燃气设备的风机控制方法及装置 【技术领域】
本发明涉及燃气控制技术领域， 特别是指一种燃气设备的风机控制方法及装置。背景技术 如图 1 示出了燃气热水器， 主要包括 ： 水路 10 ； 为水路 10 加热的燃烧设备， 燃烧设 备包括燃气进气阀 11 和燃烧装置及换热系统 12 ； 与燃烧装置及换热系统 12 通路相通的风 机 13， 以及与该风路相通的排风风道 ； 控制燃烧装置燃烧风机 13 的控制装置 14 ； 固定上述 各个装置的支撑架 15。
燃气热水器遇到外界风压过大或者排风风道的排气口受到堵塞的情况时， 若处于 点火过程， 则燃气热水器会出现点不着火或者点火爆燃的情形 ； 若处于正常燃烧过程中， 则 燃气热水器会出现燃烧受到压制而产生不完全燃烧， 导致出现烟气超标， 严重情况下火焰 熄灭。可见， 上述情况会严重影响用户使用的安全性。
为了达到抵抗外界风压过大或排气口受到堵塞的目的， 中国专利 99235472.2 公 开了一种安全热水器， 其可以在检测到烟道堵塞或风压过大、 风机堵转、 停转和转速过低时 控制燃气阀释放， 关闭燃气以保证热水器的使用安全。 但这种方法功能单一只能关闭燃气， 而强制关闭燃气会使得用户使用的便利性大大降低。
发明内容
有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种燃气设备的风机控制方法及装置， 以 在外界风压变化时调整风机转速， 避免单一的关闭燃气， 提高用户使用的便利性。
本发明提供的燃气设备的风机控制方法， 包括步骤 ：
A、 确定燃气设备当前工作状态 ；
B、 根据所确定出的燃气设备当前工作状态控制风机转速， 包括 ：
B1、 燃气设备处于燃烧时的内部燃烧风量当前过大的工作状态时， 降低风机转 速；
B2、 燃气设备处于正常燃烧或燃烧尚可的工作状态时， 维持风机当前转速 ；
B3、 燃气设备处于不完全燃烧的工作状态时， 增大风机转速 ； 或，
B4、 燃气设备处于排气堵塞的工作状态时， 关闭燃气设备燃气的供应。
由上， 在外界风压变化时调整风机转速， 避免单一的关闭燃气， 而采用调整风机转 速的方式使燃气设备到达正常燃烧或燃烧尚可的状态， 不会中断用户对燃气设备的使用， 提高用户使用的便利性。 并且， 燃气热水器处于排气堵塞的状态时， 先关闭燃气设备燃气的 供应保证对用户的安全。
其中， 步骤 A 所述确定燃气设备当前工作状态包括 ： 预先设定燃气设备风机电流 或功率与转速对应的燃气设备工作状态的函数 ； 根据所检测的当前风机的电流或功率与转 速确定燃气设备当前工作状态。
由上， 通过检测风机功率、 电流、 转速来实现对设备当前工作状态的确定， 实现起来比较简便。
其中在步骤 A 之后 B 之前还包括燃气设备启动点火时的风机控制步骤， 包括 ：
B02、 判断燃气设备处于能正常燃烧或能燃烧尚可的工作状态时， 维持风机当前转 速， 燃气设备点火启动 ；
B03、 判断燃气设备处于会不完全燃烧的工作状态时， 增大风机转速， 返回步骤 A ；
B04、 判断燃气设备处于排气堵塞的工作状态时， 关闭燃气设备燃气的供应。
由上， 可以实现在点火过程中根据外界风压变化时调整风机转速， 确保点火成功 以及排气口堵塞情况下的用户安全。
其中， 步骤 B3 后还包括 ： 判断风机转速是否超过转速上限值， 若是则关闭燃气设 备。
由上， 可以避免风机超负荷运转， 保护设备， 也对用户安全进行了保障。
其中， 还包括 ： 执行步骤 B1 或 B3 后， 或 B03 后， 分别对各自执行次数进行计数 ； 判 断是否达到各自执行次数计数的门限值， 若是则关闭燃气设备， 否则返回步骤 A。
由上， 可以实现对风机转速的多次调整， 以逐步达到燃气设备正常燃烧或尚可燃 烧状态， 较佳的调整到燃气设备正常燃烧状态。 其中， 关闭燃气设备后还包括 ： 重新启动燃气设备， 并对该启动次数进行计数 ； 判 断是否达到启动次数门限值， 若是则关闭燃气设备， 否则返回步骤 A。
