专利名称：燃烧改进的固体燃料炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧改进的烹饪炉。具体而言，本发明涉及能够在 燃烧室中使用强制的空气循环来燃烧固体燃料如木材的烹饪炉。
背景技术：
估计全球约25亿人燃烧木材进行烹饪。已知的炉和过程通常 效率低并且具有不完全燃烧，这造成大量烟尘排放并且对全球变暖 过程起作用。每年许多致死可以归因于这样的污染烟尘排放。此外， 低效率的木材炉使用较多自然木料资源从而造成森林采伐。
在家用木材燃烧时，由于从木材释放的挥发物的不完全燃烧而 出现空气污染。尽管在如室温 一 样低的温度下就从木材释放挥发性 有机化合物，但是仅当放热反应开始(250°C)时才开始大量的快速 释放。挥发物形成可燃气体的复杂混合物。可燃气体混合物的引燃 温度约为600°C。从木材释放的许多未燃烧挥发物将在冷却到接近环 境温度时浓缩形成细微粒。这就是观察到的木材烟尘。由于若干原 因而出现挥发物的不完全燃烧。当添加一批木材时，来自炭和器具 的热量很快造成从木材释放气体。当点火时，燃烧的纸张和引火物 提供这 一 热量。如果挥发物未暴露于高温源(火焰或者炽热的木炭)， 则它们将不会引燃而简单地沿烟道/烟囱向上传递从而造成污染。如 果气体确实被引燃，则如果它被冷表面(例如低温火室的金属壁) 或者低温燃烧空气冷却，那么它可能熄灭。如果可燃气体未与空气 (氧气)混合好，则它不会燃烧。如果减少燃烧空气以减緩燃烧速 率，则可能不存在足够的氧气进行完全燃烧。
GB 2125160描述一种具有燃烧空气室的烹饪炉，其中通过自然 对流或者通过手动空气泵或者二者的组合，从炉的外部将用于燃烧的空气汲取到燃烧空气室中。空气通过室底部的一个或者多个孔进
入燃烧室。
发明内容
本发明的目的在于提供一种允许清洁燃烧过程的固体燃料炉。 根据本发明，提供一种固体燃料木材炉，该固体燃料木材炉包
括
燃烧室，用于包含燃烧燃料，该室具有用于容纳燃料的下侧部 分以及具有上侧部分；
吹风机组件，配置用以在操作条件下提供进入燃烧室的空气流；
引导装置，用以将空气流导引到燃烧室中；
其中引导装置将空气流从上侧部分导引到下侧部分。 根据本发明的炉已经证明给予 一种很清洁的燃烧过程。更清洁 的燃烧过程减少有害燃烧气体如一氧化碳(CO)和浓缩的挥发性有 机化合物的排放。引导装置产生的特殊空气流允许热燃烧室中的可 燃气体在最终离开燃烧室之前完全燃烧，因此提高燃烧过程的清洁 度。当在燃烧室中建立横向或者向上空气流时，存在在可燃气体完 全燃烧之前此种空气流引起可燃气体出到室外的风险。当这样的气 体达到温度相对低的燃烧室的较高部分时尤其是这样的情况。根据 本发明的空气流生成某种湍流空气混合物，这显然就完全燃烧而言 很有利。对于燃烧室中的可燃气体而言存在更多时间以在最终离开 燃烧室之前完全燃烧。众所周知，完全燃烧意味着清洁燃烧。针对 根据本发明的炉的具体测量表明残留烟尘和挥发性有机物质的水平 降低。另外的优点在于火焰将不再接触设置于炉上的烹饪容器，从 而允许烹饪容器上的烟灰水平明显降低。引导装置可以具有不会使 炉的设计变复杂的相对简易构造。当然除了吹风机组件之外，也有 可以进入燃烧室的其它空气来源，比如空气通过自然对流经过(部 分)敞开的上侧部分或者经过下侧部分中的开口进入。如果燃烧中 的空气流基本上从上侧部分导引到下侧部分，则燃烧过程将很清洁，若干实验表明了这一点。
