新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置的設(shè)計(jì)

岳麗芳 吳景新 曹鳳巖 薛日奇 馬浩鵬 楊佳鑫

（1、唐山學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 唐山063000 2、唐山學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心，河北 唐山063000）

1 概述

隨著人們生活水平的提高，城鎮(zhèn)燃?xì)庀M(fèi)隨之迅速增長(zhǎng)。但就燃?xì)獾氖褂矛F(xiàn)狀來說，存在燃?xì)庠钚实?、燃?xì)饫速M(fèi)嚴(yán)重的問題。據(jù)有關(guān)資料調(diào)查顯示[1]：燃?xì)馍逃没蚣彝ト粘Ｊ褂弥校細(xì)獾氖褂眯蕛H為35%～40%。另外，燃?xì)馊紵^程中大量的熱量從灶具出火口周圍散失至空氣中，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度升高，使得廚房操作間的工作環(huán)境被惡化[2]。為了充分利用燃?xì)庠罹叱龌鹂谥車臒崃?，?chuàng)新小組成員提出一種新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置，此裝置利用集熱罩中的冷水吸收燃?xì)馊紵^程中散失的熱量產(chǎn)生熱水，熱水可用于日常生活熱水供應(yīng)。新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置不僅提高了燃?xì)獾氖褂眯?，改善了廚房的操作環(huán)境，而且也實(shí)現(xiàn)了能源的有效利用。

2 新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置

一種新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置主要由集熱罩、儲(chǔ)水箱、循環(huán)水管、補(bǔ)水管、出水管、補(bǔ)水截止閥、浮球閥組成。集熱罩是不銹鋼螺旋管，整體呈錐面狀，上寬下窄，螺旋管之間設(shè)有通風(fēng)間隙，其通風(fēng)間隙在錐面的母線方向延伸，空氣從間隙中進(jìn)入使燃?xì)獬浞秩紵ＷC了裝置的安全性。集熱罩設(shè)置于燃?xì)庠畛龌鹂谥車?。燃?xì)庠罹呱显O(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上集熱罩時(shí)，通過兩個(gè)圓環(huán)狀的管路和連接兩個(gè)圓環(huán)狀管路的若干直管進(jìn)行組合。儲(chǔ)水箱位于燃?xì)庠钌戏剑湫螤顬橥矤罨蚱桨鍫钋彝鈧?cè)具有保溫層。集熱罩、儲(chǔ)水箱及二者之間的循環(huán)水管路構(gòu)成一個(gè)閉合水循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)燃?xì)庠罟ぷ鲿r(shí)，呈螺旋狀的集熱罩中的冷水吸收灶具上方出火口周圍散發(fā)的熱量，被加熱后的水進(jìn)入儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存利用。新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，圖2 為集熱罩示意圖，圖3 為燃?xì)庠钆_(tái)和集熱罩的示意圖。

3 新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置工作原理

新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置的具體工作原理如下：閉合水循環(huán)系統(tǒng)通過兩路循環(huán)水管將儲(chǔ)水箱和集熱罩連接，連接集熱罩進(jìn)口的循環(huán)水管位于集熱罩下部，并與集熱網(wǎng)罩有一定高度差，連接集熱網(wǎng)罩出口的循環(huán)水管位于集熱罩上部，與儲(chǔ)水箱直接連接。

圖1 新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 集熱罩示意圖

余熱回收裝置工作之前，先將閉合水循環(huán)系統(tǒng)充滿冷水。當(dāng)燃?xì)庠罟ぷ鲿r(shí)，集熱罩內(nèi)部冷水吸收出火口周圍的熱量后溫度升高、密度減小，同時(shí)受到從儲(chǔ)水箱流出的密度較大冷水的驅(qū)動(dòng)，使熱水經(jīng)集熱罩出口的循環(huán)水管上升進(jìn)入儲(chǔ)水箱，這樣形成如圖1 箭頭所示方向的循環(huán)流動(dòng)。由此可見，集熱罩與儲(chǔ)水箱之間的水循環(huán)作用壓力取決于水的密度在循環(huán)環(huán)路的變化情況。為簡(jiǎn)化分析，先不考慮水在循環(huán)水管中流動(dòng)時(shí)因管壁散熱而使水不斷冷卻的因素，認(rèn)為水溫只在集熱罩和儲(chǔ)水箱兩處發(fā)生變化，以此來計(jì)算循環(huán)作用壓力△P。

