CN1195758A - 燃气热水器的防止不完全燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种燃气热水器的防止不完全燃烧装置,其燃烧控制器给设置在燃烧器的火焰口的上方、正常燃烧状态下位于该火焰口产生的火焰内的火焰探针加电压,当检出的火焰电流在规定阀值以下时关闭向燃烧器供给燃气的燃烧气电磁阀。从燃烧控制器检出火焰电流并停止点火电路动作的时刻开始,当闭塞率处在不妨碍使用的程度时,直到着火后一度产生的火焰升高引起减少后的火焰电流恢复到规定阀值时所需要的规定时间内,不关闭燃气电磁阀。

Description

燃气热水器的防止不完全燃烧装置

本发明涉及一种防止不完全燃烧装置，该装置使用在由燃烧器加热设置在内筒裙上方的热交换器的燃气热水器中。

作为这种类型的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，申请人先前已经提交了关于特愿平8-328522号的技术方案。该技术是在主燃烧器20(带符号部分参见图1所示的本发明的实施方案)的一套火焰口22的上方设置检测火焰的火焰探针38，同时设有上端部在热交换器12下方的内筒裙10上开口、而下部有正对放置火焰探针38的火焰口22处开口的燃烧废气回流管13b所形成的环流管13。依据该技术，当安装燃气热水器的室内的氧气浓度降低时产生火焰升高，或者当热交换器12发生堵塞时内筒裙10内上部压力上升，燃烧废气通过环流管13回流到火焰口22附近，使在该火焰口产生的火焰升高。这样，无论什麽情况都将减少流过火焰探针38的火焰电流，利用这一点可以关闭燃气电磁阀26，防止不完全燃烧。并且可以无时间滞后检测出没有着火的状况。

在特愿平8-328522号的发明中，给燃烧器20点火的时候，内筒裙10内的压力瞬间增大，从环流管13回流到设有火焰探针38的火焰口22的燃烧废气的流量急剧增大，火焰一度升高使得火焰电流减少，从而有可能引起关闭燃气电磁阀26，使燃气热水器停止工作。为解决这样的问题，在该技术中，采用了向下延伸的环流管13的主管道13a的下端对外敞开，而从中途分支出正对设有火焰探针38的火焰口22开口的回流管13b的方案，紧随着火后瞬间增大的压力使得在环流管13内形成急剧增大的燃烧废气流量，燃烧废气依据惯性主要从主管道13a的下端开口处向外排出，从而减少了从回流管13b流向火焰口22的燃烧废气量。

但是在该技术中，如果从回流管13b的分支处至主管道13a下端的开口处的距离做得较长，由于这段较长部分的阻力使得回流到火焰口22的燃烧废气增多，要想在着火时一度产生的火焰升高时不关闭燃气电磁阀26是困难的。另一方面，将该距离缩短，减少着火时一度产生的火焰升高，虽然可以不关闭燃气电磁阀26，但是在稳定使用状态下当热交换器12发生堵塞时，回流到火焰口22的燃烧废气减少，火焰电流不会低于阀值，要达成防止不完全燃烧这一本来目的则是困难的。即是说，存在着很难同时满足这两个目的问题。

本发明的目的正是为了解决这样的问题，利用检出的火焰电流，在控制方法上下工夫，使在异常时停止燃气热水器工作。

为此，依据本发明的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，其燃气热水器由内筒裙、在内筒裙的上方连续设置的热交换器和在内筒裙的下方设置的燃烧器所构成、并由燃烧器加热流过热交换器的供水，其特征是具有包含点燃燃烧器喷出的燃气用点火栓的点火电路、设置在燃烧器的火焰口的上方，正常燃烧状态时位于该火焰口产生的火焰内的火焰探针、和给火焰探针加电压并检出流过该火焰探针的火焰电流，当火焰电流在规定阀值以下时关闭向燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器；该燃烧控制器从检出紧随燃气热水器着火后增大的火焰电流并停止点火电路动作的时刻开始，当燃烧废气通路的通路面积的闭塞率处在不妨碍使用的程度时，直到上述着火后一度产生的火焰升高所引起减少后的火焰电流恢复到规定阀值时所需要的规定时间内，不进行关闭燃气电磁阀的上述动作。如果这样做，当燃烧器着火时从环流管回流到设有火焰探针的火焰口的燃烧废气流量急剧增大使得火焰升高，即使火焰电流减少到低于规定阀值，这只是着火后通常一度产生的火焰升高，燃烧控制器并不关闭燃气电磁阀。

