CN115111583B - 一种燃气热水器火排燃烧器及其点火控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气热水器火排燃烧器及其点火控制方法，包括外壳、布风板、火排片、稳焰板、燃气交叉管汇、点火针和火焰探测器；所述外壳和布风板构成火排燃烧器的轮廓结构，所述火排片包括多个，多个火排片等间隔地排列安装在外壳内部，且每两个火排片之间设置有一片稳焰板，所述燃气交叉管汇与火排片的进气孔连通，用于向火排片供应燃气；其通过火排燃烧器的结构改进，提高火排燃烧器火焰高度均匀性及燃烧的稳定性，同时配合点火流程的设计，能够缩短燃气热水器开机恒温时间，增加用户体验感。

Description

一种燃气热水器火排燃烧器及其点火控制方法
技术领域
本发明涉及燃气热水器技术领域，具体涉及一种燃气热水器火排燃烧器及其点火控制方法。
背景技术
燃气热水器发展多年，具有结构紧凑、安装方便、使用安全性好等优点而被广泛应用于浴室、厨房等需要用热水的场景中。目前，业内先进的燃气热水器为保证在宽域功率输出时燃烧效率仍能达到较高水平，通常会采用分段燃烧技术，将火排燃烧器设计为几段式，根据不同工况来控制火排片的点燃数量，从而精准控制火力和水温。
燃气热水器的火排燃烧器对燃烧性能有重要影响，传统技术中的燃气热水器的火排燃烧器运行噪声较大，火焰高度均匀性较差，高负荷时能源利用率较低，特别是不能在任意负荷下点火，需要在特定负荷下点燃，然后逐渐过渡到额定负荷运行，燃气热水器不能在短时间内达到预设恒温，给用户带来不佳的使用体验，而且用户在等待热水出水达到预设恒温的过程中，等待时间越久，对于燃气和水的浪费越多。
随着人们生活水平的提高，而且在国家大力倡导“节能减排，提高能源利用效率”的大背景下，改善燃烧效果，提高火焰传播速度，缩短开机出水恒温时间，对节能降耗和提高用户使用体验有重要意义。
发明内容
基于上述技术现状，本发明的目的在于提供一种燃气热水器火排燃烧器及其点火控制方法，其通过火排燃烧器的结构改进，提高火排燃烧器的火焰高度均匀性及燃烧的稳定性，同时配合点火流程的设计，能够缩短燃气热水器出水达到恒温所需的时间。
一种燃气热水器火排燃烧器，其特征在于，包括外壳、布风板、火排片、稳焰板、燃气交叉管汇、点火针和火焰探测器；所述外壳和布风板构成火排燃烧器的轮廓结构，所述火排片包括多个，多个火排片等间隔地排列安装在外壳内部，且每两个火排片之间设置有一片稳焰板，所述稳焰板为设置在两个火排片之间的条形板，稳焰板的端部通过外壳或者布风板固定，沿稳焰板的长度方向开设有多个通气孔；所述点火针安装在外壳前壁中部，位于火排片上方；所述的火焰探测器也安装在外壳前壁，且位于点火针一侧；所述火排片上端面开设有多个上火孔，所述上火孔与火排片内部的引射管连通，所述引射管的另一端连通进气孔；
所述多个上火孔的下方且位于火排片内部还设置有一排扰流柱，所述扰流柱沿火排片的宽度方向固定连接在火排片两侧内壁上，其所述扰流柱之间的间隔距离沿其趋向进气孔的排列方向逐渐变大，以使得扰流柱对其正上方的上火孔施加不同的节流作用，实现沿火排片纵向不同的上火孔处火焰高度均匀、稳定燃烧的效果；所述火排片上部的侧壁为双层式结构，所述扰流柱连接在内层的两侧壁之间，在内层的两侧壁外部均设置有外侧壁，火排片两侧的内外侧壁之间形成上端敞开的层隙结构，内层的两侧壁上且位于扰流柱下方开设有一排侧火孔，所述侧火孔将火排片的内部空间与两侧的层隙结构连通；
