智能化全电厨具设计与研究

葛安同 曹凯 孔赟 殷毓灿

摘要：随着餐饮业的蓬勃发展，针对传统的中式烹饪火头旺、油烟浓，存在燃气泄漏、油锅爆燃、烟道易着火、污染环境等痛点，设计了智能化全电厨具系统，通过电磁加热技术、电热管加热技术、远红外加热技术替代明火加热。其特点是：具有防灶具干烧等保护功能、灶具火力可无级调节、预留接口可与数据分析与管控平台链接。灶具采用先进的电磁加热技术，热效率高达98%，而传统的电热丝加热和燃气灶具的热效率都在55%左右，大大节约了能源。比燃气灶具安全、环保、低碳，改善厨房面貌，对厨房形成更加系统、智能化的管理，为厨房使用者提供更大便利与安全。应用范围广，具有良好的环境保护作用，同时也能产生较好的经济效益。

关键词：全电厨具；电磁加热；智能化；管控平台

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）19-68-04

0引言

随着生活水平的提高及经济的蓬勃发展，人们对饮食的追求更加多元化，在此情况下，在外就餐成了更多人的选择。传统的中式烹饪往往使用明火，火头旺、油烟浓，存在燃气泄漏、油锅爆燃、烟道着火等安全隐患，导致例如徐州餐饮店液化气泄露爆炸和沈阳餐饮店燃气泄漏引发爆炸等人身伤亡事故。据2019年全国燃气爆炸事故数据分析，2019年燃气事故722起，共造成约63人死亡、585人受伤。其中，液化石油气（即一般意义上的煤气罐）造成事故占比77.07%，管道天然气造成事故占比22%。2019年，有明确报道原因的事故共105起，其中由于管道老化、罐体老化及阀门问题造成的事故占比54.3%。因此，以燃气为主要用能形式的餐饮业，亟需开拓一条清洁、环保、安全、经济的用能形式。餐饮电气化是实现这一目的的有效手段。

欧美国家的饮食随着社会发展及生活节奏的加快，以及西餐的标准化烹饪流程及要求，使得具备精确控制温度、时间功能的全电化灶具在厨房中得到了广泛使用[1]。然而，我国饮食以中餐为主，中餐用料广博、烹饪技法多样，各地菜式具有地域、文化等特色。目前，餐饮及居民厨房的燃料来源主要为天然气。随着全面建成小康社会任务的稳步推进，人们对于饮食的需求也逐步提升，新型电炊具（如料理机、豆浆机、面包机等）在餐饮行业及居民厨房进入快速推广期。但是，由于对燃气灶具的长期使用惯性，餐饮从业者及居民对全电厨房的接受程度仍处于初级阶段，全电厨房在中国的普及程度仍然较低。

基于这种情况，智能化全电厨具系统[2]就显得十分必要。因此，本文提出了一种智能化全电厨具的设计方案。灶具采用先进的电磁加热技术，热效率高达98%，比传统的电热丝加热和燃气灶具的热效率高40%左右，同时具有自动断电保护功能、火力无级调节功能、全电厨具数据分析与控制平台接口预留功能。该系统能够做到及时报警通知用户，避免厨房火灾的发生，具有较高的应用价值和市场前景。

1相关技术与理论分析

1.1电磁加热

电磁加热[3]也称电磁感应加热，原理是通过电子线路板组成部分产生交变磁场，当含铁质容器放置于上面时，容器表面切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使容器底部的载流子高速无规则运动，载流子与原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物品的效果。因为是铁制容器自身发热，所以热转化率特别高，最高可达到95%，是一种直接加热的方式。电磁原理示意如图1所示。

1.2电加热管加热技术

电加热管是管状电热元件，由金属管螺旋状电阻丝及结晶氧化镁粉等组成。电加热管产品一般用优质进口不锈钢管、进口高温氧化镁粉、高品质电热丝等材料制成发热元件，用不锈钢制成其他结构部分。在不锈钢无缝管内均匀地分布高温电阻丝，在空隙部分填入导热性能和绝缘性能均良好的结晶氧化镁粉，结构先进、热效率高、发热均匀，高温电阻丝中有电流通过时，产生的热通过氧化镁粉向金属管表面扩散，再传递到被加热件或空气中，达到加热的目的[4]。

1.3远红外加热技术

远红外线[5]是一种传导能量的电磁波，介于红色与不可见光谱之间。当远红外线照射到被加热的物体时，绝大部分射线渗透到被加热的物体中；当发射的远红外线波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热的物体内分子或原子吸收远红外线能量，產生剧烈的振动、旋转，高速摩擦产生热量而使物体温度升高。此种方式，亦可对非金属材质锅具进行加热。远红外加热原理示意如图2所示。

2系统总体方案设计

为了能够及时消除厨房中的火灾隐患，达到节能、高效的目的，该智能化全电厨具系统是集信息收集、处理、传输和应用等操作功能为一体的智能化管理系统，主要包括3部分：厨具信息感知端，及时自动断电和超温保护；全电厨具火力无级调节，具有分档调节和手动连续无级调节及设定温度自动调节功能；厨房网关系统，获取厨房信息感知端的信息，并具有数据记录分析，设备监控操作等功能，传送数据至服务器。智能化全电厨具系统框图如图3所示。