燃气热水器及其控制方法与流程

本发明涉及热水器技术领域，特别是涉及一种燃气热水器及其控制方法。

背景技术：

目前燃气热水器通常采用明火作为热源，明火燃烧不可避免地会产生燃烧不完全的产物CO和高温产物NO_x。现有技术中，为了减少污染物排放，燃气热水器通常采用在换热器后端进行催化燃烧，通过触媒方式降低一氧化碳。但该方法是基于燃烧的后处理，催化燃烧过程没有利用一次燃烧的高温，不能很好地去除排放气体中的一氧化碳，同时不能减少NO_x的排放，并且催化燃烧产生的热量也没有被利用。

技术实现要素：

本发明第一方面的一个目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种污染物排放少的燃气热水器。

本发明第一方面的另一目的是要提供一种热效率高，燃气燃烧完全充分的燃气热水器。

本发明第二方面的一个目的是要提供一种燃气热水器的控制方法，以使燃气燃烧完全充分，减少污染物排放。

根据本发明的第一方面，提供了一种燃气热水器，包括燃烧室和设置在所述燃烧室内的燃烧器，其还包括：

催化燃烧模块，设置在所述燃烧室内且位于所述燃烧器上方，以利用所述燃烧室内的燃气在所述燃烧器上以火焰的形式进行燃烧时释放的热量将其加热；

温度传感器，用于检测所述催化燃烧模块的温度；以及

气控系统，配置成当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，使所述燃烧器上的火焰熄灭，从而使得进入所述燃烧室内的燃气在流经所述催化燃烧模块的表面时进行无焰的催化燃烧。

可选地，所述气控系统进一步配置成当所述催化燃烧模块的温度达到超出所述催化起燃温度一设定温度阈值后，使所述燃烧器上的火焰熄灭。

可选地，所述设定温度阈值选自50℃～600℃中的任一温度值。

可选地，所述气控系统包括用于调节进入所述燃烧室中的燃气与空气比例的燃气比例阀，其配置成：

当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，将进入所述燃烧室中的燃气与空气的比例调低至预设的第一比例阈值，以使所述燃烧器上的火焰熄灭；

在所述燃烧器上的火焰熄灭后且所述催化燃烧模块的温度降到所述催化起燃温度之前，将进入所述燃烧室中的燃气与空气的比例调高至预设的第二比例阈值，以使进入所述燃烧室中的燃气在流经所述催化燃烧模块的表面时进行无焰的催化燃烧，且催化燃烧释放的热量至少能够使所述催化燃烧模块的温度保持在所述催化起燃温度以上，

其中所述第二比例阈值大于所述第一比例阈值。

可选地，所述第一比例阈值为从0～1/39的数值范围内选择的；

所述第二比例阈值为从3/97～7/93的数值范围内选择的。

可选地，所述燃气热水器还包括用于向所述燃气热水器供应燃气的燃气进气管路；其特征在于，

所述气控系统包括设置在所述燃气进气管路上用于导通和/或断开所述燃气进气管路的截止阀，其配置成：

当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，关闭所述截止阀断开所述燃气进气管路，以使所述燃烧器上的火焰熄灭；

在所述燃烧器上的火焰熄灭后且所述催化燃烧模块的温度降到所述催化起燃温度之前，打开所述截止阀导通所述燃气进气管路，以继续向所述燃烧室供应燃气。

可选地，所述催化燃烧模块包括蜂窝状催化剂载体以及设置在所述催化剂载体上的催化剂。

可选地，所述催化燃烧模块与所述燃烧器之间具有预设间距，以防止所述催化燃烧模块与所述燃烧器上的火焰直接接触。

可选地，所述燃气热水器还包括：

点火器，用于将进入所述燃烧室内的燃气在所述燃烧器上点燃形成火焰；和/或

换热器，其设置在所述催化燃烧模块的上方，用于吸收燃气燃烧释放的热量以对进入所述燃气热水器中的水进行加热。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于前述任一燃气热水器的控制方法，包括：

