CN1082179A - 热水器缺氧保护新方法及全自动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气热水器的安全自控装置。它提供 了一种可适用于各种气源的缺氧保护新方法，利用火 焰的燃烧特性，设计出几种性能优异的电子式火焰传 感器，配以一个高效能电子线路，使该装置具有缺氧、 熄火、过热、定时“四大保护”以及自检—复燃—速关 —报警—定时“五道防线”，高自动化、高可靠性、低成 本、微功耗，安全保障可做到“万无一失”。其可贵之 处还在于：它提供的新型电磁阀，可直接替换原热水 器上相应热电式机构，而且整个控制装置的造价与替 换部分相差无几。本发明切实解决了燃气热水器安 全保护这个一直令生产厂及用户犯愁的难题，是燃气 热水器发展的一个重大突破。

Description

本发明公开了一种用于燃气热水器的安全自动控制装置。

燃气热水器日益广泛地进入千家万户，给现代生活带来方便和舒适，但同时也带来一种潜在危险，近年因热水器造成的人员中毒甚至死亡的事故屡有发生，引起了社会各方面的关注。

分析各次事故的产生，除用户使用方面的原因之外，主要因热水器没有安全装置，或者装置可靠性不高所至，而这又是国内外现有技术尚未完满解决的。如对至关重要的缺氧保护，国内产品大多数没有此装置，少数生产厂从国外引进的该装置，是利用缺氧时主燃烧器火焰拉长烧到一个热电偶，它产生的电势与熄火保护热电偶电势相反，二者抵消使电磁阀失电而关闭燃气。这种保护方式从原理上和器件上都有许多不足之处，如用主燃烧器主火作为缺氧保护的参考，这本身就不可靠，因主火的大小，不只与缺氧情况有关，它受其它多种因素的影响，如燃气管路及阀门等的阻力、燃气的成份、压力（即气源）以及当时的使用情况等等。尤其是气源，我国气源品种多、情况复杂，几乎是一个地区一个样，而该装置调节、实验困难，不可能都适用，更何况是火焰的大小是用户随时改变的。这些装置选用热电式，无论缺氧还是熄火保护，存在有点火较麻烦、发生意外时动作缓慢、制造难度大、造价高等缺点。再如，一般热水器上很少设防干烧过热保护，少数此装置也是一次性的，损坏后要修理后方可使用。至于定时以及其它功能，在燃气热水器上尚未见采用。

本发明的目的，是制造一种能克服上述缺点、可适用于各种气源、可靠性高、保护功能齐全的安全自控装置，以方便使用，确保用户安全。

为此，必须设计出一种不受上述各种可变、不稳定因素影响的缺氧保护新方法，几种高性能的火焰传感器，一种造价低、制造易、耗电少、与原相应机构配套的电磁阀门以及一个能在低电压下工作、低功耗、多功能、高可靠性的自动控制电路。

下面结合附图，对本发明作详细说明。

附图1是本发明的原理图，图2是本发明的长明小火构造示意图。图中（1）是燃气阀门，在该阀门机构里设有电磁阀（2），（2）可以是原来热电式的，也可以用该发明提供的取而代之。（4）是长明小火燃烧器，如前所讲，利用主火火焰作缺氧保护因诸多可变因素而"形同虚设"，能否利用长明小火呢？回答是肯定的。这里的关键有两个，一是小火的大小必须可方便地调节;二是它必须与主火隔开以防主火燃烧时被"吞没"。为此目的，可以从燃气阀门直接引一个专门用于缺氧探测的小火，但更简便有效的方法是将原有的长明小火"一分为二"，即在燃气与空气首次混合的混合气通路中设有分流板（24），将长明小火燃烧器件（4）的内筒分为前后两部分，在其后部管侧有出气孔（21），引出点火长明火（5），在其后部上方开有孔（23），引出缺氧检测长明火（9），螺钉（7）可以调节孔（23）的大小，从而方便地调节火焰的高低。在（9）与主燃烧器之间设有隔板（8）以减少主火燃烧时对小火（9）的干扰，该隔板上火焰高度标志（20），当热水器安装完备试用时，用户可从观察孔看一下小火的高度是否与该标志一致，如不一致只需拧一下螺钉（7），十分方便。这个简单的动作，巧妙地排除了各种因素  对火焰初始高度的影响，且该小火在以后的使用中与大火情况没什么关系，所以稳定、可靠。在该小火上方适当位置（即缺氧到国家规定的标准火焰能达到处）设有传感器（11），它可以是常见的热电偶，也可是一个加有电压的耐热金属探棒或探针与长明小火燃烧器件（4）组成。[该燃烧器用金属制作，它与控制器（13）保持良好的电接通（如与控制器电源的负端相连）]，利用火焰燃烧的电离特性，与控制器（13）配合作电子式缺氧保护。图1中其它未交待的部分：（14）是水管及热交换器，（12）是置于水管某处作过热保护的温度传感器，（3）是主火燃烧器。

