CN112161292A - 一种燃烧系统燃烧状态控制方法及应用其的热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧系统燃烧状态的控制方法及应用其的热水器，该控制方法包括以下步骤：S1，启动燃烧系统，获取燃烧腔体内部压力P；S2，根据内部压力P与预设压力P0的关系判断燃烧状态，并根据燃烧状态调节燃烧系统的负荷和/或风量，以使燃烧系统正常燃烧。本发明通过内部压力P与P0的比较关系得到燃烧系统的燃烧状态，能够检测判断燃烧系统是否处于堵烟状态或者处于外界环境较为恶劣的状态，然后将燃烧系统的燃烧状态作为控制燃烧系统负荷和/或风量的判定标准，能够使燃烧系统爆燃的噪音和恶劣环境下的共振噪音得到有效减缓，即有效解决热水器使用过程中因外界环境变化导致的偶发性不稳定燃烧噪音，提高了热水器整机的环境适应性。
Description
技术领域
本发明属于热水器技术领域，具体涉及一种燃烧系统燃烧状态控制方法及应用其的热水器。
背景技术
热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。随着热水器的使用范围逐渐变广，热水器产生的噪音成为了影响用户使用的关键因素之一。热水器噪音的来源主要有以下四点：1、正常燃烧时产生的噪音；2、排气装置、水路系统产生的噪音；3、点火运行时产生的噪音及燃烧腔体发生的周期性脉动声响；4、点火不成功造成多次反复点火产生的噪声。
而上述噪音还可以根据产生原理分为固有噪音和偶发性噪音；其中，热水器在工作时由系统结构本身产生的噪音属于固有噪音，而由于外界环境(例如风压过大或反复点火)产生的噪音属于偶发性噪音，例如现有的部分燃气热水器，在排烟阻力较大(外界风压较大排烟系统发生局部堵塞)时点火运行，容易产生爆燃异响，同时在处于高、低温环境下因燃烧腔体内急剧变化的热胀冷缩产生的脉动压力波与系统的固有频率叠加时易发生共振，腔体内部压力呈现周期性的波动，形成尖锐的声波散开，最终导致偶发性噪音的产生。
对于固有噪音和偶发性噪音，前者一般只能通过对热水器的燃烧系统进行优化才能解决，而后者在系统优化的情况下还会偶然发生，并且这种偶发性噪音对用户使用的体验感产生了极为严重的影响，例如正常燃烧的噪音一般在63dB左右，而因周期性脉动声响产生的噪音可达70dB以上。
对于后者所产生的噪音可以通过控制方法的来进行优化，目前主要是通过改变点火电流来调节对应的点火负荷，同时匹配相应的进风量，但是此种方式仅是在前端对该问题进行了规避，对于实际使用环境中出现的问题未能有效的进行解决；而且，对于周期性脉动声音到目前为止仍未有能有效检测系统状态的方法，主要通过在实验室中进行反复调整系统的结构(改变固有频率)来避开可能发生的压力波动问题，但因试验条件及环境有限，难以将每个地区的真实情况进行准确验证，耗时耗力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种燃烧系统燃烧状态控制方法，通过根据燃烧腔体的内部压力P与预设压力P0的比较关系调节燃烧系统，能够有效解决热水器在外界环境较恶劣时产生偶发性噪音的问题。
本发明的另一个目的是提供采用上述燃烧系统燃烧状态控制方法的热水器，通过上述控制方法，能够使爆燃的噪音与恶劣环境下的共振噪音得到减缓，有效提升了用户的使用体验。
本发明所采用的技术方案是，一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，用于热水器，包括以下步骤：
S1，启动燃烧系统，获取所述燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P；
S2，根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，并根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，以使所述燃烧系统正常燃烧；
其中，所述预设压力P0通过所述燃烧系统获得。
优选地，所述S2中根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，具体为：
当所述内部压力P持续满足公式(I)时，所述燃烧系统为非正常燃烧状态：
P≥(1.3～1.7)*P0 公式(I)；
反之，所述燃烧系统为正常燃烧状态。
优选地，所述内部压力P持续满足公式(I)，具体为：
所述内部压力P至少10～20s持续满足公式(I)。
优选地，所述S2中根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，具体为：
