CN112146282A - 一种全预混燃气热水器的控制方法及燃气热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全预混燃气热水器的控制方法，该方法包括：开启燃气热水器，采集当前空气流量以及输出的热负荷数值；若当前空气流量及热负荷数值分别与预设标准值都一致时，则燃气热水器不进行负荷控制；若当前空气流量与预设标准值不一致，且热负荷数值与预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设标准值一致；若当前空气流量与预设标准值一致，且热负荷数值与预设标准值不一致时，调节燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设标准值一致。本发明在使用时，通过调节燃气热水器输入的当前空气流量及空气和燃气的混合压力，避免当燃气热水器气流波动时产生的回火现象和热负荷波动。
Description
技术领域
本发明属于燃气热水器的控制技术领域，具体涉及一种全预混燃气热水器的控制方法及燃气热水器。
背景技术
在目前的现有燃气热水装置当中，按空气与燃气的混合比例不同，可分为全预混燃烧机型和部分预混燃烧机型；其中，全预混具有以下特点：空气与燃气在燃烧前按照化学当量比进行充分混合后，再进行点火燃烧，其具许多优势，比如燃气充分燃烧、容积热强度高、热效率高、有害排放指标低等等；然而，当进口空气压力发生波动及外部背压发生波动时，全预混燃烧容易发生回火现象，也有可能降低全预混燃烧负荷。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种全预混燃烧的燃气热水器的控制方法，解决了现有技术中燃气热水器气流波动时不便于控制其负荷的问题。
本发明的目的还在于提供一种使用该控制方法的燃气热水器。
本发明的技术方案是这样实现的：一种全预混燃气热水器的控制方法，该方法包括：
开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值；
若当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设标准值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
优选地，该方法还包括：
若所述当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都不一致时，同时调节燃气热水器输入的当前空气流量和空气和燃气的混合压力，使得当前空气流量、热负荷数值分别与预设空气流量、预设负荷值一致。
优选地，若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设空气流量一致，具体方法为：
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节输入当前空气流量的管道的开度，使得空气流量与预设空气流量一致。
优选地，若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致，具体方法包括：
若所述当前空气流量与预设标空气流量一致，且热负荷数值低于预设负荷值时，通过增加所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值高于预设负荷值时，通过降低所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
优选地，热负荷数值的检测方法包括：
采集燃气热水器中空气和燃气燃烧后的过剩氧含量，若过剩氧含量超过预设氧含量，则判定为热负荷数值高于预设标准值；若过剩氧含量低于预设氧含量，则判定为热负荷数值低于预设标准值。
优选地，开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值的步骤还包括：
燃气燃烧所需要的氧含量为x，所述当前空气流量中的氧含量为α′，α′与x的比值大于1。
本发明的另一个技术是这样实现的：一种全预混燃气热水器，包括用于产生能量的燃烧器、用于输出热量的热交换器、用于变压的风机、用于检测燃烧后过剩氧含量的烟气检测装置、用于输入空气和燃气的混合管道以及检测控制模块，所述混合管道包括燃气管道和空气管道，且所述空气管道上设有空气流量调节单元，所述燃气管道和空气管道分别与风机连通，所述风机还与所燃烧器连通，所述燃烧器与热交换器连通，所述热交换器的输出端与烟气检测装置电性连通；所述空气流量调节单元、烟气检测装置分别与检测控制模块电性连接。
优选地，所述调节单元还包括空气比例阀和空气流量计，所述空气比例阀和空气流量计设置在空气管道上；所述空气比例阀和空气流量计均与检测控制模块电性连接。
优选地，还包括用于引导气流的被动叶轮，所述被动叶轮设置在混合管道与风机连通的管道上。
优选地，所述热交换器的进水端设置有水调节阀，其出水端还设置有水温传感器，所述水调节阀、水温传感器均与检测控制模块电性连接。
与现有技术相比，本发明通过调节燃气热水器输入的当前空气流量及空气和燃气的混合压力，避免当燃气热水器气流波动时产生的回火现象和热负荷波动。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种全预混燃气热水器的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例2提供的一种全预混燃气热水器的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例1提供的一种全预混燃气热水器的控制方法，该方法包括：
开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值；
若当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设标准值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
该方法通过调节燃气热水器输入的当前空气流量及空气和燃气的混合压力，避免当燃气热水器气流波动时产生的回火现象和热负荷波动。
本实施例方法还包括：
