1、1 家用灶具用金属蜂窝燃烧器开发计划书 ( 金属蜂窝聚能灶项目 ) 用在家用燃气灶具燃烧器上的金属蜂窝发热体 一、 市场现状 市场上现有用在燃气灶具燃烧器上的金属蜂窝发热体，大多以汽车三元催化器用金属蜂窝载体为基础借鉴而来的，但由于一味照抄照搬汽车用金属蜂窝载体，没有按燃气催化燃烧的自身使用原理对金属蜂窝发热载体进行定向结构设计与材料优化选择，载体加工工艺和工装标准不规范，使金属蜂窝发热载体在使用过程中出现载体使用寿命短、载体容易发生变形、氧化、催化涂层易脱落、催化剂使用寿命极短、产生回火现象等一系列问题。由于金属箔带材质本身湿润性差，对预混燃气没有稳流功能，一般情况下金属蜂窝燃烧器须设置有燃
2、气稳流器，才能保证燃气灶具燃烧器实现稳 定、高效燃烧，现有用在家用远红外线燃气灶具燃烧器上的金属蜂窝发热体，一般是在金属蜂窝发热体下表面焊接一层不锈钢网或在金属蜂窝发热体下表面加一层金属合金泡沫起隔热和平衡气流作用，这是为了克服金属材料热导率过高和材质本身不透气没有稳定气流功能所采取的防范措施，但由于金属材料具有热胀冷缩的特性和金属蜂窝发热体使用环境比较恶劣的情况，以上两种结构的金属蜂窝发热体在使用过程中存在很大技术隐患，现有市场上用在家用灶具燃烧器上的金属蜂窝发热体，只能使2 金属蜂窝燃烧器远红外线催化燃烧达到一种暂时的不稳定的平衡，市场上现有产品 可靠性的差距是最明显的问题，作为时间维度上
3、的质量，可靠性是最影响用户信心的，应该也是产品质量方面最难以解决的、最难啃的骨头。几年前华帝公司率先推出了以金属蜂窝为发热载体的家用远红外线金属蜂窝聚能灶，在新产品研发策略与措施方面实现了新产品率先推出的时间策略和产品差异化策略，应该说取得了很好的经济效益和社会效益，在燃气灶具行业起到了标杆作用，但是几年过去了华帝在如何保持技术和新产品的持续领先、克服市场上现有产品的技术隐患，不断赢得或扩展市场、最大限度地保持最终产品的持续竞争力方面做得不够好，虽然华帝至今还在家用 远红外线金属蜂窝聚能灶方面具有利润独享的优势，可是这几年华帝并没有新产品推出，对原有产品也没有进行升级改造，随着时间的推移原有产
4、品的设计缺陷也正在逐渐暴漏，返修率逐渐加大给企业的品牌形象造成极大隐患，这样就给快速跟随的企业留下了巨大的市场机遇，而企业拥有核心技术是实现快速跟随的前提保证，快速跟随的产品 创新模式对中国企业极具现实意义，由于华帝金属蜂窝聚能灶上市已有四 年多时间，产品的生产周期已由导入期进入成长期的初期，在产品的导入期，顾客对产品知之甚少，需求也不是很明确。进入成长期后，顾客的产品知识日益丰富，对质量、价格、交货等方面提出了更高的要求，这时选择快速跟随策略的企业就可以通过更准确地把握客户需求，抓住竞争对手产品的技术缺陷，推出更好的产品，在市场上实现后来居上。杰克 .韦尔奇曾说： “模仿也是一种创新。 ”但
5、是不能是简单地照抄照搬，而3 是在模仿的基础上，做得比别人更快、更好。快速跟随的产品创新模式强调的是一样的道理，跟随是为了站在别人的肩膀上研发更好的产品，而速度则成 为制胜的关键，即快速跟随者同样可以赢得市场，而且往往拥有更大的竞争优势，但遗憾的是几年过去了我们的同行并没有一家企业抓住市场机遇实现快速跟随，只有几家小企业进行低级模仿，把市场机遇白白浪费掉了，有人形容我们中国的企业说： “过去成功的经验，就是现在失败的根源。 ”总之过去的那一套已经行不通了，中国企业普遍缺乏核心竞争力、 “中国制造 ”的优势正在逐步减弱、自主创新能力不强、质量问题和事故频发、竞争加剧和成本攀升导致利润持续下滑 .
