岳麗芳 吳景新 曹鳳巖 薛日奇 馬浩鵬 楊佳鑫

（1、唐山學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 唐山063000 2、唐山學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心，河北 唐山063000）

1 概述

隨著人們生活水平的提高，城鎮(zhèn)燃氣消費隨之迅速增長。但就燃氣的使用現(xiàn)狀來說，存在燃氣灶效率低、燃氣浪費嚴(yán)重的問題。據(jù)有關(guān)資料調(diào)查顯示[1]：燃氣商用或家庭日常使用中，燃氣的使用效率僅為35%～40%。另外，燃氣燃燒過程中大量的熱量從灶具出火口周圍散失至空氣中，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度升高，使得廚房操作間的工作環(huán)境被惡化[2]。為了充分利用燃氣灶具出火口周圍的熱量，創(chuàng)新小組成員提出一種新型燃氣余熱回收裝置，此裝置利用集熱罩中的冷水吸收燃氣燃燒過程中散失的熱量產(chǎn)生熱水，熱水可用于日常生活熱水供應(yīng)。新型燃氣余熱回收裝置不僅提高了燃氣的使用效率，改善了廚房的操作環(huán)境，而且也實現(xiàn)了能源的有效利用。

2 新型燃氣余熱回收裝置

一種新型燃氣余熱回收裝置主要由集熱罩、儲水箱、循環(huán)水管、補水管、出水管、補水截止閥、浮球閥組成。集熱罩是不銹鋼螺旋管，整體呈錐面狀，上寬下窄，螺旋管之間設(shè)有通風(fēng)間隙，其通風(fēng)間隙在錐面的母線方向延伸，空氣從間隙中進入使燃氣充分燃燒，保證了裝置的安全性。集熱罩設(shè)置于燃氣灶出火口周圍。燃氣灶具上設(shè)有兩個或兩個以上集熱罩時，通過兩個圓環(huán)狀的管路和連接兩個圓環(huán)狀管路的若干直管進行組合。儲水箱位于燃氣灶上方，其形狀為筒狀或平板狀且外側(cè)具有保溫層。集熱罩、儲水箱及二者之間的循環(huán)水管路構(gòu)成一個閉合水循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)燃氣灶工作時，呈螺旋狀的集熱罩中的冷水吸收灶具上方出火口周圍散發(fā)的熱量，被加熱后的水進入儲水箱儲存利用。新型燃氣余熱回收裝置具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，圖2 為集熱罩示意圖，圖3 為燃氣灶臺和集熱罩的示意圖。

3 新型燃氣余熱回收裝置工作原理

新型燃氣余熱回收裝置的具體工作原理如下：閉合水循環(huán)系統(tǒng)通過兩路循環(huán)水管將儲水箱和集熱罩連接，連接集熱罩進口的循環(huán)水管位于集熱罩下部，并與集熱網(wǎng)罩有一定高度差，連接集熱網(wǎng)罩出口的循環(huán)水管位于集熱罩上部，與儲水箱直接連接。

圖1 新型燃氣余熱回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 集熱罩示意圖

余熱回收裝置工作之前，先將閉合水循環(huán)系統(tǒng)充滿冷水。當(dāng)燃氣灶工作時，集熱罩內(nèi)部冷水吸收出火口周圍的熱量后溫度升高、密度減小，同時受到從儲水箱流出的密度較大冷水的驅(qū)動，使熱水經(jīng)集熱罩出口的循環(huán)水管上升進入儲水箱，這樣形成如圖1 箭頭所示方向的循環(huán)流動。由此可見，集熱罩與儲水箱之間的水循環(huán)作用壓力取決于水的密度在循環(huán)環(huán)路的變化情況。為簡化分析，先不考慮水在循環(huán)水管中流動時因管壁散熱而使水不斷冷卻的因素，認為水溫只在集熱罩和儲水箱兩處發(fā)生變化，以此來計算循環(huán)作用壓力△P。