所述燃气交叉管汇的燃气喷孔与火排片的进气孔连通，用于向火排片供应燃气，具体的，所述燃气交叉管汇包括布气横管和交叉管，所述布气横管上均布多个燃气喷孔，每个燃气喷孔对应连接一个火排片的进气孔，所述交叉管为布气横管供应燃气；所述布气横管分为A区和B区，A区和B区包含的燃气喷孔对应的火排片也各自对应分为A区和B区；A区为小负荷分区，A区的燃气喷孔数量少于B区的燃气喷孔数量；A区和B区在布气横管内部不连通。A区的高负荷范围与A区加B区的低负荷范围存在一定重叠，确保在一定范围内，对应于一定水流量和出水温度，存在风机风量和燃气交叉管汇进气孔流量设定值，存在关系(Q风机,Q燃气)＝f(Q水，△T)，式中,Q风机为风机流量(m3/h)，Q燃气为燃气流量(m3/h)；Q水为水流量(L/min)，△T为进出水温升(K)。
所述交叉管设置有分别连通A区和A区两侧的两部分B区的连通管，所述交叉管还设置有直径较小的A区燃气进口和直径较大的B区燃气进口，所述A区燃气进口经交叉管连通A区，所述B区燃气入口经交叉管分别连通位于A区两侧的两部分B区。
进一步地，所述布风板为折板式结构，所述布风板的侧部设置有与所述火排片的进气孔对应的开口，所述布风板的底面均布多个通风孔，供气流进入外壳内部并流通出通气孔；所述布风板的上端设置有一排等间隔排列的卡槽，所述火排片的端部通过布风板的卡槽定位安装。
本发明还请求保护一种燃气热水器火排燃烧器的点火控制方法，其使用上述的燃气热水器火排燃烧器，包括如下步骤：
S1：用户设定燃气热水器出水温度；
S2：启动电源，通水开机，传感器感知水流量；
S3：判断水流量是否大于启动水流量，若水流量大于启动水流量，启动正常，根据水流量及温升，获取需要的燃气量和风机风量设定数值；
S4：根据燃气量和风机风量的数值，判断火排燃烧器使用A区或者同时使用A+B区，然后根据火排燃烧器的分区使用情况控制A区燃气进口和B区燃气进口的控制阀启闭，从而向使用的分区供应燃气，在检测燃气量和风机风量供应值达到相应数值后，点火针进行点火；
S5：如果火焰正常燃烧，通过系统的调温控制算法对燃气热水器的比例阀开度进行动态调整，保证实际出水温度精准达到设定温度；
S6：感知水流波动，通过系统的调温控制算法对燃气热水器的比例阀开度进行动态调整，保持出水温度稳定。
本发明技术方案的优点在于：
(1)增加了稳焰板、火排片内部扰流柱，同时配合侧火孔，火焰更稳定，火焰高度更加均匀，高负荷下燃烧效率增加，燃烧效果好。
(2)火排片的分区将小负荷区设置在中间，无论哪种负荷，点火时从中间向两侧传导，点火快，不容易熄灭，而传统的火排片在分区时均是按照小负荷至高负荷而从火排片的一侧至另一侧分区，高负荷点火时也要首先从火排片最边侧的小负荷分区开始点火，然后火焰向另一侧传递，容易熄火导致点火失败；而本发明技术方案采用中心点火模式，传火速度快，减少了外界干扰，同时与稳焰板的稳焰效果相结合，保证了任意负荷点火的成功率。
(3)小负荷分区设置在中间，高负荷分区对称布置，无论小负荷还是高负荷工况，火焰均在中央燃烧，换热室管路受热均匀，传热效率高。
(4)在燃气热水器控制器中预设出水量与燃气供应量及风机风量的数值对应关系，点火时检测出水量后，直接将燃气供应量与风机风量调整至与水流量和温升对应的数值，不需要从小到大的慢速调节和切阀动作，缩短了开机出水恒温时间；本发明的点火流程，克服了特定负荷点火的缺点，可以实现任意负荷点火，出水快速达到设定温度，提高了用户体验感。
附图说明
图1是本发明燃气热水器火排燃烧器的结构示意图；
图2是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片结构示意图；
图3是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片安装状态正视图；
图4是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片的剖面结构图一；
图5是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片的剖面结构图二；
