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本期视频主要内容： 李红明从事了十几年的无线电维修工作，他发现身边很多农村家庭只要一做饭，厨房就会被浓烟围绕。于是他开始研究一种既省柴火又不产生浓烟的灶台。李红明发明的环保节能灶，采用酒精引燃木柴的方式。一般来说，木材燃烧后会产生一氧化碳、二氧化碳以及碳颗粒。由于其中的一氧化碳和碳颗粒均是可燃烧物，李红明的无烟节能灶台便巧妙地利用了这些木材燃烧后产生的物质，设计了空气循环设置。（《我爱发明》 20160701 灶上功夫）
发明人联系方式：李红明 电话：13971895370
发明摘要： 本发明一种柴灶炉柜，其特征在于厨柜本体(1)上设有锅灶(4)和排烟口(5)，在厨柜本体(1)上部还设有抽油烟装置，厨柜本体(1)内设有炉芯和点火装置，炉芯上设有通向外部的燃料进口(3)，炉芯底部设有炉桥(28)和挡灰板(27)，挡灰板(27)端头缺口处下方设有灰斗盒(2)。本发明一种柴灶炉柜的研发成功，解决了因传统柴灶炉灶热效率低、产生的油烟不好处理的问题。设计新颖、结构合理，能充分保障燃料的充分燃烧，并且燃烧产生的炉灰也能妥善处理，使厨房干净卫生，改善生活质量。
编辑手记：
若能在冰天雪地的冬天围着柴火吃东西，绝对是一副令人难以忘怀的画面，这场景应该正如“我在北方的寒夜里四季如春”这句歌词暖人心脾。
然而烧火做饭，油烟呛人，柴灶不仅会产生浓烟，还需要人们上山伐木来回奔波。不仅如此，砍伐木柴后，人们还需要用专门的支架将其堆积在一起。一般来说，山里的一户人家每天要搬运几十斤的木柴走回家做饭。
这时若是能有一台既无烟又节能的柴灶，那该有多好？
在湖北省的咸丰县就有这么一位发明家。
发明人：李红明
发明项目：环保节能灶
李红明原先从事了十几年的无线电维修工作，他发现身边很多农村家庭只要一做饭，厨房就会被浓烟围绕，一点也不卫生。于是他开始研究一种既省柴火又不产生浓烟的灶台。
为了加快炉膛内部其它柴火的燃烧，传统的土灶必须先用轻巧易燃的树叶引燃火苗，但是小的树枝虽然易燃，却也会由于本身的点火面积小而很快熄灭，因此这需要在点火时有足够的耐心。当火苗在炉膛内开始大面积燃烧时，就可以慢慢地将其它木柴添加进去。
李红明发明的环保节能柴灶，采用酒精引燃木柴的方式。
一般来说，木材燃烧后会产生一氧化碳、二氧化碳以及碳颗粒。由于其中的一氧化碳和碳颗粒均是可燃烧物，李红明的无烟节能灶台便巧妙地利用了这些木材燃烧后产生的物质，设计了空气循环设置。
同时，在负压的作用下，让木材燃烧时所产生的一氧化碳和碳颗粒能够被二次利用进行燃烧，从而达到了在木材总量不变的情况下，产生更大的燃烧效能。因此，这个带有负压功能的导气系统便可大大降低台面的温度，使用过程省时省柴。
但柴灶是否节能，光说还不够，还是得真枪实弹地演练一把。在节目里，李红明将带着他的发明来到一家餐馆，请两位大厨用两种不同的灶台做饭来一较高下。
李红明的发明能否达到预期的效果？使用这个无烟节能柴灶做出来的饭菜，会比传统土灶烹饪出来的美食更可口吗？ 更多精彩内容，尽在今晚的《我爱发明》，与你不见不散哦！
[我爱发明] 20161213 炭烤魔盒
本期节目主要内容： 传统的木炭烧烤油烟重，电烧烤又缺少了炭烤的香味，来自内蒙古通辽的白雪峰发明了一种立式双筒自动木炭无烟烧烤炉。它包括立式炉体、炉体框架和传动机构，烤网为朝上的百叶窗，防止炭灰散落，采用立式四面烤，将食材分区烤制，保证不串味。自动旋转烧烤均匀，通过转速调节把温度控制在180度，自动锁紧机构能通用所有型号钎子。（《我爱发明》 20161213 炭烤魔盒）
发明人联系方式：白雪峰 电话：15548091111
发明摘要：本发明公布了一种立式节能双面自动木炭无烟烧烤炉，包括立式炉体，炉体框架和传动钢条，所述立式炉体内水平活动连接碳网，周边为实板，其前、后面为烤网；所述炉体框架顶面设有放置口，侧面设有夹层，底部为电机箱。本发明结构简单，使用方便，立式自动烧烤炉双面烧烤体积小，不受场地限制，改变木炭与烤串传统位置，使得木炭的利用率提到了50％，不增加排风设备，从根本上避免油烟产生，节约成本，形成真正的无烟健康烧烤；通过电机与传动链条结合带动传动钢条上的齿轮转动，使传动钢条上的肉串自动翻转，节省人力，肉串受热均匀，简单实用，便于推广。
本期视频主要内容： 在夜晚到街边的烧烤大排档吃烧烤喝啤酒的人随处可见，烧烤会致癌的宣传也没阻挡住人的欲望。无烟烧烤机的发明人是辽宁营口的孙刚，他偶然一次看到了烧烤致癌的宣传单，于是决定发明一台无烟烧烤机。机器经历了多次比赛，肉串的口感最终得到了大家的认可。（《我爱发明》 20150801 烧烤新传）
发明人联系方式：孙刚13904077466
发明摘要：为了克服现有烧烤炉使用不方便和污染食品的不足，本发明提供一种烧烤炉，这种烧烤炉架可以收折，碳盒通过滑槽重合在一起，使用方便，烧烤架条槽和集油盒收集大部分油，不污染食品。该木炭无烟烧烤桌炉安全节能,对人体不会带来危害,还能吃出传统的炭烤香味。