由上， 可以实现在调整仍未使燃气设备到达正常燃烧或燃烧尚可的状态情况下， 较佳的仍未调整到燃气设备正常燃烧状态下， 燃气设备再重新启动， 以实现当外界影响因 素， 如风压过大或排风口堵塞情况消失后可以实现燃气设备自动重启。
本发明还提供的燃气设备的风机控制装置， 包括 ：
风机转速检测单元 410， 用于检测风机的转速 ；
风机电流 / 功率检测单元 420， 用于检测风机的电流 / 功率 ；
单片机控制单元 430， 存储有风机不同电流 / 功率对应的燃气设备的不同工作状 态， 用于根据风机转速检测单元 410 和风机电流 / 功率检测单元 420 的检测值， 确定出所存 储的信息对应的工作状态， 并发出控制信号 ；
风机转速控制单元 440， 用于根据单片机控制单元 430 的控制信号控制风机转速。 由上， 在检测单元检测到外界风压变化时通过风机控制单元调整风机转速， 使燃气设备到 达正常燃烧或燃烧尚可的状态， 不会中断用户对燃气设备的使用， 提高用户使用的便利性。
其中， 还可包括燃气电磁阀控制单元 460， 用于根据单片机控制单元 430 的控制信 号控制燃气电磁阀的开关。
由上， 燃气热水器处于排气堵塞的状态时， 可以控制先关闭燃气设备燃气的供应， 可以有效避免风机控制过程对燃气燃烧过程的影响， 也对用户安全有保障。
其中， 还包括 ： 燃气比例阀开度控制单元 450， 用于根据单片机控制单元 430 的控 制信号控制燃气比例阀的开度大小。
总之， 通过本发明对燃气热水器在点火和正常运行过程的状态进行全程检测和监 控， 尤其是在风压过高或低于正常值导致不完全燃烧状态时， 调整风机转速保证燃烧系统 正常燃烧， 且在排气堵塞状态时关闭燃气热水器燃气供应以保证安全。 具体来说， 在燃气热 水器在点火和运行过程中， 受到外界风压情况下， 燃气热水器处于不完全燃烧时， 利用增加
风机转速的方法来补偿燃烧所产生的废气， 来保证燃气热水器的正常燃烧， 进而有效的控 制排气燃气热水器的不完全燃烧状况， 以此来确保使用者的安全。 且， 在燃气热水器在点火 和运行过程中， 燃气热水的排气堵塞时， 不仅切断燃气的供应停止燃烧， 以此来确保使用者 的安全。 附图说明
图 1 为燃气热水器的系统组成图 ；
图 2 热水器工作状态函数示意图 ；
图 3 为燃气热水器热量与风机转速的关系图 ；
图 4 为燃气热水器风机控制流程图 ；
图 5 为燃气设备的风机控制装置原理图。 具体实施方式
由于燃气热水器风机通过排风风道与外界相连， 因此当遇到外界风压过大或者排 风风道排气口堵塞时， 热水器的风机电机电流或者功率会下降， 由此， 风机自身的电流或者 功率会随外界风压或者排气口的堵塞状态而进行变化。 本发明即根据对风机电流或功率的 监控来判断出热水器受外界风压或者排气堵塞情况导致的当前的工作状态， 并通过调整风 机的转速来调整风量， 使热水器的燃烧装置内部与外界风压保持动态平衡， 确保燃气装置 的燃气与空气适当的混合， 达到良好的燃烧条件， 保证燃气热水器正常燃烧， 从而避免了单 一性的关闭燃气。
为了由风机电流或功率确认出热水器当前的状态， 需要预先设定电流或功率与热 水器工作状态的对应关系， 该对应关系可以通过实验获得， 如图 2 示出了不同电流与电机 转速下的热水器工作状态函数示意图， 其中图中的曲线 A、 B、 C、 D 为划分燃气热水器不同工 作状态的临界曲线。
其中， 点火后燃烧时， 风机在某转速下其电流 ( 或功率 ) 位于曲线 A 值之上的第一 区域①时， 表示燃气热水器处于内部燃烧风量当前过大的状态 ；
位于曲线 B 值之上曲线 A 之下的第二区域②时， 表示燃气热水器处于能正常燃烧 的状态 ；
位于曲线 C 值之上曲线 B 之下的第三区域③时， 表示燃气热水器处于能燃烧尚可 的状态 ；
位于曲线 D 值之上曲线 C 之下的第四区域④时， 表示燃气热水器处于会不完全燃 烧的状态 ；
