步，所述翅片的倾斜角度范围为：0°～45°。

进一步，所述翅片为下梯形翅片。

进一步，所述翅片加设在锅体中下部。

进一步，所述翅片的高度范围为0.5到2.5cm。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明中翅片锅设计完成后，将在不改变原有燃气灶的基础上，实现热效率比普通炒锅提升10％以上；且加强锅体传热，使锅体温度更均匀，锅体不会局部升温过快，更加利于烹饪；传热效果好，火焰平均温度将会降低，与普通炒锅相比将减少热力型氮氧化物的生成，使燃烧更加清洁；同时，加设翅片的材料和工艺都相对成熟，经济性也有保障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的带有翅片的新型家用炒菜锅结构示意图。

图1中：1、锅体；2、翅片。

图2是本发明实施例提供的厚度h＝5mm翅片结构示意图。

图3是本发明实施例提供的厚度h＝2mm翅片结构示意图。

图4是本发明实施例提供的数量n＝36翅片结构示意图。

图5是本发明实施例提供的数量n＝42翅片结构示意图。

图6是本发明实施例提供的角度α＝0°翅片结构示意图。

图7是本发明实施例提供的角度α＝10°翅片结构示意图。

图8是本发明实施例提供的角度α＝20°翅片结构示意图。

图9是本发明实施例提供的角度α＝30°翅片结构示意图。

图10是本发明实施例提供的角度α＝45°翅片结构示意图。

图11是本发明实施例提供的矩形翅片结构示意图。

图12是本发明实施例提供的下梯形翅片结构示意图；

图13是本发明实施例提供的下三角形翅片结构示意图。

图14是本发明实施例提供的上三角形翅片结构示意图。

图15是本发明实施例提供的距锅底Z＝6.5cm高度处径向温度分布图。

图16是本发明实施例提供的炒锅结构示意图。

图17-a、b是本发明实施例提供的炒锅剖面结构示意图。

图18是本发明实施例提供的在不加翅片时，实验计算得炒锅对燃料的利用效率示意图。

图19是本发明实施例提供的在加36个翅片时，实验计算得炒锅对燃料的利用效率示意图。

图20是本发明实施例提供的在加42个翅片时，实验计算得炒锅对燃料的利用效率示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种带有翅片的新型家用炒菜锅，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明的锅体的中下部安装有一定形状、倾斜角度、密度、高度、厚度的翅片。翅片的形状不同，面积相同，热效率和翅壁温度不同，综合比较下梯形(下窄上宽形)翅片为最佳翅片。翅片的厚度越小，锅体所加翅片的间距越大，在锅体重量允许的范围内，添加翅片的数量越多，传热面积也就越大，提效越明显。翅片的倾斜角度范围为：0°～45°。翅片高度越大、翅片效率越低，因此翅高不宜超过2cm。本发明中翅片锅设计完成后，将在不改变原有燃气灶的基础上，实现热效率比普通炒锅提升10％以上；且加强锅体传热，使锅体温度更均匀，锅体不会局部升温过快，更加利于烹饪；热效率提升后，火焰温度有所降低，与普通炒锅相比将减少热力型氮氧化物的生成，使燃烧更加清洁；同时，经济性也有保障。

本发明中锅体与翅片的连接方式，一是焊接，一定高度形状和厚度的翅片2按照一定的倾角和数量焊接在锅体1的侧壁上。这种安装方式使翅片2与锅体1的接触热阻较小，利于提升热效率，但成本相对较高且不易拆装清洗；二是金属环带紧固型连接。将一定高度形状和厚度的翅片2按照一定的倾角和数量焊接在一金属环带上，环带设有一开口，开口处使用螺钉紧固连接，同时在锅体1上设置结构将金属环带固定。这种安装方式方便拆装，成本相对较低，但接触热阻相对较大。

火焰将热量传递给食物的过程中除了锅内外壁间的导热外，就是火焰与锅外壁以及锅内壁与食物之间的换热。内壁与食物(大多含汤水)的换热系数大约在10⁴W/m²·K的量级，而火焰与锅壁侧的换热系数大约在10²W/m²·K的量级。由强化传热的理论可知，想要提升炒菜锅的热效率，需要加强火焰与锅壁侧的换热。本发明为炒锅外加设翅片，以提升其热效率。

