關鍵詞：  燃氣灶；  吸油煙機；  內(nèi)燃灶；  原理驗證樣機

Structure and Working Principle of Internal Combustion Cooker

Abstract：A new type gas cooker namely internal combustion cooker is proposed by adopting internal combustion technology and integrating structures and principles of conventional gas cooker and range hood．The mixture of oil smoke，water vapour，air and gas is completely burned in combustion chamber where inner pressure is higher than the atmospheric pressure．The flue gas which discharges to outside atmosphere heats the mixture entering the combustion chamber．Theoretically，the internal combustion cooker is characterized by high thermal efficiency，safety and environmental protection，low cost and convenient maintenance．The prototype for verifying the principle of the internal combustion cooker is developed．The test shows that gas is burned normally，and the working principle of the internal combustion cooker is verified．

Key words：gas cooker；  range hood；  internal combustion cooker；principle verification prototype

燃氣灶應用日益普遍，國家標準規(guī)定臺式灶的熱效率應大于55％，嵌入式灶具的熱效率應大于50％，上述指標限于標準檢測條件，在實際使用條件下熱效率更低，可見，高效節(jié)能方面燃氣灶任重道遠。就現(xiàn)有燃氣灶的結構原理，熱效率不可能有大幅度的提高，這是因為敞開式燃燒，對流、輻射熱量的利用均有所削弱，受外界氣流的影響較大；冷面直接換熱，對火焰有較強的淬熄作用，容易形成接觸黃焰，燃燒不易完全，C0容易偏高^[1]；燃燒區(qū)域具有一定真空度，空氣供給相對燃氣不足，不易組織良好的燃燒過程；燃燒時燃燒強度低，空氣與燃氣的混合不夠充分。而燃氣(天然氣、液化石油氣、甲烷、二甲醚等)作內(nèi)燃機的燃料燃燒則極為徹底，其主要原因在于燃料與空氣混合非常均勻、燃氣與空氣的混合氣在高于大氣壓的環(huán)境內(nèi)燃燒、空氣相對燃氣比較富余^[2-8]。如果將內(nèi)燃機與燃氣灶的工作原理融匯集成，將內(nèi)燃技術應用到燃氣灶中，形成一種具有新型燃燒原理的內(nèi)燃灶，應該具有較高的熱效率。

1 內(nèi)燃灶結構、工作原理與特點

筆者提出的內(nèi)燃灶的結構和工作原理見圖l。工作時空氣連同烹飪產(chǎn)生的油煙、水蒸氣，通過風機壓送到封閉的爐腔內(nèi)，與燃氣在高于大氣壓的條件下燃燒，加熱爐板，爐板可直接加熱食物或其他烹飪炊具；高溫廢氣在排出的過程中加熱進氣管內(nèi)的氣體，減少廢氣余熱的浪費，提高熱效率^[9]。

具體工作過程如下：轉動開關旋鈕，打開燃氣閥、風機和點火器，燃氣從燃氣接口進入與爐腔相連的進氣管處；風機轉動，將油煙、水蒸氣及空氣從集氣器吸入，與燃氣混合后進入爐腔，遇到點火器產(chǎn)生的電火花開始燃燒；加熱爐板，爐板再加熱其上的食物或炊具。爐腔內(nèi)的壓力為風機壓力，通常在300Pa以上。高溫廢氣經(jīng)排氣閥從排氣管排出室外，在排出的過程中加熱進氣管內(nèi)的氣體，提高進氣的溫度，減少余熱浪費。爐體為雙層中空結構。風機的轉速由電控器根據(jù)燃氣開關的開度調(diào)控。電源為220 V交流電，電流小于l A。

與傳統(tǒng)的燃氣灶和吸油煙機組合裝置相比，內(nèi)燃灶的主要特點如下：

①燃氣在高于大氣壓的空間內(nèi)燃燒，不像傳統(tǒng)的燃氣灶利用熱煙氣上升形成的真空度吸入二次空氣混合燃燒。因此氧氣充足、燃燒溫度高，燃氣燃燒充分。

②爐壁為雙層中空結構，幾乎避免了所有的熱對流、傳導和輻射損失，熱量只有從爐板傳出加熱食物或炊具。

③高溫廢氣攜帶較多熱量排出過程中，加熱將要進入爐腔的氣體，進一步提高了熱效率。

④空氣、烹飪產(chǎn)生的油煙和水蒸氣等被吸人爐腔同燃氣混合燃燒，燃燒后的廢氣全部排到室外，最大限度地減少了室內(nèi)外環(huán)境污染。如果將來引入廢氣再循環(huán)、催化轉化等技術，必然會進一步降低有毒氣體和溫室氣體(C0、N0_x、CH₄等)的排放。

⑤安全性好，不存在烹飪過程中沸鍋熄火現(xiàn)象。

⑥將傳統(tǒng)的燃氣灶和吸油煙機有機地融為一體(吸油煙機成為內(nèi)燃灶的一個零部件，即集氣器；吸油煙機的風機成為內(nèi)燃灶的增壓部件)，形成一種具有嶄新工作原理的燃氣灶，節(jié)約了空間、成本，安裝維護方便。

⑦適用面廣，幾乎能以任何燃氣為燃料(如液化石油氣、天然氣、人工煤氣及沼氣等)，如果增加燃料噴射裝置，可以推廣到液體或固體燃料(如燃油、酒精、二甲醚、煤粉等)。沼氣一般都惡臭，而農(nóng)村應用又較多，內(nèi)燃灶在室內(nèi)應用無疑最為合適，這就為拓展生物質能源的利用提供了條件。

⑧風機安裝在剛性較好的爐體上，振動較弱，風機在內(nèi)部轉動，噪聲極小，而目前傳統(tǒng)吸油煙機的噪聲為74 d8左右(天長日久，達80 dB以上)。

⑨雙層爐體的內(nèi)腔可用于供暖供水的加熱，在農(nóng)村尤其適合。

⑩依托的燃氣灶、吸油煙機、內(nèi)燃機等技術成熟，使用量大，利潤率高。

2 原理驗證樣機研制與試驗

內(nèi)燃灶能否穩(wěn)定工作，其工作原理是否可行，成為首先要確認的問題，為此研制了原理驗證樣機(見圖2)。樣機是借用某型燃氣灶改制而成，沒有考慮排氣換熱功能及其結構，進氣通過外設風機往爐腔鼓氣實現(xiàn)。

試驗時先打開風機往爐腔鼓氣，然后轉動開關旋鈕，從排氣閥的出口可見柔和純正的藍色火焰，燃氣燃燒比較正常?？梢妰?nèi)燃灶的工作原理是可行的，但還需要進一步理論計算分析并研制性能樣機進行全面的性能試驗研究。

3結論

①應用內(nèi)燃技術，集成傳統(tǒng)燃氣灶及吸油煙機的結構原理和功能，提出了一種新型的燃氣灶——內(nèi)燃灶，理論上具有熱效率高、安全環(huán)保、成本低、維修方便的特點。

②研制了內(nèi)燃灶原理驗證樣機，通過試驗，燃氣燃燒比較正常，內(nèi)燃灶工作原理是可行的。

③需要進一步研制性能樣機進行全面性能試驗研究。

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本文作者：李偉婕   張洪信  洪吉超  舒培  孫文革

作者單位：青島供電公司  青島大學機電工程學院