6、 毫无疑问，企业竞争的游戏规则正在改变 竞争的主战场开始从制造、营销转向产品研发，产 品制胜的年代已经到来。 二、 发展趋势 家用灶具金属蜂窝聚能灶作为一种新的燃烧方式 完全预混式远红外线催化燃烧，可实现近 100的燃料转化率，与部分预混式火焰燃烧相比较，完全预混式远红外线催化燃烧具有低燃烧温度和低污染物排放量等优点，并且到目前为止仅有催化燃烧能够实现近零污染物排放。催化燃烧反应是异相催化反应中的完全氧化反应（深度氧化），可使气体分子完全破坏，生成燃烧最终产物 CO和 H2O，同时放出热量，催化燃烧作为一种新型的燃烧方式，恰好能够解决火焰燃烧的诸多弊端。家用灶具金属蜂窝聚能灶作为完全预混式远红
7、外线催 化燃4 烧的高效低污染和环境友好的燃烧方式已逐渐被人们所认知和接受，燃气催化燃烧的另一特点是富氧贫燃料无焰燃烧，也就是说通常无法直接气相燃烧的低浓度燃气都可以通过催化燃烧来获得热能。我国是一个能源贫瘠的国家，石油和天然气都需要进口；另一方面在煤炭开采过程中，又有大量的低浓度瓦斯白白地排入大气，我国 1994 年和2000 年煤矿瓦斯排放量分别为 10.597Gm和 9.764Gm，居世界第一。而在垃圾填埋场，每年也有大量的沼气直接排入大气，瓦斯和沼气的主要成分是甲烷，所产生的温室效应是 CO的 21 倍，对臭氧层的破坏力 是 CO的 7 倍，瓦斯和沼气直接排入大气不但对环境造成极大的污
8、染，还浪费了宝贵的能源，如果能将煤矿和垃圾场的瓦斯和沼气收集起来利用，特别是低浓度的瓦斯和沼气利用催化燃烧技术加以利用，既有利于提高采煤和垃圾场的安全，又可以减少温室气体排放对环境的破坏和污染，还可以缓解能源供需矛盾，因此贫燃料催化燃烧的应用具有非常重要的社会意义和经济效益，是一件利国利民的好事，综上所述，家用金属蜂窝聚能灶远红外线催化燃烧方式的节能高效、低污染物排放，同时对家用燃气灶具行业的转型升级提供了一个崭新的方向，发展前景非常广阔。 三、 核心技术问题 要想设计一系列理想的灶具用金属蜂窝发热载体，首先要把燃气灶具用金属蜂窝燃烧器的基础理论研究透彻，设计几套性能优越、性价比合理、可实现批
9、量化生产的设计方案，然后通过理论指导实践，5 经过反复实验对设计方案进行验证，反过来通过具体实验对设计方案进行修改和补充，即燃气灶具燃烧器用金属蜂窝发热载体不但要根据燃气远红外线催化燃烧原理对金属蜂窝载体进行定向结构设计，还要按自身使用要求对金属材质进行优化选择，同时对金属材料的不足之处进行改性处理，并且要在各种复杂因素影响条件下实现 “复杂平衡 ”关系。本设计人这五六年暂时搁置了原有的产品技术研发，专门聚焦在家用远红外线金属蜂窝燃烧器这一领域进行产品创新，集中精力以更深入地了解客户需求，研发满足客户个性化需求的产品，明确了技术发展方向，通过长期反复试验已经掌握了金属蜂窝燃烧器的关键技术，形成
10、了自己的核心专利技术体系。具体的研发思路就是在掌握家用灶具远红外线催化燃烧原理的基础上，针对现有产品的不足之处，提出我们的技术解决方案。 首先我们找出现有产品都有哪些不足之处： 市场上现有用在家用金属蜂窝聚能灶上的金属蜂窝发热载体，基本上是照抄照搬汽车尾气净化器用 金属蜂窝载体，汽车尾气净化器用金属蜂窝载体的技术特点是具有低的压力降和高的导热率，然而催化燃烧用金属蜂窝发热载体要求具有一定的稳流功能，金属蜂窝发热载体的稳流功能不好，将导致金属蜂窝燃烧器对预混气体不能进行稳定、高效的催化燃烧，同时金属蜂窝发热载体热导率不能过高，热导率过高将使燃烧器无法正常工作，导致燃烧器发生回火现象。 6 由于市