图6是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片俯视图；
图7是本发明燃气热水器火排燃烧器的稳焰板结构示意图；
图8是本发明燃气热水器火排燃烧器的布风板结构示意图；
图9是本发明燃气热水器火排燃烧器的燃气交叉管汇结构示意图；
图10是本发明燃气热水器火排燃烧器的燃气交叉管汇剖面图；
图11是本发明燃气热水器火排燃烧器的分区示意图；
图12是本发明燃气热水器火排燃烧器的点火针结构示意图；
图13是本发明燃气热水器火排燃烧器的火焰探测器结构示意图；
图14是本发明燃气热水器控制流程图。
图中：1、外壳；2、火排片；2.1、上火孔；2.2、扰流柱；2.3、引射管；2.4、进气孔；2.5、侧火孔；3、稳焰板；3.1、通气孔；4、布风板；4.1、卡槽；5、燃气交叉管汇；5.1、燃气喷孔；5.2、A区燃气进口；5.3、B区燃气进口；5.4、交叉管；6、点火针；7、火焰探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图1是本发明燃气热水器火排燃烧器的结构示意图，参见图1，所述燃气热水器火排燃烧器包括外壳1、火排片2、稳焰板3、布风板4、燃气交叉管汇5、点火针6、火焰探测器7；
多个火排片2等间隔的排列安装在所述外壳1内部，且每两个火排片2之间设置有一片稳焰板3；所述布风板4与外壳1配合将火排片2、稳焰板3固定安装在外壳1内部，具体的，所述布风板4上端设置有一排等间隔排列的卡槽4.1，所述火排片2的端部均通过布风板4的卡槽4.1定位安装。
结合图2～图6，本发明的燃气热水器火排燃烧器的火排片2在传统火排片结构基础上改进设置了扰流柱2.2和侧火孔2.5。所述火排片2的上端面开设多个上火孔2.1，上火孔2.1与火排片2内部的引射管2.3连通，所述引射管2.3通过进气孔2.4将燃气供应至上火孔2.1。
所述多个上火孔2.1的下方且位于火排片2内部还设置有一排扰流柱2.2，所述扰流柱2.2沿火排片2的宽度方向固定连接在火排片2两侧内壁上，参见图4，扰流柱2.2之间的间隔距离沿其趋向进气孔的排列方向逐渐变大，以使得扰流柱2.2对其正上方的上火孔2.1施加不同的节流作用，实现沿火排片2纵向不同的上火孔2.1处火焰高度均匀、稳定燃烧的效果。
参见图4、图5，所述火排片2上部的侧壁为双层式结构，所述扰流柱2.2连接在内层的两侧壁之间，在内层的两侧壁外部均设置有外侧壁，火排片2两侧的内外侧壁之间形成上端敞开的层隙结构，内层的两侧壁上且位于扰流柱2.2下方开设有一排侧火孔2.5，所述侧火孔2.5将火排片2的内部空间与两侧的层隙结构连通，多个侧火孔2.5等间隔排列。
如图6所示，是本发明燃气热水器火排燃烧器的火排片俯视图，火排片2的上火孔2.1分布在两侧的层隙结构上端长条形开口之间，侧火孔2.5通过层隙结构连通上火孔2.1的火焰，辅助稳定上火孔2.1的火焰。
图7是本发明燃气热水器火排燃烧器的稳焰板结构示意图，所述稳焰板3为设置在两个火排片2之间的条形板，稳焰板3的端部通过外壳1或者布风板4固定，沿稳焰板3的长度方向开设有多个通气孔3.1；图8是本发明燃气热水器火排燃烧器的布风板结构示意图，所述布风板4为折板式结构，其与外壳1包覆安装在外壳1内部的火排片2，所述布风板4的侧部设置有与所述火排片2的进气孔2.4对应的开口，所述布风板4的底面均布多个通风孔，供气流进入外壳1内部并流通出通气孔。
