防干燒燃?xì)庠羁垢蓴_性能分析研究

翁旋波 林志勇 謝昌華 侯來廣

（廣州市紅日燃具有限公司 廣州 510080）

引言

現(xiàn)代社會，燃?xì)庠钜呀?jīng)成為了人們?nèi)粘１貍涞膹N房器具。然而現(xiàn)實(shí)生活中，人們往往由于聊天、玩手機(jī)、記憶力下降等原因忘記照看使用中的燃?xì)庠?，從而造成火?zāi)隱患，這類事故時(shí)有發(fā)生，并且難以杜絕。為了有效防止這種安全隱患的發(fā)生，防干燒燃?xì)庠钣纱藨?yīng)運(yùn)而生。所謂防干燒燃?xì)庠罹褪谴钶d了防干燒裝置的燃?xì)庠睿唧w可以分為接觸式防干燒燃?xì)庠詈头墙佑|式防干燒燃?xì)庠顑煞N，本文主要講述接觸式防干燒燃?xì)庠睢?/p>

接觸式防干燒燃?xì)庠畹姆栏蔁b置是一個(gè)可以檢測鍋底溫度的探頭，本質(zhì)是一種NTC 熱敏電阻，其阻值隨著溫度的增加而減小，工作時(shí)可以將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號給主控，主控根據(jù)電信號判斷做出對應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)探頭檢測溫度超過預(yù)設(shè)閥值時(shí)，主控關(guān)閉燃?xì)庠钊細(xì)馔罚細(xì)庠钕ɑ饛亩鴮?shí)現(xiàn)防干燒功能[1]，這就一定程度上避免了用戶忘記關(guān)火導(dǎo)致廚房火災(zāi)事故的發(fā)生。

進(jìn)一步地，防干燒燃?xì)庠羁梢愿鶕?jù)防干燒裝置反饋的電信號做出調(diào)整大小火的動(dòng)作，并通過文字顯示或語音提示反饋給用戶，用戶根據(jù)提示進(jìn)行烹飪動(dòng)作，這是現(xiàn)在一些智能烹飪?nèi)細(xì)庠畹墓ぷ髟?，也是未來廚房智能化的重要基礎(chǔ)。但目前的一些防干燒燃?xì)庠畛３０l(fā)生誤動(dòng)作缺陷，所謂的誤動(dòng)作即是燃?xì)庠钤谂腼冞^程中沒有發(fā)生干燒的情況就無故自發(fā)性的熄火，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。常有用戶抱怨防干燒功能雞肋不如沒有，或者抱怨防干燒技術(shù)不成熟，這些用戶體驗(yàn)無疑會對防干燒燃?xì)庠畹耐茝V帶來不利影響，因此提高防干燒裝置精度和抗干擾能力的重要性是不言而喻的。

1 防干燒燃?xì)庠钫`動(dòng)作的原因

正常工作狀態(tài)下，防干燒燃?xì)庠钤跊]有發(fā)生干燒狀況的時(shí)候熄火了，這就是誤動(dòng)作。防干燒燃?xì)庠钫`動(dòng)作產(chǎn)生的原因有很多，主要可以概括為：動(dòng)作溫度閥值設(shè)置偏低，有風(fēng)狀態(tài)火焰干擾，不同鍋具適應(yīng)性差。

1.1 動(dòng)作溫度閥值設(shè)置偏低

烹飪食物的過程，鍋具溫度的變化一般可以分為三個(gè)階段：第一階段，鍋具從冷態(tài)受熱急劇升溫階段；第二階段，鍋具在食物和水蒸發(fā)的作用下達(dá)到熱平衡狀態(tài)；第三階段，水分蒸發(fā)完，鍋具繼續(xù)升溫，進(jìn)入干燒狀態(tài)。防干燒燃?xì)庠畹哪繕?biāo)就是避免或減小第三階段發(fā)生的時(shí)間，因此防干燒裝置探測溫度的閥值時(shí)一般就設(shè)置在第三階段某個(gè)溫度點(diǎn)，這個(gè)閥值越大，干燒時(shí)間就越長，安全隱患就越大；閥值越小，防干燒燃?xì)庠畹膭?dòng)作就越靈敏，相對的也越容易誤動(dòng)作。防干燒燃?xì)庠畹臏囟乳y值是通過程序預(yù)設(shè)在主控上的，目前大部分接觸式防干燒燃?xì)庠畹姆栏蔁b置溫度測量范圍在（-40 ～300）℃左右，而動(dòng)作的溫度閥值一般設(shè)置在（210 ～290）℃左右。初期的防干燒燃?xì)庠?，為了?yōu)先保障防干燒功能，把防干燒動(dòng)作溫度閾值設(shè)置的過低，導(dǎo)致用戶使用時(shí)經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)作。

