專利名稱：集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃氣灶具，尤其涉及一種高效燃氣灶具。
背景技術：
隨著化石燃料的日益緊缺，節(jié)能減排的觀點已深入人心，提高能源利用率、開發(fā)新能源已成為人們共識。燃氣灶具依然是絕大多數餐飲業(yè)以及老百姓家中普遍熱源，經調查普通家用燃氣灶具的效率大約在50%左右。普通燃氣灶具的主要問題是火焰對流傳熱速度慢，由于煙氣停留時間短又帶走了一大部分熱量，因此熱效率很低。目前我國爐灶具制造廠普遍重視高效燃燒技術的研究開發(fā)，對高效傳熱技術的研究卻很少。因此，盡管生產的燃氣爐灶的燃燒效率已經提高到很高的水平，但灶具——炊具間的熱效率仍然很低。以至于燃 氣灶具的效率始終在50%左右，遠低于70%的國際水平，能量利用率仍有很大提升空間?，F在雖然已經有人在灶具上使用襯套，但僅僅是加熱水，而且缺乏安全性，而且需要獨立的泵來驅動水流動，并未節(jié)約多少能源，所以目前還不具備推廣的可能。加之近年來我國西氣東輸工程逐步擴大，未來相當長一段時間內，家用灶具都將使用天然氣作為能源。雖然現在出現了相當多的電加熱設備，但是使用電加熱設備是一種嚴重的高品質能量降級使用，雖然燃氣熱能也是高品質能量，但相比之下省卻了中間發(fā)電、輸電環(huán)節(jié)的能量損失，因此提高現有的燃氣灶具效率，是社會的迫切需要。

發(fā)明內容
針對上述現有技術，本發(fā)明提供一種集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其設計思路是將火焰的燃燒方式由外燃式改為內燃式，減少了火焰與室內空氣的直接熱交換；另外通過增加煙氣的停留時間，并在高溫且不能被炊具吸收處布上熱管，將這部分不能被利用的余熱導出，從而形成獨立熱源；本發(fā)明灶具實行智能斷火控制，一方面用戶可自行設置關氣時間，另一方面當用戶使用完后，該系統(tǒng)可做到“鍋離氣斷”，即當壓力裝置上無作用力時，則自行關閉供氣管道上的電磁閥；還有，在襯套的合適位置上布置多個溫差發(fā)電片，將產生的電能收集在蓄電池里，除了供給自身控制裝置的用電，還可以將多余的電能供室內照明等；在襯套上設有出風口，形成風幕墻，既減輕了吸油煙機的壓力，也改善了廚房內部的環(huán)境，一舉兩得。為了解決上述技術問題，本發(fā)明集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具予以實現的技術方案是包括分火器和面板，在面板的底部且位于分火器上方處設有一襯套，所述襯套由具有環(huán)空的環(huán)形套體構成，襯套的內壁為倒圓錐的漏斗形，所述襯套的頂部設有一環(huán)形的開口 ；所述內壁的下部在周向上均布有多個通孔；襯套內的環(huán)空中及襯套內壁下部的內側處均分別設有熱管，所述熱管包括蒸發(fā)段和冷凝段，所述蒸發(fā)段位于襯套內，所述冷凝段位于襯套外部；面板的一部分覆蓋住襯套，面板的另一部分覆蓋住熱管的冷 凝段；所述襯套的外壁(上嵌有多個溫差發(fā)電片，所述溫差發(fā)電片通過一充電電路連接至一蓄電池；還包括智能控制裝置，所述智能控制裝置包括一單片機和一壓力傳感器及均與所述單片機連接的A/D轉換器、存儲器、按鍵控制和顯示面板和電磁閥，所述壓力傳感器設置在所述內壁的上沿處，所述壓力傳感器通過所述A/D轉換器將信號傳遞給所述單片機，所述按鍵控制和顯示面板設置在襯套上方的面板上，所述電磁閥設置在氣源管道上。進一步講，本發(fā)明新型高效燃氣灶具，其中所述襯套采用隔熱材料制作。所述襯套的表面噴涂有0. 3 0. 5mm厚度的太空絕熱瓷層。所述襯套的外壁為圓柱面，襯套的徑向斷面的輪廓為一具有上開口的直角梯形。所述襯套的外側設有一風機，所述外壁上設有連通襯套的環(huán)空與風機排風口的送風孔。所述熱管的蒸發(fā)段為螺旋線型盤管，所述熱管的冷凝段為蛇形盤管；所述熱管的 工質選擇烴油、硅油和水中的一種。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對目前家中普遍使用的燃氣灶具，本著提高燃料利用率的原則，提出一種新型襯套(區(qū)別于原有的單純加熱水的襯套技術)，襯套的本身由絕熱材料構成，集成了熱管、風幕墻和溫差發(fā)電技術，同時實現了對灶具的智能控制。


