CN105091313A - 自给电型燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自给电型燃气热水器，自给电型燃气热水器由温差发电器从高温燃气中汲取热能转化为电能，以供给所需的电力；其工作方式是：集热器从燃气热水器的高温燃气中汲取热能提高温差发电器的热端温度，水冷器通过水流带走热量维持温差发电器的冷端温度，温差发电器在冷端、热端的温差驱动下产生电能，供给燃气热水器的强排风机、脉冲点火器、控制电路等工作的所需电能。本发明由于燃气热水器的电力自我供给，使强排热水器摆脱了市电的束缚，没有触电隐患，安装位置也更加灵活、安全；由于没有全天24小时待机下电力损耗，有益于环保节能减排。本发明可使非强排式燃气热水器在产品生命周期内不用更换一次性电池，方便了用户也避免了环境污染。

Description

自给电型燃气热水器

技术领域

本发明涉及一种自给电型燃气热水器，其特别针对燃气热水器的电力自我供给，不依赖于市电电力供电，不用更换一次性电池。

背景技术

强排式燃气热水器因为更安全及更节能的优势越来越普及。但因为强排燃气热水器的强排风机功率较大，当前所有强排式热水器都必须由市电供电，因此造成市电与燃气必须同时接入的尴尬境地；而市电的接入燃气热水器仅仅是为了排气通风。如此不仅带来了市电布线的浪费及安装施工上的麻烦，也带来了无数台燃气热水器24小时待机状态下的电源浪费，更带来了触电的安全隐患；

对于非强排式热水器，由于点火电路及控制电路的耗电，也必须时常更换一次性电池，不方便并带来了环境污染。

发明内容

本发明的主要目的在于使用温差发电技术(如Seebeck半导体温差发电、斯特林发电机)，将燃气热水器的部分热能转换为电能，以达到燃气热水器电力自我供给；

本发明的一个目的在于减少了强排燃气热水器的市电线路铺设成本，并消除了24小时的待机损耗，实现了绿色环保节能减排；

本发明的另一目的在于提高强排燃气热水器的安全系数：没有高压市电的接入，降低了触电风险；摆脱了市电的束缚，使强排燃气热水器的安装位置更加灵活、安全；

本发明的还有一个目的在于非强排式燃气热水器产品生命周期内不用更换电池，方便了用户也避免了环境污染。

针对以上需求，本发明由如下方案实现：

本方案包含以下功能单元（功能架构图见图1）：

a)热水器燃烧室（1）；

b)燃气燃烧器（2）；

c)冷水换热器（3）；

d)直流强排电风机（4），非强排燃气热水器没有本功能单元；

e)水冷器（5）；

f)温差发电器（6）；

g)集热器（7）；

h)电源管理模块（8）；

i)电池充放电管理电路（9）；

j)充电电池（10）；

k)热水供电管理电路（11）；

l)水压传感器（12）；

m)点火及燃气燃烧控制器（13）；

n)电子点火器（14）；

o)燃气电磁阀（15）；

p)风机开关（16），非强排燃气热水器没有本功能单元。

本发明工作原理是在通用燃气热水器的基础上，温差发电器热端通过集热器从燃烧室汲取热能，通过水流带走温差发电器冷端热能，使温差发电器的冷、热端达到足够的温差，从而将部分燃气热水器的热能直接转换为电能，以达到燃气热水器电力自我供给。

本发明工作过程是，

本发明所述的自给电型燃气热水器，可以是强排式燃气热水器（包含冷凝式强排热水器），也可以是非强排式热水器；

对于自给电型热水器（强排式），其工作过程是：

如功能架构图（图1），自给电型燃气热水器的水流通路是，冷水进水接入热水器后，先经过热水器的水压传感器（12），再流过水冷器（5）预热变为预热水，然后接入热水器燃烧室（1）的冷水换热器（3），从而加热变为用户所需要的热水从热水出水口流出；

