CN113932457B - 燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法。该方法包括：启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比；烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定‑1之间的关系，调整PWM占空比值；以及烟管堵塞时，风机转速上升为R₁，并根据公式R₂＝R₀+k(R₁‑R₀)，k的取值范围为1.5‑2，将R₁调整为R₂，得到对应的PMW占空比。该方法能够实现不同负荷自动匹配不同风机转速，智能判断风道堵塞情况来提升风机转速达到最优工作状态。

Description

燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法

技术领域

本发明涉及厨房用具领域，特别涉及一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法。

背景技术

现有燃气热水器大部分为交流上抽燃气热水器(风机不可调速)，用户用水时，燃气热水器检测到水流信号，先开风机进行前清扫，将热水器内的废气通过烟管排出，风压开关检测到闭合后，再进行点火，开气阀，再到燃烧，水加热后经热水器流出。

每次点火前或是燃烧过程中均要判断是否风压闭合，闭合则代表风道通畅，风压系统正常。由于外界风大，或是烟管出现意外堵塞，出现风压未闭合，则有可能出现火焰外溢或是燃烧不充分。热水器则会报警。但由于风压开关只有开闭两个信号，不同的安装环境下(烟管长短)或是不同运行负荷时报警点都是一致的，会导致部分报警不及时，在外界有大风时，风压信号正常，但由于费气排放不通畅，导致供氧不足，燃烧会不稳定，不允分，产生大量CO超标的烟气。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，该燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法能够实现不同负荷自动匹配不同风机转速，智能判断风道堵塞情况来提升风机转速达到最优工作状态。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法。该方法包括：启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比；烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定-1之间的关系，调整PWM占空比值；以及烟管堵塞时，风机转速上升为R₁，并根据公式R₂＝R₀+k(R₁-R₀)，k的取值范围为1.5-2，将R₁调整为R₂，得到对应的PMW占空比。

根据本发明的一实施方式，其中，烟管堵塞时，还包括：风机转速下降△R，风机转速R₂调整为R₃，其中，R_3＝R2-K*△R。

根据本发明的一实施方式，其中，启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比包括：启动燃气热水器，计算需求负荷P₀；根据需求负荷P₀和热水器不同分段负荷分段情况确定当前火力区段；根据工作火力区段计算比例阀的开度Per；根据比例阀的开度Per结合当前火力区段的最大负荷转速和最小负荷转速计算风机输出的目标转速R₀；以及根据当前火力区段对应的PMW占空比与风机转速対照表得出PMW占空比。

根据本发明的一实施方式，其中，需求负荷P₀采用如下公式计算：P(kw)＝L*(T_设定-T_进水)/14，其中，L为水流量，T_设定为初始设定值，T_进水为测定值。

根据本发明的一实施方式，其中，比例阀的开度Per采用如下公式计算：

Per＝(P₀-P_L)/(P_H-P_L)，其中，P₀为需求负荷，P_H为当前火力区段最大负荷，P_L为当前火力区段最小负荷。

根据本发明的一实施方式，其中，所述风机输出的目标转速R₀采用如下公式计算：R₀＝R_L+Per*(R_H-R_L)，其中，R_L为当前火力区段的最小负荷转速，R_H为当前火力区段的最大负荷转速。

根据本发明的一实施方式，其中，烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定-1之间的关系，调整PWM占空比值包括：燃气热水器启动后，每间隔1s检测一次出水温度T；

当T>T_设定+1时，降低负荷值到P₁＝P₀-L*(T-T_设定)/14,并根据P₁计算当前转速R_当前；循环上述步骤直到T_设定-1<T<T_设定+1时，保持当前负荷不变。

根据本发明的一实施方式，其中，烟管堵塞时，当R₂-R₀>＝400时，堵塞严重且报警提示，否则保持当前PWM值进行转速控制。

本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本发明的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法无需风压开关信号，通过对不同燃烧工况点匹配不同的风机转速，并通过对堵塞时风机变化情况，推算出风道阻力，自适应调节风机转速，提高燃烧抗风能力。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种2-4-6分段热水器不同分段负荷分段情况的示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1，图1示出了本发明提供的一种2-4-6分段热水器不同分段负荷分段情况的示意图。

燃气热水器均为恒温型燃气热水器，不同负荷的热水器有不同的分段方式，如2-4-6分段燃气热水，表示热水器燃烧时，可使用2排(4排或6排)火加热燃烧，根据不同负荷选择不同排数进行燃烧，但热水器必须保证2排最大火力负荷大于4排最小火力负荷，4排最大火力负荷大于6排最小火力负荷，已保证负荷连续性。

