CN113203104B - 一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物质燃料燃烧技术领域，更具体地，涉及一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉及其使用方法。本发明霄燃料家用取暖烹饪联用炉包括储存输送单元、烹饪单元、取暖单元，所述储存输送单元用于通过进料管将霄燃料输送至烹饪单元进行燃烧；所述烹饪单元包括燃烧炉和位于燃烧炉上方的灶台，所述燃烧炉和所述灶台之间设置有可移动的隔板，所述隔板能够隔绝火焰接触所述灶台。本发明将做饭与取暖一体化智能集成，将霄燃料燃烧器产生的热量分为两部分，采用智能温度传感器，将做饭和取暖所需温度信号反馈到控制面板，根据接收到的温度信号自动控制进料量和风量，实现对做饭‑取暖炉的一体化智能控制。

Description

一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉及其使用方法

技术领域

本发明属于生物质燃料燃烧技术领域，更具体地，涉及一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉及其使用方法。

背景技术

生物质被认为是一种被忽略的能源，具有遍在性、丰富性、可再生性等特点。生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。目前应用较多的生物质成型燃料虽然具有成本低，加工方便等特点，但与生物质微米燃料相比较，其燃烧不够充分，燃烧温度不高，易产生大量烟气等缺点，而生物质微米燃料粒径较小，与空气接触更加充分，使得其燃烧速度与效率大大提高，进而能够获得更高的燃烧温度，因此生物质微米燃料的应用前景更加广阔。华中科技大学肖波教授及其团队将生物质高效生产的粒径小于250微米的“微米燃料”，称之为霄燃料，霄燃料能够实现1400℃以上高温的燃烧，具有广阔的市场前景。

家用做饭炉和冬季取暖炉作为国民生活必不可少的两大需求，已有千百年的历史。现有的家用做饭炉多采用天然气为燃料，虽样式繁多，但结构和原理相同，且功能单一，仅能实现家用做饭功能；传统的家用取暖一般为锅炉集中供暖，集中供暖只能保证一定的供暖温度，而不会根据所需温度灵活调整，且所用燃料多为工业用煤。长此以往，不符合我国能源利用形式的变革和碳达峰的要求。所以在日常应用最多的做饭和冬季取暖炉领域，在燃料方面，急需寻找一种清洁可再生能源作为煤和天然气等化石能源的代替品；在做饭和取暖炉的结构方面，需要一种创新型的结构设计同时满足家用做饭和冬季取暖的需求，同时实现做饭和取暖对温度的灵活调配。然而，目前我国结构集成的家用做饭-取暖炉在实际生活中应用较少。

限制我国家用做饭-取暖炉在结构集成和实际应用中的主要原因有以下两点：一是燃料的选取。目前国内做饭用燃料多以天然气为主，因天然气价格昂贵，所以冬季取暖所用燃料多以煤为主，燃料选取的不同使得做饭和取暖两种炉型的集成存在障碍；另外煤和天然气均为化石燃料，长期使用不利于环境保护和能源优化。二是集成装置中热量分配的问题。家用做饭-取暖炉的集成最重要的是结构的设计，在结构设计过程中要充分考虑到热量分配问题。现有的做饭-取暖炉的结构集成方面设计缺乏创新，使得燃料热能利用效率低，造成热能浪费。

CN208349348U公开了一种生物质家用取暖做饭两用炉，包括燃烧系统、送料系统、热交换系统和热量分散系统，所述的燃烧系统包括位于炉体内的燃烧基座，所述燃烧基座为碗状，中心设有向下凹陷的燃烧凹陷，所述燃烧凹陷底部设有沉降式炉排，所述炉排周边设有的燃烧凹陷为陶瓷结构，所述燃烧凹陷底部设有支撑架，所述燃烧凹陷周边设有通气孔，所述通气孔上设有防止灰尘或燃料堵塞的凸起挡片。该技术方案取代传统燃煤炉具，既可以起到取暖的目的，也可用于日常烧水做饭，但是燃烧不够充分，取暖和做饭之间难以形成高效配合关系，还存在改进空间。

因此，现有技术仍缺乏一种能够高效利用生物质燃料而且实现取暖烹饪协同使用的燃烧炉。

发明内容

针对现有技术的改进需求，本发明提供了一种家用取暖烹饪联用炉，其目的在于通过结构的优化设计和高温高效清洁可再生能源形式的选取实现实现做饭-取暖炉一体化智能集成。本发明的技术方案如下所示。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉，包括储存输送单元、烹饪单元、取暖单元，所述储存输送单元用于通过进料管将霄燃料输送至烹饪单元进行燃烧；

