用于高热效率燃烧LPG燃料的家用烹饪炉的制作方法

用于高热效率燃烧lpg燃料的家用烹饪炉
技术领域
1.本发明涉及一种家用烹饪炉，用于燃烧燃料，例如lpg或家用烹饪炉中使用的任何其他气体燃料，如压缩天然气(cng)、管道天然气(png)。更具体地说，本发明涉及一种高效节能的家用液化石油气(lpg)烹饪炉，其有助于以高热效率燃烧lpg燃料。


背景技术：

2.在目前的情况下，对化石燃料的需求巨大。然而，这些燃料的消耗速度很快。需要作出努力来保护这些资源。为了应对即将到来的燃料危机，正在燃料节约和替代燃料领域进行广泛的研究。液化石油气(lpg)是最方便、最清洁的家用燃料，目前非常受欢迎。lpg由于其来源、相对优势和应用，是一种特殊的能源。
3.lpg炉具制造业已有约50年的历史，并且主要集中在小型部门。lpg作为烹饪燃料是一种清洁燃料。在国内烹饪应用方面，许多lpg炉制造商正在印度市场供应印度标准局(bis)认证的lpg炉。bis标准is4246:2002规定家用燃气灶的最低热效率为68％。印度市场上有许多bis批准的炉灶符合bis对热效率的最低要求。
4.在lpg烹饪炉中，具有例如一次空气夹带、燃烧器端口取向和端口尺寸、热反射器和锅支架的设计、以及燃烧器顶部和容器底部之间的间隙等多种特征，这些特征对其热效率起着重要作用。目前可用的lpg燃烧器具有空气夹带机制，该机制有改进的余地，可进一步优化与lpg一起进入混合管的一次空气量。此外，目前可用的燃烧器顶部也有改进的余地，例如，优化的端口取向、端口面积、端口尺寸及其倾角。所有这些方面最终都会影响家用烹饪炉的热效率。
5.考虑到化石燃料的消耗速度如此之快以及上述其他问题，有必要提高燃料效率，以减少lpg进口，作为实现节能的一个步骤。由于其可用性和环境效益，有必要开发一种热效率更高的lpg烹饪炉。因此，长期以来，有一种尚未解决的需求需要修改一个或多个的设计：混合管、注意端口的大小的燃烧器端口取向、滴盘或热反射器，以及考虑到燃烧器顶部和容器底部之间的间隙的锅支架，以便在lpg炉的工作中实现更高的热效率。


技术实现要素：

6.旨在将所有这些特征和优点包括在本说明书中，并在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。提供以下摘要是为了便于理解所公开的实施例特有的一些创新特征，并不打算作为完整描述。通过将整个说明书、权利要求、附图和摘要作为一个整体，可以获得对本文公开的实施例的各个方面的充分理解。
7.本发明公开的家用烹饪炉用于燃烧家用lpg燃料，具有较高的热效率，解决了上述对燃烧器端口取向、端口尺寸、热反射器和锅支架设计、混合管设计、支腿高度和燃烧器顶部与容器底部之间装载高度的修改需求。本文所披露的家用烹饪炉经过实验和数值方法的研究，改善lpg燃料的燃烧并减少热损失。
8.家用烹饪炉包括：框架，安装主管、一个或多个喷嘴、一个或多个旋钮、一个或多个
混合管、一个或多个燃烧器顶部、一个或多个锅支架、一个或多个热反射器和多个支腿。所述主管安装在所述框架内以容纳燃料，并且每个喷嘴与所述主管流体连通以容纳燃料。使用通过喷嘴支架组件连接到所述喷嘴的每个旋钮以受控速率将燃料喷射到所述混合管中。每个混合管与每个喷嘴流体连通以容纳来自所述喷嘴的喷射的燃料。所述混合管允许主空气夹带通过一个或多个槽开口，并将所述主空气与所述喷射的燃料混合。所述混合管通过文丘里管调节空气-燃料混合物的压力梯度，并且然后所述空气-燃料混合物通过所述混合管的混合杯/扩散器杯朝向所述燃烧器顶部。
9.每个燃烧器顶部同轴定位在所述混合管的混合杯/扩散器杯上方，并与所述混合管流体连通。所述燃烧器顶部包括一组位于所述燃烧器顶部圆周表面上的内端口和外端口，用于容纳来自所述混合管的空气-燃料混合物，并且容纳到的空气-燃料混合物被点燃燃烧。每个锅支架通过销孔固定在所述框架上，以使所述锅支架与所述燃烧器顶部同轴对齐。所述锅支架包括圆形金属元件，该圆形金属元件具有多个支撑待加热容器底面的金属支撑条。每个热反射器相对于所述燃烧器顶部同轴定位，并放置在所述框架上。
10.所述热反射器有助于燃烧的最佳二次空气夹带，并减少所述热反射器内周长和所述燃烧器顶部外周长之间的环形间隙，以最大限度地减少热损失。所述热反射器具有弯曲方向，以减少向下方向的热传递，并产生增加朝向容器底部的热传递的涡流。形成热反射器的内圆周以控制二次空气夹带。支腿位于家用烹饪炉的框架下方，并且具有预定的高度，以保持桌顶部和框架之间的间隙，用于夹带空气。
