CN109631316A - 一种燃气热水器及其控制方法 - Google Patents

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    • F24H9/2035—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using fluid fuel

Abstract

本发明公开一种燃气热水器及其控制方法，包括能够供应燃气的燃气进气装置、能够供应空气的空气进气装置、作为燃气和空气进行燃烧空间的燃烧室、对水进行升温的换热器和控制器，所述控制器分别连接于所述燃气进气装置、所述空气进气装置、所述燃烧室和所述换热器，所述控制方法包括：步骤1：开启所述燃气热水器，所述控制器接收需要的水的流量值和温度值；步骤2：所述控制器通过压力传感器接收所述燃气压缩机入口的压力值；步骤3：所述控制器解算加热量，并推算出燃气量；步骤4：解算出的压力、流量和配比；步骤5：所述燃气热水器工作。本发明所述燃气热水器燃气热水器装置结构简单，且有较高的工作效率；所述控制方法对水温的控制更为精确。

Description

一种燃气热水器及其控制方法
技术领域
本发明涉及热水器技术领域，具体来说，涉及一种燃气热水器及其控制方法。
背景技术
燃气热水器是一种利用天然气或液化石油气与空气中的氧气燃烧产生的热量、经热交换器加热冷水、制备热水的能量转换装置，其燃烧和传热效率、即能量转换效率高低和排气污染控制等与当代科技、工程技术水平及制造成本等紧密相关，随着天然气输送基础设施不断完善，燃气热水器的日益普及，市场前景广阔。
目前，燃气热水器一般使用比例阀调节和控制进入燃烧室的燃气压力。
设比例阀前的燃气压力为P1，比例阀后、燃烧室前的燃气压力为P2，则比例阀调节和稳定的压力P2≤P1，在实际使用过程中，如遇用气高峰导致燃气供气压力不稳，燃气热水器将出现出水温度不稳定、忽冷忽热问题；如果燃气供气压力低于P2，燃气热水器将不能正常点火燃烧或者不能正常工作。
例如，中国发明专利申请号为CN201810752456.1的专利申请文件公开了一种增压燃气热水器，其特征在于，包括：燃气进气装置、空气进气装置、第一增压装置、第二增压装置、排气装置、燃烧室、换热器以及控制装置；
燃气进气装置，连通于第二增压装置并能够向第二增压装置输入燃气；
空气进气装置，连通于第一增压装置并能够向第一增压装置输入空气；
第一增压装置，连通于燃烧室并能够将增压空气通过增压空气连通管输送至燃烧室中；
第二增压装置，连通于燃烧室并能够将增压燃气通过增压燃气连通管输送至燃烧室中；
排气装置，连通于燃烧室的废气排出口并能够将废气输出至大气；
燃烧室，为增压空气和增压燃气的燃烧空间并能够对换热器进行加热；
换热器，设有冷水的进口及热水的出口；
控制装置，连接于第一增压装置和第二增压装置。
上述现有技术通过采用增压装置，能够避免燃气供气压力低于P2的情况，但上述现有技术完成发明任务需要较多的传感器，致使装置结构复杂，同时导致了装置的控制方法也很复杂。
发明内容
本发明提供一种燃气热水器及其控制方法，所述燃气热水器在现有技术的基础上精简了传感器的数量，使装置结构简单，便于控制。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃气热水器，包括能够供应燃气的燃气进气装置、能够供应空气的空气进气装置、作为燃气和空气进行燃烧空间的燃烧室、对水进行升温的换热器和控制器，所述控制器分别连接于所述燃气进气装置、所述空气进气装置、所述燃烧室和所述换热器，所述燃气进气装置和所述空气进气装置均连通于所述燃烧室，所述燃烧室还开设有供燃烧废气排出的通道，所述换热器抵近所述燃烧室以获得所述燃烧室的热量，所述燃气进气装置通过燃气压缩机连通于燃气供应管路，所述空气进气装置通过空气压缩机将大气中的空气吸入所述燃烧室内。