步骤A：接收点火指令；

步骤B：开启所述燃气热水器的点火器，将进入所述燃烧室内的燃气在所述燃烧器上点燃以形成火焰，从而对所述催化燃烧模块进行加热；

步骤C：检测所述催化燃烧模块的温度；

步骤D：当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，熄灭所述燃烧器上的火焰，并且使得进入所述燃烧室内的燃气在流经所述催化燃烧模块的表面时进行无焰的催化燃烧。

可选地，在所述步骤D中，

当所述催化燃烧模块的温度达到超出所述催化起燃温度一设定温度阈值后，熄灭所述燃烧器上的火焰。

可选地，所述设定温度阈值选自50℃～600℃中的任一温度值。

可选地，所述步骤D包括：

当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，将进入所述燃烧室中的燃气与空气的比例调低至预设的第一比例阈值，以使所述燃烧器上的火焰熄灭；

在所述燃烧器上的火焰熄灭后且所述催化燃烧模块的温度降到所述催化起燃温度之前，将进入所述燃烧室中的燃气与空气的比例调高至预设的第二比例阈值，以使进入所述燃烧室中的燃气在流经所述催化燃烧模块的表面时进行无焰的催化燃烧，且催化燃烧释放的热量至少能够使所述催化燃烧模块的温度保持在所述催化起燃温度以上，

其中所述第二比例阈值大于所述第一比例阈值。

可选地，所述第一比例阈值为从0～1/39的数值范围内选择的；

所述第二比例阈值为从3/97～7/93的数值范围内选择的。

可选地，所述步骤D包括：

当所述催化燃烧模块的温度达到预设的催化起燃温度以上后，关闭所述燃气热水器的截止阀，停止向所述燃烧室提供燃气以使所述燃烧器上的火焰熄灭；

在所述燃烧器上的火焰熄灭后且所述催化燃烧模块的温度降到所述催化起燃温度之前，打开所述截止阀，继续向所述燃烧室供应燃气。

本发明通过在燃烧器上方设置催化燃烧模块，利用燃气在燃烧器上以火焰的形式进行燃烧时释放的热量将其加热达到预设的催化起燃温度以上后，利用 气控系统将燃烧器上的火焰熄灭，从而使得进入燃烧室内的燃气在流经催化燃烧模块的表面时进行无焰的催化燃烧。由此，燃气在较低温度下即可在催化剂表面进行无焰燃烧，因为催化作用，使得燃气接近完全燃烧，几乎没有CO排放；由于催化燃烧后的烟气温度比有焰燃烧的温度低，可实现NO_x的低排放。

进一步地，本发明中燃气在催化燃烧模块的催化作用下进行无焰的催化燃烧时，可使燃气充分燃烧，提高燃气的燃烧效率，具有热效率高的优点，有利于实现节能减排。

进一步地，对于有焰燃烧，由于火焰的控制难度较大，火焰的稳定性不高，对热水器出水温度的控制过程十分复杂。而在本发明中，对热水进行加热的能量基本全部来自于无焰燃烧，通过控制空燃比(即空气与燃气的比例)，即可实现稳定的无焰燃烧，从而更有利于热水器出水温度的控制。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的燃气热水器的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的燃气热水器的示意性框图；

图3是根据本发明一个实施例的燃气热水器的控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的燃气热水器100的示意性结构图；图2是根据本发明一个实施例的燃气热水器100的示意性框图。如图1和图2所示，如本领域技术人员可意识到的，根据本发明实施例的燃气热水器100与现有常规燃气热水器一样也可包括燃烧室30，设置在燃烧室30内的燃烧器8以及点火器9。点火器9用于将进入燃烧室30中的燃气在燃烧器8上点燃。燃气在燃烧器8上被点火器9点燃后以火焰的形式进行燃烧，产生高温烟气。

燃气热水器100还可包括用于向燃气热水器100中引入进水的进水管26，吸收燃气燃烧释放的热量以对进入燃气热水器100中的水进行加热的换热器14，用于向外部提供热水的热水出水管2，以及用于向燃气热水器100供应燃 气的燃气进气管路22。换热器14可布置在烟气换热腔室12内。烟气换热腔室12通常设置在燃烧室30的上方，并且其与燃烧室30内部连通，以便使燃烧室30内的高温烟气流入烟气换热腔室12中与换热器14进行换热以将水加热。烟气换热腔室12上方设有集烟罩20，用于收集换热后的烟气并使其排放到外部。