如功能架构图（图1），在自给电型燃气热水器没有启动时，由电源管理模块（8）的充电电池（10）通过热水器供电管理电路（11）提供待机电力及启动电力；

如功能架构图（图1），自给电型燃气热水器待机状态下，若出水口被打开，水压传感器（12）监测到水压超过热水器开启阀值时，水压传感器（12）通知点火及燃气燃烧控制器（13）启动热水器；风机开关（16）打开，开启直流强排电风机（4）向热水器燃烧室（1）吸入空气，同时电控燃气阀（15）开启，燃气及空气通过燃气燃烧器（2）混合；点火及燃气燃烧控制器（13）控制电子点火器（14）通过高压点火线在燃气燃烧器（2）进行脉冲点火；燃气空气混合气体点燃后在热水器燃烧室（1）燃烧产生高温气体；集热器（7）在热水器燃烧室（1）里传导热能以提供温差发电器（6）的热端高温，水冷器（5）通过冷水水流不断带走温差发电器（6）的冷端热量，从而在温差发电器（6）的冷端及热端产生温差，温差发电器（6）在温差下产生电压电能，从而达到发电供给热水器电路工作的目的；同时温差发电器（6）产生的电能通过电源管理模块（8）的电池充电管理电路（9）为充电电池（10）充电以补充热水器启动及待机过程中的电能消耗；冷水经过水冷器（5）被温差发电器（6）预热，并经过冷水换热器（3）在热水器燃烧室（1）的冷水换热器（3）里进一步加热为用户使用所需的热水；经过冷水换热器（3）热交换后，高温燃烧气体变为低温废气，并被直流强排风机（4）强制排出；至此，自给电型强排燃气热水器完成热水功能并实现了电力自给的目的。

对于自给电型热水器（非强排式），相对于自给电型热水器（强排式）本发明的自供电方式工作原理未变，改变的是气体流动由风机“主动强排”改为“烟囱效应”被动抽排；

如功能架构图（图1），在工作过程中自给电型热水器（非强排式）相对于自给电型热水器（强排式）省却了直流强排电风机（4）这一功能模块及相关的驱动电路风机开关（16），结构更简单，耗电量更小，在此不再对自给电型热水器（非强排式）的工作过程再重复详述。

如功能架构图（图1），作为一种替代方案，将集热器（7）设置到高温燃气经过冷水换热器（3）后的燃气废气中汲取热能也是可实施的方案；按燃气热水器设计原理，为了使高温燃气不至于在燃烧室冷凝结露腐蚀冷水换热器（3），高温燃气经过冷水换热器（3）的燃气废气一般为设计为120~180摄氏度；从此燃气废气中汲取热能需使用不锈钢、陶瓷等抗腐蚀型集热器，并需要增加集热器（7）的面积以增加从燃气废气中汲取的热能的效率；虽然从燃气废气中汲取热能需增加部分成本，但是提高了燃气利用率，对于节能环保来说是极为有益的。

本发明的有益效果是，使用温差发电器，将部分燃气热水器的热能直接转换为电能，以达到为强排风机及燃气热水器控制等电路供给电能的目的；对强排燃气热水器的电能自给，摆脱了市电的束缚，使强排燃气热水器的安装位置更加安全、自由。对于非强排式燃气热水器电能自给，可在产品生命周期内不用更换电池，方便了用户也避免了环境污染；

额外的，对于强排式燃气热水器减少了市电线路铺设成本，并消除了24小时的待机损耗，达到绿色环保减排的目的；

再次的，温差发电的余热被冷水完全吸收，所有热能均被利用，相对于其它燃气热水器没有任何能源浪费。

附图说明

图1是本发明的功能架构框图

具体实施方式

以下根据图例说明本发明拟的实施例：

如功能架构图（图1）所示，给出一种可实施的具体实现方法，但不仅限于以下方法；

在图1中，若无特别说明，各零部件均使用市场常用或通用的强排燃气热水器的零部件；

在图1中，热水器燃烧室（1）及其内部包含的燃气燃烧器（2）、冷水换热器（3）使用市场上通用的燃气热水器方案，没有特殊要求，铜质、铝质均可；热水器燃烧室（1）侧壁需开孔以植入集热器（7）；

在图1中，直流强排风机（4）使用市场上通用的笼式鼓风机及风道；

在图1中，直流强排风机（4）使用直流电机以替代市场上通用热水器强排风机的交流电机；直流强排风机（4）使用的直流电机参数要求是：12V直流无刷电机、额定输入功率15W，额定输出功率大于8W、额定转速3000RPM；用以提供行业通用风压开关要求的大于39Pa的风压标准；

