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CN110793187A - 燃气热水系统及其控制方法 - Google Patents

燃气热水系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃气热水系统及其控制方法，燃气热水系统包括：燃烧装置；主换热装置，设于燃烧装置一侧，主换热装置可与燃烧装置热量交换；主回液管，连接于主换热装置的进液端；主出液管，连接于主换热装置的出液端；耦合结构，连接主回液管与主出液管，主回液管与主出液管其中一者中的部分液体可通过耦合结构流动至其中另一者。上述燃气热水系统，通过耦合结构，利用主回液管中的液体改变主换热装置中液体与主出液管的出口端流出的液体的温度差，从而使主换热装置中的液体维持较高温度，进而使与主换热装置换热的烟气保持较高温度而不易冷凝，达到在提高燃气热水系统的热效率的同时避免烟气冷凝而腐蚀主换热装置的目的。

Description

燃气热水系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及供暖设备领域，特别是涉及一种燃气热水系统及其控制方法。
背景技术
燃气采暖热水炉作为一种依靠天然气提供热水和供暖热量的供暖设备，越来越多的为广大用户所接受，已经成为寒冷地区采暖的重要组成部分。燃气采暖热水炉在供暖运行时,当用户需要使房间温度快速升高时，需要提高燃气采暖热水炉的出水温度及系统循环流量，此时燃气采暖热水炉处于大负荷状态。而当房间温度达到所需值时，需要降低燃气采暖热水炉的出水温度及循环流量，此时燃气采暖热水炉处于小负荷状态。
然而发明人在研究中发现，目前市场上的非冷凝燃气采暖热水炉存在着最小负荷与最大负荷在热效率方面存在8％以上差距的现象，采暖热水炉处于最大负荷时的热效率大约为93％，处于小负荷时的热效率大约为85％，从而导致了能源的浪费，而导致小负荷状态下的采暖热水炉的热效率较低的根本原因，是当燃气采暖热水炉处于小负荷状态时，排出的烟气带走了大量热量。而在供暖运行过程中，燃气采暖热水炉在多数时间处于小负荷状态，所以提高小负荷状态的热效率可以有效减少能源浪费。
目前，通常采用以下两个方案增加燃气采暖热水炉的热效率，其中一个方案是增加主换热器的换热能力，降低燃烧产生的烟气的温度，从而减少热散失，另一个方案是降低过剩空气系数，减少烟量。
但是，采用第一个方案，烟气的温度降低，在采暖热水炉处于小负荷低水温的状态下，燃烧器的燃烧功率小，烟气的量与温度小，因烟气的温度容易达到露点温度(烟气的露点温度为高温烟气中水蒸汽开始冷凝的温度)。采用第二个方案，过剩空气减少，烟气的露点温度提高，在采暖热水炉处于小负荷时，烟温也很容易到露点温度。这样使得燃烧过后，部分烟气在主换热器上发生了冷凝，进而腐蚀主换热器，最终降低采暖热水炉的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要针对采暖热水炉在小负荷状态下换热效率较低的问题，提供一种在小负荷状态下换热效率较高的燃气热水系统及其控制方法。
一种燃气热水系统，所述燃气热水系统包括：
燃烧装置；
主换热装置，设于所述燃烧装置一侧，所述主换热装置可与所述燃烧装置热量交换；
主回液管，连接于所述主换热装置的进液端；
主出液管，连接于所述主换热装置的出液端；以及
耦合结构，连接所述主回液管与所述主出液管，所述主回液管与所述主出液管其中一者中的部分液体可通过所述耦合结构流动至其中另一者。
上述燃气热水系统，通过耦合结构，利用主回液管中的液体改变主换热装置中液体与主出液管的出口端流出的液体的温度差，从而使主换热装置中的液体维持较高温度，进而使与主换热装置换热的烟气保持较高温度而不易冷凝，达到在提高燃气热水系统的热效率的同时避免烟气冷凝而腐蚀主换热装置的目的。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，所述主回液管中的部分液体通过所述耦合结构流至所述主出液管。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，所述主出液管中的部分液体可通过所述耦合结构流至所述主回液管。