燃烧室30的下方设置有风机4，用于为燃烧室30提供燃烧用的空气。风机4可根据燃气进气量调整转速，以控制进入燃烧室30的空气量。燃气比例阀24设置在燃气进气管路22上，用于调节进入燃烧室30中的燃气与空气比例。在燃气进气管路上还设置截止阀21，用于导通和/或断开燃气进气管路22。燃烧器8下方设置有燃气混合器6，燃气和空气在燃气混合器6中混合均匀后，经由燃烧器8进入燃烧室30中。

燃气热水器100通常设置有水气联动装置(图中未示出)，当热水出水管2的阀门被打开时，水气联动装置感应到的水流流量达到流量预设值或者水气联动装置感应到的水压达到水压预设值时将电源接通，并启动点火器9，与此同时打开燃气进气管路22上的截止阀21。

进一步地，在本发明实施例中，燃气热水器100还包括催化燃烧模块10，其设置在燃烧室30内且位于燃烧器8上方，以利用燃烧室30内的燃气在燃烧器8上以火焰的形式进行燃烧时释放的热量将其加热。即利用燃气有焰燃烧形成的高温烟气将催化燃烧模块10加热。对于催化燃烧模块10，本领域技术人员可意识到的，其通常具有催化起燃温度，即当催化燃烧模块10本身的温度达到催化起燃温度后，流经其的燃气将会在催化剂作用下与空气中的氧气进行无焰燃烧以释放热量。

在进一步的实施例中，催化燃烧模块10与燃烧器8之间具有预设间距，以保证催化燃烧模块10能够利用燃气有焰燃烧时释放的高温对其进行加热至达到催化起燃温度以上的温度，同时还能防止催化燃烧模块10与燃烧器8上的火焰直接接触。燃烧器8通常设置在燃烧室30的下部，催化燃烧模块10可设置在燃烧室30的上部空间中，以使催化燃烧模块10位于燃气在燃烧器8上进行有焰燃烧时形成的火焰的上方，而不会处于火焰之中，以免温度太高影响催化燃烧模块10的使用寿命或对催化燃烧模块10造成损坏。

催化燃烧模块10可包括催化剂载体以及设置在催化剂载体上的催化剂。其中，催化剂载体优选具有蜂窝状结构。催化剂载体可由耐热陶瓷材料制成，也可以由耐热的金属材料制成，或者也可以由两者结合制成。催化剂可以为铂、钯，也可为稀土金属元素、碱土金属元素或过渡金属元素；当然也可由上述两 种以上的金属混合制成。对于特定催化剂的催化燃烧模块10，其催化起燃温度通常是固定的，或者在比较小的温度范围内波动。

催化燃烧模块10的厚度不受限制，以尽可能提高燃气与其接触面积、反应效率为主，并保证燃气燃烧后形成的高温烟气可以顺利的通过催化燃烧模块10，以免影响燃气的正常燃烧以及对换热器14进行加热。

特别地，燃气热水器100还包括温度传感器40以及气控系统50。温度传感器40用于检测催化燃烧模块10的温度。温度传感器40可将检测到的催化燃烧模块10的温度发送至气控系统50。气控系统50配置成当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，使燃烧器8上的火焰熄灭，从而使得进入燃烧室30内的燃气在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧。即，当温度传感器40检测到催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，使燃烧器8上的火焰熄灭，这样进入燃烧室30中的燃气不会进行有焰燃烧，而会在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧，从而利用无焰的催化燃烧生成的热量对燃气热水器100中的水进行加热。由此可见，本发明可使燃气在较低温度下在催化剂表面进行无焰燃烧，因为催化作用，使得燃气接近完全燃烧，几乎没有CO排放；由于催化燃烧后的烟气温度比有焰燃烧的温度低，可实现NO_x的低排放。

