一种微火加热节能蒸煮锅的制作方法

本发明涉及一种炊具，特别是一种微火加热节能蒸煮锅。

背景技术：

压力锅已经成为我国亿万家庭的必备炊具之一，以我国3.7亿家庭平均拥有一口计算，即有近4亿口压力锅在日常使用。传统压力锅一般有锅体与锅盖间旋转嵌合结构、泄放高压蒸汽的限压阀或卸压阀结构等。这种高压锅需要有人看护，及时通过人工手段关闭热源。其卸压阀还会发出刺耳的气流声，喷射大量压力高温蒸汽或者液体。在卸压阀气路堵塞的情况下，传统高压锅会发生爆炸等缺陷。

传统压力锅还存在另一个突出缺陷是热能利用效率低，依据压力锅工作过程中的热传递形式，压力锅加热过程是，燃气通过燃气灶给锅底加热，锅底通过热传导形式将热量传递到锅底和锅体壁；锅内的食物与锅底和锅体壁内表面发生热传导，锅内的食物被加热煮熟，与此同时，锅体的锅壁外侧与周围空气发生对流换热，并且伴随着辐射放热。

食物蒸煮锅蒸煮分析表明，食物在锅内由生到熟的时间长短与锅内温度和压力锅压力的大小有关。压力锅压力的大小，是由限压阀重锤的重量与阀座孔的面积大小来决定的，大多数型号重锤约重160g～190g左右，阀座孔直径约4mm，压力锅(直径为18cm～26cm)内的压力为0.13MPa～0.15MPa，此时压力锅内温度为125℃～130℃。一般而言，压力越大、温度越高食物熟得越快，但是并非线性关系，这是因为有的食物在蒸煮过程吸收水分和吸收热量，有的食物则吸收热量和析出水分，食物的吸收热量其本质是传热过程，析出水分或吸收水分是传质过程，还包括水的相变。传热由温差决定，传质则与温度的高低、压力大小相互作用，所以，并非锅内温度越高、压力越大食物熟成速度就越快。无论是肉类还是植物类食物蒸煮加工，当锅内温度处于饱和温度，即125℃～130℃之后，锅内食物的熟成所需要保温时间长短，由食物传质速率所决定，传质的过程实质，是食物在物理条件下的化学反应过程，这个物理化学过程中，食物主要的物理变化有分散、熔化、凝固、挥发、凝结等，化学变化有变性、水解、分解、聚合、氧化、酯化等，上述过程也就是食物熟成的过程。保温时间的长短决定了炉灶燃 烧加热的时间，保温阶段所需热功率，取决于锅内维持温度需要的热量和锅壁的散热量，锅内维持温度需要的热量与压力锅泄放锅内蒸汽有关，压力锅泄放锅内蒸汽越多，所消耗热量越多。分析表明，锅内维持温度阶段，压力锅泄放锅内蒸汽属于富余泄放，也就是说压力锅内的压力在0.13MPa～0.15MPa之间处于饱和压力，高于此压力泄放锅内蒸汽属于多余的加热。因此，可以认定泄放蒸汽属于富余加热，这种富余泄放蒸汽浪费了燃料。这种浪费在使用压力锅蒸煮烹饪极为普遍。分析压力锅热力学过程，寻求通过热力学措施实现节能，对于我国普遍使用压力锅蒸煮烹饪的生活方式，具有重要的节能减排意义。

压力锅的耗热分析：

压力锅经炉灶燃气加热后，压力锅即成为传热施主，压力锅内侧蒸煮食物即为受主，由于压力锅外壁同时与周围空气发生传热现象，压力锅外侧空气也为受主，压力锅的耗热分析：

压力锅的总耗热 Q₀＝Q₁+Q₂ (1)

式中：

Q₁——为锅体的锅壁外侧与周围空气对流换热和辐射热耗；

Q₂——为锅体和锅内食物的传热耗热；

Q₂＝Q₃+Q₄ (2)

