专利名称：燃气热水器的防止不完全燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用燃烧器加热在内筒裙上方设置的热交换器燃气热水器的防止不完全燃烧装置。
作为现有的这种类型的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，例如象实开昭61-18358号公报公开的那样，在燃烧器火焰口上方位置恰好在正常燃烧状态下的火焰内设置热电偶，若该热电偶的输出电压低于规定的阀值时，供给燃烧器燃气的燃气电磁阀就会关闭。另外在内筒裙上部(热交换器下侧)设有开口，使二级热电偶正对开口处，其极性与所述热电偶相反。当燃气热水器安装在室内并在换气不充分状态下连续使用造成室内氧浓度降低时就会处于不完全燃烧状态，与此同时燃烧器的火焰升高，火焰根部未燃气体段的长度加大。因此，在所述不完全燃烧装置中，热电偶处于未燃烧气段，输出电压减少，关闭燃气电磁阀，停止向燃烧器供给燃气，防止缺氧造成的不完全燃烧。
还有，当设置在内筒裙上方的热交换器等发生堵塞、燃烧用空气量不足时，即使安装环境内的氧浓度正常，也会发生不完全燃烧。这种情况下因为燃烧器的火焰不升高，仅用所述火焰内的热电偶(一级热电偶)就不能防止这一原因引起的不完全燃烧。为解决此问题，如所述除在燃烧器火焰口上方设置一级热电偶外，在内筒裙上部侧壁的开口处从外侧设置正对的二级热电偶，这两个热电偶极性相反串联起来，当合成的输出电压低于给定的阀值时，供给燃烧器燃气的燃气电磁阀就会关闭。
这一技术中，热交换器等在不发生堵塞的情况下从内筒裙上部侧壁的开口几乎不会有燃气流出，因此正对它的热电偶的输出电压几乎为零，此时实际上仅有燃烧器火焰口上方设置的热电偶的电压输出，所以当室内氧浓度降低时与前述作用相同，防止不完全燃烧。热交换器等发生堵塞的情况下，由于内筒裙内上部的压力上升，因此开口有燃气流出，正对开口的热电偶被加热，其输出电压增大，合成的输出电压相应减少，当低于阀值时停止向燃烧器供给燃气，因而也可以防止因热交换器等堵塞造成的不完全燃烧。
虽然现有技术能满足大致的功能，但因热电偶具有一定程度的热容量，对加热及冷却有滞后，因而存在响应滞后的问题。尤其是燃烧器火焰口上方设置的热电偶，通常也用来检测热水器开始工作时燃烧器是否着火，因用热电偶检测出不着火伴有几秒钟(例如10秒)的时间滞后，不着火时存在着未燃烧气体放出时间过长的问题。为了解决这一问题，检测燃烧器是否着火也可由热电偶之外另设的火焰探针进行火焰电流的检测，由于同时使用热电偶和火焰探针，出现成本高的问题。此外，所述现有技术中，虽然可以考虑用火焰探针替换在燃烧器火焰口上方设置的热电偶，但是实质上不可能用火焰探针替换在内筒裙上部侧壁正对开口处的热电偶，因为用火焰探针替换热电偶虽然可以防止因室内氧气浓度不足引起的不完全燃烧，但不能防止因热交换器等堵塞引起的不完全燃烧。
本发明的目的正是要解决上述的各个问题。
本发明的燃气热水器的防止不完全燃烧装置是一种包括内筒裙、内筒裙上方连续设置的热交换器及设置在内筒裙下方的燃烧器，由燃烧器加热经过热交换器供水的燃气热水器，其特征是有位于燃烧器火焰口的上方正常燃烧状态下同火焰口产生的火焰内的火焰探针，给该火焰探针加电压以检测通过火焰探针的火焰电流，当这一火焰电流低于给定的阀值时就会关闭向所述燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器，以及上端部在热交换器下方的内筒裙内开设进口、且下端部设有正对放置火焰探针的火焰口处开口的燃烧废气回流管的环流管。
本发明的特征是在所述的燃气热水器的防止不完全燃烧装置中，安装燃气热水器的室内等环境氧浓度不足引起不完全燃烧时燃烧器的火焰升高，火焰根部的未燃烧气段的长度增大。因此火焰探针如处于未燃烧气段，立即响应，火焰电流减少，当火焰电流低于给定的阀值时，燃烧控制器就会关闭燃气电磁阀，停止向燃烧器供给燃气。另外，当热交换器等发生堵塞时，由于内筒裙上部的压力上升，那部分燃烧废气由环流管上端通过环流管主管道及回流管回流至设有火焰探针的火焰口。因而使火焰口附近的氧浓度减少，使那部分的火焰升高，与前述一样会立即响应，减少火焰电流，当火焰电流低于规定的阀值时燃烧控制器就会关闭燃气电磁阀，停止向燃烧器供给燃气。燃气热水器开始工作时，由于某种原因燃烧器不着火的情况下，因火焰探针没有火焰电流流过，燃烧控制器就会立即关闭燃气电磁阀，停止向燃烧器供给燃气。
