CN108006946A - 燃气热水器和燃气热水器燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气热水器和燃烧控制方法，燃气热水器包括外壳以及与外壳连接的风机、水路系统、燃烧系统和控制器，燃烧系统包括设于外壳内部的燃烧室、设于燃烧室中的水冷燃烧器和连通燃烧室顶部的排气通道，风机设于燃烧室的下方，水冷燃烧器与燃气热水器的燃气通道连通，燃气通道上设置燃气比例阀；水路系统包括进水管、出水管以及连通进水管和出水管的换热器，换热器置于燃烧室的上方；控制器分别与燃气比例阀和风机电性连接，水冷燃烧器的一次空气系数为1.6至1.8。本发明有效的抑制NOx生成，大大减少了燃气热水器有害气体的排放，使燃气热水器更加环保。

Description

燃气热水器和燃气热水器燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种燃气热水器和燃气热水器燃烧控制方法。

背景技术

家用燃气热水器行业迅速发展，但是由于燃气燃烧中产生大量有害气体CO和NOx，对环境和人体健康造成了极大的危害，并且煤气中毒的事情时有报道，热水器的安全问题始终是人们需要关注的问题。

现有的环保燃气热水器是直接从室外吸入燃烧空气并强制将燃烧产生的烟气排向室外，这种方式虽然可以解决安全问题，但是排向室外烟气中的有害气体NOx过多，对环境造成了污染。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃气热水器和燃气热水器燃烧控制方法，旨在解决现有的燃气热水器有害气体排放过多的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种燃气热水器，所述燃气热水器包括外壳以及与所述外壳连接的风机、水路系统、燃烧系统和控制器，所述燃烧系统包括设于外壳内部的燃烧室、设于燃烧室中的水冷燃烧器和连通燃烧室顶部的排气通道，所述风机设于燃烧室的下方，所述水冷燃烧器与燃气热水器的燃气通道连通，燃气通道上设置燃气比例阀；所述水路系统包括进水管、出水管以及连通进水管和出水管的换热器，所述换热器置于燃烧室的上方；所述控制器分别与燃气比例阀和风机电性连接，所述水冷燃烧器的一次空气系数为1.6至1.8。

优选地，所述水冷燃烧器的喷嘴直立设置，所述燃烧室中水冷燃烧器与换热器之间留有供喷嘴引射出火焰通过的直立空间。

优选地，所述喷嘴为预混喷嘴，该预混喷嘴的预混腔分别与所述风机的风道和燃气热水器的燃气通道连通。

优选地，所述预混喷嘴的预混腔为铝制件或铜制件。

优选地，所述水路系统还包括与进水管连通的冷却水管，所述冷却水管经过水冷燃烧器以对该水冷燃烧器进行降温。

优选地，所述水冷燃烧器包括多个并列设置的火排，每个火排上设有散热片，所述冷却水管与散热片贴合设置。

优选地，所述燃气热水器还包括设置于燃烧室上方烟气通道的催化反应装置，所述催化反应装置上附有催化CO燃烧的触媒物质。

优选地，所述催化反应装置贴附于换热器外层。

优选地，所述催化反应装置为栅格件，栅格件上设有贯穿该栅格件的过气通道。

优选地，所述排气通道包括集烟罩，集烟罩扣设于燃烧室顶部，集烟罩相对燃烧室的一侧开设有出气口。

本发明还提供一种基于上述燃气热水器的燃气热水器燃烧控制方法，所述的热水器燃烧控制方法包括：

获取燃气比例阀的当前燃气流量；

根据当前燃气流量，获取当前燃气流量下燃气完全燃烧所需的完全燃烧空气量；

根据完全燃烧空气量和目标一次空气系数，控制风机转速以向水冷燃烧器提供对应空气量的空气。

本发明通过将水冷燃烧器设置与燃烧室内，风机向燃烧室供应空气，以使水冷燃烧器的一次空气系数为1.6至1.8，使水冷燃烧器喷出的燃气达到全预混燃烧状态，燃气的火焰只有内焰燃烧，火焰高度只有普通大气式燃烧的50％；无外焰燃烧，1000℃以上的高温区缩短了70％以上，整个燃烧室的高度降低了30％，因此水冷燃烧器通过缩短高温区，减少水冷燃烧器燃烧产生的烟气在高温区的停留时间，从而有效的抑制NOx生成，大大减少了燃气热水器有害气体的排放，使燃气热水器更加环保。

附图说明

图1为本发明燃气热水器一实施例的结构示意图；

图2为本发明燃气热水器燃烧控制方法一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

外壳1	风机2	燃烧室31	水冷燃烧器32
				排气通道33	出气口331	进水管41	出水管42
换热器43	进水阀411	出水阀421	水流触感器412
				水比例阀413	燃气通道5	燃气比例阀51	催化反应装置6
风压开关7	控制器8