依据本发明的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，在与前项同样的燃气热水器中，具有同样的点火电路和火焰探针、以及给火焰探针加电压并检测流过该火焰探针的火焰电流，当火焰电流在规定阀值以下时关闭向燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器。该燃烧控制器从预测出通常的工作状态下燃烧器喷出的燃气的着火过程确实完成的时刻开始，当燃烧废气通路的通路面积的闭塞率处在不妨碍使用的程度时，直到着火后一度产生的火焰升高所引起减少后的火焰电流恢复到规定阀值时所需要的规定时间内，不进行关闭燃气电磁阀的上述动作。这时与前项同样，当燃烧器着火时即使火焰电流减少到规定阀值以下，这只是着火后通常一度产生的火焰升高，燃烧控制器并不关闭燃气电磁阀。

在上述各燃气热水器的防止不完全燃烧装置中，在不进行燃烧控制器关闭燃气电磁阀的上述动作这一期间的前后，以火焰电流的规定阀值为同一阀值为好。

下面对附图的作简单说明。

图1为表示本发明的燃气热水器的防止不完全燃烧装置一种实施方案的整体结构图。

图2为表示图1中2-2剖面部分扩大的俯视图。

图3为表示图1所示实施方案的燃烧控制器的构成图。

图4为表示图1所示实施方案动作的流程图。

图5为表示图1所示实施方案的、从开始工作后火焰电流相对于时间的变化特性的曲线图。

图6为表示图1所示实施方案的、火焰电流相对于闭塞率的变化特性的曲线图。

下面是对主要符号的说明，对图中的其它符号在下述说明中一并给予描述。

10——内筒裙，              12——热交换器，

20——燃烧器(主燃烧器)，    22——火焰口，

26——燃气电磁阀，          30——燃烧控制器，

34——点火电路，            34a——点火栓，

38——火焰探针。

下面，参照附图，说明适用于本发明的瞬间燃气热水器的实施方案。

如图1所示，在形成瞬间燃气热水器燃烧室14的内筒裙10的上方设置有由传热管12a及散热片12b构成的热交换器12，下方设置有主燃烧器20。传热管12a的入口通过缠绕在内筒裙10外侧的预热管11与给水管15相连接，与其出口连接的热水管16上安装有供热水龙头17。给水管15上安装有使用当给水量超过规定量时就会移动导杆18a使后述的水压响应阀28及水流开关31动作的流量孔板的水流控制器18。水流控制器18上设有用手动调节从给水管15至热交换器12流量以调节热水温度的手动阀，图示作了省略。

如图1所示，主燃烧器20是由3个燃烧器单元21连接而构成，通过与燃气电磁阀26、能力调整阀27及水压响应阀28串在一起的供气管25供给燃烧气体。燃气电磁阀26受燃烧控制器30输出的流向工作线圈26a的电流来控制开闭，能力调整阀27由手动调节供给主燃烧器20的燃气量来改变热水器的供热水能力。水压响应阀28是由上述水流控制器18的导杆18a控制开闭，当给水量超过热交换器12规定量时处于打开状态。几乎在水压响应阀28开启的同时，设置在导杆18a上的凸轮18b使水流开关31接通。

各燃烧器单元21用金属板制成，如图1及图2所示，分别有排成两列的多个火焰口22组成，各个火焰口22被隔板22a隔开。在最外侧一列的火焰口22中的一个的上方，设置有由绝缘体38a支撑的火焰探针38的前端部。其前端部水平回折，正常燃烧状态下为了使其位于火焰口产生的火焰23内，与火焰口22的列几乎垂直从外侧插入。为了增大与火焰23的接触面积，火焰探针38的前端部在水平面上回折。

环流管13由主管道13a和回流管13b组成，沿着内筒裙10的侧壁的外侧垂直向下延伸的主管道13a，其上端穿过在内筒裙10侧壁的上部(既紧靠在热交换器12的下方的部分)设置的孔穴在燃烧室14的上部开口，其下端在燃气热水器内的大气中敞开。从主管道13a的中途分支出去的回流管13b穿过在内筒裙10下部形成的切口，正对产生插入有火焰探针38的火焰的火焰口22b斜向开口。回流管13b除去与主管道13a连接的根部以外，其截面形状变形为横长的长方形，其中心面的高度与形成火焰口22的燃烧器单元21的上端面一致。

