一种燃气热水器智能燃烧系统的制作方法

1.本实用新型涉及热水器控制领域，尤其涉及一种燃气热水器智能燃烧系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃气热水器主要由风机、火排、水箱、电磁阀、温度传感器和比例阀组成。在燃烧时，主要成分是燃气和空气，通过调整空气和燃气流量，达到恒温控制。针对同一种气源在大部分的燃烧控制系统，生产都是以当时的环境设置空燃比。在客户环境中，由于各个地方燃气热值的差异，燃气温度和大气压的差异，客户的安装环境和烟管长度的不同，燃气一次压的不足，都会导致燃烧出现异常，导致燃气热水器寿命变短，很难保证完全燃烧的问题。现有技术针对不同气源，通过内建不同气源拨码开关来到达燃烧的空燃比，但是现有热水器燃烧系统很难满足各个地方燃气的发热值不同、海拔高度大气压不同及安装环境及高峰时段燃气压力不足的燃烧问题。而且低氮排放的燃气热水器燃烧的空燃比要求很高，燃烧范围很窄，燃气燃烧不充分，燃烧器火焰高度不均匀等问题，随着燃烧工况的恶化进而出现烟气超标、燃烧噪音，甚至共振等现象，这不仅影响热水器的使用寿命，还会危及用户的人身安全。


