CN102538174A - 一种低噪音燃气快速热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低噪声快速燃气热水器，属于燃气具技术领域。该热水器含有燃烧装置、换热器和风机；所述燃烧装置、换热器和风机以燃烧烟气依次通过换热器和风机后排出的位置安置；所述风机包括具有电机控制板的无级调速电机以及所述电机驱动的叶轮，所述电机控制板与所述燃烧装置产生的燃烧烟气之间设有至少一处隔热装置。本发明能够将上抽风结构和无极调速风机的优点相结合，有效解决机器运行过程中噪音大的问题。达到燃气快速热水器的恒温性能、废气指标、可靠性的要求。

Description

一种低噪音燃气快速热水器
技术领域
本发明涉及一种热水器，尤其是一种低噪音燃气快速热水器，属于燃气具技术领域。
背景技术
现有的燃气快速热水器（如图1所示）采用下鼓风的风机1’提供燃烧所需的空气，风机1’安装在燃烧室底部。燃烧装置3置于燃烧室中，风机1’的出风口与燃烧装置之间设有均风板6。燃气依次通过燃气比例阀5、燃烧装置3，在燃烧装置3顶部燃烧。风机1’提供的空气依次通过风机1’、均风板6、燃烧装置3，在燃烧装置3顶部助燃。均风板6通过其上分布的微小通孔使风机1’提供的空气经整个均风板6均匀送出。
研究表明，均风板6上的微小通孔对风机1’提供的空气产生较大的阻力，致使均风板6前后形成较大的压力差，风机1’出风口至均风板6之间形成较大的压力空间。在相同转速情况下，风机1’出风口压力P与风量Q的关系成反比（如图2所示）。在风机1’出风口压力相同的情况下，风机1’的风量Q与风机转速n关系成正比（如图3所示）。因此在均风板6造成风机1’出风口压力相对较大的情况下提供燃烧所需的空气量，就需提高风机1’的转速来克服风机1’出风口的阻力。理论和试验证明，风机1’运转的噪音是燃气快速热水器的噪音主要来源，且噪音值与转速的平方成正比。因此，下鼓风燃气热水器在运行过程中产生的噪音较大。
经检索发现，申请号为201020151828.4的中国实用新型专利公开了上抽风的燃气快速热水器，即燃烧装置上部设有换热器，风机置于换热器上方，通过抽风为燃烧装置提供燃烧所需的空气量。燃烧室内部始终为负压状态，燃烧装置附近的空气流场相对下鼓风的结构较均匀，因此无需经过均风板进行空气均匀性调整，从而避免了采用均风板导致的压力差形成的高压区域。由图2、图3可知，此时维持燃烧的空气量只需相对较低的风机转速便可以提供，因此抑制了机器运行过程中的噪音。
但是，上抽风的结构会使高温燃烧烟气（约150摄氏度）经过风机叶轮排出，对风机的耐热要求相对较高。采用上述专利的技术方案只能采用交流电机驱动的风机，因为此时无需电机控制板，而其余部件均为金属材质，可耐150度高温。
然而，燃气热水器工作时，除了噪音之外，还需要根据燃烧实际需要调控风机，合理输送空气量，从而在保证所需燃烧温度的同时，使燃气充分燃烧，以便燃烧可靠、废气排放达标。目前交流电机驱动的风机仅有有限的几档转速，实现风机转速的准确控制十分困难，因此限制了上述专利技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可以在保证可靠燃烧且排放达标的同时，有效降低噪音的低噪音燃气快速热水器。
实现可靠燃烧且排放达标可行的技术方案是采用直流无刷风机之类的无级调速直流电机，这样可以按需调控风机转速，从而精确提供燃烧所需的空气量，然而此类直流电机必然含有电机控制板，由于其中部分元器件耐温有限，因此直接应用于驱动噪音较低的上抽风风机，难免因燃烧烟气产生的高温而损坏。
为了达到以上目的，本发明的低噪音燃气快速热水器含有燃烧装置、换热器和风机；所述燃烧装置、换热器和风机以燃烧烟气依次通过换热器和风机后排出的位置安置；所述风机包括具有电机控制板的无级调速电机以及所述电机驱动的叶轮，所述电机控制板与所述燃烧装置产生的燃烧烟气之间设有至少一处隔热装置。
由于本发明低噪音燃气快速热水器特别设置了防止燃烧烟气经过风机叶轮产生高温损坏电机控制板的隔热装置，解决了具有电机控制板的无极调速风机不能耐高温的问题，使无级调速风机能够用于上抽风的燃气快速热水器，利用了上抽风的燃气快速热水器的优势，无需经过均风板进行空气均匀性调整，也避免了均风板前后较大的压力差形成的相对高压力区域，空气与燃烧烟气在系统内部所受阻力相对较小，且燃烧过程中，二次空气的混入以燃烧边界扩散为主，而与鼓风系统中二次空气以主动搅动火焰边界面参与燃烧不同，其在燃烧过程中由于自升风力的产生，其火焰还对空气的吸入具有引射牵引的作用，可以说火焰气流流动速度大于二次空气沿火焰边界的流动速度。离火焰边界远的二次空气气流的速度也会随距离的增加而减小。下鼓风的燃烧由于其燃烧室内压力保持和均匀化进风气流混入燃烧火焰的需要，二次空气的鼓入基本要保持一个水平的速度面，所以相同的截面积下，鼓风系统通过和空气量明显大于抽风系统的空气量。这也使在两个燃烧系统中，下鼓风以紊流燃烧为主，上抽风以过渡流燃烧为主的特点。如果抽风系统中燃烧负荷较小，这种二次空气供给方式产生的进入燃烧室内空气总量的差异会更大。使得维持系统小负荷燃烧的空气量明显变少，即相对于鼓风系统需要更小的风机转速便可以维持燃烧，从而降低风机的噪音，也降低了整机的噪音。