进一步地，所述换热器设有冷水进管和热水出管，所述冷水进管连通于自来水管，其中，所述冷水进管和所述自来水管之间还连通有水泵，所述水泵连接于所述控制器，所述热水出管上连接有流量计和温度传感器，所述流量计和所述温度传感器均连接于所述控制器。
进一步地，所述燃气压缩机上还设置有压力传感器，所述压力传感器连接于所述控制器。
进一步地，所述燃气压缩机和所述空气压缩机均采用电辅助涡轮增压器。
进一步地，所述燃烧室开设有废气连通管，所述废气连通管连通于所述燃气压缩机和/或空气压缩机。
本发明还提供一种燃气热水器增压控制方法，包括如下步骤：
步骤1：开启所述燃气热水器，所述控制器接收需要的水的流量值和温度值；
步骤2：所述控制器通过压力传感器接收所述燃气压缩机入口的压力值；
步骤3：所述控制器解算自来水升温所需要的加热量，并推算出达到所述加热量需要的燃气量；
步骤4：所述控制器根据步骤3中所需要的燃气量、步骤2中所述燃气压缩机入口的压力值、燃气热水器所在地的大气压力以及目标燃气压力值对所述燃气压缩机和所述空气压缩机进行控制，使所述燃气压缩机和所述空气压缩机供应的燃气和空气满足所述控制器解算出的压力、流量和配比；
步骤5：所述燃气热水器按需要的水的流量值和温度值工作。
进一步地，步骤4中，所述控制器通过流量计采集所述热水出管上的热水出水流量值，若与所述需要的水的流量值不符，所述控制器通过控制改变水泵的转速来使热水出水流量值与所述需要的水的流量值相符。
进一步地，步骤4中，所述控制器通过温度传感器采集所述热水出管上的热水的温度值，所述控制器通过控制改变所述燃气压缩机和所述空气压缩机的转速来调节燃气和空气的进入量以达到水温变为目标水温的目的。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1、本发明所述的燃气热水器，通过采用燃气进气装置、空气进气装置、燃烧室、换热器和控制器的配合设置，使所述燃气热水器装置结构简单，便于控制；
2、本发明所述的燃气热水器，通过采用对燃气进气、空气进气及水的进入均采用增压控制的方式，使燃气热水器的工作效率更高。
3、本发明所述的燃气热水器增压控制方法，通过控制器接收目标水的流量值和温度值对燃气压缩机和空气压缩机进行控制，使所述控制方法对水温的控制更为精确。
附图说明
图1是本发明实施例1中的燃气热水器的结构示意图；
图中：1-燃气进气装置、2-空气进气装置、3-燃烧室、31-废气连通管、4-换热器、41-冷水进管、42-热水出管、421-流量计、422-温度传感器、43-水泵、44-水过滤装置、5-控制器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，一种燃气热水器，包括能够供应燃气的燃气进气装置1、能够供应空气的空气进气装置2、作为燃气和空气进行燃烧空间的燃烧室3、对水进行升温的换热器4和控制器5，所述控制器5分别连接于所述燃气进气装置1、所述空气进气装置2、所述燃烧室3和所述换热器4，所述燃气进气装置1和所述空气进气装置2均连通于所述燃烧室3，所述燃烧室3还开设有供燃烧废气排出的通道，所述换热器4抵近所述燃烧室3以获得所述燃烧室3的热量，所述燃气进气装置1中包含有燃气压缩机，所述燃气压缩机可将压力不稳定的燃气通过增压成为压力稳定且满足热水器工作要求的燃气供入所述燃烧室3内，所述空气进气装置2通过空气压缩机将大气中的空气吸入所述燃烧室3内。
所述换热器4设有冷水进管41和热水出管42，所述冷水进管41连通于自来水管，其中，所述冷水进管41和所述自来水管之间还连通有水泵43，所述水泵43连接于所述控制器5，所述热水出管42上连接有流量计421和温度传感器422，所述流量计421和所述温度传感器422均连接于所述控制器5。
作为本实施例的一种优选，所述冷水进管41和所述水泵43之间还设有水过滤装置44，所述水过滤装置44可以采用超滤膜净水器或PP棉过滤器。