根据 一 个优选实施例，引导装置包括在上侧部分在燃烧室的壁 中提供的多个孔。通过提供孔，可以获得简易而有效的引导装置。 如果孔的上边缘相对于燃烧室向内倾斜而孔的下边缘相对于燃烧室 向外倾斜，则尤其优选。这一构造在壁相对薄的情况下就可制造性 而言是有利的，因为更易于在孔周围使壁变形。在另一优选实施例 中，孔包括相对于壁而言具有倾斜度的钻孔。这样的孔在壁相对厚 的情况下更易于制造。
另外，如果孔沿着燃烧室的轮廓基本上均匀地分布，则是优选
的。这具有如下优点相对空气流会在燃烧室的中央某处相遇，这 造成湍流空气混合物而又改进燃烧过程。
如果各孔设置于与上侧部分相距某 一距离处，则也是有利的。 这具有如下优点火焰不会直接接触放置于炉之上的烹饪用具，由 此防止在这样的用具上形成烟灰。
根据另一优选实施例，引导装置在燃烧室的下侧部分建立空气 流。为此引导装置优选地在燃烧室的下侧部分包括多个孔。实验已 经证明，在燃烧室的下侧部分添加空气流将有助于气化通常难以气 化的成分如木炭。这将有益于燃烧过程。
当预热室设置于燃烧室周围时是优选的，该预热室提供从吹风 机组件到燃烧室中的空气流连通，并且包括空气分配器，该空气分 配器包括适于将辐射自燃烧室的热量朝着燃烧室反射回的热反射 器。空气分配器引导空气流并且将热量反射回到燃烧室中。对进入 燃烧室的空气进行预热，而外表面在操作时保持充分地低温以便接 触起来是安全的。
在 一 个优选实施例中，提供用于驱动吹风机组件的可再充电电 源以及提供热电单元，其中热电单元净皮配置用以向吹风才几组件和可 再充电电源提供功率。这对于用于驱动吹风机组件的(电)功率源 而言给予更多自由度并且使木材炉不依赖于通向主电网或者通向外 部电池的连接。另外，尤其是鉴于根据本发明的木材炉通常由可再
6充电能量源(如启动电池)供电这一事实，就整体能量消耗而言很
有利。在非预先公布申请IB2006/050920中具体地描述了一种具有热 电单元的木材炉，在此通过引用的方式并入该申请的内容。 应当认为可以组合上述实施例或者其各方面。
现在将通过例子并且参照附图来描述本发明的实施例，在附图
中
图1示出了适合于烹饪的固体燃料炉的透视图2是示意地示出了图1的炉的内部细节的截面图3示出了根据图2中的线I-I的示意侧截面图。
具体实施例方式
参照图1,固体燃料炉10包括基本上是圆柱形的壳11、燃烧 室12，该燃烧室形成于壳的上部分内并且具有用作烹饪表面的通常 敞开的上侧部分15。通常敞开的上侧部分15在顶部上包括用于支撑 烹饪用具如平底锅的多个支撑柱13等。通常敞开的上侧部分15可 以是至少部分地由网眼、网格或者其它敞开结构(未示出)覆盖， 用于进一步支撑烹饪容器而同时仍然允许在向上方向上高效引出热 量。炉IO优选地放置于平坦和稳定的表面5上。
与敞开的上侧部分15相对，燃烧室12的下侧部分17 (图1中 虛线所示)提供对固体燃料的容纳。无论何时需要新的燃料供应， 燃料通常经过敞开的上侧部分15手工投入燃烧室12中。应当注意 这里的术语'上侧部分，和'下侧部分，仅用来能够在燃烧室如图1中所 示定位于它的正常竖立操作位置时区别燃烧室的典型部分。
壳11在其下端包括用于引入空气的一连串空气入口 14，该空 气用于经过燃烧室12的强制空气对流，这将在下文中加以描述。炉 IO优选为便携炉，因此可以具有如下可拆卸承柄(未示出)，该可 拆卸承柄可以附接到壳11上的支架(也未示出)。燃烧室12的一
7系列上孔23也在图1中可见。
图2示出了炉10的一个优选实施例的内部布置。内部圆柱壁 21限定燃烧室12。燃烧室12的引导装置40包括一连串下孔或者空 气出口 22和一连串上孔或者空气出口 23。上孔被成形为使得流入燃
5向下导引。这些孔至少产生从上侧部分导向下侧部分的空气流分 量。除了向下分量，燃烧室中的空气流速度优选地也将具有从壁21 朝向室的中央导引的速度分量。