圖I是本發(fā)明新型高效燃氣灶具的主視圖；圖2是圖I所示燃氣灶具的俯視圖；圖3是圖I中左部分的局部放大圖；圖4是本發(fā)明中智能控制裝置的構成方框圖；圖5是本發(fā)明中智能控制裝置的控制流程圖。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。本發(fā)明針對目前家中普遍使用的燃氣灶具，本著提高燃料利用率的原則，對傳統(tǒng)的灶臺結構進行改造。提出一種新型襯套(區(qū)別于原有的單純加熱水的襯套技術)，襯套的本身由絕熱材料構成，集成了熱管、風幕墻和溫差發(fā)電技術，同時實現了對灶具的智能控制。如圖I、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，包括分火器和面板8，在面板8的底部且位于分火器上方處設有一襯套9，所述襯套9由具有環(huán)空的環(huán)形套體構成,襯套9的內壁3為倒圓錐的漏斗形,所述襯套9的外壁10的形狀不受限制，但優(yōu)選為圓柱面，因此，襯套9的徑向斷面的輪廓為一具有上開口的直角梯形。在所述襯套9的外側還可以設有一風機7，所述外壁10上設有連通襯套9的環(huán)空與風機排風口的送風孔6，為了送入環(huán)空中的風量可以均布，在環(huán)空中與送風孔6連通的設計一環(huán)形送風管，再在管上設有多個排風孔12，如圖3所示。所述襯套9的頂部設有一環(huán)形的開口 1，如圖2和圖3所示；所述內壁3的下部在周向上均布有多個通孔4作為通風口 ；襯套9內的環(huán)空中及襯套內壁下部的內側處均分別設有熱管5，所述熱管5包括蒸發(fā)段51和冷凝段52，所述蒸發(fā)段51位于襯套內，所述冷凝段52位于襯套外部，所述熱管的蒸發(fā)段51為螺旋線型盤管，所述熱管的冷凝段52為蛇形盤管，所述熱管5的工質選擇烴油、硅油和水中的一種。面板8的一部分覆蓋住襯套8，面板的另一部分覆蓋住熱管的冷凝段52;所述襯套的外壁10上嵌有多個溫差發(fā)電片11，所述溫差發(fā)電片11通過一充電電路連接至一蓄電池。本發(fā)明中還包括一智能控制裝置，用來控制灶具的開關，如圖4所示，所述智能控制裝置包括一單片機20和一壓力傳感器21及均與所述單片機20連接的A/D轉換器22、存儲器23、按鍵控制和顯示面板24和電磁閥25，所述壓力傳感器21設置在所述內壁3的上沿處，所述壓力傳感器通過所述A/D轉換器22將信號傳遞給所述單片機20，所述按鍵控制和顯示面板24設置在襯套上方的面板8上，所述電磁閥25設置在氣源管道上。為了便于理解本發(fā)明的各種功能，下面針對各功能部分詳細說明。一、襯套部分
現有普通燃氣灶具都是開放式燃燒，這樣的結構會導致燃燒之后的煙氣停留時間不長，大部分熱量隨之散失。本發(fā)明以新型襯套取代原有支架，將燃燒改為內燃式，延長煙氣停留時間，同時，所述襯套整體使用隔熱材料制作，以減少煙氣與外界的熱交換，將更多的熱量收集利用起來?；蛘咴谒鲆r套的表面噴涂有0. 3 0. 5mm厚度的太空絕熱瓷層，以此達到良好的隔熱效果，這種絕熱瓷層能有效抑制太陽和紅外輻射熱，隔熱抑制效率可達90%左右。采用襯套取代現有技術中的支架，襯套下方與分火器之間留有Icm的距離，以供燃燒所需空氣進入。