木柴气化柴火炉原理图：
木柴气化柴火炉原理图
双层罐体：找来一大一小二个常见的奶粉罐。大罐直径14cm、高17.5cm，小罐直径10cm、高13cm。
外罐顶部锯掉三个大方孔，留三个支撑处和顶部一圈当锅架以便放锅，下部挖一个小方孔用于鼓风机进风。
内罐底部打满孔。
两个罐之间用三条螺丝，每条螺丝上有三个螺母进行架高固定。
先说两个概念：
燃烧——燃烧是一种同时伴有放热和发光效应的激烈的化学反应。放热、发光、生成新物质（如木料燃烧后生成二氧化碳和水份并剩下碳和灰）是燃烧现象的三个特征。
干馏——干馏是在隔绝空气的条件下，对木材、煤加强热使之分解的一种加工处理方法。干馏后，原料的成分和聚集状态都将发生变化，产物中固态、气态和液态物质都有。对木材干馏可得木炭、木焦油、木煤气。
柴火炉的分类：
基本上可以分作2类，第一类是直接燃烧木柴的柴火炉（wood stove）
工作原理就是木柴在燃烧室内通过加热点燃之后自行燃烧的过程。这种炉子结构比较简单，如下图所示（可以有不同的变形，但原理相同），点火是从燃料下方开始点火，只要加入的燃料（木柴）比较干燥，能够获得比较理想的火力输出。缺点是，通常燃烧不充分，燃烧过程会产生烟，而且想要获得比较好的燃烧效果，只能使用一定长度，枝条状的燃料能在燃烧室内保持竖直。这个就不细说了。
第二种是木煤气炉，或者叫木柴气化炉（woodgas stove） 工作原理跟前一类炉子略有不同，这类炉子点火是从燃料上方开始点火，最上方的燃料在燃烧之后会产生一层高温的碳，这些碳对在他下方燃料进行加热，这个过程其实就是类似干馏的一个过程，下方燃料受热之后主要会分解成为新的碳以及一些气态物质，这种气态物质是木煤气，也就是我们平常所说的烟（这种表达不是特别准确），木煤气在产生之后会向上流动（热空气上升），穿过上方的高温碳层，跟空气接触，燃烧产生火焰，这个过程一直持续到最底部燃料，最后在炉膛内所剩余的都是燃烧的木炭。
此类炉子的结构如图所示：
木柴气化柴火炉原理图
这里要提示一下，填充燃料可以是小木块、木削或者其他碎木渣、树枝或者树叶，你所使用的燃料能量密度越大，燃烧时间和输出功率也会相应增加。在填充燃料的时候，在最上层，尽量填充一些松散、干燥，比较易燃的燃料，这样一来比较容易在表面很快产生一片高温碳，以便完成进一步反应。
大家可以注意一下，在最下方有个空气调节阀，这个阀门的作用是用作在燃料全部被碳化之后，将其关闭，炉内的碳因为燃烧不充分，会继续产生一氧化碳等可燃气，在二次供氧的通风口跟空气混合之后完全燃烧，产生二氧化碳和水。
使用这种炉子的最大优点我们从原理和工作过程可以看出来，就是在燃烧过程当中不会产生烟（不包括最初的预热阶段），而且对使用的燃料没有太多讲究。炉体本身对热量的损失是相当大的（不利于内部燃料的干馏过程），所以在有的木煤气炉的炉体上使用了耐温保暖材料，但是在使用小型或者是微型的炉体的时候，使用上这些材料并不是太合适。因此，出现了很多不同的变形。
几种不同结构的炉子
在以上的工作描述中，我们可以看出来，小型/微型柴火炉在使用上有他的先天不足，主要表现是2点：炉体自身热损失太大；供给空气不能在炉膛内很好的混合，造成燃烧不充分。所以基于这方面的考虑，演变出不同的柴火气化炉。
木柴气化柴火炉原理图双层结构
上图所示的就是一种简单变体，整体是双层结构，通过在燃烧室外层再包覆第二层炉壁，在之间形成夹层，
通过内壁来对夹层内
新农村省柴节煤炉灶技术
一、概述
美力省柴热水灶 能源办、新能源推广中心指定产品，浏阳市美力厨具设备厂专业制造
(一)定义
农村省柴节煤炉、灶、炕技术是指针对农村广泛利用柴草、秸秆和煤炭进行直接燃烧的状况，利用燃烧学和热力学的原理，进行科学设计而建造或者制造出的适用于农村炊事、取暖等生活领域的炉、灶和炕等用能设备。顾名思义，它是相对于农村传统的旧式炉、灶、炕而言的，不仅改革了内部结构，提高了效率，减少了排放，而且卫生、方便、安全。农村省柴节煤炉、灶、炕技术包括省柴灶、节煤炉、节能炕以及炕连灶等各项技术。
(二)分类
1．省柴灶 与旧式柴灶相比，省柴灶优化了灶膛、锅壁与灶膛之间相对距离与吊火高度、烟道和通风等的设计，并增设保温措施和余热利用装置，以达到热效率20％以上的要求。省柴灶的特点是省燃料、省时间，使用方便，安全卫生。
在我国农村，各地根据当地的生活习惯、传统文化和经济条件，有许多种类型的省柴灶。按照建造方式，可分为手工砌筑灶和商品化灶；按通风助燃方式，可分为自拉风灶和强制通风灶(带风箱或风机)；按烟囱和灶门相对位置的不同，可分为前拉风灶和后拉风灶；按锅的数目，分为单、双、多锅灶。浏阳市美力厨具设备厂生产的商品省柴灶，不用风机不用电，环绕水箱热水多，大理石台面，室内无烟，市场前景广阔。