11、场上现有用在家用金属蜂窝聚能灶上的金属蜂窝发热载体本身稳流功能差和载体本身导热率过高，于是现有产品大都在金属蜂窝发热体下表面碰焊或钎焊一层不锈钢网，还有的在金属蜂窝发热体下表面加一层 金属合金泡沫起隔热和燃气稳流器的作用，但由于金属材料具有热胀冷缩的特性和金属蜂窝发热体使用环境比较恶劣的情况，通过几年的实践证明以上两种结构的金属蜂窝发热体在使用过程中存在很大技术隐患，产品的稳定性极差，华帝公司是自己研发自己使用，华帝公司把产品的质量问题刻意掩盖起来，而其它公司简单地模仿华帝公司有技术隐患的产品，最后都走进了死胡同。 没有对金属蜂窝发热载体外表面进行增加湿润性（孔隙率）、防腐蚀、耐氧化、耐高温等
12、改性处理。 催化涂层极易脱落。 催化剂使用寿命极短。 金属箔带材质选择不合理。 金属蜂窝载体加工 工艺和工装不标准、不规范。 由于没有有效降低金属蜂窝发热载体的热导率，为了保证金属蜂窝聚能灶能正常工作，燃烧器不发生回火现象，燃烧器的额定热流量设计偏低。 现有家用金属蜂窝聚能灶燃烧器的可维修性不好，稳定性和可靠性极差，以华帝金属蜂窝聚能灶燃烧器为例，为了增加金属蜂窝聚能灶燃烧器的使用寿命，华帝金属蜂窝聚能灶的燃烧器7 是一次性设计，燃烧器采用置换式维修服务、主要原因就是金属蜂窝发热载体从根本上设计不合理，只能使金属蜂窝燃烧器达到一种暂时的不稳定的平衡，现有家用远红外形金属蜂窝燃烧器的使用寿命短、
13、可维修性差，导 致燃烧器的使用成本偏高。 通过以上的技术分析，同时找出现有产品的技术隐患，首先我们采取 “逆向设计 ”的方法，对现有产品进行第一代升级改造，同时申请升级产品的专利技术，避开现有产品的专利保护，现有产品最大的技术隐患就是金属蜂窝载体热导率过高和稳流功能差，必须在金属蜂窝发热载体下表面焊接一层燃气稳流网或设置 一层有一定厚度的金属合金泡沫，起到隔热和稳流功能，但由于金属材料具有热胀冷缩的特性和金属蜂窝发热体使用环境比较恶劣的情况，以上两种结构的金属蜂窝发热体在使用过程中存在很大技术隐患，具体表现形式就是金属蜂窝发热载体经过长期冷热交变的使用，一旦金属蜂窝发热载体下表面焊接的不锈钢网
14、片脱落或由于变形导致金属合金泡沫和金属蜂窝发热载体下表面之间出现缝隙，由于金属蜂窝发热载体下表面燃气进口断面温度过高，就会在燃烧器腹腔内或载体下表面和燃气稳流器缝隙之间发生气相燃烧，由于气相燃烧温度较高，很容易将催化剂烧结失活或将燃烧器 烧变形，为了避免回火现象发生，必须降低金属蜂窝燃烧器发热载体预混气体进口断面温度，为了达到此目的，必须有效降低金属蜂窝发热载体热导率，我们通过改变金属蜂窝载体的结构设计， 譬如 采用通道互联 等 结构设计可 有效降低 金属蜂窝发热载体的热导率，另外现有市场上用在燃气用具燃烧器上的金属蜂窝发热载体，8 都是模仿汽车三元催化器用金属蜂窝载体，载体内部为直线孔隙通道
15、，载体压力降过低，对预混燃气稳流功能差，燃气用具燃烧器无法实现稳定、高效燃烧，我们将现有金属蜂窝发热载体的直线孔隙通道改为曲线或弧形孔隙通道，此设计方案在增加了金属蜂 窝发热载体稳流功能的同时有效避免了金属蜂窝燃烧器容易发生回火现象的难题，此设计方案有效解决了市场上现有家用聚能灶具燃烧器用金属蜂窝发热载体的最大技术隐患。第二代升级产品采取 “正向设计 ”的设计方法，根据燃气远红外线催化燃烧的原理对金属蜂窝发热载体进行定向结构设计，通过自身结构的巧妙设计，对金属蜂窝发热载体的结构设计进行变革，使金属蜂窝发热载体自身具有很好的稳流功能，同时有效降低了金属蜂窝发热载体的热导率，最终效果就是不用在金属
