CN111174412A - 燃气热水设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃气热水设备，其包括进水管和出水管、燃烧器、热交换器、燃气阀、风机、检测装置、和控制器。燃烧器用于燃烧空气和燃气的混合物以生成炙热的烟气。热交换器用于和炙热烟气接触、并吸收烟气中的热量，该等热量被用于加热从进水管进入并通过热交换器的水流，加热后的水经由出水管流出。燃气阀与燃烧器关联设置以用于向燃烧器供应燃气。风机用于驱动供给燃烧器的空气，并驱动烟气排出至设备外部。检测装置用于检测输出物的特性参数。控制器与风机连接以调节风机转速，并与检测装置连接以获取输出物的特性参数。控制器被配置为：当获取的输出物的特性参数超出预定范围时，根据输出物的特性参数调节风机的转速。

Description

燃气热水设备
技术领域
本发明属于燃烧设备领域，具体涉及能够自动适应气源的燃气热水设备。
背景技术
根据国标GB6932和欧标EN26的要求，燃气热水器的排放要符合一定的安全标准，即燃烧产生的一氧化碳和二氧化碳在排放烟气的比例中需要在安全环保的范围内，这也是燃气热水器在燃烧设计时很重要的一个参考标准。以热水器标称的1米烟管为基础模型，假定以G20作为基础燃气的燃烧设计在合理范围并且烟气设计值在标准范围内时，如果更换气源，因为燃气组分的不同，会造成过剩空气系数α的漂移导致燃烧不充分，烟气排放超过标准的要求。然而，燃气热水器设计时无法预知特定用户家中的燃气种类，所以就需要热水器在设计时能够适应不同气源的要求。
发明专利申请公开CN 109990478 A披露了一种带有气源拨码开关的燃气热水器，在安装使用时通过拨码使设备适应输入的气源。显然，这种方式对于用户体验而言并不友好。实用新型专利CN 204176923 U披露了一种自适应气源的燃气热水器。该热水器设有一天燃气离子电流反馈针和一液化气离子电流反馈针，通过检测这两个离子电流反馈针来判断目前使用的是液化气还是天燃气，然后相应调整风机转速和燃气阀开度。然而，相比普通的热水器，一方面需要额外增加一个离子电流反馈针；另一方面，该设计只能判断天燃气或液化气，并不能判断不同种类的天燃气，如G20，G21，G23等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气热水设备，其能够自动适应不同的燃气种类并正常燃烧，避免由于气源不适应而导致排放超标的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种燃气热水设备，其包括进水管和出水管、燃烧器、热交换器、燃气阀、风机、检测装置、和控制器。燃烧器用于燃烧空气和燃气的混合物以生成炙热的烟气。热交换器用于和炙热烟气接触、并吸收烟气中的热量，该等热量被用于加热从进水管进入并通过热交换器的水流，加热后的水经由出水管流出。燃气阀与燃烧器关联设置以用于向燃烧器供应燃气。风机用于驱动供给燃烧器的空气，并驱动烟气排出至设备外部。检测装置用于检测输出物的特性参数。控制器与风机连接以调节风机转速，并与检测装置连接以获取输出物的特性参数。控制器被配置为：当获取的输出物的特性参数超出预定范围时，根据输出物的特性参数调节风机的转速。
作为本发明的进一步改进，根据输出物的特性参数调节风机的转速包括，根据输出物的特性参数确定燃气的种类，并根据确定的燃气种类调节风机转速。
作为本发明的进一步改进，检测装置为设置在出水管上的温度传感器，用于检测输出热水的温度。
作为本发明的进一步改进，检测装置为设于热交换器下游的气体传感器，用于检测输出烟气中的一氧化碳或二氧化碳的含量。
作为本发明的进一步改进，该设备还包括设置在热交换器下游的集烟罩，以用于收集通过热交换器的烟气并将其排出；气体传感器设置在集烟罩的内壁上。
作为本发明的进一步改进，控制器内存储有输出物的特性参数和燃气种类对应关系的第一查询表；控制器被配置为：获取输出物的特性参数，并通过第一查询表确定燃气的种类。
作为本发明的进一步改进，控制器内存储有燃气种类与风机转速对应关系的第二查询表；控制器被配置为：根据确定的燃气种类，并通过第二查询表确定并调节风机的转速。
作为本发明的进一步改进，根据输出物的特性参数调节风机的转速包括，调节风机转速直至输出物的特性参数又重新落入所述预定范围内。
作为本发明的进一步改进，控制器与上述燃气阀连接以通过调节燃气阀工作电流来控制燃气阀的开度；控制器被配置为：当获取的输出物的特性参数超出预定范围时，根据输出物的特性参数调节燃气阀工作电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据检测输出物的特性参数，如出水温度、排出烟气中的一氧化碳或二氧化碳的含量即可得知气源的种类，并在与默认的气源不一致时至少可相应调节风机的转速，增加或减少空气的供应量，从而使燃气能充分燃烧，进而避免排放的烟气中污染物超标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的燃气热水设备一具体实施方式中的原理框图；