11.在实施方案中，所述燃烧器顶部设计有内端口和外端口的最佳取向、内端口和外端口的数量、内端口的第一角度倾斜、外端口的第二角度倾斜、以及每个内端口和外端口的直径。在实施方案中，所述锅支架设计为在所述燃烧器顶部和所述容器底面之间的15mm至25mm范围内形成装载高度。在实施方案中，所述锅支架的金属支撑条以等距间隔放置，其中控制高度以用于所述燃烧器顶部和所述容器底面之间的最佳距离。
12.在实施方案中，混合管包括文丘里管，所述文丘里管具有汇聚部分、喉部和分流部分。汇聚部分提高从所述喷嘴、入口开口和位于所述入口开口之后的槽开口容纳的空气-燃料混合物的速度。喉部与所述汇聚部分流体连通以容纳高速空气-燃料混合物。喉部降低所述空气-燃料混合物的压力，并有助于通过所述入口开口输送更多空气。所述文丘里管的分流部分与所述喉部流体连通会重新获得输送至混合管的直混合区的空气-燃料混合物的压力。
13.在实施方案中，每条支腿的预定高度在16mm到24mm之间，以保持所述桌顶部和所述框架底面之间的间隙，用于最佳的空气夹带。在实施方案中，所述热反射器具有0.3mm至0.7mm范围内的预定厚度。在实施方案中，对于bis标准is 4246:2002中规定的5号容器，所述热反射器的内径为75mm至85mm，并且bis标准is 4246:2002中规定的4号容器内径为65mm至75mm，以确保热反射器内边缘和燃烧器顶部外缘之间的间隙在0mm至5mm之间。在实施方案中，家用烹饪炉的热效率在73％到75％之间。
附图说明
14.参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例，而是强调清楚地说明本发明的原理。此外，在附图中，类似的附图标记指定贯穿多个视图的相应部分。
15.图1显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉的分解图。
16.图2示出根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉的混合管、燃烧器顶部、热反射器和锅支架的详细视图。
17.图3a显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉燃烧器顶部的俯视图。
18.图3b示出根据示例性实施例的家用烹饪炉燃烧器顶部的侧剖视图。
19.图3c示出根据示例性实施例的与家用烹饪炉相关联的燃烧器顶部内端口的详细视图和相应的第一角度倾斜。
20.图3d示出根据示例性实施例的与家用烹饪炉相关联的燃烧器顶部外端口的外端口和相应的第二角度倾斜的详细视图。
21.图4示出根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉的混合管的截面图。
22.图5a显示根据示例性实施例的家用烹饪炉的锅支架的俯视图，该家用烹饪炉用于燃烧lpg燃料，该家用烹饪炉具有三个金属支撑条。
23.图5b示出根据示例性实施例的图5a所示家用烹饪炉锅支架的侧视图。
24.图6显示根据示例性实施例的家用烹饪炉的支腿的侧视图。
25.图7a示出根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉的热反射器的俯视图。
26.图7b示出根据示例性实施例的图7a所示家用烹饪炉的热反射器的侧视图。
具体实施方式
27.本发明涉及一种用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉，用于具有高热效率的家用用途。除此之外，另一个目标是开发一种能够节省lpg并具有更好性能的烹饪炉。本发明的上述目标已通过基于实验和数值方法的改进设计实现，该设计可改善lpg燃料的燃烧，并通过减少热损失增强传热。
28.图1显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉100的分解图。喷嘴保持架102经过机加工并安装到主管104上。管路压力下的气体燃料加速进入喷嘴106，并作为喷射物喷射到混合管108中。通过混合管108的槽开口110，来自大气的空气(一次空气)由于部分中的负压被吸入混合管108，并进一步传播。吸入的空气量取决于每个槽开口110的开口面积、喷嘴气体流速(或气体出口速度)。从喷嘴106喷射的气体加速导入的一次空气，并发生气体和空气的混合。由于喷嘴106的设计，当气体喷雾接近文丘里管喉部时，它成为相对高速的混合物，在相对于大气压力的轻微负压下在上游槽开口110中形成。然后，该高速混合物在混合管108(具有连接到混合杯/扩散器杯114的圆柱管112)中减速，从而导致静压增加。
