CN111219874B - 燃气热水器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃气热水器，包括机体设于机体内的燃烧器和热交换器及控制器，前述的燃烧器位于热交换器下方；前述的热交换器包括换热箱体和换热管，前述的换热管具有位于换热箱体内的换热段，其特征在于所述换热箱体两侧均开设有供换热段上下移动的导向孔，所述的换热箱体上设有升降机构及与升降机构驱动连接的传动支架，该传动支架在升降机构的作用下能带动前述的换热段相对换热箱体内上下移动。本发明还公开了一种燃气热水器的控制方法。换热段可以根据燃烧负荷和设定温度进行升降处理，提高换热管内外的温度差，以提高换热效率和安全换热。

Description

燃气热水器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃气热水器的部件，尤其涉及一种应用于燃气热水器或两用炉的热交换器，本发明还涉及一种燃气热水器。
背景技术
燃气热水器具有出热水速度快、恒温性能好、高效节能等特点，在现代生活中，受到越来越多家庭的喜爱。燃气热水器主要包括三大系统：水路系统、气路系统和电控系统。其中水路系统包括热交换器和进出水接头。
热交换器设于燃烧器上方，一般包括箱体、进水管、出水管、换热管及换热翅片，前述的换热管设于箱体内，两端分别连接进水管和出水管，换热翅片有多片依次叠置穿在换热管的直段上。相关文献可以参考专利号为ZL201420537066.X的中国实用新型专利《热交换器及具有其的燃气热水器》(授权公告号为CN204100858U)；还可以参考专利号为ZL201120181521.3的中国实用新型专利《燃气热水器的热交换器》(授权公告号为CN202083118U)。
现有的热交换器中换热管在箱体的内位置是固定不动，然而实际工作中，处于低段位小功率燃烧时，烟气温度和火苗高度偏低，换热不是不充分，处于高段位小功率燃烧时，烟气温度和火苗高度偏高，换热翅片和换热管容易烧穿，缩短使用寿命。因此对不同状态下，换热管的位置可以考虑作相应变化，以达到最佳的燃烧效果且又不损坏换热管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种换热管整体能升降的燃气热水器。
本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种燃气热水器的控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种燃气热水器，包括机体设于机体内的燃烧器和热交换器及控制器，前述的燃烧器位于热交换器下方；前述的热交换器包括换热箱体和换热管，前述的换热管具有位于换热箱体内的换热段，其特征在于所述换热箱体两侧均开设有供换热段上下移动的导向孔，所述的换热箱体上设有升降机构及与升降机构驱动连接的传动支架，该传动支架在升降机构的作用下能带动前述的换热段相对换热箱体内上下移动；
前述的换热管内设有水温传感器，前述的燃烧器内设有烟气温度传感器；所述的控制器的控制输入端与前述的水温传感器和烟气温度传感器连接，控制输出端与前述的升降机构连接。
进一步，所述的换热管的进水端和出水端均设有能升降接头或具有能自身伸缩的管段。
作为优选，所述的升降接头包括上接头和下接头，前述上接头的上端与换热管连接，下端能伸缩地设于下接头的连接端口上，该连接端口上设有密封圈。
作为优选，所述的升降机构包括与控制器连接的电机、输出齿轮及齿条，前述齿条连接于传动支架上并呈纵向布置，前述的输出齿轮设于电机的动力输出端并与前述齿条啮合传动。
作为优选，所述的传动支架包括传动杆及设于传动杆上的定位板，所述齿条与前述的传动杆连接，前述的定位板分别设于换热箱体两侧外壁，所述定位板上具有供换热段设置的安装孔或安置槽。
进一步，所述的定位板上设有振动机构。
所述定位板包括上支撑板和下支撑板，前述的上支撑板和下支撑板上具有供换热段贯穿通过的安装孔；前述上支撑板的下端设有至少两个八字形布置的上斜拉杆，前述下支撑板的下端设有至少两个八字形布置的下斜拉杆。