2．节煤炉 随着节煤炉灶的普及与推广，原来用手工砌筑的煤灶，由于受人为的因素影响较大，发展受到一定的局限。即使同一个师傅砌筑的煤灶，各项热性能往往也有很大差异。因此，许多地方采用工厂化生产的方式，将原来不可移动的煤灶改变为可以移动的商品煤炉。同时，利用热力学和燃烧学原理，对煤炉的燃烧室、进风口、炉箅等内部结构进行了合理改造，加添了保温材料和余热利用装置等，使煤炉的热效率可以达到40％以上。其特点是坚固耐用，寿命长，效率稳定，可拆装移动以及美观实用。
目前，我国农村地区使用的节煤炉形式很多。按照制作方式，可分为手工砌筑式(类似于不可移动的灶)和商品化炉(可移动)；按照安装方式，可分为整体炉和组装式节煤炉；按照燃煤方式，可分为型煤炉和散煤炉；按照使用方式，可分为炊事炉和炊事取暖多用炉；按照应用领域，可分为家用炉和集体食堂节煤炉。
3．节能炕 针对我国北方地区农村冬季室内普遍使用火炕取暖所造成的大量燃料消耗问题，近年来各地因地制宜地研制推广了许多类型的节能效果好的炕。
为了更加有效地利用燃料，大部分北方地区在对传统炕进行改造的同时，通常将省柴灶与节能炕连接起来，即节能炕连灶。但是在西北部分地区，炕、灶是分开的，灶设在厨房内，而炕则安装在房间里。此外，按与地面接触的形式，我国节能炕还分为落地式和架空式。前者与地面接触，炕洞也设在地面上，它是目前使用较多的一种炕；而后者炕洞不直接与地面接触，这不仅可以节省不少建炕材料，而且还可以减少热量从地面直接损失掉，并增加炕在室内的散热面，让更多的热量散到室内。
(三)应用成效
截止到2005年底，我国农村已推广应用省柴节煤炉灶1．89亿户(其中省柴灶1．51亿户、节煤炉0．38亿户)、节能炕1 975万铺，形成了显著的节能减排效果。不仅每年可以节约柴草和煤炭折合标准煤7 540万吨，为农民节省燃料费用开支200多亿元，而巳相当于保护森林植被近2 000万公顷，分别减少C02和S02排放2．04亿吨和604万吨。同时，通过省柴节煤灶、炉、炕的推广和普及，提高了农村生活用能设备的热效率，改变了传统烟熏火燎的状况，提高了农民生活质量，改善了农村生态环境，缓解了农村生活用能紧张状况。并且还可以带动相关产业的大规模发展，解决一部分农村剩余劳动力的就业问题。
(四)我国技术研发现状; 我国省柴节煤炉、灶、炕的研究和大规模推广应用起始于20世纪70年代末和80年代初。1983年2月10日，国务院办公厅在批转国家计委、农牧渔业部《关于加快农村改灶节柴工作的报告》中批示指出： “解决农村烧柴问题是件大事，要求各地一定要认真抓好这件事”。从此，我国开始了大规模的省柴节煤炉、灶、炕的推广应用，并先后在729个县开展了省柴节煤炉灶炕示范县建设。
从20世纪80年代中期开始，农业部组织有关科研单位和生产企业开展了省柴节煤炉、灶、炕的基础理论研究、新产品创新、标准编制和技术及产品的大规模评比活动，使得当时的省柴节煤炉、灶、炕的发展呈现出快速发展的良好势头，一大批省柴节煤炉、灶、炕的技术及产品专利相继问世，效率更高的新型工厂化生产开始起步并得到快速发展，为日后更大规模的实施省柴节煤炉、灶、炕推广工作奠定了坚实的基础。
现阶段，由于全社会更加关注生物质能的开发与利用，更加注重农村室内空气污染控制，所以一些科研单位和生产企业开始自发地研究生产以农作物秸秆、林业废弃物等为原料的颗粒燃料、块状燃料和棒状燃料等，并研发与之相配套使用的生物质炉具以及炊事取暖用具。在研发推广应用过程中，更加注意了炉具的多功能性(既可炊事、取暖，又可作为烤箱或壁炉等)、自动化控制程度(可以自动显示温度、自动供料)以及装饰美观程度(可与中高档家具媲美)。
(五)国外发展情况
1．发展现状 国外在民用炉灶方面的发展与我国有较大的不同。首先，省柴灶和节能炕国外几乎没有使用的先例，国外不论是发达国家还是发展中国家，大部分的民用炊事用具都是以工厂化生产的炉子为主。在大部分东南亚和非洲发展中国家，当地的省柴灶以木材、木炭或者稻壳等为主要原料，而且由于生活方式和习惯的不同，国外的炊事所用锅具较小，所以相应的炉具也很小，可以移动。对于发达国家而言，北美和西欧国家则以天然气为主要原料，北欧等国家以木材等生物质燃料为主，所以其炉灶的形式和构造都与我国不同。其次，国外在研制民用炉灶时，除了注重提高效率外，更注重减少室内烟气的排放，改善室内空气质量，所以制定了一系列针对室内空气质量的标准。第三，发达国家为了履行《京都议定书》中所承诺的义务，开始越来越多地关注省柴节煤炉灶的研制和推广利用，特别是结合生物质能的开发与利用，一些外国大学、科研单位和公司研制了一系列生物质燃烧炉，用于民用炊事和取暖用。但大部分炉具以木材及其制品为主要原料。
2．发展趋势 国外目前虽然对省柴节煤炉灶的投入并不很大，许多政府对农村节能的重视程度也远不如我国，但是由于一些发达国家的科研单位的参与，使得民用炉灶的研制也逐渐形成了规模，特别是在民用炉灶的多功能性以及如何减少室内空气污染方面将投入更多的资金。