在其中一个实施例中，所述燃气热水系统包括流量可调的回液流量调节单元及流量可调的出液流量调节单元，所述回液流量调节单元位于所述主换热装置与所述耦合结构之间，所述出液流量调节单元位于所述耦合结构与所述主回液管的出口端之间。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，所述回液流量调节单元的流量小于所述出液流量调节单元的流量。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，所述回液流量调节单元的流量大于或等于所述出液流量调节单元的流量。
一种如上述燃气热水系统的控制方法，包括以下步骤：
获取燃气热水系统的负荷状态；
根据所述负荷状态控制所述燃气热水系统的耦合结构中的液体流动状态。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，控制所述主回液管中的部分液体通过所述耦合结构流至所述主出液管。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，控制所述主出液管中的部分液体通过所述耦合结构流至所述主回液管。
在其中一个实施例中，所述燃气热水系统包括位于所述主换热装置与所述耦合结构之间的回液流量调节单元及位于所述耦合结构与所述主出液管的出口端之间的出液流量调节单元，根据所述负荷状态控制所述燃气热水系统的耦合结构中的液体流动状态的步骤具体包括以下步骤：
根据所述负荷状态控制所述回液流量调节单元的流量与出液流量调节单元的流量，以调节燃气热水系统的耦合结构中的液体流动状态。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，控制所述回液流量调节单元的流量小于所述出液流量调节单元的流量。
在其中一个实施例中，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，控制所述回液流量调节单元的流量大于或等于所述出液流量调节单元的流量。
附图说明
图1为本发明一实施例的燃气热水系统的示意图；
图2为图1所示燃气热水系统的耦合结构在回流流量调节单元的流量小于出液流量调节单元的流量时的流量耦合效果图；
图3为图1所示燃气热水系统的耦合结构在回流流量调节单元的流量等于出液流量调节单元的流量时的流量耦合效果图；
图4为图1所示燃气热水系统的耦合结构在回流流量调节单元的流量大于出液流量调节单元的流量时的流量耦合效果图；
图5为图1所示燃气热水系统的控制方法示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明的实施例的一种燃气热水系统100，可利用天然气燃烧产生的热量获取热水。下面以燃气热水系统100为燃气采暖炉系统为例，对本申请的中燃气热水系统100的结构进行说明。本实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本申请的技术范围。可以理解，在其它实施例中，燃气热水系统100也可具体为燃气热水器系统等，在此不作限定。
具体地，燃气热水系统100包括控制装置(图未示)、燃烧装置10、主换热装置20、主出液管40、采暖管(图未示)以及主回液管30。其中，主换热装置20、主出液管40、采暖管以及主回液管30相互连接形成采暖管路，主换热装置20设于燃烧装置10一侧，主换热装置20可与燃烧装置10发生热量交换以获取燃烧装置10燃烧产生的高温烟气的热量。
如此，在控制装置的控制下，天然气在燃烧装置10内燃烧，燃烧产生的高温烟气可与主换热装置20中的液体发生热量交换，完成热量交换后的液体通过主出液管40流出主换热装置20，通过采暖管流入各个房间与房间内的空气进行热量交换而为各个房间供暖，完成换热后的液体最后通过主回液管30重新回到主换热装置20内。
请继续参阅图1，主回液管30的进口端连接于采暖管的出口端，主回液管30的出口端连接于主换热装置20的进液端，主回液管30可将采暖管内与空气发生热量交换后的液体重新输送至主换热装置20内。主出液管40的进口端连接于主换热装置20的出液端，主出液管40的出口端连接于采暖管的进口端，主出液管40可将主换热装置20中与高温烟气完成换热的液体输送至采暖管以与空气进行换热。