本发明的特征是在所述的燃气热水器的防止不完全燃烧装置中，环流管最好由从上端部垂直向下延伸，下端在内筒裙的外侧被开口的主管道和从此主管道的中间分支出的回流管构成。燃烧器点火时，内筒裙内的压力瞬间增大，从环流管返回的燃烧废气流量也增大，但这样，回流的燃烧废气大部分从环流管的主管道下端放出，从回流管返回至火焰口的燃烧废气量很少。因而点火时，燃烧废气返回火焰口使火焰升高有限，着火的检侧不会不可靠。
下面对附图作简单说明
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剖面扩大部分的附视图。
图3为表示图1所示实施方案的燃烧控制器结构图。
图4为表示图1所示实施方案的氧浓度与火焰电流及不完全燃烧程度的关系图。
图5为表示图1所示实施方案在闭塞率不同的情况下工作开始后火焰电流随时间的变化图。下面是符号说明10……内筒裙12……热交换器13……环流管13a……环流管主管道13b……回流管 20……燃烧器(主燃烧器)22……火焰口26……燃气电磁阀30……燃烧控制器38……火焰探针
16……热水管17……热水龙头12b……散热片 12a……传热管14……燃烧室11……预热管38a……绝缘体 21……燃烧器单元18……水流控制器18a……导杆18b……凸轮 31……水流开关28……水压响应阀25……供气管26a……工作线圈 27……能力调节阀15……给水管22a……隔板下面，参照附图，说明适用本发明燃气热水器的实施方案。
如图1所示，在形成燃气热水器燃烧室14的内筒裙10的上方设置由传热管12a及散热片12b构成的热交换器12，下方设置主燃烧器20。传热管12a的入口侧通过缠绕在内筒裙10外侧的预热管11与给水管15相连接，与传热管出口连接的热水管16上安装热水龙头17。给水管15上安装有当给水量超过规定量时就会移动导杆18a使后述水压响应阀28及水流开关31动作的使用流量孔板的水流控制器18。水流控制器18上设有手动调节从给水管15至热交换器12流量的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是由三个燃烧器单元21连接而构成，通过由燃气电磁阀26、能力调节阀27及水压响应阀28串联连接的供气管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是由前述水流控制器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。水压响应阀28开启的同时，设置在导杆18a上的凸轮18b就会使水流开关31开启。
各燃烧器单元21用金属板制作，如图1及图2所示，每个燃烧器组件均具有排成两列的多个火焰口22，各个火焰口22被隔板22a隔开。通过热交换器12下侧内筒裙10侧壁上设有的孔穴，在燃烧室14的上端部开口的环流管13的主管道13a沿着内筒裙10的侧壁外侧一直向下延伸，其下端在燃气热水器的大气中开口，从中间分支出去的燃烧废气回流管13b穿过内筒裙10下部的切口，通向形成被插入火焰探针38的火焰的火焰口22。此火焰探针38的尖端部用绝缘体38a支撑，在正常燃烧状态下设置成正好能进入火焰口22产生的火焰内的高度。
下面按图3说明燃烧控制器30的概要。这一实施例中电源40是干电池，通过所述的水流开关31，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是以接受定时电路35的输入，向后述的工作线圈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低于规定的阀值时，关闭工作线圈26a的电流来关闭燃气电磁阀26。工作线圈26a中备有为开启关闭着的燃气电磁阀26而必须大电流流过的吸附线圈26b和一旦开启后保持开启状态所需要的较小电流的保持线圈26c。
