本實用新型涉及烹飪器具領域，更具體地是用于在烹飪過程中用于減少熱量散失的煙氣循環(huán)聚熱筒及其加熱器具。

背景技術：

目前燃氣灶具的熱效率仍然較低，2014年我國發(fā)布了新國標：《家用燃氣灶具能效限定值及能效等級》GB 30720-2014、《商用燃氣灶具能效限定值及能效等級》GB 30531-2014，凸顯了燃氣灶具節(jié)能的重要性。

現(xiàn)有的燃氣灶具為敞焰加熱方式，燃氣火焰所釋放的熱量只有一部分能夠被用于加熱鍋具內的食物。燃氣火焰溫度較高，大量的熱量會散失到周圍空間里而被浪費掉。燃氣灶具的熱損失就是指這些散失到周圍空間而未被有效利用來加熱食物的熱量。燃氣灶具的熱效率是實際用于加熱食物的熱量占燃氣燃燒總放熱量的比例。

燃氣灶具的熱損失包括火焰輻射熱損失、熱煙氣的紅外輻射熱損失、加熱燃燒反應混合物的熱損失、熱煙氣與冷空氣混合引起的熱損失、排煙熱損失、鍋具散熱損失和不完全燃燒熱損失。本實用新型對現(xiàn)有燃氣灶具的熱損失及熱效率作如下分析說明。

(I)火焰輻射熱損失

火焰輻射包括可見光、紅外線和紫外線部分?；鹧孑椛涞奶攸c是在整個火焰體積內向空間的所有方向同時發(fā)出熱輻射。由于鍋具是置于火焰上方，僅有約40％的火焰輻射到達鍋底。其余60％的火焰輻射直接向周圍散發(fā)而損失掉了，為火焰的直接輻射熱損失。那些到達鍋底的火焰輻射中的一部分被鍋底吸收，其余部分則被反射向周圍，這些反射的火焰輻射也被損失掉了(鍋底對于熱輻射的反射率取決于鍋底的材料和表面狀況，比較新的表面拋光的不銹鋼或鋁合金鍋底對于熱輻射的反射率高達80％至90％)。這部分由于鍋底的反射而被浪費的火焰輻射是火焰的間接輻射熱損失?；鹧孑椛錈釗p失包括直接輻射熱損失和間接輻射熱損失?；鹧孑椛錈釗p失的大小主要與火焰輻射特性有關。對于藍色的燃氣火焰，火焰輻射熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的5％。當出現(xiàn)黃焰時，火焰輻射熱損失可達燃氣燃燒總放熱量的10％左右。

(II)熱煙氣的紅外輻射熱損失

熱煙氣中的二氧化碳和水蒸氣具有較強的紅外輻射能力。熱煙氣的紅外輻射能是指除了火焰的發(fā)光區(qū)域之外的、位于燃燒區(qū)外圍及下游的熱煙氣所發(fā)射的紅外輻射能。燃氣火焰產生的熱煙氣的紅外輻射能一般大于火焰的發(fā)光區(qū)域所發(fā)射的輻射能。敞焰烹飪時熱煙氣所發(fā)射的紅外輻射能有較大部分是向燃氣灶周圍散發(fā)而損失掉了。因此，估計熱煙氣的紅外輻射熱損失占燃氣燃燒總放熱量的8％左右。

(III)加熱燃燒反應混合物的熱損失

在燃氣的可燃成分與助燃空氣的氧氣之間發(fā)生燃燒反應前，首先需要將燃氣和助燃空氣加熱達到燃燒溫度。燃燒反應混合物(燃氣、氧氣和氮氣等)的加熱需要耗費燃氣燃燒總放熱量的一部分。這部分熱量就是加熱燃燒反應混合物引起的熱損失。該熱損失的大小主要與燃氣種類、過量空氣系數(shù)相關。一般情況下，加熱燃燒反應混合物的熱損失占燃氣燃燒總放熱量的10％至20％以上。

(IV)熱煙氣與冷空氣混合引起的熱損失

敞焰烹飪時熱煙氣從鍋底的燃燒區(qū)排出和向上流動的過程中，不可避免地會與周圍的冷空氣相互混合，致使熱煙氣的熱量散失給冷空氣。尤其是當廚房內風速較大或使用抽油煙機時，熱煙氣的熱量會迅速地散失給周圍的冷空氣。即使鍋具周圍的冷空氣是完全靜止的，熱煙氣流動時產生的夾帶和卷吸作用也會使得熱煙氣與冷空氣相互混合。熱煙氣與冷空氣混合引起的熱損失主要與風速有關。在風速較小的情況下，這部分由于熱煙氣與冷空氣混合引起的熱損失大約占燃氣燃燒總放熱量的5％；在風速較大的情況下，則可能高達15％。

(V)排煙熱損失

排煙不可避免地攜帶走燃氣燃燒總放熱量的一部分。排煙熱損失包括(a) 顯熱部分和(b)潛熱部分。排煙熱損失的大小主要與排煙溫度、過量空氣系數(shù)相關。在燃氣灶開微火時，熱煙氣與鍋具的換熱時間稍長，排煙溫度可能低至120℃，排煙熱損失約為燃氣燃燒總放熱量的10％；在燃氣灶開大火時，熱煙氣與鍋具的換熱時間較短，排煙溫度可能達200℃以上，排煙熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的15％以上。

(VI)鍋具散熱損失

鍋具被加熱升溫之后，鍋具的溫度高于周圍環(huán)境溫度。由于熱能的特性就是會自發(fā)地從高溫處向低溫處傳遞，因此，在鍋具被燃氣火焰加熱的同時，鍋具又通過對流、導熱和輻射的方式散失熱量至周圍環(huán)境。

(a)鍋側壁：當廚房內風速較大或使用抽油煙機時，鍋側壁主要與周圍的流動冷空氣相接觸，鍋側壁為散熱面。當廚房內風速較小時，鍋側壁主要與從鍋底排出的熱煙氣相接觸，鍋側壁則為受熱面。

(b)鍋蓋：鍋蓋為散熱面。

(c)鍋底：鍋底在接受火焰加熱的同時，又會以紅外輻射的方式散失熱量。當鍋底溫度較高時，其紅外輻射熱損失不能忽略。尤其是中式烹飪常用的圓底炒菜鍋內有較多烹調用油(其沸點達260℃)，炒菜時鍋底溫度較高(介于油溫與火焰溫度之間)，鍋底的紅外輻射熱損失較為顯著。

(d)鍋內：在烹飪過程中打開鍋蓋時，冷空氣會進入鍋內。冷空氣與鍋內部有較大溫差，可引起對流熱損失。

實際上，鍋具散熱損失的大小與環(huán)境條件(氣溫、風速等)、鍋具的溫度、外形、材料和表面狀況、以及烹飪操作等都有關。估計平底鍋散熱損失為燃氣燃燒總放熱量的5％左右。圓底炒菜鍋溫度較高，且較多時間是不加蓋的，因此圓底鍋散熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的8％以上。

(VII)不完全燃燒熱損失

燃氣灶在實際使用條件下出現(xiàn)不完全燃燒的可能原因有：

(a)燃燒器性能不良：如燃燒器的質量或維護問題。

(b)燃燒器調整不當：如燃氣灶的進風量未適當調整。

(c)外界風速的影響：大風會影響火焰穩(wěn)定性，甚至熄滅火焰。

(d)燃氣灶開中火和大火：民用燃氣灶一般采用大氣式燃燒器(又稱為部分預混式燃燒器)，燃燒所需總空氣量的45至75％由下進風(稱為“一次空氣”)供給燃燒器，其余的25至55％由上進風供給(稱為“二次空氣”)。燃氣灶開中火和大火時，灶面以上的上進風僅僅依靠周圍空氣的自然對流和擴散有時出現(xiàn)供氧不足，引起燃氣不完全燃燒、出現(xiàn)黃焰。尤其是圓底鍋開大火時不完全燃燒相當嚴重，只有火焰根部是藍焰，其余大部分火焰為黃焰，生成大量一氧化碳和黑碳顆粒等不完全燃燒產物。

(e)鍋底的冷壁效應：火焰與溫度較低的構件相接觸時，部分燃燒反應物被淬冷，導致燃燒反應未完全進行的現(xiàn)象稱為“冷壁效應”。鍋底與火焰接觸可產生冷壁效應，引起局部不完全燃燒。

