CN111121276A - 一种防冷凝水的燃气热水器及控制方法 - Google Patents

一种防冷凝水的燃气热水器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防冷凝水的燃气热水器，包括壳体、热交换器、设置在燃烧室的进风口处的第一风机，通气管，靠近进风管路的出口设置的第二风机以及温湿度传感器，设置在热交换器的表面的温度传感器，通气管内包括隔离设置的进风管路和排烟管路，进风管路内设置有螺旋挡片。本发明还涉及一种燃气热水器防冷凝水的控制方法，计算进入壳体内空气的含湿量，计算燃烧生成物的含湿量；根据空气的含湿量、燃烧物含湿量计算烟气的含湿量；根据烟气含湿量计算烟气的露点温度；将烟气的露点温度与热交换器表面的温度进行比较，进而根据比较结果调节第二风机和第一风机的转速，进而降低进入壳体内空气的含湿量。该防冷凝水的燃气热水器及控制方法能够降低烟气的露点温度，防止冷凝水产生。

Description

一种防冷凝水的燃气热水器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃气热水器技术领域，特别涉及一种防冷凝水的燃气热水器，还涉及一种燃气热水器防冷凝水的控制方法。
背景技术
燃气热水器在低负荷状态下燃烧工作时，由于排烟温度较低，容易出现烟气温度低于露点温度而导致热交换器内壁上析出冷凝水的现象。一方面，热交换器内壁上积聚的冷凝水容易滴落在火排上导致火焰熄灭；另一方面，热交换器内壁上的冷凝水与烟气中的CO2、NOx等结合会生成酸性物质，对热交换器造成酸性腐蚀，降低热交换器的使用寿命。
授权公告号为CN201340097Y(申请号为200920050970.7)的中国实用新型专利《待跳水装置的燃气热水器》，其中公开的燃气热水器，在冷水进水管与热水出水管之间中设置了旁通管，并在旁通管上设置了电动调水阀，工作时，控制器根据燃气调节阀的气量大小控制电动调水阀的水量大小，减小进入热交换中的水量，从而提高排烟温度，进而避免出现冷凝水。但是该燃气热水器在使用时，当用于停水后再次开启热水时，会有会有一段出水温度过高的情况，可能会被烫到用户。另外，在出水温度一定的情况下，需要考虑到热交换器温度要高于出水温度，计算负荷比实际负荷需求要高，会消耗更多的燃气量，不节能。此外，遇到梅雨季节，空气湿度大，仍然存在热交换器内壁上析出冷凝水的现象，无法从根本上杜绝冷凝水的产生。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够减少出水温度变化，燃气使用量低，且能防止冷凝水产生的防冷凝水的燃气热水器。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种杜绝冷凝水产生的燃气热水器防冷凝水的控制方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种防冷凝水的燃气热水器，包括
壳体；
热交换器，设置在所述壳体内；
第一风机，设置在壳体内且设置在燃烧室的进风口处；
其特征在于：还包括
通气管，连接在壳体上，所述通气管内包括隔离设置的进风管路和排烟管路，所述进风管路内设置有螺旋挡片，所述热交换器的排烟口上连接有与排烟管路相连接的集烟罩；
第二风机，设置在集烟罩外且靠近进风管路的出口设置；
温湿度传感器，设置在所述集烟罩外且靠近进风管路的出口设置；
温度传感器，设置在热交换器的表面。
优选地，所述进风管路外排烟管路的外周。
优选地，所述通气管包括内管和套设在所述内管外的外管，所述内管内的空间形成所述排烟管路，所述内管和外管之间的空间形成所述进风管路；
所述内管的外端部伸入在所述外管的外端部外，所述外管的外端部连接在内管的外壁上，所述内管的外端部上开设有开口，所述外管的外端部上开设有空气进风口。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：
