[發明專利]一種以氫氣為燃料的家用燃氣熱水器控制方法

有效

• 申請號: 202210148182.1
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114484885B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 高文學;戶英杰;周偉業;苗慶偉;嚴榮松;王艷;楊林
• 申請（專利權）人: 中國市政工程華北設計研究總院有限公司
• 主分類號: F24H9/20
• 分類號: F24H9/20;F24H15/429;F24H15/305;F24H15/219;F24H15/238;F24H15/35
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種以氫氣為燃料的家用燃氣熱水器控制方法，該方法結合了分段燃燒技術和全預混燃燒技術，控制器根據進水流量和設定的熱水輸入溫度，判斷燃燒模式，通過設置兩個電磁閥和分段燃燒器，實現氫氣在燃燒器上的分段燃燒，同時配合風機的轉速調節和燃氣比例閥電流大小實現氫氣的穩定燃燒；在所述的排煙管上設置氧傳感器，控制器通過對出水溫度和煙氣中氧濃度的監測，判斷實際氫氣燃燒是否達到最佳狀態，并進行調節。該發明可以使家用燃氣熱水器在以氫氣為燃料時具有較大的熱負荷調節范圍和恒溫熱水輸出的功能，實現氫氣在燃氣熱水器上的安全、穩定燃燒，避免氫氣燃燒回火和冷凝水對熱水器的腐蝕。

技術領域

本發明屬于城鎮燃氣燃燒與應用領域，尤其涉及一種以氫氣為燃料的家用燃氣熱水器控制方法。

背景技術

目前家用燃氣熱水器的氣源主要為天然氣和液化石油氣，隨著國家“碳達峰、碳中和”目標的提出，氫能作為清潔低碳的綠色能源，有望在家用燃氣熱水器領域進行普及。但是氫氣的物理化學性質與天然氣和液化石油氣相差較大，導致無法在現有的燃氣熱水器上穩定燃燒?，F有的燃氣熱水器熄火保護裝置多采用火焰感應針來監測火焰燃燒狀態，原理是天然氣或液化石油氣燃燒產生的離子體在感應針上形成電離電流，通過電離特性來檢測燃氣是否熄滅；但是氫氣燃燒無法產生離子體，使得火焰感應針失效，具有安全隱患。另外，氫氣燃燒的火焰傳播速度快，容易發生回火，并且其著火溫度低和熄火距離小，也會加重回火現象，具有較大得安全隱患。并且，相對天然氣和液化石油氣，氫氣的密度和發熱量較低，導致在以氫氣為燃料時，傳統家用燃氣熱水器的熱負荷會大幅度降低，使得熱水器無法具有較大的熱負荷調節范圍，影響使用性能；若增加氫氣的流速，則會加重氫氣回火的傾向性，同時為了滿足燃燒所需空氣量，其風機的轉速也會相應提高，導致噪音偏高。另外，氫氣燃燒的產物為氣態水，在經過排煙管時，飽和水蒸氣容易變成冷凝水從而腐蝕排煙管，甚至影響到換熱器和燃燒器，長時間運行具有較大安全隱患。

目前，為提高燃氣熱水器的熱負荷調節范圍，降低風機噪音，實現恒溫熱水輸出，多采用風機變頻調速及分段燃燒技術。專利公開號為CN110207386A的發明專利“一種分段燃燒的燃氣熱水器及其控制方法”，通過控制器控制分段閥的開關來實現火力檔位的切換，并且采用電流聯動控制方式將不同火力檔位限定在不同燃氣比例閥電流區間；專利公開號為CN111520713A的發明專利“一種密閉式全預混燃燒系統及熱水器”，運用了一種以燃氣引射空氣的全預混方式，引射管的空氣引射量由燃氣壓力以及風機轉速共同控制，在全預混燃燒的基礎上實現了對燃燒分段的控制；但以上專利只實現了兩段燃燒，無法滿足在以氫氣為燃料時，熱負荷大幅度降低導致的調節范圍變小現象；同時以上專利均采用上抽型風機，設置在頂部，無法精確控制進入燃燒器的空氣量，容易導致燃燒不穩定現象，并且氫氣燃燒生成的冷凝水會影響風機的壽命。

專利公開號為CN112146286A的發明專利“一種燃氣熱水器的風量匹配控制方法和控制系統”，根據火力段以及與此火力段的熱負荷相匹配的程序分段風量調節關系，確定理論風機風量進行調節；但該專利只是通過理論風機風量進行調節，無法對實際的燃燒所需空氣量進行判斷，不能保證最佳的燃燒效果。專利公開號為CN112113349A的發明專利“一種熱水器的控制方法及熱水器”，通過檢測當前分段熱水器的噪音值和風道的風壓值，判斷熱水器是否燃燒穩定；但該發明無法精確感知燃燒狀態波動，易受到環境噪音的干擾；同時在達到最大熱負荷時，該發明通過調小燃氣比例閥來維持風量和燃氣量的平衡，將會導致熱水出水溫度下降，無法達到恒溫熱水的要求。專利公開號為CN110274395A的發明專利“一種自適應全預混燃氣熱水器的控制方法及燃氣熱水器”，通過采集燃氣流量、風機流量和燃燒后的過剩氧含量來對熱水器的燃燒進行監控；但是該發明沒有采用分段燃燒技術無法實現較大的熱負荷調節，無法滿足恒溫熱水輸出；并且在使用氫氣燃料時，當熱水器熱負荷變化時，氫氣在燃燒器中的流速無法保持在回火界限內，從而容易出現回火現象。

發明內容