当火焰熄灭后，如果没有及时供应充足的燃气的话，可能会出现由于燃气未能及时供应无法进行无焰燃烧或燃气不足导致其进行无焰燃烧时产生的热量较少，不足以将催化燃烧模块10的温度维持在催化起燃温度以上，导致当供给充足的燃气时，催化燃烧模块10的温度已经降低到低于催化起燃温度无法起到催化的作用，从而导致燃气的浪费和环境污染。为了尽量避免这种情况，气控系统50进一步配置成当催化燃烧模块10的温度达到超出催化起燃温度一设定温度阈值后，使燃烧器8上的火焰熄灭。通过这样设置，使催化燃烧模块10的温度降低到催化起燃温度的时间相对较长，为燃气热水器100向燃烧室30中供应充足的燃气提供了较为充裕的时间。在优选的实施例中，该设定温度阈值选自50℃～600℃中的任一温度值。该设定温度阈值可进一步选自300℃～500℃中的任一温度值。具体地，例如，若催化燃烧模块10的催化起燃温度为500℃左右，则可在催化燃烧模块10的温度被加热至1000℃左右时熄灭火焰。

在一些实施例中，气控系统50可包括燃气比例阀24，其配置成：当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，将进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调低至预设的第一比例阈值，以使燃烧器8上的火焰熄灭；在 燃烧器8上的火焰熄灭后且催化燃烧模块10的温度降到催化起燃温度之前，将进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调高至预设的第二比例阈值，以使进入燃烧室30中的燃气在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧，且催化燃烧释放的热量至少能够使催化燃烧模块10的温度保持在催化起燃温度以上，其中第二比例阈值大于第一比例阈值。

本领域技术人员可以理解，第一比例阈值和第二比例阈值与燃气热水器的出水量(如10升以下、11升至15升、16升以上等)和类型(如冷凝式、恒温式、宽频调温式等)有一定的关联。对于特定的燃气热水器，可通过实验确定第一比例阈值和第二比例阈值可选的数值范围。

在一些实施例中，第一比例阈值可从0～1/39的数值范围内选择。当进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调低至1/39时，燃烧器8上的火焰会自动熄灭。进一步地，第一比例阈值优选从0～1/50的数值范围内选择，以进一步确保火焰熄灭。

在一些实施例中，第二比例阈值可从3/97～7/93的数值范围内选择。通过这样设置，催化燃烧释放的热量能够使催化燃烧模块10的温度保持在催化起燃温度以上，且能够有额外的热量对燃气热水器100中的水进行加热。在进一步的实施例中，第二比例阈值可从1/24～3/47的数值范围内选择，以使无焰燃烧能够产生足够的热量对燃气热水器100中的水进行加热。

当第一比例阈值为1/39时，即燃气与空气的比例为1/39，这意味着燃气与空气的混合气中燃气的百分比为2.5％。当第二比例阈值为3/97时，即燃气与空气的比例为3/97，这意味着燃气与空气的混合气中燃气的百分比为3％。具体地，当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，通过调节燃气比例阀24将进入燃烧室30中的混合气中燃气的百分比调低至2.5％以下，此时火焰会被熄灭。而后，通过调节燃气比例阀24将进入燃烧室30中的混合气中燃气的百分比调高至3％以上，这样进入燃烧室30中的燃气在流经催化燃烧模块10的表面时会进行无焰的催化燃烧；并且催化燃烧释放的热量能够使催化燃烧模块10的温度保持在催化起燃温度以上，且能够有额外的热量对燃气热水器100中的水进行加热。

在一些实施例中，在将进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调高至第二比例阈值后，可再将燃气与空气的比例调节至根据出水温度、进水温度、流量等计算获得的燃气比例，以使燃气进行无焰燃烧时释放的热量可满足用水需求。在替代性实施例中，第二比例阈值也可为根据出水温度、进水温度、流量 等计算获得的燃气比例。

在另一些实施例中，气控系统50可包括截止阀21，其配置成：当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，关闭截止阀21断开燃气进气管路22，以使燃烧器8上的火焰熄灭；在燃烧器8上的火焰熄灭后且催化燃烧模块10的温度降到催化起燃温度之前，打开截止阀21导通燃气进气管路22，以继续向燃烧室30供应燃气。

具体地，当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，关闭截止阀21断开燃气进气管路22，此时火焰会被熄灭。而后，打开截止阀21导通燃气进气管路22，继续向燃烧室30供应燃气，进入燃烧室30中的燃气则在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧。