29.混合管108的直管排入混合杯/扩散器杯114，该混合杯/扩散器杯114具有用于空气-气体混合流的剖面。混合管108的混合杯/扩散器杯114出口处的气体处于略正压力，然后空气-气体混合物流入燃烧器顶部116。燃烧器顶部116是实心端盖，其外围有多个端口302和304(如图3a-3d所示)。端口302和304具有预先确定的直径，并以定义的间距放置。由于lpg炉在家中用于烹饪目的，因此提供热反射器118，该反射器在功能上也是滴盘，用于反射燃烧期间的热量，并收集位于锅支架126上方的任何烹饪锅中溢出的物质。支腿120设置
在框架122的4个角处，以向框架122提供支撑并提供清洁空间。框架122上提供两个旋钮124，其位置可以从“sim到full”进行调整，使用户可以根据烹饪要求控制气体流量。
30.图2显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉100的燃烧器顶部116、混合管108、热反射器118和锅支架126的详细视图。如图1所示，家用烹饪炉100包括框架122，该框架安装有主管104、一个或多个喷嘴106、一个或多个旋钮124、一个或多个混合管108、一个或多个燃烧器顶部116、一个或多个锅支架126、一个或多个热反射器118和多个支腿120。主管104安装在框架122内以容纳燃料，并且每个喷嘴106与主管104流体连通以容纳燃料，并使用通过喷嘴支架组件128连接到喷嘴106的每个旋钮124以受控速率将燃料喷射到混合管108中。每个混合管108与每个喷嘴106流体连通，以容纳来自喷嘴106的喷射的燃料。混合管108允许通过一个或多个槽开口110的一次空气夹带，并将一次空气与喷射的燃料混合。然后，混合管108通过文丘里管132调节空气-燃料混合物的压力梯度，并且空气-燃料混合物通过混合管108的混合杯/扩散器杯114朝向燃烧器顶部116。
31.如图2所示，每个燃烧器顶部116同轴定位在混合管108的混合杯/扩散器杯114上方，并与混合管108流体连通。如图3a所示，燃烧器顶部116包括一组内端口302和外端口304，它们位于燃烧器顶部116的周向表面上，以容纳来自混合管108的空气-燃料混合物，并点燃接收到的空气-燃料混合物进行燃烧。每个锅支架126通过销孔固定在框架122上，以使锅支架126与燃烧器顶部116同轴对齐。如图5a-5b所示，锅支架126包括圆形金属元件502，该金属元件502具有多个支撑待加热容器底面的金属支撑条504。
32.如图2和7a-7b所示，每个热反射器118相对于燃烧器顶部116同轴定位，并置于框架122上。热反射器118有助于优化燃烧的二次空气夹带，并减少热反射器118的内圆周118a和燃烧器顶部116的外圆周116a之间的间隙130，以优化二次空气夹带。热反射器118具有弯曲取向，以减少向下方向的热传递，并产生涡流，从而增加热量再循环并增加朝向容器底部的热传递。形成热反射器118的内圆周118a以控制二次空气夹带。如图1和5b所示，支腿120位于家用烹饪炉100的框架122下方，并且具有预定高度，以保持桌顶部和框架底面122之间的间隙，用于夹带空气。
33.下表显示了在实验室进行测试期间家用烹饪炉100的热效率：
[0034][0035]
与市场上现有的经star 1bis批准的lpg烹饪炉相比，家用烹饪炉100具有更高的热效率。家用烹饪炉100的热效率为74
±
1％。另一项试验最终在bis认证实验室进行，在bis认证实验室进行试验期间获得的结果与上述热效率值显著匹配。
[0036]
图3a显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉100的燃烧器顶部116的俯视图。燃烧器顶部116包括一组内端口302和外端口304。在实施方案中，bis标准is 4246:2002中规定的第一种燃烧器顶部116包括：
[0037]
内和外端口302和304中每个的总端口面积在155mm2和325mm2之间；
[0038]
内和外端口302和304中每个的端口直径在1.5mm和2.5mm之间；
[0039]
