智能化全電廚具設計與研究

葛安同 曹凱 孔赟 殷毓燦

摘要：隨著餐飲業的蓬勃發展，針對傳統的中式烹飪火頭旺、油煙濃，存在燃氣泄漏、油鍋爆燃、煙道易著火、污染環境等痛點，設計了智能化全電廚具系統，通過電磁加熱技術、電熱管加熱技術、遠紅外加熱技術替代明火加熱。其特點是：具有防灶具干燒等保護功能、灶具火力可無級調節、預留接口可與數據分析與管控平臺鏈接。灶具采用先進的電磁加熱技術，熱效率高達98%，而傳統的電熱絲加熱和燃氣灶具的熱效率都在55%左右，大大節約了能源。比燃氣灶具安全、環保、低碳，改善廚房面貌，對廚房形成更加系統、智能化的管理，為廚房使用者提供更大便利與安全。應用范圍廣，具有良好的環境保護作用，同時也能產生較好的經濟效益。

關鍵詞：全電廚具；電磁加熱；智能化；管控平臺

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）19-68-04

0引言

隨著生活水平的提高及經濟的蓬勃發展，人們對飲食的追求更加多元化，在此情況下，在外就餐成了更多人的選擇。傳統的中式烹飪往往使用明火，火頭旺、油煙濃，存在燃氣泄漏、油鍋爆燃、煙道著火等安全隱患，導致例如徐州餐飲店液化氣泄露爆炸和沈陽餐飲店燃氣泄漏引發爆炸等人身傷亡事故。據2019年全國燃氣爆炸事故數據分析，2019年燃氣事故722起，共造成約63人死亡、585人受傷。其中，液化石油氣（即一般意義上的煤氣罐）造成事故占比77.07%，管道天然氣造成事故占比22%。2019年，有明確報道原因的事故共105起，其中由于管道老化、罐體老化及閥門問題造成的事故占比54.3%。因此，以燃氣為主要用能形式的餐飲業，亟需開拓一條清潔、環保、安全、經濟的用能形式。餐飲電氣化是實現這一目的的有效手段。

歐美國家的飲食隨著社會發展及生活節奏的加快，以及西餐的標準化烹飪流程及要求，使得具備精確控制溫度、時間功能的全電化灶具在廚房中得到了廣泛使用[1]。然而，我國飲食以中餐為主，中餐用料廣博、烹飪技法多樣，各地菜式具有地域、文化等特色。目前，餐飲及居民廚房的燃料來源主要為天然氣。隨著全面建成小康社會任務的穩步推進，人們對于飲食的需求也逐步提升，新型電炊具（如料理機、豆漿機、面包機等）在餐飲行業及居民廚房進入快速推廣期。但是，由于對燃氣灶具的長期使用慣性，餐飲從業者及居民對全電廚房的接受程度仍處于初級階段，全電廚房在中國的普及程度仍然較低。

基于這種情況，智能化全電廚具系統[2]就顯得十分必要。因此，本文提出了一種智能化全電廚具的設計方案。灶具采用先進的電磁加熱技術，熱效率高達98%，比傳統的電熱絲加熱和燃氣灶具的熱效率高40%左右，同時具有自動斷電保護功能、火力無級調節功能、全電廚具數據分析與控制平臺接口預留功能。該系統能夠做到及時報警通知用戶，避免廚房火災的發生，具有較高的應用價值和市場前景。

1相關技術與理論分析

1.1電磁加熱

電磁加熱[3]也稱電磁感應加熱，原理是通過電子線路板組成部分產生交變磁場，當含鐵質容器放置于上面時，容器表面切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產生交變的電流（即渦流），渦流使容器底部的載流子高速無規則運動，載流子與原子互相碰撞、摩擦而產生熱能，從而起到加熱物品的效果。因為是鐵制容器自身發熱，所以熱轉化率特別高，最高可達到95%，是一種直接加熱的方式。電磁原理示意如圖1所示。

1.2電加熱管加熱技術

電加熱管是管狀電熱元件，由金屬管螺旋狀電阻絲及結晶氧化鎂粉等組成。電加熱管產品一般用優質進口不銹鋼管、進口高溫氧化鎂粉、高品質電熱絲等材料制成發熱元件，用不銹鋼制成其他結構部分。在不銹鋼無縫管內均勻地分布高溫電阻絲，在空隙部分填入導熱性能和絕緣性能均良好的結晶氧化鎂粉，結構先進、熱效率高、發熱均勻，高溫電阻絲中有電流通過時，產生的熱通過氧化鎂粉向金屬管表面擴散，再傳遞到被加熱件或空氣中，達到加熱的目的[4]。

1.3遠紅外加熱技術

遠紅外線[5]是一種傳導能量的電磁波，介于紅色與不可見光譜之間。當遠紅外線照射到被加熱的物體時，絕大部分射線滲透到被加熱的物體中；當發射的遠紅外線波長和被加熱物體的吸收波長一致時，被加熱的物體內分子或原子吸收遠紅外線能量，產生劇烈的振動、旋轉，高速摩擦產生熱量而使物體溫度升高。此種方式，亦可對非金屬材質鍋具進行加熱。遠紅外加熱原理示意如圖2所示。

2系統總體方案設計

為了能夠及時消除廚房中的火災隱患，達到節能、高效的目的，該智能化全電廚具系統是集信息收集、處理、傳輸和應用等操作功能為一體的智能化管理系統，主要包括3部分：廚具信息感知端，及時自動斷電和超溫保護；全電廚具火力無級調節，具有分檔調節和手動連續無級調節及設定溫度自動調節功能；廚房網關系統，獲取廚房信息感知端的信息，并具有數據記錄分析，設備監控操作等功能，傳送數據至服務器。智能化全電廚具系統框圖如圖3所示。