根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和/或空气的流量；
其中，所述燃气和空气通过与所述燃烧系统连通的进气系统提供，所述燃气流量通过设置于所述进气系统中的比例阀控制，所述空气流量通过设置于所述进气系统中的风机控制。
优选地，所述根据燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和空气的流量，具体为：
当所述燃烧系统为正常燃烧状态时，维持燃气和空气的气体流量；
当所述燃烧系统为非正常燃烧状态时，减小燃气的进气量，增大空气的进气量。
优选地，所述减小燃气的进气量，增大空气的进气量，具体为：
将所述比例阀的电流减少10～13％；
将所述风机转速增大15～30％。
优选地，所述S1中还包括获得所述燃烧系统正常燃烧时所述比例阀的电流和所述风机的转速，并存储。
优选地，所述S2之后，还包括：
S3，判断是否有火焰信号；
如果是，则继续燃烧；
反之，则进入S1。
本发明还保护采用上述燃烧系统燃烧状态的控制方法的热水器，该热水器包括热水器壳体和设置于所述热水器壳体内的燃烧系统、进气系统、压力检测组件、控制组件，所述进气系统与所述燃烧系统连通，所述压力检测组件的检测端设置于所述燃烧系统的燃烧腔体内，至少用于监测所述燃烧腔体内部气压，并转换为反应燃烧状态的信号后传输至所述控制组件，所述控制组件至少用于根据接收的信号数据控制所述进气系统。
优选地，所述进气系统包括风机、燃气通道和设置于所述燃气通道上的比例阀，所述风机和所述比例阀均与所述控制组件电性连接。
本发明的有益效果是：本发明通过获取燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P，并根据内部压力P与P0的比较关系得到燃烧系统的燃烧状态，能够检测判断燃烧系统是否处于堵烟状态或者处于外界环境较为恶劣的状态或者处于正常状态，然后根据燃烧状态调节燃烧系统的负荷和/或风量，以使燃烧系统正常燃烧，也就是将燃烧系统的燃烧状态作为控制燃烧系统负荷和/或风量的判定标准，能够使燃烧系统爆燃的噪音和恶劣环境下的共振噪音得到有效减缓，控制方法简单，易于实现；
同时本发明的热水器通过采用上述控制方法，能够有效解决其使用过程中因外界环境变化导致的燃烧工况恶化、异响问题，避免其产生偶发性不稳定燃烧噪音，解决偶发性燃烧噪音对用户的困绕，提高了热水器整机的环境适应性，提升用户的使用体验。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例1提供的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法的具体方法流程图；
图3为本发明实施例1提供的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法中同一负荷下点火段与正常燃烧状态的波形对比图；
图4为本发明实施例1提供的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法中发生共振情况时的波形图；
图5为本发明实施例1提供的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法中发生堵烟情况时的波形图；
图6为本发明实施例2提供的一种热水器的结构图；
图7为本发明实施例2提供的一种热水器的电连接关系图；
图中：1、热水器壳体；2、燃烧系统；3、进气系统；31、风机；32、比例阀；4、压力检测组件；5、控制组件。
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。
实施例1
本发明实施例1提供一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，用于热水器，如图1所示，包括以下步骤：
S1，启动燃烧系统，获取所述燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P；
S2，根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，并根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，以使所述燃烧系统正常燃烧；
其中，所述预设压力P0通过所述燃烧系统获得。