位于曲线 D 值之下的第五区域⑤时， 表示燃气热水器处于排气堵塞的状态。
其中， 图 2 的绘制依据参见图 3 示出的燃气热水器热量与风机转速的关系图， 其 中， P0 为标准风压下的燃烧热值曲线图， P1 为有风状态下的燃烧热值曲线图。当燃气热水 器处于标准风压的状态时， 风机以 A1 转速运转产生的风量与燃气混合燃烧产生的热量为 Q， 当外界出现风压过大或者排气口堵塞时， 功率 ( 或电流 ) 及转速会下降， 若要燃气热水器 要保持相同的热量， 需将风机的转速提高至 A2， 才能保证提供相同的风量保证燃烧。 根据该 图原理测量不同情况下的功率 ( 或电流 ) 及转速之间的关系， 即绘制出图 2。下面， 参见图 4 示出的燃气热水器风机控制流程图， 对本发明进行说明， 包括以下步骤 ： 步骤 300 ： 首先确认并记录燃气热水器当前为点火还是处于点火后的燃烧过程。 其中可以通过判断是否处于电子脉冲点火过程来判断， 燃气热水器检测达到一定水流量 后， 热水器启动电子脉冲点火， 控制系统打开电磁阀， 该过程即为点火过程， 当点火成功后， 火焰感应针检测到火焰燃烧， 则停止电子脉冲点火进入燃烧正常过程。
步骤 301 ： 在燃气热水器点火或正常燃烧的过程中， 热水器检测风机转速及电流 ( 或功率 )。
步骤 302 ： 根据如图 2 示出的热水器工作状态函数示意图， 由所检测的风机转速和 电流 ( 或功率 ) 确定出热水器当前所处的工作状态区域。
步骤 303 ： 根据所确定出的热水器当前所处的工作状态区域控制风机转速， 包括 ：
3031、 处于点火后的燃烧过程， 当热水器工作状态处于第一区域①时， 降低风机转 速， 以减少燃气热水器内部燃烧风量 ；
3032、 当热水器工作状态处于第二区域②或第三区域③时， 对风机当前转速不做 控制， 维持风机当前转速 ； 该步骤可应用于热水器的点火过程和燃烧过程 ；
3033、 当热水器工作状态处于第四区域④时， 增大风机转速， 以增大燃气热水器内 部燃烧风量 ； 该步骤可应用于热水器的点火过程和燃烧过程 ；
3034、 当热水器工作状态处于第五区域⑤时， 直接关闭燃气供应和热水器。 该步骤 可应用于热水器的点火过程和燃烧过程。
另外， 在关闭燃气供应后， 可以先控制风机采用最大功率间隔式的关闭和启动， 以 形成脉冲式排风冲击排风风道， 以尝试清除排风风道排气口堵塞物。 需要说明的是， 这个过 程是可选的。
步骤 304 ： 当执行步骤 3031、 3033 或 3034 时， 分别对这三个步骤的执行次数进行 计数， 并判断在第一设定时间内， 如 1 分钟内， 超过各自计数的门限值时， 即表示设定时间 内设定次数的调整风机未能使热水器工作状态恢复至第二区域②或第三区域③时 ( 较佳 的恢复到第二区域② )， 关闭燃气热水器燃气供应和风机， 执行下一步 ； 若未达到所述门限 值， 或者上一步骤执行的为步骤 3032， 则返回步骤 301。
不难理解， 也可以不对时间进行设定， 而仅对计数进行控制。后文涉及的第二、 三 设定时间同理， 不再赘述
步骤 305 ： 在第二设定时间之后， 如 2 分钟后， 返回步骤 301， 启动热水器点火及后 续步骤。并对点火次数进行计数， 若在第三设定时间内， 如 5 分钟内， 超过点火次数门限， 则 终止本流程。本步骤即在热水器被自动关闭后一定时间后再次开启， 以判断外界因素故障 是否消失， 并在开启超过设定次数时， 即判断外界因素故障未消失时关闭。需要说明的是， 本步骤可以根据需要进行设置， 例如为了安全起见避免热水器的开启， 可以去掉本步骤。
其中， 对于上述步骤 3034， 为了加强脉冲式排风冲击力， 可以在风道内部设置如百 叶窗式可打开和关闭的可控门体， 并控制在风机启动达到最大功率前关闭该门体， 风机到 达最大功率时开启该门体， 以配合风机形成脉冲式排风 ； 当然， 若使风机保持在最大功率工 作， 仅通过可控门体的开启和关闭同样能形成脉冲式排风， 而且还避免了风机的频繁启动， 有效保护风机。
