CN2203766Y - 燃气热水器co超标自动切断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种家用燃气热水器的安全防护 装置，利用固装在热水器内桶壁上的烟气循环器内气 敏传感器连接失效报警电路、比较器、定时电路、驱动 电路去控燃气阀的控制电路，直接监测燃烧工况和烟 气中的CO气体含量，当CO含量超标时，气敏传感 器输出电信号，蜂鸣报警，并在预定时间内关断燃气 阀，起到安全防护作用。本实用新型适用于使用城市 燃气的各种类型的家用燃气热水器，并给出了烟气循 环管的三种安装位置及对应的循环管的结构形式。

Description

本实用新型属于燃气热水器安全防护技术，特别是一种直接监测热烟气中CO气体含量的燃气热水器CO超标自动切断装置。它可安装于使用城市燃气的各种类型的家用燃气热水器中作为安全防护措施。

我国燃气热水器生产使用方兴未艾，但使用中常有人身伤亡事故发生，其主要原因是使用时通风换气不良，造成缺氧和CO中毒。现在热水器普遍安装有熄火保护和缺氧保护装置，如热电偶式，利用光电效应和火焰电离现象的熄火保护装置。但这并没有从根本上解决问题，因为熄火保护的功能是在热水器小火熄灭后，能自动关闭燃气通路，防止燃气继续外泄。但统计表明由于燃气外泄引发的事故极少。缺氧保护在特定条件下才对保护使用安全有一定作用，有很大局限性。例如：热水器严重结碳、排气阻塞、供气压力过高或过低，燃烧情况不良等原因，虽然不缺氧但CO排放量却会大大超过允许范围而危及生命安全。国内外燃气界专家认为缺氧不是致命的要害，控制烟气中CO超标才是关键。因此，国内正在开发利用的技术有利用CO测量仪或报警器，监测安装热水器房间中CO气体含量，一旦CO含量超过厂家规定的浓度，立即报警，并通过电路切断燃气供应；有利用热水器燃烧器火焰在电场作用下，其导电特性受CO含量变化的特点的保护装置。这几种装置均为间接监测烟气中CO含量的技术，它受燃气种类、热水器类型、安装使用条件等因素影响较大，有一定局限性。

参照有关标准（如日本JIS    S2109－1991）在燃烧状态条件中规定：理想干烟气中的CO浓度（体积％）为0·28％（直排式为0·14％）以下；在安全装置条中规定：防不完全燃烧装置（CO防护装置）的具体要求是：（1）在CO％达到0·14％之前，关闭通往燃烧器的燃气通路。（2）应在10min以内关闭通往燃烧器的燃气通路，且不能自动开启。

为克服现有燃气热水器安全防护装置的缺陷，满足有关标准的技术要求，本实用新型的目的是提供一种直接监测燃烧工况和烟气中CO含量，能自动切断燃气通路的燃气热水器CO超标自动切断装置，它不受使用城市燃气种类的影响，适用于各种类型的燃气热水器安装使用。

图1、热水器CO超标自动切断装置原理方框图

图2、烟气循环管安装位置（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）示意图。

图3、烟气循环管（Ⅰ）结构图

图4、烟气循环管（Ⅱ）结构图

图5、烟气循环管（Ⅲ）结构图

图6、控制电路原理图

现结合附图1说明本实用新型的目的是如何实现的。

本实用新型主要由安装于燃气热水器内的烟气循环管和控制电路组成。热水器运行时，部分热烟气通过烟气循环管，使管内的气敏传感器随烟气中CO气体含量变化转变为电信号输出，通过元件失效、报警电路、比较器、定时电路，控制热水器电磁阀动作，以控制燃气通路的通断。正常情况下，比较器及其以后电路并不工作，耗电很少。一旦烟气中CO含量超标，气敏传感器处于高电位，比较器导通，蜂鸣器报警。同时定时电路计时。如果闻警后立即采取通风或排除故障措施，当燃烧正常后，CO含量降低，气敏传感器不再输出高电位，报警停止，定时电路停止计时，并消零。采用定时电路的目的在于把一时疏忽和小故障及时排除，而不影响使用。如果没有及时采取措施或一时无法排除故障，定时电路计时到设定时间（例如10分钟以内）即自动切断受控电路，使电磁阀动作、切断供气通路，以保证安全。