若所述当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都不一致时，同时调节燃气热水器输入的当前空气流量和空气和燃气的混合压力，使得当前空气流量、热负荷数值分别与预设空气流量、预设负荷值一致。
进一步地，若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设空气流量一致，具体方法为：
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节输入当前空气流量的管道的开度，使得空气流量与预设空气流量一致。
进一步地，若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致，具体方法包括：
若所述当前空气流量与预设标空气流量一致，且热负荷数值低于预设负荷值时，通过增加所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值高于预设负荷值时，通过降低所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
进一步地，热负荷数值的检测方法包括：
采集燃气热水器中空气和燃气燃烧后的过剩氧含量，若过剩氧含量超过预设氧含量，则判定为热负荷数值高于预设标准值；若过剩氧含量低于预设氧含量，则判定为热负荷数值低于预设标准值。
进一步地，开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值的步骤还包括：
燃气燃烧所需要的氧含量为x，所述当前空气流量中的氧含量为α′，α′与x的比值大于1。
本发明实施例1提供的控制方法的操作步骤如下：
步骤S1：准备
①以天然气为基准，按照燃烧反应式(下式)，配置空燃比，过剩氧含量α取5％～10％：
CH4+2O2＝CO2+2H2O+ΔH
②预先测量好风机的转速～风量曲线，用于调节电机风量，并保存到热水装置存储器；
③假设燃气热水器的热负荷区间为[QL，QH]，则对应直流风机的调节区间为[PL1，PH1]；空气比例阀开度调节区间为[PL2，PH2]。
④设定初始值：取初始值Q0∈[QL，QH]，此时对应的P10∈[PL1，PH1]，P20∈[PL2，PH2]
步骤S2：初始化
①通电燃气热水器，加电自检，通过控制器检测各部分元器件是否正常工作；
②加载第一步中准备的数据，并将设定数据初始化硬件。
③通过Q0计算燃气流量q10，并通过按照化学反应当量及过剩氧含量α换算空气流量，此时空气流量为q20；
④由Q0、q20确定风机流量以及风机的调节值P10；
⑤通过直流风机及烟气检测装置控制风机流量，适应外部压力，从而精确控制热水装置的热负荷，直至系统运行平稳。
步骤S3：检测、采集数据及运行
①采集数据(主要是热负荷、空气比例阀161开度、风机(优选直流风机)17控制参数、过剩氧含量等)，采集Q、P1、P2、q2、α；
②当其他参数不变，q2变化时(进口空气压力变化等导致)
如果q2变大，说明管网压力变大，则调小空气比例阀161；
如果q2变小，说明管网压力变小，则调大空气比例阀161；
如果q2不变，则进入④；
③当其他参数不变，α改变时(背压压力变化导致)
如果α变大，说明背压变小，则调小风机风量(即调小电机)；
如果α变小，说明背压变大，则调大风机风量(即调小电机)；
如果α不变，则进入④
④当其他参数不变，负荷改变(用户设置、调节)。
通过Q计算燃气气流量q1′，根据化学反应式及过剩氧含量α计算空气系数，并通过空气比例阀精确控制空气流量；
通过q1′与q2′，确定直流风机流量及调节值P1′；
通过直流风机调节值P1′及过剩氧含量α控制风机17流量，进而精确控制燃气与空气的比例及热负荷；
直到燃烧平稳。
采用上述方案后，通过对燃气热水器工作状态下输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值；1)当所述当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都一致时，则燃气热水器不进行负荷控制；2)当所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设标准值一致；3)当所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；这样有效的实现了当进口空气压力发生波动及外部背压发生波动时全预混燃烧不易发生回火现象以及不会降低全预混燃烧负荷的作用。
实施例2
本发明实施例2提供一种燃气热水器，如图2所示，包括用于产生能量的燃烧器10、用于输出热量的热交换器11、用于变压的风机12、用于检测燃烧后过剩氧含量的烟气检测装置13、用于输入空气和燃气的混合管道14以及检测控制模块15，所述混合管道14包括燃气管道141和空气管道142，且所述空气管道142上设有空气流量调节单元16，燃气管道141和空气管道142分别与风机12连通，风机12还与燃烧器10连通，燃烧器10与热交换器11连通，热交换器12的输出端与烟气检测装置13电性连接；所述空气流量调节单元16、烟气检测装置13分别与检测控制模块15电性连接；通过采用该结构的燃气热水器，在使用时，当所述当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都一致时，则燃气热水器不进行负荷控制；当所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，通过调节空气调节阀161的开度，使得空气流量与预设空气流量一致，当所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，通过风机12来增加或降低燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致，这样有效的实现了当进口空气压力发生波动及外部背压发生波动时全预混燃烧不易发生回火现象以及不会降低全预混燃烧负荷的作用。
进一步，调节单元16还包括空气比例阀161和空气流量计162，空气比例阀161和空气流量计162设置在空气管道142上；空气比例阀161和空气流量计162均与检测控制模块15电性连接。