(f)鍋支架的冷壁效應：鍋支架與火焰接觸同樣可產生冷壁效應，引起局部不完全燃燒。

由上述可見，燃氣灶的不完全燃燒熱損失受到諸多因素的影響。在多數(shù)情況下，燃氣灶基本上達到完全燃燒。在較差的情況下(如圓底鍋大火炒菜時大部分火焰為黃焰)，燃氣灶的不完全燃燒熱損失可能高達10％(表示有10％的燃氣化學能沒有轉換為熱能，而是以不完全燃燒產物的形式向大氣排放而浪費掉)。

從上述分析可見，現(xiàn)有技術的敞焰烹飪方式有許多的熱損失途徑。實際用于加熱食物的熱量占燃氣燃燒總放熱量的比例(即熱效率)是多少呢？由以上所列的第I至VII項熱損失合計：在較好的條件下，燃氣灶具的熱損失為燃氣燃燒總放熱量的43％，熱效率為57％。在較差的條件下(并且有10％的不完全燃燒時)，熱效率下降至22％。(GB 30720-2014和30531-2014規(guī)定家用臺式燃氣灶的熱效率限定值為58％，商用燃氣炒菜灶的熱效率限定值為25％。)

目前燃氣灶具的熱效率較低，能源浪費相當嚴重。燃氣灶具熱效率低的原因是多方面的，本實用新型人認為下列問題尤為突出：

(A)煙氣停留時間短：以24cm直徑平底鍋為例，其鍋底受熱面積為452cm²。天然氣灶開大火時耗氣量為0.45m³/h，產生的800℃溫度的煙氣量為4870.6cm³/s。鍋底下方的煙氣流經(jīng)直徑等于24cm、高度等于鍋底與燃氣灶爐頭上蓋之間的距離(稱為“鍋支架高度”)的圓柱形空間的大約90％，鍋支架高度為2cm時該圓柱形空間的體積為904cm³。煙氣在鍋底下方的停留時間為：0.9x 904/4870.6＝0.17s。天然氣灶開中火時耗氣量為0.15m³/h，煙氣流經(jīng)該圓柱形空間的大約50％，煙氣停留時間為0.28s。天然氣灶開小火時耗氣量為0.05m³/h，煙氣流經(jīng)該圓柱形空間的大約20％，煙氣停留時間為0.33s。可見，煙氣在鍋底的停留時間很短。由于煙氣的溫度較高，密度較低，在周圍大氣壓力的作用下，煙氣不可避免會迅速地向鍋具上方飄走。在零點幾秒這一短暫的停留時間內，相當大部分的煙氣熱量根本來不及傳遞給鍋具，這些熱量就排放到周圍空氣里浪費掉了。尤其是圓底鍋開大火炒菜時煙氣量大、煙氣流速高、停留時間短導致其熱效率在實際使用條件下僅有20％左右。

(B)鍋具受熱面積小(見上述A和VI的說明)

(C)外界風吹影響大(見上述IV和VIIc的說明)

(D)熱輻射損失大(見上述I、II和VIc的說明)

(E)二次空氣供給沒有得到調節(jié)：敞焰烹飪方式的二次空氣供給是沒有調節(jié)的。微火和小火時二次空氣量過大，過多的空氣會帶走熱量，降低熱效率，且氮氧化物生成量較大。中火和大火時僅依靠周圍空氣的擴散和自然對流供給的二次空氣量又不足(而且從鍋底下與灶面之間的狹窄間隙內向外流出的已燃煙氣還會干擾二次空氣流入)，導致出現(xiàn)不完全燃燒，生成一氧化碳、碳氫化合物、黑碳等不完全燃燒產物，降低熱效率。

(F)鍋底產生冷壁效應(見上述VIIe的說明)

(G)鍋支架產生冷壁效應(見上述VIIe的說明)

(H)鍋支架高度不合適：目前燃氣灶鍋支架是一個簡單的有四至六個支爪的架子。鍋具安放在鍋支架后，鍋底與燃氣灶爐頭之間的距離是固定的。燃氣灶開微火時，鍋底離火焰可能太遠(俗稱“吊火”)；開大火時，鍋底離火焰可能太近(俗稱“壓火”或“弊火”)。吊火和壓火都會造成熱效率下降。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服以上所列的現(xiàn)有燃氣灶具敞焰烹飪方式的一個或多個問題，提供一種用于減少熱量散失的煙氣循環(huán)聚熱筒，該聚熱筒應用于已有的燃氣灶具時能夠減少已有燃氣灶具的熱損失，提高其熱效率，而且該聚熱筒可方便地與目前常見的燃氣灶具和鍋具組合使用。

本實用新型的技術方案是：

用于減少熱量散失的煙氣循環(huán)聚熱筒，聚熱筒的下部和上部分別與擬使用的燃氣灶的爐頭和擬使用的鍋具相適配，所述聚熱筒的筒體能夠至少包圍燃氣灶的爐頭與鍋具底部之間的空間，并且所述聚熱筒布置成燃氣灶爐頭處的火焰產生的煙氣能夠在所述聚熱筒的筒體內部發(fā)生循環(huán)流動。

進一步地，所述聚熱筒由大圓筒和下圓環(huán)板構成，所述大圓筒設有若干個支腳，所述大圓筒的下邊緣連接下圓環(huán)板，下圓環(huán)板的內孔直徑大于燃氣灶爐頭直徑，下圓環(huán)板的內孔邊沿與燃氣灶爐頭之間的環(huán)狀空隙用于通入二次空氣。

更進一步地：

所述大圓筒上邊緣設有排煙口和用于調節(jié)排煙量的轉筒，所述大圓筒內側壁位于排煙口下方設有卷邊；或者，

所述大圓筒包括內層和外層，內層和外層之間的環(huán)狀空隙為排煙通道，所述大圓筒外層上邊緣設有排煙口和用于調節(jié)排煙量的轉筒，所述大圓筒內層下邊緣設有排煙口，所述大圓筒內層內側壁位于排煙口上方設有卷邊；或者，

所述大圓筒外側設有若干個環(huán)形排煙管，所述大圓筒的筒體設有與環(huán)形排煙管數(shù)目和位置相對應的若干圈排煙孔，所述若干圈排煙孔分別通入所述若干個環(huán)形排煙管，還包括有排煙筒，所述若干個環(huán)形排煙管連通所述排煙筒，所述大圓筒內的煙氣可以經(jīng)若干圈排煙孔、若干個環(huán)形排煙管、排煙筒向外排出，所述若干個環(huán)形排煙管與所述排煙筒的連接管道上分別設置有用于調節(jié)排煙量的閥門。

可選地，所述聚熱筒還包括有若干個上圓環(huán)板和上圓筒。

可選地，所述上圓環(huán)板的內孔邊沿設有排煙口。

可選地，所述聚熱筒還包括有上蓋，所述上蓋設置有排煙筒，所述排煙筒上設置有用于調節(jié)排煙量的閥門。

可選地，所述聚熱筒中的大圓筒和/或上圓筒為二段式。

可選地，所述聚熱筒中的上圓筒上邊緣設有若干組臺階。

本實用新型還提供一種灶具，配置有以上任一所述的用于減少熱量散失的煙氣循環(huán)聚熱筒。

本實用新型還提供一種鍋具，配置有以上任一所述的用于減少熱量散失的煙氣循環(huán)聚熱筒。

本實用新型的有益效果主要是：

(1)本實用新型聚熱筒的筒體包圍燃氣灶的爐頭與鍋具底部之間的空間，可以阻隔周圍流動冷空氣與燃燒熱煙氣相互混合，避免燃燒熱煙氣的熱量流失到周圍冷空氣之中；

(2)本實用新型聚熱筒的筒體可以阻擋燃氣火焰和煙氣的熱輻射散失到周圍環(huán)境，避免燃氣火焰和熱煙氣的直接輻射熱損失和間接輻射熱損失；

(3)本實用新型聚熱筒布置成在聚熱筒的筒體內部形成煙氣循環(huán)區(qū)，可以大幅度地延長熱煙氣在鍋底以下空間的停留時間，循環(huán)煙氣的對流傳熱和紅外輻射可增強對于鍋具的加熱效果；

(4)本實用新型聚熱筒的下圓環(huán)板的下表面可預熱二次空氣達到數(shù)百度溫度，經(jīng)過預熱的二次空氣補充給燃氣灶爐頭火焰燃燒區(qū)，有助于提高燃燒溫度；

(5)本實用新型聚熱筒的布置方式使得二次空氣流量主要是受到煙氣浮升力大小的影響，二次空氣流量隨著燃氣灶火力調節(jié)檔位的增大而加大，可以向燃氣火焰提供適量的、有調節(jié)的二次空氣供給。

