CN111059567B - 一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，在工作在额定最小热负荷且出水温度T是否大于设定温度Ta的工况下，在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域；根据设定温度Ta计算比例阀目标电流值以及风机目标转速值；比例阀目标电流值、风机目标转速值位于降低最小热负荷的可调区域内，则对应调整至比例阀目标电流值、风机目标转速值工作，否则在降低最小热负荷的可调区域内调整至能最接近目标的最佳比例阀电流值、最佳风机转速值工作。该降低最小热负荷的燃烧控制方法无需对进行结构改进，即有效降低最小热负荷的降低最小热负荷。

Description

一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃气采暖热水炉、燃气热水器技术领域，特别涉及一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法。
背景技术
燃气采暖热水炉、燃气热水器均具有最小热负荷的限制，夏天使用时，通常要求出水温度较低，即会出现实现需求的热负荷小于最小热负荷的问题，则会出现出水温度较高的情况。为了解决该问题，现有技术中，通过在用水端进行混水操作而达到降低热水温度的目的。但是由于冷水供水端的流量经常会受到其他因素影响而出现波动的情况，进而会导致出水端混水后的温度也相应波动，热水使用体验较差。
另外，也有通过改变燃气供应管路而降低热水器的最小热负荷，进而达到降低最低温升的目的，进而有效解决夏天水太烫的问题。如授权公告号为CN202361649U(申请号为201120463634.2)的中国实用新型专利《多分段燃气分配装置》，其中公开的多分段燃气分配装置，包括分气杆主体及与单片燃烧器连通的两个以上的喷嘴，在分气杆主体内分别设有燃气主通道及一条以上的燃气通道，每条燃气通道互相独立，燃气通道的入气端与燃气主通道相连通，喷嘴设在燃气通道的出气前端；还包括一个以上的电磁阀，电磁阀的阀芯与燃气通道的入气端配合并控制其开启或关闭；在分气杆主体内设有一条以上互相独立的常开燃气通道，常开燃气通道与燃气通道互相独立，常开燃气通道的入气端与燃气主通道连通，喷嘴设在常开燃气通道的出气端。使用时，通过电磁阀控制第一燃气通道和第二燃气通道的开启与关闭，从而实现不同火力的燃烧状态；能够降低燃气热水器的最小热负荷，降低最低温升。但是该结构需要改变热水器内部的结构，仅仅只能应用于新开发产品中，无法在原产品中进行适用，用户在需要适用该功能，更换成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种无需进行机械结构改进，通过挖掘最小热负荷的控制余量，进而有效降低最小热负荷的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、判断是否在额定最小热负荷工况下工作，如果是，则进行S2；
S2、判断出水温度T是否大于设定温度Ta，如果是则进行S3；
S3、判断保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域是否配置完成，如果是则进行S4，如果否则在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域；
S4、计算达到设定温度Ta对应的热负荷值H，根据标定的比例阀电流与热负荷的关系以及标定的风机转速与热负荷的关系，计算获取热负荷值H对应的比例阀目标电流值以及风机目标转速值；
S5、判断比例阀目标电流值、风机目标转速值是否位于降低最小热负荷的可调区域内；
如果是，则分别对应调整比例阀电流、风机转速至比例阀目标电流值、风机目标转速值，并根据温度闭环控制要求在比例阀目标电流值、风机目标转速值附近微调比例阀电流、风机转速工作；
如果否，则在降低最小热负荷的可调区域内选取最接近的热负荷值H的热负荷工况对应的最佳比例阀电流值、最佳风机转速值，分别对应调整比例阀电流、风机转速至最佳比例阀电流值、最佳风机转速值。
为了加快保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域的获取速度，S3中，确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域的方法为：