这样，通过获取燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P，并根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，能够实时检测燃烧系统是否处于外界环境变化引起的非正常燃烧状态，然后根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，以使燃烧系统正常燃烧，能够有效解决燃烧系统因外界条件变化导致的燃烧工况恶化、异响问题，从而有效提高热水器的环境适应性，以及用户的使用舒适性。
具体实施中，预设压力P0为燃烧系统在实际稳定正常燃烧状态下燃烧腔体内部压力的测试值，该值与具体的燃烧系统相关，并不限定为某一具体值。
具体实施中，燃烧腔体的内部压力P通过设置于燃烧腔体内的压力检测组件实现，也就是压力检测组件的检测端伸入到燃烧腔体内，从而能够检测燃烧腔体的内部压力，并根据内部压力变化情况转换为对应的频率信号。
其中，压力检测组件设置有取压管，取压管连入燃烧腔体内，实时采集燃烧腔体内部的压力情况，通过检测燃烧腔体内压力波动的情况，然后将监测到的压力状况转换为电信号，如图3-图5所示，该电信号的大小与燃烧工况相关，输出的频率变化越激烈表示燃烧火焰状态越差，腔体内气压力变化也就越明显。
这样，根据内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，以实时燃烧状态作为燃烧系统负荷和/或风量的调节基准，即当判断燃烧系统为非正常燃烧状态时，按预设点火程序则有可能在多次反复点火后燃烧腔体内积聚大量可燃性气体，随后点火成功将会产生非常大的爆燃声响，燃烧腔体急剧的压力波动可能会引发系统共振，严重影响使用体验；在此种条件下，需要对点火时燃烧系统的负荷和/或风量进行调节，也就是对点火时风机转速和/或比例阀电流进行重新调配，减小燃烧腔体内可燃性气体浓度，通过适配风机转速提供一二次空气的重新调配，然后对重新调节点火负荷(进气量)；点火成功后，恢复正常控制模式进行控制。
具体为：当外界条件恶劣时，导致进入燃烧系统的空气和/或燃气状态有所变化，如图4所示，当压力检测组件检测到燃烧系统的内部压力并反馈的电信号在来回的反复波动时，此时的燃烧工况不稳定，容易引发突然的系统共振，主要是由于燃烧腔体内空气的热胀冷缩现象形成膨胀波，波形与燃烧系统固有振动波形发生正向叠加，进一步加剧噪音的产生；在此种条件下，需要通过降低燃烧系统的负荷以及增大风机的风量即转速来改变此时系统的振幅频率，规避系统的共振点，从而降低系统燃烧噪音。当压力检测组件获取的压力信号接近于预设的压力范围时，维持此控制模式不变。
当燃烧系统面临堵烟问题时，如图5所示，由于燃烧腔体内部压力升高，此压力为高于预设压力值的稳定压力，此燃烧工况也是极其恶劣的，排气阻力增大，腔体内部气体体积压缩，压力急剧升高，此时可以通过提高风机风量，降低负荷值，降低腔体内的可燃性气体浓度，在保证点火成功条件下减缓爆燃，燃烧器着火之后，切换为正常模式状态运行。
这样，通过内部压力P与预设压力P0的关系判断燃烧系统是否在正常燃烧，能够在燃烧系统发生堵烟情况或者由于外界环境恶劣即将发生共振问题时被检测出，并基于此时的燃烧状态调节燃烧系统的负荷和/或风量，能够有效减缓燃烧系统爆燃的噪音与恶劣环境的共振噪音。
具体实施中，所述S2中根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，具体为：
当所述内部压力P持续满足公式(I)时，所述燃烧系统为非正常燃烧状态：
P≥(1.3～1.7)*P0 公式(I)；
反之，所述燃烧系统为正常燃烧状态。
其中，所述内部压力P持续满足公式(I)，具体为：
所述内部压力P至少10～20s持续满足公式(I)。
具体实施中，内部压力P还可以转化为电信号，也就是将获取到的燃烧腔体内部压力转换为电信号，可以通过风压传感器实现；所以，当燃烧系统持续满足公式(II)时，也可以判断燃烧系统为非正常燃烧状态；
i≥(1.1～1.3)*I 公式(II)
其中，i为燃烧腔体内部压力P对应的电信号值，I为预设压力P0对应的电信号值；所述电信号的持续时间与所述压力值的持续时间相等。
具体实施中，所述S2中根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，具体为：
根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和/或空气的流量；
其中，所述燃气和空气通过与所述燃烧系统连通的进气系统提供，所述燃气流量通过设置于所述进气系统中的比例阀控制，所述空气流量通过设置于所述进气系统中的风机控制。
这样，通过调节比例阀的电流来调节比例阀的开度，从而调节燃气进气量；通过调节风机的转速来调节空气进气量。
具体实施中，风量的调节主要是通过调节风机转速来进行控制，风机风量与风机转速间的对应关系为：