式中：

Q₃——锅内食物从20℃开始加热，加热至锅内压力处于0.13MPa～0.15MPa，相当于125℃～130℃所消耗的热量。锅内食物质量以3kg牛肉计算，锅内蒸煮食物的比热为2.81kJ/kg·℃。

Q₄——锅壁对锅内食物传热耗热W。

锅体的锅壁外侧与周围空气对流换热、辐射放热的热量可以通过对流换热、辐射换热的传热公式计算：

锅体的锅壁外侧的散热量Q₁为：

Q₁＝Q₅+Q₆ (3)

式中：

Q₅——对流换热的散失热量W；

Q₆——热辐射的散失热量W；

对流换热的散失热量为：

q₅＝h(T_w-T_f) (4)

式中：

q₅——热流密度，即单位时间内通过单位面积的热流量W/m²；

h——表面换热系数W/m²·K；

T_w和T_f——分别为锅壁表面温度和周围环境空气温度K。

T_w为600℃～650℃，取625℃，参照中华人民共和国国家标准GB16410-2007规定燃烧器火孔部位应使用耐温大于700℃的规范，在700℃炉火加热温度下，T_w为600℃～650℃，取625℃是比较合理的。

T_f为室温取20℃。

自然对流换热和强制对流换热时空气的对流换热系数分别为5～25W/m²·K和10～100W/m²·K；本技术方案属于自然对流，由于ΔT大于600℃，取对流换热系数为25W/m²·K。

得：q₅＝15125W/m²

热辐射的散失热量：

热辐射是指物体向外发射辐射能量，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。

任何温度高于0K(绝对零度)的物体均具有一定的辐射发射能力。热传导和热对流都需要传热介质，而热辐射则不需要任何介质，压力锅在700℃炉火加热温度下，锅壁的外侧T_w为600℃～650℃，取625℃；

锅体外壁的辐射换热q₆为：

q₆＝εσ(T_w⁴-T_sur⁴) (5)

式中：

q₆——热流密度，即单位时间内通过单位面积的热流量，单位W/m²；

σ——黑体辐射系数，其值为5.67×10^-8W/m²·K⁴；

ε——物体的黑度，在0～1之间。

T_w和T_sur——分别为物体表面和周围环境温度K。

T_w为600℃～650℃，取625℃；

T_sur为20℃；

得：q₆≈18226.7W/m²

锅体和锅内食物耗热Q₂分析：锅内侧热传导主要为锅底、锅身内壁对 食物的传热，锅内压力在0.13MPa～0.15MPa，此压力锅内温度为125℃～130℃维持恒温阶段，此阶段限压阀处于间隙泄放蒸汽保持恒压状态，锅内食物处于熟成阶段，由于间隙泄放蒸汽属随机状态，不便计算，即忽略处理，仅计算压力锅被加热源700℃加热锅壁，锅壁温度取625℃对锅内食物温度125℃～130℃传热；按照压力锅安全操作要求，装量不得高于压力锅的内空间高度1/2，锅体按照国标24cm规格压力锅尺寸计算，其传热面积经计算为0.1598m²。

Q₂——锅内食物从20℃开始加热，加热至锅内压力处于0.13MPa～0.15MPa相当于125℃～130℃，锅内食物质量以3kg牛肉计算，锅内蒸煮食物的比热2.81kJ/kg·℃。

锅内侧热耗热Q₂为：

Q₂＝Q₃+Q₄ (6)

式中：

Q₃——起始加热阶段锅内食物从20℃，加热至锅内压力0.13MPa～0.15MPa所耗热，即锅内温度为125℃～130℃所耗热；

Q₃＝C·m(T₂-T₁) (7)

式中：

C——锅内食物从20℃加热至130℃，锅内食物的比热2.81kJ/kg·℃；

m——食物质量kg；

得：Q₃＝885.15kJ

Q₄——压力锅内锅内恒定压力维持0.13MPa～0.15MPa温度为125℃～130℃维持恒温阶段，此阶段按照一般牛肉熟成时间30分钟计算，此阶段锅壁对锅内食物传热耗热W；

Q₄＝f·h(T₂-T₁) (8)