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”、“第四”“第五”、“第六”仅用于描述的目的，而不能理解指示或暗示的重要性。

为更好理解本发明，在此提供一种燃气热水器，燃气热水器包括外壳1以及与外壳1连接的风机2、水路系统、燃烧系统和控制器8，燃烧系统包括设于外壳1内部的燃烧室31、设于燃烧室31中的水冷燃烧器32和连通燃烧室31顶部的排气通道33，风机2设于燃烧室31的下方；水冷燃烧器32与燃气热水器的燃气通道5连通，燃气通道5上设置燃气比例阀51，水路系统包括进水管41、出水管42以及连通进水管41和出水管42的换热器43，换热器43置于燃烧室31的上方；控制器8分别与燃气比例阀51和风机2电性连接，水冷燃烧器32的一次空气系数为1.6至1.8。

燃气热水器的外壳1一般为金属外壳1，将风机2、水路系统和燃烧系统包裹于其中，燃烧系统包括燃烧室31、水冷燃烧器32和排气通道33，燃烧室31可设置于外壳1的中部，燃烧室31的底部设置有水冷燃烧器32，燃烧室31的顶部设置有与外界连通的排气通道33，燃烧室31是一个相对封闭的空间，水冷燃烧器32与燃气热水器的燃气通道5连通，燃气通道5的进气口处设有燃气比例阀51，该燃气比例阀51用于控制燃气流量。

水冷燃烧器32采用直立式结构，且相同功率的情况下喷嘴数量是普通燃烧器的数倍，具体地，水冷燃烧器32的喷嘴(图中未显示)直立设置，燃烧室31中水冷燃烧器32与换热器43之间留有供喷嘴引射出火焰通过的直立空间，喷嘴喷出的火焰和火焰燃烧气流也是在燃烧室31中直立喷出，从而气流阻力小，引射的空气多。

风机2设于外壳1的底部，即风机2设于燃烧室31的下方，便于风机2引入的气流由燃烧室31底部吹入，便于火焰和火焰燃烧气流在燃烧室31中直立喷出；此外燃气热水器还设置有风压开关7，该风压开关7用于控制风机2运行。当然，风机2也可以直接向水冷燃烧器32供应燃烧所需的空气。

水路系统包括设置与外壳1底部的进水管41和出水管42，以及换热器43，水流依次经过进水管41、换热器43和出水管42，进水管41的入口处设置有进水阀411，出水管42的出口处设置有出水阀421，此外，进水管41上还可设置用于测试进水流量的水流量传感器412和用于调节进水流量的水比例阀413，从而通过燃气比例阀和水比例阀实现对燃气热水器的水气双调，恒温精度更高，洗浴更舒适。

换热器43呈弯折管路结构设置在燃烧室31的上部，在水冷燃烧器32点燃燃烧时，流水流经换热器43时与水冷燃烧器32射出火焰进行热交换，从而冷水因吸热而温度变高，温度变高后的热水由出水管42排出。

一次空气系数是：在燃烧器中预先和煤气混合的空气量与理论空气之比，一次空气系数的数值大小反映了预混气体的混合状况；例如一次空气系数为1.6至1.8，也就是说一次空气的量是燃气完全燃烧所需空气量的1.6倍至1.8倍。风机2为水冷燃烧器32供应空气，以使水冷燃烧器32的一次空气系数为1.6至1.8。此外，燃气热水器还包括控制器8，控制器8分别与风压开关7、水流量传感器、风机2、燃气比例阀、水比例阀电性连接，从而控制器8可控制风机2开关、风机2向燃烧室31供应的空气量、燃气供应量、冷水供应量等。具体地，控制器8根据燃气通道5的供应流量(可通过燃气比例阀获取)，从而得知燃气完全燃烧所需的空气量，然后控制器控制风机转速以向燃气热水器提供1.6倍至1.8倍完全燃烧空气量的空气，其中完全燃烧空气量的空气为燃气通道5的供应流量的燃气完全燃烧所需的空气量。

在本实施例中，通过将水冷燃烧器32设置与燃烧室31内，风机2向燃烧室31供应空气，以使水冷燃烧器32的一次空气系数为1.6至1.8，使水冷燃烧器32喷出的燃气达到全预混燃烧状态，燃气的火焰只有内焰燃烧，火焰高度只有普通大气式燃烧的50％；无外焰燃烧，1000℃以上的高温区缩短了70％以上，整个燃烧室31的高度降低了30％，因此水冷燃烧器32通过缩短高温区，减少水冷燃烧器32燃烧产生的烟气在高温区的停留时间，从而有效的抑制NOx生成，大大减少了燃气热水器有害气体的排放，使燃气热水器更加环保。此外，由于燃气热水器有害气体排放大大减小，就不需要强制把延期全部排向室外，大大缓解了燃气热水器使用安装的位置局限性。