考虑分别经过上孔和下孔进入燃烧室的空气，如果多数空气经 过上孔进入，则是优选的。 一种有利的分布表现为75%的空气经过 上孔进入，而其余25%经过下孔进入。可以容易地通过选择在底侧 部分和下侧部分各自的总孔表面之间的适当比率来实现这一点。
上孔23沿着燃烧室12的轮廓布置成2行。优选地，成行的孔 沿着这一轮廓基本上均匀地分布。另外，如果两行的孔如图1中所 示并且更清楚地如图2中所示都提供某种交替穿孔，则是优选的。 就从燃烧室引出的空气而言，这已经表现为是有利的。另外，就在 小的表面中有尽可能多的孔而言，这是有利的。
充当预热室的环形空间18形成于圆柱壁21与壳11之间。环 形空间填充有空气分配器24，该空气分配器优选地包括一连串圆柱 金属片24a,其中沖孔肋24b维持片之间的间隔以提供空气管道。金 属片24a引导空气流并且将热量反射回到燃烧室12中，从而预热经 过上空气出口 23进入燃烧室的空气并且保证壳11的外表面在操作 时保持充分地低温以便触摸起来是安全的。圆柱金属片由支撑结构 24c保持就位。
用于保持固体燃料的支撑表面29设置于下侧部分27。
在燃烧室中的空气流使得发生固体微粒的正常燃烧过程。这些 微粒可以是任一类固体材料，但是优选地使用木材。本发明并不涉 及流化床类型的燃烧过程。
圆柱容器21的基部包括充当热屏蔽的隔热结构25，该热屏蔽减少热量朝着壳11的中间室26和下室27的向下辐射。中间室26 和下室27由具有开口 (未示出)的壁28分离。邻近于这些孔安装 吹风机组件50,该吹风机组件优选地具有中央电机52和整体向外辐 射的叶片53，这些叶片形成用以经过壁28中的开口导引空气的叶 轮。中央电机52优选地由又一热屏蔽单元51保护，该单元可以是 设置于电机上的热反射材料(如铝箔)的薄层。下室27由包括空气 入口 14的壳11限定范围。
在使用时，吹风机组件50经过空气入口 14汲取空气并且经过 壁28的开口将它吹入中间室26中。中间室26充当用以将空气々贵送 到环形空间18和空气分配器24中的分配室。空气在空气分配器24 的片24a之间流动以加热空气并且将它导向燃烧室12的下空气入口 22和上空气入口 23。
在一个实施例中，吹风机组件或者风扇50包括由与5V电机兼 容的3V至7V电源(未示出)驱动的1W无刷直流风扇。在另一实 施例中，风扇是由6V至14V电源驱动的12V。电源通常是从炉的 基部可取用的内部安装电池。取而代之，无论何时可用，都可以使 用外部电源。测试已经表明炉11能够在4分钟内煮沸一升水而无明 显烟灰和烟尘，其中燃烧温度大于1000°C。食物可以在较低电压范 围炖煮或者在较高电压范围煮沸，由此提供良好的烹饪控制。
中间室26优选地具有热电单元31,该单元具有靠近燃烧室12 的第 一有源表面和定位用以从吹风机组件50接收低温气流的第二有 源表面。在所示优选布置中，热电单元的第二有源表面与由风扇冷 却的散热器布置32直接热关联或者形成该散热器布置的一部分。热 电单元的第一有源表面可以与燃烧室12的下壁或者隔离结构25紧 密地直接接触。热电单元31可以嵌入隔离结构25中以增加在第一 有源表面可用的温度。鉴于热电单元31和散热器32的热屏蔽效果， 就这一布置而言可以不需要用于电机52的单独热屏蔽。
热电单元31是将热能转换成电能的任何适当器件，比如热耦 或者珀耳帖(Peltier)单元。这样的热电单元常规地基于其第 一有源表面与第二有源表面之间跨器件的热梯度来生成电压。热电单元向