在图1中，水冷器（5）使用电脑及芯片水冷散热常用的水冷头；

在图1中，温差发电器（6）使用耐温300度的赛贝克效应（Seebeck）半导体发电片，比如TEG1-241-1.4-1.2，其温差在270度的时候效率可达3%~5%，面积大小25cm2（5×5）输出电能功率可达17.7W，单片即足以满足强排热水器的直流强排电风机（4）的15W电能输入、8W机械功率输出的需求（市面上通用的强排风机绝大部分为8W输出功率）；

在图1中，集热器（7）为长宽厚20cm×6cm×3mm的铜板，集热器（7）安装于热水器燃烧室（1）侧壁，集热器（7）一端长13cm插入热水器燃烧室（1）内以汲取热能；集热器（7）另一端在燃烧室外，温差发电器（6）的热端贴压安装于集热器（7）的燃烧室外端；水冷器（5）贴压安装于温差发电器（6）的冷端；

在图1中，电源管理模块（8）的电池充电管理电路（9）使用CN3717铅酸蓄电池专用充电芯片电路，以为充电电池（10）进行充电管理及维护；

在图1中，电源管理模块（8）的充电电池（10）使用6V2Ah的铅酸电池；

在图1中，电源管理模块（8）的热水器供电管理电路（11）使用DC/DC升压电路，将充电电池（10）的6V电压升压至12V以供给直流强排风机（4）所需的12V电源；热水器供电管理电路（11）使用LDO稳压电路将充电电池（10）的6V电压稳压到5V，以供给点火及燃烧控制器（13）所需要的5V电源；

在图1中，水压传感器（12）使用热水器通用的干簧管（或霍尔器件）作为传感器，以检测水流水压是否达到热水器启动要求；

在图1中，点火及燃烧控制器（13）的燃气电磁阀(15)使用通用的燃气电磁阀；电子点火器（14）及风机开关（16）使用220V交流电供电的“通用强排热水器控制器”改制而成，比如使用“万能强排电源盒控制器”或“万能强排点火器”等改制，它们都已经含有子点火器（14）及风机开关（16）电路，也包含燃气电磁阀(15)的控制电路；“通用强排热水器控制器”需要改进供电部分电路：去掉220V降压为5V工作电压的AC/DC电路，直接改为由热水器供电管理电路（11）提供5V工作电压；改进“通用强排热水器控制器”风机开关电路：将原“通用强排热水器控制器”控制220V交流电通断的继电器风机开关，改为控制12V直流通断的风机开关（16），从而达到控制12V直流强排风机（4）的目的。

Claims (7)

1.一种自给电型燃气热水器，其特征在于：燃气热水器由温差发电器转换高温燃气的热能为电能，以为燃气热水器供电。

2.根据权利要求1所述的自给电型燃气热水器，其特征是：集热器从燃气热水器高温燃气中汲取热能提高温差发电器的热端温度，水冷器通过水流带走热量维持温差发电器的冷端温度，温差发电器在其冷端、热端的温差驱动下产生电能，供给燃气热水器工作的所需电能。

3.根据权利要求2所述的自给电型燃气热水器，其特征是：集热器的作用是从燃气热水器的高温燃气中汲取热能；集热器为热的良导体，可以为独立部件，亦可为温差发电器热端的一部分。

4.根据权利要求2所述的自给电型燃气热水器，其特征是：温差发电器在其冷端、热端的温差驱动下产生电能，温差发电器可为塞贝克（seebeck）效应发电器，也可为外热机发电机（如斯特林发电机）。

5.根据权利要求2或3所述的自给电型燃气热水器，其特征是：集热器从燃气热水器高温燃气中汲取热能，高温燃气可以是燃气燃烧室的高温燃气，也可以是经过冷水热交换器后的120~180摄氏度的燃气废气。

6.根据权利要求1所述的自给电型燃气热水器，其特征是：温差发电器连接电源管理模块，由电源管理模块为热水器电路的待机、启动及工作供电。

7.根据权利要求5所述的自给电型燃气热水器，其特征是：电源管理模块包含充电电池，用以为热水器电路的待机、启动过程提供电能。