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的火焰电流并输出与该值相应的信号到电磁阀驱动电路33。该火焰电流随火焰的变化而瞬间变化，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的动作是否异常，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的电压低于给定的限度时使指示灯32a亮灯，催促更换电池。
下面说明所述实施例的动作。开启热水龙头17，通过给水管15的水量超过给定量时，水压响应阀28开启的同时水流开关31打开，燃烧控制器30开始工作。首先电磁阀驱动电路33动作，大电流输入吸附线圈26b，打开关闭的燃气电磁阀26，经过给定时间(例如2秒钟)后，停止该电流并向保持线圈26c输入小电流，使燃气电磁阀26继续处于开启状态，向主燃烧器20供给燃气。水流开关31打开的同时，点火电路34动作，设在燃烧器20的火焰口22附近的点火栓34a(图中省略)产生火花，使从主燃烧器20喷出的燃气点火，燃烧稳定后的短时间内火焰保护电路37检测出通过火焰探针38的火焰电流后，点火电路34停止工作。若检测出的火焰电流低于给定的阀值时，判断出由于点火错误或某种原因使燃烧状态不良，关闭保持线圈26c的电流，关闭燃气电磁阀26，停止向主燃烧器20供给燃气，使燃气热水器停止工作。
主燃烧器20正常着火时，因通过火焰探针38的火焰电流大于给定的阀值，燃气电磁阀26一直开启，燃气热水器持续工作，通过热交换器12的供水由主燃烧器20加热，从热水龙头17流出热水。若关闭热水龙头17，水压响应阀28关闭的同时，水流开关31也关闭，燃气热水器停止工作。工作状态下，安装燃气热水器的环境里空气中氧气浓度降低，或供燃烧用空气通路发生堵塞，燃烧用空气量不足时，就会发生不完全燃烧。下面说明各种情况下的作用。
首先说明燃烧用空气的通路不堵塞，但空气中氧浓度低时防止不完全燃烧的作用。当燃气热水器安装在室内、没有进行充分换气又连续使用时，室内的氧浓度逐渐减少，发生不完全燃烧。用图4说明这种情况，氧浓度减少时表示不完全燃烧程度的CO/CO2比率迅速增加。随着氧浓度的减少，主燃烧器20的火焰口22生成的火焰升高，火焰根部生成的未燃烧气段长度逐渐增大，因此正常燃烧状态下，在燃烧的火焰内的火焰探针38的尖端头部逐渐移至未燃烧燃气段内，所以火焰电流如图4中符号I表示的那样逐渐减少。火焰保护电路37检测出通过火焰探针38的此火焰电流I，其数值低于给定的阀值I0(A点)时，电磁阀驱动电路33关闭输入保持线圈26c的电流，关闭燃气电磁阀26，停止供给主燃烧器20的燃气并使燃气热水器停止工作。此阀值I0，例如规定为1μA，这时的CO/CO2比率例如为0.035。空气中氧浓度降低时，防止不完全燃烧就是这样工作的。并且在这种情况下实际上不会产生通过环流管13的燃烧废气的流通。
下面说明空气中氧浓度正常，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防止不完全燃烧的作用。这种堵塞随程度的加大会使由内筒裙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，没有安装环流管13的已有产品，热交换器12等堵塞引起不完全燃烧，火焰口22发生的火焰几乎不会升高。而安装有环流管13的所述实施例中，热交换器12因燃烧生成物等堵塞程度增大，随着燃烧室14内的上部压力上升，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附近的燃烧室14内上部的燃烧废气逐渐增加，因而使火焰口22附近的燃烧用空气的氧浓度减少，火焰口22的火焰逐渐升高，火焰根部未燃烧气段的长度逐渐增大。因此与前面所述情况一样，正常燃烧状态下位于燃烧着的火焰中的火焰探针38的端头部被逐渐移至未燃烧气段内，因而火焰电流逐渐减少。火焰保护电路37检测出通过火焰探针38的火焰电流，其数值低于给定的阀值10时，电磁阀驱动电路33关闭保持线圈26c的电流，停止向主燃烧器20供给燃气，燃气热水器停止工作。这一实施例中，其阀值也是1μA，通过调整环流管13的形状尺寸，特别是回流管13b的形状尺寸可以适当地选择热交换器12的通路面积的闭塞率来停止燃气热水器的工作。当热交换器12发生堵塞时就是这样实现防止不完全燃烧的。