所述烹饪单元包括燃烧炉和位于燃烧炉上方的灶台，所述燃烧炉和所述灶台之间设置有可移动的隔板，所述隔板能够隔绝火焰接触所述灶台；

所述取暖单元包括依次连接的传热管道、换热器和出气管，所述换热器内设置有换热水管，所述传热管道设置于所述隔板与所述燃烧炉之间，能够将所述燃烧炉燃烧后的烟气输送至所述换热器内与所述换热水管实现热量交换，完成热量交换的烟气通过所述出气管排出；

所述燃烧炉内部设置有第一环形隔板、第二环形隔板和水平隔板，所述水平隔板与所述燃烧炉的炉膛垂直连接并将所述燃烧炉分割为上燃烧室和下燃烧室，所述水平隔板中间设置有孔洞形成出火口，所述上燃烧室和所述下燃烧室通过出火口连通，所述第二环形隔板与所述水平隔板固定连接并与所述燃烧炉的底部形成气体通道，所述第一环形隔板位于所述炉膛与所述第二环形隔板之间，所述第一环形隔板与所述燃烧炉的底部固定连接并与所述水平隔板形成气体通道，所述炉膛设置有燃烧炉进口，所述进料管通过燃烧炉的燃烧炉进口与燃烧炉的内部燃烧室连通，所述燃烧炉进口设置有点火器。

作为优选，所述进料管轴线与所述炉膛圆周相切。霄燃料点燃后进入燃烧炉，首先在炉膛和第一环形隔板形成的外层空间内螺旋上升，进料管轴线与所述炉膛圆周相切，有助于霄燃料的螺旋上升。

作为优选，所述炉膛上设置有螺旋凹槽，优选的，所述第二环形隔板和所述第一环形隔板的表面均设置有螺旋凹槽。螺旋凹槽能够有助于霄燃料的螺旋上升。

作为优选，所述点火器为干粉点火器。

作为优选，储存输送单元沿霄燃料运动方向依次设置有料斗、供料仓、定量给料机构、吸料罩、鼓风机，所述鼓风机通过进料管与燃烧炉连通。

作为优选，所述供料仓内部设置有搅动机构，所述料斗和所述供料仓之间设置有倾斜隔板，优选的，所述定量给料机构设置有调速器，所述调速器能够控制给料速度。

作为优选，所述取暖单元还设置有回流气管，所述回流气管一端与所述燃烧炉连接，另一端与所述出气管，所述回流气管内设置有单向阀，所述单向阀能够防止气体从燃烧炉流向所述出气管。

作为优选，还包括控制单元，所述控制单元包括控制面板、和与控制面板电连接的烟气温度传感器、循环水温度传感器、明火温度传感器和隔板控制器,所述烟气温度传感器设置于所述出气管内，所述循环水温度传感器设置于换热水管内，所述明火温度传感器设置于所述灶台下方，所述隔板控制器位于所述隔板上，所述控制面板能够通过隔板控制器驱动隔板的移动。

按照本发明的另一方面，提供了一种所述的家用取暖烹饪联用炉的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将霄燃料装填于料斗内，开启搅动机构利用其旋转运动破坏微米燃料形成的堆积现象；

(2)开启点火器使点火器加热到工作温度，并使进料管末端以及炉膛进料口附近区域预热；

(3)待热电偶完全加热后，开启定量给料机构进行给料，并开启鼓风机，霄燃料落入下方吸料罩中，由鼓风机产生的负压以及霄燃料自重使霄进入到进料管中并在此过程中与空气充分混合，经过热电偶点火器并被其点燃；

(4)霄燃料点燃后进入燃烧炉，首先在炉膛和第一环形隔板形成的外层空间内螺旋上升，到达顶部后由于压力被推进到第一环形隔板和第二环形隔板形成的中层空间内螺旋下降，到达底部后由于压力被推进到第二环形隔板形成的内层空间螺旋上升，经由出火口从炉膛喷出；

(5)根据取暖和烹饪的需求，控制隔板调节炉膛喷出的火焰与烹饪单元的接触面积，将燃烧后的烟气输送至换热器实现热量交换，完成热量交换的烟气通过出气管排出。

作为优选，步骤(5)中，将烟气温度传感器、循环水温度传感器、明火温度传感器的温度信号反馈到控制面板，根据接收到的温度信号控制定量给料机构的进料量、鼓风机的风量和隔板的移动。

