CN102563886B - 自适应燃气热水器及其系统和自动判断气种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强鼓型自适应燃气热水器系统及其自动判断气种的方法，其特征在于先用热值相对较低的燃气启动热水器，由主控制器接收传感器模块反馈的进水温度T1、出水温度T2和水流量m数据，并依公式Q=Cm(T2-T1)当前燃气实际产生的热负荷值QS，对计算结果与该燃气理论热负荷值QI进行比较、判断；确定当前燃气种类，然后切换到相应燃气的控制程序，调整燃气比例阀电流和风机转速，从而实现通过程序自动对气种进行识别，取代传统的拨码选择燃气种类的方式，用户不用关心使用的燃气种类，也不用手动设置燃气种类，使用方便。

Description

自适应燃气热水器及其系统和自动判断气种方法

技术领域

本发明涉及燃气热水器领域，更具体地说是涉及一种强鼓型自适应燃气热水器系统及其自动判断气种的方法，以及一种强鼓型自适应燃气热水器的结构。

背景技术

燃气热水器使用的燃气种类主要有天然气和液化气，天然气主要成分是甲烷，液化气一般是由丙烷、丙烯（统称碳3）、丁烷、丁烯（统称碳4）组成，天然气热值低于液化气。由于热值的差异，产生同样的热量，所需的气量天然气比液化气多。因此，对应同样的燃气比例阀开度（燃气比例阀电流值），即相同的气量，产生的热负荷天然气比液化气低，天然气和液化气对应燃气比例阀电流值与热值关系参见图1。

目前，燃气热水器按风机的设置方式分强排式和强鼓式，强排式就是上抽风式热水器，其风机一般在机器热水器顶部受温高，易出故障寿命短，且噪音大。强鼓式就是下鼓风式热水器，其风机一般设置在热水器底部，不但使供氧助燃排废更加充分和彻底，工作时产生的噪音要比强排式热水器小很多，而且强豉式的燃烧系统密闭，配有防倒风装置，使用更安全，更受人们欢迎。

在强鼓式燃气热水器中，燃气进入热水器的气量通过燃气比例阀控制，燃气比例阀开度由通过燃气比例阀电流控制，在燃气比例阀开度范围内，天然气和液化气对应的热负荷区间如图2所示。图中示出天然气和液化气的最小点火气量值时对应的最小燃气比例阀电流Imin和Imin’，即确保燃气能点燃的最小气量对应的燃气比例阀最小开度；以及最大燃气比例阀电流Imax和Imax’时，即燃气比例阀开度最大时，天然气和液化气在热水器中产生的最大热负荷。由图可知，I—Q特性曲线（燃气比例阀电流—负荷曲线）中天然气和液化气产生的热负荷重合区间，在液化气对应的最小燃气比例阀电流Imin’和天然气最大燃气比例阀电流Imax对应的热负荷构成的区间内。

由于天然气和液化气I—Q特性曲线的不同，现有的强鼓式自适应燃气热水器主要通过拨码的方式进行选择燃气的种类，从而进入相应气种的程序进行工作。但是，使用时，有的用户并不清楚自己使用的是哪种燃气，不知道该选择哪一种燃气，没经验的用户甚至会以为热水器出故障了；用户就是知道燃气种类，也要通过拨码开关手动选择，给用户使用燃气热水器带来不便。

发明内容

本发明的目的在于解决现有燃气热水器不能自动判断燃气种类的问题，针对性地提出一种由燃气热水器的控制器通过对负荷等参数的反馈处理自动识别气种，控制器通过自动识别气种之后，会自动切换到相应燃气的工作状态进行工作的自适应燃气热水器方案。为了使自适应燃气热水器在最短的时间内识别出气种，在点火时就开始进行识别，燃气比例阀控制电流I设定为点火电流，具体技术方案如下：

一种自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、在天然气和液化气的燃气比例阀电流—负荷重合区间选择合适的燃气比例阀点火电流I；

b、维持燃气比例阀点火电流I，主控制器接收传感器模块反馈的热水器的进水温度、出水温度和水流量数据，根据进水温度和出水温度之差确定水的温升，计算出当前实际负荷值QS；

c、主控制器将计算得到的实际负荷值QS与燃气比例阀点火电流I对应的天然气理论负荷值QI进行比较；

d、主控制器依前一步骤的比较结果，判断当前燃气是天然气还是液化气；

e、主控制器调用相应控制程序，调整燃气比例阀电流和风机转速。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤a中，风机转速和所选燃气比例阀点火电流I与天然气燃烧消耗的风量匹配。为确保热值较低的天然气能点燃，该气量值不应低于天然气的最小点火气量，同时配以相应天然气燃烧的风量，确保能启动燃烧热水器。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤b中，进水温度、出水温度由温度传感器反馈到主控制器；水流量由水流量传感器反馈到主控制器。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤d中，若QS>QI，则判断为液化气，否则为天然气。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤e中，控制程序中燃气燃烧所需的各项参数预设在主控制器中。