如果本电路中取消定时电路，由比较器直接控制驱动与电磁阀相串接继电器，当CO超标时，则可立即报警并切断供气通路（实现标准（1）的要求）。

由方框图看出控制电路的供电电源，可采用市电经整流稳压；电池供电或二者混合供电，以满足不同地区、不同供电情况的需要。

由于本实用新型是直接监测燃气燃烧工况，测量烟气中CO含量是否危及到人身安全，所以不受使用城市燃气种类的限制，而且适合于各种类型的家用燃气热水器的安装使用，它可完全满足有关标准的要求。

因为气敏传感器安装于烟气循环管内，只有热水器运行时，才接触热烟气，所以室内香烟烟雾、油烟或其他异味不会使气敏传感器误动作，这是本实用新型的另一个特点。

本实用新型的再一个特点是利用循环管内的高温热烟气加热气敏元件，不需另外加热源，热烟气热源功率大、温度变化小、予热时间短、加热快，而且气敏元件只在工作时才处于热态。所以气敏元件使用寿命长、节省电能。

现结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型主要由固装在燃气热水器内桶壁上的烟气循环管，管内的气敏传感器与控制电路连接而成。

装有气敏传感器的金属圆筒形烟气循环管固装在热水器内桶（燃烧器）壁上，处于内桶与外壳之间，因为在热水器运行时，这个空间温度在60℃～85℃之间，温度场基本稳定，适合安装烟气循环管。另外它便于准确采取燃烧后的气样，反映真实的燃烧工况和CO含量。

本实用新型提供了三种烟气循环管安装位置的实施方案（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）（如图2所示的实践和虚线部分）。图中1、热水器外壳；2、内桶（燃烧室）；3、水管；4、冷却水管；5、热交换器；6、7、8烟气循环管；9、信号导出管。

现结合附图分别叙述三种安装位置（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的作用原理及其循环管的结构特点。

安装位置方案Ⅱ，采用水冷式烟气循环管7（如图2所示），其进气口设在热交换器5内或下部，出气口通燃烧室2，它利用内桶的冷却水管的水把热烟气冷却正常温度，以适合常温工作气敏元件的要求。

如图4所示，烟气循环管7由进气管7－1、冷却管7－2、出气管7－3固装而成。进、出气管的气口端为弯头形，并设有限位凸缘，以便于安装固定。冷却管由中间圆形烟管7－4、外套管7－5，二者之间形成水腔，两侧设有出进水口7－6。出气管7－3上设有信号导出管9，可方便地插装装着气敏传感器的插座。

安装位置方案Ⅰ采用空冷式烟气循环管6（如图2所示），其进气口设在热交换器5下部，出气口回排到燃烧室内。因为上热下冷的热压头和燃烧室上部有微弱的正压，下部有微弱的负压，促使热烟气下返，此点已为实验所证明。这种空冷式循环管，温度较高（进气口处约800℃，出气口处约100℃），适用于高、中温工作的气敏元件。因为管内温度下降值与两管口的距离及其管内径有线性关系，所以可用实验方法方便地测出安装信号导出管的位置。

如图3所示，烟气循环管6两端进、出口端为带限位凸缘的弯头形，管上设有信号导出管9，可直接插装气敏传感器插座。

安装位置方案Ⅲ，采用空冷式烟气循环管8（如图2所示），其进气口处于热交换器下方，出气口高于热交换器上平面，相当于一个小烟囱，部分热烟气经循环管排放到热水器主烟道中。

如图5所示烟气循环管8，出气口端为带限位凸缘的弯头形，进气口端为弯头形，为保证采气样准确，避免冷空气的混入，在进气口端还装有导流管10，管上设有信号导出管9。烟气循环管6、7的进气口端亦可装导流管10，以保证采气样准确。

上述三种安装位置方案及对应的烟气循环管（6、7、8）可分别适应不同生产厂家的不同结构形式的家用燃气热水器。循环管可安装在内桶的前、后、左、右不同位置。为便于气敏传感器引出线的安装，信号导出管可向不同方向，直角形或斜角形。

实施中，循环管材料采用铜管，用螺钉固定在内桶壁上，两端弯头半径最大为1·2d，限位凸缘可用铜质小法兰代替，铜焊在管口，导流管材料采用耐热不锈钢或耐热陶瓷制造。气敏传感器的插座采用专用标准件。