Q＝V*F＝0.16*b*ε*n*d2*sinψ
其中，V为风机出口的风速大小；F为风机出口通道面积；
d为叶轮直径；b为蜗壳厚度；n为叶轮转速；ε为叶片排挤系数；ψ为叶片工作角。
所以，风量Q与转速n的变化成正比。
而负荷的调节时由比例阀电流来控制阀体开度，进而控制进气量的大小，也就是负荷通过比例阀的电流来实现控制。
具体实施中，所述S1中还包括获得所述燃烧系统正常燃烧时所述比例阀的电流和所述风机的转速，并存储。
也就是，燃烧系统中存储有该系统正常燃烧时比例阀对应的电流值和风机的转速值，并以上述电流值和转速值向燃烧系统输送空气和燃气，以使燃烧系统正常燃烧。
具体实施中，所述根据燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和空气的流量，具体为：
当所述燃烧系统为正常燃烧状态时，维持燃气和空气的气体流量；
当所述燃烧系统为非正常燃烧状态时，减小燃气的进气量，增大空气的进气量。
其中，所述减小燃气的进气量，增大空气的进气量，具体为：
将所述比例阀的电流减少10～13％，优选为10％，也就是将比例阀的电流减小为原来的90％；
将所述风机转速增大15～30％，优选为20％，也就是将风机的转速增大为原来的120％。
具体实施中，为了避免调节燃烧系统的负荷和/或风量后燃烧系统不再燃烧，所述S2之后，还包括：
S3，判断是否有火焰信号；
如果是，则继续燃烧；
反之，则进入S1。
图2为本实施例的燃烧系统燃烧状态的控制方法的具体流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
S1，启动燃烧系统，获取所述燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P；
S2.1，判断所述燃烧系统是否持续满足公式(I)或公式(II)，也就是至少15s内持续满足公式(I)或公式(II)：
P≥1.5*P0 公式(I)，
i≥1.2*I 公式(II)；
如果是，则判断为非正常燃烧状态，进入S2.2；
反之，则判断为正常燃烧状态，通过正常模式控制，即负荷与风量均按照线性比例控制调节；
S2.2，减小燃气的进气量，增大空气的进气量；
具体为：将所述比例阀的电流减少10％，将所述风机转速增大20％；
S3，判断是否有火焰信号；
如果是，则继续燃烧；
反之，则进入S1。
本实施例通过获取燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P，并根据内部压力P与P0的比较关系得到燃烧系统的燃烧状态，能够检测判断燃烧系统是否处于堵烟状态或者处于外界环境较为恶劣的状态或者处于正常状态，然后根据燃烧状态调节燃烧系统的负荷和/或风量，以使燃烧系统正常燃烧，也就是将燃烧系统的燃烧状态作为控制燃烧系统负荷和/或风量的判定标准，能够使燃烧系统爆燃的噪音和恶劣环境下的共振噪音得到有效减缓；
同时本实施例的控制方法易于实现，有效提高用户的使用舒适性。
实施例2
本发明实施例2提供一种热水器，该热水器采用实施例1的燃烧系统燃烧状态的控制方法，如图6和图7所示，该热水器包括热水器壳体1和设置于所述热水器壳体1内的燃烧系统2、进气系统3、压力检测组件4、控制组件5，所述进气系统3与所述燃烧系统2连通，所述压力检测组件4的检测端设置于所述燃烧系统2的燃烧腔体内，至少用于监测所述燃烧腔体内部气压，并转换为反应燃烧状态的信号后传输至所述控制组件5，所述控制组件5至少用于根据接收的信号数据控制所述进气系统3。
具体实施中，所述进气系统3包括风机31、燃气通道和设置于所述燃气通道上的比例阀32，所述风机31和所述比例阀32均与所述控制组件5电性连接。
具体为，压力检测组件4设置有取压管，取压管连入燃烧腔体内，实时采集燃烧腔体内部的压力情况，通过检测燃烧腔体内压力波动的情况，然后将监测到的压力状况转换为电信号，并传输至控制组件5，如图3-图5所示，该电信号的大小与燃烧工况相关，输出的频率变化越激烈表示燃烧火焰状态越差，腔体内气压力变化也就越明显；控制组件5对接收到的电信号进行处理，然后根据此电信号的强弱调节进气系统3的进气量，也就是比例阀32的电流和风机31的转速。
具体实施中，压力检测组件4至少用于监测燃烧腔体的内部气压，也就是燃烧腔体内的压力波动情况，反馈控制信号于就控制组件，采用现有的压力检测组件即可。
比例阀32用于控制燃气进气量，也就是负荷；风机31通过控制转速控制风量。
