一种自适应全预混燃气热水器的控制方法及燃气热水器与流程

本发明属于燃气热水器的控制技术领域，具体涉及一种自适应全预混燃气热水器的控制方法及燃气热水器。

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，当管网压力波动及外部风压波动时，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自适应全预混燃气热水器的控制方法，解决了现有技术中当燃气热水器管网压力波动及外部风压波动时，容易发生回火现象、降低全预混燃烧负荷的问题。

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：一种自适应全预混燃气热水器的控制方法，该方法包括：

开启燃气热水器，采集其输入的当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量；

若当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与对应的预设标准值一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；

若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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；

若当前风机流量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前风机流量，使得当前风机流量与预设标准值一致；

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前燃气流量，使得当前过剩氧含量与预设标准值一致。

可选为，该方法还包括：

若当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与对应的预设标准值都不一致时，同时调节燃气热水器输入的当前燃气流量、风机流量以及空气流量，使得当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致。

可选为，若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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，，具体方法为：

若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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。

可选为，若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前过剩氧含量与预设标准值一致；具体方法包括：

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量高于预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，通过调小输入当前燃气流量的管道的开度，使得过剩氧含量与预设标准值一致；

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量低于预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，通过调大输入当前燃气流量的管道的开度，使得过剩氧含量与预设标准值一致。

可选为，过剩氧含量的检测方法包括：

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，则判定为过剩氧含量高于预设标准值；若过剩氧含量低于预设氧含量，则判定为过剩氧含量低于预设标准值。

可选为，开启燃气热水器，采集其输入的当前空气流量以及输出的过剩氧含量的步骤还包括：

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：一种自适应全预混燃气热水器，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、风速仪，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连通，所述烟气检测装置的输出端与风速仪连接；所述燃气流量调节单元、烟气检测装置以及风速仪分别与检测控制模块电性连接。

可选为，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。

可选为，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。

可选为，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空气流量以及风机流量，有效的实现了当进口空气压力发生波动、外部背压发生波动以及管网压力发生波动时，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。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种全预混燃烧的燃气热水器的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例2提供的一种自适应全预混燃气热水器的原理图。

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提供的一种自适应全预混燃气热水器的控制方法，该方法包括：

开启燃气热水器，采集其输入的当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量；

若当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与对应的预设标准值一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；

若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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；

若当前风机流量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前风机流量，使得当前风机流量与预设标准值一致；

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前燃气流量，使得当前过剩氧含量与预设标准值一致。

进一步地，该方法还包括：

若当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与对应的预设标准值都不一致时，同时调节燃气热水器输入的当前燃气流量、风机流量以及空气流量，使得当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致。

进一步地，若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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，具体方法为：

若当前燃气流量与预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与对应的预设标准值一致时，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。

在具体实施过程中，一种实施方式为，若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量与预设标准值不一致时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前空气流量，使得当前过剩氧含量与预设标准值一致；具体方法包括：

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量高于预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，通过调小输入当前燃气流量的管道的开度，使得过剩氧含量与预设标准值一致；

若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量低于预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与对应的预设标准值一致时，通过调大输入当前燃气流量的管道的开度，使得过剩氧含量与预设标准值一致；

进一步地，一种实施方式为，过剩氧含量的检测方法包括：

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，则判定为过剩氧含量高于预设标准值；若过剩氧含量低于预设氧含量，则判定为过剩氧含量低于预设标准值。

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过剩氧含量的步骤还包括：

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，过剩氧含量(α)取5％～10％：

ch4+2o2＝co2+2h2o+δh

②预先测量好风机102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102的调节区间为[pl1，ph1]；燃气比例阀1071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q10，并通过按照化学反应当量及过剩氧含量(α)换算空气流量，此时空气流量为q20；

④由q10、q20确定风机流量以及风机的调节值p10；

⑤通过燃气比例阀1071、烟气检测装置103控制以及风机102间接控制空气流量，直至系统运行平稳；

⑥通过风机102及风速仪106控制风机流量，适应外部压力，从而精确控制燃气热水器热负荷，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、燃气比例阀1071开度、风机控制参数、过剩氧含量等)，采集q、p1、p2、q1、q2、α、v；

②当其他参数不变，q1变化时(管网压力变化等导致)

如果q1变大，说明管网压力变大，则调小燃气比例阀；

如果q1变小，说明管网压力变小，则调大燃气比例阀；

如果q1不变，则进入④；

③当其他参数不变，α改变时(空气进口压力变化导致)

如果α变大，说明空气流量大，则调大燃气调节阀；

如果α变小，说明燃气流量大，则调小燃气调节阀；

如果α不变，则进入④；

④当其他参数不变，v改变时(背压压力变化导致)