所述燃气压缩机上还设置有压力传感器(图中未示)，所述压力传感器连接于所述控制器5。
所述燃气压缩机和所述空气压缩机均采用电辅助涡轮增压器。
所述燃烧室3开设有废气连通管31，所述废气连通管31连通于所述燃气压缩机和/或空气压缩机。
所述控制器5为单片机。
在本实施例中，当所述燃气压缩机和所述空气压缩机均使用电辅助涡轮增压器时，电辅助涡轮增压器可利用所述燃烧室燃烧后的废气进行驱动，当废气能量不足时，所述燃气压缩机或所述空气压缩机转速达不到目标转速；此时需要通过电机提供额外能量使所述燃气压缩机或所述空气压缩机达到目标转速，当废气能量过多，所述燃气压缩机或所述空气压缩机转速仍高过目标转速时，需要开启涡轮端的旁通阀泄出多余废气，使所述燃气压缩机或所述空气压缩机转速降到目标转速。
本实施例的如上设置还能够应用于燃气锅炉、燃气式蒸汽发生器及其他应用原理与本实施例相似的设备。
本实施例中所述燃气热水器的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：开启所述燃气热水器，所述控制器5接收需要的水的流量值和温度值；
步骤2：所述控制器5通过压力传感器接收所述燃气压缩机入口的压力值；
步骤3：所述控制器5解算自来水升温所需要的加热量，并推算出达到所述加热量需要的燃气量和空气量；
步骤4：所述控制器5根据步骤3中所需要的燃气量、步骤2中所述燃气压缩机入口的压力值、燃气热水器所在地的大气压力以及目标燃气压力值对所述燃气压缩机和所述空气压缩机进行控制，使所述燃气压缩机和所述空气压缩机供应的燃气和空气满足所述控制器5解算出的压力、流量和配比；
步骤5：所述燃气热水器按需要的水的流量值和温度值工作。
在本实施例的步骤3中，可根据：
q＝c*v*Δt……(1)
求得水升温所需的加热量，其中，式1中，q为完成水的升温所需的加热量，c为水的比热容，v为需要的水的流量值，Δt为自来水从常温加热到所需要的水温度值的温差。
在本实施例中，所述需要的水的流量值和温度值能够通过所述控制器5的预先设定或根据使用者的设定。
为了保证进入所述燃烧室5内的燃气和空气能够尽可能的完全燃烧，所述控制器5内预先设定了进入所述燃烧室5内的燃气和空气的质量比，例如，所述质量比可以为1:15。
步骤4中，所述控制器5通过流量计421采集所述热水出管42上的热水出水流量值，若与所述需要的水的流量值不符，所述控制器5通过控制改变水泵43的转速来使热水出水流量值与所述需要的水的流量值相符，例如，所述热水出管42的热水流量小于所述需要的热水的流量，所述控制器5控制所述水泵43以增加进入所述冷水进管41端的冷水流量。
在本实施例中，热水出水的流量值与所述水泵43进水的流量值相同，忽略水因加热而蒸发的量。
步骤4中，所述控制器5通过温度传感器422采集所述热水出管42上的热水的温度值，所述控制器5通过控制改变所述燃气压缩机和所述空气压缩机的转速来调节燃气和空气的进入量以达到水温变为目标水温的目的。
在本实施例的步骤4中，所述燃气为天然气时，根据天然气的各组成部分以及天然气中可燃成分的燃烧化学方程式，结合水升温所需的加热量(即天然气燃烧放热量)，计算得到所需天然气的流量以及氧气的流量，再根据氧气在空气中的比例可得到理论所需空气量，乘以过量空气系数(在实际燃烧过程中，稍微过量空气，可提高天然气的燃烧效率与放热量，此值在实验室通过实验标定获得)，即可得到实际所需的空气量，根据天然气的目标压力值与天然气的初始压力值之比以及天然气的流量即可在燃气压缩机的map图上通过查点得到燃气压缩机的转速，所述天然气的各组成部分如表1所示。
表1天然气组成
组分 体积分数/％
CH<sub>4</sub> 92.477 0
C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> 4.282 5