图3是本发明提供的电磁阀构造示意图，它有一个用电工铁（或其它软磁材料）制成的中部有园环台（34）的园筒（18）兼有外磁铁、保护外筒、密封连接等数种功能，园筒底部中心固定有磁芯（33），装有线圈（17）。其阀片（15）、压簧（31）、连杆（32）可用原来的，动片（16）相应加大并改用廉价的软磁材料（如电工铁）制作，电磁开关装好后，其台阶（34）的上部与阀门（15）的上部间的距离也与原先相同，台阶（34）的大小以能与原热水器上相应部分（35）良好连接、密封为宜，（36）是线圈引出线，一般一根即可，另一根在内部接园筒（18）。该电磁阀受控制器（13）控制、用干电池（或其它直流电源）供电。

图4是点火放电针与火焰探针"合二为一"的原理示意图，这样是为了减少探针数量，其方法是高压包（B）的高压不是直接而是经小间隙（42）、（43）与探针（10）或（6）相通，而火焰探测放大单元（54）的输入经隔离电阻（或电容）（44）、（45）与探针（10）或（6）相连。

图5是电子线路原理图。整个电路用干电池（DC）经开关K供电，K受燃气阀门的旋钮控制。电路中可设有变调声报警器（55），它在控制器件（如三极管BG2）的驱动下可作一般报警（定时、过热及熄火），若输入端③同时有信号，则可作紧急报警（缺氧保护急促的断续蜂鸣声）。还可设有连续电子脉冲点火器（50），它可由按钮AN手动开关，也可经自动机构（如经三极管BG3开，BG4关）启动和停止。电路中设有四个探测放大单元：定时（51）、过热（52）、缺氧（53）、熄火（54）。当定时时间到或水温超热时，（51）或（52）发出的信息先驱动BG2使（55）报警，再经延时电路（如R1、C1阻容延时约二十秒左右）经门I使三极管BG1截止，电磁阀线圈J（17）失电，断闭燃气。熄火保护放大单元有两个探针（如前所述），当其中任一个（或两个同时）熄火时，该单元迅速发出信号④，或者直接经门（I）切断燃气，或先使点火器（50）点火（复燃），若点不着，经适当延长（如R2C2）后使（50）停止放电，并经调整单元（57）切断燃气并报警。缺氧保护放大单元（53）是本发明重点放大单元，当缺氧达到一定程度小火焰拉长烧着探针（11）时，该单元能在几十分之一秒内发出几种信号：信号①经门（I）快速关闭燃气，信号②、③共同驱动报警器（55）作紧急报警。

至此，本发明的要点已全部介绍了，依本说明书所述，一般技术人员完全可施，但若按发明人员提供的详细资料，选用CMOS为核心的电子电路，全部原材料、原器件的价格在13元以内。

与现有技术相比，本发明有许多独到之处和优点，现简述于下：

本发明提供出的缺氧保护方法切实解决了这个一直令生产厂、有关领导部门以及广大用户犯愁的难题，可能引起燃气热水器生产、管理以及使用的变革。本发明提供的新型电磁阀，选用普通电工材料，加工容易、成本低、耗电少、寿命长、工作可靠，可贵的是它可直接替换原热电式熄火保护有关机构，对原热水器除长明小火外均可不作变动，且整个自控装置的造价，与原来的熄火保护机构的价格差不多，这又解决了一个热水器生产中的一个大问题。本发明在燃气热水器上采用电子式熄火保护及自动复燃技术，提高了自动化程度，使它的使用更方便、安全、舒适并且省电;探针和放电针"合二为一"，简化结构、降低成本、使安装容易;本发明的过热保护温度可调、工作可靠，用几万次也坏不了，省去了过热故障发生后要到专门机构修理的麻烦;定时，这是本发明首先采用的，这不仅是为了节能，也是一种得力的安全保护措施：假若前面的诸多保护措施均失灵，定时时间到后仍会切断燃气，这就是安全保护的"第五道防线"。关于"五道防线"，概括起来即：1.自检;2.复燃;3.速关;4.报警;5.定时。所谓"自检"，即本控制器具有这样的自动检测保护功能，即用户若不及时排除已产生的故障或更换已用旧的电池，电磁阀会自动回至"关"稳态而无法使用。通过以上"五道防线"，产品的安全可靠性可以做到"万无一失"，使用户满意，生产厂放心。

