CN111811133A - 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，其包括燃烧器、热交换器、进水管和出水管、风机、第一温度检测元件、第二温度检测元件、电加热元件、以及控制器。燃烧器用于燃烧空气和燃气的混合物以生成炙热的烟气。热交换器位于燃烧器下游，其具有热交换水管。进水管和出水管与热交换水管连通。风机用于驱动供给燃烧器的空气。第一温度检测元件与进水管关联设置以检测进水水温。第二温度检测元件与热交换水管关联设置以检测热交换水温度。电加热元件设置在热交换水管上。控制器通过第一和第二温度检测元件分别获取的进水水温和热交换水温度相应控制风机和/或电加热元件工作。通过这种方式，能够及时检测到由于倒灌入设备内的气流而引起的热交换水管内的水温变化，并在温度过低时及时采取防冻措施。

Description

燃气热水设备
技术领域
本发明属于燃烧设备领域，具体涉及燃气热水设备的防冻保护功能。
背景技术
燃气热水设备，如燃气热水器，其内通常设置有燃烧器、热交换器、风机、集烟罩、控制器以及管路系统。风机用于向燃烧器输送燃烧所需的空气，并将燃烧产生的废烟气通过集烟罩收集后从烟道排出。设备在不使用时，管路内会留存有水，当环境温度低于零度时，管路内的水会凝结成冰而可能使水管涨裂。现有的防冻措施通常在设备内的铜质水管的外壁上设置热电阻，当一温控器检测到环境温度过低时，会触发给热电阻以加热水管，从而防止水管内的水结冰。
然而，对于安装于室内的热水器而言，这种防冻保护措施效果并不显著。通常，室外的环境温度要比室内的环境温度低的多，室外的冷气可通过烟管、集烟罩倒灌入设备的热交换器中，而用触发电加热的温度探头通常设置的位置较低，如进水管处，所以，当热交换器的水管中的水由于倒灌入的冷气被冷冻结冰时，位于较低位置处的温度探头所检测到的温度值可能仍未达到触发电加热元件工作的阈值。有鉴于此，有必要对现有的燃气热水设备的防冻措施予以改进以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气热水设备，其能够及时检测到由于倒灌入设备内的气流而引起的热交换水管内的水温变化，并在温度过低时及时采取防冻措施。
为实现上述发明目的，本发明提供一种燃气热水设备，其包括燃烧器、热交换器、进水管和出水管、风机、第一温度检测元件、第二温度检测元件、电加热元件、以及控制器。燃烧器用于燃烧空气和燃气的混合物以生成炙热的烟气。热交换器位于燃烧器下游，其具有热交换水管。进水管和出水管与热交换水管连通。风机用于驱动供给燃烧器的空气。第一温度检测元件与进水管关联设置以检测进水水温。第二温度检测元件与热交换水管关联设置以检测热交换水温度。电加热元件设置在热交换水管上。控制器通过第一和第二温度检测元件分别获取的进水水温和热交换水温度相应控制风机和/或电加热元件工作。
作为本发明的进一步改进，控制器被配置为，当检测到的进水水温小于或等于第一进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度小于或等于第一热交换水温度阈值时驱动风机运转。
作为本发明的进一步改进，控制器被配置为，当检测到的进水水温小于或等于第二进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度小于或等于第二热交换水温度阈值时开启电加热元件工作；其中，第二进水温度阈值小于第一进水温度阈值，第二热交换水温度阈值小于第一热交换水温度阈值。
作为本发明的进一步改进，控制器被配置为，当检测到的进水水温大于或等于第三进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度大于或等于第三热交换水温度阈值时停止风机运转；其中，第三进水温度阈值大于第一进水温度阈值，第三热交换水温度阈值大于第一热交换水温度阈值。
作为本发明的进一步改进，控制器被配置为，当检测到的进水水温大于或等于第三进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度大于或等于第三热交换水温度阈值时，停止风机运转和/或关闭电加热元件；其中，第三进水温度阈值大于第一进水温度阈值，第三热交换水温度阈值大于第一热交换水温度阈值。
作为本发明的进一步改进，该设备还包括与风机连接的风压检测装置；控制器与该风压检测装置电性连接以获取风压相关信息；控制器还被配置为，当风机启动后根据风压相关信息调节风机转速。
作为本发明的进一步改进，风压检测装置为风压开关，风压相关信息为风压开关的状态信息；控制器在风机启动后根据风压相关信息调节风机转速包括，逐步提升风机的转速直到检测到风压开关开启为止。
作为本发明的进一步改进，风压检测装置为风压传感器，风压相关信息为风压值；控制器在风机启动后根据风压相关信息调节风机转速包括，逐步提升风机的转速直到检测到风压值达到预设风压值时为止。
作为本发明的进一步改进，第二温度检测元件设置在热交换水管的顶部管路上。