本领域技术人员可以理解，在火焰熄灭后调节燃气比例阀24或开关截止阀21的过程中，风机4的进风量可根据实际需要调大、调小或保持不变。

在替代性实施例中，气控系统50也可采用本领域技术人员容易想到的其他方式将火焰熄灭。

特别地，本发明实施例还提供了对前述任一实施例的燃气热水器100进行的控制方法。参见图3，该控制方法包括步骤A-步骤D。

步骤A：接收点火指令。

步骤B：开启燃气热水器100的点火器9，将进入燃烧室30内的燃气在燃烧器8上点燃以形成火焰，从而对催化燃烧模块10进行加热。

在一些实施例中，在步骤A中，燃气热水器100可通过水气联动装置接收点火指令。可以理解，当水气联动装置感应到的水流流量达到流量预设值或者水气联动装置感应到的水压达到水压预设值时，则意味着燃气热水器100接收到点火指令。

本领域技术人员可意识到的，步骤A和步骤B可与现有技术一样，即当燃气热水器100的热水出水管2的阀门被打开时，水气联动装置感应到的水流流量达到流量预设值或者水气联动装置感应到的水压达到水压预设值后将电源接通，并启动点火器9，与此同时打开燃气进气管路22上的截止阀21。

步骤C：检测催化燃烧模块10的温度。

步骤D：当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，熄灭燃烧器8上的火焰，并且使得进入燃烧室30内的燃气在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧。

在一些实施例中，在步骤D中，当催化燃烧模块10的温度达到超出催化 起燃温度一设定温度阈值后，熄灭燃烧器8上的火焰。通过这样设置，使催化燃烧模块10的温度降低到催化起燃温度的时间相对较长，为燃气热水器100向燃烧室30中供应充足的燃气提供了较为充裕的时间。该设定温度阈值可选自50℃～600℃中的任一温度值；进一步选自300℃～500℃中的任一温度值。

在本发明的一些实施例中，步骤D包括：当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，将进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调低至预设的第一比例阈值，以使燃烧器8上的火焰熄灭；在燃烧器8上的火焰熄灭后且催化燃烧模块10的温度降到催化起燃温度之前，将进入燃烧室30中的燃气与空气的比例调高至预设的第二比例阈值，以使进入燃烧室30中的燃气在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧，且催化燃烧释放的热量至少能够使催化燃烧模块10的温度保持在所述催化起燃温度以上，其中第二比例阈值大于第一比例阈值。

在一些实施例中，第一比例阈值可从0～1/39的数值范围内选择；第二比例阈值可从3/97～7/93的数值范围内选择。在进一步的实施例中，第一比例阈值可从0～1/50的数值范围内选择，第二比例阈值可从1/24～3/47的数值范围内选择。

在本发明的另一些实施例中，步骤D包括：当催化燃烧模块10的温度达到预设的催化起燃温度以上后，关闭燃气热水器100的截止阀21，停止向燃烧室30提供燃气以使燃烧器8上的火焰熄灭；在燃烧器8上的火焰熄灭后且催化燃烧模块10的温度降到催化起燃温度之前，打开截止阀21，继续向燃烧室30供应燃气。进入燃烧室30中的燃气则在流经催化燃烧模块10的表面时进行无焰的催化燃烧。

在步骤D之后，可根据用户对出水温度的要求以及进水温度、流量计算燃气对应的燃烧热值，根据燃烧热值调节燃气的比例，以使燃气进行无焰燃烧时释放的热量可满足用水需求。

本领域技术人员可以理解，在本发明实施例的燃气热水器100中，开启燃气热水器100的点火器9点燃燃气的目的是为了对催化燃烧模块10进行加热。在催化燃烧模块10的温度达到催化起燃温度以上后，即可将火焰熄灭，而后燃气进行无焰的催化燃烧。燃烧室30中的燃气进行无焰燃烧后，正常情况下不会再开启点火器9进行有焰燃烧，除非燃气热水器100出现故障，使催化燃烧模块10的温度低于催化起燃温度时，会再次进行有焰燃烧以重新将催化燃烧模块10的温度加热至达到催化起燃温度以上。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的 多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。