内端口302的数量在14和24之间；
[0040]
外圆周表面上排中的外端口304的数量在14和24之间；和
[0041]
外圆周表面上较低行中的外端口304的数量在30和46之间。
[0042]
此外，对于61至65lph的lpg流量，该燃烧器顶部116的内径在19mm至34mm之间和外径在60mm至74mm之间。
[0043]
在另一个实施方案中，bis标准is 4246:2002中规定的第二类燃烧器顶部116包括：
[0044]
内和外端口302和304中每个的总端口面积在255mm2和485mm2之间；
[0045]
内和外端口302和304中每个的端口直径在1.5mm和2.5mm之间；
[0046]
内端口302的数量在24和34之间；
[0047]
外圆周表面上排中的外端口304的数量在24和34之间；和
[0048]
外圆周表面上较低行中的外端口304的数量在50和66之间。
[0049]
此外，对于71至75lph的lpg流量，该燃烧器顶部116的内径在23mm至37mm范围内和外径在70mm至85mm范围内。
[0050]
图3b示出根据示例性实施例的家用烹饪炉100的燃烧器顶部116的侧剖视图。如图3b所示，燃烧器顶部116的内端口倾角306为30
±
10
°
，并且燃烧器顶部116的外端口倾角308为60+10
°
。图3c显示与家用烹饪炉100相关联的燃烧器顶部116的内端口302的详细视图和相应的内端口302的第一角度倾斜310。图3d显示与家用烹饪炉100相关联的燃烧器顶部116的外端口304的详细视图和相应的第二角度倾斜312。在实施方案中，燃烧器顶部116设计有内端口302和外端口304的最佳取向、内端口302和外端口304的数量、内端口302的第一角度倾斜310、外端口304的第二角度倾斜312、以及内端口302和外端口304的直径，以提高家用烹饪炉100的性能。如图3c和3d所示，分别由内端口302和外端口304定义的第一角度倾斜310和第二角度倾斜312与燃烧器顶部116的正常表面呈约45+20
°
的倾角。
[0051]
图4显示根据示例性实施例的用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉100的混合管108。混合管108包括用于容纳来自喷嘴106的燃料并进行部分空气夹带的入口开口402、用于一次空气夹带的槽开口110、用于调节空气-燃料混合物压力梯度的文丘里管132以及用于平滑空气-燃料混合物流的混合杯/扩散器杯114。在实施方案中，文丘里管132包括汇聚部分404、喉部406和分流部分408。汇聚部分404增加从喷嘴106、入口开口402和位于入口开口402之后的槽开口110容纳的空气-燃料混合物的速度。喉部406与汇聚部分404流体连通，以容纳高速空气-燃料混合物。喉部406降低空气-燃料混合物的压力，这有助于通过入口开口402输送更多的空气。文丘里管132的分流部分408与喉部406流体连通，重新获得从喉部406接收到的空燃混合气压力。然后将高压空气-燃料混合物输送至混合管108的直混合区410。
[0052]
例如，混合管108具有两个用于一次空气吸入的槽开口110，其长度为21mm
±
4mm和宽度为12+4mm。换句话说，家用烹饪炉100的混合管108提供足够的一次空气夹带和与lpg燃料的接触，从而产生更好的lpg和空气混合物用于燃烧。在实施方案中，文丘里管132产生的“文丘里效应”控制混合管108中的压力梯度，并确保lpg空气混合物无故障平稳移动。文丘里管132位于作为一次空气开口的槽开口110附近，可更好地混合lpg和空气。在混合管108的混合杯/扩散器杯114中提供三角形部分412，以降低由于空气-燃料流的冲击而产生的背压，并使管侧的流动平滑。
[0053]
在第一实施方案中，第一种混合管108包括61至65lph的lpg流量，对应的容器编号4，并且bis标准is:4246，其中第一种混合管108包括：
[0054]
入口开口402的长度在5.5mm到13.5mm之间，并且收敛角在65到75度之间；
[0055]
圆柱管112的长度在97mm到107mm范围内，并且直径在17mm到27mm范围内；
[0056]
每个槽开口110的长度在17mm到25mm之间，并且宽度在8mm到16mm之间；
[0057]
文丘里管132的长度在30mm到38mm之间，并且文丘里管132还包括：
[0058]
