浙江亿田智能厨电股份有限公司 浙江嵊州 312400
摘要：目前，各行各业建设的发展迅速，我国的各行各业建设的发展也有了创新。传统燃气灶具存在部分缺陷，突出表现为结构简单、智能化程度低。新一代智能燃气灶具对传统燃气灶具进行优化，设计了专用的控制系统。此系统采用电容式感压按键，通过数据处理方式来代替人工调节，并可融入云端、大数据、物联网等人工智能手段。产品定位于智能化，将软硬件相结合，追求精益求精的品质。经质检部门实际检测，本产品设计的各项指标均达到要求。
关键词：家用燃气灶具；阀门耐热性能；要求探讨
引言
燃气灶具是目前普及率最高的家用燃气具，其安全性设计的重要课题之一就是燃气泄漏控制。由于燃气阀门需利用运动部件实现其功能，较之其他部件，燃气阀门出现泄漏常排在燃气灶具泄漏故障率的首位。燃气灶具常用的燃气阀门一般由电磁阀、旋塞阀和火焰感应装置等组成。其中电磁阀主要用于控制燃气通断，旋塞阀主要用于负荷调节，火焰感应装置则通过与电磁阀的配合使用组成了熄火保护装置，并在感应到火焰时维持电磁阀的开启。该火焰感应装置主要类型有两种，一种是热电偶式，一种是离子感应针式，前者较为常用。
1系统构造及硬件设计
1.1单片机的选取
传统燃气灶具功能单一，存在较多安全隐患，本文设计的新型智能燃气灶具对其进行了有效改进。智能燃气灶具必须依靠计算机元件的控制，只有制定相应的控制程序，才可以实现多功能的智能化。本设计选用的是以单片机为核心的控制单元，即由Freescale公司研发的MC68HC908GZ32型单片机。原因有二。一是这款单片机能承受-40～105℃的温度，配备有32KFlash程序存储器、1kB内存、8通道PWM和16路10位A/D，对电磁脉冲干扰有很强的抵抗力。二是它设置有一个Mon08接口，其作用非常大，它有助于设备后期的软件调试、升级和维护，避免设备因为更新换代而被淘汰，可以一直做维护升级进行长久使用。
1.2电磁脉冲点火
除了工作元件和工作原理，细节把控也是本设计必须重点考虑的地方。燃气灶的主要功能是加热和烹饪食材，所以点火是设备的关键。如果设备打火出现失误，燃气灶具就失去存在的意义。研究发现，传统点火装置已经很完善，不需要再做过研究。所以，本设计采用传统的点火方式，即同样使用12K强电压脉冲。传统燃气灶具的点火装置设计良好，其工作原理简单，点火装置配有大小和方向都随周期变化的振荡电路。点火时，Pluse开始输入高电平，由Q2导通，点火电路进入运行状态，振荡电路由T1变压后产生60V大小的脉冲信号，到达快恢复二极管进行整流，就形成了稳定的直流电，再经过R2电阻对C2电容进行充电，然后把能量保存在C3电容上。等C2电压提升至30～35V时，双向二极管便疏通，触发可控硅SCR导通，C3上能量经过双向可控硅SCR向二级升压变压器T2的初级线圈释放能量，经过T2次级升压后产生12kV以上的高压，这样的高压可以打破一定厚度的空气，完成点火。电容C3在放电后会再次充电，便出现连续不断的电磁点火效应。点火装置可以在很短的时间内完成点火，步骤看似复杂，几秒内就可以迸发出惊人的能量。
2试验规范
零部件的耐热性能要求是确保在使用过程以及储运过程中，零部件受到的热应力影响不应对其安全性、可靠性产生显著的不良影响，尤其在预期的使用期内，不应由于过高的热应力水平导致提前进入耗损故障期。零部件在整机内的安装位置是影响其工作温度的最重要因素，燃气灶在使用过程中由于热量以多种方式向周围传递，不可避免导致其部件暴露在较高的温度影响区域内，所以，零部件的工作温度应控制在其设计规定的允许温度的范围内，由此形成了零部件及其组成元器件的允许工作温应不低于其安装位置所处空间的温度水平的要求，该空间的温度作为GB16410-2007在5.2.4条规定的，阀门外壳的最大正常温升计算依据，就是在阀门外壳能够测量到的最高温度值。