图5是表示在所述实施例的燃气热水器中热交换器12的闭塞率各不相同时工作开始后火焰电流随时间的变化图，因而进一步说明当热交换器12发生堵塞时的作用。当热交换器12的闭塞率为0％(即不堵塞)时，火焰电流在工作开始时燃气着火后先急增，然后一度急降，再次增加或收敛至某一数值。着火后火焰电流一度急降是由于燃烧器20着火时内筒裙10内的压力瞬间增大，从环流管13返回的燃烧废气流量增大，火焰瞬间升高之故，此实施例中，返回的燃烧废气大部分通过环流管13的主管道13a的下端出口放出，从回流管13b返回到火焰口22的燃烧废气很少，因而火焰电流降低不多。但是如果将环流管13的下端折弯形成回流管13b，那么燃烧废气就全部返回到火焰口22，火焰电流的下降部分也就变得相当大。
工作开始后火焰电流随时间的变化如图5所示，随着热交换器12的闭塞率增大，最初变化不大，但当闭塞率增大至某种程度时就逐渐降低，如前所述，随着闭塞率增大，由回流管13b返回到设置有火焰探针38的火焰口22附近的燃烧废气量增大，火焰升高之故。图5的例子中，闭塞率达到约35％时，因火焰电流下降部分达到阀值时I0，闭塞率大于此数值时，电磁阀驱动电路33关闭燃气电磁阀26，使燃气热水器停止工作。
所述的实施例中，是将环流管13的主管道13a垂直向下延伸并在下端开口，从其中间分支有回流管13b，这样如前所述，因点火后的火焰电流的下降部分减少，点火后进行的点火检测不会不稳定。但是本发明也可以实施成折弯环流管13的下部形成回流管13b、将燃烧废气全部返回至火焰口22。这时，点火后的火焰电流下降部分增大，但点火检测可在火焰电流下降之前(例如点火电路工作开始后2秒钟)进行，而用火焰电流检测不完全燃烧最好在一定时间之后(例如1分钟后)进行。
所述实施例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。本发明也适用于用引导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引导燃烧器上并将环流管13的回流管13b对着引导燃烧器即可。并且本发明如所述实施例那样不仅适用于辅助阀式燃气热水器，而且也可适用于总阀式燃气热水器。
如上所述，采用本发明时，无论是室内等环境氧浓度不足时的不完全燃烧，还是热交换器等堵塞时发生的不完全燃烧，都能立即响应并降低火焰电流，火焰电流低于给定的阀值时，停止向主燃烧器供给燃气，所以能不失时机地防止燃气热水器的不完全燃烧，而且当燃烧器未着火的情况下，也能立即响应并停止向燃烧器供给燃气，因而能缩短未着火时未燃燃气的放出时间。
此外，由于环流管的主管道垂直向下延伸并在下端开口，在其中部分支出回流管，燃烧器着火时因内筒裙内压力的瞬间增大，燃烧废气返回火焰口使火焰的升高的距离很小，因而可用火焰探针稳定地检测着火与否。
权利要求
1.一种燃气热水器的防止不完全燃烧装置包括内筒裙、内筒裙上方连续设置的热交换器及设置于所述内筒裙下方的燃烧器，通过所述热交换器的供水是由所述燃烧器加热的，其特征是有位于所述燃烧器火焰口的上方正常燃烧状态下同火焰口产生的火焰内的火焰探针，给该火焰探针加电压以检测通过火焰探针的火焰电流、当这一火焰电流低于给定的阀值时就会关闭向所述燃烧器供给燃气的燃气电磁阀的燃烧控制器，以及上端部在所述热交换器下方的内筒裙内开设进口、且下端部设有正对放置所述火焰探针的火焰口处开口的燃烧废气回流管的环流管。
2.根据权利要求1所述的燃气热水器的防止不完全燃烧装置，其特征是所述的环流管是由从上端几乎垂直向下延伸、下端在内筒裙外侧被开口的主管道和从该主管道中间分支出的所述回流管构成。
全文摘要
一种燃气热水器的防止不完全燃烧装置。燃烧控制器将电压加在火焰探针上并检测其电流,火焰探针位于燃烧器的火焰口的上方燃烧的火焰中,当检出的火焰电流低于给定值时就会关闭向燃烧器供燃气的燃气电磁阀。环流管的上端接口与内筒裙上部热交换器下侧燃烧室相接,环流管下端设有回流管,回流管出口正对着装火焰探针的火焰口。当热交换器堵塞时,燃烧室上部的燃烧废气通过环流管返回火焰口附近。环流管最好由主管道和回流管构成。
文档编号F23CGK1184917SQ9711200
公开日1998年6月17日 申请日期1997年5月12日 优先权日1996年12月9日
发明者稻垣英夫 申请人:百乐满工业株式会社