CN105115163A - 节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，包括通过使用MCU主控器控制大气压强与环境温度传感器检测外部环境的大气压强、环境温度信息，以及根据尾气中氧含量信息和燃气泄漏信息控制燃气比例阀步进电机调整燃气的进气量，从而调整火力大小。实现了热水器能够自动控制进水量，以及水温控制，以及更加充分燃烧燃气，增加了热水器的热水效率，降低了能耗。

Description

节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统

技术领域

本发明属于热水器技术领域，具体涉及节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统。

背景技术

现有热水器都是大气式燃烧加热方式。整机启动后，风机一直全功率运行，燃烧器为火排式燃烧，燃气阀打开后小幅度比例控制，出水温度主要通过人工旋钮或按钮下列3种方式或这3种方式的结合实现：1、通过夏、冬季节标识提示客户控制燃烧器火排的着火排数控制火焰强度来控制出水温度。2、通过水流量大小控制出水温度。3、人工调节燃气进给量来调节火力强度。但是，在实际使用过程中，当热水器开火后，有时候会有蓝火、黄火、红火的区别，其火力强度也有所不同，这与燃气是否与氧气充分燃烧有关或氧气含义有关，以上的控制都是通过人工旋钮的方式实现，人工调节的水温，人们往往只注重水的温度，忽略或不知道燃气与空气配比而达到燃气的充分燃烧，导致大量热能浪费和一氧化碳及氮氧化物等有害物超标准排放。

发明内容

本发明提供了节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，实现了自动调节燃气的供给量，以及自动控制水温的目的。

本发明的技术方案是，节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，包括MCU主控器，MCU主控器与AD-DC电源转换器、氧含量检测传感器、水流传感器与水流开关、大气压强与环境温度传感器、点火器、风机、燃气比例阀步进电机分别连接；其中AD-DC电源转换器还与交流电输入电源、氧含量检测传感器、水流传感器与水流开关、大气压强与环境温度传感器、燃气比例阀步进电机分别连接；其中交流电输入电源还与工作电源稳压器连接；其中工作电源稳压器与点火器和风机连接。

本发明的特点还在于：

其中水流传感器与水流开关包括与MCU主控器连接的并联的电阻R24及电容C25，电容C25的另一端为负极，电阻R24还并联有电阻R23、电容C17及水流传感器S2，电容C17的另一端连接电源的负极，电阻R23还连接输入电流的正极，水流传感器S2的输入电压为5V。

其中氧含量检测传感器包括与MCU主控器连接的并联的电阻R28及运算放大器，运算放大器的正极连接有氧传感器，所述的电阻R28的另一端并联连接电阻R19及连接运算放大器的负极，运算放大器连接有电源的正极，输入电压为5V，所述的氧传感器输入的电压为12V。

其中点火器与电磁控制开关TK3连接，电磁控制开关TK3与MCU主控器之间连接有继电器驱动U12，点火器还与交流电的输入端连接；所述风机与电磁控制开关TK4连接，电磁控制开关TK4与MCU主控器之间连接有继电器驱动U12，风机还与交流电的输入端连接。

其中燃气比例阀步进电机包括步进电机M，步进电机M连接有三极管Q3的发射极，三极管Q3的基极与MCU主控器连接，三极管Q3的集电极连接有电磁控制开关TK1，电磁控制开关TK1连接直流电的正极，输入电压为24V；所述MCU主控器还连接继电器RL1，继电器RL1与电磁控制开关TK1形成对应控制开关，且继电器RL1连接有输入直流电的正极，输入电压为24V。

其中MCU主控器还与燃气泄漏传感器、室内温度监控器、显示器、语音模块、燃气比例阀安全保护器、空气比例阀步进电机、补水阀、水泵、三通阀、火焰检测器、数据存储器、实时时钟管理器、水压传感器与水压开关、空气流量监测传感器、水温温度传感器连接。

本发明的有益效果是，使用MCU主控器作为控制芯片，且MCU主控器根据大气压强与环境温度传感器采集的大气压强和环境温度信息，并且通过控制水流传感器检测是否有水通过与水流控制开关控制进水和关水；通过采集燃气泄漏传感器的燃气泄漏信息和氧含量检测传感器的尾气氧含量信息，通过控制燃气比例阀步进电机控制燃气的进入量，使燃气充分燃烧；MCU主控器根据相关信息可以通过语音模块进行语音提示；MCU主控器通过显示器可以显示当前水温，室内温度等信息；MCU主控器通过控制室内温度监控器获取室内温度信息；MCU主控器通过控制水温温度传感器获取水温信息；MCU主控器采集火焰检测器的信息，判断燃气是否充分燃烧；MCU主控器控制空气比例阀步进电机，可以控制空气的进入量，促进燃气的充分燃烧，提高燃气的利用率；MCU主控器通过空气流量传感器获取空气的进入量信息；MCU主控器通过控制补水阀、水泵、三通阀进一步控制进水和停止进水的工作。