计算进入壳体内空气的含湿量，计算燃烧生成物的含湿量；
根据空气的含湿量、燃烧物含湿量计算烟气的含湿量；
根据烟气含湿量计算烟气的露点温度；
将烟气的露点温度与热交换器表面的温度进行比较，进而根据比较结果调节第二风机和第一风机的转速，进而降低进入壳体内空气的含湿量。
简单地，燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、检测进入壳体内的空气湿度W和空气温度T，计算空气的含湿量A；
S2、根据设置温度计算燃烧需要的燃气量R，根据R计算燃烧产物的含湿量B；
S3、根据A和B计算获取烟气中的含湿量C，C＝A+B；
S4、根据C计算烟气的露点温度D，根据D获取响应温度阈值E，E＝D+k1，其中k1为余量常量，k1≥0；
S5、获取热交换器表面温度F；
S6、判断是否F＜E；如果是，则开启第二风机工作，并且第一风机转速降低X，其中X为第一风机转速的单位调节常量。
为了保证燃气热水器的正常燃烧，S6中，在降低第一风机的转速时，第一风机的转速总减小量M≤Y，其中Y＞X。
为了减小能耗，还包括S7、实时检测热交换器表面温度F，如果E≤F≤D+k2，则保持当前第一风机和第二风机的转速；如果F＞D+k2，则控制第二风机停止工作，同时控制第一风机按照设定温度对应的第一风机转速进行工作；其中k2为能够避免冷凝水产生的对应的阈值常量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的防冷凝水的燃气热水器在燃气热水器原有的结构基础上增加了第二风机，同时在进气管路内设置了螺旋挡片，如此在热交换器表面温度接近烟气的露点温度时，开启第二风机，使得进入的空气能够在螺旋挡片的作用下发生离心作用，进而使得空气中的水附着在螺旋挡，减小进入空气中的含湿量，从而减小产生烟气的含湿量，降低烟气的露点温度，使得热交换器的温度始终高于烟气的露点温度，保证烟气在经过热交换器的过程中不会析出冷凝水，从根本上防止了冷凝水的析出。
另外由于热交换器的温度不必高于出水端温度，则燃气热水器的燃烧负荷按照用户的设置温度计算即可，可以减小燃气用量，也避免了用水过程中出现水温忽冷忽热的问题。
本发明中的燃气热水器的防冷凝水控制方法即基于前述的基础，进行有效的比较计算进而控制第二风机和第一风机的转速，保证达到防止冷凝水的效果，实现了对热交换器的保护，延长了热交换器的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中防冷凝水的燃气热水器的结构图。
图2为本发明实施例中燃气热水器防冷凝水的控制方法的流程图。
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。
如图1所示，本实施例中的防冷凝水的燃气热水器，包括壳体1、热交换器2、第一风机3、通气管4、第二风机6、温湿度传感器7、温度传感器8。
热交换器2设置在所述壳体1内，第一风机3设置在壳体1内，并且第一风机3的出风口与壳体1内的燃烧室的进风口相连接，通过调节第一风机3的转速，能够控制进入燃烧室内的空气量，为了保证正常燃烧，通常第一风机3设置有最小转速阈值。
通气管4连接在壳体1上，本实施例中通气管4连接在壳体1的顶部。该通气管4包括内管401和同心套设在内管401外的外管402，内管401内的空间形成排烟管路42，内管401和外管402之间的空间形成进风管路41，如此在通气管4构成隔离设置的进风管路41和排烟管路42。进风管路41内设置有螺旋挡片43。
内管401的外端部伸入在外管402的外端部外，并且内管401的外端部直径增大设置，外管402的外端部连接在内管401外端部直径增大部分尾端的外壁上，如此能够保证通气管4外观为一直径不变的管体，内管401的外端部上开设有开口421以用于排烟，外管402的外端部上开设有空气进风口411以用于外界空气进入。