式中：

f——锅内食物在锅内与锅壁传热面积m²，经计算为0.1598m²；

h——锅内食物在锅内恒定压力维持0.13MPa～0.15MPa、125℃～130℃温度下，锅壁对食物的传热系数，由于此阶段蒸煮食物处于由固液混合到半固态的变化过程，其传热取用一个相对平均值，11.3W/m²·K；

得：Q₄＝1092.5W

经计算使用压力锅蒸煮牛肉，蒸煮加工时间30分钟熟成，压力锅的总耗热 Q₀≈12374.55kJ。

其中：

Q₁≈9522.9kJ

Q₂≈2851.65kJ

上述分析表明，现有的压力锅蒸煮烹饪方式，大多数热量通过锅体外壁散热消耗，能源利用率几乎仅能达到1/3。

目前市场上大多数压力锅，锅体的锅壁和锅底材料相同，这就产生了一个问题，压力锅在加热过程中，希望锅底的导热系数越大越好；而为了减少热量通过锅体的锅壁对环境散热做无功消耗，则希望锅体的锅壁导热系数越小越好。解决该问题的方法是锅底和锅体的锅壁，分别按导热要求采用不同材料制造，显然这样的结构制造难度很大，成本会很高，制造工艺也难于实现。

技术实现要素：

针对现有的蒸煮锅包括压力锅加热时，大部分热量通过锅壁向周围环境散热耗能，造成能源浪费，环境温度上升，环境中，因燃气燃烧污染物NO_x、CO浓度增高，还会影响人的健康，提出一种微火加热节能蒸煮锅，微火加热节能蒸煮锅的锅身设有隔热层，隔热层的热阻显著降低了蒸煮锅加热时，通过锅壁向周围环境散热造成的热损失，提高了锅内利用热能的效率，经采用锅身设有隔热层技术，可以在现有炉灶的燃烧方式上，由原来燃气流量减小至1/2至1/3即可满足蒸煮所需热量，通过降低燃气流量，能减轻环境污染起到节能的效果。

本发明微火加热节能蒸煮锅的技术方案：

内锅的外展环形口沿下方与外罩的外展口沿上方紧贴焊接密封，内锅的内锅底与底托盘的环形凸筋紧贴安装，外罩的圆弧端边与底托盘的底侧圆弧角紧贴安装，起到限位固定底托盘的功能。

外罩与内锅之间填充隔热层，内锅与底托盘之间填充导热层。

内锅的外展环形口沿上方安装密封圈，锅盖置密封圈上方，锅盖的重力压紧密封圈，起密封作用。

锅盖圆心处安装重力提钮，重力提钮套入在胶环的内孔中，胶环上方安装压帽环，重力提钮和压帽环的重力施加于胶环，胶环即与锅盖密封，当内锅的蒸汽压力上升至一定压力值时，胶环被内锅的蒸汽压力浮起，胶环浮起，即释放内锅的蒸汽压力，内锅的蒸汽压力释放之后，受重力提钮和压帽环的重力作用回位密 封位置，能起到适当增高锅内蒸汽压，锅内蒸汽压增高能提高锅内温度，锅内蒸汽压增高及锅内温度增高能加速蒸煮快熟的效果。

重力提钮和压帽环的重量大小，决定内锅的蒸汽压力。提钮固定螺母在锅盖内侧固定重力提钮，使提钮固定螺母与锅盖之间保持一定的活动间隙，保证胶环浮起泄放锅内压力蒸汽的活动间隙。

所述的胶环选用SHOREA硬度≤40，抗臭氧，耐热性220℃，耐油性，密水性，耐水蒸汽性能优良的硅橡胶制造，SHOREA硬度≤40材质可以满足重力提钮和压帽环的重力施加于胶环，胶环即与锅盖密封的要求。

所述的隔热层，选取导热系数≤0.055W/m²·K的珍珠岩粉、蛭石粉的一种，优选珍珠岩粉，珍珠岩粉的导热系数是现有不锈钢压力锅材质的导热系数的0.275％～0.18％，能有效的降低锅壁对周围环境散热，提高热能利用效率，隔热层还可以选用二氧化硅气凝胶粉，二氧化硅气凝胶粉的导热系数0.015～0.02W/m²·K；