吹风机组件50提供电功率。在使用时，吹风机组件50向散热器32 和热电单元31以及向空气分配器24提供空气流。以这一方式，热 电单元的第二有源表面维持于比在除此之外的其他情况下明显更低 的温度，这增加了来自该单元的可用功率输出，并且因此增加去往 燃烧室12的可用空气流。
电子控制单元33控制吹风机组件或者风扇并且也容纳于下室 27中，其中在该下室中还保护该单元免受炉的热量。电子控制单元 33包括可再充电电池和配置用以操作炉的控制器。热电单元向风扇 50和可再充电电池提供电功率，由此延长电池的寿命。在优选实施 例中，电子控制单元适于自动按序遍历木材炉的每种可用模式，比 如开机或者关机模式。优选地，电子控制单元根据感测的操作条件 如炉火的热量来调整后续步骤。温度传感器(未示出)可以用来确 定燃烧热量，或者可以根据热电单元31的电输出来推断此热量。
可再充电电池通常仅用来在开机阶段中供应功率。在正常操作
图3示出了根据图2中的线I-I的截面，该截面更具体地示出
了孔之一。它具体地示出了圆柱壁的一部分并且图示了孔的上边缘
61相对于燃烧室向内倾斜。下边缘62相对于燃烧室向外倾斜。优选
地，圓柱壁包括耐热金属片如不锈钢。这允许经过孔进入的任何空
气流将被向下导引，即从燃烧室的上侧部分导向它的下侧部分。这
在壁相对薄的情况下尤其有利，其中更易于在孔周围使壁变形。当
壁更厚一些时，孔可以包括相对于壁具有倾斜度的钻孔。在这一情
况下，燃烧室的壁将基本上保持平坦。
一个可替代的有利实施例是具有包括喷嘴的引导装置，这些喷 嘴具有从上侧部分引导到下侧部分的出口 。喷嘴的出口可以延伸经
过燃烧室的壁。取而代之，这样的喷嘴可以在燃烧室的上侧部分布 置于燃烧室以外。
当图3中的空气流A遇到流过相对孔的空气流B时，两个空气
10流将相互影响同时产生视为成形为环面的湍流空气混合物。实验已 经表明该空气流明显地对更清洁的燃烧过程起作用。
用以产生图3中所示孔的最简易方式是将工具如金属杆刺穿具 有直边的孔。随后倾斜工具，而在燃烧室以外的部分向上倾斜。以 此使孔的边缘塑性变形。优选地，金属杆的直径略小于孔的直径。 这提供一种产生适当孔的简易和可靠方式。
为了产生所需空气流，孔的特定尺寸和数目是优选的。考虑炉
预定用于烹饪的事实，想要的热功率的范围为2-5kW。这进而确定 以克木材每分钟为单位的燃烧速率。这进而确定所需空气流。很大 量的空气剩余用来保证清洁燃烧。在仔细实验之后发现所需空气流 的范围为就低功率设置而言的100升/分钟和就高功率设置而言的 200升/分钟。约75%的空气用作二次燃烧空气。
大量的小孔较少量的大孔而言是优选的。发现64个直径为2.5 mm的孑L为K尤。
发现使用竖直错位数毫米的两行32个孔对燃烧性质有少许改 进。各行布置于与上侧部分相距某一距离处。优选地，两行以交替 配置来布置。这一布置表现为实现可燃气体与可用空气的更佳混合。 木材炉的典型外部尺寸为30厘米的高度和20厘米的直径。
根据本发明的木材炉通常应用于家用烹饪，其中从清洁的燃烧 过程中获益。然而，木材炉也可以应用于室外，比如在野营过程中 应用，因为它通常可以借助(可再充电)电池来操作。另一可能应 用领域是灾区，这时人们就(紧急)烹饪和供暖而言需要易于建立 的火。