热交换器2的排烟口上连接有集烟罩5，集烟罩5与排烟管路42相连接。第二风机6设置在集烟罩5外且靠近进风管路41的出口设置。空气进行到进风管路41中后，在第二风机6的作用以及螺旋挡片43的作用下能够进行螺旋运动，空气中的水蒸气则能够在离心作用下被分离并附着在螺旋挡片43。同时自进风管路41进入的空气还能与排烟管路42中的烟气进行热交换，实现对进入壳体1内空气的预热。
温湿度传感器7设置在集烟罩5外且靠近进风管路41的出口设置。该温湿度传感器7可以采用现有的温湿度传感器7成品，也可以采用独立的温度传感器和湿度传感器共同构成温湿度传感器7，该温湿度传感器7可以检测自进风管路41进入的空气温度和湿度数据。温度传感器8则设置在热交换器2的表面，用于检测热交换器2表面的温度数据。
烟气中冷凝水产生的原理为：烟气中的水分含量称之为含湿量，当烟气的含湿量一定的情况下，烟气温度不断降低，相对湿度会不断增加，当达到饱和状态，即烟气的相对湿度为100％时烟气中的水分会凝结析出，此时烟气的温度即为露点温度。因此，想要知道烟气中冷凝水析出时的露点温度，则需要确定烟气中的含湿量。而烟气中的含湿量由两部分组成，一部分是进行燃烧的空气中自带的水蒸气，另一部分是燃料与氧气燃烧所产生的燃烧产物水。
空气中的自带水蒸气的含湿量与空气的温度、湿度、大气压相关，在某一地区，大气压为一定值，即含湿量与空气的温度、湿度相关。根据空气的温度、湿度即可计算出当前空气的含湿量。
燃烧过程中产生的水蒸气来自于燃料中氢元素与空气中的氧元素的结合，根据反应质量守恒定理，只要知道燃料的流量就可以计算出产生的水蒸气含量。在燃气热水器工作过程中，会根据用户设置的温度来计算实际负荷，进而得出所需的燃气量，由此可得出燃烧产物水蒸气的含量，即燃烧产生的燃烧生成物的含湿量。
如图2所示，本实施例中的燃气热水器防冷凝水的控制方法，包括以下步骤：
S1、利用温湿度传感器7检测进入壳体1内的空气湿度W和空气温度T，进而根据W和T计算空气的含湿量A；
S2、根据用户在燃气热水器上的设置温度计算燃烧需要的燃气量R，根据R计算燃烧产物的含湿量B；
S3、根据A和B计算获取燃烧生成的烟气中的含湿量C，C＝A+B；
S4、根据C计算烟气的露点温度D，为了保证在烟气的温度下降至露点温度前采取措施而防止在热交换器2壁上形成冷凝水，则根据D获取响应温度阈值E，E＝D+k1，其中k1为余量常量，k1≥0；本实施例中k1＝2℃；
S5、获取热交换器2表面温度F；
S6、判断是否F＜E；如果是，则开启第二风机6工作，本实施例中，控制第二风机6以最高速度6000r/min的转速进行工作，同时第一风机3转速降低X，其中X为第一风机3转速的单位调节常量；本实施例中X＝200r/min，即每次将第一风机3的转速降低200r/min，但是第一风机3的转速总减小量M≤Y，其中Y＞X，本实施例中Y＝600r/min，即第一风机3转速的最大减小量为600r/min，如此保证第一风机3转速保持在保证燃烧腔内正常燃烧的第一风机3的最小转速范围内；
在第一风机3的作用，能够减小燃烧室内的空气进入量，对应则会更少的引入空气中的水蒸气，减小空气含湿量，使得露点温度降低；
在第二风机6的作用下，进入到壳体1内的空气的含湿量会降低，同时进入的空气温度会在排出烟气的预热作用下升高，则会使得燃烧产生的烟气的含湿量降低、烟气温度升高，如此可以使得烟气中的水蒸气的饱和程度降低，即降低了烟气的露点温度，更不容易产生冷凝水；
S7、调节后，通常热交换器2表面温度F会上升，再实时检测热交换器2表面温度F，如果E≤F≤D+k2，则保持当前第一风机3和第二风机6的转速；如果F＞D+k2，则控制第二风机6停止工作，同时控制第一风机3按照设定温度对应的第一风机3转速进行工作；其中k2为能够避免冷凝水产生的对应的阈值常量，本实施例中k2＝6℃，即热交换器2表面温度大于D+6℃时，此时冷凝水肯定不易析出，则调整燃气热水器到正常工作状态。