1.2 有風(fēng)狀態(tài)火焰干擾

燃?xì)庠钊紵^程中，火焰擾動(dòng)在風(fēng)的作用下時(shí)有發(fā)生。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2020《家用燃?xì)庠罹摺?.1 條款中明確規(guī)定了試驗(yàn)室環(huán)境[2]：試驗(yàn)燃?xì)庠钪車? m 處空氣水平流動(dòng)速度≤0.1 m/s。但這是試驗(yàn)室環(huán)境要求，在燃?xì)庠顚?shí)際使用環(huán)境的空氣流動(dòng)速度會遠(yuǎn)大于這個(gè)要求，尤其是在夏天通風(fēng)環(huán)境良好的廚房里。燃?xì)庠钫Ｈ紵龝r(shí)，火焰溫度高達(dá)（700 ～1 000）℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過防干燒裝置動(dòng)作的溫度閥值。正常燃燒的防干燒燃?xì)庠罨鹧媸遣粫椒栏蔁筋^的，但在風(fēng)的作用下，當(dāng)擾動(dòng)的火焰撩到防干燒探頭時(shí)，防干燒探頭的瞬間溫度超過了設(shè)定的溫度閥值，主控判定干燒，燃?xì)庠钕ɑ饛亩a(chǎn)生誤動(dòng)作。

1.3 不同鍋具適應(yīng)性差

不同材質(zhì)的鍋具導(dǎo)熱系數(shù)差別很大，導(dǎo)熱系數(shù)差的鍋具在升溫階段鍋底溫度就可能超過300 ℃，超過了防干燒燃?xì)庠畹膭?dòng)作閥值，在升溫階段，防干燒燃?xì)庠罹鸵呀?jīng)熄火了，這種現(xiàn)象為其中之一，典型鍋具有陶瓷鍋具，玻璃鍋，厚鑄鐵鍋等。還有一些鍋具底部不平，探頭不能緊貼鍋具，導(dǎo)致探頭測量不準(zhǔn)，這種現(xiàn)象為其中之二，典型鍋具有尖底鍋。

以上因素中，防干燒裝置的動(dòng)作溫度閥值可以根據(jù)燃?xì)庠畹臒嶝?fù)荷結(jié)合實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整程序；不同鍋具適應(yīng)性問題目前可以依靠算法根據(jù)溫度曲線去大體識別，但準(zhǔn)確率不穩(wěn)定，有待進(jìn)一步優(yōu)化，目前基本是品牌廠家直接在防干燒燃?xì)庠钌厦魇臼褂缅伨叩念愋?；有風(fēng)狀態(tài)火焰干擾對防干燒燃?xì)庠钫`動(dòng)作的影響是當(dāng)前眾多品牌廠家技術(shù)工程師們需要重點(diǎn)解決的難題。

2 不同風(fēng)速下防干燒燃?xì)庠畹目癸L(fēng)性測試

本次試驗(yàn)選擇了4 款市面上常見的防干燒燃?xì)庠睿瑴y試條件按國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2020《家用燃?xì)庠罹摺芬?guī)定的實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行，試驗(yàn)分兩個(gè)步驟進(jìn)行：第一步按照國標(biāo)要求的灶具試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行燒水試驗(yàn)15 min 以確保燃?xì)庠钸_(dá)到熱平衡狀態(tài)，第二步將防干燒燃?xì)庠钐幱诓煌L(fēng)速場下燃燒30 min 進(jìn)行抗風(fēng)性能測試?？癸L(fēng)性能測試用鍋選用常用的導(dǎo)熱系數(shù)大的平底不銹鋼鍋，風(fēng)速采用風(fēng)速測試儀在測試點(diǎn)測得，測試記錄不同風(fēng)速下的防干燒燃?xì)庠钐幱谡顟B(tài)還是誤動(dòng)作（熄火）狀態(tài)，測試結(jié)果見表1。

表1 防干燒燃?xì)庠钤诓煌L(fēng)速下測試結(jié)果

風(fēng)速通過勻速送風(fēng)裝置實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)勻速送風(fēng)裝置的電壓以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，出風(fēng)口處設(shè)置均勻排布的多孔網(wǎng)板，以達(dá)到勻速送風(fēng)的目的。送風(fēng)裝置原理圖如圖1 所示。

圖1 勻速送風(fēng)裝置原理圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1） 試驗(yàn)中4 款灶具均裝配有市面上常見類型的探頭，在0.5 m/s 低速風(fēng)的情況下，4 款燃?xì)庠疃伎梢哉＿\(yùn)行無誤動(dòng)作出現(xiàn)，此時(shí)風(fēng)速較低，燃燒火焰擾動(dòng)基本撩不到探頭，所以灶具探頭未發(fā)生誤動(dòng)作。

2）當(dāng)風(fēng)速提高至1 m/s 勻速風(fēng)的情況時(shí)，燃?xì)庠預(yù)和燃?xì)庠頑 發(fā)生了誤動(dòng)作，燃?xì)庠頒 和燃?xì)庠頓 則沒有，經(jīng)過分析，燃?xì)庠頒 的內(nèi)環(huán)火蓋有一層擋圈，擋圈擋住了大部分火焰對探頭的干擾，因此燃?xì)庠頒 沒有發(fā)生誤動(dòng)作。燃?xì)庠頓 則是因?yàn)闆]有內(nèi)環(huán)火，外環(huán)火焰撩不到探頭，因此也沒有發(fā)生誤動(dòng)作。