GB16410-2007对阀体外壳表面温升的限制，实际上是对燃气灶具热设计结构的约束条件，严格来说不是对阀门耐热性能的约束条件。影响零部件工作温度的另一个主要因素是灶具所处的室内环境温度，确定最高室内测试环境温度的依据主要是两个。其一，在我国华南、华东、华中等地区的气候特点，大致可以按湿热气候的要求考虑，按照GB4706.1附录P的规定，对应试验环境温度为℃；其二，从各地区气候的历史记录可以了解，在华南、华东、华中、华北的广大地区，夏季室内环境温度可能高达40℃，少数地区甚至更高。因此，形成了按40℃作为测试环境温度的要求。由此可见，将40℃作为我国多数地区的夏季室内最高温度，而形成的测试环境温度条件具有合理性，该测试温度条件已经在中国电工电器行业采用多年。因为确定零部件耐热要求的基本原则是按照预期的最不利条件考虑，较高的室内环境温度将导致零部件处于较高的温度区域，在不考虑辐射传热因素造成的测量偏差情况下，采用保守计算方案，在40℃的测试环境温度下，满足工作温度90℃以下的约束条件就是阀门外壳温升不超过50K。综上所述，燃气灶具零部件的耐热性能试验要求为a）按以下两个温度暴露条件较严酷的条件确定基本试验要求：——在90℃工作温度条件下累计48h；——在70℃储运高温条件下累计400h。b）加速试验要求为，测试温度每升高10℃测试时间可以缩短一半。例如，储运试验的加速试验要求分别为，80℃×200h和90℃×100h。若加速试验要求于基本试验要求不一致，以基本试验要求的试验结果为准。一般情况下，可以将两项基本试验要求合并为一项：90℃×100h。
3干扰控制及优化
3.1风机工作点偏移的干扰
实际工作中，风机会受到管道及附件阻力的影响，风机工作点有一定偏移，从而影响风机的全压。特别是在灶具热负荷较小时，空气阀门开度较小，风机末端的阻力较大，流量将大大减小，流量减小又间接影响到空气阀门的压降。因此，设计全预混商用燃气灶具时，为了更准确地控制空燃比，还需要对选用的风机及管路进行一定的实验测试，由测试结果对空气阀门与燃气阀门之间的关系做一定的修正。
3.2低负荷分段控制
商用燃气灶具一般是在最大热负荷下工作，很少情况是部分负荷，小负荷则基本不会使用。调节阀在小开度时，流速大，阻力大，阀体振荡明显，稳定性差。有研究建议调节阀的最大相对开度应尽量保持在90%左右，最小相对开度应不低于10%。因此，为了使燃烧器能够更稳定工作，全预混商用燃气灶具应该考虑分段控制。对球阀的工作流量特性曲线分析可以发现，相对开度大于40%时，球阀的相对开度与相对流量接近线性关系，调节性能良好。因此，建议全预混商用燃气灶具相对开度小于40%时关闭阀门，停止工作。另外，考虑到商用燃气灶具的烹饪习惯，建议将燃气阀门相对开度设置成3～4档，以利于实际操作，同时降低控制难度。
结语
家用燃气灶具燃气阀门耐热性能取决于其使用的高分子密封材料的耐热性能，该项性能直接影响燃气灶具的安全性和可靠性。CJ/T30-2013规定的耐热测试条件，为60℃或制造商声明的最高工作温度，取较高值，对于中国市场的燃气灶具用阀门的要求，实际上就是GB16410-2007规定的允许最高工作温度90℃。GB16410-2007规定阀门外壳的温升限值要求，是针对燃气灶具的热设计结构要求，不属于对阀门的要求。
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