一种自适应燃气热水器系统，其特征在于，包括：

燃烧器，供燃气和空气在其内混合燃烧；

换热器，将燃烧器产生的高温烟气与热水器中的水进行换热；

直流风机，为燃烧器输送空气；

风压开关，控制热水器中的点火装置工作，由直流风机产生的风压控制其开关两种状态；

传感器模块，传感器模块，采集燃气比例阀点火电流为I时热水器中的进水温度、出水温度和水流量数据；

主控制器,接收传感器模块反馈的进水温度、出水温度和水流量数据，并分别计算燃气热水器中水的温升和当前实际负荷值，并将实际负荷值与燃气比例阀点火电流I对应的理论负荷值进行比较、判断，确定当前燃气种类，调用相应燃气的控制程序，调整燃气比例阀电流和风机转速；以及

燃气比例阀，控制燃气的气量。

一种自适应燃气热水器，包括壳体，壳体内设置有燃烧器、设置在燃烧器上方的换热器、设置在燃烧器下方的直流风机和燃气比例阀、风压开关、主控制器，直流风机和燃气比例阀与燃烧器相通，风压开关受直流风机产生的风压控制并与燃烧器中的点火装置电气连接，主控制器和直流风机和燃气比例阀电气连接；其特征在于：在壳体内的进水通道和出水通道中设置有测量温度和水流量的传感器模块，该传感器模块与主控制器电气连接。

作为上述自适应燃气热水器的进一步说明，所述传感器模块包括温度传感器和水流量传感器。

相对于现有的强自适应燃气热水器，本发明采用上述技术方案所能达到的有益效果是：

1、通过程序自动对气种进行识别，取代传统的拨码选择燃气种类的方式；

2、通过负荷等参数对气种的判断方式稳定，可靠；

3、预设燃气相关工作参数，识别气种后，自动切换到相应燃气的工作状态进行工作；

4、用户不用关心使用的燃气种类，也不用手动设置燃气种类，使用方便。

附图说明

图1为燃气热水器中，天然气和液化气对应的I－Q（燃气比例阀电流—负荷）特性曲线图；

图2为燃气热水器中，天然气和液化气启动气量(燃气比例阀最小开度)和最高气量(燃气比例阀开度最大)时对应的I－Q特性曲线图；

图3为强鼓式燃气热水器中燃气比例阀开度与风机转速（燃气与空气）匹配关系图；

图4为自适应燃气热水器燃气种类判断流程图；

图5为自适应燃气热水器系统结构示意图。

图6为自适应燃气热水器硬件结构示意，其中图中箭头为水流的进出方向。

附图标记说明：

12T：天然气20Y：液化气  60、直流风机  61、燃烧器  62、换热器63、主控制器  64、风压开关  65、燃气比例阀  66、温度传感器

具体实施方式

在自适应燃气热水器中对已选定的燃气比例阀、喷嘴以及热值固定的燃气，其I—Q特性曲线也固定，将它作为如图1～图2所示的理想I—Q特性曲线。图中示出了天然气和液化气在燃气热水器燃烧时对应的I－Q（燃气比例阀电流—负荷）特性曲线图，由图可知，当燃气比例阀电流I相同，即燃气比例阀开度相同时，液化气的热负荷高于天然气，基于此，可根据天然气和液化气产生的热负荷的差异性，在同一燃气比例阀电流对应的负荷值不同来判断当前燃气种类。

目前恒温热水器控制流程是根据进冷水温度、目标出热水温度和当前水流量计算出实际所需要的热负荷，其计算公式如下：

Q=Cm(T2-T1)

其中,Q为热负荷；C为水的比热容；m为当前水流量；T2为出热水温度；T1为进冷水温度；

然后，迅速将燃气比例阀电流粗调至理想曲线中该负荷对应的电流处，因此，我们可以选定某一种燃气A的理想I—Q曲线为标准参考值，工作时在某一燃气比例阀电流值I处，采集电流为I时的实际热水温升和水流量，可计算出当前实际热负荷QS，并将其与理想曲线中的I处对应的热负荷QI进行比较，若QS高于QI，则当前使用的是一种热值高于燃气A的燃气；反之为热值低于燃气A的燃气。例如，若选择参考的燃气A为天然气，若QS高于QI，则当前气体可判断为是液化气，否则，为天然气；若选择参考的燃气A为液化气，若QS会低于QI，当前气体可判断为天然气，否则，为液化气。

由于燃烧相同量的液化气和天然气，需要消耗的氧气量不同，因此液化气机型与天然气机型的燃气—空气配比不同，即相同负荷下的与液化气和天然气对风量的要求不同。燃气气量由燃气比例阀控制，风量由风机控制，风机转速越大，风量越大。天然气和液化气在燃气热水器燃烧时与其匹配的风机转速关系如图3所示，为确保燃气能点燃，对风机转速也有最低要求的限制，理论上，风量越大越好，为避免风量太大，吹熄火苗，对风机最大转速也有限制。由图可知，同样燃气比例阀电流，液化气的风机转速要求高于天然气；为防止天然气在点火时被吹熄，在判断出气体之前优先选取天然气控制程序，这样，若实际燃烧的是天然气，则热水器可继续正常工作，若燃烧的是液化气，出现短暂黄焰后程序可迅速判断出气体属于液化气，转而调用相应的液化气控制程序。

