方 松，夏偉剛，康友偉

（武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

斜風(fēng)幕式節(jié)能油煙機(jī)

方 松，夏偉剛，康友偉

（武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

針對(duì)傳統(tǒng)油煙機(jī)抽煙率低、耗電量大、清洗困難等問題，設(shè)計(jì)出了一種新型的斜風(fēng)幕式油煙機(jī)，通過斜式風(fēng)幕、無葉風(fēng)扇及變頻技術(shù)解決以上問題，對(duì)斜風(fēng)幕式油煙機(jī)的抽煙效率作了仿真分析，并對(duì)用電功率進(jìn)行了計(jì)算比較，結(jié)果顯示斜風(fēng)幕式油煙機(jī)具有良好的功效。

油煙機(jī)；斜式風(fēng)幕；無葉風(fēng)扇；變頻技術(shù)

由于我國(guó)傳統(tǒng)烹飪方式易產(chǎn)生較大油煙，嚴(yán)重危害人體健康。油煙機(jī)已成為許多家庭和餐飲店等的必備電器，然而，目前市面上常見的油煙機(jī)普遍存在抽煙率低、耗電量大、噪聲較高、清洗風(fēng)扇葉片困難等問題。

針對(duì)以上問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種新型的斜風(fēng)幕式油煙機(jī)，取消了傳統(tǒng)的油煙機(jī)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，通過空氣倍增的方式抽吸油煙，消除了使用者清洗扇葉的煩惱，并通過可調(diào)角度的傾斜風(fēng)幕控制油煙擴(kuò)散范圍，防止人體與油煙直接接觸[1]。同時(shí)，風(fēng)幕具有促進(jìn)抽吸油煙的效果，可減少油煙機(jī)的電能損耗。

1 裝置簡(jiǎn)介

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該裝置主要由送風(fēng)模塊、風(fēng)幕模塊和排煙模塊組成。

1．1．1 送風(fēng)模塊

送風(fēng)模塊主要由離心風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道組成，分為上、下2個(gè)送風(fēng)裝置。通過對(duì)離心風(fēng)機(jī)型號(hào)的分析比較，本項(xiàng)目選用機(jī)型號(hào)為cy100的離心風(fēng)機(jī)來提供有效的風(fēng)力。數(shù)據(jù)顯示，該型號(hào)的離心風(fēng)機(jī)功率為45 W，出風(fēng)量最高可達(dá)2.7 m3/min。離心風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量由智能控制系統(tǒng)來控制。送風(fēng)管道設(shè)計(jì)成發(fā)散形的特殊形狀，選用鋁材料焊接而成，保證從離心風(fēng)機(jī)中出來的風(fēng)量能夠均勻分布到出風(fēng)口的每個(gè)部分。

1．1．2 風(fēng)幕模塊

風(fēng)幕模塊結(jié)構(gòu)為中間長(zhǎng)1 m、寬0.01 m，兩邊各長(zhǎng)0.6 m、寬0.01 m的3塊長(zhǎng)形深槽區(qū)域，無棱角的管道口設(shè)計(jì)減少了風(fēng)在管道中的損失。管道口有細(xì)小的鐵絲網(wǎng)，阻止因雜物掉入出風(fēng)口而影響出風(fēng)效果。通過對(duì)用戶在廚房的操作習(xí)慣的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了出口平面與水平面呈45°的斜角度。出風(fēng)口產(chǎn)生的3塊風(fēng)幕構(gòu)成了一個(gè)封閉的區(qū)域，將油煙控制在這個(gè)封閉區(qū)域當(dāng)中[2]。由離心風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量可計(jì)算得出，風(fēng)口能達(dá)到3.6～4.2 m/s的出風(fēng)速度。而根據(jù)現(xiàn)有的資料研究，2.1 m/s的風(fēng)速就能達(dá)到良好的風(fēng)幕封鎖效果，使得油煙進(jìn)入排煙口時(shí)的速度為1.8～2.0 m/s。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了變頻功能改變出風(fēng)口速度，以減少不必要的能源浪費(fèi)。

1．1．3 排煙模塊

排煙模塊由排氣管道、狹小出風(fēng)口組成。排氣管道為直徑30 cm的圓形管道，其作用在于將油煙排到室外。在圓形管道靠近管道入口的邊上設(shè)有狹窄的出風(fēng)口，出風(fēng)口設(shè)計(jì)為特殊的曲型結(jié)構(gòu)，保證風(fēng)在離開出風(fēng)口后沿著管道壁運(yùn)動(dòng)。由于出風(fēng)口狹窄，在送風(fēng)機(jī)風(fēng)量不變的前提下，出風(fēng)口的風(fēng)速會(huì)加快。根據(jù)康達(dá)效應(yīng)，出風(fēng)口的曲型設(shè)計(jì)使得出風(fēng)口出來的高速氣流隨著管道壁運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)闅怏w存在黏滯力，在流體層流動(dòng)時(shí)，各層流動(dòng)的速度不同，相鄰兩層之間存在摩擦力，所以當(dāng)高速氣流貼壁運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，中間的氣體會(huì)隨著高速氣流一起向管道內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，使得管道出風(fēng)口附近形成一個(gè)空氣負(fù)壓，在空氣負(fù)壓作用下，油煙將被壓入管道內(nèi)沿著管道排出。