该燃气热水器防冷凝水的控制方法，在冷凝水未产生之前就已经有控制方法，实时监测空气参数，将热交换器2表面温度温度与烟气的露点温度做对比，避免出现热交换器2表面温度低于烟气的露点温度而造成热交换器2中析出冷凝水的现象，在源头就消除了冷凝水的产生。

Claims (7)

1.一种防冷凝水的燃气热水器，包括
壳体(1)；
热交换器(2)，设置在所述壳体(1)内；
第一风机(3)，设置在壳体(1)内且设置在燃烧室的进风口处；
其特征在于：还包括
通气管(4)，连接在壳体(1)上，所述通气管(4)内包括隔离设置的进风管路(41)和排烟管路(42)，所述进风管路(41)内设置有螺旋挡片(43)，所述热交换器(2)的排烟口上连接有与排烟管路(42)相连接的集烟罩(5)；
第二风机(6)，设置在集烟罩(5)外且靠近进风管路(41)的出口设置；
温湿度传感器(7)，设置在所述集烟罩(5)外且靠近进风管路(41)的出口设置；
温度传感器(8)，设置在热交换器(2)的表面。
2.根据权利要求1所述的防冷凝水的燃气热水器，其特征在于：所述进风管路(41)外排烟管路(42)的外周。
3.根据权利要求2所述的防冷凝水的燃气热水器，其特征在于：所述通气管(4)包括内管(401)和套设在所述内管(401)外的外管(402)，所述内管(401)内的空间形成所述排烟管路(42)，所述内管(401)和外管(402)之间的空间形成所述进风管路(41)；
所述内管(401)的外端部伸入在所述外管(402)的外端部外，所述外管(402)的外端部连接在内管(401)的外壁上，所述内管(401)的外端部上开设有开口(421)，所述外管(402)的外端部上开设有空气进风口(411)。
4.一种燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：
计算进入壳体(1)内空气的含湿量，计算燃烧生成物的含湿量；
根据空气的含湿量、燃烧物含湿量计算烟气的含湿量；
根据烟气含湿量计算烟气的露点温度；
将烟气的露点温度与热交换器(2)表面的温度进行比较，进而根据比较结果调节第二风机(6)和第一风机(3)的转速，进而降低进入壳体(1)内空气的含湿量。
5.根据权利要求4所述的燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、检测进入壳体(1)内的空气湿度W和空气温度T，计算空气的含湿量A；
S2、根据设置温度计算燃烧需要的燃气量R，根据R计算燃烧产物的含湿量B；
S3、根据A和B计算获取烟气中的含湿量C，C＝A+B；
S4、根据C计算烟气的露点温度D，根据D获取响应温度阈值E，E＝D+k1，其中k1为余量常量，k1≥0；
S5、获取热交换器(2)表面温度F；
S6、判断是否F＜E；如果是，则开启第二风机(6)工作，并且第一风机(3)转速降低X，其中X为第一风机(3)转速的单位调节常量。
6.根据权利要求5所述的燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：S6中，在降低第一风机(3)的转速时，第一风机(3)的转速总减小量M≤Y，其中Y＞X。
7.根据权利要求5所述的燃气热水器防冷凝水的控制方法，其特征在于：还包括S7、实时检测热交换器(2)表面温度F，如果E≤F≤D+k2，则保持当前第一风机(3)和第二风机(6)的转速；如果F＞D+k2，则控制第二风机(6)停止工作，同时控制第一风机(3)按照设定温度对应的第一风机(3)转速进行工作；其中k2为能够避免冷凝水产生的对应的阈值常量。
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