附图说明

图1是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统的结构示意图；

图2是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统的电路连接图；

图3是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统的另一种结构示意图；

图4是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中氧含量检测传感器的电路连接图；

图5是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中AD-DC电源转换器的电路连接图；

图6是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中补水阀、点火器、风机、水泵和三通阀的连接示意图；

图7是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中火焰检测器的电路连接图；

图8是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中空气比例阀步进电机的电路连接图；

图9是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中空气流量传感器的电路连接图；

图10是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中燃气比例阀步进电机的电路连接图；

图11是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中燃气泄漏传感器的电路连接图；

图12是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中实时时钟管理器的电路连接图；

图13是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中室内温度监控器的电路连接图；

图14是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中水流与水流控制开关的电路连接图；

图15是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中水压传感器与水压开关的电路连接图；

图16是本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统中水温温度传感器的电路连接图。

图中，1.MCU主控器，2.AD-DC电源转换器，3.输入电源，4.燃气比例阀步进电机，5.点火器，6.工作电源稳压器，7.风机，8.大气压强与环境温度传感器，9.水流传感器与水流控制开关，10.氧含量检测传感器，11.燃气泄漏传感器，12.室内温度监控器，13.显示器，14.语音模块，15.燃气比例阀安全保护器，16.空气比例阀步进电机，17.补水阀，18.水泵，19.三通阀，20.火焰检测器，21.数据存储器，22.实时时钟管理器，23.水压传感器与水压开关，24.空气流量传感器，25.水温温度传感器；

R为电阻；C为电容，U为继电器驱动；TK为继电器开关；T为可变电阻；S为传感器；Q为三极管；M为步进电机；RL为电磁圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，如图1所示，包括MCU主控器1，MCU主控器1与AD-DC电源转换器2、氧含量检测传感器10、水流传感器与水流开关9、大气压强与环境温度传感器8、点火器5、风机7、燃气比例阀步进电机4分别连接；其中AD-DC电源转换器2还与输入电源3、氧含量检测传感器10、水流传感器与水流开关9、大气压强与环境温度传感器8、燃气比例阀步进电机4分别连接；其中输入电源3还与工作电源稳压器6连接；其中工作电源稳压器6与点火器5和风机7连接；输入电源3和工作电源稳压器6为常用的交流输入电源。

