電焰灶到底是高科技,還是宣傳噱頭?跟航天上的電推進有關

最近有一個網友要求我講講電焰灶。因為事情太多,一直沒有來得及寫,拖到現在,表示抱歉。電焰灶到底是高科技的結晶還是宣傳噱頭呢?聽完我的講解請你自行判斷。

一、什麼是電焰灶

電焰灶是一種不使用化學燃料的明火灶具,也可以說是讓空氣着火的裝置。不仔細看,電焰灶就是我們家庭常用的燃氣灶,都是利用火焰加熱食物。區別是,燃氣灶,需要燒天然氣或者液化氣,沒有這些氣體,燃氣灶是不能工作的。同時,燃氣灶使用的燃氣是危險品,發生泄漏後很容易引發爆炸,一旦爆炸危害還是很大的。大家應該都聽說過燃氣爆炸的事情吧。

而電焰灶不需要燃料,只要有電就有源源不斷的火焰噴出,而且不用擔心會爆炸。電焰灶的主要原理就是利用高壓電擊穿空氣,一部分空氣分子變成等離子體,這些等離子體噴出來就是火焰。

所謂的電焰灶,就是產生和噴射空氣等離子體的一種裝置。必須強調,空氣雖然也可以着火,但空氣並不是燃料,因為空氣等離子體冷卻以後還是空氣,並不會變成其他物質。我們生活在地球上,完全不用擔心空氣不夠用,而且空氣是不收費的。如果搬到月球上,電焰灶離開了空氣,就不能產生火焰了,也就不能用了。

關於等離子體,這裡就不過多介紹了,空氣中的分子失去電子變成陽離子,陽離子和電子的混合物就是等離子體,等離子體是可以發光的,我們日常中見到的火焰、閃電都是等離子體。再補充強調一下,我們看到的燃氣灶火焰其實也是等離子體發光的效果。通過高壓電擊穿氣體產生的等離子體也叫電弧等離子體。如果氣體是空氣,那就是電弧空氣等離子體。說人話就是,用電製造出來的火,也可以叫電火焰,簡稱電焰,你經常能看到的兩根導線短路產生的電火花,其實就是電焰。有沒有從事人體表皮污垢學工作就是搓澡工的感覺呀?

其實不僅電焰灶的原理說起來很簡單,就連實際的裝置也並不複雜。電焰灶,說白了就是兩塊金屬接出去兩根導線,一根導線接火線,一根導線接零線或者接地線就可以了。兩塊金屬就是兩個電極,這兩個電極距離越遠產生火焰需要的電壓越高,距離越近,產生火焰需要的電壓越低。電焰灶兩個電極的距離特別近,所以雖然需要高壓電,但電壓也不需要太高。

其實嚴格來說,只有電極和空氣是不能產生持續的火焰的。那個朋友發給我一段小視頻,電焰灶產生了衝勁十足的火焰,就像噴火槍一樣,還有很大的噪聲,我的第一感覺就是這不科學。其實,仔細想想,要想實現這一點,也不是特別困難,只需要做到兩點就可以了,第一點電壓足夠高,能產生足夠多的等離子體,第二點要有一個氣泵能夠提供足夠快的氣流。所以,電焰灶本質上說,就是兩個電極,外加一個氣泵。多孔的電焰灶,可以用多組電極。這樣的結構,似乎並不比燃氣灶複雜多少,但是價格可比燃氣灶高多了,大家可以自己去比較一下。


二、電焰灶為啥那麼貴之所以電焰灶要比燃氣灶貴很多,是因為電焰灶有很多固有的缺點需要克服,解決這些缺點是需要付出代價的,生產成本就比較高。

首先,電焰灶使用高壓電,必須做好安全防護。高壓電如果不做好防護,很容易讓使用者觸電,尤其是在做飯的過程中,萬一把水撒到灶上,就會引發短路或觸電。如果這一點不能做好防護,電焰灶本身就是一個定時炸彈。同時,電焰灶的火焰溫度很高,容易傷到人,需要在拿開鍋具的時候能迅速斷電。