圖3 燃?xì)庠钆_(tái)和集熱罩示意圖

g- 重力加速度，m／s2

h- 集熱罩中心與儲(chǔ)水箱中心之間的垂直距離，m

為增加上述循環(huán)作用壓力，可加大集熱罩與儲(chǔ)水箱之間的垂直距離。

當(dāng)用戶需要熱水時(shí)，開啟儲(chǔ)水箱熱水出水管上的出水閥。余熱回收裝置的補(bǔ)水管用于向儲(chǔ)水箱補(bǔ)水，當(dāng)儲(chǔ)水箱水位低時(shí)，浮球閥隨液面下降，通過連桿帶動(dòng)并打開補(bǔ)水截止閥，補(bǔ)水經(jīng)補(bǔ)水管和補(bǔ)水截止閥流入儲(chǔ)水箱；隨著儲(chǔ)水箱水位逐漸升高，浮球閥隨液面上升，經(jīng)連桿帶動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)水截止閥，從而停止補(bǔ)水。另外，儲(chǔ)水箱設(shè)有溫度顯示儀，實(shí)時(shí)顯示內(nèi)部水溫。

4 新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置的優(yōu)點(diǎn)

新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置設(shè)計(jì)安裝便捷，利用燃?xì)馊紵^程中的余熱產(chǎn)生熱水，實(shí)現(xiàn)了能源的有效利用，產(chǎn)生的熱水應(yīng)用比較廣泛。此裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：

4.1 燃?xì)馊紵^程中，將開放式燃燒通過增加集熱罩變?yōu)榉忾]燃燒，從而通過增加換熱面積以此來提高燃?xì)獾氖褂眯省?/p>

4.2 與開放式燃?xì)庠畹氖褂脤?duì)比，此余熱回收裝置能夠降低排煙溫度；另外，集熱罩上的通風(fēng)間隙為燃?xì)庠畹某龌鹂谔峁┝俗銐虻目諝?，保證了燃?xì)獾某浞秩紵?，提高了燃燒效率；同時(shí)，能夠?qū)㈤_放式燃?xì)庠钤谑褂眠^程中的燃燒不完全、污染環(huán)境等問題得以改善。

4.3 余熱回收裝置運(yùn)行過程中利用冷熱水間的密度差進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，無需利用動(dòng)力設(shè)備- 水泵，節(jié)省了設(shè)備成本與電能消耗。

4.4 余熱回收裝置的應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，尤其是經(jīng)?；虼罅渴褂萌?xì)獾膱?chǎng)所，如飯店廚房，員工食堂等，產(chǎn)生的熱水可在生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用，裝置的設(shè)計(jì)安裝便捷，并且安全耐用。

4.5 余熱回收裝置具有較強(qiáng)的推廣性，隨著國(guó)家大力扶持天然氣推廣工作，目前城鎮(zhèn)燃?xì)馐褂寐恃杆僭鲩L(zhǎng)。但就燃?xì)獾氖褂矛F(xiàn)狀來說，存在燃?xì)庠钚实?、燃?xì)饫速M(fèi)嚴(yán)重的問題。此裝置可以有效的解決這一問題，不僅將浪費(fèi)在大氣中的熱量收集起來，而且能通過余熱回收裝置利用這部分熱量，做到了真正的綠色環(huán)保節(jié)能。

4.6 余熱回收裝置的儲(chǔ)水箱設(shè)有進(jìn)水管，由市政管網(wǎng)或水泵將水引入水箱，減少額外能耗。儲(chǔ)水箱提供冷水進(jìn)行熱量交換并且儲(chǔ)存熱水、儲(chǔ)水箱設(shè)有水位調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)水位過低時(shí)會(huì)打開進(jìn)水管進(jìn)行水量的補(bǔ)給，當(dāng)水量過高時(shí)關(guān)斷進(jìn)水管。溫度檢測(cè)裝置可以使用戶了解儲(chǔ)水箱內(nèi)水溫狀況。儲(chǔ)水箱設(shè)有泄水管，為裝置進(jìn)行維修或清洗提供條件。熱水出水管，當(dāng)外部需要熱水時(shí)可以通過出水管將加熱后的熱水供給外部使用，如水質(zhì)有要求還可設(shè)置過濾裝置進(jìn)行水的凈化。

5 結(jié)論

團(tuán)隊(duì)成員設(shè)計(jì)的此燃?xì)庥酂峄厥昭b置能夠?qū)⑷細(xì)馊紵^程中釋放的余熱進(jìn)行回收再利用，所回收的熱量用于加熱冷水，產(chǎn)生的熱水作為部分日常生活用水。此裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，利用冷熱水之間的密度差進(jìn)行水循環(huán)，節(jié)省了電能；同時(shí)，還能夠提高燃?xì)獾氖褂眯?，與節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念不謀而合。

新型燃?xì)庥酂峄厥昭b置適用于員工食堂、民用住宅、餐飲店等經(jīng)常使用燃?xì)獾膱?chǎng)所，或是天然氣建設(shè)比較完善的農(nóng)村和城鎮(zhèn)小區(qū)。