另外，在襯套內部適當位置開出氣口，襯套的外壁起著外部圍護的作用，襯套的內壁起著支撐炊具的作用，內外壁之間為一環(huán)空，在襯套上部留有環(huán)形出氣口，以供廢氣排出。二、獨立熱源部分本發(fā)明中的熱管可以形成一獨立的熱源，即當使用燃氣灶具時，熱管5的蒸發(fā)段51在襯套9內受熱，熱管5內部充滿吸液芯間隙中的工質蒸發(fā)，蒸氣高速通過蒸氣空間后至冷凝段冷凝成液體，其中，工質蒸發(fā)時吸收的蒸發(fā)潛熱以等溫形式(整個表面均溫)傳給面板上方待加熱的的食物(或其他需要加熱的物體)，冷凝后的工質利用吸液芯的毛細力回流到受熱部分，至此完成傳熱和傳質的一個循環(huán)。在上述余熱的利用構成中是以表面接觸的形式給食物加熱，沒有直接火焰，不會燒焦食物，同時可得到等溫烹調面。若用戶暫無待加熱的食物，則可用此熱源加熱水。熱管5的布置(如圖I和圖2所示)是通過fluent軟件(用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內的復雜流動的軟件)對熱流量進行模擬以后，選取的熱流密度較大，且熱量不易被面板吸收到的位置，在接近襯套上的一圈通風口處且布置在襯套內壁3的內外兩側增加了與煙氣的熱交換，另外，將熱管的冷凝段布置成蛇形流道狀，也。本發(fā)明中位于襯套頂面上的環(huán)形開口 1，襯套內壁3上設有可以貫通襯套環(huán)空用以向環(huán)空內排放廢氣的通風孔，襯套9的外壁10上設有向襯套環(huán)空中送風的送風口 6，理論上若風速能達到0. 5m/s以上即可自環(huán)形開口 I向上且在炊具四周形成一環(huán)形的風幕墻，從而將烹飪過程中產生的油煙直接吹向炊具正上方的油煙機，避免人們接觸油煙，改善廚房環(huán)境，同時也減輕了吸油煙機的負擔。另外，在襯套的外部可以設有一與送風口6連通的風機7，利用該風機7向襯套9的環(huán)空內吹入新鮮空氣，以提高廢氣的速度。三、溫差發(fā)電部分利用本發(fā)明中的溫差發(fā)電片21將產生的電能儲存在蓄電池中，即，在襯套9的外壁上鑲嵌有多個溫差發(fā)電片21，因為，在使用燃氣灶具時，其襯套9環(huán)空中的溫度大致在14(T200°C范圍，在外壁上開若干個長方形口，嵌入若干(與開口數相同)個半導體溫差發(fā)電片，在溫差發(fā)電片21的兩面(冷熱面)之間可形成120°C以上的溫差，由此，每片溫差發(fā)電片21可產生負載電壓為3. 5V 1 2V，負載電流為0. 6安培的電能，溫差發(fā)電片21通過一充電電路將產生的電能存儲在蓄電池中，為小型用電設施供電，如，吸油煙機的照明燈具、充電器
坐寸o本發(fā)明中溫差發(fā)電的原理是采用半導體熱發(fā)電片(又稱半導體致冷片或帕爾貼片)，它由許多N型和P型半導體顆?；ハ嗯帕卸桑琋P之間用導體連接成完整線路，最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來，陶瓷片絕緣且導熱良好，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量；反之，當穩(wěn)吃發(fā)電片的一端處于高溫狀態(tài)另一端置于低溫狀態(tài)，就會在回路中形成電動勢，即產生溫差發(fā)電。本發(fā)明中的溫差發(fā)電片的型號為TEPl - 12656 - 0.8，其外形尺寸為56mmX56mm，厚度為4mm。由溫差發(fā)電片輸出的電壓經充電電路將電能儲存在蓄電池中。本發(fā)明中溫差發(fā)電發(fā)電量的實驗例負載電壓12V，負載電流600MA，溫差120°C，尺寸62 X 62 X 3. 8mm;所以單片的發(fā)電功率為7. 2w。預計在襯套上布置8 —10片，則功率為57. 6—72w0足以驅動自身控制系統(tǒng)工作和節(jié)能燈照明。