本實用新型的各種具體實施方案的有益效果將在以下的實施例中予以詳細說明。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例1的一種配備大號上圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖2是本實用新型實施例1的一種配備大號上圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒側視圖。

圖3是本實用新型實施例2的一種配備中號上圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖4是本實用新型實施例3的一種配備內孔邊沿排煙口上圓環(huán)板的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖5是本實用新型實施例4的一種配備上邊緣排煙口大圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖6是本實用新型實施例5的一種配備雙層大圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖7是本實用新型實施例6的一種配備單圈排煙孔大圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

圖8是本實用新型實施例7的一種配備雙圈排煙孔大圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本實用新型的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“連接”、“安裝”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接；可以是剛性連接，也可以是柔性連接。

本實用新型中列舉的數(shù)據(jù)僅僅是為了更好地說明本實用新型的實施例而給出的示例性數(shù)據(jù)，除非另有說明，不構成對本實用新型權利要求的任何限制。

實施例1

(一)煙氣循環(huán)聚熱筒的結構

如圖1和2所示，為本實用新型中一種配備大號上圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖。參見圖1，本實施例的煙氣循環(huán)聚熱筒(以下簡稱為聚熱筒)由大圓筒1、下圓環(huán)板2、上圓環(huán)板3和上圓筒4以積木疊加方式構成，以方便適應不同尺寸的鍋具。大圓筒1內徑為32cm，由四個支腳101支撐在灶面T上，大圓筒1包括支腳101的高度為6cm，其四個支腳101之間的空間為二次空氣進氣通道。大圓筒1下端連接有用厚度0.2至0.5mm的金屬薄板制成的下圓環(huán)板2，大圓筒1與下圓環(huán)板2之間可以采用固定連接如焊接，也可以采用非固定連接如用螺釘將下圓環(huán)板2固定在大圓筒1下端。下圓環(huán)板2外邊緣直徑為38cm，下圓環(huán)板2中心有開孔(以下稱為“內孔”)，該內孔直徑大于燃氣灶爐頭H的直徑，下圓環(huán)板2內孔邊沿處高出灶面T的的高度不大于燃氣灶爐頭H高出灶面T的高度。大圓筒1的上邊沿放置有上圓環(huán)板3，大圓筒1與上圓環(huán)板3之間是活動的，沒有緊固件。上圓環(huán)板3外邊沿設有與大圓筒1外徑相匹配的定位環(huán)，用以防止上圓環(huán)板3滑動。上圓環(huán)板3內孔直徑為25cm.上圓環(huán)板3內孔邊沿處放置有內徑為26cm的大號上圓筒4，上圓環(huán)板3與上圓筒4之間是活動的，沒有緊固件。上圓環(huán)板3內孔邊沿處設有與上圓筒4下邊沿相匹配的圓環(huán)狀定位槽(未在圖1畫出)，用以防止上圓筒4滑動。大圓筒1的內側面、下圓環(huán)板2的上表面和下表面、上圓環(huán)板3的下表面以及上圓筒4的內側面為高反射率表面如高度拋光金屬面。

圖2為本實施例聚熱筒的側視圖。參見圖2，大圓筒1配置有觀火窗102(為石英玻璃窗)。上圓筒4上邊緣沿設置有兩組臺階，每組包括6個臺階(401至406)，每組占據(jù)上圓筒4上邊緣周長的二分之一。每個臺階占據(jù)上圓筒4上邊緣周長約65mm，相鄰兩級臺階的高度差為5mm，最高的一個臺階與最低的一個臺階之間的高度差為25mm。每組的臺階級數(shù)、寬度和高度差與另外一組完全相同。當轉動鍋具P使其兩個鍋耳架在不同臺階上時，可以改變鍋具P的底部與燃氣灶爐頭H之間的距離。

(二)使用方法

使用時首先摘下大氣式燃氣灶原來配備的鍋支架，然后按照以下步驟以疊積木方式安裝本實用新型的煙氣循環(huán)聚熱筒和擬使用的鍋具：(1)下圓環(huán)板2內孔對準燃氣灶爐頭H，將大圓筒1及下圓環(huán)板2安放在灶面T上，使燃氣灶爐頭H位于下圓環(huán)板2內孔中間；(2)將上圓環(huán)板3放在大圓筒1上；(3)將上圓筒4放在上圓環(huán)板3上；(4)將盛有待烹飪食物的鍋具P放入上圓筒4內，鍋具P的鍋耳支承在上圓筒4上邊緣的臺階上，使其鍋底低于上圓環(huán)板3內孔邊沿，鍋底與燃氣灶爐頭H上蓋之間的距離約為1.5至3cm。

點燃燃氣灶，調節(jié)燃氣灶火力檔位，加熱鍋具P。燃氣完全燃燒所需的二次空氣從下圓環(huán)板2與灶面T之間的空隙流入，并被下圓環(huán)板2下表面加熱為熱空氣。這些熱空氣然后流入爐頭H上方的燃燒區(qū)。燃氣火焰煙氣在火焰射流動能的推動下在聚熱筒內形成如圖1所示的煙氣循環(huán)區(qū)。部分煙氣然后流入鍋側壁與上圓筒4之間的環(huán)狀空隙(以下簡稱為“上空隙”)，這些煙氣在上空隙內向上流動時繼續(xù)加熱鍋側壁。最后，煙氣從上空隙向外排出。烹飪過程中可以從觀火窗102觀察火焰燃燒是否良好和鍋底與火焰接觸情況。調整燃氣灶火力使火焰不超出鍋底范圍。必要時將鍋具P架在上圓筒4的不同臺階上，以調整鍋底離爐頭火焰的高度。燃氣火焰正常時呈藍色，肉眼可見燃氣與一次空氣混合物燃燒形成的內焰和燃氣與二次空氣混合物燃燒形成的外焰。鍋底離燃氣火焰的合適高度是使鍋底稍低于外焰，且不接觸內焰，可以獲得最佳的加熱效果。

(三)排煙與二次空氣供給

本實用新型煙氣循環(huán)聚熱筒的設計必須確保有足夠的排煙能力和適量的二次空氣供給(二次空氣供給不充分時煙氣一氧化碳濃度可能超標，使用者有一氧化碳中毒的安全風險)。

本實施例煙氣經(jīng)上圓筒4與鍋具P之間的環(huán)狀空隙向上排出的推動力為煙氣的浮升力。煙氣溫度越高，或煙氣柱高度越高，則浮升力越大。本實施例當鍋具P為24cm直徑、18cm高度的平底鍋，大圓筒1內煙氣平均溫度為600℃，上空隙內煙氣平均溫度為200℃時，根據(jù)：煙氣浮升力＝煙氣柱高度x重力加速度x(環(huán)境空氣密度–煙氣密度)，可算得本實施例大圓筒1內煙氣浮升力為0.23Pa，上空隙內煙氣浮升力為0.79Pa，總浮升力為1.02Pa。

煙氣向上流動的阻力主要是上圓筒4與鍋具P之間環(huán)狀空隙入口的局部阻力和煙氣與壁面摩擦的沿程阻力。環(huán)狀空隙入口的局部阻力與流入環(huán)狀空隙的煙氣流速的平方成正比。天燃氣灶開大火時耗氣量為0.45m³/h，600℃溫度的煙氣量為3962.8cm³/s，密度0.415kg/m³，流入環(huán)狀空隙的煙氣流速為0.82m/s，根據(jù)：局部阻力＝局部阻力系數(shù)x煙氣密度x煙氣流速x煙氣流速/2，可算得局部阻力為0.28Pa。煙氣在上空隙內的流速為0.27m/s，沿程阻力為0.02Pa。

二次空氣經(jīng)下圓環(huán)板2下表面與灶面T之間的空隙流入到爐頭H燃燒區(qū)的推動力主要是大圓筒1內熱煙氣和上圓筒4與鍋具P之間環(huán)狀空隙內熱煙氣浮升力的“煙囪效應”產生的引風力。二次空氣進氣阻力主要是下圓環(huán)板2內孔與燃氣灶爐頭H之間的環(huán)狀空隙(以下簡稱為“下空隙”)的局部阻力。當燃氣灶爐頭H直徑為10cm、下圓環(huán)板2內孔直徑為12cm，二次空氣量482cm³/s(標態(tài))，由對流換熱計算式可算得下空隙處二次空氣溫度達300℃，密度0.616kg/m³，二次空氣流經(jīng)下空隙的速度為0.14m/s，局部阻力為0.01Pa。二次空氣經(jīng)下圓環(huán)板2下表面與灶面T之間的空隙流入的沿程阻力約為0.005Pa。由于本設計下空隙的寬度較大，二次空氣流速較低，且是流經(jīng)光滑表面，因此二次空氣進氣阻力較小。