作为本发明的进一步改进，第二温度检测元件设置在热交换水管的顶部管路上的靠近弯管部分的位置处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在位于较高位置处的热交换水管上增设温度检测元件，可以在设备不运行时及时检测到由于倒灌入设备内的气流而引起的热交换水管内的水温变化，从而可以及时采取驱动风机工作和/或启动电加热的措施来防止设备内水管中所存留的水结冰。
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的防冻保护控制的流程图；
图3是本发明的燃气热水设备另一实施方式中防冻保护控制的流程图。
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13、热交换器14、排烟装置、风机16、以及延伸出外壳10的进水管11、出水管12、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13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。由于火排片的构造及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14位于燃烧器13的下游，其具有热交换水管141。本实施方式中，燃烧器13和热交换器14均设置在一燃烧壳体内部，由于燃烧生成的烟气向上流动，所以热交换器14设置在燃烧器13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，热交换水管141迂回地穿过这些翅片，其两头分别与位于水流方向的上游的进水管11和位于水流方向的下游的出水管12连通。燃气-空气混合物在燃烧壳体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热交换水管141中的水，加热后的水通过出水管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。
该设备还包括一燃烧控制装置以用于控制燃烧器的燃烧。该燃烧控制装置包括与燃烧器关联设置的点火针(未图示)、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。点火针可以包括点火电极和火焰检测电极。由于点火针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。
本实施方式中，风机16设置在燃烧器13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、和与集烟罩连接以将烟气排出至室外的烟管(未图示)。
一风压检测装置23与风机16连接以获取风压相关信息。本实施方式中，风压检测装置为风压开关，其利用气体的静压来推动微动开关以实现电流的通断。风压开关可以有两个检测口，即正压检测口和负压检测口，其腔体也由此分为正压腔和负压腔。两腔之间用皮膜隔离，当有压力源时皮膜移动触动微动开关从而达到开/关目的。通常，风压开关的取样是采用负压检测口，该负压检测口与风机16的负压区连通。
一第一温度检测元件21与进水管11关联设置以检测进水水温，一第二温度检测元件22与热交换水管141关联设置以检测热交换水温度。温度检测元件可以是热敏电阻，如正温度系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient，PTC)。本实施方式中，第一温度检测元件21设置在进水管11的外壁上，第二温度检测元件22设置在热交换水管141的外壁上。由于热交换水管141整体位于热水器外壳10内的上部，所以当有外部气流倒灌入设备内时，能够尽早感测到温度的变化。在优选的实施方式中，第二温度检测元件22设置在热交换水管141的顶部管路上，并且最好是，设置在热交换水管的顶部管路上的靠近弯管部分的位置处。因为一旦设备外壳10内的温度下降到足够低，热交换水管141内的水先从顶部管路中开始结冰，并且顶部管路中位于弯管部分处的水最先开始结冰。
一主要由电阻丝构成的电加热元件18设置在热交换水管141的外壁上，以在其触发通电时加热热交换水管141中的水。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，其与风机16，第一、第二温度检测元件21、22，电加热元件18，以及燃烧控制装置电性连接。从而，控制器可据通过第一和第二温度检测元件分别获取的进水水温和热交换水温度相应控制风机和/或电加热元件工作。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-Programmable GateArray，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一具体实施方式中如何实现防冻保护控制。