作为优选，所述的振动机构包括限位套筒、上连接轴、下连接轴、压电片及振动弹簧，前述的上连接轴能轴向移动地设于限位套筒的上端内并上端与上支撑板连接，前述的下连接轴能轴向移动地设于限位套筒的下端内并下端与下支撑板连接，前述的压电片至少为两片，每块压电片的上端面与上斜拉杆相抵，下端与下斜拉杆相抵，前述的振动弹簧设于限位套筒内并上端与上连接轴相抵，下端与下连接轴相抵。
进一步，所述的换热段上设置有多个换热片。
一种热交换器的燃气热水器，包括机体设于机体内的燃烧器及热交换器，前述的燃烧器位于热交换器下方。
所述的热交换器上方设有上抽式风机。将上抽式风机布置在机体顶部，将风从热水器四周吸入热水器内部进行燃烧，这种热水器在设计和制造过程中对密封性要求低于下鼓式热气热水器。
一种燃气热水器的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升二段位移；
换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升一段位移度；
换热管的水温低于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降一段位移；
换热管的水温大于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降二段位移；
前述的二段位移大于一段位移。
与现有技术相比，本发明的优点在于：当热水器处于低段位小功率条件下工作时，升降机构驱动换热段整体下移，实现高效换热；当热水器处于高段位大功率条件下工作时，升降机构驱动换热段整体上移，实现安全换热。可以根据燃烧负荷和设定温度进行升降处理，提高换热管内外的温度差，以提高换热效率。
附图说明
图1为实施例结构示意图。
图2为图1中热交换器结构示意图。
图3为图2中换热箱体的结构示意图。
图4为图2中升降接头的放大剖视图。
图5为图2中去除换热箱体和换热片后的部分结构放大图。
图6为图5中振动机构的放大剖视图。
图7为实施例控制原理图。
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，本实施例中的燃气热水器包括机体100设于机体100内的燃烧器101和热交换器10及控制器103(如图7所示)，燃烧器101位于热交换器10下方。101热交换器上方设有上抽式风机102。将上抽式风机102布置在机体100顶部，将风从热水器四周吸入热水器内部进行燃烧，这种热水器在设计和制造过程中对密封性要求低于下鼓式热气热水器。
如2～图6所示，本实施例中的热交换器10包括换热箱体2、换热管1、升降机构3和振动机构4，换热管1具有位于换热箱体2内的换热段11，换热段11上设置有多个换热片13。
结合图7所示，换热管1内设有水温传感器104，燃烧器101内设有烟气温度传感器105；控制器103的控制输入端与水温传感器104和烟气温度传感器105连接，控制输出端与升降机构的电机31连接。
换热箱体2两侧均开设有供换热段11上下移动的导向孔21，换热箱体2上设有升降机构3及与升降机构3驱动连接的传动支架5a，该传动支架5a在升降机构3的作用下能带动换热段11相对换热箱体2内上下移动。
换热管1的进水端和出水端均设有能升降接头12，结合图4所示，本实施例中的升降接头12包括上接头121和下接头122，上接头121的上端与换热管1连接，下端能伸缩地设于下接头122的连接端口上，该连接端口上设有密封圈123。
结合图5所示，本实施例中的升降机构3包括电机31、输出齿轮32及齿条33，齿条33连接于传动支架5a上并呈纵向布置，输出齿轮32设于电机31的动力输出端并与齿条33啮合传动。
传动支架5a包括传动杆5及设于传动杆5上的定位板，齿条33与传动杆5连接，定位板分别设于换热箱体2两侧外壁，定位板上具有供换热段11设置的安装孔63。
电机31驱动输出齿轮32转动，从动带动齿条33上下移动，进而传动支架5a带动换热段11在条形孔21上移动。电机31优选步进电机，利于控制精确。
定位板上设有振动机构4。定位板包括上支撑板61和下支撑板62，上支撑板61和下支撑板62上具有供换热段11贯穿通过的安装孔63；上支撑板61的下端设有至少两个八字形布置的上斜拉杆41，下支撑板62的下端设有至少两个八字形布置的下斜拉杆42.