总体而言，本发明的有益效果有：

(1)本发明将做饭与取暖一体化智能集成，将霄燃料燃烧器产生的热量分为两部分，一部分用于家用做饭，另外一部分用于家用取暖。取暖系统采用循环水余热利用系统，将满足做饭所需热量的其余热量用于家用取暖，同时满足做饭和冬季家用取暖，采用智能温度传感器，将做饭和取暖所需温度信号反馈到控制面板，根据接收到的温度信号自动控制进料量和风量，实现对做饭-取暖炉的一体化智能控制。

(2)本发明霄燃料相比于生物质成型燃料，具有燃烧更加彻底且更快速，燃烧温度高，能量释放速度更快更集中，产生的废弃物(如炉渣等)更少等优点，节约了重要资源，并提高了原本为废弃物的生物质资源的利用效率，符合国家环保政策，燃烧炉炉膛内旋风进料，增加了燃料在炉膛内的燃烧时间，提高燃烧效率和热量利用率，由于燃烧更加彻底，故大幅减少了灰烬的产生量，设置主、次换热水箱，主换热水箱包围燃烧炉，将燃烧炉炉体产生的热量辐射也利用起来，使得燃烧产生的热量能够被更加充分的利用，提高了能量利用率。

(3)本发明将炉膛设计为三层，进料管轴线与炉膛圆周相切，这样燃料在炉膛内依次螺旋上升、螺旋下降和螺旋上升，在相同炉膛容积条件下，大幅增加了燃料在炉膛内的时间，给燃料气化、完全燃烧提供了充足的时间。由于燃烧十分彻底，大量减少了烟气中灰尘的含量，既能够高效利用燃料又能够减少烟尘排放，保护环境。

(4)本发明搅动机构能够破坏微米燃料在进料过程中产生的堆积结构，保证下料的连续性，搅动机构分别设置在料斗中部以保证其能够接触到大部分燃料。另外在进料口上方设置定量给料机构，也就是定量给料绞龙，定量给料机构(4)设置有调速器，以实现定量给料功能，改变实时的进料量以保证良好的燃烧效果。

(5)本发明在进料口之后加装鼓风机，将霄燃料以较高的速度吹入炉膛，这样一方面可以利用风机侧高速气流产生的空气负压促进料仓进料，另一方面将霄燃料高速吹进炉膛可以使霄燃料与空气充分混合保证燃烧完全，还防止了霄燃料及燃烧后残留灰分在炉膛内堆积，影响燃烧过程，烧坏炉体。

(6)本发明燃烧炉采用热电偶通电加热或燃气加热点火方式，避免了每次使用需要明火引燃的操作，方便快捷，将家用做饭和冬季取暖进行一体化集成，热量控制灵活，同时满足家用做饭和冬季家用取暖的需求。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是燃烧炉的局部放大图；

图3是燃烧炉的俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：储存输送单元1、料斗101、倾斜隔板102、供料仓103、定量给料机构105、吸料罩106、鼓风机107、烹饪单元2、进料管201、点火器202、燃烧炉203、灶台204、隔板205、水平隔板206、炉膛207、下燃烧室208、上燃烧室209、出火口210、燃烧炉进口211、螺旋凹槽212、第一环形隔板213、第二环形隔板214、取暖单元3、传热管道301、换热器302、换热水管303、回流气管304、单向阀305、出气管306、控制单元4、控制面板401、烟气温度传感器402、循环水温度传感器403、明火温度传感器404、隔板控制器405。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例

一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉，如图1-3所示，包括储存输送单元1、烹饪单元2、取暖单元3，所述储存输送单元1用于通过进料管201将霄燃料输送至烹饪单元2进行燃烧；

储存输送单元1沿霄燃料运动方向依次设置有料斗101、供料仓103、定量给料机构105、吸料罩106、鼓风机107，所述鼓风机107通过进料管201与燃烧炉203连通；

所述烹饪单元2包括燃烧炉203和位于燃烧炉203上方的灶台204，所述燃烧炉203和所述灶台204之间设置有可移动的隔板205，所述隔板205能够隔绝火焰接触所述灶台204；

所述取暖单元3包括依次连接的传热管道301、换热器302和出气管306，所述换热器302内设置有换热水管303，所述传热管道301设置于所述隔板205与所述燃烧炉203之间，能够将所述燃烧炉203燃烧后的烟气输送至所述换热器301内与所述换热水管303实现热量交换，完成热量交换的烟气通过所述出气管306排出；