工作时，MCU主控器通过水流传感器检测水流的通过，当有水流的通过后MCU主控器1控制点火器5点火，使燃烧换热器燃烧，同时MCU主控器1控制大气压强与环境温度传感器8检测外部环境的大气压强值及当时的环境温度，根据大气压强与环境温度传感器8的反馈压强值及温度值再由MCU主控器1控制风机7的启动功率，通过风机7的启动功率定为工作功率，根据风机工作功率确定进风量而确定氧气含量，MCU主控器1控制燃气比例阀步进电机4打开阀门，使燃气与进风中的氧气达到最佳的可燃烧配比，使点火器5在点火时能够快速点燃，火正常燃烧后，MCU主控器1控制氧含量检测传感器10检测燃烧后的含氧量，根据氧含量检测传感器10反馈的含氧值高低，由MCU主控器1控制燃气比例阀步进电机4打开比例，以达到空气与燃气的最佳比例混合，使混合后的燃气在燃烧换热器中充分燃烧；例如：当燃气比例阀步进电机4设定初次打开的比例30％；风机7的工作功率为50瓦-100瓦，对应的风机转速为1500转/分钟-8000转/分钟；风机7的工作功率随着大气压强值减少而提高变频风机工作功率，加快风机7的转速，增加供氧能力；大气压强传感器的检测范围为：100Kpa-30Kpa，对应的海拔高度为0米-9000米，环境温度传感器的检测范围为：-50℃至80℃，工作时，MCU主控器1控制点火器5点火，使燃烧换热器燃烧，同时MCU主控器1也控制大气压强与环境温度传感器8检测外部环境的大气压强值及温度值，当检测的大气压强值为90Kpa时，温度是30度，推定海拔高度约1000米，根据大气压强与环境温度传感器8的反馈压强值，由MCU主控器1控制风机7启动55瓦的功率，根据风机7启动的55瓦功率，风机7的转速推定为2000转/分钟，这才能使进风量中的含氧量与燃气比例阀步进电机4打开30％的进燃气量混合后达到启动点着火的最低要求并燃烧，使燃气、氧气达到最佳配比的点火要求，燃烧后，风机7工作功率不变，MCU主控器1通过氧含量检测传感器10检测到排烟中的氧含量高于所预设值，此时，由MCU主控器1芯片计算误差，根据预先设定的数据计算所得，燃气比例阀步进电机4应打开为33％才能充分燃烧，此时，由MCU主控器1控制燃气比例阀步进电机4增加打开的比例，达到打开为33％，以达到燃气与空气混合的充分燃烧；当检测的大气压强值为70Kpa时，温度为20度，推定海拔高度约3000米，根据大气压强与环境温度传感器8的反馈压强值，由MCU主控器1控制风机7启动65瓦的功率，根据风机7启动的65瓦功率，风机7的转速推定为3000转/分钟，这才能使进风量中的含氧量与燃气比例阀步进电机4打开30％的进燃气量混合后达到启动点着火的最低要求并燃烧，使燃气、氧气达到最佳配比的点火要求，燃烧后，风机7工作功率不变，MCU主控器1通过氧含量检测传感器10检测到排烟中的氧含量高于所预设值，此时，由MCU主控器1芯片计算误差，根据预先设定的数据计算所得，燃气比例阀步进电机4应打开为35％才能充分燃烧，此时，由MCU主控器1控制燃气比例阀步进电机4增加打开的比例，达到打开为35％，以达到燃气与空气混合的充分燃烧，氧含量检测传感器10主要是二次微调；燃气比例阀步进电机4初次打开的比例不变，但随着海拔的升高，空气中氧气含量逐步减少，通过提高风机7的工作功率来增加转速，使进风量变大以达到补充氧气的供给量，使固定的供给燃气量与因不同海拔高度而调整风机7工作功率来调节转速，以保证最低氧气供给量，以达到点着火的最低要求并燃烧，使燃气、氧气达到最佳配比的点火要求，燃烧后，通过氧含量检测传感器10检测尾气的含氧量，再二次调节燃气比例阀步进电机4，以达到充分燃烧。

如图2所示，为热水器控制装置的电路连接图，并且各个部件的具体电路连接关系如下：

AD-DC电源转换器2如图5所示，并且其中的电阻R23和电阻27与MCU主控器1连接。

其中氧含量检测传感器10如图4所示，包括与MCU主控器1连接的并联的电阻R28及运算放大器，运算放大器的正极连接有氧传感器，所述的电阻R28的另一端并联连接电阻R19及连接运算放大器的负极，运算放大器连接有电源的正极，输入电压为5V，所述的氧传感器输入的电压为12V。

其中水流传感器与水流开关7如图14所示，包括与MCU主控器连接的并联的电阻R24及电容C25，电容C25的另一端为负极，电阻R24还并联有电阻R23、电容C17及水流传感器S2，电容C17的另一端连接电源的负极，电阻R23还连接输入电流的正极，水流传感器S2的输入电压为5V。

其中点火器和风机如图6所示，点火器与电磁控制开关TK3连接，电磁控制开关TK3与MCU主控器之间连接有继电器驱动U12，点火器还与交流电的输入端连接；所述风机与电磁控制开关TK4连接，电磁控制开关TK4与MCU主控器之间连接有继电器驱动U12，风机还与交流电的输入端连接。

其中燃气比例阀步进电机如图10所示，包括步进电机M，步进电机M连接有三极管Q3的发射极，三极管Q3的基极与MCU主控器连接，三极管Q3的集电极连接有电磁控制开关TK1，电磁控制开关TK1连接直流电的正极，输入电压为24V；所述MCU主控器还连接继电器RL1，继电器RL1与电磁控制开关TK1形成对应控制开关，且继电器RL1连接有输入直流电的正极，输入电压为24V。

如图3所示，节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统还包括与MCU主控器(1)连接的燃气泄漏传感器、室内温度监控器、显示器、语音模块、燃气比例阀安全保护器、空气比例阀步进电机、补水阀、水泵、三通阀、火焰检测器、数据存储器、实时时钟管理器、水压传感器与水压开关、空气流量监测传感器、水温温度传感器，并且其具体连接电路连接关系如下：