如图1和表1所示，正常2000pa进气压力，23kW等效于13L/min*25度,1kW表示水流量为1L/min时，可加热14度。P_L为该分段小比例阀最小开度即最小负荷。P_H为该分段小比例阀最大开度即最大负荷。不同分段P_L P_H比例阀开度是一致的。通过电磁阀来控制燃烧排数。不同分段的燃烧所需氧气分析如下：相同分段下，负荷越大燃烧所需要氧气越多。基本与负荷成正比关系。相同比例阀开度下，分段越多需要的氧气越多，则风机转速需要越大。

表1标准烟管风机转速值对照表

分段	P<sub>H</sub>转速值r/min	P<sub>L</sub>转速值r/min
			2	2200	1800
4	2400	1900
			6	3000	2000

对于正常燃烧与堵塞时的燃烧情况分析，转速输出由MCU控制器输出PWM进行控制，PWM占空比越大，转速对应会越大。表2为各个情况下的转速情况，标管：即正常排烟时，外界无风，严重堵塞：外界有大风或烟管堵塞很严重，机器无法有效工作，此时需要报警,转速增大300r/min。全堵：完全不排烟情况下的转速。此时燃烧室无法补充氧气，燃烧有较大风险，转速增大500r/min。增大或减少10％时，转速增大或减少400r/min。

表2风机控制占空比在各种情况下的对照表

如图2，图2示出了本发明提供的一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法流程图。

本发明实施例的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法包括启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比；烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定-1之间的关系，调整PWM占空比值；以及烟管堵塞时，风机转速上升为R₁，并根据公式R₂＝R₀+k(R₁-R₀)，k的取值范围为1.5-2，将R₁调整为R₂，得到对应的PMW占空比。

其中，燃气热水器燃烧工况包括了无风和有风的情况。具体为外界无风正常燃烧和外界有风烟管堵塞。燃气热水器启动后，水龙头的水流速度一定，这时需求负荷也就固定。可以根据需求负荷P₀得出PMW占空比。然后根据烟管堵塞情况，调整PWM占空比值。

在本发明的一个优选实施例中，烟管堵塞时，还包括：风机转速下降△R，风机转速R₂调整为R₃，其中，R_3＝R2-K*△R。

其中，烟管堵塞时，提高了风机转速，当检测到风机转速下降时，说明堵塞情况好转，此时应该降低风机转速。

在本发明的一个优选实施例中，启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比包括：启动燃气热水器，计算需求负荷P₀；根据需求负荷P₀和热水器不同分段负荷分段情况确定当前火力区段；根据工作火力区段计算比例阀的开度Per；根据比例阀的开度Per结合当前火力区段的最大负荷转速和最小负荷转速计算风机输出的目标转速R₀；以及根据当前火力区段对应的PMW占空比与风机转速対照表得出PMW占空比。

其中，标准烟管无堵塞，外界无风时，正常燃烧时，直流风机智能匹配。当用户开水后，开始计算需求负荷P(kw)＝L*(T设定-T进水)/14是恒定的(用户用水洗浴时，一般需求负荷是恒定的，设定温度及水流量不发生变化时)。设定需求负荷为P₀＝16.5kw，根据图1可推算出此时工作为6分段，比例阀开度介于P_H，P_L之间。比例阀的开度按百分比系数进行表示：Per＝(P₀-6P_L)/(6P_H-6P_L)＝(16.5-10)/(23-10)＝6.5/13＝50％。参考表1，由正比关系推算出风机输出目标转速为R₀＝2000+Per*(3000-2000)＝2000+50％*1000＝25000r/min(PWM占空比约为62.5％)。

在本发明的一个优选实施例中，需求负荷P₀采用如下公式计算：

P(kw)＝L*(T_设定-T_进水)/14，其中，L为水流量，单位为升/分钟，T_设定为初始设定值，T_进水为测定值。

其中，T_设定为用户开始为燃气热水器设定的值。T_进水为传感器测量的值。根据该公式可以计算出随时的需求负荷P₀。

在本发明的一个优选实施例中，比例阀的开度Per采用如下公式计算：

Per＝(P₀-P_L)/(P_H-P_L)，其中，P₀为需求负荷，P_H为当前火力区段最大负荷，P_L为当前火力区段最小负荷。

其中，需求负荷P₀确定后可根据图1得到对应的火力区段，然后再依照表1得出相应的P_H和P_L值。

在本发明的一个优选实施例中，风机输出的目标转速R₀采用如下公式计算：R₀＝R_L+Per*(R_H-R_L)，其中，R_L为当前火力区段的最小负荷转速，R_H为当前火力区段的最大负荷转速。

其中，已知比例阀的开度，并根据计算出的PMW占空比可从表2中得出相应的R_L和R_H。

在本发明的一个优选实施例中，烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定-1之间的关系，调整PWM占空比值包括：燃气热水器启动后，每间隔1s检测一次出水温度T；当T>T_设定+1时，降低负荷值到P₁＝P₀-L*(T-T_设定)/14,并根据P₁计算当前转速R_当前；循环上述步骤直到T_设定-1<T<T_设定+1时，保持当前负荷不变。