四、智能控制裝置本發(fā)明本著節(jié)能減排的設計目標，利用智能控制裝置可以在炊具離開灶具一段時間內(10至20秒)自動控制開關，從而達到節(jié)約能源、減少排放的目的；采用單片機20根據壓力傳感器的受壓時間來控制電磁閥的關閉，其結構簡單，壽命長，而且可以更好的達到自動化，取得較好的控制效果；用戶在設定一個時間后即可離開灶臺，尤其是在配合高壓鍋使用時，不用時時關注時間，守在鍋邊，以方便用戶。其中，單片機20選擇8031芯片，存儲器23選用2732 (4K)，另外，74LS373作為低8位地址鎖存器。如圖4所示，本發(fā)明中采用單片機20作為數字控制器的處理器，其中，由壓力傳感器21傳送來的電流信號經過A/D轉換器22轉換后進入單片機20，經單片機計算處理，將輸出的數字量進行D/A轉換送給電動執(zhí)行機構即電磁閥25。其控制過程是如圖5所示，利用按鍵控制和顯示面板24設定允許的離火時間，將設定值存入存儲器23中，可以智能記錄輸入的時間限度，當炊具離開爐灶大于該設定的時間時，壓力傳感器21的信號流經單片機20，單片機20用于感受離火時間，從而控制電壓信號經過轉換和控制過程，關閉電磁閥25。本發(fā)明的實驗例透過襯套散失的熱量(未涉及被廢氣帶走的熱量)，將襯套等效為一 S =IOOmm的
空氣熱阻，導熱系數為入=0.02w/(m.k);設襯套環(huán)空內與襯套外部周圍的溫度分別為
800°C和40°C ;環(huán)空的內壁表面與火焰接觸的對流換熱系數為30W/m2 ;環(huán)空的外壁表面對
流換熱系數為6W/m2 ;則可得出散失的熱流密度為f — tq = I %d,2 I 二K(tfl ~tfl) =146. 15ff/m2,
--j_ y ,--1--
j—I 為襯套的面積約為0. 25m2。綜上，散失的熱量約為36. 54W。本發(fā)明最大效率(理論上限)計算，卡諾定理告訴我們，在同樣的兩個溫度不等的熱源間工作的一切可逆熱機具有相同的并且是最高的效率。(設其內外表面溫度分別為800。。和 40 0C )11=1-1/^=72.7%故散失掉的余熱最大利用率為50%*72. 7%=36. 3%。由于本發(fā)明在襯套內外布置有熱管結構，可以形成一小型的獨立熱源；在襯套上設有排風的環(huán)形開口，形成風幕墻，可以改善室內環(huán)境，同時減輕吸油煙機的負擔；設有溫差發(fā)電結構，可以提供本發(fā)明中智能控制裝置的用電及室內照明用電；采用單片機控制電磁閥的關閉，節(jié)約能源，方便安全。本發(fā)明的可行性及節(jié)能效益的初步分析 燃氣灶具現在依然是老百姓家中的必備品之一，雖然現在生活水平得到了較大的提高，但是燃氣灶具不會退出現階段我國的歷史舞臺，只是人們希望它變的越來越環(huán)保，智能，高效，更加人性化。本品從人們的消費需要和節(jié)能減排的角度分析設計，而且現在燃氣灶具的產量依然未減(以湖南省為例，2012年I 3月的燃氣灶具產量為621049臺)，因此存在廣闊的市場空間，極具可行性。經過市場調研，假設一個家庭平均每月使用I瓶氣(15公斤)，一年使用12瓶氣，按現行市場價110元計，一年的液化氣使用費為1320元，若能將效率提高25%左右，每年能省3瓶氣(45公斤)，計330元。一臺灶的使用壽命按八年計，八年共能節(jié)省330元/年X8年=2640元。從社會效益來看，假設全國有5000萬戶家庭使用該款燃氣灶，每年每戶省氣45公斤，全國每年能省5000萬戶X45公斤/戶=22. 5億公斤。盡管上面結合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
權利要求