本实用新型的控制电路安装在一块印刷电路板上，也安装在内桶与外壳之间，外壳上设有电源插座。

如图6所示为控制电路的电原理图。

控制电路主要由气敏传感器QM、失效报警电路（D1、IC4、BG1、DL）比较器（IC2、D2），定时电路（IC3、R3、C2），驱动电路（BH3·J）去控制与燃气阀相连的电磁阀线路而成。

当烟气循环管的热烟气中CO气体含量达到设定值时（如0·14％），气敏传感器QM导电率增加，使A点电位升高，W1用于调节工作点，触发集成块IC1导通，B点电位由高变低，晶体管BG2导通，使蜂鸣器DL报警，同时集成块IC2输出电位由低变高，二极管D2截止，C点电位经与D3并连的R3，C2的延时由低变高至IC3导通驱动BG3导通与D5并连的继电器J随之动作，将串入热水器电磁阀线路中的常闭触点打开而关断燃气阀门，并此阀门不能自动开启。当然，如果在R3、C2延时过程中，人为改善室内通风，使CO气体浓度降低到安全值以下，QM可迅速恢复原状态，停止报警且不关断燃气阀而维持热水器运行。

电路中的R2、C1组成延时电路控制IC1的初始工作状态，以消除QM进入稳定工作过程中因电压波动而产生误动作。同时为保证使用安全，利用D1、BG1、IC4组成QM传感器的失效保护电路，即当QM开路时，D1两端电压为0，BG₁截止，通过IC4锁定IC2，使电路报警，并关断燃气阀。当QM短路时，与CO超标时工作状态相同，提示用户检修或更换传感器QM。

如果电路中取消R3、C2延时作用，则CO超标时可实现立即报警，关断燃气阀（满足有关标准（1）的要求）。

本实用新型的气敏传感器QM在常温工作条件采用市场销售的QM－S气敏元件，对在高、中温工作条件时，为提高安全可靠性，延长使用寿命。本实用新型的设计人对现有气敏元件结构进行了适当改进，以适应燃气热水器的要求。电路中的IC1～4采用一块集成组件CD4011，BG1～3采用通用晶体管。

Claims (8)

1、一种燃气热水器CO超标自动切断装置，其特征在于其由固装在燃气热水器内桶壁上的烟气循环管，管内的气敏传感器与控制电路连接而成。

2、根据权利要求1所述的切断装置，其特征在于所述的烟气循环管为空冷式烟气循环管（6），管上设有信号导出管（9），弯头形带限位凸缘的进、出气口分别通热交换器（5）下部、燃烧室（2）。

3、根据权利要求1所述的切断装置，其特征在于所述的烟气循环管为水冷式烟气循环管（7），其由弯头形带限位凸缘的进气管（7－1）和出气管（7－3），中间冷却管（7－2）固装而成，且出气管上设有信号导出管（9）；其进气口设在热交换器（5）内或下部，出气口通燃烧室。

4、根据权利要求3所述之切断装置，其特征在于所述的冷却管（7－2）由中间烟管（7－4），外套两侧设有进出水口（7－6）的水管（7－5）组装而成，烟管与水管之间形成水腔。

5、根据权利要求1所述的切断装置，其特征在于所述的烟气循环管为空冷式烟气循环管（8），其由弯头形带限位凸缘的出气口进气口装有导流管（10）及管上的信号导出管（9）组装而成；进气口通热交换器（5）下方，出气口通主烟道。

6、根据权利要求2或3所述的切断装置，其特征在于所述的烟气循环管（6、7）的进气口套有导流管（10）。

7、根据权利要求1所述的切断装置，其特征在于所述控制电路由信号导出管（9）内的气敏传感器（QM）连接失效报警电路（D1、IC4、BG1、DL），并经集成块（IC1）、比较器（IC2、D2）连接定时电路（IC3、R3、C2）、驱动电路（BG3、J）去控制与燃气阀相连的电磁阀线路而成。

8、根据权利要求1所述的切断装置，其特征在于所述控制电路由气敏传感器（QM）连接失效、报警电路（D1、IC4、BG1、DL），并经集成块（IC1）、比较器（IC2、D2）连接（IC3）驱动电路（BG3、J）去控制与燃气阀相连的电磁阀线路而成。

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