在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内，按照设定的风机转速步长a以及设定的比例阀电流步长b建立极限熄火矩阵D＝[A1,A2,...,Ak,...,Am],Ak＝[Bk1,Bk2,...,Bki,...,Bkn]，其中k、m、i、n均为正整数，1≤k≤m，1≤i≤n；
Ak表示风机转速为Wk工作状态下、在额定最小比例阀电流的电流调节余量范围内不同比例阀电流对应的燃烧状态数组，其中Wk＝w0+(k-1)a；
Bki表示风机转速为Wk、比例阀电流为Ii的工作状态下对应的燃烧状态标记值，其中Ii＝I0-(i-1)b；
将表示未熄火状态的燃烧状态标记值对应的风机转速、比例阀电流范围确定为保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域。
可选择地，根据检测的火焰状态、火焰离子电流或者火焰温度确定燃烧状态标记值。
优选地，所述燃烧状态标记值包括未熄火状态值0和熄火状态值1。
优选地，按照风机转速逐渐增大、比例阀电流逐渐减小的顺序进行极限熄火矩阵的建立。
为了加快极限熄火矩阵的建立速度，在极限熄火矩阵的建立过程中，在同一风机转速w下，当前比例阀电流I对应的燃烧状态首次出现熄火状态时，则该风机转速w下，将大于该比例阀电流I的比例阀电流对应的燃烧状态标记值均置为熄火状态对应的燃烧状态标记值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的降低最小热负荷的燃烧控制方法，在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内充分挖掘保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域，进而在达到最小热负荷状态的情况下能够通过增加风机转速和/或减小比例阀电流来进一步降低燃烧工作的热负荷，达到降低出水温度的效果。如此在最小热负荷工作状态下出水温度高于设定值的情况下能够进一步降低出水温度，保证使用的舒适性。该降低最小热负荷的燃烧控制方法在无需对热水器内部机械结构进行改进的基础上适用于现有的各种热水器，适用范围广，改造成本低。
附图说明
图1为本发明实施例中降低最小热负荷的燃烧控制方法的流程图。
图2为本发明实施例中降低最小热负荷的可调区域图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的降低最小热负荷的燃烧控制方法适用于各种燃气采暖热水炉、燃气热水器中，使用时，无需对燃气采暖热水炉、燃气热水器再进行机械结构改进，改造成本低。
燃气采暖热水炉、燃气热水器在燃烧时需要燃气和空气中的氧气，可以通过控制比例阀开度与气阀开闭来控制燃气的供给量，而控制比例阀开度即控制比例阀电流，通过控制风机转速来控制空气的供给量。为了保证正常燃烧，空气和燃气需要保持一定的比例，且燃气量不能过低，否则会出现熄火的问题。
在实际产品中，由于组件特性的不一致性和使用环境的复杂性，为了保证机器能在各种条件下均能稳定燃烧，通常额定最小热负荷需要留有一定的余量，额定最小热负荷对应着在最少火排数情况下的额定最小比例阀电流I0和额定最小风机转速w0。如果能较为准确地确定在实际使用条件下的熄火余量，则可以在不熄火的情况下，在额定最小热负荷的基础上进一步降低热负荷，从而消除或者缓解夏天出水温度过高的问题。
另外空气除了提供燃烧所需的氧气之外，其中的氮气和未参与燃烧的氧气也会带走一部分热量。当燃气供给量不变时，如果在保证不熄火的情况下提高空气供给量，则多余的空气将带走更多的热量，使得燃烧效率降低，一般的情况下是需要避免这种状况的，但是如果是遇到夏天最小热负荷不够低的问题时，当燃烧效率降低时反而能起到降低实际热负荷的效果。
当上述两种方法同时作用时，主要的影响是比例阀电流减少量和风机转速变化量，获得不熄火状态下比例阀电流减少量和风机转速变化量的极限值。进而在出现最小热负荷燃烧时出水温度仍大于设定值的情况，则根据理论的负荷需求，计算可以调整的比例阀电流值和风机转速值，使得在不熄火的情况下，通过挖掘余量降低输出的热负荷，从而降低出水温度。