由所述可見，本實施例的煙氣浮升力(總浮升力1.02Pa)足以克服排煙和二次空氣進氣的局部阻力和沿程阻力(總阻力為0.315Pa)。另外，燃氣灶火力檔位越大，則煙氣溫度越高，煙氣浮升力產生的引風作用越大，二次空氣被預熱后所具有的浮升力同時增大，而且火焰射流對于下圓環(huán)板2內孔與燃氣灶爐頭H之間環(huán)狀空隙的二次空氣的引風作用也增大，但局部阻力和沿程阻力則隨煙氣和二次空氣流速的增大而急劇增加。這些因素總的影響是二次空氣進氣量隨燃氣灶火力檔位的增大而有一定程度的增加，因此本實施例能夠順暢地排煙，同時燃氣火焰可獲得適量的、有調節(jié)的二次空氣供給。

綜上所述，本實施例圖1所示布置方式可獲得充足的二次空氣供給，不會出現(xiàn)缺氧燃燒，不會出現(xiàn)煙氣一氧化碳濃度超標，不會有使用者一氧化碳中毒的風險。能夠確保使用安全性是本實用新型的最重要優(yōu)點。

(四)煙氣循環(huán)區(qū)的形成

本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒內煙氣循環(huán)區(qū)的形成機制說明如下：來自于燃氣供氣管網(wǎng)或液化石油氣瓶的燃氣具有較高的壓力，火焰射流從燃氣灶爐頭火孔噴出時具有較高的速度和較大的動能(在目前的敞焰烹飪方式中，因為燃氣灶爐頭周圍存在著大量的外界流動冷空氣，所以從爐頭火孔噴出的火焰射流所具有的動能將很快地消散在周圍的大量流動冷空氣之中)。參見圖1，本實施例聚熱筒的筒體阻隔了外界大量的流動冷空氣與火焰煙氣相互接觸和混合。在這種情況下，從爐頭火孔噴出的火焰射流所具有的較大動能(以及火焰燃燒引起氣體體積急劇膨脹所產生的動壓)推動煙氣以爐頭和鍋底的中軸線為中心沿鍋底的徑向向外流動，然后這些煙氣所具有的動能(慣性力)使大部分煙氣越過鍋底與上圓筒4之間的環(huán)狀空隙后繼續(xù)向外流向大圓筒1。到達大圓筒1壁面后，煙氣動能轉化為靜壓，迫使煙氣向下流動至大圓筒1下部，再沿下圓環(huán)板2上表面向內流動，流到火焰附近的煙氣的其中一部分又會在火焰射流向上的動量傳遞(粘性力)的影響下向上流動，其余部分煙氣在火焰射流根部負壓區(qū)的引風作用下再次進入火焰燃燒區(qū)，與火焰射流混合后向上流動。上述的煙氣流動過程形成了煙氣循環(huán)區(qū)，循環(huán)區(qū)內的煙氣之所以能夠沿圖1所示的路徑流動的主要推動力為從爐頭火孔噴出的火焰射流所具有的較大動能。圖1中，爐頭H、大圓筒1和平底鍋P的中軸線是重合的，所述煙氣循環(huán)區(qū)是以該中軸線為中心的軸對稱的。上述所謂“火焰根部負壓區(qū)”是指火焰以高速度從火孔噴出時能夠帶動周圍氣體向上流動，使得火焰根部周圍氣體密度變得稀薄，從而形成的火焰根部負壓區(qū)。該負壓區(qū)能夠吸引周圍的已燃煙氣進入火焰射流，并與火焰射流相混合向上流動。

煙氣循環(huán)區(qū)的形成首先要求聚熱筒具有適當?shù)男螤钭鳛橄葲Q條件，另外還與聚熱筒的尺寸(在本實施例中，特別是上圓筒4與鍋具P之間環(huán)狀空隙入口的寬度)有關，還與煙氣量、煙氣溫度等其它因素相關。在本實施例中，上圓筒4與鍋具P之間環(huán)狀空隙入口處必須有適當?shù)膶挾?，產生合適的局部阻力，才能在確保順暢地排煙的同時，又能阻擋大部分煙氣直接從鍋底流出到鍋側壁，才有可能在聚熱筒內形成較為顯著的煙氣循環(huán)區(qū)。環(huán)狀空隙入口寬度過小會降低排煙量，過大則難以形成顯著的煙氣循環(huán)區(qū)。在本實施例以上給出數(shù)據(jù)的條件下，環(huán)狀空隙入口寬度優(yōu)選為4至8mm。

在烹飪開始之前聚熱筒內部原先存在的可能全部是冷空氣。燃氣灶點火后，在火焰射流動能的推動下，聚熱筒內出現(xiàn)煙氣循環(huán)區(qū)，使得聚熱筒內原先存在的冷空氣部分流動到燃燒區(qū)，參與燃燒反應，聚熱筒內部原先存在的空氣將很快被燃氣火焰消耗。然后聚熱筒內部將主要被熱煙氣所占據(jù)。

(五)煙氣循環(huán)區(qū)的作用

煙氣循環(huán)區(qū)具有以下六個方面的作用：

(1)延長煙氣在鍋底的停留時間，增強對于鍋底的加熱效果。

煙氣在循環(huán)區(qū)內循環(huán)流動可延長煙氣在鍋底的停留時間。循環(huán)區(qū)內的煙氣除了以對流換熱的方式將熱量傳遞給鍋底之外，還可以通過紅外輻射將熱量傳遞給鍋底。燃氣(包括天然氣、液化石油氣和煤氣)的特點是氫元素含量高，使得燃氣燃燒煙氣含有高濃度的水蒸氣(例如，天然氣燃燒煙氣的水蒸氣和二氧化碳濃度典型數(shù)值分別為19％和9.5％濕煙氣體積)。高溫煙氣含有的水蒸氣和二氧化碳有較強的發(fā)射紅外輻射的能力，而且，煙氣輻射為體積輻射，即整個煙氣體積內的全部輻射性氣體分子同時發(fā)出熱輻射，在煙氣體積界面處接收到的是整個煙氣體積發(fā)出輻射的疊加總和。在本實施例以上給出數(shù)據(jù)的條件下，火焰燃燒區(qū)平均溫度為1200℃，聚熱筒內煙氣平均溫度為800℃時，根據(jù)煙氣輻射強度的Hottel線算圖得到：火焰為藍焰時，火焰輻射傳熱給鍋底為560W，煙氣循環(huán)區(qū)輻射傳熱給鍋底為260W(指循環(huán)區(qū)內煙氣對鍋底的直接輻射，不包括大圓筒1、下圓環(huán)板2反射向鍋底的間接輻射)。因此，本實施例煙氣循環(huán)區(qū)可通過對流和輻射傳熱來增強對于鍋底的加熱效果。而且聚熱筒內部容積越大，則在聚熱筒內循環(huán)流動的煙氣量越大，鍋底接收的煙氣輻射傳熱量越高；聚熱筒內煙氣溫度越高，則煙氣輻射強度越高。本實施例在聚熱筒內部的煙氣量比起現(xiàn)有技術敞焰烹飪時鍋底下方的煙氣量增大了若干倍，并且聚熱筒的筒體隔絕了外界冷空氣進入且阻擋了火焰熱輻射向外界散發(fā)，因此聚熱筒內部有較高的煙氣溫度，聚熱筒內煙氣的體積輻射可以大幅度增強對于鍋底的加熱效果。

(2)循環(huán)煙氣的熱量可傳遞給下圓環(huán)板2，用于預熱二次空氣。

類似于上述對鍋底的加熱，循環(huán)煙氣可通過對流和輻射傳熱來加熱下圓環(huán)板2，使流經(jīng)下圓環(huán)板2下表面的二次空氣被預熱。

(3)提高燃燒溫度

一方面，經(jīng)過預熱的二次空氣補充給燃燒區(qū)，可避免燃氣火焰耗費熱量來加熱冷空氣，因此能夠提高燃燒溫度。另一方面，有較高溫度的已燃煙氣循環(huán)到燃燒區(qū)周圍，也有利于提高燃燒溫度和增強對于鍋底的加熱效果。

