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淺談預混式余火再利用節能灶的原理在商用灶上的應用
發布時間 : 2018-03-21 20:10 瀏覽量 : 84


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淺談預混式余火再利用節能灶的原理在商用灶上的應用

                       ------作者  陳立德

2010年浙江省燃氣具行業協會舉辦的全省能效測評,科萊爾公司的產品燃氣蒸箱、大鍋灶、炒灶、矮腳灶獲得了四項一級能效,在這四項產品中,除了燃氣蒸箱我們使用的是強制熱交換原理外,其它三種產品基本上使用的是:“預混+余火再利用=熱效率提高”這一原理。

 

眾所周知,中餐烹飪經常需要猛火爆炒,這就對灶具提出了很高的要求,除了要求爐膛、爐芯能耐受長期高溫外,還要求火力必須足夠大。換句話說要在0.1平方米的面積上達到有效熱負荷10kw以上,如此有限的面積接受這樣的熱負荷是很困難的,尤其是12kw以上更加困難,傳統的做法就是增大火流速度,通過提高風速,增加燃氣的供應量來實現,從而使火焰沖擊鍋底的速率加快,達到提高有效熱負荷的目的。

當商用灶有效熱負荷達到10kw以上時,僅僅通過增加火流速度,也就是單純通過強制對流來實現提高有效熱負荷是十分低效的,甚至每提高10kw熱負荷獲得的有效熱負荷不到10%,而且熱負荷越高有效熱負荷增加率越低。這也是目前很多大功率中餐商用灶熱效率長期徘徊在10%-15之間的原因。因此,僅僅靠強制對流難以獲得較高的有效熱負荷,因為鍋底的面積已經限定。

眾所周知,熱有三種傳遞方式,除了對流之外還有輻射和傳導,傳導在中餐灶具中的應用實例也不少,但在本文中暫不考慮,而輻射是一個非常簡便易行的傳熱方式。

中餐炒灶的熱利用率非常低,余火浪費很大,這就為實現輻射傳熱提供了條件。其實傳統炒灶中的輻射也是普遍存在的,無論是寧式灶還是廣式灶,當火焰氣流射向鍋底被彈射切向流經鍋底面時,一方面與鍋底進行對流熱交換,一方面向鍋底輻射紅外線進行輻射熱交換。但氣體的密度畢竟很低,通常是固體密度的千分比級別,所釋放的紅外線和其他頻率的射線相對固體也是千分比級別的。因此,火焰氣流紅外線對有效熱負荷的貢獻率很低,熱量白白的從煙道或爐圈溢煙口流失。如果我們把爐膛中加裝一圈蜂窩陶瓷板,把爐膛分割成主爐腔和副爐腔,爐圈去掉溢煙口,副爐腔設置煙道或排煙口,當鍋放到爐圈上強行讓余火通過陶瓷板使陶瓷板被加熱,再從副爐腔的煙道排出,這樣陶瓷板充分吸收余火的熱量,自身溫度可以被加熱到高度900°C,通常溫度也能達到700-800°C(詳見專利號200620140127.4),我們可以根據Stefan-Boltzmann定律計算出蜂窩陶瓷板的輻射功率:

E=σT4

其中σ是Stefan-Boltzmann常數5.6696x10-8W?m-2?K-4 T是絕對溫度,陶瓷板的面積大約為0.1㎡,陶瓷板的工作溫度為800°C,絕對溫度為1073K

E=5.6696x10-8 x0.1x1073x1073x1073x1073=7.5kw,

因此陶瓷板的紅外線輻射貢獻率高達7千瓦以上,如果主火有效熱負荷是9kw,陶瓷板紅外線輻射是7kw,總有效熱負荷理論上可以達到16kw,實際效果也可以達到14kw以上,

這對任何菜系的火力要求都是足夠的。


圖一   預混式余火再利用節能灶的構造


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圖二    傳統爐灶燃燒溫度低,強制對流效果差。

關于預混式爐頭提高熱效率很多文章都有介紹,這個效果是公認的。但單靠預混式爐頭有很多弊端,其中之一就是如果爐頭離鍋底太近會導致鍋底局部過熱,太遠又會降低熱效率,如果結合陶瓷板收集余火技術就可以克服這一弊端,陶瓷板的熱輻射指向鍋體的周邊,彌補了單純預混爐頭的不足。預混式余火再利用節能灶就是使用預混爐頭結合陶瓷板技術利用余火轉化為紅外線的方式提高整體的熱效率。歸納起來就是通過預混提高火焰的溫度,這樣對熱效率的提高貢獻度比傳統大約提高30%左右(單純預混式爐頭因為離鍋底遠,達到這一效果是困難的),陶瓷板的紅外線輻射比傳統爐頭提高30%以上,綜合提高高達50%以上。熱效率最高可以做到48%以上,有效熱負荷可以做到16kw以上。

以上介紹的是注重陶瓷板輻射效果結合預混式爐頭提高熱效率的技術,筆者在早期開發爐頭時還另外注意到了將陶瓷板輻射作為輔助手段,強調強制對流提高熱效率的技術(見專利200620140958.9),效果也十分顯著,具體說來就是使用預混式爐頭,把陶瓷板拼成椎體,取消副爐腔,陶瓷板做成通孔或盲孔,使爐腔容積變小,這樣鍋和陶瓷板形成的椎體之間形成一個狹縫,余火強行通過鍋底和陶瓷板之間的狹縫時火焰的流速會明顯提高,因此也就提高了強制對流的效果,同時陶瓷板也會部分發紅輻射出一定量的紅外線。當然這樣做紅外輻射的效果會差些,但強制對流的效果會有所改善,除此之外具體應用還有其他的好處,這里就不一一累絮了,事實上,很多廠家都在應用這以技術,也在這方面的應用已經取得很好的成效。

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