另外， 还可以在门体内侧风道的上部位置设置一连通的气体空腔， 空腔内设置一 可上下移动的有一定重量的空腔隔板， 空腔隔板将气体空腔分为上下两部分， 门体关闭时， 风机排出的气体压力将隔板上移， 压缩空腔上部分气体， 门体打开时， 隔板会下落将空腔下 部的气体也同时压入排气口， 这样风机风力和来自空腔的风力同时形成的排风冲击力更 强， 更有效冲击清除排气口堵塞物。
其中， 清除排气口堵塞物的步骤， 可以单独提供给用户的启动按钮， 检测到用户按 下该启动按钮时启动排气口堵塞物清除的步骤。
下面结合热水器的启动过程， 对照附图 2 和 4， 以检测风机的电流为例， 对本发明 上述方法进行详细介绍， 包括以下步骤 ：
首先， 在燃气热水器启动的过程中， 先启动风机， 燃气热水器会自动检测风机电流 I 和转速。
然后， 根据预先设置的如图 2 所示的热水器工作状态示函数示意图， 由所检测的 风机转速和电流确定出热水器当前所处的工作状态区域， 这里首先说明的是， 在点火过程 中通常不会出现热水器处于第一区域①， 因此确定当前所处工作状态区域包括 ： 在所测量 的转速下， 风机的电流为 IC ＜ I 时， 则确定为处于可点火成功的第二区域②或第三区域③ ； 风机的电流为 ID ＜ I ≤ IC 时， 则确定为处于第四区域④ ； 风机的电流为 I ≤ ID 时， 则确定 为处于第五区域⑤。 然后， 根据所确定出的热水器工作状态区域， 控制调整风机转速， 包括 ：
判断处于点火过程， 处于第二区域②或第三区域③时， 表明此时外界的风压状况 或者排气口的封堵情况对点火情况影响不大， 可点火成功， 维持风机当前转速 ；
判断处于第四区域④时， 表明此时的外界风压严重或者排气口有一定堵塞， 点 火可能造成爆燃， 则对风机的转速通过控制系统连续进行 N 次调整， 每次增加转速 R0 rpm(Revolutions Per minute， 转 / 分钟 )， 以将风机的电流调整至 IC ＜ I， 即将热水器工作 状态调整到第二区域②或第三区域③ ( 较佳的， 调整到第二区域②， 即正常燃烧的区域 ) ； 若 N 次调整后失败， 则关闭风机 ；
判断处于第五区域⑤时， 表明此时的外界风压非常严重或者排气口受到严重堵 塞， 点火易造成爆燃， 则直接关闭风机， 取消热水器点火操作。 当然， 也可以如上述所述脉冲 式排风方法尝试冲击排气口堵塞物， 并将风机的电流调整至 IC ＜ I， 即将热水器工作状态 调整到第二区域②或第三区域③ ( 较佳的， 调整到第二区域② ) ； 若多次尝试失败， 则关闭 风机。
然后， 当如上调整到第二区域②或第三区域③ ( 较佳的， 调整到第二区域② ) 时， 则点火燃烧， 在燃气热水器点火成功后， 燃气热水器对各项参数进行确认， 燃气比例阀将会 开启 PWM 设定， 进入正常燃烧状态， 将风机的电流调整到 IB ≤ I ≤ IA( 即调整到第二区域 ② )。
由上可见， 在未调整到第二区域②或第三区域③时， 并不执行点火操作， 因此可以 有效避免点火难以成功及爆燃的可能， 保证了用户的安全。
下面再结合热水器燃烧过程中， 对照附图 2 和 4， 以检测风机的电流为例， 对本发 明上述方法进行介绍， 包括以下步骤 ：
首先， 燃烧系统正常运行时， 控制系统会监控风机的转速及电流的变化。
然后， 根据预先设置的如图 2 所示的热水器工作状态示函数示意图， 由所检测的 风机转速和电流确定出热水器当前所处的工作状态区域。
然后， 根据所确定出的热水器工作状态区域， 控制调整风机转速， 包括 ：
判断燃气热水器运行在第一区域①时， 表明燃气热水器内部的燃烧风量过大， 在 此种情况下， 控制系统对风机的电流进行调整， 让风机的转速每次减少 R0 rpm， 直到检测 到热水器运行在第二区域②时， 则停止对风机转速的调整 ； 一般的， 到达该区域的原因是， 外界风压过大， 热水器处于不完全燃烧状态， 风机开始增加转速， 但是中途外部风压突然消 失；