3．对我国的启示 第一，应在重视提高省柴节煤炉、灶、炕热效率的同时，更加关注室内空气污染的控制。第二，应制定相应暖用具。在研发推广应用过程中，更加注意了炉具的多功能性(既可炊事、取暖，又可作为烤箱或壁炉等)、自动化控制程度(可以自动显示温度、自动供料)以及装饰美观程度(可与中高档家具媲美)。的农村室内空气质量标准，对空气中C02、颗粒悬浮物和可吸人颗粒物等提出明确的指标要求。第三，要增加政府对省柴节煤炉、灶、炕研发资金的投入，研制出适合新农村建设的各种农村节能技术与产品。
二、技术要点
(一)省柴灶
1．技术路线(工艺流程) 为了提高柴灶的热效率，尽量减少热损失，以便达到省柴、省时的目的，就必须弄清楚燃料在柴灶内燃烧过程中所产生的各种热量的具体去向，并有针对性地进行改造。根据柴灶的结构和特点，柴灶的热损失主要有排烟热损失、化学及机械不完全燃烧热损失、灰渣带走的热损失以及灶体、锅体的蓄热等。
从灶型的结构方面来看，老式柴灶结构不合理，燃烧不完全，保温性能差，热损失大，所以热效率低。其主要缺点是： “两大”(灶门大，灶膛大)、“两无”(无烟囱，无灶箅)、
“一高” (吊火高，一般在30厘米左右)。而省柴灶与老式柴灶相比，具备了“两小”(灶门和灶膛较小)、“两有”(有灶箅和烟囱)、 “一低”(吊火较低)的优点结构比较合理，有一个完整的通风系统，能得到较充分的燃烧。由于设置了保温层，增加了拦火圈，延长了高温烟气流在灶膛里的回旋路程和时间，从而使热损失减少，热效率提高，既省柴又省时间，并且安全卫生，使用方便。根据全国各地的测试与调查，省柴灶一般比老式柴灶省柴l／3～l／2，节约时间1／4—1／3。
从热力学原理来看，省柴灶基本达到了节能的三个条件：一是能将燃料充分燃烧，使燃料中的化学能比较完全地转化为热能。二是传热保温效果好，使有效利用的热值较大，散热的热值较小。三是余热能较好利用，尽可能减少排烟余热和其他热损失。这就是省柴灶能够节能的重要原因。
2．主要技术环节及要点
(1)各部件和设备的特点。省柴灶基本结构包括灶体灶膛、进风道、灶箅、烟囱等。
(2)技术的主要性能参数。根据我国各地农村的生活习惯和烹饪方法，省柴灶一般应具备以下性能特点：
一是点火容易起火快。为了提高水或食物的温度，例如烧开水或食物加工过程中的加热，要求点火容易、起火快、省时、省工。
二是持续加热效能高并温度可调。炊事过程中，需要在一定温度下，持续加温一段时间，且温度可调。例如蒸、煮、炸食物时，三者所不同的仅在于维持的温度不一样，用油炸需要的温度要比蒸煮时的高。
三是安全卫生和保温性能好。直接利用辐射热和传导热加工食物，例如烤、烙、炒食物时，需要柴灶灶口不冒烟，灶膛保温，余热可利用。
四是热效率高。一般省柴灶的热效率要在25％以上，而新建的省柴灶则要求热效率要高于30％，并能适应当地基本生活用能要求。
(3)推广省柴灶需要注意的事项。推广省柴灶最需要注意的就是如何正确进行省柴灶的外部施工：
第一步是砌灶体。灶体主要起保温和承担锅台重量的作用。灶体内径大小可以这样确定：即用燃烧室的内径加上燃烧室结构的双边厚度，再加上保温层厚度，三项之和就是灶体的内径尺寸。灶体外表应做得整齐、面平，以利于粉刷。
第二步是砌灶门。灶门的作用是添加燃料和观察燃烧情况，其位置应低于出烟口3～4厘米，若高于出烟口，就会出现燎烟现象。一般农产的灶门高12厘米、宽14厘米，烧草的灶门可大一些，烧煤的灶门可小一些。为了防止热能从灶门散失掉，灶门上应安装活动的带有观察孔的挡板。
第三步是砌灶台。通常把灶台突出灶身4—8厘米，做成一种滴水边，既方便使用，又美化了灶形。砌灶台时还要注意内口留出3～4厘米，以便做锅边。
第四步是抹锅边。锅边是紧贴和托起铁锅的结构，常用硬泥或混合泥做成。一般大锅的锅边厚度为25—30厘米，抹锅边为20—25厘米，小锅、特小锅15～20厘米。抹锅边时，应边抹边用锅试，力求抹严、不跑气；锅沿超出灶面的高度要控制在3厘米以内，以便增大锅的受热面积。
第五步是砌烟囱。烟囱具有一定的抽力，可以保证燃烧室内进入充足的空气，并将燃烧过程中产生的废气排到大气中。户用炉灶的烟囱高度在3米左右，出口内径为12～18厘米。在烟囱的适当位置上要设置闸板，以控制调节烟囱的抽风量，在烟囱的基部要留掏灰孔。如果采用预制结构烟囱，内径不得小于16厘米。一般情况下，烟囱应高出屋脊0．5米。
第六步是粉刷。粉刷要在炉灶测试合格以后进行，一般灶台面、出烟口等部位最好使用l：3的水泥砂浆粉刷。灶台面如贴瓷砖，一般应在灶的各种性能达到技术要求且灶体阴干后进行。
(二)节煤炉
1．技术路线(工艺流程) 煤炉在燃烧和传热过程中，会产生一部分热量损失。其一是炉口的热损失，也就是煤炭在炉内燃烧产生的烟气从炉口直接排出而带走的热量，这是煤炉的主要热损失，一般占热损失总量的30％左右。同时，烟气中还含有部分可燃气体，从而造成化学不完全燃烧损失。其二是炉体的热损失，也就是通过炉体向四面八方辐射散热而造成的热损失。其三是炉体本身吸热形成的蓄热损失，并导致炉体温度提升缓慢，影响燃烧。其四是炉底排出的灰渣中带有的热损失，并且灰渣中还含有一部分固体可燃物，形成了机械不完全燃烧损失。