步骤301：燃气热水器100处于通电待机状态。
步骤302：控制器17实时或定期地经通过第一和第二温度检测元件21、22分别获取进水水温Ti和热交换水温度Tp，并通过风压开关23获取风压开关状态信息。本实施方式中，风压开关处于常闭状态，当风机16达到预定转速、获得预定风压时，风压开关才会打开。
步骤303：判断进水水温Ti是否小于或等于第一进水温度阈值Tis1、或热交换水温度Tp是否小于或等于第一热交换水温度阈值Tps1。如果否，表明管路中的水温或设备外壳内的温度尚未低至足以使设备内水管中的水结冰，从而，重复步骤302以继续监测水温；如果是，则表明管路中的水温或设备外壳内的温度较低，需要采取防冻措施，从而进入步骤304。
步骤304：控制器17驱动风机16以一初始转速Fs运转。由于室内的温度通常比室外的温度高的多，所以，风机会将室内的空气抽入设备中，以提高设备内的空气的温度，从而避免设备内水管中的水结冰。
步骤305：定期地，如每隔一分钟判断风压开关23是否打开。如果否，则进入步骤306；如果是，则进入步骤307。
步骤306：提升风机转速，并继续步骤304。需要说明的是，步骤305和306是为了防止外部有持续倒灌入的气流，并且倒灌气流风压过大，阻止风机驱动的气流排出，所以需要逐步提升风机转速以抵抗外部风压，直到达到能使风压开关打开的预定风压。在其他实施方式中，步骤305和306也可以省略，这时，步骤302中也无需获取风压开关的状态信息。
步骤307：判断进水水温Ti是否小于或等于第二进水温度阈值Tis2、或热交换水温度Tp是否小于或等于第二热交换水温度阈值Tps2；其中，第二进水温度阈值Tis2小于第一进水温度阈值Tis1，第二热交换水温度阈值Tps2小于第一热交换水温度阈值Tps1。如果是，表明管路中的水温或设备外壳内的温度太低，上述采取的驱动风机工作的措施已不足以实现防冻效果，如此则进入步骤308；如果否，表明上述通过驱动风机的措施已起到防冻效果，如此则跳过步骤308，直接进入步骤309。
步骤308：开启电加热元件工作，以加热热交换水管141中的水。
步骤309：判断进水水温Ti是否大于或等于第三进水温度阈值Tis3、以及热交换水温度Tp是否大于或等于第三热交换水温度阈值Tps3；其中，第三进水温度阈值Tis3大于第一进水温度阈值Tis1，第三热交换水温度阈值Tps3大于第一热交换水温度阈值Tps1。如果是，表明管路中的水温以及设备外壳内的温度已足够高，无需继续防冻，从而进入步骤310；如果否，则重新回到步骤302。
步骤310：停止风机运转和/或关闭电加热元件。具体地，如果前述步骤308未执行，则本步骤中只需要停止风机运转；如果前述步骤308已经执行，本步骤中可以同时停止风机运转和关闭电加热元件，也可以先关闭电加热元件，然后继续保持风机工作一段时间。
图3所示的是本发明的燃气热水器在另一具体实施方式中的防冻工作流程。与上述实施方式的主要区别在于，采用风压传感器替代风压开关。具体步骤如下。
步骤401：燃气热水器100处于通电待机状态。
步骤402：控制器17实时或定期地经通过第一和第二温度检测元件21、22分别获取进水水温Ti和热交换水温度Tp，并通过风压传感器获取风压值P。
步骤403：判断进水水温Ti是否小于或等于第一进水温度阈值Tis1、或热交换水温度Tp是否小于或等于第一热交换水温度阈值Tps1。如果否，表明管路中的水温或设备外壳内的温度尚未低至足以使设备内水管中的水结冰，从而，重复步骤402以继续监测水温；如果是，则表明管路中的水温或设备外壳内的温度较低，需要采取防冻措施，从而进入步骤404。
步骤404：控制器17驱动风机16以一初始转速Fs运转。由于室内的温度通常比室外的温度高的多，所以，风机会将室内的空气抽入设备中，以提高设备内的空气的温度，从而避免设备内水管中的水结冰。
步骤405：实时或定期地判断检测到的风压值P是否达到预设风压值PT。如果否，则进入步骤406；如果是，则进入步骤407。
步骤406：提升风机转速，并继续步骤404。需要说明的是，步骤405和406是为了防止外部有持续倒灌入的气流，并且倒灌气流风压过大，阻止风机驱动的气流排出，所以需要逐步提升风机转速以抵抗外部风压，直到达到能使风压开关打开的预定风压。在其他实施方式中，步骤405和406也可以省略，这时，步骤402中也无需获取风压值。
步骤407：判断进水水温Ti是否小于或等于第二进水温度阈值Tis2、或热交换水温度Tp是否小于或等于第二热交换水温度阈值Tps2；其中，第二进水温度阈值Tis2小于第一进水温度阈值Tis1，第二热交换水温度阈值Tps2小于第一热交换水温度阈值Tps1。如果是，表明管路中的水温或设备外壳内的温度太低，上述采取的驱动风机工作的措施已不足以实现防冻效果，如此则进入步骤408；如果否，表明上述通过驱动风机的措施已起到防冻效果，如此则跳过步骤408，直接进入步骤409。
步骤408：开启电加热元件工作，以加热热交换水管141中的水。
