关键词：  燃气灶；  吸油烟机；  内燃灶；  原理验证样机

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

燃气灶应用日益普遍，国家标准规定台式灶的热效率应大于55％，嵌入式灶具的热效率应大于50％，上述指标限于标准检测条件，在实际使用条件下热效率更低，可见，高效节能方面燃气灶任重道远。就现有燃气灶的结构原理，热效率不可能有大幅度的提高，这是因为敞开式燃烧，对流、辐射热量的利用均有所削弱，受外界气流的影响较大；冷面直接换热，对火焰有较强的淬熄作用，容易形成接触黄焰，燃烧不易完全，C0容易偏高^[1]；燃烧区域具有一定真空度，空气供给相对燃气不足，不易组织良好的燃烧过程；燃烧时燃烧强度低，空气与燃气的混合不够充分。而燃气(天然气、液化石油气、甲烷、二甲醚等)作内燃机的燃料燃烧则极为彻底，其主要原因在于燃料与空气混合非常均匀、燃气与空气的混合气在高于大气压的环境内燃烧、空气相对燃气比较富余^[2-8]。如果将内燃机与燃气灶的工作原理融汇集成，将内燃技术应用到燃气灶中，形成一种具有新型燃烧原理的内燃灶，应该具有较高的热效率。

1 内燃灶结构、工作原理与特点

笔者提出的内燃灶的结构和工作原理见图l。工作时空气连同烹饪产生的油烟、水蒸气，通过风机压送到封闭的炉腔内，与燃气在高于大气压的条件下燃烧，加热炉板，炉板可直接加热食物或其他烹饪炊具；高温废气在排出的过程中加热进气管内的气体，减少废气余热的浪费，提高热效率^[9]。

具体工作过程如下：转动开关旋钮，打开燃气阀、风机和点火器，燃气从燃气接口进入与炉腔相连的进气管处；风机转动，将油烟、水蒸气及空气从集气器吸入，与燃气混合后进入炉腔，遇到点火器产生的电火花开始燃烧；加热炉板，炉板再加热其上的食物或炊具。炉腔内的压力为风机压力，通常在300Pa以上。高温废气经排气阀从排气管排出室外，在排出的过程中加热进气管内的气体，提高进气的温度，减少余热浪费。炉体为双层中空结构。风机的转速由电控器根据燃气开关的开度调控。电源为220 V交流电，电流小于l A。

与传统的燃气灶和吸油烟机组合装置相比，内燃灶的主要特点如下：

①燃气在高于大气压的空间内燃烧，不像传统的燃气灶利用热烟气上升形成的真空度吸入二次空气混合燃烧。因此氧气充足、燃烧温度高，燃气燃烧充分。

②炉壁为双层中空结构，几乎避免了所有的热对流、传导和辐射损失，热量只有从炉板传出加热食物或炊具。

③高温废气携带较多热量排出过程中，加热将要进入炉腔的气体，进一步提高了热效率。

④空气、烹饪产生的油烟和水蒸气等被吸人炉腔同燃气混合燃烧，燃烧后的废气全部排到室外，最大限度地减少了室内外环境污染。如果将来引入废气再循环、催化转化等技术，必然会进一步降低有毒气体和温室气体(C0、N0_x、CH₄等)的排放。

⑤安全性好，不存在烹饪过程中沸锅熄火现象。

⑥将传统的燃气灶和吸油烟机有机地融为一体(吸油烟机成为内燃灶的一个零部件，即集气器；吸油烟机的风机成为内燃灶的增压部件)，形成一种具有崭新工作原理的燃气灶，节约了空间、成本，安装维护方便。

⑦适用面广，几乎能以任何燃气为燃料(如液化石油气、天然气、人工煤气及沼气等)，如果增加燃料喷射装置，可以推广到液体或固体燃料(如燃油、酒精、二甲醚、煤粉等)。沼气一般都恶臭，而农村应用又较多，内燃灶在室内应用无疑最为合适，这就为拓展生物质能源的利用提供了条件。

⑧风机安装在刚性较好的炉体上，振动较弱，风机在内部转动，噪声极小，而目前传统吸油烟机的噪声为74 d8左右(天长日久，达80 dB以上)。

⑨双层炉体的内腔可用于供暖供水的加热，在农村尤其适合。

⑩依托的燃气灶、吸油烟机、内燃机等技术成熟，使用量大，利润率高。

2 原理验证样机研制与试验

内燃灶能否稳定工作，其工作原理是否可行，成为首先要确认的问题，为此研制了原理验证样机(见图2)。样机是借用某型燃气灶改制而成，没有考虑排气换热功能及其结构，进气通过外设风机往炉腔鼓气实现。

试验时先打开风机往炉腔鼓气，然后转动开关旋钮，从排气阀的出口可见柔和纯正的蓝色火焰，燃气燃烧比较正常。可见内燃灶的工作原理是可行的，但还需要进一步理论计算分析并研制性能样机进行全面的性能试验研究。

3结论

①应用内燃技术，集成传统燃气灶及吸油烟机的结构原理和功能，提出了一种新型的燃气灶——内燃灶，理论上具有热效率高、安全环保、成本低、维修方便的特点。

②研制了内燃灶原理验证样机，通过试验，燃气燃烧比较正常，内燃灶工作原理是可行的。

③需要进一步研制性能样机进行全面性能试验研究。

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本文作者：李伟婕   张洪信  洪吉超  舒培  孙文革

作者单位：青岛供电公司  青岛大学机电工程学院