图2是图1所示的燃气热水设备在第一实施方式中的自适应气源并相应控制燃烧的流程图；
图3是图1所示的燃气热水设备在第二实施方式中的自适应气源并相应控制燃烧的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
燃气热水设备，如燃气热水器和燃气锅炉都是以可燃气体为燃料，如天燃气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来加热热水以满足用户生活用水和/或中央供暖的需求。下述实施方式中将均以燃气热水器为例来对本发明进行说明，但本发明同样可应用于燃气锅炉。
首先参照图1所示的燃气热水器，该燃气热水热水器100包括外壳10，收容在外壳10中的燃烧器12、热交换器13、排烟装置、风机16、以及延伸出外壳10的进水管191、出水管192、和燃气输送管路等。
外壳10可由若干面板拼接而成，以在其内形成收容空间以容纳各部件。适用于燃气热水器的燃烧器12通常设置有燃烧器单元，如并排设置的若干火排片(未图示)。每一火排片上会设置有燃气-空气的混合通道，通过燃气输送管路输送的燃气和一次空气在该混合通道内混合、并传递给位于火排片顶部的火孔以燃烧并生成炙热的烟气。由于火排片的构造、布置为本领域技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。
在烟气的流动方向上，热交换器13位于在燃烧器12的下游。本实施方式中，燃烧器12和热交换器13均设置在一燃烧壳体11内部，由于燃烧生成的烟气向上流动，所以热交换器13设置在燃烧器12的上方。热交换器可采用翅片管式热交换器，即热交换器壳体内设置有多个翅片，一吸热水管(未标示)迂回地穿过这些翅片，其两头分别与进水管191和出水管192连通。燃气-空气混合物在燃烧壳体11定义的燃烧室内燃烧，产生的热量被翅片所吸收，并进一步传递给流经吸热水管中的水，加热后的水通过出水管192传递给生活用水的水管，从而为用户提供饮用、洗浴等生活用水。出水管192上设有一温度传感器18，如负温度系数的热敏电阻，以检测出水温度。
本实施方式中，风机16设置在燃烧器12的下方，用于促进气体对流，以提供燃烧所需的空气，并促使燃烧产生的烟气通过排烟装置排出。排烟装置位于热交换器14的下游，其包括用于收集通过热交换器的烟气的集烟罩14、和与集烟罩连接以将烟气排出至室外的烟管(未图示)。
燃烧器还包括设置在燃烧器单元上方的点火电极121与火焰监测电极122、以及设置在燃气输送管路中的燃气控制阀15。燃气控制阀15可以是一电可控阀门，用于连通或断开供气通道以及控制燃气供应量。点火电极121用于点燃排出燃烧器单元的燃气与空气混合物，火焰监测电极122用于监测是否有火焰生成。由于点火电极、火焰监测电极和燃气控制阀的构造为本领域技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。
一控制器17设置在外壳10内以用于检测和控制燃气热水器内各电路器件的工作，本实施方式中，其与温度传感器18、风机16、燃气阀15、以及燃烧器12(点火电极121和火焰监测电极122)电性连接。控制器17内设有包含控制器的控制电路，其中控制器可以是由若干电子元件按照一定布线方式连接而成的逻辑控制电路；也可以是存储有程序指令的微控制器(MCU)；或者是具有专有用途的集成芯片，如现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array，FPGA)等。
下面结合图2所示的流程图来说明本发明的燃气热水器在第一具体实施方式中如何实现自适应气源并相应控制燃烧。假定热水器默认的气源为天燃气G20，燃气与空气混合燃烧后生成的热量可以将水加热到40℃左右，从而出水温度通常在一预定范围之内，如39～41℃。在相同环境和燃烧条件下，各种天燃气种类和出水温度的对应关系可以如下表所示。该表可以存储在控制器内，并定义为第一查询表。
气源 出水温度(℃)
G20 39～41
G21 47～49
G23 36～38
燃气热水器100处于运行状态时(步骤201)。水从进水管191流入，通过热交换器13时被加热，然后从出水管192流出。控制器17通过设置在出水管192上的温度传感器18能够实时或定期地检测到出水温度(步骤202)，并确定是否在预定范围内，如39～41℃。如果检测得到的出水温度超出预定范围，如高于41℃、或低于39℃，表明此时的气源并非设备默认的气源，则需要调整燃烧状态，否则有可能导致生成的烟气超过排放标准，为此至少需要调节风机16的转速。本实施方式中，控制器根据获取的出水温度参数以及第一查询表就可以获知当前所使用的燃气种类(步骤203)。控制器内还可以存储有燃气种类与风机转速对应关系的第二查询表，从而控制器可根据确定的燃气种类、通过第二查询表确定风机的转速并进行相应调节，如通过脉宽调制信号调节风机的电流，从而实现风机转速的调节(步骤204)。接下来，以调整后的风机转速进入正常燃烧的状态(步骤205)。