所加翅片的形状、倾斜角度、密度、高度、厚度、位置都会影响炒锅的热效率。翅片形状可以是矩形(两短边相等)、梯形(两短边一长一短)、三角形(一短边长度为零)。经分析，本发明采用下梯形翅片。倾斜角度是翅片与锅壁翅片出的切线方向所呈的角度，角度可在0度到90度之间变动。经分析，本发明选择0到45°的变化范围。密度是指在锅壁周向所设的翅片的数量。经分析，本发明选用42只翅片。因翅片形状不同，翅片的高度是平均高度。本发明中翅片平均高度采用2cm。厚度即翅片的厚度，本发明采用2mm。位置是指翅片下部和上部分别在锅体上的位置，位置不同将对热效率产生较大影响。经分析，本发明的翅片不加设在锅底，而是在锅体侧壁上，使翅片底部可以接触到高温烟气而又避开了底部的高温火焰。以上的六个因素均会影响锅体热效率，在确定锅体的结构时需要综合考虑这六种因素，兼顾热效率、美观性、实用性、耐用性、便捷性、经济性以及是否便于加工等等。

翅片锅设计完成后，将在不改变原有燃气灶的基础上，实现热效率比普通炒锅提升10％以上；且加强锅体传热，使锅体温度更均匀，锅体不会局部升温过快，更加利于烹饪；热效率提升，火焰平均温度降低，与普通炒锅相比将减少热力型氮氧化物的生成，使燃烧更加清洁；同时，加设翅片的材料和工艺都相对成熟，经济性也有保障。

主要影响因素如下：

1、翅片的厚度

如图2所示，厚度h＝5mm；如图3所示，厚度h＝2mm。

在其他条件都相同，只有锅所加翅片的厚度不同时，通过Fluent数值模拟后发现，厚度为5mm翅片的热效率为56.81％，而厚度为2mm翅片的热效率为56.22％。厚度为5mm的翅片质量为2mm的2.5倍，热效率仅提升0.6％左右，所以综合考虑，厚度小的翅片效果更好，使用价值更大。并且使用薄的翅片，翅片间距相对于厚的翅片更大，从而可以放置更多的翅片，产生更高的热效率。

2、翅片的数量(翅片间距)

如图4所示，翅片数量n＝36；如图5所示，翅片数量n＝42；

当其他条件都相同时，翅片数量n＝36时，模拟得到的热效率为56.22％；n＝42时，热效率为57.61％。可以看出翅片的数量增加6个，热效率可以提升1.4％左右，翅片的数量越多，传热面积越大，热效率提升越明显。但是翅片的数量越多，整个锅具的质量越重，实际使用中可能会不太方便。所以，翅片的添加数量应考虑到在日常生活中使用是否方便。

3、翅片的倾斜角度

如图6所示，翅片角度α＝0°；如图7所示，翅片角度α＝10°；如图8所示，翅片角度α＝20°；如图9所示，翅片角度α＝30°；如图10所示，翅片角度α＝45°。

当其他条件都相同时，只改变翅片的角度，翅片角度α＝0°时，模拟得到的热效率为56.81％；翅片角度α＝10°时，热效率为57.06％；翅片角度α＝20°时，热效率为57.82％；翅片角度α＝30°时，热效率为57.29％；翅片角度α＝45°时，热效率为55.21％。可以看出，随着翅片倾斜角度的增加，热效率先增加后降低，存在热效率最高倾斜角度。

4、翅片的类型

如图11所示，矩形翅片；如图12所示，下梯形翅片；如图13所示，下三角形翅片；如图14所示，上三角形翅片。

在保证所加翅片的面积相同时，不同的翅片类型对整个锅体表面的燃烧与传热的影响效果也是不同的。通过使用Fluent数值模拟与实验相结合的方法可以得到，整个燃烧过程的高温区域主要集中在锅体的中下部，因此，在这一部位加翅片，强化整个锅表面的传热过程，对提升燃气灶的热效率具有重要意义。由于燃烧过程中，下面的温度较高，从传热的基本理论出发，在高温区域增加更多的面积更有意义，例如上三角形翅片、矩形翅片。但是，通过数值模拟后发现，增大底部面积所产生的热效率会升高，整个翅片的温度也相应的会增加，在运行过程中，翅片的最高温度可能会达到400～500℃，温度太高，锅具本身的热均匀性不好，不利于加翅片锅具的长期使用。综合考虑，选用下梯形翅片相对较好。首先，燃烧过程中翅片本身的温度并不会太高，温度梯度较小；其次，从传热角度来说，翅片的下半部分高温烟气与锅体的温差较大，翅片所加的面积相对较小，而翅片的上半部分，烟气与锅体的温差较小，所加的传热面积大，对于整个锅体而言，传热的均匀性更好，更利于锅具长期稳定的使用；最后，下梯形翅片所产生热效率也相对较高。