本发明进一步的完善是，所述燃烧装置的供气管路上设有燃气比例阀，所述燃气比例阀的信号输出端接主控制器，所述主控制器的控制信号输出端接所述电机控制板。
这样，主控制器在机器运行过程中接收燃气比例阀的电流信号，根据所接收的信号计算燃烧所需的空气量，并转化成风机转速的指令信号，风机的电机控制板根据主控制器的指令信号调整风机的转速，准确提供燃烧所需的空气量。通过无极调速风机根据燃气流量准确无级调节风机的转速，结合上抽风燃气快速热水器燃烧室内部压力损失较小的优势，相同燃烧状态下本发明低噪音燃气快速热水器的风机转速较下鼓风的燃气快速热水器大幅下降。另外，由于本发明低噪音燃气快速热水器能够根据比例阀供给的燃气流量相应地调节风机的转速，准确提供燃烧所需的空气量，使燃气与空气的混合比例始终处于最佳状态；对燃气快速热水器的恒温性能、废气指标、可靠性均有很大的改善，充分发挥出风机无级调速的优势。
本发明再进一步的完善是，所述燃烧装置包括至少两组可受控分别或同时燃烧的燃烧器。
在用户使用过程中，并非每次都是大流量的用水，比如厨房用水所需的水流量就比较小，燃气快速热水器只需要较小的负荷运行，通过部分燃烧器组或全部燃烧器组的工作、以及通过比例阀燃气流量的调节能够在更大的范围内灵活调节燃气快速热水器的工作负荷，更好地满足用户的不同用水需求。在部分燃烧器组工作的情况下，燃烧的燃气流量减小，燃烧所需的空气量也相应的减少，并且上抽风系统燃烧火焰引射二次空气的作用截面变得更小，本身通过的空气量比鼓风系统更小。再加上在这种情况下本发明低噪音燃气快速热水器根据燃烧所需的空气量准确降低无级调速风机的转速，进一步降低了燃气快速热水器运行的噪音。在燃烧器组以不同的组合方式燃烧的情况下，每种组合方式的燃烧负荷区域因燃烧器组数量不同而不尽相同，每种组合方式的燃烧负荷区域对应的噪音区域却大致相同，取不同组合方式低噪音区域对应的燃烧负荷区域构成燃气快速热水器连续的低噪音燃烧负荷区域，能够使燃气快速热水器在该低噪音燃烧负荷区域内运行的噪音始终保持在很低的噪音范围内，也使用户在厨房用水时不再因燃气快速热水器运行的噪音感到嘈杂，取得了意想不到的效果。
本发明的其它完善还有：
所述隔热装置置于所述叶轮和所述电机控制板之间，从而可以将经过叶轮的燃烧烟气产生的热量通过隔热装置与电机控制板隔离，以免损坏电机控制板。
所述隔热装置包括置于所述风机外壳上并与所述风机外壳之间设有隔热间隙的至少一个隔热板。
所述隔热装置与所述电机控制板之间设有散热风扇。
所述无级调速电机的定子与转子设于所述隔热装置与所述电机控制板之间。
所述燃烧装置的燃烧烟气沿流出所述换热器的方向进入所述风机的进风口。
总之，本发明能够将上抽风结构和无极调速风机的优点相结合，有效解决机器运行过程中噪音大的问题。达到燃气快速热水器的恒温性能、废气指标、可靠性的要求。
附图说明
    下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为现有下鼓风燃气快速热水器结构示意图。图中：1’-风机，2-换热器，3-燃烧装置，5-燃气比例阀，6-均风板。
图2为相同转速情况下，风机出风口压力与风量的关系曲线图。
图3为压力相同情况下，风机风量与风机转速关系曲线图。
图4为本发明实施例一的整机结构示意图。图中：1-风机，2-换热器，3-燃烧装置，4-主控制器，5-燃气比例阀，10-电机控制板，16-隔热板，18-叶轮。
图5为本发明实施例二的整机结构示意图。
图6为本发明实施例一的风机立体图。
图7为本发明实施例一的风机剖视图。
图8为本发明实施例一的风机爆炸图。图中：10-电机控制板，11-定子，12-转子，13-电机外壳，14-散热风扇，15-固定板，16-隔热板，17-风机外壳，18-叶轮，19-轴，20-进风口。
图9为本发明实施例一负荷与噪音关系曲线测试图。
具体实施方式
实施例一
