斜风幕式节能油烟机

方 松，夏伟刚，康友伟

（武汉理工大学机电工程学院，湖北 武汉 430070）

斜风幕式节能油烟机

方 松，夏伟刚，康友伟

（武汉理工大学机电工程学院，湖北 武汉 430070）

针对传统油烟机抽烟率低、耗电量大、清洗困难等问题，设计出了一种新型的斜风幕式油烟机，通过斜式风幕、无叶风扇及变频技术解决以上问题，对斜风幕式油烟机的抽烟效率作了仿真分析，并对用电功率进行了计算比较，结果显示斜风幕式油烟机具有良好的功效。

油烟机；斜式风幕；无叶风扇；变频技术

由于我国传统烹饪方式易产生较大油烟，严重危害人体健康。油烟机已成为许多家庭和餐饮店等的必备电器，然而，目前市面上常见的油烟机普遍存在抽烟率低、耗电量大、噪声较高、清洗风扇叶片困难等问题。

针对以上问题，本项目设计了一种新型的斜风幕式油烟机，取消了传统的油烟机风扇结构，通过空气倍增的方式抽吸油烟，消除了使用者清洗扇叶的烦恼，并通过可调角度的倾斜风幕控制油烟扩散范围，防止人体与油烟直接接触[1]。同时，风幕具有促进抽吸油烟的效果，可减少油烟机的电能损耗。

1 装置简介

1.1 机械结构设计

该装置主要由送风模块、风幕模块和排烟模块组成。

1．1．1 送风模块

送风模块主要由离心风机和送风管道组成，分为上、下2个送风装置。通过对离心风机型号的分析比较，本项目选用机型号为cy100的离心风机来提供有效的风力。数据显示，该型号的离心风机功率为45 W，出风量最高可达2.7 m3/min。离心风机的出风量由智能控制系统来控制。送风管道设计成发散形的特殊形状，选用铝材料焊接而成，保证从离心风机中出来的风量能够均匀分布到出风口的每个部分。

1．1．2 风幕模块

风幕模块结构为中间长1 m、宽0.01 m，两边各长0.6 m、宽0.01 m的3块长形深槽区域，无棱角的管道口设计减少了风在管道中的损失。管道口有细小的铁丝网，阻止因杂物掉入出风口而影响出风效果。通过对用户在厨房的操作习惯的分析，我们设计了出口平面与水平面呈45°的斜角度。出风口产生的3块风幕构成了一个封闭的区域，将油烟控制在这个封闭区域当中[2]。由离心风机提供的风量可计算得出，风口能达到3.6～4.2 m/s的出风速度。而根据现有的资料研究，2.1 m/s的风速就能达到良好的风幕封锁效果，使得油烟进入排烟口时的速度为1.8～2.0 m/s。为此，我们设计了变频功能改变出风口速度，以减少不必要的能源浪费。

1．1．3 排烟模块

排烟模块由排气管道、狭小出风口组成。排气管道为直径30 cm的圆形管道，其作用在于将油烟排到室外。在圆形管道靠近管道入口的边上设有狭窄的出风口，出风口设计为特殊的曲型结构，保证风在离开出风口后沿着管道壁运动。由于出风口狭窄，在送风机风量不变的前提下，出风口的风速会加快。根据康达效应，出风口的曲型设计使得出风口出来的高速气流随着管道壁运动。

因为气体存在黏滞力，在流体层流动时，各层流动的速度不同，相邻两层之间存在摩擦力，所以当高速气流贴壁运动的时候，中间的气体会随着高速气流一起向管道内部运动，使得管道出风口附近形成一个空气负压，在空气负压作用下，油烟将被压入管道内沿着管道排出。

1.2 控制方案

控制系统以STC89C52单片机为核心，主要功能通过风速调节模块、人机交互模块实现。风速调节模块通过TGS2600油烟传感器实时监测油烟浓度，并将检测到的数据转换为电信号发送给单片机进行处理，通过直流电机转速的智能调节，进而调控油烟机及风幕机的风速大小；人机交互模块可实现工作模式切换、工作状态设置及相关参数显示的功能，以满足用户的个性化需求。

1．2．1 人机交互模块

人机交互模块由液晶显示屏和按键组成。键盘上的按键有电源和自动模式开关、手动模式下的风速调节开关。用户可通过按键控制油烟机的电源及调节其工作模式。本项目的初始模式为手动模式，用户可通过风速调节开关调节风速的大小。若用户选择自动模式，则风速可自动调节。液晶显示屏上显示油烟机工作状态设置及相关参数，引导用户操作[3]。

1．2．2 风速调节模块

风速调节模块分为手动调节和自动调节。手动调节通过按键完成，自动调节模块由TGS2600油烟传感器和信号处理电路组成。

当用户选择自动模式时，油烟检测模块通过TGS2600油烟传感器实时监测当前油烟的浓度，经过信号处理电路，将压电信号转换成量程信号，得到精确的油烟浓度值并传递给单片机进行相应的处理。风速调节模块收到单片机的处理信号之后，经过信号处理电路控制电机的转速，进而调控油烟机及风幕风速的大小。

本项目采用的驱动电机为无刷直流电机，因其无励磁绕组、无换向器、无滑环，结构比一般传统的交直流电动机简单，运行可靠，噪声小，效率比同规格的交流电机高10%～20%，相比有明显的能耗优势。

2 工作过程

工作过程如图1所示。下送风模块在控制系统的作用下向上输出适当的气流，通过风幕模块后形成能够封锁油烟的风幕，同时上送风模块在控制系统的作用下向排烟模块输出适当的气流，由于排烟模块的特殊结构设计，形成的高速气流使得管道出风口附近产生空气负压，促使被封锁的油烟被压入管道排出。

3 总结

本项目设计的斜风幕式节能油烟机通过结构改进和技术革新，在实现抽油烟功能的同时，规避了目前油烟机噪声大，易滴油与碰头及故障率高等缺点，有效利用风幕和智能化系统实现节能减排，且成本低于市场上的普通油烟机，可广泛应用于餐饮业及家庭厨房等地方，在市场上有广阔的发展与应用前景。

［1］李朝振.新型吹吸式抽油烟机风幕优化研究［D］.青岛：青岛理工大学，2005.

［2］刘耀斌.吸油烟机风幕气流组织的优化研究［J］.城市建设理论研究（电子版），2011（23）.

［3］黄军友，杨华明.一种抽油烟机的优化研究［J］.机电工程，2013，30（11）：1388-1392.

〔编辑：刘晓芳〕

TH122

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.065

2095-6835（2017）24-0065-02