汇聚部分404的长度在9.5mm至17.5mm范围内，
[0059]
喉部406的长度在3mm至11mm范围内和直径在11.5mm至20mm范围内，并且
[0060]
分流部分408的长度在9.5mm至18mm范围内；
[0061]
混合区410的长度在26mm至36mm之间和直径在17mm至27mm之间；和
[0062]
混合杯/扩散器杯114的外径在58.50mm和66.50mm之间和内径在29mm和37.5mm之间。
[0063]
在第二实施方案中，第二种混合管108包括71至75lph的lpg流量，对应的容器编号为5，并且bis标准is:4246，其中第二种混合管108包括：
[0064]
入口开口402的长度在6.5mm到15.5mm之间，并且收敛角在65到75度之间；
[0065]
圆柱管112的长度在100mm到111mm范围内，并且直径在18mm到28mm范围内；
[0066]
每个槽开口110的长度在19.5mm到30.5mm之间，并且宽度在9mm到19mm之间；
[0067]
文丘里管132的长度在30mm到40mm之间，并且文丘里管132还包括：
[0068]
汇聚部分404的长度在9mm至19mm范围内，
[0069]
喉部406的长度在2.5mm至11.5mm范围内和直径在11.7mm至21.7mm范围内，并且
[0070]
分流部分408的长度在9mm至19mm范围内；
[0071]
混合区410的长度在27mm至37mm之间和直径在18.5mm至28.5mm之间；和
[0072]
混合杯/扩散器杯114的外径在68.5mm和78.5mm之间和内径在33.5mm和43.5mm之间。
[0073]
图5a和5b显示锅支架126的不同实施例。图5a和5b显示家用烹饪炉100的锅支架126，用于燃烧lpg燃料，根据示例性实施例，该家用烹饪炉具有位于圆形金属元件502上的三个金属支撑条504。在一个实施例中，锅支架126的金属支撑条504以等距间隔放置，控制高度以用于燃烧器顶部116和容器底面之间的最佳距离。
[0074]
例如，锅支架126的设计构造为在燃烧器顶部116和平底容器底座之间形成约21+7mm的装载高度。例如，对于lpg流量为71至75lph的燃烧器和相应的5号容器(如bis标准is 4246:2002所规定)，锅支架126的直径为215+25mm；并且对于lpg流量为61至65lph的燃烧器和相应的4号容器(如bis标准is 4246:2002所规定)，锅支架126的直径为195+25mm。每个金属支撑条504的高度应为12+6mm，以确保容器底部和燃烧器顶部116之间的适当间距。金属突出物506的间距应相等，以便将锅支架126正确安装在燃烧器主体上。所有其他维度都不那么重要。用于制造锅支架126的材料为ms，并且为了获得成品进行粉末涂层。锅支架126适用于外径范围为178mm至297mm的容器。该锅支架126的实施例能够在气体流量和容器尺寸的变化条件下展示改进的热效率。
[0075]
图6显示支腿120的设计。如图6所示，每个支腿120的预定高度在14mm和24mm之间，以保持桌顶部和框架底面122之间的间隙，用于最佳的空气夹带。
[0076]
图7a和7b显示用于燃烧lpg燃料的家用烹饪炉100的热反射器118。热反射器118的设计基于二次空气夹带，通过减小热反射器118的内径118a和燃烧器顶部116的外周长116a之间的间隙130，如图2所述。热反射器118的设计在最小化热损失方面起着重要作用。在实施方案中，热反射器118具有0.3mm到0.7mm范围内的预定厚度。对于bis标准is 4246:2002中规定的5号容器，热反射器118的内径为75mm至85mm，并且对于bis标准is 4246:2002中规定的4号容器，内径为65mm至75mm，以确保热反射器118的内边缘118a与燃烧器顶部116的外边缘116a之间的间隙130在0mm至5mm之间。
[0077]
因此，根据图1-7b的详细描述设计的家用烹饪炉100的热效率在73％到75％之间。
[0078]
尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但该描述并不意味着在限制意义上进行解释。参考本发明的描述，本领域技术人员将清楚地看到所公开实施例的各种修改以及本发明的替代实施例。因此，可以设想，可以在不脱离所定义的本发明的精神或范围的情况下进行这样的修改。