付濤　石黃霞　張發(fā)年　馬錦程　李博浩

摘 要：為解決廚房燃氣灶、抽油煙機等設(shè)備工作時產(chǎn)生的風能及余熱未得到充分收集與利用的問題，本文設(shè)計了一套智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)，對廚房風能及余熱進行高效利用，以提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：風能;熱能;自動控制;高效利用

中圖分類號：TP273.5;TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0137-03

The Design of Intelligent Wind and Heat Energy Efficient

Utilization Control System

FU Tao SHI Huangxia ZHANG Fanian MA Jincheng LI Bohao

（Xinjiang Institute of Engineering，Urumqi Xinjiang 830091）

Abstract： In order to solve the problem of insufficient collection and utilization of wind energy and waste heat generated by kitchen gas stove and range hood， an intelligent control system for efficient utilization of wind energy and heat energy was designed to make efficient use of kitchen wind energy and waste heat， so as to improve the energy utilization efficiency and reduce environmental pollution.

Keywords： wind energy;heat energy;the automatic control;efficient utilization

近年來，隨著人們生活水平不斷提高，家用灶具數(shù)量以每年大約7%的速度增加。各廚具設(shè)備生產(chǎn)廠家將焦點主要集中在設(shè)備的集成化、美觀化及改變?nèi)細庠罱Y(jié)構(gòu)、燃燒方式、優(yōu)化抽油煙機的清洗方式等方面，而對設(shè)備工作時產(chǎn)生的風能和熱能并未進行充分收集與利用。如果對設(shè)備運行時產(chǎn)生的風能及熱能進行收集和利用，人們既能減少電能的消耗，同時又可以有效地減少干電池使用所帶來的環(huán)境問題，從而達到能源高效利用的目的。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)主要包括抽油煙機、風管、風力發(fā)電機、燃氣灶臺、保溫水箱、循環(huán)水鋼管、蓄電池和單片機控制系統(tǒng)[1-4]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

各部分連接如下：保溫水箱設(shè)置于燃氣灶臺一側(cè)，且通過循環(huán)水鋼管與燃氣灶臺連接，燃氣灶臺內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)有第一爐盤和第二爐盤，單片機控制系統(tǒng)設(shè)置于燃氣灶臺內(nèi)部;抽油煙機設(shè)置于燃氣灶臺頂部，風管設(shè)置于

抽油煙機頂部且內(nèi)部設(shè)有抽風泵，抽風泵頂部傳動連接有風力發(fā)電機，風力發(fā)電機輸出端與蓄電池輸入端連接，蓄電池輸出端連接燃氣灶打火電池和燃氣表電池，風管內(nèi)部固定設(shè)有煙霧濃度傳感器和溫度傳感器;循環(huán)水鋼管包括蛇形鋼管、四通鋼管、Y型鋼管、進水鋼管和出水鋼管，蛇形鋼管設(shè)置為兩個且分別纏繞設(shè)置于第一爐盤和第二爐盤外壁，四通鋼管兩端分別連接兩個蛇形鋼管，進水鋼管連接第一爐盤外側(cè)對應(yīng)的蛇形鋼管，Y型鋼管一側(cè)兩端分別連接四通鋼管前端和第二爐盤外側(cè)對應(yīng)的蛇形鋼管，Y型鋼管另一側(cè)端部連接出水鋼管，四通鋼管后端連接進水鋼管;進水鋼管和出水鋼管分別與保溫水箱相連通，保溫水箱一側(cè)連接有進水管和出水管，循環(huán)水鋼管靠近第一爐盤的位置、四通管的每個管道上以及與第二爐盤連接的Y型鋼管上均設(shè)有電磁閥，進水鋼管靠近保溫水箱的一端連接水泵和流量控制閥;抽油煙機前側(cè)設(shè)有報警器，風管內(nèi)部還設(shè)有燃氣濃度傳感器，以根據(jù)采集的燃氣濃度進行報警提醒。單片機A與報警器電性連接，用于根據(jù)采集的燃氣濃度進行報警提醒;保溫水箱夾層內(nèi)設(shè)有加熱保溫層，加熱保溫層包括加熱絲，其與蓄電池電連接，用于給保溫水箱保溫;進水管上設(shè)有進水開關(guān)，進水開關(guān)與單片機A電性連接，用于智能控制進水;火焰?zhèn)鞲衅髋c單片機A電性連接，用于采集火焰大小信息;流量控制閥與單片機A電性連接，用于根據(jù)火焰大小流量控制進水流量，使循環(huán)水快速加熱。風力發(fā)電機與蓄電池通過導(dǎo)線連接，蓄電池設(shè)置于燃氣灶臺內(nèi)部，單片機A和單片機B分別設(shè)置于蓄電池兩側(cè)且與蓄電池電連接，蓄電池給單片機A和單片機B供電。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的核心控制器為單片機，通過TC89C52單片機可調(diào)節(jié)抽油煙機的轉(zhuǎn)速，控制蓄電池的充放電，對保溫箱進行保溫，進行水流量控制等，其工作原理如圖2所示，控制電路如圖3所示。