技术实现要素：

3.本实用新型是为了解决现有的热水器燃烧系统很难使燃气充分燃烧，容易造成燃烧共振现象，影响使用安全的问题，提供一种自动判定目前燃烧所处环境，自动修正比例阀开度与风机风量动态调节空燃比的智能热水器燃烧系统。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种燃气热水器智能燃烧系统，包括燃气热水器，还包括温度传感器、流量传感器、控制燃气的比例阀和比例阀控制模块，所述温度传感器包括进水温度传感器和出水温度传感器，所述输入温度传感器设置在热水器进水管路上，所述出水温度传感器和流量传感器设置在热水器出水管路上，所述比例阀控制模块输出端控制比例阀开度。温度传感器和流量传感器分别监测当前热水器的进水温度和出水温度以及当前水流量来计算当前热水产率和实际热值。以热水产率为依据，来自动判定目前燃烧所处环境，自动修正比例阀开度，达成最佳空燃比，来延长器具寿命。
6.作为优选，包括所述比例阀控制模块包括输入模块、滤波模块、比较模块和输出模块，输入信号从输入模块进入经过滤波模块滤波转换为电压信号，电压信号经过比较模块与反馈值相比较后经过输出模块输出为比例阀电流。自动解决燃气发热值不同、海拔高度大气压不同及安装环境及高峰时段燃气压力不足的燃烧问题。
7.还包括风机控制模块，风机控制模块采用轴功率控制。满足如下控制关系：
8.i_hp = f_hp + b_hp；
9.其中，i_hp为电机功率；f_hp为摩擦损失功率；b_hp为净输出功率即轴功率。当空
气密度变小时，电机输入或输出功率不变时，转速会自然提速，因为损失功率变小；在高海拔时，大气压变低，由于空气密度变小，风机转速将自行提高；有压损比如排气管长度增长或有风压比如有堵风情况，转速会自然提高；实际入热量》设计入热量，转速会自然提高；不燃烧在同一功率，转速会自然降速，减少噪音；装有二次热交换器时，由于需维持固定燃烧风量，风机转速会自动提高。
10.作为优选，所述输入信号为pwm信号。pwm输入信号从输入模块进入经过滤波模块滤波转换为电压信号，电压信号经过比较模块与反馈值相比较后经过输出模块输出为比例阀电流。pwm输入信号经过滤波模块后转换为电压信号，经过比较模块和比例阀电流反馈值比较后驱动输出模块，输出恒定的比例阀电流。
11.作为优选，所述输入模块包括pwm输入信号，所述滤波模块包括电阻r417、电阻r418、电阻r419和电容c404,所述pwm输入信号与电阻r417一端连接，电阻r417另一端与电阻r418一端连接，电阻r418另一端与电阻r419一端连接，电阻r419另一端接地，电容c404一端与电阻r417的另一端连接，电容c404另一端接地，电阻r418的另一端还设有滤波模块的输出端。
12.作为优选，所述比较模块包括比较器u401a、比例阀电流采集信号psv_fbi、电阻r422、电阻r423、电阻r424、电阻r425、电容c405、电容c408，所述滤波模块输出端与比较器u401a正输入端相连，所述比例阀电流采集信号psv_fbi与电阻r422一端连接，电阻r422另一端与电阻r423一端连接，电阻r423另一端与比较器u401a负输入端连接，电阻r424 一端与电阻r423另一端相连，电阻r425 并联在电阻r424两端，比较器u401a的电源端接12v电压，比较器u401a的输出端与输出模块的输入端连接。
13.作为优选，所述输出模块包括三极管q405、三极管c406、电解电容e403、电容c406、电阻r420、电阻r421、比例阀正输出端和比例阀负输出端，输出模块的输入端与电阻r420 的一端连接，电阻r420的另一端和三级管q405的基极连接，三极管q405的集电极与比例阀负输出端连接，三级管q405的发射极与三极管q406的集电极连接，三级管q406的发射极与比较器u401a的负输入端连接，三极管q406的集电极与比例阀负输出端连接，比例阀正输出端与25v电源连接，电解电容e403正极与比例阀正输出端连接，电解电容e403负极与比例阀负输出端连接，电解电容c406并联在电解电容e403两端。
14.上述热水器的智能燃烧系统，包括如下控制步骤：
15.步骤s1：在燃烧过程中，根据水流量传感器和温度传感器，计算当前热水产率和实际热值φs，φs=hs*vs
16.其中，φs：设计燃气的热量，hs：燃气热值，vs：燃气流量；
17.步骤s2：以标准燃气下采样的热水产率和比例阀电流曲线为基准，生成当前热水产率与比例阀的电流曲线；
18.步骤s3：将当前热水产率与预设热水产率相比，若有差异则采用pid根据步骤s2生成的当前热水产率与比例阀电流曲线调节比例阀电流。
19.综上所述，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型采用的比例阀控制系统能根据实际燃烧工况动态调节空燃比，可以满足低氮排放机型的空燃比要求，解决目前国内厂家无法解决的燃烧共振问题。
附图说明
20.图1是本实用新型一实施例比例阀控制模块电路图。
21.图2是本实用新型一实施例风机转速与风机功率曲线。
22.图3是本实用新型一实施例热水产率与比例阀电流曲线。
23.图中：1、输入模块2、滤波模块3、比较模块4、输出模块。
具体实施方式
24.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
25.实施例：
26.一种燃气热水器的智能燃烧系统，燃气热水器主要由风机、火排、水箱、电磁阀、温度传感器和比例阀组成。智能燃烧系统包括包括智能燃烧模块、比例阀和风机控制模块；所述智能燃烧模块根据水流量和温度计算当前热水产率和实际热值，将当前热水产率与预设热水产率进行比较，通过比例阀调整燃气流量，所述风机控制模块采用轴功率控制。智能燃烧模块采用比例阀控制模块pid控制调整比例阀电流来调整流量。所述比例阀控制模块如图1所示包括输入模块1、滤波模块2、比较模块3和输出模块4pwm输入信号从输入模块1进入经过滤波模块2滤波转换为电压信号，电压信号经过比较模块3与反馈值相比较后经过输出模块4输出为比例阀电流。
27.风机控制模块满足如下控制关系：
28.i_hp=f_hp+b_hp；
29.其中，i_hp为电机功率；f_hp为摩擦损失功率；b_hp为净输出功率即轴功率。当空气密度变小时，电机输入或输出功率不变时，转速会自然提速，因为损失功率变小；在高海拔时，大气压变低，由于空气密度变小，风机转速将自行提高；有压损比如排气管长度增长或有风压比如有堵风情况，转速会自然提高；实际入热量》设计入热量，转速会自然提高；不燃烧在同一功率，转速会自然降速，减少噪音；装有二次热交换器时，由于需维持固定燃烧风量，风机转速会自动提高。如图2风机转速与风机功率曲线所示：图中a：带有轴功率控制堵塞状态下的风机功率和转速曲线；b：常规功率控制堵塞状态下的风机功率和转速曲线；c：正常燃烧的风机功率和转速曲线；d：未燃烧状态下的风机功率和转速曲线。
30.输入模块1包括pwm输入信号，所述滤波模块2包括电阻r417、电阻r418、电阻r419和电容c404,所述pwm输入信号与电阻r417一端连接，电阻r417另一端与电阻r418一端连接，电阻r418另一端与电阻r419一端连接，电阻r419另一端接地，电容c404一端与电阻r417的另一端连接，电容c404另一端接地，电阻r418的另一端还设有滤波模块2的输出端。
31.比较模块3包括比较器u401a、比例阀电流采集信号psv_fbi、电阻r422、电阻r423、电阻r424、电阻r425、电容c405、电容c408，所述滤波模块2输出端与比较器u401a正输入端相连，所述比例阀电流采集信号psv_fbi与电阻r422一端连接，电阻r422另一端与电阻r423一端连接，电阻r423另一端与比较器u401a负输入端连接，电阻r424一端与电阻r423另一端相连，电阻r425并联在电阻r424两端，比较器u401a的电源端接12v电压，比较器u401a的输出端与输出模块4的输入端连接。psv_fbi为mcu采样的比例阀电流信号。
32.输出模块4包括三极管q405、三极管c406、电解电容e403、电容c406、电阻r420、电阻r421、比例阀正输出端和比例阀负输出端，输出模块4的输入端与电阻r420的一端连接，
电阻r420的另一端和三级管q405的基极连接，三极管q405的集电极与比例阀负输出端连接，三级管q405的发射极与三极管q406的集电极连接，三级管q406的发射极与比较器u401a的负输入端连接，三极管q406的集电极与比例阀负输出端连接，比例阀正输出端与25v电源连接，电解电容e403正极与比例阀正输出端连接，电解电容e403负极与比例阀负输出端连接，电解电容c406并联在电解电容e403两端。psv_pwm为pwm输入信号，经过电阻r417、电容c404滤波后转换为电压信号，经过比较器u401a和比例阀电流反馈值比较后驱动三极管q405和q406，输出恒定的比例阀电流。
33.智能燃烧系统控制流程包括如下步骤：
34.步骤s1：点火燃烧；
35.步骤s2：在燃烧过程中，根据水流量传感器和温度传感器，计算当前热水产率和实际热值φs，φs=hs*vs；
36.步骤s3：以标准燃气下采样的热水产率和比例阀电流曲线为基准，生成当前热水产率与比例阀的电流曲线；
37.步骤s4：将当前热水产率与预设热水产率相比，若有差异则采用pid根据步骤s3生成的当前热水产率与比例阀电流曲线调节比例阀电流，若当前热水产率大于预设热水产率上限则降低比例阀输出，若当前热水产率小于预设热水产率下限则增加比例阀输出。热水产率与比例阀电流曲线如图3所示：其中a0：标准燃气下的采样的热水产率和比例阀电流曲线； a+1、a+2：热值比标准燃气小的热水产率和比例阀电流曲线，软件自动计算得出； a-1、a-2：热值比标准燃气大的热水产率和比例阀电流曲线，软件自动计算得出。
38.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
39.尽管本文较多地使用了空燃比、燃气热值、比例阀、热水产率等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。