下面按图3说明燃烧控制器30的概要。这一实施方案中电源40是干电池，通过上述水流开关31，与电压监视电路32、电磁阀驱动电路33、点火电路34、定时电路35、恒定电压电路36、火焰保护电路37及安全电路39相连接。电磁阀驱动电路33接受定时电路35的输入，向下述的工作线圈26a输入电流，开启燃气电磁阀26，使点火电路34动作，由点火栓34a点燃燃烧器20，当从火焰保护电路37输入的火焰电流检测值在规定阀值以下时，关断工作线圈26a的电流来关闭燃气电磁阀26。工作线圈26a由为开启关闭着的燃气电磁阀26所需要的流过大电流的吸附线圈26b和一旦开启后保持开启状态所需要的即使流过小电流即可的保持线圈26c组成。

火焰保护电路37接受恒定电压电路36所输出的一定电压并向火焰探针38输出给定的电压，检测通过火焰探针38的火焰电流并输出相应信号到电磁阀驱动电路33。火焰电流随火焰的变化而瞬间响应变化，因而输入到电磁阀驱动电路33的信号实际上不会滞后。火焰保护电路37中为了能按使用燃气类型调整上述的阀值，设置有插换式燃气类型插口37a。安全电路39用来监视火焰保护电路37的动作有无异常，如有异常就会停止燃气热水器工作。电压监视电路32是当电源电池40的电压在给定的限度以下时使指示灯32a亮灯，催促更换电池。

下面根据图4所示的流程图以及图5和图6所示的特性曲线说明上述实施方案的动作。开启热水龙头17使流过给水管15的水量超过规定量，水压响应阀28开启的同时水流开关31接通(第100步)，燃烧控制器30内藏的第1定时器开始计时第1时间t₁(第101步)，检查电源电池40的电压是否在规定值以上(例如1.9伏)(第102步)以及燃气类型插口37a是否连接(第103步)。如果第102步和第103步中的任何一步为否的话，燃烧控制器30启动指示灯或蜂鸣器表示的异常标志(第109步)，然后停止燃气热水器以后的动作。

如果第102步和第103步都为是的话，燃烧控制器30向电磁燃气阀26的吸附线圈26b输出吸附电流，开启燃气电磁阀26的同时使点火电路34开始动作(第104步)，点火栓34a产生的火花点燃从主燃烧器20的火焰口22喷出的燃气，火焰保护电路37检测流过火焰探针38的火焰电流并判断是否在规定阀值I₀(例如1μA)以上(第105步)。在第1时间t₁达到第1规定时间T₁(例如2秒)以前，该火焰电流达不到阀值I₀时，则作为点火失误或者其他什麽原因引起的不良燃烧状态，燃烧控制器30停止点火电路34动作(第107步)，停止给吸附线圈26b输出吸附电流(第108步)，关闭燃气电磁阀26停止给主燃烧器20供给燃气，并开启异常标志(第109步)，然后停止燃气热水器以后的动作。

在第1时间t₁达到第1规定时间T₁(例如2秒)以前，该火焰电流超过阀值I₀，即表示正常燃烧状态，燃烧控制器30从给吸附线圈26b输出大的吸附电流切换到给保持线圈26c输出小的保持电流，保持燃气电磁阀26处于开启状态，停止点火电路34动作，启动内藏的第2定时器开始计时第2时间t₂(第110步)。这样燃气热水器开始工作，由主燃烧器20加热流过热交换器12的供水，从供热水龙头17供给热水。

燃烧控制器30在供给热水的状态下第2时间t₂经过第2规定时间T₂(例如10秒)以后(第111步)，火焰保护电路37循环检查流过火焰探针38的火焰电流是否在规定的阀值I₀(例如和上述相同为1μA)以上(第112步)，以及水流开关31是否接通(第113步)。如果关闭供热水龙头17，通过水流控制器18关闭水压响应阀28，同时断开水流开关31，燃烧控制器30停止向保持线圈26c输出保持电流(第114步)，关闭燃气电磁阀26，停止向主燃烧器20供给燃气，停止燃气热水器工作，回到供热水龙头17打开前的待机状态。另外由第113步的检查也可以在第2时间t₂经过第2规定时间T₂之前进行。