进一步，全预混燃气热水器还包括用于引导气流的被动叶轮17，被动叶轮17设置在混合管道14与风机12连通的管道上。
进一步，热交换器11的进水端设置有水调节阀18，其出水端还设置有水温传感器19，所述水调节阀18、水温传感器19均与检测控制模块15电性连接。
通过使用本发明控制方法的燃气热水器，有效的避免当燃气热水器气流波动时产生的回火现象和热负荷波动的问题。
本发明实施例2提供的一种全预混燃烧的燃气热水器的工作原理具体为：
根据全预混燃烧的特点，空气与燃气在燃烧前按照化学当量比进行充分混合后，再点火燃烧，燃烧比较充分。
由于燃气与空气是按照化学反应当量以及过剩氧含量α(可取5％～10％)来确定的，因此，当热负荷数值一定时，风机的风量时一定的；因此只需要控制空气流量就能控制燃气与空气的混合比例。
燃气与空气经过被动叶轮充分混合后，通过风机12增压进入燃烧器；风机12用于对燃气与空气混合物增压以及控制燃烧热负荷数值；风机流量通过热负荷数值(可换算成燃气流量)及过剩氧含量α(可取5％～10％)来确定。燃气燃烧经过热交换器之后，经过烟气检测装置13向外排放。
当进口空气压力发生变化时，空气流量也发生变化，这时通过空气比例阀161与空气流量计162控制空气流量(采用PID控制方法实现)；当背压发生变化时，风机12的风量也发生变化，这时，燃气热水器的热负荷数值也发生变化，这时候燃气与空气的比例也发生变化；因此，需要通过烟气检测装置13来检测过剩氧α取值，从而精确控制风机流量(采用PID控制方法实现)，进而精确控制燃气与空气的比例。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，该方法包括：
开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值；
若当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设标准值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
2.根据权利要求1所述的一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，该方法还包括：
若所述当前空气流量及热负荷数值分别与预设空气流量及预设负荷值都不一致时，同时调节燃气热水器输入的当前空气流量和空气和燃气的混合压力，使得当前空气流量、热负荷数值分别与预设空气流量、预设负荷值一致。
3.根据权利要求1所述的一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前空气流量与预设空气流量一致，具体方法为：
若所述当前空气流量与预设空气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节输入当前空气流量的管道的开度，使得空气流量与预设空气流量一致。
4.根据权利要求1述的一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值与预设负荷值不一致时，调节所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致，具体方法包括：
若所述当前空气流量与预设标空气流量一致，且热负荷数值低于预设负荷值时，通过增加所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；
若所述当前空气流量与预设空气流量一致，且热负荷数值高于预设负荷值时，通过降低所述燃气热水器中空气和燃气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。
5.根据权利要求1或4所述的一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，热负荷数值的检测方法包括：
采集燃气热水器中空气和燃气燃烧后的过剩氧含量，若过剩氧含量超过预设氧含量，则判定为热负荷数值高于预设标准值；若过剩氧含量低于预设氧含量，则判定为热负荷数值低于预设标准值。
6.根据权利要求5所述的一种全预混燃气热水器的控制方法，其特征在于，
开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的热负荷数值的步骤还包括：
燃气燃烧所需要的氧含量为x，所述当前空气流量中的氧含量为α′，α′与x的比值大于1。
7.一种全预混燃气热水器，其特征在于，包括用于产生能量的燃烧器(10)、用于输出热量的热交换器(11)、用于变压的风机(12)、用于检测燃烧后过剩氧含量的烟气检测装置(13)、用于输入空气和燃气的混合管道(14)以及检测控制模块(15)，所述混合管道(14)包括燃气管道(141)和空气管道(142)，且所述空气管道(142)上设有空气流量调节单元(16)，所述燃气管道(141)和空气管道(142)分别与风机(12)连通，所述风机(12)还与所燃烧器(10)连通，所述燃烧器(10)与热交换器(11)连通，所述热交换器(12)的输出端与烟气检测装置(13)电性连通；所述空气流量调节单元(16)、烟气检测装置(13)分别与检测控制模块(15)电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种全预混燃气热水器，其特征在于，所述调节单元(16)还包括空气比例阀(161)和空气流量计(162)，所述空气比例阀(161)和空气流量计(162)设置在空气管道(142)上；所述空气比例阀(161)和空气流量计(162)均与检测控制模块(15)电性连接。
9.根据权利要求7或8所述的一种全预混燃气热水器，其特征在于，还包括用于引导气流的被动叶轮(17)，所述被动叶轮(17)设置在混合管道(14)与风机(12)连通的管道上。
10.根据权利要求9任意一项所述的一种全预混燃气热水器，其特征在于，所述热交换器(11)的进水端设置有水调节阀(18)，其出水端还设置有水温传感器(19)，所述水调节阀(18)、水温传感器(19)均与检测控制模块(15)电性连接。
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