一种全预混的燃气热水器的控制方法及其燃气热水器与流程

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的燃气热水器的控制方法及其燃气热水器。

背景技术：

在目前的现有燃气热水装置当中，按燃气的燃烧方式，特别是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，当管网压力发生变化及外部背压发生变化时，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。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种全预混的燃气热水器的控制方法，解决了现有技术中当管网压力发生变化及外部背压发生变化时，全预混燃烧过程中易发生回火现象和热负荷降低的问题。

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，该方法为：

开启燃气热水器，采集其输入的当前燃气流量以及输出的热负荷数值；

若当前燃气流量及热负荷数值分别与预设燃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；

若所述当前燃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燃气流量，使得当前燃气流量与预设标准值一致；

若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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。

优选为，该方法还包括：

若所述当前燃气流量及热负荷数值分别与预设燃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燃气流量和空气和燃气的混合压力，使得当前燃气流量、热负荷数值分别与预设燃气流量、预设负荷值一致。

优选为若所述当前燃气流量与预设燃气流量不一致，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燃气流量，使得当前燃气流量与预设燃气流量一致，具体方法为：

若所述当前燃气流量与预设燃气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节输入当前燃气流量的管道的开度，使得燃气流量与预设燃气流量一致。

优选为，若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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：

若所述当前燃气流量与预设标燃气流量一致，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燃气和空气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；

若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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燃气和空气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致。

优选为，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。

优选为，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方案是这样实现的：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，且所述燃气管道上设有燃气流量调节单元，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；所述燃气流量调节单元、烟气检测装置分别与检测控制模块电性连接。

优选为，所述燃气流量调节单元还包括燃气比例阀和燃气流量计，所述燃气比例阀和燃气流量计设置在燃气管道上；所述燃气比例阀和燃气流量计均与检测控制模块电性连接。

优选为，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。

优选为，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燃气流量及燃气和空气的混合压力，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简易图。

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，该方法为：

开启燃气热水器，采集其输入的当前燃气流量以及输出的热负荷数值；

若当前燃气流量及热负荷数值分别与预设燃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；

若所述当前燃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燃气流量，使得当前燃气流量与预设标准值一致；

若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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。

本实施例方法还包括：

若所述当前燃气流量及热负荷数值分别与预设燃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燃气流量和空气和燃气的混合压力，使得当前燃气流量、热负荷数值分别与预设燃气流量、预设负荷值一致。

进一步地，若所述当前燃气流量与预设燃气流量不一致，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燃气流量，使得当前燃气流量与预设燃气流量一致，具体方法为：

若所述当前燃气流量与预设燃气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，调节输入当前燃气流量的管道的开度，使得燃气流量与预设燃气流量一致。

进一步地，若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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：

若所述当前燃气流量与预设标燃气流量一致，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燃气和空气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致；

若所述当前燃气流量与预设燃气流量一致，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燃气和空气的混合压力，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]，则对应风机(优选为直流风机)的调节区间为[pl1，ph1]；燃气比例阀的调节区间为[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，并通过然气比例阀精确控制燃气流量，此时燃气流量为q0；

④通过q0，按照第一步准备中①步骤计算燃气与空气混合物总流量，从而确定风机流量以及风机的调节值p10；

⑤通过风机及过剩氧α0(烟气检测装置测量)控制风机流量，从而控制燃气与空气的比例，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、燃气流量、燃气比例阀开度、风机控制参数、过剩氧)，采集q、p1、p2、q、α；

②当其他参数不变，q变化时(管网压力变化等导致)

如果q变大，说明管网压力变大，则调小燃气比例阀；

如果q变小，说明管网压力变小，则调大燃气比例阀；

如果q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(及调小电机)；

如果α变小，说明背压变大，则调大风机风量(及调小电机)；

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计算燃气流量q′，并通过然气比例阀精确控制燃气流量；

通过q′，按照化学反应式及α计算未燃烧时燃气与空气的总流量，确定风机流量及调节值p1′；

通过风机调节值p1′及过剩氧α控制风机流量，进而控制控制燃气与空气的比例；

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的当前燃气气流量、热负荷数值进行实时采集，采集的过程中，当所述当前燃气气流量与其对应的预设标准值不同，且热负荷数值不变时，通过调节燃气比例阀与燃气流量计来控制燃气流量直至燃气流量与预设的标准燃气流量相同；当所述当前热负荷数值与其对应的预设标准值不同，且燃气流量不变时，通过烟气检测装置检测的过剩氧含量来控制风机的流量直至热负荷数值与预设的标准热负荷数值相同；这样有效的实现了当管网压力发生变化及外部背压发生变化时，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提供的一种全预混燃气热水器，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，混合管道14包括燃气管道141和空气管道142，且所述燃气管道141上设有燃气流量调节单元16，燃气管道141和空气管道142分别与风机12连通，风机12还与所燃烧器10连通，所述燃烧器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电性连通；燃气流量调节单元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，当当前燃气流量及热负荷数值分别与预设燃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；当当前燃气流量与预设燃气流量不一致，且热负荷数值与预设负荷值一致时，通过调节燃气调节阀161的开度，使得燃气流量与预设燃气流量一致，当当前燃气流量与预设燃气流量一致，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燃气和空气的混合压力，使得热负荷数值与预设负荷值一致，这样有效的实现了当管网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。

进一步地，燃气流量调节单元16还包括燃气比例阀161和燃气流量计162，燃气比例阀161和燃气流量计162设置在燃气管道141上；燃气比例阀161和燃气流量计162均与检测控制模块15电性连接。

进一步地，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。

进一步地，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，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，有效的实现了当管网压力发生变化及外部背压发生变化时，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。

本发明实施例2提供的一种全预混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。

当燃气气源压力发生变化或者需要调节负荷时，燃气流量发生变化，容易发生回火，因此，燃气流量需要精确控制，通过燃气流量162计及燃气比例阀161采用pid控制方法实现；

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；风机用于控制燃气与空气混合比例及增压；风机流量通过热负荷(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，经过烟气测试装置向外排放。

当背压发生变化时，风机的风量也发生变化，这时候燃气与空气的混合比例也发生变化，导致过剩氧发生变化，容易发生回火，因此，需要通过烟气检测装置检测过剩氧，从而精确控制电机(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。