如图4所示，本实施例的低噪音燃气快速热水器的燃烧装置3、换热器2和风机1构成上抽风的燃气快速热水器结构，燃烧装置3的燃烧烟气依次通过换热器2和风机1的叶轮18排出；风机具体结构如图6、图7及图8所示，由电机控制板10、定子11、转子12及电机外壳13构成直流无刷电机，轴19与转子12、散热风扇14及叶轮18固连，叶轮18外设有风机外壳17，隔热板16置于风机外壳17上，固定板15与隔热板16固连，电机外壳13固定在固定板15上；低噪音燃气快速热水器还包括主控制器4以及与信号输出端接主控制器4对应端口的燃气比例阀5，主控制器4的控制信号输出端接电机控制板10。
风机外壳17与隔热板16将经过叶轮的燃烧烟气与直流无刷电机隔离，与隔热板16之间具有隔热间隙的固定板15再次阻隔隔热板16上的热量辐射，再经散热风扇14散去固定板15上的热量辐射，进一步将直流无刷电机中的定子11及转子12置于靠近叶轮18的一侧，电机控制板10置于远离叶轮18的一侧，达到防止燃烧烟气产生的高温损坏直流无刷电机控制板10的目的。
在机器运行过程中，主控制器4接收燃气比例阀5的电流信号，根据所接收的信号计算燃烧所需的空气量，并转化成风机1转速的指令信号，风机1的电机控制板10根据主控制器4的指令信号调整风机1的转速，准确提供燃烧所需的空气量。
经实验对比，采用本实施例方案的低噪音燃气快速热水器在同等条件下比下鼓风的燃气快速热水器运行时的噪音降低10个分贝以上，在低负荷运行情况下，噪音降低的效果更好。
在对下鼓风的三段燃烧的燃气快速热水器和上抽风的四段燃烧的燃气快速热水器进行对比实验后得到图9所示的曲线，上面曲线为下鼓风的三段燃烧的燃气快速热水器的负荷噪音曲线，下面曲线为上部曲线为下鼓风的四段燃烧的燃气快速热水器的负荷噪音曲线。随着负荷的增加，上下曲线的噪音最终趋于最大且噪音差异约4个分贝；但在负荷较低的区域，如低于图9虚线所示负荷，下鼓风的四段燃烧的燃气快速热水器的噪音并非等差降低，而是噪音骤降，上下曲线的噪音差异达到8～12个分贝，噪音降低的效果非常明显，因此取得了意想不到的有益效果。
实施例二
如图5所示，实施例二与实施例一的方案大致相同，区别之处在于，燃烧装置3包括两段燃烧器，在用户用水量小的情况下，可控制燃烧装置3的一段燃烧器工作，降低燃气快速热水器的工作负荷，减小燃烧所需空气量，进一步降低了风机1的转速，降噪效果更加明显；与实施例一还有一处区别，实施例二的风机1的进风口20正对着换热器2的烟气流动方向，烟气沿出换热器2的方向直接进入风机，较实施例一中的烟气阻力降低，因而实施例二的风机1的转速在同等条件下较实施例一能够进一步降低，更好地达到降噪的效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种低噪音燃气快速热水器，含有燃烧装置、换热器和风机；所述燃烧装置、换热器和风机以燃烧烟气依次通过换热器和风机后排出的位置安置；其特征在于：所述风机包括具有电机控制板的无级调速电机以及所述电机驱动的叶轮，所述电机控制板与所述燃烧装置产生的燃烧烟气之间设有至少一处隔热装置。
2.根据权利要求1所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述燃烧装置的供气管路上设有燃气比例阀，所述燃气比例阀的信号输出端接主控制器，所述主控制器的控制信号输出端接所述电机控制板。
3. 根据权利要求2所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述燃烧装置包括至少两组可受控分别或同时燃烧的燃烧器。
4. 根据权利要求1、2或3所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述隔热装置置于所述叶轮和所述电机控制板之间。
5. 根据权利要求1、2或3所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述隔热装置包括置于所述风机外壳上并与所述风机外壳之间设有隔热间隙的至少一个隔热板。
6. 根据权利要求1、2或3所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述隔热装置与所述电机控制板之间设有散热风扇。
7. 根据权利要求1、2或3所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述无级调速电机的定子与转子设于所述隔热装置与所述电机控制板之间。
8. 根据权利要求1、2或3所述的低噪音燃气快速热水器，其特征在于：所述燃烧装置的燃烧烟气沿流出所述换热器的方向进入所述风机的进风口。
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