燃气热水系统100还包括耦合结构50、流量可调的回液流量调节单元60以及流量可调的出液流量调节单元70。其中，耦合结构50连接主回液管30与主出液管40，回液流量调节单元60位于主换热装置20与耦合结构50之间，出液流量调节单元70位于耦合结构50与主出液管40的出口端之间。
如此，可通过调节回液流量调节单元60与出液流量调节单元70的流量，使主回液管30与主出液管40其中一者中的液体通过耦合结构50向其中另一者流动，利用主回液管30中的液体改变主换热装置20中液体与主出液管40的出口端流出的液体的温度差，从而使主换热装置20中的液体维持较高温度，进而使与主换热装置20换热的烟气保持较高温度而不易冷凝，达到在提高燃气热水系统100的热效率的同时避免烟气冷凝而腐蚀主换热装置20的目的。
在一些实施例中，回液流量调节单元60与出液流量调节单元70均为流量泵，控制装置可根据需要调节流量泵的流量大小。
在一些实施例中，主回液管30与主出液管40还安装有温度传感器以监控液体温度，主出液管40靠近主换热装置20的一端还设有限温器，限温器可在主出液管40内的液温过高时关闭燃气热水系统100，从而放置燃气热水系统100的循环液体因温度过高而气化。可以理解，限温器的安装位置不限于此，还可安装于主回液管30或主出液管40的其它位置。
如图5所示，上述燃气热水系统100的控制方法包括以下步骤：
S110：获取燃气热水系统100的负荷状态。
具体地，燃气热水系统100具有小负荷状态与非小负荷状态这两种负荷状态，非小负荷状态包括除了小负荷状态以外的大负荷状态等其它任意负荷状态。具体在一实施例中，小负荷状态是指燃烧装置10的燃烧功率小于或等于燃烧装置10的最大燃烧功率的30％，此时流出主出液管40的出口端的液体的温度为20℃-45℃。
S120：根据负荷状态控制燃气热水系统100的耦合结构50中的液体流动状态。
具体地，控制装置根据负荷状态，控制出液流量调节单元70的流量与回液流量调节单元60的流量，以调节燃气热水系统100的耦合结构50中的液体流动状态。
如图1及图2所示，当燃气热水系统100处于小负荷状态时，控制装置控制回液流量调节单元60的流量小于出液流量调节单元70的流量。因此，主回液管30中的一部分液体经过回流流量调节单元60进入主换热装置20与烟气进行热量交换而升温，然后流入主出液管40，主回液管30中的另一部分液体则通过耦合结构50流动至主出液管40，与主出液管40内的由主换热装置20输出的液体混合。
由于流经耦合结构50的液体没有在主换热装置20中升温，因此流出主出液管40的出口端的液体的温度低于主换热装置20中液体的温度，从而满足预设的出液温度。由于主换热装置20中的液体较高，因此烟气的温度也相对较高，从而使烟温高于烟气露点温度，不容易在主换热装置20上冷凝。也就是说，本申请通过耦合结构50，利用了主回液管30中的液体降低主出液管40的出液温度，而无需直接降低主换热装置20中的液体温度，从而保证了与主换热装置20中的液体发生热量交换的烟气具有较高的温度。
如图1、图3及图4所示，当燃气热水系统100处于非小负荷状态时，控制装置控制回液流量调节单元60的流量大于或等于出液流量调节单元70的流量。
具体地，当控制装置控制回流流量调节单元60的流量大于出液流量调节单元70的流量时，主回液管30中的液体全部进入主换热装置20中换热升温，升温后的液体从主换热装置20流入主出液管40，主出液管40中的一部分液体通过耦合结构50流入主回液管30，主出液管40中的另一部分液体则流出主出液管40的出口端。当控制装置控制回流流量调节单元60的流量等于出液流量调节单元70的流量时，主回液管30中的液体全部进入主换热装置20中换热升温，升温后的液体从主换热装置20流入主出液管40，然后通过出液流量调节单元7从主出液管40的出口端全部流出。
由于流出主出液管40的出口端的液体完全来源于主换热装置20，因此主出液管40中的液体与主换热装置20换热后的液体温度相等，从而可避免主换热装置20中的液体温度过高而导致液体汽化。