16、蜂窝发热载体下表面设置不锈钢网片的情况下，金属蜂窝燃烧器即可进行稳定、高效的远红外线 催化燃烧。第三代升级产品的设计思路是以第二代产品的设计平台为依托，保留第二代升级产品的金属蜂窝发热载体结构设计方案，对金属蜂窝发热载体材质进行变革，具体指导思想就是以往人们在新材料选择过程中，往往采取 “试错法 ”，导致大量时间、资源、人力浪费，随着社会经济的发展和科学技术的进步，材料按需设计、实现使役性能的精准控制已成为先进材料发展的一个必然趋势和可能。而家用远红外线灶具催化燃烧用金属蜂窝发热载体选用金属陶瓷复合材料是一种理想的方案，它具备金属材料和陶瓷材料的共同优点，在具有金属材料很好韧性的同时又保持较好
17、 的湿润性（孔隙率）、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性能。具体实现方案是：以现有金属9 蜂窝载体为骨架，对金属蜂窝载体内外表面进行处理，在金属蜂窝载体内外表面涂覆纳米陶瓷涂层。以上三代升级产品中第一代和第二代升级产品已经比较成熟，第三代升级产品已经进行到产品最后测试阶段。本发明人在研发以上三代升级产品的同时也对现有金属蜂窝发热载体的换代产品进行了理论探索和前期试验，主要有以下几条方向： 不同于现时用卷曲波纹片的金属蜂窝载体制造过程，用金属粉末挤压法生产金属蜂窝载体，现已有这类样品的相关报道，譬如：上海重工采用金属粉末挤压 成型法生产金属蜂窝载体， Corning 公司已经能从铜粉末用挤压方法生产金属蜂
18、窝载体。 金属合金泡沫发热载体，广东万和燃气科技有限公司在民用灶具上的技术研发已有报道。 金属纤维发热体，金属纤维燃烧器在工业领域的应用已相当成熟，但在家用灶具上的应用还有待进一步研发。在此值得重点说明的是，蜂窝陶瓷 材料 自身的升级换代产品发展前景可能更加广阔，例如陶瓷基金属复合材料可在保持较好的耐高温性能的同时大幅改善陶瓷材料的韧性。还有一个重要方向就是蜂窝陶瓷材料纳米化，可显著提高蜂窝陶瓷的强度、韧性及外观完美度。 四、 技术解决方案 以下对几套设计方案进行简略说明： 由于技术保密原因，本设计人只针对几种金属蜂窝燃烧器设计方案的要点进行概述，产品的核心技术根据实际情况留待以后说明。 10
19、 设计方案 ： 1. 用在燃气灶具和燃气设备燃烧器上的具有通道相互连通结构 的金属蜂窝载体及其制作方法 核心问题：用金属材料制作的蜂窝发热体最大的缺点就是金属材料热导率过高容易引起回火现象发生和金属材料自身不透气特性对燃气没有稳流功能使燃烧器不能实现稳定燃烧。 具体解决方法是：用滚压或冲压设备在条形金属箔带上面沿着箔带长度 方向滚压或冲压出有一定规律的间断式细长条孔，然后用特制的压波机将金属箔带压制成波纹带，将金属 箔 板 波纹带 和金属 箔 板平板带叠合对接焊接或缠绕焊接成一体，制成以金属为载体的具有通道相互连通结构的金属蜂窝载体。采用上述设计方案后，可使金属蜂窝发热体热传导出现不连续现象，达到降低金属蜂窝载体热导率的目的，避免了由于金属蜂窝发热体热导率过高，使燃烧器容易发生回火现象的难题，同时金属蜂窝载体内部具有相互连通的通道，可对燃烧气体起平衡气流的功能，使燃烧气体在蜂窝通道内不仅产生轴向流动，也可实现径向流动，而且能 够使预混气体初 始混合不均匀得到部分补偿，使金属蜂窝燃烧器实现 高效燃烧，提高热效率、有害气体排放更低。 2. 用在燃气设备燃烧器上的具有同体异目功能的金属蜂窝发热体及其制作方法