在第112步和第113步循环执行供给热水的期间，由于下面将要叙述的原因引起不完全燃烧使火焰电流减少到阀值I₀以下时，燃烧控制器30停止给保持线圈26c输出保持电流(第108步)，关闭燃气电磁阀26停止给主燃烧器20供给燃气，并开启异常标志(第109步)，然后停止燃气热水器以后的动作。

下面详细说明防止各种原因引起不完全燃烧时的作用。首先说明稳定使用状态下空气中的氧气浓度正常，但设置在内筒裙10上方的热交换器12的散热片12b因燃烧生成物等发生堵塞，空气流通不畅，燃烧用空气量不足时的作用。这种堵塞引起燃烧废气通路的通路面积的闭塞率增大，会使由内筒裙10、热交换器12及主燃烧器20间形成的燃烧室14内上部的压力逐渐上升。在上所述如图1所示安装有环流管13的实施方案中，随着闭塞率的增大燃烧室14内的上部压力上升，燃烧室14内上部的燃烧废气如实线箭头所示从环流管13的主管道13a通过回流管13b返回到设置有火焰探针38的火焰口22附近，其量随着闭塞率的增大逐渐增加。

由于火焰口22附近的燃烧用空气的氧气浓度减少，火焰口22产生的火焰逐渐升高，火焰根部产生的未燃烧气段的长度逐渐增大，正常燃烧状态下位于燃烧着的火焰中的火焰探针38的前端部被逐渐移至未燃烧气段内，如图6所示，流过火焰探针38的火焰电流随着闭塞率的增大逐渐减少。当火焰电流的值在规定阀值I₀以下时，燃烧控制器30停止给保持线圈26c输出保持电流(第112，108步)，开启异常标志(第109步)，停止燃气热水器动作。不妨碍燃气热水器使用的闭塞率的限度随燃气热水器的机种而不同，例如在37％左右，当闭塞率增大到这种程度时设定阀值I₀使燃气热水器停止工作。

燃烧用空气的通路虽然没有堵塞，但没有进行充分换气又连续使用，周围空气中的氧气浓度逐渐降低时，随着氧气浓度减少，主燃烧器20的火焰口22产生的火焰升高，火焰根部产生的未燃烧气段的长度逐渐增大，因此正常燃烧状态下，在燃烧的火焰内的火焰探针38的前端部逐渐移至未燃烧燃气段内，火焰电流逐渐减少，如果火焰电流的值在规定阀值I₀以下，燃烧控制器30停止给保持线圈26a输出保持电流(第112，108步)，开启异常标志(第109步)，停止燃气热水器工作。

下面详细说明给主燃烧器20点火后火焰电流还没有稳定时期的作用。图5为表示热交换器12的散热片12b的堵塞引起燃烧废气通路的通路面积的闭塞率分别不同时，冷启动时(燃气热水器从冷却状态开始启动时)火焰电流随时间变化的曲线图，当燃气热水器开始工作时燃气着火，火焰电流急剧增大以后，除闭塞率为0％的情况以外，然后一度减少，再次增大，在循环多少有增减的过程中收敛至稳定状态的数值。在上述的实施方案中，不妨碍使用的闭塞率的限度为37％，当闭塞率为30％时火焰电流的值，如图5所示，启动后约3-6秒间减少到阀值I₀以下。

因此如照此动作，尽管闭塞率还没有达到限度，就让燃气热水器停止工作了。但是在本实施方案中，根据火焰电流达到阀值I₀确认着火后停止点火电路34动作的时刻S开始，直到经过第2规定时间T₂(第111步)之前，不进行第112步的判断，因此即使火焰电流低于阀值I₀也不停止给保持线圈26c输出保持电流。因此，给主燃烧器20点火的时候，从环流管13回流到设有火焰探针38的火焰口22的燃烧废气的流量急剧增大，使着火后的火焰升高，即使火焰电流减少到阀值以下，这只是着火后通常一度产生的火焰升高，不进行关闭燃气电磁阀使燃气热水器停止工作的动作。第2规定时间T₂被定为从主燃烧器20点火确认后，在闭塞率不妨碍使用的程度时着火后一度产生的火焰升高所引起减少后的火焰电流恢复到规定阀值I₀所需要的时间，预先通过实验确定。