上述燃气热水系统100及其控制方法，由于主回液管30与主出液管40通过耦合结构50连接，因此可根据不同负荷状态调节回液流量调节单元60与出液流量调节单元70的流量，从而调节主出液管40的出液温度与主换热装置20内的液体温度差，使燃气热水系统100可在减小烟气排出量使小负荷状态下的换热效率提高12％-14％、大负荷状态下的换热效率提升3％-5％的同时，保证烟气具有较高的温度，避免因为烟气排出量的减少导致烟气发生冷凝，从而达到节能减排的目的，同时延长了燃气热水系统100的使用寿命。此外，由于克服了燃气热水系统100处于小负荷低水温状态下的冷凝问题，因此可扩大燃烧装置10的燃烧功率的调节范围，减小了燃气热水系统100的启动次数，扩大了燃气热水系统100的适用性，满足用户对供暖的不同需求，极大提高了用户体验。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种燃气热水系统，其特征在于，包括：
燃烧装置(10)；
主换热装置(20)，设于所述燃烧装置(10)一侧，所述主换热装置(20)可与所述燃烧装置(10)热量交换；
主回液管(30)，连接于所述主换热装置(20)的进液端；
主出液管(40)，连接于所述主换热装置(20)的出液端；以及
耦合结构(50)，连接所述主回液管(30)与所述主出液管(40)，所述主回液管(30)与所述主出液管(40)其中一者中的部分液体可通过所述耦合结构(50)流动至其中另一者。
2.根据权利要求1所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，所述主回液管(30)中的部分液体通过所述耦合结构(50)流至所述主出液管(40)。
3.根据权利要求1所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，所述主出液管(40)中的部分液体可通过所述耦合结构(50)流至所述主回液管(30)。
4.根据权利要求1所述的燃气热水系统，其特征在于，所述燃气热水系统包括流量可调的回液流量调节单元(60)及流量可调的出液流量调节单元(70)，所述回液流量调节单元(60)位于所述主换热装置(20)与所述耦合结构(50)之间，所述出液流量调节单元(70)位于所述耦合结构(50)与所述主回液管(30)的出口端之间。
5.根据权利要求4所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，所述回液流量调节单元(60)的流量小于所述出液流量调节单元(70)的流量。
6.根据权利要求4所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，所述回液流量调节单元(60)的流量大于或等于所述出液流量调节单元(70)的流量。
7.一种如权利要求1至6任意一项所述燃气热水系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取燃气热水系统的负荷状态；
根据所述负荷状态控制所述燃气热水系统的耦合结构(50)中的液体流动状态。
8.根据权利要求7所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，控制所述主回液管(30)中的部分液体通过所述耦合结构(50)流至所述主出液管(40)。
9.根据权利要求7所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，控制所述主出液管(40)中的部分液体通过所述耦合结构(50)流至所述主回液管(30)。
10.根据权利要求7所述的燃气热水系统，其特征在于，所述燃气热水系统包括位于所述主换热装置(20)与所述耦合结构(50)之间的回液流量调节单元(60)及位于所述耦合结构(50)与所述主出液管(40)的出口端之间的出液流量调节单元(70)，根据所述负荷状态控制所述燃气热水系统的耦合结构(50)中的液体流动状态的步骤具体包括以下步骤：
根据所述负荷状态控制所述回液流量调节单元(60)的流量与出液流量调节单元(70)的流量，以调节燃气热水系统的耦合结构(50)中的液体流动状态。
11.根据权利要求10所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于小负荷状态时，控制所述回液流量调节单元(60)的流量小于所述出液流量调节单元(70)的流量。
12.根据权利要求10所述的燃气热水系统，其特征在于，当所述燃气热水系统处于非小负荷状态时，控制所述回液流量调节单元(60)的流量大于或等于所述出液流量调节单元(70)的流量。
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