1.ー種集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，包括分火器和面板(8)，在面板(8)的底部且位于分火器上方處設有ー襯套(9),其特征在于， 所述襯套(9)由具有環(huán)空的環(huán)形套體構成,襯套(9)的內壁(3)為倒圓錐的漏斗形,所述襯套(9)的頂部設有ー環(huán)形的開ロ(I)； 所述內壁(3)的下部在周向上均布有多個通孔(4)； 襯套(9)內的環(huán)空中及襯套內壁下部的內側處均分別設有熱管(5)，所述熱管(5)包括蒸發(fā)段(51)和冷凝段(52)，所述蒸發(fā)段(51)位于襯套內，所述冷凝段(52)位于襯套外部； 面板(8)的一部分覆蓋住襯套(8)，面板的另一部分覆蓋住熱管的冷凝段(52)； 所述襯套的外壁(10 )上嵌有多個溫差發(fā)電片(11)，所述溫差發(fā)電片(11)通過一充電電路連接至一蓄電池； 還包括智能控制裝置，所述智能控制裝置包括一單片機(20)和ー壓カ傳感器(21)及均與所述單片機(20 )連接的A/D轉換器(22 )、存儲器(23 )、按鍵控制和顯示面板(24 )和電磁閥(25)，所述壓カ傳感器(21)設置在所述內壁(3)的上沿處，所述壓カ傳感器通過所述A/D轉換器(22 )將信號傳遞給所述單片機(20 )，所述按鍵控制和顯示面板(24 )設置在襯套上方的面板(8)上，所述電磁閥(25)設置在氣源管道上。
2.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在干，所述襯套(9)采用隔熱材料制作。
3.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在于，所述襯套(9)的表面噴涂有O. 3 O. 5mm厚度的太空絕熱瓷層。
4.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在于，所述襯套(9)的外壁(10)為圓柱面，襯套(9)的徑向斷面的輪廓為一具有上開ロ的直角梯形。
5.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在于，所述襯套(9)的外側設有ー風機(7)，所述外壁(10)上設有連通襯套(9)的環(huán)空與風機排風ロ的送風孔(6)。
6.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在于，所述熱管的蒸發(fā)段(51)為螺旋線型盤管，所述熱管的冷凝段(52)為蛇形盤管。
7.根據權利要求I所述集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，其特征在于，所述熱管(5)的エ質選擇烴油、硅油和水中的ー種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成熱管、絕熱襯套和溫差發(fā)電的新型高效燃氣灶具，包括分火器和面板。襯套設在面板的底部、分火器上方，為中空的環(huán)形套體，內壁為漏斗形，頂部設有環(huán)形的開口，內壁的下部在周向上均布多個通孔。熱管蒸發(fā)段位于襯套內的中空及襯套內壁下部，冷凝段伸至襯套外部，之間為絕熱段。面板的一部分蓋住襯套，另一部分蓋住熱管冷凝段。溫差發(fā)電片布置在襯套外壁，通過充電電路連接至蓄電池。智能控制裝置包括單片機和壓力傳感器及與單片機連接的A/D轉換器、存儲器、按鍵控制、顯示面板及電磁閥。壓力傳感器設置在內壁的上沿，通過A/D轉換器將信號傳遞給單片機，按鍵控制和顯示面板設置在襯套上方的面板上，電磁閥設置在氣源管道上。
文檔編號F28D15/02GK102679410SQ20121017358
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者于智航, 劉一楠, 盧金畫, 孫浩宇, 楊俊紅, 谷成磊, 鄧超哲 申請人:天津大學