C<sub>3</sub>H<sub>8</sub> 0.859 0
C<sub>4</sub>H<sub>8</sub> 0.117 0
C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> 0.328 8
C<sub>5</sub>H<sub>12</sub> 0.001 9
N<sub>2</sub> 1.141 2
CO<sub>2</sub> 0.792 6
表1
实施例2
所述燃气进气装置1通过离心压气机连通于燃气供应管路，所述空气进气装置2通过风机将大气中的空气吸入所述燃烧室内。在本实施例中，仅对燃气进气装置1和空气进气装置4的具体设备进行限定，除上述限定之外，均与实施例1中相同。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (7)

1.一种燃气热水器，包括能够供应燃气的燃气进气装置、能够供应空气的空气进气装置、作为燃气和空气进行燃烧空间的燃烧室、对水进行升温的换热器和控制器，所述控制器分别连接于所述燃气进气装置、所述空气进气装置、所述燃烧室和所述换热器，所述燃气进气装置和所述空气进气装置均连通于所述燃烧室，所述燃烧室还开设有供燃烧废气排出的通道，所述换热器抵近所述燃烧室以获得所述燃烧室的热量，其特征在于，所述燃气进气装置通过燃气压缩机连通于燃气供应管路，所述空气进气装置通过空气压缩机将大气中的空气吸入所述燃烧室内，所述换热器设有冷水进管和热水出管，所述冷水进管连通于自来水管，其中，所述冷水进管和所述自来水管之间还连通有水泵，所述水泵连接于所述控制器，所述热水出管上连接有流量计和温度传感器，所述流量计和所述温度传感器均连接于所述控制器。
2.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述燃气压缩机上还设置有压力传感器，所述压力传感器连接于所述控制器。
3.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述燃气压缩机和所述空气压缩机均采用电辅助涡轮增压器。
4.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于，所述燃烧室开设有废气连通管，所述废气连通管连通于所述燃气压缩机和/或空气压缩机。
5.一种燃气热水器增压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：开启所述燃气热水器，所述控制器接收需要的水的流量值和温度值；
步骤2：所述控制器通过压力传感器接收所述燃气压缩机入口的压力值；
步骤3：所述控制器解算自来水升温所需要的加热量，并推算出达到所述加热量需要的燃气量；
步骤4：所述控制器根据步骤3中所需要的燃气量、步骤2中所述燃气压缩机入口的压力值、燃气热水器所在地的大气压力以及目标燃气压力值对所述燃气压缩机和所述空气压缩机进行控制，使所述燃气压缩机和所述空气压缩机供应的燃气和空气满足所述控制器解算出的压力、流量和配比；
步骤5：所述燃气热水器按需要的水的流量值和温度值工作。
6.根据权利要求5所述的燃气热水器增压控制方法，其特征在于，步骤4中，所述控制器通过流量计采集所述热水出管上的热水出水流量值，若与所述需要的水的流量值不符，所述控制器通过控制改变水泵的转速来使热水出水流量值与所述需要的水的流量值相符。
7.根据权利要求5或6所述的燃气热水器增压控制方法，其特征在于，步骤4中，所述控制器通过温度传感器采集所述热水出管上的热水的温度值，所述控制器通过控制改变所述燃气压缩机和所述空气压缩机的转速来调节燃气和空气的进入量以达到水温变为目标水温的目的。
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