为了提高节煤炉的效率，就要设法减少各个环节的热损失。一要保证供给适量的空气，使煤炭完全燃烧。如果空气不足，会造成不完全燃烧损失；但若空气过多，又会导致排烟热损失增大。二要使空气的分布合理，不仅要注意供给足量的空气，还要注意使空气与可燃物进行充分接触和混合。如果仅有适量的空气但却不能和可燃物有良好的接触混合，仍然不会达到完全燃烧的目的。三要选用耐火保温材料，尽量减少散热损失，降低蓄热损失。四要综合利用余热，提高节煤炉整体的热效率。
2．主要技术环节及要点
(1)各部件和设备的特点。节煤炉的规格型号很多，各部件的造型、规格、材质不完全相同，但炉体结构基本上是类似的，大致分为：炉口、炉胆、炉底三部分，具体则由炉壳、炉胆、保温材料(又称隔热填充材料)、炉面板、炉箅(又称炉条)、灰膛(又称风膛)和炉门等组成。有的煤炉设置了二次风(包括进风口、分道、出风口)，炉口增设了围火圈(又称阻火圈、挡风圈、保温圈)、聚热板(罩)炉箅、保温垫，还有利用烟囱抽风等。
(2)技术的主要性能参数。节煤炉是一种燃烧设备，燃料在炉中燃烧后释放出热量，供人们进行炊事和取暖时利用，所以节煤炉的好坏是燃烧能否进行以及热能利用多少的决定因素
新型炉灶节能系统设计
设计者：王立明，李晓玲，许桂林，黄丽娟，，周江毅
指导教师：何伟
（电子科技大学中山学院机电工程学院，中山市，528400）
【摘要】 本作品通过在燃气灶灶头外安装盆形受热管的方法来吸收灶头向四周散发的热能，从而降低热能损失，提高热效率。这种根据火焰方式环绕的盆形绕管两端分别有一进水口和出水口，进水口接自来水，出水口接热水箱，管内的水不断替换流动吸热，使吸热更均匀，速度更快，带走的热量也更多，同时有效降低了因灶头周边温度升高而带来的不利影响。输出热水较稳定，热水可用于厨房餐具清洗等各种用途。节能热效率高，时间越长，节能效果越明显。
【关键词】：盆形绕管；流动吸热；热效率烧柴的无烟节能炉灶
联系人：王立明 TEL：15876063990 Email: [email protected]
1. 研制的背景及意义
为了了解厨房灶具的使用现状展开了实地调查，调查的范围主要包括家庭厨房、普通饭店、中式餐厅、食堂、酒店等场所。其中使用节能灶具的占有25.3%，不使用节能灶具的大部分原因是价格偏高、不能满足中餐猛火的需求；普遍认为厨房的温度很高，让人不好受；86%的人认为厨房的热水很有必要，热水大部分用于清洗等用途。基于这些现象，结合本设计作品的可行性，我们设计了这套炉灶的节能系统。燃气灶节能的一个重要的指标就是热能的利用率即热效率，据调查家用燃气灶普遍存在热效率不高的现象，大约有40%~50%的燃气热能被浪费掉，不管是从节约能源的角度看，还是站在消费者利益的角度看，提高燃气灶对燃气热能的有效利用率，设计、生产高热效率的家用燃气灶，已成为燃气具行业发展的一个重要方向。燃气灶的热能主要有热交换、热辐射和传热三大损失，从目前所采用的技术改造来看，损失热能的很大一部分是不可避免的，况且在利用废热的同时也可考虑提高灶具的使用性能和热效率。综上可知，这种吸收损失热量用作其他用途的节能方式是存在较大利用空间的。
2. 设计方案
2.1. 结构设计
实验用环绕水管采用铜管，其特点是导热性好，熔点高，可以弯曲变形。考虑到二次空气的补给以及对火焰温度的影响，铜管弯曲呈盆形，通过计算盆形绕管的上顶面直径为214mm，下底面直径是150mm。将其放置在炉头与灶面的间隔中，底面用固定的两根不锈钢管支撑。盆形绕管上方有焊接的锅底支撑爪，为了便于弯曲形状，铜管的外径为14mm内径12mm，盆形绕管安装如图1所示。
使用绕管的目的，其一是为了冷水在流动的过程中吸热，让水流带走更多的热量，且让管内始终保持满水状态。其二是方便自来水压于管内。其三是受热更均匀，速度更快。铜管的进出水口都设在灶的后面，进水口接已连接水龙头的进水管，出水口接转接管其与常闭电磁阀管口接头连接，另一管口接头接出水管。ds18b20温度传感器探头安装在临近铜管的管口接头上面，系统整体布局图如图2所示。烧柴的无烟节能炉灶
图1 盆形绕管安装图
图2 整体布局图
2.2. 控制系统设计
热水输出控制系统采用闭环方式，其主要包括STC89C52RC单片机处理控制模块、DS18B20温度检测模块、输入设定及输出显示模块，输出控制模块，控制系统模块框图如图3所示。
图3 控制系统模块框图
检测模块选择带有DS18B20温度传感器的水温探头，不锈钢封装可以防水，探头装在电磁阀管口输出接头的中间位置，电磁阀管口输出接头连接输出水管的一侧车出的孔径较大，这样便可以将测温探头置于输出接头大孔径内并与水接触。常闭电磁阀采用型号2w-15，耐高温120℃AC22V，其与测温探头安装的位置如图4所示。热水输出控制系统原理图如图5所示。试验实物如图6所示，其中Real表示测得的实时温度，Set表示用户设置温度，L是用户所需温度下限，H是用户所需温度上限。
图4 电磁阀测温探头安装图
图5控制系统原理图
图6试验实物图
3. 设计计算