(4)降低排煙的剩余氧濃度

煙氣循環(huán)可以使得煙氣所含的剩余氧再次進入高溫燃燒區(qū)參與氧化反應，從而使氧化劑能夠被充分地利用，減少所需的二次空氣量，降低排煙中多余的氧氣和氮氣攜帶走的熱量。

(5)降低污染物形成和排放

較高的燃燒溫度可加快燃燒速度。而且煙氣循環(huán)區(qū)能夠將已燃煙氣所含不完全燃燒產物或可燃物返回燃燒區(qū)燃盡，因此能夠降低污染物形成和排放。

(6)火焰射流動能可得到利用

火焰射流動能是機械能。本實施例中，火焰射流動能通過氣流的內摩擦、氣流與聚熱筒壁面的摩擦轉化為聚熱筒內的熱能，這些火焰射流動能也得到了利用。

(六)節(jié)能作用及熱效率

本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒應用于已有的燃氣灶具時，可以大幅度地減少已有的燃氣灶具的熱損失，其節(jié)能作用說明如下：

(1)本實施例聚熱筒使火焰煙氣產生如圖1所示的煙氣循環(huán)區(qū)。由大圓筒1、下圓環(huán)板2和上圓環(huán)板3圍成的那部分聚熱筒內部的體積為3375cm³，天燃氣灶開中火時煙氣量為1623.2cm³/s，煙氣在聚熱筒內的停留時間為3375/1623.2 ＝2.08s。該停留時間比起沒有聚熱筒時的停留時間(見背景技術部分A問題)增大了2.08/0.28＝7.4倍。可見，本實施例大幅度地延長了煙氣在鍋底下方的停留時間，克服了在背景技術部分所述的現(xiàn)有敞焰烹飪方式的A問題，使得煙氣有更長時間停留在鍋底下方，并通過對流傳熱和輻射傳熱方式將熱量更充分地傳遞給鍋具。

(2)本實施例中，煙氣在鍋側壁與上圓筒4之間的環(huán)狀空隙向上流動時能加熱鍋側壁，使鍋側壁成為了受熱面。鍋側壁面積為1356.5cm²，鍋底面積為452cm²。本實施例中鍋具的受熱面積為鍋側壁面積和鍋底面積之和：1808.5cm²。本實施例鍋具的受熱面積比起沒有聚熱筒時增大了1808.5/452＝4倍?？梢?，本實施例大幅度地增大了鍋具的受熱面積，克服了現(xiàn)有技術的B問題。

(3)本實施例聚熱筒的大圓筒1、下圓環(huán)板2和上圓環(huán)板3包圍了平底鍋P的底部與燃氣灶爐頭H之間的空間，完全阻隔了外界冷空氣與熱煙氣混合，克服了現(xiàn)有技術的C問題，避免了現(xiàn)有技術第IV項熱損失。另外，本實施例聚熱筒還阻擋了火焰和煙氣熱輻射向外界周圍散發(fā)，克服了現(xiàn)有技術的D問題，避免了第I、II和VIc項熱損失。

(4)本實施例中，從下圓環(huán)板2與灶面T之間的空隙流入的二次空氣能夠被下圓環(huán)板2加熱為熱空氣。下圓環(huán)板2下表面積為0.1m²。由于在烹飪過程中下圓環(huán)板2同時受到火焰和煙氣的直接輻射和間接輻射的加熱以及聚熱筒內煙氣的對流加熱，下圓環(huán)板2具有較高的溫度，因而對二次空氣有良好的預熱作用。經(jīng)過預熱的空氣再流入爐頭H上方的燃燒區(qū)，有利于提高燃燒溫度，一定程度上避免了現(xiàn)有技術第III項熱損失。

(5)隨著火力調節(jié)檔位的增大，煙氣浮升力產生的引風力增大，二次空氣量隨之增大。因此，本實施例二次空氣供給是有調節(jié)的，克服了現(xiàn)有技術的E問題，有助于進一步提高燃氣灶具的熱效率。而且，這些二次空氣是在火焰射流卷吸力的作用下直接進入火焰根部，與燃氣混合良好。另外，本實施例下圓環(huán)板2與鍋底之間為排煙通道，下圓環(huán)板2與灶面T之間為補充二次空氣通道，這種布置方式避免了現(xiàn)有技術中排煙量較大時干擾二次空氣流入的問題，可確保充足的二次空氣供給，減少黃焰和不完全燃燒帶來的不完全燃燒熱損失(即現(xiàn)有技術第VIId項熱損失)，提高了熱效率。

(6)本實施例不需要在鍋具P底部使用鍋支架，克服了現(xiàn)有技術的G問題，避免了第VIIf項熱損失。

(7)本實施例可以在烹飪過程中隨時調整鍋具P底部離開燃氣灶爐頭H的高度，避免出現(xiàn)吊火和壓火，克服了現(xiàn)有技術的H問題，避免了第VIIe項熱損失。

綜上所述，本實施例克服了在背景技術部分所列出的現(xiàn)有技術的A至E、以及G、H問題，部分克服了F問題，避免了第I、II、IV、VIa,c、VIIc,d,f項熱損失，部分避免了第III、VIIe項熱損失。觀察圖1可以看出，本實施例只有唯一一項較為顯著的熱損失，即排煙熱損失。由于本實施例有較長的煙氣停留時間和較大的換熱面積，因此排煙溫度較低。排煙溫度為200℃時，排煙熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的15％。除了排煙熱損失外，本實施例其它的熱損失較小。例如，(a)聚熱筒外表面的散熱損失：在有保溫層的情況下，其外表面溫度較低，散熱較?。?b)聚熱筒的儲熱損失：在升溫時，聚熱筒材料會吸收一定的熱量，有少量的儲熱損失(取決于聚熱筒材質和重量)；(c)鍋蓋上表面也有一定的散熱損失?？紤]以上因素，本實施例的總熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的20％，熱效率達80％左右，比起已有的燃氣灶具敞焰烹飪方式的熱效率(22％至57％)有大幅度的提高。

(七)其它說明

正如以上的“(四)煙氣循環(huán)區(qū)的形成”所述，煙氣循環(huán)區(qū)的形成與多種因素相關。實際使用時，有些情況無法形成煙氣循環(huán)區(qū)。例如，(1)圖1中當燃氣灶開保溫火時煙氣量和煙氣動能較小，大部分煙氣從鍋底直接流向鍋側壁后向上排出；(2)圖1的上圓筒4內徑為26cm，如果平底鍋P的直徑為20cm，則上圓筒4與平底鍋P之間的環(huán)狀空隙過大，全部煙氣經(jīng)鍋側壁后向上排出。盡管上述情況不能形成煙氣循環(huán)區(qū)，在“(六)節(jié)能作用及熱效率”中列出的第2至7點仍然有效，這些情況下使用聚熱筒仍具有節(jié)能作用。

大圓筒1、上圓環(huán)板3和上圓筒4可用耐熱鋼板制作。下圓環(huán)板2用導熱性能良好的鋁合金板制成(上、下表面均高度拋光)，用螺釘安裝在大圓筒1下邊緣。下圓環(huán)板2可以是圖1所示的流線型，亦可以采用其它形式如圓錐臺型。大圓筒1的四個支腳101應配有防滑膠墊。大圓筒1與四個支腳101最好采用螺紋連接，用以調節(jié)高度。

需要說明的是，圖1僅是示意圖，爐頭H上的火焰不代表實際的火焰射流方向?，F(xiàn)有燃氣灶具燃燒器有多種設計形式，爐頭一般設有內環(huán)、外環(huán)火孔，外環(huán)火孔軸線與垂線的夾角一般為60°，有利于本實用新型聚熱筒內煙氣循環(huán)區(qū)的形成。

使用本實用新型聚熱筒對于燃氣灶燃燒器的回火極限可能有輕微影響。但爐頭高于灶面的高度僅為數(shù)厘米，爐頭受到火焰加熱的面積較小，而且爐頭內部的燃氣與一次空氣流動已經(jīng)對于爐頭本身起到了良好的冷卻效果。如果在現(xiàn)有燃氣灶上使用本實用新型聚熱筒后燃氣灶出現(xiàn)回火傾向，可以旋轉鍋具P，使其雙耳架在上圓筒4上邊緣的更高臺階上，鍋底與爐頭H的距離達到3cm以上。