所述燃烧炉203内部设置有第一环形隔板213、第二环形隔板214和水平隔板206，所述水平隔板206与所述燃烧炉203的炉膛207垂直连接并将所述燃烧炉203分割为上燃烧室209和下燃烧室208，所述水平隔板206中间设置有孔洞形成出火口210，所述上燃烧室209和所述下燃烧室208通过出火口210连通，所述第二环形隔板214与所述水平隔板206固定连接并与所述燃烧炉203的底部形成气体通道，所述第一环形隔板213位于所述炉膛207与所述第二环形隔板214之间，所述第一环形隔板213与所述燃烧炉203的底部固定连接并与所述水平隔板206形成气体通道，所述炉膛207设置有燃烧炉进口211，所述进料管201通过燃烧炉203的燃烧炉进口211与燃烧炉203的内部燃烧室连通，所述燃烧炉进口211设置有点火器202。

作为优选的实施例，所述进料管201轴线与所述炉膛207圆周相切。

作为优选的实施例，所述炉膛207上设置有螺旋凹槽212，优选的，所述第二环形隔板214和所述第一环形隔板213的表面均设置有螺旋凹槽212。

作为优选的实施例，所述点火器202为干粉点火器。

作为优选的实施例，所述供料仓103内部设置有搅动机构104，所述料斗101和所述供料仓103之间设置有倾斜隔板102，优选的，所述定量给料机构105设置有调速器，所述调速器能够控制给料速度。

作为优选的实施例，所述取暖单元3还设置有回流气管304，所述回流气管304一端与所述燃烧炉203连接，另一端与所述出气管306，所述回流气管304内设置有单向阀305，所述单向阀305能够防止气体从燃烧炉203流向所述出气管306。

作为优选的实施例，还包括控制单元4，所述控制单元4包括控制面板401、和与控制面板401电连接的烟气温度传感器402、循环水温度传感器403、明火温度传感器404和隔板控制器405,所述烟气温度传感器402设置于所述出气管306内，所述循环水温度传感器403设置于换热水管303内，所述明火温度传感器404设置于所述灶台204下方，所述隔板控制器405位于所述隔板205上，所述控制面板401能够通过隔板控制器405驱动隔板的移动。

本发明的家用取暖烹饪联用炉的使用方法，包括以下步骤：

(1)将霄燃料装填于料斗内，开启搅动机构利用其旋转运动破坏微米燃料形成的堆积现象；

(2)开启点火器使点火器加热到工作温度，并使进料管末端以及炉膛进料口附近区域预热；

(3)待热电偶完全加热后，开启定量给料机构进行给料，并开启鼓风机，霄燃料落入下方吸料罩中，由鼓风机产生的负压以及霄燃料自重使霄进入到进料管中并在此过程中与空气充分混合，经过热电偶点火器并被其点燃；

(4)霄燃料点燃后进入燃烧炉，首先在炉膛和第一环形隔板形成的外层空间内螺旋上升，到达顶部后由于压力被推进到第一环形隔板和第二环形隔板形成的中层空间内螺旋下降，到达底部后由于压力被推进到第二环形隔板形成的内层空间螺旋上升，经由出火口从炉膛喷出；

(5)根据取暖和烹饪的需求，控制隔板调节炉膛喷出的火焰与烹饪单元的接触面积，将燃烧后的烟气输送至换热器实现热量交换，完成热量交换的烟气通过出气管排出。

优选的，步骤(5)中，将烟气温度传感器、循环水温度传感器、明火温度传感器的温度信号反馈到控制面板，根据接收到的温度信号控制定量给料机构的进料量、鼓风机的风量和隔板的移动。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种霄燃料家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，包括储存输送单元(1)、烹饪单元(2)、取暖单元(3)，所述储存输送单元(1)用于通过进料管(201)将霄燃料输送至烹饪单元(2)进行燃烧；所述霄燃料为粒径小于250微米的生物质燃料；

所述烹饪单元(2)包括燃烧炉(203)和位于燃烧炉(203)上方的灶台(204)，所述燃烧炉(203)和所述灶台(204)之间设置有可移动的隔板(205)，所述隔板(205)能够隔绝火焰接触所述灶台(204)；

所述取暖单元(3)包括依次连接的传热管道(301)、换热器(302)和出气管(306)，所述换热器(203)内设置有换热水管(303)，所述传热管道(301)设置于所述隔板(205)与所述燃烧炉(203)之间，能够将所述燃烧炉(203)燃烧后的烟气输送至所述换热器(301)内与所述换热水管(303)实现热量交换，完成热量交换的烟气通过所述出气管(306)排出；