另外，在上述实施方案中，第2规定时间T₂开始前进行的着火确认时的火焰电流的阀值I₀(第105步)和第2规定时间T₂结束后为防止不完全燃烧所定的火焰电流的阀值I₀(第112步)为同一阀值，涉及这一部分程序可以被简化。

在上述实施方案中，第2规定时间T₂的计时起始时刻定在了由于火焰电流达到阀值I₀所进行的点火确认后停止了点火电路34动作的时刻S上，也可以将该计时起始点确定在通常的工作状态下预测点燃主燃烧器20喷出的燃气的过程确实已经完成的时刻(例如第1规定时间T₁结束的时刻)，这时也可以将第2规定时间T₂多少缩短一些。

以上所述实施方案是以点火栓直接点燃主燃烧器方式的燃气热水器为例说明本发明的。本发明也可以适用于用导引式燃烧器点燃主燃烧器方式的燃气热水器，这时只要将火焰探针安设在导引式燃烧器上，并将环流管13的回流管13b对着导引式燃烧器即可。并且本发明如上述实施方案那样不仅适用于在热水管16的后面设置供热水龙头17的出水阀式燃气热水器，而且也适用于在预热管11前的进水管上设置水龙头的轻便的进水阀式燃气热水器。

如上所述，依据本发明，给燃烧器点火时从环流管回流到设有火焰探针的火焰口的燃烧废气引起火焰升高，即使火焰电流在阀值以下，这只不过是着火后通常一度产生的升高，不让燃烧控制器关闭燃气电磁阀，因此在稳定使用状态下当热交换器发生堵塞时为了能达到防止不完全燃烧的目的，即使在使用环流管的情况下，着火时一度的火焰电流减少不会发生关闭燃气电磁阀使得燃气热水器停止工作的事情。

在不进行燃烧控制器关闭燃气电磁阀的上述动作这一期间的前后，火焰电流的规定阀值设置为同一阀值，因而可以使控制简化。

Claims (3)

1.一种燃气热水器的防止不完全燃烧装置，其燃气热水器由内筒裙、在所述内筒裙的上方连续设置的热交换器和在所述内筒裙的下方设置的燃烧器所构成、并由所述燃烧器加热流过所述热交换器的供水，其特征是具有包含点燃所述燃烧器喷出的燃气用点火栓的点火电路、设置在所述燃烧器的火焰口的上方，正常燃烧状态时位于该火焰口产生的火焰内的火焰探针、和给火焰探针加电压并检出流过该火焰探针的火焰电流，当火焰电流在规定阀值以下时关闭向所述燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器；该燃烧控制器从检出紧随燃气热水器着火后增大的所述火焰电流并停止所述点火电路动作的时刻开始，当燃烧废气通路的通路面积的闭塞率处在不妨碍使用的程度时，直到所述增大后一度产生的火焰升高所引起减少后的所述火焰电流恢复到所述规定阀值时所需要的规定时间内，不进行关闭所述燃气电磁阀的所述动作。

2.一种燃气热水器的防止不完全燃烧装置，其燃气热水器由内筒裙、在所述内筒裙的上方连续设置的热交换器和在所述内筒裙的下方设置的燃烧器所构成、并由所述燃烧器加热流过所述热交换器的供水，其特征是具有包含点燃所述燃烧器喷出的燃气用点火栓的点火电路、设置在所述燃烧器的火焰口的上方，正常燃烧状态时位于该火焰口产生的火焰内的火焰探针、和给火焰探针加电压并检出流过该火焰探针的火焰电流，当火焰电流在规定阀值以下时关闭向所述燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器；该燃烧控制器从预测出通常的工作状态下所述燃烧器喷出的燃气的着火过程确实完成的时刻开始，当燃烧废气通路的通路面积的闭塞率处在不妨碍使用的程度时，直到着火后一度产生的火焰升高所引起减少后的所述火焰电流恢复到所述规定阀值时所需要的规定时间内，不进行关闭所述电磁燃气阀的所述动作。

3.根据权利要求1或2所述的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，其特征是在不进行所述燃烧控制器关闭所述燃气电磁阀的所述动作这一期间的前后，所述火焰电流的规定阀值为同一阀值。

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