判断燃气热水器运行在第二区域②时， 表明燃气热水器处在能正常燃烧的状态， 此时外界的风压很微弱， 或者说燃气热水的排风口受到轻微的堵塞， 燃烧所产生的废气可 以顺利的排放出去， 在此种情况下， 维持当前风机转速 ；
判断燃气热水运行在第三区域③时， 表明燃气热水器处在能燃烧尚可的状态， 此 时运行在外界风压稍强的状态下， 或者说燃气热水的排风口受到稍大的堵塞， 此时燃烧所 产生的废气在排出时受到些阻碍， 但是在排放燃烧废气的性能上仍在可以接受的范围内， 在此种情况下， 维持当前风机转速 ； 判断燃气热水运行在第四区域④时， 表明燃气热水器处在会不完全燃烧的燃烧 状态， 此时燃气热水器处在外界风压很大的状态， 或者说燃气热水器的排风口受到严重的 堵塞， 此时的燃烧状态不良， 燃气热水器处在不完全燃烧的状态， 控制系统检测到此种信号 后， 在程序的控制下， 对风机的风速进行调整， 每次增加 R0rpm， 最多调整 N 次， 将此时的燃 烧状态调整到第二区域②或第三区域③ ( 较佳的， 调整到第二区域② ) ； 如果第 N 次调整都 未能达到第二区域②， 则切断进气系统， 停止向燃气热水器供气 ； 此外， 在转速调整的过程 中， 当调整到风机的极限转速 Rmax， 即使未到达第 N 次， 此时控制系统也将同时切断供气系 统， 表明燃气热水器已经不能良好的工作， 继续使用， 将会对使用者的安全造成影响 ；
判断燃气热水器运行在第五区域⑤时， 表明燃气热水器处在排气堵塞的状态， 此 时外界的风压异常大， 或者燃气热水器的排风口被异物堵塞， 此时的燃烧状况非常恶劣， 当控制系统检测到风机的电流或者功率的此种信号时， 控制单元对此时的检测信号做出判 定， 停止进行燃气的供应， 进而停止燃烧， 关闭风机和燃气的供应。 不难理解， 可选的可以采 用上述所述脉冲式排风方法尝试冲击排气口堵塞物。
由上， 可以在燃气热水器工作过程中， 调整到第二区域②或第三区域③ ( 较佳的， 调整到第二区域② )， 并在检测到进入第五区域⑤时关闭燃气， 保证了用户的安全。
如图 5 还示出了实现本发明方法的燃气设备的风机控制装置， 包括 ：
风机转速检测单元 410， 用于检测风机的转速 ；
风机电流 / 功率检测单元 420， 用于检测风机的电流 / 功率 ；
单片机控制单元 430， 存储有风机不同电流 / 功率对应的燃气设备的不同工作状 态， 用于根据风机转速检测单元 410 和风机电流 / 功率检测单元 420 的检测值， 确定出所存 储的信息对应的工作状态， 并发出控制信号 ；
风机转速控制单元 440， 用于根据单片机控制单元 430 的控制信号控制风机转速。 具体控制方法参见上文步骤 303 所述， 不再赘述。
燃气比例阀开度控制单元 450， 用于根据单片机控制单元 430 的控制信号控制燃
气比例阀的开度大小。
燃气电磁阀控制单元 460， 用于根据单片机控制单元 430 的控制信号控制燃气电 磁阀的开关。
该装置具体实施时， 当外界的风压变化或者排气口有堵塞时， 风机的转速就会发 生变化， 由风机转速检测单元 410 检测， 并由风机电流 / 功率检测单元 420 检测风机当前电 流 / 功率， 然后单片机控制单元 430 经过程序的计算与存储在系统中的值比较， 会及时输出 相应控制信号提供给风机转速控制单元 440、 燃气比例阀开度控制单元 450 或燃气电磁阀 控制单元 460， 分别控制风机的转速、 燃气比例阀的开度和燃气电磁阀的开关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 例如上述热水器工作状态是通过风机 电流来确定的， 也可以在燃气热水器上装上专门的用于检测风机的外界风压和堵塞情况的 检测单元。 又如虽然本发明以燃气热水器为例进行说明， 但同样可用于其他燃气设备， 如燃 气灶的排烟机、 油烟机等， 这些均应包含在本发明的保护范围之内。