设计计算主要包括盆形绕管的上下对顶面管环绕直径D1、D2的确定以及节能效益的计算。
3.1. 上下对顶面绕管直径D1、D2的确定
D1的大小要求既不能影响加热的效率，又要使锅底侧面与绕管保持较好的间隙以及适当的锅底支撑面积。锅底侧面与顶面绕管水平间隙距离要考虑到绕管的吸热效果及二次空气的流入。
以实验用华宝JZ20Y.1—88T1单炉灶为例，其火焰集中与锅底中心然后向四周扩散，D—
锅底直径，F—锅底面积，Q0—火焰总热量，HQ0—火焰与锅底面完全接触时的热交换量。因此，热交换量表达式为
HQ0= Q0 F=0.25πD2 Q0 （1）
由（1）知，D1不宜过大，实验用炉头直径为100mm，火孔型是圆火孔，外圈火焰直径为100mm，查表知锅底直径D=260mm, 支撑爪的径向长度5cm，火焰外散使火焰接触锅底面的直径变为154mm，加上由支撑爪所留为二次空气流入的间隙距离约为6cm。由此可知，D1=214mm 绕管内壁与火焰中心的距离要合适，实验时我们准备了4种环绕底面直径为D2的铜管，当底面直径Ｄ2分别取为12cm、15cm、18cm、21cm时，将同等质量（一瓶矿泉水量V1=550mL）的常温水（29℃）加热到100℃所需的时间如表一， 实验间隔时间10min绕管通水冷却。
表一 绕管底面直径与加热时间关系
D2 /cm 12 15 18 21 未加绕管对比实验 第一次加热时间T1/s 318 312 315 311 303 第二次加热时间T2/s 319 311 310 313 300 第三次加热时间T3/s 317 311 312 312 299 第四次加热时间T4/s 318 309 313 312 299 平均加热时间T/s 318.0 311.0 312.5 312.0 300.3
由上表可知，安装绕管后，加热时间变长，效率有所降低。绕管离火焰中心的距离过小，则会造成加热效率的下降，D2对火焰温度的影响在≥15cm后逐渐趋向稳定。因此，为使绕管对火焰温度的影响最小又尽可能多的吸收废热，我们取底面环绕管的直径为15cm。
3.2. 节能效益的计算
计算参数： 液化石油气呈气态密度ρ
7气=2.35kg/m3, 取其流速ν=1.1m/s, 燃烧值3 a=4.7×10 J/KG； 水的比热容C=4.2×10³J/(kg ℃)， 密度ρ水=1000kg/m； 实验铜管
长L=5m， 内径d1=12mm； 燃气进气管直径取d2=10mm。
燃气进气管横截面积A=0.25π（d2）2=7.85mm2, 铜管内满水体积V=L*π(0.5d1)²=540mL 。 取正常烧菜时气阀的开启度，将常温即实验时温度T 1=29℃的水加热至T 2=100℃。 ① 未加绕管时，
由表一可知，加热时间t1=T=300.3s,
一、知识产权保护：
拓赢每款产品、组件及外观均拥有国家专利，公司拥有专业的打假法律团队，仿冒必究，举报有奖；
二、产品核心优势：
商用厨房领域热能效利用率最高的太空炉膛，比普通节能灶再节能35%以上，让节能变得如此简单；
三、商业模式灵活：
全新的商业模式，便捷的安装技术，解除终端销售障碍，让您轻松成就节能事业；
四、龙头企业保障：
十年沉淀的行业经验，绝对领先的节能技术，强大的营销顾问团队，完善的服务体系，奠定行业龙头地位；
五、品质保证：
全国庞大的营销网络，销量绝对领先的产品，追求完美品质的企业，数以万计的客户见证，是您最强大的品质保证；
1、 节能降耗： 采用拓赢节能设备在提升火力的前提下，更能为使用客户节省30%~65%以上的燃料成本，满足一切厨房的节能需求。 2、 火力迅猛：
采用行业顶尖的炉芯技术，保证生产出来的炉灶火力满足一切菜系的需求。
3、 环保静音：
在提升火力的同时降低CO排放量，CO排放量低于4ppm；并保持炉灶工作声音低于60分贝，让您的炉灶满足一切厨房对环保静音的严苛要求。
4、 节省成本：
省去耐火砖，耐火泥等材料费用。由于安装简便，也节省了高昂的人工成本。
5、 安装简便：
由于拓赢太空灶采用整体式设计，无需再花大量人力、财力、物力、时间、精力去铺设炉膛，让炉灶组装变得简单快速。
6、 运输便捷：
由于省去了耐火砖，耐火泥等笨重的材料，大大节省运输成本的同时，让您搬运更轻便更舒心。
7、 完美竞争：
拓赢节能设备做工优良，节能效果显著，提升炉灶本身价值的同时，让炉灶更具亮点和市场竞争力。
8、 持续支持：
拓赢为合作伙伴提供一站式无缝对接服务，想你所想，让您售后无忧。
9、 始终领先：
依托拓赢强大的研发实力，用心做“芯”，让您的炉灶始终拥有一颗最先进的“芯”。
一 、火力随心所欲，满足一切菜系烹饪的火力要求；
二 、节能有保障，商用厨房领域热能效利用率最高的太空炉膛，为您节省燃料30%--65%；
三 、智能温控防空烧技术绝对领先，为您再节省燃料15%以上；
四 、安全三重保障，熄火保护装置，延时10秒脉冲电子打火，预留莲花状火种；
五 、双轨制的服务保障，您厨房的服务专家，24小时待命服务，随叫随到的服务标准，让您省钱又省心；