如图1所示，本实施例中的降低最小热负荷的燃烧控制方法，包括以下步骤：
S1、判断是否在额定最小热负荷工况下工作，如果是，则进行S2；
S2、判断出水温度T是否大于设定温度Ta，如果是则进行S3；
S3、判断保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域是否配置完成，如果是则进行S4，如果否则在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域；
确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域的方法为：
在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内，按照设定的风机转速步长a以及设定的比例阀电流步长b建立极限熄火矩阵D＝[A1,A2,...,Ak,...,Am],Ak＝[Bk1,Bk2,...,Bki,...,Bkn]，其中k、m、i、n均为正整数，1≤k≤m，1≤i≤n；
Ak表示风机转速为Wk工作状态下、在额定最小比例阀电流的电流调节余量范围内不同比例阀电流对应的燃烧状态数组，其中Wk＝w0+(k-1)a；
Bki表示风机转速为Wk、比例阀电流为Ii的工作状态下对应的燃烧状态标记值，其中Ii＝I0-(i-1)b；本实施例中燃烧状态标记值包括未熄火状态值0和熄火状态值1；具体操作时，可以根据检测的火焰状态、火焰离子电流或者火焰温度确定燃烧状态标记值；
按照风机转速逐渐增大、比例阀电流逐渐减小的顺序进行极限熄火矩阵的建立；在极限熄火矩阵的建立过程中，在同一风机转速w下，当前比例阀电流I对应的燃烧状态首次出现熄火状态时，则该风机转速w下，将大于该比例阀电流I的比例阀电流对应的燃烧状态标记值均置为熄火状态对应的燃烧状态标记值；
本实施例中，风机转速步长a为50rpm，比例阀电流步长b为1mA，首先保持风机转速为额定最小风机转速w0，按照比例阀电流步长b逐渐增加比例阀电流，通过检测火焰状态，判断火焰是否熄灭，如果未熄灭则将对应的燃烧状态标记值赋值为0，从而进一步增加比例阀电流，继续进行判断，当出现熄火的情况时则将对应的燃烧状态标记值赋值为1，同时将转速为额定最小风机转速w0、大于该出现熄火情况对应的比例阀电流的比例阀电流对应的燃烧状态标记值均置为1。由于燃气采暖热水炉的国标要求机器具有熄火后自动点火的功能，而不是直接报故障，因此此类机器可以通过尝试熄火的方法获得极限熄火矩阵。而对于热水器这种没有自动点火功能的机器，则可以通过人工配合操作实现极限熄火矩阵的建立，如可以在出厂前在实验室内完成。
此后，则再按照转速步长增大风机转速，同时同前述过程分别确定各风机转速在不同比例阀电流下燃烧状态标记值。进而获取如表1中的极限熄火矩阵。
在保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域未配置完成时，机器在进行调整而建立极限熄火矩阵的同时，检测出水温度，如果出水温度达到设定温度，则停止极限熄火矩阵的计算。如此该极限熄火矩阵可能需要多次使用才能够完成配置，但是能够及时保证使用要求，而无需再做过多的调整。
表1
Figure GDA0003119851510000051
将表示未熄火状态的燃烧状态标记值对应的风机转速、比例阀电流范围确定为保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域；对于表1则获取如图2所示的降低最小热负荷的可调区域C；
S4、计算达到设定温度Ta对应的热负荷值H，根据标定的比例阀电流与热负荷的关系以及标定的风机转速与热负荷的关系，计算获取热负荷值H对应的比例阀目标电流值以及风机目标转速值；
S5、判断比例阀目标电流值、风机目标转速值是否位于降低最小热负荷的可调区域内；
如果是，则分别对应调整比例阀电流、风机转速至比例阀目标电流值、风机目标转速值，并根据温度闭环控制要求在比例阀目标电流值、风机目标转速值附近微调比例阀电流、风机转速工作；
如果否，则在降低最小热负荷的可调区域内选取最接近的热负荷值H的热负荷工况对应的最佳比例阀电流值、最佳风机转速值，分别对应调整比例阀电流、风机转速至最佳比例阀电流值、最佳风机转速值。如此可以在保证燃烧工作正常进行的情况，使得出水温度更加接近设定温度，不至于过高而造成对用户的伤害。