其中，采取恒温控制，风速匹配。首先，以当前负荷进行加热后，1s更新检测一次出水温度T。其次，当T>T_设定+1时，认为温度超调，降低负荷值到P₁＝P₀-L*(T-T_设定)/14,比例阀的开度按百分比系数进行表示：Per＝(P₁-6PL)/(6PH-6PL)，进行匹配风机目标转速计算R₀＝2000+Per*(3000-2000)，通过查表2计算得出对应的PWM值。当T_设定-1<T<T_设定+1时，温度稳定，保持负荷不变。检测风机转速值R₁，如果此时转速在R₁<R₀+80，则此时认为无堵塞，保持转速不变。

在本发明的一个优选实施例中，烟管堵塞时，当R₂-R₀>＝400时，堵塞严重且报警提示，否则保持当前PWM值进行转速控制。

其中，烟管出现堵塞或是外界有风时，此时排烟阻力变大，废气排不出，氧含量变小，燃烧出现恶化，燃烧出现不充分。在同一负荷点，如转速为R0时，外界有风或堵塞时，风机做功变小，转速会自动上升R₁，但上升较小，此时应该加大风机功率输出，提升转速使得排烟更为顺畅。当提升到R₂＝R₀+k(R₁-R₀)时，即最后上升值应为自动上升值的K倍，可保证与正常无堵塞的供氧一致。k值一般取1.5-2之间，不同机器会有差异，下文示例以2。当提升转速后，转速出现自动下降△R时，则认为风变小或无风，应控制点空比再将转速下降2*△R。

此外，点火时堵塞检测判断为如点火时使用2排火，热负荷为5kw，则此时正常转速应为2000r/min，此时风机控制占空比为50％。当检测到用户用水时，风机以50％占空比输出，当转速小于严重堵塞值2300r/min时正常点火，如转速持续5s大于2300r/min，则进行报警。

本发明的气热水器燃烧与风速自动匹配的控制方法，无需风压开关信号，通过对不同燃烧工况点匹配不同的风机转速，并通过对堵塞时风机变化情况，推算出风道阻力，自适应调节风机转速，提高燃烧抗风能力。

在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可折卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，包括：

启动燃气热水器，控制器计算需求负荷P₀、计算风机输出的目标转速R₀，进而得到PMW占空比；

烟管不堵塞时，根据需求负荷P₀进行加热，实时检测出水温度T，比较T与T_设定+1和T_设定-1之间的关系，调整PWM占空比值；以及

烟管堵塞时，风机转速上升为R₁，并根据公式R₂＝R₀+k(R₁-R₀)，k的取值范围为1.5-2，将R₁调整为R₂，得到对应的PMW占空比；

其中，得到PMW占空比包括：启动燃气热水器，计算需求负荷P₀；

根据需求负荷P₀和热水器不同分段负荷分段情况确定当前火力区段；

根据工作火力区段计算比例阀的开度Per；

根据比例阀的开度Per结合当前火力区段的最大负荷转速和最小负荷转速计算风机输出的目标转速R₀；以及

根据当前火力区段对应的PMW占空比与风机转速対照表得出PMW占空比；

其中，燃气热水器启动后，每间隔1s检测一次出水温度T；

当T>T_设定+1时，降低负荷值到P₁＝P₀-L*(T-T_设定)/14,并根据P₁计算当前转速R_当前；

直到T_设定-1<T<T_设定+1时，保持当前负荷不变。

2.根据权利要求1所述的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，烟管堵塞时，还包括：风机转速下降△R，风机转速R₂调整为R₃，其中，R_3＝R₂-K*△R。

3.根据权利要求1所述的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，所述需求负荷P₀采用如下公式计算：

P＝L*(T_设定-T_进水)/14，

其中，L为水流量，T_设定为初始设定值，T_进水为测定值。

4.根据权利要求2所述的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，所述比例阀的开度Per采用如下公式计算：

Per＝(P₀-P_L)/(P_H-P_L)，

其中，P₀为需求负荷，P_H为当前火力区段最大负荷，P_L为当前火力区段最小负荷。

5.根据权利要求3所述的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，所述风机输出的目标转速R₀采用如下公式计算：

R₀＝R_L+Per*(R_H-R_L)，

其中，R_L为当前火力区段的最小负荷转速，R_H为当前火力区段的最大负荷转速。

6.根据权利要求1所述的燃气热水器燃烧工况与风速自动匹配的方法，其特征在于，烟管堵塞时，当R₂-R₀>＝400时，堵塞严重且报警提示，否则保持当前PWM值进行转速控制。

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