具體設(shè)計如下。

第一，風力發(fā)電。安裝在抽油煙機出口處的風力發(fā)電裝置在工作時將產(chǎn)生的電能持續(xù)不斷地給蓄電池充電。TC89C52單片機將接收的電能給蓄電池充電，當檢測到蓄電池充滿電后自動斷電。

第二，電池充電。燃氣灶和燃氣表采用可充電干電池，根據(jù)電池使用頻率及充放電特性，通過TC89C52單片機設(shè)定充電時間及斷電時間，自動對燃氣灶和燃氣表的干電池進行充電。

第三，煙霧濃度自動調(diào)節(jié)。煙氣濃度傳感器實時監(jiān)測廚房煙氣濃度，當煙氣濃度低于30mL/kL時，抽油煙機工作在低速;當煙氣濃度介于30～60mL/kL時，抽油煙機自動切換至中速;當煙氣濃度介于60～100mL/kL時，抽油煙機自動切換至高速;當煙氣濃度超110mL/kL時，將自動啟動燃氣報警器報警，同時切斷燃氣供應(yīng)，確保安全。

3 水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)

當燃氣灶啟動時，連鎖開關(guān)將循環(huán)水的供水開關(guān)打開，并隨著燃氣開放大小調(diào)節(jié)水閥開度，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量。經(jīng)燃氣灶爐盤加熱溫水，經(jīng)檢測，溫度達到設(shè)定值后流入水箱。當水箱水量達到設(shè)定值后，自動關(guān)閉循環(huán)水的進水開關(guān)，此時打開水箱下部的反向水循環(huán)開關(guān)，繼續(xù)對加熱后的溫水進行再次加熱，直至燃氣灶關(guān)閉。當水箱溫度低于設(shè)定值，TC89C52單片機控制系統(tǒng)接通水箱加熱棒上的繼電器，對水箱內(nèi)的水加熱，達到水箱預(yù)設(shè)溫度后，TC89C52單片機控制的加熱棒繼電器斷開，加熱棒停止加熱，能量循環(huán)流程如圖4所示。

4 創(chuàng)新點及應(yīng)用

4.1 創(chuàng)新點

第一，通過對燃氣灶余熱的收集進行冷水加熱，并儲存于溫水箱備用，可減少燃氣使用，降低環(huán)境污染。

第二，通過傳感器檢測煙霧濃度，經(jīng)TC89C52單片機控制系統(tǒng)，可自動調(diào)整抽油煙機轉(zhuǎn)速，減少電能使用，減少碳排放。

第三，利用抽油煙機產(chǎn)生的風能，帶動小型風力機發(fā)電，所得電能可用于水箱保溫，對燃氣灶電池、燃氣表電池等進行充電，減少一次性電池的使用，降低汞、鉛、金屬鎘的污染。

4.2 應(yīng)用前景

由于抽油煙機、燃氣灶是每一個家庭必備的用電設(shè)備，故該控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣闊，對減少碳排放量和降低一次性干電池使用造成的汞、鉛、金屬鎘等污染，提高能源利用效率，具有良好的促進作用。

參考文獻：

[1]國家發(fā)展和改革委員會，國家能源局.能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃[J].節(jié)能與環(huán)保，2017（2）：32.

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[4]李小龍.家用燃氣灶的熱效率分析[D].秦皇島：燕山大學，2010.