實施例2

以上的實施例1適用于較大規(guī)格的鍋具。當需要使用中等規(guī)格的鍋具時，取出圖1中的大號平底鍋P，取下大號上圓筒4。以下參見圖3：再依次放上一個中號規(guī)格的上圓環(huán)板3A、一個中號規(guī)格的上圓筒4A和一個中號規(guī)格的平底鍋P，即成為圖3“一種配備中號上圓筒的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖”所示形式。其中上圓環(huán)板3A外邊沿設有定位環(huán)(圖1未示出)，該定位環(huán)與上圓環(huán)板3內孔邊沿處的定位槽相匹配，上圓環(huán)板3A內孔邊沿處設有與上圓筒4A下邊緣相匹配的定位槽(圖1未示出)。本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒的結構、使用方法、節(jié)能作用等與實施例1相同。

本實施例未提及的部分與實施例1類似，此處不再贅述。

實施例3

以上的實施例1和2適用于那些可以支承在上圓筒4上邊緣的鍋具。但有一些鍋具(如燒水壺、砂煲、奶鍋等)不容易支承在上圓筒4上邊緣。當需要使用這些鍋具時，取出圖1中的大號平底鍋P，取下大號上圓筒4。以下參見圖4(以使用燒水壺為例)：再依次放上一個具有內孔邊沿排煙口的上圓環(huán)板3B、一個上圓筒4B、一個燒水壺K和一個園板狀的上蓋5，即成為圖4“一種配備內孔邊沿排煙口上圓環(huán)板的煙氣循環(huán)聚熱筒結構示意圖”所示的上部形式。其中上圓環(huán)板3B的靠近內孔的邊沿處設有若干個排煙口，燒水壺K是支承在上圓環(huán)板3B內孔邊沿上(上圓環(huán)板3B內孔邊沿上還固定安裝有若干個2至5cm長的橫桿，這些橫桿布置為其長度方向與上圓環(huán)板3的徑向相重疊，用于防止燒水壺K位置不正時側翻)。上蓋5安裝有高度為10cm的排煙筒6，排煙筒6設有用于調節(jié)排煙量的閥門7。

本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒下部形式中大圓筒采用二段式，說明如下：大圓筒下段1A的外徑與大圓筒上段1B的內徑相配合，使得大圓筒上段1B能夠小范圍上下移動和轉動。大圓筒下段1A外壁面沿圓周方向均勻地設置有四組臺階103(每組占四分之一的周長，每組的臺階數(shù)目、寬度和高度差完全相同，類似于圖2中上圓筒4上邊緣沿圓周方向布置的2組臺階)。大圓筒上段1B下邊緣有四個支腳，大圓筒上段1B有兩個提手104。提起兩個提手104，轉動大圓筒上段1B，使其四個支腳支承在四組臺階103的不同臺階上，可以調節(jié)鍋底離爐頭H的高度，調節(jié)范圍為2cm。

本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒內部的煙氣流動路徑說明如下：在火焰射流動能的驅動下，大圓筒內部形成圖1所示煙氣循環(huán)區(qū)。部分煙氣經(jīng)上圓環(huán)板3B內孔邊沿處排煙口向上流出，然后這些煙氣在加熱燒水壺側壁的同時向上流到燒水壺上方。由于閥門7處有一定的局部阻力，部分降溫后的煙氣沿上圓筒4B內側壁向下流動，形成上圓筒4B內的煙氣循環(huán)區(qū)。最后，煙氣經(jīng)排煙筒6向外排出。

本實施例中燒水壺K有著相當大的受熱面積：壺底部是受熱面，壺側壁全部是受熱面，壺蓋也是受熱面，燒水壺內部也可能是受熱面(在燒水壺升溫前，如果熱煙氣經(jīng)壺嘴或壺蓋邊沿流入燒水壺內部，燒水壺內部就成為受熱面。高品質天然氣屬清潔燃料，完全燃燒時煙氣僅含二氧化碳、水蒸氣和氮氣。少量天然氣煙氣流入壺內是沒問題的)。使用本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒后燒水壺的受熱面積比起敞焰烹飪方式的受熱面積增大約5倍。而且，整個燒水壺所有外表面周圍都被相當厚的熱煙氣層所包圍。煙氣含有的水蒸氣和二氧化碳有較強的發(fā)射紅外輻射的能力，因此熱煙氣的輻射能可很大程度地提高對燒水壺K的加熱效果。

與以上實施例類似，本實施例只有唯一一項較為顯著的熱損失，即排煙熱損失。由于本實施例有5倍于鍋底的換熱面積，煙氣與鍋具可充分地換熱，因此燃氣灶開小火時排煙溫度可低于露點溫度，煙氣所含水蒸氣會在聚熱筒內部冷凝為冷凝水(大圓筒1A側壁可增設冷凝水排水管)，煙氣水蒸氣的冷凝潛熱也能得到利用。目前熱效率計算一般是基于不包括煙氣水蒸氣冷凝潛熱的低位熱值，本實施例是利用包括煙氣水蒸氣冷凝潛熱在內的高位熱值。天然氣的低位和高位熱值分別為34.5和38.3MJ/m³，利用煙氣水蒸氣冷凝潛熱能夠提高熱效率11％。本實施例排煙溫度低于露點溫度時排煙熱損失約占燃氣燃燒總放熱量的7％，聚熱筒散熱和儲熱損失占燃氣燃燒總放熱量的5％以下。當煙氣水蒸氣冷凝潛熱的一半得到利用時，本實施例熱效率將高達93.5％。

另外，本實施例當用于蒸鍋、湯鍋(或其它產生較大蒸氣量的鍋具)時，鍋具里面的水沸騰排出的蒸氣可在聚熱筒內部冷凝，這樣就回收利用了其冷凝潛熱，可進一步提高熱效率。

本實施例聚熱筒內煙氣循環(huán)區(qū)的設計原理進一步說明如下：大圓筒1、上圓筒4B和排煙筒6內煙氣的總浮升力約為1.5Pa。在煙氣的流出路徑上設置有兩個具有較大局部阻力的部位：一個是上圓環(huán)板3B內孔邊沿排煙口(局部阻力約0.5Pa)，另一個是閥門7(局部阻力由閥門開度調節(jié)，閥門全開時局部阻力約0.1Pa，取決于閥門結構形式)。煙氣總浮升力(1.5Pa)大于這兩個局部阻力和沿程阻力之和(約0.6Pa)，可以排煙。這兩個較大局部阻力的存在，配合本實施例聚熱筒的布置方式，導致在大圓筒1內出現(xiàn)第一個煙氣循環(huán)區(qū)，并且在上圓筒4B內出現(xiàn)第二個煙氣循環(huán)區(qū)。煙氣浮升力在克服上述煙氣流動阻力之余，其煙囪效應的引風作用再加上被下圓環(huán)板2預熱的二次空氣本身的浮升力和爐頭H火焰射流對下空隙空氣的引風作用可確保二次空氣供給。

本實施例煙氣循環(huán)聚熱筒下部形式中大圓筒的二段式設計可應用于其它實施例的各個大圓筒和上圓筒來進行高度調節(jié)，用于適應不同高度的鍋具和在烹飪過程中調整鍋底離火焰的高度。大圓筒下段1A和大圓筒上段1B都應設置相應的觀火窗，使得在其高度調節(jié)范圍內都可以透過觀火窗觀察爐頭火焰與鍋底接觸狀態(tài)。

圖4所示聚熱筒的上圓環(huán)板3B內孔排煙口面積是固定不變的。為了適應煙氣量的變化，本實施例可進一步改進為排煙口面積可調的，說明如下：上圓筒4B下邊緣連接一個圓環(huán)板，該圓環(huán)板的外徑和內孔直徑分別與上圓筒4B內徑和鍋具外徑相適配，該圓環(huán)板內孔邊沿處設有與上圓環(huán)板3B內孔邊沿處排煙口對應的排煙口。使用時可以轉動上圓筒4B，該圓環(huán)板隨之轉動。當該圓環(huán)板的排煙口與上圓環(huán)板3B內孔邊沿處排煙口完全重合時，為排煙口全開；當該圓環(huán)板的排煙口與上圓環(huán)板3B內孔邊沿處排煙口完全不重合時，為排煙口全閉；調節(jié)該圓環(huán)板的排煙口與上圓環(huán)板3B內孔邊沿處排煙口的相對位置，可調節(jié)該排煙口的排煙量。燃氣灶大火檔位時，可開大該排煙口，小火時關小該排煙口，有利于在各種煙氣流量情況下大圓筒1內都可以形成顯著的煙氣循環(huán)區(qū)。

本實施例尤其適用于蒸鍋、湯鍋、壓力鍋、藥煲等鍋具。烹飪結束關閉燃氣灶后需要保溫時，可關閉閥門7，使熱煙氣留存在聚熱筒內部，有很好的保溫效果。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例4