本实施例的热水器采用上述控制方法，即通过获取燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P，并根据内部压力P与P0的比较关系得到燃烧系统的燃烧状态，能够检测判断燃烧系统是否处于堵烟状态或者处于外界环境较为恶劣的状态或者处于正常状态，然后根据燃烧状态调节燃烧系统的负荷和/或风量，以使燃烧系统正常燃烧，也就是将燃烧系统的燃烧状态作为控制燃烧系统负荷和/或风量的判定标准，能够使燃烧系统爆燃的噪音和恶劣环境下的共振噪音得到有效减缓；
同时本实施例的热水器能够有效解决其使用过程中因外界环境变化导致的燃烧工况恶化、异响问题，避免其产生偶发性不稳定燃烧噪音，解决偶发性燃烧噪音对用户的困绕，提高了热水器整机的环境适应性，提升用户的使用体验。
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)
1.一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，用于热水器，其特征在于，包括以下步骤：
S1，启动燃烧系统，获取所述燃烧系统中燃烧腔体的内部压力P；
S2，根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，并根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，以使所述燃烧系统正常燃烧；
其中，所述预设压力P0通过所述燃烧系统获得。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述S2中根据所述内部压力P与预设压力P0的关系判断所述燃烧系统的燃烧状态，具体为：
当所述内部压力P持续满足公式(I)时，所述燃烧系统为非正常燃烧状态：
P≥(1.3～1.7)*P0 公式(I)；
反之，所述燃烧系统为正常燃烧状态。
3.根据权利要求2所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述内部压力P持续满足公式(I)，具体为：
所述内部压力P至少10～20s持续满足公式(I)。
4.根据权利要求2或3所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述S2中根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统的负荷和/或风量，具体为：
根据所述燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和/或空气的流量；
其中，所述燃气和空气通过与所述燃烧系统连通的进气系统提供，所述燃气流量通过设置于所述进气系统中的比例阀控制，所述空气流量通过设置于所述进气系统中的风机控制。
5.根据权利要求4所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述根据燃烧状态调节所述燃烧系统中燃气和空气的流量，具体为：
当所述燃烧系统为正常燃烧状态时，维持燃气和空气的气体流量；
当所述燃烧系统为非正常燃烧状态时，减小燃气的进气量，增大空气的进气量。
6.根据权利要求5所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述减小燃气的进气量，增大空气的进气量，具体为：
将所述比例阀的电流减少10～13％；
将所述风机转速增大15～30％。
7.根据权利要求4所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述S1中还包括获得所述燃烧系统正常燃烧时所述比例阀的电流和所述风机的转速，并存储。
8.根据权利要求1所述的一种燃烧系统燃烧状态的控制方法，其特征在于，所述S2之后，还包括：
S3，判断是否有火焰信号；
如果是，则继续燃烧；
反之，则进入S1。
9.一种采用权利要求1～8任一项所述的燃烧系统燃烧状态的控制方法的热水器，其特征在于，该热水器包括热水器壳体(1)和设置于所述热水器壳体(1)内的燃烧系统(2)、进气系统(3)、压力检测组件(4)、控制组件(5)，所述进气系统(3)与所述燃烧系统(2)连通，所述压力检测组件(4)的检测端设置于所述燃烧系统(2)的燃烧腔体内，至少用于监测所述燃烧腔体内部气压，并转换为反应燃烧状态的信号后传输至所述控制组件(5)，所述控制组件(5)至少用于根据接收的信号数据控制所述进气系统(3)。
10.根据权利要求9所述的一种热水器，其特征在于，所述进气系统(3)包括风机(31)、燃气通道和设置于所述燃气通道上的比例阀(32)，所述风机(31)和所述比例阀(32)均与所述控制组件(5)电性连接。
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