步骤409：判断进水水温Ti是否大于或等于第三进水温度阈值Tis3、以及热交换水温度Tp是否大于或等于第三热交换水温度阈值Tps3；其中，第三进水温度阈值Tis3大于第一进水温度阈值Tis1，第三热交换水温度阈值Tps3大于第一热交换水温度阈值Tps1。如果是，表明管路中的水温以及设备外壳内的温度已足够高，无需继续防冻，从而进入步骤410；如果否，则重新回到步骤402。
步骤410：停止风机运转和/或关闭电加热元件。具体地，如果前述步骤408未执行，则本步骤中只需要停止风机运转；如果前述步骤408已经执行，本步骤中可以同时停止风机运转和关闭电加热元件，也可以先关闭电加热元件，然后继续保持风机工作一段时间。
通过在位于较高位置处的热交换水管上增设温度检测元件，可以在设备不运行时及时检测到由于倒灌入设备内的气流而引起的热交换水管内的水温变化，从而可以及时采取驱动风机工作和/或启动电加热的措施来防止设备内水管中所存留的水结冰。
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 (10)

1.一种燃气热水设备，其特征在于，该设备包括：
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，位于燃烧器下游，其具有热交换水管，所述热交换水管可以吸收炙热烟气中携带的热量、并将热量传递给通过热交换水管中的水流；
进水管，与所述热交换水管连通并位于热交换水管的上游；
出水管，与所述热交换水管连通并位于热交换水管的下游；
风机，用于驱动供给燃烧器的空气；
第一温度检测元件，与所述进水管关联设置以检测进水水温；
第二温度检测元件，与所述热交换水管关联设置以检测热交换水温度；
电加热元件，设置在所述热交换水管上；
控制器，与上述风机、电加热元件、以及第一和第二温度检测元件电性连接；所述控制器被配置为，根据通过第一和第二温度检测元件分别获取的进水水温和热交换水温度相应控制风机和/或电加热元件工作。
2.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器被配置为，当检测到的进水水温小于或等于第一进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度小于或等于第一热交换水温度阈值时驱动风机运转。
3.根据权利要求2所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器被配置为，当检测到的进水水温小于或等于第二进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度小于或等于第二热交换水温度阈值时开启电加热元件工作；其中，第二进水温度阈值小于第一进水温度阈值，第二热交换水温度阈值小于第一热交换水温度阈值。
4.根据权利要求2所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器被配置为，当检测到的进水水温大于或等于第三进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度大于或等于第三热交换水温度阈值时停止风机运转；其中，第三进水温度阈值大于第一进水温度阈值，第三热交换水温度阈值大于第一热交换水温度阈值。
5.根据权利要求3所述的燃气热水设备，其特征在于：所述控制器被配置为，当检测到的进水水温大于或等于第三进水温度阈值时、或检测到的热交换水温度大于或等于第三热交换水温度阈值时，停止风机运转和/或关闭电加热元件；其中，第三进水温度阈值大于第一进水温度阈值，第三热交换水温度阈值大于第一热交换水温度阈值。
6.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：该设备还包括与风机连接的风压检测装置；所述控制器与该风压检测装置电性连接以获取风压相关信息，所述控制器还被配置为，当风机启动后根据所述风压相关信息调节风机转速。
7.根据权利要求6所述的燃气热水设备，其特征在于：所述风压检测装置为风压开关，所述风压相关信息为风压开关的状态信息；所述控制器在风机启动后根据所述风压相关信息调节风机转速包括，逐步提升风机的转速直到检测到风压开关开启为止。
8.根据权利要求6所述的燃气热水设备，其特征在于：所述风压检测装置为风压传感器，所述风压相关信息为风压值；所述控制器在风机启动后根据所述风压相关信息调节风机转速包括，逐步提升风机的转速直到检测到风压值达到预设风压值时为止。
9.根据权利要求1所述的燃气热水设备，其特征在于：所述第二温度检测元件设置在热交换水管的顶部管路上。
10.根据权利要求9所述的燃气热水设备，其特征在于：所述第二温度检测元件设置在热交换水管的顶部管路上的靠近弯管部分的位置处。
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