所述的导热层，选取导热系数≥150W/m²·K的石墨粉，石墨粉的导热系数是现有不锈钢压力锅材质的导热系数的5～7.5倍，导热层与内锅底均匀的良好接触，能使内锅底受热均匀；

所述的底托盘选用导热良好的铝材，导热良好的铝材底托盘被炉火加热后与导热层热传导，所述的底托盘的环形凸筋能起到结构受力增强同时还能增大炉火传热面积，提高热能利用效果；

所述的锅盖选用导热系数为≤1.1W/m²·K的钢化玻璃，钢化玻璃具有较低导热系数，能降低锅内的热量通过锅盖与锅外发生热传导造成热量散失；

所述的密封圈选用SHOREA硬度≤40，抗臭氧，耐热性220℃，耐油性，密水性，耐水蒸汽性能优良的硅橡胶制造，密封圈的SHOREA硬度≤40，可以在钢化玻璃锅盖的重力作用下压紧密封，以达到提高锅内蒸汽压的效果。

所述的外罩，由上端口的外展口沿、底端口向内圆弧、大径段直筒与小径段直筒由圆弧段连接组成，上端口的外展口沿是与内锅的外展环形口沿的焊接结构，底端口向内圆弧是与底托盘的圆弧角限位固定结构，圆弧段是固定内锅的结构，由于外罩处于烹饪的盐雾环境需要抗氧化优良的材质，选用抗氧化性能优良的不锈钢SUS301材料制造；

所述的胶环，有限位锅盖的外圆凸边，与内锅内圆定位的内圆凸边，选用 SHOREA硬度≤40，抗臭氧，耐热性220℃，耐油性，密水性，耐水蒸汽性能优良的硅橡胶制造，SHOREA硬度≤40，可以在重力提钮和压帽环的重力作用下压紧密封，以达到提高锅内蒸汽压的效果。

所述的底托盘，是直接受炉火加热的器件，为了增大炉火加热面积设有环形凸筋，底托盘的环形凸筋不仅受热增加面积还提高了底托盘整体结构强度，为了提高热传导效率选用导热良好的铝材制造，底托盘的底侧圆弧角是与外罩的底端口向内圆弧限位固定结构。

所述的内锅，由外展环形口沿，内锅底，锅身组成，内锅的外展环形口沿是与外罩上端口的外展口沿焊接结构，内锅外壁与外罩内壁之间形成空腔结构，空腔内填充隔热材料，形成隔热层，内锅底与底托盘的环形凸筋紧贴固定，内锅底与底托盘的凸筋间的空间填充导热材料，使底托盘加热时能快速向内锅底传热。为了加工的食物卫生安全，内锅选用不锈钢SUS316材料制造。

微火加热节能蒸煮锅的积极效果

有文献记载，燃气灶热负荷≥4.2kW【张华晴，新型节能燃气灶在万和诞生比普通燃气灶平均省气，中国经济导报/2006年/4月/18日/第B02版】。按照天然气的热值为8000～8500kcal，取热值为8500kcal，则灶具单眼的最大耗气量为4.3kW热负荷的燃气灶，每小时耗气达到0.435m³。按照现有的炉灶燃气消耗0.435m³/小时，家庭每次做饭一小时计算，通过微火加热节能蒸煮锅技术之后，实际开启量仅为现有压力锅的1/3流量计算，我国有近4亿个家庭，4亿个家庭中，有50％的家庭使用燃气炉灶加热压力锅蒸煮烹饪，传统压力锅即：0.435m³×1(小时/天)×2(亿只压力锅)＝0.87亿立方米燃气(每天)，全国全年居民消费燃气317.55亿m³(365天)，这一估算与博燃网公布的；预测2015年预测居民需求量为325亿立方米十分接近【www.gasshow.com 2015年8月7日】。由于微火加热节能蒸煮锅锅身的隔热措施，微火加热节能蒸煮锅仅用炉灶燃气常规流量1/3即可达到传统压力锅蒸煮食物的效果，按照一年实际使用365天计算，可以节约燃气211.7亿m³，相当减少40亿m³碳排放。与传统压力锅相比，无需锅盖间旋转嵌合结构，操作更简单，无需泄放高压蒸汽的重锤式限压阀的卸压结构，更安全。微火加热节能蒸煮锅内锅的蒸汽压力上升时，微火加热节能蒸煮锅的压力调节机构，胶环被内锅的蒸汽压力浮起释放内锅的蒸汽压力，这种机构通气面积大，气流通过也不会发出刺耳的气流声，不会喷射高温蒸汽或者液体，消除了 传统压力锅卸压阀气路堵塞发生爆炸的危险。