所述燃气热水器火排燃烧器还包括燃气交叉管汇5，图9是本发明燃气热水器火排燃烧器的燃气交叉管汇结构示意图，图10是本发明燃气热水器火排燃烧器的燃气交叉管汇剖面图，图11是本发明燃气热水器火排燃烧器的分区示意图；参见图9～图11，所述燃气交叉管汇5包括布气横管和交叉管5.4，所述布气横管上均布多个燃气喷孔5.1，每个燃气喷孔对应连接一个火排片2的进气孔2.4，以为火排片提供燃气，参见图10，所述布气横管上的燃气喷孔5.1分为两个区域，即中部的A区和A区两侧的B区，布气横管内部气流通路在A区两侧处设置隔板，从而将布气横管内部通路分为三部分；A区覆盖的燃气喷孔5.1的数量少于B区，为小负荷分区。在本实施例中，A区包含7个燃气喷孔5.1，而B区由A区左侧的5个燃气喷孔及A区右侧的4个燃气喷孔构成；所述交叉管5.4与布气横管连通，且交叉管5.4设置有分别连通A区和A区两侧的两部分B区的连通管，相对应的，所述交叉管5.4设置有直径大小不同的两个入口，直径较小的入口为A区燃气进口5.2，直径较大的入口为B区燃气入口5.3，所述A区燃气进口5.2经交叉管5.4连通A区，所述B区燃气入口5.3经交叉管5.4分别连通位于A区两侧的两部分B区。
图12是本发明燃气热水器火排燃烧器的点火针结构示意图，图13是本发明燃气热水器火排燃烧器的火焰探测器结构示意图；所述点火针6安装在外壳1前壁中部，位于火排片2上方；所述的火焰探测器7安装在外壳1前壁中部偏右位置，检测火焰的燃烧情况。
基于本发明的燃气热水器火排燃烧器，可以实现任意负荷点火，出水快速达到设定温度，图14是本发明燃气热水器控制流程图，下面结合图14对本发明燃气热水器火排燃烧器的点火控制过程介绍如下：
根据一定水流量和出水温度，预先设定风机风量和燃气交叉管汇进气的流量值，例如下表所示：
表1水流量、温升与燃气量和风量的对应关系
以水流量为5L/min，进水温度10℃，设定出水温度40℃为例，对燃气热水器的工作过程进行说明。用户在按下热水器电源开关后，热水器的风机进行吹扫工作，吹出热水器内的残留可燃气体。热水器控制系统初始化，用户设定热水器出水温度40℃。系统检测水流量为5L/min，大于启动水流量，启动正常，根据水流量和温升，并依据燃烧化学当量设定对应的风量和燃气量，Q燃气＝cm△T/η/q热值，Q风机＝Q燃气×10×α，式中，c为水的比热容，J/(kg·K)；m为水的质量流量，kg/s；η为燃气热水器效率，取0.9；q热值为燃气热值，MJ/Nm3；α为空气系数，取1.2；得到所需燃气量为1.06m3/h、风量为12.74m3/h，并根据风机性能曲线计算出风机的额定转速，进而对燃气交叉管汇5的分区组合进行确定，燃气交叉管汇5燃气喷孔5.1在A区范围内工作。若水流量小于启动水流量，则进入后期吹扫阶段，然后停机。
在分区组合确定后，燃气热水器的主阀、分段阀和比例阀打开到对应开度，使A区燃气喷孔5.1对应的火排片2内通入燃气，并迅速通过点火针6进行高压脉冲点火，在燃烧室内出现燃烧火焰后，火焰探测器7检测火焰是否正常燃烧。如果没有正常燃烧，重新进行控制系统初始化重复上述过程；如果火焰正常燃烧，通过系统的调温控制算法对燃气热水器的燃气管路的比例阀开度进行动态调整，保证实际出水温度精准达到设定温度，最终使得燃气热水器的出水温度稳定在40℃。中途如果发生熄火、风机故障、水流量检测异常等现象，控制系统立即关闭所有主阀、分段阀和比例阀，风机吹扫一段时间后，进入待机状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃气热水器火排燃烧器，其特征在于，包括外壳、布风板、火排片、稳焰板、燃气交叉管汇、点火针和火焰探测器；
所述外壳和布风板构成火排燃烧器的轮廓结构，所述火排片包括多个，多个火排片等间隔地排列安装在外壳内部，且每两个火排片之间设置有一片稳焰板；所述点火针安装在外壳前壁中部，位于火排片上方；所述的火焰探测器也安装在外壳前壁，且位于点火针一侧；
所述火排片上端面开设有多个上火孔，所述上火孔与火排片内部的引射管连通，所述引射管的另一端连通进气孔；