其中燃气泄漏传感器如图11所示，电阻R18和电容C18之间与MCU主控器连接。

其中室内温度监控器如图13所示，电阻30和电容C22之间与MCU主控器连接。

其中空气比例阀步进电机如图8所示，继电器驱动U11与MCU主控器连接。

其中补水阀、水泵、三通阀如图6所示，补水阀、水泵、三通阀、风机、点火器并联，且通过继电器驱动U12与MCU主控器连接。

其中火焰检测器如图7所示，电容器C30和电阻R35之间与MCU主控器连接。

其中实时时钟管理器如图12所示，继电器驱动U8与MCU主控器连接。

其中水压传感器与水压开关如图15所示，电阻R31和电容器C24之间与MCU主控器连接。

其中空气流量监测传感器如图9所示，电阻R21与电容器C21之间与MCU主控器连接。

其中水温温度传感器如图16所示，电阻R29与电容器C19之间与MCU主控器连接。

本发明节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统的工作方式为，MCU主控器根据大气压强与环境温度传感器采集的大气压强和环境温度信息，并且通过控制水流传感器与水流控制开关控制进水和关水；通过采集燃气泄漏传感器的燃气泄漏信息和氧含量检测传感器的尾气氧含量信息，通过控制燃气比例阀步进电机控制燃气的进入量，使燃气充分燃烧；MCU主控器根据相关信息可以通过语音模块进行语音提示；MCU主控器通过显示器可以显示当前水温，室内温度等信息；MCU主控器通过控制室内温度监控器获取室内温度信息；MCU主控器通过控制水温温度传感器获取水温信息；MCU主控器采集火焰检测器的信息，判断燃气是否充分燃烧；MCU主控器控制空气比例阀步进电机，可以控制空气的进入量，促进燃气的充分燃烧，提高燃气的利用率；MCU主控器通过空气流量传感器获取空气的进入量信息；MCU主控器通过控制补水阀、水泵、三通阀进一步控制进水和停止进水的工作。

Claims (6)

1.节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，包括MCU主控器(1)，MCU主控器(1)与AD-DC电源转换器(2)、氧含量检测传感器(10)、水流传感器与水流开关(9)、大气压强与环境温度传感器(8)、点火器(5)、风机(7)、燃气比例阀步进电机(4)分别连接；其中AD-DC电源转换器(2)还与交流电输入电源、氧含量检测传感器(10)、水流传感器与水流开关(9)、大气压强与环境温度传感器(8)、燃气比例阀步进电机(4)分别连接；其中交流电输入电源还与工作电源稳压器(6)连接；其中工作电源稳压器(6)与点火器(5)和风机(7)连接。

2.根据权利要求1所述的节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，所述水流传感器与水流开关(9)包括与MCU主控器(1)连接的并联的电阻R24及电容C25，电容C25的另一端为负极，电阻R24还并联有电阻R23、电容C17及水流传感器S2，电容C17的另一端连接电源的负极，电阻R23还连接输入电流的正极，水流传感器S2的输入电压为5V。

3.根据权利要求1所述的节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，所述氧含量检测传感器(10)包括与MCU主控器(1)连接的并联的电阻R28及运算放大器，运算放大器的正极连接有氧传感器，所述的电阻R28的另一端并联连接电阻R19及连接运算放大器的负极，运算放大器连接有电源的正极，输入电压为5V，所述的氧传感器输入的电压为12V。

4.根据权利要求1所述的节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，所述点火器(5)与电磁控制开关TK3连接，电磁控制开关TK3与MCU主控器(1)之间连接有继电器驱动U12，点火器(5)还与交流电的输入端连接；所述风机(7)与电磁控制开关TK4连接，电磁控制开关TK4与MCU主控器(1)之间连接有继电器驱动U12，风机(7)还与交流电的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，所述燃气比例阀步进电机(4)包括步进电机M，步进电机M连接有三极管Q3的发射极，三极管Q3的基极与MCU主控器(1)连接，三极管Q3的集电极连接有电磁控制开关TK1，电磁控制开关TK1连接直流电的正极，输入电压为24V；所述MCU主控器(1)还连接继电器RL1，继电器RL1与电磁控制开关TK1形成对应控制开关，且继电器RL1连接有输入直流电的正极，输入电压为24V。

6.根据权利要求1-5所述的任意节能环保型采暖热水炉的燃烧加热控制系统，其特征在于，所述MCU主控器(1)还与燃气泄漏传感器(11)、室内温度监控器(12)、显示器(13)、语音模块(14)、燃气比例阀安全保护器(15)、空气比例阀步进电机(16)、补水阀(17)、水泵(18)、三通阀(19)、火焰检测器(20)、数据存储器(21)、实时时钟管理器(22)、水压传感器与水压开关(23)、空气流量监测传感器(24)、水温温度传感器(25)连接。