圓底鍋是中式烹飪特有的一種常用于炒菜的鍋具。本實用新型的一種可用于圓底鍋的煙氣循環(huán)聚熱筒形式如圖5所示。圓底鍋V支承在大圓筒1C上邊緣，大圓筒1C上邊緣處開設有一系列沿大圓筒1C圓周方向均勻分布的排煙口，大圓筒1C內側在排煙口下方設有一圈卷邊。大圓筒1C外側配有一個轉筒106，該轉筒106是支承在大圓筒1C外側壁的凸環(huán)105上的。轉筒106設有與大圓筒1C上邊緣排煙口相對應的排煙口。使用時可以轉動轉筒106，當轉筒106的排煙口與大圓筒1C排煙口完全重合時，為排煙口全開；當轉筒106的排煙口與大圓筒1C排煙口完全不重合時，為排煙口全閉；轉動轉筒106可調節(jié)大圓筒1C排煙口的排煙量。另外，下圓環(huán)板2下表面安裝有沿下圓環(huán)板2徑向排列的、均勻分布的一系列傳熱翅片201。

使用燃氣灶開大火檔位時，轉動轉筒106增大排煙量；小火時減小排煙量，使得排煙口產生適當?shù)木植孔枇?。在大圓筒1C內部，從爐頭H噴出的火焰射流具有相當大的動能(尤其是大火爆炒菜肴時火焰射流有很大動能)，使得煙氣沿鍋底向上外方向運動，遇到大圓筒1C上邊緣排煙口的局部阻力并且在排煙口下方卷邊的導流作用下部分煙氣沿大圓筒1C內側壁向下流動，并流近下圓環(huán)板2，然后向爐頭H方向流動，形成煙氣的循環(huán)區(qū)。由于煙氣具有粘度，火焰射流及其煙氣在沿鍋底向上外方向流動時其動量逐層向下傳遞，因而對下方的煙氣循環(huán)區(qū)內煙氣的如圖5所示循環(huán)運動產生進一步的推動力。

本實施例下圓環(huán)板2下表面及其傳熱翅片可提供約1m²的換熱面積，天然氣灶開猛火時耗氣量為0.6m³/h，二次空氣流量為642.7cm³/s(標態(tài))，由對流換熱計算式可算得二次空氣預熱溫度達600℃。當燃氣灶爐頭H直徑為10cm、下圓環(huán)板2內孔直徑為13cm時，二次空氣流經(jīng)下圓環(huán)板2與爐頭H之間環(huán)狀空隙的速度為0.35m/s，局部阻力為0.03Pa。二次空氣經(jīng)下圓環(huán)板2下表面與灶面T之間的空隙和傳熱翅片201之間的二次空氣通道流入的沿程阻力約為0.04Pa?？梢?，本實施例二次空氣進氣阻力較小。

由于本實施例聚熱筒能夠向燃氣火焰供給預熱達到600℃的二次空氣，并且這些二次空氣是在火焰射流卷吸力的作用下直接進入火焰區(qū)，與燃氣混合良好，而且聚熱筒內部還有已燃煙氣循環(huán)區(qū)，因此，在圓底鍋開猛火爆炒菜肴情況下燃氣也能夠完全燃燒，不出現(xiàn)黃焰，可降低不完全燃燒產物尤其是黑碳顆粒濃度，避免了現(xiàn)有技術的第VIId項熱損失。

除了爆炒菜肴外，圓底鍋有時也用于煮、蒸、炸食物等長時間開小火的烹飪操作。小火時應按以下方法轉動轉筒106來減小排煙量：緩慢轉動轉筒106來減小排煙量，同時觀察燃燒器2的火焰燃燒情況。只要火焰燃燒穩(wěn)定，不出現(xiàn)黃焰，二次空氣進口不出現(xiàn)倒煙，就可以繼續(xù)轉動轉筒106來減小排煙量。

由于大圓筒1C內部容積較大，可以容納大量的循環(huán)流動的熱煙氣，這些熱煙氣在圓底鍋下方有很長的停留時間，可以多次地、長時間地與鍋底相接觸。通過對流傳熱和輻射傳熱作用，熱煙氣的熱量能夠充分地傳遞給鍋底。因此，本實施例可獲得很高的熱效率。相比較，目前的敞焰烹飪中，熱煙氣只是一次性地、一瞬間內與圓底鍋的鍋底短暫接觸，大部分煙氣熱量來不及傳遞給鍋底，就隨煙氣迅速地向上飄流到空氣中了。

本實施例的進一步改進是將大圓筒1C的形狀從圓筒狀改為采用鼓狀、腰鼓狀、葫蘆狀、喇叭狀、倒漏斗狀等，用以進一步增大大圓筒1C內部容積，容納更大體積的循環(huán)流動的熱煙氣，增強對于鍋底的加熱效果。以上說明同樣適用于本實用新型其它實施例。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例5

本實用新型的另外一種適合于圓底鍋的煙氣循環(huán)聚熱筒形式如圖6所示.。圓底鍋V支承在大圓筒外層1D和大圓筒內層1E上邊緣，大圓筒外層1D和大圓筒內層1E之間的環(huán)狀空隙為排煙通道，大圓筒內層1E下邊緣處開設有一系列沿大圓筒內層1E圓周方向均勻分布的排煙口，大圓筒內層1E內側在排煙口上方設有一圈卷邊。

大圓筒外層1D的高度(包括四個支腳101)為10cm。大圓筒外層1D的底部和頂部分別開設有與大氣相通的二次空氣進口和排煙口，本實施例聚熱筒內部從二次空氣進口至排煙口的最短路徑為：二次空氣進口到下圓環(huán)板2與爐頭H之間的環(huán)狀空隙，沿下圓環(huán)板2上表面到大圓筒內層1E下邊緣排煙口，再到大圓筒外層1D上邊緣排煙口。本實施例聚熱筒二次空氣進入和煙氣排出的總驅動力為上述最短路徑的熱煙氣柱和熱空氣柱垂直高度上的總浮升力。大圓筒外層1D和大圓筒內層1E之間排煙通道的煙氣平均溫度為300℃和500℃時，可算得總浮升力分別為0.46Pa和0.58Pa(省略熱空氣柱浮升力)。該總浮升力可以克服二次空氣進入和煙氣排出的局部阻力和沿程阻力。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例6

本實用新型的另外一種適合于圓底鍋的煙氣循環(huán)聚熱筒形式如圖7所示.。圓底鍋V支承在大圓筒1F上邊緣，大圓筒1F中部外側壁設有圍繞大圓筒1F外側壁一圈的環(huán)形排煙管107，環(huán)形排煙管的橫截面為方形。大圓筒1F壁面上高于燃氣灶爐頭H高度的位置開設有一系列沿大圓筒1F圓周方向均勻分布的排煙孔108，這些排煙孔108將大圓筒1F內部的煙氣通入環(huán)形排煙管107(圖5只是示意圖，不代表實際的排煙孔數(shù)目和尺寸)。環(huán)形排煙管107連通一個排煙筒6，排煙筒6設有閥門7。

本實施例的排煙筒6高度視實際需要來配置。當排煙筒6內煙氣平均溫度為200℃，煙氣柱高度1m時，煙氣浮升力為4.4Pa。天然氣灶開猛火時耗氣量為0.6m³/h，產生的800℃溫度的煙氣量為6494cm³/s。排煙孔108的直徑為8mm，數(shù)目為50個，排煙孔中心間距為20mm。經(jīng)過排煙孔的煙氣速度為2.59m/s，排煙孔的局部阻力為1.45Pa。這時排煙筒6的引風力足以克服煙氣流動阻力。

在大圓筒1F內部，天然氣灶開猛火時從爐頭H噴出的火焰射流具有相當大的動能，使煙氣沿鍋底向上外方向運動，流近大圓筒1F內側壁后向下流動。大部分煙氣越過排煙孔108流近下圓環(huán)板2，然后向爐頭H方向流動，形成煙氣的循環(huán)區(qū)。在排煙筒6的引風作用下，部分煙氣經(jīng)排煙孔108流進環(huán)形排煙管107，最后經(jīng)排煙筒6排出。

本實施例排煙筒6的引風力足夠排出圓底鍋開猛火炒菜產生的相當大的排煙量，并且足以在大圓筒1F內部產生一定的負壓，使得二次空氣在壓力差的驅動下經(jīng)下圓環(huán)板2與灶面T之間的空隙和傳熱翅片201之間的二次空氣通道流入爐頭H上方燃燒區(qū)。調整排煙筒6上閥門7的開度可以調節(jié)大圓筒1F內部的負壓，從而調節(jié)二次空氣流量。