所述多个上火孔的下方且位于火排片内部还设置有一排扰流柱，所述扰流柱沿火排片的宽度方向固定连接在火排片两侧内壁上；所述火排片上部的侧壁为双层式结构，所述扰流柱连接在内层的两侧壁之间，在内层的两侧壁外部均设置有外侧壁，火排片两侧的内外侧壁之间形成上端敞开的层隙结构，内层的两侧壁上且位于扰流柱下方开设有一排侧火孔，所述侧火孔将火排片的内部空间与两侧的层隙结构连通；
所述燃气交叉管汇的燃气喷孔与火排片的进气孔连通，用于向火排片供应燃气；
燃气热水器对应于一定水流量和出水温度，预设有风机风量和燃气交叉管汇供应的燃气流量的设定值，该设定值基于以下关系确定：
Q燃气＝cm△T/η/q热值，Q风机＝Q燃气×10×α，
式中，Q燃气为燃气流量，m3/h；c为水的比热容，J/(kg·K)；m为水的质量流量，kg/s；η为燃气热水器效率；q热值为燃气热值，MJ/Nm3；△T为进出水温升，K；Q水为水流量(L/min)；α为空气系数。
2.根据权利要求1所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述扰流柱之间的间隔距离沿其趋向进气孔的排列方向逐渐变大。
3.根据权利要求1所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述稳焰板为设置在两个火排片之间的条形板，稳焰板的端部通过外壳或者布风板固定，沿稳焰板的长度方向开设有多个通气孔。
4.根据权利要求3所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述布风板为折板式结构，所述布风板的侧部设置有与所述火排片的进气孔对应的开口，所述布风板的底面均布多个通风孔，供气流进入外壳内部并流通出通气孔；所述布风板的上端设置有一排等间隔排列的卡槽，所述火排片的端部通过布风板的卡槽定位安装。
5.根据权利要求1或2或3所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述燃气交叉管汇包括布气横管和交叉管，所述布气横管上均布多个燃气喷孔，每个燃气喷孔对应连通一个火排片的进气孔，所述交叉管为布气横管供应燃气。
6.根据权利要求5所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述布气横管分为A区和B区，所述A区位于中间位置，所述B区包括两个区域，该两个区域分别位于A区的左右两侧，其中A区的燃气喷孔数量少于B区的燃气喷孔数量；且A区和B区在布气横管内部不连通。
7.根据权利要求6所述的燃气热水器火排燃烧器，其特征还在于，所述交叉管设置有分别连通A区和A区两侧的两部分B区的连通管，所述交叉管还设置有直径较小的A区燃气进口和直径较大的B区燃气进口，所述A区燃气进口经交叉管连通A区，所述B区燃气入口经交叉管分别连通位于A区两侧的两部分B区。
8.一种燃气热水器火排燃烧器的点火控制方法，其使用如权利要求6或7所述的燃气热水器火排燃烧器，包括如下步骤：
S1：用户设定燃气热水器出水温度；
S2：启动电源，通水开机，传感器感知水流量；
S3：判断水流量是否大于启动水流量，若水流量大于启动水流量，启动正常，根据水流量及温升，获取需要的燃气量和风机风量设定数值；
S4：检测燃气量和风机风量设定值达到相应数值后，点火针进行点火；
S5：如果火焰正常燃烧，通过系统的调温控制算法对燃气热水器的比例阀开度进行动态调整，保证实际出水温度精准达到设定温度；
S6：感知水流波动，通过系统的调温控制算法对燃气热水器的比例阀开度进行动态调整，保持出水温度稳定。
9.根据权利要求8所述的燃气热水器火排燃烧器的点火控制方法，其特征还在于，步骤S4中，根据燃气量和风机风量的数值，判断火排燃烧器使用A区或者同时使用A区+B区，然后根据火排燃烧器的分区使用情况控制A区燃气进口和B区燃气进口的控制阀启闭。
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