所述燃烧炉(203)内部设置有第一环形隔板(213)、第二环形隔板(214)和水平隔板(206)，所述水平隔板(206)与所述燃烧炉(203)的炉膛(207)垂直连接并将所述燃烧炉(203)分割为上燃烧室(209)和下燃烧室(208)，所述水平隔板(206)中间设置有孔洞形成出火口(210)，所述上燃烧室(209)和所述下燃烧室(208)通过出火口(210)连通，所述第二环形隔板(214)与所述水平隔板(206)固定连接并与所述燃烧炉(203)的底部形成气体通道，所述第一环形隔板(213)位于所述炉膛(207)与所述第二环形隔板(214)之间，所述第一环形隔板(213)与所述燃烧炉(203)的底部固定连接并与所述水平隔板(206)形成气体通道，所述炉膛(207)设置有燃烧炉进口(211)，所述进料管(201)通过燃烧炉(203)的燃烧炉进口(211)与燃烧炉(203)的内部燃烧室连通，所述燃烧炉进口(211)设置有点火器(202)。

2.根据权利要求1所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，所述进料管(201)轴线与所述炉膛(207)圆周相切。

3.根据权利要求1或2所述的家用取暖烹饪 联用炉，其特征在于，所述炉膛(207)上设置有螺旋凹槽(212)。

4.根据权利要求3所述的家用取暖烹饪 联用炉，其特征在于，所述第二环形隔板(214)和所述第一环形隔板(213)的表面均设置有螺旋凹槽(212)。

5.根据权利要求2所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，所述点火器(202)为干粉点火器。

6.根据权利要求1所述的家用取暖烹饪 联用炉，其特征在于，储存输送单元(1)沿霄燃料运动方向依次设置有料斗(101)、供料仓(103)、定量给料机构(105)、吸料罩(106)、鼓风机(107)，所述鼓风机(107)通过进料管(201)与燃烧炉(203)连通。

7.根据权利要求6所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，所述供料仓(103)内部设置有搅动机构(104)，所述料斗(101)和所述供料仓(103)之间设置有倾斜隔板(102)。

8.根据权利要求7所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，所述定量给料机构(105)设置有调速器，所述调速器能够控制给料速度。

9.根据权利要求1所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，所述取暖单元(3)还设置有回流气管(304)，所述回流气管(304)一端与所述燃烧炉(203)连接，另一端与所述出气管(306)，所述回流气管(304)内设置有单向阀(305)，所述单向阀(305)能够防止气体从燃烧炉(203)流向所述出气管(306)。

10.根据权利要求1所述的家用取暖烹饪联用炉，其特征在于，还包括控制单元(4)，所述控制单元(4)包括控制面板(401)、和与控制面板(401)电连接的烟气温度传感器(402)、循环水温度传感器(403)、明火温度传感器(404)和隔板控制器(405),所述烟气温度传感器(402)设置于所述出气管(306)内，所述循环水温度传感器(403)设置于换热水管(303)内，所述明火温度传感器(404)设置于所述灶台(204)下方，所述隔板控制器(405)位于所述隔板(205)上，所述控制面板(401)能够通过隔板控制器(405)驱动隔板的移动。

11.根据权利要求1-10任一项所述的家用取暖烹饪联用炉的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将霄燃料装填于料斗内，开启搅动机构利用其旋转运动破坏微米燃料形成的堆积现象；

(2)开启点火器使点火器加热到工作温度，并使进料管末端以及炉膛进料口附近区域预热；

(3)待热电偶完全加热后，开启定量给料机构进行给料，并开启鼓风机，霄燃料落入下方吸料罩中，由鼓风机产生的负压以及霄燃料自重使霄进入到进料管中并在此过程中与空气充分混合，经过热电偶点火器并被其点燃；

(4)霄燃料点燃后进入燃烧炉，首先在炉膛和第一环形隔板形成的外层空间内螺旋上升，到达顶部后由于压力被推进到第一环形隔板和第二环形隔板形成的中层空间内螺旋下降，到达底部后由于压力被推进到第二环形隔板形成的内层空间螺旋上升，经由出火口从炉膛喷出；

(5)根据取暖和烹饪的需求，控制隔板调节炉膛喷出的火焰与烹饪单元的接触面积，将燃烧后的烟气输送至换热器实现热量交换，完成热量交换的烟气通过出气管排出。

12.根据权利要求11所述的家用取暖烹饪联用炉的使用方法，其特征在于，步骤(5)中，将烟气温度传感器、循环水温度传感器、明火温度传感器的温度信号反馈到控制面板，根据接收到的温度信号控制定量给料机构的进料量、鼓风机的风量和隔板的移动。

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