如果v变大，说明背压变小，则调小风机风量；

如果v变小，说明背压变大，则调大风机风量；

如果v不变，则进入④；

⑤当其他参数不变，负荷改变(用户设置、调节)。

通过q计算燃气气流量q1′，根据化学反应式及过剩氧含量(α)计算空气流量q2′，并通过燃气比例阀1071及燃气流量计1072精确控制燃气流量；

通过q1′与q2′，确定风机流量及调节值p1′；

通过燃气比例阀1071、烟气检测装置103及风机102间接控制空气流量；

通过风机102调节值p1′及风速仪106控制风机流量，进而精确控制控制热负荷；

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输入的当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量；1)当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与其对应的预设标准值一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；2)若当前燃气流量与其对应的预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别其对应的预设标准值一致时，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；3)当前风机流量与其对应的预设标准值不一致时，且燃气流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别其对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前风机流量，使得当前风机流量与预设标准值一致；4)当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量与其对应的预设标准值不一致时，且燃气流量以及风机流量分别其对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前燃气流量，使得当前过剩氧含量与预设标准值一致；这样有效的实现了当进口空气压力发生波动、外部背压发生波动以及管网压力发生波动时，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。

本发明实施例2提供一种自适应全预混燃气热水器，如图2所示，包括用于产生能量的燃烧器100、用于输出热量的热交换器101、用于变压的风机102、用于检测燃烧后过剩氧含量的烟气检测装置103、用于输入空气和燃气的混合管道104以及检测控制模块105、风速仪106，混合管道104包括燃气管道1041和空气管道1042，且所述燃气管道1041上设有燃气流量调节单元107，所述燃气管道1041和空气管道1042分别与风机102连通，风机102还与所燃烧器100连通，燃烧器100与热交换器101连通，所述热交换器101的输出端与烟气检测装置103连通，烟气检测装置103的输出端与风速仪106连接；燃气流量调节单元107、烟气检测装置103以及风速仪106分别与检测控制模块105电性连接；其中，风机102优选为直流风机

通过采用上述结构的燃气热水器，在使用时，当所述当前燃气流量、风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量均与其对应的预设标准值一致时，则所述燃气热水器不进行负荷控制；当所述当前燃气流量与其对应的预设标准值不一致时，且风机流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别其对应的预设标准值一致时，通过调节当前燃气管道1041上设置的燃气比例阀1071的开度，使得燃气流量与预设燃气流量一致；当所述当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量高于其对应的预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与其对应的预设标准值一致时，通过调大输入当前燃气流量的管道的开度，使得热过剩氧含量与预设标准值一致；若当前风机流量与其对应的预设标准值不一致时，且燃气流量以及空气和燃气燃烧后的过剩氧含量分别与其对应的预设标准值一致时，调节所述燃气热水器输入的当前风机12的风机流量，使得当前风机流量与预设标准值一致；若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量高于其对应的预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与其对应的预设标准值一致时，通过调小输入当前燃气管道1041上设置的燃气比例阀1071的开度，使得热过剩氧含量与预设标准值一致；若当前空气和燃气燃烧后的过剩氧含量低于其对应的预设标准值时，且燃气流量以及风机流量分别与其对应的预设标准值一致时，通过调大输入当前燃气管道1041上设置的燃气比例阀1071的开度，使得热过剩氧含量与预设标准值一致；这样有效的实现了当进口空气压力发生波动、外部背压发生波动以及管网压力发生波动时，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107还包括燃气比例阀1071和燃气流量计1072，燃气比例阀1071和燃气流量计1072设置在燃气管道1041上；燃气比例阀1071和燃气流量计1072均与检测控制模块105电性连接。

进一步地，还包括用于引导气流的被动叶轮108，被动叶轮108设置在混合管道104与风机102连通的管道上。

进一步地，所述热交换器101的进水端设置有水调节阀109，其出水端还设置有水温传感器110，水调节阀109、水温传感器110均与检测控制模块105电性连接。

本发明实施例2提供的一种全预混燃烧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。

由于燃气与空气是按照化学反应当量以及过剩氧含量(α)(可取5％～10％)来确定的，因此，当负荷一定时，燃气与空气的流量是可以确定的；当燃气管网发生压力发生波动时，燃气比例阀1071与燃气流量计1072可以精确控制燃气流量(pid控制方法)；空气通过自然吸气的方式进入燃烧器；燃气与空气经过被动叶轮充分混合后，通过风机102增压进入燃烧器；风机用于对燃气与空气混合物增压以及控制燃烧负荷；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，经过烟气检测装置103及风速仪106向外排放。

当背压发生变化时，风机的风量也发生变化，通过风机102与风速仪106精确控制。

当过剩氧含量α变化时，通过烟气检测装置103及燃气比例阀1071精确控制空气流量，从而过剩氧含量α。

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。