进一步地，燃气热水器的冷水燃烧器喷嘴为预混喷嘴，预混喷嘴具有用于混合空气和燃气的预混腔，该预混腔分别与风机2的风道和燃气热水器的燃气通道5连通，从而风机2直接向预混腔供应空气，燃气通道5向预混腔供应燃气，通过控制器8对风机2和燃气比例阀进行控制，使水冷燃烧器32的一次空气系数为1.6至1.8，从而以一种简单结构实现了对水冷燃烧器32的一次空气系数的调整。

可选地，预混喷嘴的预混腔为铝制件或铜制件。由于铝制件和铜制件的导热性很好，便于预混喷嘴或预混腔快速散热，避免水冷燃烧器32出现回火现象。此外，基于生产成本和导热性能的综合考虑，预混喷嘴的预混腔可采用导热性极佳且价格适中的紫铜件。

可选地，水路系统还包括与进水管41连通的冷却水管，冷却水管经过水冷燃烧器32以对该水冷燃烧器32进行降温，优选地，冷却水管缠绕在预混喷嘴的预混腔表面，冷水流经冷却水管以对预混腔进行快速降温。由于水冷燃烧器32一次空气系数达到了1.2以上且水冷燃烧器32表面温度达到200℃以上时，极易产生回火现象，现为水冷燃烧器32独特地设计了冷却水管，同时采用导热性极佳的紫铜作为预混腔材料，利用冷水对燃烧器进行冷却，使水冷燃烧器32表面温度降到100℃以下，不但降低了燃烧温度，减少NOx排放，同时有效的防止了回火现象，保持燃烧的稳定性。

此外，所述水冷燃烧器包括多个并列设置的火排，每个火排上设有散热片，所述冷却水管与散热片贴合设置。水冷燃烧器包括多个并列的火排，每个火排的上下两侧分别设有散热片，且每个火排上侧的散热片上分别设有同轴线的上散热安装孔、下侧的散热片上分别设有同轴线的下散热安装孔，每个上散热安装孔的两侧分别设有环形的凸环、每个下散热安装孔的两侧分别设有环形的凸环，上散热安装孔和下散热安装孔上设有一端穿过每个上散热安装孔、另一端穿过每个下散热安装孔的冷却水管。凸环有效的增加了冷却水管与散热片之间的热传递效果。火排靠近其出火端的部分呈扁平的喇叭状结构，这种结构既可以做到节省水冷燃烧器的空间，又可以有效的提高水冷散热器的散热效果，火苗可以在出火端均匀散开，同时传递给散热片的热量也最多，散热片设于呈扁平的喇叭状结构的火排上。

进一步地，燃气热水器还包括设置于燃烧室31上方烟气通道的催化反应装置6，催化反应装置6上附有催化CO燃烧的触媒物质。从而水冷燃烧器32燃烧产生的高温烟气与催化反应装置6上的触媒物质接触，从而烟气中的CO通过催化氧化作用与空气中的O2结合生成CO2等无毒气体后排出，主要反应化学方程式：2CO+O2＝2CO2，从而减少烟气中CO含量、提高了排放标准、降低了对环境的污染；更特别的是，CO氧化反应是一个放热过程，即烟气中的CO在触媒物质作用下充分燃烧以生成热能，供燃气热水器加热使用，提高了热水器的加热效率，减少了燃气消耗。

可选地，催化反应装置6可部分贴附于换热器43外层，即催化反应装置6可缠绕、安装、扣合于换热器43外层，水冷燃烧器32的射出火焰和产生的烟气对换热器43进行加热的同时，也对催化反应装置6进行加热以达到CO催化氧化反应温度，保证CO催化氧化反应顺利进行。

可选地，催化反应装置6为栅格件，栅格件上设有贯穿该栅格件的过气通道。栅格件可为栅格板，栅格件的过气通道的延伸方向与水冷燃烧器32的喷嘴直立的延伸方向一致，从而保证喷嘴喷出火焰和燃烧生成的烟气顺利通向排气通道33的前提下，使催化反应装置6与火焰、高温烟气的接触面积尽可能大，使催化反应装置6能够稳定受热，保证CO催化氧化反应顺利进行。优选地，过气通道的通道内壁上涂有催化CO燃烧的触媒物质，提高了触媒物质与含有CO的高温烟气的接触面积，更有利于CO催化氧化反应顺利进行，从而可将燃气热水器的CO、NOx排放控制在20ppm以内。