1.2 控制方案

控制系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，主要功能通過風(fēng)速調(diào)節(jié)模塊、人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)。風(fēng)速調(diào)節(jié)模塊通過TGS2600油煙傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油煙濃度，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，通過直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的智能調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)控油煙機(jī)及風(fēng)幕機(jī)的風(fēng)速大??；人機(jī)交互模塊可實(shí)現(xiàn)工作模式切換、工作狀態(tài)設(shè)置及相關(guān)參數(shù)顯示的功能，以滿足用戶的個(gè)性化需求。

1．2．1 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊由液晶顯示屏和按鍵組成。鍵盤上的按鍵有電源和自動(dòng)模式開關(guān)、手動(dòng)模式下的風(fēng)速調(diào)節(jié)開關(guān)。用戶可通過按鍵控制油煙機(jī)的電源及調(diào)節(jié)其工作模式。本項(xiàng)目的初始模式為手動(dòng)模式，用戶可通過風(fēng)速調(diào)節(jié)開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)速的大小。若用戶選擇自動(dòng)模式，則風(fēng)速可自動(dòng)調(diào)節(jié)。液晶顯示屏上顯示油煙機(jī)工作狀態(tài)設(shè)置及相關(guān)參數(shù)，引導(dǎo)用戶操作[3]。

1．2．2 風(fēng)速調(diào)節(jié)模塊

風(fēng)速調(diào)節(jié)模塊分為手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)通過按鍵完成，自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊由TGS2600油煙傳感器和信號(hào)處理電路組成。

當(dāng)用戶選擇自動(dòng)模式時(shí)，油煙檢測(cè)模塊通過TGS2600油煙傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前油煙的濃度，經(jīng)過信號(hào)處理電路，將壓電信號(hào)轉(zhuǎn)換成量程信號(hào)，得到精確的油煙濃度值并傳遞給單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。風(fēng)速調(diào)節(jié)模塊收到單片機(jī)的處理信號(hào)之后，經(jīng)過信號(hào)處理電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)控油煙機(jī)及風(fēng)幕風(fēng)速的大小。

本項(xiàng)目采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無刷直流電機(jī)，因其無勵(lì)磁繞組、無換向器、無滑環(huán)，結(jié)構(gòu)比一般傳統(tǒng)的交直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，噪聲小，效率比同規(guī)格的交流電機(jī)高10%～20%，相比有明顯的能耗優(yōu)勢(shì)。

2 工作過程

工作過程如圖1所示。下送風(fēng)模塊在控制系統(tǒng)的作用下向上輸出適當(dāng)?shù)臍饬?，通過風(fēng)幕模塊后形成能夠封鎖油煙的風(fēng)幕，同時(shí)上送風(fēng)模塊在控制系統(tǒng)的作用下向排煙模塊輸出適當(dāng)?shù)臍饬鳎捎谂艧熌K的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成的高速氣流使得管道出風(fēng)口附近產(chǎn)生空氣負(fù)壓，促使被封鎖的油煙被壓入管道排出。

3 總結(jié)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的斜風(fēng)幕式節(jié)能油煙機(jī)通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)和技術(shù)革新，在實(shí)現(xiàn)抽油煙功能的同時(shí)，規(guī)避了目前油煙機(jī)噪聲大，易滴油與碰頭及故障率高等缺點(diǎn)，有效利用風(fēng)幕和智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，且成本低于市場(chǎng)上的普通油煙機(jī)，可廣泛應(yīng)用于餐飲業(yè)及家庭廚房等地方，在市場(chǎng)上有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。

［1］李朝振.新型吹吸式抽油煙機(jī)風(fēng)幕優(yōu)化研究［D］.青島：青島理工大學(xué)，2005.

［2］劉耀斌.吸油煙機(jī)風(fēng)幕氣流組織的優(yōu)化研究［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（23）.

［3］黃軍友，楊華明.一種抽油煙機(jī)的優(yōu)化研究［J］.機(jī)電工程，2013，30（11）：1388-1392.

〔編輯：劉曉芳〕

TH122

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.065

2095-6835（2017）24-0065-02