上述炉设计的 一 个显著优点在于充分地保护风扇免受直接热 源的影响，可以使用具有塑料部件的大规模生产的低成本电机，即 使电机放置于与燃烧室相距短距离处，也是如此，从而实现紧凑的 炉。这样的电机也证明可靠得多并且具有更长的设计寿命。将电机 定位于供应空气流中意味着电才几是自冷却，并且也可以^更利地用来 冷却电热单元的低温侧。尽管已经在附图和前文描述中具体地图示和描述了本发明，但 是这样的图示和描述应该视为说明或者举例而不是限制；本发明不 限于公开的实施例。本领域技术人员根据对附图、公开内容和所附 权利要求的研究在实施要求保护的本发明时可以理解和实现对公开 的实施例的其它变形。在权利要求中，措辞"包括"并不排除其它单 元或者步骤，而不定冠词"一个/一种，，并不排除多个/多种。单个处理 器或者其它单元可以实现在权利要求中记栽的数项功能。在互不相 同的从属权利要求中记载某些措施的名义事实并不表明不能有利地 运用这些措施的组合。在权利要求中的任何标号不应理解为限制范 围。
本发明涉及一种固体燃料炉，该固体燃料炉包括用于包含燃烧
燃料的燃烧室(12)和配置用以在操作条件下提供进入燃烧室的空 气流的吹风机组件(50)。当引导装置(40)建立基本上在向下方 向上进入燃烧室的空气流时，炉的燃烧过程很清洁并且效率高。
权利要求
1. 一种固体燃料炉(10)，包括燃烧室(12)，用于包含燃烧燃料，所述室具有用于容纳燃料的下侧部分(17)以及具有上侧部分(15)；吹风机组件(50)，配置用以在操作条件下提供进入所述燃烧室的空气流；引导装置(40)，用以将所述空气流导引到所述燃烧室中；其中所述引导装置(40)将所述空气流从所述上侧部分导引到所述下侧部分。
2. 如权利要求l所述的炉(10),其中所述引导装置(40)包 括在所述燃烧室(12)的所述上侧部分(15)的壁(21)中提供的 多个孔(23)。
3. 如权利要求2所述的炉(10),其中孔的上边缘(61 )相对 于所述燃烧室(12)向内倾斜，而孔的下边缘(63)相对于所述燃烧室向外倾斜。
4. 如权利要求2所述的炉(10)，其中所述孔(23)包括相对 于所述壁(21)具有倾斜度的钻孔。
5. 如权利要求2所述的炉(10),其中所述孔(23)沿着所述 燃烧室的轮廓基本上均勻地分布。
6. 如权利要求2所述的炉(10),其中各孔(23)设置于与所 述上侧部分相距某一3巨离处。
7. 如权利要求1所述的炉(10)，其中所述引导装置(40)在 所述燃烧室的所述下侧部分建立空气流。
8. 如权利要求7所述的炉(10),其中所述引导装置(40)包 括在所述燃烧室(12)的所述下侧部分(17)处的多个孔(22)。
9. 如权利要求l所述的炉(10),其中预热室(18)设置于所 述燃烧室周围，所述预热室(18)提供从所述吹风机组件到所述燃 烧室中的空气流连通，并且包括空气分配器(24),所述空气分配器包括适于将辐射自所述燃烧室(12)的热量朝着所述燃烧室反射回的热反射器(14a)。
10. 如权利要求1所述的炉(10),其中提供用于驱动所述吹热电单元被配置用以向所述吹风机组件和所述可再充电电源提供功率。
11. 如权利要求l所述的炉(10),其中所述吹风机组件(50) 包括直流无刷电机(52)和与之耦合的叶轮(53)。
12. 如权利要求1所述的炉(10)，其中提供电子控制单元(33)， 所述单元适于向所述吹风机组件(50)供应可变驱动功率以控制所 述炉中的燃烧温度。
全文摘要
本发明涉及一种固体燃料炉，该固体燃料炉包括用于包含燃烧燃料的燃烧室(12)和配置用以在操作条件下提供进入燃烧室的空气流的吹风机组件(50)。当引导装置(40)建立基本上在向下方向上进入燃烧室的空气流时，炉的燃烧过程很清洁并且效率高。
文档编号F24B1/20GK101479533SQ200780023970
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月26日
发明者P·范德斯卢斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司