本发明可形成多种产品。如采用本发明的缺氧保护方法与常用的热电式相结合，能生产出可靠性高的具有缺氧保护的燃气热水器。对本发明的功能依需要适当增减，即能推出不同型号、不同档次的产品，这里就不一一介绍。

总之，上述一系列优点使本发明有强大的生命力，它的广泛普及推广，对于方便用户、节省能源以及确保人们生命财产安全诸方面，都会起积极的作用。

Claims (10)

1、一种用于燃气热水器的安全自控装置，由燃气阀门、长明小火燃烧器、火焰传感器以及自动控制器等组成，其特征在于：

它设有专用于检测缺氧情况的长明小火[如长明小火燃烧器(4)上设置的小火(9)]，该长明小火的高度可以调节[如调(4)上出气孔(23)的大小以改变火苗的高低]，目与主火隔离[如在(23)后靠近主燃烧器(3)的适当位置设一隔离板(8)]，在该小火上方适当地方，设有缺氧火焰传感器(如热电偶或耐热金属探针)。

在燃气通路内可设有一个受控制器(13)控制、用干电池(或其它直流电源)供电的电磁阀[如在燃气阀门(1)内有电磁阀(2)]，金属制的长明小火燃烧器[如(4)]与控制器(13)保持良好的电接通[如控制器电源的负端与(4)相连]，它与一加有电压、置于长明小火内[或缺氧到一定程度会被小火烧着，如上所说探针(11)]的耐热金属(棒或针)组成电子(或离子)式火焰传感器。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：缺氧检测小火（9）可以专设，也可将原有的长明小火"一分为二"：即在燃气与空气首次混合的混合气通路中设有分流板（24），将长明小火燃烧器（4）的内筒分为前后两部分，在其后部管侧有出气孔（21），引出点火长明火（5），在其前部上方开有孔（23），引出缺氧检测小火（9），螺钉（7）可以调节孔（23）的大小从而调节火焰的高低，两小火的中间设有隔板（8）以减少主火燃烧时对小火（9）的干扰，该隔板上还设有火焰高度标志（20）。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：电磁阀（2）可以专设，也可以将原热电式熄火保护电磁阀改造，其特点是：它有一个用电工铁（或其它软磁材料）制成的中部有园环台（34）的园筒（18）（兼有外磁铁、保护外筒、密封、连接等数种功能），园筒底部中心固定有磁芯（33），园筒内装有线圈（17）。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：火焰探针与点火放电针可以"合二为一"，方法是：高压包（B）的高压引出是经过小间隙（42）、（43）与探针（10）或（6）相通，而火焰探测放大单元（54）经隔离元件（电阻或电容）（44）、（45）与探针（10）或（6）相连。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：自动控制器（13）可设有连续电子脉冲点火器（50），它可由按钮AN手动开、关，也可经自动机构（如经BG3开，BG4关）启动和停止。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：自动控制部分（13）可设有变调声报警器（55），它在控制器件（如三极管BG2）驱动下可作一般声报警，若输入端③同时有信号，则可作紧急报警。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：自动控制器（13）设有电子式缺氧保护放大单元（53），当缺氧达到一定程度火焰拉长烧着探针（11）时，该单元迅速发出几种信号：信号①经门（I）使电磁阀线圈J失电切断燃气;信号②、③共同驱动变调报警器（55）作紧急的报警。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：自动控制器（13）设有熄火保护放大单元（54），当长明小火（9）[或（5）或两个同时]熄灭时，该单元迅速发出信号④，该信号或者直接经门（I）切断燃气，或者先使点火器（50）点火（复燃），经适当延长（如经R2、C2）后使点火器停止放电，经电压调整单元（57）、门（I）切断燃气同时使报警器报警。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：自动控制器（13）可设有定时单元（51）和过热保护放大单元（52），当定时时间到或水温超热时，它们发出的信号先驱动报警开关（如三极管BG2）使（55）报警，再经延时电路（如R1、C1阻容延时）经门（I）等关闭燃气。

10、根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于：所述改制后的电磁阀（2）还具有以下特点：其阀片（15）、压簧（31）、连杆（32）可不变，动片（16）相应加大并改用廉价的软磁材料（如电工铁）制作，电磁开关装配好后，其台阶（34）上部与阀片（15）的上部间的距离与原来相同，其台阶（34）的大小能与原热水器上相应部分（35）良好连接、密封为宜。

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