结合图5和图6所示，本实施例中的振动机构4包括限位套筒43、上连接轴44、下连接轴45、压电片47及振动弹簧46，上连接轴44能轴向移动地设于限位套筒43的上端并上端与上支撑板61连接，下连接轴45能轴向移动地设于限位套筒43的下端并下端与下支撑板62连接，压电片47至少为两片，每块压电片47的上端面与上斜拉杆41相抵，下端与下斜拉杆42相抵，振动弹簧46设于限位套筒43内并上端与上连接轴44相抵，下端与下连接轴45相抵。限位套筒43可以将上连接轴44和下连接轴45上下限位，保证他们不会脱落；振动弹簧46给上连接轴44和下连接轴45提供缓冲，保证高频振动的发生过程中不会有刚性阻尼。
压电片22在电压驱动下发生高频伸缩，上斜拉杆41和下斜拉杆42将行程放大之后的振动传递给上支撑板61和下支撑板62，最后换热管1振动。
当热水器处于低段位小功率条件下工作时，烟气温度和火苗高度都偏低，为了提高水管内外侧的温差，升降机构驱动换热段整体下移，实现高效换热；当热水器处于高段位大功率条件下工作时，烟气温度和火苗高度都偏高，为了防止换热段被烧穿，升降机构驱动换热段整体上移，实现安全换热。换热器可以根据燃烧负荷和设定温度进行升降处理，提高换热管内外的温度差，以提高换热效率。
在整个换热过程中，振动机构始终工作，保证换热管始终在高频低幅振动下工作。既可以增加湍流度强化换热效果，又可以有效防止换热管内部积垢，1mm水垢的热阻相当于400mm钢板的热阻，所以防止积垢可以大大提升换热器的换热效率和使用寿命。振动机构中的压电片采用压电材料制作，通电后，改变两端的电压，可以发生伸缩变化，变化频率与电压变化频率一致。
当换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升二段位移；换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升一段位移度；换热管的水温低于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降一段位移；换热管的水温大于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降二段位移。二段位移大于一段位移。本实施例中的二段位移设定为20mm，一段位移设定为10mm。

Claims (10)

1.一种燃气热水器，包括机体(100)设于机体(100)内的燃烧器(101)和热交换器(10)及控制器(103)，前述的燃烧器(101)位于热交换器(10)下方；前述的热交换器包括换热箱体(2)和换热管(1)，前述的换热管(1)具有位于换热箱体(2)内的换热段(11)，其特征在于所述换热箱体(2)两侧均开设有供换热段(11)上下移动的导向孔(21)，所述的换热箱体(2)上设有升降机构(3)及与升降机构(3)驱动连接的传动支架(5a)，该传动支架(5a)在升降机构(3)的作用下能带动前述的换热段(11)相对换热箱体(2)内上下移动；
前述的换热管(1)内设有水温传感器(104)，前述的燃烧器(101)内设有烟气温度传感器(105)；所述的控制器(103)的控制输入端与前述的水温传感器(104)和烟气温度传感器(105)连接，控制输出端与前述的升降机构(3)连接。
2.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于所述的换热管(1)的进水端和出水端均设有能升降接头(12)或具有能自身伸缩的管段。
3.根据权利要求2所述的燃气热水器，其特征在于所述的升降接头(12)包括上接头(121)和下接头(122)，前述上接头(121)的上端与换热管(1)连接，下端能伸缩地设于下接头(122)的连接端口上，该连接端口上设有密封圈(123)。
4.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于所述的升降机构(3)包括与控制器连接的电机(31)、输出齿轮(32)及齿条(33)，前述齿条(33)连接于传动支架(5a)上并呈纵向布置，前述的输出齿轮(32)设于电机(31)的动力输出端并与前述齿条(33)啮合传动。
5.根据权利要求4所述的燃气热水器，其特征在于所述的传动支架(5a)包括传动杆(5)及设于传动杆(5)上的定位板，所述齿条(33)与前述的传动杆(5)连接，前述的定位板分别设于换热箱体(2)两侧外壁，所述定位板上具有供换热段(11)设置的安装孔(63)或安置槽。
6.根据权利要求5所述的燃气热水器，其特征在于所述的定位板上设有振动机构(4)。
7.根据权利要求6所述的燃气热水器其特征在于所述定位板包括上支撑板(61)和下支撑板(62)，前述的上支撑板(61)和下支撑板(62)上具有供换热段(11)贯穿通过的安装孔(63)；前述上支撑板(61)的下端设有至少两个八字形布置的上斜拉杆(41)，前述下支撑板(62)的下端设有至少两个八字形布置的下斜拉杆(42)；
所述的振动机构(4)包括限位套筒(43)、上连接轴(44)、下连接轴(45)、压电片(47)及振动弹簧(46)，前述的上连接轴(44)能轴向移动地设于限位套筒(43)的上端并上端与上支撑板(61)连接，前述的下连接轴(45)能轴向移动地设于限位套筒(43)的下端并下端与下支撑板(62)连接，前述的压电片(47)至少为两片，每块压电片(47)的上端面与上斜拉杆(41)相抵，下端与下斜拉杆(42)相抵，前述的振动弹簧(46)设于限位套筒(43)内并上端与上连接轴(44)相抵，下端与下连接轴(45)相抵。
8.根将权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于所述的换热段(11)上设置有多个换热片(13)。
9.根据权利要求1所述的燃气热水器，其特征在于所述的热交换器(10)上方设有上抽式风机(102)。
10.一种权利要求1～9中任一一种燃气热水器的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升二段位移；
换热管的水温高于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段上升一段位移度；
换热管的水温低于设定水温，并且，烟气温度高于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降一段位移；
换热管的水温大于设定水温，并且，烟气温度低于或等于设定烟气温度时，升降机构驱动换热段下降二段位移；
前述的二段位移大于一段位移。
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