六 、合作方式灵活，让您真正体验零风险的合作；
高效节能炉的工作原理是什么？
高效节能灶是利用二次或多次进风原理产生二次燃烧来节能的。它将生物质在炉膛内缺氧燃烧，使燃料高温裂解产生可燃气，形成一氧化碳、甲烷等可燃气体。经过多次配风，进行二次燃烧。燃气又通过炉膛高温区使焦油降解为一次性燃气后回到燃烧室进行燃烧。高效节能炉燃烧中没有焦油析出，热效率比较高，污染物排放也比较低。该炉适于木柴、玉米芯、粗粒状燃料等，能持续添加燃料，也可一次性添加或根据用量添加，并且燃料不需特殊处理，使用成型燃料效果更佳。 节能炉
炉在燃烧前只须将0.6公斤柴放入水中浸湿点燃封闭气化，不用任何助燃剂即可充分燃烧，其间可做1.5公斤米饭，烧2壶开水炒8个菜，其炉口温度可达1100℃，并可在300到1100℃之间任意调节，其最大火力强过液化气的一倍
特点
烧法奇特
普通木材浸水后，放入炉内，从上点燃(反烧 法），火苗窜起一尺多高，
节能炉
中途不用人看管或捅火，可连续煮数小时，所添木柴为新鲜，半新鲜（干木柴应浸水5分钟后放入炉灶）有助于木柴气化，传统炉具一天所烧的柴，本炉可烧四天以上。一般节柴80%以上（使用期内 所节约能源相当于十个炉具的造价）。
燃煤型节能炉的工作原理
①燃烧式多功能节能蒸柜，利用炒菜的余热就能解决几百、几千、几万人的炒菜、蒸饭、蒸包点、开水、热水、消毒等问题。（因为炒菜锅的受热面积有限、炒菜时只有35%的热能被吸收，其余的热能进入蒸发器）
②炉膛水套余热利用，炉膛周围设有保温层和水套，充分利用了余热，减少了热损失，晚间处于封火状态能产生1T左右热水。
③调温节能器的作用。
④蒸饭柜蒸汽利用，消声换热器吸收蒸饭柜排出的蒸汽产生大量热水，同时减少厨房内弥漫的蒸汽，提高厨房的卫生环境，同时产生蒸馏水。烧柴的无烟节能炉灶
⑤炒菜锅的余热利用，设备不炒菜时，锅内热水热量被升降盘式换热器高效吸收，产生开热水。
2、封闭式燃烧：热量损失少，使热效率真正达到85%以上。
3、固定式炉膛：加煤、除渣方便，操作简单；操作工劳动强度小，操作间环境温度低，且卫生环保。炉膛具有特殊结构，可烧烟煤、块煤、无烟煤、柴、生物质块，且可轻易改成燃气、燃油机组。
4、隔墙式操作：使厨房与换煤间严格分开，环保卫生，且无须砌灶台，不破坏墙体结构，安装简易，拆卸方便。烧柴的无烟节能炉灶
5、不用水泵就可利用自来水压力将开热水自动送到储水箱。（变节式温度计+继电器+电磁阀特殊装置）
6、火管优势：采用火管设计，增大了受热面积，延缓水垢生成；采用优质碳素钢无缝钢管，使水垢处理更加简易，进入火管的为高温气流，管壁受热均匀，使蒸发器在正常使用下五年内无售后。
7、材质优势：
①蒸饭柜：内胆2mm厚，304不锈钢；外壳1.5-1.7mm厚，304不锈钢。（饭盒为2mm厚的304不锈钢）
②火管：6mm厚的无缝锅炉钢管。
③灶台面板：1.5-1.7mm厚，304不锈钢。（灶台在高温时，不宜用水冲洗，容易产生热胀冷缩的现象）
8、无水垢之忧：蒸汽封闭循环，产生蒸馏水，回到蒸发器内。使水垢的生成减少了85%，水质很重地区可增配磁化器。
9、燃烧式多功能节能蒸柜，绝对无压设计。
燃气型节能炉原理：
炉头节能：利用煤气多次预混提高燃烧温度达到提高吸热效率的技术包括合金钢预混炉头、铸铁预混炉头。
炉膛节能：利用炉膛的材料和结构减少热量流失提高热吸收的技术包括聚能炉膛、红外线炉膛。
防空烧节能：利用机械式的技术减少非工作时间的空烧时间达到节能效果。 蒸汽机节能技术：利用炉灶燃烧尾气的热量加热水蒸汽的技术达到节能效果。
多种技术结合如恒采节能的炉头节能+炉膛节能+防空烧节能节能效果更佳。
节能炉头
节能炉头概念解释
一、概念：节能炉头顾名思义：节省能量的炉头，即做同样的功用更少的燃料的炉头。也就是说热效率高或热利用率高的炉头。包括检测热效率、燃烧率、节能率等概念。
通常炒灶的节能方法有炉头节能、炉膛节能，小炒灶还有防空烧节能。蒸柜、蒸炉通常都用蒸汽机节能。炉头节能最常见。恒采节能灶就是采用炉头节能、炉膛节能加上防空烧几种节能方式结合，所以节能率相当高。
1.燃烧率：
是指燃料燃烧的完全程度，燃料燃烧不完全会有黑烟、炉膛锅底发黑，有刺鼻辣眼的现象。检测时会发现烟气排放超标。
2.节能率：
是指不同的炉灶做同样的功，消耗的燃料不一样，相差的差距比例。同等条件下热效率越高的炉灶比热效率低的炉灶节能率就越高。
3.热效率：
其实就是炉灶对燃料的利用率，利用率越高，热效率就高。其中包括需要留意燃烧是否完全、热吸收是否良好、有无空烧、保温隔热等技术在内。鼓风式中式小炒灶的国家热效率标准是20%，大炒灶是42%，蒸柜是40%。一般很少厨具厂家能够达标就是有节能效果的炉灶。
4.省钱率：
以每天或每月的燃料费用占营业额的比例来计算省钱的比例，比如过去柴油便宜，现在加了燃油税，烧气更划算。如果使用节能炉头就更省了
5.节时率：