其次,電焰灶產生高溫等離子體,會對電極產生嚴重的燒蝕,如果不保護好電極,就算電極是用熔點最高的金屬鎢來製造,也一樣很快就會被燒壞,就像最早的白熾燈,雖然用上了鎢絲,一樣不能長時間使用,直到燈內抽成了真空。電焰灶是不可能抽成真空的,抽成真空就不能噴火了。而且電焰灶必須面對比白熾燈更嚴酷的環境,因為空氣中含有大量的氧氣,氧氣變成的高溫等離子體,腐蝕性遠遠高於空氣本身。工業上往往使用氮氣或者稀有氣體來代替空氣延長電極壽命。電焰灶顯然也不能使用氮氣或者稀有氣體,老百姓根本用不起。就剩下兩種辦法了,那就是降低火焰溫度和用特殊結構或材料保護電極。不太清楚市面上的電焰灶使用什麼方法保護電極,但可以明確的是,為了保護電極是需要付出成本的。

再次,電焰灶雖然只燒空氣,好像不會污染環境。但是等離子化的空氣,化學反應活性變強,常溫下不會發生的反應,等離子狀態下會變容易,比如氧氣變臭氧,氧氣和氮氣反應生成氮氧化物,這些都是污染環境的。市面上的電焰灶聲稱已經解決了這個問題,要想解決這樣的問題,要麼使用催化劑,要麼稀釋等離子體。所謂的稀釋等離子體,就是增加空氣流量,讓正常空氣稀釋等離子態的空氣,降低反應活性,從而減少污染物的產生。這就對燃氣灶的氣泵和燃燒孔提出了特殊的要求。

最後,電焰灶產生的火焰是腐蝕性很強的火焰,因為空氣中有大量的氧氣。燃氣灶雖然也有火焰,但氧氣並不多,因為燃氣和氧氣反應已經變成了水蒸氣和二氧化碳,所以燃氣灶的火焰腐蝕性不強。電焰灶的火焰含有很多氧氣等離子體,腐蝕性就會比較強,尤其對金屬鍋有比較強的腐蝕性。市面上的電焰灶聲稱已經不挑鍋具了,那估計也採用了恰當的措施。

三、航天科技也用電火焰技術

說了這麼多電焰灶貌似也不算什麼高科技,但是這種電火焰技術本身卻着實算是高科技。因為航天領域目前最有前途的發動機技術就是電推進發動機。電推進發動機,比沖極高,可以達到主流火箭的10-20倍。意味着使用電推進發動機的衛星或者飛船,將會非常節省燃料,使用壽命大大延長。

電推進發動機跟電焰灶不一樣的是,它往往在真空環境工作,沒有空氣。它需要自己攜帶推進劑,他攜帶的推進劑也不是空氣,要知道空氣的腐蝕性太強了。電推進發動機往往使用稀有氣體氙氣或者氪氣,比如中國空間站使用的就是氙氣。如果氙氣用完了,電推進發動機就算電力充足,也不能產生火焰了,自然也就不能產生推力了。這跟很多網友以為的,電推進發動機只需要有電就能飛的印象是不一樣的。

從電推進發動機的角度來說,這項技術絕對算得上是高科技了,畢竟全世界掌握這項技術的國家都不多,而且目前為止還有很大的性能瓶頸。全世界推力最大的電推進發動機,也不過15牛頓的推力,換算成重量只有1.5公斤左右,絕大多數都是不到1牛頓的水平,也就是還不到二兩的推力。跟常用火箭發動機動輒上百噸,少則幾噸的推力水平比起來,確實小得可憐。如果電推進技術能達到幾噸的水平,將來不僅可以在真空環境使用,甚至可以直接用來推動大氣層飛行的小型飛機,因為在大氣層內飛行可以直接用空氣做推進劑。不過要想實現配套的電力,估計只能使用核反應堆才行了。

雖然電焰灶並不能直接改造成電推進發動機,但用到民用領域,也算是技術水平不低的產品了。目前成本太高,主要原因還是產量太低,像電磁爐,因為普及度足夠高,現在已經降到一二百元的水平了。如果電焰灶能達到電磁爐的普及度的話,價格應該就跟燃氣灶差不多了,相對於燒燃氣來說,經濟性更好。但是目前,價格還是偏高的,技術成熟度如何,也需要時間來驗證。我比較關心的是,電焰灶需要多長時間換一次電極,電極貴不貴?

就說這麼多吧,大家覺得這個電焰灶到底是噱頭還是高科技產品呢?我是東城觀星,只是從原理上簡單地說了一下這類產品,並沒有實際購買,希望對大家有用。也希望購買了相關產品的朋友介紹一下您的使用體驗。