5、翅片的位置

一般来说，翅片的位置可以布置在锅底，可以在锅体，也可以在靠近顶部处。如果布置在锅底，翅片将直接接触火焰，由强化传热理论可知，这种情况下翅片的肋效率最高，炒锅的导热性能和热效率也会有所提升，但一方面会使得锅底局部升温过快，使烹饪过程不易控制，且翅片一直处于高温区，也会加速翅片的损坏，影响强度；另一方面，如果翅片高度略高的话，将会影响锅体底部空间的流通性，影响火焰的充分燃烧。同时，翅片布置在锅底，会影响锅体放置时的稳定性，并且可能出现与现有的燃气灶锅架不适配以及不易清洗等问题，从而带来不便。如果翅片布置在靠近锅体顶部处，此时翅片下部不与火焰及高温烟气接触，其热效率的提升会有较大局限。如果翅片布置在锅体，即下部与火焰或高温烟气区适当接触，同时翅片又均匀加设在锅体中部，避开了底部高温区，这样既避免了局部升温过快对事物烹饪过程和材料强度的影响，也兼顾了热效率，同时便于清洁和放置，也可以与现有的燃气灶支架实现配合。所以，翅片加设在锅体中下部是比较合适的位置。

6、翅片的高度

由于优选梯形翅片，所以高度的概念主要是指梯形翅片的平均高度(两短边之和除以2)。翅片位于锅体中下部，故取从锅底往上高度为6.5cm左右的水平面为例，测量距离锅壁为0.5cm、1.5cm、2.5cm……6.5cm共七个点的温度，其温度变化如下图15。可见在距离锅壁2cm内的温度较高，2cm以外的温度相对较低，所以为了提升热效率，翅片的高度在2cm左右为宜，高度太高对热效率增益有限。若高度太高，一方面高度增加，不利于美观，材料用量增大，不利于控制锅体重量和经济性，另一方面，高度增加，燃烧产生的烟气排出将不如低高度时顺畅，可能会对燃烧产生一系列影响，比如污染物增多，燃烧不那么充分等等。但如果高度过低，加设翅片对热效率的提升将不够明显，达不到合适的效果。综合以上，翅片高度的选取要适宜，不宜过高和过低，选择合适的高度将会对热效率有很好的提升。

本发明的工作原理为：火焰将热量传递给食物的过程中除了锅内外壁间的导热外，就是火焰与锅外壁以及锅内壁与食物之间的换热。内壁与食物(大多含汤水)的换热系数大约在10⁴W/m²·K的量级，而火焰与锅壁侧的换热系数大约在10²W/m²·K的量级。由强化传热的理论可知，想要提升炒菜锅的热效率，需要加强火焰与锅壁侧的换热。本发明为炒锅外壁加设翅片，以提升其热效率。

关于所加设翅片的合理性，有如下分析：如图18，在不加翅片时，实验计算得炒锅对燃料的利用效率为49.57％，锅体表面的热流量为22107.62W/m²。在加设36个翅片(厚度为2mm高度为1.25cm的矩形翅片，下同)后，如图19，热效率提升至56.22％，锅体表面的热流量为26236.24W/m²。加设42个翅片后，如图20，热效率提升至57.61％，锅体表面的热流量为26866.96W/m²。由此可以看出，加设翅片可以很直观的提高燃料利用效率。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述带有翅片的新型家用炒菜锅设置有：

锅体；

锅体中下部安装有若干翅片。

2.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片按照一定的倾角和数量焊接在锅体侧壁上。

3.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片焊接在金属环带上，金属环带设有开口，开口处使用螺钉紧固连接。

4.如权利要求3所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，在锅体上设置结构将金属环带固定。

5.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片为下梯形翅片。

6.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片位于锅体中下部。

7.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，在锅体添加30到50个的翅片。

8.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片的倾斜角度范围为：0°～45°。

9.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片加设在锅体中下部。

10.如权利要求1所述的带有翅片的新型家用炒菜锅，其特征在于，所述翅片的高度为2cm以内。

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