本发明中的降低最小热负荷的燃烧控制方法，在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内充分挖掘保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域，进而在达到最小热负荷状态的情况下能够通过增加风机转速和/或减小比例阀电流来进一步降低燃烧工作的热负荷，达到降低出水温度的效果。如此在最小热负荷工作状态下出水温度高于设定值的情况下能够进一步降低出水温度，保证使用的舒适性。该降低最小热负荷的燃烧控制方法在无需对热水器内部机械结构进行改进的基础上适用于现有的各种热水器，适用范围广，改造成本低。

Claims (6)

1.一种降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、判断是否在额定最小热负荷工况下工作，如果是，则进行S2；
S2、判断出水温度T是否大于设定温度Ta，如果是则进行S3；
S3、判断保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域是否配置完成，如果是则进行S4，如果否则在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域；
S4、计算达到设定温度Ta对应的热负荷值H，根据标定的比例阀电流与热负荷的关系以及标定的风机转速与热负荷的关系，计算获取热负荷值H对应的比例阀目标电流值以及风机目标转速值；
S5、判断比例阀目标电流值、风机目标转速值是否位于降低最小热负荷的可调区域内；
如果是，则分别对应调整比例阀电流、风机转速至比例阀目标电流值、风机目标转速值，并根据温度闭环控制要求在比例阀目标电流值、风机目标转速值附近微调比例阀电流、风机转速工作；
如果否，则在降低最小热负荷的可调区域内选取最接近的热负荷值H的热负荷工况对应的最佳比例阀电流值、最佳风机转速值，分别对应调整比例阀电流、风机转速至最佳比例阀电流值、最佳风机转速值。
2.根据权利要求1所述的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：S3中，确定保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域的方法为：
在额定最小风机转速w0的转速调节余量范围内、在额定最小比例阀电流I0的电流调节余量范围内，按照设定的风机转速步长a以及设定的比例阀电流步长b建立极限熄火矩阵D＝[A1,A2,...,Ak,...,Am],Ak＝[Bk1,Bk2,...,Bki,...,Bkn]，其中k、m、i、n均为正整数，1≤k≤m，1≤i≤n；
Ak表示风机转速为Wk工作状态下、在额定最小比例阀电流的电流调节余量范围内不同比例阀电流对应的燃烧状态数组，其中Wk＝w0+(k-1)a；
Bki表示风机转速为Wk、比例阀电流为Ii的工作状态下对应的燃烧状态标记值，其中Ii＝I0-(i-1)b；
将表示未熄火状态的燃烧状态标记值对应的风机转速、比例阀电流范围确定为保证燃烧状态下的降低最小热负荷的可调区域。
3.根据权利要求2所述的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：根据检测的火焰状态、火焰离子电流或者火焰温度确定燃烧状态标记值。
4.根据权利要求2或3所述的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：所述燃烧状态标记值包括未熄火状态值0和熄火状态值1。
5.根据权利要求2所述的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：按照风机转速逐渐增大、比例阀电流逐渐减小的顺序进行极限熄火矩阵的建立。
6.根据权利要求5所述的降低燃气热水装置最小热负荷的燃烧控制方法，其特征在于：在极限熄火矩阵的建立过程中，在同一风机转速w下，当前比例阀电流I对应的燃烧状态首次出现熄火状态时，则该风机转速w下，将大于该比例阀电流I的比例阀电流对应的燃烧状态标记值均置为熄火状态对应的燃烧状态标记值。
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