在大圓筒1F側壁上開設50個排煙孔是為了在大圓筒1F內部有較均勻的壓力分布，從而使爐頭H周圍二次空氣進氣均勻。大圓筒1F側壁上的50個排煙孔之中，那些靠近排煙筒6的排煙孔的直徑可適當減小，遠離排煙筒6的排煙孔的直徑可適當加大，更有利于大圓筒1內壓力分布均勻和二次空氣進氣均勻。

大圓筒內煙氣循環(huán)區(qū)的形成與排煙孔位置相關。本實施例另外一種方案是將環(huán)形排煙管及其單圈排煙孔改為設置在大圓筒內部中間位置，就是：環(huán)形排煙管的環(huán)直徑取為大圓筒直徑的二分之一，單圈排煙孔設在環(huán)形排煙管的管壁上，環(huán)形排煙管置于大圓筒內部高于爐頭H的位置，環(huán)形排煙管與排煙筒之間的連接管道穿過大圓筒的壁面。大圓筒內部煙氣流進單圈排煙孔后經(jīng)環(huán)形排煙管、連接管道和排煙筒向外排出。這種布置方式更加有利于大圓筒內煙氣循環(huán)區(qū)的形成。

本實施例聚熱筒在烹飪結束后(不需要繼續(xù)對鍋具食物保溫時)，關閉燃氣灶，打開閥門7，排出大圓筒1F、環(huán)形排煙管107和排煙筒6內的煙氣。然后最好是取下圓底鍋V，讓大圓筒1F內部冷卻降溫。

以上的圖5、6、7所示聚熱筒都可以用于圓底鍋。圖5結構較為簡單；圖6的煙氣循環(huán)效果好；圖7的排煙能力強，且煙氣循環(huán)效果好，但占用空間大?？筛鶕?jù)實際情況選用。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例7

以上的實施例4、5、6不限于使用圓底鍋。需要使用其它鍋具時，只要取下圓底鍋V后在大圓筒上邊緣安裝與擬使用的鍋具相適應的上圓筒和上圓環(huán)板即可。例如，要使用砂鍋時，如圖8所示，在大圓筒1G上邊緣安裝一個上圓環(huán)板3C，將砂鍋W放入上圓環(huán)板3C內孔即可。

與實施例6中大圓筒1F配備單圈排煙孔不同的是本實施例的大圓筒1G配備有雙圈排煙孔。參見圖8，大圓筒1G中部外側壁設有圍繞大圓筒1G外側壁一圈的下環(huán)形排煙管107A和上環(huán)形排煙管107B。大圓筒1G壁面上開設有沿大圓筒1G圓周方向均勻分布的下圈排煙孔108A和上圈排煙孔108B，下圈排煙孔108A和上圈排煙孔108B將大圓筒1G內部的煙氣分別通入下環(huán)形排煙管107A和上環(huán)形排煙管107B(圖5只是示意圖，不代表實際的排煙孔數(shù)目和尺寸)。下環(huán)形排煙管107A和上環(huán)形排煙管107B分別通過閥門7A和7B連通同一個排煙筒6。

烹飪過程中，燃氣灶開大火時，打開閥門7A和7B，下圈排煙孔108A和上圈排煙孔108B同時排煙；小火時只打開其中一個閥門，用下圈排煙孔108A或者上圈排煙孔108B排煙，通過改變大圓筒1F側壁的總排煙孔面積，可獲得合適的煙氣流動阻力，在大火和小火條件下都能形成顯著的煙氣循環(huán)區(qū)。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

以上的實施例給出了本實用新型應用于常見的大號平底鍋、中號平底鍋、燒水壺、圓底鍋、砂鍋的具體形式。盡管這些實施例適用的鍋具和細節(jié)不同，這些實施例有相同的技術目的，就是：提高熱效率；這些實施例有相同的核心技術特征，就是：所述聚熱筒布置成燃氣灶爐頭處的火焰產生的煙氣能夠在所述聚熱筒的筒體內部發(fā)生循環(huán)流動；該核心技術特征在各實施例中起到了相同的作用，就是，延長熱煙氣在鍋具下方的停留時間，利用循環(huán)流動的熱煙氣的對流傳熱和輻射傳熱將更多的熱量傳遞給鍋具，從而提高熱效率。而且，在各實施例中聚熱筒內部形成煙氣循環(huán)區(qū)的技術原理基本相同，就是：在煙氣的排出路徑上人為地、有目的地設置一定的局部阻力(即圖1和3中上圓筒4或4A與平底鍋P之間環(huán)狀空隙的較窄入口、圖4中上圓環(huán)板3B內孔邊沿排煙口、圖5中大圓筒1C上邊緣排煙口、圖6中大圓筒內層1E下邊緣排煙口、圖7中大圓筒1F中部單圈排煙孔108、圖8中大圓筒1G中部雙圈排煙口108A和108B)，再配合聚熱筒和鍋具的特定形狀，以火焰射流動能作為煙氣循環(huán)流動的推動力在聚熱筒內部形成煙氣循環(huán)區(qū)。因此，這些實施例合案申請符合專利申請的單一性原則。

本實用新型煙氣循環(huán)聚熱筒的具體形式分為上部形式和下部形式。其中上部形式通過積木疊加方式使用不同結構、尺寸和數(shù)目的上圓環(huán)板、上圓筒、上蓋及其組合可以適應任何類型和規(guī)格的鍋具。下部形式與燃氣灶爐頭相適配的同時，根據(jù)不同的鍋底形狀安排不同的排煙口或排煙孔布置方式，再結合使用卷邊、轉筒、閥門、排煙筒來獲得所需的煙氣浮升力和/或局部阻力，從而促進煙氣循環(huán)區(qū)的形成。上部形式和下部形式的結合還要在獲得適當?shù)臒煔馀欧帕康耐瑫r利用煙氣浮升力“煙囪效應”產生的引風作用將適量的二次空氣供給到爐頭燃燒區(qū)。

本實用新型煙氣循環(huán)聚熱筒的優(yōu)點之一是對于制作材料的耐熱性能要求不高，大部分部件可以使用普通材料。下圓環(huán)板2較靠近火焰，但其下表面流過的二次空氣對下圓環(huán)板2起到了良好的冷卻作用。只有圖4中的上圓環(huán)板3B較靠近火焰，容易過熱損壞(雖然上圓環(huán)板3B熱量可傳導至鍋體)，一般需使用高性能耐熱材料。

以上的實施例只是為了清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型實施方式的限定。由于人們使用的鍋具和灶具種類繁多，這里不可能逐一針對每種鍋具和灶具給出本實用新型的具體實施方式，在此無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。

對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述實施例的基礎上可以根據(jù)具體情況做出其它不同形式的變化或變動。例如，目前人們使用的燃氣灶具約有80％為需要在灶面以上補充二次空氣的大氣式燃氣灶，其余20％為不需要在灶面以上補充二次空氣的燃氣灶(包括紅外線燃氣灶、鼓風式燃氣灶等)。本實用新型煙氣循環(huán)聚熱筒應用于這些不需要在灶面以上補充二次空氣的燃氣灶時無需設置二次空氣通道，下圓環(huán)板2可以取消。這些根據(jù)具體情況所能作出的變化或改動對于所屬領域的普通技術人員來說是顯而易見的。

另外，本實用新型的產品形式除了以上實施例的聚熱筒之外，還可以是聚熱筒與現(xiàn)有技術的灶具和/或鍋具的結合。例如，圖5的大圓筒1C可以與圓底鍋V結合(如采用焊接方式使大圓筒1C固定連接在圓底鍋V底部、或者采用鑄造方式將大圓筒1C與圓底鍋V整體鑄造為一件產品)，其優(yōu)點是大圓筒1C接收的熱量可以熱傳導方式傳遞給鍋底。進一步地，在大圓筒1C內部增設沿其徑向均勻分布的一系列傳熱翅片(傳熱翅片頂端與鍋底固定連接)，則熱傳導效果更佳。

圖5的聚熱筒可以與灶具結合，即是大圓筒1C的四個支腳101固定連接在灶面T，使聚熱筒與灶具組合為一件產品。其優(yōu)點是聚熱筒與灶具能夠更好地適配(如四個支腳101的位置、下圓環(huán)板2與爐頭H之間的配合間隙更合適)，聚熱筒不會滑動、傾倒。

凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、簡化、替代、添加、組合、修飾、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。