这是一个新的名称，其实就是提高火力，同样一锅水烧开时间缩短而已。比如原来使用不带鼓风机的炉头火力小，改成带鼓风机的炉头后耗量可能不变或者增加，但是时间缩短了节省了人力成本。
6.防空烧技术：
就是减少在非烹调时间的燃烧时间，比如分菜、添加配料、洗锅等时间关掉大火。一般液体燃料如柴油炉、醇基炉灶比较困难，燃气炉灶会好些，关键是火种要留的好。现在用（红外线、机械）电磁阀来控制，可以配合节能炉头使用，红外感应故障率较高，压杆式较佳，褒贬不一。
7.蒸汽发生器技术：
改变炉头加热的方式为火排加热，加上电子打火，并用较小的水管代替锅底，这样可以减少烧水的体积，并利用燃烧尾气的热量，加快出蒸汽的速度，出气控制较为灵活。基本可以节能20-30%，缺点是水垢会积在水管处造成堵塞、烧坏水管造成漏水，另外电子控制、风机部分也故障率较高，近年来比较时髦。
二、节能炉头类型：
1.沟风节能炉头又叫高深炉头：
铸铁的鼓风炉头，一边出气一边出风，边混合边燃烧，混合空间大，火焰比较长，噪音很大，热效率较低，一般只有18—20%，比一般的炉灶节能10%左右。
2.混风节能炉头
又叫预混炉头，燃气按比例预先混合空气然后喷出燃烧，热效率高，一般都超过24%以上。 广州恒采的采用多重混合，热效率可以达到40%以上。
3.红外线节能炉头：
燃气加热红外材料（多为陶瓷，容易风化）后发射红外线到锅底加热，家用的比较多，商用的较少，关键是许多红外材料寿命都较短，更换成本高。而且红外线加热的距离也短，对于需要抛锅的厨师就不适合比较节能的炉灶，燃烧时候火焰呈蓝色，即表明该家用炉灶比较节能，燃烧比较充分。
三、节能炉灶类型：一般商用的节能炉灶是指酒店、餐饮企业使用的节能炉灶，此类节能炉灶又分为两个种类：
1、免空烧原理的节能炉灶
厨师在烧菜过程中存在大量的空烧浪费，一般空烧浪费率占整个烧菜的30%以上时间，免空烧节能炉灶解决了空烧浪费的问题，达到“锅到火起，锅离火熄，避免空烧“的节能效果。这种炉灶国内虽有十几家厂家，但是大部分都因为稳定性和耐用无法在市场上普及，国内知名的厂家有恒采节能科技、扬州银珠公司等。
2、充分燃烧原理的节能炉灶：
酒店炉灶一般都是红、黄色火焰，原因是燃烧率低，很多燃气或者燃油没有被充分燃烧白白流失，使用节能充分燃烧灶即可实现充分燃烧，充分燃烧的火焰是蓝色的。国内目前最先进的节能燃烧灶是恒采节能科技的一体化节能炉头的燃烧一体灶，该燃烧灶改变了了风机和节能炉头，具有火焰猛、紫火燃烧，热值高等特点。
节能炉膛
一、节能炉膛概念：
属于炉灶节能技术的一种，可以提高炉灶热能吸收，比普通传统更为节省燃料的燃烧和热交换空间称为炉膛，因为商业的炉膛耗能比较严重，所以这里特指商业使用的节能炉膛。
二、炉膛节能技术主流：
食堂灶具节能改造协议
甲方： 乙方：深圳市人人节能设备有限公司（宁夏总经销）
甲乙双方本着自愿、平等、互惠互利、诚信实用的原则，经双
方友好协商，就甲方购买乙方节能炉芯以及安装、售后服务事宜达成以下合同条款：
一、合作内容：
乙方提供（□SU节能炉 □九五节能炉 □一体炉膛 □
燃气型 □燃油型）节能炉芯给甲方，其中中式炒炉 台，
蒸柜 台，销售总金额 元，大
写： 元。
二、执行方式：
①．乙方承诺燃气节能比例30%以上，火力也不比原来的火力
小，安装时先用一台灶进行节能测试，确认节能及火力达标再接
着进行全面安装，如节能不达标甲方可以选择不再进行安装，并
可要求乙方恢复原灶而不需支付任何费用。
②. 节能测试：用一台灶烧开15斤的水，记录消耗的燃气量及
时间，然后进行节能炉芯炉膛更换，同等条件下烧开15斤的水，
记录消耗的燃气量及时间，两次耗气量对比得出节能比例，两
次时间对比得出火力大小参考值。
③．节能炉灶的安装时间为2013年 月 日，具体安装时
间段为 时至 时。
④. 乙方销售的节能炉芯及炉膛由乙方负责安装。
三、付款方式：
乙方安装完成后的2个工作日内甲方将合同款的50％支付
给乙方；余款在甲方试用一个月后无质量问题，一次付清给乙方。
四、售后服务：
乙方提供经销商与公司联保售后服务模式，乙方销售的产品
设计寿命均为5年以上，两年的免费保修，其中前6个月有质量
问题免费进行包换，后一年半免费保修，两年后进行有偿保修.
灶心更换后灶具所有的故障维修均有乙方负责。
五、相关权利与义务：
①．节能测试时甲方须安排相关负责人进行现场节能测试结果确
认。
②．甲方须与厨房管理、使用部门进行协调，安排专人对乙方安
装、用气，用电等事项进行协作。
③．乙方节能灶安装工作分为灶芯更换和增加聚能盘两部分，不
改变其它厨房设备。
④．乙方根据甲方安排的时间进行施工，施工人员服从甲方人员
的安排。
六、其它：
本协议一式两份甲乙双方各执一份，签字生效，具有同等法
律效力。
甲方： 乙方：
地址： 地址：
法定代表人： 法定代表人： 委托代理人： 委托代理人：
电话： 电话：
开户行; 账号： 签订日期: 年 月 日
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