在其他实施方式中，也可以直接建立出水温度和风机转速的查询表，从而，在检测得到的出水温度超出预定范围时，可根据该出水温度直接确定并调节风机转速。此外，还可以通过查询表的形式建立出水温度和/或燃气种类与燃气阀工作电流之间的对应关系，从而，根据检测得到的出水温度可直接或间接的确定并调节燃气阀的工作电流，进而调节燃气阀的开度。另外，除了检测出水温度外，还可以检测其他输出物的特性参数。例如，可以在集烟罩的内壁上14上设置一个气体传感器(未图示)，用于检测输出烟气中的一氧化碳或二氧化碳的含量，从而根据检测得到的一氧化碳或二氧化碳的含量来调节风机的转速和/或燃气阀的工作电流。调节与控制方式和上述根据输出热水温度调节风机的转速和/或燃气阀的工作电流的方式类似，申请人在此不再予以赘述。
图3所示是本发明的燃气热水器在第二具体实施方式中如何实现自适应气源并相应控制燃烧。燃气热水器100处于运行状态时(步骤301)。水从进水管191流入，通过热交换器13时被加热，然后从出水管192流出。控制器17检测输出物的特性参数(步骤302)。例如，通过设置在出水管192上的温度传感器18能够实时或定期地检测到出水温度，或者通过气体传感器检测输出烟气中一氧化碳或二氧化碳的含量。以检测出水温度为例，如果检测得到的出水温度超出预定范围，如高于41℃、或低于39℃，表明此时的气源并非设备默认的气源，则需要调整燃烧状态，否则有可能导致生成的烟气超过排放标准，为此至少需要调节风机16的转速。在本实施方式中，控制器17会逐步调节风机的转速，如通过脉宽调制信号调节风机的电流，从而实现风机转速的调节；同时，监测出水温度，直至出水温度又重新落入预定范围内，风机转速的调节才会停止(步骤204)。接下来，热水器以调整后的风机转速进入正常燃烧的状态(步骤205)。如之前所述，控制器还可进一步调节燃气阀的工作电流。
本发明根据检测输出物的特性参数，如出水温度、排出烟气中的一氧化碳或二氧化碳的含量即可得知气源的种类，并在与默认的气源不一致时至少可相应调节风机的转速，增加或减少空气的供应量，从而使燃气能充分燃烧，进而避免排放的烟气中污染物超标。本领域普通技术人员可轻易理解的是，上述实施方式虽然仅例举了天然气种类，但本发明同样可以实现其他气源，如液化气、城市煤气等的自适应调节，其原理是根据不同气源的热值进行换算。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种燃气热水设备，其特征在于，该设备包括：
进水管和出水管；
燃烧器，用于燃烧空气和燃气的混合物以生成炙热的烟气；
热交换器，用于和所述炙热烟气接触、并吸收烟气中的热量，该等热量被用于加热从进水管进入并通过热交换器的水流，加热后的水经由出水管流出；
燃气阀，与所述燃烧器关联设置以用于向燃烧器供应燃气；
风机，用于驱动供给燃烧器的空气，并驱动烟气排出至设备外部；
检测装置，用于检测输出物的特性参数；
控制器，与所述风机连接以调节风机转速，并与所述检测装置连接以获取所述输出物的特性参数；所述控制器被配置为：当获取的输出物的特性参数超出预定范围时，根据输出物的特性参数调节风机的转速。
2.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：所述根据输出物的特性参数调节风机的转速包括，根据输出物的特性参数确定燃气的种类，并根据确定的燃气种类调节风机转速。
3.根据权利要求1或2所述的燃气热水设备，其特征在于：所述检测装置为设置在出水管上的温度传感器，用于检测输出热水的温度。
4.根据权利要求1或2所述的燃气热水设备，其特征在于：所述检测装置为设于热交换器下游的气体传感器，用于检测输出烟气中的一氧化碳或二氧化碳的含量。
5.根据权利要求4所述的燃气热水设备，其特征在于：该设备还包括设置在热交换器下游的集烟罩，以用于收集通过热交换器的烟气并将其排出；所述气体传感器设置在集烟罩的内壁上。
6.根据权利要求1或2所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器内存储有输出物的特性参数和燃气种类对应关系的第一查询表；所述控制器被配置为：获取输出物的特性参数，并通过所述第一查询表确定燃气的种类。
7.根据权利要求6所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器内存储有燃气种类与风机转速对应关系的第二查询表；所述控制器被配置为：根据确定的燃气种类，并通过所述第二查询表确定并调节风机的转速。
8.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：所述根据输出物的特性参数调节风机的转速包括，调节风机转速直至输出物的特性参数又重新落入所述预定范围内。
9.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：控制器与上述燃气阀连接以通过调节燃气阀工作电流来控制燃气阀的开度；所述控制器被配置为：当获取的输出物的特性参数超出预定范围时，根据输出物的特性参数调节燃气阀工作电流。
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