进一步地，排气通道33包括集烟罩，集烟罩扣设于燃烧室31顶部，集烟罩相对燃烧室31的一侧开设有出气口331，集烟罩将与换热器43进行热交换之后的烟气聚拢并从出气口331排出，实现对烟气的引流和聚集，有利于燃气热水器产生的烟气快速、有序地从外壳1内部排出。

此外，出气口331处可增设CO报警器，以此来提醒用户CO是否超标，保护用户的生命安全。

本发明还提供一种基于上述燃气热水器的燃气热水器燃烧控制方法，参照图2，该方法包括：

步骤S10，获取燃气比例阀的当前燃气流量；

步骤S20，根据当前燃气流量，获取当前燃气流量下燃气完全燃烧所需的完全燃烧空气量；

步骤S30，根据完全燃烧空气量和目标一次空气系数，控制风机转速以向水冷燃烧器提供对应空气量的空气。

燃气热水器的控制器采集当前燃气比例阀的开合度，并根据该开合度得到燃气通道的当前燃气流量；然后根据燃气热水器所使用燃气的气体种类和气体燃烧化学式，得到一单位体积燃气完全燃烧所需的氧气量，进而得出当前燃气流量下燃气所需的氧气量，最终得到当前燃气流量下燃气所需的空气量，即获取到当前燃气流量下燃气完全燃烧所需的完全燃烧空气量；再根据该获取的完全燃烧空气量和目标一次空气系数(如目标一次空气系数为1.6至1.8)，得到燃气热水器风机的目标转速，从而控制风机以目标转速工作，以向水冷燃烧器提供对应空气量的空气，从而使水冷燃烧器32喷出的燃气达到全预混燃烧状态，燃气的火焰只有内焰燃烧，火焰高度只有普通大气式燃烧的50％；无外焰燃烧，1000℃以上的高温区缩短了70％以上，整个燃烧室31的高度降低了30％，因此水冷燃烧器32通过缩短高温区，减少水冷燃烧器32燃烧产生的烟气在高温区的停留时间，从而有效的抑制NOx生成，大大减少了燃气热水器有害气体的排放，使燃气热水器更加环保。

应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器包括外壳以及与所述外壳连接的风机、水路系统、燃烧系统和控制器，所述燃烧系统包括设于外壳内部的燃烧室、设于燃烧室中的水冷燃烧器和连通燃烧室顶部的排气通道，所述风机设于燃烧室的下方，所述水冷燃烧器与燃气热水器的燃气通道连通，燃气通道上设置燃气比例阀；所述水路系统包括进水管、出水管以及连通进水管和出水管的换热器，所述换热器置于燃烧室的上方；所述控制器分别与燃气比例阀和风机电性连接，所述水冷燃烧器的一次空气系数为1.6至1.8。

2.如权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述水冷燃烧器的喷嘴直立设置，所述燃烧室中水冷燃烧器与换热器之间留有供喷嘴引射出火焰通过的直立空间。

3.如权利要求2所述的燃气热水器，其特征在于，所述喷嘴为预混喷嘴，该预混喷嘴的预混腔分别与所述风机的风道和燃气热水器的燃气通道连通。

4.如权利要求3所述的燃气热水器，其特征在于，所述预混喷嘴的预混腔为铝制件或铜制件。

5.如权利要求1至4任意一项所述的燃气热水器，其特征在于，所述水路系统还包括与进水管连通的冷却水管，所述冷却水管经过水冷燃烧器以对该水冷燃烧器进行降温。

6.如权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述水冷燃烧器包括多个并列设置的火排，每个火排上设有散热片，所述冷却水管与散热片贴合设置。

7.如权利要求1至4任意一项所述的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括设置于烟气通道的催化反应装置，所述催化反应装置上附有催化CO燃烧的触媒物质。

8.如权利要求6所述的燃气热水器，其特征在于，所述催化反应装置为栅格件，栅格件上设有贯穿该栅格件的过气通道。

9.如权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述排气通道包括集烟罩，集烟罩扣设于燃烧室顶部，集烟罩相对燃烧室的一侧开设有出气口。

10.一种基于权利要求1至9任意一项所述燃气热水器的燃气热水器燃烧控制方法，其特征在于，所述的热水器燃烧控制方法包括：

获取燃气比例阀的当前燃气流量；

根据当前燃气流量，获取当前燃气流量下燃气完全燃烧所需的完全燃烧空气量；

根据完全燃烧空气量和目标一次空气系数，控制风机转速以向水冷燃烧器提供对应空气量的空气。