参见图4，一种自适应燃气热水器自动判断气种的方法，包括以下步骤：

S1：启动：启动燃气热水器；

S2：按选定气量和相匹配的天然气风量点火：在天然气和液化气的I—Q特性曲线重合区间选择合适的燃气比例阀点火电流I，风机转速和所选燃气比例阀点火电流I与天然气燃烧消耗的风量匹配；

S3：点火后正常工作维持该燃气比例阀电流值I：维持燃气比例阀点火电流I一段时间，对进入热水器里的水进行加热；

S4：采集温升数据，计算当前负荷QI：主控制器接收温度传感器反馈的热水器的进水温度、出水温度数据和水流量传感器反馈的水流量数据，根据进水温度和出水温度之差确定水的温升，计算出当前实际负荷值QS；

S5：QS>QI?：主控制器将计算得到的实际负荷值QS与燃气比例阀点火电流I对应的天然气理论负荷值QI进行比较；若QS>QI，则进入步骤S8，否则进入步骤S6；

S6：天然气：QS>QI不成立，则当前燃气为天然气；

S7：调用天然气预设的相应参数继续工作：调整燃气比例阀电流和风机转速，与天然气燃烧条件匹配；

S8：液化气：QS>QI成立，则当前燃气为液化气；

S9：调用液化气预设的相应参数继续工作：调整燃气比例阀电流和风机转速，与液化气燃烧条件匹配；

S10：结束：燃气热水器关闭，退出控制程序。

参见图5，一种自适应燃气热水器系统，其特征在于，包括：

燃烧器；

换热器，与燃烧器连接；

直流风机，与燃烧器连接；

风压开关，分别与燃烧器和直流风机连接；

传感器模块，与换热器连接；

主控制器，分别与直流风机和传感器模块连接；以及

燃气比例阀，分别与燃烧器和主控制器连接。

参见图6，一种自适应燃气热水器，包括壳体，壳体内设置有燃烧器61、设置在燃烧器61上方的换热器62、设置在燃烧器61下方的直流风机60和燃气比例阀、风压开关64、主控制器63，直流风机60和燃气比例阀与燃烧器61相通，风压开关64受直流风机60产生的风压控制并与燃烧器61中的点火装置电气连接，主控制器63和直流风机60和燃气比例阀电气连接；其特征在于：在壳体内的进水通道和出水通道中设置有温度传感器66和水流量传感器（图中未示出），该温度传感器66和水流量传感器与主控制器63电气连接。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

a、在天然气和液化气的燃气比例阀电流—负荷重合区间选择合适的燃气比例阀点火电流I； 

b、维持燃气比例阀点火电流I，主控制器接收传感器模块反馈的热水器的进水温度、出水温度和水流量数据，根据进水温度和出水温度之差确定水的温升，计算出当前实际负荷值QS； 

c、主控制器将计算得到的实际负荷值QS与燃气比例阀点火电流I对应的天然气理论负荷值QI进行比较； 

d、主控制器依前一步骤的比较结果，判断当前燃气是天然气还是液化气； 

e、主控制器调用相应控制程序，调整燃气比例阀电流和风机转速。 

2.如权利要求1所述的自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于：所述步骤a中，风机转速和所选燃气比例阀点火电流I与天然气燃烧消耗的风量匹配。 

3.如权利要求1所述的自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于：所述步骤b中，进水温度、出水温度由温度传感器反馈到主控制器；水流量由水流量传感器反馈到主控制器。 

4.如权利要求1所述的自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于：所述步骤d中，若QS>QI，则判断为液化气，否则为天然气。 

5.如权利要求1所述的自适应燃气热水器自动判断气种的方法，其特征在于：所述步骤e中，控制程序中燃气燃烧所需的各项参数预设在主控制器中。 

6.一种自适应燃气热水器系统，其特征在于，包括： 

燃烧器，供燃气和空气在其内混合燃烧； 

换热器，将燃烧器产生的高温烟气与热水器中的水进行换热； 

直流风机，为燃烧器输送空气； 

风压开关，控制热水器中的点火装置工作，由直流风机产生的风压控制其开关两种状态； 

传感器模块，采集燃气比例阀点火电流为I时热水器中的进水温度、出水温度和水流量数据； 

主控制器，接收传感器模块反馈的进水温度、出水温度和水流量数据，并分别计算燃气热水器中水的温升和当前实际负荷值，并将实际负荷值与燃气比例阀点火电流I对应的理论负荷值进行比较、判断，确定当前燃气种类，调用相应燃气的控制程序，调整燃气比例阀电流和风机转速；以及燃气比例阀，控制燃气的气量。 

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