附图说明

图1是本发明微火加热节能蒸煮锅结构示意图；

图中，1重力提钮，2压帽环，3胶环，4锅盖，5密封圈，6内锅，7隔热层，8外罩，9底托盘，10导热层，11提钮固定螺母。

图2是本发明微火加热节能蒸煮锅密封圈结构示意图；

图2中，5-1外圆凸边，5-2内圆凸边

图3是本发明微火加热节能蒸煮锅的底托盘结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图4中，9-1环形凸筋，9-2底侧圆弧角，9-3凸筋间沟；

图5是本发明微火加热节能蒸煮锅结构的外罩结构示意图；

图中，8-1外展口沿，8-2底端口向内圆弧，8-3大径段直筒，8-4小径段直筒，8-5圆弧段；

图6是本发明微火加热节能蒸煮锅的内锅结构示意图；

图中，6-1外展环形口沿，6-2内锅底，6-3锅身；

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明微火加热节能蒸煮锅结构：

如图1所示，内锅6的外展环形口沿6-1下方与外罩8的外展口沿8-1上方紧贴焊接密封，内锅6的内锅底6-2与底托盘9的环形凸筋9-1紧贴安装，外罩8的底端口向内圆弧8-2限位固定底托盘9，外罩8的8-5圆弧段内圆与内锅6的锅身6-3外圆紧贴固定。外罩8与内锅6的锅身6-3之间填充隔热层7，内锅6与底托盘9之间填充10导热层，内锅6的外展环形口沿6-1上方安装密封圈5，锅盖4置密封圈5上方，锅盖4的重力压紧密封圈5起密封作用，锅盖4圆心处安装重力提钮1，重力提钮1套入在胶环3的内孔中，胶环3上方安装压帽环2，重力提钮1和压帽环2的重力施加于胶环3，胶环3即与锅盖4密封，当内锅6的蒸汽压力上升至一定压力时，胶环3被内锅6的蒸汽压力浮起，胶环3浮起即释放内锅6的蒸汽压力，内锅6的蒸汽压力释放之后受重力提钮1和压帽环2的重力作用回位密封位置。

重力提钮1和压帽环2的重量大小决定内锅6的蒸汽压力。提钮固定螺母11固定重力提钮1，使其固定提钮固定螺母11与锅盖4的距离，保证胶环3浮 起的升降活动范围。

所述的胶环3选用硅橡胶材料制造；

所述的隔热层7选取珍珠岩粉、蛭石粉其中一种，优选珍珠岩粉；

所述的导热层10选取石墨粉；

所述的底托盘9选用导热良好的铝材；

所述的锅盖4选用钢化玻璃；

所述的密封圈5选用硅橡胶；

如图5所示，外罩8，由上端口外展口沿8-1，底端口向内圆弧8-2，大径段直筒8-3与小径段直筒8-4由圆弧段8-5连接组成，选用不锈钢SUS301材料制造；

如图2所示，胶环3有外圆凸边5-1，内圆凸边5-2，选用硅橡胶制造；

如图3，图4所示，底托盘9有9-1环形凸筋；

如图6所示，内锅6由外展环形口沿6-1，内锅底6-2，锅身6-3组成，选用不锈钢SUS316材料制造。