圖3 燃氣灶臺和集熱罩示意圖

g- 重力加速度，m／s2

h- 集熱罩中心與儲水箱中心之間的垂直距離，m

為增加上述循環(huán)作用壓力，可加大集熱罩與儲水箱之間的垂直距離。

當(dāng)用戶需要熱水時，開啟儲水箱熱水出水管上的出水閥。余熱回收裝置的補水管用于向儲水箱補水，當(dāng)儲水箱水位低時，浮球閥隨液面下降，通過連桿帶動并打開補水截止閥，補水經(jīng)補水管和補水截止閥流入儲水箱；隨著儲水箱水位逐漸升高，浮球閥隨液面上升，經(jīng)連桿帶動關(guān)閉補水截止閥，從而停止補水。另外，儲水箱設(shè)有溫度顯示儀，實時顯示內(nèi)部水溫。

4 新型燃氣余熱回收裝置的優(yōu)點

新型燃氣余熱回收裝置設(shè)計安裝便捷，利用燃氣燃燒過程中的余熱產(chǎn)生熱水，實現(xiàn)了能源的有效利用，產(chǎn)生的熱水應(yīng)用比較廣泛。此裝置的優(yōu)點在于：

4.1 燃氣燃燒過程中，將開放式燃燒通過增加集熱罩變?yōu)榉忾]燃燒，從而通過增加換熱面積以此來提高燃氣的使用效率。

4.2 與開放式燃氣灶的使用對比，此余熱回收裝置能夠降低排煙溫度；另外，集熱罩上的通風(fēng)間隙為燃氣灶的出火口提供了足夠的空氣，保證了燃氣的充分燃燒，提高了燃燒效率；同時，能夠?qū)㈤_放式燃氣灶在使用過程中的燃燒不完全、污染環(huán)境等問題得以改善。

4.3 余熱回收裝置運行過程中利用冷熱水間的密度差進行循環(huán)流動，無需利用動力設(shè)備- 水泵，節(jié)省了設(shè)備成本與電能消耗。

4.4 余熱回收裝置的應(yīng)用場合廣泛，尤其是經(jīng)?；虼罅渴褂萌細獾膱鏊?，如飯店廚房，員工食堂等，產(chǎn)生的熱水可在生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用，裝置的設(shè)計安裝便捷，并且安全耐用。

4.5 余熱回收裝置具有較強的推廣性，隨著國家大力扶持天然氣推廣工作，目前城鎮(zhèn)燃氣使用率迅速增長。但就燃氣的使用現(xiàn)狀來說，存在燃氣灶效率低、燃氣浪費嚴(yán)重的問題。此裝置可以有效的解決這一問題，不僅將浪費在大氣中的熱量收集起來，而且能通過余熱回收裝置利用這部分熱量，做到了真正的綠色環(huán)保節(jié)能。

4.6 余熱回收裝置的儲水箱設(shè)有進水管，由市政管網(wǎng)或水泵將水引入水箱，減少額外能耗。儲水箱提供冷水進行熱量交換并且儲存熱水、儲水箱設(shè)有水位調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)水位過低時會打開進水管進行水量的補給，當(dāng)水量過高時關(guān)斷進水管。溫度檢測裝置可以使用戶了解儲水箱內(nèi)水溫狀況。儲水箱設(shè)有泄水管，為裝置進行維修或清洗提供條件。熱水出水管，當(dāng)外部需要熱水時可以通過出水管將加熱后的熱水供給外部使用，如水質(zhì)有要求還可設(shè)置過濾裝置進行水的凈化。

5 結(jié)論

團隊成員設(shè)計的此燃氣余熱回收裝置能夠?qū)⑷細馊紵^程中釋放的余熱進行回收再利用，所回收的熱量用于加熱冷水，產(chǎn)生的熱水作為部分日常生活用水。此裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，利用冷熱水之間的密度差進行水循環(huán)，節(jié)省了電能；同時，還能夠提高燃氣的使用效率，與節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念不謀而合。

新型燃氣余熱回收裝置適用于員工食堂、民用住宅、餐飲店等經(jīng)常使用燃氣的場所，或是天然氣建設(shè)比較完善的農(nóng)村和城鎮(zhèn)小區(qū)。