3）等風(fēng)速繼續(xù)提高至1.5 m/s 勻速風(fēng)的情況時(shí)，所有燃?xì)庠罹l(fā)生了誤動(dòng)作。主要原因是風(fēng)速較大時(shí)，火焰擾動(dòng)幅度太大，對探頭干擾影響很大，因此4 款燃?xì)庠罹霈F(xiàn)了誤動(dòng)作。

4 提高防干燒燃?xì)庠羁垢蓴_能力的措施

通過上述測試，可以驗(yàn)證火焰擾動(dòng)對防干燒探頭具有明顯的干擾能力，因此如何減少甚至隔絕火焰擾動(dòng)對防干燒探頭的影響成了本次研究的主要優(yōu)化方向。從上述結(jié)果看出單環(huán)火結(jié)構(gòu)對隔絕火焰干擾具有明顯優(yōu)勢，但單環(huán)火結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷很難做大，且沒有內(nèi)環(huán)小火功能，不適合中國人猛火爆炒和煲湯的烹飪習(xí)慣，因此，我們將研究對象主要放在具有內(nèi)外環(huán)火燃燒器的燃?xì)庠預(yù) 和燃?xì)庠頑 上，通過調(diào)整燃燒器內(nèi)環(huán)火蓋結(jié)構(gòu)、調(diào)整防干燒探頭結(jié)構(gòu)作為此次主要技術(shù)方案。

優(yōu)化方案一：在燃?xì)庠預(yù) 和燃?xì)庠頑 的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)獨(dú)立的銅環(huán)，銅環(huán)置于燃燒器內(nèi)環(huán)分火器上，高度略低于鍋架高度，通過銅環(huán)阻擋火焰對探頭的影響，其它測試條件不變。優(yōu)化方案一測試結(jié)果如表2。

表2 優(yōu)化方案一測試結(jié)果

優(yōu)化方案二：提供一種新型的防干燒探頭裝置，該探頭采用二級壓縮結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，探頭測溫點(diǎn)受力下壓時(shí)可以隱藏隔熱外殼里，利用外殼隔絕火焰干擾，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。更換燃?xì)庠預(yù) 和燃?xì)庠頑 的防干燒探頭，其它測試條件不變。優(yōu)化方案二測試結(jié)果如表3。

圖2 二級壓縮結(jié)構(gòu)防干燒探頭示意圖

表3 優(yōu)化方案二測試結(jié)果

結(jié)果分析：優(yōu)化方案一和優(yōu)化方案二的防干燒燃?xì)庠罹?jīng)受住了1 m/s 勻速風(fēng)的抗干擾測試，但仍未能通過1.5 m/s 勻速風(fēng)的測試。相比較之前，防干燒燃?xì)庠畹目垢蓴_性能得到了顯著提升，證明了燃燒器內(nèi)環(huán)增加擋圈和探頭采用二級壓縮結(jié)構(gòu)都是具有抗干擾能力更優(yōu)的技術(shù)方案，如果兩種優(yōu)化方案結(jié)合，其效果可能會更加理想。這些改進(jìn)方案其實(shí)都是硬件上的調(diào)整，當(dāng)然不僅限于此，還有更多方式可以提高防干燒燃?xì)庠畹目垢蓴_性能，如軟件的調(diào)整，這里就不展開討論。

5 結(jié)論

1）廚房烹飪安全的重要性以及未來廚房智能化的需求，迫切需要發(fā)展防干燒燃?xì)庠?；?dāng)前防干燒燃?xì)庠畹陌l(fā)展還只停留在初級階段，單純的為了實(shí)現(xiàn)防干燒功能，然而在實(shí)現(xiàn)過程中未能充分考慮燃?xì)庠畹膶?shí)際使用環(huán)境，使用過程中防干燒裝置頻繁誤動(dòng)作，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)差，遏制著防干燒燃?xì)庠罴爸悄芑腼內(nèi)細(xì)庠畹陌l(fā)展，需要進(jìn)一步提高防干燒燃?xì)庠畹挠脩趔w驗(yàn)。

2）在不同風(fēng)速下對防干燒燃?xì)庠畹臏y試證明，一定范圍內(nèi)風(fēng)速越大，防干燒燃?xì)庠钫`動(dòng)作的可能性就越大。防干燒探頭沒有隔絕火焰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防干燒燃?xì)庠钤饺菀渍`動(dòng)作。技術(shù)上可以采用燃燒器內(nèi)環(huán)火蓋帶隔熱環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者直接增加擋圈，可以有效阻擋火焰干擾。

3）二級壓縮結(jié)構(gòu)的防干燒探頭可以有效保護(hù)防干燒感溫部免受火焰擾動(dòng)的影響，提高防干燒燃?xì)庠畹目垢蓴_性。因此，相比傳統(tǒng)一級壓縮結(jié)構(gòu)的防干燒探頭，二級壓縮結(jié)構(gòu)的防干燒探頭具有更強(qiáng)的火焰抗干擾性。其相當(dāng)于利用防干燒探頭的隔熱外殼進(jìn)行隔絕火焰干擾，對比于更改燃燒器內(nèi)環(huán)火蓋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加美觀。